NGHIÊN CỨU XÁC SUẤT LỖI CỦA HỆ THỐNG OFDM TRÊN KÊNH THỰC VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM LỖI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐẶNG ANH XUÂN
NGHIÊN CỨU XÁC SUẤT LỖI CỦA HỆ THỐNG OFDM TRÊN
KÊNH THỰC VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM LỖI
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:2 60.52.704.3898
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học : PGS. TS TRẦN HỒNG QUÂN
HÀ NỘI - 2008
- ii -
LỜI CẢM ƠN
Học viên xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông, xin chân thành cảm ơn PGS. TSKH. Nguyễn Ngọc
San cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau đại học,
đã tận tình giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tôi học tập và nghiên cứu trong suốt
những năm học tại đây.
Học viên xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trần Hồng Quân đã
chỉ bảo tận tình và hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn
này.
Học viên xin cảm ơn bố mẹ, toàn thể gia đình, người thân và người vợ
thân yêu của tôi. Đã luôn luôn ủng hộ, chia sẻ, động viên tôi rất nhiều trong quá
trình học tập cũng như làm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông.
Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến cơ quan, nơi công tác, đã tạo
điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học. Xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp,
bạn bè đã giúp đỡ tôi rất nhiều để có thể hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2008
Đặng Anh Xuân

- iii -
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Bảng ký hiệu viết tắt v
Danh mục bảng biểu vii
Danh mục hình vẽ viii
Lời mở đầu 1
Chương 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA
THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDM VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ
TÍN HIỆU OFDM
2
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2
1.2. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG OFDM 2
1.2.1. Khái niệm 2
1.2.2. Đặc điểm 3
1.2.3. Cấu trúc 4
1.2.4. Ứng dụng OFDM trong các hệ thống thông tin 7
1.3. NGUYÊN TẮC XỬ LÝ TÍN HIỆU OFDM 12
1.3.1. Mô tả toán học 12
1.3.2. Điều chế đa sóng mang trực giao 14
1.3.3. Xử lý tương tự tín hiệu OFDM 23
1.3.4. Xử lý số tín hiệu OFDM 26
1.4. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 32
1.4.1. Nhiễu giữa các ký hiệu ISI và nhiễu giữa các sóng mang ICI 32
1.4.2. Ảnh hưởng số lượng sóng mang con và khoảng thời gian bảo
vệ
34
1.4.3. Cửa sổ công suất 36

1.4.4. Công suất đỉnh 36
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38
Chương 2. CAN NHIỄU TRONG HỆ THỐNG OFDM 39
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 39
2.2 CÁC LOẠI CAN NHIỄU 39
- iv -
2.2.1 Can nhiễu cùng kênh 39
2.2.2 Can nhiễu kênh lân cận 44
2.2.3 Can nhiễu xuyên điều chế 45
2.2.4 Can nhiễu giữa các kí hiệu 49
2.3 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA CAN NHIỄU ĐẾN HỆ
THỐNG OFDM/CDMA
53
2.3.1 Hệ thống di động tế bào 54
2.3.2. Hệ thống Macrocell và Microcell 56
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 58
Chương 3. GIẢM CAN NHIỄU TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN
OFDM
59
3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 59
3.2. GIẢM CAN NHIỄU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU 59
3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
- v -
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
4G
Fourth Generation
Thế hệ thứ tư

ATM Asynchronous Transfer Mode
Phương thức chuyển giao
không đồng bộ
AWGN
Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít
BLER Block Error Rate Tỷ lệ lỗi khối
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số quảng bá
dB Decibels Đơn vị Decibel
DFT Discrete Fourier Tranform Biến đổi Fourier rời rạc
DSP Digital Signal Processor Xử lý tín hiệu số
DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá
DVB-C
Digital Video Broadcasting -
Cable
Truyền hình số hữu tuyến
DVB-S
Digital Video Broadcasting -
Satellite
Truyền hình số vệ tinh
DVB-T
Digital Video Broadcasting -
Terrestrial
Truyền hình số mặt đất
FDMA
Frequency Division Multiplex
Access
Ghép kênh phân chia theo tần

số
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
FIC Fast Infomation Channel Kênh thông tin nhanh
ICI Inter-Channel Interference Can nhiễu giữa các kênh
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Transform
Biến đổi Fourier rời rạc ngược
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược
ISI Inter-Symbol Interference Can nhiễu giữa các ký hiệu
LAN Local Access Network Mạng nội bộ
MCM Multicarrier Modulation Điều chế đa sóng mang
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Main Service Channel Kênh dịch vụ chính
- vi -
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh đa phân chia theo
tần số trực giao
PAPR Peak to Average Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên
trung bình
P/S Parallel to Serial
Chuyển đổi song song sang
nối tiếp
PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất
PSD Power Spectral Density Mật độ công suất
PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha
QAM

Quadrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ cầu phương
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
S/P Serial to Parallel
Chuyển đổi nối tiếp sang song
song
SIR Signal to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
TDMA Time Division Multiplex Access
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
WLAN Wireless Local Access Network Mạng nội bộ không dây
- vii -
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1.Các tham số trong DAB
8
Bảng 1.2. Các tham số trong DVB-T
9
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật chuẩn 802.11 và HiperLAN
11
Bảng 1.4 Thông số vật lý chuẩn HiperLAN2 và 802.11a
11
DANH MỤC HÌNH VẼ
- viii -
Trang
Hình 1.1 So sánh phổ tần số của cùng một tốc độ dữ liệu truyền dẫn
3

Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản hệ thống OFDM
5
Hình 1.3. Nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) trong kênh
16
Hình 1.4. Phần phát hệ thống MCM
17
Hình 1.5. Phần thu hệ thống MCM
17
Hình 1.6. Phổ tần số giữa các kênh con
17
Hình 1.7. Minh họa tín hiệu OFDM
19
Hình 1.8. Tập sóng mang trực giao trong một chu kỳ tín hiệu
20
Hình 1.9. Nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
20
Hình 1.10. Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu OFDM
21
Hình 1.11. Phổ của một kênh con (a) và tín hiệu OFDM (b)
21
Hình 1.12. Khoảng bảo vệ trong ký hiệu OFDM
22
Hình 1.13. Hệ thống OFDM với N sóng mang
24
Hình 1.14. Sơ đồ khối hệ thống OFDM với hai phương pháp xử lý
29
Hình 1.15. Đoạn bảo vệ chặn trước với chiều dài µ
30
Hình 1.16. Vòng bảo vệ chặn trước trong xử lý số
32

Hình 1.17. Phổ tín hiệu OFDM
33
Hình 1.18. Lược đồ chùm tín hiệu 16QAM hệ thống OFDM 64 sóng
mang con.
34
Hình 1.19. Lược đồ mã hoá tín hiệu
35
Hình 1.20. Phổ công suất của tín hiệu OFDM
36
Hình 2.1. Biểu đồ con mắt đối với điều chế biên độ pha nhị phân 2.2.
51
Hình 2.2. Biểu đồ con mắt số hai chiều
51
Hình 2.3. Biểu thị các đường kết nối trong một hệ thống tế bào
55
Hình 3.1. Bộ lọc tuyến tính cân bằng
60
Hình 3.2. Bộ lọc tuyến tính tối ưu
61

- ix -
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày này, thông tin và truyền thông không thể thiếu trong cuộc sống của
chúng ta. Trong đó, phương thức thông tin vô tuyến ngày càng phát triển và thể
hiện tính ưu việt hơn hẳn của nó so với các phương thức thông tin khác. Trong
thông tin vô tuyến, việc sử dụng phương pháp điều chế nào sẽ quyết định một
phần lớn đến hiệu quả và sự thành công của hệ thống đó.
Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, can nhiễu là một yếu tố luôn luôn
đi kèm hệ thống, sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng thông tin. Do đó, chúng ta
luôn phải tìm cách hạn chế, tiến tới loại bỏ khỏi nguồn thông tin.

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ngày càng được
ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống phát thanh, truyền hinh số, các mạng không
dây, và tương lai là mạng thông tin di động 4G, bởi những ưu điểm của nó là tiết
kiệm băng tần, khả năng chống lại fadinh chọn lọc theo tần số và xuyên nhiễu
băng hẹp. Để nghiên cứu, ứng dụng hiệu quả đòi hỏi chúng ta phải nắm vững và
hiểu sâu sắc về kỹ thuật điều chế này, các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật điều chế
OFDM và cách khắc phục nó. Đây là lý do tôi lựa chọn luận văn này.
Luận văn “Nghiên cứu xác suất lỗi của hệ thống OFDM và một số giải
pháp giảm lỗi” sẽ nghiên cứu khái quát về công nghệ ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao OFDM, các loại can nhiễu trong hệ thống và các biện pháp chính
để giảm can nhiễu trong hệ thống vô tuyến OFDM.
Bài luận văn chia làm ba chương:
Chương 1. Tổng quan về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao OFDM và nguyên tắc xử lý tín hiệu OFDM.
Chương 2. Can nhiễu trong hệ thống OFDM.
Chương 3. Giảm can nhiễu trong hệ thống vô tuyến OFDM.
Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
- 1 -
Chương 1:
TỔNG QUAN
HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC
GIAO OFDM VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ TÍN HIỆU OFDM
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Để tìm hiểu những đặc điểm và nguyên tắc chung trong xử lý tín hiệu của
hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, viết tắt là OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), trong chương này, luận văn sẽ
giới thiệu tổng quan hệ thống OFDM và những nguyên tắc xử lý tín hiệu OFDM.
Mục 1.2 là khái niệm về hệ thống OFDM, đặc điểm, cấu trúc và các khối
chức năng của hệ thống OFDM. Trong mục này cũng giới thiệu sơ lược ứng dụng
của kỹ thuật này trong một số hệ thống thông tin và truyền thông.

