Nghiên cứu một số phương pháp thích nghi sử dụng trong OFDM

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁNĐề tài “Nghiên cứu một số phương pháp thích nghi sử dụng trong OFDM” với mục đích tìm hiểu các vấn đề sau:  Tìm hiểu về kỹ thuật OFDM  Ước lượng và cân bằng kênh trong

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Đề tài “Nghiên cứu một số phương pháp thích nghi sử dụng trong OFDM” với mục đích tìm hiểu các vấn đề sau:

 Tìm hiểu về kỹ thuật OFDM

 Ước lượng và cân bằng kênh trong OFDM

 Một số cơ chế thích nghi trong hệ thống OFDM

 Mô phỏng đánh giá hiệu năng BER của của một số cơ chế điều chế thích ứng trong AOFDM

Sinh viên thực hiện

Lâm Trung Thành

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông nói chung và các thầy cô trong khoa Công Nghệ Điện Tử Và Truyền Thông nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho e những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Trịnh Thị Diệp, cô đã tận tình giúp

đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả Đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ

án tốt nghiệp

Sinh viên thực hiện

Lâm Trung Thành

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ án hay công trình đã có từ trước Nếu sai với những gì đã cam đoan tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Lâm Trung Thành

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT OFDM 2

1.1 Một số đặc tính kênh truyền 2

1.1.1 Các đặc tính chung 2

1.1.2 Tạp âm 2

1.1.3 Fading 2

1.1.4 Hiện tượng Doppler 3

1.1.5 Trải trễ trong hiện tượng đa đường 3

1.2 Lịch sử phát triển của OFDM 4

1.3 Hệ thống OFDM 5

1.3.1 Nguyên lý điều chế và giải điều chế 5

1.3.2 Sơ đồ điều chế OFDM sử dụng thuật toán IFFT 7

1.3.3 Sơ đồ giải điều chế OFDM sử dụng thuật toán FFT 9

1.4 Tính trực giao 10

1.5 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) 13

1.6 Các thông số đặc trưng trong hệ thống OFDM 15

1.6.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM 15

1.6.2 Các thông số trong miền thời gian 15

1.6.3 Các thông số trong miền tần số 16

1.7 Thông lượng kênh 16

1.8 Ưu điểm và nhược điểm của OFDM 17

1.9 Ứng dụng của OFDM 19

1.10 Kết luận chương 20

CHƯƠNG 2 ƯỚC LƯỢNG VÀ CÂN BẰNG KÊNH TRONG OFDM 21

2.1 Các khái niệm cơ bản 21

2.1.1 Cân bằng 22

2.1.2 Ước lượng kênh truyền 22

2.2 Ước lượng kênh trong miền tần số 33

2.3 Ước lượng kênh trong miền thời gian 34

2.4 Cân bằng kênh 35

2.4.1 Bộ cân bằng cưỡng ép về không ZF 36

2.4.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE 37

2.5 Kết luận chương 39

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI TRONG HỆ THỐNG OFDM 41 3.1 Cơ chế điều chế thích nghi 41

3.2 Kiến trúc của các hệ thống điều chế thích nghi 41

3.3 Hệ thống AOFDM 42

3.3.1 Ước lượng kênh 42

3.3.2 Chọn các tham số cho quá trình phát kế tiếp 42

3.3.3 Báo hiệu hay tách sóng mù các tham số được sử dụng 42

3.4 Một số cơ chế thích nghi trong OFDM 42

3.4.1 Thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang 43

3.4.2 Thích nghi theo cơ chế chuyển mức điều chế 44

3.4.3 Thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang 45

3.5 Mô phỏng hiệu năng BER của một số cơ chế điều chế thích ứng trong AOFDM 49

3.5.1 Tiến trình mô phỏng 49

3.5.2 Thông số mô phỏng và sự ảnh hưởng của các thông số mô phỏng tới hoạt động của hệ thống 50

3.5.3 Kết quả mô phỏng và đánh giá 53

3.6 Kết luận chương 56

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 59

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý điều chế OFDM 5

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế OFDM 7

Hình 1.3 Điều chế OFDM sử dụng thuật toán IFFT 9

Hình 1.4 Sử dụng thuật toán FFT trong giải điều chế OFDM 10

Hình 1.5 Tính trực giao của hai vectơ vuông góc với nhau 11

Hình 1.6 Tích phân của hai sóng sin khác tần số 11

Hình 1.7 Tích phân của hai sóng sin cùng tần số 12

Hình 1.8 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 5 sóng mang 13

Hình 1.9 Tiền tố lặp (CP) trong OFDM 14

Hình 1.10 Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường 14

Hình 1.11 Cấu trúc tín hiệu OFDM 15

Hình 1.12 Độ rộng băng tần hệ thống và độ rộng băng tần sóng mang con 16

Hình 2.1 Tổng quan một hệ thống OFDM 23

Hình 2.2 Ví dụ về việc truyền pilot liên tục và phân tán ở những vị trí sóng mang biết trước 24

