6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.3.2. Tạo ký hiệu OFDM
Chức năng của mô-đun tạo OFDM (Othogonality Fequency Dvision Mltiplexing) là chèn các tín hiệu vào các ô bởi trình xây dựng khung để điều chế OFDM và tạo ra tín hiệu dữ liệu băng gốc miền thời gian để truyền. Sau đó, nó chèn các khoảng bảo vệ và nếu cần, áp dụng xử lý giảm PAPR để tạo ra tín hiệu T2
hoàn chỉnh. Một giai đoạn ban đầu tùy chọn khác, được gọi là xử lý MISO, cho phép tín hiệu miền tần số ban đầu được xử lý bằng mã hóa Alamouti sửa đổi, chia tín hiệu T2 thành hai nhóm và sau đó truyền ở cùng tần số theo cách mà hai nhóm sẽ không giao thoa với nhau nhưng thay vào đó giúp nâng cao hiệu suất tiếp nhận. Sơ đồ khối của mô-đun tạo OFDM được thể hiện trong hình 2.27. Các đường đứt nét trong hình cho biết nhóm dữ liệu thứ hai được tạo ra bởi quá trình xử lý MISO.
2.3.2.1 Xử lý MISO
Quá trình xử lý MISO (Multi Input Single Output) trong hình 2.28 bao gồm việc lấy các ô dữ liệu đầu vào và tạo ra hai tập hợp các ô dữ liệu ở đầu ra đáp ứng mã hóa Alamouti, mỗi ô trong số đó sẽ được hướng đến một máy phát. Cần lưu ý rằng mã Alamouti không thể được áp dụng cho biểu tượng mở đầu P1 trong T2 khung. Quá trình xử lý MISO được áp dụng cho các ô dữ liệu liền kề theo cặp sau bộ xen kẽ tần số, do đó dung lượng lưu trữ cần thiết là tối thiểu. Lưu ý rằng sau khi đã chèn các mô hình thử nghiệm, các ô dữ liệu liền kề có thể không được ánh xạ tới các sóng mang lân cận.
Hình 2.27: Sơ đồ khối của môđun tạo OFDM. 2.3.2.2 Chèn tín hiệu
Các tín hiệu sẽ được đưa vào các ô dữ liệu được mã hóa Alamouti. Các ô khác nhau trong khung OFDM được điều chế bởi các chuỗi / ký hiệu mà giá trị của chúng được người nhận biết chính xác (được gọi là các bộ điều khiển). Các ô chứa các ký hiệu đó thường được truyền ở mức công suất cao hơn. Các thử nghiệm này giúp máy thu đạt được đồng bộ khung, đồng bộ tần số, đồng bộ thời gian, ước tính kênh, xác định chế độ truyền và theo dõi nhiễu pha. Các ký hiệu được truyền bởi các ô này là rời rạc hoặc liên tục và có thể được mang theo biểu tượng P2, biểu tượng dữ liệu thông thường hoặc biểu tượng đóng khung. Giá trị của thông tin sóng mang được lấy từ một chuỗi tham chiếu, có thể lấy từ chuỗi PRBS cấp ký hiệu và PN cấp khung. Trình tự tham chiếu được áp dụng cho tất cả các loại tín hiệu cho mỗi ký hiệu của khung T2, bao gồm các tín hiệu rời rạc, liên tục, cạnh, P2 và đóng
khung. Bảng 2.8 cho thấy sự phân bố của các loại tín hiệu khác nhau trên các ký hiệu OFDM khác nhau. Các tín hiệu rời rạc và liên tục tương tự như trong DVB-T. Tín hiệu cạnh mới được bổ sung là áp dụng nội suy miền tần số cho ranh giới của phổ (DVB-T2 sử dụng trải phổ để tăng khả năng sử dụng phổ). Tín hiệu biên được điều chế giống như tín hiệu rời rạc. Tín hiệu đóng khung sẽ được chèn cho biểu tượng đóng khung đặc biệt cuối cùng của khung T2. Tín hiệu này là sự kết hợp nhất định của kích thước FFT, khoảng thời gian bảo vệ và mô hình rời rạc. Tín hiệu P2 được áp dụng cho biểu tượng P2 trong khi ký hiệu P1 không có các tín hiệu P1 chuyên dụng.
