CHƯƠNG I: NGUYÊN LÍ VÀ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG OFDM
1.5 KÊNH TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG OFDM
Kênh truyền AWGN là dạng kênh truyền cơ bản nhất và hiện diện trong hầu hết các hệ thống vì nhiễu Gauss (nhiễu trắng phân bố Gauss) xuất hiện ở tất cả các mạch điện tử và trong các môi trường truyền sóng. Đặc trưng của nhiễu Gauss là phân bố đều trong miền tần số nên phổ của nhiễu trải rộng, và nhiễu Gauss là nhiễu cộng. Phân bố Gauss có hai tham số chính là trị trung bình (mean) thường bằng 0 và biến trị (variance) đặc trưng cho độ rộng biến thiên quanh trị trung bình.
Trên thực tế, sóng vô tuyến truyền từ trạm phát (BS: base station) đến đầu thu di động (MS: mobile station) sẽ chịu tác động của rất nhiều yếu tố của môi trường làm cho biên độ của tín hiệu thay đổi, hiện tượng này gọi là hiện tượng fading.
Hình 1.10 Ảnh hưởng của môi trường lên sự truyền sóng. [2]
Thực hiện hệ thống OFDM trên FPGA SVTH: Lê Quang Huy Khi tín hiệu vô tuyến truyền từ BS tới MS, thì sóng thu được tại MS là tín hiệu tổng hợp của các thành phần từ tín hiệu phát đã chịu các tác động của môi trường.
Hiện tượng shadowing là tín hiệu không thể xuyên qua được vật cản để đến đầu thu, dù có xuyên được qua vật cản thì sóng cũng mất đi một phần năng lượng gây suy giảm biên độ. Diffraction là tín hiệu phản xạ trên bề mặt vật cản và hướng tới MS.
Scattering là hiện tượng sóng truyền gặp phải vật cản bao gồm nhiều thành phần tương tự nhau và gây ra sự phản xạ liên tiếp làm sóng bị phân tán thành nhiều đường khác nhau. Line of sight (LOS): đường truyền thẳng, sóng truyền đi trực tiếp đến đầu thu mà không gặp bất kỳ vật cản nào. Nếu đầu thu không đứng yên mà chuyển động có vận tốc tương đối với BS thì sẽ xảy ra hiện tượng Doppler.
1.5.2 Cân bằng cho hệ thống OFDM
Trong hệ thống OFDM, dữ liệu ngõ vào thực hiện điều biến để tạo thành tín hiệu dải gốc ở dạng phức sẽ được chuyển từ nối tiếp thành N luồng song song tạo thành symbol OFDM. Ta chuyển symbol OFDM thành tín hiệu OFDM bằng phép biến đổi IFFT. Theo ý nghĩa của IFFT, ta đã chuyển tín hiệu từ miền tần số sang miền thời gian, và ngõ ra là tín hiệu tổng hợp của N thành phần tuần hoàn.
Hiệu quả của kỹ thuật OFDM phụ thuộc vào việc lệch tần số và lệch pha. Nếu kênh truyền có hiện tượng Doppler, các bộ PLL, và các mạch dao động ở đầu thu (phần front-end) không thật sự tương đồng với đầu phát hoặc chúng hoạt động có sai số thì các subcarrier sẽ bị lệch tần số. Vấn đề thứ hai là ngoài lệch tần số các tác động của kênh truyền và mạch còn gây ra lệch pha (hình constellation bị nghiêng).
Vấn đề thứ ba là xung clock của các bộ ADC, DAC ở đầu phát và thu có thể khác nhau làm thời gian kéo dài symbol OFDM khác nhau, do đó cần phải có sự đồng bộ các symbol OFDM. Các vấn đề trên đều ảnh hưởng đến khả năng khôi phục dữ liệu truyền nếu không có phương pháp khắc phục.
Việc thêm cyclic prefix có thể giải quyết được vấn đề đồng bộ các symbol OFDM. Với đoạn cyclic prefix (CP), nếu thời gian trì hoãn của kênh truyền nhỏ hơn đoạn CP. Ta có thể đồng bộ symbol OFDM nhờ vào đoạn cyclic prefix. Việc đồng bộ được thực hiện bằng phép tính tương quan để dò ra vị trí bắt đầu của symbol OFDM. Sau đó, ta lấy FFT N điểm từ vị trí này, sự lệch pha sẽ được giảm tối thiểu.
Khi đã đồng bộ được symbol OFDM, vấn đề lệch tần số và lệch pha lúc này có tác động như nhiễu Gauss có thể giải quyết bằng cách tăng khoảng cách giữa các subcarrier. Tuy nhiên, kỹ thuật được sử dụng trong đề tài là cài vào các thông tin biết trước tại những subcarrier biết trước trong symbol OFDM, gọi là các pilot.
1.5.3 Phương pháp sử dụng pilot
Ở đầu thu, các giá trị pilot được cung cấp cho bộ ước lượng kênh truyền, từ giá trị nhận được và giá trị gốc của pilot ta tính được tác động của kênh truyền tại
Thực hiện hệ thống OFDM trên FPGA SVTH: Lê Quang Huy các vị trí pilot và nội suy ra toàn bộ đáp ứng tần số của kênh truyền cho cả symbol.
Sau đó, từ tín hiệu nhận được và đáp ứng kênh truyền ta khôi phục lại symbol OFDM gốc. Pilot có thể chèn cùng với dữ liệu có ích ở cả miền tần số và miền thời gian như trình bày ở hình 1.11. Tuy nhiên, khoảng cách giữa hai pilot phải tuân theo luật lấy mẫu ở cả miền tần số và miền thời gian.
Hình 1.11 Các pilot trong miền thời gian và tần số.
Thực hiện hệ thống OFDM trên FPGA SVTH: Lê Quang Huy