Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)

3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)

Tải bản đầy đủ - 0trang

Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

dải thông cho trớc ở trên chia cho N sãng mang con. Do vËy

tèc ®é bit cđa mét tín hiệu OFDM sẽ nhỏ hơn N lần tốc độ

bit trên một sóng mang trong hệ thống đơn sóng mang. Tốc

độ symbol trên sóng mang con thấp tạo cho OFDM có khả

năng chịu ISI rất tốt.

Tuy nhiên, còn có thể cải thiện hơn nữa khả năng chịu

ISI của hệ thống OFDM bằng cách chèn thêm các dải bảo vệ

vào trớc mỗi symbol . Dải bảo vệ của mỗi symbol là một phần

bản sao của chính symbol đó, có thể là phần đầu hoặc

phần cuối hoặc cả 2 phần của chính symbol đó. Thờng thì

ngời ta hay dùng phần cuối của symbol làm dải bảo vệ cho

symbol đó. Khi đó khoảng bảo vệ GI đợc gọi là CP (Cyclic

Prefix). Chèn thêm dải bảo vệ làm thời gian truyền của

symbol tăng lên, do đó làm tăng khả năng chịu ISI. Nh đã đề

cập ở trên, mỗi sóng mang con mang một phần tin tức của 1

symbol, dùng một phần symbol làm dải bảo vệ còn tạo cho

việc truyền dẫn đợc liên tục, không có sự ngắt quãng giữa

các symbol. Hơn nữa, dải bảo vệ còn cho phép giảm lỗi do

sự xê dịch thời gian ở máy thu.



2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian

Để giải mã tín hiệu OFDM, máy thu phải thực hiện FFT với

từng symbol để lấy ra đợc biên độ và pha của sóng mang

con. Với các hệ thống OFDM có tốc độ lấy mẫu nh nhau cho

cả máy phát và thu, thì kích thớc FFT phải nh nhau cho cả

tín hiệu phát và tín hiệu thu nhằm duy trì đợc tính trực

giao giữa các sóng mang con. Do chèn thêm dải bảo vệ mỗi

symbol thu đợc có thời gian lấy mẫu là TG + TFFT, trong khi

máy thu chỉ cần giải mã tín hiệu trong khoảng thời gian TFFT.



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

Do đó khoảng thời gian TG là thừa. Với một kênh truyền lý tởng không có trễ truyền dẫn, máy thu sẽ không gặp phải bất

kỳ sự xê dịch nào về mặt thời gian và vẫn lấy mẫu chính

xác mà không cần bất kỳ một khoảng ngăn cách nào giữa các

symbol. Tuy nhiên, trong thực tế không có kênh truyền nào là

lý tởng, trên mọi kênh truyền luôn luôn có trễ truyền dẫn. Dải

bảo vệ sẽ chuyển đổi các xê dịch về mặt thời gian này

thành sự quay pha của các sóng mang con trong tín hiệu thu

đợc. Lợng quay pha này tỷ lệ với tần số của sóng mang con.

Giả sử lợng thời gian xê dịch là nh nhau với các symbol khác

nhau, khi đó lợng di pha do sự xê dịch thời gian dễ dàng đợc

loại bỏ bởi bớc cân bằng kênh truyền. Trong môi trờng đa đờng, dải bảo vệ càng lớn thì ISI càng đợc loại bỏ nhiều, lỗi do

sự xê dịch thời gian càng đợc giảm thiểu.



2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol (ISI)

Trong một tín hiệu OFDM, biên độ và pha của một sóng

mang con phải đợc giữ không đổi trong suốt thời gian

truyền một symbol nhằm duy trì đợc sự trực giao giữa các

sóng mang con. Nếu biên độ và pha của sóng mang con bị

biến đổi trong thời gian truyền của symbol thì dạng phổ

của sóng mang con không còn là dạng sinc nữa, dẫn đến các

điểm 0 trong dạng phổ sẽ không xuất hiện tại các tần số

trung tâm của các sóng mang con, gây ra nhiễu giữa các

sóng mang con (ICI). Tại biên giới giữa các symbol, biên độ và

pha thay đổi đột ngột tới giá trị mới tơng ứng với symbol mới.

Trong môi trờng đa đờng, ISI sẽ gây ra sự phân tán năng lợng

giữa các symbol với nhau, do ®ã sÏ cã sù thay ®ỉi nhÊt thêi

cđa pha và biên độ sóng mang con tại thời điểm bắt đầu



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

của symbol. Có nghĩa là biên độ và pha của sóng mang con

tại thời điểm bắt đầu symbol sẽ nhỏ hơn hoặc lớn hơn biên

độ và pha thực sự của nó. Biên độ và pha này sẽ liên tục thay

đổi dới sự tác động của các thành phần ®a ®êng. Thêi gian

tån t¹i cđa sù thay ®ỉi nhÊt thời này tỷ lệ với trễ truyền dẫn

của kênh truyền. Nếu trễ truyền dẫn không vợt quá dải bảo

vệ thì khi thực hiện FFT biên độ và pha của sóng mang đã

đi vào ổn định, do đó không gây ra lỗi nhận diện pha và

biên độ sóng mang. Các ảnh hởng khác của hiện tợng đa đờng nh : sự quay pha của các sóng mang, sự giảm biên độ

sóng mang đều có thể đợc hiệu chỉnh bởi bớc cân bằng

kênh truyền. Việc chèn thêm dải bảo vệ đã giải quyết đợc

phần lớn các ảnh hởng do ISI gây ra với tín hiệu thu, nhng dải

bảo vệ chỉ phát huy hiệu quả khi trễ truyền dẫn không vợt

quá phạm vi của nó. Trong thực tế, các thành phần đa đờng

suy gi¶m rÊt chËm theo thêi gian, trong khi d¶i b¶o vệ lại

không thể lớn một cách tuỳ ý (dải bảo vệ càng lớn thì hiệu

suất sử dụng phổ tần số càng thấp), do đó không thể loại bỏ

triệt để ảnh hởng của ISI lên tín hiệu thu.



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM



Hình 2-8 Hiệu quả loại bỏ ISI của dải bảo vệ

Hình trên cho thấykết quả mô phỏng của một hệ thống

OFDM làm việc trong môi trờng đa đờng. Giả thiết đáp ứng

xung của các thành phần đa đờng suy giảm sau 8 mẫu, trễ

truyền dẫn là 3.5 mẫu. Quan sát trong khoảng thời gian 16

mẫu, tơng đơng với 99% tổng năng lợng của các đáp ứng

xung thu nhận đợc. Hình trên cho thấy tơng quan giữa tỷ số

tín hiệu trên tạp âm (S/N) hiệu dụng và tỷ số tín hiệu trên

tạp âm kênh truyền. S/N hiệu dụng là tỷ số tín hiệu trên tạp

âm tại máy thu sau bớc giải điều chế. Nói một cách ngắn

gọn, S/N hiệu dụng đại diện cho chất lợng thông tin thu nhận,

S/N kênh truyền đại diện cho chất lợng kênh truyền. Dễ thấy

là S/N hiệu dụng bao giờ cũng nhỏ hơn S/N kênh truyền, do

S/N hiệu dụng còn phải chịu các ảnh hởng do hiện tợng đa

đờng gây ra. Ngời ta thờng dùng tỷ số lỗi bit (BER) để đánh

giá chất lợng thông tin của một hệ thống. Tuy nhiên ở đây ta

xem xét hệ thống OFDM một cách tổng thể, độc lập với phơng thức điều chế sóng mang nên ta dùng S/N để đánh giá



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

chất lợng thông tin của hệ thống. BER ứng với một phơng thức

điều chế cụ thể sẽ đợc suy ra từ S/N hiệu dụng.

Kết quả mô phỏng cho thấy, S/N hiệu dụng tỷ lệ với S/N

kênh truyền. Điều này là hợp lý bởi nếu chất lợng kênh truyền

đợc cải thiện thì chất lợng thông tin thu đợc cũng sẽ đợc cải

thiện. Ta có thể nhận thấy, dải bảo vệ càng lớn thì S/N hiệu

dụng càng đợc cải thiện. Với S/N kênh truyền bằng 45dB, nếu

dải bảo vệ chỉ dài 4 mẫu thì S/N hiệu dụng bằng 15dB,

trong khi nếu tăng dải bảo vệ lên 16 mẫu thì S/N hiệu dụng

đạt tới 25dB. Nh vậy dải bảo vệ càng lớn thì năng lợng ISI bị

lọc bỏ càng lớn. Tuy nhiên với độ dài dải bảo vệ là 16 mẫu nh

trên thì ảnh hởng của ISI vẫn còn rất đáng kể. Với cùng điều

kiện về trễ truyền dẫn và độ dài dải bảo vệ, S/N hiệu dụng

còn có thể đợc cải thiện bằng cách sử dụng các phơng thức

điều chế sóng mang đơn giản nh BPSK, QPSK. Nhng nh thế

đồng nghĩa với việc hiệu quả sử dụng phổ tần số sẽ thấp

hơn là dùng các phơng thức điều chế cấp cao khác. Để đạt

đợc hiệu quả sử dụng phổ tần số cao, trong khi S/N hiệu

dụng đạt mức 35dB thì độ dài tối thiểu của dải bảo vệ phải

là 64 mẫu.

Trên cùng là kết quả mô phỏng của 2 hệ thống có cùng độ

dài dải bảo vệ là 64 mẫu, một hệ thống chạy 80 sóng mang

với số điểm thực hiện IFFT là 128, và hệ thống còn lại chạy

320 sóng mang với số điểm thực hiện IFFT là 512. Nh vậy 2

hệ thống có cùng một băng thông. Đáp ứng kênh truyền với hệ

thống 320 sóng mang bằng phẳng hơn nên cho SNR hiệu

dụng cũng tốt hơn. Tăng số sóng mang con sẽ cải thiện chất lợng thông tin của toàn hệ thống. Tuy nhiên, đến một mức độ



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

nào đó thì tăng số sóng mang con lại làm giảm chất lợng

thông tin. Vấn đề này ta đã đề cập đến ở các mục trớc và sẽ

còn tiếp tục đợc làm rõ ở các mục sau.



2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang :

Chèn dải bảo vệ sẽ làm chậm tốc độ symbol nhng không

ảnh hởng đến sự phân cách giữa các sóng mang tại máy thu.

Khoảng cách giữa các sóng mang quyết định bởi tốc độ lấy

mẫu và số điểm thực hiện FFT tại máy thu :

f =



FS

N FFT



Trong đó:



f là khoảng cách tần số giữa các sóng mang con

(Hz).

FS là tốc độ lấy mẫu (Hz).

NFFT là số điểm thực hiện FFT



2.4 Hạn dải và tạo cửa sỉ cho tÝn hiƯu OFDM

TÝn hiƯu OFDM trong miỊn thêi gian là tập hợp của một

nhóm sóng mang con dạng sin đã đợc qua điều chế. Mỗi

sóng mang con đợc đặt trong một cửa sổ thời gian dạng

chữ nhật. Cửa sổ này đặt giới hạn cho từng OFDM symbol,

và quyết định đáp ứng tần số của tín hiệu OFDM đợc tạo

ra. Hình dới đây là một ví dụ về dạng sãng cđa mét sãng

mang con OFDM sư dơng ph¬ng thøc điều chế PSK. Biên độ

của sóng mang là không đổi, nhng pha thay đổi theo

symbol. Kết quả là tại biên giới giữa các symbol có sự thay

đổi pha đột của sóng mang. Kết quả của sự đổi pha đột



Bài tập lớn- Bùi Đức Toàn-ĐT7-K52

Phần 2 Nguyên lý và kỹ thuật OFDM

ngột trong miền thời gian là sự phân tán năng lợng giữa các

symbol trong miền tần số.



Hình 2-9 Dạng sóng trong miền thời gian của sóng mang con

Hình trên là phỉ cđa tÝn hiƯu OFDM cha qua läc. Ta thÊy

víi trêng hỵp tÝn hiƯu gåm 1536 sãng mang con cã sự suy

giảm của các búp sóng phụ nhanh hơn trờng hợp 52 sóng

mang con. Tuy nhiên năng lợng của các búp sóng phụ trong trờng hợp này vẫn rất còn ®¸ng kĨ ë kh¸ xa khèi phỉ cđa c¸c

bóp sãng chính. Các búp sóng phụ này làm tăng dải thông

của tín hiệu, giảm hiệu quả sử dụng phổ tần số. Có 2 kỹ

thuật phổ biến dùng để lọc bỏ các búp sóng phụ tới mức có

thể chấp nhận đợc là : Lọc thông dải, và chèn dải bảo vệ dạng

cos nâng (raised cosin).



Hình 2-10 Phổ của tín hiệu OFDM với 52 sãng mang con



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×