Đề tài Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền hình số

ều chế tải phụ. Nó chỉ ra chòm sao 16-QAM, ánh xạ 4 bit cho mỗi symbol. Mỗi kết hợp của dữ liệu tương ứng với 1 vecto duy nhất được chỉ ra như một điểm trên hình vẽ. Một số lớn so đồ điều chế là có sẵn, cho phép thay đổi số bit được truyền trên một sóng mang trên m65t symbol. Điều chế tải phụ có thể sử dụng một bản lookup làm cho nó rất hiệu quả khi thực hiện. Hình 4.3.2 h1 Ví dụ chòm điểm (constellation) điều chế IQ,16-QMA , với mã Gray dữ liệu tới mỗi vị trí. 4.3.3. Điều chế RF Đầu ra của bộ điều chế OFDM là tín hiệu basebank, tín hiệu này phải được dịch (hoặc phách - UpConverte) lên tần số cao để phát đi. Điều này có thể được thực hiện khi dùng kỹ thuật tương tự như ở hình 4.3.3.a hoặc dùng dịch tần số như hình 4.3.3.b. Cả hai kỹ thuật trên đều thực hiện cùng một thuật toán, tuy nhiên kỹ thuật điều chế số có khuynh hướng trở nên chính xác hơn do sự phối hợp được cải thiện giữa xử lý kênh I, Q và độ chính xác pha của bộ điều chế IQ số. 4.3.4. Thuật ngữ nhiễu pha và các vấn đề liên quan để nó. 4.3.4.a. Định nghĩa vấn đề và thuật ngữ. Giả sử có N điểm trong phép biến đổi DFT được sử dụng để tạo ra và giải điều chế tín hiệu OFDM. Do vậy có thể thể có N sóng mang, mặc dù một số sóng mang ở hai biên của phổ sẽ được đặt bằng không trong máy phát để cung cấp băng tần bảo vệ cho việc thực hiện các bộ lọc tương tự dễ dàng hơn. Chúng ta có thể mô tả tín hiệu phát đi như sau: (4.3.4-1) Trong đó: Sk là biên độ phức tạp của sóng mang thứ k; wu là khoảng cách sóng mang (có giá trị 2p/Tu, Tu là chu kỳ symbol tích cực) có đơn vị là rad/s; w0 là tần số góc của sóng mang thứ 0 (chúng ta xử lý nó ở trung tần IF). Chú ý rằng đối với một số giá trị k (tương ứng với các biên của phổ) thì Sk = 0. Trước hết ta khảo sát một máy thu lý tưởng, tức không có nhiễu pha trong dao động nội. Tín hiệu "thu lý tưởng" r (t) chỉ chịut ác động của đáp xung kênh h (t) (Channel Impulse Response). Vì thế ta có thể viết: (4.3.4-2) Trong đó: Hk là đáp ứng tần số phức của kênh ở tần số của sóng mang thứ k. Chúng ta có thể thay thế Hk Sk bằng Rk với Rk là biên độ sóng mang phức "thu lý tưởng" khi không có nhiễu pha. Do đó công thức có thể được viết lại như sau: (4.3.4-3) 4.3.4.b. Giới thiệu về nhiễu pha Trong một máy thu thực tế , tín hiệu thu x 9t) (tại trung tần) chịu tác dodọng của kênh truyền (đáp ứng xung kênh là h(t) và của nhiễu pha j (t) được tạo ra bởi các bộ dao động nội. Vì thế có thể viết: (4.3.4-4) Tại máy thu, chúng ta tương quan tín hiệu (t) này với mỗi dạng sóng mang có thể thực hiện được để xác định các biên độ của sóng mang giải điều chế. Ví dụ sóng mang thứ I ta có công thức sau: (4.3.4-5) Phương thức này mô tả quá trình được sử dụng trong một máy thu giả định với các bộ giải điều chế tương quan tích phân và loại trừ (Correllator / Integrate - and - Dump Demodulators) cho mỗi sóng mang. Các máy thu thực tế sử dụng biến đổi FFT của một biến đổi Fourier rời rạc (bằng cách thay thế thuật toán tích phân bởi sự tích luỹ của nhiễu mẫn rời rạc và kết hợp tất cả "các bộ giải điều chế" trong một thuật toán hiệu quả. Việc phát triển tiếp theo biểu thức (4.3.4-5) cho