PLL ( Phase Locked Loop). Mạch PLL lý tƣởng điều chỉnh pha của dao động sóng mang thu theo giá trị trung bình các góc pha của tín hiệu tới và khi dao động nội thu không chính xác thì biểu đồ chùm sao của tín hiệu thu sẽ bị sai lệch và gây ra ISI [13]. Trong thực tế, các mạch PLL dao động nội thu cấp cho mạch giải điều chế làm việc ở tần số trung tần IF (Intermediate Frequency) và với công nghệ mạch bán dẫn hiện nay thì các mạch hồi phục sóng mang đƣợc chế tạo khá hoàn hảo nên sự không chính xác dao động nội thu là khá nhỏ. Tuy nhiên, cần phải quan tâm đến sự trôi tham số mạch bán dẫn dẫn đến sai lệch dao động nội thu trong quá trình phân tích hệ thống.
1.4.5 Nhiễu và tạp âm
Cũng giống nhƣ các hệ thống thông tin vô tuyến tƣơng tự, các hệ thống vô tuyến số cũng chịu ảnh hƣởng rất lớn các tác động của nhiễu và tạp âm. Nhiễu là những tác động từ bên ngoài hệ thống, còn tạp âm đƣợc sinh ra bên trong hệ thống.
Nhiễu sinh ra do một số nguyên nhân nhƣ khi có sự thay đổi tham số đƣờng truyền (ảnh hƣởng môi trƣờng truyền dẫn) hay giữa các tần số vô tuyến làm việc trên tuyến trong cùng phạm vi không gian truyền sóng. Có hai loại nguồn gây nhiễu chính ở tần số vô tuyến là: từ kênh cùng sóng mang, khác phân cực và từ kênh lân cận, khác sóng mang (hay còn gọi là nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận).
Đặc tính và ảnh hƣởng của nhiễu là tạp âm hết sức phức tạp, là một lĩnh vực đã nghiên cứu rất rộng rãi. Trong quá trình giải quyết vấn đề cần nghiên cứu ở đây, để đơn giản, nhiễu và tạp âm đƣợc coi là những tín hiệu không mong muốn và đƣợc giả thiết là tạp âm cộng trắng chuẩn Gaussian (AWGN: Additive White Gaussianian Noise ).
Qua đánh giá sơ bộ những yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng truyền dẫn hệ thống vô tuyến số M-QAM cho thấy, các tác nhân trên sẽ gây ra sai số nhất định đối với hệ thống thông tin thực. Từ đó chúng ta có căn cứ để thiết kế bộ điều chế và giải điều chế M-QAM nói riêng cũng nhƣ tính toán xây dựng, bảo dƣỡng và nâng cấp hệ thống nói chung [1].
CHƢƠNG 2 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ VÀ CÂN BẰNG THÍCH NGHI
Khi truyền tin số băng thông dải, dòng dữ liệu sẽ đƣợc điều chế lên sóng mang (giá trị tần số sóng mang này tùy thuộc vào tính chất của kênh truyền) và truyền đi. Sóng mang qua kênh truyền sẽ bị dịch về tần số hay trễ về thời gian, điều này là hiển nhiên vì kênh truyền luôn luôn có nhiễu. Ở bên thu, việc tái sinh tín hiệu về bản chất là một thủ tục lấy mẫu tín hiệu thu đƣợc thực hiện vào các thời điểm thích hợp. Thời điểm thích hợp này chính là khi tỷ số tín hiệu trên tạp - SNR là cao nhất và xác suất xuyên nhiễu là nhỏ nhất. Vậy vấn đề đặt ra ở đây là làm sao có thể thiết kế bộ thu để đạt đƣợc các yêu cầu trên, nhằm đạt độ tin cậy cao nhất. Chƣơng này trình bày hai kỹ thuật đƣợc sử dụng trong thiết kế bộ thu là kỹ thuật đồng bộ và kỹ thuật cân bằng thích nghi (nhằm hiệu chỉnh hệ số theo đặc trƣng thay đổi của kênh). Các kỹ thuật này là nền tảng quan trọng cho thiết kế bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM đạt hiệu quả nhất.
2.1 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ
Giả sử mi là một ký hiệu thuộc tập M ký hiệu của bản tin. mi sẽ đƣợc truyền trong thời gian T và có xác suất xuất hiện tính là pi=P(mi)=1/M. Để tạo ra tín hiệu truyền, mi đƣợc
đƣa vào bộ tạo vectơ (mã hóa ký hiệu truyền) ứng với vectơ N chiều: si=(si1, si2,…,siN) với
NM. Tức là tín hiệu truyền đƣợc coi là một véctơ không gian có hệ cơ sở là N. Các thành phần của véctơ đƣợc đƣa vào bộ điều chế tạo nên tín hiệu si(t),(i=1,2,…M) có độ dài T
giây. Tín hiệu này có năng lƣợng hữu hạn là Ei Tsi (t)dt,i 1,2,..M
0
2
, và si(t) còn gọi là điểm tín hiệu trong không gian M tín hiệu. Tín hiệu sau khi qua kênh có nhiễu (AWGN hoặc Rayleigh, hoặc cả hai) gọi là x(t), thì tại bộ thu quan sát x(t) trong thời gian T giây, để ƣớc lƣợng tốt nhất si(t) tƣơng ứng với mi. Nhiệm vụ này đƣợc chia làm hai bƣớc: bộ giải điều chế làm nhiệm vụ tách các thành phần của véctơ x(t). Do nhiễu là một tín hiệu ngẫu nhiên nên x(t) cũng là véctơ của biến ngẫu nhiên X. Bƣớc thứ hai là giải mã tín hiệu truyền tạo nên một ƣớc lƣợng mˆi khi quan sát véctơ nhận đƣợc x ( ta coi rằng đã biết dạng điều chế cùng với xác suất lỗi xảy ra ở bên phát). Và do đó, tại nơi thu chúng ta dùng
thuật toán để khôi phục sóng mang. Thuật toán này phải giải quyết vấn đề đồng bộ hai dãy sự kiện ở bộ phát và bộ thu bao gồm:
Xác định tần số và pha sóng mang sau đó ƣớc lƣợng tần số và pha tại bộ thu hay còn gọi là khôi phục sóng mang hoặc đồng bộ sóng mang. Do vậy, thuật toán này trong trƣờng hợp đồng bộ sóng mang sẽ là ƣớc lƣợng giá trị dịch tần số sóng mang trên cơ sở phƣơng pháp trễ và nhân, sau đó hiệu chỉnh lại tần số đã bị dịch và bị thay đổi trên kênh truyền.
Xác định thời điểm bộ điều chế thay đổi trạng thái (bắt đầu và kết thúc một ký hiệu) từ đó xác định thời điểm lấy mẫu và kết thúc của bộ tích-tích phân. Ƣớc lƣợng thời gian này gọi là khôi phục ký hiệu hay đồng bộ ký hiệu.
Hai kiểu đồng bộ này có thể đƣợc thực hiện đồng thời hoặc lần lƣợt. Nếu với kĩ thuật tách không đồng bộ thì ta sẽ không cần đến đồng bộ sóng mang. Đây là kỹ thuật đặc biệt vòng hở không cần sự trợ giúp của dữ liệu mà chỉ có sự trợ giúp của đồng hồ trên phƣơng pháp lũy thừa 2P. [2],[5].
2.1.1 Đồng bộ tần số sóng mang
Thực chất việc đồng bộ tần số sóng mang nhƣ đã trình bày ở trên là ƣớc lƣợng và hiệu chỉnh tần số song mang bị lệch đi khi truyền tín hiệu. Do đó, có một số phƣơng pháp đơn giản để thực hiện việc bù độ lệch tần số sóng mang nhƣ sau:
Đơn giản nhất là ta điều chế tín hiệu sao cho tín hiệu đƣợc điều chế chứa thành phần rời rạc có tần số sóng mang. Sau đó sử dụng một vòng bám pha (PLL) băng hẹp có thể bám thành phần này rồi cung cấp tín hiệu tham chiếu cho bộ thu. PLL gồm một bộ VCO, một bộ lọc vòng và một bộ nhân nối với nhau theo hệ số phản hồi âm (hình 2.1). Tần số đƣợc điều khiển bằng điện áp bên ngoài nhờ VCO. Điện áp điều khiển tỉ lệ với độ lệch tần số sóng mang đƣợc sinh ra từ bộ phát hiện lệch tần sóng mang. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là thành phần rời rạc không mang thông tin nào khác ngoài pha và tần số sóng mang dẫn đến việc truyền nó làm tốn thêm công suất. Do đó, kỹ thuật điều chế tín hiệu M-QAM tiết kiệm công suất bằng cách sau: khi không có thành phần một chiều trong phổ công suất của tín hiệu mang
dữ liệu, bộ thu dùng vòng bám sóng mang con tham chiếu (sóng có tần số bội của tần số sóng mang). Nhƣng phƣơng pháp này lại dễ gây nhầm lẫn về pha.
Một phƣơng pháp khác là dùng vòng Costas gồm hai nhánh: một nhánh đồng pha và một nhánh vuông pha. Cả hai nhánh thông qua bộ VCO để tạo nên vòng phản hồi âm. Khi đồng bộ đạt đƣợc thì dữ liệu đƣợc giải điều chế xuất hiện tại lối ra nhánh cùng pha, còn lối ra nhánh vuông pha là không (trong điều kiện lý tƣởng). Tuy nhiên phƣơng pháp này cũng bị nhầm lẫn về pha và tốn nhiều bộ lọc. Do đó, ngƣời ta khắc phục nhƣợc điểm bằng cách dùng mã vi phân để mã dữ liệu trƣớc khi điều chế và giải mã vi phân sau khi tách tại bộ thu (điều này làm tăng nhiễu của tín hiệu) [3].