Kỹ thuật OFDM và thực hiện đồng bộ OFDM trên bo mạch DSP TMS320C6416m DSK

giữa các sóng mang phụ, hệ thong OI DM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như là sự dịch tần frequency offset và dịch thời gian time offset do sai số đồng bộ.Ngày nay kỳ thuật OF

TRƯỜNG Đ A I • HỌC CÔNG NGHÊ é •

NGUYỄN XUÂN QUỲNH

ĐẺ TÀI: KỶ THUẢT OFDM VÀ T H Ụ C HIÊN ĐÒNG BÔ• • • •

OFD\1 TRÊN BO IM ACM DSP TMS320C6416 DSK•

Ngành : Điện tử - Viển (hông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã sổ: 60 52 70

N G Ư Ở H Ư Ớ N G D Ả N K H O A H Ọ C : Tiến sĩ N G Ư Y Ế N V Á N Đ Ứ C

L Y x i O / â ũ 3 4

Hà Nội - 2009 •

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan với nhà trường đề tài của tôi là hoàn toàn do tự nghiên cứu tìm hiểu viết tài liệu và đặc biệt có sự hướng dần tận tình cùa Thầy giáo Nguyền Văn Đức, không sao chép của của bất cử luận văn nào khác

Hà nội n gày tháng năm 2009

Nguyễn Xuân Quỳnh

Trong hoàn cảnh hiện nay nền khoa học công nohệ ngày càng phát triển, thông tin đóna, vai trò rất quan trọng Mọi tồ chức, cá nhân luôn cần đến thông tin và nó như là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hiện nay Có rất nhiều phương thức để truyền thông tin như các kênh vô tuyến, hữu tuyến, vệ tinh 01 DM hiện là phương pháp điều chế phố biến trong truyền thông số băng rộng kể cà vô tuyến và hữu tuyến, chẳng hạn WÍMAX và ADSL Một số ứng dụng sứ dụng OFDM là truyền hình sổ, phát thanh quảng bá mạng khônt» dây, và truy nhập internet băng rộng Trong hệ thống OFDM thì kỹ thuật đồng bộ rất quan trọng, có khá nhiều giải pháp đề giải quyết vấn đề này, trong đó xử lý đồng bộ OFDM trên DSP khá hiệu quá Với kỳ thuật DSP có thể thực hiện được rất nhiều các ứng dụng khác nhau Đây là phương pháp xử lý sổ tín hiệu, trong đó tùy theo các yêu cầu cụ thể mà ta sẽ phai thực hiện bàng các chương trình nạp cho hệ thống

đề xứ lý Ưu điểm của phương pháp này là chỉ xử lý bằng phần mềm dựa trên các bo mạch DSP chuyên dụng mà ta cần

Trên những điều kiện đó mà em chọn đề tài là “ Kỹ thuật OFDM và xử lýđồng bộ OFDM trên bo mạch DSP TMS320C6416 D SK ”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Đức người đà tận

tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài này Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua.Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - nhừng người dã giúp đờ động viên tôi trong quá trình học tập

Hà nội 5/2009 Học viên

Nguyễn Xuân Quỳnh

MỤC LỤC ế •

Chương 1 LÝ TI ỈUYÉT KỲ THUẬT OF D M 1

1.1 Giới thiệu về kỹ thuật điểu chế O F D M 1

ỉ 2 Những nguyên lý cơ b à n 2

1.2.1 Sự trực giao của hai tín h iệ u 2

1.2.2 Điều chế O F D M 2

1.2.3 Thực hiện bộ điều chế OFDM bàng biến đôi ID F T 4

1.2.4 Giải điều chế OF D M 5

1.2.5 Thực hiện bộ giải điều chế bang phép biển đôi D F T 6

1.3 Kết luận 7

Chương 2 CÁC VÀN ĐÈ KỲ THUẬT TRONG H Ệ THỐ N G O FDM 9

2.1 Hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thật O F D M 9

2.1.1 Sơ đồ khối chức n ă n g 9

2.1.2 Chuồi bảo v ệ 10

2.1.3 Khôi phục kênh truyền và cân bang k ê n h 12

2.2 Hệ thống thu phát OFDM s ố 14

2.2.1 Mô hình hệ thống xử lý tín h iệu 14

2.2.2 Mô hình hệ thống thu phát O F D M 17

2.3 Vấn đề dồng bộ và các giài p h áp 18

2.3.1 Đồng bộ kỳ t ự 19

2.3.1.1 Lỗi thời g i a n 19

2.3.1.2 Nhiễu pha sóng m a n g 21

2.3.2 Đồng bộ tần số lấy m ẫ u 21

2.3.3 Đồng bộ tần sổ sóng m ang 22

2.3.3.1 Lỗi tần s ổ 22

2.3.3.2 Thực hiện ước lượng tần số 23

2.3.4 Ảnh hưởng của sai lỗi đồng bộ đến chì tiêu chất lượne hệ thống OF D M 24

2.4 Kết luận 26

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP ĐÒNG BỘ SỪ DỤN G TIỀN TÓ L Ặ P 27