trường hợp tổng quát là rất khó. Tuy nhiên một cách đơn giản hoá nó là chú ý rằng chúng ta muốn máy thu hoạt động mà không có độ dự phòng của tín hiệu OFDM khi tính tới nhiễu pha của bộ dao động nội. Vì thế chúng ta giả sử rằng góc j (t) luôn luôn nhỏ và có sự gần đúng như nhau: ejj(t) » 1 + j j (t) (4.3.4-6) Biểu thức trên có thể được suy ra từ một tóm tắt đơn giản, nó tương đương với việc chỉ lấy hai số hạng đầu tiên trong khai triển biểu thức sau: ex = 1 + x + + + … (4.3.4-7) Chú ý rằng các quá trình là tuyến tính chúng ta có thể viết biểu thức cho ngõ ra của bộ giải điều chế đối với sóng mang thứ I như sau: = Rl + Yl (4.3.4-8) Số hạng đầu tiên là giá trị thu lý tưởng RI mà ta hy vọng khôi phụ, trong khi số hạng thứ hai YI thể hiện N đóng góp là kết quả sự hiện dienẹ của nhiễu pha j (t). 4.4. Khoảng bảo vệ (GUARA PERIOD) Hình 4.4 h: Khoảng bảo vệ của tín hiệu OFDM Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thì thấp hơn nhiều tốc độ symbol của sơ đồ truyền sóng mang đơn. Ví dụ đối với điều chế đơn sóng mang BPSK tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit. Tuy nhiên với OFDM băng thông hệ thống được chia cho Nc tải phụ, tạo thành tốc độ symbol nhỏ hơn Nc lần so với truyền sóng mang đơn. Tốc độ mymbol thấp này làm cho OFDM chịu đựng được tốt với can nhiễu giữa can nhiễu ISI (inter - Symbol interference) gây ra bởi truyền la nhiều đường. Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới tín hiệu OFDM bằng các thêm vào khoảng bảo vệ ở trước của mỗi symbol. Khoảng bảo vệ này là bản copy tuần hoàn theo chu kỳ, làm mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol. Mỗi tải phụ trong phần dữ liệu của mỗi symbol, có nghĩa là symbol (được sử dụng để tạo tín hiệu) có một số nguyên lần các chu kỳ. Do vậy việc đưa vào các bản copy của symbol nối đuôi nhau tạo thành một tín hiệu liên tục, không có sự gián đoan ở chỗ nối. Như vậy việc sao chép đầu cuối của symbol và đặt nó để đầu vào đã tạo ra một khoảng thời gian symbol dài hơn. 4.4.1. Bảo vệ chống lại OFFSET thời gian Để giải mã tín hiệu OFDM máy thu phải nhận được FFT của mỗi symbol thu được để tìm ra biên độ và pha của các tải phụ. Đối với hệ thống OFDM dùng cùng một tần số lấy mẫu cho cả máy phát và máy thu, hệ thống phải dùng cùng một kích thước FFT cho cả máy thu và tín hiệu phát để duy trì sự trực giao của tải phụ. Mỗi symbol thu được có các mẫu độ dài TG + TFFT do bỏo sung khoảng bảo vệ. Máy thu chỉ cần các mẫu TFFT của symbol thu được để giải mã tín hiệu. Các mẫu TG còn lại là thừa, không cần thiết. Đối với kênh lý tưởng không có mở rộng độ trễ máy thu có thể dò tìm được độ lệch thời gian bất kỳ (lớn nhất là bằng khoảng bảo vệ TG) và vẫn còn đạt dược số các mẫu đúng. Do bản chất tuần hoàn của sự thay đổi khoảng bảo vệ lệch thời gian (time offset) chỉ dẫn đến sự quay pha của tất cả các tải phụ trong tín hiệu. Giá trị quay pha tỉ lệ với số tải phụ. Với tải phụ ở tần số Nyquist thì sự thay đổi là 1800 cho mỗi offset thời gian mẫu. Đã chứng minh rằng offset thời gian được duy trì không đổi từ symbol này tới symbol khác, nên sự quay pha cho offset thời gian có thể được loại bỏ như một phần của cân bằng kênh trong môi trường