Giải thích chức năng các khối trong hệ thống:
(1) : Nguồn dữ liệu cần phát Data input được gửi đến bộ biến đổi nối tiếp ra song song (S/P)
(2) : Khối điều chế M-QAM (3): Tín hiệu Pilot và CFP
(4): Sắp xếp dữ liệu và Pilot lên các sóng mang của hệ thống OFDM. (5): Khối để chèn không và sắp xếp đặc biệt
(6): Biến đổi IFFT
(7): Chèn khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM.
(8): Biến đổi tín hiệu từ song song ra nối tiếp (P/S) (9): Bộ biến đổi DAC
Transducer phát Môi trường thủy âm Transducer thu
(10): Bộ biến đổi ADC
9 3 22 20 19 18 16 13 12 11 10 14 21 17 15
(11): Bộ lọc thông dải BPF
(12): Phát hiện điểm bắt đầu của mỗi tín hiệu OFDM. (13): Tách các symbol
(14): Ước lượng độ dài các symbol (15): Khối tính tốn độ lệch tần Doppler
(16) Loại bỏ khoảng bảo vệ GI của mỗi tín hiệu OFDM
(17): Tính độ lệch thời gian lấy mẫu của tín hiệu OFDM cần điều chỉnh. (18): Ma trận lấy mẫu lại.
(19): Biến đổi Fourier thuận cho mỗi tín hiệu OFDM. (20): Ước lượng giá trị dữ liệu truyền đi
(21): Tách các Pilot và ước lượng kênh truyền. (22): Giải điều chế M-QAM
3.5.3. Giải thích nguyên lý:
Ở phía máy phát: Nguồn dữ liệu cần phát (Data input) được gửi đến bộ biến đổi nối tiếp ra song song (S/P) rồi đưa đến khối điều chế M-QAM sau đó nó kết hợp với tín hiệu Pilot (tín hiệu dẫn đường) và tín hiệu sóng mang dẫn đường (Carrier frequency pilot – CFP) từ khối tiếp theo để sắp xếp lên các sóng mang của hệ thống OFDM.
Tín hiệu sóng mang dẫn đường CFP là Pilot đặc biệt được thiết kế để có thể làm việc tương tự như sóng mang dữ liệu trong các hệ thống thơng tin như VSB (Vestigial Side Band). Nhờ đó mà bên thu có thể xác định được chính xác tần số của tín hiệu phải thu để có thể xử lý phù hợp. Tín hiệu tiếp đó được đưa đến khối Zeros Insertion để chèn không và sắp xếp đặc biệt để tạo ra tín hiệu chỉ gồm các số thực sau khi biến đổi Fourier ngược IFFT. Khối GI làm nhiệm vụ chèn khoảng bảo vệ cho tín hiệu OFDM. Khối P/S biến đổi tín hiệu từ song song ra nối tiếp (P/S) và được đưa đến bộ biến đổi số tương tự DAC. Tín hiệu tương tự ở đầu ra khối DAC sẽ được đưa đến đến transducer phát.
Ở phía thu, tín hiệu khi nhận được tại transducer thu sẽ được đưa qua bộ biến đổi ADC để biến thành tín hiệu số sau đó đưa qua bộ lọc thơng dải BPF để loại bỏ các tín hiệu khơng thuộc dải tần thơng tin phát đi. Tín hiệu đầu ra sẽ được đưa đến khối tiếp
theo để tính tốn độ lệch tần Doppler rồi sẽ được lấy mẫu trở lại ở khối Resamling. Khối Symbol Detection thực hiện việc phát hiện điểm bắt đầu của mỗi tín hiệu OFDM. Khối GI Removal sẽ loại bỏ khoảng bảo vệ GI của mỗi tín hiệu OFDM. Khối FFT thực hiện việc biến đổi Fourier thuận cho mỗi tín hiệu OFDM. Khối Channel Estimation sẽ tính tốn độ lệch pha giữa hai CFP của hai tín hiệu OFDM liên tiếp. Khối (19) biến đổi Fourier thuận của tín hiệu OFDM. Khối (20) thực hiện việc ước lượng tín hiệu OFDM truyền đi. Khối (21) sẽ tách các pilot và ước lượng kênh truyền và cuối cùng khối (22) sẽ giải điều chế M-QAM cho dữ liệu nhận được để khôi phục lại dữ liệu ban đầu.
3.5.4. Mô tả chi tiết phương pháp thực hiện
Hệ thống thu thực hiện lấy mẫu lại tín hiệu trước khi thực hiện đồng bộ nên đảm bảo phát hiện chính xác điểm bắt đầu khung dữ liệu. Với y là tín hiệu ở đầu ra khối BPF
(11), Lf là độ dài của y. Tại khối (14) thực hiện biến đổi Fourier rời rạc cho y với độ dài Lf được tín hiệu Y:
Y = F{y}
(3.34) - Tần số tín hiệu thu được Fr tương ứng với CFP được tính theo cơng thức:
arg(max Y (1: LF / 2) ). fs
Fr =
LF
(3.35) Trong đó fs là tần số lấy mẫu của tín hiệu
Độ lệch tần Doppler khi thực hiện đồng bộ thơ sẽ được tính dựa trên tần số thu Fr theo công thức:
∆f = (Fc − Fr ). fs
(3.36)
Fc
Trong đó hàm [.] dùng để làm trịn số. Khi đó tần số lấy mẫu mới frs được tính :
fs = fs + ∆f (3.37)
Dựa vào khoảng zero giữa hai khung liên tiếp, ta sẽ xác định được điểm bắt đầu của mỗi khung dữ liệu thông qua khối () ở sơ đồ phía thu. Từ đó, tính được tổng độ dài các mẫu tín hiệu của mỗi khung OFDM ký hiệu
f
LF = NS * N (3.38)
Trong đó: N
S là số ký tự OFDM trong mỗi khung. N là độ dài của số mẫu OFDM phía thu được tính như sau:
N = (NFFT + GI ).
fS
fS
(3.39)
Tất cả các OFDM symbols trên mỗi khung sẽ được tách riêng dựa vào đáp ứng bên thu. Sau đó loại bỏ khoảng bảo vệ GI, mỗi OFDM được biểu diễn bởi một véc tơ với chiều dài N : vN
Χ1 = [v0 , v1,..., vN ].
Các symbols này sẽ được đưa qua ma trận lấy mẫu lại GRS , từ đó ta thu được:
(3.40) Trong đó GRS là ma trận lấy mẫu lại có cỡ N × N .
GRS được tạo từ ma trận GRS với cỡ
gi = [0,..., 0, τ −1 N × (N + 2* L −1) . Dòng thứ i của ma trận GRS là: (3.41) trong đó: L là độ dài của bộ lọc g(t), chỉ số i = 1..N
∆t i τ = = i. fS (3.42) S (3.43)
GRS được tạo ra từ cột L+1 đến N − L của ma trận GRS .
g(t) là hàm định dạng cosin nâng dùng để xây dựng ma trận GRS
g(t) = sin( π / t T ) cos( απ / t T )
trong miền thời gian:
πt / T 1 − 4α 2 t 2 / T 2 (3.44) v ' = G RS *v g(LT + ∆ti ),..., g(∆ti ),..., g(−LT + ∆ti ), 0..0 ] 2L+1 N −τ +1 i. fS −τ fS
Sau khi lấy mẫu lại với chiều dài N, tín hiệu
kênh để giải mã tín hiệu.
3.5.5. Thực nghiệm và kết quả
Các thí nghiệm dưới nước được thực hiện tại hồ Hồ Tiền tại Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST).
Mơ hình thí nghiệm được minh họa trong Hình 3.16.