tìm hiểu về kỹ thuật ofdm

MỤC LỤC
Trang
BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao không
đối xứng
AM Amplitude Modulation Điều biên
AMPS Advaced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên tiến
APR Access Point Repeater Bộ lặp điểm truy nhập
ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên
AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu tạp âm trắng
BER Bit Error Rate Tỷ lệ bít lỗi
Bps Bits per second Bit trên giây
BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BTS Base Transmission Station Trạm phát gốc
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
mã
CIR Channel Impulse Response Đáp ứng xung của kênh
CU Đơn vị dung lượng
DAB Digital Audio Broadcasting Truyền thanh số quảng bá
DC Direct Current (0 Hz) Dòng điện một chiều
DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier ngược
DRM Digital Radio Mondiale Hệ thống phát thanh số
đường dài
DS-CDMA Direct Sequence Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã dãy trực tiếp

DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số quảng bá
DVB-C Digital Video Broadcasting – Cable Truyền hình số quảng bá
cáp
DVB-S Digital Video Broadcasting –
Satellite
Truyền hình số quảng bá vệ
tinh
DVB-T Digital Video Broadcasting
-Terrestrial
Truyền hình số quảng bá
mặt đất
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
EBNR Energy per Bit to Noise Ratio Tỷ lệ năng lượng bit trên tạp
âm
EDGE Enhanced Data Rate for Global
Evolution
Tốc độ dữ liệu cao cho sự
phát triển toàn cầu
FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo
tần số
FDM A Frequency Division Multiplexing
Access
Đa truy nhập phân chia theo
tần số
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiến

FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Fourier nhanh
FIR Finite Impulse Response (digital
filter)
Bộ đáp ứng xung (lọc số)
FM Frequency Modulation Điều tần
Fs Sample Frequency Tần số lấy mẫu
FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần
GI Guard Interval Chuỗi bảo vệ
GPRS Generic Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global System for Mobile
communications
Hệ thống thông tin di động
toàn cầu
HiperLAN/2 High Performance Radio Local Area
Network type 2
Mạng cục bộ máy tính
không dây
HDTV High Definition Television Truyền hình phân giải cao
HLR Home Location Rigister Bộ ghi định vị thường trú
ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu liên kênh
IDM Inter-Modulation Distortion Méo điều chế tương hỗ
IF Intermediate Frequency Trung tần
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi nhanh
ngược Fourier
ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên mẫu tín hiệu
LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng
MAC Medium Access Controller Điều khiển truy nhập môi
trường
MIMO Multiple input multiple output Hệ thống đa anten phát/thu
MS Mobile Station Thiết bị đầu cuối di động

MSC Mobile Switching Centrer Trung tâm chuyển mạch di
động
NMT Nordic Mobile Telephone System Hệ thống điện thoại di động
Bắc Âu
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
COFDM Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao có mã số
sửa sai
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên
công suất trung bình
PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin cá nhân
PCM Phase Code Modulation Điều chế xung mã
PM Phase Modulation Điều chế pha
PRS Pseudo Random Sequence Chuỗi giả ngẫu nhiên
PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên vuông góc
QOS Quality Of Service Chất lượng phục vụ
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc
SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi mẫu tín hiệu
SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần
SIR Signal to Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
SISO Single Input Single Output Hệ thống một anten phát/thu
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
SSB Single Side Band Điều chế đơn biên
TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo

thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
thời gian
TRAU Transcoder Adapter Rate Unit Đơn vị thích ứng tốc độ mã
phát
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động
cho tất cả moi người
VLSI Very Large Scale Integration Mạch tích hợp mật độ cực
lớn
VLR Visitor Location Rigister Bộ ghi định vị tạm trú
W-CDMA Wide-band Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia theo
mã băng rộng
WiMax Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Khả năng tương tác toàn cầu
với truy nhập vi ba
WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt không dây
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
Trong cuộc sống hàng ngày hiện nay, thông tin liên lạc đóng vai trò rất quan
trọng không thể thiếu được. Chúng quyết định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp con
người nhanh chóng nắm bắt các giá trị văn hóa, kinh tế, chính trị, khoa học kỹ
thuật…rất đa dạng và phong phú. Bằng những bước phát triển thần kỳ, các thành

