Ứng dụng kỹ thuật OFDM trong Wimax

- X Lời nói đầu Ch−ơng 1 - Kỹ thuật OFDM Giới thiệu kỹ thuật OFDM Lịch sử phát triển Các −u và nh−ợc điểm của kỹ thuật OFDM Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM Ph−ơng pháp điều chế đơn sóng mang Ph−ơng pháp điều chế đa sóng mang FDM Ph−ơng pháp điều chế trực giao OFDM Khái niệm về OFDM Khái niệm Các đặc điểm của kỹ thuật OFDM Nguyên lý điều chế OFDM Sự trực giao của hai tín hiệu Sơ đồ bộ điều chế OFDM Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM Phép nhân với xung cơ sở (Basic impulse Thực hiện bộ điều chế OFDM bằng thuật toán IFFT Nguyên lý giải điều chế OFDM Kênh truyền dẫn phân tập đa đ−ờng Bộ giải điều chế OFDM Tách khoảng bảo vệ Tín hiệu sau giải điều chế II – 1.5.3 Thực hiện bộ giải điều chế thông qua phép biến đổi nhanh FFT Sơ đồ hệ thống OFDM Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM Nguyên tắc chèn mẫu tin dẫn đ−ờng ở miền tần số và miền thời gian Dung l−ợng kênh truyền OFDM Giới thiệu Tính toán dung l−ợng kênh của hệ thống OFDM ảnh h−ởng của fading đa đ−ờng lên tín hiệu thu OFDM ảnh h−ởng của fading đa đ−ờng Nhiễu liên ký hiệu ISI và nhiễu giữa các sóng mang ICI Bảo vệ chống lại ảnh h−ởng của fading đa đ−ờng Chèn tiếp đầu tuần hoàn (Cyclic Prefix) vào tín hiệu OFDM Bảo vệ chống lại dịch thời gian Bảo vệ chống lại ISI Mào đầu của khoảng bảo vệ và khoảng cách các tải phụ Kết luận CHƯƠNG 2 – công nghệ WiMAX Giới thiệu chung về WiMAX Sự phát triển các chuẩn truy nhập vô tuyến băng rộng Lịch sử phát triển của WiMax WiMax – Công nghệ truy nhập vô tuyến băng rộng Cấu trúc WiMAX Cấu trúc phân lớp Các đặc tính của lớp vật lý Các đặc tính của lớp truy nhập MAC Mô hình hệ thống WiMAX Mô hình mạng Môi tr−ờng truyền sóng của WiMAX Các vấn đề kỹ thuật của WiMAX Điều chế OFDM III – 2.4.2 Đa truy nhập OFDMA Kênh con hoá Anten định h−ớng Phân tập thu phát Điều chế thích nghi Các kỹ thuật mã hoá sửa lỗi tr−ớc Điều khiển công suất Các mô hình ứng dụng của Wimax Mô hình truyền thông của WiMAX Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX Mô hình ứng dụng di động (Mobile WiMAX Các chuẩn của WiMAX Chuẩn IEEE Chuẩn IEEE 802.16a Chuẩn IEEE 802.16c Chuẩn IEEE Chuẩn IEEE 802.16e So sánh tóm tắt các chuẩn IEEE 802.16 cơ bản Băng tần cho WiMAX Các dải tần cấp phép 11-66 GHz Các dải tần cấp phép d−ới 11 GHz Các dải tần đ−ợc miễn cấp phép d−ới 11 GHz (chủ yếu từ 5-6 GHz Đặc điểm của WiMAX Ưu điểm Nh−ợc điểm Những ứng dụng của WiMAX Những loại hình ứng dụng của WiMAX Những ứng dụng tiềm năng của WiMAX So sánh WiMAX với các công nghệ truy cập không dây băng rộng Hệ thống di động tế bào 3G IV – 2.10.2 Hệ thống Wi-Fi So sánh WiMAX với 3G và Wi-Fi So sánh với các hệ thống khác Tình hình triển khai và triển vọng phát triển của WiMAX Triển khai WiMAX trên thế giới ứng dụng triển khai WiMAX tại Việt Nam Những tiền đề thuận lợi Những trở ngại và thách thức Tình hình triển khai thử nghiệm WiMAX tại Việt Nam Tiềm năng và triển vọng phát triển của WiMAX Kết luận Ch−ơng 3 - LớP VậT Lý CủA WIMAX Giới thiệu .