Hình 2.3 Kiểu chèn pilot dạng khối 25

Hình 2.4 Kiểu chèn pilot dạng lược 25

Hình 2.5 Sự sắp xếp pilot và mẫu tin có ích ở miền tần số và miền thời gian 26

Hình 2.6: Mối liên hệ giữa hiệu ứng Doppler và trễ kênh truyền trong sự lựa chọn sự sắp xếp các pilot 26

Hình 2.7 Nội suy SI và nội suy đa thức 31

Hình 2.8 Sơ đồ khối của giải thuật ước lượng kênh truyền dựa trên kiểu sắp xếp pilot dạng lược dùng bộ lọc thông thấp FIR 32

Hình 2.9 Nội suy bằng bộ lọc thông thấp FIR 32

Hình 2.10 Bộ lọc Wiener 33

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn sử dụng bộ cân bằng 35

Hình 2.12 Sơ đồ bộ cân bằng trung bình lỗi bình phương tuyến tính 37

Hình 3.1 Chu trình điều chế thích nghi 41

Hình 3.2 Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi 41

Hình 3.3 Ngưỡng SNR chuyển mức cho cơ chế mức điều chế 45

Hình 3.4 Mô hình thuật toán theo cơ chế chọn lọc sóng mang cho hệ thống truyền dẫn OFDM 48

Hình 3.5 Tiến trình mô phỏng 49

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Điều khiển mức điều chế dựa trên các mức SNR thu 44

Bảng 3.2 Các thông số mô phỏng 50

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

AOFDM Adaptive Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Đa truy nhập phân chia theo tần

số trực giao thích nghi

AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân

CCI Co-channel interference Nhiễu đồng kênh

CINR Carrier to interference plus noise

ratio

Tỷ số sóng mang trên nhiễu và giao thoa

CIR Channel impulse response Đáp ứng xung kênh

DAB Digital Audio Broadcast system Hệ thống phát thanh số

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DSP Digital Signal Processing Xử lí tín hiệu số

DVB Digital Video Broadcast Mạng quảng bá truyền hình số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn

HDTV Hight Definition Television Truyền hình độ phân giải cao

ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu giao thoa giữa các sóng

mang

IFFT Inverse Fast Fourier Trasform Biến đổi Fourier ngược nhanh

ISI Inter Symbol Interference Nhiễu giao thoa liên kí tự

MMSE Maximum Mean Square Error

PSD Power Spectrum Density Mật độ phổ công suất

PSAM Pilot Symbol Assisted Modulation Điều chế được hỗ trợ bởi ký

hiệu hoa tiêu

QAM Quadrature Amplitude Modualtion Điều chế biên độ cầu phương

LỜI MỞ ĐẦU

Tăng dung lượng kênh truyền và nâng cao chất lượng truyền dẫn là những yêu cầu mà các cơ chế thích nghi hiện nay đã đáp ứng được

Mặt khác trong những năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần

số trực giao OFDM được xem như một bài toán nhằm giải quyết vấn đề fading

chọn lọc tần số, nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần bằng cách chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát trên các sóng mang con Trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng OFDM bằng cách làm thay đổi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR của từng sóng mang Xuất phát từ những lý do đó, cùng với sự định hướng của cô giáo

Trịnh Thị Diệp em đã lựa chọn đồ án “Nghiên cứu một số cơ chế điều chế thích nghi trong OFDM” với mục đích đưa ra một số giải pháp cụ thể để nâng cao dung

lượng hệ thống cũng như chất lượng truyền dẫn tín hiệu là: thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang con; thích nghi theo mức điều chế; và thích nghi theo cơ chế chọn lọc sóng mang

Nội dung đồ án được chia thành ba chương như sau:

Chương 1: Tìm hiểu về kĩ thuật OFDM

Chương 2: Ước lượng kênh và cân bằng kênh

Chương 3: Một số cơ chế thích nghi trong OFDM

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

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Lâm Trung Thành

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT OFDM 1.1 Một số đặc tính kênh truyền

1.1.1 Các đặc tính chung

Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như: nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN-Additive White Gaussian Noise), Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia… Với kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài và nhiễu giao thoa là rất lớn, với đặc tính là truyền tín hiệu trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành rất nhiều các băng con đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của Fading lựa chon tần số, các kênh con có thể được coi là các kênh Fading không lựa chọn tần số Với việc sử dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của Fading nhiều tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang

1.1.2 Tạp âm

Tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông và tuân theo phân bố Gaussian Theo phương thức tác động thì nhiễu Gaussian là nhiễu cộng Vậy dạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác động của nhiễu Gaussian trắng cộng Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt mang điện gây ra) là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn Đặc biêt, trong hệ thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng có thể được coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trên từng kênh con riêng lẻ thì đặc điểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng

1.1.3 Fading

Fading 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 của đất và nước trên đường truyền sóng vô tuyến đi qua Một số loại Fading như sau:

 Fading Rayleigh

Fadinh Rayleigh là loại Fading sinh ra do hiện tượng đa đường (Multipath Signal) và xác suất mức tín hiệu thu được suy giảm so với mức tín hiệu phát đi tuân theo phân bố Rayleigh

