Sự Sai Lệch Tần Số Sóng Mang Gây Ra Sự Mất Đồng Bộ

sẽ phải chịu ảnh hưởng từ đó và dẫn đến sự sai khác về tần số sóng mang và gây ra mất đồng bộ.

3.4.1 Đồng bộ tần số lấy mẫu

Hình 3.12 Sự sai lệch tần số sóng mang gây ra sự mất đồng bộ

Ta chắc chắn sẽ có sự sai khác về tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu vì không thể có 2 bộ dao động giống nhau 100%. Sự sai lệch tần số lấy mẫu này sẽ ảnh hưởng lên tất cả các sóng mang con, nhưng với mỗi sóng mang khác nhau thì ảnh hưởng sẽ khác nhau. Đối với sóng mang có tần số hoạt động càng lớn thì sự sai lệch về tần số lấy mẫu càng lớn. Sự sai khác tần số lấy mẫu giữa bên phát và bên thu:

F F (transmiter ) F (receiver )

(3.24)

S S S

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.

Đặt độ lệch tần số chuẩn hóa trên symbol thứ l:

F

/ F (receiver )

S S S

e j 2lS 1

ej 2[k(1+S )-l] 1

Với N >>:

yl xl

j2lS

xk j 2[k(1+ )-l]

k l

y x

(1

jl

) x

k .S

Với ∆S <<:

(3.25)

l l S k k l

k l

nguyên _ nhân _ gây _ nhiêu _ ICI

Trong đó, k là các sóng mang con, l sóng mang con đang xét.

xk vị trí sóng mang thứ k.

3.4.2 Đồng bộ tần số sóng mang

Mỗi sóng mang con trong symbol OFDM sẽ bị lệch một khoảng tần số là ∆FC so với phía phát khi tới phía thu do có sự ảnh hưởng của môi trường. Vì thế mà sự trực giao giữa các sóng mang con bị phá vỡ. Để có thể thu được thông tin chính xác chúng ta phải bù lại khoảng dịch tần số này.

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.

Hình 3.13 Sự sai lệch tần số sóng mang gây nên sự mất đồng bộ

Hình 3.13 cho thấy, tất cả các sóng mang con đều chịu ảnh hưởng của sự sai lệch tần số sóng mang có thể coi là như nhau vì môi trường truyền là như nhau.

Đặt độ lệch tần số chuẩn hóa là:

C FC / (FS / N)

Khoảng dịch tần số cho symbol thứ l

y x .sin c(

)e jC

x

sin c(k l 

).e j(k l C )

k l

l l C k C

nguyên _ nhân _ gây _ nhiêu _ ICI

(3.26)

Qua công thức (3.26) ta có thể thấy đồng bộ tần số sóng mang trong kỹ thuật OFDM là hết sức quan trọng, vì nếu không thực hiện đồng bộ chính xác và ∆FC vẫn khác 0 thì 1 sóng mang sẽ chịu ảnh hưởng của rất nhiều các sóng mang khác và gây ra lỗi nghiêm trọng.

Để có thể đồng bộ ta phải ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO (Carrier

Frequency Offset).

P/S

Loại bỏ CP và

thực hiện FFT

A/D và S/P

Số

liệu

Tín hiệu cao tần

e-j(2𝜋(fc-∆ffrac)t+𝜃)

Phát hiện độ lệch tần số sóng mang

∆ffrac

Dao động tại

f=f(∆ffrac)

chỗ có PLL

(VCO)

Xử lý số

Hình 3.14 Sơ đồ khối đồng bộ sóng mang sử dụng bộ dao động VCO

Chúng ta sẽ tìm hiểu 3 phương pháp ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO là ước lượng dựa vào kí hiệu dẫn đường pilot, dựa vào tiền tố lặp CP và dựa vào chính dữ liệu.

3.4.2.1 Ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang CFO dựa vào pilot

Một số sóng mang được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu pilot thường được chọn là các tín hiệu giả ngẫu nhiên PN. Tính chất tương quan cao của chuỗi PN thì chúng ta đã biết, dựa vào đó ta sẽ thực hiện đồng bộ.

Nguyên lý đồng bộ gồm 2 giai đoạn: acquisition và tracking.

a) Giai đoạn Acquisition

Khi bắt đầu quá trình đồng bộ, do chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được (do quá trình nhân trực tiếp dãy dữ liệu d(t) với chuỗi PN khi trải phổ ở phần phát) và chuỗi PN ở máy thu lệch pha nhau, sai pha này là một giá trị ngẫu nhiên, phân bố đều trong khoảng từ 0 tới (N.Tc) (Tc là độ rộng một chip), do vậy khả năng rất cao là sai

pha đó lớn hơn Tc. Khi đó quá trình acquisition diễn ra với mục tiêu là kéo cho sai pha giữa chuỗi PN của máy thu và chuỗi PN trong tín hiệu thu giảm xuống còn dưới một Tc. Về bản chất, quá trình này thực hiện tính tương quan giữa chuỗi PN của máy thu với chuỗi PN có trong tín hiệu thu được. Nếu giá trị tương quan chéo này (và cũng là giá trị hàm tự tương quan với biến tau chính là lượng sai pha) vẫn còn bằng 0 hoặc rất nhỏ thì máy thu tiếp tục dịch mã PN của mình cho tới khi giá trị tương quan chéo tính được vượt quá một mức cho trước (một điện áp ngưỡng nào đó, ấn định rằng tau đã nhỏ hơn Tc) thì dừng quá trình acquisition, chuyển sang quá trình tracking (tinh chỉnh để sai pha tau được kéo về 0).

b) Giai đoạn Tracking

Để thực hiện điều chỉnh tinh, một mạch đồng bộ sớm-muộn gồm 2 nhánh thường được sử dụng. Về bản chất, đây là 2 vòng khóa pha PLL nhận cùng một tín hiệu lối vào, song trên hai nhánh thì tín hiệu lối vào được tính tương quan với hai chuỗi PN tạo ra cùng từ cùng một bộ tạo mã PN song có pha đầu được làm lệch đi +Tc/2 và -Tc/2 một cách tương ứng. Trên đầu ra của 2 bộ tính tương quan trên hai nhánh sẽ có các điện áp khá lớn (do sai pha tau lúc này đã nhỏ dưới một Tc) và khác nhau. Hiệu của 2 điện áp này, sau bộ lọc mạch vòng, sẽ được sử dụng để điều khiển dịch mã PN (tức là sẽ điều chỉnh chính bộ tạo mã PN nói trên của máy thu), cực tính của điện áp hiệu sẽ quyết định chiều dịch mã nhanh pha lên hay chậm pha đi. Trong suốt quá trình điều chỉnh này, giá trị tuyệt đối của hiệu điện áp nói trên sẽ giảm dần, giảm cho tới 0 thì chuỗi PN của máy thu đã hoàn toàn đồng bộ với chuỗi PN trong tín hiệu thu được. Kết thúc quá trình đồng bộ mã PN (hay đồng bộ chip).

3.4.2.2 Ước lượng CFO dựa vào tiền tố lặp CP

Dựa vào đặc điểm của tiền tố lặp CP là khoảng dữ liệu được copy từ cuối chuỗi dữ liệu lên đầu chuỗi, người ta đưa ra giải pháp ước lượng khoảng dịch tần số sóng mang dựa vào khoảng CP này.


CP		CP