- 3: Mật độ phổ năng l−ợng của tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM ........8 Hình 1.
- 4: Phổ tín hiệu cuả hệ thống các kênh con: (a) Phổ tín hiệu của hệ thống 1 kênh con.
- (b) Phổ tín hiệu của hệ thống 4 kênh con Hình 1.5: Hiệu quả sử dụng phổ của OFDM Hình 1.6: Sơ đồ bộ điều chế OFDM Hình 1.7: Mô tả chuỗi bảo vệ Hình 1.
- 10: Sơ đồ bộ điều chế OFDM sử dụng IFFT Hình 1.
- 15: Sơ đồ tổng quan hệ thống OFDM Hình 1.16: Chèn tín hiệu dẫn đ−ờng trong miền tần số và thời gian Hình 1.17: Tín hiệu OFDM và nhiễu Hình 1.
- (b) bốn anten phát Hình 3.18: Mã phân tập nhảy tần Hình 3.19: Cấu trúc của MIMO lặp đóng trong IEEE 802.16e Hình 3.20: Cấu trúc ký hiệu định tầm Hình 4.1: Giao diện mô phỏng Hình 4.2: Kết quả tính toán khi không có lỗi bit VIII – Hình 4.3: Kết quả tính toán khi có lỗi xảy ra IX – Danh sách các bảng Bảng 1.1: Tổng hợp dung l−ợng kênh theo thông số kênh và điều chế Bảng 2.1: Băng thông kênh Bảng 2.2: So sánh các chuẩn IEEE Bảng 2.3: WiMAX với các công nghệ không dây băng rộng khác Bảng 3.1: Tốc độ dữ liệu theo Mbps cho các chế độ mã hóa bắt buộc Bảng 3.2: Các thông số cơ bản của mỗi ký hiệu OFDMa Bảng 3.3: Tiểu sử cụm đ−ờng lên và xuống trong IEEE 802.16e Bảng 3.4: Các thông số của hoán vị sóng mang con FUSC Bảng 3.5: Các thông số hoán vị sóng mang con DL FUSC X – danh sách các từ viết tắt ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi t−ơng tự sang số AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích nghi ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng cộng BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BF Beam Forming Tạo luồng BLER Block Error Ratio Tỷ lệ lỗi khối BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSN Block Sequence Number Số chuỗi khối CC Convolutional Coding Mã chập (Mã vòng xoắn) CCDF Complementary Cumulative Distribution Function Hàm phân phối tích lũy bổ xung CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân phối tích lũy CDM Code Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Bộ nhận dạng kết nối COFDM Coded OFDM OFDM mã hóa CP Cyclic Prefix Tiếp đầu tuần hoàn CQI Channel Quality Indicator Bộ chỉ thị chất l−ợng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra d− thừa vòng CS Convergence Sublayer Lớp con hội tụ CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập dò sóng mang CTC Convolutional Turbo Code Mã khối vòng xoán DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - t−ơng tự – XI – DCD Downlink Channel Description Mô tả kênh đ−ờng xuống DFS Dynamic Frequency Selection Lựa chọn tần số động DFT Dicrete Fourier transform Biến đổi Fourier rời rạc DL Downlink Đ−ờng xuống DSC Dynamic Service Change Thay đổi dịch vụ động DSD Dynamic Service Delete Hủy dịch vụ động FBSS Fast Base Station Switching Chuyển mạch BS nhanh FCC Federal Communications Commission ủy ban thông tin quốc gia FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tr−ớc FCH Frame Control Header Mào đầu điều khiển khung FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FDP Frequency Domain Pilot Pilot miền tần số FEQ Frequency Domain Equalization Cân bằng miền tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FH Frequency Hopping Nhảy tần FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung giới hạn FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần FUSC Full Usage of Subcarriers Sử dụng toàn bộ sóng mang con H-FDD Half Frequency Division Duplexing Bán song công phân chia theo tần số HARQ Hybrid ARQ ARQ lai HiPER LAN High Performance Local Area Network Mạng LAN hiệu suất cao HMAC Hash - Based Message Authentication Code Mã nhận thực bản tin Hash HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập gói đ−ờng xuống tốc độ cao – XII – IBO Input Back-Off Đầu vào chồ truyền IDFT Inverse Descreat Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ng−ợc ICI Inter - Carrier Interference Nhiễu giữa các sóng mang IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ s− điện và điện tử IFFT Invert FFT Biến đổi FFT ng−ợc IP Internet Protocol Giao thức Intenet ISI Inter - Symbol Interference Nhiễu liên ký hiệu LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ LDPC Low Density Parity Codes Mã parity mật đọ thấp LLR Log Likelihood Ratio Tỷ số Likelihood log LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng LSB Least Significant Bit Bit có trọng số nhỏ nhất MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập đa ph−ơng tiện MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy xuất MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị MC-CDMA Multi - Carrier CDMA CDMA đa sóng mang MCM Multicarrier Modulation Điều chế đa sóng mang MDHO Macro - Diversity Handover Chuyển giao phân tập lớn MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào, đa dầu ra MMDS Multichannel Multipoint Distribution Services Dịch vụ phân chia đa điểm đa kênh MS Mobile Station Thiết bị di động MSB Most Significant Bit Bit có trọng số lớn nhất MSE Mean Square Error Sai số bình ph−ơng trung bình MSR Maximum Sum Rate Tốc độ tổng cực đại NLOS Non - Line of Sight Không trong tầm nhìn thẳng OBO Output Back-Off Đầu ra chờ nhận OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao – XIII – OSI Open System Inter - connect Kết nối liên hệ thống mở P/S Parallel to Serial Chuyển đổi song song - nối tiếp PA Power Amplifier Khuếch đại công suất PAN Personal Access Network Mạng truy nhập cá nhân PAPR Peak - to - Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh/ trung bình PAR Peak - to - Average Ratio Tỷ số đỉnh/ trung bình PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PF Proportional Fairness Thuật toán cân bằng tỷ lệ PHS Packet Header Suppression Nén tiếp đầu gói PHSF PHS Field Tr−ờng PHS PHSI PHS Index Chỉ số PHS PHSM PHS Mask Mặt nạ PHS PM Phase Modulation Điều chế pha PN Pseudo Noise Nhiễu giả PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QoS Quality of Service Chất l−ợng dịch vụ QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu ph−ơng QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu ph−ơng RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RS Reed Solomon Mã Reed Solomon RSSI Received Signal Strength Indicator Bộ chỉ thị c−ờng độ tín hiệu nhậnS/P Serial to Parallel Chuyển đối nối tiếp-song song SC Selection Combination Kết hợp lựa chọn SCM Single Carrier Modulation Điều chế đơn sóng mang SDU Service Data Unit Khối số liệu dịch vụ SFID Service Flow Identifier Bộ nhận dạng luồng dữ liệu SINR Signal to Interference Plus Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SISO Single Input Single Output Một đầu vào, một đầu ra SOFDMA Scalable OFDMA OFDM tích hợp SOHO Small Office/Home Office Văn phòng nhỏ/ nhà văn phòng – XIV – SPID Sub - Packet Identity Xác định gói con SS Subscriber Station Trạm thuê bao STBC Space/Time Block Code Mã khối không gian/ thời gian TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDP Time Domain Pilot Pilot miền thời gian TUSC Tile Usage of Sub - Carriers Sử dụng Tile của các sóng mang con UCD Uplink Channel Descriptor Bộ mô tả kênh đ−ờng lên UL Uplink Đ−ờng lên UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu VoIP Voice Over IP Thoại rên nền IP WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access Khả năng khai thác liên mạng trên toàn cầu đối với truy nhập viba WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng WCS Wireless Communications Services Dịch vụ thông tin không dây WiBro Wireless Broadband Băng rộng không dây WLAN Wireless Local Area Network Mạng LAN không dây WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng MAN không dây – 1 – Lời nói đầu Ngày nay, thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu đ−ợc.
- Ch−ơng 3: Trình bày về lớp vật lý của WiMAX nhờ sử dụng kỹ thuật OFDM và kỹ thuật đa anten MIMO, trong đó chú ý đến tỷ lệ lỗi bit (BER) trong quá trình phát và thu tín hiệu.
