3.2.1 Yêu cầu về hàm đồng bộ
3.2.1.1 Y u ầu về thời gian xử lý
Do cơ chế Ping Pong, thời gian xử lý dữ liệu trong bộ đệm Ping bằng thời gian nhận dữ liệu trong bộ đệm Pong và ngược lại, nên sẽ hạn chế về mặt thời gian đối với quá trình xử lý dữ liệu. Yêu cầu bài toán đặt ra là thuật toán đồng bộ phải tối ưu về mặt thời gian, sao cho đảm bảo xử lý được dữ liệu trong khoảng thời gian cho phép.
Để thực hiện điều này, khai báo bộ đệm Ping – Pong có kích thước bằng hai lần chiều dài một khung OFDM để đảm bảo rằng nó luôn chứa trọn vẹn một khung OFDM và điểm đầu của một khung OFDM luôn có trong nửa đầu của bộ đệm.
Khi nhận được đầy bộ đệm Ping hay Pong tiến hành tìm điểm đầu khung như sau:
Để đảm bảo rằng bộ đệm Ping hoặc Pong bên thu chắc chắn chứa một khung OFDM hoàn chỉnh, ta khai báo bộ đệm Ping-Pong có kích thước tối thiểu bằng hai lần chiều dài một khung OFDM. Chọn đa khung bên phát gồm hai khung liên tiếp, cấu trúc khung bên phát là:
Hình 3.2 Cấu trúc đa khung
Một khung chứa 3 ký tự OFDM : 1 ký tự Dữ liệu (Data) và 2 ký tự dẫn đường (Pilot). Một đa khung gồm 2 khung liên tiếp.
Cấu trúc khung này đảm bảo trong bộ đệm thu bao giờ cũng có 2 ký tự dẫn đường cạnh nhau, phục vụ cho thuật toán đồng bộ.
Vậy độ dài một khung là mẫu phức
Độ dài một đa khung bên phát là mẫu phức.
Đối với chương trình, tốc độ lấy mẫu là 48 kHz do đó thời gian xử lý tối đa là .
3.2.1.2 Y u ầu về giải thuật
DSP có khả năng tính toán lớn tuy nhiên chỉ có thể làm việc được với số dấu phẩy tĩnh và tốc độ xử lý của chip là 1GHz. Vậy, giải thuật không thể quá phức tạp, vượt quá khả năng xử lý của DSP.
3.2.2 Thực hiện đồng bộ
Như đã trình bày ở trên, cấu trúc khung phát gồm 2 khung liên tiếp. Do đó, trong bộ đệm bên thu bao giờ cũng chắc chắn có ít nhất một cặp ký tự dẫn đường nằm cạnh nhau. Ý tưởng đồng bộ là tìm ra 2 ký tự dẫn đường cạnh nhau này từ đó tìm ra điểm đầu khung. Điểm bắt đầu ký tự dẫn đường sau trong 2 ký tự dẫn đường chính là điểm bắt đầu khung. Gọi ký tự dẫn đường đứng trước trong hai ký tự dẫn đường liên tiếp là ký tự dẫn đường A, ký tự đứng sau là ký tự dẫn đường B.
Hình 3.3 Cấu trúc khung truyền
3.2.2.1 Đồng ộ theo h đơn giản
So sánh 2 chuỗi liên tiếp: chuỗi 1 và chuỗi 2, mỗi chuỗi có chiều dài một symbol, theo hình vẽ:
Điểm so sánh được trượt từ điểm đầu đến điểm giữa của đa khung nhận. Khi điểm so sánh trùng với điểm đầu khung cần đồng bộ thì hai chuỗi đem so sánh là hai ký tự dẫn đường do đó trung bình hiệu bình phương của chúng sẽ là nhỏ nhất.
Số lần so sánh sẽ bằng với chiều dài một khung tức là lần.
3.2.2.2 Đồng ộ tiến hành theo hai ướ
Gọi là chiều dài một ký tự.
Bước 1: Tìm ra khối có chiều dài nằm trong ký tự dẫn đường A
Bước 2: Tìm ra điểm bắt đầu ký tự dẫn đường B dựa trên kết quả thu được ở bước 1 Trả về điểm đồng bộ
Đồng bộ lần 1
Nhiệm vụ: Tìm ra khối dữ liệu chiều dài nằm trong ký tự dẫn đường A
Phương n:
Thực hiện quá trình so sánh các trường hợp dữ liệu lưu trong bộ đệm, cho phép xác định được các truờng hợp có thể xảy ra với khối dữ liệu khi được xử lý tại bộ đệm.
