HỆ THỐNG OFDM-CDMA
KỸ THUẬT OFDM.[5 ]
1.1.1 ĐA SÓNG MANG, OFDM VÀ FDM
Kỹ thuật đa sóng mang cho phép phân chia dải tần thành nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng mang truyền tải một dòng dữ liệu tốc độ thấp Tập hợp các dòng dữ liệu này tạo thành dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải Một trường hợp đặc biệt của kỹ thuật này là sóng mang trực giao (OFDM), cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng băng thông Việc áp dụng sóng mang trực giao cũng mang lại nhiều lợi thế kỹ thuật đáng kể.
Phương pháp điều chế đa sóng mang chia băng tần của hệ thống thành nhiều băng con, mỗi băng con sử dụng sóng mang phụ khác nhau Hình 1.1 minh họa sự phân bổ băng thông giữa hệ đơn sóng mang và đa sóng mang, trong đó BSC và BMC đại diện cho băng thông của hệ đơn và đa sóng mang Đối với hệ đa sóng mang, các tham số như ∆f, f k, và F(f, t) cũng được xác định.
N c là khoảng cách tần số giữa các sóng mang con, bao gồm tần số của sóng mang con thứ k, phổ tần sóng mang con thứ k, và số lượng các sóng mang con Giả thiết H(f,t) là đáp ứng kênh pha-đinh chọn lọc tần số, cho thấy mối quan hệ giữa phổ tần của hệ thống đơn sóng mang (SSC) và đa sóng mang (SMC), cũng như phổ tần tại đầu thu của hệ đơn sóng mang (RSC) và đa sóng mang (RMC).
Chương 1 – Hệ thống OFDM-CDMA
Hình 1.1 : Phân bố tần số của hệ thống đơn sóng mang và đa sóng mang (a) bên phát (b)bên nhận.
Phương pháp đa sóng liên quan đến kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số (FDM), trong đó bề rộng phổ tín hiệu của hệ thống B được chia thành nhiều kênh tần số khác nhau.
Trong hệ thống đa sóng mang, độ dài của tín hiệu sẽ lớn hơn Nc lần so với hệ thống đơn sóng mang Công thức tính bề rộng mỗi kênh con được xác định bằng fk = B/Nc, trong đó B là băng tần tổng và Nc là số kênh con.
Kết quả cho thấy tỷ số tương đối giữa trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh và độ dài mẫu tín hiệu trong hệ thống đa sóng mang giảm Nc lần so với hệ thống đơn sóng mang.
Nhiễu xuyên kí hiệu ISI do trễ truyền dẫn chỉ tác động đến một số mẫu tín hiệu nhất định, trong khi chất lượng hệ thống ít bị ảnh hưởng bởi lỗi phản xạ đa đường.
Phương pháp đa sóng mang thường không cải thiện hiệu suất sử dụng băng tần của hệ thống, mà chủ yếu nhằm ngăn chặn sự chồng lấn tín hiệu giữa các kênh con, dẫn đến cần thiết phải có các băng tần bảo vệ và làm giảm hiệu quả sử dụng băng tần Để kết hợp ưu điểm của truyền dẫn đa sóng mang mà không làm giảm hiệu quả băng tần, điều chế đa sóng mang trực giao OFDM đã được phát triển.
Hình 1.2 : Hiệu quả sử dụng phổ giữa FDM-OFDM.
OFDM, hay Điều chế Đa Sóng Mang Tần Số Phân Tách, là một phương pháp truyền dữ liệu hiệu quả, trong đó một luồng dữ liệu tốc độ cao được phân chia thành nhiều sóng mang trực giao với tốc độ thấp hơn.
Vì lý do đó OFDM đƣợc xem nhƣ là kỹ thuật điều chế, cũng là kỹ thuật ghép kênh.
1.1.2 NGUYÊN TẮC TRỰC GIAO TRONG OFDM
OFDM là một dạng điều chế đa sóng mang đặc biệt, trong đó các sóng mang con được lựa chọn sao cho chúng trực giao với nhau Sự trực giao này cho phép các kênh con ghép chồng lên nhau mà không gây nhiễu, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tín hiệu của toàn hệ thống.
Tính trực giao là yếu tố quan trọng cho phép nhiều tín hiệu thông tin được truyền tải qua kênh truyền thông mà không bị nhiễu Khi tính trực giao giữa các tín hiệu bị mất, sự rối loạn sẽ xảy ra, dẫn đến giảm chất lượng thông tin truyền đạt.
OFDM đạt được sự trực giao thông qua việc điều chế tín hiệu vào các sóng mang trực giao Tần số của từng sóng mang con là một số nguyên lần nghịch đảo của thời gian tồn tại ký hiệu, cho phép mỗi sóng mang có chu kỳ khác nhau trong khoảng thời gian này Mặc dù phổ của các sóng mang chồng lấn lên nhau, nhưng chúng vẫn không gây nhiễu cho nhau, đảm bảo sự truyền tải tín hiệu hiệu quả.
Về mặt toán học, các sóng mang con trong một nhóm gọi là trực giao với nhau nếu chúng thoả mãn :
Công thức cho thấy rằng tích phân trong chu kỳ của hai sóng mang con khác nhau bằng 0, điều này có nghĩa là tại máy thu, các sóng mang con không gây ra sự nhiễu loạn lẫn nhau.
1.1.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG OFDM.[16 ]
Hệ thống thông tin OFDM truyền tải dữ liệu phức s i (t) song song trên N c sóng mang con, với chỉ số sóng mang con k=(1, 2, 3, N c) Mỗi điểm tín hiệu s i (t) tương ứng với một điểm trong không gian Euclid Nc-chiều, được biểu diễn bởi bộ giá trị (c1i, cki, cNci) Tập hợp M điểm trong không gian này được gọi là chùm tín hiệu (signal constellation), với các điểm là đầu ra từ phép điều chế M-trị Mỗi sóng mang được nhân với giá trị phức c ki từ dữ liệu đầu vào, trong đó k là chỉ số sóng mang và i là chỉ số ký hiệu của toàn bộ ký hiệu OFDM Kết quả từ phép nhân sẽ được cộng lại, tạo ra tín hiệu cuối cùng dưới dạng sóng theo thời gian, được truyền qua kênh với giả thiết khoảng ký hiệu tại các sóng mang con.
Nhƣ vậy, tín hiệu phát băng cơ sở s(t) là chuỗi vô hạn các ký hiệu OFDM có thể đƣợc biểu diễn:
( 1.8) i=−∞ k =1 f k là tần số của sóng mang con thứ k, f(t): dạng xung ký hiệu có thể là dạng xung vuông. f (t) =1 (0