multipath ISI giảm độ dài của khoảng bảo vệ, dẫn đến lỗi offset thời gian cho phép. 4.4.2. Bảo vệ chống lại ISI Trong tín hiệu OFDM biên độ và pha của tải phụ phải được duy trì không đổi trong chu kỳ symbol để bảo đảm tính trực giao cho mỗi sóng mang. Nếu chúng bị thay đổi có nghĩa là dạng phổ của các tải phụ sẽ không có dạng sinc đúng và như vậy điểm không (Null) sẽ không ở tần số đúng, dẫn đến can nhiễu giữa các sóng mang ICI (inter - Carier Interference). ở biên của symbol biên độ và pha thay đổi bất thình lình tới giá trị mới cần thiết cho symbol dữ liệu tiếp theo. Trong môi trường multipatl ISI gây ra sự trải rộng năng lượng giữa các symbol, dẫn đến sự thay đổi nhanh biên độ và pha của tải phụ ở điểm đầu symbol. Độ dài của những ảnh hưởng thay đổi nhanh tương ứng với sự mở rộng độ trễ của kênh vô tuyến. Tínhiệu thay đổi nhanh là kết quả của mỗi thành phần multipath ở các thời điểm khác nhau một ít, thay đổi vecto tải phụ thu được. Hình 4.2.2.h chỉ ra ảnh hưởng này. Việc đưa vào các khoảng bảo vệ cho phép có thời gian để phần tín hiệu thay đổi nhanh này bị suy hao. Trở lại trạng thái ban đầu, do vậy FFT đựơc lấy từ phần trạng thái đúng của symbol. Điều này loại bỏ ảnh hưởng của ISI. Để khắc phục ISI thì khoảng bảo vệ phải dài hơn sự mở rộng độ trữ của kênh vô tuyến. Các ảnh hưởng còn lại mà multipath gây ra, như thay đổi biên độ và quay pha, thì được sửa bởi cân bằng kênh. Không có multipath Khoảng bảo vệ Kênh có multipath bảo vệ Multipath gây ra phản chu kỳ pha ổn xạ tới ISI dẫn đến định FFT được dịch pha khi có tính trên chu sóng phản xạ tới kỳ này Hình 4.4.2 h2 Chức năng của khoảng bảo vệ chống lại ISI Khoảng bảo vệ chống lại các ảnh hưởng thay đổi nhanh do multipath loại bỏ các ảnh hưởng của ISI. Tuy nhiên trong thực tế các thành phần multipath có khuynh hướng suy giảm chậm theo thời gian, dẫn đến vẫn còn ISI ngay cả khi khoảng bảo vệ tương đối dài được sử dụng. 4.5. Giới hạn băng thông của OFDM và cửa sổ Trong miền thời gian OFDM là tương đương với tổng của sóng mang hình sinc được điều chế. Mỗi symbol nằm trong một khoảng thời gian xác định với hàm cửa sổ hình chữ nhật. Cửa sổ này xác định biên của mỗi symbol OFDM và xác định đáp tuyến tần số được tạo ra. Hình 4.5h là một ví dụ dạng sóng thời gian truyền OFDM khi dùng khoá dịch pha PSK (Phase Shift Keying), biên độ tải phụ là cố định và pha thay đổi từ symbol này với symbol kia để truyền dữ liệu. Pha tải phụ thì không đổi đối với toàn bộ symbol này tới symbol, dẫn đến nhảy bậc pha giữa các symbol. Những thay đổi đột biến này giữa các symbol dẫn đến sự mở rộng trong miền tần số. Hình 4.5 h1 : Phổ tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ không có hạn chế băng thông .Tải phụ DC không được sử dụng làm cho tín hiệu đối xứng xung quanh DC Hình 4.5 h2 : Phổ của tín hiệu OFDM 1536 tải phụ không có hạn chế băng thông. 