Chương 4 THỰC' HIỆN ĐỎNG BỘ TRÊN D S P 30

4 1 1 Giới thiệu 30

4 ] 2 Tổng quan về phần cứ n g 30

4.1.3 Khối xử lý trung tâm T M S 3 20C 6416 32

4 ỉ 4 Bộ n h ớ 33

4.1.5 A IC 2 3 34

4.1.6 P C L D 35

4.1.7 Cạc mờ rộng ( daughter c a rd ) 35

4.2 Môi trường làm việc với T M S 320C 6416 36

4.2.1 Giới thiệu 36

4.2.2 Chu trình làm việc với T M S320C 6416 37

4.2.3 Cấu hình hệ thống (Creating a system conÍ1 ju r a ti o n ) 38

4.2.4 Khởi tạo Project m ới 40

4.2.5 Xây dựng và chạy chươniỉ trìn h 41

4.2.6 Lựa chọn câu hình hoạt động Project 44

4.2.7 Thay đổi cấu hình hoạt động Project 44

4.2.8 Add cấu hình hoạt dộng mới cho P ro je c t 44

4.2.9 Thay đồi cấu hình cho D S K 45

4.2.10 Điểm tạm dùng chương trìn h 45

4.2.11 Điểm thăm dò (Probe P o in t) 46

4.2.12 Cửa sổ quan sát hoạt động của chương trình (Watch W indow) 48

4.2.13 Kết lu ậ n 49

4.3 Các kỷ thuật với TM S320C 6416 49

4.3.1 Các mô hình vào r a 49

4.3.1.1 Mô hình vào ra kiểu polling 49

4.3.1.2 Ví dụ T o n e y 51

4.3.1.3 Mô hình vào ra E D M A 55

4.3.2 Giới thiệu về D SP/B IO S 57

4.3.2.1 Thành phần và đặc điểm cua D SP /B IO S 57

4.3.2.2 Chuẩn bị tạo dự án làm việc với D SP/B IO S 60

4.3.2.3 Kỹ thuật vào ra Ping-Pong 61

4.3.2.4 Vận chuyển dữ liệu kiểu Ping-Pong 62

4.3.2.5 Móc nối các cấu hình Ping-Pong 63

4.3.2.6 Luồng điều k h iển 64

4.3.3 Thực hiện vào ra cho hệ thống thừ n g h iệ m 65

4 3 3 1 Cấu hình cho C odec 66

4.3.3.2 Cẩu hình cho E D M A 67

4.3.3.3 Tạo ngăt cứng EDMA/Hvvi 69

4.3.3.4 Tạo ngất mềm ProcessBufferSwi 70

4.3.3.5 Chạy thử nghiệm 71

4.3.4 X ử lý dồng bộ với TM S320C6416 71

4.3.4.1 Các nguyên nhân phải done b ộ 71

4.3.4.2 Mô tà giải p h á p 72

4.3.4.3 Dòng dừ liệu ơ phía thu và phía p h á t 72

4.3.4.4 Code đông bộ thực hiện trên D S P 75

4.4 Kêt q u ả 79

4.5 Kết lu ậ n 84

KÉT L U Ậ N 85

TÀI LIỆU THAM KHẢ O 87

PHỤ LỤC- Một số hàm xử l ý 88

I linh 1.1: Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu điều chế đa sóng mang

O F D M

Hình 1.2: Bộ điều chế O F D M

Hình 1.3: Bộ giải điều chế O F D M

Hình 2.1: Hệ thống vô tuyến sử dụng kỳ thuật O F D M

Hình 2.2: Chuồi bảo v ê

Hình 2.3: Tác dụng loại bỏ ISI của chuồi bao vệ

Hình 2.4: Khôi phục kênh truyền và cân bang k ên h

Hình 2.5: Hệ thống xử lý tín hiệu

Hình 2.6: Xử lý theo frame và thời hạn thời gian t h ự c

Hình 2.7: Tăng hiệu năng đê đạt yêu cẩu thời gian th ự c

Hình 2.8: Mô hình Hệ thống thu phát O F D M

I lình 2.9: Sơ đồ máy thu sử dụng ph ư ơ n g pháp lấy mầu đồng b ộ

ỉ lình 2.10: Sơ đồ máy thu sử dụng phương pháp lấy mẫu không đồng bộ Hình 2.11 Suy hao SNR hệ thống ứng với các lồi đồng bộ khác nhau

Hình 3.1 : Kỹ thuật chèn khoảng thời gian bảo vệ G I

Hình 3.2 Thuật toán đồng bộ dung tiền tố l ặ p

Hình 4.1: Hình ành bo mạch TMS320C6416 D S K

Hình 4.2: Sơ đồ khối của bo m ạ c h

Hình 4.3: Phân vùng bộ nhớ của C 6 4 16

Hình 4.4: Bộ chuyển đổi số - tương tự AIC23

Hình 4.5: Chu trình xâv dựng và phát triển sản phẩm với C C S

Hình 4.6 : Mô hình vào ra kiểu p olling

H hh 4.7: Codec AIC23 và M cB S P s

H hh 4.8: Mô hình vào ra E D M A

H hh 4.8: Tính năng đa kênh cùa E D M A

3

4

6

9

11

11 13 14 16 17 17

22

22 25 28 29 30 31 33 34 37 50 50 55 56

Hình 4.10: TTC với các kênh EDMA khác n h a u 56

Hình 4.11: Các bộ đệm Ping P o n g 62

Hình 4.12: Pini» pong Buffers và Linked Transfer 64

Mình 4.13: Đo thi thực thi các tiến trinh 65

Hình 4.14: Ngất cứng mặc định cùa EL)MA Controller 69

Hình 4.15: c ấ u hình ngắt cứng e d m a 70

I ỉình 4.16 Tạo đối tượng ngất mềm tronu công cụ cấu hình của SP/BIOS 70

Hình 4.17: Sơ đồ chạy thử nghiệm vào r a 71

Hình 4.18: dòng dừ liệu phía p hát 72

Hình 4.19: Dòng dừ liệu phía thu 73

Hình 4.20 : Xác định điểm đầu khung bàne, lấy tương quan tiền tố lặp 74

Hình 4.21 Kết quả thu được sau khi dồng bộ bao g ồ m 74

Hình 4.22 Ket quá lấy tương quan cyclic prefix trên D S P 75

Hình 4.23 Chương trinh phía phát 80

Hình 4.24 Chưcmg trình phía t h u 81

Hình 4.25 Kết quả tại phía t h u 82

I linh 4.26: Sử dụng cứa sổ Watch Window đế quan sát giá trị Ọ A M 83

Bảng 2.1 Suy giám SNR theo lồi đồng b ộ 24 Bảng 4.1 : Các mô đun API của DSP/BIOS 58

Transform

Phép biên đôi F rời rạc

Memory Access

Truy cập trực tiêp bộ nhớ nàng cao

Biên dòi F nhanh

Interference

Nhiễu liên kí hiệu

PSAM Pilot-Signal Assisted

Modulation

Dieu che eo sir dung

mien tan so

CH ƯƠN c; I LÝ THUYÉT KỸ THUẬT OFDM

I I Giói thiệu kv thuât điều chế OFDM

OFD M (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là phươnu pháp

điều chế số đa sóng mang trực giao, nghĩa là sử dụng một số lượníì lớn các sóng mang con trực giao với nhau đề mang dừ liệu O FD M hiện là phươne pháp điều chế phổ biến trong truyền thôntỉ số băng rộng kể cả vô tuyến và hừu tuyến, chăng hạn WiMAX và ADSL Một sổ ứng dụng sừ dụng OFDM là truyền hình số, phát thanh quảng bá, mạng không dày, và truy nhập internet băng rộng

Kỳ thuật điều chế OFDM là một trườne hợp đặc biệt cùa phương pháp điều chế đa sóng man«? trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau Nhờ vậy phô cùa các tín hiệu ờ các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn khôi phục lại được tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổ của tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông thường

Người ta đã chứng minh được rằng phép điều chế OFDM có thể được thực hiện thông qua phép biến đổi ID FT (Inverse D iscrete F o u r ie r T ra n sfo rm ) và phép giải điều chế OFDM cỏ thể được thực hiện bằng phép biến đổi DFT (Discrete

F o u rie r T ra n s fo r m ) Phát minh này cùng với sự phát triển cùa kỳ thuật số làm cho

kỳ thuật điều chế OFDM được ứng dụng ngày càng trở nên rộng rãi Thay vì sử dụng IDFT và DFT người ta có thể sử dụng kỳ thuật biến đổi nhanh IF F T (Inverse

