Hình 3.3. Cấu trúc máy phát SC-FDMA
Bộ phát của một hệ thống SC-FDMA chuyển các tín hiệu nhị phân đầu vào thành một chuỗi các sóng mang điều chế. Xử lý tín hiệu được thực hiện theo từng khối kí hiệu điều chế. Mỗi khối bao gồm P kí hiệu trong đó mỗi kí hiệu có độ dài là Tsmod. Do đó một khối có khoảng thời gian là P.Tsmod. Tại đầu vào bộ điều chế băng gốc biến đổi đầu vào nhị phân thành một chuỗi nhiều mức các số phức và nhóm chúng thành
Trang 29
các khối kí hiệu (p = 0, 1, …, P-1) có khuôn dạng của một trong các sơ đồ điều chế BPSK, QPSK, 16QAM và 64QAM. Bước thứ nhất trong quá trình điều chế DFT- OFDM là thực hiện biến đổi Furier rời rạc (DFT) kích thước P để tạo ra thể hiện miền tần số của các kí hiệu đầu vào, trong đó n = 0, 1,…, P-1 và P<N. Sau đó tập sóng mang con được điều chế kết hợp với N-P các sóng mang con rỗng để tạo ra tập các sóng mang con được điều chế trong miền tần số với i = 0,1,…N-1 đưa lên đầu vào bộ IFFT. Sau đầu ra bộ IFFT ta được tập các sóng mang con được điều chế trong miền thời gian tại đầu ra IFFT. Khi này mỗi với i = 0,1,…,N-1 điều chế một tần số. Sau bộ biến đổi song song vào nối tiếp (P/S) ta được được các mẫu tín hiệu x(m). Sau đó các tín hiệu này điều chế trên một sóng mang và được phát đi lần lượt.
Giống như OFDM, giá trị của N là một lũy thừa cơ số hai (N=2k trong đó k là một số nguyên) để có thể xử lý FFT theo cơ số hai với độ phức tạp thấp và P=N/Q là một ước số nguyên của N và Q được gọi là hệ số trải rộng băng tần của chuỗi kí hiệu. Nếu tất cả các đầu cuối đều phát P kí hiệu trên một khối thì hệ thống có thể xử lí đồng thời Q cuộc truyền dẫn mà không bị nhiễu đồng kênh (CCI).
Máy phát thực hiện hai quá trình xử lý tín hiệu nữa trước khi phát. Quá trình thứ nhất đó là chèn tập kí hiệu với tên gọi là CP với mục đích là đóng vai trò là thời gian kí hiệu để bào vệ hiện tượng nhiễu giữa các khối (IBI) do truyền đa đường. CP được tạo ra bởi việc copy phần cuối khối và đặt vào phần đầu khối để tạo ra tính liên tục của kí hiệu. Việc sử dụng CP có hai lý do, thứ nhất là đóng vai trò là khoảng bảo vệ giữa hai khối liền kề. CP có độ dài lớn hơn trải trễ cực đại kênh gây ra để tránh nhiễu IBI.
Ý nghĩa của việc chèn CP được giải thích dưới hình 3.4 Kênh tán thời do pha đinh đa đường một phần tính trực giao giữa các sóng mang con bị mất đi phần đầu kí hiệu SC-FDMA đến sau sẽ chồng lấn lên phần cuối kí hiệu SC-FDMA đến trước. Hậu quả tạo ra nhiễu giữa các kí hiệu ISI và cả nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Trang 30 IFFT N điểm Chèn CP FFT T N mẫu Copy và chèn FFT CP T T N + V mẫu
t Khoảng thời gian để lấy tích phân Tín hiệu đi thẳng cho biến đổi Furier t
Tín hiệu đi thẳng và tín hiệu phản xạ
0 X 1 X 1 P X CP T TFFT
Hình 3.4. Minh họa việc chèn CP
Nhược điểm của chèn CP chính là mất đi một phần công suất khi giải điều chế SC-FDMA. Ngoài ra việc chèn CP cũng gây ra mất băng thông vì tốc độ kí hiệu SC- FDMA giảm trong khi độ rộng băng tần của tín hiệu không đổi.
Một cách khác để giảm CP là giảm khoảng cách giữa các sóng mang f tương ứng với tăng TFFT. Tuy nhiên cách này làm tăng độ nhảy cảm của việc truyền dẫn SC- FDMA với sự thay đổi nhanh của kênh do trải Doppler cao và các kiểu sai số tần số khác
Thứ hai, việc chèn CP làm chuyển đổi tích chập tuyến tính rời rạc thời gian và tích chập dịch vòng thời gian rời rạc. Vì thế số liệu được phát qua kênh có thể được mô hình như tích chập dịch vòng giữa đáp ứng xung kim và khối dữ liệu được truyền, mà trong miền tần số là nhân theo từng điểm của các mẫu DFT. Khi này để loại bỏ méo kênh, tại máy thu ta chỉ cần chia DFT của tín hiệu thu cho DFT của đáp ứng xung kim theo từng điểm hoặc cũng có thể sử dụng kỹ thuật cân bằng miền tần số phức tạp hơn.
Quá trình thứ hai của máy phát là nó thực hiện hoạt động lọc tuyến tính được đề cập tới như là tạo dạng xung để giảm năng lượng tín hiệu ngoài băng.Một trong các bộ lọc dạng xung được sử dụng thông dụng là bộ lọc Raised-cosin.
Trang 31
Từ hình vẽ trên ta có thể thấy rằng sự khác nhau giữa OFDM và SC-FDMA chỉ khác nhau ở chỗ là SC-FDMA sử dụng thêm bộ DFT tại phía phát trước khi sắp xếp các kí hiệu lên các sóng mang và bộ IDFT tại phía thu trước khi tách sóng các sóng mang.Như vậy trong hệ thống SC-FDMA các kí hiệu dữ liệu miền thời gian được truyền sang miền tần số với DFT trước khi thông qua điều chế OFDM. Sự trực giao các người dùng trong miền tần số tương tự như trường hợp OFDMA
DFT N điểm Sắp xếp sóng mang IDFT M điểm Chèn CP/ PS DAC/ RF
Miền thời gian Miền tần số Miền thời gian
Đơn sóng mang
Hình 3.5 Thuộc tính đơn sóng mang của SC-FDMA