Nghiên cứu vấn đề ước lượng và cân bằng trong hệ thống OFDM

Do chất lượng kênh độ fading và tì số s/ẩ của mễỉ sóng mang conphụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mễi sóng mang đó vóicác mức điều chế khác nhau, gọi là điều ch

Chương 1: Tìm hiểu về kỹ thuật OFDM

Chương 2: Một số đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDMChương 3: Ước lượng và cân bằng kênh trong hệ thống OFDM

LỜI CAM ĐOAN

iii

Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không sao chép của bất cứ đồ án hay công trình đã có từ trước

Nếu sai với những gì đã cam đoan em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Thắng

I V

MUC LUC

• •

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐÀU 1

CHUƠNG 1: TÌM HIẾU VỀ KỸ THUẬT OFDM 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Lịch sử phát triển 2

1.3 Các nguyên lý cơ bản của OFDM 3

1.4 Nguyên lý giải điều chế OFDM 12

1.4.1 Truyền dẫn phân tập đa đường 12

1.4.2 Nguyên tắc giải điều chế 14

1.4.3 ứng dụng kĩ thuật IFT/FFT trong giải điều chế OFDM 15

1.4.4 Đồng bộ 16

1.5 Ưu nhược điểm của OFDM 16

1.5.1 Ưu điểm 16

1.5.2 Nhược điểm 17

1.6 Các hướng phát triển trong tương lai 17

1.7 Kết luận 18

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN TRONG KỸ THUẬT OFDM 19

2.1 Đ ặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM 19

2.2 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường 20

2.2.1 Trải trễ trong hiện tượng đa đường 21

2.2.2 Phading 22

2.3 Hiệu ứng Doppler 24

2.3.1 Kênh truyền biến đổi nhanh và kênh truyền biến đổi chậm (Fast fading & slow fading channels) do sự trải Doppler gây ra 25

2.3.2 Kênh phụ thuộc thời gian 26

2.4 Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Ricean 26

2.5 Tạp âm trắng Gauss 27

2.6 Kết luận chưong 28

CHƯƠNG 3: ƯỚC LƯỢNG VÀ CÂN BẰNG KÊNH TRONG HỆ THỐNG OFDM 29

3.1 Giới thiệu 29

3.1.1 Khái niệm về Cân bằng 29

3.1.2 Khái niệm về ước lượng kênh 30

3.2 Ước lượng kênh truyền 31

3.2.1 Điều chế ký tự pilot thêm vào (Pilot Symbol Assisted Modulation) 32

3.2.2 Sự sắp xếp các Pilot 33

3.3 Các phương pháp ước lượng 37

3.3.1 Ước lượng theo kiểu sắp xếp pilot dạng khối 37

3.3.3 Ước lượng thích nghi 47

3.4 Cân bằng 48

4.4.1 Bộ cân bằng thích nghi tổng quát 53

3.4.2 Các giải thuật cân bằng thích nghi 57

3.4.3 Các tiêu chuẩn dùng để đánh giá hiệu quả bộ cân bằng 62

3.5 Kết luận chương 63

KẾT LUẬẩ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MUC HÌNH VẼ•

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 3

Hình 1.2 So sánh giữa FDMA và OFDM 4

Hình 1.3 Tín hiệu và phổ OFDM 5

Hìnhh 1.4 Trực giao của hai tín hiệu 6

Hình 1.5 Bộ điều chế OFDM 7

Hình 1.6 Chuỗi bảo vệ GI 9

Hình 1.7 Tác dụng của chuỗi bảo vệ 10

Hình 1.8 Xung cơ bản 11

Hình 1.9 Cấu trúc OFDM trong miền tần số 11

Hình 1.10 Cấu trúc kênh con OFDM 12

Hình 1.11 Cấu trúc lát OFDM 12

Hình 1.12 Mô hình kênh truyền 13

Hình 1.13 Bộ thu tín hiệu OFDM 14

Hình 1.14 Tách chuỗi bảo vệ 14

Hình 2.1 Minh họa phân tập đa đường 20

Hình 2.2 Các hiện tượng xảy ra trong kênh truyền vô tuyến 21

Hình 2.3 (a) Khúc xạ lên, (b) Khúc xạ xuống 22

Hình 2.4 Kênh truyền thay đổi theo thời gian 25

Hình 2.5 Hàm phân bố Rayleigh và Rice 27

Hình 3.1 Kí hiệu OFDM với pilot và OFDM không có pilot 32

Hình 3.2 Yí dụ về việc truyền Pilot liên tục và phân tán ở những vị trí sóng mang biết trước 33

Hình 3.3 Kiểu chèn Pilot dạng khối 34

Hình 3.4 Kiểu chèn Pilot dạng lược 35

Hình 3.5 Sự sắp xếp pilot và mẫu tin có ích ở miền tần số và miền thời gian 35

Hình 3.6 Mối liên hệ giữa hiệu ứng Doppler và trễ kênh truyền trong sự lựa chọn sự sắp xếp các pilot (ở hình trên : CIR là đáp ứng xung của kênh truyền -Channel Impulse Response) 36

Hình 3.7 Thực hiện ước lượng LS 39

Hình 3.8 Thực hiện thuật toán nội suy FIR 41

Hình 3.9 Thực hiện ước lượng LMMSE 44

Hình 3.10 Thực hiện ước lượng 2D đơn giản 46

Hình 3.11 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ cân bằng 48

Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống thông tin sử dụng bộ cân bằng thích ứng ở máy thu 51

Hình 3.13 Sơ đồ bộ cân bằng thích nghi 53

Hình 3.14 Bộ cân bằng tuyến tính cơ bản 55

THUÃT NGỮ VIẾT TẮTTên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

AWGẩ Additive White Gaussian ẩ oise ẩ hiễu Gauss trắng cộng

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân.

