Bài tập lớn truyền số điều chế OFDM

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH 3 MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ OFDM 6 1.1. Nguyên lý kỹ thuật OFDM 6 1.1.1. Nguyên lý OFDM 6 1.1.2. Sơ đồ OFDM 9 1.1.3. Hệ thống OFDM cơ bản 10 1.2. Đơn sóng mang (Single Carrier) 12 1.3. Đa sóng mang (Multi – Carrier) 13 1.4. Tính trực giao (Orthogonal) của tín hiệu OFDM 14 1.4.1. Tính trực giao 14 1.4.2. Trực giao miền tần số 15 1.5 Nhiễu giao thoa ký tự và nhiễu giao thoa sóng mang 16 1.5.1 Khái niệm 16 1.5.2. Phương pháp chống nhiễu liên ký hiệu 18 CHƯƠNG II: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG TRONG OFDM 20 2.1. Thực hiện bộ điều chế OFDM bằng thuật toán IFFT 20 2.1.1. Sơ đồ điều chế OFDM dùng thuật toán IFFT 20 2.1.2. Hoạt động của bên phát khi điều chế OFDM dùng IFFT 20 2.2. Thực hiện bộ giải điều chế OFDM bằng thuật toán FFT 25 2.2.1. Sơ đồ điều chế OFDM dùng thuật toán FFT 25 2.2.2. Hoạt động của bên thu khi điều chế OFDM dùng FFT 25 CHƯƠNG III: ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC VẤN ĐỀ KÝ THUẬT TRONG OFDM 27 3.1. Ưu điểm của kỹ thuật OFDM 27 3.2. Nhược điểm của kỹ thuật OFDM 27 3.3. Các vấn đề kỹ thuật trong OFDM 28 3.3.1. Ước lượng tham số kênh 28 3.3.2. Đồng bộ trong OFDM 29 3.3.2.1. Đồng bộ ký tự 29 3.3.2.2 Đồng bộ tần số sóng mang 30 3.3.2.3. Đồng bộ tần số lấy mẫu 31 3.3.3. Giảm PAPR (Peak to Average Power Ratio) 32 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM 33 4.1 Giới thiệu chương 33 4.2 Mô phỏng hệ thống OFDM bằng simulink 33 4.3 Khảo sát, đánh giá chất lượng lỗi bit 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sóng mang OFDM (N=8).................................................................4 Hình 1.2: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng phổ (a) và kỹ thuật sóng mang chồng phổ (b)...........................................................................................5 Hình 1. 3: Sơ đồ hệ thống OFDM.....................................................................6 Hình 1. 4: Hệ thống OFDM cơ bản...................................................................7 Hình 1. 5: Sắp xếp tần số hệ thống OFDM.......................................................7 Hình 1.6: Symbol OFDM với 4 sóng mang con...............................................8 Hình 1. 7: Phổ của sóng mang con OFDM.......................................................8 Hình 1. 8: Truyền dẫn sóng mang đơn..............................................................8 Hình 1. 9: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang....................................9 Hình 1. 10: Các sóng mang trực giao..............................................................11 Hình 1. 11: Phổ của bốn sóng mang trực giao................................................12 Hình 1. 12: Phổ của bốn sóng mang không trực giao.....................................13 Hình 1. 13: Ảnh hưởng của ISI.......................................................................14 Hình 1. 14: Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống...........................................14 Hình 2. 1: Sơ đồ bên phát khi điều chế OFDM dùng IFFT.............................15 Hình 2. 2: Nguyên lý của tầng IFFT...............................................................17 Hình 2.3: Dạng ký hiệu sau khi chèn và lập cửa sổ phía phát đáp ứng xung kim của kênh và ký hiệu OFDM hiệu dụng được lấy ra ở phía thu.......................18 Hình 2.4: Chèn khoảng bảo vệ........................................................................18 Hình 2.5: Sơ đồ bên thu khi điều chế FFT......................................................19 Hình 4. 1: Sơ đồ khối bộ phát và thu tín hiệu OFDM.....................................26 Hình 4. 2: Phổ tín hiệu OFDM truyền.............................................................27 Hình 4. 3: Phổ tín hiệu OFDM nhận...............................................................27 Hình 4. 4: Kết quả đặc tính lỗi bít của HT điều chế đa mức trên kênh Gauss...............................................................................................................28 Hình 4. 5: Kết quả đặc tính lỗi bít của HT điều chế 16 QAM với hệ số k thay đổi....................................................................................................................28 Hình 4. 6: Kết quả đặc tính lỗi bít của HT điều chế 16QAM với độ dịch tần thay đổi............................................................................................................29 Hình 4. 7: Kết quả đặc tính lỗi bít của HT điều chế 8PSK với hệ số k thay đổi.......... .........................................................................................................29 Hình 4. 8: Kết quả đặc tính lỗi bít của HT điều chế QPSK với hệ số k thay đổi........... ........................................................................................................30 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp. OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đường dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM … OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa song mang. Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp. Tập hợp các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử dụng giải thông một cách có hiệu quả. Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang đa trực giao và gọi chung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.1. Nguyên lý kỹ thuật OFDM OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang riêng biệt. Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ ký tự. Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ. Sóng mang của OFDM được biểu diễn như hình dưới. Hình 1.1: Sóng mang OFDM (N=8) 1.1.1. Nguyên lý OFDM