- Hà nội – 10/2009 Học viên Phạm Văn Quyết – 3 – Ch−ơng 1 - Kỹ thuật OFDM 1.1 Giới thiệu kỹ thuật OFDM 1.1.1 Lịch sử phát triển Kỹ thuật điều chế OFDM là một tr−ờng hợp đặc biệt của ph−ơng pháp điều chế đa sóng mang trong đó các sóng mang con (sóng mang phụ) trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang con cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
- Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông th−ờng.
- Trong các hệ thống này tín hiệu tr−ớc khi đ−ợc điều chế OFDM sẽ đ−ợc mã kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đ−ờng truyền.
- Do chất l−ợng kênh (độ fading và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm) của mỗi sóng mang con là khác nhau, ng−ời ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau.
- Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique).
- Đ−ờng bao biên độ của tín hiệu phía phát không bằng phẳng, gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất ở đầu phát và đầu thu.
- 1.2 Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM 1.2.1 Ph−ơng pháp điều chế đơn sóng mang Trong ph−ơng thức điều chế đơn sóng mang, dòng tín hiệu đ−ợc truyền đi trên toàn bộ băng tần B, có nghĩa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng độ rộng băng tần và mẫu tín hiệu có độ dài là.
- 5 – BTSC1= (1.1) Kí hiệu: TSC là độ dài của một mẫu tín hiệu với đơn vị là giây (s).
- 1: Mật độ phổ năng l−ợng của hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang Phổ tín hiệu của hệ thống đ−ợc mô tả nh− ở hình 1.1, trong đó toàn bộ hệ thống đ−ợc điều chế trên sóng mang là f0.
- ảnh h−ởng của nhiễu lên tín hiệu ISI gây ra bởi hiệu ứng phân tập đa đ−ờng đối với tín hiệu thu là rất lớn.
- Điều này đ−ợc giải thích nh− sau: Giả thiết trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh là maxτ, tỷ số t−ơng đối giữa trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh và độ dài mẫu tín hiệu TSC là: SCSCTRmaxτ= (1.2) Tỷ số này lớn hơn nhiều so với tr−ờng hợp điều chế đa sóng mang.
- Điều này đ−ợc giải thích do độ dài của một mẫu tín hiệu TSC là rất nhỏ so với tr−ờng hợp điều chế đa sóng mang.
- Do vậy ảnh h−ởng của trễ truyền dẫn có thể gây nên nhiễu liên tín hiệu ISI(Inter-Symbol Interference) ở nhiều mẫu tín hiệu thu.
- 2: Mật độ phổ năng l−ợng của hệ thống đa sóng mang Ph−ơng pháp điều chế đa sóng mang còn đ−ợc hiểu là ph−ơng pháp ghép kênh phân chia theo tần số FDM, trong đó toàn bộ bề rộng phổ tín hiệu của hệ thống đ−ợc chia làm NC =2L+1 kênh song song hay còn gọi là kênh phụ với bề rộng là: CSNBf = (1.3) Độ dài của một mẫu tín hiệu trong điều chế đa sóng mang sẽ lớn hơn NC lần so với độ dài mẫu tín hiệu trong điều chế đơn sóng mang: Mật độ phổ năng lượng Lf− 0f Lf+ Tần số B – 7 – CSCSSMCSNTfT .1.
- (1.4) Hệ quả là tỷ số t−ơng đối giữa trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh đối với độ dài mẫu tín hiệu trong điều chế đa sóng mang cũng giảm NC lần so với điều chế đơn sóng mang CSCMCMCNRTR ==maxτ (1.5) Do vậy nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi trễ truyền dẫn chỉ ảnh h−ởng đến một số ít các mẫu tín hiệu.
- ảnh h−ởng của nhiễu tín hiệu ISI đến chất l−ợng hệ thống giảm đáng kể.
- Điều này là do độ dài của một mẫu tín hiệu tăng lên, nên sự biến đổi về thời gian của kênh vô tuyến có thể xảy ra trong một mẫu tín hiệu.
- Nhờ sự trực giao này phổ tín hiệu của các kênh con cho phép chồng lấn lên nhau.
- Sự chồng lấn về phổ tín hiệu của các kênh con đ−ợc mô tả nh− hình 1.3 và hình 1.4: Hình 1.
- 3: Mật độ phổ năng l−ợng của tín hiệu điều chế đa sóng mang OFDM Hình 1.