C/I Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu.

(I)DFT

(Inverse) Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc (ngược)

ICI Inter Channel Interference ẩ hiễu xuyên kênh

(I)FFT (Inverse) Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh thuận (đảo) ISI Intersymbol Interference ẩ hiễu xuyên ký tự.

LMMSE Least Minimum Mean Squared Lỗi quân phương tối thiểu tuyến

MMSE Minimum Mean Squared Error Lỗi quân phương tối thiểu

OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số

OFDMA Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần

Multiplexing Access số trực giao.

PAPR PeaktoAverage Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công

SẩR Signal to a oise Rate Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.

WLAẩ Wheless Local Area a etwork Mạng không dây cục bộ

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trựcgiao- OFDM được xem là một bài toán tối ưu để giải quyết vấn đề về phading chọnlọc tần số, nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần

Tuy nhiên, do môi trường truyền dẫn vô tuyến rất phức tạp, nên để khôi phụclại tín hiệu OFDM, thì các máy thu cần phải xác định được chất lượng của kênh

Từ đó xây dựng các giải pháp đối phó phù hợp với những bất lợi của kênh truyền

Xuất phát từ những lý do đó, dưới sự hướng dẫn của cô Trịnh Thị Diệp, em

đã chọn để tài tốt nghiệp: ẩ ghiên cứu vấn đề ước lượng và cân bằng trong hệ thốngOFDM

Trong quá trình làm đồ án, do kiến thức chuyên ngành còn có phần hạn chế,nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô vàcác bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 20013

Sinh viên thực hiện :

Vũ Văn ThắngCHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUÂT OFDM

•Thuật ngữ mạng Internet băng rộng ADSL không còn xa lạ gì YỚi ViệtNam, nhưng ít có người biết rằng sự nâng cao tốc độ đường truyền trong hệ thốngADSL chính là nhờ công nghệ OFDM

Bên cạnh việc cung cấp cho dịch vụ ADSL, hiện OFDM đã được ứng rộngrãi ở Việt Nam, các hệ thống thông tin vô tuyến như: mạng truyền hình mặt đất, các

có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông thường

1.2 Lịch sử phát triển

Dù thuật ngữ OFDM mới phổ biến rộng rãi gần đây nhưng kĩ thuật này đã đượcxuất hiện cách nay hơn 40 năm:

• Năm 1966, R.W Chang đã phát minh ra kĩ thuật OFDM ở Mỹ

• Năm 1971, một công trình khoa học của Weisteins và Ebert đã chứngminh rằng phương pháp điều chế và giải điều chế OFDM có thể được thực hiệnthông qua phép biến đổi IDFT (biến đổi Fourier rời rạc ngược) và DFT ( biến đổiFourier rời rạc) Sau đó, cùng với sự phát triển của kĩ thuật số, người ta sử dụngphép biến đổi IFFT và FFT cho bộ điều chế OFDM

• Năm 1999, tập chuẩn IEEE 802.11 phát hành chuẩn 802.lia về hoạt độngcủa OFDM ở băng tần 5GHz uẩ I

ẩ gày nay, kĩ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã hóa kênh sửdụng trong thông tin vô tuyến, gọi là Coded OFDM, nghĩa là tín hiệu trước khi điềuchế sẽ được mã hóa với nhiều loại mã khác nhau để hạn chế các lỗi xảy ra trênkênh truyền Do chất lượng kênh (độ fading và tì số s/ẩ ) của mễỉ sóng mang conphụ là khác nhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mễi sóng mang đó vóicác mức điều chế khác nhau, gọi là điều chế thích nghi (adaptive modulation) hiệnđang được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băng rộng HiperLAầ củaETSI ở Châu Âu.

1.3 Các nguyên lỷ cơ bản của OFDM

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành cácluồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trựcgiao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độthấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống.Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào mộtkhoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ,mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để ưánh nhiễu giữa các sóng mangICI

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế

đa sóng mang chồng phồ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mang chồngphổ, có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đasóng mang chồng phổ, cần thiết phải triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa

là các sống này cần trực giao với nhau

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóngmang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử đụng phổtrong OFDM Ta thấy trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng

kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóngmang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó

Hình 1.2 So sánh giữa FDMA và OFDM Số lượng các sóngmang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ nhiễu Con sốnày tương ứng với kích thước FFT Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16d (2004) xácđịnh 256 sóng mang con tương ứng FFT 256 điểm, hình thành chuẩn FixedWiMAX, với độ rộng kênh cố định.Chuẳn giao tiếp 802.16e (2005) cho phép kích

cỡ FFT từ 512 đến 2048 phù hợp với độ rộng kênh 5MHz đến 20MHz, hình thànhchuẩn Mobile WiMAX (Scalable OFDMA), để duy trì tương đối khoảng thời gian

không đổi của các kí hiệu và khoảng dãn cách giữa các sóng mang vối độ rộngkênh

b) Phổ OFDMHình 1.3 Tín hiệu và phổ OFDM

về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đasóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn vàphát đồng thời trên một số sóng mang được phân bồ một cách trực giao, ẩ hờ thựchiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tănglên Do đỏ, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường(multipath) giảm xuống

1.3.1 Nguyên lý điều chế OFDM

1.3 ỉ 1 Sự trực giao của hai tín hiệu

a) Tín hiệu OFDM

6Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là Si(t) và Sj(t).