tựu công nghệ Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người
từng giờ từng phút, tạo ra một trào lưu “Điện Tử - Tin Học – Viễn Thông” trong
mọi lĩnh vực ở cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21.
Các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn
cho hệ thống truyền dẫn thông tin. Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến lần lược ra
đời như FDMA, TDMA … nhằm đáp ứng được nhu cầu về tốc độ và chất lượng
truyền. Mặc dù các yêu cầu cho các dịch vụ này rất cao song vẫn yêu cầu các giải
pháp thích hợp để thực hiện cho từng thế hệ.
Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên được giới thiệu năm 1966. Tuy nhiên cho đến thời
gian gần đây, kỹ thuật OFDM mới được ứng dụng trong thực tế nhờ có những tiến
bộ trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và kỹ thuật vi sử lý. OFDM là kỹ thuật điều chế
phân chia dải tần cho phép thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác
nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp.
Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng tốc độ cao cần truyền
tải. Các sóng mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng mang trực
giao, điều này cho phép chồng phổ giữa các sóng mang. Do đó sử dụng dải thông
một cách hiệu quả, ngoài ra họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều lợi ích khác
mà các kỹ thuật khác không có. Phương pháp này được gọi chung là ghép kênh theo
tần số trực giao OFDM.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp em xin giới thiệu tổng quát về công nghệ
OFDM và các ứng dụng trong thông tin vô tuyến. Đồ án gồm các nội dung chính
sau:
 Chương 1: Giới thiệu về kỹ thuật OFDM
 Chương 2: Ảnh hưởng của kênh vô tuyến đến truyền dẫn tín hiệu.
 Chương 3: Các vấn đề kỹ thuật trong hệ thống OFDM
 Chương 4: Ứng dụng công nghệ OFDM trong truyền hình số mặt đất
DVB_T
Mục đích của đồ án là nêu được nguyên lý chung, cấu trúc và các ưu nhược
điểm của công nghệ OFDM. Đồng thời nêu ra các ứng dụng trong thông tin vô
tuyến và hướng phát triển trong tương lai. Vì thời gian có hạn và kiến thức con hạn

chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
góp ý của thầy cô và bạn bè.
Trong quá trình làm đồ án em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ thầy cô, bạn bè,
các anh chị lớp trên và gia đình. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm
ơn thầy hướng dẫn đồ án ThS. Nguyễn Văn Hào cùng các thầy cô trong Khoa Kỹ
Thuật & Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn
các anh chị lớp trên đã tận tình giúp đỡ em cùng gia đình và bạn bè đã ủng hộ cả vật
chất lẫn tinh thần để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn !
Quy Nhơn, ngày ….tháng….năm 2010
Sinh viên

Đặng Văn Nam

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT OFDM
1.1. Giới thiệu chương
Phương thức truyền dữ liệu bằng cách chia nhỏ ra thành nhiều luồng bit
và sử dụng chúng để điều chế nhiều sóng mang đã được sử dụng cách đây
hơn 30 năm. Ghép kênh phân chia theo tấn số trực giao – OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của truyền dẫn
đa sóng mang, tức là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao thành nhiều luồng
dữ liệu tốc độ thấp hơn được truyền đồng thời trên cùng một kênh truyền.
OFDM là một phương thức điều chế hấp dẫn cho các kênh có đáp tuyến tần
số không phẳng, lịch sử của OFDM được bắt đầu từ 1960.
Trong OFDM, băng thông khả dụng được chia thành một số lượng lớn
các kênh con, mỗi kênh con nhỏ đến nỗi đáp ứng tần số có thể giả sử như là
không đổi trong kênh con. Luồng thông tin tổng quát được chia thành những
luồng thông tin con, mỗi luồng thông tin con được truyền trên một kênh con
khác nhau. Những kênh con này trực giao với nhau và dễ dàng khôi phục lại ở

đầu thu. Chính điều quan trọng này làm giảm xuyên nhiễu giữa các symbol
(ISI) và làm hệ thống OFDM hoạt động tốt trong các kênh fading nhiều tia.
Dựa vào các lợi ích của sự tiến bộ trong kỹ thuật RF và DSP, hệ thống OFDM
có thể đạt được tốc độ cao trong truy xuất vô tuyến với chi phí thấp và hiệu
quả sử dụng phổ cao.
Trong hệ thống FDM (Frequency Division Multiplexer) truyền thống,
băng tần số của tổng tín hiệu được chia thành N kênh tần số con không trùng
lặp. Mỗi kênh con được điều chế với một symbol riêng lẻ và sau đó N kênh
con được ghép kênh tần số với nhau. Điều này giúp tránh việc chồng lấp phổ
của những kênh và giới hạn được xuyên nhiễu giữa các kênh với nhau. Tuy
nhiên, điều này dẫn đến hiệu suất sử dụng phổ thấp. Để khắc phục vấn đề hiệu
1
suất, nhiều ý kiến đã được đề xuất từ giữa những năm 60 là sử dụng dữ liệu
song song và FDM với các kênh con chồng lấp nhau, trong đó mỗi sóng mang
tín hiệu có băng thông 2b được cách nhau một khoảng tần b để tránh hiện
tượng cân bằng tốc độ cao, chống lại nhiễu xung và nhiễu đa đường, cũng như
sử dụng băng tần một cách có hiệu quả.
Ý nghĩa của trực giao cho ta biết rằng có một sự quan hệ toán học chính
xác giữa những tần số của các sóng mang trong hệ thống. Trong hệ thống
ghép kênh phân chia tần số thông thường, nhiều sóng mang được cách nhau
ra một phần để cho tín hiệu có thể thu được tại đầu thu bằng các bộ lọc và bộ
giải điều chế thông thường. Trong những bộ thu như thế, các khoảng tần bảo
vệ được đưa vào giữa những sóng mang khác nhau và trong miền tần số sẽ
làm cho hiệu suất sử dụng phổ giảm đi.
Vào năm 1971, Weinstein và Ebert đã ứng dụng biến đổi Fourier rời rạc
(DFT) cho hệ thống truyền dẫn dữ liệu song song như một phần của quá trình
điều chế và giải điều chế. Điều này làm giảm đi số lượng phần cứng cả ở đầu
phát và đầu thu. Thêm vào đó, việc tính toán phức tạp cũng có thể giảm đi
một cách đáng kể bằng việc sử dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT),
đồng thời nhờ những tiến bộ gần đây trong kỹ thuật tích hợp với tỷ lệ rất cao

