tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật mạng wimax và kỹ thuật điều chế OFDM trong mạng wimax

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

LÊ MINH CƯỜNG
“Mạng Wimax và kỹ thuật điều chế OFDM
trong mạng Wimax”
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số:
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Thái Nguyên – 2013.
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Công nghiệp Thái Nguyên
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ BÁ DŨNG
Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN QUỐC TRUNG
Phản biện 2: TS. TRẦN XUÂN MINH
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
202_G8. Vào hồi 15 giờ, ngày 02 tháng 03 năm 2013
Chương I
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ WIMAX
1.1. Tổng quan về mạng không dây băng rộng
1.1.1. Các khái niệm về mạng không dây băng rộng
+ Mạng không dây
Mạng không dây (Wireless Network) là công nghệ cho phép một hoặc
nhiều thiết bị giao tiếp được với nhau mà không cần những kết nối vật lý hay nói cách
khác là kết nối mà không cần đến cable mạng.
+ Băng thông
Hai phương pháp xem xét băng thông có tầm quan trọng trong nghiên cứu không
dây là băng thông analog và băng thông digital.
Hệ thống băng thông (system bandwidth) càng rộng thì tốc độ (băng thông
digital) càng cao.
+ Hệ thống băng rộng và hẹp

Độ rộng dải tần của kênh hệ thống được đánh giá dựa theo độ rộng dải tần cố
kết.
1.1.2. Vài nét về những mạng không dây đang tồn tại
Hai chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân loại mạng không dây là phạm vi phủ sóng
và giao thức báo hiệu. Trên cơ sở phạm vi phủ sóng chúng ta có 4 loại mạng sau:
- Mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - WPAN)
- Mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network - WLAN)
- Mạng đô thị không dây (Wireless Metropolitian Area Network - WMAN)
- Mạng diện rộng không dây (Wireless Wide Area Network - WWAN)
WPAN (Wireless Personal Area Network)
Mạng các nhân là một mạng dữ liệu được sử dụng để truyền thông giữa các thiết
bị dữ liệu ở gần một người.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Mạng cục bộ là mạng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị dữ liệu như:
máy tính, điện thoại, máy in và các thiết bị số phụ trợ cá nhân
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Mạng đô thị là mạng dữ liệu có độ bao phủ lên tới vài km, điển hình là một cơ
quan lớn hoặc 1 công ty.
WWAN (Wireless Wide Area Network)
Mạng diện rộng là mạng dữ liệu bao phủ một vùng địa lý rộng, lớn như là hành
tinh.
1.2. Khái niệm về công nghệ WiMAX
1.2.1. WiMAX là gì?
WIMAX - Worldwide Interoperrability for Micorware Access - là một hệ
thống truyền thông số không dây, cũng được biết như chuẩn IEEE 802.16 dành cho
"các mạng đô thị" không dây.
1.2.2. Giới thiệu các chuẩn IEEE 802.16
Sơ đồ hoá các chuẩn giao diện không gian 802.16 như
sau:
802.16 - 2001

Hệ thống băng rộng không dây cố
định cho tầm nhìn thẳng. MAC &
PHY: 10-66GHz
802.16 - 2001
Bổ sung hệ thống định
dạng 10-66 GHZ
802.16a - 2003
Hệ thống băng rộng không dây
cố định cho cả tầm nhìn không
thẳng 2-11GHz
802.16f (Cơ sở thông tin
quản lý - MIBs) và 802.16g
802.16d - 2004
Tích hợp các chuẩn tạo thành hệ
thống mô tả sơ lược băng rộng
(quản lý –
Management đã được
nghiên cứu)
không dây cố định
802.16e - 2005
Kết hợp băng rộng không dây cố
định và di động ở tốc độ xe chạy
trong dải tần được cấp
Chuẩn 802.16-2001 802.16-2004 802.16e-2005
Dải tần số 10-66GHz <11GHz <6GHz
Môi trường
truyền
LOS NLOS NLOS
Tốc độ
32-134Mbps