Mục 1.3 trình bày nguyên tắc xử lý tín hiệu OFDM, bao gồm mô tả toán
học, nguyên tắc xử lý tương tự và số trong hệ thống OFDM.
Mục 1.4 trình bày một yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống OFDM.
Sau đây là phần chi tiết.
1.2. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG OFDM
1.2.1. Khái niệm
Hệ thống sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số trực giao hay
hệ thống OFDM, về bản chất, là trường hợp đặc biệt của điều chế đa sóng mang
(MCM), OFDM được xét ở đây có thể được gọi là kỹ thuật điều chế hoặc kỹ thuật
ghép kênh [25], OFDM hoạt động trên nguyên lý, phân chia luồng dữ liệu tốc độ
cao thành các luồng dữ liệu có tốc độ thấp hơn, và phát đồng thời trên một số
sóng mang được phân bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ
liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian ký hiệu tăng lên. Do đó sự phân tán
theo thời gian gây bởi trễ do truyền dẫn đa đường giảm xuống.
- 2 -
Hình 1.1. là hình ảnh minh họa sự so sánh phổ tần số của cùng một tốc độ
dữ liệu truyền dẫn với dạng: đơn sóng mang, đa sóng mang và OFDM. Ở đây, rất
giống với hệ thống đa sóng mang thông thường, hệ thống OFDM cũng phân chia
dải tần làm việc thành các băng tần con khác nhau, sau đó mới điều chế. Nhưng
khác với hệ thống đa sóng mang thông thường, tần số trung tâm của các băng tần
con này sẽ trực giao với nhau về mặt toán học, và cho phép phổ tần của các băng
con có thể chèn lấn nhau, làm tăng hiệu quả sử dụng phổ tần mà không gây can
nhiễu cho hệ thống [25, 26].
1.2.2. Đặc điểm
Trong hệ thống OFDM, mặc dù sóng mang con trong hệ thống OFDM trực
giao với nhau, nhưng lại cho phép chúng được tách ra ở máy thu mà không bị
nhiễu từ các sóng mang khác, do đó, hạn chế suy hao do kênh truyền dẫn vô
tuyến gây nên. Suy hao chủ yếu là hiện tượng fadinh do nhiều dạng tín hiệu thu
được tại anten thu. Với hệ thống này, fadinh chỉ ảnh hưởng hữu hạn các sóng
mang con, hầu như toàn bộ các sóng mang con là băng hẹp, với thông tin được

điều chế và được truyền một cách tin cậy, đảm bảo chất lượng thông tin. Hệ thống
này cho phép triển khai máy thu không cần bộ cân bằng, mà vẫn đảm bảo tính
trực giao của các sóng mang con, khi thu qua kênh lựa chọn tần số. Mỗi sóng
mang con thu được bị suy hao khác nhau, nhưng không bị phân tán thời gian, do
Đa sóng mang
f
Đơn sóng mang
f
Hình 1.1 So sánh phổ tần số của cùng một tốc độ
dữ liệu truyền dẫn
OFDM
f
- 3 -
đó, không yêu cầu bộ cân bằng trễ đường. Mỗi sóng mang trong các tín hiệu
OFDM có một băng thông rất hẹp, do đó tốc độ ký hiệu thấp, điều này làm tín
hiệu chịu đựng được ảnh hưởng trễ truyền đa đường, trễ truyền đa đường phải rất
lớn mới gây giao thoa ký hiệu ISI đáng kể.
So với hệ thống đơn sóng mang, fadinh hoặc xuyên nhiễu đơn có tác động
tới toàn bộ dữ liệu truyền trên kênh. Nhưng với hệ thống OFDM, do việc truyền
dẫn được thực hiện trên nhiều sóng mang trực giao nhau, nên chỉ một phần dữ
liệu của hệ thống OFDM bị ảnh hưởng, và dữ liệu sai đó sẽ được sửa bằng các mã
sửa lỗi thích hợp [25].
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao đã thực hiện được tất
cả các vấn đề của FDMA và TDMA. OFDM chia băng tần thành nhiều kênh băng
hẹp, các sóng mang cho mỗi kênh này trực giao với nhau, cho phép chúng giữ
được khoảng cách rất gần nhau, mà không cần dải chắn như trong FDMA và cũng
không cần ghép kênh theo thời gian như trong TDMA.
Từ những đặc điểm trên, mà kỹ thuật OFDM được sử dụng phổ biến trong
các hệ thống thông tin quảng bá như phát thanh số - DAB, truyền hình số - DVB,
Wireless LAN, WiMAX và tương lai là hệ thống thông tin 4G [ 25].