- 9 – Hình 1.4 minh hoạ một cách đơn giản về nguyên lý trực giao, trong đó phổ tín hiệu của một kênh con có dạng tín hiệu hình sin(x)/x.
- Điều này làm nguyên lý trực giao thoả mãn và cho phép máy thu khôi phục lại tín hiệu mặc dù phổ của các kênh con chồng lấn lên nhau.
- OFDM không sử dụng các bộ lọc thông dải để tách rời phổ các sóng mang nh− trong kỹ thuật FDMA mà sử dụng kỹ thuật biến đổi Fourier IDFT/DFT hay IFFT/FFT để xử lý tín hiệu.
- Từ luồng tín hiệu băng rộng truyền nối tiếp tốc độ cao đ−ợc chia thành M đ−ờng song song tốc độ thấp, sau đó từng luồng dữ liệu sẽ đ−ợc ánh xạ vào các sóng mang thành phần, để hình thành tín hiệu điều chế OFDM.
- Nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM, hoạt động trên nguyên lý phân chia luồng tín hiệu thành nhiều luồng song song có tốc độ bit thấp hơn nhiều và sử dụng các luồng con này để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần số trực giao với nhau.
- Hình 1.5: Hiệu quả sử dụng phổ của OFDM Trong một hệ thống dữ liệu song song tr−ớc đây, toàn bộ băng tần số tín hiệu đ−ợc chia thành N kênh con có tần số không lẫn lên nhau.
- Để đối phó với điều này, những ý kiến đ−ợc đề xuất từ giữa năm 1960 là sử dụng số liệu song song và điều chế FDM với các kênh con chồng lẫn lên nhau, ở đây mỗi một sóng mang mang theo một tín hiệu tốc độ b sẽ đ−ợc đặt cách nhau khoảng b về tần số, điều này cho phép giảm các bộ san bằng tốc độ cao và chống lại ảnh h−ởng của các xung tạp âm và nhiễu đa đ−ờng.
- Suy hao quan trọng nhất là hiện t−ợng fading do nhiều dạng tín hiệu thu đ−ợc tại anten thu.
- Mỗi sóng mang trong các tín hiệu OFDM có một băng thông rất hẹp, do đó tốc độ ký hiệu thấp, điều này làm tín hiệu chịu đựng đ−ợc ảnh h−ởng trễ truyền dẫn đa đ−ờng, trễ truyền dẫn đa đ−ờng phải rất lớn mới gây giao thoa ký hiệu ISI đáng kể (khoảng trên 100 sà).
- 1.4 Nguyên lý điều chế OFDM 1.4.1 Sự trực giao của hai tín hiệu – 12 – Về mặt toán học xét tập các tín hiệu ψ với pψ là phần tử thứ p của tập, điều kiện để các tín hiệu trong tập ψ trực giao đôi một với nhau là: ⎩⎨⎧≠==∫∗qpqpkdtttabqp,0,)()(ψψ (1.6) trong đó )(tq∗ψ là liên hợp phức của )(tqψ.
- 1.4.2 Sơ đồ bộ điều chế OFDM Hình 1.6: Sơ đồ bộ điều chế OFDM Dựa vào tính trực giao, phổ tín hiệu của các sóng mang con cho phép chồng lấn lên nhau.
- Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm hiệu suất sử dụng phổ của toàn bộ băng tần tăng lên một cách đáng kể.
- Sự trực giao của các sóng mang con đ−ợc thực hiện nh− sau: phổ tín hiệu của sóng mang con thứ p đ−ợc dịch vào một kênh con thứ p thông qua phép nhân với hàm phức tjpseω, trong đó sssTf122ππω== là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang.
- Dòng bit trên mỗi luồng song song }{,nia lại đ−ợc điều chế thành mẫu tín hiệu phức đa mức }{,nkd , với n là chỉ số của sóng mang con, i là chỉ số của khe thời gian t−ơng ứng với CN bit song song sau khi qua bộ biến đổi nối tiếp/song song, k là chỉ số của khe thời gian ứng với CN mẫu tín hiệu phức.
- Các mẫu tín hiệu phát }{,nkd lại đ−ợc nhân với xung cơ sở (basic impulse) )(tg mục đích làm giới hạn phổ tín hiệu của mỗi sóng mang.
