Đề tài Tìm hiểu hệ thống MC - CDMA

thể sử dụng bộ lọc lọc lấy khoảng tần số mong muốn. + Cần bộ lọc băng hẹp tốt. 1.4.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Kỹ thuật phân kênh theo thời gian được ra đời sau kỹ thuật phân chia theo tần số với hiệu quả sử dụng kênh truyền cao hơn. Với TDM, mỗi user có thể sử dụng toàn bộ băng tần nhưng trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Vì vậy, các user khác nhau có thể truyền và nhận tin tức, từng người từng người một, trên cùng một khoảng băng tần nhưng tại những thời điểm khác nhau. Hình 1.6. Kỹ thuật phân kênh theo thời gian (TDMA) Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 12 Chng I : Mt s vn đ v thông tin di đng Điều này được minh họa trong hình 1.6. Như vậy, về mặt lý thuyết, các users trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu cho. Tuy nhiên, trong cùng một thời điểm cũng có thể có một user ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy nhập này cũng xuất hiện nhiễu đồng kênh CCI. 1.4.4 Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) Sẽ được đề cập trong phần sau . CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 14 Chng II : Các k thut tri ph 2.1 Giới thiệu chung Mục đích:Làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khó khăn trong việc tách và lấy ra được bản tin. Để biến đổi bản tin thành tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng mã ngẫu nhiên để mã hoá bản tin. Tuy nhiên, máy thu chủ định phải biết mã này để có thể tạo ra bản sao mã này một cách chính xác, đồng bộ với mã được phát và lấy ra bản tin. Vì vậy ta phải sử dụng mã “giả” ngẫu nhiên. Mã này phải được thiết kế để có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của bản tin. Bản tin được mã hóa sao cho tín hiệu sau khi mã hoá có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên. Quá trình này được gọi là “quá trình trải phổ”. Ở máy thu thực hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ ban đầu của bản tin. Một hệ thống thông tin được xem là trải phổ khi thỏa 2 điều kiện: + Băng thông tín hiệu đã trải phổ lớn hơn rất nhiều so với băng thông tín hiệu thông tin. + Mã dùng để trải phổ độc lập với tín hiệu thông tin. Ưu điểm của kỹ thuật thông tin trải phổ: + Khả năng đa truy cập: Cho phép nhiều user cùng hoạt động trên một dải tần, trong cùng một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu. Đó là do mỗi user đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều user, nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muốn. + Tính bảo mật thông tin cao: Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễu nền. Do đó, các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tin tức đang được truyền đi trên nền nhiễu. Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được tin tức. + Bảo vệ chống nhiễu đa đường: Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 15 Chng II : Các k thut tri ph Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên kênh truyền vô tuyến. Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng (Line of Sight). Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch, không giống tín hiệu phát đi. Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó. 2.2 Các kỹ thuật trải phổ 2.2.1 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-SS : frequency hoping spread spectrum) Tín hiệu được phát đi trên một dãy các tần số dường như là thay đổi ngẩu nhiên.Và phía máy thu cũng thay đổi liên tục giữa các tần số theo thứ tự như phía máy phát. Những máy thu trộm khó có thể thu được đúng thông tin,việc thu trộm ở tần số nào đó chỉ ảnh hưởng đến vài bit dữ liệu.Thường dùng L trạng thái nhảy tần số (L= 2^N -1 với N là chiều dài chuổi mã). Mỗi kênh phát trong một khoảng thời gian xác định.Theo IEEE 802.11 là 300mS.Chuỗi tần số được qui định bởi một mã trải phổ Hình 2.1 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 16 Chng II : Các k thut tri ph Hình 2.2 Máy phát FH-SS Hình 2.3 Máy thu FH-SS Trong hệ thống trải phổ nhảy tần,cứ sau khoảng thời gian TH tần số sóng mang lại nhảy sang một tần số khác.Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm hơn so với tốc độ bit Tb của tín hiệu thông tin. Nếu fH ≥ fb : trong khi máy phát phát một bit dữ liệu, có ít nhất một lần nhảy tần số. Và hệ thống được gọi là nhảy tần nhanh Hình 2.4 Nhảy tần nhanh Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 17 Chng II : Các k thut tri ph Nếu fH < fb : sau mỗi lần nhảy tần, máy phát phát liên tiếp một số bit trước khi nhảy sang một tần số khác. Và hệ thống được gọi là nhảy tần chậm. Hình 2.5 Nhảy tần chậm Ưu điểm : Dễ đồng bộ hơn hệ thống dùng kỹ thuật DS – SS do hệ thống FH – SS chấp nhận sai số đồng bộ trong khoảng thời gian TH >> Tchip trong hệ thống DS – SS. Xác suất nhiều user cùng truyền trên một tần số tại một thời điểm là rất nhỏ. Vì vậy có thể tránh được hiệu ứng gần – xa do các user ở gần trạm gốc và xa trạm gốc có thể đang phát ở các tần số khác nhau. Hệ thống FH – SS có thể sử dụng băng thông rộng hơn nên khả năng triệt nhiễu băng hẹp tốt hơn hệ thống DS – SS. Nhược điểm : Để đạt được số tần số nhiều (độ lợi xử lí cao) là vấn đề hết sức khó khăn.Đó là vấn đề thiết kế bộ tổng hợp tần số. Sự thay đổi đột ngột tần số của tín hiệu khi nhảy tần dẫn đến việc tăng băng tần sử dụng. 2.2.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (Time hoping spread spectrum) Trục thời gian được chia thành các khung (frame). Mỗi khung lại được chia thành k khe thời gian (slot). Trong một khung, tùy theo mã của từng user mà nó sẽ sử dụng một trong k khe thời gian của khung. Tín hiệu được truyền trong mỗi khe có tốc độ gấp k lần so với trường hợp tín hiệu truyền trong toàn bộ khung nhưng tần số cần thiết để truyền tăng gấp k lần. Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 18 Chng II : Các k thut tri ph Hình 2.6 Trải phổ nhảy thời gian 2.2.3 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS : Direct sequence spread spectrum) Mỗi bit dữ liệu được biểu diễn bằng chuỗi nhiều chip (tốc độ chip lớn hơn nhiều lần so với tốc độ bit). Mã trải phổ làm phổ tín hiệu rộng ra tỷ lệ so với số chip được dùng. Một phương pháp cụ thể dùng để trải phổ chuỗi trực tiếp: - Kết hợp dữ liệu với mã trải phổ bằng mạch XOR. +Bit 1 sẽ làm đảo cực tính mã trải phổ. +Bit 0 không làm thay đổi. Mỗi user sử dụng một mã trải phổ riêng các mã trải phổ có sự tương quan chéo rất thấp. Hình 2.7 Tín hiệu trải phổ Hình 2.7 Quá trình trải phổ Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 19 Chng II : Các k thut tri ph Hình 2.9 Máy phát DS-SS Hình 2.10 Máy thu DS-SS Ưu điểm : Có thể thực hiện đa cập mà không cần đồng bộ giữa các máy phát. Việc tạo ra các tín hiệu mã hóa tương đối đơn giản do chỉ cần sử dụng các bộ nhân. Nhược điểm : Cặp máy phát-thu phải được đồng bộ chip,sai số đồng bộ phải nhỏ hơn chu kỳ chip (Tchip) Các máy phát gần máy thu có thể gây nhiễu và làm sai lệch tín hiệu từ các máy phát ở xa (hiệu ứng gần-xa). 2.3 Các chuỗi trải phổ 2.3.1 Chuỗi giả ngẫu nhiên PN (Pseudo-random Noise) Là một chuỗi giả ngẫu nhiên hay giả nhiễu gồm các bit 0 và bit 1, nhưng không hẳn hoàn toàn là ngẫu nhiên mà nó được xác định cụ thể được biết rõ bởi máy thu và máy phát, chỉ ngẫu nhiên với user không liên quan. Chu kỳ chuỗi PN càng dài thì tính triệt nhiễu và tính bảo mật càng tốt. 2.3.2 Các tính chât chuỗi PN (pseudo noise) Tính đối xứng: Trong mọi chu kỳ của chuỗi PN, tổng số bit 0 và tổng số bit 1 khác nhau nhiều nhất 1 số. Sự cân bằng này có tác dụng triệt sóng mang trong điều chế sóng mang,tín hiệu càng đối xứng thì tính triệt sóng mang càng cao. Tính tự tương quan : Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 20 Chng II : Các k thut tri ph Hàm tự tương quan của chuỗi PN tuần hoàn được định nghĩa như sau: Hàm tự tương quan biểu thị sự giống nhau giữ tín hiệu pn(t) phát tại máy phát và bản sao của nó bị trễ hay sớm đi một khoảng thời gian là số nguyên lần chu kỳ bit. Và nếu chuỗi PN có chiều dài n thì hàm tự tương quan có giá trị là n, hàm tự tương quan có dạng tam giác đỉnh bằng số bit của chuỗi : Hình 2.11 Hàm tự tương quan của chuỗi PN Tính tương quan chéo : Tương quan chéo mô tả cho vấn đề nhiễu giữa pni và pnj Hàm tương quan chéo là sự tự tương quan giữa hai mã khác nhau pni và pnj . Khi tương quan chéo bằng 0 với mọi các mã được gọi là trực giao. Trong CDMA mã của các user thỏa mãn tính chất trực giao mặc dù được truyền chung kênh băng thông nhưng vẫn đảm bảo được tính triệt nhiễu và bảo mật do tương quan giữa user này và user khác.Trong thực tế tương quan chéo không hoàn toàn bằng 0 nhưng nó rất nhỏ. 2.3.2 Chuỗi Gold 2.3.3 Chuỗi Gold trực giao (Orthogonal Gold) 2.3.4 Chuỗi Kasami 2.3.5 Chuỗi Hadamarh Walsh 2.3.6 Chuỗi GOLAY bù /2 ( ) ( ). ( ) C C C C N T N T Ra pn t pn t dt     ( )Rc  CHƯƠNG III KỸ THUẬT DS-CDMA (Direct sequence –code division multiple access) Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 22 Chng III : K thut DS-CDMA 3.1 Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã (CDMA : code division multiple-access) Hình 3.1 Kỹ thuật CDMA Mỗi user sẽ được gán cho một mã xác định thuộc tập mã trực giao do đó các user có thể sử dụng chung khoảng băng tần trong cùng một thời gian. Do CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ, do đó ở mỗi trạm phát sẽ sử dụng một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên tác động vào tín hiệu tin tức. Khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều trạm phát khác nhau, nó sẽ lấy tín hiệu mong muốn bằng cách giải mã tín hiệu bằng chuỗi mã riêng của chính tín hiệu đó. Hình 3.2 Quá trình trải – nén phổ trong CDMA Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 23 Chng III : K thut DS-CDMA Trong hình 3.2, máy thu mong muốn nhận được tín hiệu tin tức từ user A nên đã sử dụng chuỗi mã dành riêng cho A để giải mã. Khi đó, các tín hiệu nhận được từ các users không mong muốn (B, C) trở thành nhiễu đối với tín hiệu từ A (do tính tương quan chéo thấp), và do đó, ta có thể thu được tín hiệu từ A một cách dễ dàng. Ưu điểm : Sử dụng hiệu quả băng tần. Về mặt lý thuyết, hệ thống sử dụng CDMA không hạn chế số lượng user sử dụng. Giảm được ảnh hưởng của nhiễu đa đường. Tính bảo mật cao do người ngoài rất khó xác định qui luật của chuỗi mã sử dụng, do đó khó khôi phục được tín hiệu thu được. Nhược điểm : Chất lượng thông tin giảm khi số user tăng (BER tăng khi số user tăng dẫn đến nhiễu MAI). Bị ảnh hưởng bởi hiện tượng gần-xa, do đó cần phải sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cách chính xác. Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ chính xác để thu đúng tín hiệu. 3.2 Máy thu RAKE Các máy thu CDMA có khả năng khắc phục hiệu ứng đa đường khi các tín hiệu đến máy thu cách nhau các khoảng lớn hơn thời gian một chip. Máy thu CDMA có chất lượng tốt là máy thu RAKE (hình 3 .3 ) Hình 3.3 Máy thu RAKE Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 24 Chng III : K thut DS-CDMA Nguyên lý hoạt động của máy thu RAKE: Tín hiệu tin tức sau khi trải phổ và điều chế được truyền đi qua kênh truyền vô tuyến đa đường. Sau đó, tín hiệu đa đường được giải điều chế và được thu bởi máy thu RAKE. Trên hình 3.3, khối Multipath Channel với các bộ trễ và suy hao mô tả các vật cản trở trên kênh truyền vô tuyến. Do đó, các tín hiệu đến máy thu RAKE là các tín hiệu đến từ nhiều đường khác nhau, là các bản sao của tín hiệu tin tức. Một máy thu RAKE lý tưởng có một nhánh (finger) cho mỗi thành phần tín hiệu đa đường. Tuy nhiên, trong thực tế, máy thu RAKE chỉ thu một số thành phần đa đường đến máy thu. Mỗi thành phần này được lấy tương quan với mã trải, đồng bộ thời gian trễ, được nhân với trọng số tương ứng rồi kết hợp lại. Bằng cách tính toán các trọng số một cách hợp lý, máy thu RAKE có thể khắc phục tốt hiệu ứng đa đường. 3.3 Điều khiển công suất 3.3.1 Hiệu ứng gần – xa ( near - far) Hình 3.4 Hiệu ứng gần –xa Khi user B ở xa trạm gốc hơn so với user A, công suất từ B đến trạm gốc sẽ bị suy hao nhiều hơn và do đó, công suất của tín hiệu mong muốn là B sẽ nhỏ hơn công suất nhiễu (công suất của A) Mức công suất mà trạm gốc nhận được từ mỗi user phụ thuộc vào khoảng cách từ user đó đến trạm gốc. Do mỗi user là một nguồn gây nhiễu cho các users khác và khi công suất của một user càng lớn, nó càng gây nhiễu cho các users khác. Vì vậy, cần phải có một phương pháp để đảm bảo cho tất cả các users đều gửi cùng một mức công suất đến máy thu sao cho không có quan hệ bất lợi, không công bằng nào giữa các users. Kỹ thuật điều khiển công suất được áp dụng cho các hệ thống CDMA để giải quyết vấn đề này. 3.3.2 Điều khiển công suất Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 25 Chng III : K thut DS-CDMA Hình 3.5 Điều khiển công suất vòng hở Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 26 Chng III : K thut DS-CDMA Hình 3.6 Điều khiển công suất vòng kín 3.4 Hệ thống DS-CDMA 3.4.1 Bộ phát DS-CDMA Hình 3.7 trình bày bộ phát DS-CDMA cho người dùng thứ j với dạng điều chế kết hợp PSK. Tín hiệu dải nền phức tương đương được cho bởi công thức:           1 0 DSK DS DS j j j j c c s i k s t a i b k c k iK p t kT iT          (3.1) Với aj(i), bj(k) và cj(k) là ký hiệu thông tin thứ i, chip thứ k của mã trải phổ ngắn (short spreading code) (phân kênh _ channelizing) với chiều dài KDS và chip thứ k của mã trải phổ dài (long spreading code)(xáo trộn _ scrambling) với chiều dài dài hơn nhiều so với KDS tương ứng. Ở đây, hai mã trải phổ được chuẩn hóa thành : 1 2 0 ( ) 1 D SK j