Fast Fourier Transform) cho bộ điều chế OFDM , F F T (Fast Fourier

T r a n s f o r m ) cho bộ giải điều che OFDM

Ngày nay kỳ thuật OFDM còn được kết hợp với các phương pháp mã hoá kênh sử dụng trong thônu tin vô tuyến Các hệ thống này còn được gọi với khái niệm C O F D M (C oded O FD M ) Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi điều chế OFDM sẽ dược mã kênh với các loại mà khác nhau với mục đích chỏng lại các lồi đường truyền Do chất lượng kênh của mồi sóng mang phụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mồi sóng mang với các mức điêu chế khác nhau Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dần sử dụng kỹ thuật

thuật này hiện đã được sừ dụnu trong hệ thống thông tin máy tính băng thông rộng

HiperLAN/2 ớ Châu Âu Trên thế giới hệ thống này được chuấn hoá theo tiêu

chuẩn IEEE.802.1 la

1.2 Nil ừng nguyên lý CO’ hán

Phần này sau khi tóm lược sơ qua về nauyên tắc hoạt động sẽ đi vào trình bày nhừng khái niệm hay nhừníĩ nguyên lý chủ yếu cùa kỹ thuật OFDM

i lệ thôna OFDM là hệ thôníỉ sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia theo tân

sổ trực giao, hoạt động trên nguyên lý phát dữ bàng cách phân chia luồna dữ liệu

thành nhiều luồng song song có tốc độ bit thấp hơn nhiều và sư dụng các luồng con này để điều chế sóng mang với nhiều sóng mang con có tần sổ khác nhau Cũng giống như hệ thống đa sóng mang thông thường, hệ thống OFDM phàn chia giải tần công tác thành các băng tần khác nhau cho điều chế, đặc biệt tần số trung tâm cùa các băng tần con này trực agiao với nhau về m ặt toán học Điều này cho phép phổ tần cùa các băng con chèn lẩn nhau, do đó tăng hiệu qua sừ dụng phồ tần mà không gây nhiều Dưới đây là những nguyên lý chủ yểu của kỹ thuật OFDM

1.2.1 Sự trực giao ciia hai tín hiệu• • r-» *

Vẽ mặt toán học, xét tập các tín hiệu Vị/ với lị/p là phân tử thứ p cùa tập, điêu kiện đe các tín hiệu trong tập trực giao đôi một với nhau là:

1.2.2 Điều chế OFDM

Dựa vào tính trực giao, phổ của tín hiệu của các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau Sự chồng lấn phô tín hiệu này làm hiệu suất sử dụng phổ của toàn bộ

hiện như sau: phổ của sóng mang phụ thứ p được dịch vào một kênh con thứ p

P.T 1-1

thông qua phép nhàn với hàm phức é p'"ỉ, trong đó ú)s= 2/7fs là khoảng cách tản sô

giữa hai sóng mang Thông qua phép nhàn với số phức này mà các sóng mang phụ trực giao với nhau

lan so

IIÌI1 h 1.1: Mật độ phổ năng ỉtrọìiị» của tín hiệu điều chế đa sónị» manỊ> OFDlV1

Ở phươnu trình trẽn ta thấy hai sóníĩ mang phụ p và q trực giao với nhau do tích phân cua một sóng mang với liên hợp phức của sóng mang còn lại bàng 0 nếu chúng là hai sóns» mang khác biệt Trong trượng hợp tích phân với chính nó sẽ cho kết quả là một hàng số Sự trực giao này là nguyên tắc để thực hiện giải điều chế

OFDM.

1.2.3 Thirc hiên bô điều chế OFDM bang biến đổi IDFT• • • ~

sau khi qua bộ điều chế QAM thành tín hiệu phức đa mức {dk „} (xem vị trí sổ 2 trong hình 1-2) Trong đó n là chỉ số sóng mang phụ, i là chỉ sổ cùa khe thời gian tương ứng với N(- mầu tín hiệu phức Sau khi nhân với xung cơ sở, được dịch tàn

và qua bộ tống thì cuối cùng, tín hiệu ở vị trí thứ 3 được biểu diễn như sau:

Trong đó B là toàn bộ bărni tẩn cùa hệ thống Tại thời điểm lấy mầu t = kT + lta,

S ’(t - kT) = So (Xung cơ sớ là xung vuône) Do đó P.T 1-3 được viết lại thành:

Tín hiệu OFDM ớ P.T 1-5 trùng hợp với phép biến đổi IDFT (Inverse Descrete

Fourier Transfrom) Do vậy bộ điều chế OFDM có thề thực hiện dề dàng bàng phép biến đối IDFT Trong trường hợp N|.|.| là luỳ thừa của 2, phép biển đổi IDFT dirợc thay bàng phươnụ pháp 1FFT (Inverse Fast Fourier Transform)

Ưu điếm của phương pháp điều chế trực giao OFDM không chi là sự hiệu quà

về mặt sử dụng băng tần mà còn khả năng loại trừ được nhiều liên tín hiệu ISI

hiệu

1.2.4 Giải điều chế OFDM

Sơ đồ cấu trúc bộ giải điều chế OFDM được mô tả như hình dưới đây Tín hiệu dưa vào bộ giải điều chế là u(t) Các bước thực hiện ờ bộ giải điều chế có chức

- Tách khoảng bào vệ ở mồi mẫu tín hiệu thu

Nhân với hàm số phức elpí,,M (dịch băne tần của tín hiệu ờ mỗi sóng mang về băníi tần gổc như trước khi điều chế)

- Giải điều chế ở các sóng mang phụ

- Chuyến đổi mẫu tín hiệu phức thành dòng bít

- Chuyến đổi dòng bit song song thành dòng bit nối tiếp giống dòng bít đã phát đi

Hỉnh 1.3: Bộ giái điều chế OFDM

1.2.5 Thực hiện bộ giái điều chế bang phép hiến đồi DFT

Bộ giải điều chế OFDM ớ dạng tương tự là bộ tích phân Ớ dạng mạch số, tín hiệu dược lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là ta Mồi mẫu OFDM được chia thành N| ri mẫu tín hiệu:

- ' FFT II=Q

P.T 1-8

của 2 thì ta có thể thực hiện bằng phép biến đồi FFT Như vậy, ta có thê thực hiện già điều chế OFDM bàng biến đổi nhanh FFT

chế OFDM Nguyên lý cơ bản nhất của điều chế OFDM là sự trực giao của hai tín hiệu Theo nauyên lý này, luồng dừ liệu vào sẽ được phân chia thành nhiều luồng

COI Ớ b ộ điều chế, m ồ i luồntỉ con có tố c đ ộ thấp h ơ n nhiều so với luồng d ừ liệu bar đầu và dược mã hoá bàng nhừng phươno pháp điều chế số thông thường chẳng hạr như QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Sau khi nhân với xung cơ sở

mồ luồng tín hiệu con được trộn với các sóng mang con trực giao với nhau Ờ phía giá điều chế dựa trên sự trực giao của các sóng mang con, tín hiệu OFDM sẽ lần lưọt được “chiếu” lên các sóng mang con này để tách được tín hiệu mong muốn