 Fading chọn lọc tần số và fading phẳng

Băng thông kết hợp: là một phép đo thống kê của dải tần số mà kênh xem như là phẳng Nếu trải trễ thời gian đa đường là D(s) thì băng thông kết hợp Wc(Hz) xấp xỉ bằng:

1.1.4 Hiện tượng Doppler

Doppler được hiểu là sự dịch chuyển tương đối giữa máy phát và máy thu Cụ thể là : khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần

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 Khoảng tần số dịch chuyển trong hiện tượng Doppler tính theo công thức sau :

(1.2)

Trong đó là khoảng tần số dịch chuyển, f0là tần số của nguồn phát, v là vận tốc tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu, c là vận tốc ánh sáng

1.1.5 Trải trễ trong hiện tượng đa đường

Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản xạ Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua một

khoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thời gian Khoảng trải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng Trong thông tin vô tuyến, trải trễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự nếu như hệ thống không có cách khắc phục.

1.2 Lịch sử phát triển của OFDM

Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ Trong những thập kỷ vừa qua nhiều công trình về khoa học kỹ thuật này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thực hiện được bằng phép biến đổi DFT Vào đầu những năm 80, đội ngũ kỹ sư của phòng thí nghiệm CCETT (Centre Commun d'Etudes en Télédiffusion et Télécommunication) dựa vào các lý thuyết Wienstein và Ebert đã đề xuất phương pháp điều chế số rất hiệu quả trong lĩnh vực phát thanh truyền hình số, đó là OFDM (Orthogonal Frequency Divionsion Multiplex) Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được sử dụng ngày càng trở nên rộng rãi Thay vì sử dụng IDFT

và DFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM

Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với các phương pháp mã kênh sử dụng trong thông tin vô tuyến Các hệ thống này còn được gọi với khái niệm là COFDM (Coded OFDM) Trong các hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đường truyền Do chất lượng kênh (độ fading và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm) của mỗi sóng mang phụ là khácnhau, người ta thực hiện điều chế tín hiệu trên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau Hệ thống này mở ra khái niệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệu thích ứng (adaptive modulation technique) Kỹ thuật này hiện đã được sử dụng trong hệ thống thông

tin máy tính băng rộng HiperLAN/2 ở Châu Âu Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE.802.11a.

1.3 Hệ thống OFDM

1.3.1 Nguyên lý điều chế và giải điều chế

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) là một công nghệ điều chế không dây được sử dụng song song với công nghệ CDMA OFDM có một khả năng vượt trội hơn về dung lượng so với các hệ thống CDMA và cung cấp các phương thức truy nhập không dây cho các hệ thống 4G

OFDM là cách điều chế mà cho phép dữ liệu số được truyền qua một kênh radio với chất lượng và độ tin cậy cao, thậm chí khi truyền trong môi trường nhiều đường truyền Hệ thống OFDM truyền dữ liệu bằng cách sử dụng một số lượng lớn các sóng mang băng hẹp Các sóng mang này chiếm các khoảng trống thứ tự tần số

và tạo thành một khối phổ Khoảng cách tần số và thời gian đồng bộ của các sóng mang này được chọn sao cho chúng trực giao với nhau, nghĩa là các sóng mang này không gây nhiễu lẫn nhau mặc dù chúng được xếp chồng nhau ở miền tần số Trong thực tế, dữ liệu số được gửi đi bằng cách dùng rất nhiều sóng mang mà mỗi sóng mang có một tần số khác nhau (ghép kênh phân chia theo tần số) và các sóng mang này trực giao với nhau, do vậy mà còn gọi là ghép kênh phân chia theo tần

số trực giao (OFDM)

a) Nguyên lý điều chế OFDM được thể hiện qua sơ đồ dưới đây:

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý điều chế OFDM

Toàn bộ băng tần của hệ thống B được chia thành kênh con, với chỉ số

của các kênh con là n:

Do vậy:

Đầu vào bộ điều chế là dòng dữ liệu được chia thành dòng dữ liệu

song song với tốc độ dữ liệu giảm đi lần thông qua bộ phân chia nối tiếp/song

song Dòng bit trên mỗi luồng song song lại được điều chế thành mẫu tín

hiệu phức đa mức Trong đó:

pháp điều chế ở băng tần cơ sở thường được sử dụng là M-QAM, QPSK, v.v

Các mẫu tín hiệu lại được nhân với xung cơ sở g(t) mục đích làm

giới hạn phổ tín hiệu của mỗi sóng mang Trường hợp đơn giản nhất của xung cơ

sở là xung vuông Sau khi nhân với xung cơ sở, tín hiệu lại được dịch tần đến kênh con tương ứng thông qua phép nhân với hàm phức Phép phép nhân này làm các tín hiệu trên các sóng mang phụ trực giao với nhau Tín hiệu sau khi nhân với xung cơ sở và dịch tần được cộng lại qua bộ tổng và cuối cùng được biểu diễn như sau:

(1.5)

Tín hiệu này được gọi là mẫu tín hiệu OFDM thứ k Sự biểu diễn tín hiệu OFDM tổng quát sẽ là:

(1.6)