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sứcnhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ thống truyền dẫn thông tin.Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho các dịch vụ này là rất cao song cần có cácgiải pháp thích hợp để thực hiện Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing (OFDM) là một phương pháp điều chế cho phép truyền dữ liệutốc độ cao trong các kênh truyền chất lượng thấp OFDM đã được sử dụngtrong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao số không đối xứng, mạngcục bộ không dây Với các ưu điểm của mình, OFDM đang tiếp tục đượcnghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như truyền thông qua đườngdây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM …

OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa song mang Kỹ thuậtnày phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang

khác nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc

độ thấp Tập hợp các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc

độ cao cần truyền tải Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là

họ sóng mang trực giao Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóngmang do đó sử dụng giải thông một cách có hiệu quả Ngoài ra sử dụng họsóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệthống điều chế đa sóng mang đều sử dụng họ sóng mang đa trực giao và gọichung là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ OFDM 1.1 Nguyên lý kỹ thuật OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là kĩ thuật ghépkênh phân chia theo tần số trực giao OFDM phân toàn bộ băng tần thànhnhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang riêng biệt Các sóng mangnày trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặptrên một chu kỳ ký tự Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần

số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống Kết quả là không cónhiễu giữa các sóng mang phụ

Sóng mang của OFDM được biểu diễn như hình dưới

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 thấphơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bố một cách trựcgiao Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời

gian symbol tăng lên Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ

do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên cácsóng mang lân cận Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sửdụng phổ trong OFDM Trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dunglượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệutrên mỗi sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang

đó

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điềuchế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau Trong kỹ thuật đa sóng mangchồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông Để đạt đượchiệu quả đó, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ cần triệt để giảm xuyênnhiễu giữa các sóng mang Điều này có nghĩa là các sóng này cần trực giaovới nhau Sự trực giao giữa các sóng mang là mối quan hệ toán học một cáchchính xác giữa các tần số của các sóng mang

Hình 1.2: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng phổ (a) và kỹ thuật sóng

mang chồng phổ (b)

OFDM khác với FDM ở nhiều điểm Trong phát thanh thông thườngmỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM

để duy trì sự ngăn cách giữa những đài Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng

bộ giữa mỗi trạm với các trạm khác Với cách truyền OFDM, những tín hiệuthông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn.Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ nhiềusóng mang Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộthời gian và tần số với nhau, cho phép kiểm soát can nhiễu giữa những sóngmang Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng khônggây can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) do bản chất trực giao của điều chế.Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa nhữngkênh để ngăn ngừa can nhiễu Điều này làm giảm hiệu quả phổ Tuy nhiên vớiOFDM sự trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo vệ cảithiện hiệu quả phổ

1.1.2 Sơ đồ OFDM

Hình 1 3: Sơ đồ hệ thống OFDM

Đầu tiên, dữ liệu vào tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu

song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp/song song (S/P:

Serial/Parrallel) Mỗi dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) và được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp Những symbol hỗn hợp được đưa đến đầu vào của khối IFFT Khối này sẽ

tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh nhánh trong miền tần số 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 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 lọc 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 đồ 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 (Channel Equalization) Các symbol hỗn hợp thu được sẽ được sắp xếp ngượctrở lại và được giải mã Cuối cùng chúng ta sẽ thu nhận được dòng dữ liệu nốitiếp ban đầu

