Kết hợp mã hóa ldpc với cân bằng kênh truyền trong hệ thống wimax

Bộ cân bằng thích nghi thường dùng giải thuật thích nghi để hội tụ những hệ số của nó về giá trị đúng và điều lợi là nó có thể bám tracking được sự thay đổi đáp ứng xung của kênh truyền.

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng 01 năm 2014

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN VÕ NGỌC THẠCH Giới tính : Nam / Nữ 

Ngày, tháng, năm sinh : 05/01/1987 Nơi sinh : Sóc Trăng

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2011

1- TÊN ĐỀ TÀI: Kết hợp mã hóa LDPC với cân bằng kênh truyền trong hệ thống

WIMAX

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu hệ thống WIMAX OFDM

- Tìm hiểu cân bằng kênh truyền và mã hóa LDPC

- Kết hợp mã hóa LDPC với cân bằng kênh truyền trong hệ thống WIMAX

- Viết chương trình mô phỏng bằng công cụ MATLAB và so sánh các hệ

thống

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 30 tháng 07 năm 2013

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ngày 30 tháng 12 năm 2013

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Phạm Hồng Liên

Tp HCM, ngày 17 tháng 02 năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Phạm

Hồng Liên đã truyền đạt các kiến thức quý báu

và hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình hoàn tất Luận văn này Đồng thời, tôi cũng gửi lời cảm ơn các bạn đồng khóa cũng như các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua Kết quả học tập trong thời gian Cao học này dành tặng cho bố mẹ và những người kỳ vọng vào tôi Mặc dù có nhiều cố gắng để hoàn thành Luận văn, nhưng chắc chắn không thể tránh sai sót, tôi rất mong tiếp tục nhận được sự hướng dẫn

và chỉ bảo của quý thầy cô

Tp HCM, 02/2014

Nguyễn Võ Ngọc Thạch

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong những năm gần đây, hệ thống WiMAX ra đời dựa trên kỹ thuật OFDM là một trong các ứng viên sáng giá của hệ thống băng thông rộng không dây thế hệ 4G Như ta đã biết kỹ thuật OFDM ra đời đã giải quyết được bài toán khai thác hiệu quả băng thông cũng như bài toán kháng nhiễu đem lại chất lượng dịch vụ ngày càng cao cho người sử dụng Tuy nhiên, OFDM truyền thống sử dụng ước lượng kênh truyền có những khuyết điễm như: hiệu suất đường truyền giãm vì chèn thêm pilot đễ ước lượng kênh, không triệt được hoàn toàn nhiễu ISI và ICI

Vì vậy, bộ cân bằng kênh truyền thích nghi được đề cập đến Ưu điểm của bộ cân bằng kênh là nó không quan tâm đến các dạng nhiễu hay kênh truyền Thuật toán thich nghi chỉ quan tâm đến tín hiệu và chuỗi huấn luyện sẽ nhận được ở bộ thu để tính toán Từ đó tính ra các hệ số tương quan của kênh truyền

Bộ cân bằng thích nghi thường dùng giải thuật thích nghi để hội tụ những hệ số của nó về giá trị đúng và điều lợi là nó có thể bám (tracking) được sự thay đổi đáp ứng xung của kênh truyền Thuật toán thích nghi đóng vai trò quan trọng đối với hiệu quả của bộ cân bằng Thuật toán phổ biến nhất về phương diện hiệu quả và độ phức tạp là thuật toán trung bình bình phương nhỏ nhất (Least Mean Square – LMS) Thuật toán này có độ phức tạp thấp và hiệu quả tốt Nó hội tụ hoàn toàn nếu những giá trị mong muốn đã cho là đúng Điều gây cản trở của giải thuật LMS đối với bộ cân bằng nếu những ký tự mong muốn không đúng là nó không hội tụ Giải thuật tốt hơn đó là giải thuật bình phương cực tiểu hồi quy (Recursive Least Squares- RLS) Giải thuật này có đặc tính hội tụ tốt hơn giải thuật LMS nhưng nó cũng đòi hỏi độ phức tạp tính toán cao hơn Nhìn chung độ phức tạp của giải thuật RLS tăng theo bình phương của số hệ số bộ cân bằng

Thông tin đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay Tuy nhiên môi trường truyền dẫn thay đổi làm cho thông tin bên phát và bên thu có sự sai lệch Sự sai lệch này làm thông tin không còn chính xác và nếu không có cách xử lý ta buộc

phải truyền lại thông tin dù việc này đồng nghĩa với việc băng thông đã bị lãng phí

vô ích Các loại mã kênh truyền có thể sửa sai sẽ giúp ta tránh được việc truyền lại này Các loại mã hiện nay như mã tích chập (convolutional code), mã khối, mã Reed-Solomon…đặc biệt là mã turbo đã cho thấy khả năng vượt trội của mình so với các loại mã khác Mặt khác người ta đã chứng minh mã hóa LDPC vừa cho tỷ lệ BER nhỏ hơn, vừa giải mã đơn giản hơn mã Tubor Bộ mã này là bộ mã sửa lỗi tốt, tiến gần đến giới hạn Shannon

Do đó, tôi chọn đề tài : “KẾT HỢP MÃ HÓA LDPC VỚI CÂN BẰNG KÊNH TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG WIMAX ” làm đề tài nghiên cứu.

Phần luận văn sẽ tập trung tìm hiểu các kỹ thuật OFDM trong WiMAX, nghiên cứu về bộ mã hóa LDPC, các bộ cân bằng cân truyền sử dụng ước lượng kênh có chuỗi huấn luyện cũng như các bộ cân bằng thích nghi Từ đó kết hợp mã hóa LDPC với cân bằng cân truyền trong hệ thống WiMAX và đưa ra kết quả mô phỏng

- Phần II: Lý thuyết về cân bằng kênh truyền và mã hóa LDPC

Chương 2: Trình bày bộ cân bằng kênh truyền

Chương 3 : Nghiên cứu về mã hóa LDPC

- Phần III: Kết hợp mã hóa LDPC với cân bằng kênh truyền

Chương 4: Kết hợp mã hóa LDPC với cân bằng kênh truyền và đưa ra

mô hình mô phỏng

Chương 5: Kết quả mô phỏng

MASTER ESSAY SUMMARRY

In recent years, WiMAX systems based on OFDM technique is one of the

candidates of the 4G the system OFDM solved bandwidth resourse problems and

also fading noises However, OFDM use estimation channel have cons:transmission efficiency jailed due to inserting pilot to estimate the channel, are not entirely radical interference ISI and ICI

So channel adaptative equalizer mentioned Advantages of this channel equalizer is that it is not interested in the form of interference or channels Adaptive algorithms are only interested in the signal and training chain will receive in the collection to compute Since then calculated the correlation coefficient of channels The adaptive equalization use adaptive algorithm to converge the factor leads to true value and benefit is that it can tracking the change of the channel impulse response Adaptive algorithm plays an important role for the efficiency of the equalizer The most popular algorithm in terms of effectiveness and complexity is the least-squares mean algorithm (LMS) This algorithm has low complexity and good efficiency It converges absolutely if the desired value has to be right The hinders for the LMS algorithm, if the desired character is not right, it does not converge Better algorithm are the Recursive Least-Squares algorithm (RLS) This algorithm has better convergence properties LMS algorithm, but it also requires high computational complexity more In general the complexity of the RLS algorithm increases with the square of the number of equalizer coefficients Also have RLS algorithm has a computational complexity increases linearly with the equalizer coefficients

Information plays a very important role in today's life However, the transmission medium changes, it makes the sending and the receiving information have difference This difference fetches the inaccurate information and we are forced to pass on this information, bandwidth wasted in vain The type of channel coding can correct, it will help us avoid this retransmission The current coding,

such as convolution codes, block codes, Reed-Solomon codes especially the turbo codes has shown its outstanding capabilities than any other code On the other hand it has been demonstrated LDPC coded smaller BER proportion, just simple code decoding Tubor This code is good code fix, approaching the the Shannon limit

Therefore, I choose topic: “COMBINATION LDPC CODING WITH CHANNEL EQUALIZATION IN WIMAX SYSTEM”

Part thesis focuses learn in WiMAX OFDM techniques, research on LDPC coding, the equalizer channel using training sequence has channel estimation as well as the adaptive equalizer Since then combined LDPC coding with the equalizer channel in the WiMAX system and provide simulation results comparing This thesis consists of three parts:

- Part I: Theoretical basis

Chapter 1: Overview of OFDM techniques offer advantages and disadvantages

of OFDM technique Going to learn an overview of WIMAX

- Part II: Theoretical channel equalizer and LDPC coding

Chapter 2: Presenting adaptive equalizer

Chapter 3: Research on the LDPC coding

- Part III: Combination LDPC with the channel equalizer

Chapter 4: Combine LDPC coding with channel equalization and provide

simulation models

Chapter 5: Simulation Results

LỜI CAM ĐOAN

Các kết quả trình bày trong luận văn là công trình nghiên cứu của tôi và được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Hồng Liên

Các kết quả đó là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình của người khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về những lời cam đoan trên của mình

Tác giả

Nguyễn Võ Ngọc Thạch

MỤC LỤC

PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WIMAX OFDM 1

1.1 Tổng quan về OFDM 1

1.1.1 Nguyên lý cơ bản về OFDM 1

1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống OFDM 5

1.1.3 Ưu điểm - nhược điểm của hệ thống OFDM 18

1.2 TỔNG QUAN VỀ WIMAX 19

1.2.1 IEEE 802.16 và WiMAX 19

1.2.2 Những đặc điểm nổi bậc của WiMAX 21

1.2.3 Lớp vật lý của WiMAX: 22

1.2.4 Tốc độ dữ liệu lớp vật lý: 23

PHẦN II: LÝ THUYẾT VỀ CÂN BẰNG KÊNH TRUYỀN VÀ MÃ HÓA LDPC 25

CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG KÊNH TRUYỀN 25

2.1 Tổng quát về cân bằng kênh truyền 25

2.2 Cân bằng thích nghi 27

2.2.1 Cân bằng kênh truyền tuyến tính thích nghi 27

2.2.2 Các giải thuật thích nghi: 32

2.3 Cân bằng kênh thông qua ước lượng kênh truyền: 38

2.3.1 Sắp xếp pilot dạng khối 42

2.3.2 Sắp xếp pilot dạng lược 44

2.4 Các tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả bộ cân bằng: 48

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ MÃ LDPC 56

3.1 Giới thiệu về bộ mã LDPC: 57

3.2 Mã hóa (encoding) 59

3.3 Giải mã (decoding) 60

3.3.1 Giải thuật giải mã truyền belief 62

3.3.2 Giải thuật tổng tích SPA (Sum Product Algorithm) 76

CHƯƠNG 4 :MÔ HÌNH KẾT HỢP MÃ HÓA LDPC VỚI CÂN BẰNG KÊNH TRUYỀN 87

4.1 Sơ đồ khối hệ thống cân bằng kênh sử dụng ước lượng kênh truyền 87

4.2 Sơ đồ hệ thống cân bằng thích nghi (có mã hóa LDPC): 89

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 91

5.1 Thông số hệ thống: 91

5.2 Kết quả mô phỏng 93

5.2.1 Hai giải thuật cân bằng thích nghi LMS va RLS: 93

5.2.2 Mã LDPC trong môi trường AWGN 94

5.2.3 Mã LDPC kết hợp với cân bằng kênh truyền trong môi trường fading: ……… 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng

mang chồng xung (b) 2

Hình 1.2: Phổ các sóng mang con trong hệ thống OFDM 4

Hình 1.3:Sơ đồ khối xử lý tín hiệu OFDM 5

Hình 1.4: Bộ điều chế và giải điều chế 6

Hình 1.5:Quan hệ giữa tốc độ ký tự và tốc độ bit phụ thuộc vào số bit trong một ký tự 7

Hình 1.6:Chòm sao 4-PSK và 16-PSK 8

Hình 1.7: Chòm sao QAM 16 và 64 9

Hình 1.8: Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song và ngược lại 10

Hình 1.9: Bộ IFFT và FFT 11

Hình 1.10: Chèn khoảng dự trữ vào ký hiệu OFDM 13

Hình 1.11: Mô tả ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong chống nhiễu ISI 14

Hình 1.12: Mô hình đơn giản của hệ thống truyền thông OFDM 16

Hình 1.13: Biểu diễn thời gian – tần số của ký hiệu và khung OFDM 17

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống thông tin sử dụng bộ cân bằng thích ứng ở máy thu 26

Hình 2.2: Sơ đồ bộ cân bằng thích nghi 28

Hình 2.3: Bộ cân bằng tuyến tính tổng quát 29

Hình 2.4: Sơ đồ khối cũa bộ cân bằng kênh thông qua việc ước lượng kênh truyền 38

Hình 2.5: Sự sắp xếp mẫu tin dẫn đường và mẫu tin có ích ở miền tần số và miền thời gian 41

Hình 2.6: Kiểu chèn pilot dạng khối 42

Hình 2.7: Kiểu chèn pilot dạng lược 45

Hình 2.8: Nội suy tuyến tính 46

Hình 2.9: Nội suy SI và nội suy đa thức 47

Hình 3.1: Đồ thị so sánh các loại mã 56

Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa từ mã phía phát, từ mã phía thu và syndrome 59

trước tập dấu hiệu E 64

Hình 3.4:Bốn kiểu suy diễn trong mạng belief E: biến dấu hiệu, Q: biến truy vấn 65

Hình 3.5: Đồ thị của một cây phức 66

Hình 3.6:(a) Tính i(xi) và (b) i(xi) 69

Hình 3.7:(a) Truyền thông báo từ dưới lên; (b) Truyền thông báo từ trên xuống 71

Hình 3.8: Mạng belief của mã LDPC 72

Hình 3.9: Đồ thị thừa số của tích cho trong phương trình (3.62) 77

Hình 3.10:Đồ thị thừa số của mã khối tuyến tính cho bởi ma trận kiểm tra chẵn lẻ của phương trình (3.63) 78

Hình 3.11: Đồ thị thừa số của hiệp xác suất hậu nghiệm của mã khối tuyến tính có ma trận kiểm tra chẵn lẻ ở phương trình (3.74) 80

Hình 3.12: (a) Cây biểu diễn vế phải của phương trình (3.77) (b) Đồ thị thừa số dưới dạng cây của phương trình (3.77) với x3 là gốc 82

Hình 4.1: Mô tả hệ thống cân bằng kênh sử dụng ước lượng kênh truyền kết hợp với mã hóa LDPC 87

Hình 4.2: sơ đồ khối hệ thống có mã hóa kênh truyền với giải thuật cân bằng kênh LMS/RLS 89

Hình 4.3: Sơ đồ cân bằng kênh thích nghi có mã hóa LDPC 90

Hình 4.4:Mã tích chập dùng trong luận văn 90

Hình 5.1:Đồ thị BER LDPC trên kênh truyền AWGN-So sánh các loại mã 94

Hình 5.2: Đồ thị BER trên kênh truyền AWGN- Ảnh hưởng của số lần lặp trong thuật toán giải mã 94

Hình 5.3: Đồ thị BER trên kênh truyền AWGN- Ảnh hưởng của kích thước ma trận H 95

Hình 5.4: Đồ thị BER LDPC trên kênh truyền Indoor-Điều chế 4-QAM-So sánh các loại mã (100000 bit) 96

Hình 5.5: Đồ thị BER trên kênh truyền Pedestian-Điều chế 4-QAM-So sánh các loại mã (100000 bit) 97

Hình 5.6: Đồ thị BER LDPC trên kênh truyền Vehicular=80km/h-Điều chế 4-QAM-So sánh các loại mã (100000bit) 98

Hình 5.7: So sánh BER giữa ước lượng pilot comb LS dùng Fourier và ước lượng LMS (n =8, step = 0.001) và RLS (n=8, forget facter=0.95)trong kênh truyền fading SNR= 20, v = 1, indoor, 5000 bits 99

lượng LMS (n =8, step = 0.001) và RLS (n=8, forget facter=0.95) trong kênh

truyền fading SNR= 20, v = 2, pedestrian, 80.000 bits 101

Bảng 1.1: Mô tả WiMAX cố định và WiMAX di động 20

Bảng 1.2: Những thông số của OFDM dùng trong WiMAX 22

Bảng 1.3: Tốc độ dữ liệu lớp vật lý ở nhiều băng thông khác nhau 24

Bảng 5.1: Thông số mô phỏng 91

Bảng 5.2:Thông số của mô hình Indoor 92

Bảng 5.3: Thông số của mô hình Pedestrian 92

Bảng 5.4: Thông số của mô hình Vehicular 93

Bảng 5.5: Bảng so sánh BER giữa ước lượng kênh truyền cho Fourier với cân bằng LMS và RLS (5000 bits) 100

Bảng 5.6: Bảng so sánh BER giữa ước lượng kênh truyền cho Fourier với cân bằng LMS, RLS (80.000 bits) 102

PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WIMAX OFDM

Trong chương này gồm : Giới thiệu sơ lược kiến thức cơ bản và tổng quan về kỹ thuật OFDM Ngoài ra trong chương 1 này sẽ tìm hiểu về hệ thống Wimax

1.1 Tổng quan về OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ghép kênh tần số phân chia trực giao, là một trường hợp đặc biệt của ghép kênh phân chia tần số FDM OFDM là nằm trong một lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng mang trong thông tin vô tuyến, là kỹ thuật điều biến và ghép kênh số, trong đó một tín hiệu được tách ra làm nhiều kênh băng hẹp tại những tần số khác nhau, luồng dữ liệu tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ thấp hơn, truyền đi trên những sóng mang con trực giao

Ưu điểm nổi bật của nó là khả năng chống lại fading chọn lọc tần số

1.1.1 Nguyên lý cơ bản về OFDM

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu nối tiếp thành các luồng dữ liệu song song và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao

Vì khoảng thời gian ký tự tăng lên do các sóng mang con song song 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 một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi

ký tự OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi ký tự OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI

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

đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ,

ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong 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 sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó

Hình 1.1: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng

mang chồng xung (b)

Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian ký tự tăng lên

Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải trễ do truyền dẫn đa đường giảm xuống

Hệ thống thông tin sử dụng điều chế đa sóng mang phát song song N c ký hiệu nguồn S n, với n = 0, , N c-1 trên N c sóng mang con Các ký hiệu nguồn có thể là kết quả của quá trình mã hóa nguồn và mã hóa kênh, chèn và ánh xạ ký

hiệu, Chu kỳ ký hiệu của chuỗi các ký hiệu nguồn nối tiếp là T d, sau khi chuyển đổi nối tiếp – song song sẽ được các ký hiệu OFDM có chu kỳ là T s:

T  N T ( 1.1) Nguyên tắc cơ bản của OFDM là điều chế N c chuỗi con trên các sóng mang con có tần số cách đều nhau một khoảng:

1

s s

F T

hàm sin(x)/x (do mỗi ký hiệu trong miền thời gian được giới hạn bởi dạng xung chữ

nhật) Phổ của mỗi sóng mang con có một đỉnh ở trung tâm và các điểm 0 cách tần

số trung tâm này các khoảng bằng khoảng cách tần số của các sóng mang Vì vậy,

vị trí đỉnh của sóng mang con này sẽ ứng với vị trí 0 của các sóng mang con khác

(a) phổ mỗi sóng mang con và các mẫu rời rạc nhận được ở máy thu

(b)Phổ của tín hiệu kết hợp bởi 5 sóng mang con

Hình 1.2: Phổ các sóng mang con trong hệ thống OFDM

Đường bao phức của ký hiệu OFDM theo phương pháp định dạng xung chữ nhật có dạng:

1 2 0

tốc độ 1/T d Đồng thời ta cũng nhận thấy chúng là biến đổi IDFT của chuỗi ký hiệu nguồn S n, với n = 0, , N c-1

Như đã biết, OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ nhiều sóng mang con mang các bit thông tin Bằng cách này ta có thể tận dụng băng thông tín hiệu, chống lại nhiễu giữa các ký tự… Tuy nhiên, bất lợi là mỗi sóng mang cần có một máy phát sóng sine, một bộ điều chế và giải điều chế của riêng nó Điều này là không thể chấp nhận được khi số sóng mang con rất lớn đối với việc thi công hệ thống Nhằm giải quyết vấn đề này, giải thuật IDFT/DFT (Inverse Discrete Fourier Transform/ Discrete Fourier Transform) có vai trò như hàng loạt bộ điều chế và giải điều chế Thực tế, nếu dùng giải thuật IFFT/

FFT ( Inverse Fast Fourier Transform/ Fast Fourier Transform) ta có thể giảm độ phức tạp của hệ thống đi rất nhiều

IDFT N điểm yêu cầu N 2 lần nhân phức, thực chất chỉ là các phép quay pha (phase rotation), tất nhiên cũng có phép cộng, nhưng sự phức tạp về phần cứng của phép cộng đơn giản hơn nhiều so với phép nhân hoặc dịch pha nên ta chỉ so sánh các phép nhân IFFT giảm đáng kể số lượng phép tính bằng việc lợi dụng tính đều đặn trong hoạt động của IDFT

1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống OFDM

Hình 1.3:Sơ đồ khối xử lý tín hiệu OFDM

Hình 1.3 mô tả sơ đồ khối của một hệ thống thu phát OFDM tiêu biểu Đầu tiên dữ liệu nhị phân tốc độ cao sẽ được điều chế ánh xạ bằng M-QAM và được mã hóa bằng cách sử dụng thuật toán sửa lỗi thuận (FEC) và được sắp xếp theo một tự hỗn hợp Các ký tự điều chế sau đó sẽ được chia thành nhiều dòng dữ liệu song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp thành song song (S/P: Serial/Parrallel) Những ký tự hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IDFT Khối

Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự ISI do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường tạo thành các ký tự OFDM Các ký tự OFDM song song qua bộ chuyển từ song song sang nối tiếp Sau cùng bộ lọc phía phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên các kênh Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng như nhiễu trắng cộng AWGN,…

Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được tại bộ thu Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT Sau đó, tùy vào sơ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh Các ký tự hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã Cuối cùng chúng ta sẽ thu được dòng

dữ liệu nối tiếp ban đầu

1.1.2.1 Điều chế và giải điều chế:

Hình 1.4: Bộ điều chế và giải điều chế Từng ký tự b bít sẽ được đưa vào bộ mapper mục đích là nâng cao dung lượng kênh truyền Một ký tự b bit sẽ tương ứng một trong M = 2 b trạng thái hay

một vị trí trong giản đồ chòm sao

 BPSK sử dụng ký tự 1bit, bit 0 hoặc bit 1 sẽ xác định trạng thái pha 00

hoặc 1800, tốc độ baund hay tốc độ chuỗi sẽ bằng tốc độ bit Baund=R b.

 QPSK sử dụng ký tự 2 bit (Dibit), Baund =R b/2

 8-PSK hay 8-QAM sử dụng ký tự 3 bit (Tribit), Baund=R b/3

 16-PSK hay 16-QAM sử dụng ký tự 4 bit (Quabit), Baund=R b/4

Hình 1.5:Quan hệ giữa tốc độ ký tự và tốc độ bit phụ thuộc vào số bit trong một ký

tự

Số bit được truyền trong một ký tự tăng lên (M tăng lên), thì hiệu quả băng

thông Befficiency=R b /B T=log2(M)=b[bps/Hz] tăng lên, tuy nhiên sai số BER cũng sẽ

tăng lên

Nyquist đã đưa ra công thức dung lượng kênh tối đa trong môi trường không

nhiễu: C=2Blog2M trong đó B là băng thông của kênh truyền Do đó ta không thể tăng M lên tùy ý được, công thức trên cho phép ta xác định M lớn nhất, số bit lớn

nhất có thể truyền trong một ký tự

Một số phương thức điều chế số thường dùng trong bộ Mapping:

+M-PSK (M-Phase shift keying)

Sóng mang chỉ thay đổi về pha phụ thuộc bit vào, mà không thay đổi biên độ, nên công suất của tín hiệu không đổi Một số dạng PSK thường gặp:

- BPSK có 2 trạng thái pha phụ thuộc vào 1 bit vào

- QPSK có 4 trạng thái pha phụ thuộc vào 2 bit (Dibit) vào

- 8-PSK có 8 trạng thái pha thuộc 3 bit (Tribit) vào

- 16-PSK có 16 trạng thái pha thuộc 4 bit (Quadbit) vào

Hình 1.6:Chòm sao 4-PSK và 16-PSK

Phương pháp này đòi hỏi phía thu phải khôi phục được chính xác sóng mang M-PSK có biểu thức tổng quát như sau:

1, ,1,0,0

;)

22

cos(

2)

M

t t f T

E t

s

s i

+ M-QAM

M-QAM là dạng điều chế số, sóng mang bị điều chế cả về biên độ và pha, phương pháp này được sử dụng rất phổ biến trong các đường truyền vô tuyến tốc độ cao

Hình 1.7: Chòm sao QAM 16 và 64

Sau đây là công thức tổng quát của tín hiệu M-QAM:

M i

t a t a t

s i( ) i11( ) i22( ) 1, , (1.7)

s c

s

T t t

f T

E t

t f T

1.1.2.2 Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song

Hình 1.8: Bộ chuyển đổi nối tiếp – song song và ngược lại

Theo Shanon tốc độ dữ liệu cao nhất cho kênh truyền chỉ có nhiễu trắng AWGN (không có fading):

𝐶𝑚𝑎𝑥 = 𝐵 log2(1 + 𝑆

𝑁) [𝑏𝑝𝑠] (1.8) Trong đó: B là băng thông của kênh truyền [Hz]; S/N là tỉ số tín hiệu trên nhiễu của kênh truyền

Vì vậy muốn truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn Cmax ta phải chia nhỏ luồng dữ

liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn Cmax bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song (S/P) Tức là chia luồng dữ liệu thành các khung

(frame) nhỏ có chiều dài kxb bit với k≤N, với b là số bit trong mô hình điều chế số,

N số sóng mang k,N sẽ được chọn sao cho các luồng dữ liệu song song có tốc độ đủ

thấp để băng thông tương ứng đủ hẹp, sao cho hàm truyền trong khoảng băng thông

đó có thể xem là phẳng Bằng cách sử dụng bộ S/P ta đã chuyển kênh truyền fading chọn lọc tần số thành kênh truyền fading phẳng

Ngược lại bên phát, phía thu sẽ sử dụng bộ Parallel/Serial để ghép N luồng dữ

liệu tốc độ thấp thành một luồng dữ liệu tốc độ cao duy nhất Hình 2.8 cho thấy tác dụng của bộ chuyển đổi từ nối tiếp sang song song và ngược lại từ song song sang nối tiếp

1.1.2.3 Chuyển đổi miền tần số sang miền thời gian

Hình 1.9: Bộ IFFT và FFT

Phép biến đổi IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) cho phép ta tạo tín

hiệu OFDM dễ dàng, tức là điều chế N luồng tín hiệu song song lên N tần số trực

giao một cách chính xác và đơn giản Phép biến đổi DFT (Discrete Fourier Transform) cho phép ta giải điều chế lấy lại thông tin từ tín hiệu OFDM Nhờ sử dụng phép biến đổi IDFT và DFT mà ta tinh giản được bộ tổng hợp tần số phức tạp

ở phía phát và phía thu Biến đổi DFT phức có thể được xem như là cách xác định

biên độ và pha của những thành phần sóng sin và cos cấu thành nên tín hiệu phân

N

kn n

x N k X

1][

gian được lưu trữ trong mảng x[n] Thông số n biểu thị cho số mẫu miền thời gian

thu được Công thức (1.15) định nghĩa biến đổi Fourier phức nên cả hai mảng miền

thời gian và miền tần số đều lưu trữ những giá trị phức Mảng X[k] bao gồm cả tần

số dương và âm, trong đó chỉ số k=0,1,…,N/2 biểu thị cho tần số dương và k=N/2+1,…,N-1 biểu thị cho tần số âm

1.1.2.4 Chèn khoảng bảo vệ

Khi số lượng sóng mang con tăng lên, khoảng thời gian của một ký hiệu OFDM là T S trở nên lớn khi so sánh với khoảng thời gian đáp ứng xung của kênh truyền max, do đó nhiễu ISI sẽ giảm bớt Tuy nhiên, để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng ISI, và do đó bảo toàn tính chất trực giao giữa các tín hiệu trên các sóng mang con, nghĩa là đồng thời tránh được hiện tượng giao thoa sóng mang ICI, ta chèn thêm một khoảng bảo vệ (gọi là CP – cyclic prefix) có thời gian:

(1.10) giữa các ký hiệu OFDM kế cận Khoảng dự trữ này là một sự mở rộng tuần hoàn trên mỗi ký hiệu OFDM, thực hiện bằng cách kéo dài thời gian của ký hiệu OFDM thành:

(1.11) Thông thường, người ta sử dụng đoạn cuối của chuỗi IFFT sao chép lại vào đoạn đầu để tăng thêm thời gian của một ký hiệu (xem Hình 1.9)

Hình 1.10: Chèn khoảng dự trữ vào ký hiệu OFDM

Không những có khả năng chống nhiễu ISI, khoảng dự trữ này còn có tác dụng giảm sai số do lệch thời gian (time-offset) ở máy thu

Chiều dài trong miền rời rạc của khoảng dự trữ này phải là:

(mẫu) (1.12) Việc chèn thêm khoảng dự trữ dẫn đến kết quả là chuỗi dữ liệu lấy mẫu x trở thành:

(1.13)

max c g

s

N L

Hình 1.11: Mô tả ứng dụng của chuỗi bảo vệ trong chống nhiễu ISI

1.1.2.5 Máy thu OFDM

Sau khi qua kênh truyền, tín hiệu OFDM đến máy thu được đưa vào bộ đổi tần

xuống, và tín hiệu nhận được chính là tích chập của tín hiệu x(t) với đáp ứng xung h(;t) của kênh truyền cộng với tín hiệu nhiễu n(t):

Tín hiệu thu y(t) được đưa qua bộ chuyển đổi tương tự – số, ở ngõ ra là chuỗi y v

, với v = L g, , 0, , N c -1, chính là tín hiệu y(t) được lấy mẫu ở các thời điểm 1/

d

T Vì L g mẫu đầu tiên của chuỗi y v chứa các thành phần nhiễu ISI nên các mẫu này sẽ được loại bỏ trước khi thực hiện giải điều chế đa sóng mang Phần còn lại (không có ISI) gồm các mẫu ứng với v = 0, , N c-1 của y v được giải điều chế bằng quá trình OFDM ngược, trong đó sử dụng biến đổi DFT Ở ngõ ra của bộ DFT là chuỗi giải điều chế R n, n = 0, , N c-1 bao gồm N c giá trị phức:

Vì nhiễu ICI có thể khử bỏ nếu sử dụng khoảng bảo vệ, mỗi kênh con có thể được khảo sát riêng biệt Hơn nữa, nếu giả sử fading trên mỗi kênh con là phẳng và ISI được loại bỏ hoàn toàn, thì ký hiệu nhận được R n trong miền tần số được biểu diễn dưới dạng:

R H S N n N  (1.16)

trong đó H n là hệ số fading phẳng và N n biểu thị nhiễu của kênh phụ thứ n Hệ

số fading phẳng H n là phiên bản rời rạc của hàm truyền đạt của kênh truyền H(f,t)

được lấy mẫu trong miền thời gian với tốc độ '

1/T s (T s' là chu kỳ ký hiệu OFDM) và trong miền tần số với khoảng cách giữa các mẫu là khoảng cách giữa các sóng

mang con (chỉ số thời gian i được bỏ đi để đơn giản về mặt ký hiệu):

Variance của nhiễu được tính bởi:

(1.18) Nếu bỏ qua nhiễu ISI và ICI, hệ thống thu phát OFDM có thể được mô hình hóa dưới dạng một hệ thống rời rạc thời gian và tần số, với N C kênh truyền Gaussian song song với suy hao phức tương ứng là H n như hình 1.12

Hình 1.12: Mô hình đơn giản của hệ thống truyền thông OFDM

Biểu diễn thời gian – tần số của một ký hiệu OFDM được minh họa trên (Hình 1.12) Một khối các ký hiệu OFDM liên tiếp, mà thông tin chứa trong các ký hiệu này phụ thuộc lẫn nhau, ví dụ do quá trình mã hóa hay trải phổ trong miền thời gian

hoặc tần số, được gọi là một khung (frame) OFDM Một frame OFDM gồm N S ký hiệu OFDM (Hình 1.12) và thời gian của một frame là:

(1.19)

Hệ thống đa sóng mang OFDM cũng có thể được biểu diễn dưới dạng vectơ và

ma trận Nguồn ký hiệu phức S n với n = 0, , N C-1, truyền song song trong một ký hiệu OFDM, được biểu diễn bằng vectơ:

(1.20)

Hình 1.13: Biểu diễn thời gian – tần số của ký hiệu và khung OFDM

Kênh truyền được biểu diễn bằng ma trận N CxN C là một ma trận chéo nếu không có nhiễu ICI và ISI, mỗi phần tử trên đường chéo chính là hệ số fading phẳng của kênh phụ thứ n:

(1.21)

Nhiễu được biểu diễn bởi vectơ:

 0, 1, , 1

c

T N

1.1.3 Ưu điểm - nhược điểm của hệ thống OFDM 1.1.3.1 Ưu điểm của hệ thống OFDM

+ OFDM tăng hiệu suất sử dụng bằng cách cho phép chồng lấp những song mang con

+ Bằng cách chia kênh thông tin ra thành nhiều kênh con fading phẳng băng hẹp, các hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóng mang đơn

+ OFDM loại trừ nhiễu ký tự (ISI) và xuyên nhiễu giữa các sóng mang (ICI) bằng cách chèn thêm vào một khoảng thời gian bảo v ệ trước mỗi ký tự

+ Sử dụng việc chèn kênh và mã kênh thích hợp, hệ thống OFDM có thể khôi phục lại được các ký tự bị mất do hiện tượng lựa chọn tần số của các kênh

+ Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênh thích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang

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

+ OFDM ít bị ảnh hưởng với khoảng thời gian lấy mẫu hơn so với hệ thống đơn sóng mang

1.1.3.2 Nhược điểm của hệ thống OFDM:

+ Ký tự OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động lớn Vì tất cả các hệ thống thông tin thực tế đều bị giới hạn công suất, tỷ số PARR cao là một bất lợi nghiêm trọng của OFDM nếu dùng bộ khuếch đại công suất hoạt động ở miền bão hòa đều khuếch đại tín hiệu OFDM

+ Mất mát hiệu suất phổ do chèn khoảng dự trữ

+ Nhạy với hiệu ứng trải phổ Doppler hơn so với hệ thống đơn sóng mang + Nhiễu pha do sự không phối hợp giữa các bộ dao động ở máy phát và máy thu có thể ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hệ thống

+ Phải có sự đồng bộ chính xác về tần số và thời gian, đặc biệt là tần số

1.2 TỔNG QUAN VỀ WIMAX

Trong những năm gần đây, nhu cầu truy cập băng thông rộng đang phát triển rất nhanh chóng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) là một công nghệ truy cập không dây băng rộng (WBA-Wireless Broadband Access)

do Diễn đàn WiMAX xây dựng và hướng đến cung cấp các dịch vụ từ cố định đến

di động WiMax có thể cung cấp tốc độ hàng Mbit/s tới người sử dụng (end-user) và trong khoảng cách hàng km Về tiêu chuẩn, WiMax là một bộ tiêu chuẩn dựa trên

họ tiêu chuẩn 802.16 của IEEE nhưng hẹp hơn và tập trung vào một số cấu hình nhất định

hỗ trợ những ứng dụng di động, thường được gọi là WiMAX di động

Theo mô tả của IEEE 802.16, WiMAX có phạm vi phủ sóng đạt tới hơn 50km

và sẽ hoạt động ở dải tần từ 2GHz đến 11GHz, kết hợp được với nhiều dạng Anten như Parabol, Panel, Yagi, Ommi Với dải tần số hoạt động này, WiMAX cho phép kết nối mà không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng LOS (Line on Sight), tránh được tác động của các vật cản trên đường truyền như cây cối, nhà cửa Đây là một giải pháp lý tưởng cho việc truyền dữ liệu, hình ảnh, điện thoại IP Thiết bị WiMAX phải được thiết kế có thể hoạt động tốt trong các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của môi trường và sức gió Với băng tần như trên, dữ liệu truyền đi của WiMAX

có thể đạt tới tốc độ 70Mbps, độ bảo mật cao và ổn định tuyệt đối

Hai chế độ song công được áp dụng cho WiMax là song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplexing) và song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplexing) FDD cần có 2 kênh, một đường lên, một đường xuống Với TDD chỉ cần 1 kênh tần số, lưu lượng đường lên và đường xuống được phân chia theo các khe thời gian

Bảng 1.1: Mô tả WiMAX cố định và WiMAX di động

STT Băng tần

Băng thông

Kích thước FFT

Duplexing Ghi chú WiMAX cố định

1.2.2 Những đặc điểm nổi bậc của WiMAX

+ Lớp vật lý dựa trên nền OFDM: chính vì lý do này mà WiMAX có thể

khắc phục tốt nhiễu đa đường, và có thể hoạt động tốt trong điều kiện không theo tầm nhìn thẳng (NLOS)

+ Tốc độ dữ liệu tối đa rất cao: WiMAX có khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu

ở tốc độ rất cao Nếu sử dụng TDM với tỉ lệ uplink-to-downlink là 3:1 thì tốc độ có thể lên đến 25Mbps cho downlink và 6.7Mbps cho uplink

+ Hỗ trợ băng thông và tốc độ dữ liệu linh động: sự linh động trong cấu

trúc lớp vật lý của WiMAX cho phép tốc độ dữ liệu dễ dàng thay đổi với băng thông sẵn có Tính linh động này được hỗ trợ trong chế độ OFDMA nơi bộ biến đổi FFT có thể thay đổi theo ý muốn tùy theo độ rộng băng thông

+ AMC (Adaptive Modulation and Coding): WiMAX có thể sử dụng

nhiều loại mã hóa và điều chế khác nhau, cho phép thay đổi theo từng user hoặc từng frame, dựa trên điều kiện của kênh truyền

+ Truyền lại ở lớp liên kết: với những kết nối đòi hỏi tăng cường độ tin cậy,

WiMAX sẽ hỗ trợ ARQ (Automatic retransmition requsets) ở lớp liên kết Những kết nối cho phép ARQ sẽ mỗi gói được phát đi phải được xác nhận bởi phía thu khi nhận được, gói nào không được xác nhận thì coi như là bị mất, và phía phát sẽ truyền lại

+ Cấp phát tài nguyên động và tĩnh cho user: việc cấp phát tài nguyên cho

hướng lên và hướng xuống đều được điều khiển bởi một bộ điều khiển ở trạm gốc Tài nguyên có thể được cấp phát trong miền không gian cũng như bằng việc sử dụng hệ thống AAS (advanced antena system)

+ Hỗ trợ Quality-of-service: lớp MAC của WiMAX có một kiến trúc kết

nối định hướng được thiết kế hỗ trợ nhiều loại ứng dụng bao gồm thoại và các dịch

vụ đa phương tiện Hệ thống có thể hỗ trợ dòng lưu lượng có tốc độ bit cố định, tốc

độ bit thay đổi, theo thời gian thực và không theo thời gian thực WiMAX MAC

được thiết kế nhằm hỗ trợ một số lượng lớn user, với đa kết nối và QoS cho mỗi đầu

cuối

+ Robust security: WiMAX hỗ trợ mã hóa rất mạnh, dùng AES (Advanced

Encryption Standard), có một robust riêng và có giao thức quản lý khóa Hệ thống cũng hỗ trợ nhận thực rất linh động dựa trên giao thức EAP (Extensible

Authentication Protocol)

+ Kiến trúc nền IP: WiMAX Forum đã định nghĩa một cấu trúc mạng tham

chiếu dựa trên nền tảng của IP Tất cả các dịch vụ end-to-end đều được phân phối

đựa trên giao thức IP với Qos, quản lý session, an ninh và tính di động

1.2.3 Lớp vật lý của WiMAX:

Lớp vật lý của WiMAX được dựa trên nền tảng của OFDM Hệ thống OFDM cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao, video, ứng dụng đa phương tiện và được sử dụng bởi nhiều hệ thống băng rộng như DSL, Wi-Fi, DVB-H, MediaFLO cũng như WiMAX OFDM rất hữu hiệu cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao trong môi trường

vô tuyến đa đường hoặc môi trường không theo tầm nhìn thẳng NLOS Bảng 1.2 chỉ

ra những thông số liên quan đến OFDM cho cả OFDM-PHY và OFDMA-PHY

Bảng 1.2: Những thông số của OFDM dùng trong WiMAX

OFDM-PHY của WiMAX cố định:

Giữa WiMAX cố định và WiMAX di động có một vài sự khác nhau ở lớp vật lý OFDM WiMAX cố định sử dụng 256-FFT OFDM ở lớp vật lý, trong khi WiMAX di động sử dụng OFDMA với kích thước bộ FFT thay đổi từ 128 đến

2048 Băng thông càng lớn khoảng cách sóng mang con càng lớn, và thời gian dành cho mỗi symbol sẽ càng giảm xuống Điều này đòi hỏi symbol cần khoảng bảo vệ lớn hơn để khắc phục khoảng trễ

OFDMA-PHY của WiMAX di động:

Trong WiMAX di động, kích thước của FFT có thể thay đổi từ 128 đến

1048 Khi băng thông tăng lên thì kích thước FFT cũng tăng lên, do đó khoảng cách của sóng mang con luôn cố định bằng 10.94kHz Điều này giữ độ dài của symbol không thay đổi và ít ảnh hưởng lên lớp trên khi thay đổi băng thông Khoảng cách 10.94kHz giữa các sóng mang con được chọn để có sự cân bằng tốt nhất giữa yêu cầu về khoảng trễ và Doppler cho cả môi trường cố định và di động Giá trị của khoảng cách giữa các sóng mang này có thể hỗ trợ tốt cho môi trường có giá trị trễ lên đến 20s và tốc độ di chuyển lên đến 125km/h khi hoạt động ở tần số 3.5GHz Với giá trị khoảng cách sóng mang con là 10.94kHz thì kích thước của FFT cho các băng thông 1.25MHz, 5MHz, 10MHz, và 20MHz tương ứng là 128, 512, 1024, và

2048

1.2.4 Tốc độ dữ liệu lớp vật lý:

Bởi vì lớp vật lý của WiMAX khá linh động nên tốc độ dữ liệu thay đổi dựa trên các thông số hoạt động Những thông số có ảnh hưởng lớn đến tốc độ dữ liệu lớp vật lý là băng thông của kênh truyền, kiểu mã hóa và điều chế được sử dụng Những thông số khác như số kênh phụ, khoảng bảo vệ của OFDM, tỉ lệ quá lấy mẫu cũng có ảnh hưởng đến lớp vật lý của OFDM

Bảng 1.3 liệt kê tốc độ dữ liệu của lớp vật lý ứng với những băng thông khác nhau cũng như những kiểu mã hóa và điều chế khác nhau

Bảng 1.3: Tốc độ dữ liệu lớp vật lý ở nhiều băng thông khác nhau

Channel

PHẦN II: LÝ THUYẾT VỀ CÂN BẰNG KÊNH

TRUYỀN VÀ MÃ HÓA LDPC

CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG KÊNH TRUYỀN

Trong chương này tập trung tìm hiểu về cân bằng kênh truyền thích nghi qua hai giải thuật thích nghi: Least Mean Square (LMS), Recursive Least Squares (RLS) và bộ cân bằng kênh thông thường sử dụng ước lượng kênh truyền

2.1 Tổng quát về cân bằng kênh truyền

Nhiễu giao thoa liên ký tự là một loại nhiễu phổ biến trong các hệ thống viễn thông Nhiễu này xuất hiện ở các kênh truyền phân tán theo thời gian Chẳng hạn trong một môi trường tán xạ đa đường, một ký hiệu có thể được truyền theo các đường khác nhau, đến máy thu ở các thời điểm khác nhau, do đó có thể giao thoa với các ký hiệu khác Để khắc phục hiện tượng nhiễu ISI và cải thiện chất lượng hệ thống, có nhiều phương pháp khác nhau nhưng phương pháp được đề cập nhiều nhất là sử dụng bộ cân bằng để bù lại đặc tính tán xạ thời gian của kênh truyền

Bộ cân bằng về cơ bản là một bộ lọc hay tổng quát hơn là một hệ thống các bộ lọc với mục đích là loại bỏ những ảnh hưởng không mong muốn của kênh truyền Trong hệ thống thông tin số, vấn đề phải đối mặt thường xuyên chính là nhiễu liên ký tự (Intersymbol Interference – ISI) ISI xảy ra là do kênh truyền có sự phân tán về biên độ

và pha Sự phân tán này gây ra hiện tượng tín hiệu bị can nhiễu với những phần khác của nó Ảnh hưởng này gây ra ISI Tín hiệu xung để mang dữ liệu được thiết kế sao cho đạt cực tiểu ảnh hưởng của ISI Tiêu chuẩn Nyquist được yêu cầu cho dạng xung này như sau: