MÉO PHI TUYẾN VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
3.2.2 Méo phi tuyến gây bởi HPA trong các hệ thống OFDM
Trong các hệ thống OFDM, sơ đồ điều chế đối với từng sóng mang con là các sơ đồ điều chế tuyến tính hai chiều, tiêu biểu là M-QAM và M-PSK tùy theo yêu cầu về hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống. Với các hệ thống dung lƣợng lớn, yêu cầu hiệu quả phổ cao nhằm tiết kiệm băng tần thƣờng đƣợc đặt ra và do vậy sơ đồ điều chế M-QAM thƣờng đƣợc áp dụng. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, HPA có những tác động cả với: a) từng sóng mang con điều chế M- QAM; và b) toàn bộ tín hiệu OFDM gồm N sóng mang con.
a) Tác động của HPA đối với từng sóng mang con
Đối với từng sóng mang con, tác động của HPA tới tín hiệu M-QAM điều chế trên sóng mang đó cũng tƣơng tự nhƣ đã trình bày trong mục 3.2.1, tức là HPA gây ISI và làm móp chòm tín hiệu M-QAM của từng sóng mang con, làm tăng xác suất quyết định sai symbol trên sóng mang con đó. Mặt khác, cũng nhƣ đã trình bày trong mục 2.3.1, khi đi qua HPA, các thành phần tần số tín hiệu trong từng kênh con (subchannel) trộn lẫn với nhau do đặc tuyến công tác phi tuyến của HPA. Đặc tuyến biên độ của HPA luôn có thể
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
khai triển theo chuỗi Taylor, tức là biên độ tín hiệu lối ra là một chuỗi đa thức của tín hiệu lối vào. Các số hạng bậc chẵn sẽ tạo ra các sản phẩm xuyên điều chế (giữa các thành phần tần số tín hiệu trong từng băng con) nằm rất xa ngoài băng con tín hiệu, hầu nhƣ không gây tác hại nào với băng con đang xét. Trong khi đó, các thành phần xuyên điều chế IM(InterModulation) bậc lẻ (cũng mới chỉ tính giữa các thành phần tần số tín hiệu trong từng băng con) sẽ rơi vào trong băng của kênh con gây nên tạp âm phi tuyến, đồng thời làm mở rộng phổ tín hiệu của kênh con. Việc gây nên tạp âm phi tuyến trong băng cũng góp phần làm giảm SNR của từng kênh con, cũng dẫn đến làm tăng xác suất thu sai symbol của từng kênh con và do đó là xác suất thu sai của cả hệ thống. Việc mở rộng phổ của từng kênh con thì gây mất trực giao giữa sóng mang con và do vậy gây ICI (InterChannel Interference), cũng làm tăng xác suất thu sai symbol của các kênh con. Ngay cả khi chuỗi Taylor biểu diễn đặc tuyến công tác HPA có thể cắt chỉ còn bậc 3 (tức là các sản phẩm bậc 5 hoặc cao hơn đủ nhỏ để có thể bỏ qua) thì phổ tín hiệu lối ra HPA của từng kênh con cũng mở rộng chừng 3 lần, với độ lớn phần phổ mở rộng tuy nhỏ, song do rơi vào băng của các kênh con kế cận hai bên nên vẫn gây ra ICI đáng kể. b) Tác động của HPA đối với toàn bộ tín hiệu OFDM
Nhƣ đã trình bày trong chƣơng 2, mục 2.3.3, OFDM có thể áp dụng cho các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn (đặc biệt là với các hệ thống vô tuyến di động số hay truyền hình số mặt đất) do một loạt ƣu thế về hiệu quả sử dụng phổ, khả năng chống pha-đinh đa đƣờng cũng nhƣ đơn giản về thiết bị. Tuy vậy, OFDM lại bộc lộ một đặc điểm cố hữu là có tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR (Peak to Average Power Ratio) lớn.
Tỷ số công suát đỉnh trên công suất trung bình (PAPR) trong các hệ thống, tính theo thang logarith, đƣợc xác định theo:
PAPR[dB] 10lg P [dB]
av
P P
(3.1)
trong đó PP là công suất đỉnh tức thời (Peak Power) còn Pav là công suất trung bình (Average Power) của tín hiệu. Công suất đỉnh của tín hiệu OFDM đƣợc xác định là công suất của một sóng sin với biên độ bằng giá trị đƣờng bao lớn nhất. Một sóng mang chƣa đƣợc điều chế thì có PAPR = 0 dB. Một sóng mang đƣợc điều biên thì có PAPR > 1 hay PAPR [dB] > 0 dB.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tín hiệu trong từng khoảng thời gian Tu của một symbol OFDM là tổng của nhiều sóng mang con đƣợc điều chế độc lập nhau nhƣ trong (2.22). Các sóng mang con có thể đƣợc điều chế theo các sơ đồ điều chế băng gốc nhƣ M- PSK hay M-QAM, đều có tính chất điều chế về pha (tín hiệu M-QAM cũng có thể xem vừa điều chế biên độ, vừa điều chế pha). Do vậy, tín hiệu OFDM có thể đạt tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình lớn khi các sóng mang con tình cờ đƣợc kết hợp (đồng pha) với nhau. Khi Nc tín hiệu của các kênh con đồng pha đƣợc cộng với nhau, chúng có khả năng tạo ra công suất đỉnh lớn gấp Nc lần công suất trung bình. Điều này đƣợc minh họa trong hình 3.7 [10]. Trong ví dụ này, công suất đỉnh lớn gấp 16 lần giá trị trung bình.
Hình 3.7 Căn bậc 2 của PAPR với OFDM 16 kênh con đƣợc điều chế đồng pha [10]
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình cao có nghĩa là tín hiệu OFDM gồm cả Nc kênh con sẽ có đƣờng bao thay đổi và do vậy sẽ rất nhạy cảm với méo phi tuyến gây bởi HPA máy phát.
Khi đi qua HPA, các thành phần tần số tín hiệu trong phổ tín hiệu OFDM trộn lẫn với nhau do đặc tuyến công tác phi tuyến của HPA. Các sản phẩm xuyên điều chế bậc lẻ giữa các thành phần tần số tín hiệu của các kênh con khác nhau sẽ rơi vào trong băng tín hiệu của từng kênh con, tăng cƣờng thêm tạp âm phi tuyến, dẫn đến giảm SNR và do đó làm giảm chất lƣợng hệ thống. Mặt khác, do xuyên điều chế nhƣ vậy, phổ tín hiệu OFDM cũng mở rộng, gây phát xạ ngoài băng. Ngay cả khi chuỗi Taylor biểu diễn đặc tuyến công tác HPA có thể cắt chỉ còn bậc 3 thì phổ tín hiệu OFDM ở lối ra HPA cũng mở rộng chừng 3 lần với độ lớn phát xạ ngoài băng đáng kể, đủ để gây nhiễu cận kênh ACI đối với các hệ thống khác công tác ở các dải băng ngay sát dải băng công tác của hệ thống đang xét.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn