(a) TA = N và TB = TA(b) TA = N và TB = GI
Tuy nhiên, cấu trúc A-B với sự dịch tần số trong phần B tồn tại một vấn đề. Cấu trúc này khơng mang lại sự tính tốn chính xác phần phân số của độ lệch tần, trong khi đó cấu trúc A-B trƣớc đó lại khắc phục đƣợc vấn đề này bằng cách ghi nhận hệ số góc của đỉnh tƣơng quan phức của chuỗi xử lý máy thu. Với cấu trúc A- B dịch tần số, một góc không đƣợc biết đƣợc thêm vào hệ số góc của đỉnh tƣơng quan nếu độ lệch tần số hiện diện trong đầu vào của chuỗi xử lý máy thu. Góc này có liên quan đến pha tùy ý của bộ tạo dao động máy thu so với các pha của dạng sóng đƣợc truyền tại máy phát, kết hợp với ảnh hƣởng của trễ đƣờng truyền. Do đó, sẽ rất khó khăn để xác định đƣợc phần phân số (fractional part) của độ lệch tần.
Cấu trúc A-B với sự dịch tần đƣợc mô phỏng trong sự hiện diện của độ lệch tần số không đổi tại máy phát. Tƣơng ứng, MSE để ƣớc lƣợng phần phân số độ lệch tần với các giá trị SNR khác nhau đƣợc tính tốn trong máy thu. Các kênh đƣợc sử dụng là kênh Rayleigh và SFN. Hình (a) trình bày MSE-Frequency với SNR cho kênh Rayleigh và hình (b) trình bày cho kênh SFN. Hai kênh Rayleigh tĩnh đƣợc sử dụng là hai đƣờng cho kênh SFN với khoảng thời gian trễ giữa hai đƣờng là TA. Từ hình vẽ, có thể thấy rằng việc tính tốn độ lệch tần có giá trị MSE cao lớn hơn ngay cả khi SNR cao. Lý do là hệ số góc này tăng lên 2π radians tƣơng ứng với mỗi việc tăng độ lệch tần số bằng với khoảng cách sóng mang ký hiệu OFDM. Do đó sẽ rất
khó để suy ra phần phân số của độ lệch tần bằng việc ghi lại hệ số góc của đỉnh tƣơng quan phức.
Hình 3.21 MSE - Frequency với SNR cho việc tính tốn độ lệch tần số
không đổi (a) Kênh Rayleigh (b) Kênh SFN
3.2.2.3 Cấu trúc C-A-B
Cấu trúc cho ký hiệu P1 đã đƣợc sửa đổi bằng cách thêm vào đầu của cấu trúc trƣớc đó một thành phần tần số dịch khác. Trong cấu trúc C-A-B, thành phần đƣợc thêm vào là phần C, phần này đƣợc chèn ở đằng trƣớc phần A và phần B. Phần C và phần B có cùng độ dài và có bản sao tần số dịch của toàn bộ hoặc phần đầu tiên của phần A. Do đó, cấu trúc này có hai phần tần số dịch có độ dài bằng nhau và việc dịch tần số đƣợc thực hiện giống nhƣ trong mơ hình trƣớc đó. Đối với mơ phỏng, phần A của ký hiệu P1 có chiều dài FFT giống nhƣ các ký hiệu dữ liệu và phần B là bản sao tồn bộ của phần A . Hình vẽ (a) và (b) dƣới đây trình bày mối tƣơng quan, và MSE vs. đƣờng cong SNR của quá trình đồng bộ thời gian.
Chuỗi xử lý tại máy thu có hai bộ dịch tần số và chạy kết hợp với các bộ lọc trung bình. Mỗi bộ dịch tần số và bộ lọc trung bình sẽ tạo ra một đỉnh so sánh và một thành phần trễ đƣợc thêm vào thời gian sắp xếp hai đỉnh này. Thủ tục phát hiện cũng giống nhƣ các cấu trúc trƣớc đó. Nếu đỉnh tƣơng quan này xuất hiện ở đầu ra của chuỗi xử lý tại máy thu thì nó chỉ ra sự hiện diện của ký hiệu P1 trong kênh RF đặc biệt đó dựa trên một giá trị ngƣỡng đƣợc lựa chọn cẩn thận.