Các tín hiệu rời rạc được áp dụng cho các ký hiệu OFDM bình thường khác với P1, P2 và các ký hiệu đóng khung. Nguyên tắc của tín hiệu rời rạc giống hệt như của DVB-T. Sự khác biệt lớn nhất là DVB-T2 hỗ trợ các mẫu tín hiệu rời rạc khác nhau, từ PP1 đến PP8, để đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau trong môi trường đa đường. Để hỗ trợ xử lý MISO, hai máy phát sẽ sử dụng các bộ điều khiển rời rạc khác nhau để chèn.
Sự khác biệt chính giữa các mô hình thử nghiệm nằm ở các khoảng thời gian khác nhau của các mô hình thử nghiệm, tức là, cấu trúc của các mô hình thử nghiệm trong cả miền tần số và thời gian. Ví dụ, các mẫu PP3 tín hiệu rời rạc trong các chế độ SISO và MISO được thể hiện tương ứng trong hình 2.28 và hình 2.29.
Bảng 2.8: Phân bố các loại tín hiệu khác nhau trong mỗi loại ký hiệu (X = hiện tại)
Loại tín hiệu
Ký hiệu Rời rạc Liên tục Cạnh Tín hiệu P2 Đóng khung
P1
P2 x
Ký hiệu dữ liệu x x x
Ký hiệu đóng khung x x
Một số tín hiệu liên tục sẽ được chèn vào mỗi ký hiệu OFDM thông thường. Số lượng và vị trí của các tín hiệu liên tục được xác định bởi kích thước FFT và mô hình tín hiệu phân tán. Theo chế độ FFT được sử dụng trong các ký hiệu, các vị trí tín liên tục được lấy từ một hoặc nhiều nhóm tín hiệu liên tục (CP). Các địa điểm
tín hiệu thuộc cùng một nhóm SXSH phụ thuộc vào mô hình tín hiệu rời rạc đang được sử dụng.
Hình 2.28: Mẫu tín hiệu rải rác PP3 (hệ thống SISO).
Hình 2.29: Mẫu tín hiệu rải rác PP3 (hệ thống MIMO).
2.3.2.3 Giảm tỷ số PAPR
DVB-T2 cung cấp hai kỹ thuật giảm PAPR (Peak to Average Power Ratio) mở rộng chòm sao chủ động (ACE) và đặt trước âm (TR). Cả hai kỹ thuật, khi được sử dụng, được áp dụng cho các khối dữ liệu của mỗi ký hiệu OFDM (ngoại trừ P1), và các khoảng bảo vệ được chèn sau đó. ACE cung cấp PAPR không thể giảm đáng kể cho các chòm sao có thứ tự thấp hơn trong khi đặt trước giai điệu mang lại lợi ích lớn hơn cho các chòm sao có thứ tự cao hơn. Có thể sử dụng đồng thời cả kỹ thuật ACE và TR. Tuy nhiên, tùy thuộc vào việc lập bản đồ chòm sao, việc lựa chọn công nghệ thích hợp sẽ mang lại hầu hết các lợi ích. Cả hai kỹ thuật đều phải trả giá: ACE tăng mức nhiễu ở máy thu trong khi TR giảm thông lượng. Sự đánh đổi chính là công suất truyền tải tăng lên so với sự mất mát thông lượng.
Từ quan điểm của người nhận, ACE sẽ giảm SNR ở đầu nhận, trong khi âm dành riêng sẽ không được đầu thu truyền thống hỗ trợ.
Bảng 2.9: Nhóm tín hiệu liên tục được sử dụng với mỗi kích thước FFT
Kích thước FFT Nhóm CP được sử dụng Kmod
1K 2K 4K 8K 16 K 32 K CP1 CP1, CP2 CP1, CP2, CP3 CP1, CP2, CP3, CP4 CP1, CP2, CP3, CP4, CP5 CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6 1,632 1,632 3,264 6,528 13,056 NA
Hình 2.30: Sơ đồ khối của phần mở rộng chòm sao đang hoạt động.
