Kỹ thuật ựiều chế OFDM( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ.Ngày nay công nghệ này ựược sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ADSL, Wifi, Wimax.
Kĩ thuật OFDM là một trường hợp ựặc biệt của phương pháp ựiều chế ựa sóng mang trong ựó các sóng mang phụ trực giao với nhau,nhờ vậy mà phổ tắn hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phắa thu vẫn có thể khôi phục tắn hiệu ban ựầu.Sự chồng lấn phổ tắn hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật ựiều chế thông thường
Phương pháp ựiều chế ựa sóng mang ựược hiểu là toàn bộ băng tần của hệ thống ựược chia làm nhiều băng con với các sóng mang phụ cho mỗi băng con là khác nhau.Phương pháp ựiều chế ựa sóng mang còn ựược hiểu là phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số FDM,trong ựó bề rộng phổ tắn hiệu ựược chia là Nc kênh song song hay còn gọi là kênh phụ với bề rộng là
fs=
Nc B
HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 37 Do ựó ựộ dài của một mẫu tắn hiệu là Ts sẽ lớn hơn ựộ dài của một mẫu tắn hiệu trong trường hợp ựiều chế ựơn sóng mang là Nc lần dẫn ựến trễ truyền dẫn giảm ựi do ựó nhiễu liên ký hiệu ISI gây ra bởi trễ truyền dẫn cũng giảm ựi ựáng kể. Bên cạnh ựó ảnh hưởng của hiệu ứng lựa chọn tần số của kênh cũng giảm ựi do kênh ựược chia ra làm nhiều kênh phụ. Tuy nhiên, phương pháp ựiều chế ựa sóng mang không làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần hệ thống so với phương pháp ựơn sóng mang, ngược lại nếu các kênh phụ ựược ngăn cách với nhau bởi 1 khoảng bảo vệ nhất ựịnh ựể chắc chắn rằng chúng không chồng lấn lên nhau thì sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng phổ. để khắc phục ựiều này, phương pháp ựiều chế ựa sóng mang trực giao ra ựời.
Phương pháp ựiều chế ựa sóng mang trực giao OFDM là 1 dạng ựặc biệt của phương pháp ựiều chế ựa sóng mang thông thường với các sóng mang phụ ựược chọn sao cho mỗi sóng mang phụ trực giao với các sóng mang phụ còn lại. Nhờ sự trực giao này mà phổ các tắn hiệu của các kênh con cho phép chồng lấn lên nhau. điều này làm tăng hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống lên rõ rệt.
HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 38 Hình trên minh hoạ một cách ựơn giản về nguyên lắ trực giao trong ựó phổ tắn hiệu của một kênh con có dạng tắn hiệu hình sin(x)/x.Các kênh con ựược xếp ựặt trên miền tần số cách nhau 1 khoảng ựều ựặn sao cho ựiểm cực ựại của 1 kênh con là ựiểm không của kênh con lân cận.điều này làm nguyên lắ trực giao ựược thoả mãn và cho phép máy thu có thể khôi phục lại tắn hiệu mặc dù phổ của các kênh con chồng lấn lên nhau.
Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ựộ rộng kênh và mức ựộ nhiễu.Con số này tương ứng với kắch thước FFT (Fast Fourier Transformer).Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác ựịnh rõ 256 sóng mang con ,tương ứng với kắch cỡ FFT 256 ựộ rộng kênh ựộc lập.Theo cách khác,chuẩn 802.16e-2005 cung cấp kắch cỡ FFT từ 512 tới 2048 phù hợp với ựộ rộng kênh từ 5 tới 20MHz ựể duy trì tương ựối khoảng thời gian không ựổi của kắ tự và khoảng giãn cách giữa các sóng mang con ựộc lập với ựộ rộng kênh
Trong phương pháp OFDM không chỉ tăng hiệu quả sử dụng băng tần mà còn loại trừ ựược nhiễu xuyên kắ hiệu ISI do sử dụng chuỗi bảo vệ CP(Cycle Prefix).Chuỗi bảo vệ là 1 chuỗi tắn hiệu có ựộ dài là Tg ở phắa sau sao chép lên phần trước cuả mẫu tắn hiệu .Sự sao chép này cho phép chống lại nhiễu xuyên kắ hiệu do hiệu ứng phân tập ựa ựường.điều này ựược giải thắch như sau: Nếu như máy phát phát ựi một khoảng tắn hiệu hình sin có chiều dài là Tu. Sau khi chèn chuối bảo vệ, tắn hiêu này có chu kỳ là Ts = Tu + Tg. Do hiệu ứng phân tập ựa ựường, tắn hiệu này sẽ ựến máy thu qua nhiều tuyến ựường truyền với trễ truyền dẫn khác nhau. Giả sử thời gian trễ truyền của tắn hiệu ở ựây là τ. Khi ựó mẫu tắn hiệu sau bị dịch sang mẫu tắn hiệu trước một khoảng là τ do trễ truyền dẫn. Cứ như vậy các tắn hiệu tiếp theo cũng sẽ bị dịch ựi một khoảng τ so với tắn hiệu trước nó. Tắn hiệu thu ựược ở máy thu sẽ là tổng của tắn hiệu tất cả các tuyến. Sự dịch tắn hiệu do trễ truyền dẫn trong các phương pháp ựiều chế thông thường sẽ gây ra nhiễu xuyên tắn hiệu ISI. Tuy nhiên trong hệ thống OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ sẽ loại bỏ ựược nhiễu này.Trong trường hợp Tg≥τ thì phần chồng lấn tắn hiệu sẽ chỉ nằm trong khoảng chuỗi bảo vệ nên phần tắn hiệu có ắch không bị chồng lấn bởi các mẫu tắn
HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 39 hiệu khác.Ở phắa thu ,chuỗi bảo vệ sẽ bị gạt bỏ trướng khi gửi ựến bộ giải ựiều chế OFDM.Việc sử dụng chuỗi bảo vệ ựảm bảo tắnh trực giao của các sóng mang phụ do vậy ựơn giản hoá cấu trúc bộ ựánh giá kênh truyền ,bộ cân bằng tắn hiệu ở phắa thu nhưng chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ắch nên phổ tắn hiệu của hệ thống giảm ựi.
Hình 2.4 Tiền tố vòng CP
HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN CHÌNH TRANG 40
Các ưu nhược ựiểm của phương pháp OFDM
* Ưu ựiểm:
Tăng hiệu suất phổ và tốc ựộ dữ liệu
Ảnh hưởng của nhiễu xuyên kắ hiệu ISI giảm ựi ựáng kể
Ảnh hưởng của hiệu ứng lựa chọn tần số kênh cũng giảm do kênh ựược chia ra làm nhiều kênh phụ
độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ thống cũng giảm ựi
* Nhược ựiểm:
Tỉ số công suất ựỉnh trên trung bình (PAPR) cao
Nhạy cảm với sự dịch tần số.Sự dịch tần số sẽ làm giảm tắnh trực giao của các sóng mang.