Vậy nội dung phần ảnh hƣởng là gì ? Khi xét giản đồ tán xạ ta thấy rõ điều này.
49 Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ.
Hình 2.17: Giản đồ chòm sao do rung
pha chủ yếu với thành phần tần thấp với N=128 .
Hình 2.18: Giản đồ chòm sao do rung
pha chủ yếu với thành phần tần cao với N=128 .
Từ hình vẽ 2.17 ta thấy với thành phần tần số thấp của phổ rung pha là chủ
yếu sẽ làm quay ngẫu nhiên thành phần có ích thể hiện sự dịch chuyển góc trên giản đồ tán xạ.
Từ hình vẽ 2.18 ta thấy với thành phần tần số cao của phổ rung pha là chủ
yếu sẽ có nhiễu MUI, tạo nên các đám mây vịng hơn. Đó là vì nhiễu MUI gồm các đóng góp của một số lớn các thành phần độc lập, khơng có tƣơng quan giữa phần thực và phần ảo.
2.3.2.3 LỖI ĐỊNH THỜI.[12 ]
2.3.2.3.1 Trôi định thời là hằng số.
Khi trôi định thời là hằng số, các hệ số của dữ liệu trải ở lối ra của bộ FFT bị ảnh hƣởng nhƣ mơ tả trong hình 2.19 cả về pha và biên độ với các giá trị trôi khác nhau.
Hình 2.19: Ảnh hưởng của trơi định thời là hằng số lên pha và biên độ .
Từ hình ta thấy với các sóng mang ngồi vùng uốn (rolloff area) sự trơi định thời là hằng số không ảnh hƣởng lên biên độ của các hệ số mà chỉ làm quay pha một lƣợng tỷ lệ với chỉ số sóng mang.
Với các sóng mang ở bên trong vùng uốn, các hệ số bị quay theo một góc nào đó và suy hao khi so với các hệ số sóng mang ngồi vùng uốn.
Bộ san bằng cố bù lại sự quay pha và sự suy hao này. Tuy nhiên do việc định c theo thang đo ở lối ra của bộ FFT, sẽ tác động đến mức công suất ồn. Trong trƣờng hợp này, ta dùng mạch lọc theo tiêu chuẩn MMSE sẽ giảm bớt đƣợc ảnh hƣởng này và sẽ có một sự chọn thích hợp giữa nhiễu giữa các ngƣời dùng và ảnh hƣởng của định c .
2.3.2.3.2 Trôi tần số đồng hồ.
Khi lấy mẫu đƣợc thực hiện nhờ bộ phát xung dao động cục bộ tự do, việc trơi tần số đồng hồ T
T
có thể sảy ra. Việc trơi tần số đồng hồ này tạo nên nén khi
0 T T và dãn khi T 0 T
của các tần số ở lối ra của bộ FFT, tạo nên sự dịch tần phụ thuộc vào các sóng mang so với các sóng mang phát.
51 Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ.
Hình 2.20: Sự đóng góp của sóng mang phát thứ n tới lối ra bộ FFT thứ k với tổng
số sóng mang N=8, T 0.2
T
.
Từ hình vẽ 2.20 ta thấy, khi để ý đến sóng mang thứ n, ta thấy có một sự suy hao về biên độ của sóng mang thứ n gây ra do sự dịch tần số phụ thuộc vào sóng mang. Tất cả các sóng mang khác, đã bị sóng mang thứ n gây ra một can nhiễu khác không. Kết quả là sự trơi tần số làm suy hao thành phần có ích và can nhiễu giữa các ký hiệu. Đã có dùng bộ làm bằng một đoạn, khơng có thể loại trừ nhiễu giữa các ký hiệu và nhƣ vậy hiệu năng của hệ bị xuống cấp. Sự xuống cấp này phụ thuộc vào tích số sóng mang N với độ trôi tần số đồng hồ T
T
. Điều này thể hiện ở hình
Hình 2.21: Ảnh hưởng của sự trơi tần số đồng hồ lên sự xuống cấp khi 0 .