BW=28MHz
Lên tới 75Mbps
WB= 20MHz
Lên tới 15 Mbps
BW=5MHz
Điều chế QBSK,16 QAM
và 64 QAM
OFDM 256,
OFDMA, BPSK,
QPSK, 16 QAM
và QAM
OFDM 256,
OFDMA, BPSK,
QPSK, 16 QAM và
QAM
Mức di động Cố định Cố định và di động Tốc độ di chuyển
dưới 100km/h
Băng thông 20,25 và 28 MHz Dải kênh từ 1.25
đến 20MHz
Dải kênh từ
1.25 đến 20 MHz
Bán kính cell 1.7 - 5 km 2 tơi 10 km; tối đa
50 km tuỳ thuộc
vào điều kiện truyền
1-3 km Indoor
2-5 km Outdoor
1.2.3 Truyền sóng tầm nhìn thẳng & tầm nhìn hạn chế (LOS & NLOS)
Trong một đường truyền LOS, tín hiệu đi theo đường trực tiếp và không có
chướng ngại vật giữa phía phát và phía thu.
Trên một đường truyền NLOS, tín hiệu tới phía thu thông qua sự phản hồi, tán xạ

và nhiễu xạ.
Hình1.3: Sự khác nhau giữa LOS và NLOS
Một số ưu điểm mà NLOS mong muốn triển khai được.
Công nghệ LOS cũng giảm được chi phí cài đặt do CPE có thể cài đặt ở những
điều kiện địa hình phức tạp.
1.2.4. Các mô hình ứng dụng
WIMAX được đề xuất 2 mô hình ứng dụng là cố định và di động.
Mô hình ứng dụng cố định (Fixed WiMAX)
Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE.802.16-2004.
Hình 1.4 :Mô hình ứng dụngWiMAX cố định
BS bao gồm một hoặc nhiều thiết bị thu phát vô tuyến, mỗi thiết bị chịu trách
nhiệm kết nối với nhau CPE trong khu vực phủ sóng.
CPE bao gồm 3 thành phần chính: 1 modem, 1 radio, 1 anten. Modem cung cấp
một giao diện giữa mạng của khách hàng với mạng FBWA của nhà cung cấp dịch vụ.
Mô hình ứng dụng WiMAX di động
Hình1.5 :Mô hình ứng dụng WiMAX di động
Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE
802.16e được thông qua trong năm 2005.
Tốc độ dữ liệu cao: Các ký thuật anten Đa đầu vào – Đa đầu ra (Multiple Input,
Multiple Output - MIMO)
Chất lượng dịch vụ (Q
o
S): Tiền đề cơ bản của kiến trúc MAC trong IEEE 802.16
là Q
o
S.
Khả năng di động: WIMAX di động hỗ trợ các nguyên lý chuyển giao tối ưu với
trễ nhỏ hơn 50 msec để đảm bảo các ứng dụng thời gian thực như thoại trên giao thức
Internet (VoIP) với dịch vụ không bị suy giảm
1.2.5. Tần số làm việc và độ rộng kênh truyền

WIMAX làm việc ở 2 dải tần 10 – 66 GHz và 2 -11 GHz, gồm cả dải tần số đăng
ký và không đăng ký, có thể truyền NLOS và LOS.
 Băng tần phải đăng ký 10 -66 GHz
 Băng tần 2 -11 GHz
1.3 Đặc điểm của Wimax
Đặc điểm chung của Wimax bao gồm: Khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát có
thể đạt 50 Km.
Trong Wimax hướng truyền được chia thành hai đường lên (DL) và xuống (UL).
1.4. Cấu hình mạng
1.4.1. Cấu hình điểm – điểm PP
Mạng PP chứa một hoặc nhiều liên kết điểm – điểm sử dụng anten có hướng tính
cao tại cả hai đầu cuối của mỗi liên kết
1.4.2.Cấu hình điểm-đa điểm PMP
PMP là một mạng truy nhập với một hoặc nhiều BS có công suất lớn và nhiều SS
nhỏ hơn.
Hình 1.6: Cấu hình PMP
1.4.3. Cấu hình mắt lưới MESH
Hình 1.7: Cấu hình mesh
Chương II
CẤU TRÚC PHÂN TẦNG TRONG WIMAX
Cũng giống như các bộ chuẩn khác họ 802 của IEEE, 802.16 chỉ tập trung vào
việc mô tả và chuẩn hóa 2 lớp: Lớp liên kết dữ liệu ( Data Link Layer) và Lớp vật lý
(Physical Layer) trong mô hình tham chiếu liên kết nối các hệ thống mở (OSI)
Hình 2.1: Vị trí tương đối của PHY và MAC só với OSI
2.1. Chuẩn IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004)
2.1.1.Lớp vật lý
2.1.1.1 Khung (Framing)
Đặc tả lớp vật lý ở đây hoạt động trong một dạng khung. Trong mỗi khung có
một khung con đường lên (DL) và một khung con đường xuống (UL). Khung con
đường lên bắt đầu với thông tin cần thiết cho đồng bộ hoá và điều khiển khung.

