2.2.1. Sơ lược kỹ thuật điều chế đa song mang trực giao OFDM
OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp,mỗi kênh có một sóng mang.Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự. Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ.
Một đặc điểm mới của OFDM là tính trực giao của các sóng mang con. OFDM là truyền dẫn song song nhiều băng con chồng lấn nhau trên cùng một độ rộng băng tần cấp phát của hệ thống. Việc xếp chồng lấn các băng tần con trên toàn bộ băng tần được cấp phát sẽ dẫn đến không những đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần được cấp phát cao mà còn có tác dụng phân tán lỗi cụm khi truyền qua kênh. Nhờ tính phân tán lỗi như vậy cùng với việc kết hợp các kỹ thuật mã hóa kênh thì hiệu năng của hệ thống được cải thiện đáng kể. So với hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số FDM truyền thống, ở FDM cũng truyền theo cơ chế song song nhưng các băng con không những không được phép chồng lấn nhau mà còn phải dành băng tần bảo vệ để giảm thiểu độ phức tạp của bộ thu. Vấn đề đặt ra là làm thế nào tách các băng con từ băng tổng chồng lấn hay nói cách khác sau khi được tách ra chúng không giao thoa với nhau trong miền tần số (ICI) và miền thời
gian (ISI). Câu trả lời và cũng là vấn đề mấu chốt của truyền dẫn OFDM là tính trực giao của các sóng mang con. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng nhờ đảm bảo tính trực giao của các song mang con cho phép truyền dẫn đồng thời nhiều băng tần con chồng lấn nhưng phía máy thu vẫn tách chúng ra được.
Ưu điểm :
− OFDM tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách cho phép chồng lấp những song mang con.
− Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóng mang đơn.
− OFDM loại trừ xuyên nhiễu symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời bảo vệ trước mỗi symbol.
− Sử dụng việc chèn (interleaving) kênh và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khôi phục lại được các symbol bị mất do hiện tượng lựa chọn tần số của các kênh.
− Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh thích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang.
− Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế và giải điều chế làm giảm độ phức tạp của OFDM.
− Các phương thức điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu bổ sung vào bộ giám sát kênh.
− Nhạy với độ dịch tần số (đây là vấn đề trầm trọng nhất của OFDM), độ dịch thời gian (time offset) do sai số đồng bộ.
Chỉ cần một sai lệch nhỏ cũng có thể làm mất tính trực giao của các sóng mang con. Do vậy OFDM rất nhạy với hiệu ứng dịch tần Doppler.
Các sóng mang phụ chỉ thực sự trực giao khi máy phát và máy thu sử dụng cùng 1 tập tần số. Do đó máy thu phải ước lượng và hiệu chỉnh offset tần số của tín hiệu thu được.
− Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích.
− Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng. Điều này gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở máy phát và máy thu. Nói cách khác là vấn đề công suất đỉnh (Peak power problem). Khi ta cộng tất cả các tín hiệu điều chế từ các sóng mang con, trong trường hợp tất cả các tín hiệu này đồng pha nhau sẽ tạo ra công suất đỉnh rất lớn. Khi đi qua bộ khuếch đại phi tuyến sẽ gây ra 2 vấn đề rất nghiêm trọng cho đường truyền số là : tăng BER và tăng phát xạ ngoài băng (out- of-band radiation).
Hình 2.6 Tín hiệu vào bộ khuếch đại phi tuyến
Ta có thể dùng phương pháp Partial Transmit sequence để giải quyết vấn đề công suất đỉnh: Nghĩa là nhóm các Sub-Carrier lại, IFFT với từng nhóm một, dịch pha tương ứng để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra không đồng pha với nhau gây ra peak, lượng dịch pha này sẽ được truyền đồng thời với tín hiệu vào bộ khuếch đại phi tuyến, bên thu sẽ dùng các thông tin này để dịch pha trở lại như cũ rồi giải điều chế tín hiệu.