1.2.3. Cấu trúc
Hình 1.2 mô tả cấu trúc cơ bản của một hệ thống OFDM. Bao gồm ba khối
chính: Khối phát tín hiệu, khối thu tín hiệu và kênh vô tuyến. Nhiệm vụ các khối
chức năng như sau:
1.2.3.1. Khối chuyển đổi nối tiếp/ song song (S/P)
Dữ liệu vào là luồng dữ liệu nối tiếp, được tạo kích cỡ theo yêu cầu truyền
dẫn (2 bít/từ cho QPSK) và chuyển đổi thành dạng song song. Dữ liệu được phát
song song bằng cách gán mỗi ký hiệu cho một sóng mang để điều chế.
1.2.3.2. Khối điều chế và biến đổi Fourier ngược
- 4 -
Kỹ thuật điều chế đa sóng mang phải sử dụng nhiều mạch điều chế cầu
phương và các bộ lọc, nhưng chúng ta tránh được điều này dựa trên phép biến đổi
Fourier ngược (FFT). Tùy thuộc vào kiểu điều chế mà mà mỗi tổ hợp bit trong
chuỗi bít đầu vào được gán cho một tần số sóng mang, vì vậy mỗi sóng mang chỉ
tải số lượng bít cố định. Nhờ bộ định vị (Mapper) và điều chế M-QAM, sóng
mang sau khi điều chế QAM là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao
theo quy luật mã Gray trên hai trục Re (thực) và Im (ảo). Vị trí của mỗi điểm tín
hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của
sóng mang. Quá trình biến đổi IFFT sẽ biến đổi các số phức biễu diễn các sóng
mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền
thời gian rời rạc.
Trong thực tế, các thành phần Re và Im được biểu diễn bằng chuỗi nhị
phân, được bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng được biểu diễn
bằng một chuỗi nhị phân. Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi DA để
nhận được tín hiệu trong băng tần cơ bản.
Quá trình xử lý ở phía thu sẽ thực hiện biến đổi FFT để tạo các điểm điều
chế phức của từng sóng mang phụ trong ký hiệu OFDM, sau khi giải định vị
Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản hệ thống OFDM
Kênh vô tuyến
Dữ liệu vào

Điều chế
M-QAM
M-PSK
IFFT
Chuyển
đổi
P/S
Chèn
khoảng
thời gian
bảo vệ
Khối phát
Chuyển
đổi
S/P
Chuyển
đổi
S/P
Loại
khoảng
thời gian
bảo vệ
Giải điều
chế
M-QAM
M-PSK
FFT
Dữ liệu ra
Khối thu
Chuyển

đổi
P/S
- 5 -
(Demapping), xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại, để
khôi phục dòng dữ liệu đã truyền.
1.2.3.3. Khối chèn khoảng thời gian bảo vệ
Trong thực tế, khi khoảng tổ hợp thu được trải dài theo hai ký hiệu thì
không chỉ có nhiễu giữa các ký hiệu (ISI), mà cả nhiễu tương hỗ giữa các sóng
mang (ICI). Để tránh nhiễu này người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard
Interval duration) trước mỗi ký hiệu, để đảm bảo thông tin là đến từ cùng một ký
hiệu và xuất hiện cố định.
Do khoảng bảo vệ được thêm vào đầu mỗi ký hiệu và gồm 2 phần: Một
nửa phát biên độ zero, một nửa khác là phần mở rộng của tín hiệu phát, điều này
cho phép dễ dàng khôi phục định thời kí hiệu nhờ tách sóng đường bao.
Thực chất khoảng thời gian bảo vệ là khoảng thời gian trống, không mang
thông tin hữu ích, vì vậy, cùng chế độ phát, khoảng thời gian này càng lớn, thông
tin hữu ích sẽ càng ít, nhưng khả năng khắc phục các tia sóng phản xạ từ xa đến
càng hiệu quả. Sau khi chèn khoảng bảo vệ, tín hiệu được biến đổi trở lại dạng
nối tiếp là tín hiệu băng gốc trong truyền dẫn OFDM.
1.2.3.4. Khối kênh vô tuyến
Mô hình kênh được áp dụng cho tín hiệu phát, và cho phép điều khiển tỉ số
tín hiệu trên tạp âm S/N, nhiễu đa đường và cắt công suất đỉnh. Tỷ số S/N được
lập bằng cách thêm một số lượng nhiễu Gauss trắng cộng đã biết vào tín hiệu.
1.2.3.5. Khối thu (Receiver)
Nguyên tắc hoạt động của khối thu (Receiver) ngược lại khối máy phát
(Tranceiver), do đó, khoảng thời gian bảo vệ sẽ được loại bỏ, biến đổi Fourier
nhanh FFT để tìm phổ tín hiệu gốc đã phát. Góc pha của mỗi sóng mang được dự
đoán và biến đổi thành các từ số liệu bằng cách giải điều chế pha thu được. Các từ
số liệu được kết hợp trở lại thành các từ kích thước giống nhau như ban đầu.
Đồng bộ là một vấn đề quan trọng trong thiết kế để đạt một máy thu OFDM tốt.

