CHƯƠNG III: KỸ THUẬT OFDM
3.3.5.Chèn/ loại bỏ khoảng bảo vệ.
Hình 3. 11: Bộ chèn và loại bỏ khoảng bảo vệ
Hai nguồn nhiễu giao thoa (interference) thường thấy trong các hệ thống truyền thông, cũng như trong hệ thống OFDM là ISI và ICI.
• ISI (Inter-Symbol Interference): nhiễu giao thoa liên ký tự, được định nghĩa là xuyên nhiễu giữa các symbol trong khoảng thời gian Symbol Ts của các frame FFT liên tiếp (trong miền thời gian).
• ICI (Inter-Carrier Interference): nhiễu giao thao liên sóng mang, được định nghĩa là xuyên nhiễu giữa các kênh sóng mang phụ (subchannels) của cùng một frame FFT (trong miền tấn số).
Phương pháp sử dụng khoảng bảo vệ trong kĩ thuật OFDM còn được gọi là chèn tiền tố lặp CP (Cycle Prefix). Tiền tố lặp CP là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh và nhiễu xuyên ký tự đến tín hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ. Để thực hiện kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu, tín hiệu OFDM được lặp lại có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là một khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.
Ý nghĩa của việc chèn CP được giải thích trên hình 3.12. Trong trường hợp kênh tán thời do bị phadinh đa đường một phần tính trực giao của các sóng mang con sẽ bị mất đi: phần cuối của ký hiệu OFDM phát trước do đến trễ τ sẽ chồng lên phần
đầu của ký hiệu OFDM phát sau. Trong trường hợp này khoảng thời gian tương quan của bộ giải điều chế cho ký hiệu được xét sẽ chồng lấn một phần lên ký hiệu trước đó (hình 3.12a). Vì thế tích phân tín hiệu đi thẳng sẽ chứa nhiễu của tín hiệu phản xạ từ ký hiệu trước đó. Hậu quả là không chỉ xảy ra nhiễu giữa các ký hiệu ISI mà còn cả nhiễu giữa các sóng mang con ICI.
Hình 3. 12: Giải thích ý nghĩa chèn CP.
Chèn CP làm tăng độ dài kí hiệu OFDM từ TFFT lên thành TFFT + TCP , trong đó TCP là độ dài của CP tương ứng với việc giảm tốc độ ký hiệu OFDM. Từ hình 3.12b ta thấy tương quan vẫn được thực hiện trên đoạn thời gian TFFT = 1/∆f và tính trực giao sóng mang con sẽ được đảm bảo ngay cả trong trường hợp kênh tán thời chừng nào đoạn tán thời còn ngắn hơn độ dài CP.
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần. Tuy nhiên, nó phải bằng hoặc lớn hơn giá trị trải trễ cực đại nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang phụ và loại bỏ được các xuyên nhiễu ICI, ISI. Ở đây, giá trị trễ cực đại là một thông số xuất hiện khi tín hiệu truyền trong không gian chịu ảnh
hưởng của hiện tượng đa đường. Giá trị trải trễ cực đại được xác định là thời gian chênh lệch lớn nhất giữa thời điểm tín hiệu thu qua đường trực tiếp và thời điểm tín hiệu thu qua đường phản xạ. Vì tín hiệu của chuỗi bảo vệ CP không mang thông tin có ích nên ở phía thu, chuỗi bảo vệ này sẽ bị loại bỏ trước khi được gửi đến bộ giải điều chế OFDM.
Nhược điểm của chèn tiền tố CP là chỉ một phần TFFT/(TFFT +TCP) của công suất tín hiệu thu là phần thực tế được bộ giải điều chế OFDM sử dụng và điều này có nghĩa là mất một phần công suất khi giải điều chế OFDM. Ngoài việc mất công suất, chèn CP còn gây ra mất băng thông vì tốc độ ký hiệu OFDM giảm trong khi độ rộng băng tần của tín hiệu không giảm.
Cần lưu ý rằng CP không thể bao phủ toàn bộ độ dài của tán thời kênh. Vì thế, chúng ta cần có một sự cân nhắc giữa mất công suất do CP và hỏng tín hiệu (do ISI và ICI) mà phần dư tán thời do CP không phủ hết gây ra. Điều này có nghĩa rằng tồn tại một điểm tối ưu cho độ dài CP mà việc tăng nó không ảnh hưởng xấu đến mất công suất dẫn đến giảm kích thước ô và ngược lại việc giảm nó không ảnh hưởng xấu đến hỏng tín hiệu.
3.4. Các thông số đặc trưng của hệ thống truyền dẫn OFDM.