2.1.1.2. Song công và đa truy cập
Song công
Song công: trong hệ thống PMP hiện nay tồn tại 2 kỹ thuật song công (hoạt động
theo hai chiều: chiều xuống - downstream và chiều lên - upstream)
- TDD (Kỹ thuật song công theo thời gian):
- FDD: (Kỹ thuật song công theo tần số
* Sự hoạt động của kỹ thuật song công theo tần số FDD
Hình 2.2: Ví dụ về dải tần
FDD
* Sự hoạt động của kỹ thuật song công theo thời gian TDD
Trong trường hợp của TDD, sự truyển tải UL và DL chia sẻ cùng tần số nhưng riêng
biệt theo thời gian như hình 2.3
Hình 2.3: Cấu trúc khung TDD
Đa truy nhập
2.1.1.3.Lớp vật lý đường lên
Dải thông cho phép trong đường lên trực tiếp được định nghĩa như một hạt của một
khe vật lý.
Khung con đường lên
Cấu trúc của khung con đường lên sử dụng TDD được minh hoạ trong hình 2.4.
Hình 2.4: Cấu trúc khung con đường lên TDD
Phần TDM của khung con đường lên này chứa dữ liệu được truyền tới một hoặc
nhiều phần dưới đây:
- Các SS song công đầy đủ
- Các SS bán song công được lập lịch để phát sau đó trong khung hơn chúng nhận
- Các SS bán song công được lập lịch để truyền trong khung này.
Hình 2.5: Khung con DL FDD
Định vị cụm (burst) đường lên
Thông thường, số các khe vật lý i (là một số nguyên) cấp cho một cụm (burst)
đặc biệt có thể được tính toán từ DL-MAP, nó cho biết vị trí bắt đầu của mỗi cụm (burst)
cũng như các hiện trạng cụm (burst).

Hình 2.6: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDM
Tầng con hội tụ truyền theo đường lên
Một byte con trỏ sẽ được thêm vào mỗi đoạn tải vào được minh hoạ trong hình 2.7
Hình 2.7: Khuôn dạng của lớp con hội tụ truyền
PDU
Hình 2.8: Các sử dụng các khối FEC được thu ngắn lại - trường hợp TDMA
2.1.1.4. Lớp vật lý đường xuống
Khung con đường xuống
Cấu trúc của khung con đường xuống được sử dụng SS để phát tới BS được biểu
diễn trong hình 2.9. Ba lớp cụm (burst) có thể được phát bởi SS trong suốt khung con
đường lên:
a) Chúng được phát ở các cơ hội cạnh tranh dành riêng cho dãy ban đầu.
b) Chúng được phát ở các s cơ hội cạnh tranh được định nghĩa bởi các khoảng
thời gian yêu cầu dành riêng để đáp lại sự thăm dò một - nhiều và phát rộng.
c) Chúng được phát ở những khoảng thời gian được định nghĩa bởi IEs Grant
Data phân phát tới các SS riêng lẻ.
Hình 2.9: Cấu trúc khung con đường
xuống
2.1.2.Lớp điều khiển truy cập môi trường (Media Access Control – MAC)
2.1.2.1. Lớp con hội tụ chuyên biệt về dịch vụ (Service Specific CS)
 Chấp nhận các đơn vị dữ liệu giao thức (PDUs) lớp cao hơn.
 Thực hiện phân loại PDUs lớp cao hơn.
 Xử lý (nếu cần) PDUs lớp cao hơn dựa trên sự phân loại.
 Cấp phát lớp con hội tụ PDUs thích hợp với MAC SAP
 Tiếp nhận lớp con hội tụ PDUs từ thực thể ngang hàng.
2.1.2.2.Lớp con phần chung MAC
Sự trao đổi giữa các BS và SS trong một vùng thường có mấy dạng kiến trúc là
điểm – điểm (PTP), mạng điểm – đa điểm (PMP) và lưới (Mesh).
Mặc dù chuẩn 802.14-2004 hỗ trợ cả ba kiểu kiến trúc trên nhưng PMP là kiến
trúc được quan tâm nhất.

MAC 802.16 theo hướng kết nối. Tất cả những dịch vụ bao gồm những dịch vụ
không kết nối cố hữu, được ánh xạ tới một kết nối.
Đánh địa chỉ
Mỗi SS sẽ có một địa chỉ cứng gọi là địa chỉ MAC 48 bit, giống như được định
nghĩa trong 802 nói chung.
Định dạng của MAC PDU
MAC PDU là đơn vị dữ liệu giao thức được dùng để trao đổi thông tin giữa các lớp
MAC của BS và SS. MAC PDU có hai dạng: dạng thông thường và dạng yêu cầu băng
thông. MAC PDU thông thường bắt đầu với một tiêu đề có chiều dài cố định.
Quá trình xây dựng MAC PDU
Trước khi được truyền đi, lớp MAC sẽ phải xây dựng MAC PDU một cách hợp lý và
hiệu quả nhất.
Quá trình này gồm các bước sau:
 Quá trình móc nối: Nhiều MAC PDU có thể được kết hợp với nhau vào
một phiên truyền (PDU dữ liệu, PDU yêu cầu băng thông…).
 Quá trình phân mảnh: Quá trình này chia một MAC SDU có kích
thước lớn thành nhiều MAC SDU có kích thước hợp lý hơn.
 Quá trình đóng gói (packing): Quá trình kết hợp nhiều MAC SDU thành
một MAC PDU.
 Những MAC SDU mới đến từ các lớp con quy tụ tương ứng được định
dạng theo khuôn dạng của MAC PDU.
 Việc truyền MAC PDU
Lớp MAC của IEEE 802.16 MAC hỗ trợ các giao thức lớp cao hơn khác nhau
như ATM hay IP.
Chất
lượng
dịch vụ
Mạng băng rộng là nơi cung cấp rất nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác nhau.
Chất lượng dịch vụ trong 802.16-2004 phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:
 Giao thức MAC trong 802.16-2004 hoạt động hướng kết nối:

 Cơ chế cấp phát băng thông Request/Grant:
 Phân loại dịch vụ: giống như mọi hệ thống hỗ trợ QoS khác
Quá trình khởi tạo và đi vào mạng
Hệ thống hỗ trợ những thủ tục cho quá trình đăng ký vào mạng của một CPE mới.
Thủ tục này gồm những pha nhỏ: Sự thu nhận kênh, Chứng thực và đăng ký CPE, Tạo kết
nối IP (Tùy chọn) và Cài đặt kết nối.
Sự thu nhận kênh (Channel Acquisition)
Giao thức MAC bao gồm một thủ tục khởi tạo được thiết kế để loại trừ nhu cầu cấu
hình thủ công.
Sau khi quyết định kênh nào, CPE cố gắng thử đồng bộ hóa sự truyền DL do phát
hiển ra các đoạn đầu khung theo chu kỳ.
* Chứng thực và đăng ký CPE
Mỗi CPE có chứa một giấy chứng nhận số X. 509 được cài đặt từ nhà máy và giấy
chứng nhận của nhà sản xuất.
Mạng có khả năng giống nhau của CPE bởi việc kiểm tra các giấy chứng nhận và
sau đó kiểm tra mức cho phép của CPE.
* Kết nối IP
Sau khi đăng ký, CPE giành được một địa chỉ IP qua Giao thức cấu hình hoạt động
(Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP) .
* Cài đặt kết nối
Nhìn tổng thể, việc cài đặt khởi tạo luồng dịch vụ trong IEEE 802.16 được khởi tạo
bởi BS trong thời gian khởi tạo CPE
2.1.2.3. Lớp con bảo mật (Security Sublayer)
Khác với các chuẩn không dây băng rộng khác 802.16-2004 thiết kế hẳn một lớp
con bảo mật.
Trong bảo mật 802.16 – 2004 có hai loại giao thức chính:
 Giao thức làm nhiệm vụ xử lý đóng gói, mã hóa.
Chuẩn này đảm bảo rằng một SS luôn luôn sở hữu một khóa mã hợp lệ.
Bảng 2.2. Các loại khóa bảo mật sử dụng trong IEEE 802.16 – 2004
Khóa

Được tạo
ra bởi
Được sử dụng cho Thuật toán
Thời gian tồn
tại
Cặp khóa công
khai bảo mật
Nhà sản
xuất
- Nhân thức SS
- Trao chuyển AK
RSA Lâu dài
AK BS - Tạo ra các KEK
- Tính toán các HMAC
digest
- Kiểm tra các HMAC
digest nhận được
1 – 70 ngày 3 – DES,
SHA – 1
KEK BS, SS - Mã hóa TEK cho việc
truyền dẫn (BS)
- Giải mã TEK để sử
dụng (SS)
1 – 70 ngày 3 – DES
TEK BS - Mã hóa thương lượng 30 phút –
70 ngày
DES
2.2. Chuẩn IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005)
2.2.1. Lớp vật lý
Cấu trúc khung

Chuẩn IEEE 802.16 hỗ trợ TDD và FDD bán song công; tuy nhiên phê chuẩn
WiMAX đưa ra lần đầu tiên chỉ có TDD.
 TDD cho phép điều chỉnh tỷ lệ UL/DL để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng
không đối xứng giữa DL và UL (với FDD thì tỷ lệ DL và UL là không đổi và thường
bằng băng thông của DL và UL).
 TDD đảm bảo sự trao đổi kênh để hỗ trợ khả năng điều chỉnh đường
truyền, MIMO và các công nghệ anten vòng kín cao cấp khác.
 Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho
cả UL và UL đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục.
 Không như FDD yêu cầu một cặp kênh, TDD chỉ yêu cầu một kênh đơn cho
cả UL và DL đem lại khả năng điều chỉnh linh động sự cấp phát tần số toàn cục.
 Các thiết kế bộ thu phát để triển khai TDD cũng ít phức tạp và ít tốn kém
hơn.
Hình 2.10: Cấu trúc khung WiMAX
OFDMA
Trong một khung, thông tin điều khiển dùng để đảm bảo hoạt động hệ thống được
tối ưu:
 Phần đầu khung (Preamble): là symbol OFDM đầu tiên
của

khung
dùng để
đồng bộ.
 Tiêu đề điều khiển khung: FCH nằm sau phần mở đầu khung. Nó cho biết thông
tin cấu hình khung như độ dài bản tin MAP, nguyên lý mã hóa và các kênh con khả dụng.
 DL – MAP và UL – MAP: cho biết cấp phát kênh con và các
thông

tin
điều khiển khác lần lượt cho các khung con DL và UL.

 Sắp xếp UL: Kênh con sắp xếp cho UL được cấp phát cho trạm di động
(MS) để thực hiện điều chỉnh: thời gian vòng kín, tần số và công suất cũng như yêu cầu
băng thông.
 UL kênh thông tin chất lượng kém: kênh UL CQICH cấp phát
cho

MS
để hồi trạng thái kênh.
 UL công nhận (ACK): Kênh UL ACK cấp cho MS để xác nhận phản hồi DL
yêu cầu lặp lại tự động kiểu kết hợp.
Các đặc tính lớp PHY cao cấp khác
WiMAX di động đã đưa ra các kỹ thuật:
 Điều chế thích nghi và mã hóa (AMC)
 Yêu cầu lặp lại tự động kiểu kết hợp (HARQ)
 Phản hồi kênh nhanh để nâng cao khả năng phủ sóng. Dung lượng cho WiMAX
trong các ứng dụng di động.
2.2.2. Mô tả lớp MAC
Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS
Với tốc độ đường truyền vô tuyến cao, khả năng truyền bất đối xứng DL/UL và một
cơ chế cấp phát tài nguyên linh hoạt, WiMAX di động hoàn toàn có thể đáp ứng được các
yêu cầu QoS cho nhiều loại hình dịch vụ và ứng dụng dữ liệu.
Dịch vụ lập lịch MAC
Dịch vụ lập lịch MAC có những thuộc tính sau cho dịch vụ dữ liệu băng thông rộng:
- Bộ lập lịch dữ liệu nhanh: lập lịch MAC phải phân bổ hiệu quả nguồn tài nguyên
khả dụng đáp ứng lại với lưu lượng số hiệu bursty và điều kiện kênh thay đổi theo thời gian.
- Lập lịch trình cho cả UL và DL.
- Cấp phát tài nguyên động: MAC hỗ trợ phân bổ nguồn tài nguyên đối với DL và
UL trên mỗi khung.
Quản lý di động
Thời gian sống của pin và chuyển giao là hai vấn đề trong các ứng dụng di động.

WiMAX di động hỗ trợ chế độ ngủ và chế độ dỗi cho phép vận hành MS hiệu quả.
Bảo mật
WiMAX di động hỗ trợ tốt tất cả các đặc tính bảo mật lớp nhờ áp dụng các công
nghệ tốt nhất đang sẵn có hiện nay.
Chương III
KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM TRONG MẠNG WIMAX
3.1. Giới thiệu về OFDM
3.1.1. Lịch sử phát triển
Trong những năm gần đây, Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) không ngừng được nghiên
cứu và mở rộng phạm vi ứng dụng bởi những ưu điểm của nó trong tiết kiệm băng tần
và khả năng chống lại Fading chọn lọc theo tần số cũng như xuyên nhiễu băng hẹp.
Kỹ thuật OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ.
3.1.2. Tổng quan về OFDM
OFDM (là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) có thể được tạm
dịch là Ghép Kênh Phân Chia Theo Tần Số Trực Giao.
Một trong những vấn đề rất phức tạp trong truyền thông tin với tốc độ cao qua một kênh
có băng thông rất rộng là vấn đề chọn lọc tần số.
Hình 3.1: So sánh sự sử dụng băng thông giữa FDM và OFDM
Trong kỹ thuật OFDM, một bản tin được truyền đi trên một số N sóng mang con ( N có thể
điều chỉnh tùy theo độ lớn của bản tin). N sóng mang con này tạo thành một nhóm, tạm gọi
là tín hiệu OFDM (symbol).
3.2. Từ điều chế đơn sóng mang đến điều chế trực giao OFDM
3.2.1. Phương pháp điều chế đơn sóng mang
Hình 3.2: Biểu diễn phổ tín hiệu trong miền thời gian
Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, dòng tín hiệu được truyền đi trên toàn bộ
băng tần B, có nghĩa là tần số lấy mẫu của hệ thống bằng độ rộng băng tần và mỗi tín
hiệu có độ dài là

B

T
sc
1
=
(3.1)
Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộc tần số
(frequency selective channel). Tốc đọ lấy mẫu ở thông tin băng rộng sẽ rất lớn, do đó chu
lỳ lấy mẫu Tsc sẽ rất nhỏ. Phương pháp điều chế đơn sóng mang có những nhược điểm
sau:
* Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI (Inter-symbol Interference) gây ra bởi
hiệu ứng phân tập đa đường đối với tín hiệu thu là rất lớn.
* Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số là rất lớn đối với hệ thống. Do
băng thông rộng kênh phụ thuộc vào tần số
* Hai lý do nêu trên làm cho bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu là phức tạp.
3.2.2. Phương pháp điều chế đa sóng mang OFDM
Tín hiệu được gọi là trực giao với nhau nếu chúng độc lập với nhau.
OFDM đạt được sự trực giao bằng cách điều chế tín hiệu vào một tập các sóng
mang con trực giao, trong đó phổ tín hiệu của một sóng mang con có dạng tín hiệu sin(x)/x.
(a) (b)
Hình 3.3: (a) phổ tín hiệu của một sóng mang con
(b) phổ tín hiệu OFDM với 5 sóng mang con.
Tần số của mỗi sóng mang con được tính như sau:
s
carrier
T
n
ff +=
0
( n là số nguyên) (3.2)
Hình 3.4: Nguyên lý trực giao

Về mặt toán học, các sóng mang con trong một nhóm gọi là trực giao với nhau nếu chúng
thỏa mãn:
( ) ( )



=
=
∫
0
*
qpK
dttt
q
b
a
p
ψψ
(3.3)
Trong đó, Ψq*(t) là liên hợp phức của
Ψp(t); khoảng thời gian từ a đến b là chu kì của 1 tín hiệu (symbol)
K là hằng số.
Hình 3.5: Mật độ phổ của tín hiệu đa sóng mang
Hình 3.6: Hệ thống đa sóng mang
 Từ 2 ưu điểm trên dẫn đến độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu cho hệ
thống cũng giảm.
 Tuy nhiên phương pháp này còn một số nhược điểm cơ bản sau:
 Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM:
* Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con.
* Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các

sóng mang (ICI) và giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) do sử dụng CP.
* Nếu sử dụng các biện pháp xen kẽ và mã hoá kênh thích hợp thì sẽ có thể khắc phục
được hiện tượng suy giảm xác suất lỗi trên ký hiệu do các hiệu ứng chọn lọc tần số ở
kênh gây ra
Trên thực tế, quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM được
đảm bảo nhờ sử dụng phép biến đổi FFT.


Hình 3.7: Nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
Các sóng mang f n(t) là các sóng hình sin có thể được biểu diễn dưới dạng luỹ
thừa như sau:

( )
[ ]
[ ]





∉
∈
=
Tt
Tte
T
t
N
W
r

,00
,0
1
0
π
φ
(3.5)
Trong trường hợp thực hiện truyền tín hiệu liên tục, m là một số nguyên (-Ơ ,Ơ ).

( )
1
, 0
0
( )
N
n
n
S t X t mT
ω
−
∞
=
= Φ −
∑
(3.6)
Hình 3.8: Dạng sóng của một ký hiêu OFDM.
Như vậy, chuỗi vô hạn các ký hiệu OFDM có thể được biểu diễn

( ) ( ) ( )
1

, 0
0
N
n
n
S t S t X t mT
ω ω
ω ω
∞ ∞ −
=−∞ =−∞ =
= = Φ −
∑ ∑ ∑
(3.7)
X
0,ω


X
1,ω

X
n,ω


( )
tS
ω
Φ
0
(t)

Φ
1
(t)
Φ
n
(t)
 Tính trực giao và dải bảo vệ:
Ðiểm mấu chốt nhằm có được hiệu quả sử dụng dải tần cao là tính trực giao của các sóng
mang.

Hình 3.9: Nguyên lý của quá trình giải điều chế OFDM.
Về mặt toán học, một bộ các hàm được coi là độc lập tuyến tính hoặc trực giao nếu:
( )



≠
=
=
∫
qp
qpK
dtt
q
b
a
p
0
.
*

ψψ
(3.8)
trong đó, * là kí hiệu của liên hợp phức. Có nhiều bộ các hàm trực giao, nổi tiếng nhất là
các hàm luỹ thừa phức tạo thành cơ sở của phép biển đổi Fourier:

( )
L
et
k
ω
ψ
=
với
t
k
k
πωω
2
0
+=
(3.9)

Dải bảo vệ
Ký hiệu tích cưc
T
p
= N
1
W
T

s
X
0,N

MM
MM
X
1,N

MM
MM
X
m -1,N

MMMM
T
T
T
()
T
∫
()
T
∫
()
T
∫
Φ
0,
MM

MM
1,
D
λ
φ
−

,
D
n
λ
φ
−