2.2.1 .Bộ chuyển đổi nối tiếp thành song song
2.3. Đỏnh giỏ ƣu nhƣợc điểm của hệ thống OFDM
2.3.1. Ƣu điểm:
Từ những phõn tớch trờn ta cú thể thấy đ ược một số ưu điểm của hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM hay cũn gọi là kỹ thuật điều chế đa súng mang so với hệ điều chế đ ơn súng mang thụng thường. Bờn cạnh đú, hệ thống OFDM cũng cú những thế mạnh rất lớn so với hệ đ ơn súng mang. Chớnh bởi những ưu điểm này mà hệ thống OFDM đó trở thành một ứng cử viờn quan trọng trong cỏc đ ề ỏn quy đ ị nh cho cỏc chuẩn của cỏc hệ thống đ ược phỏt triển trong tương lai.
Hình 2.7: Đồng bộ trong hệ OFDM
2.3.1.1. Đỏp ứng đƣợc nhu cầu truyền thụng tốc độ cao với khả năng khỏng nhiễu tốt trờn kờnh Fading chọn lọc tần số:
Một trở ngại rất lớn đối với hệ đơn súng mang truyền thụng tốc độ cao đú là vấn đề Fading chọn lọc tần số. Bởi vỡ: trong trƣờng hợp truyền tin với tốc độ cao thỡ khoảng thời gian kộo dài của mỗi symbol đơn súng mang là nhỏ. Điều này làm cho tớn hiệu truyền kờnh rất nhạy với hiện tƣợng ISI bởi khoảng cỏch giữa cỏc ký hiệu là nhỏ so với độ trải trễ cực đại của kờnh đa đƣờng. Cũn với hệ đa súng mang, nhƣợc điểm trờn đƣợc khắc phục khỏ tốt bởi: một trong cỏc đặc điểm quan trọng nhất của hệ điều chế đa súng mang đú là: sự chia luồng dữ liệu cú tốc độ cao ban đầu thành cỏc luồng con song song cú tốc độ nhỏ hơn n lần so với tốc độ luồng dữ liệu ban đầu. Tớn hiệu sau khi điều chế đƣợc truyền đi trờn kờnh truyền là cỏc ký hiệu OFDM cú khoảng thời gian kộo dài lớn, đƣợc truyền đi với tốc độ nhỏ song lại mang một lƣợng thụng tin khỏ lớn trờn mỗi ký hiệu OFDM. Chớnh bởi điều này mà tỏc động
RN-1 R1 Ro sN-1 d'N-1 d'1 d'o thu Dữ liệu s /p. đổi chuyển M-QAM rN-1 r1 ro Điều chế Giải F F T d1 do dN-1 đổi phát s /p. dữ liệu chuyển I F F T chế s M-QAM s1 so Điều so s1 P / S đổi chuyển loại bỏ CP A / D đổi chèn P / S chuyển D / A K ê n h t ru y ề n HPA HPA và thời gian Đồng bộ tần số N-1 cp R F O S C I R F O S C I tx f ftx Khối phát Khối thu
của kờnh Fading lờn tớn hiệu OFDM truyền đi cú thể đƣợc coi nhƣ là "phẳng" và hiện tƣợng ISI do vậy giảm đi rất nhiều.
2.3.1.2. Tớnh phõn tập tần số cao
Nhƣ ta đó biết, khi một hệ đơn súng mang truyền thụng tin với tốc độ cao, cựng với khoảng thời gian kộo dài của cỏc tớn hiệu (chu kỳ của ký hiệu) bị thu hẹp lại thỡ băng tần của tớn hiệu trong trƣờng hợp này đƣợc mở rộng quanh một tần số súng mang trung tõm với một số lƣợng lớn thụng tin đƣợc tập trung trờn một đoạn dải tần. Điều này sẽ thực nguy hiểm nếu nhƣ dải tần này lại bị tỏc động của khe Fading trong đỏp ứng tần số của kờnh Fading chọn lọc tần số. Mà kết quả là: tốc độ lỗi bit BER tăng lờn cao. Muốn giảm đƣợc ảnh hƣởng này ta phải sử dụng một phƣơng phỏp khỏ hiệu quả đú là: phõn tập cú thể là phõn tập theo khụng gian, thời gian hoặc tần số.
Trong kỹ thuật điều chế đa súng mang, với việc sử dụng nhiều súng mang nờn tự bản thõn kỹ thuật này đó tạo ra khả năng phõn tập rất tốt theo tần số.
Hỡnh 2.9: ảnh hƣởng của khe Fading giảm đi khi tỏc dụng lờn tớn hiệu OFDM
Khi đú thụng tin đƣợc "trải" ra trờn nhiều súng mang con khỏc nhau, tạo nờn một khả năng chống đƣợc cỏc ảnh hƣởng của kờnh Fading chọn lọc tần số là rất tốt. Hỡnh 2.8 và 2.9 minh hoạ cho ta thấy rừ điều này
2.3.1.3. Hiệu suất sử dụng phổ cao
Khỏc với hệ đa truy nhập ghộp kờnh theo tần số FDMA với việc sử dụng nhiều súng mang khỏc nhau, hệ OFDM cũng sử dụng nhiều súng mang song cỏc súng mang này là trực giao nghĩa là: cỏc súng mang con cú một phần chồng lờn nhau trong miền tần số mà vẫn đảm bảo khả năng chống ICI tại đầu thu. Điều này đó tạo nờn một hiệu quả sử dụng dải tần rất cao cho hệ thống OFDM
Nếu số súng mang con đƣợc sử dụng là : N thỡ dải băng tần tổng cộng bị chiếm bởi hệ thống là: BWtotall = Ts 1 N = (N + 1) F
Khi N lớn thỡ: BWtotall = N f, trong khi dải thụng để cú thể truyền đƣợc dữ liệu giống nhƣ vậy trong hệ FDMA phải cần là:
BWtotal 2 . N f
Hỡnh vẽ 2.10 minh hoạ cho ta thấy rừ đƣợc sự hiệu quả này.
Hỡnh 2.10: Hiệu quả sử dụng dải tần của hệ OFDM
2.3.1.4 Tớnh đơn giản, hiệu quả khi thực thi hệ thống
Cựng với việc Wenstein và Ebert đƣa ra ý tƣởng dựng cỏc bộ IFFT/FFT để thực hiện điều chế và giải điều chế OFDM thỡ việc thực thi hệ thống OFDM trở nờn đơn giản và hiệu quả hơn nhiều so với trƣớc đõy và với cụng nghệ vi mạch tớch hợp, tốc độ xử lý cao đang cú những bƣớc phỏt triển rất cao
nhƣ hiện nay thỡ hệ OFDM sẽ hứa hẹn một khả năng đỏp ứng với chất lƣợng tốt và ổn định trong tƣơng lai khụng xa.
2.3.2 Nhƣợc điểm
Bờn cạnh những ƣu điểm mà hệ OFDM đạt đƣợc thỡ hệ này cũng thể hiện một số nhƣợc điểm mà điển hỡnh trong đú là: hai nhƣợc điểm chớnh đú là: tỉ số cụng suất cực đại trờn cụng suất trung bỡnh PAR cao và hệ thống rất nhạy với độ dịch tần do vậy đũi hỏi quỏ trỡnh đồng bộ rất ngặt nghốo. Hai nhƣợc điểm này là hai thỏch thức lớn đối với ngƣời thiết kế hệ thống.
2.3.2.1 Tỉ số cụng suất cực đại trờn cụng suất trung bỡnh cao
Do tớn hiệu OFDM là tổng của nhiều thành phần tớn hiệu nờn biờn độ của nú cú đỉnh cao dẫn đến tỉ số PAR là cao. PAR cao dẫn đến điểm làm việc của bộ khuếch đại cụng suất bị đẩy lựi về vựng phi tuyến làm ảnh hƣởng đến tớn hiệu đƣợc phỏt đi. Chớnh vỡ vậy, trong thực tế, luồng ký hiệu OFDM phải đƣợc làm giảm PAR trƣớc khi qua bộ khuếch đại cụng suất nhờ cỏc thuật toỏn làm giảm PAR. [20 ] [21].
2.3.2.2. Đồng bộ trong OFDM
Vấn đề đồng bộ là một khõu rất quan trọng khụng chỉ trong hệ điều chế đa súng mang mà cũn là khõu khụng thể thiếu đƣợc trong cỏc hệ thống thụng tin số núi chung. Song với đặc thự của hệ OFDM đó làm cho hệ trở nờn rất nhạy cảm với nhiều yếu tố tỏc động: Nhiễu tạp õm, lỗi định thời ký hiệu, lỗi dịch tần số súng mang, lỗi định thời tần số lấy mẫu v.v.. Chớnh bởi vậy, việc thực hiện đồng bộ trong hệ OFDM gặp nhiều khú khăn hơn so với cỏc hệ thống thụng thƣờng.
Đồng bộ là một vấn đề chung cho cỏc hệ thống thụng tin. Trong quỏ trỡnh thu phỏt, đồng bộ cú thể bị lỗi do cỏc nguyờn nhõn sau:
• Lỗi đồng bộ ký tự (symbol)
Lỗi này xuất hiện khi xỏc định sai điểm biờn của từng ký tự. Nếu lỗi này lớn, nghĩa là vƣợt qua cả giới hạn của CP thỡ sẽ xảy ra nhiễu xuyờn ký tự ISI. Hơn nữa, sau khi lấy DFT, nhiễu xuyờn kờnh ICI cũng cú thể xảy ra do mất tớnh trực giao giữa cỏc súng mang. Vỡ vậy, trong cỏc hệ thống thụng tin ngƣời ta phải
xỏc định CP một cỏch cẩn thận sao cho trong hầu hết cỏc trƣờng hợp đƣờng biờn khụng lấn sang ký tự kề bờn. Khi đú sẽ khụng cú ISI và ICI.
• Tần số lấy mẫu khụng hũa hợp
Tần số lấy mẫu khụng hũa hợp do sự khỏc nhau giữa đồng bộ nơi phỏt và nơi thu. Nú là vấn đề lớn trong hệ thụng tin tốc độ cao. Ảnh hƣởng của nú làm tăng lỗi về pha và suy hao biờn độ dẫn tới ICI.
• Sự di tần của súng mang
Khi bộ dao động tại nơi phỏt và nơi thu cú tần số khỏc nhau thỡ sự di tần súng mang sẽ xảy ra. Ngoài ra, dịch tần Doppler hoặc kờnh phi tuyến cũng gõy ra di tần súng mang. Khi súng mang phụ bị dịch đi, biờn độ tớn hiệu bị giảm do điểm lấy mẫu khụng cũn ở đỉnh của hàm sinc nữa. OFDM rất nhạy với di tần.
Cỏc lỗi đồng bộ trờn cú quan hệ mật thiết với nhau. Chẳng hạn để giảm ICI do di tần thỡ khoảng cỏch giữa cỏc súng mang con phải tăng lờn bằng cỏch giảm số súng đi. Khi số súng mang giảm thỡ tốc độ ký tự phải tăng lờn để bự lại phần mất mỏt dung lƣợng do đú yờu cầu về đồng bộ trong miền thời gian lại cần tốt hơn.