tìm hiểu một số thích nghi sự dụng trong ofdm 4

Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh CHƯƠNG 3 ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH 3.1 Giới thiệu chương Thích nghi các thông số điều chế và các thông số của OFDM theo thông số của kênh pha đinh để có được hiệu năng QoS (BER) và thông lượng truyền dẫn cao nhất yêu cầu trước hết ta phải biết được thông số đặc trưng của kênh liên quan đến hiệu năng hệ thống. Vì vậy cần phải có các giải pháp ước tính chất lượng kênh. Theo đó chương này đề cập một số phương...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
tìm hiểu một số thích nghi sự dụng trong ofdm 4 Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh CHƯƠNG 3 ƯỚC TÍNH CHẤT LƯỢNG KÊNH VÀ CÂN BẰNG KÊNH 3.1 Giới thiệu chương Thích nghi các thông số điều chế và các thông số của OFDM theo thông số của kênh pha đinh để có đ ược hiệu năng QoS (BER) và thông lượng truyền dẫn cao nhất yêu cầu trước hết ta phải biết được thông số đặc trưng của kênh liên quan đến hiệu năng hệ thống. Vì vậy cần phải có các giải pháp ước tính chất lượng kênh. Theo đó chương này đề cập một số phương pháp ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh. 3.2 Khái niệm Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàm truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation). Để ước lượng kênh, phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường (PSAM-Pilot signal assisted Modulation). Trong phương pháp này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước về pha và biên độ. Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát. Ước lượng kênh có thể đ ược phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số. Trong miền thời gian th ì các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng. Trong miền tần số thì các đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng. Có hai vấn đề chính được quan tâm khi sử dụng PSAM : - 28 - Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh  Vấn đề thứ nhất là lựa chọn tín hiệu pilot : phải đảm bảo yêu cầu chống nhiễu, hạn chế tổn hao về năng lượng và băng thông khi sử dụng tín hiệu này. Với hệ thống OFDM, việc lựa chọn tín hiệu pilot có thể được thực hiện trên giản đồ thời gian-tần số, vì vậy OFDM cho khả năng lựa chọn cao hơn so với hệ thống đơn sóng mang. Việc lựa chọn tín hiệu pilot ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu hệ thống.  Vấn đề thứ hai là việc thiết kế bộ ước lượng kênh : phải giảm được độ phức tạp của thiết bị trong khi vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu. Yêu cầu về tốc độ thông tin cao (tức là thời gian xử lý giảm) và các chỉ tiêu hệ thống là hai yêu cầu ngược nhau. Chẳng hạn, bộ ước lượng kênh tuyến tính tối ưu (theo nguyên lý bình phương lỗi nhỏ nhất-MMSE) là bộ lọc Wiener hai chiều (2D- Wiener filter) có chỉ tiêu kỹ thuật rất cao nh ưng cũng rất phức tạp. Vì vậy, khi thiết kế cần phải dung hòa hai yêu cầu trên. 3.3 Ước lượng kênh trong miền tần số Trong miền tần số, ước lượng kênh được thực hiện như sau : Một ký tự OFDM đã được xác định trước về pha và biên độ (gọi là ký tự huấn luyện-training symbol) được phát đi. Tại bộ ước lượng kênh, thu ký tự này tại hai thời điểm liên tiếp nhau và so sánh với ký tự ban đầu để xác định đáp ứng tần số H(k) của các kênh con. Chẳng hạn, tại bộ ước lượng kênh, ở kênh con thứ k, thu được hai ký tự là R1(k) và R2(k) với ký tự huấn luyện được phát là X(k), ta có biểu thức : R1(k) = H(k)X(k) + W1(k) (3.1) R2(k) = H(k)X(k) + W2(k) (3.2) - 29 - Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh X(k) : ký tự phức huấn luyện phát trên kênh con thứ k H(k) : đáp ứng tần số của kênh con thứ k W1(k), W2(k) : các mẫu nhiễu Gaussian trắng cộng tác động vào kênh con thứ k tại hai thời điểm liên tiếp khảo sát. Từ (3.1) và (3.2), bộ ước lượng kênh sẽ xác định :  ( R 1 ( k )  R 2 ( k )) X * ( k ) 1 H (k )  2  1 ( H ( k ) X ( k )  W1 ( k )  H ( k ) X ( k )  W2 ( k )) X * (k ) 2  H (k ) X (k ) 2  1 ( W1 (k )  W2 (k )) X * (k ) 2  H ( k )  1 ( W1 ( k )  W2 (k )) X * ( k ) (3.3) 2 (Lưu ý rằng : biên độ của các X(k) được chọn bằng 1) Từ công thức (3.3), nếu biết trước ký tự phát X(k), các mẫu nhiễu W1(k), W2(k), ta có thể xác định được đáp ứng tần số của kênh con thứ k. 3.4 Ước lượng kênh trong miền thời gian Ước lượng kênh thực hiện trong miền thời gian sẽ giúp xác định được đáp ứng xung của từng kênh con. Cũng tương tự như ước lượng kênh trong miền tần số, người ta cũng sử dụng các ký tự huấn luyện đã biết trước và từ kết quả so sánh giữa các ký tự thu được tại bộ ước lượng, các đáp ứng xung h(n) của những kênh con được ước lượng. Các biểu thức xác định mối quan hệ giữa hai ký tự thu được tại hai thời điểm liên tiếp nhau và ký tự huấn luyện phát đi là : r1(n) = h  x(n) + w1(n) (3.4) r2(n) = h  x(n) + w2(n) (3.5) - 30 - Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh Trong hai công th ức trên, ta thấy đều xuất hiện tổng chập trong miền thời gian. Gọi L là chiều dài đáp ứng xung lớn nhất mà có th ể ước lượng trên các kênh con, L nhỏ hơn rất nhiều so với chiều d ài N của tín hiệu vào x(n), tín hiệu ra y(n). Theo công thức tính tổng chập và công thức (2.9), suy ra đáp ứng xung của các kênh con có dạng là một ma trận ( N  1 ), và các mẫu tín hiệu x(n) được tổ chức thành ma trận chữ nhật ( N  L ) có dạng như sau : x( N  1) ... x( N  L  1)   x (0 )  x(1) .... x( N  L  2) x (0 )  ...