Đồ án Hệ thống MULTICODE MULTICARRIER CDMA

ệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục do đó bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. 2.2.4.2. Điều khiển công suất CDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phát chung ở một tần số ở cùng một thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No, trong đó Eb là năng lượng bit còn No là mật độ tạp âm trắng GAUSS cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng khác. Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của người sử dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc. Nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở hệ thống CDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và điều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lương hệ thống sẽ giảm. 2.2.4.3 Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẻ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BTS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. 2.2.4.4 Chuyển giao (handoff) ở CDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong, chuyển giao xảy ra khi trạm di động đang làm các thủ tục thâm nhập mạng hoặc đang có cuộc gọi. Mục đích của chuyển giao là để đảm bảo chất lượng truyền dẫn đường truyền khi một trạm di động rời xa trạm gốc đang phục vụ nó. Khi đó, nó phải chuyển lưu lượng sang một trạm gốc mới hay một kênh mới. Ở CDMA tồn tại hai loại chuyển giao là chuyển giao mềm (Soft Handoff) và chuyển giao cứng (Hard Handoff). Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm (Soft Handoff). Chuyển giao giữa các đoạn ô (Intersector) hay chuyển giao mềm hơn (SofterHandoff). Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMA khác. Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự. Hình 2.12 Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA 2.2.4.5 Giá trị Eb/No thấp và chống lỗi Eb/No là tỷ số năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang trên tạp âm của phương pháp FM tương tự. Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Nói cách khác, thì độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu đối với máy phát nhờ giảm Eb/No. Tổng kết chương Chương này giới thiệu về phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA, phương pháp này cũng được xem như kỹ thuật đa truy cập phổ trải rộng. Các kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong công nghệ CDMA như là : Trải phổ trực tiếp nhận tín hiệu bằng cách điều chế tin tức bằng tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng. Trải phổ nhảy tần là nhảy hoặc chuyển tần số sóng mang trên một tập tần số theo một mẫu xác định bỡi dãy PN. Trải phổ nhảy thời gian thì dữ liệu được phát đi thành từng cụm gồm k bit dữ liệu và thời điểm chính xác để phát mỗi cụm được xác định bỡi dãy PN. Mỗi loại hệ thống trải phổ có ưu và nhược điểm của mình. Việc lựa chọn hệ thống nào để sử dụng phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Bảng 2.1 So sánh các kỹ thuật trải phổ trong CDMA Trải phổ trực tiếp Trải phổ nhảy tần Trải phổ nhảy thời gian - Làm giảm công suất nhiễu bằng cách trải nó trên phổ tần rộng. - Có thể thiết kế với giải điều chế kết hợp hoặc không kết hợp. - Có khả năng chịu đựng tốt các tín hiệu đa tia và các can nhiễu. - Tại thời điểm bất kỳ đã cho các người dung khác nhau các tần số khác nhau vì thế tránh được nhiễu - Dùng giải điều chế không kết hợp vì khó duy trì đồng bộ pha sóng mang do sự thay đổi nhanh của tần số phát. - Tránh nhiễu bằng cách phòng ngừa nhiều hơn một người dung phát cùng thời điểm. Các đặc tính công nghệ CDMA như là điều khiển công suất, chuyển giao, giá trị Eb/No cũng được đề cập đến trong chương này. CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG OFDM 3.1 Giới thiệu Trước tiên để hiểu rõ được hoạt động của OFDM chúng ta phải nói một chút về FDM vì OFDM là một trường hợp đặc biệt của FDM nhưng do giới hạn của đề tài nên chỉ nói sơ lược và các kết luận quan trọng trong FDM mà thôi. FDM (Frequency Division Multiplexing): là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số đa sóng mang, trong FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa những kênh để ngăn ngừa can nhiễu.Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Mặt khác trong hệ thống FDM thì vấn đề đa đường và lựa chọn tần số được giải quyết. Hình 3.1 Ghép kênh FDM. Và để tiết kiệm băng thông người ta đưa vào hệ thống OFDM, trong đó các sóng mang con trực giao với nhau, tức là cho phép các sóng mang con này chồng phổ tăng hiệu quả sử dụng phổ. Hình 3.2 Ghép kênh OFDM và FDM 3.2 Các nguyên lý cơ bản của OFDM. Kỹ thuật điều chế OFDM, về cơ bản, là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế FDM, chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con (hay sóng mang phụ, sub-carrier) trực giao với nhau. Do vậy, phổ tín hiệu của các sóng mang phụ này được phép chồng lấn lên nhau mà phía đầu thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường. Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 3.4 So sánh kỹ thuật sóng mang không trực giao (a) và kỹ thuật sóng mang trực giao (b). Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ nhiễu. Con số này tương ứng với kích thước FFT. 3.2.1 Khái niệm nối tiếp và song song: Trong hệ thống OFDM việc chuyển từ nối tiếp sang song song đã được xem xét kỹ lưỡng để đưa ra khái niệm đường truyền dữ liệu song song. Hình 3.5 Chuỗi dữ liệu nối tiếp sang song song. Nối tiếp: Trong một hệ thống dữ liệu nối tiếp thông thường thì những ký hiệu được truyền một cách tuần tự, như thế phổ của chúng sẽ chiếm toàn bộ băng thông. Khi tốc độ của dữ liệu đủ lớn, thì một vài ký hiệu kế cận nhau có thể gây méo dạng ký tự do ảnh hưởng của fading chọn lọc tần số hoặc kênh đa đường có trải trễ. Song song: Phổ của các thành phần riêng lẻ chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông. Bởi vì chia toàn bộ băng thông thành những băng thông con nhỏ, đáp ứng tần số của các sóng mang con riêng biệt là tương đối bằng phẳng. Một hệ thống truyền dữ liệu song song có thể làm giảm bớt vấn đề đụng độ trong hệ thống truyền nối tiếp. 3.2.2 Giải thích sơ đồ khối của hệ thống OFDM Ở bộ phát, đầu tiên dữ liệu ngõ vào nối tiếp được chuyển đổi thành những luồng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổ nối tiếp sang song song (S/P: Serial to Parallel Convert). Sau đó những symbol được đưa vào bộ IFFT, như chúng ta biết khi chuyển luồng dữ liệu từ nối tiếp sang song song và truyền đồng thời trên mỗi sóng mang con thì ứng với mỗi một dữ liệu song song chúng ta phải có một sóng mang con như thế chúng ta phải có rất nhiều nguồn để tạo ra sóng mang con, như thế chúng ta có bộ IFFT, thuật toán của IFFT sẽ giúp chúng ta tạo ra các sóng mang con tương ứng. Sau đó khoảng bảo vệ được chèn vào nhằm ngăn nhiễu ISI do truyền trên các tuyến di động đa đường. Qua bộ lọc nhằm hạn chế băng tần, loại bỏ thành phần tần số cao đồng thời cũng chuyển tín hiệu từ số sang tương tự (D/A: Digital to Analog Convert) để đưa lên kênh truyền. Hình 3.6 Tín hiệu sau khi qua bộ IFFT Hình 3.7 Tín hiệu trong miền tần số sau khi qua bộ IFFT Hình 3.8 Tín hiệu trong miền thời gian sau khi qua bộ FFT Ở bộ thu, sau khi qua bộ A/D thì tiến hành loại bỏ giải bảo vệ và các symbol được chuyển từ miền thời gian sang miền tần số nhờ dùng thuật toán FFT, tín hiệu tiếp tục qua bộ cân bằng, cuối cùng các dữ liệu song song được lại thành một luồng dữ liệu nối tiếp. 3.3 Nguyên lý điều chế OFDM. Trong công nghệ FDM truyền thống, các sóng mang được lọc ra riêng biệt để bảo đảm không có sự chồng phổ, do đó không có hiện tượng giao thoa ký tự ISI giữa những sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng với hiệu quả cao nhất. Với kỹ thuật OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký tự thì những tín hiệu được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ. Hình 3.9 Phổ của sóng mang con OFDM 3.3.1 Sự trực giao (Orthogonal) Orthogonal chỉ ra rằng có một mối quan hệ chính xác giữa các tần số của các sóng mang trong hệ thống OFDM. Trong hệ thống FDM thông thường, các sóng mang được cách nhau trong một khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thông thường. Trong các máy như vậy, các khoảng bảo vệ cần được dự liệu trước giữa các sóng mang khác nhau. Việc đưa vào các khoảng bảo vệ này làm giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống. Đối với hệ thống đa sóng mang, tính trực giao trong khía cạnh khoảng cách giữa các tín hiệu là không hoàn toàn phụ thuộc, đảm bảo cho các sóng mang được định vị chính xác tại điểm gốc trong phổ điều chế của mỗi sóng mang . Tuy nhiên, có thể sắp xếp các sóng mang trong OFDM sao cho các dải biên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính xác mà không có sự can nhiễu giữa các sóng mang. Để có được kết quả như vậy, các sóng mang phải trực giao về mặt toán học. Máy thu hoạt động gồm các bộ giải điều chế, dịch tần mỗi sóng mang xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu kỳ của symbol để phục hồi dữ liệu gốc. Nếu mọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích phân của sóng mang này (trong một chu kỳ t, kết quả tính tích phân các sóng mang khác sẽ là zero. Do đó, các sóng mang độc lập tuyến tính với nhau (trực giao) nếu khoảng cách giữa các sóng là bội số của 1/t. Bất kỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi sự can nhiễu của các sóng mang ICI cũng làm mất đi tính trực giao. Hình 3.10 Trực giao của sóng mang con trong miền thời gian và miền tần số Phần đầu của tín hiệu để nhận biết tính tuần hoàn của dạng sóng, nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên ký tư (ISI). Do đó, phần này có thể được lặp lại, gọi là tiền tố lặp (CP: Cycle Prefix). Do tính trực giao, các sóng mang con không bị xuyên nhiễu bởi các sóng mang con khác. Thêm vào đó, nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên FFT và IFFT nên hệ thống OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng việc lọc dải thông mà bằng việc xử lý băng tần gốc. 3.4 Mô tả toán học của OFDM 3.4.1 IFFT và FFT IDFT và DFT là thành phần có tính quyết định thực thi trong hệ thống OFDM. IDFT: (3.1) DFT: (3.2) IFFT và FFT là thực toán biến đổi nhanh của IDFT và DFT nhằm giảm bớt thời gian tính toán và tăng hiệu quả cao. Theo chuẩn của IEE 802.11a thì chiều dài của IFFT và FFT là N=64. 3.4.2 Trực giao trong OFDM Trong miền thời gian Trong miền tần số (3.3) (3.4) Hai điều kiện phải được xem xét trong trực giao giữa các sóng mang con trong hệ thống OFDM là: Mỗi một sóng mang con là một số nguyên của chu kỳ trong khoảng FFT. Chu kỳ giữa các sóng mang con lân cận phân biệt bởi một số cụ thể. 3.4.3 Tìm hiểu GI Chiều dài ký hiệu OFDM: Hình 3.11 Chiều dài một ký hiệu OFDM (3.5) Trong đó: : Chiều dài ký hiệu. : Chiều dài khoảng bảo vệ. Trong hệ thống OFDM có hai nguồn nhiễu mà chúng ta có thể phân biệt như sau: ISI (Intersymbol interference): nhiễu xuyên ký tự, được định nghĩa là xuyên giữa các tín hiệu trong các sóng mang con giống nhau trong một frame lân cận của FFT và nó tách biệt trong miền thời gian bằng khoảng thời gian T. ICI (Inter-carrier interference): là nhiễu xuyên giữa các sóng mang con kế cận hoặc dải tần số của frame giống nhau trong FFT. Do có truyền lan đa đường, tín hiệu tại điểm thu sẽ thể hiện có trải trễ. Do vậy các phiên bản của symbol đi theo nhiều tia khác nhau sẽ lấn lên nhau về mặt thời gian tại điểm thu, gây nên cái gọi là ISI (InterSymbol Interference). Để khắc phục, người ta sử dụng khoảng bảo vệ GI hay GP (Guard Interval/Guard Period). GI phải được chọn lớn hơn lượng trải trễ có thể chịu đựng được (là khoảng thời gian mà các tín hiệu bị trễ quá thời gian đó sẽ có năng lượng đủ nhỏ để không gây nhiễu một cách đáng kể tới việc thu). Nếu trong GI không truyền cái gì thì tín hiệu phát đi sẽ bị gián đoạn trong các GI, điều này làm phổ tín hiệu tại điểm thu bị thay đổi, các kênh con (subchannel) sẽ có phổ mở rộng, chồng lấn lên nhau trên miền tần số, làm giảm/mất tính trực giao (orthogonality) giữa các kênh con, gây nhiễu ICI (InterCarrier/Channel Interference) giữa các kênh con (giữa các sóng mang con). Để tránh điều này, người ta sẽ truyền vào GI cái gọi là CP để duy trì tính liên tục của tín hiệu trong suốt các khoảng thời gian của symbol OFDM, nhờ vậy sẽ không có ICI. Hình 3.12 Ảnh hưởng của ICI Để chống lại nhiễu ISI (3.6) : Chiều dài khoảng bảo vệ (GI). : Thời gian trải trể lớn nhất của kênh truyền. Hình 3.13 Chiều dài ký hiệu OFDM có chèn GI Tuy nhiên trong trường hợp này thì ICI vẫn được phát sinh. Giải quyết ICI người ta tăng khoảng cách cho các carrier cách xa nhau (đủ để chúng không gây ảnh hưởng cho nhau) bằng cách thêm khoảng bảo vệ Gaurding Time (GT) vào phía trước. GT được lựa chọn sao cho GT>L, với L là độ trễ tối đa của kênh vô tuyến. Hình 3.14 Các sóng mang con được chèn GI trong miền tần số và thời gian 3.5 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM Trong hệ thống OFDM, tín hiệu đầu vào là ở dạng bit nhi phân. Do đó, điều chế trong OFDM là các quá trình điều chế số và có thể lựa chọn trên yêu cầu hoặc hiệu suất sử dụng băng thông kênh. Dạng điều chế có thể qui định bởi số bit ngõ vào M và số phức dn = an + bn ở ngõ ra. Các kí tự an, bn có thể được chọn là {± 1,±3} cho 16 QAM và {±1} cho QPSK. Bảng 3.1 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM M Dạng điều chế an, bn 2 BPSK 4 QPSK 16 16-QAM , 64 64-QAM ,,, Mô hình điều chế được sử dụng tùy thuộc vào tốc độ truyền, công suất nguồn hay chất lượng kênh truyền. 3.5.1 Điều chế BPSK Trong một hệ thống điều chế BPSK, cặp các tín hiệu s1(t), s2(t) được sử dụng để biểu diễn các kí hiệu cơ số hai là "0" và "1" được định nghĩa như sau [6]: (3.7) (3.8) Hay: (3.9) (3.10) Trong đó, Tb : Độ rộng của 1 bit Eb : Năng lượng của 1 bit θ (t) : Góc pha, thay đổi theo tín hiệu điều chế θ : Góc pha ban đầu có giá trị không đổi từ 0 đến 2π và không ảnh hưởng đến quá trình phân tích nên đặt bằng 0 i = 1 : Tương ứng với symbol 0 i = 2 : Tương ứng với symbol 1 Hình 3.15 Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK Khi tín hiệu điều chế BPSK được truyền qua kênh chịu tác động của nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN), xác suất lỗi bit giải điều chế được xác định theo công thức sau: (3.11) Trong đó, Eb : Năng lượng bit N0 : Mật độ nhiễu trắng cộng 3.5.2 Điều chế QPSK Đây là một trong những phương pháp thông dụng nhất trong truyền dẫn. Công thức cho sóng mang được điều chế PSK 4 mức như sau:[6] (3.12) Với θ pha ban đầu ta cho bằng 0 (3.13) Trong đó, i = 1,2,3,4 tương ứng là các ký tự được phát đi là "00", "01", "11", "10" T = 2.Tb (Tb: Thời gian của một bit, T: Thời gian của một ký tự) E : Năng lượng của tín hiệu phát triển trên một ký tự. Hình 3. 16 Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK 3.5.3 Điều chế QAM Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với nhau tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ loại này và để cho các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhau thì ta được một sơ đồ điều mới gọi là điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM (điều chế biên độ gốc) . Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn pha. Điều chế QAM là có ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số.[6] Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) được xác định như sau: (3.14) Trong đó, E0 : Năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất ai , bi : Cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí bản tin. Tín hiệu sóng mang gồm hai thành phần vuông góc được điều chế bởi một tập hợp bản tin tín hiệu rời rạc. Vì thế có tên là " điều chế tín hiệu vuông góc". Hình 3.17 Chùm tín hiệu M-QAM 3.5.4 Mã Gray Giản đồ IQ (Inphase Quadrature) cho sơ đồ điều chế sẽ chỉ ra vector truyền cho tất cả các liên hợp từ dữ liệu. Mỗi liên hợp từ dữ liệu phải được phân phối một vector IQ duy nhất. Mã Gray là một phương pháp cho sự phân phối này, sao cho các điểm canh 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. Mã Gray có thể được sử dụng cho tất cả các sơ đồ điều chế PSK ( QPSK, 8-PSK, 16-PSK) và QAM(16-QAM,64-QAM,256-QAM...). Bảng 3.2 : Mã Gray Thập phân Nhị phân Mã Gray 0 0000 0000 1 0001 0001 2 0010 0011 3 0011 0010 4 0100 0110 5 0101 0111 6 0110 0101 7 0111 0100 8 1000 1100 9 1001 1101 10 1010 1111 11 1011 1110 12 1100 1010 13 1101 1011 14 1110 1001 15 1111 1000 Hình 3.18 Giản đồ IQ của 16-PSK khi dùng mã Gray. Mỗi vị trí IQ liên tiếp chỉ thay đổi một bit đơn. Hình 3.19: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế sử dụng trong OFDM Tổng kết chương Chương này cho chúng ta hình dung một cách khái quát về kỹ thuật OFDM. Kỹ thuật điều chế OFDM là kỹ thuật chia luồng dữ liệu thành nhiều đường truyền băng hẹp trong vùng tần số sử dụng, trong đó các sóng mang con trực giao với nhau. Sự chồng lấn phổ tín hiệu này làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kĩ thuật điều chế thông thường. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM như BPSK, QPSK và QAM. Kỹ thuật OFDM được áp dụng trong thực tế như là truyền hình số mặt đất, nền tảng cho công nghệ Wimax. Ưu nhược điểm của OFDM Ưu điểm OFDM tăng hiệu suất sử dụng 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 nhiễu symbol (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời gian bảo vệ trước mỗi symbol. Sử dụng việc chèn 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 chức năng phức tạp của OFDM. Các phương pháp điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêu cầu vào bổ sung bộ giám sát kênh. OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timing offsets) hơn so với hệ thống đơn sóng mang. OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với và nhiễu xuyên kênh kết hợp. Nhược điểm Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động lớn. Vì tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PARR cao là một bất lợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động ở miền bão hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM. Nếu tín hiệu OFDM tỷ số PARR lớn hơn thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế. Điều này cũng sẽ tăng độ phức tạp của các bộ biến đổi từ analog sang digital và từ digital sang analog. Việc rút ngắn (clipping) tín hiệu cũng sẽ làm xuất hiện cả méo nhiễu (distortion) trong băng lẫn bức xạ ngoài băng. OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơn các hệ thống đơn sóng mang. Vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang. Tần số offset của sóng mang gây nhiễu cho các sóng mang con trực giao và gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt động của các bộ giải điều chế một cách trầm trọng. Vì vậy, đồng bộ tần số là một trong những nhiệm vụ thiết yếu cần phải đạt trong bộ thu OFDM . CHƯƠNG 4 MULTICARRIER CDMA Multi Carrier Code Division Multiple Access (MC-CDMA) là một khái niệm không còn quá xa lạ trong những năm hiện nay. Nó được phát triển nhằm mục đích tăng cường khả năng truyền trong môi trường đa đường (Multipath chúng ta có nhiều cách tương đương để miêu tả MC-CDMA: MC–CDMA là một hình thức của CDMA hoặc trải phổ, nhưng chúng ta ứng dụng trải phổ trong miền tần số (xa hơn nữa là trong miền thời gian như trải phổ trực tiếp CDMA– DS CDMA). MC-CDMA là một hình thức của ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM), nhưng chúng ta ứng dụng đầu tiên cho hoạt động ma trận trực giao đến các bit người dùng, do đó MC–CDMA thỉnh thoảng cũng được gọi là CDMA –OFDM. Có ba sơ đồ kết hợp của CDMA và OFDM [11]: Hình 4.1 Sự kết hợp giữa CDMA và OFDM MC-CDMA (Multi Carrier CDMA) MC-DS-CDMA (MultiCarrier Direct Squence CDMA) MT-CDMA (MultiTone CDMA) Sự phân biệt này thể hiện ở chỗ thông tin người dùng sẽ được trải phổ trong miền thời gian hay tần số [11]. 4.1 MC–CDMA (Multicarrier CDMA) 4.1.1 Cấu trúc tín hiệu Năm 1993, ý tưởng về hệ thống thông tin MC-CDMA dựa trên sự kết hợp kỹ thuật CDMA và OFDM đã được giới thiệu [11]. MC-CDMA thừa kế tất cả những đặc điểm của CDMA. Nó có tính bền vững với nhiễu đa đường, sử dụng băng thông hiệu quả. Ngoài ra nó còn có những ưu điểm của OFDM đó là chống lại nhiễu liên ký tự, tận dụng được phân tập tần số giảm độ phức tạp của các bộ cân bằng đường truyền do mỗi sóng mang bị ảnh hưởng bởi fading phẳng độc lập. Ngoài ra việc kết hợp OFDM và CDMA có ưu điểm là khoảng symbol dài dễ thực hiện đồng bộ hơn. Hình 4.2 Sơ đồ bộ phát hệ thống MC-CDMA Hình 4.3 Sơ đồ bộ thu hệ thống MC-CDMA Mỗi một chip của ký hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp được ánh xạ lên một sóng mang phụ riêng. Do đó, trong hệ thống MC-CDMA, các chip của dữ liệu trải phổ chuỗi trực tiếp được phát song song trên các sóng mang phụ khác nhau, thay vì phát tuần tự như trong hệ thống DS-CDMA. Hình 4.4 Tín hiệu MC-CDMA cho một user Mỗi bit của user với thời khoảng là sẽ được trải phổ bằng mã của user đó với chu kỳ chip là nên độ lợi xử lý là: (4.1) Tùy theo kiểu điều chế mà có bao nhiêu chip được ánh xạ lên một sóng mang. Nếu kiểu điều chế là BPSK thì mỗi chip sau đó được ánh xạ lên một sóng mang. Còn nếu kiểu điều chế là QPSK thì mỗi symbol dùng để điều chế đa sóng mang sẽ bao gồm 2 chip. Trong sơ đồ hình 4.2, hình 4.3 không có sự hiện diện của khối nối tiếp sang song song .Và số sóng mang của hệ thống chính là độ dài mã trải phổ . Để giảm tốc độ bit của user nhằm chống lại nhiễu đa đường, sơ đồ cải tiến trong đó có thêm bộ nối tiếp sang song song được đưa ra cho MC-CDMA: Hình 4.5 Sơ đồ bộ phát MC-CDMA cải tiến Trước bộ chuyển đổi nối tiếp-song song, chu kỳ bit là , sau bộ này thì chu kỳ bit bằng . Hệ thống có tốc độ thấp hơn làm tăng khả năng chống nhiễu liên ký tự, đồng thời dễ đồng bộ hơn. Độ lợi xử lý trong hệ thống MC-CDMA cải tiến vẫn như MC-CDMA ban đầu là. Điều này có nghĩa là chu kỳ chip của MC-CDMA cải tiến lớn hơn của MC-CDMA ban đầu để đảm bảo độ lợi xử lý không đổi làm cho việc đồng bộ trong MC-CDMA cải tiến dễ thực hiện hơn. Đồng thời số sóng mang của MC-CDMA cải tiến không bằng độ dài mã trải phổ mà sẽ là P lần độ dài mã trải phổ. Chính điều này gây sự ràng buộc trong việc sử dụng băng thông và mã trải phổ. 4.2 MC –DS –CDMA Tương tự hệ thống MC-CDMA, mỗi bit của user sẽ được trải phổ với mã phân biệt giữa các user. Nhưng khác so với MC-CDMA là các chip sau trải phổ của cùng một bit sẽ mang bởi cùng một sóng mang (trải phổ miền thời gian). Sơ đồ hệ thống cho như hình 4.6, hình 4.7. Hình 4.6 Sơ đồ bộ phát MC-DS-CDMA Hình 4.7 Sơ đồ bộ thu MC-DS-CDMA Hình 4.8 Tín hiệu MC –DS –CDMA cho một user Hệ thống MC-DS-CDMA với một sóng mang phụ sẽ giống hệ thống DS-CDMA. Do đó MC-DS-CDMA gần như bao gồm nhiều hệ thống DS-CDMA hoạt động song song nhưng điểm khác là tần số hoạt động của mỗi hệ thống DS-CDMA sẽ trực giao với nhau. Trong MC-DS-CDMA, xét trước bộ nối tiếp song song, chu kỳ bit là , sau bộ này thì chu kỳ bit bằng . Hệ thống có tốc độ thấp hơn làm tăng khả năng chống nhiễu liên ký tự, đồng thời dễ đồng bộ hơn. Đồng thời trong hệ thống MC-DS-CDMA thì số sóng mang và độ