Thuật toán ACE điều chỉnh sự phân bố công suất của các mẫu tín hiệu miền thời gian để cải thiện hiệu suất công suất của bộ khuếch đại công suất hoặc các mức phát xạ ngoài băng tại máy phát. Kỹ thuật ACE không thể được sử dụng để điều biến hoa tiêu hoặc sóng mang phụ dự trữ hoặc sau vòng quay của chòm sao. Các nguyên tắc cơ bản được thể hiện trong Hình 2.30. Ví dụ, dạng sóng miền thời gian của tín hiệu 16QAM bình thường lần đầu tiên được IFFT thu được, và sau đó dạng sóng được cắt bớt. Tín hiệu miền thời gian đã cắt bớt được FFT chuyển đổi trở lại miền tần số với điểm cố định lệch khỏi vị trí ban đầu, như thể hiện trong chòm sao tín hiệu 16QAM được cắt bớt trong Hình 2.30. Đối với các điểm chòm sao ở rìa, không gian có thể được di chuyển ra bên ngoài mà không làm tăng tỷ lệ lỗi và việc mở rộng các điểm chòm sao ở rìa có thể được duy trì trong khi các điểm chòm sao bên trong phải được điều chỉnh lại về vị trí 16QAM bình thường. Khi một số vị trí điểm chòm sao được mở rộng, PAPR có thể bị hạ xuống một mức độ nhất định khi tín hiệu được thay đổi trở lại miền thời gian, một lần nữa bởi IFFT.
Quá trình trên có thể được thực hiện nhiều lần để đạt được hiệu suất PAPR tốt hơn. Các chòm sao mở rộng được xác định hoàn toàn từ dữ liệu gốc chòm sao ô và giá trị mở rộng tối đa L, là một tham số của thuật toán ACE. Hiệu suất tốt hơn có thể đạt được bằng cách điều chỉnh L cùng với các thông số ACE khác, chẳng hạn như cắt ngưỡng Vclip và độ lợi G.
Nguyên tắc cơ bản của bảo lưu âm là một số sóng mang được dành riêng cho mục đích giảm PAPR. Các nhà cung cấp dịch vụ dành riêng này không mang theo bất kỳ dữ liệu hoặc ký hiệu trước và sau L1 nào và thay vào đó được gắn với các giá trị phức để giúp giảm PAPR. Công suất của mỗi sóng mang dự trữ không được vượt quá 10 lần công suất trung bình của sóng mang dữ liệu.
Hình 2.31: Sơ đồ khối của kỹ thuật đặt âm. 2.3.2.4 Chèn khoảng thời gian bảo vệ
Bảng 2.10 cho thấy các tỷ lệ khoảng thời gian bảo vệ khác nhau cho các kích thước FFT khác nhau. Khoảng thời gian tuyệt đối của khoảng thời gian bảo vệ được biểu thị bằng bội số của chu kỳ cơ bản T.
Tín hiệu được truyền bao gồm việc chèn khoảng bảo vệ và khoảng thời gian bảo vệ nên được chèn sau khi giảm PAPR nếu sử dụng thuật toán giảm PAPR.
2.3.2.5 Chèn ký hiệu P1
P1 là một ký hiệu OFDM dài 1K với hai phần “giống như khoảng bảo vệ” được thêm vào. Tổng ký hiệu kéo dài 224μs trong hệ thống 8MHz, bao gồm 112 μs, khoảng thời gian của phần hữu ích A của ký hiệu cộng với hai sửa đổi.