1.1.3 Hệ thống OFDM cơ bản

Tất cả các hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng sơ đồ điều chế đểánh xạ tín hiệu thông tin tạo thành dạng có thể truyền hiệu quả trên kênhthông tin Sơ đồ điều chế phụ thuộc vào tín hiệu thông tin là dạng sóng analoghoặc digital Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thông tin số baogồm khoá dịch biên độ (ASK), khoá dịch tần số (FSK), khoá dịch pha (PSK),điều chế QAM

Kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao dựa trên nguyên tắc phânchia luồng dữ liệu có tốc độ cao R (bit/s) thành k luồng dữ liệu thành phần cótốc độ thấp R/k (bit/s); mỗi luồng dữ liệu thành phần được trải phổ với cácchuỗi ngẫu nhiên PN có tốc độ Rc (bit/s) Sau đó điều chế với sóng mangthành phần OFDM, truyền trên nhiều sóng mang trực giao Phương pháp nàycho phép sử dụng hiệu quả băng thông kênh truyền, tăng hệ số trải phổ, giảmtạp âm giao thoa ký tự ISI nhưng tăng khả năng giao thoa sóng mang

Sau đây là hệ thống OFDM cơ bản:

Hình 1 4: Hệ thống OFDM cơ bản

Hình 1 5: Sắp xếp tần số hệ thống OFDM

Hình 1.6: Symbol OFDM với 4 sóng mang con

Trong công nghệ FDM truyền thống, các sóng mang được lọc ra riêngbiệt để bảo đảm không có sự chồng phổ, do đó không có hiện tượng giao thoa

ký tự ISI giữa những sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng với hiệuquả cao nhất Với kỹ thuật OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọnsao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký tự thì những tín hiệuđược khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ

Hình 1 7: Phổ của sóng mang con OFDM

1.2 Đơn sóng mang (Single Carrier)

Hệ thống đơn sóng mang là một hệ thống có dữ liệu được điều chế vàtruyền đi chỉ trên một sóng mang

Hình 1 8: Truyền dẫn sóng mang đơnHình mô tả cấu trúc chung của một hệ thống truyền dẫn đơn sóngmang Các ký tự phát đi là các xung được định dạng bằng bộ lọc ở phía phát.Sau khi truyền trên kênh đa đường Ở phía thu, một bộ lọc phối hợp với kênhtruyền được sử dụng nhằm cực đại tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) ở thiết bịthu nhận dữ liệu Đối với hệ thống đơn sóng mang, việc loại bỏ nhiễu giao

thoa bên thu cực kỳ phức tạp Đây chính là nguyên nhân để các hệ thống đasóng mang chiếm ưu thế hơn các hệ thống đơn sóng mang.

1.3 Đa sóng mang (Multi – Carrier)

Hình 1 9: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mangNếu truyền tín hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên

cả băng thông thì khi chịu ảnh hưởng xấu của đáp tuyến kênh sẽ chỉ có một phần dữ liệu có ích bị mất, trên cơ sở dữ liệu mà các sóng mang khác mangtải

có thể khôi phục dữ liệu có ích

Do vậy, khi sử dụng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp, các dữ liệugốc sẽ thu được chính xác Để khôi phục dữ liệu đã mất, người ta sử dụngphương pháp sửa lỗi tiến FEC Bên máy thu, mỗi sóng mang được tách ra khidùng bộ lọc thông thường và giải điều chế Tuy nhiên, để không có can nhiễugiữa các sóng mang (ICI) phải có khoảng bảo vệ khi hiệu quả phổ kém

OFDM là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu đượctruyền song song nhờ vô số sóng mang phụ mang các bit thông tin Bằng cáchnày ta có thể tận dụng băng thông tín hiệu, chống lại nhiễu giữa các ký tự, …

Để làm được điều này, một sóng mang phụ cần một máy phát sóng sin, một

bộ điều chế và giải điều chế của riêng nó Trong trường hợp số sóng mangphụ là khá lớn, để giải quyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổiIDFT/DFT được dùng để thay thế hàng loạt các bộ dao động tạo sóng sin, bộđiều chế, giải điều chế Hơn nữa, IFFT/FFT được xem là một thuật toán giúpcho việc biến đổi IDFT/DFT nhanh và gọn hơn.

1.4 Tính trực giao (Orthogonal) của tín hiệu OFDM

1.4.1 Tính trực giao

Orthogonal chỉ ra rằng có một mối quan hệ chính xác giữa các tần sốcủa các sóng mang trong hệ thống OFDM Trong hệ thống FDM thôngthường, các sóng mang được cách nhau trong một khoảng phù hợp để tín hiệuthu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế thôngthường Trong các máy như vậy, các khoảng bảo vệ cần được dự liệu trướcgiữa các sóng mang khác nhau Việc đưa vào các khoảng bảo vệ này làm giảmhiệu quả sử dụng phổ của hệ thống

Đối với hệ thống đa sóng mang, tính trực giao trong khía cạnh khoảngcách giữa các tín hiệu là không hoàn toàn phụ thuộc, đảm bảo cho các sóngmang được định vị chính xác tại điểm gốc trong phổ điều chế của mỗi sóngmang Tuy nhiên, có thể sắp xếp các sóng mang trong OFDM sao cho các dảibiên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chínhxác mà không có sự can nhiễu giữa các sóng mang Để có được kết quả nhưvậy, các sóng mang phải trực giao về mặt toán học Máy thu hoạt động gồmcác bộ giải điều chế, dịch tần mỗi sóng mang xuống mức DC, tín hiệu nhậnđược lấy tích phân trên một chu kỳ của symbol để phục hồi dữ liệu gốc Nếumọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích phân của sóng mang này (trongmột chu kỳ f, kết quả tính tích phân các sóng mang khác sẽ là zero Do đó,các sóng mang độc lập tuyến tính với nhau (trực giao) nếu khoảng cách giữacác sóng là bội số của 1/f Bất kỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi sự can nhiễu củacác sóng mang ICI cũng làm mất đi tính trực giao

Hình 1 10: Các sóng mang trực giaoPhần đầu của tín hiệu để nhận biết tính tuần hoàn của dạng sóng, nhưnglại dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên ký tư (ISI) Do đó, phần này có thể đượclặp lại, gọi là tiền tố lặp (CP: Cycle Prefix)

Do tính trực giao, các sóng mang con không bị xuyên nhiễu bởi cácsóng mang con khác Thêm vào đó, nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên FFT

và IFFT nên hệ thống OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng việc lọc dảithông mà bằng việc xử lý băng tần gốc

1.4.2 Trực giao miền tần số

Một cách khác để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM là xemphổ của nó Trong miền tần số, mỗi sóng mang thứ cấp OFDM có đáp tuyếntần số sinc (sin (x)/x) Đó là kết quả thời gian symbol tương ứng với nghịchđảo của sóng mang Mỗi symbol của OFDM được truyền trong một thời gian

cố định (TFFT) Thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo của khoảng cáchtải phụ 1/TFFT Hz Dạng sóng hình chữ nhật này trong miền thời gian dẫn đếnđáp tuyến tần số sinc trong miền tần số Mỗi tải phụ có một đỉnh tại tần sốtrung tâm và một số giá trị không được đặt cân bằng theo các khoảng trốngtần số bằng khoảng cách sóng mang Bản chất trực giao của việc truyền là kết

quả của đỉnh mỗi tải phụ Tín hiệu này được phát hiện nhờ biến đổi Fourierrời rạc (DFT).

1.5 Nhiễu giao thoa ký tự và nhiễu giao thoa sóng mang

1.5.1 Khái niệm

Trong môi trường đa đường, ký tự phát đến đầu vào máy thu với cáckhoảng thời gian khác nhau thông qua nhiều đường khác nhau Sự mở rộngcủa chu kỳ ký tự gây ra sự chồng lấn giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó

và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI) Trong OFDM, ISI thường đề cập đếnnhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước đó

Hình 1 11: Phổ của bốn sóng mang trực giao

Trong OFDM, phổ của các sóng mang chồng lấn nhưng vẫn trực giaovới sóng mang khác Điều này có nghĩa là tại tần số cực đại của phổ mỗi sóngmang thì phổ của các sóng mang khác bằng zero Máy thu lấy mẫu các ký tựdata trên các sóng mang riêng lẻ tại điểm cực đại và điều chế chúng tránh

nhiễu từ các sóng mang khác Nhiễu gây ra bởi ký tự trên sóng mang kế cậnđược xem là nhiễu xuyên kênh (ICI).