- 6 -
Đồng bộ thời gian và tần số là xác định bắt đầu của ký hiệu OFDM và để đồng
chỉnh các tần số dao động nội của các bộ điều chế và giải điều chế. Nếu bất kỳ
một kênh đồng bộ nào không được thực hiện đủ chính xác, thì dẫn đến mất tính
trực giao của các sóng mang con do nhiễu ISI và ICI.
1.2.4. Ứng dụng OFDM trong các hệ thống thông tin
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được ứng dụng rộng rãi
trong những năm cuối thập niêm 90 của thế kỷ XX. Nhờ có sự kết hợp của kỹ
thuật xử lý số cùng với kỹ thuật vi điện tử, tạo ra được các vi mạch DSP có khả
năng tính toán nhanh, giúp tạo tín hiệu OFDM đơn giản và hiệu quả. Do đó, kỹ
thuật OFDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống thông tin như: Hệ
thống phát thanh số (DAB), hệ thống truyền hình số (DVB), mạng Lan không
(Wireless LAN), mạng di động thế hệ 4G…[ 27, 25].
1.2.4.1. Hệ thống phát thanh số (DAB)
Hệ thống phát thanh DAB là chuẩn truyền dẫn phát thanh số. Chuẩn này
đã được công nhận bởi ITU như là chuẩn của thế giới. Hệ thống phát thanh DAB
có chất lượng âm thanh cao, không có nhiễu, dễ dàng trong sử dụng, không hạn
chế khả năng mở rộng mạng và phát triển dịch vụ. Ngày nay phát thanh số không
chỉ phát triển phát thanh số mặt đất mà còn phát triển phát thanh số qua vệ tinh.
Lấy thí dụ, tại nước ta, Đài truyền hình kỹ thuật số VTC, phát một số kênh
Radio của Đài tiếng nói Việt Nam qua hệ thống truyền hình số mặt đất, và Đài
truyền hình Việt Nam cũng phát một số kênh Radio qua hệ thống truyền hình số
vệ tinh DTH.
Chất lượng chương trình phát thanh số này tương đương chất lượng
chương trình nghe đĩa CD-ROM. DAB hỗ trợ truyền dẫn đa mục đích, ngoài
khả năng truyền dẫn âm thanh, DAB truyền được text, dữ liệu, và hình ảnh. Ta
có thể vừa nghe nhạc, vừa xem lời bài hát đồng thời, cũng có thể nhận được tin
nhắn về tình hình khí hậu trong ngày. Hệ thống này hầu như đáp ứng được mọi
dịch vụ của hệ thống phát thanh Analog như các dịch vụ tìm đường đi, tình
- 7 -

trạng giao thông, cao hơn nữa là có thể truy cập internet qua hệ thống này. Với
các dịch vụ khác nhau thì tín hiệu sẽ được mã hoá nguồn tuỳ theo tính chất nguồn
tin, mã hoá chống lỗi và mã hoá kênh. Tiếp sau đó, các dịch vụ được ghép kênh
trong kênh dịch vụ chính MSC (Main Service Channel). Tín hiệu sau khi ra khỏi
MSC được liên kết với tín hiệu điều khiển ghép kênh và tín hiệu đồng bộ dịch vụ,
trong kênh thông tin nhanh (FIC), để tạo dạng khung truyền trong bộ ghép kênh.
Cuối cùng, OFDM được sử dụng để tạo dạng tín hiệu DAB gồm một số lượng lớn
các sóng mang. Tín hiệu sau đó sẽ truyền đi bằng sóng vô tuyến điện cao tần bằng
các phương pháp điều chế thông thường. Ví dụ như hệ thống truyền hình DTH có
kênh Radio phát ở tần số đường xuống thuộc băng KU là 11540MHz, hệ thống
truyền hình số mặt đất của VTC phát ở băng tần UHF (ở tần số 514MHz và
578MHz).
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều dịch vụ phát thanh số DAB phát triển
với nhiều khách hàng khác nhau. Máy thu tín hiệu DAB đã được thương mại hoá
với nhiều chủng loại đa dạng. Tín hiệu DAB qua bộ lọc tương tự, sau khi giải
điều chế cao tần, được đưa qua giải mã OFDM và giải mã hoá kênh để thu được
thông tin dạng tín hiệu số. Những thông tin trong kênh thông tin nhanh (FIC)
được đưa tới giao diện người sử dụng, cho phép lựa chọn các dịch vụ và các
đường dữ liệu tương ứng. Dữ liệu trong kênh dịch vụ chính (MSC), được xử lý
trong bộ giải mã âm tần để tách thành hai kênh âm thanh trái hoặc phải, hoặc
trong bộ giải mã dữ liệu để tách thành các loại dữ liệu yêu cầu. Bảng 1.1 mô tả 3
kiểu hệ thống DAB do EUREKA 147 định nghĩa. Kiểu 1 được ứng dụng khi
truyền với khoảng cách xa, ít vật cản, kiểu 2 và 3 dùng trong khoảng cách ngắn,
có nhiều vật cản và can nhiễu [25].
Bảng 1.1. Các tham số trong DAB
Kiểu tham số Kiểu 1 Kiểu 2 Kiểu 3
Băng thông 1,536 MHz 1,536 MHz 1,536 MHz
Số sóng mang 1.546 768 384
Kiểu điều chế DQPSK
- 8 -

Chiều dài ký hiệu có ích
(t
s
)
1 ms
250 µs 125 µs
Khoảng thời gian bảo vệ
t
s
/4 (250µs) t
s
/4 (62,5µs) t
s
/4 (31,25µs)
Tốc độ truyền thông tin 2,4 Mbps
1.2.4.2. Hệ thống truyền hình số (DVB)
Hệ thống truyền hình DVB là hệ thống truyền dẫn dựa trên nền tảng chuẩn
MPEG-2, đây là một phương thức nén âm thanh và hình ảnh chất lượng cao. Hiện
nay, ở các nước phát triển, DVB dần dần chiếm ưu thế hơn hệ thống truyền hình
analog do chất lượng cao và khả năng cung cấp các dịch vụ đa dạng như âm
thanh, hình ảnh và dữ liệu. DVB được phân ra các chuẩn truyền hình số khác
nhau như DVB-T (truyền hình số mặt đất), DVB-H (truyền hình số trên thiết bị di
động), DVB-C (truyền hình số hữu tuyến), DVB-S (truyền hình số vệ tinh)
Lớp vật lý của các chuẩn trên đều nhằm đạt tới mục tiêu tối ưu hoá kênh
truyền dẫn. Truyền hình vệ tinh sử dụng đơn sóng mang dùng điều chế QPSK
cho phép dịch tần Doppler lớn, và cho hiệu suất sử dụng năng lượng cao. Nhưng
kiểu truyền này không thích hợp với truyền dẫn mặt đất bởi nhiễu đa đường làm
giảm tốc độ truyền đơn sóng mang.
Do sự truyền tải của hệ thống truyền hình số trên mặt đất tương đối đặc
biệt, và hiện tượng phản xạ nhiều lần tín hiệu, can nhiễu rất nghiêm trọng. Nên

