MÉO TUYẾN TÍNH VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
2.3.3 Các biện pháp khắc phục băng rộng
Để khắc phục tính chất băng rộng của tín hiệu trong các hệ thống truyền đơn sóng mang SC (Single Carrier) truyền thống, có thể chia luồng tín hiệu ban đầu thành nhiều (N) luồng con có tốc độ thấp hơn rồi truyền song song chúng trên N kênh sóng mang. Từng kênh nhƣ thế sẽ có băng tín hiệu hẹp hơn nhiều so với băng tín hiệu ban đầu. Giải pháp này đƣợc gọi chung là truyền dẫn đa sóng mang MC (MultiCarrier transmission). Có hai loại truyền dẫn đa sóng mang là MC truyền thống và ghép theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
a) MC truyền thống
Đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số dung lƣợng rất lớn nhƣ các hệ thống truyền tải đồng bộ STM-N (Synchronous Transfer Modul) chẳng hạn, băng tín hiệu sẽ rất rộng. Độ chênh lệch công suất tín hiệu giữa đầu và cuối băng IBPD (InBand Power Difference) với hệ thống SC truyền các luồng nhƣ thế sẽ rất lớn (hình 2.28a), đến nỗi bộ san bằng có thể không khắc phục nổi méo tuyến tính gây bởi sự không đồng đều của phổ tín hiệu rộng đến nhƣ thế. Để khắc phục, có thể chia luồng bít đầu vào tốc độ rất cao thành N (khá nhỏ) luồng con tốc độ thấp hơn N lần luồng ban đầu, mỗi luồng con điều chế một sóng mang đơn con fci, i = 1, 2…, N. Nhờ vậy, từng kênh con nhƣ thế sẽ có IBPD nhỏ hơn (hình 2.28b), san bằng dễ dàng đƣợc nhờ ATDE.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.28 Truyền dẫn đa sóng mang truyền thống
Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp MC truyền thống là: a) Tốn thêm phổ do giữa các kênh con cần có các khoảng phòng vệ GB (Guard Band) để tránh nhiễu giữa các sóng mang con ICI (InterChannel Interference); b) Thiết bị rất phức tạp do cần tới N cặp máy thu-phát cho N kênh con. Do vậy phƣơng pháp này chỉ đƣợc áp dụng trong các trƣờng hợp bất khả kháng với N khá nhỏ, thƣờng chỉ là 2 nhƣ trong các hệ thống vi ba truyền tải ghép kênh đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) của Siemens, Bosch Telecom… b) OFDM [5]
OFDM phân luồng bít đầu vào thành các khối có độ dài Ncm bít, gọi là các symbol OFDM, gồm Ncsymbol con m bit (có độ dài T). Khối Ncm bít liên tiếp đầu vào này sẽ đƣợc chia thành Nc luồng song song (mỗi luồng gồm một symbol con m bit), mà chúng rồi sẽ đƣợc truyền đi bằng cách điều chế Nc
sóng mang con rời rạc. Gọi độ rộng của symbol OFDM đầu vào là Tu (Tu =
NcT), khi đó độ rộng của các symbol con trên từng sóng mang con sẽ tăng Nc
lần so với độ rộng T của symbol m bít ban đầu và dài bằng Tu. Gọi ck(t)là các sóng mang con trong một hệ thống OFDM, k = 0, 1, 2… Nc–1. Để máy thu có thể tách riêng các luồng con mà không bị ICI, các sóng mang con phải trực giao với nhau, nghĩa là chúngphải thỏa mãn:
( 1) * 0, ( ) ( ) 0, u u i T k l iT k l c t c t dt k l (2.20)
Giả sử sóng mang con thứ k có tần số là fk = kW/Nc = kΔf, với W là độ rộng băng tổng cộng của tín hiệu OFDM (trƣờng hợp đơn giản nhất thì W =
Nc/Tu), còn Δf = W/Nc = 1/Tu. Dễ dàng thấy rằng, khi chuẩn hóa Tu = 1 thì: IBPDi nhỏ IBPD lớn f f GB a) b) fc1 fcN W W/N
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ( 1) ( 1) ( 1) * 2 2 2 ( ) 0, ( ) ( ) 1, u u u u u u i T i T i T j k f j l f j k l f k l kl iT iT iT k l c t c t dt e e dt e dt k l (2.21)
Tức là các sóng mang con có tần số kΔf trực giao nhau.