Từ hình trên ta thấy hệ OFDM-CDMA rất nhạy với độ trơi tần số đồng hồ. Để có độ xuống cấp nhỏ, độ trơi tần số đồng hồ phải đƣợc giới hạn, tức T 1
T N
.
2.3.2.3.3 Rung pha định thời.
Để tránh lỗi định thời hằng số và độ trôi tần số đồng hồ, ta có thể thực hiện việc lấy mẫu đồng bộ, ví dụ bằng đồng hồ có vịng khóa pha (PLL).
Lỗi định thời ra từ vịng khóa pha này, có thể đƣợc mơ hình hóa nhƣ một q trình dừng có trung bình bằng khơng với phổ rung pha S f( ) và phƣơng sai rung pha 2( )f . Nếu lỗi định thời thay đổi chậm theo thời gian, thì các hệ số của bộ làm cân bằng hầu nhƣ không thay đổi so với trong trƣờng hợp khơng có rung pha định thời.
Ngƣời ta đã chứng minh [13 ] với tải cực đại, 0, N->∞, thì tổng cơng suất của thăng giáng thành phần có ích (do đặc trƣng ngẫu nhiên của rung pha) và nhiễu giữa các ngƣời dùng độc lập với số sóng mang. Hơn nữa sự xuống cấp gây ra bởi nhiễu giữa các ngƣời dùng, độc lập với hàm lƣợng của phổ rung pha mà chỉ phụ thuộc vào phƣơng sai của rung pha.
53 Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ.
Hình vẽ 2.22 cho ta thấy sự phụ thuộc của độ xuống cấp vào phƣơng sai của
rung pha với các tham số Es / N0 khác nhau.
Hình 2.22: Ảnh hưởng của rung pha định thời .
Tóm lại, ta thấy khi có lỗi pha và định thời sẽ gây nên lỗi đồng bộ và kéo theo làm giảm hiệu năng của hệ thống OFDM-CDMA. Khi có trơi pha hằng số, và
trơi định thời hằng số thì có thể được bù trừ và khơng ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ OFDM-CDMA.
Khi có lỗi pha sóng mang và định thời thay đổi theo thời gian sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng hệ thống OFDM-CDMA : Trong trƣờng hợp này nếu có sự trơi tần số
sóng mang và tần số đồng hồ, thì hiệu năng hệ thống xuống cấp rất nhanh và phục thuộc rất mạnh vào số sóng mang. Cịn nếu có rung pha định thời và rung pha sóng mang thì trong trƣờng hợp tải cực đại thì độ xuống cấp lại độc lập với số sóng mang và hàm lƣợng phổ rung pha mà chỉ phụ thuộc vào phƣơng sai rung pha.
TÓM TẮT CHƢƠNG 2
Trong chƣơng này chúng ta đã tìm hiểu một số vấn đề cơ bản về đồng bộ trong hệ OFDM-CDMA : đồng bộ định thời, đồng bộ tần số.
Chúng ta cũng đã tìm hiểu một số loại nhiễu trong hệ thống OFDM-CDMA, đi sâu vào tìm hiểu nguyên nhân và ảnh hƣởng nhiễu pha lên hệ thống
OFDM-CDMA.
Trong phần cuối chƣơng ta đã đi vào tìm hiểu sử ảnh hƣởng nhiễu pha với việc đồng bộ trong hệ OFDM-CDMA. Qua đó chúng ta có thể sơ bộ kết luận nhiễu pha gây nên lỗi đồng bộ và làm xuống cấp hiệu năng của hệ thống OFDM-CDMA
Lỗi đồng bộ Hiệu năng hệ OFDM-CDMA
Trôi tần/trôi định thời là hằng số.
Không làm xuống cấp hệ thống.
Sự trôi tần số/trơi định thời sóng mang
Hiệu năng hệ thống bị xuống cấp, độ xuống cấp tăng khi số lƣợng sóng mang tăng.