Hình 3.22 (a) Đầu ra bộ tƣơng quan của chuỗi xử lý tại máy thu với cấu trúc C-A-B, (b) MSE-Timing vs. SNR
Cấu trúc C-A-B đƣợc lấy ý tƣởng từ cấu trúc A-B dịch tần và do đó nó có thể giải quyết đƣợc các vấn đề của việc phát hiện sai, bộ gây nhiễu CW và các trễ nguy hại. Điều cần thiết cho cấu trúc C-A-B này là giải quyết vấn đề tính tốn thành phần phân số của độ lệch tần từ đối sốcủa xung tƣơng quannày. Vấn đề này đƣợc giải quyết dễ dàng bởi cấu trúc A-B nhƣng cấu trúc A-B dịch tần thì lại khơng thể. Hinh vẽ 3.23 trình bày MSE vs. đƣờng cong SNR để tính tốn phần phân số độ lệch tần cho kênh Rayleigh tĩnh và kênh SFN. Tổng số độ dịch tần ban đầu đƣợc đƣa vào là 0.12. Do đó cấu trúc C-A-B khắc phục đƣợc các vấn đề của các cấu trúc trƣớc đó.
Hình 3.23 MSE - Frequency vs. SNR cho tính tốn độ lệch tần liên tục, (a) Kênh Rayleigh (b) Kênh SFN
3.3 Mơ hình mơ phỏng cho ký hiệu P1
Các kết quả mô phỏng trong tiểu mục trên cho thấy cấu trúc C-A-B cho ký hiệu P1 đem lại hiệu quả tốt nhất. Do đó, một phiên bản đƣợc sửa đổi đôi chút của cấu trúc C-A-B này đã đƣợc coi nhƣ là cấu trúc ký hiệu P1 trong đặc tính kỹ thuật của hệ thống DVB-T2. Đồng thời, chuỗi xử lý máy thu cũng đã đƣợc sửa đổi. Mơ hình mơ phỏng cho ký hiệu đƣợc tạo ra trong Matlab theo tiêu chuẩn DVB-T2 [7] và hƣớng dẫn thực hiện DVB-T2 [22]. Mơ hình này xem xét hai khung T2, mỗi khung bắt đầu với một ký hiệu P1 và bốn ký hiệu dữ liệu. Tuy nhiên, cửa sổ quan sát xem xét bốn ký hiệu dữ liệu của khung đầu tiên, ký hiệu P1 và bốn ký hiệu dữ liệu của khung thứ hai. Mục đích của mơ hình mơ phỏng này là để mơ phỏng q trình thu nhận tín hiệu của máy thu để phát hiện sự hiện diện của ký hiệu P1, thực hiện nhiệm vụ đồng bộ thời gian thơ, và sau đó giải mã ký hiệu P1 để biết các thông số truyền dẫn cơ bản.
Trong máy phát, lúc đầu các ký hiệu dữ liệu đƣợc điều chế trong miền tần số. Sau đó các ký hiệu dữ liệu này đƣợc chuyển đổi sang miền thời gian bằng biến đổi Fourier nhanh (FFT). Tiếp đó khoảng bảo vệ đƣợc thêm vào và thực hiện sự chuẩn hóa. Ký hiệu P1 cũng đƣợc tạo ra trong miền tần số và sau đó đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu miền thời gian. Quá trình tạo ký hiệu P1 đã đƣợc đề cập ở trên đây
nhằm khai triển cấu trúc ký hiệu, sự phân bố sóng mang, sự điều chế và sự tạo tín hiệu miền thời gian của ký hiệu P1. Cuối cùng, ký hiệu P1 đƣợc đặt ở đầu của các khung T2. Do đó, máy phát phát đi một tín hiệu miền thời gian đi qua các kênh truyền dẫn và máy thu cũng thu tín hiệu trong miền thời gian. Một số kênh truyền dẫn đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu suất của hệ thống DVB-T2.
Có một số thơng số quan trọng cần phải đƣợc thiết lập trƣớc khi tiến tới cấp độ tiếp theo. Các ký hiệu dữ liệu trong các khung T2 có hai phần đó là khoảng thời gian hữu ích và khoảng thời gian khoảng bảo vệ. Tiêu chuẩn DVB-T2 cung cấp một số lựa chọn cho việc lựa chọn chiều dài FFT (FFT-length) tƣơng ứng với khoảng thời gian hữu ích và khoảng thời gian bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu. Để mô phỏng, độ dài FFT 2k đã đƣợc chọn cho độ dài FFT ký hiệu dữ liệu và khoảng bảo vệđƣợc chọn là 1/4, có nghĩa là 512 mẫu. Ngoài ra, bốn ký hiệu dữ liệu OFDM đã đƣợc xem xét để mô phỏng trong hai khung T2 của cửa sổ quan sát.
