Hình 3.1. Điều chế đa sóng mang khơng chồng lấn (a), điều chế đa sóng mang chồng lấn (b) T Tầầnn ssốố T Tầầnn ssốố K
Khhooảảnngg bbăănngg
t
thhôônngg ttiiếếtt kkiiệệmm (
(aa))
(
29
Như đã trình bầy ở trên, tín hiệu sóng được truyền đi trong mơi trường khơng khí thường xảy ra hiện tượng fading lựa chọn tần số, cụ thể là thành phần tần số khác nhau bị mờ dần một cách khác nhau bởi các kênh.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu vấn đề này một cách rộng rãi và đề xuất nhiều giải pháp. Trong các hệ thống sóng mang thơng thường, chương trình cân bằng phức tạp được áp dụng để chống lại fading chọn lọc tần số này, các bộ cân bằng lý tưởng là có một phản ứng tần số đó là nghịch đảo chính xác của kênh, điều này thường địi hỏi một số lượng vơ hạn của máy cân bằng, tồi hơn, nhiễu gây ra trên các tín hiệu có thể được tăng cường thơng qua các bộ cân bằng khi hiện tượng fading xảy ra. Kết quả là, ngay với bộ cân bằng tốt nhất, một fading vẫn có thể dẫn đến lỗi liên kết truyền thông trong các hệ thống đơn sóng mang. Đề xuất đầu tiên sử dụng truyền dữ liệu song song để chống lại kênh fading lựa chọn tần số được công bố khảng năm 1967. Trong hệ thống đó, chỉ có một số ít các kênh con sử dụng các sóng mang thuộc phạm vi mỗi băng tần của fading sâu, với sự trợ giúp của các mã sữa lỗi, dữ liệu bị hỏng dọc theo các kênh con có thể được phục hồi, vì thế mã sữa lỗi là một yếu tố không thể thiếu trong các hệ thống đa sóng mang. Trong hệ thống truyền tải song song đầu tiên, một số kênh con không chồng chéo chia sẽ toàn bộ băng tần, như trong hình 3.1(a), Dữ liệu độc lập được điều chế vào kênh con khác nhau và sau đó những kênh con này được ghép theo tần số, mục đích của việc khơng chồng lấn các kênh con lên nhau là để loại bỏ sự can thiệp có thể có giữa các kênh con liền kề nhau, còn được gọi là sự giao thoa giữa các sóng mang con (inter-carrier interference - ICI), Chú ý rằng, khoảng bảo vệ giữa hai kênh con liền kề tạo nên sự lãng phí của quang phổ, vào giữa những năm 1960, hiệu quả quang phổ được cải thiện bằng cách lồng ghép các kênh con, như thể hiện ở hình 3.1(b), do đó đã tiết kiệm được khoảng 50% hiệu quả quang phổ, hướng tới mục tiêu này phương pháp điều chế ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) được đề xuất và phát triển. OFDM không chỉ là một kỹ thuật ghép kênh tần số trực giao giữa các tín hiệu kênh con, mà cịn là một trường hợp đặc biệt của điều chế đa sóng
30
mang, vì vậy OFDM có thể được coi là một trong hai kỹ thuật ghép kênh hoặc như là một sơ đồ điều chế.
3.3.1. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.
Thông thường, các máy phát đa sóng mang bao gồm một tập hợp của các bộ điều biến, với mỗi bộ điều biến này sẽ phát ra các sóng mang với tần số khác nhau, máy phát sau đó kết hợp các kết quả đầu ra của bộ điều biến và tạo ra tín hiệu truyền, giả sử rằng dữ liệu N được truyền là các giá trị Xk, k=1,2,..,N-1, với Xk là số phức được cho trong mơ hình chòm sao, như là điều chế QPSK hoặc QAM. Cũng giả sử rằng sóng mang thứ k có tần số cho Xk là fk, sau đó, các giá trị phức đa sóng mang của đầu ra của bộ truyền được cho bởi:
( ) = (3.1)
Hệ thống thông tin liên lạc hiện đại thường thực hiện phát và thu kỹ thuật số của họ bất cứ khi nào có thể, một máy phát kỹ thuật số sẽ tạo ra giá trị đầu ra của nó trong một mốt lẫy mẫu dữ liệu, cho bởi t=nTs, trong đó Ts là khoảng thời gian lấy mẫu, đầu ra của bộ truyền đa sóng mang kỹ thuật số lúc này sẽ là:
( ) = (3.2)
Hơn nữa, nếu tần số sóng mang thống nhất khoảng cách trong miền tần số bằng một khoảng cách tần số của fs, ví dụ fk = kfs, k=0,1,2,...,N-1, ta được:
( ) = (3.3)
Hãy cho fs=1/(NTs), sự tách biệt tối thiểu để giữ được tính trực giao giữa các tín hiệu trên các bộ điều biến khác nhau, sau đó tín hiệu OFDM dược cho bởi:
( ) = /
31
Các sóng mang được gọi là sóng mang con và thường có thêm một lần điều chế để dịch tất cả các sóng mang con đến một băng tần cao hơn, ngoại trừ cho một phép nhân hằng số (1=N) cơng thức trên là phương trình của N điểm
Hình 3.2. Phân bố phổ cơng suất tín hiệu OFDM
biến đổi ngược công thức fourier (inverse discrete fourier transform - IDFT), nếu N là bội của 2, sẽ có rất nhiều các thuật tốn nhanh và hiệu quả để thực hiện như là một thao tác IDFT, nó như là hiệu quả hiện thực kỹ thuật số của máy phát OFDM, kỹ thuật OFDM là một giải pháp khả thi đối với hệ thống thơng tin liên lạc tiên tiến, khơng có miền thời gian cụ thể trên ký hiệu OFDM để hình thành dạng sóng, sóng mang con OFDM có phổ sóng dạng hình sin, thể hiện trong hình 3.2.