2) Nội dung cỏc phần thuyết minh và tớnh toỏn:
1.5.1Kỹ thuật OFDM
- Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghộp kờnh phõn chia theo tần số trực giao. Trong OFDM, chuỗi dữ liệu tới đầu phỏt thƣờng cú tốc độ rất cao. Dũng dữ liệu này đƣợc chia thành nhiều dũng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P). Mỗi dũng dữ liệu song song sau đú đƣợc điều chế bởi một súng mang, cỏc súng mang này đƣợc chọn trực giao với nhau để đảm bảo cú thể tỏch riờng từng luồng dữ liệu tại đầu thu. Kế đến cỏc súng mang này đƣợc tổng hợp lại và đƣa lờn tần số phỏt.
- Số lƣợng cỏc súng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ độ rộng kờnh và mức độ nhiễu. Con số này tƣơng ứng với kớch thƣớc FFT. Chuẩn giao tiếp vụ tuyến 802.16-2004 xỏc định 256 súng mang con tƣơng ứng FFT 256 điểm, hỡnh thành chuẩn Fixed WiMAX, với độ rộng kờnh cố định. Chuẩn giao tiếp 802.16-2005 cho phộp kớch cỡ FFT từ 512 đến 2048 phự hợp với độ rộng kờnh 5MHz đến 20MHz, hỡnh thành chuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA), để duy trỡ tƣơng đối khoảng thời gian khụng đổi của cỏc kớ hiệu và khoảng dón cỏch giữa cỏc súng mang với độ rộng kờnh.
Hỡnh 1.7 Sơ đồ khối hệ thống OFDM
- Đầu tiờn, dũng dữ liệu vào với tốc độ cao đƣợc chia thành nhiều dũng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song (S/P). Mỗi dũng dữ liệu song song sau đú đƣợc mó húa (Coding) sử dụng thuật toỏn FEC và đƣợc sắp xếp (Mapping) theo một trỡnh tự hỗn hợp. Những ký tự hỗn hợp đƣợc đƣa đến đầu vào của khối IDFT (ở đõy để thực hiện phộp biến đổi IDFT ngƣời ta dựng thuật toỏn IFFT). Sau đú khoảng bảo vệ đƣợc chốn vào để giảm nhiễu xuyờn ký tự (ISI), nhiễu xuyờn kờnh (ICI) do truyền trờn cỏc kờnh vụ tuyến di động đa đƣờng. Dũng dữ liệu song song lại đƣợc chuyển thành nối tiếp nhờ bộ chuyển đổi song song-nối tiếp (P/S). Cuối cựng, bộ A/D phớa phỏt định dạng tớn hiệu thời gian liờn tục và chuyển đổi lờn miền tần số cao để truyền đi xa.
- Trong quỏ trỡnh truyền, trờn cỏc kờnh sẽ cú cỏc nguồn nhiễu tỏc động đến nhƣ nhiễu Gausian trắng cộng AWGN.
- Ở phớa thu, tớn hiệu thu đƣợc chuyển xuống tần số thấp và tớn hiệu rời rạc nhận đƣợc sau bộ D/A thu. Khoảng bảo vệ đƣợc loại bỏ và cỏc mẫu đƣợc chuyển đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng phộp biến đổi DFT dựng thuật toỏn FFT (khối FFT). Sau đú, tựy vào sơ đồ điều chế đƣợc sử dụng, sự dịch chuyển về biờn độ và pha của cỏc súng mang nhỏnh sẽ đƣợc sắp xếp ngƣợc trở lại và đƣợc giải mó. Cuối cựng, chỳng ta nhận lại đƣợc dũng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM:
Dữ liệu Dữ liệu S/P Mó húa& sắp xếp Chốn Pilot IFFT Chốn dải bảo vệ P/S Kờnh truyền P/S Sắp xếp lại & giải mó Ƣớc lƣợng kờnh FFT Loại bỏ dải bảo vệ S/P AWGN w(n)
- Ƣu điểm của phƣơng phỏp điều chế OFDM khụng chỉ thể hiện ở hiệu quả sử dụng băng thụng mà cũn cú khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyờn kớ hiệu ISI nhờ sử dụng chuỗi bảo vệ GI. Một mẫu tớn hiệu cú độ dài là TS, chuỗi bảo vệ tƣơng ứng là một chuỗi tớn hiệu cú độ dài TG ở phớa sau đƣợc sao chộp lờn phần phớa trƣớc của mẫu tớn hiệu này nhƣ hỡnh vẽ sau (do đú, GI cũn đƣợc gọi là Cyclic Prefix-CP). Sự sao chộp này cú tỏc dụng chống lại nhiễu xuyờn kớ hiệu ISI do hiệu ứng phõn tập đa đƣờng.