Mgười ta dà chứng mình được rằng cả hai bộ điều chế và giải điều chế OFDM đềi có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi IDFT và DFT Hai phép biến đổi này còn có thể được thực hiện dề dàng thông qua thuật toán biến đổi Fourier nhenh Đó là cơ sờ để thực hiện các bộ điều chế và giải điều chế OFDM bằng phương pháp số

1.3 Kốí luân

OFDM hiện là plurơng pháp điều chế phổ biến trong truyền thông số băng rộng

kể :ả vô tuyến và hữu tuyến OFDM có thể loại bó hoàn toàn nhiễu phân tập đa đường ( ISI) nếu độ dài chuỗi bảo vệ lớn hơn trề truyền dẫn lớn nhất cùa kênh Hệ thống có cấu trúc đơn giản Tuy nhiên OFDM sử dụng chuồi bào vệ tránh được nhiki phàn tập đa đườníí nhưng lại giám đi một phần hiệu suất đường truyền, do bái thân chuồi bảo vệ không mang tin có ích Do yêu cầu về điều kiện trực giao

giữa các sóng mang phụ, hệ thong OI DM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như là sự dịch tần ( frequency offset ) và dịch thời gian ( time offset ) do sai số đồng bộ.

Ngày nay kỳ thuật OF DM đã dược tiêu chuẩn hóa là phương pháp điều chế cho các hệ thống phát thanh số DAB và DRM, truyền hình mặt đất DVB - T, mạng máy tính khônnu dây với tốc độ truyền dẫn cao I liperLAN/2,

CHƯ Ơ N G 2 CÁC VÁN ĐÈ KỸ THUẬT TRO NG HỆ THÓNG OFDM

2.1 Hệ thống vô tuyến sừcỉụng kỹ thuật OFDM

2.1.1 Sơ đồ khối chức năng

9

Mình 2.1: Hệ thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật OFDM

Nguồn hit được điều chế ở băng tần cơ sờ thông qua các phương pháp điều chế

như PSK (Phase Shift Keying), M-QAM (M-ary QAM) Tín hiệu dần đường được

chèn vào mẫu tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua bộ biến đồi 1FFT và chèn chuỗi bảo vệ Luồng tín hiệu số sẽ chuyển thành luồng tín hiệu tương tư qua bộ chuyển đổi số-tương tự trước khi truyền trên kênh vô tuyến qua anten phát Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị anh hưỡntỉ bơi nhiễu pha đinh

vả nhiều trắng

Tín hiệu dần đường là tín hiệu biết trước ở cả phía phát và phía thu, và được phát cùng với tính hiệu có ích với nhiều mục đích khác nhau nhir việc khôi phạc kênh truyền và đồng bộ hệ thổng.

Máy thu thực hiện các chức nànu, ngược lại như đã thực hiện ơ máy phát Tuy nhiên để khôi phục được tín hiệu phát thì hàm truyền của kènli vô tuvến cũng phải được khôi phục Việc thực hiện khôi phục hàm truyền cùa kênh vô tuyến được thực hiện thông qua mầu tin dẫn đườmỉ nhận được ở phía thu Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia thành hai luồng tín hiệu Luồng tín hiệu thứ nhất là luồníí tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh Luồng tín hiệu thứ hai

là mẫu tin dẫn đườnti được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền Kênh truyền sau khi được khôi phục cùng sẽ được đưa vào bộ cân bàng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu

2.1.2 Chuỗi bảo vệ

Tốc độ symbol (symbol rate) của tín hiệu O FD M thấp hơn nhiều so với việc truyền đơn sóng mang Luồng dừ liệu ờ ngõ vào được chia thành N luồng dừ liệu song song để phát đi, kết quả là tốc độ symbol của tín hiệu O FD M giảm đi N lần so với tốc độ truyền đơn sóng mang, do đó nó làm giảm được nhiễu liên tín hiệu ISI (InterSymbol Interference) sinh ra bời truyền đa đường

Hiệu ứng ISI trên tín hiệu OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn bằng cách cộng thêm chuồi bảo vệ trước mồi symbol Chuồi bảo vệ này được chọn sao cho lớn hơn trài trề cực đại tronR môi trường để cho các thành phần đa đường cùa symbol trước khỏnsì thể giao thoa với symbol hiện tại Chuồi bảo vệ được tạo ra bàng cách sao chép một số mẫu phía cuối của mồi symbol OFDM và đưa lên đầu Do cách tạo ra

như vậy nên chuồi bảo vệ còn được gọi là cyclic prefix (tiền tổ lặp).

Hình 2.2: Chuỗi báo vê

vệ, và Tn I là kích thước của IFFT được sử dụng để phát tín hiệu OFDM

U - Direct

►r* -Delay

i r = r =

Sampling

Hình 2.3: Tác (lụng loại bò ISI của chuỗi bao vệ

Như trên hình trên, ta có thế thấy ràne nếu trải trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ sẽ khôna cỏ hiện tượng giao thoa giừa symbol trước và symbol hiện tại, do đó sẽ không gây ra ISI

2.1.3 Khôi phục kênh truyền và cân bang kênh

ư ớ c lượng tham số kênh, bao gồm hàm truyền đạt của các kênh nhánh và thời gian để thực hiện giải điều chế liên kết bên thu Để ước lượng tham số kênh, có thề

sứ dụng tín hiệu dần đưòrm (pilot) hoặc khôníí sử dụng tín hiệu dần đường

Phương pháp phố biến hiện nay là sử đụng, tín hiệu pilot (Pilot-Signal Assisted Modulation- PSAM) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot ní>uyèn thuỷ sẽ cho biết anh hưởng cửa các kênh truyền dần đến tín hiệu phát.Phương pháp sử dụng pilot ban đầu được sư dụng cho các hệ thống có áp dụng

kỳ thuật điều chế-mã hoá (Trellis Coded-Modulation - TCM) Sau đó, phươniỊ pháp này được phát triển đê áp dụng cho các kỳ thuật khác như QAM, PSK không mà hoá, K.ết luận quan trọng được rút ra từ các nghiên cứu này là việc thực hiện PSAM để ước lượng kênh sẽ giúp hệ thống đạt được chỉ tiêu tốt hơn so với nếu không sử dünn ước lượne kênh Một kết luận khác là nếu thiết kế bộ ước lượng kênh đề sừ dụng cho trường hợp độ dịch tần Doppler lớn nhất, bộ ước lượng này sê hoạt động tốt với độ dịch tần Doppler thực tế nhò hơn giá trị lớn nhất này Ne,ười ta chửni* minh được yêu cầu về khoảng cách thời gian giữa hai ký tự pilot là :

nhiều, hạn chế tổn hao về năng lượnu và băng thông khi sừ dụng tín hiệu này Với

hệ thổne sư dụnt> OFDM, việc lựa chọn pilot có thể thực hiện trên giản đồ thời gian-tần sổ, vì vậy khá năns, lựa chọn cao hơn so với hệ thống một sóng mang truyền thốn^ Hiện nay, tài liệu tham khao về vấn dề này còn khá hiếm Các phàn tích và kết quả cho thấy anh hưởng mạnh của việc lựa chọn tín hiệu pilot đến chỉ tiêu hệ thống