(VLSI) và kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) đã làm được những chíp FFT tốc
độ cao, kích thước lớn có thể đáp ứng cho mục đích thương mại và làm giảm
chi phí bổ sung của những hệ thống OFDM một cách đáng kể.
Hiện nay, OFDM được sử dụng trong nhiều hệ thống như ADSL, các hệ
thống không dây như IEEE802.11 (Wi-Fi) và IEEE 802.16 (WiMAX), phát
quảng bá âm thanh số (DAB), và phát quảng bá truyền hình số mặt đất chất
lượng cao(HDTV).
2
1.2. Khái niệm OFDM
OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. OFDM
phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng
mang. Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có
một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự.Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang
bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống.
Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ.
Hình 1.1 Sóng mang OFDM (N=8)
1.3. Nguyên lý cơ bản của OFDM
Ghép kênh theo tần số trực giao Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM) rất giống với ghép kênh theo tần số Frequency Division Multiplexing
(FDM) truyền thống. OFDM sử dụng những nguyên lý của FDM để cho phép nhiều
tin tức sẽ được gửi qua một kênh Radio đơn. Tuy nhiên, nó cho phép hiệu quả phổ
3
tốt hơn. OFDM khác với FDM nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường mỗi đài
phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự
ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên không có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm
với các trạm khác. Với cách truyền OFDM như là DAB hoặc DVB-T, những tín
hiệu thông tin từ nhiều trạm được kết hợp trong một dòng dữ liệu ghép kênh đơn.
Sau đó dữ liệu này được truyền khi sử dụng khối OFDM được tạo ra từ gói dày đặc
nhiều sóng mang. Tất cả các sóng mang thứ cấp trong tín hiệu OFDM được đồng bộ
thời gian và tấn số với nhau, cho phép kiểm soát tốt can nhiễu giữa những sóng

mang. Các sóng mang này chồng lấp nhau trong miền tần số, nhưng không gây can
nhiễu giữa các sóng mang (ICI- Inter Carrier Interference ) do bản chất trực giao
của điều chế. Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoảng bảo vệ tần số lớn giữa
những kênh để ngăn ngừa can nhiễu. Điều này làm giảm hiệu quả phổ. Tuy nhiên
với OFDM sự đóng gói trực giao những sóng mang làm giảm đáng kể khoảng bảo
vệ cải thiện hiệu quả phổ.
Tất cả các hệ thống truyền thông vô tuyến sử dụng sơ đồ điều chế để ánh xạ tín
hiệu thông tin tạo thành dạng có thể truyền hiệu quả trên kênh thông tin. Một phạm
vi rộng các sơ đồ điều chế đã được phát triển, phụ thuộc vào tín hiệu thông tin là
dạng sóng analog hoặc digital. Một số sơ đồ điều chế tương tự chung bao gồm:
Điều chế tần số (FM), điều chế biên độ (AM), điều chế pha (PM), điều chế đơn biên
(SSB), Vestigial Side Band (VSB), Double Side Band Suppressed Carrier
(DSBSC). Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thông tin số bao gồm khóa
dịch biên độ (ASK), khóa dịch tần số (FSK), Khóa dịch pha (PSK) điều chế QAM.
OFDM còn có tên gọi khác là “ Điều chế đa sóng mang trực giao” (OMCM) dựa
trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ
thấp, truyền trên nhiều sóng mang trực giao nhau. Công nghệ này được trung tâm
nghiên cứu CCETT (Centre Commun d’Étude en dédiffution et Télécomunication)
của Pháp phát minh nghiên cứu từ đầu thập niên 1980.
Phương pháp đa sóng mang dùng công nghệ OFDM sẽ trải dữ liệu cần truyền trên
rất nhiều sóng mang, mỗi sóng mang được điều chế riêng biệt với tốc độ bit thấp.
Trong công nghệ FDM truyền thống những sóng mang được lọc ra riêng biệt để bảo
đảm rằng không có chồng phổ, bởi vậy không có hiện tượng giao thoa ký hiệu ISI
giữa những sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng với hiệu quả cao nhất. Với
4
OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực giao
sao cho những sóng mang trực giao trong chu kỳ ký hiệu thì những tín hiệu có thể
được khôi phục mà không giao thoa hay chồng phổ.
1.4. Tính trực giao của tín hiệu OFDM
Các tín hiệu là trực giao nhau nếu chúng độc lập tuyến tính với nhau.

Trực giao là một đặc tính giúp cho các tín hiệu đa thông tin(multiple
information signal) được truyền một cách hoàn hảo trên cùng một kênh truyền
thông thường và được tách ra mà không gây nhiễu xuyên kênh.Việc mất tính
trực giao giữa các sóng mang sẽ tạo ra sự chồng lặp giữa các tín hiệu mang tin
và làm suy giảm chất lượng tín hiệu và làm cho đầu thu khó khôi phục lại
được hoàn toàn thông tin ban đầu.
Trong OFDM, các sóng mang con được chồng lặp với nhau nhưng tín
hiệu vẫn có thể được khôi phục mà không có xuyên nhiễu giữa các sóng mang
kế cận bởi vì giữa các sóng mang con có tính trực giao. Xét một tập các sóng
mang con: f
n
(t), n=0, 1, , N −1, t
1
≤ t ≤ t
2
. Tập sóng mang con này sẽ trực
giao khi:
Trong đó: K là hằng số không phụ thuộc t, n hoặc m. Và trong OFDM,
tập các sóng mang con được truyền có thể được viết là:
5
Nếu các sóng mang con trực giao nhau thì biểu thức (1.1) phải xảy ra,
tức biểu thức (1.4) luôn đúng.
Khi n=m thì tích phân trên bằng T/2 không phụ thuộc vào n, m. Vì vậy,
nếu như các sóng mang con cách nhau một khoảng bằng 1 T, thì chúng sẽ trực
giao với nhau trong khoảng t
2
− t
1
là bội số của T. OFDM đạt được tính trực
giao trong miền tần số bằng cách phân phối mỗi khoảng tín hiệu thông tin vào

các sóng mang con khác nhau. Tín hiệu OFDM được hình thành bằng cách
tổng hợp các sóng sine, tương ứng với một sóng mang con. Tần số băng gốc
của mỗi sóng mang con được chọn là bội số của nghịch đảo khoảng thời
symbol, vì vậy tất cả sóng mang con có một số nguyên lần chu kỳ trong mỗi
symbol.
6
Hình 1.2: Đáp ứng tần số của các subcarrier
(a) Mô tả phổ của mỗi subcarrier và mẫu tần số rời rạc được nhìn thấy của bộ thu OFDM
(b) Mô tả đáp ứng tổng cộng của 5 subcarrier (đường tô đậm).
7
Một cách khác để xem xét tính trực giao của tín hiệu OFDM là xem phổ
của nó. Phổ của tín hiệu OFDM chính là tích chập của các xung dirac tại các
tần số sóng mang với phổ của xung hình chữ nhật (=1 trong khoảng thời gian
symbol, =0 tại các vị trí khác). Phổ biên độ của xung hình chữ nhật là sinc(π
fT). Hình dạng của hình sinc có một búp chính hẹp và nhiều búp phụ có biên
độ suy hao chậm với các tần số xa trung tâm. Mỗi subcarrier có một đỉnh tại
tần số trung tâm và bằng không tại tất cả các tần số là bội số của 1/T. Hình 1.2
mô tả phổ của một tín hiệu OFDM.
Tính trực giao là kết quả của việc đỉnh của mỗi subcarrier tương ứng với
các giá trị không của tất cả các subcarrier khác. Khi tín hiệu này được tách
bằng cách sử dụng DFT, phổ của chúng không liên tục như hình 1.2a, mà là
những mẫu rời rạc. Phổ của tín hiệu lấy mẫu tại các giá trị ‘0’ trong hình vẽ.
Nếu DFT được đồng bộ theo thời gian, các mẫu tần số chồng lặp giữa các
subcarrier không ảnh hưởng tới bộ thu. Giá trị đỉnh đo được tương ứng với
giá trị ‘null’ của tất cả các subcarrier khác do đó có tính trực giao giữa các
subcarrier
1.5. Sử dụng biến đổi IFFT để tạo sóng mang con(subcarrier)
Để đạt được khả năng chống lại hiện tượng tán sắc trong các kênh
truyền, kích thước khối N (số subcarrier) phải lớn, điều này đòi hỏi một lượng
lớn modem sub-channel. May mắn là chúng ta có thể chứng minh về mặt toán

