kỹ thuật OFDM và ứng dụng trong truyền hình số mặt đất DVB_T 3.doc

Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..

CHNG 3: CC VN K THUT TRONG H THNG OFDM
3.1. Gii thiu chng.
Trong chng trc, chỳng ta ó tỡm hiu v h thng OFDM, ó tỡm hiu v
cỏc c tớnh ca kờnh vụ tuyn v nhn thy rng cỏc h thng OFDM cú th ỏp ng
c vi nh hng ca hin tng a ng, fading phng, fading la chn tn s
bng cỏch chốn thờm vo khong thi bo v v truyn dn song song cỏc súng mang
con tc symbol thp. Bờn cnh nhng thun li trờn, cỏc h thng OFDM cng cú
cỏc bt li. Ba tr ngi chớnh ca h thng OFDM l: vn tn s offset, vn
ng b, cui cựng l vn t s cụng sut nh trung bỡnh PAPR ln.
Trong h thng thụng tin s, cỏc ký t ó c mó hoỏ tri qua quỏ trỡnh iu
ch v c truyn trờn cỏc kờnh hay b nh hng bi xuyờn nhiu. phớa thu,
thụng thng thỡ b gii iu ch xem nh ó bit tn s súng mang v a s cỏc b
gii mó ó bit thi khong ký t. Bi vỡ quỏ trỡnh iu ch v xuyờn nhiu kờnh nờn
cỏc tham s tn s súng mang v thi khong ký t khụng cũn chớnh xỏc. Do ú cn
phi c lng v ng b chỳng. Nh vy, phớa thu ngoi vic gii quyt s gii
mó d liu( bờn ngoi) cũn phi gii quyt s ng b hoỏ( bờn trong).
Nh ó trỡnh by trong chng 1, ng b l mt trong nhng vn quan trng
trong h thng OFDM. Mt trong nhng hn ch ca h thng s dng OFDM l kh
nng d b nh hng bi li do ng b, c bit l ng b tn s do lm mt tớnh
trc giao ca cỏc súng mang nhỏnh. gii iu ch v nhn bit tớn hiu OFDM
chớnh xỏc, yờu cu cỏc súng mang nhỏnh phi cú tớnh trc giao. Khi m ng b tn
s ly mu bin i di 50 xung/phỳt(ppm) s ớt nh hng n hot ng ca h
thng. Cỏc khong dch tn s v thi gian ký t cú th gõy ra nhiu ICI, ISI v phi
tỡm cỏch gim cỏc nhiu ny.
chng ny, chỳng ta s tỡm hiu v cỏc ni dung chớnh ca vn ng b
trong h thng OFDM ú l: Cỏc li gõy nờn s mt ng b; vn nhn bit
khung; c lng v sa cha khong dch tn s; iu chnh sai s ly mu. Chỳng
ta s kho sỏt cỏc loi ng b ng vi cỏc li ú l: ng b ký t, ng b khi,
27

Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..

ng b tn s ly mu v ng b tn s súng mang. Cui cựng, chỳng ta xột cỏc k
thut gim t s cụng sut nh trờn cụng sut trung bỡnh PAPR.
3.2. Tng quan v ng b trong h thng OFDM.
Nh ó trỡnh by trờn, khi gi s rng cỏc ng h tn s ly mu phớa phỏt
v phớa thu l chớnh xỏc thỡ hai yu t chớnh nh hng n s mt ng b khong
dch tn s súng mang v thi khong ký t. Khong dch tn s súng mang gõy nờn
nhiu ICI, cũn dch khong thi ký t gõy ra nhiu ISI. Trong h thng OFDM,
nhiu ICI tỏc ng n s mt ng b mnh hn nhiu ISI nờn chớnh xỏc tn s
súng mang yờu cu nghiờm ngt hn thi khong ký t. Trong h thng OFDM, quỏ
trỡnh ng b gm cú ba bc: Nhn bit khung, c lng khong tn(pha), bỏm
ui pha. Nh mụ ta hỡnh 3.1
Quỏ trỡnh nhn bit khung c thc hin bng cỏch s dng chui PN vi phõn
min thi gian. c lng khong dch tn s, s dng mi tng quan trong
min thi gian ca cỏc ký t pilot k nhau c lng phn thc ca khong dch tn
s, cũn phn nguyờn c tỡm bng cỏch s dng chui PN vi phõn min tn s. S
dch pha do li c lng khong dch tn s cng nh pha c ti u bng cỏch
dựng vũng khoỏ pha s(DPLL).
3.2.1 Nhn bit khung.
Nhn bit khung nhm tỡm ra ranh gii gia cỏc ký t OFDM. a s cỏc s
nh thi hin cú s dng s tng quan gia phn tớn hiu OFDM c lp li
to ra mt s nh thi n nh. Nhng s nh vy khụng th cho v trớ nh thi
chớnh xỏc, c bit l khi SNR thp. nhn bit khung chỳng ta s dng chui PN
min thi gian c mó hoỏ vi phõn . Nh c im t tng quan, chui PN cho
28
Nhn
khung
c lng
khong

tn s
FFT
Bỏm
mó
c lng
kờnh
Gii mó
Hỡnh 3.1: Cỏc quỏ trỡnh ng b trong OFDM
Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..

phộp tỡm ra v trớ nh thi chớnh xỏc. Chui PN c phỏt nh l mt phn ca phn
u gúi OFDM. Ti phớa thu, cỏc mu tớnh hiu thu c s cú liờn quan vi chui ó
bit. Khi chui PN phỏt ng b vi chui PN thu cú th suy ra ranh gii gia cỏc ký
t OFDM bng vic quan sỏt nh tng quan.
Trong kờnh a ng, nhiu nh tng quan PN c quan sỏt ph thuc vo
tr a ng(c o trong chu k ly mu tớn hiu). nh tng quan ln nht xut
hin ti nh nng lng ca tr a ng. V trớ ca nh tng quan ln nht ny
dựng nh v ranh gii ký hiu OFDM. Mt im mu cht l do nhn bit khung
c thc hin trc khi c lng khong dch tn s nờn sai lch pha khụng c
bự gia cỏc mu tớn hiu do khong dch tn s s phỏ v tớnh tng quan ca chui
PN. iu ny dn n s phõn phi nh tng quan ging dng sin. Khi khụng cú
c lng khong dch tn s, iu ch vi phõn c s dng, ngha l chui PN cú
th c iu ch vi phõn trờn nhng mu tớn hiu lõn cn. Ti phớa thu, tớn hiu
c gii mó vi phõn v c tớnh tng quan vi chui PN ó bit. Metric nh thi
kt qu c biu din nh sau:



=
+++=

1
0
*
)()1()()(
c
N
i
idigyigygM
(3.1)
õy y(i) l tớn hiu thu, d(i) l chui PN, N
c
l di chui PN; g cú th c
xem nh mt khong dch ca s trt, M(g) l Metric nh thi phc.
Gii thut nhn bit nh s dng mt b m cú kớch thc c nh lu kt
qu tớnh toỏn tm thi l cỏc giỏ tr |M(g)|. S nhn bit khung thnh cụng khi: 1-
phn t trung tõm ca b m ln nht v 2- t l ca cỏc giỏ tr phn t trung tõm v
trung bỡnh b m vt quỏ ngng nht nh.
3.2.2. c lng khong dch tn s.
Khong dch tn s gõy ra do s sai khỏc tn s gia phớa phỏt v phớa thu.
Khong dch tn s l vn c bit trong h thng OFDM a súng mang so vi h
thng n sng mang. BER tng khụng ỏng k, ln khong dch tn s phi
trong khong 1% ca khong cỏch súng mang, iu ny s khụng kh thi khi h
29
Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..

thng OFDM s dng cỏc b dao ng thch anh cht lng thp m khụng ỏp dng
bt k k thut bự khong dch tn s no.
c lng khong dch tn s s dng hai ký t OFDM dn ng trong ú ký
t th hai bng vi ký t th nht dch sang trỏi T
k

(vi T
k
l di tin t lp CP).
Cỏc mu tớn hiu cỏch nhau khong thi gian T(ú l di ký t FFT) l ging ht
nhau ngoi tr tha s pha e
-j2(fcT)

do khong dch tn s.
Khong dch tn s c phõn thnh phn nguyờn v phn thp phõn:


+=
ATf
c
(3.2)
õy A phn nguyờn v
)2/1;2/1(

. phn thp phõn c c lng bng
cỏch tớnh tng quan gia cỏc mu tớnh hiu cỏch nhau mt khong thi gian T. Phn
nguyờn c tỡm thụng qua chui PN c mó hoỏ vi phõn thụng qua cỏc súng mang
nhỏnh lõn cn ca hai ký t dn ng.
3.2.2.1. c lng phn thp phõn.
Khi khụng cú nhiu ISI, cỏc mu tớn hiu thu c biu din nh sau:

)()T2exp(j2)()( lz
N
l
lsly
+=

(3.3)
õy l l ch s mu( min thi gian); y(l) l mu tớn hiu thu; N l tng s
súng mang nhỏnh; z(l) l mu nhiu. V thi gian mu tớn hiu s(l) c biu din
nh sau

)
N
l
2.exp(j2)().(
1
)(
1
0



=
=
N
l
kCkU
N
ls
(3.4)
Trong ú k l ch s súng mang nhỏnh, u(k) l d liu c iu ch trờn súng
mang nhỏnh, c(k) l ỏp ng tn s súng mang nhỏnh.
Tớnh tng quan gia cỏc mu cỏch nhau mt khong T(ngha l xột N mu) ta
cú:
30

Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..




=
+=
1
0
*
)().(
N
l
NlylyJ
(3.5)
V phn thp phõn ca khong dch tn s c c lng nh sau:

[ ]
*
^
arg
2
1
J


=
(3.6)
Nu SNR cao v b qua mi xuyờn nhiu trong (3.5), J cú th c khai trin
v sp xp thnh phn tớn hiu v phn nhiu Gaussian. Biu thc nh ngha phn

thp phõn:



=
^
(3.7)
Khi ú lch chun ca li c tớnh nh sau:

SNRN
E
.2
1
][
2



=
(3.8)
T (3.7) cú th tớnh xp x gim SNR do khong dch tn s trong h thng
OFDM kt hp kt qu ú vi (3.8) v gi thit c lng phn nguyờn luụn ỳng,
s gim SNR sau c lng v bự khong dch tn s c biu din nh sau:

N
dBD
1
10ln.12
10
)( =

(3.9)
iu ny khụng ỏng k trong h thng cú giỏ tr N ln
3.2.2.2. c lng phn nguyờn.
i vi c lng phn nguyờn: 2N mu tớn hiu liờn tip ca ký hiu FOE di
l phn thp phõn u tiờn c bự:
Gi s s c lng phn thp phõn l hon ho, cỏc mu tớn hiu c bự cú
th c tỏch thnh hai ký hiu FFT:
[ ]
1
''
1
)1(),...,0( zsNyyy +==
[ ]
2
''
2
)12(),...,( zsNyNyy
+==
31
Chơng 3 : Các vấn đề kĩ thuật trong hệ thống OFDM..

Trong trng hp ny vector cú cỏc thnh phn :
),0[l )(
2
Nels
N
l
Aj

.Vỡ
hai ký hiu FFT cú cựng vector tớn hiu , mt s ký hiu FFT mi cú th c to ra
bng cỏch cng chỳng vi nhau tng SNR lờn gn 3dB, ngha l:
2121
2 zzsyyy ++=+=
thun tin, trong phn sau chỳng ta dựng y/2 v nhiu cng t l theo ú. Khi
ú FFT cho y/2 c biu din:


=







+=
1
0
.22
)()(
1
)(
N
l
N
l
nj
N

l
Aj
elzels
N
nY


{ }
)()()(
).mod(
nZkCkU
NAnk
+=
=
(3.10)
Mt chui PN c mó hoỏ vi phõn qua cỏc súng mang nhỏnh lõn cn c
lng xoay vũng phn nguyờn A. Gii mó vi phõn cỏc Y(n) ri tớnh tng quan gia
kt qu vi cỏc phiờn bn xoay vũng ca chui PN ta s tỡm c mt nh biờn
duy nht xỏc nh A.
3.3. Cỏc vn ng b trong h thng OFDM.
ng b l mt trong nhng vn ang rt c quan tõm trong k thut
OFDM bi nú cú ý ngha quyt nh n kh nng ci thin cỏc nhc im ca
OFDM. Chng hn, nu khụng m bo s ng b v tn s súng mang thỡ s dn
n nguy c mt tớnh trc giao gia cỏc súng mang nhỏnh, khin h thng OFDM
mt i cỏc u im c trng nh s trc giao ny.Trong h thng OFDM, ngi ta
xột n ba loi ng b khỏc nhau l : ng b ký t (symbol synchronization),ng
b tn s súng mang(carrier frequency synchronization),v ng b tn s ly mu
(sampling frequency synchronization).
3.3.1. ng b tn s trong h thng OFDM.
Trong k thut ng b tn s chỳng ta quan tõm n li tn s v thc hin c

lng tn s.Li tn s l s chờnh lch tn s gõy ra bi sai khỏc gi hai b to dao
ng bờn phỏt v bờn thu, dch tn Doppler v nhiu pha do kờnh khụng tuyn
32