Đê đảm bảo tính trực giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mang con

phải thỏa mãn điều kiện sau :

Dấu trong công thức (1.1) chỉ sự liên hợp phức.Ví dụ: nếu tín hiệu là sin(mx)với m = 1,2 thì nó trực giao trong khoảng từ -71 đến 71

Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vector.Theo định nghĩa, hai vectơ được gọi là trực giao với nhau khi chúng vuông góc vởinhau (tạo nhau một góc 90°) và tích của 2 vectơ là bằng 0

= 0 V

Hìnhh 1.4 Trực giao của hai tín hiệu

1.3.1.2 Sơ đồ điều

chế

8

Hình 1.5 Bộ điều chế OFDMGiả sử băng thông hệ thống là B chia thành Nc kênh con, với chỉ số kênh con

vào{a;} chia thành NFFT dòng song song với tốc độ dữ liệu giảm đi Nppx lần thông

qua bộ chia nối tiếp/song song Dòng bit trên mỗi luồng song song { At} lại đượcđiều chế thành mẫu của tín hiệu phức đa mứcD K N , 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 D K N

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 É L ( ° S I làm cáctín hiệu trên các sóng mang trực giao nhau Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở vàdịch tần cộng lại qua bộ tổng và cuối cùng được biểu diễn như sau

m=-L

TÚI hiệu này được gọi là mẫu tín hiệu OFDM thứ k, biễu diễn tổng quát tín hiệu OFDM sẽ là

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 vàphép 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 chếOFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM Điều chế OFDM bằng phươngpháp biến đổi ngược Fourrier nhanh cho phép một số lượng lớn các sóng mang convới độ phức tạp thấp

1.3.1.3 Thực hiện bộ điều chế bằng thuật toán IFFT

Tín hiệu sau bộ giải điều chế OFDM khi chuyển đổi tương tự thành số, luồngtín hiệu trên được lấy mẫu với tần số lấy mẫu

B FPPY FỊỊi'j'

Ở tại thời điểm lấy mẫu t=kT+lta, s

(t-kT) =s0, do vậy (2.3) viết lại :

Tương tự như vậy5 với E J N Ờ ) S Ỉ T A = E F S N P F T = E N F F T

5 (1.6) được viết lại:

1.3.1.4 Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM

ưu điểm của phương pháp điều chế OFDM không chỉ thể hiện ở hiệu quả sửdụng băng thông mà còn có khả năng làm giảm hay loại trừ nhiễu xuyên kí hiệu ISI(Inter Symbol Interference) nhờ sử dụng chuỗi bảo vệ (Guard Interval- GI ) Mộtmẫu tín hiệu có độ dài là Ts, chuỗi bảo vệ tương ứng là một chuỗi tín hiệu có độ dài

TG ở phía sau được sao chép lên phần phía trước của mẫu tín hiệu như hình vẽ sau:

Hình 1.6 Chuỗi bảo vệ GI

Do đó, GI còn được gọi là Cyclic Prefix (CP) Sự sao chép này có tác dụngchống lại nhiễu xuyên kí hiệu ISI do hiệu ứng phân tập đa đường

Nguyên tắc này giải thích như sau: Giả sử máy phát đi một khoảng tín hiệu

có chiều dài là Ts, sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ có chiều dài TG thì tín hiệu này

có chiều dài là T = TS+TG Do hiệu ứng đa đường multipath, tín hiệu này sẽ tới máythu theo nhiều đường khác nhau Trong hình vẽ mô tả trang bên,hình a,tín hiệu theođường thứ nhất không có trễ, các đường thứ hai và thứ ba đều bị trễ một khoảngthời gian so với đường thứ nhất Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng hợp của tất

cả các tuyến, cho thấy kí hiệu đứng trước sẽ chồng lấn vào kí hiệu ngay sau đó, đâychính là hiện tượng ISI.Do trong OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ có độ dài TG sẽ dễdàng loại bỏ hiện tượng này Trong trường hợp TG >T MAX như hình vẽ mô tả thìphần bị chồng lấn ISI nằm trong khoảng của chuỗi bảo vệ, còn thành phần tín hiệu

có ích vẫn an toàn Ở phía máy thu sẽ gạt bỏ chuỗi bảo vệ trước khi gửi tín hiệu đến

bộ giải điều chế OFDM.Do đó, điều kiện cần thiết để cho hệ thống OFDM không bịảnh hưởng bởi ISI là:

TG >T MAXvới TMAX là ưễ truyền dẫn tối đa của

kênh

[ìẠlh

P I

pel ill Pi

í>aih PỈ

chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích nên tăng phổ của tốc độ truyền nên phổtín hiệu sẽ tăng, tiêu tốn băng thông, làm giảm hiệu suất sử dụng băng thông mộtlượng là:

1.3.1.5 Phép nhân với xung cơ bản

Trong đa số các hệ thống vô tuyến, tín hiệu trước khi truyền đi đều đượcnhân vớỉ xung cơ bản Mục đích chính là để giới hạn phổ tín hiệu phát sao cho phùhợp với độ rộng kênh truyền Trong trường hợp độ rộng phổ tín hiệu lớn hơn độrộng kênh truyền thì sẽ gây nhiễu xuyên kênh cho hệ thống khác Trong OFDM, tínhiệu trước khi phát đi được nhân với xung cơ bản có bề rộng đúng bằng bề rộng củamột mẫu tui hiệu OFDM, xung cơ bản thường là xung vuông

sóng mang con sóng mang con sóng mang con

hay xung chữ nhật Sau khi chèn thêm chuỗi bảo vệ thì xung

7.5.7 ố Cấu trúc OFDM

Cấu trúc miền tần số OFDM gồm 3 loại sóng mang con :

- Sóng mang con dữ liệu cho truyền dữ liệu

- Sóng mang con dẫn đường cho mục đích ước lượng và đồng bộ

- Sóng mang con vô dụng ( N U L L ) không để truyền dẫn, được sử dụng cho

các bang bảo vệ và các sóng mang DC

Hình 1.9 Cấu trúc OFDM trong miền tần số Trong một hệ thống OFDM, tài nguyên sin có trong miền thời gian chinh là các symbol OFDM vàtrong miền tần số chính là các sóng mang con Các tài nguyên này được tổ chức

thành các kênh con ( S U B - C H A N N E L ) cấp phát cho người dùng.

sóng mang con dan đường sóng mang con dữ liệu

symbol #1 symbol #2 symbol #3

Cấu trúc kênh con OFDM được phát hoạ ở hình (1.11) Trong kí tự OFDMthứ 1 và thử 3, những sóng mang con bên ngoài của mỗi lát đều là những sóngmang con dẫn đường và có thể ước lượng đáp ứng kênh tại những tần số này bằngvỉệc so sánh với những sóng mang dẫn đường tham chiếu đã biết trước Đáp ứngtần số của hai sóng mang bên trong có thể được ước lượng bằng phép nội suy tuyếntính trong miền tần số Để tính toán đáp ứng tần số của những sóng mang liên kếtvới kí tự OFDM thứ hai, ta có thể nội suy trong miền thời gian từ sự ước lượng cho

kí tự OFDM thứ 1 và thứ 3 1.4 Nguyên lý giảỉ điều chế OFDM L4.LTruyền dẫn phân tập đa đường

Kênh truyền dẫn phân tập đa đường,về mặt toán học, được biểu hiện qua đáp ứng

xung h(x, t) và hàm truyền đạt H(j, t).Đối với đáp ứng xung, biến là trễ

>

h(T,t ) H(joj,t )

Hình 1.12 Mô hình kênh truyền

Trong miền thời gian là tích chập của tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh: u(t) =

m(t)*h(r,í)

0

Hình 1.14 Tách chuỗi bảo vệSau khi tách chuỗi bảo vệ khỏi luồng tín hiệu u(t), luồng tín hiệu nhận được là:

u’(kT s+t)=u(kT+t)

(1.16)

1.4.2.2 Thực hiện giải điều chế bằng thuật toán FFT

Giả thiết một mẫu tin OFDM Ts được chia thành NFFT mẫu tín hiệu, tín hiệuđược lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là ta

A ị N FFT 1 dkj = Ỷ ỵ^u' k (kT s +nt a )e

n=0

Tách sự biểu diễn thành phần mũ thành tích hai thành phần (1.15) được viếtlại dưới dạng:

A Ỷ ^FFT 1 dkj = f ỵù k (kT s + nt a )e- Jì ^e- jì ^

1.4.3 ứng dụng kĩ thuật IFT/FFT trong giải điều chế OFDM

Như đã đề cập trong phần khái niệm về OFDM, ta đã biết OFDM là kỹ thuậtđiều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ rất nhiều sóngmang phụ Đe làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta cần một máy phát sóng sin,một bộ điều chế và một bộ giải điều chế Trong trường hợp số kênh phụ là khá lớnthì cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là không thể thực hiện được Nhằm giảiquyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng để thaythế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng trong mỗikênh phụ FFT/IFFT được xem là một thuật

toán giúp cho việc thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT nhanh

và gọn horn bằng cách giảm số phép nhân phức khi thực hiện phépbiến đổi DFT/IDFT và giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ(inplace)

1.4.4 Đồng bộ

Đồng bộ là một trong những vấn đề đang rất được quan tâm trong kỹ thuậtOFDM bởi nó có ý nghĩa quyết định đến khả năng cải thiện các nhược điểm củaOFDM Chẳng hạn, nếu không đảm bảo sự đồng bộ về tần số sóng mang thì sẽ dẫnđến nguy cơ mất tính trực giao giữa các sóng mang nhánh, khiến hệ thống OFDMmất đi các ưu điểm đặc trưng nhờ sự trực giao này Trong hệ thống OFDM, người taxét đến ba loại đồng bộ khác nhau là : đồng bộ ký tự (symbol synchronization),đồng bộ tần số sóng mang (carrier frequency synchronization), và đồng bộ tần số lấymẫu (sampling frequency synchronization)

1.5 Ưu nhược điểm của OFDM

1.5.1 ưu điểm

Ngoài ưu điểm tiết kiệm băng thông kênh truyền kể trên, OFDM còn có một

số ưu điểm sau đây :

• Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hiện tượng nhiễu xuyên kí hiệu ISI Symbol Interference) do sử dụng CP và giao thoa sóng mang (ICI)