Sự rung pha sóng mang/rung pha định thời
Độ xuống cấp khơng phụ thuộc vào số lƣợng sóng mang, khơng phụ thuộc vào phổ rung pha chỉ phụ thuộc vào phƣơng sai rung pha.
55
Chƣơng 3- MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.
Trong chƣơng 2 chúng ta đã xem xét vấn đề tác động nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ OFDM-CDMA trên phƣơng diện lý thuyết, trong chƣơng 3 này chúng ta sẽ thực hiện mô phỏng hệ thống OFDM-CDMA cùng với việc phân tích ảnh hƣởng nhiễu pha lên việc đồng bộ của hệ thống.
3.1 MỤC ĐÍCH MƠ PHỎNG.
Nhƣ đã trình bày ảnh hƣởng nhiễu pha lên việc đồng bộ trong phần trƣớc, nhiễu pha gây nên lỗi đồng bộ, làm xuống cấp hệ thống OFDM-CDMA. Khi hệ thống OFDM-CDMA bị xuống cấp và bị lỗi đồng bộ thì tại phía máy thu số lƣợng bit lỗi nhận đƣợc sẽ tăng, vì vậy chúng ta có thể thông qua việc khảo sát tỷ lệ lỗi bit Ber (Bit error rate) để đánh giá ảnh hƣởng nhiễu pha lên hiệu năng của hệ thống, từ đó đánh giá ảnh hƣởng nhiễu pha lên vấn đề đồng bộ
3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MÔ PHỎNG.[7 ]
Chƣơng trình tiến hành mơ phỏng hệ OFDM-CDMA với hai ngƣời dùng, so sánh dữ liệu nhận đƣợc với dữ liệu truyền sẽ cho ta tỉ lệ lỗi bit, qua đó đánh giá đƣợc ảnh hƣởng nhiễu pha lên vấn đề đồng bộ.
Hình 3.1: Sơ đồ khối mơ phỏng ảnh hưởng nhiễu pha lên hệ OFDM-CDMA.
3.2.1 MƠ HÌNH NHIỄU PHA.
Nhƣ chúng ta đã xem xét nhiễu pha là một quá trình ngẫu nhiên đƣợc mơ hình nhƣ là một q trình ngẫu nhiên Wiener có.
2
0 0
( ) 0 and ( ) ( ) 4 | |
Trong đó (Hz) là một phía 3dB phổ mật độ cơng suất nhiễu Wiener khi bộ dao động phát tự do. Q trình Wiener đƣợc mơ phỏng bằng Matlab với phƣơng sai
4 | |t và là tỷ lệ phần trăm so với khoảng cách giữa các sóng mang con. [8 ]
Hình 3.2: Mơ hình nhiễu pha như là tác động của hai nhiễu trắng Gauss cộng tính.
3.3 CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ MƠ PHỎNG:
Chƣơng trình mơ phỏng đã tiến hành mơ phỏng hệ OFDM-CDMA với các thông số nhƣ sau:
- Số lƣợng ngƣời dùng : n=2 với số bit dữ liệu mỗi ngƣời là 104 bit. - Chu kỳ :Tu = 224.10-6 s
- Khoảng bảo vệ : G = 1/8*Tu - Chu kỳ ký hiệu : Ts = Tu + G
- Kiểu mã hóa dữ liệu : BPSK.
- Mã trải phổ đƣợc sử dụng : Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hadamard. - Kích thƣớc bộ FFT/IFFT : 4096
- Số sóng mang con : 1705
57
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG: 3.4.1 NHIỄU PHA. 3.4.1 NHIỄU PHA.
Hình 3.3: Mật độ phổ cơng suất nhiễu pha.
Hình 3.4: Nhiễu pha được tạo ra cho tất cả các ký hiệu(symbols) OFDM-CDMA.
xem xét nhiễu pha nhƣ là tác động hai nhiễu trắng Gauss cộng tính, với một nhiễu đƣợc lọc bằng bộ lọc tƣơng tự với hàm lọc truyền có dạng nhƣ hình 3.3 .
3.4.2 ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ.