Ở đây tín hiệu là tín hiệu với chỉ số k (chỉ số mẫu tín hiệu

OFDM hay cũng là chỉ số thời gian) chạy tới vô hạn

b) Nguyên lý giải điều chế OFDM được thể hiện qua sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ giải điều chế OFDM được cho ở 1.2, tín hiệu đưa vào bộ giải điều

chế là Với tín hiệu phát như đã xét trong phần điều chế :

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế OFDM

1.3.2 Sơ đồ điều chế OFDM sử dụng thuật toán IFFT

Trước hết ta thấy rằng mẫu tín hiệu OFDM thứ k được biểu diễn bởi phương trình toán học sau:

(1.9)

Khi chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số, luồng tín hiệu trên được lấy mẫu với tần số lấy mẫu:

Trong đó B là toàn bộ bề rộng của băng tần của hệ thống Ở tại thời điểm

(1.11)

Bộ điều chế OFDM có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng phép biến đổi

IDFT Đặc biệt trong trường hợp là bội của 2, phép biến đổi IDFT được thay thế bằng phép biến đổi IFFT Sơ đồ bộ điều chế OFDM sử dụng thuật toán IFFT được thể hiện ở hình dưới đây:

Hình 1.3 Điều chế OFDM sử dụng thuật toán IFFT

1.3.3 Sơ đồ giải điều chế OFDM sử dụng thuật toán FFT

Bộ giải điều chế OFDM ở dạng tương tự là bộ tích phân:

(1.11)

Ở dạng mạch số, tín hiệu được lấy mẫu với chu kỳ lấy mẫu là Giả thiết

một mẫu tin OFDM được chia thành mẫu tín hiệu, khi đó độ rộng của một chu kỳ lấy mẫu là:

Sau khi lấy mẫu, tín hiệu nhận được sẽ trở thành luồng tín hiệu số:

(1.14)

Một sự trùng hợp bất ngờ là biểu thức trên lại chính là phép biểu diễn DFT

với chiều dài Mối liên hệ này được Weinstein và Ebert tìm được năm 1971

Đặc biệt là khi là bội số của cơ số 2, phép thực hiện DFT được thay thế bằng phép biến đổi nhanh FFT

Sơ đồ khối của bộ giải điều chế OFDM thực hiện bằng phép biến đổi nhanh FFT được trình bày như sau:

Hình 1.4 Sử dụng thuật toán FFT trong giải điều chế OFDM

1.4 Tính trực giao

Về mặt toán học, trực giao có nghĩa là các sóng mang được lấy ra từ nhóm

trực chuẩn(Orthogonal basic) có tính chất sau:

(1.15)

Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processing) Nguyên tắc của tính trực giao thường được sử dụng trong phạm vi DSP Trong toán học, số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vectơ Theo đinh nghĩa, hai vectơ được gọi là trực giao nhau với nhau khi chúng vuông góc với nhau (tạo một góc 900) và tích của 2 vectơ là bằng 0

Hình 1.5 Tính trực giao của hai vectơ vuông góc với nhau

Đầu tiên ta chú ý đến hàm số thông thường có gía trị trung bình bằng không Ví dụ giá trị trung bình của hàm sin dưới đây

Nếu cộng bán kỳ dương và bán kỳ âm của dạng sóng sin như dưới đây ta sẽ

có kết quả bằng 0 Quá trình tích phân có thể được xem xét khi tìm ra diện tích dưới dạng đường cong Do đó diện tích của 1 sóng sin có thể được viết như sau:

(1.16)

Nếu chúng ta nhân và cộng (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác nhau thì quá trình này cũng bằng 0

Hình 1.6 Tích phân của hai sóng sin khác tần số

Điều này gọi là tính trực giao của dạng sóng sin Nó cho thấy rằng miễn là hai dạng sóng sin không cùng tần số, thì tích phân của chúng sẽ bằng không Đây

là điểm mấu chốt để hiểu quá trình điều chế OFDM

Nếu hai tích phân cùng tần số thì:

Hình 1.7 Tích phân của hai sóng sin cùng tần số

Nếu hai sóng sin có cùng tần số như nhau thì dạng sóng hợp thành luôn dương, giá trị trung bình của só luôn khác không Điều này rất quan trọng trong quá trình giải điều chế OFDM Các máy thu OFDM biến đổi tín hiệu thu được từ miền tần số nhờ dùng kĩ thuật xử lý tín hiệu số FFT

Việc giải điều chế chặt chẽ được thực hiện kế tiếp trong miền tần số (digital

domain) bằng cách nhân một sóng mang được tạo ra trong máy thu đơn với một sóng mang được tạo ra trong máy thu có cùng chính xác tần số và pha Sau đó thực hiện tích phân tất cả các sóng mang về không ngoại trừ sóng mang được nhân Sau

đó dịch lên trục x, tiến hành tách ra hiệu quả, và xác định được giá trị symbol của

nó Toàn bộ quá trình này được thực hiện nhanh chóng cho mỗi sóng mang, đến khi tất cả các sóng mang được giải điều chế

 Tính trực giao trong miền tần số

Để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM ta tiến hành phân tích phổ của hàm sin(x)/x

Nhận thấy mỗi sóng mang gồm một đỉnh tại tần số trung tâm và một số điểm không cách nhau bằng khoảng cách giữa các sóng mang Hiện tượng trực giao được thể hiện là đỉnh của mỗi sóng mang trùng với điểm không của các sóng mang khác về mặt tần số

Hình 1.8 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 5 sóng mang

1.5 Tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix)

Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh (ICI), nhiễu xuyên ký tự (ISI) đến tín hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ Để thực hiện kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu, tín hiệu OFDM được lặp lại

có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là một

khoảng thời gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.Vậy sau khi chèn thêm khoảng bảo vệ, thời gian truyền một ký tự (Ts) lúc này bao gồm thời gian khoảng bảo vệ (Tg) và thời gian truyền thông tin có ích (cũng chính là khoảng thời gian bộ IFFT/FFT phát đi một ký tự)

hiện khi tín hiệu truyền trong không gian chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường (multipath effect)-tức là tín hiệu thu được tại bộ thu không chỉ đến từ đường trực tiếp mà còn đến từ các đường phản xạ khác nhau, và các tín hiệu này đến bộ thu tại các thời điểm khác nhau Giá trị trải trễ cực đại được xác định là khoảng thời gian chênh lệch lớn nhất giữa thời điểm tín hiệu thu qua đường trực tiếp và thời điểm tín hiệu thu được qua đường phản xạ Nếu phát một xung RF (xung Dirac) trong môi trường truyền đa đường, tại bộ thu sẽ nhận được các đáp ứng xung có dạng sau:

Hình 1.10 Đáp ứng xung của kênh truyền trong môi trường truyền đa đường

Đáp ứng xung h(t) của một kênh truyền chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường

(1.18)

Với : Ak là biên độ phức của đáp ứng xung trên đường truyền thứ k

Tk là thời gian trễ của đáp ứng trên đường truyền thứ k so với gốc thời gian

m là số đường truyền trong môi trường truyền đa đường

Tiền tố lặp (CP) có khả năng loại bỏ nhiễu ISI, nhiễu ICI vì nó cho phép tăng khả năng đồng bộ (đồng bộ ký tự, đồng bộ tần số sóng mang) trong hệ thống OFDM

1.6 Các thông số đặc trưng trong hệ thống OFDM

1.6.1 Cấu trúc tín hiệu OFDM

Hình 1.11 cho thấy cấu trúc của các ký hiệu OFDM trong miền thời gian

là thời gian để truyền dữ liệu hiệu quả, là thời gian bảo vệ Cũng thấy các

thông số khác, là thời gian cửa sổ Quan hệ giữa các thông số là:

(1.19)

Hình 1.11 Cấu trúc tín hiệu OFDM

Cửa sổ được đưa vào nhằm làm mịn biên độ chuyển về không tại ranh giới

ký hiệu và để giảm tính nhạy cảm của dịch tần số Loại cửa sổ được dùng phổ biến

là loại cửa sổ cosine tăng

1.6.2 Các thông số trong miền thời gian

Từ hình 1.11 có thể tách các thông số OFDM trong miền thời gian: chu kỳ

ký hiệu , thời gian FFT , thời gian bảo vệ , thời gian cửa sổ Nếu không tính đến thời gian cửa sổ, thì công thức (1.19) trở thành:

Ngoài ra, xác định một thông số mới FSR (tỉ số giữa thời gian FFT và thời gian ký hiệu) được định nghĩa bởi

(1.20)

Thông số này đánh giá hiệu quả tài nguyên được dùng trong miền thời gian

và có thể được dùng để tính toán thông lượng

1.6.3 Các thông số trong miền tần số

Hình 1.12 sắp xếp OFDM trong miền tần số với ba thông số chính là: toàn

bộ độ rộng băng tần cho tất cả các sóng mang con B, độ rộng băng tần sóng mang

con f và số sóng mang con Quan hệ giữa chúng là:

Hình 1.12 Độ rộng băng tần hệ thống và độ rộng băng tần sóng mang con

Thực tế, toàn bộ độ rộng băng tần khả dụng B được cho là hạn chế trước khi thiết kế hệ thống Vì vậy, đối với người thiết kế, các thông số OFDM trong miền tần số có thể được xác định là độ rộng băng tần sóng mang con f và số sóng mang

con

1.7 Thông lượng kênh

Thông lượng của kênh cho ta biết tốc độ tối đa của tín hiệu có thể truyền được qua kênh mà không bị lỗi Do đó, thông lượng kênh phụ thuộc vào bề rộng băng tần của kênh và tác động của các loại nhiễu

Thông lượng kênh theo Shannon

Thông lượng kênh phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) và độ rộng băng thông của tín hiệu B được xác định bằng công thức sau:

[bps] (1.21)trong đó C là dung lượng kênh còn B là băng thông

Thông lượng kênh cho các hệ thống OFDM

Xét trường hợp cấu hình các sóng mang con giống nhau, nghĩa là tất cả các sóng mang con đều có chung một cấu hình (điều chế, mã hóa, băng thông, công suất…) Khi này tốc độ bit tổng của hệ thống OFDM bằng:

Rtđ = [bps] (1.22)Nếu gọi Rc là tỷ lệ mã, M là mức điều chế, Nsub là số sóng mang con, Tsym là thời gian ký hiệu, B là độ rộng băng tần của tín hiệu thông tin hay số liệu, TFFT là thời gian FFT, khoảng cách sóng mang con là f=1/TFFT và FSR là tỷ số thời gian FFT và thời gian ký hiệu OFDM, tốc độ bit tổng được xác định như sau:

(1.23)

Từ công thức (1.23) cho thấy, đối với một sóng mang con hay một nhóm các sóng mang con, bốn thông số sau đây sẽ quyết định tốc độ bit: tỷ lệ mã, mức điều chế, độ rộng băng và FSR Trong một hệ thống OFDM ta có thể thay đổi các thông số này để đạt được tốc độ bit tốt nhất nhưng vẫn đảm bảo QoS trong điều kiện cụ thể của kênh

1.8 Ưu điểm và nhược điểm của OFDM

 Tối ưu hiệu quả phổ tần do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con Hạn chế được ảnh hưởng của fading bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần

số thành các kênh con phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau

 Kĩ thuật OFDM có ưu điểm nổi bật là khắc phục hiện tượng không có đường dẫn thẳng bằng tín hiệu đa đường dẫn.

 Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu xuyên kí hiệu ISI nếu

độ dài chuỗi bảo vệ lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh

 Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, do ảnh hưởng của sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với

hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang

 Cấu trúc bộ thu đơn giản

 Nhược điểm

 Một trong những vấn đề của OFDM là nói có công suất đỉnh cao hơn so với công suất trung bình Khi tín hiệu OFDM được điều chế RF, sự thay đổi này diễn ra tương tự đối với biên độ sóng mang, sau đó tín hiệu được truyền đi trên môi trường tuyến tính, tuy nhiên tính rất khó giữ khi điều chế ở công suất cao, do vậy méo dạng tín hiệu kiểu này hay diễn ra trên bộ khuếch đại công suất của bộ phát Bộ thu thiết kế không tốt có thể gây méo dạng trầm trọng hơn Méo dạng gây

ra hầu hết các vấn đề như trải phổ, gây ra nhiễu giữa các hệ thống khi có ích

 Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng, gây méo phi tuyến ở các bộ khuếch đại công suất ở máy phát và máy thu

 Sử dụng chuỗi bảo vệ gây giảm một phần hiệu suất sử dụng đường truyền, do bản thân chuỗi bảo vệ không mang thông tin có ích

 Do yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng mang phụ, hệ thống OFDM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler cũng như sự dịch tần và dịch thời gian

do sai số đồng bộ

Ảnh hưởng của sự sai lệch thời gian đồng bộ: OFDM có khả năng chịu đựng tốt các sai số về thời gian nhờ các khoảng bảo vệ giữa các symbol Với một kênh truyền không có delay do hiệu ứng đa đường, time offet có thể bằng khoảng bảo vệ mà không mất đi tính trực giao, chỉ gây ra sự xoay pha của các sóng mang con mà thôi Nếu lỗi time offset lớn hơn khoảng bảo vệ thì hoạt động của hệ thống suy giảm nhanh chóng Nguyên nhân là do các symbol trước khi đến bộ FFT sẽ

Ảnh hưởng của sự sai lệch đồng bộ tần số: Một trong những vấn đề lớn của OFDM là nó dễ bị ảnh hưởng bởi offset về tần số Giải điều chế tín hiệu OFDM có thể gây ra sai về tốc độ bit Điều này làm cho tính trực giao giữa các subcarrier bị mất đi (kết quả của ICI và sự xoay pha không sửa chữa được ở bộ thu)

Sai số về tần số diễn ra chủ yếu theo 2 nguồn chính: lỗi của bộ dao động và hiệu ứng Doppler Bất kỳ một sự bất đồng bộ nào giữa bộ phát và bộ thu đều có thể gây ra offset về tần số Offset này có thể được bù bằng cách dùng bộ bám tần

số, tuy nhiên chỉ khắc phục mà thôi, hoạt động của hệ thống vẫn bị ảnh hưởng

Sự di chuyển tương đối giữa bộ thu và bộ phát gây ra dịch chuyển Doppler của tín hiệu Điều này có thể hiểu là sự offset tần số trong môi trường truyền tự do,

nó có thể khắc phục bằng một bộ bù tại bộ dao động Một vần đề quan trọng của hiệu ứng Doppler là trải Doppler, nó gây nên bởi sự di chuyển giữa bộ phát và bộ thu trong môi trường đa đường Trải Doppler gây nên bởi vận tốc tương đối giữa các thành phần tín hiệu phản xạ lại, tạo ra quá trình "điều chế tần số" cho tín hiệu Quá trình này diễn ra ngẫu nhiên trên các subcarrier do trong môi trường bình thường, một lượng lớn phản xạ đa đường xảy ra Trải Doppler khó được bù và làm suy giảm chất lượng tín hiệu

Ngày nay OFDM đã được 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 không dây tốc độ cao HiperLAN/2

