Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ OFDM CDMA

i

Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ trong
hệ OFDM-CDMA

Nguyễn Khả Phi


Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS. ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử; Mã số: 60 44 03
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Viết Kính
Năm bảo vệ: 2013


Abstract. Hệ thống OFDM-CDMA: trình bày những đặc điểm cơ bản của kỹ thuật
OFDM- CDMA, nguyên lý hoạt động và một số đặc trưng cơ bản của hệ thống.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiễu pha lên sự đồng bộ trong hệ thống OFDM-CDMA:
trình bày sơ lược các ảnh hưởng của tạp nhiễu lên việc đồng bộ trong hệ OFDM-
CDMA, đi sâu vào xem xét ảnh hưởng của nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ
OFDM-CDMA. Mô phỏng hệ thống OFDM-CDMA: sử dụng phần mềm Matlab và
các Tool ứng dụng để khảo sát ảnh hưởng của nhiễu pha lên hệ OFDM-CDMA.

Keywords. Vật lý; Vật lý vô tuyến; Điện tử học; Đa sóng mang; Nhiễu pha


Content
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đặt
ra những nhiệm vụ cho các hệ thống truyền dẫn thông tin cần phải đáp ứng. Hiện tại mạng di
động 3G đã được triển khai trên diện rộng nhưng với những nhu cầu như: thực hiện các cuộc
gọi VoIP hay tải lên, tải xuống các tập dữ liệu có dung lượng lớn trong với tốc độ cao vẫn còn

chưa đáp ứng được.
Hệ thống OFDM-CDMA là hệ thống có sự kết hợp giữa hai kỹ thuật OFDM và
CDMA, do đó nó mang nhiều ưu điểm vượt trội của cả hai hệ thống nhưng đồng thời là những
nhược điểm cơ bản, nổi bật là yêu cầu đồng bộ. Một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến
vấn đề đồng bộ trong hệ thống OFDM-CDMA là nhiễu pha.
Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên, tôi đã chọn thực hiện luận văn: “Ảnh hƣởng
nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ OFDM-CDMA”. Luận văn gồm ba chương:
Chƣơng 1: Hệ thống OFDM-CDMA:
Chương này trình bày những đặc điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM- CDMA. Nguyên
lý hoạt động và một số đặc trưng cơ bản của hệ thống.
Chƣơng 2: Ảnh hƣởng của nhiễu pha lên sự đồng bộ trong hệ thống OFDM-
CDMA:
Chương này trình bày sơ lược các ảnh hưởng của tạp nhiễu lên việc đồng bộ trong hệ
OFDM-CDMA. Đi sâu vào xem xét ảnh hưởng của nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ
OFDM-CDMA.
Chƣơng 3 : Mô phỏng hệ thống OFDM-CDMA:
Chương này sử dụng phần mềm Matlab để khảo sát ảnh hưởng của nhiễu pha lên hệ
OFDM-CDMA.
ii

Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu
sót, vì vậy người viết mong muốn nhận được sự đóng góp của các thầy cô và bạnbèđể hoàn
thiện luận văn hơn nữa.


Chƣơng 1: HỆ THỐNG OFDM-CDMA.
Chương này sẽ giới thiệu những nội dung cơ bản của hệ thống OFDM-CDMA.
1.1 KỸ THUẬT OFDM.
1.1.1 ĐA SÓNG MANG, OFDM VÀ FDM.
Kỹ thuật đa sóng mang : kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải

tần con với các sóng mang khác nhau (hình 1.1).
Trường hợp riêng các sóng mang trong kỹ thuật đa sóng mang trong đó các sóng
mang trực giao (OFDM).Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các sóng mang do đó sử
dụng dải thông một cách có hiệu quả.
Phương pháp điều chế đa sóng mang được hiểu là toàn bộ băng tần của hệ thống được
chia ra làm nhiều băng con với các sóng mang phụ cho mỗi băng con là khác nhau. Trong
(hình 1.1) chúng ta có thể thấy được sự phân bổ băng thông của hệ thống đơn sóng mang và
đa sóng mang. Với B
SC
, B
MC
là băng thông của hệ đơn sóng mang, đa sóng mang. Với hệ đa
sóng mang thì
, , ( , ),
kc
f f F f t N
là khoảng cách (tần số) giữa các sóng mang con, tần số
của sóng mang con thứ k, phổ tần sóng mang con thứ k, và số lượng các sóng mang con.
Phương pháp đa sóng mang liên quan đến phương pháp ghép kênh phân chia theo tần
số FDM, trong đó toàn bộ bề rộng phổ tín hiệu hệ thống B được chia làm N
c
kênh con với bề
rộng mỗi kênh con là:

f
k
=B/N
c
( 1.1)
Độ dài của mộttín hiệu trong hệ đa sóng mang sẽ lớn hơn N

c
lần so với độ dài tín hiệu
trong hệ thống đơn sóng mang.Kết quả dẫn tới tỷ số tương đối giữa trễ truyền dẫn lớn nhất
của kênh đối với độ dài mẫu tín hiệu trong hệ thống đa sóng mang cũng giảm N
c
lần so với hệ
thống đơn sóng mang.

Hình 1.1: Phân bố tần số của hệ thống đơn sóng mang và đa sóng mang (a) bên phát (b)bên
nhận.
1.1.2 TRỰC GIAO TRONG OFDM.
OFDM đạt được sự trực giao bằng cách điều chế tín hiệu vào một tập các sóng mang
trực giao. Tần số gốc của từng sóng mang con sẽ bằng một số nguyên lần nghịch đảo thời
gian tồn tại ký hiệu (symbol). Như vậy, trong thời gian tồn tại ký hiệu, mỗi sóng mang sẽ có
2

một số nguyên lần chu kỳ khác nhau. Như vậy mỗi sóng mang con sẽ có một tần số khác
nhau, mặc dù phổ của chúng chồng lấn lên nhau nhưng chúng vẫn không gây nhiễu cho
nhau.
1.1.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG OFDM.
Hệ thống thông tinOFDM truyền luồng dữ liệu phức s
i
(t)song song trên N
c
sóng
mang con với chỉ số sóng mang con là k=(1, 2, 3, N
c
).Trong đó mỗi điểm của tín hiệu s
i
(t)

tương ứng với một điểm trong không gian Euclid N
c
-chiều gọi là không gian tín hiệu, mỗi
điểm được biểu diễn bởi một bộ các giá trị (c
1i
, c
ki
, c
Nci
). Một tập hợp M điểm trong
không gian N
c
-chiều này được gọi là chùm tín hiệu (signal constellation). Các điểm nằm
trong chùm tín hiệu này có thể làđầu ra sau khi thực hiện phép điều chế M-trị bất kỳ. Mỗi
sóng mang được nhân với một giá trị phức c
ki
lấy từ dữ liệu đầu vào,với k là chỉ số sóng
mang và i là chỉ số ký hiệu của toàn bộ ký hiệu OFDM (còn gọi là khung OFDM).Các kết
quả cóđược sau khi thực hiện phép nhân sẽ được cộng lại và tín hiệu cuối cùng sẽ là dạng
sóng (theo thời gian) được truyền đi qua kênh.

2 ( )
1
( ) ( )
c
ks
N
j f t iT
i ki s
k

s t c e f t iT






( 1.2)


Hình 1.2: Sơđồ khối hệ thống OFDM.
Biểu thức toán học trên tương ứng với việc sử dụng bộ biến đổi Fourier FFT (IFFT)
tại lối vào.

1
( ), ( ), ( )
W ( )
T
s sp s sp s c sp
ci
S s tT qt s iT qt s iT N t
NC


   



( 1.3)
Với mong muốn loại bỏ nhiễu ISI giữa các ký hiệu OFDM người ta chèn thêm một

khoảng bảo vệ
G

nhằm kéo dài khoảng thời gian tồn tại ký hiệu.