Thiết kế bộ ước lượng kênh nhầm mục đích giảm độ phức tạp thiết bị trong khi vần đảm bảo được độ chính xác yêu cầu Yêu cầu về tốc độ thôntì tin cao (tức

là thời gian xử lý giảm, độ phức tạp của thiết bị phải giâm) và yêu cầu về chỉ tiêu

hệ thống là hai yêu cầu imược nhau Ví dụ, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lý bình phương lồi nhỏ nhất MSE (Mean-Squared Error)) là bộ lọc Wiener hai chiều (2-D) có chỉ tiêu kỳ thuật rất cao nhưng cũng rất phức tạp Vì vậy, thiết kế phải đưa ra các giải pháp để dung hoà hai yêu cầu trên Giải pháp thường được sư dụng gần đây là sử dụne hai bộ lọc một chiều (1-D) Bộ lọc thứ nhất thực hiện theo tần sổ và bộ lọc thứ hai thực hiện theo thời aian Với phương pháp này, đáp ứng xung sẽ bị hạn chế bởi các thành phần tương ứng với tích ngoài của hai bộ lọc nên tính tối ưu sẽ giảm xuống Bù lại, độ phức tạp của việc thực hiện giảm đi đáng kể Giải pháp thử hai là sử dụng các phép biến đổi sao cho năng lượng chi tập trung tại một vài vị trí nên độ phức tạp của thiết bị ước lượng kênh cũng giảm di Neoài ra cùng có thể sử dụng kết hợp các giải pháp với nhau

Đây là chức năng được thực hiện ờ phía thu nhàm ước lượng hệ sổ truyền đạt

điều chỉnh dạng của tín hiệu thu

13

Hình 2.4: Khôi phục kênh truyên và cân băng kênh

Ước lượng kênh có hai loại là dạng khối và dạny, lirợc Dạng khối được sừ dụng trong trường hợp kênh pha đinh chậm Còn ước krựng kênh pilot dạng lược dược đưa ra cho cân bàng khi kênh thay đổi nhanh Ước lượng kênh pilot dạntí, lược bao gồm giài thuật để ước lượng kênh tại tần so pilot và nội suy kênh

Nội suy kênh với ước lượng dạng lược có thê dựa vào: nội suy tuyến tính, nội suy bậc hai, nội suy low-pass, nội suy bậc ba, nội suy spline cubic, nội suy miền thời gian Trong đó cách nội suy tuyến tính có thể dược thực hiện khá đơn giàn.

2.2 Hệ thong thu phát OFDM số

Hệ thống thu phát OFDM trong đề tài nàv được thực hiện bằng con dường số, tức là bản thân nó cũng là một hệ thống xử lý tín hiệu số Để thực hiện một hệ thốníi xử lý tín hiệu sổ có thể thực hiện bàng phần cứng và bàng phần mềm Thực hiện bàng phần cứng nghía là hệ thống được thực hiện bới các phần tử cơ bán như

bộ trễ, bộ cộng, bộ nhàn với hằng số Trong phạm vi cùa đồ án náy sẽ trình bày cách thực hiện bằng phần mềm một hệ thống thu phát OFDM nói riêng và hệ thống

xử lý tín hiệu sổ nói chung

Trước hết phần này nhắc lại mô hình của một hệ thống xử lý tín hiệu số rồi sau

đỏ nêu lên một số vẩn đề khi thực hiện bàng phần mềm

2.2.ĩ Mô hình hệ thống xử iý (ín hiệu

Hình 2.5: Hệ thống xử lý tín hiệu

Đầu vào tương tự sau khi được lấy mẫu bởi bộ chuyển đổi tương tự số (Analog

to Digital Converter) sẽ được đưa vào hệ thống x ử lý tín hiệu sổ (Disital Signal Processi nu system) Đầu ra cua hệ thổng xử lý tín hiệu số sè được bộ chuyển đổi số tượne tự chuyển thành tín hiệu ra tương tự (analog output) Các thảnh phần của hệ thống bao gồm:

- Bộ chuyển đổi tương tự sổ (A/D)

Đơn vị xứ lý của hệ thống là các mầu (samples) tín hiệu Tuy nhiên trong mồi chu kv xử lý, hệ thổng có thể xử lý từng n mẫu Trong đó n thường bằng một luỳ thừa cùa 2 như: 1, 2, 4, 8, 16, 32,

Hiện nay các chức năng chuyển đổi tương tự sổ và số tirơng tự được tích hợp trên một con chip Còn hệ thống xứ lý tín hiệu số được thực hiện bằng phần mềm bởi một vi xử lý sổ chuyên dụng Quá trình xử lý dược thực hiện dưới dạng các thuật toán, được lập trinh theo một ngôn ngừ bậc cao chẳng hạn như c Chương trình c sẽ được biên dịch tối ưu thành một chương trình hợp ngừ và được nạp và bộ

xử lý chuyên dụng

Một trong những ưu điểm của việc thực hiện hệ thống xử lý tín hiệu sổ bằng phần mềm là chất lượng ổn định (do chương trình được phát triển một lần và được nạp vào nhiều vi xử lý) Tuy nhiên thực hiện hệ thống xử lý tín hiệu số bàng phần mềm có rất nhiều vấn đề cần giải quyết Một trong những vẩn đề đó là thời hạn thời gian thực (realtime deadline) như trình bày dưới đây

:— “ V — ^

! - F ra m e N + 2 a rriv in g

; - T im e a v a ila b le to ' p ro cess fra m e N

Hình 2.6: Xử lý theo frame và thòi hạn thòi gian thực

Như ờ trẽn đã nói, trong mồi chu kỳ, hệ thống xử lý một frame chứ không nhất thiết là từng mẫu Độ dài của một frame có thể là 1 ,2 , 4, 8, .mẫu Hình vè trên minh hoạ cho trường hợp độ dài của frame là 4 v ấ n đề là trong khoảng thời gian

mà frame tiếp theo (frame thứ N + l ) dang đến thi hệ thống xử lý phải đàm bao xừ lý xong frame hiện tại (frame thứ N) Hay nói cách khác, khoảng thời gian mà một frame được chuyển đển là quĩ thời gian của hệ thống xử lý Nếu thời gian xử lý vượt quá thời gian đó tức là hệ thống không đạt yêu cầu thời gian thực

