Chơng 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM
Tín hiệu OFDM trong miền thời gian là tập hợp của một nhóm sóng mang con dạng sin đã đợc qua điều chế. Mỗi sóng mang con đợc đặt trong một cửa sổ thời gian dạng chữ nhật. Cửa sổ này đặt giới hạn cho từng OFDM symbol, và quyết định đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM đợc tạo ra. Hình dới
đây là một ví dụ về dạng sóng của một sóng mang con OFDM sử dụng phơng thức điều chế PSK. Biên độ của sóng mang là không đổi, nhng pha thay đổi theo symbol. Kết quả là tại biên giới giữa các symbol có sự thay đổi pha đột của sóng mang. Kết quả của sự đổi pha đột ngột trong miền thời gian là sự phân tán năng lợng giữa các symbol trong miền tần số.
Hình 2-9 Dạng sóng trong miền thời gian của sóng mang con
Hình trên là phổ của tín hiệu OFDM cha qua lọc. Ta thấy với trờng hợp tín hiệu gồm 1536 sóng mang con có sự suy giảm của các búp sóng phụ nhanh hơn trờng hợp 52 sóng mang con. Tuy nhiên năng lợng của các búp sóng phụ trong trờng hợp này vẫn rất còn đáng kể ở khá xa khối phổ của các búp sóng chính. Các búp sóng phụ này làm tăng dải thông của tín hiệu, giảm hiệu quả
sử dụng phổ tần số. Có 2 kỹ thuật phổ biến dùng để lọc bỏ các búp sóng phụ tới mức có thể chấp nhận đợc là : Lọc thông dải, và chèn dải bảo vệ dạng cos n©ng (raised cosin).
Hình 2-10 Phổ của tín hiệu OFDM với 52 sóng mang con
Hình 2-11 Phổ của tín hiệu OFDM với 1536 sóng mang con
2.4.1 Lọc thông dải
Khi tín hiệu số đợc chuyển sang dạng tơng tự để truyền dẫn thì bộ lọc đ- ợc dùng để tránh “tạp” (aliasing). Tạp là hiện tợng tín hiệu sai xuất hiện khi tín hiệu tơng tự đợc số hoá. Sử dụng bộ lọc thông dải sẽ loại bỏ đợc các búp sóng phụ của tín hiệu OFDM. Lợng búp sóng phụ đợc lọc bỏ phụ thuộc vào
độ nhọn của bộ lọc đợc sử dụng. Nhìn chung các bộ lọc số cho độ chính xác,
độ dốc đặc tuyến lọc cũng nh tính thích nghi cao hơn các bộ lọc tơng tự. Do
đó trong hệ thống OFDM sử dụng các bộ lọc số sẽ rất hiệu quả trong việc hạn dải tín hiệu. Về định nghĩa một hệ thống số dùng để làm biến dạng sự phân bố phổ tần số của các thành phần của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đã cho đợc gọi là bộ lọc số. Hình 2-12 là đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM không qua bộ lọc. Hình 2-13 là đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM đã qua lọc thông dải.
ở đây sử dụng bộ lọc FIR, và dùng phơng pháp cửa sổ để tổng hợp. Thực tế là bộ lọc có thể lọc bỏ hoàn toàn các búp sóng phụ, nhng đồng nghĩa với nó là
chi phí tính toán tăng lên, và làm giảm SNR hiệu dụng của hệ thống. Hơn nữa, việc lọc tín hiệu cũng cắt bỏ một phần đáng kể năng lợng của các sóng mang con ở phía ngoài, làm méo dạng các sóng mang con này và gây ra ICI. Nh trên hình 2-13 ta có thể thấy có tới 8 sóng mang con bị cắt bỏ một phần năng lợng ở búp sóng chính.
Hình 2-12 Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM không qua lọc
Hình 2-13 Đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM sử dụng bộ lọc FIR với chiều dài cửa sổ bằng 3
Đến nay vẫn cha có những nghiên cứu đầy đủ về những ảnh hởng của lọc thông dải lên tín hiệu OFDM cũng nh sự giảm S/N hiệu dụng gây bởi quá
trình lọc. Các bộ lọc có đặc tuyến lọc dốc cho phép các tín hiệu OFDM đợc
đóng gói gần nhau hơn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần số. Nhng cũng chính nó gây ra sự sụt giảm của S/N hiệu dụng, và những ảnh hởng này cần phải đợc lu ý tới khi thiết kế hệ thống.
2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng
Một trong những phơng pháp đơn giản nhất để loại bỏ các búp sóng phụ (các búp thứ cấp) là đặt dải bảo vệ cho tín hiệu OFDM, giảm biên độ symbol dần về 0 trớc khi chuyển sang symbol khác. Điều này tạo ra một sự chuyển
đổi mềm dẻo giữa các symbol, do đó giảm đợc năng lợng của các búp sóng phụ. Hình dới đây là cấu trúc của một OFDM symbol đợc chèn dải bảo vệ dạng cos nâng (raised cosine).
Hình 2-14 Cấu trúc của symbol sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng
Dải bảo vệ cos nâng của các symbol có thể chồng lên nhau mà chỉ gây ra một lợng ISI không đáng kể, máy thu không nhận biết đợc. Ưu điểm của việc chồng phổ này cho phép tăng gấp đôi chiều dài dải bảo vệ mà không làm tăng thêm yêu cầu về dải thông cho symbol.