Phương pháp thích nghi theo số lượng và vị trí sóng mang con trong hệ truyền dẫn OFDM

Bài báo này đề xuất một phương pháp điều chế thích nghi: phương pháp thích nghi theo số lượng và vị trí các sóng mang con, để tăng các phương án kết hợp cho bộ điều chế OFDM nhằm tận dụng tối đa hiệu quả của phân tập tần số trong kênh phađinh chọn lọc tần số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp thích nghi theo số lượng và vị trí sóng mang con trong hệ truyền dẫn OFDM Kỹ thuật điều khiển & Điện tử PHƯƠNG PHÁP THÍCH NGHI THEO SỐ LƯỢNG VÀ VỊ TRÍ SÓNG MANG CON TRONG HỆ TRUYỀN DẪN OFDM Trần Hữu Toàn1*, Bạch Nhật Hồng2 Tóm tắt: Kênh vô tuyến thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian, điều này làm giới hạn hiệu năng truyền dẫn và thông lượng của các hệ thống truyền thông vô tuyến. Và một trong các phương pháp để khắc phục vấn đề này đó là phương pháp điều chế thích nghi. Hiện nay, trong hệ truyền dẫn OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) của các hệ thống truyền hình số hiện đại người ta đã áp dụng phương pháp thích nghi theo mức điều chế, theo tỷ lệ mã và theo sơ đồ điều chế. Bài báo này đề xuất một phương pháp điều chế thích nghi: phương pháp thích nghi theo số lượng và vị trí các sóng mang con, để tăng các phương án kết hợp cho bộ điều chế OFDM nhằm tận dụng tối đa hiệu quả của phân tập tần số trong kênh phađinh chọn lọc tần số. Từ khóa: Điều chế thích nghi, OFDM-Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, AOFDM-Điều chế thích nghi cho hệ thống OFDM, DVB-T - Truyền hình số mặt đất. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Điều chế thích nghi là lựa chọn khuôn dạng điều chế một cách linh hoạt và liên tục để thu được thông lượng tối ưu khi tỷ số tín/tạp SNR (Signal-to-Noise Ratio) thu biến đổi trong một phạm vi rộng theo thời gian. Có thể hiểu, điều chế thích nghi là san bằng trong thời gian thực giữa dung lượng kênh, mức công suất phát, tốc độ phát symbol, kích thước chòm sao, tỷ lệ mã và sự liên quan giữa các thông số này. Với những tiến bộ của truyền thông vô tuyến thì các thuật toán thích nghi ngày càng trở nên hấp dẫn do tính linh hoạt, hiệu quả trong sử dụng phổ tần và thông lượng lớn tạo nên chất lượng truyền dẫn cao. Các thuật toán thích nghi thay đổi giá trị của các tham số điều chế một cách động ứng với trạng thái tức thời của kênh. Khi kênh tốt các giá trị này sẽ thay đổi các tham số điều chế sao cho thu được thông lượng hệ thống lớn, khi kênh xấu, khi này các giá trị sẽ điều khiển các tham số điều chế sao cho giảm thông lượng hệ thống để đảm bảo chất lượng truyền dẫn.Trong điều chế thích nghi có hai tham số cần quan tâm: tham số kênh và tham số điều chế. Trong thuật toán điều chế thích nghi thì các tham số điều chế được xác định bởi các tham số chất lượng của kênh truyền. Trong thực tế các tham số của kênh thay đổi do đó tham số điều chế cũng thay đổi để thích nghi. Tồn tại nhiều thông số điều chế thích nghi như: mức điều chế, sơ đồ điều chế, SNR phát, số lượng các sóng mang, vị trí sóng mang, tỷ lệ mã, tỷ lệ trải phổ. Trong hệ truyền dẫn OFDM của các hệ thống truyền hình số hiện đại người ta đã áp dụng phương pháp thích nghi theo mức điều chế, theo tỷ lệ mã và theo sơ đồ điều chế. Ví dụ, trong DVB-S2 người ta đã sử dụng 4 phương thức điều chế: QPSK, 8PSK, 16APSK và 32APSK và 11 tỷ lệ mã khác nhau:1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 và 9/10. Do đó, có thể kết hợp mã hóa và điều chế để lựa chọn 28 kiểu điều chế và mã hóa theo điều kiện chất lượng kênh truyền. Trong bài báo này ta sẽ đề xuất bổ sung thêm phương pháp thích nghi theo số lượng và vị trí các sóng mang con để tăng các phương án kết hợp cho bộ điều chế OFDM nhằm tận dụng tối đa hiệu quả của phân tập tần số trong kênh phađing chọn lọc tần số. Trước hết xét mô hình điều chế thích nghi AOFDM (Adaptive OFDM). 2. MÔ HÌNH AOFDM Mô hình AOFDM mô tả trên hình 1. Công thức toán học của tín hiệu sau bộ IFFT như sau: 70 T. H. Toàn, B. N. Hồng, “Phương pháp thích nghi theo số lượng… hệ truyền dẫn OFDM.” Nghiên cứu khoa học công nghệ N 1 N 1 X (n)   X (k )ei 2n / N   X (k )ei 2f IFFTTlmkn (1) k 0 k 0 Trong đó: X (n) : tín hiệu phức trong miền thời gian rời rạc; X (k ) : tín hiệu phức trong miền tần số rời rạc; n : chỉ số của mẫu trong miền thời gian; k : chỉ số tần số trong 1 miền tần số; N : Tổng số các điểm lấy mẫu; TIFFT   NTlm : chu kỳ của bộ IFFT; f IFFT f IFFT : tần số của bộ IFFT; Tlm : chu kỳ của mẫu Hình 1. Mô hình AOFDM. Tùy theo chế độ điều chế đa sóng mang mà số sóng mang N sẽ khác nhau. Ví dụ nếu sử dụng hai chế độ 2K hoặc 8K thì theo thuật toán dùng cơ số 2: 2K = 211 = 2048 mẫu 8K = 213 = 8192 mẫu Như vậy, ở chế độ 2K ta có 2048 sóng mang con Ở chế độ 8K ta có 8192 sóng mang con Thông thường những sóng mang hữu ích được xếp xung quanh tần số trung tâm của băng tần cơ bản bằng 1/2 tần số lấy mẫu. Với băng tần VHF tần số lấy mẫu là 8MHz và UHF tần số lấy mẫu là 9,142 MHz. Các sóng mang hữu ích được chọn trong khoảng giữa của chuỗi FFT như nêu trong bảng 1. Bảng 1. Vị trí của sóng mang con. Chế độ FFT FFT FFT Mode 2K 0 đến 171 172( K min ) đến 1876( K max ) 1877 đến 2047 Mode 8K 0 đến 687 688( K min ) đến 7504( K max ) 7505 đến 8191 Như vậy, số sóng mang hữu ích với chế độ 2K là 1705 sóng mang con; Số sóng mang hữu ích với chế độ 8K là 6817 sóng mang con 3. THUẬT TOÁN THÍCH NGHI DỰA TRÊN CƠ CHẾ CHỌN LỌC SÓNG MANG CON Do tính chất chọn lọc của đáp ứng kênh trong miền tần số và miền thời gian nghĩa là pha đinh chọn lọc tần số và pha đinh chọn lọc thời gian hay nói cách khác đáp ứng kênh truyền vô tuyến không những thay đổi theo thời gian mà còn thay đổi theo tần số. Vì vậy đối với kênh chọn lọc tần số tồ ...