- Sau khi nhân với xung cơ sở tín hiệu lại đ−ợc dịch tần đến kênh con t−ơng ứng thông qua việc nhân với hàm phức tjnseω.
- Phép nhân này làm các tín hiệu trên các sóng mang con trực giao với nhau.
- Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở và dịch tần cộng lại qua bộ tổng và cuối cùng đ−ợc biểu diễn nh− sau.
- (1.9) Tín hiệu này đ−ợc gọi là mẫu tín hiệu OFDM thứ k, Sự biễu diễn tín hiệu OFDM tổng quát sẽ là kLLntjnnkkksekTtsdtmtmω.
- (1.10) ở đây tín hiệu )(tm′là tín hiệu )(tmk′với chỉ số k (chỉ số mẫu tín hiệu OFDM hay cũng là chỉ số thời gian) chạy tới vô hạn.
- Do vậy tín hiệu OFDM tr−ớc khi phát đi đ−ợc chèn thêm chuỗi bảo vệ để chống nhiễu liên ký hiệu ISI.
- Chuỗi bảo vệPhần tín hiệu có íchTG TS 0 Hình 1.7: Mô tả chuỗi bảo vệ Giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là ST , chuỗi bảo vệ t−ơng ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài GT ở phía sau đ−ợc sao chép lên phần phía tr−ớc của mẫu tín hiệu nh− ở hình 1.7.
- Nguyên tắc này đ−ợc giải thích nh− sau: Giả sử máy phát đi một khoảng tín hiệu hình sin có chiều dài là ST , sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ có chiều dài GT thì tín hiệu này có chu kỳ là GSTTT.
- Do hiệu ứng phân tập đa đ−ờng, tín hiệu này sẽ tới máy thu theo nhiều đ−ờng khác nhau với trễ truyền dẫn khác nhau.
- Để đơn giản cho việc giải thích nguyên lý này, hình 1.8 mô tả tín hiệu thu đ−ợc từ hai tuyến truyền dẫn , trong đó một tuyến truyền dẫn – 15 – không có trễ, tuyến còn lại trễ so với tuyến đầu tiên là maxτ.
- ở tuyến đầu tiên ta nhận thấy mẫu tín hiệu thứ (k-1) không chồng lấn lên mẫu tín hiệu thứ k.
- Tuy nhiên ở tuyến 2, mẫu tín hiệu (k-1) bị dịch sang mẫu tín hiệu thứ k một khoảng là maxτ do trễ truyền dẫn.
- T−ơng tự nh− vậy mẫu tín hiệu thứ k bị dịch sang tín hiệu thứ (k+1) một khoảng cũng là maxτ.
- Tín hiệu thu đ−ợc ở máy thu sẽ là tổng của tín hiệu ở tất cả các tuyến.
- Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫn trong các ph−ơng pháp điều chế thông th−ờng sẽ gây ra xuyên nhiễu ký hiệu ISI.
- Trong tr−ờng hợp maxτ≥GT nh− mô tả ở hình 1.8 thì phần bị chồng lấn tín hiệu gây ra nhiễu ISI chỉ nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ.
- Khoảng tín hiệu có ích có độ dài ST không bị chồng lấn bởi các mẫu tín hiệu khác.
- 8: Mô tả ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong chống nhiễu ISI Việc sử dụng chuỗi bảo vệ đảm bảo tính trực giao của các sóng mang con, do vậy đơn giản hóa cấu trúc bộ đánh giá kênh truyền, có bộ cân bằng tín hiệu ở phía máy thu.
- Tuy nhiên chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích nên phổ tín hiệu của hệ thống bị giảm đi một hệ số là.
- 16 – GSSTTT+=η Phép nhân với xung cơ sở (Basic impulse) Trong hầu hết các hệ thống truyền dẫn vô tuyến, tín hiệu tr−ớc khi truyền đi đều đ−ợc nhân với xung cơ sở.
- Mục đích chính là để giới hạn phổ tín hiệu phát sao cho phù hợp với độ rộng cho phép của kênh truyền.Trong tr−ờng hợp độ rộng phổ tín hiệu phát lớn hơn độ rộng kênh truyền cho phép thì tín hiệu phát này sẽ gây ra nhiễu xuyên kênh đối với các hệ thống khác.
