Kỹ thuật đồng bộ trong truyền dẫn OFDM

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



TRẦN THỊ YẾN





KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG
TRUYỀN DẪN OFDM





LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2012



ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




TRẦN THỊ YẾN



KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG
TRUYỀN DẪN OFDM


Ngành: Công Nghệ Điện tử -Viễn Thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Trịnh Anh Vũ

Hà Nội – 2012



v
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ OFDM 2
1.1. Giới thiệu chung 2
1.1.1. Khái niệm truyền song song 2
1.1.2. Kênh con trực giao, điều chế miền tần số 4
1.1.3. Ưu nhược điểm 7
1.2. Cấu trúc tín hiệu OFDM 7
1.2.1. Tiêu đề gói (Header) 8
1.2.2. Tiền tố vòng (CP) 8
1.2.3. Tín hiệu hoa tiêu (Pilot) 10
Chƣơng 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 11
2.1. Phát hiện gói và xác định vùng quan tâm 11
2.2. Ước lượng độ lệch tần số sóng mang 16
2.3. Sửa lỗi lệch tần số và khôi phục lại tín hiệu 18
2.4. Đồng bộ tốc độ lấy mẫu 20
2.5. Đồng bộ ký hiệu OFDM 22
2.6. Pilot và sửa lỗi pha 25
Chƣơng 3 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG 28
3.1. Tóm tắt về FPGA 28

3.2. Kịch bản mô phỏng 28
3.2.1. Ảnh nguồn biến đổi sang dòng bit 29
3.2.2. Dùng Header và Pilot đơn giản nhằm đạt kết quả đồng bộ trong đường
truyền xác định 29
3.3. Thiết kế bên phát 29
3.3.1. Chèn Pilot 30
3.3.2. Chèn CP 30
3.3.3. Tạo Header 32


vi
3.3.4. Tín hiệu được đưa lên tần số sóng mang để truyền đi 33
3.4. Thiết kế bên thu 34
3.4.1. Phát hiện gói và vùng quan tâm ROI 34
3.4.2. Tách tần số offset và hiệu chỉnh pha 35
3.4.3. Đồng bộ ký hiệu OFDM 39
3.4.4. Tách Pilot 41
Chƣơng 4 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44










vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
Viết đầy đủ
AGC
ADC
Automatic Gain Control
Analog to Digital Converter
BPSK
BER
Binary Phase Shift Keying
Bit Error Rate
CORDIC
CP
Coordinate Rotation Digital Computer
Cyclix Prefix
FFT
FIFO
FPGA
Fast Fourier Transform
First In First Ourt
Field-programmable gate array
GI
Guard Interval
IF
ICI
IFFT
ISI
IEEE
Immediate Frequency
InterChannel Interference

Inverse Fast Fourier Transform
InterSymbol Interference
Institute of Electrical and Electronics Engineers
LTE
LTS
Long Term Evaluation
Long Training Sequence
MF
Matched Filter
OFDM
Orthogonal frequency-division multiplexing
PN
Pseudo-Noise
QPSK
QAM
Quadrature Phase Shift Keying
Quadrature Amplitude Modulation


viii
ROI
Region Of Interest
SNR
SIR
SP
STS
Signal to Noise Rate
Signal to Interference Ratio
Sync Pilots
Short Training Sequence

ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ số
Mô tả

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11

1.12
Biểu diễn truyền song song
Cấu hình hệ truyền song song theo mã và theo sóng
Tín hiệu OFDM có chèn khoảng bảo vệ
Biến đổi IFFT
Các sóng mang trực giao
Phổ của sóng mang con
Cấu trúc gói của IEEE 802.11a
Tiêu đề gói IEEE 802.11a
Khối chèn/xóa CP tại phía phát/thu
Tiền tố vòng CP
Tín hiệu phát (a), Tín hiệu nhận (b), và ký hiệu OFDM để vào bộ
IFF ở phía nhận (c)
Pilot trong cấu trúc sóng mang con OFDM
2.1
2.2
2.3
2.4

