CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CHỦ YẾU NHẰM GIẢM NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG OFDM
2.3.1. Đồng bộ thời gian
Nhiệm vụ của việc đồng bộ thời gian là phải xác định được thời điểm ký hiệu bắt đầu. Khi có sự sai khác về thời gian bắt đầu ký hiệu thì sẽ gây ra lỗi thời gian.
CP CP
Cửa sổ FFT Ký hiệu OFDM
NG
NG + N N Start
Hình 2.4. Điểm bắt đầu thời gian ký hiệu
Nếu lỗi nhỏ và thời gian bắt đầu ký hiệu rơi vào trong vùng CP thì nó không gây ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống, hình vẽ 2.5 minh hoạ điều này.
CP {Yn |1≤ n ≤ N} CP
Cửa sổ FFT lý t- ởng Ký hiệu OFDM thứ i Ký hiệu OFDM thứ i+1
Lỗi đồng bộ
Hình 2.5. Thời gian bắt đầu ký hiệu rơi vào trong CP
Trường hợp ngược lại, nếu thời gian bắt đầu ký hiệu rơi vào trong chu kỳ hữu ích thì nhiễu ISI sẽ xẩy ra như trong hình 2.6.
CP {Yn |1≤ n ≤ N} CP
Cửa sổ FFT lý t- ởng
Ký hiệu OFDM thứ i Ký hiệu OFDM thứ i+1
Lỗi đồng bộ ISI + Lỗi pha
Hình 2.6. Thời gian bắt đầu ký hiệu rơi vào trong chu kỳ hữu ích
Để thực hiện việc đồng bộ thời gian, thường sử dụng hai phương pháp là:
đồng bộ sử dụng tín hiệu Pilot và đồng bộ sử dụng CP.
2.3.1.1. Đồng bộ thời gian dựa trên tín hiệu pilot.
Thuật toán đồng bộ bao gồm ba bước: nhận biết công suất (power detection), đồng bộ thô (coarse synchronization) và đồng bộ tinh (fine synchronization).
- Nhiệm vụ của nhận biết công suất là xác định xem tín hiệu truyền có phải là OFDM hay không bằng cách đo công suất thu và so sánh với mức ngưỡng.
- Trong bước đồng bộ thô, tín hiệu sẽ được đồng bộ bước đầu với độ chính xác khá thấp là một nửa khoảng thời gian lấy mẫu. Mặc dù độ chính xác đồng bộ trong bước này không cao, song nó sẽ làm đơn giản thuật toán dò tìm đồng bộ trong bước tiếp theo. Để thực hiện "đồng bộ thô", người ta cho tương quan giữa tín hiệu thu được với bản sao của tín hiệu phát (đã xác định trước) rồi tìm đỉnh tương quan. Tần suất ước lượng các điểm tương quan phải gấp khoảng 4 lần tốc độ tín hiệu để đảm bảo tính chính xác trong việc ước lượng đỉnh tương quan.
- Ở bước đồng bộ tinh, do thời gian đồng bộ chính xác nhỏ hơn 0,5 mẫu tín hiệu nên kể cả ảnh hưởng của lỗi đồng bộ, đáp ứng xung của kênh chắc chắn nằm trong thời khoảng của CP (vì thời khoảng CP phải lớn hơn thời khoảng đáp ứng xung ít nhất là 1 mẫu). Vì vậy, lỗi pha sóng mang ở các kênh con chắc chắn là do lỗi thời gian gây nên. Lỗi này có thể được ước lượng bằng cách sử dụng hồi qui tuyến tính. Sau đó, tín hiệu tại các kênh pilot sẽ được cân bằng.
2.3.1.2. Đồng bộ thời gian sử dụng CP
Kỹ thuật đồng bộ này được thực hiện nhờ tính chu kỳ của mỗi ký hiệu, do đó CP được chèn vào ở mỗi ký hiệu.
ý tưởng cơ bản là xét hiệu hai mẫu tín hiệu thu cách nhau N bước:
d(m) = r(m) - r(m+N) (2.8)
với N là số sóng mang con, N cũng bằng số điểm lấy mẫu tương ứng với phần có ích của ký hiệu OFDM (không kể CP). Khi đó:
- Nếu r(m) và r(m+N) tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm trong thời khoảng của cùng một ký hiệu OFDM, chúng phải là bản sao của nhau nên công suất của d(m) thấp.
- Nếu r(m) và r(m+N) không tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm trong thời khoảng của cùng một ký hiệu, d(m) là hiệu của hai biến ngẫu nhiên không tương quan. Công suất trung bình của d(m) trong trường hợp này bằng hai lần công suất trung bình của ký hiệu OFDM.
Nếu sử dụng một cửa sổ trượt có độ rộng đúng bằng khoảng thời gian của CP (tức là điểm cuối của cửa sổ trùng vào điểm bắt đầu của ký hiệu OFDM) thì khi cửa sổ này trùng với thành phần CP của ký hiệu OFDM sẽ có một cực tiểu về công suất trung bình của các mẫu d(m) trong cửa sổ này. Do đó, có thể ước lượng được thời điểm bắt đầu của ký hiệu OFDM, đồng bộ thời gian được thực hiện.