(Inter-• Sử dụng dải tần rất hiệu quả do phép chồng phổ giữa các sóng mang Hạnchế được ảnh hưởng fading và hiệu ứng đa đường bằng cách chia kênh fading chọnlọc tần số thành các kênh fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDMkhác nhau bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng bănghẹp,

• Nếu sử dụng các biện pháp xen rẽ và mã hoá kênh thích họp có thể khắcphục được hiện tượng suy giảm xác suất lỗi trên ký tự do các hiệu ứng chọn lọc tần

số ở kênh gây ra Quá trình cân bằng kênh được thực hiện đơn giản hơn so với việc

sử dụng cân bằng thích nghi trong các hệ thống đơn sóng tần

• Sử dụng kỹ thuật DFT để bổ sung vào các chức năng điều chế và giải điềuchế làm giảm chức năng phức tạp của OFDM

• OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu (sample timingoffsets) horn so với hệ thống đơn sóng mang.

• Các phương pháp điều chế vi sai (differental modulation) giúp tránh yêucầu vào bổ sung bộ giám sát kênh

• OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng

• Cấu trúc máy thu đơn giản

• OFDM chịu đựng tốt nhiễu xung với và nhiễu xuyên kênh kết họp 1.5.2 Nhược điểm

• Việc sử dụng chuỗi bảo vệ giúp giảm hiện tượng ISI do phân tập đa đườngnhưng chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích, chiếm một phần băng thông củađường truyền làm giảm hiệu suất đường truyền

• Hệ thống OFDM sẽ tạo ra các tín hiệu trên nhiều sóng mang, các bộkhuếch đại công suất phát cao cần độ tuyến tính, các bộ khuếch đại công suất thunhiễu thấp đòi hỏi dải động của tín hiệu lớn nên tỷ số công suất đỉnh trên công suấttrung bình (PAPR: Peak-to-Average Power Ratio) lớn, tỷ số PAPR cao là một bấtlợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động ở miềnbão hoà để khuếch đại tín hiệu OFDM Nếu tín hiệu OFDM có tỷ số PAPR lớn thì

sẽ gây nên nhiễu xuyên điều chế

• Do yêu cầu về tính trực giao giữa các sóng mang phụ nên hệ thống OFDMkhá nhạy cảm với hiệu ứng Dopler, dịch tan (frequency offset) và dịch thời (timeoffset) do sai số đồng bộ

• Đường bao biên độ của tín hiệu phía phát không bằng phẳng, gây ra méophi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất ở đầu phát và đầu thu

1.6 Các hướng phát triển trong tưong lai

Hiện OFDM là ứng cử viên sáng giá làm phương pháp điều chế sử dụng rộngrãi trong mạng thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.lóa

và hệ thống thông tin di động thứ tư

Trong hệ thống thông tin di động thứ 4, kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các

kỹ thuật khác như MIMO nhằm nâng cao dung lượng kênh vô tuyến và kết họp vớicông nghệ CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy nhập của mạng

Một vài hướng nghiên cứu với mục đich thay đổi phép biến đổi FFT trong bộđiều chế OFDM bằng phép biến đổi Wavelet nhằm cải thiện sự nhạy cảm của hệthống đối với hiệu ứng dịch tần do mất đồng bộ gây ra và giảm độ dài tối thiểu củachuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM

1.7 Kết luận

Trong chương này đã trình bày những vấn đề cơ bản của kỹ thuật điều chếOFDM, những ưu nhược điểm, nguyên lý điều chế, giải điều chế làm nền tảng đểnghiên cứu ở các chương sau

CHƯƠNG 2: MÔT SỐ ĐẢC TÍNH KÊNH TRUYỀN

• •

TRONG KỸ THUÃT OFDM

•Với những tác động của truyền sóng YÔ tuyến đến hệ thống truyền dẫnthông tin số như : suy hao đường truyền, fading phẳng, fading, Doppler, trải trễ, làm giới hạn hiệu quả của truyền thông YÔ tuyến Do đó, việc việc thiết lập môhình kênh truyền và xác định các ảnh hưởng bị gây ra trong một kênh truyền cụ thể

là vấn đề rất quan trọng

2.1 Đặc tính chung của kênh truyền tín hiệu OFDM Kênh truyền tín

hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát và máy thu Trongquá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như: nhiễu Gausstrắng cộng (AWGN-Additive White Gaussian Noise), Fading phang, Fading chọnlọc tan so, Fading nhiều tia Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âmbên ngoài (external noise) và nhiễu giao thoa là rất lớn

Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường (multipathenvironment) và chịu ảnh hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần

số Với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băngthông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phụcđược ảnh hưởng của Fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là cáckênh Fading không lựa chọn tần số Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuậtOFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của Fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự

và đồng bộ sóng mang

2.2 Kháỉ nỉệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường

Hình 2.1 Minh họa phân tập đa đườngTín hiệu RF truyền qua kênh truyền vô tuyến sẽ lan tỏa trong không gian, vachạm vào các vật cản phân tán rải rác trên đường truyền như xe cộ, nhà cửa, sông,núi gây ra các hiện tượng sau đây:

• Phản xạ (reflection): khi sóng đập vào các bề mặt bằng phẳng

• Tán xạ (scaterring): khi sóng đập vào các vật có bề mặt không bằngphẳng và các vật này có chiều dài so sánh được với chiều dài bước sóng

• Nhiễu xạ (diffraction): khi sóng va chạm với các vật có kích thước lánhơn nhiều chiều dài bước sóng

Hình 2.2 Các hiện tượng xảy ra trong kênh truyền vô tuyến

Khỉ sóng va chạm vào các vật cản sẽ tạo ra vô số bản sao tín hiệu, một sốbản sao này sẽ tới được máy thu Do các bản sao này phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trêncác vật khác nhau và theo các đường dàỉ ngắn khác nhau nên:

• Thời điểm các bản sao này tới máy thu cũng khác nhau, tức là độ trễ phagiữa các thành phần này là khác nhau

• Các bản sao sẽ suy hao khác nhau, tức là biên độ giữa các thành phần này

là khác nhau Tín hiệu tại máy thu là tổng của tất cả các bản sao này, tùy thuộc vàobiên độ và pha của các bản sao:

• Tín hiệu thu được tăng cường hay cộng tích cực (constructive addition)khi các bản sao đồng pha

• Tín hiệu thu bị triệt tiêu hay cộng tiêu cực (destructive addỉtion) khi cácbản sao ngược pha

2.2.1 Trải trễ trong hiện tượng đa đường

Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phầnphản xạ Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua mộtkhoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được ưảỉ rộng theo thời gian.Khoảng trải trễ (deỉay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời gian giữatín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng Trong thông tin vôtuyến, trải trễ có thể gây nên nhiêu xuyên kỷ tự nếu nhu hệ thống không có cáchkhắc phục

2,2.2, Phading

Khỉ tía hiệu được truyền từ antea phát đến anten thu, nó sẽ đi theo nhiềuđường khác nhau Các tía này gồm tía đi thẳng LOS (trong viba, còn trong di độngthì không nhất thiết), tía khúc xạ từ khí quyển, tỉa phản xạ từ các vật chắn trênđường đi Kết quả tín hiệu tại anten thu là tổng hợp của các tín hiệu này, nếu maymắn thì các tín hiệu này đồng pha và cường độ tín hiệu được tăng cường Nhưngnếu các tín hiệu này triệt tiêu lẫn nhau làm cường độ tín hiệu tại anten thu giảmnghiêm trọng (ngang mức nhiễu) đó chính là hiện tượng phading

Phadỉng là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần tại anten thu do

có sự thay đổi không đồng đều về chỉ số khúc xạ của khí quyển, các phản xạ củađất, các vật cản và nước ưên đường truyền sóng vô tuyến đi qua

2.2.2.1 Phadingphẳng

Phadỉng phẳng (flat phadỉng) xảy ra khỉ băng thông của kênh truyền lớn hơnbăng tần của tín hiệu Do các hệ thống tốc độ thấp có độ rộng băng tần tín hiệu hẹp(hẹp hơn độ rộng kênh truyền) nên chịu ảnh hưởng của flat phading

Phadỉng phẳng là sụ suy giảm đều năng lượng (mức) của sóng mang trênmột dây tần số Phading phẳng có thể là phadỉng do ống dẫn và phadỉng suy hao domưa Thường thì phadỉng phẳng xảy ra do uốn cong của luồng sóng từ BTS tớiMS

(2.

2)

Các tuyến đường thường được thiết kế cho điều kiện khí quyển K=4/3(K

=bán kính hiệu quả của quả đất/bán kính thật của quả đất) Khi điều kiện khí quyểnthay đổi luồng tín hiệu có thể bị uốn cong lên K > 4/3 là khúc xạ lên hoặc bị uốncong xuống K <4/3 là khúc xạ xuống và hậu quả là cường độ tín hiệu thu có thểgiảm đến mức làm cho đường truyền bị gián đoạn Thường thì hay xảy ra trườnghợp luồng sóng tín hiệu bị uốn cong vượt qua khỏi anten thu

Trong trương hợp luồng sóng tín hiệu bị uốn cong nếu chỉ một phần nănglượng tín hiệu có thể phản xạ từ vật cản, phading sẽ là băng rộng so với băng tần tínhiệu (viba) tương đối hẹp Tuy nhiên, nếu mà một phần năng lượng phản xạ từ vậtcản và giao thoa với năng lượng tín hiệu trực tiếp thì phading sẽ là chọn lọc tần số

2.2.2.2 Phading nhanh

Phading nhanh (fast phading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler (sẽ trình bàychi tiết trong phần tiếp theo), nguyên nhân là có sự chuyển động tương đối giữamáy thu và máy phát dẫn đến tần số thu được sẽ bị dịch tần đi một lượng A/ so vớitần số phát tương ứng, ta có được thu được tần số bên thu

2.2.2.3 Phading chậm

Phading chậm (slow phading) là do ảnh hưởng của các vật cản trở trênđường truyền, (YD: tòa nhả cao tầng, ngọn núi, đồi ) làm cho biên độ tín hiệu suygiảm, hay còn gọi là hiệu ứng bóng râm (Shadowing) Tuy nhiên, hiện tượng nàychỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Yì vậy hiệu ứngnày gọi là phading chậm (slowphading)

Như vậy, slow phading và fast phadừig phân biệt nhau ở mức độ biến đổitín hiệu tại anten thu (thời gian liên lạc giữa đầu phát và đầu thu của phading nhanh

là tương đối ngắn còn phading chậm thì ngược lại)

