2.4. Kết luận chương
Đồng bộ thời gian trong hệ thống OFDM là vô cùng quan trọng quyết định đến hiệu suất của hệ thống OFDM. Các thuật toán đồng bộ thời gian chủ yếu sử dụng chuỗi symbol huấn luyện cho kết quả đồng bộ tốt nhưng lại lãng phí băng thơng và giảm tốc độ truyền dữ liệu. Phương pháp do luận án trình bày đã giải quyết tốt vấn đề hiệu quả sử dụng băng thông, do chỉ sử dụng chuỗi GI để đồng bộ, đồng thời các kết quả thực nghiệm đã chứng minh phương pháp do tác giả đề xuất có hiệu quả tốt hơn so với các phương pháp hiện nay.
Kết quả của chương này đã được công bố trong bài báo sau:
C1. Dinh Hung Do, Quoc Khuong Nguyen, Viet Ha Do and Van Duc Nguyen (Hanoi
Unversity of Science and Technology, Vietnam) A Time Synchronization Method for OFDM-Based Underwater Acoustic Communication Systems, In 2016 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp131-134, 2016.
n=−
n
i=
0
i
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP BÙ DỊCH TẦN DOPPLER CHO HỆ THỐNG OFDM TRUYỀN THÔNG TIN DƯỚI NƯỚC
3.1. Giới thiệu chương
Việc truyền tin dưới nước gặp nhiều khó khăn do tốc độ truyền sóng âm rất chậm (1,5km/s) nên với sự chuyển động tương đối chậm giữa bên phát và thu cũng gây ra lượng dịch tần Doppler lớn ảnh hưởng đến tín hiệu OFDM. Trước tiên ta cần nghiên cứu về hiện tượng Doppler cho hệ thống OFDM.
3.2. Đặc điểm của hiện tượng Doppler
Hiện tượng Doppler không ảnh hưởng nhiều tới hiện tượng co giãn thời gian, ví dụ với vận tốc 1 m/s gây ra độ dịch tần bằng 15 Hz nhưng chỉ gây ra sai lệch 1 mẫu cho mỗi một ký tự OFDM. Một phương pháp bù dịch tần Doppler mới bao gồm hai giai đoạn mà không cần phải lấy mẫu tín hiệu lại. Giai đoạn đầu là quá trình xoay ngược pha trước khi thực hiện điều chế FFT để bù dịch tần thông thường. Giai đoạn hai là quá trình bù dịch tần Doppler trước khi ước lượng kênh bằng cách sử dụng một ma trận ICI. Để tăng độ chính xác khi ước lượng độ dịch tần, hệ thống mới sử dụng các tín hiệu dẫn đường liên tục kết hợp với việc giám sát sự biến đổi theo thời gian của hàm phân bố công suất trễ (PDP).
3.2.1. Mơ hình tín hiệu
Phần này sẽ trình bày hai yếu tố ảnh hưởng tới dịch tần Doppler trong miền tần số. Tín hiệu truyền đi của một ký tự OFDM có thể được viết dưới dạng:
S(t) =
Re{∑N
C e j 2π ( fC + f0 )t }0 ≤ t ≤
T
(3.1)
Tổng cộng có (2N + 1) sóng mang phụ được sử dụng để truyền tải dữ liệu, fc và f0 lần lượt là tần số sóng mang và khoảng cách tần số giữa các sóng mang phụ. Cn biểu diễn
dữ liệu trên sóng mang phụ thứ n. Giả thiết rằng có tất cả L đường truyền, mỗi đường truyền có độ lợi là ri và độ trễ là τ i . Độ dịch tần Doppler cho tất cả các đường truyền đều như nhau và bằng
R
∆(t) . Do đó, tín hiệu thơng dải thu được là: (t) = ∑L−1
r S(t(1+ ∆(t)) −τ )
0
B
B i=
n=− i n
với: ∆(t) = v(t)
c
Ở đây, v(t) là vận tốc tương đối giữa máy phát và máy thu.
Trong miền thời gian, hiệu ứng Doppler gây méo các mẫu tín hiệu, hiện tượng này được gọi là co giãn thời gian. Một ý tưởng đơn giản là lấy mẫu lại những tín hiệu bị méo để khắc phục hiệu ứng Doppler. Khác với các phương pháp này, trong hệ thống đề xuất sử dụng phương pháp khắc phục hiệu ứng Doppler trong miền tần số.
Sau khi hạ tần, chúng ta thu được:
R (t) = ∑L−1 ∑N {AC e j 2π nf0 (1+∆(t ))(t −τi ) }e j 2π fC ∆(t )t (3.3) Trong đó: A = re− j 2π fC (1+∆(t ))τi i i
Đầu tiên, tất cả các sóng mang phụ đều chịu độ dịch tần thơng thường (Hz). Thứ hai, mỗi sóng mang phụ chịu độ dịch tần khác nhau là (Hz), tùy thuộc vào vị trí của các sóng mang phụ. Đây được gọi là hiệu ứng dịch tần phụ thuộc vào vị trí hay cịn gọi là dịch tần Doppler không đồng nhất. Hiệu ứng dịch tần phụ thuộc vào vị trí gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới các q trình điều chế bậc cao như 16-QAM hay 64-QAM. Trong trường hợp mô phỏng hệ thống, khi vận tốc di chuyển tương đối là 1 (m/s) sẽ gây ra độ dịch tần thông thường là 16 (Hz), bằng 16% khoảng cách giữa các sóng mang phụ. Thêm vào đó, các sóng mang phụ ở phía biên tương ứng với chịu độ dịch tần Doppler không đồng nhất là (Hz), tương đương với 2.5% khoảng cách giữa các sóng mang phụ. Sóng mang phụ trung tâm ứng với giá trị n = 0 sẽ không chịu ảnh hưởng của kiểu dịch tần này. Do đó hiệu ứng dịch tần phụ thuộc vị trí nói trên cần phải được xem xét kỹ lưỡng.
3.2.2. Đồng bộ thô tần số
Do điều kiện môi trường rất phức tạp bao gồm độ dịch tần Doppler cao, độ trải trễ rộng, nhiễu từ môi trường đa dạng, trong hệ thống đề xuất ở đây sử dụng một tín hiệu
được sử dụng để xác định điểm bắt đầu của mỗi khung dữ liệu. Hai cửa sổ trượt được sử dụng để tính độ tương quan giữa X1 và X2 ở phía thu.