Để hiểu rõ hơn hệ thống OFDM, tỏi ñã tiến hành mô phỏng hệ thống OFDM ñơn giản dùng Matlab/simulink. Sơ ñồ khối hệ thống OFDM ñơn giản mô phỏng trên ngôn ngữ Matlab/simulink 7.0 như trình bày trong hình 1.8.
15
Hình 1.8: Sơñồ mô phỏng hệ thống OFDM
Nguồn tin: có thể là một chuỗi bịt bất kỳ, sóng dạng sin, file văn bản dạng. txt, hay file âm thanh dạng .wav
- Khối nối tiếp/ song song: sẽ chuyển luồng bịt sau mã hóa thành N luồng bịt song song (N-số sóng mang) ñược thể hiện dưới dạng ma trận (có số hàng là số symbol OFDM, số cột tả số sóng mang}.
Khối IFFT: chuyển tín hiệu từ miền tần số về miền thời gian. Đầu vào của khối này là ma trận gồm các phần tử phức và liên hiệp cua nó, sau khi ñi qua khối IFFT sẽ chỉ có các phần thực ñược giữ lại. Đầu ra của khối IFFT là một ma trận có số hàng là số symbol, có số cột là kích thước FFT.
- Khối song song/ nối tiếp: Chuyển ñôi các luồng bịt song song thành một luồng bịt nối tiếp Quá trình này là việc chuyển ma trận ñầu ra của khối IFFT về ma trận có một hàng, và có số cột là tích của số symbol với kích thước của FFT.
- Chèn khoảng bảo vệ: tín hiệu sau khối song song/nối tiếp ñược chèn khoảng bảo vệ ở ñây là chuỗi bảo vệ. Việc này ñược thực hiện bằng cách copy phần cuối của mỗi symbol (có chiều dài là FFT bắt một ñoạn có chiều dài là bằng chiều dài của khoảng bảo vệ, rồi chèn ñoạn copy này vào ñầu symbol ñể tạo thành một symbol mới có chiều dài là tổng của symbol cũ và khoảng bảo vệ. Đầu ra của khối
này là một ma trận có 1 hàng và có chiều dài là tích cửa số symbol với tổng của kích thước FFT và khoang bảo vệ.
- Kênh truyền: tín hiệu sau khi qua khối chèn khoảng bảo vệ sẽ ñược ñưa thẳng vào kênh truyền. Kênh truyền ở ñây chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng và hiệu ứng ña ñường (một ñường LOS và 2 ñường NLOS).
Phía thu sẽ thực hiện các quá trình ngược lại: tách khoảng bảo vệ, chuyển luồng bịt từ nối tiếp thành song song rồi ñưa vào khối FFT, sau ñó chuyển thành luồng bịt nối tiếp, qua giải mã rồi khôi phục lại tín hiệu ban ñầu. Kết quả sẽ ñược so sánh với ñầu vào ban ñầu ñể tính toán số bịt lỗi và tỉ số lỗi bịt.
Hình 1.9 mô tả tín hiệu OFDM trong miền thời gian. Tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu OFDM có 256 sóng mang con.
Hình 1.9. Tín hiệu OFDM miền thời gian
Còn phổ của tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu OFDM có 256 sóng mang con ñược minh hoạ trên hình 1.10. Ta có thể thấy ñáp ứng của kênh OFDM là không bằng phẳng, ñây là nhược ñiểm chung của hệ thống OFDM. Để giảm sự không bằng phẳng này thì người ta sử dựng nhiều sóng mang con, khi ñó ñáp ứng của kênh sẽ gần như bằng phẳng.
17
Hình 1.10: Phổ tín hiệu OFDM trong miền tần số
Để ñánh giá thêm ưu việt của hệ thống OFDM, ta sẽ mô phỏng ta thấy các
tín hiệu số sau khi qua bộ ñiều chế QPSK ñược ñiều chế thành các tín hiệu phức. Dạng tín hiệu OFDM bên thu nhận ñược khác so với dạng tín hiệu OFDM bên phát là do kênh truyền có tạp âm trắng cộng (AWGN). AWGN làm cho tín hiệu thu ñược bị méo dạng ñi.
Hình 1.11: Dạng FFT của bên phát OFDM và FFT của bên khối thu
Để ñánh giá thêm ưu việt của hệ thống OFDM, ta sẽ mô phỏng hệ thống trên kênh ña ñường và nhiễu trắng. Các tham số của hệ thống như sau:
+ Kích thước FFT: 12S
+ Số sóng mang con: 32
+ Kích thước khoảng bảo vệ: 8
+ Kênh ña ñường: ñường NLOS l: trễ d1-6, suy hao al-30%; ñường NLOS 2: trễ d2=9, suy han a2=0.25%; ñường LOS
+ SNR: 15 dB
Hình 1.12 mô tả quan hệ giữa tỉ số SNR và BER khi chỉ xét kênh có nhiễu trắng và khi xét kênh có nhiễu trắng cũng như phân tập ña ñường:
Hình 1.12: Tỉ lệ lỗi bit tương ứng với SNR trong trường hợp cho có nhiễu trắng (ñường màu xanh) và có cả hiệu ứng ña ñường (ñường màu ñỏ)
Ta có thể nhận thấy ti lệ lỗi bịt BER giảm khi SNR tăng và BER tăng thì SNR giảm. Qua ñây ta cũng thấy hệ thống OFDM có khả năng khắc phục hay chịu ñựng tốt hiệu ưng ña ñường.
19
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Công nghệ ñiều chế ña sóng mang trực giao OFDM có nhiều tính năng vượt trội so với ñiều chế ñơn sóng mang truyền thống như khả năng thích hợp cho hệ thống tốc ñộ cao; khả năng thích hợp với các ứng dụng không dây cố ñịnh; tính hiệu quả trong các môi trường ña ñường dẫn; khả năng chông fading ña ñường và fading chọn lọc tần số. Ngoài ra công nghệ này có thê loại bỏ ñược hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các ký hiệu. Đặc biệt OFDM có thể khắc phục hiện tượng không có ñường dẫn thẳng bằng tín hiệu ña ñường dẫn. Tuy nhiên OFDM không phải không có nhược ñiểm, ñó là nó ñòi hỏi khắt khe về vấn ñề ñồng bộ vì sụ sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Inter Carrier Interference) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung.
OFDM ñang chứng tỏ những ưu ñiểm cửa mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế ñặc biệt là trong các nệ nông vô tuyến ñòi hỏi tốc ñộ cao như thông tin di dộngthế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và ñặc biệt việc ứng dụng công nghệ OFDM là một trong những vấn ñề then chốt trong hệ thống WiMax sẽ trình bày ở chương 3. Trong hệ thống WiMax, bên cạnh công nghệ OFDM. kỹ thuật ña an ten phát ña an ten thu MIMO (Muttiple Input Multiple Putputl) là một công nghệ chính. Trước khi ñi vào trình bày hệ thống WiMax, kỹ thuật MIMO sẽ ñược trình bày trong chương 2.
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT MIMO