4.5.1. Lọc băng thông Lọc băng thông được sử dụng khi tín hiệu được biến đổi từ miền tần số thành dạng sóng tương tự và ngược lại để ngăn ngừa sự chồng phổ (aliasing). Trong OFDM lọc băng thông để loại bỏ hiệu quả một số búp sóng trên OFDM. Giá trị loại bỏ búp sóng bên phụ thuộc vào dạng bộ lọc được sử dụng. Nhìn chung lọc số cung cấp độ linh hoạt (flexible) độ chính xác và tỉ lệ cắt (cup off rate) lớn hơn nhiều lọc tương tự, làm cho chúng đặc biệt có ích cho việc hạn chế băng thông tín hiệu OFDM. Hình 4.5.1. ha biểu diễn đáp tuyến tần số của OFDM không lọc. Các hình 4.5.1.hb đến 4.5.1. he là các ví dụ của tín hiệu OFDM được lọc băng thông. Các tín hiệu này được lọc bằng bộ đáp tuyến xung hữu hạn FIR được phát triển khi dùng hương pháp cửa sổ (windowing methode). Do số tải phụ được sử dụng trong các hình vẽ là nhỏ nên có thể thấy roll off của lọc FIR. Trong thực tế việc loại bỏ tất cả các búp sóng bên nhưng tính toán bộ lọc phức tạp và thực hiện thì đắt và nó giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu hiệu dụng SNR (Signal To Noise Rate) của kênh OFDM. Bộ lọc cũng tác động xấu như loại bỏ một phần năng lượng từ các tải phụ ở phía bên ngoài, làm méo dạng tín hiệu và gây can nhiễu giữa các sóng mang ICI, bộ lọc có dạng dốc đứng cho phép tách biệt các khối OFDM để đặt chúng rất gần nhau trong miền tần số cải thiện hiệu quả phổ. Nhưng nó cũng làm giảm tỉ số SNR hiệu dụng do vậy cần tính đến các ảnh hưởng này khi thiết kế hệ thống. Hình 4.5.1 h1 : Phổ của tín hiệu OFDM tải phụ không có hạn chế băng thông. Hình 4.5.1 h2 : Phổ của OFDM có 20 tải phụ có hoặc không có lọc băng thông .Tải phụ trung tâm không được sử dụng. a. Phổ OFDM không có lọc băng thông. Các dạng phổ khác có được khi dùng bộ lọc FIR, được phát triển khi dùng hàm cửa sổ Kaiser. v. Độ rộng của cửa sổ Kaiser là 3 (suy giảm búp sóng bên là 89 dB). Độ rộng quá độ của bộ lọc là 8 khoảng cách tải phụ (Bộ lọc FIR có 24 mắt (Tap). c. Độ rộng của cửa sổ Kaiser là 3 (suy giảm búp sóng bên là 40dB). Độ rộng quá độ của bộ lọc là 2 khoảng cách sóng mang (Bộ lọc FIR 96 tap). d. Độ rộng cửa sổ Kaiser là 1.5 (suy giảm búp sóng bên là 40dB). Độ rộng quá độ của bộ lọc là 8 khoảng cách sóng mang (bộ lọc FIR 12 tap). e. Độ rộng của cửa sổ Kaiser là 1.5 (suy giảm búp sóng bên là 40dB). Độ rộng quá độ khoảng cách sóng mang (Bộ lọc FIR 48 tap). 4.5.2. Độ phức tạp tính toán lọc băng thông FIR. Việc dùng lọc băng thông số là phương pháp rất hiệu quả để loại bỏ các búp sóng bên do tín hiệu OFDM tạo ra. Khó khăn là chi phí tính toán cao. Để thực hiện bộ lọc băng thông FIR số tap cần thiết tương ứng với: (4.5.2-1) ở đây Ntaps là số tap trong bộ lọc FIR, WT là độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được dùng để tạo bộ lọc FIR, IFFT là kích thước FFT được sử dụng để tạo tín hiệu và FT là độ rộng quá độ của bộ lọc chuẩn hoá khoảng cách tải phụ. Ceil là phép làm tròn về phía lớn hơn ví dụ ceil (1.1) = 2. Ví dụ để tạo tín hiệu như hình 4.5.1.h (b) cần lọc với bộ lọc 24 tap. Điều này có thể tính từ đặc điểm kỹ thuật tín hiệu. Tín hiệu được tạo ra khi dùng kích thước IFFT là 64, do vậy IFFT = 64. Hàm cửa sổ Kaiser với độ rộng quá độ 3 được sử dụng. Điều này dẫn đến suy giảm dài chặn (stop band) là 89 dB. Công suất búp sóng bên của tín hiệu OFDM không được lọc là -20dBc và sau khi lọc là -109 dBc. Điều này phù hợp với các kết quả trong hình4.5.1b. Độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được sử dụng là 3.0 nên số tap cần thiết là: (4.5.2-2) Mỗi tap của bộ lọc