Xét một xung chữ nhật có độ rộng Tu, phổ biên độ của xung này nhận đƣợc qua biến đổi Fourier có dạng hàm sinc nhƣ trên hình vẽ 2.29.
Hình 2.29 Dạng phổ một xung chữ nhật [5]
Giả sử rằng từng sóng mang con đƣợc điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) với các xung cơ sở hình chữ nhật. Sắp xếp các sóng mang con đã đƣợc điều chế (các kênh con) trên trục tần số khi đó có thể thấy nhƣ trên hình 2.30. Tính trực giao có thể thấy trên miền tần số theo nghĩa tại các giá trị rời rạc fk chỉ có phổ kênh con thứ k khác 0 còn phổ của các kênh con khác đều bằng không. Điều này có nghĩa là ở đầu thu nếu lấy mẫu trên miền tần số tại các giá trị fk thì giữa các kênh con sẽ không có nhiễu ICI.
Hình 2.30 Sắp xếp các kênh con trên trục tần số [5]
Tín hiệu OFDM trong một chu kỳ Tu có thể viết đƣợc là:
1 1 1 2 2 0 0 0 ( ) ( ) c c c k N N N j f t j k ft k k k k k k s t x t A e A e (2.22) trong đó: 2 ( ) j f tk k k x t A e (2.23)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
là tín hiệu điều chế của kênh con thứ k, với Ak là symbol con truyền trên sóng mang con thứ k, đƣợc điều chế băng gốc theo các sơ đồ điều chế tuyến tính hai chiều M-PSK hay M-QAM.
OFDM cũng là phƣơng pháp truyền MC, song khác với MC truyền thống, các sóng mang con trong hệ thống OFDM đƣợc bố trí trên trục tần số sao cho chúng trực giao lẫn nhau. OFDM đƣợc xem là một phƣơng pháp điều chế hơn là một phƣơng pháp ghép kênh theo tần số và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống vô tuyến số nhằm nâng cao hiệu quả phổ và chống pha- đinh đa đƣờng chọn lọc một cách hữu hiệu. Pha-đinh đa đƣờng chọn lọc khắc phục đƣợc nhờ việc từng kênh con có độ rộng băng rất hẹp, vì vậy trong từng băng con, hàm truyền không bằng phẳng cố hữu của kênh vô tuyến đa đƣờng có thể xem nhƣ bằng phẳng. Nguyên lý điều chế và giải điều chế OFDM đƣợc Chang R. W. (thuộc Bell Labs) đề xuất lần đầu tiên vào năm 1966 và đƣợc phát triển bởi Ebert P. và Weinstein S. vào năm 1971, với việc điều chế và giải điều chế đƣợc thực hiện bằng các thuật toán biến đổi Fourier ngƣợc nhanh IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) và biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transform), nhờ vậy thiết bị trở nên rất đơn giản [5].
Kết luận chƣơng 2
Chƣơng 2 đã trình bày các nguyên nhân gây méo tuyến tính, đồng thời đã phân tích khá chi tiết các tác động của méo tuyến tính tới chất lƣợng của các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn. Các biện pháp khắc phục tác động của méo tuyến tính cũng đã đƣợc trình bày một cách hệ thống. Bên cạnh các phân tích lý thuyết, một số mô phỏng máy tính sử dụng phần mềm ASTRAS cũng đã đƣợc tiến hành nhằm minh họa và soi sáng, cho phép có cái nhìn sâu vào các vấn đề kỹ thuật rất phức tạp của hệ thống.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 3