k b k    (3.2) 1 2 0 ( ) 1 D SK j k c k    (3.3) Ngoài ra, trong công thức (3.1), Tc và Ts là chu kỳ chip [chip duration] và chu kỳ tín hiệu [symbol duration] tương ứng và pc(t) là dạng sóng xung chip [chip pulse waveform] Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 27 Chng III : K thut DS-CDMA Hình 3.7 : Hệ thống DS-CDMA : (a) Bộ phát; (b) Phổ công suất của tín hiệu phát; (c) Bộ thu I-finger Rake Hình 3.7(b) trình bày phổ công suất của tín hiệu phát. Nếu dùng bộ lọc Nyquist với hệ số độ dốc(roll-off) α như là bộ lọc tạo dạng xung dải nền [baseband pulse shaping filter], với băng thông được tính bởi :  1 DSDS s KB T   (3.4) Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 28 Chng III : K thut DS-CDMA 3.4.2 Bộ thu DS-CDMA Hình 3.7(c) trình bày bộ thu DS-CDMA với bộ kết hợp I-finger Rake cho người dùng thứ j’. Sóng qua kênh nhận được có thể biểu diễn :     1 ( ) J DS DS j j r t r t n t    (3.6)        , 1 ; ( ) J DS DS DS j j j l j j l l r t s t b t d t s t           (3.7) Với J là tổng số các user hoạt động, rj DS(t) là thành phần tín hiệu nhận được từ người dùng thứ j, và n(t) là thành phần nhiễu cộng Gauss dạng phức [complex additive Gauss noise component] với trị trung bình bằng 0 và phương sai là . Biến số quyết định cho user thứ j’ tại thời điểm t = iTs có công thức :    ' 'DS DS sj jD i D t iT         ' ' ' ( 1) * * * . 1 1 ( ) s l s l i TI DS DS s c c s ll j j j l s iT iT b k c k iK p t kT iT r t dt T               (3.8) Sự quyết định ký hiệu (the symbol decision) ở aj(i) thì được tạo ra dựa trên cực của các thành phần cùng pha và vuông góc của công thức (9.10). Chúng ta định nghĩa việc xử lý quyết định là :  ˆ DEC ( )DSja i r t    (3.9) Bộ tổ hợp Rake là một dạng của sơ đồ tách từng user (single user detection scheme) mà không yêu cầu thông tin trên các user đang hoạt động (active user) khác. Vì vậy, không những chỉ có 1 thiết bị di động đầu cuối ở 1 đường xuống (từ một trạm gốc đến một thuê bao riêng) mà còn có một trạm gốc ở 1 đường lên (từ một thuê bao riêng lẻ đến một trạm gốc) có thể sử dụng bộ tổ hợp Rake. Mặt khác, ở đường lên, một trạm gốc có thể biết được thông tin của tất cả các user đang hoạt động. Vì vậy, nó cũng có thể dùng một sơ đồ xác định đa user (multiuser detection scheme). Tại trạm gốc, kênh đáp ứng xung (được ước lượng _ estimated) (the channel impulse response)và tín hiệu thông tin được phát hiện cho tất cả các user đều được Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 29 Chng III : K thut DS-CDMA kích hoạt, vì vậy trạm gốc có thể tạo ra bản sao của tín hiệu nhận được cho người dùng thứ j :        , 1 ˆ ( ;ˆ ) ˆ I DS DS DS j j j l j j l l r t t b t d ts ts           (3.10)         1 0 ˆ ˆ ( ) DSK DS DS j j j j c c s i k s t a i b k c k iK p t kT iT          (3.11) Sơ đồ khử giao thoa nối tiếp (serial interference cancellation)(SIC) đầu tiên sắp xếp lại các user tích cực theo thứ tự giảm dần theo công suất tín hiệu nhận được. Công suất tín hiệu nhận được của người dùng thứ q được định nghĩa là : 21 ( ) 2 DS q qP E r t      (3.12) Dạng sóng nhận được có thể được viết lại :     1 ( ) J DS DS q q r t r t n t    (3.13) Với : 1 , ( 2,3, , )q qP P q J    (3.14) Cần chú ý đến tín hiệu nhận được với công suất lớn hơn có thể có khả năng giải điều chế với độ tin cậy cao hơn, sau đó sơ đồ SIC tạo ra sự quyết định ký tự (the symbol decision) là :  1ˆ DEC ( ) DSa i r t    (3.15)     ' ' 1 ' 1 ˆ ˆDEC ( ) , ( 2, 3, , ) q DS DS jq q a i r t r t q J              (3.16) CHƯƠNG IV MC-CDMA (MULTI CARRIER CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS) Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 31 Phn C : ph lc và tài liu tham kho 4.1 Kỹ thuật OFDM 4.1.1 Giới thiệu OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp,mỗi kênh có một sóng mang.Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự.Vì vậy,phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống.Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ. 4.1.2 Ưu điểm hệ thống OFDM OFDM tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách cho phép chồng lấp những sóng mang con. Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóng mang đơn. OFDM loại trừ xuyên nhiễu symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời bảo vệ trước mỗi symbol. Sử dụng việc chèn (interleaving) kênh và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khôi phục lại được các symbol bị mất do hiện tượng lựa chọn tần số của các kênh. Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh thích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang. Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế và giải điều chế làm giảm độ phức tạp của OFDM. Các phương thức điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu bổ sung vào bộ giám sát kênh. OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) hơn so với các hệ thống sóng mang đơn. OFDM chịu đựng tốt với nhiễu xung và nhiễu xuyên kênh kết hợp. 4.1.3 Nhược điểm hệ thống OFDM Nhạy với offset tần số (đây là vấn đề trầm trọng nhất của OFDM),offset thời gian (time offset) do sai số đồng bộ. + Chỉ cần một sai lệch nhỏ cũng có thể làm mất tính trực giao của các sóng mang con.Do vậy OFDM rất nhạy với hiệu ứng dịch tần Doppler. + Các sóng mang phụ chỉ thực sự trực giao khi máy phát và máy thu sử dụng cùng 1 tập tần số.Do đó máy thu phải ước lượng và hiệu chỉnh offset tần số của tín hiệu thu được. Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu phân tập đa đường nhưng làm giảm đi một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích. Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng. Điều này gây ra méo phi tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở máy phát và máy thu. Nói cách khác là vấn đề công suất đỉnh (Peak power problem). Khi ta cộng tất cả các tín hiệu điều chế từ các sóng mang con, trong trường hợp tất cả các tín hiệu này đồng pha nhau sẽ tạo ra công suất đỉnh rất lớn. Khi đi qua bộ khuếch đại phi tuyến sẽ gây ra 2 vấn đề rất nghiêm trọng cho đường truyền số là : tăng BER và tăng phát xạ ngoài băng (out- of-band radiation). Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 32 Phn C : ph lc và tài liu tham kho Hình 4.1 Vân đề công suất đỉnh Hình 4.2 Tín hiệu vào bộ khếch đại phi tuyến Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 33 Phn C : ph lc và tài liu tham kho Ta có thể dùng phương pháp Partial Transmit sequence để giải quyết vấn đề công suất đỉnh : Nghĩa là nhóm các Sub-Carrier lại, IFFT với từng nhóm một, dịch pha tương ứng để đảm bảo tín hiệu ở đầu ra không đồng pha với nhau gây ra peak, lượng dịch pha này sẽ được truyền đồng thời với tín hiệu vào bộ khuếch đại phi tuyến, bên thu sẽ dùng các thông tin này để dịch pha trở lại như