Mơ hình mơ phỏng của máy thu đƣợc mơ hình hóa bằng chuỗi phát hiện mối tƣơng quan ký hiệu P1 đƣợc đề cập ở trên. Nếu một ký hiệu P1 có mặt trong kênh RF, thì chuỗi tƣơng quan này sẽ cho ra một xung tƣơng quan hình thang ở đầu ra.Tín hiệu DVB-T2 có thể đƣợc xác định bằng cách thiết lập một ngƣỡng phù hợp với biên độ của đầu ra bộ tƣơng quan. Quá trình xác định ngƣỡng là rất quan trọng vì mục đích là để tối đa hóa xác suất phát hiện và giảm thiểu xác suất phát hiện sai.
Thực tế của quá trình phát hiện sai ở máy thu đó là máy thu phát hiện ra sự hiện diện của ký hiệu P1 trong khi thực tế khơng hề có ký hiệu P1 này ở trong kênh RF, nghĩa là máy thu sai ở việc cung cấp một xung đầu ra tƣơng quan vƣợt ngƣỡng và điều đó có nghĩa là P1 xuất hiện trong kênh. Vì vậy ngƣỡng đƣợc chọn dựa trên một sự thỏa hiệp của hai yếu tố này. Hơn nữa, ngƣỡng phải phụ thuộc vào số lƣợng các ký hiệu dữ liệu đƣợc chọn cho việc mơ phỏng. Do đó, nếu các thơng số của mơ hình mơ phỏng bị sửa đổi thì ngƣỡng thích hợp phải đƣợc tính tốn lại.
Tuy nhiên, máy thu phải xác định đƣợc vị trí ký hiệu P1 trong tín hiệu miền thời gian đã thu đƣợc để giải mã nó nhằm có đƣợc sự đồng bộ hóa về thời gian. Một cách khác để làm điều đó là phải tìm chỉ số của đỉnh tƣơng quan và xác định vị trí
bắt đầu từ chỉ số đó. Tuy nhiên, chỉ số tƣơng quan cho chuỗi xử lý tại máy thu của ký hiệu P1 tạo ra một đỉnh hình thang thay vì một đỉnh tam giác duy nhất do cấu trúc ký hiệu P1 đó có hai khoảng bảo vệ ở cả hai phía. Hơn nữa, giá trị đỉnh cao nhất có thể tìm thấy đƣợc trong bất kỳ khoảng thời gian của đỉnh dạng hình thang này và do đó xác định đƣợc vị trí bắt đầu của ký hiệu P1 từ chỉ số đỉnh này là không đủ phù hợp.
Cách khác đƣợc dõi theo trong mơ hình mơ phỏng xác định vị trí bắt đầu của ký hiệu P1 từ tín hiệu thu đƣợc và khơngđƣa giá trị cao nhất của đỉnh vào bản kê khai. Nhƣ đã đề cập trƣớc đó, một ngƣỡng đƣợc sử dụng để phát hiện sự hiện diện của ký hiệu P1. Ngƣỡng đó sẽ giao nhau với xung đầu ra tƣơng quan tại một vài điểm và chỉ số của điểm giao nhau đầu tiên đƣợc tính tốn. Giả thuyết rằng vị trí ký hiệu P1 lý tƣởng từ cấu trúc tín hiệu đƣợc phát đã đƣợc biết. Nếu chỉ số của điểm giao nhau bị lệch so với vị trí ban đầu lý tƣởng thì có thể tìm ra đƣợc một giá trị lệch.
Giá trị độ lệch này cùng với chỉ số giao điểm đầu tiên sẽ cung cấp chỉ số bắt đầu của ký hiệu P1 trong tín hiệu thu đƣợc. Đầu tiên giá trị độ lệch này đƣợc tính tốn trong kênh AWGN với tỷ số tín trên tạp cao và đƣợc sử dụng trong các mô phỏng để xác định sự bắt đầu của ký hiệu P1. Độ lệch phải đƣợc tính tốn lại nếu các thơng số của mơ hình mơ phỏng thay đổi, ví dụ nhƣ thay đổi số lƣợng các ký hiệu dữ liệu trong mơ hình mơ phỏng. Hình 3.24 trình bày chi tiết kỹ thuật đã đƣợc đề cập ở phần trên, nó cho thấy đỉnh hình thang đƣợc tạo ra bởi chuỗi xử lý tại máy thu.