FIR yêu cầu hai thuật toán nhân và tích luỹ MAC (Multiply and Accumulate) như kết quả của các mẫu phức và như vậy đối với tần số lấy mẫu 20 Mhz số phép tính sẽ là 20 x 106 x 24 x 2 = 960 triệu MAC. Trong các ứng dụng mà số tap cần thiết trong bộ lọc là lớn (>100) việc thực hiện bộ lọc FIR nhờ dùng FFT có thể hiệu quả hơn. 4.5.3. ảnh hưởng của lọc băng thông tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM. Trong thời gian symbol OFDM có dạng hình chữ nhật, tương ứng với suy giảm dạng sinc trong miền tần số như hình 3-20. Nếu dùng bộ lọc băng thông đến tín hiệu OFDM thì tín hiệu sẽ có dạng hình chữ nhật cả trong miền tần số, làmcho dạng sóng miền thời gian có suy giảm dạng sinc giữa các symbol. Điều này dẫn đến ISI làm giảm chi tiêu kỹ thuật. Có thể loại bỏ ISI do việc lọc gây ra bằng cách dùng khoảng bảo vệ có độ dài đủ và bằng việc chọn lọc offet thời gian để đồng bộ giữa các khoảng bảo vệ, do vậy hầu hết năng lượng ISI bị loại bỏ. Hình 4.5.3.H1 mô tả chi tiêu kỹ thuật mô phỏng của tín hiệu OFDM được lọc băng thông với các độ rộng quá độ khác nhau cho bộ lọc kênh không có nhiễu kênh. Hình vẽ này chỉ ra chỉ tiêu của truyền OFDM ki offset đồng bộ thời gian bị thay đổi, khoảng bảo vệ được sử dụng trong mô phỏng này có cùng độ dài như phần IFFT của symbol. KHoảng bảo vệ rất dài được sử dụng này làm cho hệ thống chịu được ảnh hưởng của offset thời gian trong một khoảng rất rộng của SNR hiệu dụng tính bằng cách trung bình hoá SNR hiệu dụng trên tất cả các tải phụ. Offset thời gian bằng o tương ứng với việc máy thu nhận được FFT ở phần IFFT của tín hiệu phát. Offset thời gian âm tương ứng với việc thu nhận được FFT đúng và một phần của khoảng bảo vệ symbol (Hình 4.5.3.H2). ISI là thấp nhất khi offset thời gian là âm và là một nửa độ dài khoảng bảo vệ. Bộ lọc có đặc tuyến càng dốc bao nhiêu (trong hình vẽ bộ lọc dốc nhất loại bỏ các búp sóng bên xuống thấp hơn - 100dBc trong giới hạn hai khoảng cách sóng mang ) ISI càng dài bấy nhiêu, Khoảng bảo vệ trong thử nghiệm này bằng 50% thời gian symbol toàn phần. Như vậy độ dài khoảng bảo vệ bằng thời gian symbol có ích. Car. cutoff tương ứng với độ rộng quá độ của bộ lọc tính bằng khoảng cách các sóng mang. SNR hiệu dụng của tín hiệu OFDM được lọc băng thông phụ thuộc vào ảnh hưởng của cả ISI và ICI. Hình 4.5.3 SNR hiệu dụng như là hàm của độ lệch thời gian của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ được lọc băng thông. 4.6. Khoảng bảo vệ COSIN tăng RC (RAISED COSINE GUARD PERIOD) Một trong những phương pháp đơn giản nhất để triệt các búp sóng bên của tín hiệu OFDM là uốn tròn khoảng bảo vệ của tín hiệu OFDM giảm từ từ nó tới không trước symbol tiếp theo. Sự giảm từ từ này làm chuyển dịch trơn tru giữa các symbol dẫn đến giảm công suất các búp sóng bên. Hình 4.6h mô tả một symbol OFDM đơn với khoảng bảo vệ có dạng hình cosin tăng RC. Phần này của khoảng bảo vệ có dạng hình cosine bình phương (cos) do vậy có tên cosine tăng. Phần cosine tăng của khoảng bảo vệ có thể chồng lấp với các symbol trước và sau vì nó chỉ cung cấp sự bảo vệ tối thiểu chống lại muktipath và lỗi thời gian và bị máy thu làm ngơ. Vì phần này làm giảm dần tới không, nêm nó dẫn tới không, nên nó dẫn tới ISI bổ sung tối thiểu. Ưu điểm chính của sự chồng lấp đó là độ dài của phần cosin phần cosin tăng. Có thể là gấp đôi mà không tự gây ra overhead thời gian bổ sung. Hình 4.6 Mô tả các symbol trùng lấp. Hình 4.6 Đường bao của các symbol OFDM với khoảng bảo vệ phẳng và khoảng bảo vệ cosine tăng chồng lấp. 4.7. Ảnh hưởng của nhiễu GAUSS trắng cộng AWGN (ADDITIVE WHITE GAUSIAN NOISE) đến OFEM. Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống thông tin trên kênh vật lý tương tự, chẳng hạn như kênh radio. Các nguồn nhiễu chính là nhiễu nhiệt, nhiễu điện trong các bộ khuyếch đại máy thu và can nhiễu giữa tế bào thông tin. Ngoài ra nhiễu còn có thể tạo ra bên trong các hệ thống thông tin như là kết quả của can nhiễu giữa các symbol ISI, can nhiễu giữa các sóng mạng ICI và méo xuyên điều chế IMD (Inter - Modulation Distortion). Các nguồn nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu/ nhiễu, giới hạn đáng kể hiệu quả phổ của hệ thống trong tất cả các dạng nhiễu là nguyên nhân có hại chính trong hầu hết các hệ thống thông tin vô tuyến. Do vậy việc nghiên cứu các ảnh hưởng của nhiễu đến tỉ lệ lỗi thông tin và một số biện pháp dung hoà giữa các nhiễu và hiệu quả phổ hệ thống là rất quan trọng. Hầu hết các dạng nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể được mô hình hoá chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng AWGN, nhiễu này có mật độ điều (còn gọ là nhiễu trắng) và có phân bố Gaus về biên độ (được xem như như phân bố chuẩn hoặc đường cong hình vuông). Nhiễu nhiệt và nhiễu điện do sự khuyếch đại, chủ yếu có tính chất của nhiễu Gass trắng, do vậy có thể mô hình hoá chúng chính xác theo AWGN. Hầu hết các nguồn nhiễu khác có tính chất AWGN vì sự truyền là OFDM. Các tín hiệu OFDM có một độ phổ phẳng và phân bố biên độ Gaus vì số tải phụ là lớn, do điều này can nhiễu giữa các tế bào từ hệ thống OFDM khác cũng có tính chất AWGN. Cũng có một lý do như vậy ICI, ISI và IMD cũng có các tính chất AWGN cho các tín hiệu OFDM. 4.7.1. Các sơ đồ điều chế Dữ liệu được truyền trong kết nối OFDM bằng cách dùng sơ đồ điều chế trên mỗi tải phụ. Sơ đồ điều chế là sự ánh xạ cách dữ liệu vào chom sao thực (đồng pha) và phức (vuông pha), được biết như chòm sao IQ (inphase Quadrature). Ví dụ 256 - QAM ( Quadrature Amplitude Modulation) có 256 điểm IQ trong một trùm sao được cấu trúc thành hình vuông với 16 cột đặt cách đều nhau trong trục trực và 16 hàng trong trục ảo. Số bit có thể được truyền khi dùng một Symbol tương ứng với log2 (M) với M là số các điểm trong chòm sao. Do vậy 256 - QAM truyền 8 bit trong một Symbol. Mỗi từ dữ liệu được ánh xạ vào một vị trí IQ duy nhất trong chòm sao. Vecto phức hợp thành I + JQ tương ứng với biên độ và pha argrument (I + JQ) với J = Việc tăng số điểm trong các chòm sao không thay đổi dải thông truyền, do vậy việc dùng sơ đồ điều chế với nhiều điểm trong chòm sao không thay đổi dãi thông truyền do vậy việc dùng sơ đồ điều chế với nhiều điểm chòm sao sẽ cho phép cải thiện hiệu quả phổ (hoặc hiệu suất băng thông). Ví dụ 256 _ QAM cho hiệu quả phổ (lý thuyết) là 8b/s/Hz của BPSK. Tuy nhiên số điểm trong giản đồ chòm sao càng lớn bao