cũ rồi giải điều chế tín hiệu. Hình 4.3 Phương pháp Patrial transmit 4.1.4 Điều chê OFDM a. Sơ đồ khối điều chế OFDM Giả sử băng thông hệ thống là B chia thành Nc kênh con, với chỉ số kênh con là n, n   LLLL ,1,...,1,0,1,...,1,  , nên NFFT=2L+1. Dòng dữ liệu đầu vào la chia thành NFFT dòng song song với tốc độ dữ liệu giảm đi NFFT lần thông qua bộ chia nối tiếp/song song. Dòng bit trên mỗi luồng song song la lại được điều chế thành mẫu của tín hiệu phức đa mức nkd , , n là chỉ số song mang phụ, i là chỉ số khe thời gian tương ứng với Nc bit song song sau khi qua bộ S/P, k là chỉ số khe thời gian ứng với Nc mẫu tín hiệu phức.Các mẫu tín hiệu phát nkd , được nhân với xung cơ sở để giới hạn phổ của mỗi sóng mang, sau đó được dịch tần lên đến kênh con tương ứng bằng việc nhân với hàm phức ejL s t , làm các tín hiệu trên các sóng mang trực giao nhau. Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở và dịch tần cộng lại qua bộ tổng và cuối cùng được biểu diễn như sau : Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 34 Phn C : ph lc và tài liu tham kho m’k(t)=     L Lm tj nk sekTtSd )(', (4.1) Tín hiệu này được gọi là mẫu tín hiệu OFDM thứ k, biễu diễn tổng quát tín hiệu OFDM sẽ là m(t)= )( ' tm k k   =   k     L Lm tj nk sekTtSd )(', (4.2) Trước khi phát đi thì tín hiệu OFDM được chèn thêm chuỗi bảo vệ để chống nhiễu xuyên kí hiệu ISI. Phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM. Điều chế OFDM bằng phương pháp biến đổi ngược Fourrier nhanh cho phép một số lượng lớn các sóng mang con với độ phức tạp thấp. Hình 4.4 Sơ đồ điều chế OFDM b.Điều chế bằng thuật toán IFFT Tín hiệu sau bộ giải điều chế OFDM khi chuyển đổi tương tự thành số, luồng tín hiệu trên được lấy mẫu với tần số lấy mẫu Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 35 Phn C : ph lc và tài liu tham kho ta= B 1 = FFTN 1 = FFT S N T (4.3) Ở tại thời điểm lấy mẫu t=kT+lta,, S ’(t-kT) =S0, do vậy (4.2) viết lại : m’k(kTs+lta) = S0     L Ln ltkTjn nk aSsed )(,  =S0    L Ln ltjnkTjn nk aSSs eed  .., (4.4) Do ωSkTS = 2  k f kf S S 2 1  , kết quả 1SS kTjne  Tương tự như vậy, với FFTFFTS S aS N nl j Nf fjn ltjn eee   2 1 2  , (4.4) được viết lại: m’k(kTs+lta)=S0    L Ln N nl j nk FFTed 2 , (4.5) Phép biểu diễn (4.5) trùng với phép biến đổi IDFT. Do vậy bộ điều chế OFDM có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng phép biến đổi IDFT. 4.1.5 Giải điều chế OFDM Hình 4.5 Bộ giải điều chế OFDM Tìm hiu h thng MC-CDMA Trang 36 Phn C : ph lc và tài liu tham kho Các bước thực hiện ở đây đều ngược lại so với phía máy phát. Tín hiệu thu sẽ được tách chuỗi bảo vệ, giải điều chế để khôi phục băng tần gốc, giải điều chế ở các sóng mang con, chuyển đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng bít (tín hiệu số) và chuyển đổi song song sang nối tiếp. Hình 4.6 Tách chuỗi bảo vệ Sau khi tách chuỗi bảo vệ khỏi luồng tín hiệu u(t), luồng tín hiệu nhận được là: u’(kTS+t)=u(kT+t) (4.6) Thực hiện giải điều chế bằng thuật toán FFT Giả thiết một mẫu tin OFDM Ts được chia thành NFFT mẫu tín hiệu, tín hiệu được lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là ta. Khi đó độ rộng một mẫu là : ta = FFT s N T (4.7) Sau khi lấy mẫu, tín hiệu nhân được sẽ trở thành luồng tín hiệu số: u’(t) => uk ’(kTs + nta) , n=0,1,2,....,NFFT – 1 (4.8) Mẫu tín hiệu sau khi giải điều chế lkd , ^ được biểu diễn dướ