tỷ lệ kèo cá cược bóng đá vol49 Truyền dẫn không dây và OFDM ~Công nghệ truyền dẫn hiệu quả và ổn định~ Phần3

Lần trước, chúng tôi đã giải thích về "điều chế" và phương pháp truyền thông tin không dây cũng như "đa đường và mờ dần" xảy ra trong quá trình truyền không dây Lần này, chúng tôi sẽ giải thích OFDM, được thiết kế để triệt tiêu tác động của đa đường và pha đinh đồng thời tăng lượng thông tin có thể truyền đi và tăng hiệu suất truyền bằng cách sử dụng hai trục: trục thời gian và trục tần số

1 OFDM là gì

"OFDM" là phương pháp điều chế kỹ thuật số đại diện sử dụng phương pháp đa sóng mang Nó là từ viết tắt của Ghép kênh phân chia tần số trực giao và được dịch sang tiếng Nhật là "Ghép kênh phân chia tần số trực giao" Mặc dù cái tên nghe có vẻ phức tạp nhưng thực tế nó thực hiện quá trình xử lý phức tạp hơn nhiều so với phương pháp sóng mang đơn Tại sao phải làm điều gì đó phức tạp như vậy? Lý do cho điều này là để sử dụng sóng vô tuyến một cách hiệu quả trong khi truyền dữ liệu ít bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng đa đường và mờ dần OFDM truyền thông tin bằng cách sử dụng đồng thời hai trục, "trục thời gian" và "trục tần số" (Hình 1)

Hình 1 Hai trục OFDM

Đầu tiên, nhìn vào trục thời gian, có một khoảng thời gian tạm dừng được gọi là "khoảng bảo vệ" giữa các chuỗi dữ liệu được truyền Đây là khoảng thời gian để giảm ảnh hưởng của sóng bị trễ và thời gian được chọn dựa trên ý tưởng rằng ``nếu bạn giữ lâu như vậy, hầu hết các sóng bị trễ sẽ giảm đi'' Tuy nhiên, vì dữ liệu không thể được gửi trong khoảng thời gian tạm dừng này nên lượng thông tin sẽ giảm nếu để nguyên Do đó, trên trục còn lại, trục tần số, chúng tôi tăng lượng thông tin bằng cách xếp nhiều sóng mang được điều chế QAM hoặc PSK trong băng tần hẹp và thực hiện kiểu truyền song song Mặc dù thay đổi tùy theo tiêu chuẩn nhưng khoảng cách sóng mang cách đều nhau từ khoảng 1kHz đến 10kHz Mỗi dây này chỉ có thể gửi một lượng nhỏ thông tin do băng thông hẹp, nhưng bằng cách xếp hàng trăm đến hàng nghìn dây, có thể gửi lượng lớn dữ liệu

Tại thời điểm này, câu hỏi có thể được đặt ra là "Nếu chúng ta xếp hàng nhiều nhà mạng như vậy, liệu họ có gây nhiễu lẫn nhau không?" Chìa khóa để giải quyết vấn đề này là "tính trực giao" Bằng cách sắp xếp các sóng mang liền kề một cách trực giao, nghĩa là với các pha của chúng dịch chuyển 90 độ, tất cả năng lượng tín hiệu ở tâm của các sóng mang khác có thể giảm về 0 Điều này cho phép nhiều sóng mang được ghép kênh mà không gây nhiễu lẫn nhau, ngay cả khi chúng được xếp thành hàng ở các khoảng tần số hẹp Thuật ngữ trực giao trong tên phương thức đề cập đến điều này

2 điều chế và giải điều chế OFDM

Tiếp theo, bạn có thể thắc mắc: "Việc tách hàng nghìn sóng mang đa kênh đó thành các sóng mang riêng lẻ có thực sự dễ dàng không?" DFT (Biến đổi Fourier rời rạc) biến điều này thành hiện thực DFT là một quá trình biến đổi tín hiệu miền thời gian thành tín hiệu miền tần số Nó dựa trên lý thuyết do nhà toán học người Pháp Fourier đề xuất khoảng 200 năm trước rằng ``tất cả các tín hiệu tuần hoàn có thể được biểu thị bằng cách cộng các hàm lượng giác (sóng sin và sóng cosin)'' DFT tính toán các hàm lượng giác kết nối các điểm rời rạc trên dạng sóng tín hiệu trong một khoảng hữu hạn Ban đầu, nó là một lý thuyết trong thế giới toán học phân tích được gọi là khai triển chuỗi Fourier, và nếu nó được tính toán một cách trung thực thì sẽ cần một lượng tính toán khổng lồ Do đó, một thuật toán có tên "FFT (Biến đổi Fourier nhanh)" đã được phát minh, giúp xử lý theo thời gian thực với một lượng tính toán nhỏ Việc giải điều chế được thực hiện bằng DFT và việc điều chế được thực hiện bằng cách sử dụng biến đổi nghịch đảo của nó, IDFT (Hình 2)

Hình 2 DFT (giải điều chế) và IDFT (điều chế)

Bây giờ, chúng ta hãy xem cách giải điều chế DFT hoạt động OFDM thực tế bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn sóng mang, nhưng ở đây chúng ta sẽ giải thích ngắn gọn chúng là 8 sóng mang Đầu tiên, tín hiệu miền thời gian (Hình 2 bên trái), là sóng điều chế OFDM, được cắt thành các phần hữu hạn gọi là "cửa sổ thời gian" Dữ liệu tín hiệu này sau đó được lấy mẫu tại các điểm DFT cách đều nhau và được xử lý DFT Phần giải thích về nội dung của DFT sẽ bị bỏ qua ở đây vì nó đòi hỏi sự hiểu biết về mặt toán học, nhưng tín hiệu miền thời gian, là sóng điều chế, được chuyển đổi thành tín hiệu miền tần số (Hình 2, ở giữa) Nói cách khác, sóng điều chế đã được phân tách thành tám sóng mang có pha và biên độ khác nhau, nằm trong khoảng từ 1 đến 8 lần tần số cơ bản f Mỗi tín hiệu bị phân tách có thể được viết lại thành dạng sóng thời gian (Hình 2, bên phải) Mỗi trong số tám sóng mang đều được điều chế QAM hoặc PSK, do đó bằng cách giải điều chế QAM hoặc PSK cho mỗi sóng mang, có thể khôi phục dữ liệu được mã hóa đã truyền Đây là giải điều chế bằng DFT Ngoài OFDM, DFT được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích phổ để phân tích các thành phần âm thanh, độ rung và ánh sáng DCT (biến đổi cosine rời rạc), được sử dụng trong nén hình ảnh, là anh em với DFT Trong vài thập kỷ gần đây, với sự phát triển của máy tính điện tử, phép biến đổi Fourier đã được sử dụng rộng rãi trong khoa học, công nghệ và công nghiệp Giáo sư Fourier có lẽ chưa bao giờ tưởng tượng rằng lý thuyết của ông sẽ được sử dụng cho những mục đích như vậy 200 năm sau

3 Cách giảm tác động của đa đường và Fading

Trong cột trước, chúng tôi đã giải thích đa đường và Fading OFDM đã thực hiện nhiều biện pháp để ngăn chặn hiệu ứng này Chính xác thì đó là gì? Bí mật nằm ở đặc điểm của DFT và khoảng bảo vệ (GI) được chèn giữa các chuỗi dữ liệu (Hình 3)

 
Hình 3 DFT và khoảng bảo vệ (GI)

GI về cơ bản không được sử dụng để giải điều chế Khi chỉ nhận được sóng trực tiếp, chúng nằm ngoài cửa sổ thời gian và bị loại bỏ mà không liên quan đến DFT Tuy nhiên, khi nhận được sóng phản xạ, thời gian sẽ chậm hơn sóng trực tiếp, do đó GI ở phía trước chuỗi dữ liệu sẽ được dịch chuyển vào cửa sổ thời gian Do đó, ở bên gửi, hãy sao chép trước phần cuối cùng của chuỗi dữ liệu vào GI trước đó Vậy bạn nghĩ sao? Sóng trực tiếp, sóng phản xạ 1 và sóng phản xạ 2 của các tín hiệu trong cửa sổ thời gian đều có cùng chu kỳ, do đó kết quả DFT đều là các tín hiệu trong cùng một miền tần số Nói cách khác, ngay cả khi có sóng phản xạ, miễn là thời gian trễ nằm trong độ dài GI, quá trình giải điều chế DFT sẽ loại bỏ tác dụng của nó

Vậy điều gì xảy ra khi sóng phản xạ tới vượt quá độ dài GI? Vì DFT không thể loại bỏ hiệu ứng này nên sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu Do đó, chất lượng của tín hiệu nhận được được cải thiện bằng cách thực hiện "ước tính kênh", ước tính các đặc điểm của đường truyền không dây ở phía nhận và "cân bằng", bù cho tín hiệu bị méo, dựa trên "tín hiệu thí điểm" tham chiếu được chèn ở phía truyền Ngoài ra, việc xen kẽ, sắp xếp lại dữ liệu để sửa lỗi hiệu quả hơn, được thực hiện không chỉ trên trục thời gian mà còn trên trục tần số, làm giảm tác động của pha đinh Bằng cách kết hợp nhiều công nghệ này, chúng tôi đã đạt được ``OFDM có khả năng chống biến dạng truyền dẫn''

Ảnh 1 Thiết bị FPU loại PF-900 sử dụng phương pháp OFDM

Công nghệ OFDM được sử dụng rộng rãi trong mọi hoạt động hàng ngày xung quanh chúng ta, bao gồm thiết bị FPU (Ảnh 1) được sử dụng để phát sóng kỹ thuật số mặt đất và truyền tài liệu chương trình, cũng như điện thoại thông minh (LTE/5G) và mạng LAN không dây (Wi-Fi) Có thể một số bạn không biết rằng các bạn giao tiếp bằng OFDM hàng ngày Không giống như video và âm thanh, mạng không dây không thể nhìn hoặc nghe trực tiếp được, vì vậy nhiều người có thể cảm thấy khó nắm bắt và khó nắm bắt Tôi hy vọng chuyên mục này đã giúp bạn hiểu sâu hơn về truyền dẫn không dây và OFDM (Hoàn thành)