2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
Sơ đồ bộ phát hiện gói tin
Biểu diễn của công suất trung bình theo công thức (2.2)
Biểu diễn tự tương quan trễ theo công thức (2.1)
Bộ so sánh
Timing metric
Timing metric và ROI
Tín hiệu đưa lên/xuống đường truyền
Bộ ước lượng lệch góc pha ∆∅
Ước lượng khoảng lệch tần số sóng mang
Vector Translation CORDIC
Bộ sửa lỗi lệch tần số sóng mang giữa tín hiệu phát và thu
Rotation CORDIC


x
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19

2.20
Đầu thu với đồng hồ lấy mẫu mất đồng bộ
Bộ phát hiện lỗi thời gian Gardner
Minh họa tín hiệu lối ra của đồng bộ thô và đồng bộ tinh
Bộ phát hiện gói và đồng bộ thời gian thô
Cấu trúc bộ đồng bộ thời gian thô
Cấu trúc bộ đồng bộ thời gian tinh
Pilot trong cấu trúc sóng mang con OFDM
Vector Translation CORDIC
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
Sơ đồ hệ thống OFDM được thiết kế
Chèn Pilot
Thêm tiền tố vòng CP
Biểu diễn tín hiệu của chèn CP

Chèn tiêu đề
Tín hiệu biến đổi trước khi đưa lên đường truyền
Biểu diễn phát hiện gói và xác định vùng quan tâm
Ước lượng độ lệch tần số
Xác định vùng quan tâm
Biểu diễn pha được hiệu chỉnh
Biểu diễn tín hiệu đã được đồng bộ tần số sóng mang
Biểu diễn kết quả đồng bộ thô
Đồng bộ thời gian tinh
Đồng bộ thời gian ký hiệu OFDM
Tách Pilot tại phía thu
Tín hiệu cuối cùng
Kết quả SDRAM tại phía phát và phía thu






xi



1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDM được sử dụng rộng rãi và nổi lên là một ứng viên tiềm năng cho hệ thống di
động thế hệ thứ tư 4G. Ưu điểm của OFDM là hiệu suất phổ cao, tiết kiệm băng tần.
Ngoài ra nó còn có khả năng chống pha đinh nên được rất nhiều quan tâm của các nhà
khoa học.

Có rất nhiều tài liệu của các tác giả nói về đặc tính của kỹ thuật này cũng như
mô tả thiết kế bên phát cũng như bên thu. Tuy nhiên chi tiết thiết kế để thực thi kỹ
thuật này trên hệ thống còn rất hạn chế hay những hướng dẫn chi tiết thiết kế thực thi
còn ít ỏi.
Chính vì thế kết hợp với điều kiện phòng thí nghiệm có sẵn FPGA và phần
mềm System Generator Xilinx Virtex-4, luận văn đã chọn đề tài thiết kế hệ thống
truyền dẫn OFDM là đề tài nghiên cứu trong đó kỹ thuật đồng bộ là một thách thức rất
quan trọng và phức tạp ở phía thu. Kết quả ban đầu đạt được với điều kiện thiết kế mô
hình đơn giản xong hoàn toàn có thể cho phép thay đổi và phát triển vào hệ thống
phức tạp.


2
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ OFDM
1.1. Giới thiệu chung
Kênh vô tuyến có đặc trưng pha đinh chọn lọc tần số, điều này là do trong
đường truyền vô tuyến ngoài tia truyền trực tiếp còn có một số các tia phản xa, nhiễu
xạ đến bộ thu tại các thời điểm khác nhau. Việc cộng cùng pha hay ngược pha các tia
này gây nên thăng giáng lớn cường độ tín hiệu (phading). Ngoài ra trải trễ giữa các tia
gây nên nhiễu giữa các ký hiệu (ISI). Trong kênh outdoor trễ trải cỡ μs và indoor cỡ ns.
Nếu yêu cầu tốc độ truyền vài Mb thì trễ có thể lớn hơn thời gian ký hiệu truyền và
gây nên ISI rất mạnh.
Cân bằng thích nghi là cách truyền thống để sửa lại dạng sóng làm giảm ISI,
song kỹ thuật này với tốc độ vài Mb/s sẽ khá đắt.
Một cách khác và có thể thực hiện truyền băng rộng là OFDM. Do tạo nên các
luồng song song, tốc độ mỗi luồng giảm nên chống được phading chọn lọc mà không
cần bộ cân bằng. Ngoài ra nếu thêm tiền tố CP kỹ thuật này cũng chống được ISI. Kỹ
thuật này được kỳ vọng phát triển cho tương lai.
1.1.1. Khái niệm truyền song song
Trong miền thời gian, tín hiệu trễ khác nhau đến bộ thu có công suất, thời gian,

và pha khác nhau. Nếu bộ thu chuyển động sẽ có thêm sự thay đổi mức tín hiệu. Nếu
truyền tốc độ vài Mb/s, trễ lớn hơn 1 thời gian ký hiệu dẫn đến méo cả dạng sóng và
phổ.
Mặt khác nếu xét miền tần số với khoảng băng kết hợp (cùng cộng hưởng hoặc
cùng ngược pha), thì tín hiệu bằng hẹp sẽ ít bị méo. Do đó nếu chia dòng tín hiệu
thành nhiều dòng song song, tốc độ mỗi dòng giảm ứng với tín hiệu băng hẹp sẽ ít bị
méo.


3

Hình 1.1. Biểu diễn truyền song song


Hình 1.2. Cấu hình hệ truyền song song theo mã và theo sóng mang


4



Hình 1.3. Tín hiệu OFDM có chèn khoảng bảo vệ
Trong kỹ thuật này dữ liệu sau khi phân chia song song được đưa đến bộ IFFT
tạo nên ký hiệu OFDM chứa các sóng mang con trực giao.

Hình 1.4. Biến đổi IFFT
1.1.2. Kênh con trực giao, điều chế miền tần số
Trong kỹ thuật OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những
sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu thì những tín hiệu được khôi phục mà không
giao thoa.

5


Hình 1.5. Các sóng mang trực giao


Hình 1.6. Phổ của sóng mang con OFDM
Về toán học mỗi sóng mang được miêu tả là một sóng mang phức:
( ( ))
( ) ( )
cc
j t t
cc
S t A t e



(1.1)
Tín hiệu thực là phần thực của Sc(t), trong đó Ac(t) và φ
c
(t) là thành phần biên
độ và pha của sóng mang có thể thay đổi theo mỗi ký hiệu.
Giá trị Ac(t) và φ
c
(t) không thay đổi trên mỗi khoảng T
s
của ký hiệu.

6
Tín hiệu OFDM gồm nhiều sóng mang do đó các tín hiệu phức được biểu diễn
như sau:
1
( ( ))
0
1
( ) ( )
nn
N
j t t
sn
s t A t e
N





(1.2)
Với ω
n
= ω
0
+ n∆ω (n chạy từ 0 đến N-1)
Nếu chỉ quan tâm tới dạng sóng của mỗi thành phần tín hiệu trên 1 khoảng ký
hiệu thì biến A
c
(t) và φ

c
(t) có giá trị không đổi, chỉ phụ thuộc vào tần số của sóng
mang xác định. Vì vậy:
A
n
(t) => A
n
()
n
t

=>
n


Biến đổi:
1
()
0
1
()
nn
N
jt
sn
s t A e
N






(1.3)
Lấy mẫu tín hiệu sử dụng tần số lấy mẫu thì tín hiệu thu được là:
0
1
( ) )
0
1
()
N
j n kT
sn
s kT A e
N





(1.4)
Biến đổi:
0
1
0
1
()
N
j
n kT

sn
s kT A e e
N






(1.5)
Dạng chung của biến đổi Fourier tần số rời rạc có dạng:
2
1
0
1
( ) ( )
N
j nk
N
n
n
g kT G e
N NT





(1.6)
Phương trình trên,

0
j
n
Ae

chính là tín hiệu trong miền tần số được lấy mẫu và
s
s
(kT) là biểu diễn trong miền thời gian của nó, do vậy 2 phương trình tương đương
nếu:
2
()j n kT j nk
N



(1.7)
Suy ra:
11
2
s
f
T NT



   
(1.8)

Đây là điều kiện đảm bảo trực giao giữa các sóng mang, phép biến đổi Fourier

rời rạc được sử dụng để điều chế và giải điều chế tín hiệu OFDM.


7
1.1.3. Ƣu nhƣợc điểm
Ưu điểm:
• Hiệu suất sử dụng phổ cao: do trực giao nên cho phép chồng lấn băng tần giữa
các kênh con
• Dễ thực hiện do sử dụng phép toán IFFT/FFT
• Chống chịu được pha đinh đa đường và chọn lọc tần số
Nhược điểm:
• Nhạy với độ lệch tần số. Lệch tần rất nhỏ cũng có thể dẫn tới mất tính trực giao
giữa các sóng con
• Tỷ số công suất đỉnh /công suất trung bình trong dạng sóng cao (khi các sóng
con có thời điểm đồng pha)
1.2. Cấu trúc tín hiệu OFDM
Thông thường kỹ thuật OFDM được thiết kế thông qua truyền gói chứa nhiều
ký hiệu OFDM. Kích thước của gói có thể biến đổi, gói bao gồm một header, sau đó là
payload dữ liệu.
Header gói chứa thông tin về gói mà phía thu yêu cầu như thông tin về khoảng
thời gian gói và tốc độ truyền tin. Nó cũng chứa tiền tố được sử dụng cho mục đích
đồng bộ.
Định dạng gói tin OFDM chuẩn IEEE 802.11a được minh họa trên hình vẽ.

Hình 1.7. Cấu trúc gói của IEEE 802.11a
Trường tiêu đề bao gồm 12 ký hiệu. Cấu trúc và chức năng của trường này
được mô tả chi tiết bên dưới.
Trường tín hiệu bao gồm 24 bít, định nghĩa tốc độ dữ liều và chiều dài khung.
Với điều chế OFDM 802.11a, tín hiệu chuỗi nhị phân được chia thành các
nhóm (symbols) của một, hai, bốn hoặc sáu bit, phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu được lựa

chọn.


8
Các nhóm này được chuyển đổi thành các số phức trong chòm sao biểu diễn và
chuyển trên sóng mang con tương ứng.
1.2.1. Tiêu đề gói (Header)
Phần tiêu đề gói theo chuẩn IEEE 802.11a bao gồm mười ký hiệu ngắn lặp lại
(Short Training Sequence, hay STS) và hai ký hiệu dài lặp lại (Long Training
Sequence, hay LTS). Hình vẽ là sơ đồ của phần tiêu đề gói tin 802.11a. Mỗi dãy STS
có 16 mẫu, và mỗi môt ký hiệu dài LTS có 64 mẫu. Một khoảng bảo vệ được chèn vào
trước các ký hiệu dài. Khoảng bảo vệ này bao gồm các mẫu lặp lại từ cuối của LTS.
Mục đích của phần tiêu đề là đồng bộ. Việc sử dụng các dãy lặp lại tạo thuận
lợi cho bên thu đồng bộ dễ dàng hơn. Bộ thu sẽ có thể nhận ra được biểu diễn của một
gói đi vào bởi vì các ký hiệu nhận được là tương tự nhau bất kể những ảnh hưởng của
kênh truyền.
Tín hiệu tương tự được lấy mẫu bởi một cặp ADC hoạt động ở 20 MHz, do vậy
khoảng thời gian của một mẫu là T
s
= 50ns, dịch cả STS và LTS đi 8μs chiều dài. Tiêu
biểu, ký hiệu STS sử dụng cho AGC, phát hiện gói, ước lượng độ lệch tần số sóng
mang thô và đồng bộ thời gian thô, trong khi ký hiệu LTS sử dụng cho ước lượng lệch
tần số sóng mang tinh và đồng bộ thời gian tinh.

Hình 1.8. Tiêu đề gói IEEE 802.11a
1.2.2. Tiền tố vòng (CP)
CP (Cyclic Prefic) là một đặc tính then chốt của OFDM sử dụng để đương đầu
với nhiễu xuyên giữa các ký hiệu (ISI) và nhiễu xuyên giữa các kênh (ICI). Ý tưởng ở
đây là sao chép phần sóng miền thời gian OFDM từ phần đuôi lên trước để tạo ra một
khoảng bảo vệ đồng thời đảm bảo số mẫu tuần hoàn trong ký hiệu OFDM. Khoảng

thời gian bảo vệ T
g
phải dài hơn trải trễ trong trường hợp xấu nhất của môi trường đa
đường.



9

Hình 1.9. Khối chèn/xóa CP tại phía phát và thu
Hình vẽ minh họa trong đó ở đầu thu, một vị trí trong tiền tố lặp CP được chọn
là điểm bắt đầu lấy mẫu, thỏa mãn điều kiện:
axm x g
TT



Trong đó
axm

là trường hợp xấu nhất của trải trễ đa đường. Như minh họa ở
hình bên dưới, một khi điều kiện trên được thỏa mãn, thì sẽ không có ISI khi mà ký
hiệu trước đó sẽ chỉ ảnh hưởng tới các mẫu nằm trong [0,
axm

]. Các chu kỳ lấy mẫu
bắt đầu từ T
x
sẽ bao gồm sự tổng hợp của tất cả các thành phần đa đường, do vậy tất cả
các mẫu trải qua cùng kênh và không có ICI.

Hình 1.10. Tiền tố vòng CP


10

Hình 1.11. Tín hiệu phát (a), tín hiệu nhận (b) và ký hiệu OFDM để vào bộ IFF
ở phía nhận (c)
1.2.3. Tín hiệu hoa tiêu (Pilot)
Pilot được sử dụng lấy các thông tin về kênh truyền thay đổi để từ đó hiệu chỉnh
lại méo do kênh truyền mang lại.
Nó được chèn vào giữa các sóng mang con OFDM ở đầu phát sau khi tín hiệu
đã đi qua bộ S/P và trước khi tới IFFT. Pilot (ví dụ BPSK) được chèn vào một số sóng
mang bên trong mỗi một ký hiệu OFDM.

Hình 1.12. Pilot trong cấu trúc sóng mang con OFDM



11
Chƣơng 2 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ
Chuẩn IEEE 802.11a đưa ra cấu trúc tín hiệu cho việc đồng bộ truyền dẫn
OFDM. Vấn đề này được rất nhiều các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển, với
nhiều thuật toán khác nhau. Song chuẩn cũng cho phép vận dụng mềm dẻo trong các
ứng dụng xác định khác nhau.
Chương này luận văn trình bày các cơ sở kiến thức và mô tả thuật toán sử dụng
để phục vụ cho thiết kế một bộ thu phát OFDM đơn giản.
2.1. Phát hiện gói và xác định vùng quan tâm
Với bất kỳ một hệ thống truyền dữ liệu nào thì phần quan trọng nhất của phía
thu đó là việc phát hiện ra một gói tin được truyền tới. Vai trò chính của bộ phát hiện

gói trong đồng bộ là báo cho các khối khác rằng các mẫu tìm thấy nằm trong phần tiêu
đề của gói tin.
Phương pháp để phát hiện gói là sử dụng hàm tự tương quan, bằng cách tận
dụng ưu điểm của việc lặp lại trong phần tiêu đề STS, để lấy tương quan của mẫu
chuỗi tín hiệu nhận được với bản sao của chuỗi lấy độ trễ bằng chiều dài STS trên
trung bình của công suất.
Sơ đồ của một bộ phát hiện gói được thiết kế như sau:



12
Hình 2.1. Sơ đồ bộ phát hiện gói tin [1]
Gọi N
sp
là chiều dài của một STS hay là số mẫu của chuỗi STS, r
n
là tín hiệu
của mẫu đầu vào thứ n, r
*
n
là liên hợp phức của r
n
. Thiết kế mô phỏng của luận văn N
sp

lựa chọn là 16 mẫu.
Hàm tương quan giữa tín hiệu nhận được với bản sao của chuỗi lấy trễ đi N
sp
:
 

1
0
[ ]. [ ]
sp
N
sp
m
R n r n m r n m N


   

(2.1)
Trong đó
[]r n m
là phức liên hợp của
[]r n m

Công suất trung bình được tính như sau:
   
1
2
0
sp
N
m
P n r n m





(2.2)
Khi đó, phần tiêu đề STS của một gói tin có thể được phát hiện khi tỷ số:
 
 
 
2
2
[]
Rn
Mn
Pn

(2.3)
Vượt qua một ngưỡng xác định, tức là M[n] > th. Giá trị th này được lựa chọn
để tối thiểu trường hợp phát hiện sai hoặc không phát hiện được gói tin, xảy ra khi
phía thu không xác định được chuỗi STS. Thông thường chọn th=0.7 là giá trị tối ưu
cho thiết kế.
Phương trình (1) và (2) được thực hiện bằng cách sử dụng một cửa sổ trượt.
Việc thực hiện cửa sổ trượt trong (1) và (2) được tính toán như sau:
[ 1] [ ] [ ]. [ ] [ ]. [ ]
sp sp
R n R n r n N r n r n r n N     
(2.4)
 
2
2
[ 1] [ ]
sp
P n P n r n N r n


    

(2.5)
Trong hình 2.1, nhánh phía trên và dưới thực hiện tự tương quan trễ (2.1) và
tính công suất trung bình (2.2). Các khối trễ vòng N
sp
được thực hiện sử dụng
RAMB36, một bộ đếm và FSM, với đầu vào nối tới RAMB36 cổng A và đầu ra trễ
trên cổng B. Phép nhân phức (với liên hợp) được thực hiện sử dụng ba bộ nhân
DSP48E và năm bộ cộng trừ, tính như sau:
(a
re
+ ia
im
).(b
re
–ib
im
) = p
re
+ ip
im
Trong đó:
p
re
= a
re
.b
re

+ a
im
.b
im
Và:
p
im
= (a
re
+ a
im
). (b
re
– b
im
) – (a
re
.b
re
– a
im
. b
re
)


13
Công suất được tính là bình phương biên độ của tín hiệu phức được lấy mẫu,
tức là:
2

[ ] [ ]. [ ] [n]. [ ]
re re im im
r n r n r n r r n
(2.6)

Toán tử này được thực hiện bằng cách sử dụng hai bộ nhân DSP48E và một bộ
cộng.
Như vậy ta có thể hình dung việc thực hiện hai nhánh này giống như việc sử
dụng một cửa sổ trượt có chiều dài 2N
sp
. Ta có biểu diễn công suất trung bình của
công thức (2.2) như sau:

Hình 2.2. Biểu diễn của công suất trung bình theo công thức (2.2)

Tương tự, để tính ra giá trị hàm tự tương quan trễ R[n] ở công thức (2.1), ta lại
có:
r[n]=a
re
+i.a
im
r[n+N
sp
]=b
re
+i.b
im
r
*
[n]=a

re
-i.a
im
(a
re
-i.a
im
).( b
re
+i.b
im
)= a
re
.b
re
- i.a
im
b
re
+i. b
im
a
re
+ a
im
. b
im
= a
re
.b

re
+ a
im
. b
im


14

Như vậy, hàm tự tương quan trễ của tín hiệu r[n] được biểu diễn như sau:

Hình 2.3. Biểu diễn tự tương quan trễ theo công thức (2.1)
Do biên độ của tương quan thay đổi theo thời gian nên ta xác định một giá trị
ngưỡng th. Công suất trung bình được nhân với một ngưỡng tối ưu rồi so sánh với tự
tương quan trễ trên đồ thị để xác định ra gói tin và vùng quan tâm ROI.


Hình 2.4. Bộ so sánh
Ở cuối đầu ra của bộ phát hiện gói, như mô tả trên hình 2.1, sau khi làm mượt
(smoothing) ta sẽ lọc ra giá trị n
pd
, các giá trị này được lựa chọn sao cho M[n] > th, với
n>n
pd
. Các giá trị này còn gọi là timing metric (thước đo thời gian). Timing metric
tăng chậm và đạt giá trị lớn nhất khi chỉ số của mẫu đầu tiên trong cửa sổ tương ứng
với mẫu đầu tiên của PN thứ nhất. Sau đó nó lần nữa giảm xuống một cách chậm chạp
khi cửa sổ trượt qua chuỗi đồng bộ và lại đạt giá trị lớn nhất tại mẫu đầu tiên của PN

15
thứ hai. Về nguyên tắc, nó đạt lớn nhất khi cửa sổ bi chồng một cách chính xác 2 lần
chuỗi PN. Do timing metric tăng chậm tới giá trị lớn nhất và sau đó giảm chậm bởi vì
tự tương quan cửa sổ chạy, nó có thể có một lượng nhỏ khối lượng nhiễu làm thay đổi
vị trị của giá trị lớn nhất. Do đó, vị trí thực tế của giá trị lớn nhất sẽ nằm trong khoảng
±roi các mẫu xung quanh vị trí lớn nhất. Khoảng này được gọi là vùng quan tâm ROI
(Region of Interest), ở đó nó chứa mẫu cần tìm cho việc đồng bộ ký hiệu.
Hình vẽ sau biểu diễn phương pháp tính timing metric:

Hình 2.5. Timing metric

Hình 2.6. Timing Metric và ROI [2]
Ngưỡng trên của vùng quan tâm ROI được xác định dựa theo phương trình:

   
22
. ax
ct
R n th m R n
với n>n
pd
(2.7)

Giá trị n
ct
lớn nhất thỏa mãn bất phương trình này sẽ là ngưỡng trên của ROI,
do đó ta xác định được vùng quan tâm.


16

2.2. Ƣớc lƣợng độ lệch tần số sóng mang
Trong hệ thống truyền thông tin vô tuyến, các tín hiệu OFDM trước khi đưa lên
đường truyền sẽ được biến đổi sang tần số sóng mang để truyền đi. Đầu thu được
mong đợi sẽ điều chỉnh tới cùng tần số sóng mang cho việc chuyển đổi tín hiệu xuống
băng cơ bản, trước khi thực hiện bước tiếp theo.

Hình 2.7. Tín hiệu đưa lên/xuống đường truyền
Tuy nhiên, do sự suy giảm của thiết bị mà tần số sóng mang của bên thu không
giống với tần số sóng mang của bên phát. Hai tần số này sai khác nhau một lượng, gọi
là độ lệch tần số sóng mang. Việc đầu tiên của đồng bộ tần số sóng mang đó là phải
xác định được độ lệch tần này.
Ký hiệu PN đầu tiên là giống hệt với ký hiệu PN thứ hai (về thời gian), ngoại
trừ phần dịch pha bởi độ lệch tần số sóng mang. Nếu phần phức của một mẫu ở PN thứ
nhất được nhân với mẫu tương ứng ở PN thứ hai, thì hiệu ứng kênh sẽ bị loại bỏ và kết
quả là xác định được góc lệch pha ∆∅.
Nếu hai mẫu được phát đi trên kênh truyền, sự khác pha giữa chúng tại phía thu
sẽ tỷ lệ với độ lệch tần số, và cũng tỷ lệ với khoảng cách t giữa hai lần truyền. Gọi độ
lệch tần số là ∆f, đại lượng lệch pha được tính theo công thức sau:
∆∅ = 2πt∆f (2.8)
Độ lệch góc này có thể được tính toán bằng cách quan sát tín hiệu của các mẫu
đầu vào cách nhau một chiều dài ký hiệu PN.