học rằng việc lấy biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT-inverse discrete
Fourier transform) N symbol QAM và sau đó truyền các hệ số một cách liên
tiếp. Việc đơn giãn hoá phần cứng cho việc truyền dẫn tín hiệu OFDM có thể
đạt được nếu các bộ điều chế và giải điều chế cho các kênh con được thực
hiện bằng cách sử dụng cặp biến đổi IFFT (inverse fast Fourier transform) và
FFT.Một tín hiệu OFDM bao gồm tổng hợp của các sóng mang con được điều
chế sử dụng khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying) hoặc điều chế biên độ
8
vuông góc QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Nếu gọi d
i
là các chuỗi
dữ liệu QAM phức, N
S
là số lượng sóng mang con, T là khoảng thời symbol và
f
C
là tần số sóng mang, thì symbol OFDM bắt đầu tại t = t
s
có thể được viết như
sau:
Để cho dễ tính toán, ta có thể thay thế symbol OFDM trên như sau [13]:
Trong biểu thức trên, phần thực và phần ảo tương ứng với thành phần
cùng pha và vuông pha của tín hiệu OFDM, mà sẽ được nhân với hàm cosin
và sin của từng tần số sóng mang con riêng rẽ để tổng hợp được tín hiệu
OFDM sau cùng.
Hình 1.3 minh họa sơ đồ khối hoạt động của bộ điều chế OFDM .
Hình 1.3: Bộ điều chế OFDM
9
Khi tín hiệu OFDM s(t) (1.6) ược truyền đi tới phía thu, sau khi loại bỏ
thành phần tần số cao f

c
, tín hiệu sẽ được giải điều chế bằng cách nhân với các
liên hiệp phức của các sóng mang con. Nếu liên hiệp phức của sóng mang con
thứ l được nhân với s(t), thì sẽ thu được symbol QAM dj+Ns/2
(
được nhân với
hệ số T ), còn đối với các sóng mang con khác, giá trị nhân sẽ bằng không bởi
vì sự sai biệt tần số (i-j)/T tạo ra một số nguyên chu kỳ trong khoảng thời
symbol T, cho nên kết quả nhân sẽ bằng không.
Tín hiệu OFDM s(t) được miêu tả trong (1.6) thực tế không khác gì hơn
so với biến đổi Fourier ngược của N
s
symbol QAM ngõ vào. Lượng thời gian
rời rạc cũng chính là biến đổi ngược Fourier rời rạc, công thức được cho ở
(1.8), với thời gian t được thay thế bởi số mẫu n.
Trong thực tế, biến đổi Fourier ngược rời rạc (IDFT) này có thể thực
hiện nhanh hơn bằng cách thay thế bởi biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT).
Điều này cũng tương tự đối với biến đổi Fourier rời rạc (DFT) khi được thay
thế bởi biến đổi Fourier nhanh (FFT). Một biến đổi IDFT N điểm đòi hỏi tổng
cộng có N
2
phép nhân phức, thực sự chỉ là phép quay pha. Ngoài ra, cũng có
thêm một số phép cộng, nhưng vì phần cứng của bộ cộng ít phức tạp hơn bộ
nhân nhiều cho nên ta chỉ so sánh số phép nhân mà thôi. Trong khi đó, biến
10
đổi IFFT N điểm, nếu sử dụng thuật toán cơ số 2 chỉ cần có (N / 2) log
2
(N )
phép nhân phức, nếu sử dụng thuật toán cơsố 4 thì chỉ cần ( 3 / 8)log
2

(N − 2)
phép nhân mà thôi. Sở dĩ thuật toán IFFT, FFT có hiệu suất như vậy là do
biến đổi IDFT có thể phân tích thành nhiều biến đổi IDFT nhỏ hơn cho đến
khi còn là các biến đổi IDFT một điểm.
Sau khi luồng dữ liệu nối tiếp cần truyền đi được chuyển thành song
song, được đưa vào bộ biến đổi IFFT có nhiệm vụ là biến đổi thành phần phổ
trong miền tần số của dữ liệu cần truyền thành tín hiệu trong miền thời gian,
đưa lên tần số cao và truyền đi. Ở đầu thu, tín hiệu trong miền thời gian sẽ
được thu, được biến đổi tần số, và đưa đến bộ biến đổi FFT có nhiệm vụ là
biến đổi tín hiệu trong miền thời gian thành tín hiệu trong miền tần số, sau đó
đưa luồng dữ liệu đến cho các bộ giải điều chế.
1.6. ISI, ICI trong hệ thống OFDM
ISI ( intersymbol interference) là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu. ISI xảy
ra do hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên
tín hiệu trước đó.
Hình 1.4: Mô tả truyền tín hiệu đa đường tới máy thu.
Chẳng hạn như ở hình 1.4, chúng ta thấy rõ tín hiệu phản xạ (reflection)
11
đến máy thu theo đường truyền dài hơn so với các tín hiệu còn lại. Khoảng
thời gian trễ (mức trải trễ) này tính như sau:
τ = ∆s/c
khoảng chênh lệch này là khá nhỏ, tuy nhiên so với khoảng thời gian
một mẫu tín hiệu thì nó lại không nhỏ chút nào. Trong các hệ thống đơn sóng
mang, ISI là một vấn đề khá nan giải. Lí do là độ rộng băng tần tỉ lệ nghịch
với khoảng thời gian kí hiệu, do vậy nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu
trong các hệ thống này, tức là giảm khoảng kí hiệu, vô hình chung đã làm
tăng mức trải trễ tương đối. Lúc này hệ thống rất nhạy với trải trễ. Và việc
thêm khoảng bảo vệ khó triệt tiêu hết ISI.
Phương án giải quyết được lựa chọn là tạo các đường truyền thẳng. Theo
đó, các anten thu phát sẽ được đặt trên cao nhằm lấy đường truyền. Tuy

nhiên, đó cũng không phải là một cách hiệu quả.
Nhưng vấn đề về nhiễu ISI đã được giải quyết trong hệ thống OFDM,
đây cũng là một lý do quan trọng để chúng ta sử dụng hệ thống OFDM, tức là
nó bị ảnh hưởng ít bởi độ trải trễ đa đường.Đối với một hệ thống băng thông
cho trước, tốc độ symbol của tín hiệu OFDM thấp hơn nhiều so với phương
thức truyền dẫn đơn sóng mang. Ví dụ, đối với kiểu điều chế BPSK đơn sóng
mang, tốc độ symbol tương đương với tốc độ bit truyền dẫn. Còn đối với hệ
thống OFDM, băng thông được chia nhỏ cho N
s
sóng mang con làm cho tốc
độ symbol thấp hơn N
s
lần so với truyền dẫn đơn sóng mang. Tốc độ symbol
thấp này làm cho OFDM chống lại được ảnh hưởng của nhiễu ISI gây ra do
truyền đa đường. Truyền đa đường gây ra bởi tín hiệu truyền dẫn vô tuyến bị
phản xạ bởi những vật cản trong môi trường truyền như tường, nhà cao tầng,
núi v.v Nhiều tín hiệu phản xạ này đến đầu thu ở những thời điểm khác
nhau do khoảng cách truyền khác nhau. Điều này sẽ trải rộng đường bao các
symbol gây ra sự rò rỉ năng lượng giữa chúng.
12
Ảnh hưởng của ISI lên tín hiệu OFDM có thể cải tiến hơn nữa bằng cách
thêmvào một khoảng thời bảo vệ lúc bắt đầu mỗi symbol. Khoảng thời bảo vệ
này chính là copy lặp lại dạng sóng làm tăng chiều dài của symbol. Khoảng
thời bảo vệ được chọn sao cho lớn hơn độ trải trễ ước lượng của kênh, để cho
các thành phần đa đường từ một symbol không thể nào gây nhiễu cho symbol
kế cận. Mỗi sóng mang con, trong khoảng thời symbol của tín hiệu OFDM
khi không có cộng thêm khoảng thời bảo vệ, (tức là khoảng thời thực hiện
biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu), sẽ có một số nguyên chu kỳ. Bởi vì việc
sao chép phần cuối của symbol và gắn vào phần đầu cho nên ta sẽ có khoảng
thời symbol dài hơn. Hình 1.5 minh họa việc chèn thêm khoảng thời bảo vệ.

Chiều dài tổng cộng của symbol là T
s
= T
G
+ T
FFT
với T
s
là : chiều dài tổng cộng
của symbol, T
G
là chiều dài khoảng thời bảo vệ, và T
FFT
là khoảng thời thực
hiện biến đổi IFFT dùng để phát tín hiệu OFDM.
Hình 1.5: Chèn thời khoảng bảo vệ vào tín hiệu OFDM
Trong một tín hiệu OFDM, biên độ và pha của sóng mang con phải ổn
định trong suốt khoảng thời symbol để cho các sóng mang con luôn trực giao
nhau. Nếu nó không ổn định có nghĩa là hình dạng phổ của các sóng mang
con sẽ không có dạng hình sinc chính xác nữa, và như vậy các điểm có giá trị
phổ cực tiểu của sóng mang con sẽ không xuất hiện tại các tần số mà những
sóng mang con khác có phổ cực đại nữa và gây ra nhiễu xuyên sóng mang
(ICI).
13
Tính chất trực giao của sóng mang có thể được nhìn thấy trên giản đồ
trong miền thời gian hoặc trong miền tần số. Từ giản đồ miền thời gian, mỗi
sóng mang có dạng sin với số nguyên lần lặp với khoảng FFT. Từ giản đồ
miền tần số, điều này tương ứng với mỗi sóng mang có giá trị cực đại tần số
trung tâm của chính nó và bằng không tại tần số trung tâm của sóng mang
khác. Hình 1.6 biểu diễn phổ của bốn sóng mang trong miền tần số cho

trường hợp trực giao.
Hình 1.6: Phổ của bốn sóng mang trực giao
Tính trực giao của một sóng mang với sóng mang khác bị mất nếu giá trị
của sóng mang không bằng không tại tần số trung tâm của sóng mang khác.
Từ giản đồ miền thời gian, tương ứng hình sin không dài hơn số nguyên lần
lặp khoảng FFT. Hình 1.7 biểu diễn phổ của bốn sóng mang không trực giao.
ICI xảy ra khi kênh đa đường khác nhau trên thời gian ký tự OFDM.
Dịch Doppler trên mỗi thành phần đa đường gây ra bù tần số trên mỗi sóng
mang, kết quả là mất tính trực giao giữa chúng. ICI cũng xảy ra khi một ký tự
OFDM trải qua ISI. Sự bù tần số sóng mang của máy phát và máy thu cũng
gây ra ICI đến một ký tự OFDM.
14
Hình 1.7: Phổ của bốn sóng mang không trực giao
1.7. Các ảnh hưởng tới chỉ tiêu kỹ thuật OFDM
1.7.1. Ảnh hưởng của bộ lọc băng thông
Trong thời gian symbol OFDM có dạng hình chữ nhật, tương ứng với suy
giảm dạng sinc trong miền tần số. Nếu dùng bộ lọc băng thông đến tín hiệu
OFDM thì tín hiệu sẽ có dạng hình chữ nhật cả trong miền tần số, làm cho
dạng sóng miền thời gian có suy giảm dạng sinc giữa các symbol. Điều này
dẫn đến ISI làm giảm chỉ tiêu kỹ thuật. Có thể loại bỏ ISI do việc lọc gây ra
bằng cách dùng khoảng bảo vệ có độ dài đủ và bằng việc chọn lọc offset thời
gian để đồng bộ giữa các khoảng bảo vệ, do vậy hầu hết năng lượng ISI bị
loại bỏ. Hình 1.8 mô tả chỉ tiêu kỹ thuật mô phỏng của tín hiệu OFDM được
lọc băng thông với các độ rộng quá độ khác nhau cho bộ lọc kênh không có
nhiễu kênh. Hình vẽ này chỉ ra chỉ tiêu của truyền OFDM khi offset đồng bộ
thời gian bị thay đổi. Khoảng bảo vệ được sử dụng trong mô phỏng này có
cùng độ dài như phần IFFT của symbol. Khoảng bảo vệ rất dài được sử dụng
này làm cho hệ thống chịu được ảnh hưởng của offset thời gian trong một
khoảng rất rộng của SNR hiệu dụng tính bằng cách trung bình hóa SNR hiệu
dụng trên tất cả các tải phụ. Offset thời gian bằng 0 tương ứng với việc máy

15
thu nhận được FFT ở phần IFFT của tín hiệu phát. Offset thời gian âm tương
ứng với việc máy thu nhận được FFT ở phần IFFT đúng và mộ phần của
khoảng bảo vệ symbol.
ISI là thấp nhất khi offset thời gian là âm và là một nửa độ dài khoảng bảo
vệ. Bộ lọc có đặc tuyến càng dốc bao nhiêu (trong hình vẽ bộ lọc dốc nhất
loại bỏ các búp sóng bên xuống thấp hơn -100dB trong giới hạn hai khoảng
cách sóng mang ) ISI càng dài bấy nhiêu. Khoảng bảo vệ trong thử nghiệm
này bằng 50% thời gian symbol toàn phần. Như vậy độ dài khoảng bảo vệ
bằng thời gian symbol có ích.
Hình 1.8: Ảnh hưởng của bộ lọc đến chỉ tiêu kỹ thuật OFDM
1.7.2. Ảnh hưởng của nhiễu tạp âm trắng AWGN (Additive White
Gaussian Noise) đến OFDM
Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống thông tin trên kênh vật lý tương tự,
chẳng hạn như kênh radio. Các nguồn nhiễu chính là nhiễu nhiệt, nhiễu điện
trong các bộ khuếch đại máy thu và các can nhiễu giữa tế bào thông tin.
Ngoài ra nhiễu còn có thể tạo ra bên trong các hệ thống thông tin như là kết
quả của can nhiễu giữa các symbol ISI, can nhiễu giữa các sóng mang ICI và
méo xuyên điều chế IMD (Inter-Modulation Distortion). Các nguồn nhiễu này
làm giảm tỉ số tín hiệu/nhiễu, giới hạn đáng kể hiệu quả phổ của hệ thống.
Trong tất cả các dạng nhiễu là nguyên nhân có hại chính trong hầu hết các hệ
16
thống thông tin vô tuyến. Do vậy việc nghiên cứu các ảnh hưởng của nhiễu
đến tỉ lệ lỗi thông tin và một số biện pháp dung hòa giữa mức nhiễu và hiệu
quả phổ hệ thống là rất quan trọng.
Hầu hết các dạng nhiễu trong hệ thống thông tin vô tuyến có thể được mô
hình hóa chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng AWGN, nhiễu này có
mật độ phổ điều (còn gọi là nhiễu trắng) và có phân bố Gauss về biên độ
(được xem như phân bố chuẩn hoặc đường cong hình vuông). Nhiễu nhiệt và
nhiễu điện do sự khuếch đại, chủ yếu có tính chất của nhiễu Gauss trắng, do