Hình 3.24 Sự tính tốn độ lệch cho đỉnh tƣơng quan hình thang dựa trên một ngƣỡng
Sau khi tìm ra ký hiệu P1, bƣới tiếp theo là giải mã ký hiệu này để tìm ra các thơng số truyền dẫn cần thiết. Nhƣ trình bày ở các phần trên, ký hiệu P1 cho biết thông số SISO/MISO và thông số độ dài FFT bởi trƣờng S2 của nó. Do đó mơ hình mơ phỏng đƣợc thiết kế nhƣ vậy, các trƣờng này đƣợc mã hóa trong máy phát, sau đó đƣợc truyền qua các kênh truyền dẫn và sau đó đƣợc giải mã trong bộ thu. Hiệu suất đƣợc đo bằng khả năng giải mã. Nếu dữ liệu truyền đi đƣợc giả mã một cách chính xác thì xác suất giải mã đạt đƣợc cao hơn. Đây là kịch bản mong muốn vì độ tin cậy của hệ thống phụ thuộc vào khả năng giải mã.
Một thông số quan trọng khác là giá trị SNR. Để có đƣợc sự đồng bộ hóa mạnh mẽ, máy thu DVB-T2 phải thực hiện đƣợc đồng bộ ngay cả khi SNR rất thấp khoảng 0 dB.Thơng số cịn lại cho việc mơ phỏng là số lần lặp lại của mơ hình mơ phỏng để tạo ra các đƣờng cong đo lƣờng hiệu suất thích hợp. Số lần lặp lại nhiều sẽ tạo ra một đƣờng cong trơn tru. Ngƣợc lại, số lần lặp lại ít sẽ tạo ra một đƣờng cong có sự thay đổi đột ngột.
3.4 Thực hiện mơ phỏng ký hiệu P1
Nhiệm vụ đầu tiên của máy thu DVB-T2 là phải dị tìm sự hiện diện của ký hiệu P1 trong kênh truyền. Sau khi phát hiện đƣợc ký hiệu P1 này, máy thu sẽ biết đƣợc tín hiệu DVB-T2 xuất hiện trong các kênh truyền dẫn. Nhiệm vụ tiếp theo là phải xác định đƣợc vị trí bắt đầu của ký hiệu P1, mà nhất thiết phải là vị trí bắt đầu của khung T2. Khi máy thu đã xác định đƣợc vị trí của ký hiệu P1 thì nó có thể giải mã ký hiệu P1 để có đƣợc giá trị các thơng số truyền dẫn cần thiết. Tiểu mục này trình bày các kết quả mơ phỏng liên quan đến quá trình phát hiện và giải mã ký hiệu P1.
Xác suất phát hiện đặc trƣng cho khả năng phát hiện chính xác ký hiệu P1 trong kênh truyền dẫn tƣơng ứng với một giá trị SNR cụ thể. Mặt khác, xác suất giải mã đặc trƣng cho khả năng giải mã chính xác ký hiệu P1 tại một giá trị SNR cụ thể. Nếu máy thu phát hiện đƣợc ký hiệu P1 thì chỉ ký hiệu này đƣợc giải mã. Có nghĩa là, khi ký hiệu P1 khơng đƣợc tìm ra thì xác suất giải mã cũng khơng đƣợc tính tốn. Để kiểm tra hiệu suất của ký hiệu P1, xác suất dị tìm và giải mã đƣợc tính tốn với một dãy các giá trị SNR tƣơng ứng với các kênh truyền khác nhau, nhƣ kênh AWGN, kênh Ricean, kênh Rayleigh, kênh di động TU6 và kênh SFN. Các thông số thƣờng đƣợc sử dụng trong tất cả các mô phỏng đƣợc cho nhƣ bảng dƣới đây.
Thông số Giá trị
Chiều dài FFT của các ký hiệu dữ liệu 2048 Khoảng bảo vệ của các ký hiệu dữ liệu 512 Số lƣợng các ký hiệu dữ liệu trong một khung
T2
4
Tỷ số tín trên tạp (SNR) -15 đến 5 dB
Kiểu điều chế ký hiệu dữ liệu 16-QAM
Kiểu điều chế ký hiệu P1 DBPSK
Bảng 3.5 Các thông số với các giá trị của chúng sử dụng trong các mô phỏng
Cửa sổ quan sát của mô phỏng xét hai khung T2 nhƣ dƣới đây, khung T2 đầu tiên chứacác khung dữ liệu sau nó là ký hiệu P1 của khung T2 thứ hai và cuối cùng là các ký hiệu dữ liệu của khung này.
Ký hiệu dữ liệu 1 Ký hiệu dữ liệu 2 Ký hiệu dữ liệu 3 Ký hiệu dữ liệu 4 Ký hiệu P1 Ký hiệu dữ liệu 1 Ký hiệu dữ liệu 2 Ký hiệu dữ liệu 3 Ký hiệu dữ liệu 4 Khung T2 đầu tiên Khung T2 thứ 2