Phần C và B được suy ra bởi sự kéo dài và quay theo chu kỳ của phần hữu ích A. Điều chế 1K OFDM được áp dụng cho phần A, bao gồm 853 sóng mang hữu ích và phần còn lại là sóng mang ảo. Trong số 853 sóng mang hữu ích, chỉ có 384 được sử dụng và những sóng mang khác được đặt thành 0, như trong hình 2.33. Các sóng mang được sử dụng chiếm dải tần khoảng 6,83 MHz từ giữa băng thông tín hiệu 7,61MHz. Thiết kế được thực hiện sao cho ngay cả khi sử dụng độ lệch lớn nhất không quá 500kHz, hầu hết các sóng mang được sử dụng trong ký hiệu P1 vẫn nằm trong băng thông danh định 7,61 MHz và ký hiệu P1 có thể được khôi phục khi máy thu được điều chỉnh theo danh định tần số trung tâm. 384 sóng mang đang hoạt động được điều chế DBPSK kết hợp với xáo trộn đường truyền, mang tín hiệu 7 bit. Ký hiệu P1 được thiết kế rất chắc chắn để đảm bảo mã được giải mã ở máy thu ngay cả trong các điều kiện khá khó khăn với chi phí tối thiểu. Ký hiệu P1 được thiết kế với các đặc điểm sau:
Bảng 2.10: Biểu thị khoảng thời gian bảo vệ
Phân số khoảng thời gian bảo vệ (Δ / Tu)
Kích thước FFT 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 32K 16K 8K 4K 2K 1K 256T 128T 64T NA NA NA 1024T 512T 256T 128T 64T NA 2048T 1024T 512T 256T 128T 64T 2432T 1216T 608T NA NA NA 4096T 2048T 1024T 512T 256T 123T 4864T 2432T 1216T NA NA NA NA 4096T 2048T 1024T 512T 256T Biểu tượng P1 có khả năng chống nhiễu mạnh, có thể nhận và giải mã trong các trường hợp cực kỳ bất lợi. Việc lựa chọn (đối với hiệu suất) của một ký hiệu P1 có độ dài ngắn có nghĩa là nhiễu giữa các ký hiệu có thể xảy ra nhưng có thể được chấp nhận vì điều chế và mã hóa được thiết kế để hoạt động tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu rất thấp. (Độ dài của phần C và B không đủ để hấp thụ hoàn toàn phản hồi của kênh đối với ký hiệu dữ liệu trước đó.) Sự hiện diện của hai phần C và B ở đầu và cuối của biểu tượng giúp cải thiện độ chắc chắn chống lại cả phát hiện sai và mất khả năng phát hiện nếu không có thể xảy ra khi có các tiếng vọng bị trễ kéo
dài của kênh (thậm chí có dấu hiệu ngược lại) hoặc tín hiệu giả (chẳng hạn như nhiễu CW).
Hình 2.32: Cấu trúc ký hiệu P1.
Biểu tượng P1 có thể được nhận trong một kênh hoàn toàn không xác định. Do sự phân bố sóng mang, ký hiệu P1 hỗ trợ độ lệch tần lên đến 500 kHz so với tần số trung tâm trong hệ thống 8 MHz, có thể được khôi phục chính xác nếu máy thu được điều chỉnh đến tần số trung tâm danh định. PAPR của biểu tượng đã được tối ưu hóa để làm cho việc tiếp nhận của nó tốt hơn, ngay cả khi bất kỳ vòng lặp AGC nào chưa ổn định.
Hình 2.33: Các sóng mang đang hoạt động của ký hiệu P1.
Khả năng hiệu chỉnh độ lệch: Khi khởi tạo, ký hiệu P1 có thể được sử dụng để đạt được đồng bộ hóa thời gian thô của máy thu cũng như để phát hiện (và sửa) bất kỳ độ lệch tần số nào, cho cả dịch chuyển phân đoạn và toàn bộ sóng mang, từ băng thông trung tâm danh nghĩa.
Tính mạnh mẽ của tín hiệu: Tín hiệu 7 bit được truyền tải trong P1 được điều chế DBPSK. Tín hiệu được mã hóa bằng cách sử dụng một tập hợp các trình tự bổ sung và tính trực giao của các trình tự cải thiện tính mạnh mẽ về mặt giải mã mẫu
chính xác. Người ta đảm bảo rằng sự bảo vệ này đủ để khôi phục thông tin tín hiệu ngay cả dưới các giá trị âm của SNR.