Hỡnh 1.8 Khỏi niệm về chuỗi bảo vệ
- Nguyờn tắc này giải thớch nhƣ sau: Giả sử mỏy phỏt đi một khoảng tớn hiệu cú chiều dài là TS, sau khi chốn thờm chuỗi bảo vệ cú chiều dài TG thỡ tớn hiệu này cú chiều dài là T=TS+TG. Do hiệu ứng đa đƣờng multipath, tớn hiệu này sẽ tới mỏy thu theo nhiều đƣờng khỏc nhau. Trong hỡnh vẽ mụ tả dƣới đõy, hỡnh a, tớn hiệu theo đƣờng thứ nhất khụng cú trễ, cỏc đƣờng thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảng thời gian so với đƣờng thứ nhất.Tớn hiệu thu đƣợc ở mỏy thu sẽ là tổng hợp của tất cả cỏc tuyến, cho thấy kớ hiệu đứng trƣớc sẽ chồng lấn vào kớ hiệu ngay sau đú, đõy chớnh là hiện tƣợng ISI. Do trong OFDM cú sử dụng chuỗi bảo vệ cú độ dài TG sẽ dễ dàng loại bỏ hiện tƣợng này. Trong trƣờng hợp TG ≥τ MAX nhƣ hỡnh vẽ mụ tả thỡ phần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, cũn thành phần tớn hiệu cú ớch vẫn an toàn. Ở phớa mỏy thu sẽ gạt bỏ chuỗi bảo vệ trƣớc khi gửi tớn hiệu đến bộ giải điều chế OFDM. Do đú, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM khụng bị ảnh hƣởng bởi ISI là:TG max với τmaxlà trễ truyền dẫn tối đa của kờnh.
Hỡnh 1.9 ISI và cyclic prefix
Phần tớn hiệu cú ớch Phần tớn hiệu cú ớch GI
Cỏc ưu và nhược điểm của kĩ thuật OFDM:
- Qua việc phõn tớch về cơ bản kỹ thuật OFDM nhƣ trờn, chỳng ta cú thể rỳt ra một số ƣu điểm, nhƣợc điểm chớnh của OFDM nhƣ sau:
Ưu điểm:
Sử dụng phổ hiệu quả nhờ phổ tần số cú dạng gần nhƣ cửa sổ chữ nhật nếu số súng mang con đủ lớn.
Loại bỏ nhiễu xuyờn ký tự (ISI) và nhiễu giữa cỏc khung (IFI) nhờ sử dụng tiền tố vũng CP.
Khả năng chống nhiễu giữa cỏc kờnh con rất tốt nhờ việc sử dụng cỏc súng mang con trực giao.
Kỹ thuật OFDM cho phộp thụng tin tốc độ cao đƣợc truyền song song với tốc độ thấp hơn trờn cỏc kờnh băng hẹp. Cỏc kờnh con này đƣợc coi là cỏc kờnh fading khụng lựa chọn tần số nờn cú thể dựng cỏc bộ cõn bằng đơn giản trong suốt quỏ trỡnh nhận thụng tin. Núi nhƣ vậy, hệ thống OFDM chống đƣợc ảnh hƣởng của fading lựa chọn tần số.
Kỹ thuật OFDM là một phƣơng phỏp hiệu quả để giải quyết đa đƣờng, khỏng nhiễu băng hẹp tốt vỡ nhiễu này chỉ ảnh hƣởng một tỷ lệ nhỏ cỏc súng mang con.
Thực hiện đơn giản trong miền tần số bằng cỏch dựng giải thuật FFT. Đồng thời mỏy thu đơn giản do khụng cần bộ khử ICI và ISI nếu khoảng dự trữ đủ dài.
Nhược điểm:
OFDM là tập hợp của tớn hiệu trờn nhiều súng mang, dải động của tớn hiệu lớn nờn cú tỷ số cụng suất đỉnh/trung bỡnh tƣơng đối lớn sẽ làm hạn chế hiệu suất của bộ khuếch đại õm tần.
Mất mỏt hiệu suất phổ do chốn khoảng dự trữ.
Nhiễu pha do sự khụng phối hợp giữa cỏc bộ dao động ở mỏy phỏt và mỏy thu, cú thể làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng hệ thống.
Phải cú sự đồng bộ chớnh xỏc về tần số và thời gian, đặc biệt là tần số. - Nhƣ vậy, kỹ thuật OFDM là giải phỏp rất phự hợp cho truyền dẫn vụ tuyến tốc độ cao núi chung và cho cụng nghệ Wimax núi riờng.Với cụng nghệ OFDM, nhờ sự kết hợp của cỏc súng mang con trực giao truyền song song với cỏc ký hiệu cú khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lƣu lƣợng băng thụng rộng khụng bị hạn chế do mụi trƣờng khụng theo tầm nhỡn thẳng NLOS và nhiễu do hiện tƣợng đa đƣờng dẫn.