Dè đạt yêu cầu về thời RĨan thực, một giải pháp cốt lõi là tăng hiệu năna cùa các chức năng xử lý Việc tăng, hiệu năng có nghĩa là giảm thời gian xừ lý, tức là giảm

số chu kỳ lệnh của các chức năng xử lý

IIình 2.7: Tăng hiệu năng đe đạt yêu cầu thòi gian (hục

N hư đã nói, hệ thống thu phát OFDM cùa chúng ta đang thực hiện là một hệ thống xử lý tín hiệu dược thực hiện bàng phần mềm Vì thực hiện bàng phần mềm nên ta cũng cần phải có một qui trình phù hợp Phần tiếp theo sau khi nói về mô hình cùa hệ thống OFDM sẽ đề xuất một qui trình phát triển điển hình

2.2.2 Mô hình hệ thống thu phát OFDM

Hình 2.8: Mô hình Hệ thong thII phát OFDM

Đây là mô hình hệ thống thu phát OFDM Bên phía phát, đầu vào là tín hiệu số được lấy từ nguồn N guồn ở đây cỏ thể dừ liệu là từ máy tính truyền đến, hoặc là

!f ) /\ í H (3 c Q.(J o 0 ^ ^ ( ị

TRUNG TĂM THÔNG TIN THƯ'VIỀN I

được lấy mẫu từ một nguồn tín hiệu tương tự Đầu vào số sẽ được điều chế OFDM qua bộ chuyển đổi số tương tự tạo thành đầu ra tương tự Đầu ra tirưníi tự dược phát đi thỏníi qua dày hoặc đưa lên anten đề phát không dây Tức là kênh truyền của chúng ta có thể là có dây hoặc không dây.

Tại phía thu, đầu vào tươnu tự được lấy mầu bời bộ chuyển dôi tương tự sổ để tạo thành đầu vào của bộ giải điều chế OFDM Đầu ra của giải điều chế OFDM là

dừ liệu sổ có ích Dừ liệu này sau đó có thể được phía nhận hiển thị (hình ánh, âm thanh ) hoặc phục vụ cho quá trình ra quyết định nào đó, hoặc dược lưu trừ lại để phục vụ các xử lý tiếp theo

Để thực hiện thử nghiệm một hệ thống thu phát OFDM tất nhiên ta phải đơn giản hoá đi các chức năng để phù hợp với điều kiện thử nghiệm Phần tiếp theo sẽ đưa ra một sơ đồ khối cùa hệ thống thu phát OFDM thư nghiệm

2.3 Vấn đề đồng bộ và các giiii pháp

Trong hệ thống OFDM, những sóng mang chỉ hoàn toàn trực giao nếu máy

phát và thu sử dựng những tần số hoàn toàn giống nhau Bất cứ sự dịch tần số nào

cũng lập tức gây ra ICI bới vì sóng mang này không còn trực giao nữa Một vấn đề

có liên quan nừa là nhiều pha Một bộ giao động trong thực tế không thê tạo ra một sóng mang ở chinh xác một tấn số, mà thường tạo ra các sóng manu có pha ngẫu nhiên, dẫn đến tần sổ là đạo hàm của pha theo thời gian) không bao giờ là một hàng số vi thế gây ra ICI trong OFDM Ở các hệ thống dơn sóng mang, nhiễu pha

và dịch tấn số thường chi giàm tỷ số S/N ờ máy thu hơn là ^ây ra nhiều Đâv là lý

do tại sao mà nhạy với nhiễu pha và dịch tần sổ là một điểm bất lựoi cúa OFDM so với hệ thổng đơn sóng mang Vì vậy việc đồng bộ ờ máy thu là một vấn đè rất quan trọng trong hệ thống OFDM, nó phải thực hiện được ít nhất 2 nhiệm vụ sau đây:

- Thứ nhất, nó phải tìm ra đâu là đường biên của ký hiệu và khoảng thời giantối ưu đế làm giảm tối đa ảnh hườníỉ cùa ICI và IS1

- Thứ hai, nó phải ước lượng và chỉnh sửa lại độ dịch tần số cùa sóng mang nhận dược để tránh ICI Đổi với những máy thu kết hợp, ngoài tần số, pha của sóng mang cũng cần đuợc đồng bộ

I rons hệ thống OFDM, người ta thường nhấc đến 3 loại đồrm bộ : đồng bộ

ký tự, đồns bộ tần số sóng mang và đồng bộ tần số lấy mầu

Một trong những hạn chế của hệ thống sư dụng OM)M là khả năniỉ dễ bị ảnh hường bởi lồi do đồng bộ, đặc biệt là đồng bộ tần số do làm mất tính trực giao của các sóng mang nhánh Trong hệ thống OFDM, người ta thường xét đến ba loại đồnti bộ: đồng bộ ký tự, đồng bộ tẩn sổ sóng mang và đồng bộ tần số lấy mẫu Phần này sẽ lần lượt điểm qua các loại lồi đông bộ tươniỉ ứng.

2.3.1 Đồng bộ ký tự

Nhiệm vụ của việc đồng bộ ký tự là phải xác định được thời điểm ký tự bắt đầu Đây là một trong những vấn đề được quan tâm nghiên cứu rộng rãi Hiện nay, với việc sử dụng tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix), thực hiện đồng bộ ký tự đã trở nên dề dàn« hơn nhiều

Hai yếu tổ cần được chú ý khi thực hiện đồng bộ ký tự là lồi thời gian và nhiễu pha sóne, mang

2.3.1.1 Lỗi í hò i gian

Lỗi thời gian gây ra sự sai lệch thời gian của thời điểm bắt đầu của ký tự thu được Nếu lỗi thời gian đủ nhỏ sao cho đáp ứng xung của kênh vẫn còn nằm trong thời khoảng của thành phần CP trong tín hiệu OFDM thì nỏ sè không gây ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Trong trường hợp ntìược lại, nếu lồi thời gian lớn hơn thời khoảrm cùa CP, nhiều ISI sẽ xáy ra Khi dó, yêu cầu về đồnc, bộ phải chặt chè hơn

Có hai phương pháp chính để thực hiện đồng bộ thời gian Đó là phương pháp đồng

bộ dựa vào tín hiệu pilot và phương pháp dựa vào CP

- Đông bộ thòi gian dựa trên tín hiệu pilot:

Phương pháp này dược giới thiệu lân đâu vào năm 1993 cho các hệ thống thông tin OFDM/FM, tức là các hệ thống sử dụng OFDM được truyền dưới dạng điều tần Theo đó, máy phát sẽ sư dụng mã hoá một số kênh nhánh với tần số và biên độ biết trước Sau này, kỳ thuật được điều chỉnh đề cỏ thể sư dụng cho truyền dần tín hiệu OFDM điều chế biên độ

19

T huật toán đồng bộ bao gồm ba bước: nhận biết công suất (power detection),

“đồng bộ thô” (coarse synchronization) và “đồng bộ tinh” (fine synchronization)

- Nhiệm vụ của nhận biết công suất là xác định xem tín hiệu truyền có phải là OFDM hay không bàng cách đo công suất thu và so sánh với mức ngường

- Trong bước “ đồng bộ thô”, tín hiệu sẽ được đồrm bộ hước đầu với độ chính xác khá thấp là m ột nửa khoảng thời gian lấy mẫu Mặc dù độ chính xác đồng bộ tronu bước này không cao, song, nó sè làm đơn giản thuật toán dò tìm đông bộ trong bước tiếp theo Để thực hiện “đồng bộ thô”, rmười ta cho tươniĩ quan giữa tín hiệu thu được với bản sao của tín hiệu phát (đã xác định trước) rồi tìm đính tương quan Tần suất ước lượníỉ các điểm tirơna quan phải sấp khoàng 4 lần tốc độ tín hiệu đê đảm báo tính chính xác trong việc ước lượng đinh tưcrm» quan

- ở bước “đồng bộ tinh”, do thời gian đồng bộ chính xác nhỏ hơn 0,5 mẫu tín hiệu nên kế cà ảnh hường của lồi đồng bộ, đáp ứng xunu cùa kênh chắc chẳn nằm trong thời khoang cúa CP (vì thời khoàng CP phải lớn hơn thời khoảng đáp ứng xung ít nhất là 1 mẫu) Vì vậy, lồi pha sóng mang ờ các kênh nhánh chắc chắn là do lồi thời gian gây nên Lồi này có thể được ước lượng bàng cách sừ dụng hồi qui tuyến tính Sau đó, tín hiệu tại các kênh pilot sẽ được cân bàng

- Đong bộ thòi gian dựa trên s ứ dụng CP:

Tổng quan về phương pháp này được trình bày khá đầy đủ trong chương 3 ý tưởng cơ bản là xét hiệu hai mẫu tín hiệu thu cách nhau N bước:

với N là số sóng mang nhánh N cũng bàng sổ điểm lấy mẫu tương ứng với phần có ích của ký tự O F D M (không kể CP) Khi đó:

khoảng cùa cùng một ký tự OFDM, chúng phái là bán sao cùa nhau nên công suất cùa d(m) thấp

trung bình của ký tự OFDM

Neu sứ dụng một “cưa sổ” trượt cỏ độ rộng đúng băng khoảng thời gian cùa CP (tức là điểm cuối của cửa sổ trùng vào điểm bắt đầu của ký tự OFDM) thì khi cửa

sổ này trùng với thành phần CP của ký tự OFDM sè có một cực tiểu về công suất

điểm bắt đầu của ký tự OFDM, đồng bộ thời gian được thực hiện

Dựa trên nguyên lý cơ bán trên còn có cách khác là sứ dụng hàm tương quan của dãy tín hiệu giả ngẫu nhiên (Pseudorandom Noise - PN) và sử dụn^ ước lượng theo xác suất giống nhau lớn nhất (Maximum Likehood - ML)

Ngoài hai giải pháp sử dụng tín hiệu pilot và CP, gần đây, người ta còn dưa ra một số giải pháp đồng bộ khác cho hệ thống O FD M như sử dụng kỳ thuật Fuzzy ,

2.3.1.2 Nhiễu pha sóng mang

Nhiều pha sóng mang là hiện tượng xoay pha cùa các sóng mang do sự khôn«

ốn định cua bộ tạo dao động bèn phát hay bên thu Theo đó, nhiễu pha sóng mang được coi như một quá trình Wiener

2.3.2 Dồng bộ tần số lấy mẫu

Tại bên thu, tín hiệu thu liên tục được lấy mẫu theo đồng hồ máy thu Chênh lệch về nhịp đồng hồ giữa máy phát và máy thu gây ra xoay pha, suy hao thành phần tín hiệu có ích, tạo ra nhiễu xuyên kênh ICI Có hai giải pháp được dưa ra để

xử lý hiện tirợníỉ này Giải pháp thứ nhất sừ dụng thuật toán điều khiển bộ dao động điều chinh bởi điện áp (voltage-controlled oscillator) còn giải pháp kia thực hiện xử

lý số đề đạt được đồng bộ tần sổ lẩy mẫu trong khi giữ cổ định tần số lấy mẫu

Giải pháp thứ nhất, được gọi là phương pháp lấy mẫu đồng bộ -

điện áp (voltage-controlled oscillator)

21

Hình 2.9: So đồ máy thu sử ílụnịĩ phirong pháp lấy mẫu đồng bộ

hiện xứ lý số đè đạt được đồng bộ tần số lấy mẫu trong khi giừ cố định tần số lấv mầu

2.3.1.1 Lỗi tần số

Lồi tần sổ là sự chênh lệch tần sổ gây ra bởi sai khác giữa hai bộ tạo dao động bên phát và bên thu, độ dịch tần Doppler và nhiễu pha do kênh khôrm tuyến tính Hai ảnh hường lồi tần số eây ra là suy giàm biên độ tín hiệu do tín hiệu (cỏ dạng hàm sinc) dược lẩy mầu khônsỉ phái tại đinh và tạo ra nhiễu xuyên kênh ỈCI giữa các kênh nhánh do mât tính trực giao cùa các sóng mang nhánh Đê đảm bảo yêu cầu chất lượng cùa hệ thống, độ bất ồn troníí đồng bộ tần số sórm mang cũa hệ thống phải thấp hom 2%

2.3.1.2 Thực hiện iróc lirợng tần số

Cũng giống như trong đông hộ thời gian, có thể chia các giải pháp đê ước lượng tần số thành hai loại: dựa trên sứ dụnu tín hiệu pilot và sử dụng CP Vì dồrm bộ tần

số là yêu cầu cốt yếu cua hệ thống thông tin đa sóng mang nên dây là một trong nhìrnu vấn đề dược quan tâm nghiên cứu rộng rãi nhất

Trong thuật toán đồng bộ tần sổ dựa vào pilot, m ột số sóng mang được sứ dụng

để truyền dẫn tín hiệu này Tín hiệu pilot thường được chọn là các tín hiệu PN hoặc tín hiệu chip Bằng cách sử dụng một thuật toán thích hợp, bên thu sẽ xác định dược giá trị xoay pha của tín hiệu gây ra bơi sai lệch tần sổ Nếu độ sai lệch tần số nhò hơn một nửa khoáng cách tẩn số giữa hai sóng mang nhánh cạnh nhau, ánh xạ giữa giá trị xoay pha và độ chênh lệch tẩn sổ là ánh xạ 1-1 nên có thế xác định duy nhất độ chênh lệch tần số

Với đồns bộ tần số sử dụng CP, có thể thực hiện thuật toán theo một số hướn« như sau:

+ Tạo ra hàm có đình khi chênh lệch tần sổ bàng 0;

+ Sử dụng bộ ước lượng ML (Maximun Likehood)

Ngoài ra đế tăng thêm độ chính xác của bộ ước lượng tần sổ, người ta còn có thể

sử dụng thèm các bộ khoá pha (Phase Lock Loop - PLL)

Một vấn đề cần chú ý là quan hệ giữa đồng bộ tần số và đồng bộ thời gian Để giảm anh hưởng của mất đồng hộ tần số, cỏ thể giảm số lượng sóng mang nhánh, tăng khoànR cách giữa hai sóng mang cạnh nhau Tuy nhiên, giảm số lượng sons mang sẽ thu nhỏ thời khoảng ký tự trên mồi sóng m ang làm độ nhạy với sai lồi thời gian của hệ thống tăng lên, yêu cầu về đồng bộ thời gian phải chặt chẽ hơn Vì vây, cẩn phải nghiên cửu để dung hoà hai yêu cầu về đồng bộ thời gian và dồng bộ tần

Ạ

SÔ.

2.3.4 Ảnh hiro'ng cua sai lỗi đồng bộ đến chi tiêu chất lượng hệ thống OFDM

Nmrời ta thường đánh giá ảnh hường của sai lồi đồng bộ dựa trên việc xác định

độ suy giảm của tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu SNR Bảng 2.1 dưới đây trình bày các kết quá:

Dựa vào báng 2.1 và đc> thị, có thể dưa ra một số nhận xét sau:

Đồng bộ tẩn số sóng mang giữa máy thu và máy phát ảnh hườníỉ đến chi tiêu chất lượng hệ thống nhiều nhất (cà kênh fading lẫn kênh AWGN) Suy hao SNR [dB] tỉ lệ thuận với bình phương độ sai lệch tần số sóng mang;

Độ rộng của nhiễu pha sóng mang tỉ lệ thuận với số lượng sóng mang Vì vậy, suy hao SNR [dB] theo nhiễu pha tăng lên khi tăng số lượng sóng mang;

Suy hao SNR [dB] theo lồi đồng bộ tần số lấy mẫu phụ thuộc vào bình phưcrng cua chi số sóng m ang và binh phương độ dịch tần số lấy mẫu tươne đối;

ảnh hường của lồi thời gian sẽ bị triệt tiêu nếu độ dịch thời gian đủ nho sao cho nó không làm dáp ứng xung của kênh vượt ra ngoài khoảng thời gian của CP

Bảng 2.1 Suy giảm SNR theo lỗi dồng bộ

Lồi đồng hộ tần số lấy mẫu Ạ/v ' tại

]: chuấn hoá theo khoảng cách tần sổ giữa hai kênh ^ ;

2: chuẩn hoá theo tần số lấy mầu, tính theo ppm;

2.4 Ki*t luân•

Ở chương này trình bày về một số vấn đề kỳ thuật trong hệ thống OFDM, hệ thống thu phát OFDM số: mô hình xử lý tín hiệu, mô hình thu phát OFDM số Một

số phương pháp đồng bộ tronỵ kỹ thuật OFDM Trong đó phương pháp đồng bộ CP

sẽ được nói sâu vào chương sau, đó cùng là giải pháp cho xử lý đồng bộ OFDM trên DSP mà đề tài đã đề cập

Thực chât cùa phương pháp đông bộ thời gian sử dụng tiên tô lặp, là chèn vào các thời điểm ban đầu của các ký hiệu OFDM thứ N một chuỗi báo vệ GI (Guard interval) Chuỗi bào vệ, là một chuồi tín hiệu có độ dài To, lấy ở phía cuối một mầu tín hiệu OFDM có độ dài T i n (hình 3.1) được sao chép lên phần phía trước cùa mẫu tín hiệu OFDM này Trong khoảng thời gian GI nàv máy thu sẽ không xử lý các tia phản xạ (của ký hiệu OFDM trước đó) đến trễ hơn khoảng thời gian cho phép, và như vậy nó cỏ tác dụng chống lại nhiều xuyên tín hiệu 1SI gây ra bời hiệu ứng phân tập đa đường Nguyên tắc này được giải thích như sau:

Đe giái mã tín hiệu OFDM, máy thu phải thực hiện FFT với từng ký tự đề lấy ra được biên độ và pha cùa sóng mang con Với các hệ thống OFDM có tốc độ lấy mầu như nhau cho cả máy phái và thu, thi kích thước FFT phải như nhau cho cả tín hiệu phát và tín hiệu thu nhằm duy trì được tính trực giao giừa các sóng mang con

máy thu sẽ khônR gặp phải bất kỳ sự xê dịch nào về mặt thời gian và vẫn lấy mầu chính xác mà không cần bất kỳ một khoảng ngăn cách nào giừa các ký tự Tuy nhiên, trong thực tế không có kênh truyền nào là lý tưởng, trên mọi kênh truyền luôn luôn có trễ truyền dẫn Dài bào vệ sẽ chuyển đổi các xê dịch về mặt thời gian này thành sự quay pha của các sóng mang con trong tín hiệu thu dược Lượng quay pha này tý lệ với tần số cùa sóng mang con Giả sử lượng thời gian xê dịch là như nhau với các ký tự khác nhau, khi đó lượng di pha do sự xê dịch thời gian de dàng được loại bò bời bước cân bàng kênh truyền Trong môi trường đa đường, dải bào

vệ càng lớn thì ISI càng được loại bó nhiều, lồi do sự xê dịch thời eian cùng được giải quyết

Điều kiện quyết định để đảm bảo cho hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bới IS1 và loại bo lồi xê dịch thời gian là T(ì > Tmav Trong đó: Tmax là trễ truvền dẫn lớn nhất troniì kênh truyền Tuy nhiên, do chuồi báo vệ GI khôrm mang thôna tin có ích

T

nên phô tín hiệu của hệ thông sẽ bị suy giảm đi một hê sô là : 7 = — ——

'in' ‘(I

Hình 3.1 : Kỹ thuật chèn khoảng thòi gian bảo vệ GI.

Dù việc chèn thèm tiền tố lặp CP vào chuỗi ký hiệu OFDM truyền đi có thể làm cho hiệu suất truyền tin bị giảm đi Song với nhừng lợi ích to lớn mà kỹ thuật này mang lại đã làm cho việc sử dụng kỹ thuât này trờ nên rất phổ biến mà trong hệ thống OFDM nào cũng phải sừ dụng Việc nhận dạng khoảng bảo vệ ở phía thu có thế được phân tích như sau : với N là số sóng mang nhánh N cũng bàng số điểm lấy mầu tương ứng với phần có ích của ký tự OFDM (không kể CP) Khi đó: Nếu

r(m) và r(m+N) tương ứng với các mẫu tín hiệu phát nằm trong thời khoảng của

này bàng hai lần công suất trung binh cùa ký tự OFDM

Nếu sừ dụng một “cửa sổ” trượt có độ rộng đúng bằng khoảng thời gian của CP (tức là điểm cuối của cửa sổ trùng vào điểm bắt đầu của ký tự OFDM) thì khi cửa

sô này trùng với thành phần CP của ký tự OFDM sẽ có một cực tiểu về công suất

điểm bắt đẩu của ký tự OFDM, đồng bộ thời gian được thực hiện

T'a sẽ hiểu rõ hơn khi quan sát sơ đồ thuật toán sừ dụng:

29

Hình 3.2 Thuật toán đồng bộ dung tiền tố lặp