1.3.2. Bộ giải điều chế OFDM
1.3.2.2. Tín hiệu sau khi giải điều chế
Bộ giải điều chế trên mỗi sóng mang phụ là mạch tích phân thực hiện chức năng sau đây:
Trong đó là tín hiệu ra của bộ tích phân nằm ở sóng mang phụ thứ l và mẫu tín hiệu OFDM thứ (khe thời gian thứ k k). Thay cách biểu diễn của
1.11
từ ( ) kết hợp với sự biểu diễn của u(t) ở phương trình (1.10), ta có thể viết lại biểu thức (1.12) như sau:
Trong phương trình trên, kết quả tích phân cho trường hợp n=l sẽ cho ta tín hiệu có ích còn kết quả tích phân cho các trường hợp n l sẽ là kết quả của can nhiễu liên kênh ICI (Inter Carrier Interference) Phần tín hiệu có ích được biểu diễn bởi phương trình sau:
và phần can nhiễu liên kênh được biểu diễn bởi
Giả sử kênh vô tuyến không phụ thuộc vào thời gian trong độ dài của một mẫu tín hiệu , có nghĩa là biến thời gian t trong hàm truyền đạt của (1.12)
(1.13)
(1.14)
5) (1.1
kênh được loại bỏ trong phép lấy tích phân, thì phần có ích được viết lại dưới dạng:
Thành phần nhiễu liên kênh được viết lại:
Do các sóng mang trực giao với nhau, kết quả tích phân ở phương trình (1.17) rõ ràng là bằng không. Do vậy thành phần can nhiễu liên kênh sẽ triệt tiêu trong trường kênh không thay đổi về thời gian trong một chu kỳ tín hiệu.
1 4. . Mô phỏng hệ thống OFDM
Để hiểu rõ hơn hệ thống OFDM, tôi đã tiến hành mô phỏng hệ thống OFDM đơn giản dùng Matlab/Simulink. Sơ đồ khối hệ thống OFDM đơn giản mô phỏng trên ngôn ngữ như trình bày trong hình 1.8 .
Hình 1.8.Sơ đồ mô phỏng hệ thống OFDM
- Nguồn tin: có thể là một chuỗi bit bất kỳ, sóng dạng sin, file văn bản dạng.
txt, hay file âm thanh dạng.wav
(1.16)
(1.17)
- Khối nối tiếp/song song: sẽ chuyển luồng bit sau mã hóa thành N luồng bit song song (N=số sóng mang) được thể hiện dưới dạng ma trận (có số hàng là số symbol OFDM, số cột là số sóng mang).
- Khối IFFT: chuyển tín hiệu từ miền tần số về miền thời gian Đầu vào của . khối này là ma trận gồm các phần tử phức và liên hiệp của nó, sau khi đi qua khối IFFT sẽ chỉ có các phần thực được giữ lại. Đầu ra của khối IFFT là một ma trận có số hàng là số symbol, có số cột là kích thước FFT.
- Khối songsong nối tiếp: Chuyển đổi các luồng bit song song thành một luồng / bit nối tiếp Quá trình này là việc chuyển ma trận đầu ra của khối IFFT về ma . trận có một hàng, và có số cột là tích của số symbol với kích thước của FFT.
- Chèn khoảng bảo vệ: tín hiệu sau khối song song/nối tiếp được chèn khoảng bảo vệ ở đây là chuỗi bảo vệ Việc này được thực hiện bằng cách copy phần . cuối của mỗi symbol (có chiều dài là FFT bit) một đoạn có chiều dài là bằng chiều dài của khoảng bảo vệ, rồi chèn đoạn copy này vào đầu symbol để tạo thành một symbol mới có chiều dài là tổng của symbol cũ và khoảng bảo vệ.
Đầu ra của khối này là một ma trận có 1 hàng và có chiều dài là tích của số symbol với tổng của kích thước FFT và khoảng bảo vệ.
- Kênh truyền: tín hiệu sau khi qua khối chèn khoảng bảo vệ sẽ được đưa thẳng vào kênh truyền Kênh truyền ở đây chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng và . hiệu ứng đa đường (một đường LOS và 2 đường NLOS).
Phía thu sẽ thực hiện các quá trình ngược lại: tách khoảng bảo vệ, chuyển luồng bit từ nối tiếp thành song song rồi đưa và khối FFT, sau đó chuyển o thành luồng bit nối tiếp, qua giải mã rồi khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Kết quả sẽ được so sánh với đầu vào ban đầu để tính toán số bit lỗi và tỉ số lỗi bit.