vậy có thể mô hình hoá chúng chính xác theo AWGN. Hầu hết các nguồn
nhiễu khác có tính chất AWGN vì sự truyền là OFDM. Các tín hiệu OFDM
có một độ phổ phẳng và phân bố biên độ Gauss vì số tải phụ là lớn, do điều
này can nhiễu giữa các tế bào từ hệ thống OFDM khác cũng có các tính
chấtAWGN. Cũng cùng một lý do như vậy ICI, ISI và IMD cũng có các tính
chất AWGN cho các tín hiệu OFDM.
1.7.3. Ảnh hưởng của méo tới OFDM
Tín hiệu OFDM có công suất đỉnh cao so với công suất trung bình của nó
và đó là vấn đề phải để ý tới. Khi sóng mang RF được điều chế với tín hiệu
OFDM thì điều này sẽ dẫn tới sự thay đổi tương tự của đường bao sóng mang.
Từ đó dẫn tới yêu cầu là tín hiệu phải được khuyếch đại và truyền đi trong
cách tuyến tính. Việc duy trì độ tuyến tính cao ở mức công suất cao là rất khó
khăn, do vậy hầu hết méo trong truyền vô tuyến thường xảy ra trong bộ
khuyếch đại công suất của máy phát. Ngoài ra còn có thể có méo bổ sung
trong máy thu nếu có được thiết kế không hợp lý. Tuy nhiên nhìn chung việc
duy trì mức méo trong máy thu ở mức thấp nhất thì dễ hơn là duy trì nó trong
máy phát. Méo trong máy phát gây ra mọi vấn đề trong chuỗi truyền dẫn, vì
nó có thể dẫn đến mở rộng phổ, gây can nhiễu cho các hệ thống bên cạnh tần
số RF. Do lý do này chỉ cần xem xét ảnh hưởng của méo trong máy phát.
Tính phi tuyến trong truyền dẫn dẫn đến hai sản phẩm méo chủ yếu, méo
điều chế tương hỗ IMD (Inter- Modulation Distortion) và các hài. Các hài là
các thành phần tần số ở X lần tần số sóng mang RF với X là số nguyên. Ví dụ
17
nếu tần số sóng mang RF với X là số nguyên. Ví dụ nếu tần số sóng mang là
900Mhz thì các hài sẽ xảy ra ở 1800Mhz, 2.7Ghz v.v…Có thể dễ dàng loại bỏ
các hài nhờ bộ lọc băng thấp tương đối đơn giản ở đầu ra máy phát. IMD gây
nhiều vấn đề hơn vì nó dẫn đến các thành phần méo, cả ở trong băng tần và
ngoài băng tần nhưng gần với tần số truyền dẫn chính. Các thành phần này là
kết quả của sự trộn giữa mỗi thành phần hài của hệ thống, và sự trộn kế tiếp
giữa các sản phẩm IMD. Các thành phần trong băng tần tạo thành nhiễu cộng

với tín hiệu OFDM ở máy thu, làm giảm SNR của hệ thống, thậm chí ngay cả
khi không có nguồn nhiễu khác. Các thành phần ngoài băng trải rộng tín hiệu
theo tần số, gây can nhiễu với các tín hiệu thông tin vô tuyến khác trong các
băng tần bên cạnh. Thậm chí nếu tín hiệu được hạn chế băng thông hoàn thiện
trước khi đưa tới bộ khuyếch đại công suất máy phát, mở rộng phổ sẽ xảy ra
nếu bộ khuyếch đại công suất, tuy nhiên sự giảm này là không nhiều vì các bộ
lọc băng thông hoạt động ở tần số RF thường có đặt tuyến không thật tốt.
Hình 1.9 : Ảnh hưởng của méo do 2 tín hiệu tone (gồm các hài và IDM)
Để giảm méo phi tuyến phải chọn điểm làm việc phù hợp trong đặc tuyến
vào ra của bộ khuyếch đại công suất back off OBO (Output power back off).
Trong truyền dẫn OFDM dùng điều chế QPSK OBO là khoảng 2-3 bB vì
QPSK là sơ đồ điều chế rất mạnh khoẻ, chống lại được ảnh hưởng của méo.
18