1.1.4 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ OFDM.
Đồng bộ là một trong những vấn đề đang rất được quan tâm trong kỹ thuật OFDM bởi
nó có ý nghĩa quyết định đến khả năng cải thiện các nhược điểm của OFDM. Trong hệ thống
OFDM, người ta xét đến ba loại đồng bộ khác nhau là : đồng bộ ký hiệu (symbol
synchronization), đồng bộ tần số sóng mang (carrier frequency synchronization), và đồng bộ
tần số lấy mẫu (sampling frequency synchronization).
1.1.4.1 Đồng bộ ký hiệu (symbol).
Đồng bộ ký hiệu nhằm xác định chính xác thời điểm bắt đầu một ký hiệu OFDM.
1.1.4.2 Đồng bộ tần số sóng mang.
Trong đồng bộ tần số sóng mang, hai vấn đề chính được quan tâm đến là : lỗi tần số
(frequency error) và thực hiện ước lượng tần số.
1.1.4.3 Đồng bộ tần số lấy mẫu.
Tại bên thu, tín hiệu liên tục theo thời gian thu được lấy mẫu theo đồng hồ bên thu,
vì vậy sẽ xuất hiện sự bất đồng bộ giữa đồng hồ bên phát và bên thu.
3

1.1.5 ƢU NHƢỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA OFDM.
Ưu điểm của kỹ thuật OFDM:
 Khả năng chống nhiễu ISI, ICI.
 Hiệu suất sử dụng phổ cao hơn so với FDM.
 Các kênh con có thể coi là các kênh Pha-đinh phẳng nên có thể dùng các bộ cân
bằng đơn giản trong suốt quá trình nhận thông tin, giảm độ phức tạp của máy thu.
 Điều chế tín hiệu đơn giản, hiệu quả nhờ sử dụng thuật toán FFT và các bộ ADC,
DAC đơn giản.
Nhược điểm của kỹ thuật OFDM:

Bên cạnh những ƣu điểm thì hệ thống OFDM còn tồn tại nhiều nhƣợc điểm:
 Hệ thống OFDM tạo ra tín hiệu trên nhiều sóng mang, dải động của tín hiệu lớn
nên tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR lớn, hạn chế hoạt động
của bộ khuếch đại công suất.
 Dễ bị ảnh hưởng của dịch tần và pha hơn so với hệ thống một sóng mang. Vì vậy
phải thực hiện tốt đồng bộ tần số trong hệ thống.
Ứng dụng kĩ thuật OFDM:
Hiện nay, OFDM đãđược khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống thông tin số tốc độ
cao như phát thanh và truyền hình số và sẽ được ứng dụng trong hệ thống thông tin di động
tương lai như hệ thống LAN vô tuyến, các công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao: ADSL,
VDSL… OFDM cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để thực hiện hệ thống thông tin di động
đa phương tiện (4G).
1.2 CÔNG NGHỆ CDMA.
1.2.1 TỔNG QUAN VỀ CDMA.
CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) được xây
dựng trên nguyên tắc trải phổ, vàđược đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1995 với chuẩn
IS-95. Ở thế hệ di động thứ 3 sẽ sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)
thay vì công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) theo chuẩn IMT-2000 .
1.2.1.1 Thế nào là trải phổ .
Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng hằng
trăm lần trước khi phát bằng việc nhân luồng tín hiệu với một mã trải phổ có tốc độ cao hơn
rất nhiều lần so với tốc độ của luồng tín hiệu đó. Trải phổ không mang lại hiệu quả về mặt sử
dụng băng thông đối với hệ thống đơn người dùng. Tuy nhiên nó có ưu điểm trong môi trường
đa người dùng vì các người dùng này có thể dùng chung một băng tần trải phổ với can nhiễu
lẫn nhau không đáng kể.
1.2.1.2 Lợi ích của việc trải phổ.
- Chống nhiễu đa đường:
- Khử nhiễu băng hẹp:
- Bảo mật
1.2.2 MÃ TRẢI PHỔ.

Mã dùng để trải phổ là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên. Tín hiệu ngẫu nhiên là tín
hiệu mà ta không thể dự đoán trước sự thay đổi của nó theo thời gian và để biểu diễn tín hiệu
người ta dựa vào lý thuyết xác suất thống kê. Với tín hiệu giả ngẫu nhiên thì không hoàn toàn
ngẫu nhiên. Có nghĩa, với thuê bao này nó không ngẫu nhiên, là tín hiệu biết trước cả phía
phát và phía thu nhưng với các thuê bao khác thì nó là ngẫu nhiên. Nó hoàn toàn độc lập với
tín hiệu, không phải là tín hiệu và có tính chất thống kê của một tín hiệu nhiễu trắng. Các mã
trải phổ có thể là các mã giả tạp âm PN hoặc các mã được tạo ra từ các hàm trực giao.
1.2.3 CÁC KIỂU TRẢI PHỔ CƠ BẢN.

Có 3 kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:
 Trải phổ dãy trực tiếp DSSS: tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế dữ liệu đã
được điều chế bởi sóng mang bằng tín hiệu băng rộng hoặc mã trải phổ.
4

 Trải phổ nhảy tần FHSS: là sử dụng chuỗi mã để điều khiển tần số sóng mang của tín
hiệu phát.
 Trải phổ nhảy thời gian THSS: một khối các bit số liệu được nén và được phát ngắt
quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe
thời gian.
1.2.4 ƢU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CDMA.
Ưu điểm:
 Sử dụng hiệu quả băng tần.
 Về mặt lý thuyết, hệ thống sử dụng CDMA không giới hạn số lượng người dùng sử
dụng.
 Giảm được ảnh hưởng của nhiễu đa đường.
 Tính bảo mật cao do người ngoài rất khó xác định được quy luật của chuỗi m sử
dụng, do đó khó khôi phục được tín hiệu thu được.
Khuyết điểm:
 Chất lượng thông tin giảm khi số người dùng tăng.
 Bị ảnh hưởng của hiện tượng gần – xa, do đó cần phải áp dụng kỹ thuật điều khiển

công suất một cách chính xác.
 Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ chính xác để thu đúng tín hiệu.

1.3 HỆ THỐNG OFDM-CDMA.
1.4.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OFDM-CDMA.
Việc kết hợp OFDM và CDMA có ba hướng chính :

Hình 1.3: Các mô hình kết hợp OFDM-CDMA.
1.4.1.1 Hệ thống OFDM-CDMA.
OFDM-CDMA thừa kế tất cả những đặc điểm của CDMA. Nó có tính bền vững với
nhiễu đa đường, hiệu quả trong việc sử dụng băng thông. Ngoài ra nó còn có những ưu điểm
của OFDM đó là chống lại nhiễu liên ký hiệu, tận dụng được phân tập tần số giảm độ phức tạp
của các bộ cân bằng đường truyền do mỗi sóng mang bị ảnh hưởng bởi pha-đing phẳng độc
lập. Ngoài ra việc kết hợp OFDM và CDMA có ưu điểm do khoảng ký hiệu dài dễ thực hiện
đồng bộ hơn.
Kỹ thuật OFDM cho phép chia luồng dữ liệu có tốc độ cao thành các luồng dữ liệu
thành phần có tốc độ thấp; mỗi luồng dữ liệu thành phần được trải phổ với các chuỗi ngẫu
nhiên PN có tốc độ cao. Sau đó điều chế với hệ thống sóng mang thành phần OFDM. Phương
pháp này cho phép sử dụng hiệu quả băng thông kênh truyền, tăng hệ số trải phổ, giảm tạp âm
giao thoa ký hiệu ISI nhưng tăng khả năng giao thoa sóng mang. Mô hình chi tiết của hệ thống
được trình bày như hình (1.3), cho ta cái nhìn tổng quát về mô hình hệ thống OFDM-CDMA.
5


Hình 1.4: Sơ đồ khối mô hình hệ thống OFDM-CDMA.


Hình 1.5: Sơ đồ khối bộ phát hệ thống OFDM-CDMA.

Sơ đồ khối tổng quát kênh truyền vô tuyến bộ phát và thu của hệ thống OFDM-CDMA

được trình bày như hình 1.5và hình 1.6.