kỹ thuật OFDM được sử dụng trong chuẩn truyền hình số mặt đất (DVB-T).
Truyền hình số DVB-T có hai kiểu khác nhau với số lượng sóng mang OFDM
khác nhau như trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Các tham số trong DVB-T
Kiểu tham số Kiểu 2K Kiểu 8K
Băng thông 7,61 MHz 7,61 MHz
Số sóng mang 1705 6817
Kiểu điều chế QPSK 64QAM
Chiều dài ký hiệu có ích (t
s
)
224 µs 896 µs
Khoảng bảo vệ t
s
/4 t
s
/8 t
s
/32
- 9 -
56µs 28µs 28µs
Tốc độ truyền thông tin 4,98-31,67 Mb/s
Hiện nay, truyền hình số DVB nói chung và truyền hình số mặt đất nói
riêng, đang rất phát triển trên thế giới. Nó sẽ thay thế dần dần công nghệ truyền
hình analog cũ. Ở nước ta, Đài truyền hình kỹ thuật số VTC đang cung cấp truyền
hình số DVB-T và đã phủ sóng hầu hết các tỉnh ở nước ta.
1.2.4.3. Mạng Lan không dây (Wireless LAN)
Về cơ bản thì mạng LAN không dây hoạt động giống như mạng LAN
truyền thống, điểm khác nhau là tại hai lớp DataLink và lớp MAC theo mô hình
tham chiếu OSI. mạng LAN không dây dùng giao tiếp vô tuyến để liên kết các

máy tính lại với nhau. Mạng LAN không dây có khả năng truyền dữ liệu với tốc
độ cao, tải tập trung trong một thời gian ngắn. Phạm vi hoạt động của mạng LAN
không dây nhỏ, chỉ khoảng 150m, các máy trạm có thể cố định hoặc di chuyển
với tốc độ thấp. Mạng LAN không dây thế hệ thứ nhất hoạt động dựa trên những
giao thức đóng độc quyền của mỗi nhà sản xuất thiết bị. Phần lớn các thiết bị đều
hoạt động trong dải thông tần 26 MHz tại băng tần 900MHz và sử dụng kỹ thuật
trải phổ, tốc độ cho phép đạt được từ 1-2 Mbps. Sự thiếu chuẩn hoá trong các sản
phẩm tạo nên chi phí phát triển sản phẩm cao, khả năng mở rộng hạn chế và một
thị trường nhỏ hẹp cho các sản phẩm đơn lẻ. Do đó có rất ít các nhà sản xuất thu
được thành công.
Hiện nay, các thiết bị Lan không dây, thường được chế tạo tại Mĩ theo các
chuẩn 802.11 như 802.11a, 802.11b, 802.11g. Trong đó, chuẩn 802.11b, hoạt
động tại băng tần 2,4 GHz với dải thông tần 80MHz. Theo chuẩn này, khuyến
nghị dùng kỹ thuật trải phổ, tốc độ trong mạng đạt 1,6 Mbps, khoảng cách tối đa
là 150 mét. Chuẩn thứ hai là 802.11a, được hoạt động tại dải thông tần 300MHz,
tại băng tần 5GHz, sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang, tốc độ có thể đạt
được từ 20-70Mbps. Chuẩn khác là 802.11g, cũng khuyến nghị sử dụng kỹ thuật
điều chế đa sóng mang, cho phép sử dụng tại hai băng 2,4GHz và 5GHz tốc độ
- 10 -
cho phép lên tới 54Mps. Tại châu Âu, mạng LAN không dây được phát triển dựa
theo chuẩn HiperLAN (high performance radio LAN). Chuẩn HiperLAN’/1 cũng
tương tự như chuẩn 802.11a cho phép tốc độ đạt được 20 Mps với khoảng cách
nhỏ hơn 50 mét. Chuẩn HiperLAN/2 cho phép đạt được tốc độ cao hơn lên tới
54Mps, đồng thời hỗ trợ các giao thức cho phép truy nhập tới mạng di động,
mạng ATM.
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật chuẩn 802.11 và HiperLAN
Thông số 802.11/b 802.11a/g HiperLAN/2
Băng tần hoạt động 2,4 GHz 5,2 GHz 5,2 GHz
Phương pháp ghép kênh CSMA/CA CSMA/CA TDMA
Kiểu điều chế DSSS OFDM OFDM

Tốc độ bit kênh 5,5 hoặc
11Mb/s
6; 9;12 ;
và 54Mb/s
6; 9; ; và
54Mb/s
Bảng 1.4 Thông số vật lý chuẩn HiperLAN2 và 802.11a
Thông số Giá trị
Băng thông kênh 20 MHz
Kênh mang dữ liệu 48
Kênh mang dẫn đường 4
Băng thông kênh con 312,5 kHz
Chiều dài ký hiệu có ích 3,2
Chiều dài đoạn bảo vệ 0,8
Kiểu điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Điểm khác nhau chính của IEEE 802.11a và HiperLAN2 là trong phần
điều khiển truy nhập kênh truyền (MAC). Chuẩn IEEE 802.11a sử dụng MAC
dựa trên nền tảng kỹ thuật đa truy nhập sóng mang thông minh có ngăn chặn
xung đột (CSMA/CA). Trong khi đó HiperLAN/2 sử dụng MAC được xây dựng
trên nền tảng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian, kèm chỉ định khe
động (TDMA/DSA).
- 11 -
1.2.4.4. Hệ thống thông tin di động 4G
Mạng thông tin 4G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin đi dộng không
dây, 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu mà mạng
3G không đáp ứng được. Mục tiêu của hệ thống thông tin di động thế hệ 4 là tích
hợp các công nghệ không dây đã có như GSM, LAN không dây, Blutooth… đồng
thời hỗ trợ các dịch vụ thông minh và mang tính chất cá nhân, cung cấp một hệ
thống hoạt động ổn định và dịch vụ chất lượng cao. Trong số các phương pháp
điều chế đã được nghiên cứu, OFDM nổi lên với những ưu điểm như hiệu suất sử

dụng băng tần cao, khả năng chống nhiễu tốt, phương pháp thực hiện đơn giản
bằng FFT. OFDM được chọn là phương pháp điều chế cho hệ thống thông tin di
động 4G trong tương lai gần [25].
1.3. NGUYÊN TẮC XỬ LÝ TÍN HIỆU OFDM
1.3.1. Mô tả toán học
Đặt vấn đề:
Cho một tập các hàm số {f
n
(t), với n = 1, 2, 3…, k}, các hàm số được gọi là
trực giao với nhau nếu chúng thoả mãn điều kiện:



≠
=
=
∫
+∞
∞−
nm
nmk
dttftf
mn
0
)()(
(1.1)
Tập các hàm số thoả mãn điều kiện trên gọi là tập hàm trực giao. Nếu k=1
họ hàm đã cho là tập hàm trực chuẩn. Tức là tích phân của bình phương mỗi hàm
đều bằng đơn vị.
Trực giao có ý nghĩa là các hàm số này không ảnh hưởng lẫn nhau hay

không gây nhiễu lên nhau, giữa chúng không có mối quan hệ ràng buộc hay phụ
thuộc. Một số tập tín hiệu trực giao như tập hai hàm sin(
ω
t) và cos(
ω
t).
- 12 -
Một tín hiệu s(t) có thể được biểu diễn dưới dạng một dãy hàm trực
chuẩn:
∑
=
=
N
k
kk
tfsts
1
)()("
(1.2)
Trong đó, s
k
là hệ số trong phép xấp xỉ tín hiệu s(t). Sai số do phép thay thế
tín hiệu s(t) bằng một tập các giá trị s
k
là e(t) = s(t) - s”(t). Các hệ số s
k
phải được
chọn sao cho năng lượng của tín hiệu sai số
ε
e

là nhỏ nhất.

[ ]
∫
∑
∫
+∞
∞−
=
+∞
∞−






−=
−
=
dttfsts
dttsts
N
k
kke
2
1
2
)()(
)(")(

ε
(1.3)
Theo phân tích dựa trên tiêu chuẩn bình phương sai số, thì giá trị nhỏ nhất
của
ε
e
với chuỗi {s
k
} khi sai số là trực giao với mỗi hàm trong chuỗi đã cho.
∫
∑
+∞
∞−
=
=






− 0)()()(
1
dttftfsts
n
N
k
kk
(1.4)
Ở đây n = 1, 2,…, N.

Từ điều kiện tập hàm {f
k
(t)} là tập hàm trực giao, rút gọn biểu thức (1.3),
ta thu được các hệ số của chuỗi {s
k
} thay thế tín hiệu s(t).
∫
+∞
∞−
= dttftss
nnn
)()(
(1.5)
Ở đây n = 1, 2,…, N
Giá trị nhỏ nhất của sai số bình phương là:

[ ]
∑
∫
∑
∫∫
=
+∞
∞−
=
+∞
∞−
+∞
∞−
−=−==

N
k
ks
N
k
kk
sdttstfsdttsdttste
1
2
1
2
min
)()()()()(
εε
(1.6)
Khi sai số
ε
min
= 0 thì năng lượng của tín hiệu s(t) và năng lượng trong
chuỗi {s
k
} là bằng nhau.
Với điều kiện như vậy tín hiệu s(t) là:
∑
=
=
N
k
kk
tfsts