- Trong hệ thống OFDM, tín hiệu tr−ớc khi phát đi đ−ợc nhân với xung cơ sở có bề rộng đúng bằng bề rộng của một mẫu tín hiệu OFDM.
- 1.4.5 Thực hiện bộ điều chế OFDM bằng thuật toán IFFT Tín hiệu phát sau bộ giải điều chế OFDM ở dạng t−ơng tự nh− ở công thức (1.9) đ−ợc viết lại nh− sau: ∑+−=−′=′LLntjnnkksekTtsdtmω.
- (1.14) )(ts)(ts′0sGT−STt0T – 17 – Sau khi chuyển đổi tín hiệu t−ơng tự thành số, luồng tín hiệu trên đ−ợc lấy mẫu với tần số lấy mẫu: FFTSSFFTaNTfNBt Trong đó: B là toàn bộ bề rộng băng tần của hệ thống.
- Do đó công thức (1.16) đ−ợc viết lại: ∑+−==+′LLnNnljnkaSkFFTedsltkTmπ Phép biểu diễn tín hiệu OFDM ở công thức (1.17) trùng với phép biến đổi IDFT.
- Trễ truyền dẫn là khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu chuyển từ máy phát đến máy thu.
- Mối liên hệ giữa tín hiệu phát )(tm , tín hiệu thu )(tu và đáp ứng xung của kênh.
- 11: Mô hình kênh truyền ở miền thời gian tín hiệu thu là tích chập của tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh ∫−==max τττττdtmththtmtu (1.19) với ký hiệu.
- là phép tích chập của hai tín hiệu.
- 1.5.2 Bộ giải điều chế OFDM Với tín hiệu phát )(tm ở công thức (1.10), biểu diễn của )(tu đ−ợc viết tiếp d−ới dạng max0)(,),()()(ττωτττdthekTtsdtukLLnkTtjnnkS (1.20) )(tm )(tu.
- Tín hiệu đ−a vào bộ giải điều chế là )(tu .
- Các b−ớc giải điều chế bao gồm.
- Tách khoảng bảo vệ ở mỗi mẫu tín hiệu thu.
- Nhân với hàm số phức tjnSeω (dịch băng tần của tín hiệu ở mỗi sóng mang về băng tần gốc nh− tr−ớc khi điều chế.
- Giải điều chế các sóng mang con.
- Chuyển đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng bit.
- 12: Sơ đồ bộ giải điều chế OFDM 1.5.2.1 Tách khoảng bảo vệ Sau khi tách chuỗi bảo vệ khỏi luồng tín hiệu )(tu, luồng tín hiệu nhận đ−ợc sẽ là: kTttkTutkTuSS nếu (1.21) Giải điều chế Giải điều chếGiải điều chế)(tuLkd+,ˆXXXtjnSeωtjLSeω−tjLSeωnkd,ˆLkd−,ˆnia,ˆLia−,ˆLia+,ˆ}ˆ{la)(tu.
- 1.5.2.2 Tín hiệu sau giải điều chế Bộ giải điều chế trên mỗi sóng mang con là mạch tích phân thực hiện chức năng sau: ∫+−′=SSSTkkTtjlklkdtetuTd)1(0,)(1ˆω (1.22) Trong đó lkd,ˆ là tín hiệu ra của bộ tích phân nằm ở sóng mang con thứ l và mẫu tín hiệu OFDM thứ k (khe thời gian thứ k.
- SkT STk )1(+ t SSSSSTkkTLLnkTtlnjjnnklkdtedethdTsd max),(ˆωττωττ (1.25) Biểu thức trong ngoặc kép biểu diễn hàm truyền đạt của kênh max0),(),(ττωττωdethtnHSjns (1.26) Cuối cùng, tín hiệu sau giải điều chế trên mỗi sóng mang con đ−ợc biểu diễn d−ới dạng: ∫∑++−=−−=SSSSTkkTLLnkTtlnjSnklkdtetnHdTsd ˆωω (1.27) Trong công thức trên, kết quả tích phân cho tr−ờng hợp ln = sẽ cho ta tín hiệu có ích Ulkd,, còn kết quả tích phân cho các tr−ờng hợp ln≠sẽ là kết quả của can nhiễu giữa các sóng mang ICI (Inter-Carier Interference) ICIlkd,.