Hình 1.6: Sơ đồ khối bộ thu hệ thống OFDM-CDMA.
1.4.1.2 Hệ thốngOFDM-DS-CDMA.
Tương tự hệ thống OFDM-CDMA, mỗi bit của người dùng sẽ được trải phổ với mã
phân biệt giữa các người dùng. Nhưng khác so với OFDM-CDMA là các chip sau trải phổ của
cùng một bit sẽ mang bởi cùng một sóng mang (trải phổ miền thời gian).
Hệ thống OFDM-DS-CDMA với một sóng mang phụ sẽ giống hệ thống DS-CDMA.
Do đó OFDM-DS-CDMA gần như bao gồm nhiều hệ thống DS-CDMA hoạt động song song
nhưng điểm khác là tần số hoạt động của mỗi hệ thống DS-CDMA sẽ trực giao với nhau.
1.4.1.3 Hệ thốngMT-CDMA.
MT-CDMA vẫn sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp miền thời gian nhưng khác so với
OFDM-DS-CDMA là tồn tại mối quan hệ giữa số sóng mang và độ dài mã trải phổ. Độ lợi xử
lý trong MT-CDMA bằng tích số sóng mang và độ lợi xử lý của OFDM-DS-CDMA nên rất
lớn so với độ lợi trải phổ của OFDM-DS-CDMA.
1.4.2 ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ OFDM-CDMA.[16 ]
Ƣu điểm.
 OFDM-CDMA thừa kế tất cả các đặc điểm của CDMA.
Nhƣợc điểm.
 Rất nhạy với thay đổi tần số và khuếch đại phi tuyến vì sử dụng kỹ thuật đa sóng
mang.
6

 Việc cộng một số lượng lớn sóng mang phụ trước khi phát đã tạo ra đường bao của tín
hiệu có giá trị lớn. Các giá trị lớn này có thể đưa các bộ khuếch đại sang trang thái bảo
hòa và gây sai dạng tín hiệu.
 Hiệu năng của hệ thống bị suy giảm do MAI.

Chƣơng 2: ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ TRONG HỆ
THỐNG OFDM-CDMA.
2.1 MỘT SỐ LOẠI NHIỄU TRONG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[1 ]
2.1.1 NHIỄU GAUSS TRẮNG .
Tạp âm trắng Gausscó mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông và tuân
theo phân bố Gauss.
2.1.2 NHIỄU LIÊN KÝ HIỆU ISI.
ISI gây ra do trải trễ đa đường. Trong môi trường đa đường, ký hiệu phát đến đầu vào
máy thu với các khoảng thời gian khác nhau thông qua nhiều đường khác nhau.
2.1.3 NHIỄU LIÊN SÓNG MANG ICI.
Nhiễu gây ra bởi các dữ liệu trên sóng mang kế cận được xem là nhiễu xuyên kênh
(ICI) .
2.1.4 NHIỄU ĐỒNG KÊNH (Co-Channel Interference).
Nhiễu đồng kênh xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một
kênh. Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào
vị trí của máy thu so với hai máy phát.
2.1.5 NHIỄU ĐA TRUY NHẬP (Multiple Access Interference).
Nhiễu đa truy nhập là nhiễu do các tín hiệu của các người dùng giao thoa với nhau, là
yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống.
2.1.6 NHIỄU DO KÊNH TRUYỀN.[1 ]
2.2 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[8 ][16 ]
2.2.1 ĐỒNG BỘ ĐỊNH THỜI TRONG OFDM-CDMA.
Mục tiêu chính của đồng bộ định thời là nắm bắt được thời điểm bắt đầu ký hiệu
OFDM-CDMA. Bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ- tiền tố vòng thì vấn đề đồng bộ định thời
không là trở ngại nữa. Nếu độ trôi định thời nhỏ hơn khoảng bảo vệ, thì vẫn giữ được sự trực
giao giữa các sóng mang con, và độ trễ này có thể được xem như là trễ truyền dẫn gây ra bởi
kênh truyền. Độ trễ khi đó được ước tính, và làm bằng bởi phần tử ước lượng kênh (CE).
Nhưng nếu độ trôi định thời vượt quá khoảng bảo vệ thì sự trực giao giữa các sóng mang con
bị phá vỡ, gây nên lỗi ICI và ISI.
Về cơ bản hai nhiệm vụ chính của đồng bộ định thời: xác định vị trí hàm của sổ FFT

(đồng bộ khung, đồng bộ ký hiệu) và ước tính tốc độ lấy mẫu của bộ chuyển đổi A/D. Đồng
bộ định thời về cơ bản được thực hiện qua hai giai đoạn: đồng bộ thô, và đồng bộ tinh.
2.2.2 ĐỒNG BỘ TẦN SỐ TRONG OFDM-CDMA.
Một trong những yêu cầu thiết yếu của máy thu là đồng bộ tần số. Độ trôi tần số
nguyên nhân do sự sai khác tần số bộ dao động tại chỗ giữa bên phát và bên thu, do hiệu ứng
Doppler, và do nhiễu pha.
2.3 ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU PHA LÊN SỰ ĐỒNG BỘ VÀ HIỆU NĂNG HỆ
THỐNG OFDM-CDMA.[11 ][15 ]
Nhiễu pha ảnh hưởng đến đồng bộ thể hiện trên hai mặt chính là : đồng bộ sóng mang
và khôi phục tín hiệu định thời.

7

2.3.1 NGUYÊN NHÂN GÂY RA NHIỄU PHA.
2.3.1.1 NHIỄU PHA DO SỰ KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA CÁC BỘ TẠO DAO ĐỘNG. [20 ]

Hình 2.1:Nhiễu pha hệ thống OFDM-CDMA do
sự không ổn định của bộ tạo dao động.
Trong thực tế do nhiều nguyên nhân mà tần số tại bộ dao động tại chỗ sẽ có sự biến
thiên trong một khoảng nhất định và gây ra nhiễu ICI giữa các kênh con.
2.3.1.2 NHIỄU PHA DO SỰ SAI LỆCH TẦN SỐ GIỮA BÊN THU VÀ BÊN PHÁT.[18 ]
Tại bên thu, tín hiệu thu liên tục được lấy mẫu theo xung đồng hồcủa máy thu. Sự sai
khác về nhịp đồng hồ giữa bên phát và bên thu sẽ gây ra xoay pha và làm suy hao thành phần
tín hiệu có ích, tạo ra nhiễu ICI.
2.3.2 TÍNH TOÁN ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG
OFDM-CDMA
2.3.2.1 MÔ HÌNH NHIỄU PHA. [11 ]
Để gơn giản trong việc xem xét các ảnh hưởng này, ta xét một hệ OFDM-CDMA mô
tả trong hình 2.13 cho một người dùng:

Hình 2.2:Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống OFDM-CDMA cho một người dùng.


8

2.3.2.2 LỖI PHA SÓNG MANG (OFDM-CDMA).[11 ]
2.3.2.3 LỖI ĐỊNH THỜI.[12 ]
Khi có lỗi pha và định thời sẽ gây nên lỗi đồng bộ và kéo theo làm giảm hiệu năng
của hệ thống OFDM-CDMA. Khi có trôi pha hằng số, và trôi định thời hằng số thì có thể
được bù trừ và không ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ OFDM-CDMA.
Khi có lỗi pha sóng mang và định thời thay đổi theo thời gian sẽ ảnh hưởng đến hiệu
năng hệ thống OFDM-CDMA: Trong trường hợp này nếu có sự trôi tần số sóng mang và tần
số đồng hồ, thì hiệu năng hệ thống xuống cấp rất nhanh và phục thuộc rất mạnh vào số sóng
mang. Còn nếu có rung pha định thời và rung pha sóng mang thì trong trường hợp tải cực đại
thì độ xuống cấp lại độc lập với số sóng mang và hàm lượng phổ rung pha mà chỉ phụ thuộc
vào phương sai rung pha.


Chƣơng 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.
3.1 MỤC ĐÍCH MÔ PHỎNG.
Như đã trình bày ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ trong phần trước, nhiễu pha
gây nên lỗi đồng bộ, làm xuống cấp hệ thống OFDM-CDMA. Khi hệ thống OFDM-CDMA bị
xuống cấp và bị lỗi đồng bộ thì tại phía máy thu số lượng bit lỗi nhận được sẽ tăng, vì vậy
chúng ta có thể thông qua việc khảo sát tỷ lệ lỗi bit Ber (Bit error rate) để đánh giá ảnh hưởng
nhiễu pha lên hiệu năng của hệ thống, từ đó đánh giá ảnh hưởng nhiễu pha lên vấn đề đồng bộ

3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MÔ PHỎNG.[7 ]
3.2.1 MÔ HÌNH NHIỄU PHA.
Như chúng ta đã xem xét nhiễu pha là một quá trình ngẫu nhiên được mô hình như là
một quá trình ngẫu nhiên Wiener.
3.3 CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ MÔ PHỎNG:
Chương trình mô phỏng đã tiến hành mô phỏng hệ OFDM-CDMA với các thông số
như sau:
- Số lượng người dùng : n=2 với số bit dữ liệu mỗi người là 10
4
bit.
- Chu kỳ :T
u
= 224.10
-6
s
- Khoảng bảo vệ :
G

= 1/8*T
u

- Chu kỳ ký hiệu : T
s
= T
u
+
G


- Kiểu mã hóa dữ liệu : BPSK.

- Mã trải phổ được sử dụng : Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hadamard.
- Kích thước bộ FFT/IFFT : 4096
- Số sóng mang con : 1705
- Kênh truyền pha-đinh Rayghley đa đường : 4 đường.

9

3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:
3.4.1 NHIỄU PHA.

Hình 3.1:Mật độ phổ công suất nhiễu pha.
3.4.2 ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ.
Như đã trình bày ở trên, nhiễu pha gây ra lỗi đồng bộ và làm ảnh hưởng đến hiệu năng
của hệ thống OFDM-CDMA.
Nhiễu pha làm xuống cấp hệ thống, mà khi hệ thống bị xuống cấp việc đồng bộ trở nên
khó thực hiện hơn.
Đồ thị độ xuống cấp như là hàm số của nhiễu pha hệ thống OFDM-CDMA cho ta
thấy được điều này – hình 3.2:


Hình 3.2:Độ xuống cấp hệ thống khi có nhiễu pha.


10


Hình 3.3:Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA khi có nhiễu pha.

Nhận xét :Những kết quả thu được từ quá trình mô phỏng chứng tỏ nhiễu pha ảnh
hưởng đến hiệu năng hệ thống OFDM-CDMA, khi có nhiễu pha thì tỉ lệ lỗi bit của hệ thống

tăng, điều đó chứng tỏ nhiễu pha ảnh hưởng xấu đến việc đồng bộ, gây ra lỗi đồng bộ.

Hình 3.4:Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA với phương sai nhiễu pha thay đổi.
Chúng ta có thể khẳng định là nhiễu pha là một trong những vấn đề quan trọng nhất
quyết định đến chất lượng của hệ thống OFDM-CDMA. Điều đó đòi hỏi phần tử đồng bộ
trong hệ thống OFDM-CDMA phải làm việc hiệu quả với những thuật toán đồng bộ thực sự
tốt thì mới có thể khắc phục được ảnh hưởng của nhiễu pha.


KẾT LUẬN
Luận văn đã tiến hành nghiên cứu về cấu trúc và một số đặc điểm của hệ thống
OFDM-CDMA : nguyên lý kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDM, công nghệ CDMA và sự
kết hợp giữa chúng OFDM-CDMA.
Qua tìm hiểu những ưu nhược điểm của hệ thống OFDM-CDMA ta có thể khẳng định
nó đúng là một ứng cử viên sáng giá cho hệ thống viễn thông thứ hệ thứ 4. Tuy nhiên hệ
thống này tồn tại một nhược điểm là nhiễu pha gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến hiệu
năng của hệ thống.
Vì vậy nội dung chính của luận văn là tìm hiểu mô hình hệ thống OFDM-CDMA
trong trường hợp có nhiễu pha, phân tích ảnh hưởng của nhiễu pha lên việc đồng bộ.

11

Trên cơ sở tìm hiểu lý thuyết và tiến hành mô phỏng ta có thể khẳng định hệ thống
OFDM-CDMA rất nhạy với nhiễu pha, nhiễu pha làm xuống cấp hiệu năng hệ thống OFDM-
CDMA, đặt nhiệm vụ khó khăn cho hệ thống trong việc đồng bộ.
Do khuôn khổ luận văn nên tác giả mới chỉ khảo sát ảnh hưởng của nhiễu pha mà
chưa đưa ra những giải pháp khắc phục.
Vớinhững kết quả đã đạt được trong đề tài, trong thời gian tới tác giả sẽ tiếp tục
nghiên cứu tìm hiểu:
- Hoàn thiện hơn những kết quả nghiên cứu về hệ thống OFDM-CDMA.

- Hoàn thiện hơn những kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiễu pha lên việc đồng
bộ.
- Tìm hiểu những giải pháp khắc phục ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ, xây
dựng chương trình mô phỏng những giải pháp khắc phục đó. Qua đó tìm giải pháp
có hiệu quả cao nhất, phù hợp nhất.



References
Tiếng Việt :
1 . GS.TS Nguyễn Bình (2006), Lý thuyết thông tin, Bài giảng-Học viện công nghệ bưu
chính viễn thông.
2 . TS Nguyễn Quốc Bình, KS Nguyễn Huy Huân (2000), Các hệ thống thông tin hiện nay
trình bày thông qua sử dụng Matlab, NXB Hà Nội.
3 . TS. Dương Tử Cường (2003), Xử lý tín hiệu số, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội.
4 . Nguyễn Phạm Anh Dũng (2006), Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, Nhà xuất
bản Bưu điện.
5 . Nguyễn Văn Đức (2006), “Lý Thuyết Và Các Ứng Dụng Của Kỹ Thuật OFDM”, Trong
tuyển tập Kỹ Thuật Thông Tin Số , tập 2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật.
6 . Đỗ Quốc Trinh, Vũ Thanh Hải (2006), Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng, Giáo án, Học viện
Khoa học kỹ thuật quân sự.
7 . Nguyễn Văn Trường (2010), Vấn đề tác động nhiễu lên sự đồng bộ trong hệ MC-CDMA,
Luận văn thạc sĩ.
Tiếng Anh :
8 . Ahmet Yasin Erdogan (2004), Analysis of the effects of phase noise and frequency offset
in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), Thesis, Naval Postgraduate
school .
9 . J.Beek (1998), Synchronization and. Channel Estimation in OFDM Systems, University
of Technology, Division of Signal Processing, Reproduced by Universitetstryckeriet,
Luleºa, Swenden.

10 . J.Armstrong (1999), “Analysis of new and existing methods of reducing intercarrier
interference due to carrier frequency offset in OFDM”, IEEE Transactions on
Communications, vol. 47, issue 3, pp. 365-369.
11 . H.Steendam, M. Moeneclaey (1999), “An Overview of MC-CDMA Synchronisation
Sensitivity”, Second International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum &
Related Topics (MC-SS'99), Oberpfaffenhofen, Germany, Sep 15-17 1999, pp. 261-
270. (invited paper).
12 . H.Steendam, M. Moeneclaey (1999), “The Effect of Synchronisation Errors on MC-
CDMA Performance”, International Conference on Communications ICC'99,
Vancouver, Canada, Paper S38.3, pp. 1510-1514.
13 . H. Steendam , M. Moeneclaey (1997), “Sensitivity of OFDM-CDMA to carrier phase
jitter”, 1st Workshop MC-SS'97, Oberpfaffenhofen, Germany, pp. 145-152.

12

14 . H. Steendam, M. Moeneclaey (1999), "The Sensitivity of MC-CDMA to
Synchronisation Errors", European Transactions on Telecommunications, ETT
special issue on MC-SS, Vol. 10, No. 4, pp. 429-436.
15 . H. Steendam, M. Moeneclaey (1998), " Sensitivity of OFDM and MC-CDMA to
Carrier Phase Errors", 6th Symposium on Communications and Vehicular Technology
1998, Brussels, Belgium, pp. 1-8.
16 . K.Fazel, S. Kaiser (2007), Multi-Carrier & Spread Spectrum System, Wiley.
17 . L.Nithyanandan (2010),“Synchronization schemes for mc-cdma symtem” Studies on the
capacity enhancement techniques for multicarrier CDMA, chapter 5 pp 70 ,
Pondicherry University.
18 . M.Melliti, S.Hasnaoui, and R.Bouallegue (2005), “OFDM Synchronization Errors and
Effects of Phase Noise on WLAN Transceivers”, Journal of Computer Systems,
Networks, and Communications , Volume 2008 , 7 pages.
19 . N.Yee and J-P Linnartz (1994), “Multi-Carrier CDMA in an Indoor Wireless Radio
Channel”, Technical Report Identifier: ERL-94-6.

20 . Senay Negusse (2011), "Phase-noise and its effect in OFDM communication systems",
Project course in signal processing and digital communications, School of Electrical
Engineering, Stockholm Sweden.
21 . T.Chee (2002), Hybrid OFDM-CDMA:A Comparison of MC/DS-CDMA,MC-CDMA and
OFCDM , Adelaide University, Australia.