1
)()(
. (1.7)
Việc biểu diễn tín hiệu bằng tổng tuyến tính của một chuỗi hàm trực giao
có thể dùng để phân tích các đặc điểm tính chất, khả năng chống can nhiễu của
- 13 -
dạng tín hiệu đó với kênh truyền dẫn… Nhưng cũng có thể dùng kết quả đó để
tổng hợp được tín hiệu cần truyền từ các tập tín hiệu đơn giản trực giao với nhau,
tín hiệu thu được giữ được các tính chất chống can nhiễu, đồng thời các thành
phần con không gây can nhiễu lên nhau trong tín hiệu tổng.
1.3.2. Điều chế đa sóng mang trực giao
1.3.2.1. Điều chế đa sóng mang
Dạng đơn giản nhất của điều chế đa sóng mang, dữ liệu được chia thành
nhiều luồng nhỏ, để truyền qua các kênh con trực giao với nhau, tại các tần số
sóng mang khác nhau. Số lượng sóng mang được lựa chọn, sao cho độ dài ký tự
tại các kênh con, lớn hơn nhiều lần thời gian trễ của mỗi kênh con, hay băng
thông của mỗi kênh con nhỏ hơn nhiều băng thông liên kết của kênh truyền. Điều
kiện đó ngăn chặn nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu trong mỗi kênh truyền con.
Hình 1.3 mô tả hiệu quả của chống nhiễu ISI trong hệ thống điều chế đa sóng
mang. Với cùng tốc độ cần truyền, khi số lượng sóng mang tăng, làm giảm tốc độ
dữ liệu trên mỗi kênh truyền và tăng độ dài của mỗi ký hiệu. Điều đó có nghĩa là
tỉ số nhiễu (ISI) trên mỗi ký hiệu sẽ giảm nhỏ khi mà số lượng sóng mang tăng.
Với hệ thống đơn sóng mang, đáp ứng của các bit bị chồng lấn lên nhau, nhiễu
ISI lớn. Giả sử một hệ thống điều chế tuyến tính có tốc độ truyền R và băng thông
B. Giả thiết rằng kênh truyền là kênh fadinh lựa chọn, tức là băng thông liên kết
kênh truyền (B
c
) nhỏ hơn băng thông của hệ thống (B
c
< B). Băng thông của hệ

thống được chia nhỏ thành N kênh truyền con, mỗi kênh truyền con có băng
thông B
N
=B/N <<B
c
, cho phép ngăn chặn nhiễu fadinh trên mỗi kênh con. Tương
ứng trên miền thời gian T
N

≈
1/B
N
>> 1/B
c

≈
T
m
với T
m
là thời gian trễ của kênh
truyền. Do vậy nếu N càng lớn, thì độ dài ký hiệu càng lớn hơn nhiều thời gian
trễ kênh truyền, nên ngăn chặn nhiễu trên.
Từ hình 1-4, tín hiệu điều chế đa sóng mang sẽ được tạo ra bởi hệ thống
này, dữ liệu gồm N đường khác nhau nếu sử dụng xung cos nâng có hệ số β để
- 14 -
sửa dạng tín hiệu thì chiều dài ký hiệu T
N
=
( )

N
B
β
+1
với
β
là hệ số của xung. Tín
hiệu điều chế kết hợp của tất cả các kênh con được cộng lại để tạo dạng tín hiệu
phát s(t).
s
i
(t) =
( )
ii
N
i
i
tfosctgs
φπ
+
∑
−
=
2)(
1
1
(1.8)
trong đó s
i
là ký hiệu cần truyền trên sóng mang thứ i,

φ
i
là sai pha của sóng mang
thứ i, sóng mang thứ i có tần số f
i
= f
0
+ i.B
N
với i = 0, 1, 2,…, N-1.
t
δ(t)
t
t
Một sóng mang
t
Hai sóng mang
t
Sóng mang thứ nhất
t
Sóng mang thứ hai
- 15 -
Khối định vị ký hiệu là khối chuyển đổi tương ứng một chuỗi bít thành ký
tự phức, khối này có thể thực hiện nhiều kiểu chuyển đổi như QAM, QPSK,…
Hình 1.5 là phần thu của hệ thống điều chế đa sóng mang này. Tín hiệu thu
được gồm: tín hiệu phát và can nhiễu trong kênh truyền, được cho qua các bộ lọc
để tách ra tín hiệu tương ứng trong từng kênh con khác nhau. Sau đó giải điều chế
từng kênh con với các sóng mang tương ứng, và ánh xạ ngược các ký hiệu thu
được, để thu được chuỗi bit của từng kênh truyền. Bộ chuyển đổi nối tiếp sang
song song liên kết các chuỗi bit của các kênh con khôi phục lại dạng tín hiệu ban

đầu đã phát. Xung sửa dạng bị giới hạn nên băng thông cần thiết cho mỗi kênh
con cần mở rộng thêm một lượng là
N
T
ε
. Vì thế, băng thông cần thiết cho mỗi
kênh con là
( )
N
T
εβ
++1
và băng thông tổng cần thiết cho cả hệ thống N sóng mang
là:
B = N
( )
N
T
εβ
++1
(1.9)
t
Sóng mang thứ nhất
t
Sóng mang thứ hai
t
Sóng mang thứ ba
t
Sóng mang thứ tư
Hình 1.3. Nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) trong kênh

truyền
Bốn sóng mang
- 16 -