Hình 1-9. Symbol nhận được với khác nhau[43]
Rõ ràng hiệu ứng Doppler sinh ra dịch tần Doppler và nó có mặt trong thành phần tín hiệu nhận được ở máy thu.
1.3.2. Mối liên quan giữa CFO và SNR
Theo [44] dịch tần Doppler gây ảnh hưởng tới SNR thể hiện trong biểu thức sau: 2 0 10 ( fT) 3ln10 b freq E D N (1.5)
Trong đó Dfreq(Hz), T(s), Eb và N0 lần lượt là Dịch tần Doppler, chu kỳ symbol của tín hiệu OFDM, năng lượng trên bit và mật độ phổ công suất nhiễu
Ảnh hưởng của dịch tần Doppler tương tự như ảnh hưởng của nhiễu vì nó gây ra suy giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu tương tự như dạng của biểu thức (1.6)
0
b
E S N R
N (1.6)
1.3.3. Các nghiên cứu về CFO/ICI
Kỹ thuật OFDM cũng có những hạn chế đặc biệt là nhạy cảm với dịch tần số (CFO) như đã trình bày ở trên. CFO được sinh ra bởi hai nguyên nhân chính. Thứ nhất là sự không đồng bộ tần số giữa các bộ dao động tại máy phát và máy thu, kết quả là CFO còn lại ở máy thu sau quá trình xử lý tín hiệu. Nguyên nhân thứ hai là dịch tần Doppler, là kết quả của hiệu ứng Doppler do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu [45, 46]. CFO chuẩn hóa có thể được chia thành hai phần: phần nguyên CFO (IFO) và phần phân số CFO (FFO). IFO tạo ra một sự thay đổi theo chu kỳ từ phía người nhận đến sóng mang con tương ứng. Nó không phá
36 hủy trực giao giữa các sóng mang con. Tuy nhiên, FFO thì phá hủy trực giao giữa các sóng mang con [39], sự phá hủy này sẽ tạo ra nhiễu ICI (Inter-Carrier Iinterference). ICI có nghĩa là một sóng mang con bị ảnh hưởng bởi các sóng mang con khác trong các hệ thống OFDM và nhiễu ICI này có thể gây ảnh hưởng xấu hơn cả ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống thể hiện ở biểu thức (1.5). Đó là lý do tại sao nhiều thuật toán ước lượng và bù CFO khác nhau đã được đề xuất, những phương pháp này có thể được phân thành hai nhánh chính: nhánh một là các phương pháp ước lượng và bù CFO trong miền thời gian hay còn gọi là ước lượng và bù trước FFT và nhánh thứ hai là các phương pháp tiếp cận trên miền tần số hay còn gọi là sau FFT. Phương pháp trước FFT yêu cầu tính toán ít hơn vì không cần xử lý FFT nên việc ước lượng và bù CFO nhanh hơn.
Nhánh trước FFT có thể được phân thành hai loại: không hỗ trợ dữ liệu (NDA- Non-Data-Aided) và hỗ trợ dữ liệu (DA-Data-Aided) [47]. Các phương pháp NDA khai thác những điểm tương tự giữa phần tiền tố cyclic (CP) và phần dữ liệu tương ứng của một ký hiệu (Symbol) OFDM nhận được để ước lượng FFO [48]. Phương pháp này có thể sử dụng để ước lượng cả dịch thời gian. Các phương pháp NDA sử dụng CP chỉ có thể ước tính CFO trong khoảng ± 0.5 [49]. Các phương pháp DA sử dụng một chuỗi các symbol đã biết được chèn vào phần đầu của mỗi gói OFDM để ước lượng CFO. Nhược điểm của các phương pháp DA là hiệu quả truyền dẫn giảm do chèn vào các symbol. Tuy nhiên phương pháp này ước lượng CFO kết quả tốt hơn và phạm vi ước lượng rộng hơn NDA, phạm vi trong khoảng khoảng ± 1 [50].
Các phương pháp trên chỉ phù hợp với đầu cuối di chuyển tốc độ thấp còn khi tàu di chuyển tốc độ nhanh với yêu cầu khắt khe hơn về cả thời gian và chất lượng thì các phương pháp này không còn phù hợp.
1.3.3. Các nghiên cứu đã công bố về CFO trong LTE-R
Khi nghiên cứu ứng dụng LTE vào đường sắt tốc độ cao ngày nay để cung cấp thông tin vô tuyến băng rộng cho điều độ tàu để đảm bảo tàu chạy nhanh nhưng vẫn an toàn và hiệu quả thì đường truyền thông tin vô tuyến đoàn tàu mặt đất cần đảm bảo liên tục, hai chiều, thời gian thực, dung lượng lớn.
37 Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn là độ chính xác của việc ước lượng kênh. Khi tàu di chuyển với tốc độ khoảng 500 km/h, các kênh vô tuyến chịu một lượng dịch tần Doppler cao và nó sẽ làm tăng độ khó cho việc ước lượng kênh. Trong môi trường di động cao, các kênh vô tuyến đều có lựa chọn tần số và