Tính chất trực giao của sóng mang có thể được nhìn thấy trên giản đồtrong miền thời gian hoặc trong miền tần số Từ giản đồ miền thời gian, mỗisóng mang có dạng sin với số nguyên lần lặp với khoảng FFT Từ giản đồmiền tần số, điều này tương ứng với mỗi sóng mang có giá trị cực đại tần sốtrung tâm của chính nó và bằng không tại tần số trung tâm của sóng mangkhác Hình 1.11 biểu diễn phổ của bốn sóng mang trong miền tần số chotrường hợp trực giao Tính trực giao của một sóng mang với sóng mang khác

bị mất nếu giá trị của sóng mang không bằng không tại tần số trung tâm củasóng mang khác Từ giản đồ miền thời gian, tương ứng hình sin không dàihơn số nguyên lần lặp khoảng FFT

Hình 1 12: Phổ của bốn sóng mang không trực giao

ICI xảy ra khi kênh đa đường khác nhau trên thời gian ký tự OFDM.Dịch Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra bù tần số trên mỗi sóngmang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng ICI cũng xảy ra khi một ký tự

OFDM trải qua ISI Sự bù tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũnggây ra ICI đến một ký tự OFDM.

1.5.2 Phương pháp chống nhiễu liên ký hiệu

Hình 1 13: Ảnh hưởng của ISI

Hình 1.13 cho ta thấy một ký hiệu và phiên bản trễ của nó Chính thànhphần trễ này gây ra nhiễu ảnh hưởng đến phần đầu của ký hiệu tiếp theo Đâychính là nhiễu liên ký hiệu ISI

Hình 1 14: Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống

Để loại bỏ sự ảnh hưởng của ISI, chúng ta dời ký hiệu thứ i ra xa kýhiệu trước đó (ký hiệu i – 1) một khoảng bằng khoảng trễ trải (τmax) Mộtkhoảng rỗng do đó sẽ được chèn vào giữa hai ký hiệu (Hình 1.14), nhưng nhưvậy tín hiệu sẽ bị thay đổi đột ngột và mất tính liên tục Vì vậy, trong thực tếngười ta chèn khoảng bảo vệ ∆G được copy từ phần cuối của ký hiệu và dánvào phần đầu ký hiệu Khoảng bảo vệ này được gọi là cyclic prefix Chiều dài

của khoảng bảo vệ cần được hạn chế để đảm bảo hiệu suất sử dụng băng tần,nhưng nó vẫn phải dài hơn khoảng trễ trải của kênh truyền nhằm loại bỏ đượcnhiễu ISI.

Ở máy thu, khoảng bảo vệ này được loại bỏ trước khi thực hiện giảiđiều chế

CHƯƠNG II: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ĐA SÓNG MANG

TRONG OFDM 2.1 Thực hiện bộ điều chế OFDM bằng thuật toán IFFT

2.1.1 Sơ đồ điều chế OFDM dùng thuật toán IFFT

Theo Fourier thì tín hiệu có thể phân tích thành tập hợp của những súnghình sin trực giao với nhau Vì thế người ta lợi dụng đặc tính trực giao của tậphợp trực giao này để điều chế tín hiệu trong OFDM:

- Tín hiệu sẽ được phân ra mỗi kênh ghép trên một sóng hình sin, haychính là biến nó thành hệ số của từng tần số trong miền tần số Như vậy đảmbảo các kênh được điều chế trên các sóng mang trực giao nhau

- Dùng IFFT để chuyển toàn bộ tín hiệu (của tất cả các kênh) về miềnthời gian để phát đi Như vậy tín hiệu của kênh này sẽ không xen rẽ sang kênhkhác mà không cần khoảng tần số bảo vệ giữa các kênh

- Mỗi lần thực hiện IFFT, mỗi sóng mang con, hay mỗi kênh tần số trựcgiao ở đầu vào của IFFT chỉ mang thông tin của một tín hiệu cho mỗi kênh,

và chúng trực giao với nhau Đấy là lý do phải dùng IFFT mà không thể dùngFFT ở đầu phát

Hình 2 1: Sơ đồ bên phát khi điều chế OFDM dùng IFFT

2.1.2 Hoạt động của bên phát khi điều chế OFDM dùng IFFT

Ta có:

Trong đó