intTypePromotion=1

ofdm - ofdma và sự dụng trong công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

Chia sẻ: Cao Tt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

0
124
lượt xem
31
download

ofdm - ofdma và sự dụng trong công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bảng các từ viết tắt b)Kênh fading chon lọc tần số Hình 3.5: Pilot trong gói OFDM 3.3.2 Đồng bộ ký tự dựa vào CP Xét hai tín hiệu thu cách nhau N bước: d(m) = r (m) – r (m + N), Với N là sóng mang phụ. N bằng số điểm lấy mẫu tương ứng với phần có ích của symbol OFDM, chúng phải là bản sao của nhau nên d(m) thấp. Nếu r(m) và r(m-N) tương ứng với các mẫu phát nằm trong thời khoảng của cùng một symbol OFDM, d(m) là hiệu của hai biến ngẫu...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: ofdm - ofdma và sự dụng trong công nghệ truy cập băng rộng không dây 8

  1. Bảng các từ viết tắt b )Kênh fading chon lọc tần số Hình 3.5: Pilot trong gói OFDM 3.3.2 Đồng bộ ký tự dựa vào CP Xét hai tín hiệu thu cách nhau N bước: d (m) = r (m) – r (m + N), Với N là sóng mang phụ. N bằng số điểm lấy mẫu tương ứng với phần có ích của symbol OFDM, chúng phải là bản sao của nhau nên d(m) thấp. Nếu r(m) và r(m-N) tương ứng với các mẫu phát nằm trong thời khoảng của cùng một symbol OFDM, d(m) là hiệu của hai biến ngẫu nhiên không tương quan. Công suất của d (m) trong trường hợp này bằng hai lần công suất trung bình của symbol OFDM. Nếu sử dụng một cửa sổ trượt có độ rộng thời gian bằng khoảng thời gian của CP (điểm cuối của cửa sổ trùng với điểm bắt đầu của symbol OFDM) thì khi cửa sổ này trùng với thành phần CP của symbol OFDM sẽ có một cực tiểu về công suất trung bình của các mẫu d(m) trong cửa sổ này. Do đó, có thể ước lượng được thời điểm bắt đầu của symbol OFDM, và đồng bộ thời gian được thực hiện. 3.3.3 Đồng bộ khung ký tự dựa trên mã đồng bộ khung (FSC) Đồng bộ khung ký tự nhằm nhận biết vị trí bắt đầu của khung ký tự để tìm thấy vị trí chính xác của cửa sổ FFT. Các thuật toán đồng bộ khung symbol truyền thống (dùng symbol pilot, dùng CP,…) dựa vào quan hệ giữa khoảng bảo vệ GI và phần sau của symbol. Nhưng các thuật toán này không thể phát hiện chính xác vị trí bắt đầu của ký tự do nhiễu ISI trong kênh fading đa đường. Cấu trúc khung có thể
  2. Bảng các từ viết tắt được chia thành vùng mã đồng bộ khung FSC cho đồng bộ khung symbol và vùng dữ liệu cho truyền dẫn symbol OFDM (Hình 3.6). Hình 3.6: Một kiểu cấu trúc khung symbol OFDM Có thể biểu diễn tín hiệu khung OFDM như sau: (t )  S (t )  S ( t  T FSC ) S (3.16) frame FSC data Trong đó, TFSC : Khoảng thời gian symbol FSC Tại phía phát, chuỗi các mẫu ở dạng số được phát gồm có chuỗi CA(n) của FSC và các mẫu dữ liệu không có GI đã qua FFT là:  s ( n)  C A ( n) n  1, 2, ..., C L : FSC  (3.17) nk 1 N 1  j 2  s m ( n )   X m (k ) e N k  0, 1, ..., N  1 : da ta N k 0  Trong đó, : Độ dài bit của FSC CL sm(n) : Chuỗi các mẫu của symbol OFDM thứ m trong miền thời gian khi không thêm GI. xm(k) : Symbol truyền dẫn phức thứ m trong miền tần số. : Số sóng mang phụ N Các mẫu CA(n) được ứng dụng trực tiếp để s(n) là số bắt đầu khung
  3. Bảng các từ viết tắt Tín hiệu FSC là một chuỗi tuần tự các mẫu, s (n)  C A (n) , với n = 1,2,… CL được tạo thành từ vector FSC C(n) = {C(1), C(2), ..., C( C L )} gồm các CL giá trị nhị phân. Đối với mã C(n) có giá trị "1" , chúng ta thực hiện đảo cực tính luân phiên để tạo ra tín hiệu 3 mức C A (n ) . Ví dụ: Cho C(n) = {1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1} thì C A (n ) = {1, 0, 0, -1, 1, -1, 0, 1}. Bằng cách này, ta có thể duy trì số giá trị '1' và '-1' bằng nhau tại phía phát để hạn chế khoảng dịch DC và duy trì một mức cố định cho dải động. Cấu trúc đồng bộ khung symbol OFDM gồm: Bộ nhận biết công suất, bộ nhận biết bit '0'/ '1' , thanh ghi dịch CL, bộ cộng Modulo -2 được giảm bớt, bộ tổng, bộ nhận biết đỉnh. Thuật toán đồng bộ khung symbol nhờ FSC gồm có 3 bước: Nhận biết FSC, xác định các mức ngưỡng tối ưu Th1 và Th2 để tăng cường xác suất nhận biết vị trí đầu khung symbol. Hình 3.7: Đồng bộ khung ký tự dùng FSC 3.3.3.1 Nhận biết FSC
  4. Bảng các từ viết tắt Đầu tiên, bộ đồng bộ khung symbol sẽ nhận biết công suất bằng cách dùng mỗi mẫu thu. Giả sử nếu chuỗi mẫu tín hiệu tối ưu thứ i sau kênh đa đường và ~ AWGN là s ( i ) , chúng ta có thể biểu diễn một tín hiệu với khoảng dịch tần số và pha thành các kênh I và Q riêng rẽ như sau: ~ ~ y ( i )  ( s I ( i )  s Q ( i )). e j  ~ ~ ~ ~  ( s I ( i ) cos Θ  s Q ( i ) sin Θ )  j ( s Q ( i ) cos Θ  s I ( i ) sin Θ ) (3.18) ~ s I ( i ) : Kênh I của s(i) Trong đó, ~ s Q ( i ) : Kênh Q của s(i) : Biểu diễn tổng pha 2  i  N   0 , gồm khoảng dịch tần  số (   fT ) và khoảng dịch pha  0 . Nếu chúng ta thực hiện nhận biết công suất cho chuỗi mẫu ở trên để đồng bộ khung symbol như trong Hình 3.7, chúng ta có thể thu được công suất mà không phụ thuộc vào khoảng dịch tần số và pha như sau; ~2 ~2 y I2 ( i )  y Q ( i )  s I ( i )  s Q ( i ) 2 (3.19) 3.3.3.2 Xác định mức ngưỡng Th1 Theo phép phân tích, chúng ta sẽ thu được một mức ngưỡng tối ưu Th1 trong môi trường AWGN để xác định '0' và '1' từ công thức (3.19). Để thu được một mức ngưỡng tối ưu trong môi trường đa đường là rất khó khi nó phụ thuộc vào kiểu FSC.
  5. Bảng các từ viết tắt Hình 3.8: Ngưỡng tối ưu Th1 với giá trị SNR Các ngưỡng Th1 có thể được viết: 2 4     1 P /  2  Th 1   I 0 (e ) (3.20) 2P    I 0 1 (.) : Hàm ngược của Bessel bậc 0: I 0 (.) ,  2 : Phương sai của các biến ngẫu nhiên Gaussian trong các kênh I và Q : Giá trị biên độ được định nghĩa trong tín hiệu P Hình 3.8 so sánh giữa mô phỏng và phân tích từ công thức (3.20) giá trị của ngưỡng tối ưu với các SNR khác nhau. Các giá trị '0' và '1' được xác định rồi đưa đến đầu vào thanh ghi dịch của bộ nhận biết FSC phù hợp với tốc độ lấy mẫu Ts và bộ phép toán cộng modulo-2 thực thi CL thời điểm với kiểu FSC đã biết. Ở đây, đầu ra bộ cộng modulo-2 sửa đổi là '1' nếu các bit giống nhau tại vị trí hiện tại, nếu không sẽ có giá trị '-1'. Các giá trị
  6. Bảng các từ viết tắt tương quan này sẽ được cộng tất cả các khối tổng và kết quả được so sánh với ngưỡng Th2 của bộ nhận biết đỉnh để dò tìm FSC. 3.3.3.3 Xác định mức ngưỡng Th2 Nếu giá trị đỉnh chính xác của đầu ra bộ nhận biết đỉnh là nhỏ hơn ngưỡng Th2 mà đã thiết lập cho bộ nhận biết đỉnh, FSC không được phát hiện. Đây gọi là sự nhận biết trượt PM. Nếu thiết lập Th2 thấp, tương quan đầu ra của các vùng dữ liệu khác có thể ở trên Th2 và được xem như là FSC, gọi là xác suất dự phòng sai PF . Đối với đồng bộ khung symbol, xác suất nhận biết trượt PM khả năng phát hiện lỗi chính xác PC . PC là xác suất để nhận biết FSC khi số lượng lỗi trong FSC trở nên giống nhau hoặc ít tổng số lỗi cực đại ε (với   (C L  Th2 ) / 2 ) của quá trình nhận biết đỉnh. Vì vậy, khả năng nhận biết FSC đúng PC có thể được tìm bằng cách cộng xác suất của các lỗi bit FSC dưới ngưỡng lỗi  . Xác suất nhận biết trượt có thể được tìm bằng cách trừ tất cả các xác suất nhận biết đúng ra khỏi toàn bộ công suất. Khi ngưỡng lỗi  và chiều dài CL của FSC tăng, xác suất nhận biết trượt giảm. Giả sử nếu chiều dài FSC là C L bit, mọi khả năng kết hợp dữ liệu ngẫu nhiên CL là 2CL . Nếu ε = 0, khả năng phát hiện lỗi là 1/ 2 . Đây là khả năng phát hiện ngẫu nhiên chính xác với kiểu FSC. PF có thể được giảm bằng cách tăng số bit FSC, CL hoặc giảm ngưỡng nhận biết ε. Như vậy, PM và PF có thể trao đổi với nhau khi cho CL cố định và biến đổi giá trị ε hoặc Th2. Trong trường hợp tổng quát PM là rất nhỏ còn PF là rất lớn. Điều này có thể khắc phục bằng kỹ thuật cửa sổ. Trong kỹ thuật này, quá trình nhận biết FSC chỉ
  7. Bảng các từ viết tắt trong một khoảng đặc biệt, sự tính toán trước cao được xem như là một đỉnh. Việc thực hiện tương đối đơn giản và cho hiệu quả tốt. Như vậy, thuật toán đồng bộ khung symbol có thể chọn chiều dài và kiểu FSC. Điều này phụ thuộc vào môi trường kênh và hiệu suất hệ thống. Khi môi trường kênh xấu, ta có thể mở rộng chiều dài và giảm PFW và PM . 3.4 Đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM Trong kỹ thuật đồng bộ tấn số cần quan tâm đến lỗi tần số và thực hiện ước lượng tần số. Lỗi tần số ở đây là sự lệch tần số nguyên nhân do sự sai khác giữa hai bộ tạo dao động bên phát và bên thu, độ dịch tần Doppler và nhiễu pha do kênh không tuyến tính. Hai ảnh hưởng lỗi tần số làm giảm biên độ tín hiệu (do tín hiệu có dạng hình sine) được lấy mẫu không phải tại đỉnh và tạo ra xuyên nhiễu kênh ICI giữa các kênh phụ do mất tính trực giao của các sóng mang phụ . Vấn đề đồng bộ tần số trong hệ thống OFDM gồm có đồng bộ tần số lấy mẫu và đồng bộ tần số sóng mang. 3.4.1 Đồng bộ tần số lấy mẫu Tại bên thu, tín hiệu thu liên tục được lấy mẫu theo đồng hồ máy thu. Sự chênh lệch nhịp đồng hồ giữa máy phát và máy thu gây ra xoay pha, suy hao thành phần tín hiệu có ích, tạo ra xuyên nhiễu kênh ICI. Để khắc phục vấn đề này, giải pháp thứ nhất là sử dụng thuật toán điều khiển bộ dao động điều chỉnh bởi điện áp VCO; giải pháp thứ hai là thực hiện xử lý số để động bộ tần số lấy mẫu trong khi giữ cố định tần số lấy mẫu. 3.4.2 Đồng bộ tần số sóng mang
  8. Bảng các từ viết tắt Đồng bộ tần số là vấn đề quyết định đối với hệ thống thông tin đa sóng mang. Nếu việc thực hiện đồng bộ không bảo đảm, hiệu suất của hệ thống cũng như ưu điểm của hệ thống này so với hệ thống thông tin đơn sóng mang giảm đi đáng kể. Để thực hiện đồng bộ tần số sóng mang phải ước lượng khoảng dịch tần sóng mang CFO. Cũng như đồng bộ thời gian (symbol), có thể chia các giải pháp ước lượng tần số thành các loại : dựa vào tín hiệu dữ liệu, dựa vào tín hiệu pilot, dựa vào CP,.. 3.4.2.1 Ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO dựa vào pilot Trong thuật toán này, một số sóng mang được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu pilot. Tín hiệu thường được chọn là các tín hiệu PN. Bằng cách sử dụng một thuật toán thích hợp, bên thu sẽ xác định được giá trị xoay pha của tín hiệu gây ra bởi sai lệch tần số. Nếu độ sai lệch tần số nhỏ hơn một nửa khoảng cách tần số giữa hai sóng mang phụ kề nhau, ánh xạ giữa giá trị xoay pha và độ lệch tần số là ánh xạ 1-1 nên có thể xác định duy nhất độ chênh lệch tần số. 3.4.2.2 Ước lượng tần số sóng mang sử dụng CP Xét sóng mang phụ được điều chế bằng một dòng dữ liệu: nk N 1 1 j 2  S ( k )e N u ( n)  n   L  1, ..., N  1 N k 0 Tín hiệu ở phía phát: x(t )   u(n) g ( g  nTs ) n Tín hiệu ở phía thu: y(t )   u(n) h( g  nTs )  n(t ) , với h(t) là đáp ứng kênh; n n (t) là đáp ứng nhiễu.
  9. Bảng các từ viết tắt Tín hiệu CP với chiều dài L (Hình 3.9), tín hiệu ở phía thu sẽ là: y m (i )  e j 2 i / N u (i )  n (i ) 2 2  s   n l0    Đối với I   L  1, ..., 0 , i  I hàm E y m ( i ) y (i  l )   2  j 2 m  s e lN  n  N 1 n0 n  L 1 Hình 3.9: CP trong một symbol OFDM 0  1  y y , với y  ( i ) y m (i  N ) Hàm ước lượng:    m 2 i   L 1 Giá trị ước lượng chỉ thỏa mãn khi   0 , 5 , khi   0 , 5 phải thực hiện lại một giả định ban đầu. 3.4.2.3 Ước lượng CFO dựa trên dữ liệu Tín hiệu ở phía thu được biểu diễn: 1  S (k )H j 2 n ( k   ) / N ym (n )  ; n  0 ,1 , 2 N  1 ke N Ta có thể tách hai phần sau khi qua FFT: N 1  j 2  nk 1  N Y1 ( k )  y m (n ) e N n0
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2