 Thông tin hữu tuyến: ADSL, HDSL

 Kỹ thuật OFDM trong Wimax

 Dịch vụ quảng bá số mặt đất ISDB-T ( Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial )

 Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a)

CHƯƠNG 2 ƯỚC LƯỢNG VÀ CÂN BẰNG KÊNH TRONG OFDM 2.1 Các khái niệm cơ bản

Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàm truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation) Để ước lượng kênh, phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-Pilot signal assisted Modulation) Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước về pha và biên độ Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát Ước lượng kênh có thể được phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số Trong miền thời gian thì các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng

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 chống

nhiễu, 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 thời gian-tần số, vì vậy OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóng mang 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 độ phức

tạp của thiết bị trong khi vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu Yêu cầu về tốc

độ thông tin cao (tức là thời gian xử lý giảm) và các chỉ tiêu hệ thống là hai yêu cầu ngược nhau Chẳng hạn, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lý bình 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

2.1.1 Cân bằng

Mặc dù thời gian bảo vệ (Guard time) có khoảng thời gian dài hơn độ trải trễ của kênh truyền đa đường có thể loại bỏ nhiễu liên ký tự (ISI) do ký tự trước đó gây ra, nhưng vẫn còn có một vài nhiễu liên ký tự gây ra bởi sự chọn lọc tần số của kênh truyền Để bù vào sự méo dạng này, ta cần đến bộ cân bằng kênh truyền one-tap (one-tap channel equalizer) Tại ngõ ra của bộ chuyển đổi FFT ở phía thu, những mẫu được lấy tại mỗi sóng mang con được nhân cho hệ số của bộ cân bằng kênh truyền 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 mean square error – MMSE) Tiêu chuẩn ZF tác động lên nhiễu liên ký tự bắt buộc chúng phải bằng không tại thời điểm lấy mẫu của mỗi sóng mang Hệ số của một

bộ cân bằng one-tap ZF được tính như sau:

Cn = 1 / Hn (*)Trong đó Hn là đáp ứng tần số kênh truyền trong khoảng băng thông của sóng mang con thứ n (n-th subcarrier).Bất lợi của tiêu chuẩn ZF là nó chỉ cải tiến nhiễu tại sóng mang con thứ n nếu như Hn nhỏ, điều này tương ứng với phổ null (spectral nulls)

2.1.2 Ước lượng kênh truyền

Tổng quan một hệ thống OFDM được trình bày ở hình 2.1 Nguồn tín hiệu

là một luồng bit được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như QPSK, Mary-QAM Tín hiệu dẫn đường (Pilot symbols) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ Luồng tín hiệu số được chuyển thành luồng tín hiệu tương tự qua bộ chuyển đổi số/tương tự trước khi truyền trên kênh truyền vô tuyến qua anten phát Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiễu fading

và nhiễu trắng AWGN

Tín hiệu dẫn đường pilot là mẫu tín hiệu được biết trước cả ở phía phát và phía thu, và được phát cùng với nguồn tín hiệu có ích với nhiều mục đích khác nhau như việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống.

Máy thu thực hiện các chức năng ngược lại như đã thực hiện ở máy phát Tuy nhiên để khôi phục được tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến cũng phải khôi phục

Hình 2.1 Tổng quan một hệ thống OFDM

Việc thực hiện khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến được thực hiện thông qua pilot nhận được ở phía thu Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín hiệu Luồng tín hiệu thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ cân bằng kênh

Luồng tín hiệu thứ hai là pilot được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền Kênh truyền sau khi được khôi phục cũng sẽ đưa vào bộ cân bằng kênh để khôi phục lại tín hiệu ban đầu

 Điều chế ký tự pilot thêm vào (Pilot Symbol Assisted Modulation)

Ước lượng kênh truyền thông thường cần một số loại pilot thông tin như

một điểm tham khảo Ước lượng kênh truyền thường đạt được bằng cách ghép những ký tự đã biết, được gọi là ký tự pilot vào trong chuỗi dữ liệu, và kỹ thuật này được gọi là điều chế thêm vào ký tự pilot (Pilot Symbol Assisted Modulation -PSAM) Phương pháp này tiến hành chèn những phần đã biết vào luồng ký tự thông tin có ích với mục đích thăm dò kênh truyền Những ký tự pilot này cho phép bộ thu rút ra được suy hao của kênh truyền và độ xoay pha để ước lượng cho mỗi ký tự thu được, giúp cho việc bù fading đường bao và pha.

Một kênh truyền fading yêu cầu việc bám (tracking) kênh truyền không ngừng, vì vậy mà pilot thông tin ít nhiều gì cũng phải được truyền liên tục Pilot thông tin được truyền có thể ở dạng pilot rời rạc hoặc phân tán hoặc cả hai Nhìn chung thì kênh truyền fading có thể được xem như là một tín hiệu 2-D (thời gian

và tần số), kênh truyền fading này được lấy mẫu tại những vị trí có pilot và suy hao kênh truyền ở những vị trí nằm giữa những pilot này được ước lượng bằng nội suy

Hình 2.2 Ví dụ về việc truyền pilot liên tục và phân tán

ở những vị trí sóng mang biết trước

 Sự sắp xếp các pilot (Pilot Arrangements)

Việc sử dụng những ký tự pilot để ước lượng kênh truyền như đã giới thiệu

ở trên và trong khi sử dụng thì điều mong muốn là phải đạt được số ký tự pilot càng ít càng tốt Vấn đề phải quyết là phải chèn pilot ở đâu và chèn như thế nào Khoảng cách giữa các pilot phải đủ nhỏ sao cho quá trình ước lượng kênh truyền đạt được độ tin cậy

Việc ước lượng kênh truyền có thể được thực hiện bằng cách hoặc là chèn pilot vào tất cả các sóng mang của ký tự OFDM theo chu kỳ ở miền thời gian hoặc

là chèn pilot vào mỗi sóng mang của ký tự OFDM ở miền tần số hoặc chèn pilot ở

cả miền tần số và miền thời gian

 Sắp xếp Pilot dạng khối

Dạng thứ nhất được gọi là ước lượng kênh truyền theo pilot dạng khối và thường được sử dụng đối với kênh truyền fading chậm, cách sắp xếp pilot này cho kết quả tốt khi hàm truyền của kênh truyền không có sự thay đổi quá nhanh Nếu đáp ứng của kênh truyền biến đổi nhanh thì việc ước lượng kênh truyền sẽ không còn đúng nữa và sẽ dẫn đến giải mã sai chuỗi bit nhận được Khi đó người ta sẽ dùng một bộ cân bằng hồi tiếp quyết định để cập nhập lại các giá trị ước lượng cho mỗi sóng mang con mang dữ liệu ở giữa các ký tự pilot dạng khối

Hình 2.3 Kiểu chèn pilot dạng khối.

Tuy nhiên, nếu kênh truyền là fading nhanh thì bộ cân bằng hồi tiếp quyết định sẽ chỉ làm giảm đến mức tối thiểu sự thiếu hụt thông tin trạng thái của kênh truyền Cho nên bắt buộc phải tăng chu kỳ cập nhập của sóng mang pilot, và điều

này sẽ dẫn đến làm giảm băng thông có ích dùng để truyền dữ liệu hoặc phải chuyển qua dùng cách sắp xếp pilot dạng lược.

Ở kiểu sắp xếp pilot dạng khối thì kênh truyền được ước lượng bằng kỹ thuật bình phương nhỏ nhất (Least Square - LS) hoặc cực tiểu trung bình bình phương lỗi (Minimum Mean Square Error - MMSE)

Sắp xếp Pilot dạng lược

Hình 2.4 Kiểu chèn pilot dạng lược.

Dạng thứ hai là cách sắp xếp pilot dạng lược, dạng này có thể được sử dụng

để bám kênh truyền biến đổi nhanh, thậm chí trong trường hợp sự biến đổi này xảy

ra bên trong một chu kỳ thời gian của một ký tự OFDM đơn Những ký tự pilot được sắp xếp tuần hoàn tại một vài vị trí sóng mang trong mỗi ký tự OFDM nên phía thu sẽ liên tục có được thông tin về trạng thái kênh truyền Tuy nhiên những thông tin về trạng thái kênh truyền có được từ những pilot này vẫn chưa hoàn chỉnh Việc ước lượng kênh truyền có được từ những pilot có thể được tính toán bằng kỹ thuật LS hoặc MMSE, trong khi đó kênh truyền tại vị trí các sóng mang con mang dữ liệu được ước lượng bằng cách thực hiện nội suy từ đáp ứng giữa những sóng mang pilot Nhiều kỹ thuật nội suy có thể được sử dụng bao gồm nội suy tuyến tính, nội suy bằng đa thức, nội suy spline, và nhiều kỹ thuật khác với độ chính xác và hiệu quả khác nhau Hình ảnh sắp xếp của các pilot dạng khối và dạng lược được minh họa như hình 2.3 và hình 2.4

Nguyên tắc chèn pilot ở miền tần số và miền thời gian

Hình 2.5 Sự sắp xếp pilot và mẫu tin có ích ở miền tần số và miền thời gian

Hình 2.6: 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).

Pilot có thể chèn cùng với mẫu tin có ích cả ở miền tần số và miền thời gian như trình bày ở hình 2.3 và hình 2.4 Tuy nhiên khoảng cách giữa hai pilot liên tiếp nhau phải tuân theo qui luật lấy mẫu cả ở miền tần số và miền thời gian Ở miền tần số, sự biến đổi của kênh vô tuyến phụ thuộc vào thời gian trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh (maximum propagation delay) Với kí hiệu rf là tỉ số lấy mẫu ở miền tần số, fs là khoảng cách liên tiếp giữa hai sóng mang phụ, khoảng cách giữa hai pilot ở miền tần số Df phải thỏa mãn điều kiện sau:

rf = 1 / Dffs max >=1

Tỉ số lấy mẫu tối thiểu ở miền tần số rf phải là 1.Tỉ số này có thể lớn hơn 1, khi đó số pilot nhiều hơn cần thiết và kênh truyền được lấy mẫu vượt mức