Nhƣ đã trình bày ở trên, nhiễu pha gây ra lỗi đồng bộ và làm ảnh hƣởng đến hiệu năng của hệ thống OFDM-CDMA.
Nhiễu pha làm xuống cấp hệ thống, mà khi hệ thống bị xuống cấp việc đồng bộ trở nên khó thực hiện hơn.
Đồ thị độ xuống cấp nhƣ là hàm số của nhiễu pha hệ thống OFDM-CDMA cho ta thấy đƣợc điều này – hình 3.5:
Hình 3.5: Độ xuống cấp hệ thống khi có nhiễu pha.
Việc đồng bộ trong hệ thống OFDM-CDMA đảm bảo chất lƣợng thông tin đƣợc truyền giữa máy phát và máy thu. Khi hệ thống OFDM-CDMA mất đồng bộ thì tín hiệu thu đƣợc tại máy thu sẽ bị lỗi, mà nhiễu pha gây làm tán xạ pha của tín hiệu thu đƣợc. Vì vậy thơng qua việc khảo sát tỉ lệ lỗi bit (BER) ta có thể xem xét
59
Hình 3.6: Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA khi có nhiễu pha.
Trƣớc tiên chúng ta khảo sát ảnh hƣởng của nhiễu pha tới tỉ lệ lỗi bit với khoảng 0.0008 ( là tỉ lệ phần trăm với khoảng cách giữa các sóng mang con). Từ đồ thị trong hình (3.6) ta có thể thấy khi có nhiễu pha tỉ lệ lỗi bit của hệ
thống tăng so với khi khơng có nhiễu pha. Điều đó chứng tỏ nhiễu pha gây ra lỗi đồng bộ hệ thống OFDM-CDMA.
Với 0.0008:0.0032 chúng ta nhận thấy từ hình (3.7) khi có nhiễu pha tỉ lệ lỗi bit tăng nhanh, khi phƣơng sai nhiễu pha tăng thì tỉ lệ lỗi bit cũng tăng theo, chứng tỏ hệ thống OFDM-CDMA khi có nhiễu pha sẽ bị mất đồng bộ.
Hình 3.7: Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA với phương sai nhiễu pha thay đổi.
Nhận xét :
Những kết quả thu đƣợc từ q trình mơ phỏng chứng tỏ nhiễu pha ảnh hƣởng đến hiệu năng hệ thống OFDM-CDMA, khi có nhiễu pha thì tỉ lệ lỗi bit của hệ thống tăng, điều đó chứng tỏ nhiễu pha ảnh hƣởng xấu đến việc đồng bộ, gây ra lỗi đồng bộ.
Chúng ta có thể khẳng định là nhiễu pha là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến chất lƣợng của hệ thống OFDM-CDMA. Điều đó địi hỏi phần tử đồng bộ trong hệ thống OFDM-CDMA phải làm việc hiệu quả với những thuật tốn đồng bộ thực sự tốt thì mới có thể khắc phục đƣợc ảnh hƣởng của nhiễu pha.
61
KẾT LUẬN
Luận văn đã tiến hành nghiên cứu về cấu trúc và một số đặc điểm của hệ thống OFDM-CDMA : nguyên lý kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDM, công nghệ CDMA và sự kết hợp giữa chúng OFDM-CDMA.
Qua tìm hiểu những ƣu nhƣợc điểm của hệ thống OFDM-CDMA ta có thể khẳng định nó đúng là một ứng cử viên sáng giá cho hệ thống viễn thông thứ hệ thứ 4. Tuy nhiên hệ thống này tồn tại một nhƣợc điểm là nhiễu pha gây ảnh hƣởng rất nghiêm trọng đến hiệu năng của hệ thống.
Vì vậy nội dung chính của luận văn là tìm hiểu mơ hình hệ thống OFDM- CDMA trong trƣờng hợp có nhiễu pha, phân tích ảnh hƣởng của nhiễu pha lên việc đồng bộ.