Hình 1.9 mô tả tín hiệu OFDM trong miền thời gian. Tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu OFDM có 256 sóng mang con.
Hình 1.9. Tín hiệu OFDM miền thời gian
Còn phổ của tín hiệu OFDM vẽ cho 16 kí hiệu OFDM, mỗi kí hiệu OFDM có 256 sóng mang con được minh hoạ trên hình 1.10. Ta có thể thấy đáp ứng của kênh OFDM là không bằng phẳng, đây là nhược điểm chung của hệ thống OFDM. Để giảm sự không bằng phẳng này thì người ta sử dụng nhiều sóng mang con, khi đó đáp ứng của kênh sẽ gần như bằng phẳng.
Hình 1.10. Phổ tín hiệu OFDM trong miền tần số
Hình 1.11 mô tả dạng FFT của bên phát OFDM và FFT của bên khối thu. Từ kết quả mô phỏng ta thấy các tín hiệu số sau khi qua bộ điều chế QPSK được điều chế thành các tín hiệu phức. Dạng tín hiệu OFDM bên thu nhận được
khác so với dạng tín hiệu OFDM bên phát là do kênh truyền có tạp âm trắng cộng (AWGN). AWGN làm cho tín hiệu thu được bị méo dạng đi.
Hình 1.11. Dạng FFT của bên phát OFDM và FFT của bên khối thu Để đánh giá thêm ưu việt của hệ thống OFDM, ta sẽ mô phỏng hệ thống trên kênh đa đường và nhiễu trắng. Các tham số của hệ thống như sau:
+ Kích thước FFT: 128 + Số sóng mang con: 32
+ Kích thước khoảng bảo vệ: 8
+ Kênh đa đường: đường NLOS 1: trễ d1=6, suy hao a1=30%; đường NLOS 2: trễ d2=9, suy hao a2=0.25%; đường LOS
+ SNR: 15 dB
Hình 1.12 mô tả quan hệ giữa tỉ số SNR và BER khi chỉ xét kênh có nhiễu trắng và khi xét kênh có nhiễu trắng cũng như phân tập đa đường:
Hình 1.12. Tỉ lệ lỗi bit tương ứng với SNR trong trường hợp chỉ có nhiễu trắng (đường màu xanh) và có cả hiệu ứng đa đường (đường màu đỏ)
Ta có thể nhận thấy tỉ lệ lỗi bit BER giảm khi SNR tăng, và BER tăng thì SNR giảm. Qua đây ta cũng thấy hệ thống OFDM có khả năng khắc phục hay chịu đựng tốt hiệu ứng đa đường.
Kết luận chương 1
Công nghệ điều chế đa sóng mang trực giao OFDM có nhiều tính năng vượt trội so với điều chế đơn sóng mang truyền thống như khả năng thích hợp cho hệ thống tốc độ cao; khả năng hích hợp với các ứng dụng không dây cố t định; tính hiệu quả trong các môi trường đa đường dẫn; khả năng chống fading đa đường và fa ing chọn lọc tần sốd . Ngoài ra công nghệ này có thể loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các ký hiệu.
Đặc biệt OFDM có thể khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đ đường dẫna . Tuy nhiên OFDM không phải không có nhược điểm, đó là nó đòi hỏi khắt khe về vấn đề đồng bộ vì sự sai lệch về tần số, ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler khi di chuyển và lệch pha sẽ gây ra nhiễu giao thoa tần số ICI (Inter Carrier Interference) mà kết quả là phá bỏ sự trực giao
giữa các tần số sóng mang và làm tăng tỷ số bít lỗi (BER). Ngoài ra OFDM chịu ảnh hưởng của nhiễu xung.
OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động thế hệ tiếp theo, hệ thống truyền hình số và đặc biệt việc ứng dụng công nghệ OFDM là một trong những vấn đề then chốt trong hệ thống WiMax sẽ trình bày ở chương 3 Trong hệ thống . WiMax, bên cạnh công nghệ OFDM, kỹ thuật đa anten phát đa anten thu MIMO (Multiple Input Multiple Output) là một công nghệ chính Trước khi đi vào trình bày hệ thống . WiMax, kỹ thuật MIMO sẽ được trình bày trong chương 2.