Ứng dụng của kỹ thuật OFDM trong mạng vô tuyến băng rộng
4.1.3.3Phương pháp giảm PAR
Hiện nay , các hệ thống thông tin OFDM đều khuyến nghị sử dụng nhiều sóng mang nhánh để phát huy các ưu điểm của kỹ thuật này .Do đó ,vần đề giảm PAR đóng vai trò quan trọng trong việc đem áp dụng OFDM vào thực tế . Có khá nhiều nghiên cứu để xử lý vấn đề trên ,tuy nhiên có thể chia các giải pháp giảm PAR sseo hai hướng chính . Hướng thứ nhất sử dụng đưa thêm một số thông tin hỗ trợ (dữ liệu,mã ) vào ký tự OFDM . Hướng thứ hai là sử dụng xử lí không gian tín hiệu ( PSK ,QAM,….) sao cho tín hiệu miền thời gian sau bộ IDFT có PAR thấp .
Sử dụng thông tin hỗ trợ
Như đã nói có thể giảm PAR bằng cách chèn vào thêm một số thông tin hỗ trợ như mã hóa hay dữ liệu .Mã hóa để giảm PAR là phương pháp sử dụng kết hợp với mã sữa sai trước .Phương pháp này chèn thêm mã vào các ký tự OFDM để làm biến đổi thuộc tính thống kê của các mẫu này . Dạng mã hóa thích hợp theo phương pháp này là dạng kết hợp giữa dãy mã Golay và Reed-muller .Các nghiên cứu này vẫn đang được tiếp tục . Một số tone của (sóng mang nhánh) được dự trữ (không mang thôn tin) để sử dụng cho
thuật toán để lựa chọn vị trí các tone sao cho các vị trí này càng ngẫu nhiên càng tốt .Một số ảnh hưởng của phương pháp sử dụng thông tin hỗ trợ đến hệ thống OFDM là :
- Tạo ra dư thừa thông tin ,làm chậm tốc độ truyền dẫn ,giảm tỉ số SNR.
- Công suất phát phải tăng lên
- Tăng độ phức tạp bên máy phát nhưng lại giảm độ phức tạp bên máy thu do chi cần triệt tiêu các thành phần tone chứa thông tin hỗ trợ .
Xử lí không gian tín hiệu
Xử lí không gian tín hiệu là thực hiện một số thao tác ,biến đổi không gian tín hiệu đầu vào IDFT sao cho có thể giảm được PAR .Dưới đây là một số phương pháp theo hướng này .
- Dùng sơ đồ lựa chọn (select mapping )
Phương pháp giảm PAR dùng sơ đồ lựa chọn là giải pháp rất đơn giản .Sử dụng cho phép biến đổi tạo ra M bộ mẫu theo thời gian của cùng ký tự OFDM thứ k ;
) ,..., , ( () , 1 ) ( , 1 ) ( , ) ( i k N i k i k o i k X X X X = − ,i=1,2,3,...,M
Sau đó , lựa chọn bộ mẫu có PAR thấp nhất để truyền đi .Tuy nhiên , nếu kích thước của môt khung tín hiệu OFDM lớn thì việc thì việc tính toán tối ưu sẽ phức tạp .Số bộ nhớ dành cho lưu trữ thông tin tạm thời về M bộ mẫu cũng bị hạn chế.
- Dùng các dãy truyền dẫn các thành phần (Partial Transmit sequences ) :
Về mặt nguyên lý , phương pháp cũng tương tự như phương pháp dùng sơ đồ lựa chọn .Tuy nhiên ,trong phương pháp này tín hiệu trước khi đưa đến IDFT được chia thành các khối con (sub-block) rồi thực hiện tương tự như dùng sơ đồ lựa chọn đối với từng khối con như trong hình 4.12
Việc tối ưu hóa việc lựa chọn phép biến đổi theo phương pháp này đơn giản hơn phương pháp dùng sơ đồ lựa chọn .Có thể xem đây là phương pháp gần tối ưu trong việc xử lý quan hệ trái ngược giữa giảm PAR và tăng độ dư thừa thông tin .
Một số ảnh hường của phương pháp này tới hệ thống :
- Độ dư thừa ở mức thông tin thấp nhất
- Không cần tăng công suất phát
- Độ phức tạp của thiết bị : độ phức tạp tăng theo hàm mũ của số khối con .