Trên cơ sở tìm hiểu lý thuyết và tiến hành mơ phỏng ta có thể khẳng định hệ thống OFDM-CDMA rất nhạy với nhiễu pha, nhiễu pha làm xuống cấp hiệu năng hệ thống OFDM-CDMA, đặt nhiệm vụ khó khăn cho hệ thống trong việc đồng bộ.
Do khuôn khổ luận văn nên tác giả mới chỉ khảo sát ảnh hƣởng của nhiễu pha mà chƣa đƣa ra những giải pháp khắc phục.
Với những kết quả đã đạt đƣợc trong đề tài, trong thời gian tới tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu:
- Hồn thiện hơn những kết quả nghiên cứu về hệ thống OFDM-CDMA. - Hoàn thiện hơn những kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của nhiễu pha lên
việc đồng bộ.
- Tìm hiểu những giải pháp khắc phục ảnh hƣởng nhiễu pha lên việc đồng bộ, xây dựng chƣơng trình mơ phỏng những giải pháp khắc phục đó. Qua đó tìm giải pháp có hiệu quả cao nhất, phù hợp nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :
1 . GS.TS Nguyễn Bình (2006), Lý thuyết thơng tin, Bài giảng-Học viện cơng nghệ bƣu chính viễn thơng.
2 . TS Nguyễn Quốc Bình, KS Nguyễn Huy Huân (2000), Các hệ thống thơng tin
hiện nay trình bày thơng qua sử dụng Matlab, NXB Hà Nội.
3 . TS. Dƣơng Tử Cƣờng (2003), Xử lý tín hiệu số, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội.
4 . Nguyễn Phạm Anh Dũng (2006), Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, Nhà xuất bản Bƣu điện.
5 . Nguyễn Văn Đức (2006), “Lý Thuyết Và Các Ứng Dụng Của Kỹ Thuật OFDM”, Trong tuyển tập Kỹ Thuật Thông Tin Số , tập 2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật.
6 . Đỗ Quốc Trinh, Vũ Thanh Hải (2006), Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng, Giáo án, Học viện Khoa học kỹ thuật quân sự.
7 . Nguyễn Văn Trƣờng (2010), Vấn đề tác động nhiễu lên sự đồng bộ trong hệ
MC-CDMA, Luận văn thạc sĩ.
Tiếng Anh :
8 . Ahmet Yasin Erdogan (2004), Analysis of the effects of phase noise and frequency offset in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM),
Thesis, Naval Postgraduate school .
9 . J.Beek (1998), Synchronization and. Channel Estimation in OFDM Systems,
University of Technology, Division of Signal Processing, Reproduced by Universitetstryckeriet, Luleºa, Swenden.
10 . J.Armstrong (1999), “Analysis of new and existing methods of reducing intercarrier interference due to carrier frequency offset in OFDM”, IEEE Transactions on Communications, vol. 47, issue 3, pp. 365-369.
11 . H.Steendam, M. Moeneclaey (1999), “An Overview of MC-CDMA Synchronisation Sensitivity”, Second International Workshop on Multi- Carrier Spread-Spectrum & Related Topics (MC-SS'99), Oberpfaffenhofen,
Germany, Sep 15-17 1999, pp. 261-270. (invited paper).
12 . H.Steendam, M. Moeneclaey (1999), “The Effect of Synchronisation Errors on MC-CDMA Performance”, International Conference on Communications
63
13 . H. Steendam , M. Moeneclaey (1997), “Sensitivity of OFDM-CDMA to carrier phase jitter ” , 1st Workshop MC-SS'97, Oberpfaffenhofen,
Germany, pp. 145-152.
14 . H. Steendam, M. Moeneclaey (1999), "The Sensitivity of MC-CDMA to Synchronisation Errors", European Transactions on Telecommunications,
ETT special issue on MC-SS, Vol. 10, No. 4, pp. 429-436.
15 . H. Steendam, M. Moeneclaey (1998), " Sensitivity of OFDM and MC- CDMA to Carrier Phase Errors", 6th Symposium on Communications and