nhiêu thì việc giải quyết chúng ở máy thu càng khó bấy nhiêu. Đó là vì do các vị trí IQ được đặt càng gần nhau nên chỉ cần một giá trị nhỏ nhiễu là có thể gây ra lỗi truyền. Điều này dẫn đến sự dung hoà trực tiếp giữa dung sai nhiễu và hiệu quả phổ của sơ đồ điều chế , đã được tổng kết trong lý thuyết thông tin Shanon. Lý thuyết này phát biểu rằng thông tin cực đại của kênh C có băng thông W với công suất tín hiệu S bị xáo trộn bởi nhiễu trắng có công suất trung bình N thì được xác định theo công thức. (4.7.1a) Hiệu quả của kênh là phép số bit được truyền trong một giây trong mỗi Hz băng thông. Do vậy hiệu quả SE được tính theo công thức: (4.7.1b) Ở đây cả tín hiệu nhiễu được tính trên thang tuyến tính, hiệu quả phổ được đo bằng b/s/Hz. 4.7.2. SO SÁNH TRUYỀN OFDM VỚI TRUYỀN SÓNG MANG ĐƠN BER của hệ thống OFDM thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Sơ đồ điều chế được sử dụng, giá trị multipath và mức nhiễu trong tín hiệu. Tuy nhiên nếu chúng ta xem xét chỉ tiêu kỹ thuật của OFDM với nhiễu Gauss trắng cộng với AWGN thì chỉ tiêu của OFDM chính xác giống như chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền sóng mang đơn và sóng mang này được điều chế và giữ liệu truyền. Sau đó vecto được phát đi này đựơc cập nhập ở đầu của mỗi symbol đối với truyền thống mang đơn là rất cao. Trong khi đó đối với tín hiệu OFDM tốc độ này thấp hơn N lân với N là số tải phụ được sử dụng. Tốc độ Symbol thấp hơn này cũng làm ÍI thấp đi. Ngoài ra hệ thống OFDM còn dùng khoảng bảo vệ ở đầu mỗi Symbol . Khoảng bảo vệ này loại bỏ ÍI bấy kỳ thấp hơn chiều dài của nó. Nếu khoảng bảo vệ là đủ dài thì tất cả ISI có thể bị loại bỏ. Truyền lan multipath dẫn đến fadinh chọn lọc tần số làm giảm các phụ tải riêng. Do vậy hầu hết các hệ thống OFDM dùng sửa lỗi tiến FCC để có thể khôi phục những tải phụ bị suy giảm nhiều. Trong khi chỉ tiêu kỹ thuật của truyền sóng mang đơn bị suy giảm nhanh khi có multipath. 4.7.3. CÁC GIỚI HẠN ĐIỀU CHẾ CỦA HỆ THỐNG Hầu hết hệ thống thông tin di động hiện nay như GSM, IS - 95 và các hệ thống thế hệ thứ 3 chỉ dùng các sơ đồ điều chế có độ dung sai nhiễu cao như BPSK, QPSK hoặc tương đương, điều này dẫn đến hiệu quả phổ thấp nhưng hệ thống mạnh khoẻ. Các hệ thống này dùng các sơ đồ điều chế cố định do cần đạt SNR cao. Tốc độ symbol của hệ thống sóng mang đơn phải cao nếu muốn có đựơc tốc độ bit cao. Kết quả là hệ thống, ví dụ GSM đòi hỏi cân bằng phức tạp (đến 4 chu kỳ symbol) để khắc phục truyên lan nhiều đường. Các hệ thống GSM được thiết kế để khắc phục độ trễ cực đại tới 15m, tương đương với độ trễ mẫu được thử nghiệm ở khoảng cách truyền từ 30 - 35km. Tốc độ symbol của GSM là 270KHz tương ứng với chu kỳ symbol 3.7, như vậy ISI được gây ra bởi multipath trải dài trên 4 chu kỳ symbol. Điều này có thể phá huỷ hoàn toàn thông tin truyền đi, nhưng nó được khôi phục trong thực tế nhờ dùng cân bằng thích nghi thức. Mặc dù điều này làm việc tốt cho các sơ đồ sử dụng cho các hệ thống GMSK (Gausian Minimum Shift Keying) như đã được sử dụng cho các hệ thống GSM, việc áp dụng nó thành công cho các sơ đồ điều chế cao hơn là khó khăn vì các lỗi sở tại trong cân bằng sẽ gây tỷ lệ lỗi cao. Trong các hệ thống DS-CDMA vấn đề không bị giới hạn chủ yếu cho multipath, mà bởi can nhiễu giữa những người sử dụng. Các hệ thống DS-CDMA tận dụng một thực tế là bằng việc trải rộng thông tin của người dùng trên một băng thông rộng sẽ cho phép nhiều người sử dụng truyền tín hiệu ở cùng một tần số. Mỗi một trong các người sử dụng này trải rộng thông tin bằng một cách nhân nó với một dãy giả ngẫu nhiên tốc độ cao dau nhất PRS (Preudo Random Sequence). Ở máy thu tín hiệu từ mỗi người sử dụng được trích ra bằng cách nhân tín hiệu tới với cùng PRS giống hệt vậy và tích phân trên chu kỳ symbol thông tin. Tuy nhiên quá trình này là không trực giao trong kết nối ngược làm cho các người sử dụng xuất hiện như nhiễu đối với nhau. Thông lượng kênh của hệ thống là cực đại khi số người sử dụng là cực đại, dẫn đến mức nhiễu rất cao, điều này làm cho hệ thống mẫu cần hoạt động với tỷ số năng lượng trong môt jbit/nhiễu ERNR (Energy per Bit to Noise Ratio) là khoảng 5-8 dB sau giải điều chế có hiệu quả phổ cao vì SNR là quá thấp. OFDM thì nó lại khác vì nó giảm thiểu cả hai ảnh hưởng này. Multipath bị giảm thiểu bằng cách dùng tốc độ symbol thấp và dùng khoảng bảo vệ. Cân bằng kênh có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách dùng các symbol pilot hoặc các tone pilot. Dạng cân bằng này là chính xác và dẫn đến lỗi tại chỗ cực tiểu, như vậy cho phép SNR trung bình cao. Ngoài ra, những người sử dụng trong OFDM được duy trì trực giao với nhau nhờ dùng ghép kênh theo thời gian hạơc ghép kênh theo tần số đồng bộ, giảm thiểu can nhiễu giữa những người sử dụng. Cả hai ưu điểm này có nghĩa rằng SNR kênh hiệu quả cao có thể được duy trì thậm chí trong môi trường nhiều người sử dụng multipath. Tiềm năng này cho SNR cao có nghĩa rằng các sơ đồ điều chế bậc cao có thể được sử dụng trong các hệ thống OFDM, cho phép cải thiện hiệu quả phổ của hệ thống. Hơn nữa mỗi tải phụ có thể được phân một sơ đồ điều chế khác nhau dựa trên các điều kiện kênh thực tế đó được. Các phép đo này có thể đạt được dễ dàng như một phần của bước kênh cân bằng kênh, cho phép các tải phụ được phân phối động các sơ đồ điều chế dựa trên SNR của mỗi tải phụ. Những sự thay đổi SNR này xuất hiện do can nhiễu, khoảng cách truyền, fading chọn lọc tần số... Kỹ thuật này được biết như điều chế thích nghi. Các tải phụ với SNR thấp có thể được phân phối dùng BPSK (1b/s/Hz) hoặc để không truyền dữ liệu. CÁc tải phụ SNR cao có thể truyền các sơ đồ điều chế cao như 256-QAM (8b/s/Hz), cho phép công suất hệ thống cao hơn. Việc phân phối điều chế linh hoạt trong OFDM cho phép chúng được tối ưu các điều kiện thực tế của địa phương, hơn là dùng sơ độ điều chế thấp để đảm bảo hệ thống hoạt động trong các điều kiện xấu nhất. 4.7.4. Mã Gray Giản đồ IQ chơ sơ đồ điều chế chỉ ra vecto truyền cho tất cả các liên hợp từ dữ liệu. Mỗi liên hợp từ dữ liệu phải được phân phối một vecto IQ duy nhất. Mã Gray là một phương pháp cho sự phân phối này, sao cho các điểm cạnh tranh nhau trong vòm sao chỉ khác nhau một bit đơn. Mã này giúp giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit toàn bộ vì nó giảm cơ hội nhiều lỗi bit xảy ra từ một lỗi symbol đơn. Hình Mã Gray cho 16 - PSK. Mã