Nghiên cứu để giảm PAR vẫn đang được tiếp tục để có thể góp phần đưa kỹ thuật OFDM vào các hệ thống thông tin thực tế đạt hiệu quả cao hơn
4.1.3.4 Mã hóa
Hình 4.13 :hệ thống OFDM mã hóa dùng TCM Ký hiệu :
TCM encoder/decoder : Bộ mã hóa /Giải mã TCM
Outer/Inter Interleaver /Deinterleaver:Bô xen rẽ /tách xen rẽ ngoài /trong Channel Estimation Compensator : Bộ bù ước lượng kênh
Training: dãy tín hiệu dnầ đường Channel:kênh
Đối với các hệ thống thông tin số nói chung ,mã hóa sữa sai trước (Forward Error Coding- FEC) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin ,cụ thể là đảm bảo tỉ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao giá trị SNR .Trong OFDM ,ảnh hưởng của hiện tượng tiếng “vọng” (echo) là lớn do hiện tượng này có thể xãy ra trên nhiều tần số sóng mang nhánh ,gây tác động mạnh đến các nhóm bit thông tin được truyền trên đó . Với hệ thống OFDM ,do thông tin được truyền song song trên nhiều sóng mang nhánh nên có thể kết hợp mã hóa xen rẽ (Interleaving) trên giản đồ thời gian tần số .Việc sử dụng xen rẽ dễ dàng là điểm khác của các hệ thống MCM (Multicarrier Modulation) so với hệ thống một sóng mang truyền thống . Đây là cơ sở thuận lợi để thực hiện một số loại mã hóa mạnh như mã Turbo, mã TCM (Trellis-Cde Mdulation) và môt số loại mã khác . Dưới đây là môt ví dụ áp dụng mã TCM trong hệ thống OFDM .Trong hệ thống này, mã hóa ghép (concatenated code) được sử dụng với kết hợp với xen rẽ hai miền ( thời gian và tần số ) và kỹ thuật nhảy tần để đạt được phân tập trên hình 5.13
Bộ mã hóa tron glà bộ mã hóa TCM nhị phân .Với mã hóa này ,bộ giải mã sẽ có cấu trúc đơn giản trong khi vẫn cung cấp được bộ phân tập đạt yêu cầu : Bên thu áp dụng giải mã mềm theo thuât toán Viterbi (Soft Output Viterbi Algorithm-SOVA)
Hệ thống ước lượng và bù tham số kênh bằng cách dùng tín hiệu pilot
Các bộ xen rẽ làm nhiện vụ phân tách lỗi nhó của hệ thống ,trong đó bộ xen rẽ trong cấu trúc phức tạp hơn do phải xử lý trực tiếp các nhóm bit lỗi dưới ảnh hưởng của kênh fading .Ngoài ra kết hợp bộ mã hóa trong ,bộ xử lý điều chế đa sóng mang và thực hiện nhảy tần ,bộ xen rẽ tạo ra phân tập trên cả hai miền thời gian tần số như trong hình 5.14 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5.14 : Dạng nhảy tần của tín hiệu
Mã hóa được dùng theo một số khuyến nghị sử dụng OFDM như trong phát thanh/truyền hình số …. Mã hóa được sử dụng khác nhau tùy theo yêu cầu cụ thể đối với từng loại dịch vụ hệ thống .
Việc thực hiện OFDM cũng có một số khó khăn ,hai vấn đề chủ yếu cần phải giải quyết là đồng bộ thời gian và tần số và giảm công suất cực đại của hệ thống .Vấn đề thứ nhất liên quan đến chỉ tiêu chất lượng hệ thống ,các chỉ tiêu đã cho thấy chỉ tiêu chất lượng hệ thống ,các nghiên cho thấy chỉ tiêu chất lượng hệ thống phụ thuộc nhiều vào đồng bộ đặc biệt là đồng bộ giữa các tần số sóng mang .Do đó cần phải tìm giải pháp đổng bộ chính xác yêu cầu .Các giải pháp này thực hiện đồng thời với ước lượng kênh .Kỹ thuật này cũng trực tiếp nâng cao chất lượng hệ thống vì thông tin thu được vì thông tin thu được sau ước lượng kênh sẽ được dùng cho giải điều chế liên kết đem lại độ lợi khoãng 3dB so với giả điều chế không liên kết .Vấn đề thứ hai là liên quan đến việc sử dụng năng lượng trong hệ thống OFDM .Do sử dụng nhiều sóng mang để truyền thông tin ,giá trị cực đại của ký tự trên một sóng mang có thể vượt xa mức trung bình trên toàn bộ sóng mang .Vì vậy , không làm méo tín hiệu phát , bộ khuyếch đại công suất phát đặt ở chế độ lưu trữ lớn nên hiệu suất sử dụng không cao . Để khắc phục những hạn chế này ,người ta đưa ra nhiêu phương pháp .Tuy nhiên không phương pháp nào được coi là ưu thế hơn các phương pháp khác .
Hiện nay , đã được khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống thông tin tốc độ cao như phát thanh /truyền hình số và sẽ được sử dụng cho các hệ thống di động trong tương lai như các hệ thống thông tin LAN vô tuyến ( HIPERLAN BRAN/2 ,IEEE 802.11a,b ) Gần đây là HIPERLAN.OFDM cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để thực hiện hệ thống thông tin di đông đa phương tiên (4G) .Trước sự thành công của việc sử dụng OFDM trong phát thanh truyền hình số .Gần đây người ta nghiên cứu sử dụng khả năng sử dụng kết hợp với kỹ thuật FDMA ,TDMA và CDMA để tạo thành kỹ thuật đa truy nhập trong thong tin di động .Cáchệ thống sử dụng OFDM trong tương lai là các hệ thống phối hợp ,bổ sun gvà hỗ trợ với các hệ thống truyền thống một sóng mang chứ không cạnh tranh với các hệ thống này.