Nhận thấy rằng bộ đệm bên thu chỉ có thể rơi vào 1 trong các trường hợp
sau: 0 1 2 3 4 5 6 7 Trường hợp 1: Vị trí giống nhau: I= 0 Trường hợp 2: Vị trí giống nhau: I= 1 Trường hợp 3: Vị trí giống nhau: I= 2 Trường hợp 4: Vị trí giống nhau: I= 3 Trường hợp 5: Vị trí giống nhau: I= 4 Trường hợp 6: Vị trí giống nhau: I= 5 Pilot Data Hình 3.4 Các trường hợp bộ đệm nhận
Từ hình vẽ trên, có thể thấy việc tìm ra vị trí đồng bộ lần 1 được thực hiện bằng cách: bắt đầu từ đầu điểm đầu bộ đệm nhận, tiến hành so sánh lần lượt hai đoạn bộ đệm có chiều dài bằng , cách nhau 1 đoạn . Theo hình vẽ sau:
1 2 3 4 5 6 7 8
I = 1 I = 3 I = 5
I = 2 I = 4 I = 6
Hình 3.5 Sáu bước so sánh lần một
Thực hiện tính hàm trung bình hiệu bình phương (MSE) của các cặp đoạn bộ đệm sau: Cặp 1th : 1 và 3, Cặp 2th : 2 và 4, Cặp 3th : 3 và 5, Cặp 4th : 4 và 6, Cặp 5th : 5 và 7, Cặp 6th : 6 và 8,
Sẽ có chắc chắn có một cặp giống nhau hay giá trị hàm trung bình hiệu bình phương sẽ là nhỏ nhất.
Giả sử tìm ra cặp thứ j: j và j+2 (j= ) là cặp đoạn bộ đệm giống nhau, khi đó, đoạn bộ đệm j sẽ là đoạn bộ đệm nằm gọn trong ký tự dẫn đường A.
Giá trị đồng bộ lần một trả về là j (điểm đầu đoạn dữ liệu nằm trong ký tự dẫn đường A).
ính ph t p: thực hiện 6 lần so sánh hai chuỗi có chiều dài
Đồng bộ lần 2:
Nhiệm vụ: Tìm ra chính xác điểm bắt đầu khung.
Phương n:
- Tìm ra điểm bắt đầu của ký tự dẫn đường A với dữ liệu nhận được từ đồng bộ lần một
Hai symbol pilot liên tiếp
Đoạn bộ đệm tìm thấy
L
Hình 3.6 Vị trí đồng bộ lần 1 trả về trong ký tự dẫn đường A
Như đã thấy ở hình 3.6, đoạn bộ đệm tìm được ở lần 1 có chiều dài nằm gọn trong ký tự dẫn đường A, nên khoảng cách lớn nhất từ vị trí bắt đầu ký tự dẫn đường A đến vị trí đồng bộ lần 1 trả về là:
P (3.7)
Giả sử đoạn bộ đệm tìm được ở lần 1 là nửa cuối của ký tự dẫn đường A. Thiết lập một cửa sổ có chiều dài bằng chiều dài một symbol OFDM là chứa trọn vẹn ký tự dẫn đường A. Tiến hành tính MSE của đoạn bộ đệm nằm trong cửa sổ này và đoạn bộ đệm có cùng chiều dài và kề sau nó theo công thức:
(3.8) Tiếp tục trượt cửa sổ này với bước dịch là 1 đơn vị dữ liệu, cập nhật các giá trị MSE vào
mảng với
Khi đó nếu m không là điểm bắt đầu của ký tự dẫn đường A, sẽ có hai chuỗi so sánh không phải là 2 ký tự dẫn đường liên tiếp nên không tương quan, được đưa vào hàm trung bình hiệu bình phương (MSE), và giá trị Sum thu được sẽ là lớn.
Nếu m là điểm bắt đầu của symbol pilot A, ta sẽ có hai chuỗi so sánh là 2 ký tự dẫn đường liên tiếp nên giống nhau, được đưa vào hàm trung bình hiệu bình phương, và hàm
Sau hàm đồng bộ lần 2, thu được điểm bắt đầu của ký tự dẫn đường A, dịch đi chiều dài ta sẽ có điểm đầu của ký tự dẫn đường B và cũng là điểm đầu của khung cần tìm.
ính ph t p: thuật toán yêu cầu thực hiện Lmax = 48 lần so sánh hai chuỗi có chiều
dài =96.