- Phần tín hiệu có ích đ−ợc biểu diễn bởi công thức sau: ∫+=SSTkkTslkUlkdttlHdTsd)1(,00,),(ω (1.28) Và phần can nhiễu giữa các sóng mang đ−ợc biểu diễn bởi ∫∑++≠−=−−=SSSSTkkTLlnLnkTtlnjSnkSICIlkdtetnHdTsd ωω (1.29) Giả sử kênh vô tuyến không phụ thuộc vào thời gian trong độ dài của một mẫu tín hiệu ST , có nghĩa là biến thời gian t trong hàm truyền đạt của kênh.
- Do vậy thành phần can nhiễu giữa các sóng mang sẽ triệt tiêu trong tr−ờng hợp kênh không thay đổi về thời gian trong một chu kỳ tín hiệu.
- ở dạng mạch số, tín hiệu đ−ợc lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là at .
- Giả thiết một mẫu tin OFDM ST đ−ợc chia thành FFTN mẫu tín hiệu, khi đó độ rộng của một chu kỳ lấy mẫu là: FFTSaNTt = (1.32) Sau khi lấy mẫu, tín hiệu nhận đ−ợc sẽ trở thành luồn tín hiệu số FFTaSkkNnntkTutu (1.33) Mẫu tín hiệu sau khi giải điều chế lkd,ˆ đ−ợc biểu diễn d−ới dạng số nh− sau ˆFFTaSSNnntkTjlaSkSalkentkTuTtdω (1.34) Tách sự biểu diễn của thành phần hàm số mũ thành tích của hai thành phần, công thức (1.34) đ−ợc viết lại d−ới dạng ˆFFTSSaSNnTjlktjnlaSkSalkeentkTuTtdωω (1.35) Với SST12πω.
- Nguồn tín hiệu là một luồng bit đ−ợc điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các ph−ơng pháp điều chế nh− QPSK, M-QAM.
- Tín hiệu dẫn đ−ờng (pilot symbols) đ−ợc chèn vào nguồn tín hiệu sau đó đ−ợc điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và đ−ợc chèn chuỗi bảo vệ.
- Luồng tín hiệu số đ−ợc chuyển thành luồng tín hiệu t−ơng tự qua bộ biến đổi số-t−ơng tự tr−ớc khi đ−ợc truyền trên kênh truyền qua anten phát.
- Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị ảnh h−ởng bởi nhiễu fading và nhiễu trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise).
- Tín hiệu dẫn đ−ờng là mẫu tín hiệu đ−ợc biết tr−ớc ở cả phía phát và phía thu, và đ−ợc phát cùng với nguồn tín hiệu có ích với nhiều mục đích khác nhau nh− việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống.
- Tuy nhiên để khôi phục đ−ợc tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến cũng phải đ−ợc khôi phục.
- Việc thực hiện khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến đ−ợc thực hiện thông qua mẫu tín hiệu dẫn đ−ờng nhận đ−ợc ở phía thu.
- Tín hiệu nhận đ−ợc sau khi giải điều chế OFDM đ−ợc chia làm hai luồng tín hiệu.
- Luồng tín hiệu thứ nhất là tín hiệu có ích đ−ợc đ−a tới bộ cân bằng kênh.
- Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tín hiệu dẫn đ−ờng đ−ợc đ−a vào bộ khôi phục kênh truyền.
- Kênh truyền sau khi đ−ợc khôi phục cũng sẽ đ−ợc đ−a vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
- Tuy nhiên khoảng cách giữa hai mẫu tín hiệu dẫn đ−ờng liên tiếp nhau tuân theo quy luật lấy mẫu cả ở miền tần số và miền thời gian.
- Data Giải điều chế ở băng tần cơ sở Cân bằng kênh FFT Tách chuỗi bảo vệ Tách tín hiệu dẫn đ−ờng Khôi phục kênh truyền Biến đổi số-t−ơng tự Kênh truyền Biến đổi t−ơng tự-số Data Điều chế ở băng tần cơ sở Chèn tín hiệu dẫn đ−ờng IFFT Chèn chuỗi bảo vệ Nhiễu trắng (AWGN.
- 25 – Hình 1.16: Chèn tín hiệu dẫn đ−ờng trong miền tần số và thời gian ở miền tần số, sự biến đổi kênh vô tuyến phụ thuộc thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh maxτ

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt