Các phương pháp giảm PAPR trong OFDM và MIMO

Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí iv
LI CM N

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cm ơn khoa Điện – điện tử trờng Đi học
s phm TPHCM đư to điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài này.
Tôi xin cm ơn đến quý Thầy cô trong khoa đư tận tình ging dy, trang bị
cho tôi những kiến thức quý báu.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phm Hồng Liên đư tận
tình hớng dẫn, chỉ bo tôi trong suốt thời gian làm đề tài.
Tôi xin gửi lời cm ơn đến Đng Uỷ, BGH trờng Đi học Quang Trung,
BCN khoa Kỹ thuật công nghệ đư to điều kiện cho tôi trong thời gian để tôi tham
gia hoàn thành khoá học này.
Tôi cũng xin cm ơn đến gia đình và bn bè, đồng nghiệp đư động viên, giúp
đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Mặc dù tôi đư cố gắng hoàn thành luận văn trong phm vi và kh năng có thể
nhng chắc chắn sẽ không tránh những thiếu sót. Vì vậy, tôi kính mong nhận đợc
sự cm thông, chia sẻ và tận tình chỉ bo của Quý Thầy cô, bn bè.

Học viên thực hiện

Trần Thị Xuân Quí





Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí v

TÓM TT

Việc truyền thông tin là một trong những khía cnh quang trọng của cuộc
sống. Với sự tiến bộ trong thời kỳ này và sự đòi hỏi phát triển của thông tin, đư có
bớc phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực thông tin. Vào lúc đầu, tín hiệu đợc
gửi đi trong lĩnh vực analog, ngày nay tín hiệu đợc gửi đi ngày càng nhiều trong
lĩnh vực số. Để bộ chuyển phát tốt hơn, mỗi tín hiệu sóng mang đơn đợc thay bởi
các tín hiệu đa sóng mang. Ngày nay, các hệ thống đa sóng mang nh CDMA và
OFDM đợc thực hiện thông dụng. Trong hệ thống OFDM, việc trực giao ti vị trí
sóng mang con đợc dung để mang dữ liệu từ đầu cuối bộ phận phát đến đầu cuối
bộ phận nhận. Sự có mặt của di bo vệ trong hệ thống này gii quyết vấn đề can
nhiễu giữa các ký tự (ISI) và nhiễu đợc gim tối thiểu nhờ số lợng sóng mang
con lớn hơn. Nhờ những u điểm của OFDM mà nó đợc ứng dụng trong nhiều hệ
thống thông tin khác nhau. Nhng nhợc điểm chính trong khi thực hiện hệ thống
này là tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình cao (PAPR). PAPR lớn có một
vài tác động không mong muốn trong hệ thống.
Trong luận văn này, tôi tập trung tìm hiểu những vấn đề cơ bn của hệ thống
OFDM và thực hiện các phơng pháp khác nhau để gim PAPR trong hệ thống để
hệ thống này có thể đợc sử dụng ngày càng phổ biến và có hiệu qu.







Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí vi
ABSTRACT

Communication is one of the important aspects of life. With the advancement
in age and its growing demands, there has been rapid growth in the field of
communications. Signals, which were initially sent in the analog domain, are being
sent more and more in the digital domain these days. For better transmission, even
single – carrier waves are being replaced by multi carriers. Multi carrier systems like
CDMA and OFDM are nowadays being implemented commonly. In the OFDM
system, orthogonally placed sub – carriers are used to carry the data from the
transmitter end to the receiver end. Presence of guard band in this system deals with
the problem of ISI and noise is minimized by larger number of sub – carriers. Due to
these advantages of the OFDM system, it is vastly used in various communication
systems. But the major problem one faces while implementing this system is the high
peak – to – average power ratio of this system. The large Peak – to – average power
ratio of these signal have some undesirable effects on the system.
In this thesis, I have focused on learning the basics of an OFDM system and
have undertaken various methods to reduce the PAPR in the system so that this
system can be used more commonly and effectively.








Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí vii
MC LC

TRANG TA TRANG
LÝ LCH KHOA HC i
LI CAM ĐOAN iii
LI CM N iv
TÓM TT v
ABSTRACT vi
MC LC vii
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT x
DANH SÁCH CÁC HÌNH NH xii
DANH SÁCH CÁC BNG xiv
Chng 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Cơ sở khoa học 1
1.2 Mục đích đề tài 2
1.3 Nhiệm vụ đề tài và phm vi đề tài 3
1.4 Nội dung đề tài 3
1.5 Phơng pháp nghiên cứu 3
Chng 2: C S LÝ THUYT 5
2.1 Đặc tính kênh truyền vô tuyến 5
2.1.1 Sự suy gim tín hiệu 6
2.1.2 Hiệu ứng đa đờng 6
2.1.2.1 Reylaigh fading 6
2.1.2.2 Fading chọn lọc tần số 9
2.1.2.3 Tri trễ 10
Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí viii
2.1.3 Dịch Doppler 11
2.1.4 Nhiễu AWGN 12
2.2 Tổng quan về OFDM 12
2.2.1 Giới thiệu 12

2.2.2 Đa sóng mang 13
2.2.3 Nguyên lý OFDM 13
2.2.3.1 Sự trực giao 15
2.2.3.2 Chuỗi bo vệ trong hệ thống OFDM 16
2.2.3.3 Sử dụng FFT/IFFT trong OFDM 17
2.2.4 Hệ thống OFDM có bộ điều chế và gii điều chế 19
2.2.5 u và nhợc điểm của kỹ thuật OFDM 20
2.2.5.1 u điểm 20
2.2.5.2 Nhợc điểm 21
2.3 Cơ sở lý thuyết về MIMO-OFDM 21
2.3.1 Giới thiệu về hệ thống MIMO-OFDM 21
2.3.2 Kỹ thuật phân tập 23
2.3.3 Mã khối không gian - thời gian (STBC) 23
2.3.4 Mã khối không gian – tần số (SFBC) 28
2.3.4.1 Mã Space – frequency 30
2.3.4.2 Thực hiện mã Alamouti SFBC 33
2.4 Kết luận 34
Chng 3: Các phng pháp gim PAPR 35
3.1 Giới thiệu về PAPR 35
3.1.1 PAPR của tín hiệu đa sóng mang 36
3.1.2 Hàm phân bố tích luỹ bù (CCDF) của PAPR 37
Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí ix
3.2 Các nhóm kỹ thuật gim PAPR 38
3.3 Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM 38
3.3.1 Phơng pháp xén và lọc 39
3.3.2 Phơng pháp mư hoá 40
3.3.3 Phơng pháp PTS 40
3.3.4 Phơng pháp SLM 42

3.3.5 Phơng pháp hoán vị 43
3.4 Các phơng pháp gim PAPR trong MIMO 44
3.4.1 Phơng pháp D-ISLM 44
3.4.2 Phơng pháp D-CSLM 46
3.4.3 Phơng pháp CARI 46
3.5 Kết luận 49
Chng 4: Mô phng và kt qu mô phng s dng MATLAB 50
4.1 Kết qu mô phỏng phơng pháp SLM 50
4.2 Kết qu mô phỏng phơng pháp PTS 54
4.3 Kết qu mô phỏng phơng pháp CARI trong MIMO 56
Kt lun và hng phát triển 60
TÀI LIU THAM KHO 61
PH LC 63






Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí x
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi số sang analog
AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gaussian trắng cộng
BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit
CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích luỹ
CCDF Complementary Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích
luỹ bù

DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi analog sang số
DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số
DVB Digital Video Broadcasting truyền hình số
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rc
FEC Forward Error Correction Thuật toán sửa lỗi tiến
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
IBD In band distortion Méo dng tín hiệu trong băng
ICI Inter Carrier Interference Can nhiễu giữa các sóng mang
IDFT Inverse Discrete Fourier TransformBiến đổi Fourier rời rc ngợc
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngợc
IMD Inter Modulation Distortion
ISI Inter System Interference Can nhiễu giữa các ký tự
MIMO Multi Input Multi Output Đa anten phát anten thu
OBR Out – of – band radiation Bức x ngoài băng
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh trên công suất
trung bình
Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí xi
PTS Patrial Transmitter Sequences chuỗi phát từng phần
QAM Quardrature Amplitude modulation
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
SL Soft Limiter Bộ giới hn mềm
SLM Select Mapping ánh x chọn lọc
SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số nhiễu trên tín hiệu
SER Signal to Error Ratio Tỷ số lỗi trên tín hiệu
SFBC Space Frequency Block Codes Mã khối không gian tần số
STBC Space Time Block Codes Mã khối không gian thời gian

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến













Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí xii
DANH MC CÁC HÌNH NH

HÌNH TRANG
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin số 5
Hình 2.2: nh hởng của môi trờng vô tuyến 6
Hình 2.3: Tín hiệu đa đờng 7

Hình 2.4: Fading Rayleigh khi thiết bị di động di chuyển ở tần số 900 MHZ 8
Hình 2.5: Mô hình kênh truyền Rayleigh Fading 9
Hình 2.6: Tri trễ đa đờng 10
Hình 2.7: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang 13
Hình 2.8: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng
mang chồng xung 14

Hình 2.9: Phổ của các sóng mang trực giao 16
Hình 2.10: Mô t khái niệm về chuỗi bo vệ 16
Hình 2.11: Sơ đồ một hệ thống OFDM 19
Hình 2.12: Cấu trúc máy phát MIMO - OFDM 22
Hình 2.13: Cấu trúc máy thu MIMO - OFDM 22
Hình 2.14: Mô hình hệ thống băng gốc 24
Hình 2.15: Ma trận mã STBC 25
Hình 2.16: SER khi sử dụng mã hóa Alamouri STBC. 27
Hình 2.17: Sơ đồ khối SFBC trong hệ thống MIMO - OFDM 29
Hình 2.18: Tỷ số BER khi sử dụng SFBC - OFDM 29
Hình 3.1: Công suất đỉnh và công suất trung bình của 1 symbol OFDM, sử dụng
256 sóng mang phụ và phép điều chế 4-QAM 36
Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí xiii
Hình 3.2: Thuật toán xén 39
Hình 3.3: Sơ đồ khối phơng pháp PTS 41
Hình 3.4: Phân chia những sóng mang phụ vào 3 khối phụ 41
Hình 3.5: Phơng pháp SLM 42
Hình 3.6: Thuật toán Interleaving 44
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của D-ISLM 45
Hình 3.8: Mô hình mô t phơng pháp CARI 47
Hình 4.1: Biểu diễn hàm CCDF của PAPR điều chế theo QPSK với N = 256 sử
dụng phơng pháp SLM 51
Hình 4.2: Biểu diễn hàm CCDF của PAPR với điều chế QPSK theo phơng pháp
SLM ở trờng hợp N = 256, V = 8. 52
Hình 4.3: CCDF của PAPR theo phơng pháp SLM ở trờng hợp N = 512, V = 4
53
Hình 4.4: CCDF của PAPR điều chế theo QPSK với N= 256 theo phơng pháp
PTS ở trờng hợp M=4 55

Hình 4.5: CCDF cu PAPR điều chế theo QPSK với N = 256 ở trờng hợp M =4.
56
Hình 4.6: Mô phỏng trờng hợp M = 8 57
Hình 4.7: Mô phỏng trờng hợp M =16 58



Các phơng pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí xiv
DANH MC BNG

BNG TRANG
Bng 2.1: Sự phân bố luỹ tích đối với phân bố Rayleigh 8
Bng 2.2: Các giá trị tri trễ thông dụng 11
Bng 2.3: Mã hoá SFBC 33
Bng 4.1: So sánh N khác nhau theo phơng pháp SLM với V = 4 53
Bng 4.2: So sánh trờng hợp V = 4 và V = 8 của phơng pháp SLM khi sử dụng N
= 256 sóng mang con 54
Bng 4.3: So sánh giữa phơng pháp PTS và SLM với N=256 55
Bng 4.4: So sánh PAPR sau khi sử dụng phơng pháp CARI với giá trị M khác
nhau. 58







Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 1

Chng 1
TỔNG QUAN

1.1 C s khoa hc
Với sự phát triển nhanh chóng ca thông tin số không dây trong những năm gần
đây, sự cần thiết cho vic truyền dữ liu di động tốc độ cao được tăng lên. OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật rất hấp dẫn trong
truyền dữ liu tốc độ cao thông tin di động. OFDM là một trưng hợp đặc bit ca
phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau,
nh vậy phổ tín hiu  các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu
vẫn có thể khôi phục li tín hiu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiu làm cho h thống
OFDM có hiu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều.
Kỹ thuật điều chế OFDM do R. W Chang phát minh năm 1966  Mỹ. Trong
những thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thực hin 
khắp nơi trên thế giới. Đặc bit là công trình khoa học ca Weistein và Ebert đã chng
minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hin được thông qua phép biến đổi IDFT
và phép gii điều chế OFDM có thế thực hin được bằng phép biến đổi DFT. Phát
minh này cùng với sự phát triển ca kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM
được ng dụng tr nên rộng rãi.
Do nó có các thuận lợi như hiu suất phổ cao, trit nhiu Fading mnh, min trừ
kênh nhiu. Trong những năm gần đây, cùng với sự ra đi ca các chip FFT có dung
lượng lớn, OFDM đã được ng dụng rộng rãi trong các h thống thông tin thế h mới
như truyền hình qung bá số mặt đất (DVB - T) [12], phát thanh số (DAB), h thống
WLAN chuẩn IEEE 802.11 như truy cập không dây di sóng rộng (BWA), nhất là
WIMAX (IEEE 802.16d). Bên cnh nhiều thuận lợi cũng có một vài hn chế d thấy
khi sử dụng OFDM trong một số h thống truyền dẫn. Nhược điểm chính đó là tín hiu
ghép kênh có PAPR rất cao. Do đó, sự phi tuyến có thể được chồng lấp bi các đỉnh

tín hiu cao, nguyên nhân là sự điều biến qua li giữa các sóng mang phụ và giới hn
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 2

hơn nữa sự bc x ngoài băng không tương thích. Vì vậy các nhà nghiên cu luôn
đang tìm mọi cách để gim PAPR.
Để khắc phục nhược điểm trên, có rất nhiều kỹ thuật đuợc đề xuất để gim
PAPR với mục đích gim càng nhiều khi có thể. PAPR được gim trước khi tín hiu
được cung cấp cho bộ khuếch đi. Các kỹ thuật gim PAPR có thể được phân chia
thành hai loi đó là kỹ thuật trộn tín hiu và kỹ thuật làm méo tín hiu [6]. Các kỹ
thuật trộn tín hiu là tất c các sự biến đổi về cách trộn các từ mã để gim PAPR. Kỹ
thuật mã hóa có thể được dùng cho trộn tín hiu. Chuỗi bù Goolay, chuỗi Shapiro-
Rudin, chuỗi M, các mã Barker [6] có thể được dùng một cách hiu qu để gim
PAPR. Tuy nhiên với vic tăng số lượng sóng mang theo hàm mũ liên quan tới vic
nghiên cu tìm kiếm từ mã tốt nhất. Nhiều gii pháp thực tế ca kỹ thuật trộn tín hiu
là mã khối (block coding), ánh x chọn lọc (SLM) và chuỗi phát từng phần (PTS). Kỹ
thuật làm méo tín hiu đưa ra c xuyên nhiu ngoài băng và trong băng và độ phc tp
h thống. Kỹ thuật làm méo tín hiu gim đỉnh cao trực tiếp bằng cách làm méo tín
hiu trước khi khuếch đi. Kỹ thuật xén tín hiu OFDM (clipping) trước khi khuếch
đi là một phương pháp đơn gin nhất để gim PAPR. Tuy nhiên xén có thể là nguyên
nhân nhiu trong băng và ngoài băng lớn mà kết qu làm gim hiu suất h thống.
Nhiều gii pháp thực tế như cửa sổ đỉnh (peak windowing), sự cắt đỉnh (peak
cancellation), trit tiêu công suất đỉnh (peak power suppression), nén giãn
(companding),…
Trong khuôn khổ luận văn này, tôi đi tìm hiểu các phương pháp gim PAPR ci
thin chất lượng cho h thống OFDM và MIMO. Các kết qu mô phỏng bằng Matlab
giúp so sánh hiu qu giữa các phương pháp. Từ đó rút ra kết luận và đánh giá hướng
phát triển ca các phương pháp.
1.2 Mc đích của đ tƠi

- Tìm hiểu về kỹ thuật mã hoá và gii mã, các phương pháp điều chế và gii điều chế,
đặc điểm kênh truyền vô tuyến.
- Tìm hiểu về nguyên lý ca OFDM và MIMO
- Tìm hiểu các phương pháp gim PAPR dùng kỹ thuật trộn ký tự.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 3

1.3 Nhiệm v vƠ phm vi nghiên cứu đ tƠi
- Nghiên cu các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO: chuỗi phát từng
phần (PTS), ánh x chọn lọc (SLM) và đo và quay anten chéo (CARI)
- Thực hin mô phỏng các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO.
- Đánh giá và kết luận.
- Phm vi nghiên cu là gim PAPR trong OFDM và MIMO dùng kỹ thuật trộn ký tự
(PTS, SLM, CARI).
1.4 Ni dung đ tƠi:
Chương 2: Cơ s lý thuyết
Trong chương này đi trình bày về cơ s cơ bn đã thực thi trong h thống
OFDM như đặc tính kênh tryền vô tuyến; các nguyên lý cơ bn ca h thống OFDM
cũng như rút ra các ưu, nhược điểm ca OFDM; tổng quát về h thống MIMO –
OFDM cũng như kỹ thuật phân tập STBC, SFBC.
Chương 3: Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO
Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các phương pháp gim PAPR trong
OFDM như xén (clipping), SLM, PTS,…và trong MIMO như D-ISLM, D-CSLM,
phương pháp đo và quay anten chéo (Cross Antenna Rotation and Invertion - CARI).
Chương 4: Mô phỏng và kết qu
Đây là chương quan trọng ca luận văn.  chương này sẽ đưa ra kết qu mô
phỏng gim PAPR ca PTS và SLM, từ đó so sánh về độ phc tp trong tính toán, số
bit thông tin phụ, kh năng PAPR được gim,…ca 2 phương pháp này. Ngoài ra, thực
hin mô phỏng phương pháp CARI trong MIMO.

Cuối cùng là kết luận và hướng phát triển.
1.5 Phng pháp nghiên cứu
- Nghiên cu các tài liu từ sách, bài báo liên quan đến quá trình nghiên cu:
OFDM, MIMO (Multi Input Multi Output), các phương pháp gim PAPR, Matlab.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 4

- Phương pháp chuyên gia: tham kho ý kiến những khóa cao học trước và những
ngưi có kinh nghim trong lĩnh vực OFDM và MIMO – OFDM.
- Phương pháp thực nghim: sau phần nghiên cu được kiểm chng bằng vic thực
hin mô phỏng và đánh giá trên phần mềm Matlab R2010b.

Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 5

Chng 2
C S Lụ THUYT

Trong chương này sẽ trình bày về đặc tính kênh truyền vô truyền vô tuyến trong
OFDM: sự suy gim tín hiu, hin tượng Doppler…; các nguyên lý cơ bn trong
OFDM như sự trực giao, ưu và nhược điểm OFDM,…; Các vấn đề về MIMO như
cấu trúc h thống MIMO, kỹ thuật phân tập,…
2.1 Đặc tính kênh truyn vô tuyn trong OFDM

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát h thống thông tin số
Kênh truyền là nơi din ra sự truyền lan ca tín hiu mang tin.
Khi truyền qua kênh vô tuyến di động, tín hiu nhận được ti bộ thu yếu hơn
nhiều so với tín hiu ti bộ phát. Ngoài nguyên nhân gây bi nhiu nhit (được mô
hình hóa bi AWGN), còn phi xét đến những nh hưng quan trọng ca các đặc
tính kênh truyền vô tuyến như:
- Hiê
̣
n tươ
̣
ng đa đươ
̀
ng (multipath).
Nguồn tin
Mã hóa nguồn
Mã hóa kênh
Bộ điều chế
Phát cao tần
Nhận tin
Gii mã nguồn
Gii mã kênh
Gii điều chế

Thu cao tần
Kênh truyền
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 6

- Hiê
̣
n tươ
̣
ng Doppler
- Suy hao trên đươ
̀
ng truyền (path loss)
2.1.1 S suy gim tín hiệu
Sự suy gim tín hiu là sự suy hao mc công suất tín hiu trong quá trình truyền
từ điểm này đến điểm khác. Điều này có thể là do đưng truyền dài, do các tòa nhà
cao tầng và hiu ng đa đưng. Hình 2.2 cho thấy một số nguyên nhân làm suy
gim tín hiu. Bất kỳ một vật cn nào trên đưng truyền đều có thể làm suy gim
tín hiu.

Hình 2.2: nh hưng ca môi trưng vô tuyến
2.1.2 Hiệu ứng đa đng
2.1.2.1 Reylaigh fading
Trong đưng truyền vô tuyến, tín hiu RF từ máy phát có thể bị phn x từ các
vật cn như đồi, xe cộ, nhà cao tầng,…sinh ra nhiều đưng tín hiu đến máy thu
(hiu ng đa đưng) dẫn đến lch pha giữa các tín hiu đến máy thu làm cho biên
độ tín hiu thu bị suy gim. Hình 2.3chỉ ra một số trưng hợp mà tín hiu đa đưng
có thể xy ra.

Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 7


Hình 2.3: Tín hiu đa đưng
Mối quan h về pha giữa các tín hiu phn x có thể là nguyên nhân gây ra nhiu
có cấu trúc hay không có cấu trúc. Điều này được tính trên các khong cách rất ngắn
(thông thưng là một nửa khong cách sóng mang). Vì vậy,  đây gọi là fading nhanh.
Mc thay đổi ca tín hiu có thể thay đổi trong khong từ 10 – 30dB trên một khong
cách ngắn. Hình 2.4 mô t các mc suy gim khác nhau có thể xy ra do fading.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 8


Hình 2.4: fading Rayleigh khi thiết bị di động di chuyển  tần số 900 MHZ
Phân bố Reyleigh được sử dụng để mô t thi gian thống kê ca công suất tín
hiu thu. Nó mô t xác suất ca mc tín hiu thu được do fading. Bng 2.1 chỉ ra xác
suất ca mc tín hiu đối với phân bố Rayleigh
Bng 2.1: Sự phân bố luỹ tích đối với phân bố Rayleigh
Mc tín hiu (dB)
Xác suất ca mc tín hiu nhỏ hơn
giá trị cho phép (%)
10
99
0
50
-10
5

-20
0.5
-30
0.05

Mô hình tổng quát ca kênh truyền có thể được biểu din dưới hình 2.5. Trong
đó x(t) là tín hiu truyền, y(t) là tin hiu sau khi qua kênh truyền, τ
k
là thi gian tr ca
đưng th k, α
k
(t) là đáp ng ca đưng tương ng với đỗ tr τ
k
. L là số đưng tr
truyền dẫn.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 9

Do tín hiu nhận được  đầu thu là tín hiu phát đi theo nhiều đưng khác nhau,
có những khong thi gian tr khác nhau, làm cho đáp ng ca kênh truyền kéo dài,
phổ tần ca kênh truyền cũng thay đổi tuỳ theo thi gian tr này.

Hình 2.5: Mô hình kênh truyền Rayleigh Fading
2.1.2.2 Fading chn lc tần số
Trong bất kỳ đưng truyền vô tuyến nào, đáp ng phổ không bằng phẳng do có
sóng phn x đến đầu vào máy thu. Sự phn x có thể dẫn đến tín hiu đa đưng ca
công suất tín hiu tương tự như tín hiu trực tiếp gây suy gim công suất tín hiu thu
do nhiu. Toàn bộ tín hiu có thể bị mất trên đưng truyền băng hẹp nếu không có đáp
ng tần số xy ra trên kênh truyền. Có thể khắc phục bằng hai cách:

- Truyền tín hiu băng rộng hoặc sử dụng phương pháp tri phổ như CDMA
nhằm gim bớt suy hao.
- Phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng
mang, mỗi sóng mang này trực giao với các sóng mang khác (tín hiu OFDM). Tín
hiu ban đầu được tri trên băng thông rộng, không có phổ xy ra ti tất c tần số sóng
mang. Kết qu là chỉ có một vài tần số sóng mang bị mất. Thông tin trong các sóng
mang có thể khôi phục bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 10

2.1.2.3 Tri trễ (Delay Spread)
Tín hiu vô tuyến thu được từ máy phát bao gồm tín hiu trực tiếp và tín hiu
phn x từ các vật cn như các toà nhà, đồi núi,…Tín hiu phn x đến máy thu chậm
hơn so với tín hiu trực tiếp do chiều dài truyền lớn hơn. Tri tr là thi gian tr giữa
tín hiu đi thẳng và tín hiu phn x cuối cùng đến đầu vào máy thu.
Trong h thống số, tri tr có thể dẫn đến nhiu liên ký tự ISI. Điều này do tín
hiu đa đưng bị tr chồng lấn với ký hiu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm
trọng  các h thống tốc độ bit cao, đặc bit là khi sử dụng ghép kênh phân chia theo
thi gian TDMA.

Hình 2.6: tri tr đa đưng
Hình 2.6 cho thấy nh hưng ca tri tr gây ra nhiu liên ký tự. Khi tốc độ bit
truyền đi tăng lên thì một lượng nhiu ISI cũng tăng lên một cách đáng kể. nh hưng
thể hin rõ ràng nhất khi tri tr lớn hơn khong 50% chu kỳ bit (bit time).
Bng 2.2 đưa ra các giá trị tri tr thông dụng đối với các môi trưng khác
nhau. Tri tr lớn nhất  môi trưng bên ngoài xấp xỉ là 20µs, do đó nhiu liên ký tự
có thể xy ra đáng kể  tốc độ thấp nhất là 25Kbps.

Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 11

Bng 2.2 Các giá trị tri tr thông dụng
Môi trng
Tri trễ
Chênh lệch quƣng đng đi ln nhất của tín
hiệu
Trong nhà
40ns – 200ns
12m – 60m
Bên ngoài
1µs – 20 µs
300m – 6km

Nhiu ISI có thể được tối thiểu hoá bằng nhiều cách:
 Gim tốc độ ký tự bằng cách gim tốc độ dữ liu cho mỗi kênh (như chia băng
thông ra nhiều băng con nhỏ hơn sử dụng FDM hay OFDM).
 Sử dụng kỹ thuật mã hoá để gim nhiu ISI như trong CDMA.
2.1.3 Dch Doppler
Khi nguồn tín hiu và bên thu chuyển động tương đối với nhau, tần số tín hiu
thu không giống bên phía phát. Khi chúng di chuyển cùng chiều (hướng về nhau) thì
tần số nhận được lớn hơn tần số tín hiu phát, và ngược li khi chúng di chuyển ra xa
nhau thì tần số tín hiu thu được li gim xuống. Đây gọi là hiu ng Doppler.
Khong tần số thay đổi do hiu ng Doppler tuỳ thuộc vào mối quan h chuyển
động giữa nguồn phát và nguồn thu và c tốc độ truyền sóng. Độ dịch Doppler có thể
được tính theo công thc sau:
Δf ả ± f
0

. v/c (2.1)
Trong đó: Δf là khong thay đổi tần số ca tần số tín hiu ti máy thu
v là tốc độ thay đổi khác nhau giữa tần số tín hiu và máy phát
f
0
là tần số tín hiu
c là tốc độ ánh sáng
Dịch Doppler li là một vấn đề nan gii nếu như kỹ thuật truyền sóng li nhiu
với dịch tần số sóng mang (như OFDM chẳng hn) hoặc là tốc độ tương đối giữa thu
và phát cao như trong trưng hợp v tinh quay quanh trái đất quỹ đo thấp.
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 12

2.1.4 Nhiễu AWGN
Nhiu tồn ti trong tất c các h thống truyền dẫn. Các nguồn nhiu ch yếu là
nhiu nền nhit, nhiu đin từ các bộ khuếch đi bên thu, và nhiu liên ô (inter-cellular
interference). Các loi nhiu này có thể gây ra nhiu liên ký tự ISI, nhiu liên sóng
mang ICI và nhiu liên điều chế IMD. Nhiu này làm gim tỷ số tín hiu trên nhiu
SNR, gim hiu qu ca h thống. Và thực tế là tùy thuộc vào từng loi ng dụng,
mc nhiu và hiu qu phổ ca h thống phi được lựa chọn.
Hầu hết các loi nhiu trong h thống có thể được mô phỏng một cách chính
xác bằng nhiu trắng cộng. Hay nói cách khác tp âm trắng Gaussian là loi nhiu phổ
biến nhất trong truyền dẫn. Loi nhiu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong
c băng thông và biên độ tuân theo phân bố Gaussian. Theo phương thc tác động thì
nhiu Gaussian là nhiu cộng. Vậy dng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác
động ca nhiu Gaussian trắng cộng.
Nhiu nhit (sinh ra do sự chuyển động nhit ca các ht ti đin gây ra) là loi
nhiu tiêu biểu cho nhiu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn. Đặc bit,
trong h thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần

nhiu khác cũng có thể được coi là nhiu Gaussian trắng cộng tác động trên từng kênh
con vì xét trên từng kênh con riêng rẻ thì đặc điểm ca các loi nhiu này thỏa mãn các
điu kin ca nhiu Gaussian trắng cộng.
2.2 Tng quan v OFDM
2.2.1 Gii thiệu
Với nhu cầu vin thông tốc độ cao tr nên chiếm ưu thế, với các kỹ thuật điều
chế đa sóng mang khác nhau đã m ra cho phù hợp các nhu cầu này, một vài điều đáng
quan tâm trong số đó là truy nhập đa đưng phân chia theo mã (CDMA) và ghép kênh
phân chia theo tần số trực giao (OFDM). OFDM là sơ đồ phân chia theo tần số được
sử dụng như phương pháp điều chế đa sóng mang số. Một số lượng lớn các sóng mang
phụ trực giao không gian chặt chẽ được sử dụng để mang dữ liu. Dữ liu được chia
thành các kênh song song khác nhau, một kênh là một sóng mang phụ. Mỗi một sóng
Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 13

mang phụ được điều chế với một kỹ thuật điều chế (như QPSK)  tỷ l ký hiu thấp,
duy trì tỷ l tổng dữ liu tương ng với kỹ thuật điều chế đơn sóng mang trong cùng
băng tần.
2.2.2 Đa sóng mang
Nếu truyền tín hiu không phi bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng mang,
mỗi sóng mang ti một phần dữ liu có ích và được tri đều trên c băng thông thì khi
chịu nh hưng xấu ca đáp tuyến kênh sẽ chỉ có một phần dữ liu có ích bị mất, trên
cơ s dữ liu mà các sóng mang khác mang ti có thể khôi phục dữ liu có ích.

Hình 2.7: Cấu trúc h thống truyền dẫn đa sóng mang
Do vậy, khi sử dụng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp, các dữ liu gốc sẽ thu
được chính xác. Để khôi phục dữ liu đã mất, ngưi ta sử dụng phương pháp sửa lỗi
tiến FEC.  máy thu, mỗi sóng mang được tách ra khi dùng bộ lọc thông thưng và
gii điều chế. Tuy nhiên, để không có can nhiu giữa các sóng mang (ICI) phi có
khong bo v khi hiu qu phổ kém.
2.2.3 Nguyên lý OFDM
Nguyên lý cơ bn ca OFDM là chia một luồng dữ liu tốc độ cao thành các
luồng dữ liu tốc độ thấp hơn và phát đồng thi trên một số các sóng mang con trực
kênh
g(t)


01



+


1

g(t)
g(t)



1




1

g
*
(-t)
g
*
(-t)
g
*
(-t)


01




1

Các phương pháp gim PAPR trong OFDM và MIMO

HVTH: Trần Thị Xuân Quí 14

giao. Vì khong thi gian ký tự tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp
hơn, cho nên lượng nhiu gây ra do độ tri tr đa đưng được gim xuống.
Nhiu xuyên ký tự ISI được hn chế hầu như hoàn toàn do vic đưa vào một
khong thi gian bo v trong mỗi ký tự OFDM. Trong khong thi gian bo v, mỗi
ký tự OFDM được bo v theo chu kỳ để tránh nhiu giữa các sóng mang ICI.
Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ FDM và kỹ thuật điều
chế đa sóng mang chồng phổ OFDM có sự khác nhau. Trong kỹ thuật đa sóng mang
chồng phổ, ta có thể tiết kim được khong 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật
đa sóng mang chồng phổ, ta cần trit xuyên nhiu giữa các sóng mang, nghĩa là các
sóng này cần trực giao với nhau.

Hình 2.8: So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng phổ (a) và kỹ thuật sóng mang
chồng phổ
Trong OFDM, dữ liu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liu trên các sóng
mang lân cận. Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiu qu sử dụng phổ trong
OFDM. Ta thấy trong một số điều kin cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho h