Bài 4: Kỹ Thuật OFDM - VietTimes

Như ta biết, để truyền tín hiệu đi xa, trong hệ thông tin vô tuyến cần thiết phải có sóng mang (carrier) cao tần. Các kỹ thuật điều chế (modulation) cho phép bố trí dữ liệu trên sóng mang.

Tại sao phải điều chế? Năng lượng của sóng tỉ lệ thuận với tần số của nó. Năng lượng lớn thì khả năng truyền đi xa hơn. Vì vậy người ta mới phải điều chế để đưa tín hiệu có tần số thấp (thông tin) gài vào sóng mang có tần số lớn hơn. Sóng có các đặc trưng về biên độ, tần số, phase nên cũng có các cách điều chế biên độ (Amplitude Modulation-AM), điều chế tần số (Frequency Modulation-FM), điều chế pha số (Phasing Shift Keying - PSK).

Người dùng tăng chóng mặt.

Các hệ thống thông tin một tần số hạn chế tốc độ dữ liệu và hạn chế về dung lượng. Để giảm nhiễu thì các phương pháp phát tín hiệu tương tự trước đây như AM, FM cần thiết phải tăng công suất máy phát, băng tần rộng hiệu quả sử dụng băng tần thấp. Đa phân chia (Multiplexing) để chia sẻ độ rộng băng tần với nhiều kênh dữ liệu độc lập khác nhau.

Trong OFDM chuỗi dữ liệu đầu vào nối tiếp có tốc độ cao (R) được chia thành N chuỗi con song song (từ chuỗi dữ liệu 1 đến chuỗi dữ liệu N) có tốc độ thấp hơn (R/N). N chuỗi con này được điều chế bởi N sóng mang phụ trực giao, sau đó các sóng mang này được cộng với nhau và được phát lên kênh truyền đồng thời. Ở phía quá trình thu tin thì ngược lại.

Bản chất trực giao của các sóng mang phụ OFDM cho phép phổ của các chuỗi con sau điều chế chồng lấn lên nhau mà vẫn đảm bảo việc tách riêng biệt từng thành phần tại phía thu. Nhờ vậy mà hiệu quả sử dụng băng tần tăng đáng kể và tránh được nhiễu giữa các sóng mang lân cận ICI (Inter-carrier Interference).

Sóng mang cơ bản có tần số là bội số của 15kHz, chu kỳ của 1 sóng mang 15khz là 66.7 micro giây

Trong ODFMA người ta dùng 12 sóng con như vậy cần một dải bang tần là 15*12=180khz.

Khi truyền dẫn người ta thường truyền theo một cấu trúc hay một khung (radio frame) như hình vẽ bên dưới.

Một khung dài 10ms gồm 10 khung con (sub-frame), một sub-frame có độ dài 1ms gồm 2 lot và mỗi slot gồm 6 hay 7 thời gian tín hiệu ODFM (66.7microgiây).

Như ta đã biết bang thông LTE đa dạng là 1.4MHz, 3 MHz, 5Mhz, 10MHz, 15Mhz, 20 Mhz. Theo tính toán ta có 6, 15, 25, 50, 75, 100 khối tài nguyên (Resource Block RB 180 Khz ).

Viết dài dòng như thế để dẫn đến câu hỏi: Tốc độ lý thuyết của LTE là bao nhiêu?

Tốc độ chia làm tốc độ tải xuống và tải lên. Tốc độ của một UE (thiết bị người dùng) và trạm vô tuyến (eNodeB) phụ thuộc vào:

-Dạng điều chế tín hiệu (Modulation): QAM 64, QAM 16, QPSK;

-Số lượng khối tài nguyên (RB) dung hay được cấp phát;

-Antenna (MIMO 2x2, 4x4).

Công nghệ ngày càng phát triển

Bây giờ chúng ta giả sử: Bang thông LTE: 20Mhz; Điều chế QAM 64; Antenna MIMO 4x4; 1 resource block (RB) = 12 sóng mang x 7 tín hiệu ODFM = 84 Resource Element (RE); 20 Mhz có 100 RB. Một sub-frame 1 ms có: 100 x2 x 84 =16 800 Res, 1 RE điều chế theo QAM 64 có thể mang 6 bit/RE. Vì thế có 16800*6 = 100.800 bit cho 1 subframe 1ms hay 100.800.000 bps (98.6 Mbps)

Với antenna MIMO 4x4 thì tốc độ là 98.6*4 = 394. 4 Mbps. Tuy nhiên, một khung còn có các tín hiệu điều khiển, thời gian bảo vệ băng tần (guard band), tín hiệu đồng bộ kênh và ta tạm tính chiếm khoảng khung như thế không bao giờ có thể đạt con số 400 Mbps này cả. Ngoài ra đó cũng chỉ là 1 UE dung toàn bộ khung thời gian. Nếu trong trạm có hang trăm, hàng ngàn thiết bị sử dụng, tốc độ sẽ thấp hơn nữa khi phải chia sẻ băng thông với nhau.

Còn nữa