2.2.2.4 Phading chọn lọc tần sổ

Phading lựa chọn tần số (selective phading) xảy ra khi băng tần của tín hiệulớn hơn băng thông của kênh truyền Do đó hệ thống tốc độ vừa và lớn có độ rộngbăng tín hiệu lớn (lớn hơn độ rộng kênh) sẽ chịu nhiều tác động của selectivephading Tác hại lớn nhất của loại phading này là gây nhiễu lên kí tự - ISI.Selective phading tác động lên các tần số khác nhau (trong cùng băng tần của tínhiệu) là khác nhau, do đó việc dự trữ nhu fiat phading là không thể

2.3 Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát vàmáy thu Cụ thể là : khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thìtần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi, khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động

ra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi Bản chất của hiện tượng này là phổ củatần số bị xê dịch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler Sựdịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống Đặc biệt ừongOFDM vấn đề đồng bộ đóng vai trò khá quan trọng Hiệu ứng Doppler còn gây ra

sự phụ thuộc thời gian của kênh vô tuyến (time-variant channel) sẽ được giới thiệu

ở mục sau

Giả thiết góc tới của tuyến k so với hướng chuyển động của máy thu là Ệ K ,

khi đó tần số Doppler tương ứng của tuyến này là :

f =- f

J D, max J 0

2.3.1 Kênh truyền biến đổi nhanh và

kênh truyền biến đổi chậm (Fast fading & slow fading channels) do sự trải Doppler gây ra

Kênh truyền vô tuyến sẽ có đáp ứng tần số không đổi theo thời gian nếu nhưcấu trúc của kênh truyền không đổi theo thời gian Tuy nhiên mọi kênh truyền đềubiến đổi theo thời gian, do các vật thể tạo nên kênh truyền luôn luôn biến đổi, luôn

có vật thể mới xuất hiện và vật thể cũ mất đi, xe cộ luôn thay đổi vận tốc, nhả cửa,công viên, có thể được xây dựng thêm hay bị phá hủy đi, sông, núi, biển có thể mởrộng hoặc bị thu hẹp lại Hình 2.4 cho thấy công suất tín hiệu thu được thay đổitheo thời gian dù tín hiệu phát đi có công suất không đổi tức là kênh truyền đã thayđổi theo thời gian

Hình 2.4 Kênh truyền thay đổi theo thời gian

Khái niệm kênh truyền chọn lọc thời gian hay không chọn lọc thời gian chỉmang tính tương đối, nếu kênh truyền không thay đổi trong khoảng thời gian truyền

một kí tự T S Y M B O L thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền không chọn lọcthời gian (time nonselective fading channel) hay kênh truyền biến đổi chậm (slowfading channel), ngược lại nếu kênh truyền biến đổi trong khoảng thời gianTsymbol , thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền chọn lọc thời gian (timeselective fading channel), hay kênh truyền biến đổi nhanh (fast fading channel).Môi trường trong nhà (indoor) ít thay đổi nên có thể xem là slow fading, môitrường ngoài trời thường xuyên thay đổi nên được xem là fast fading Trong các

cell di động, khi thuê bao MS (mobile staion) di chuyển, sẽliên tục làm thay đổi vị trí giữa MS và trạm gốc BS (base station)theo thời gian, tức là liên tục làm thay đổi địa hình, cấu trúc củakênh truyền theo thời gian.

2.3.2 Kênh phụ thuộc thời gian

Sự dịch chuyển tuomg đối giữa máy phát và máy thu gây ra hiệu ứngDoppler và hiện tượng phụ thuộc vào thời gian của kênh Sự phụ thuộc vào thờigian của đáp ứng xung của kênh vô tuyến được biểu diễn ở phương trình dưới đây:

+1: thời gian tuyệt đối (liên quan đến thời điểm quan sát kênh)

Trong trường hợp kênh truyền dẫn là quá trình dừng thì thời điểm quan sátkênh không đóng vai trò quan trọng

Đáp ứng xung của kênh là phép biểu diễn toán học của kênh ở miền thời gian Biếnđổi Fourier của đáp ứng xung của kênh cho ta hàm truyền đạt của kênh Vậy hàmtruyền đạt là phép biến đổi toán học của kênh ở miền tần số Hàm truyền đạt củakênh do vậy được biểu diễn như sau:

2.4 Kênh truyền Rayleigh và kênh truyền Rỉcean

Tuỳ theo địa hình kênh truyền mà giữa máy phát và máy thu có thể tồn tạihoặc không tồn tại đường truyền thẳng LOS (Light Of Sight, đường LOS là đường

mà ánh sáng có thể truyền trực tiếp từ máy phát tới máy thu mà không bị cản trở).Nêu kênh truyền không tồn tại LOS, bằng thực nghiệm và lý thuyết người ta chứngminh được đường bao tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleight nênkênh truyền được gọi là kênh truyền Rayleigh fading Khi tín hiệu nhận được tạimáy thu chỉ là tổng hợp của các thành phần phản xạ, nhiễu xạ và khúc xạ

Hình 2.5 Hàm phân bố Rayleigh và Rice Nếu kênh truyền tồntại LOS, thì đây là thành phần chỉnh của tín hiệu tại máy thu, các thành phần khôngtruyền thẳng NLOS (Non Light Of Sight) không đóng vai trò quan trọng, tức làkhông có ảnh hưởng quá xấu đến tín hiệu thu, khỉ này đường bao tín hiệu truyềnqua kênh truyền có phân bố Rice nên kênh truyền được gọi là kênh truyền Rỉceanfading 2.5 Tạp âm trắng Gauss

Tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất ưong hệ thống truyền dẫn.Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông và tuântheo phần bố Gaussian Theo phương thức tác động thì nhiễu Gaussian là nhiễucộng nêndạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác động của nhiễuGaussian trắng cộng Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiật của các hạtmang điện gây ra) là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian ưắng cộng tác độngđến kênh truyền dẫn Đặc bỉêt, trong hệ thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rấtlớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thể đuợc coi là nhiễu Gaussianhắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì đặcđiểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng

2.6 Kết luận chương

Chương này đã trình bày một số khái niệm cơ bản và cần thiết về đặc tínhkênh vô tuyến như các loại Fading, hiện tượng hải trễ, Doppler, tạp âm trắng Gausstác động lên kênh truyền vô tuyến nói chung và trong quá trình truyền dẫn tín hiệu

ở kĩ thuật OFDM nói riêng Đe từ đó tìm ra một số biện pháp làm giảm những ảnhhưởng tác động này (vấn đề này được trình bày ở chương sau)

CHƯƠNG III: ƯỚC LƯƠNG VÀ CÂN BẰNG KÊNH

TRONG HÊ THỐNG OFDM3.1 Giới thiệu

Để đối phó với những bất lợi của kênh vô tuyến di động, các hệ thống sử dụng

kỹ thuật OFDM sử dụng hai phương pháp cần bằng và ước lượng kênh

Ước lượng kênh truyền trong hệ thống có dây thì không phức tạp, kênh truyềnđược ước lượng ngay tại thời điểm bắt đầu và kể từ thời gian đó kênh truyền là nhưnhau, do vậy không cần phải liên tục ước lượng kênh truyền Tuy nhiên trong khuônkhổ của luận văn này chỉ đề cập ước lượng kênh truyền trong hệ thống OFDM vôtuyến

Có hai vấn đề chính trong việc thiết kế bộ ước lượng kênh truyền cho hệ thống

vô tuyến, vấn đề thứ nhất liên quan đến việc chọn lựa pilot thông tin sẽ được truyềnnhư thế nào Ký tự pilot cùng với ký tự dữ liệu có thể được truyền trong một số cáchkhác nhau và mỗi cách sẽ cho một hiệu quả khác nhau, vấn đề thứ hai là việc thiết

kế bộ lọc nội suy với hai yêu cầu kèm theo là phải có độ phức tạp thấp và hiệu suấttốt Hai vấn đề này có mối liên hệ với nhau, do vậy hiệu suất của bộ nội suy phụthuộc vào việc Pilot thông tin được truyền đi như thế nào

3.1.1 Khái niệm về Cân bằng

Trong OFDM, mặc dù có thể loại bỏ được nhiễu ISI (do khoảng bảo vệ dàihơn độ trải trễ của kênh truyền đa đường) song chưa triệt để, vẫn còn tồn tại một vàinhiễu liên ký tự gây ra bởi sự chọn lọc tần số của kênh

Đe bù vào sự méo dạng này, OFDM dùng bộ cân bằng kênh truyền one- tap(one-tap channel equalizer) Tại ngõ ra của bộ chuyển đổi FFT ở phía thu, nhữngmẫu được lấy tại mỗi sóng mang con được nhân cho hệ số của bộ cân bằng kênhtruyền tương ứng Hệ số của bộ cân bằng được tính toán dựa trên tiêu chuẩn zero-forcing (ZF) hay tiêu chuẩn cực tiểu trung bình bình phương lỗi (Minimum meansquare error - MMSE) Tiêu chuẩn ZF tác động lên nhiễu liên ký tự bắt buộc chúngphải bằng không tại thời điểm lấy mẫu của mỗi sóng mang Hệ số của một bộ cânbằng one-tap ZF được tính như sau:

Trong đó Hn là đáp ứng tần số kênh truyền trong khoảng băng thông củasóng mang con thứ n.

Tuy nhiên, hạn chế của ZF là nó chỉ cải tiến nhiễu tại sóng mang con thứ nnếu như Hn nhỏ, điều này tương ứng với phổ null (spectral nulls)

3.1.2 Khái niệm về ước lượng kênh

Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàmtruyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bênphát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation)

Để ước lượng kênh, phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫnđường (PSAM-Pilot signal assisted Modulation) Trong phương pháp này, tín hiệupilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước về pha và biên độ Tạibên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho biết ảnhhưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát

Ước lượng kênh có thể được phân tích trong miền thời gian và trong miềntần số Trong miền thời gian thì các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ướclượng Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ướclượng Có hai vấn đề chính được quan tâm khi sử dụng PSAM:

• Vấn đề thứ nhất là lựa chọn tín hiệu pilot: phải đảm bảo yêu cầu chốngnhiễu, hạn chế tổn hao về năng lượng và băng thông khi sử dụng tín hiệu này Với

hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot có thể được thực hiện trên giản đồ thờigian-tần số, vì vậy OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóngmang Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu hệ thống

• Vấn đề thứ hai là việc thiết kế bộ ước lượng kênh : phải giảm được độphức tạp của thiết bị trong khi vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu Yêu cầu vềtốc độ thông tin cao (tức là thời gian xử lý giảm) và các chỉ tiêu hệ thống là hai yêucầu ngược nhau Chẳng hạn, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lýbình phương lỗi nhỏ nhất-MMSE) là bộ lọc Wiener hai chiều (2D-

Wiener filter) có chỉ tiêu kỹ thuật rất cao nhưng cũng rất phức tạp Vì vậy, khi thiết

kế cần phải dung hòa hai yêu cầu trên