CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM
2.2. CƠ CHẾ GIẢM NHIỄU ĐA ĐƯỜNG
Trong điều kiện truyền sóng không theo tầm nhìn thẳng NLOS, các sóng mang xạ tần RF (được truyền từ trạm gốc BS) va chạm vào các toà kiến trúc cao tầng, các bức tường, cây cao hoặc các vật chướng ngại khác chúng bị phản xạ và gây ra giao thoa do nhiễu đường đi.
Hình 2.7: Đa đường dẫn trong các điều kiện kết nối NOLS (anten thu cố định)
Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX
Hình 2.8: Đa đường dẫn trong các điều kiện kết nối NOLS (anten thu di động)
Trong hệ thống đa sóng mang nói chung và hệ thống OFDM nói riêng, có hai loại nhiễu ta phải chú ý nhất, đó là nhiễu ICI và nhiễu ISI.
- Nhiễu xuyên kênh ICI (Inter Carrier Interference) là loại can nhiễu cùng tuyến gây ra do việc giới hạn băng thông trong các kênh. Can nhiễu xảy ra khi một phần phổ của kênh này lọt vào vùng băng thông của phổ kênh kế cận khác.
- Nhiễu liên ký tự ISI (Inter Symbol Interference) là nhiễu do sự ảnh hưởng của một symbol sang những symbol lân cận khác.. Nếu như nhiễu ISI quá lớn, bộ quyết định có thể cho quyết định sai, nhầm lẫn trạng thái 0 thành 1 nếu ở đó có giá trị cao hơn ngưỡng quyết định.
Khi sóng RF đi tới thuê bao để tái cấu trúc, các sóng mang cũng bị trễ khác nhau (theo thời gian). Sự méo tín hiệu theo thời gian xảy ra đối với kênh có băng tần bị hạn chế, tức là khi băng tần tương quan của kênh nhỏ hơn băng tần điều chế.
Sự méo thời gian dẫn tới sự giao thoa giữa nội bộ ký hiệu ISI. Các tiếng vọng từ một symbol nhất định (gọi là vọng symbol N) sẽ ảnh hưởng đến symbol tiếp theo (gọi là symbol N+1). Lúc này năng lượng từ một ký hiệu “tràn” lên các ký hiệu khác và dẫn tới tăng BER.
Tác động của hiện tượng đa đường trên hệ thống kết nối vô tuyến là ảnh hưởng giữa các symbol -ISI. Công nghệ OFDM đã khắc phục được vấn đề ISI bằng cách sử dụng Khoảng bảo vệ (Guard Interval –GI period) tại đoạn bắt đầu của symbol. Khoảng thời gian bảo vệ chính là phần symbol bị ảnh hưởng bởi ISI còn khoảng dữ liệu tiếp theo khoảng bảo vệ chính là khoảng tải tin.
Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX
Hình 2.9 : Cấu trúc Symbol OFDM, ISI và khoảng bảo vệ
Các đường truyền băng hẹp này sử dụng các ký tự có khoảng thời gian dài (long duration symbol) trong miền thời gian để làm cho các ký tự không bị méo do hiện tượng đa đường dẫn. Bằng cách sử dụng các khoảng thời gian của ký tự xấp xỉ 100ms với khoảng bảo vệ khoảng 10ms, công nghệ OFDM cho phép khắc phục được các tác động của hiện tượng đa đường dẫn. Theo 802.16-2004 lớp vật lý được thiết kế để cho phép thời gian trễ đi 10ms của Wimax lớn hơn 1000 lần thời gian trễ trong tiêu chuẩn 802.11 của Wi-Fi là 10us.
Số lượng các sóng mang con phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ rộng kênh và mức độ nhiễu. Con số này tương ứng với kích thước FFT. Chuẩn giao tiếp vô tuyến 802.16-2004 xác định rõ 256 sóng mang con, tương ứng với kích cỡ FFT 256 độ rộng kênh độc lập.
Theo cách khác, chuẩn 802.16e-2005 cung cấp các kích cỡ FFT từ 512 tới 2048 phù hợp với các độ rộng kênh từ 5 tới 20MHz để duy trì tương đối khoảng thời gian không đổi của ký tự và khoảng dãn cách giữa các sóng mang con độc lập với độ rộng kênh. Vì thế với công nghệ OFDM, sự kết hợp của các sóng mang con trực giao truyền song song với các ký tự có khoảng thời gian dài đảm bảo rằng lưu lượng băng thông rộng không bị hạn chế do môi trường bị che chắn tầm nhìn (NLOS) và nhiễu do hiện tượng đa đường dẫn.
Mặt khác khi giảm số sóng mang phụ và khoảng cách giữa chúng, ta có thể giảm ISI đi rất nhiều, thời gian trễ do nhiễu đường đi sẽ nhỏ hơn thời gian T của ký hiệu. Tức là băng tần tương quan của kênh đã được giảm nhỏ. Do đó máy thu có thể không dùng bộ cân bằng nhiều nhánh rẽ theo lĩnh vực thời gian. Ngoài ra xung kênh cũng có một thời gian bảo vệ gọi là tiền tố chu kỳ CP (Cyclic Prefix) để tránh cho sóng mang phụ nọ can nhiễu lên sóng mang phụ kia. Dựa theo các CP, máy thu sẽ định được thứ tự của các sóng mang phụ, tức là đảm bảo được tính trực giao.
Đề tài luận văn: CẢI THIỆN ĐƯỜNG KẾT NỐI KHÔNG DÂY TRONG WIMAX Trở ngại duy nhất trong việc sử dụng DFT trong kỹ thuật OFDM là bản chất không tuần hoàn của tín hiệu trong miền thời gian. Ðiều này có thể được giải quyết bằng cách thêm một thời khoảng bảo vệ Tg, đoạn này chính là bản sao của ký hiệu tích cực trong Tg giây trước. Ðoạn thêm vào này thường được gọi là CP bởi vì nó làm cho ký hiệu OFDM như là tuần hoàn đối với máy thu. Tín hiệu thu sau đó sẽ được xấp xỉ bằng phép chập tuần hoàn giữa tín hiệu phát và đáp ứng xung của kênh.
Hình 2.10 : Thêm CP vào ký hiệu OFDM
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần, tuy nhiên, nó phải dài hơn đáp ứng xung của kênh nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang con và loại bỏ được các loại giao thoa ICI và ISI. Những lợi ích đạt được nhờ chèn thêm dải bảo vệ này thường có giá trị hơn những suy giảm trong hiệu suất sử dụng dải tần và trong tỷ số SNR.
(1.3)
Như vậy, CP có chiều dài càng lớn thì suy giảm SNR càng nhiều. Thông thường, chiều dài tương đối của CP sẽ được giữ ở mức nhỏ, còn suy giảm SNR sẽ chủ yếu là do yêu cầu loại bỏ giao thoa ICI và ISI (nhỏ hơn 1dB với Tg/T < 0,2).
2.3. TỶ SỐ CÔNG SUẤT ĐỈNH TRUNG BÌNH PAPR (Peak to Average Ratio) Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, nó vẫn tồn tại những nhược điểm nhất định. Nhược điểm chính của OFDM là tỷ số công suất đỉnh- trung bình PAPR khá lớn.
T
SNRloss 10 log10 1 Tg