CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
TP.HCM

KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ




LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


ĐỀ TÀI : CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG
TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT





GVHD:Th.s Nguyễn Hùng Kim Khánh
SVTH: PHẠM QUỐC HÙNG
MSSV: 98ĐT135





487TP. HCM

8 – 2003
PHẦN 1 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ OFDM

CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN HỆ THỐNG CELLULAR

Kể từ khi được triển khai vào những năm đầu của thập niên 1980 cho đến
nay.Thông tin vô tuyên di động đã và đang phát triễn với tốc độ hết sức
nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu .Kết quả thống kê cho thấy ở một số
quốc gia ,số luợng thuê bao di động
đã vượt hẳn số lượng thuê bao cố
định.Trong tương lai .số luợng thuê bao di động và cố định sẽ tiếp tục tăng
lên và song song với nó là sự gia tăng về nhu cầu của người sử dụng .Điều
này đã khiến các nhà khai thác cũng như các tổ chứ viễn thông không ngừng
nghiên cứu ,cải tiến và đưa ra các giải pháp kỹ thuật,để cài tiến và nâng cấp
các hệ thống thông tin .Cho đế
n nay hệ thống thông ti đã trải qua 3 thế hệ
(Three Generations).

1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 1 (1G)


1.1.a Đặc điểm


Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triễn vào những
năm cuối thập niên 70 ,hệ thống này sử dụng kỹ thuật ( analog ).Tất cả các
hệ thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
( Frequency Division Multiple Access).

Các hệ thống mạng di động 1G chỉ được dùng để sử dụng cho dịch vụ thoại
với chất lượng khá thấp nguyên do tình trạng ngh
ẽn mạch và nhiễu xảy ra
thường xuyên .
1.1.b Các hệ thống mạng 1G
Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống :
• AMPS(Advaced Mobile Phone System)
• ETACTS(Enhanced Total Access Cellular System)-Châu Âu
• NMT(Nordic Mobile Telephone System) Bắc Âu .

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2 (2G)
1.2.a Đặc điểm
Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được
sử dụng rộng rãi .Là một mạng thông tin di động số băng hẹp ,sử dụng
phương pháp chuyển mạch –mạch (circuit switching) là chủ yếu .Phương
pháp đa truy cập TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code
Division Multiple Access) được sử dụng kết hợp FDMA.
Hệ thống mạng di động 2G sử dung cho dịch vụ thoại và truyền số liệu.
1.2.b Các hệ thống mạng di động 2G

Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống :
• PCS (Personal Communication System).
PCS là hệ thống truyền dẫn ở tần số 1900MHz.Ưu đỉểm của điện thoại
PCS là nhỏ ,trọng lượng nhẹ ,bảo mật tốt và thời gian Pin chờ lâu .
• TDMA(Time Division Multiple Access)
TDMA là mạng di động sử dụng kỹ thuật điều chế số phát triễn từ
mạng 1G AMPS ,tăng dung lượng mạng bằng cách cho phép nhiều
người dùng chung một kênh vô tuyến mà vẫn bảo đảm chất lượng
thoại .Điện thoại TDMA có thể hoạt động ở 2 chế độ : analog và digital
.Trong thông tin TDMA thỉ nhiều người sử dụng một sóng mang và trục

thời gian được chia thành nhiều khoảng thờ
i gian nhỏ để dành cho
nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo .
TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp còn Châu
âu TDMA băng rộng nhưng cả hai hệ thống đều có thể được coi như tổ
hợp FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn
định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần .
Ngày nay , TDMA là chuẩn được sử dụng phổ biến ở Mỹ
,Châu Mỹ
Latin ,New Zealand và một số quốc gia thuộc khu vực Châu Á,Thái
Bình Dương.

• CDMA (Code Division Multiple Access)
Mạng CDMA đuợc triển khai năm 1995 .Tương tự như TDMA ,mạng
CDMA cũng phục vụ đồng thời ở hai chế độ :tương tự và số .
Điểm khác biệt TDMA và CDMA : Các kênh CDMA rộng hơn khoảng 6
lần và hệ thống cấp cho mỗi thuê bao một mã duy nhất.

• GSM(Global System for Mobile Communication)
Hệ thống GSM ra đời n
ăm 1988 sử dụng kết hợp hai phương pháp đa
truy nhập theo thời gian TDMA và theo tần số FDMA ,nhờ đó tại một
thời điểm có 8 thuê bao có thể sử dụng chung một kênh .GSM sử dụng
cho dịch vụ truyền thoại và fax với tốc độ 9600 bit/s.
Điện thoại GSM sử dụng một SIM-Card (Subcriber Indentify Module )
Rời lưu trữ số điện thoại ,thông tin và tài khoản thuê bao .
GSM 900 Mhz là mạng số chủ
yếu ở Châu Âu và cũng được sử dụng ở
các quốc gia Châu á Thái Bình Dương .GSM 1800 cũng được triển khai
ở Châu Âu và Châu Á nhưng không phổ biến như hệ thống GSM

900MHz ,hệ thống GSM 1800 được sử dụng phổ biến ở Châu Mỹ và
Cannada .


1.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2.5 (2.5G)

1.3.a Đặc điểm

Hệ thống mạng 2.5G là mạng chuyển tiếp giữa hệ thố
ng mạng di động
thế hệ thứ 2 (2G) và thứ 3 (3G).Hệ thống hoàn toàn dựa trên cơ chế
chuyển mạch gói .Ưu điểm củ hệ thống di động 2.5G là tiết kiệm được
không gian và tăng tốc độ truyền dẫn .
Nâng cấp hệ thống mạng 2G lên 2.5G nhanh hơn và có chi phí thấp hơn
so với việc nâng cấp mạng từ 2G lên 3G .Hệ thống 2.5G như một bước
đệm chuyển tiế
p ,không đòi hỏi môt sự thay đổi có tính chất đột biến.

1.3.b Các hệ thống mạng 2.5G

• GPRS(Generic Packet Radio Services )

GPRS là một hệ thống mới ,đuợc triển khai trên nền của hệ thống GSM
sử dụng phương thức chuyển mạch gói và nhờ đó cước phí sử dụng
được tính dựa trên từng gói nhận ,gởi đi ,khác hẳn và có lợi hơn cho
thuê bao so với cách tính cước dựa trên thời gian kết nối .GPRS có thể
được xem như là sự mở rộng của hệ thống di độ
ng thế hệ thứ 2G GSM
, có khả năng cung cấp các kết nối ảo ,các dịch vụ truyền số liệu với
tốc độ lên đến 171.2Kbps cho mỗi user nhờ vào việc sử dụng đồng

thời nhiều timeslot .Bên cạnh mục đích cung cấp những số liệu mới
cho các thuê bao di động ,GPRS còn được xem như là bước chuyển
tiếp từ thế hệ 2G lên 3G.
Với việc xây dựng hệ th
ống GPRS ,các nhà khai thác đã xây dựng một
cấu trúc mạng lõi dựa trên IP để hỗ trợ cho các ứng dụng về số liệu
,cũng như đã tạo ra một môi trường để thử nghiệm và khai thác các
dịch vụ tích hợp giữa thoại và số liệu của thế hệ của thế hệ 3G sau này
.
Trong hệ thống GSM tập trung hỗ trợ cho các kết nối thoại thì mục
đích chính của GPRS là cung cấ
p phương tiện truy cập vào các mạng
số liệu chuẩn như TCP/IP .

• EDGE (Enhanced Data Rate for Global Evolution)
Mạng EDGE được xây dựng dựa trên nền tảng của mạng GSM nhưng
lại cung cấp gần đạt đến các chuẩn dành cho 3G ,tốc độ xấp xỉ 384
Kbps.

1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 (3G)

1.4.a Đặc điểm

Là thế hệ thông tin di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ ,có kh
ả
năng truyền thông đa phương tiện chất lượng cao.
Các hệ thống 3G được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với
TDMA ,có khả năng cung cấp một băng tần rộng theo yêu cầu ,do đó có
thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độ khác nhau.
Ở thế hệ thứ 3 ,các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành

một tiêu chuẩn chung duy nhất và phụ
c vụ lên đến 2Mbps.Mặc dù 3G
được tính toán sẽ là một chuẩn mang tính toàn cầu nhưng chi phí xây
dựng cơ sở hạ tầng cho hệ thống này rất tốn kém.
1.4.b Các hệ thống mạng 3G
• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
WCDMA hay còn gọi IMT-2000 là môt chuẩn của ITU( International
Telecommunication Union) có nguồn gốc từ chuẩn CDMA.
Công nghệ WCDMA cho phép tốc độ truyền dữ liệu đến các thiết bị di
động cao hơn nhiều so với khả năng của mạng di động hi
ện
nay.WCDMA WCDMA có thể hỗ trợ việc truyền thoại ,hình ảnh dữ liệu
video ..có tốc độ lên đến 2Mbps.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
UMTS là một mạng thế hệ thứ 3 được triển khai ở Châu Âu .Mạng này
cung cấp cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ hoạt động ở tần số 2GHz
,cho phép hình ảnh âm thanh,video ,truyền hình ….hiển thị trên các máy điện
thoại di động.
UMTS được xem là một hệ thống mạng cải tiến từ mạng 2G GSM .


2.CẤU HÌNH HỆ THỐNG CELLULAR


Hệ thống thông tin di
động Cellular gồm ba phần chính cơ bản : là các máy
điện thoại di động MS(Mobile Station); Trạm gốc BS(Base Station ) và trung
tâm chuyển mạch điện thoại di động MSC(Mobile Service Switching
Center).Các phần này được liên kết với nhau qua đường kết nối thoại và số

liệu .
• Máy điện thoại di động MS bao gồm : các bộ thu /phát RF ; anten
và bộ điều khiển .
• Trạm gốc BS bao gồm các bộ thu phát RF để kết nối máy di động
MS v
ới MSC ;anten;bộ điều khiển ;đầu cuối số liệu và nguồn .
• Trung tâm chuyển mạch MSC bao gồm bộ phận điều khiển ;bộ
phận kết nối cuộc gọi ;các thiết bị ngoại vi và cung cấp các chức
năng thu nhập số liệu cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành .
MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS,cung cấp các chứ
c năng
điều khiền trung tâm cho hoạt động của các BS một cách hiệu quả và
để truy cập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng .
Các máy điện thoại di động MS,trạm gốc BS và tổng đài MSC được liên
kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liệu .Mỗi máy di
động sử dụng một cặp kênh thu phát RF .Vì các kênh lưu lượng không
cố định ở mộ
t kênh RF nào mà luôn thay đổi thành các tần số RF khác
nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt cuộc gọi
nên cuộc gọi đó có thể thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã được xác
định trong vùng đó .Cũng từ những quan điểm về hệ thống thông tin
di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận
do đã được kết nối
đồng thời với các máy di động .Bộ phận điều khiển
trung tâm chuyển mạch MSC sẽ điều khiển ,sắp đặt và quản lý toàn bộ
hệ thống thông tin Cellular.
Tổng đài Cellular kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi
giữa các thuê bao di động MS với nhau hoặc giữa các thuê bao cố định
với các thuê bao di động và làm nhiệm vụ trao đổi các thông tin báo
hiệu đa dạ

ng qua đường số liệu giữa MSC và BS .
Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động MS va trạm gốc BS
được truyền qua kênh RF.Các đường kết nối thoại và số liệu cố định
được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và
MSC.








CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN SÓNG

2.1 TẦN SỐ VÀ ĐẶT TÍNH SÓNG VÔ TUYẾN

Đối với ,Đường truyền tín hiệu vô tuyến lý tưởng, thì tín hiệu nhận chỉ bao
gồm các đường truyền tính hiệu đơn trực tiếp ,tín hiệu nhận sẽ được tái tạo
hoàn chỉnh như ban đầu.Tuy nhiên trên thực tế tín hiệu sẽ bị thay đổi trong
suốt quá trình truyền .Điều này thể hiệ
n ở chỗ,tín hiệu nhận được bao gồm
các tín hiệu suy giảm ,phản xạ và tán xạ từ các đối tượng ở gần như đồi
núi,cao ốc ,nhà cửa,xe cộ..v…v..

2.2 PHÂN LOẠI TRUYỀN SÓNG

2.2.1 KHÔNG GIAN TỰ DO

Công suất tín hiệu sẽ bị suy giảm khi truyền từ một nơi này đến một nơi

khác.Điều này là do chiều dài của đường truyền ,sự tắc nghẽn của
đường
truyền và những ảnh hưởng đa đường (Multipath effects) .Bất cứ vật nào mà
nó chắn đường truyền thẳng (line of sight) từ nơi truyền đến nơi nhận thì nó
cũng bị suy giảm.
Các tín hiệu phản xạ bị trễ cho đến anten so với tính hiệu trực tiếp.Có thể
tránh một số phản xạ bằng cách dùng anten tốt nhưng không phải lúc nào
điều này cũng có thể thực hiện
được do giá cả anten ,do phải điểu chỉnh
hướng anten....






Đặc trưng của fading chọn lọc tần số là cường độ tín hiệu ở một vài tần số
thì được tăng cường trong khi ở một số khác thì bị suy giảm .Ta thấy đáp
tuyến thay đổi theo cả thời gian và tần số .Suy giảm chọn lọc đuợc thể hiện
rõ ràng .Khi máy thu và tất cả các đối tựợng gây phản xạ là cố định thì đáp
tuyế
n tần số hiệu dụng của kênh truyền từ máy phát tới máy thu là cố định .
Nếu tín hiệu có ích có dải thông tương đối hẹp và lại rơi vào phần băng tần có
suy giản đáng kể thì ở đó sẽ có fading phẳng và việc thu sẽ bị suy giảm .Khi
xem xét tín hiệu có giải thông lớn hơn thì một phần tín hiệu sẽ chịu giao thoa
cấu trúc và bị suy giảm đôi khi tới mức không thu được .Nhìn chung nếu tín
hiệu có giải thông càng rộng ,lớn hơn dải thông tương quan thì nó chịu nhiều
sai lệch truyền ,nhưng công suất thu được toàn phần sẽ thay đổi ít hơn ,
thậm chí nếu có những suy giảm đáng kể do truyền lan nhiều đường.Ở đây
dải thông tươ

ng quan là khoảng cách tần số mà cường độ của các thành
phần tín hiệu vẫn còn tương quan bởi một hệ số nào đó.

2.2.2 VÙNG TỐI VÀ FADING CHẬM

Độ lớn vùng tối phụ thuộc vào kích thước của các đối tượng che khuất ,cấu
trúc vật liệu và tần số tín hiệu RF .Hầu hết các vật liệu là trong suốt cao ở tần
số RF so với ánh sáng nhìn thấy,làm cho sự truyền lan không tầm nhìn thẳng
NLOS(Non-line of sight) là có thể.Tuy nhiên vẫn có nhiều vật liệu có ảnh
hưởng đáng kể tới sự lan truyền sóng RF ,ví dụ các tòa nhà ,đồi cao hấp thụ
RF đi qua nó ,tạo vùng tối chiều sâu ở đằng sau chúng . Trong nhung điều
kiện như vậy hầu hết năng lượng thu được là do phản xạ hoặc nhiễu xạ
chung quanh đối tượng chứ không phải là do tia tới trực tiếp .
Nhiễu xạ xảy ra ở
mép các đối tượng chướng ngại trên đường truyền .Ở
mép nhiễu xạ,tín hiệu phát xạ lại như mặt đầu sóng bắt nguồn từ mép nhiễu
xạ .Điều này làm cho nó uốn cong một phần quanh đối tượng .Nhiễu xạ
không có ảnh hưởng đáng kể đến vùng tối của ánh sáng nhìn thấy vì bước
sóng ánh sáng nhỏ (0.4µm-0.7µm) so với kích thước đối tượng (0.1-10m).
Tín hiệu thu được là tổ
hợp của tín hiệu trực tiếp ,tín hiệu phản xạ và tín hiệu
nhiễu xạ .Giá trị công suất thu được là tổng hợp thành các nhánh tín hiệu này
.Sự chuyển động của máy thu ,máy phát hoặc đối tượng trong môi trường sẽ
dẫn đến sự thay đổi tổn hao truyền lan do sự thay đổi nhánh truyền .Do bản
chất thay đổi chậm ,nhìn chung chúng được coi như fadinh chậm.


2.2.3 VÙNG FADING RAYLEIGH

Trong các đường truyền vô tuyến ,tín hiệu RF từ n

ơi truyền sẽ bị phản xạ
bởi nhà cửa ,xe cộ…..Điều này sẽ lảm tăng bội số đường truyền tại máy
thu.Nếu giữa anten phát và anten thu không có đường truyền tầm nhìn thẳng
thì tia phát được thu bằng nhiều đường truyền sóng khác nhau do phản xạ
,nhiễu xạ ,tán xạ.Do vậy điện trường tổng hợp thu được lớn hơn nhiều so với
tia tương tự truy
ền trong không gian tự do .Ngoài ra ,các thăng gián tức thời
của điện trường thu được phức tạp hơn so với tương tác hai tia do nhiễu từ
nhiều đường truyền sóng.Hiện tượng này gọi là Fading Rayleigh.
Thậm chí ,điện trường thu trung bình đối với trường hợp dịch chuyển trong
khoảng ngắn (khoảng 50m) cũng thăng gián đáng kể do cấu hìng đường
truyền sóng thay đổi khi trạm di động di chuyển.
Nế
u trong đường truyền sóng có nhiều phần tử thăng gián phức tạp thì hầu
như không tính được điện trường thu một cách chính xác từ cấu hình đường
truyền.Trong một đường truyền như vậy ,việc đánh giá điện trường thu
thường được thực hiện bằng phương pháp thống kê.
Trong đường truyền sóng mặt đất vd như đối với điện thoại trên ôtô –phần
lớn các đường truyền có nhiều phần tử thăng gián phức tạp ,vì vậy điện
trường thu được của trạm di động và trạm gốc được đánh giá bằng phương
pháp sử dụng nhiều kết quả đã đánh giá và sắp xếp theo thống kê.








2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN SÓNG DI ĐỘNG MẶT ĐẤT

2.3.1 TRUYỀN SÓNG MẶT ĐẤT PHẲNG




CHƯƠNG 3 : LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN CỦA CÔNG NGHỆ OFDM

3.1 CUỘC CÁCH MẠNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN

Hệ thống thông tin di động thương mại được đưa vào ứng dụng tại Mỹ
năm 1946 ,sử dụng băng tần 150MHz ,với khoảng cách kênh là 60KHz và số
lượng kênh bị hạn chế là 3 kênh .Đó là hệ thống bán song công (người bên
này không thể nói trong khi người kia đang nói và cuộc thoại được kết nối
b
ằng nhân công ).
Sau khi cải tiến ,hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150Mhz và
hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 459Mhz đã được sử dụng
vào năm 1969 .Đây là hệ thống song công ,trong đó một trạm gốc BS có thể
phục vụ cho vùng bán kính rộng đến 80km.
Cho đến nay ,công nghệ thông tin vô tuyến đã có những phát triễn vượt bậc
trong những năm gần đây .Hầu hết các hệ thố
ng WLAN hiện nay dùng theo
chuẩn IEEE802.11b,cung cấp tốc độ dữ liệu cực đại 11Mbps .Các tiêu chuẩn
WLAN mới như IEEE802.11a và HyperLAN2 dựa trên công nghệ OFDM cung
cấp tốc độ dữ liệu tới 54Mbps .Tuy nhiên trong tương lai gần các hệ thống sẽ
yêu cầu các mạng WLAN có tốc độ dữ liệu lớn hơn 100Mbps .Do vậy cần phải
cải thiện hơn nữa hiệu quả phổ và dung lượng dữ liệu của các hệ
thống
OFDM trong các ứng dụng WLAN .

Mạng di động thế hệ thứ ba và bốn là cung cấp cho khách hàng tốc độ dữ
liệu cao ,phạm vi dịch vụ lớn như thông tin thoại ,điện thoại truyền
hình(videophone) và truy cập internet với tốc độ cao .Tốc độ dữ liệu cao các
mạng di động tương lai có thể được thực hiện nhờ tăng giá phổ phân phối
cho các dịch vụ và bằng việc c
ải thiện hiệu quả phổ .OFDM là một ứng cử
viên tiềm năng của hệ thống mobile thế hệ thứ tư.

3.2 CÁC CÔNG NGHỆ ĐA TRUY CẬP

3.2.1 FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Công nghệ FDMA được sử dụng lần đầu tiên trong các hệ thống thông
tin tương tự .Trong kỹ thuật này ,băng tần tổng được phân chia thành nhiều
băng tần nhỏ .Mỗi thuê bao MS được phép truyền liên tục theo thời gian trên
một bă
ng tần nhỏ đã được cấp phát cho MS đó ,do đó sẽ không bị trùng .Mỗi
băng tần bao gồm băng tần tối thiểu cho việc truyền dữ liệu và hai dãi tần
phòng vệ hai bên để chống nhiễu xuyên kênh .
Đặc điểm của FDMA là thuê bao MS sẽ được cấp phát một kêng đôi
liên lạc suốt thời gian thông tuyến .Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân
cận nhau là đáng kế .Trạm gốc BS phải có b
ộ thu phát riêng làm việc với mỗi
thuê bao MS trong hệ thống di động

3.2.2 TDMA (Time Division Multiple Access)

Hệ thống thông tin di động TDMA được phát triễn trên nền FDMA
.Ứng dụng kỹ thuật nén số đối với thoại để mỗi thuê bao trong hệ thống đều
có thể truy cập toàn bộ băng tần vô tuyến của hệ thống ở các khe thời gian

khác nhau .Mỗi thuê bao được cấp một khe thời gian trong cấu trúc khung
.Khoảng thời gian không sử dụng giữa các khe lân cận là thời gian bào vệ để
giảm nhiễu.
Trong hệ thống Cellular ,phổ tần được chia thành các dải tần liên lạc
trong khe thời gian của nó để truyền thông tin dữ liệu .Nếu phổ tần có sẵn
được chia thành nhiều dải tần liên lạc cho các nhóm thuê bao riêng biệt thì
gọi là TDMA băng hẹp .Còn nếu phổ tần cho phép đề
u được sử dụng cho mọi
thuê bao thì gọi là phương pháp TDMA băng rộng .
Khuyết điểm của kỹ thuật TDMA là hiện tượng trễ truyền dẫn gây ra sự
trùng chập tín hiệu giữa hai khe thời gian lân cận nếu thời gian bảo vệ của
mỗi khe không đủ .Lý thuyết đã chứng minh giả sử bán kính Cell là R thì thời
gian trễ là Ttrễ =2R/C .Để tránh chồng chập tín hiệu thì khoảng thời gian bảo
v
ệ tối thiểu của mỗi khe thời gian phải là Gmin=2R/C ,nhưng điều này sẽ làm
giảm dung lượng kênh .Để dung lượng kênh không bị giảm thì có thể sử dụng
phương pháp thứ hai là không có thời gian bảo vệ mà thay thế bằng cách
điều chỉnh định thời phát củ thuê bao MS .Tuy nhiên khi đó cần phải xác định
khoảng cách MS –BS và điều chỉnh định thời thích ứng .Vì vậy ,cần phải tùy
theo đặc đ
iểm từng hệ thống mà lựa chọn phương pháp thích hợp .
Hệ thống TDMA điển hình là GSM (Global System for Mobile )


3.2.3 CDMA (Code division Multiple Access)

Sự phát triễn của công nghệ CDMA bắt đầu năm 1989 ,sau khi tiêu
chuẩn NA-TDMA (IS-54) được thiết lập .
Trong hệ thống thông tin di động CDMA ,nhiều thuê bao MS sử dụng
chung cùng một băng tần Cell ,nhưng được phân biệt với nhau theo các mã

khác nhau .Các thuê bao có thể thực hiện cuộc gọi đồng thời mà không gây
nhiễu nhờ tính không tương quan gi
ữa các mã khác nhau đó .Mỗi thuê bao di
động MS được gán một mã riêng và kỹ thuật trải phổ tín hiệu sẽ giúp cho các
MS không gây nhiễu lẫn nhau mặc dù có thể cùng một lúc dùng chung dãi
tần số .Nếu muốn thu được tín hiệu của kênh truyền thì phải biết được mã
của kênh đó.
Đặc điểm của tín hiệu CDMA là sử dụng tín hiệu cao tần ,dãi tần rộng
hảng MHz ,sử dụng kỹ thuật trải phổ phứ
c tạp .Kỹ thuật trãi phổ cho phép tín
hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ rất nhỏ và chống Fading hiệu quả hơn
FDMA và TDMA .Việc thuê bao các MS trong Cell dùng chung tần số khiến cho
thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản ,việc thay đổi kế hoạch tần số không
còn là vấn đề và chuyển giao trở thành mềm.Điều khiển dung lượng trong
Cell rất linh hoạt.Hệ thống CDMA cũng áp dụ
ng kỹ thuật nén số như TDMA
nhưng với tốc độ bit thay đổi theo tích cực thoại ,nên tín hiệu thoại có tốc độ
bit trung bình nhỏ hơn .
Hệ thống CDMA điển hình là IS-95


3.3 SỰ PHÁT TRIỄN CÔNG NGHỆ CDMA

Thế kỳ 20 là thời kỳ bùng nổ thông tin trên thế giới và cũng là thời kỳ đánh
dấu sự ra đời của các kỹ thuật đa truy cập.Chúng ta đã từng nghe nói đến
các kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số FDMA với hệ thống AMPS ,kỹ
thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA với ứng dụng rộng rãi của
mạng GSM .Có thể khi nge đến kỹ thuật trải phổ v
ới ứng dụng rộng rãi của
đa truy cập phân chia theo mã CDMA ,nhiều người lần tưởng đây là công

nghệ mới ra đời sau này ,bởi nó chỉ được công nhận và ứng dụng rộng rãi
trong thương mại vào giữa những năm 90 .Nhưng thực ra ,CDMA đặt trong
bối cảnh lịch sử ,có nguồn gốc từ chiến tranh thế giới thứ hai .Tại Mỹ, vào
năm 1940 ,một nữ diễn viên Hollywood đồng thờ
i là nhà sáng chế tài năng
George Antheil ,là một nhạc sĩ dương cầm ,khi chiến tranh thế giới lần hai sắp
nổ ra ,đã đồng sáng chế ra một cách điều khiển ngư lôi bằng cách gửi tín
hiệu vô tuyến ngẫu nhiên ,nhảy liên tục từ tần số này sang tần số khác để
tráng khả năng bị gián đoạn .Ý tưởng này ,được biết đến như nhảy tần FH
(Frequency Hopping) và sau đó là trả
i phổ nhảy tần (FH-SS ).Họ sáng chế ra
hệ thống điều khiển nhảy tần đầu tiên dùng một mẫu tám mươi tần số ,bằng
số phím chính xác trên cây đàn dương cầm .Mặc dù các nhà phát minh đã cố
gắng miệt mài để thúc đẩy việc thực thi các kết quả nghiên cứu từ phòng thí
nghiệm nhưng hải quân Mỹ đã loại bỏ xem như một giải pháp khộng khả thi .
Phát minh này đã bị chìm vào quên lãng đến năm 1947 khi các kỹ sư tại phân
viện hệ thống điện tử Sylvania tại Buffalo New York tiếp tục ý tưởng này .Họ
đã dùng công nghệ này vào việc thông tin bảo mật cho Mỹ trong suốt cuộc
khủng hoảng tên lửa Cuba vào năm 1962 .Sau khi trở thành công nghệ tuyệt
mật cho toàn bộ chính quyền ,quân đội Mỹ vào những năm 80 đã tiết lộ bí
mật về công nghệ mà bây giờ chúng ta được bi
ết đến công nghệ CDMA.
Công nghệ này đã sớm gây được sự chú ý của công nghệ Wireless mới phát
triễn.Công nghệ CDMA kết hợp chặt chẽ với trải phổ ,hoạt động bởi việc số
hoá các cuộc đối thoại kèm theo một mã chỉ được biết bởi nơi phát và nơi thu
,chia tín hiệu thành các bit và sau đó kết nối chúng lại .Công nghệ này rất
được ưa dùng trong quân đội vì tín hiệu mã hoá với hàng triệu kế
t hợp khác
nhau làm cho việc truyền rất an toàn .
Công nghệ CDMA đã chứng minh tính hữu dụng rất cao trong mạng thông

tin di động Cellular bởi nó cung cấp một phương pháp mã hoá rất an toàn cho
mọi người sử dụng đồng thời đem lại chất lượng cuộc gọi có thể xem là tuyệt
hảo so với hệ thống GSM là hệ thống thông tin di động chính được sử dụng
tại nhiều nơi trên thế giới hiện nay .Công ngh
ệ này đã chứng minh ưu thế nổi
bật trong việc sử dụng phổ tần vô tuyến bởi nó cho phép nhiều người sử
dụng cùng chia sẻ đồng thời một khoảng băng tần mà không gây can nhiễu
lẫn nhau ,không như các công nghệ trước đây đòi hỏi cấp phát cho mỗi người
sử dụng một tần số vô tuyến riêng .
Lý thuyết về công nghệ CDMA đã được xây dựng t
ừ những năm 1950 và
được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 nhờ tín bảo mật
cao .Cùng với sự phát triển củacông nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin
trong những năm 1980 ,CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu
GPS và Ommi-TRACS ,phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ
thống thôn tinh Cellular của Qualcomn –Mỹ năm 1990.
Công nghệ CDMA là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã và ứng dụng
trong kỹ thuật trả
i phổ .Điều này khắc phục được những nhược điểm của hai
công nghệ FDMA và TDMA trước đó .Mặc dù công nghệ CDMA mới phát triễn
gần đây nhưng sự phát triễn của nó rất nhanh chóng chỉ riêng địa bàn châu
Mỹ và Châu Á- Thái Bình Dương ,đến cuối năm 1996 đã lắp đặt khoảng
11000 trạm gốc.Đặt biệt tại một số nước như Mỹ,Nhật đã đặt công nghệ viễn
thông CDMA là hệ thống viễn thông thế hệ thứ 3.

CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ OFDM


A. 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 tốt hơn .
OFDM khác với FDM nhiều điểm .Trong phát thanh thông thườ
ng mỗi đài
phát thanh thruyền 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 (Inter- Carrier Interference (ICI)) do bản chất trực giao của điều
chế .Với FDM những tín hiệu truyền cần có khoản 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 s

ơ 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 triễn, 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 nhữ
ng sóng mang nhưng phổ lại chưa đuợc
sử dụng với hiệu quả cao nhất .Với 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 .



4.1. ĐA SÓNG MANG (MULTICARRIER )

Nếu truyền tính hiệu không phải bằng một sóng mang mà bằng nhiều sóng
mang ,mỗi sóng mang tải một phần dữ liệu có ích và được trải đều trên cả
băng thông thì khi chịu ảnh hưởng xấu của đáp tuyến kênh sẽ chỉ có một
phần dữ liệu có ích bị mất ,trên cơ sở mà dữ liệu mà các sóng mang khác
mang tải có thể khội phục dữ liệu có ích .Điều này tương
đương khi ghép
kênh theo tần số (FDM)
.Do vậy ,khi dùng nhiều sóng mang có tốc độ bit thấp ,nhiều dữ liệu gốc sẽ
được thu chính xác.Để hồi phục dữ liệu đã mất ,người ta dùng phương pháp
sửa lỗi tiến (FEC-Forward Error Correction).Ở máy thu mỗi sóng mang được
tách ra khi dùng các bộ lọc thông thường và giải điều chế.Tuy nhiên để không
có can nhiễu giữa các sóng mang (ICI) cần phải có khoảng bảo vệ khi hiệu
quả phổ kém .

Giải pháp khắc phục việc hiệu quả phổ kém khi có khoảng bảo vệ (GAURD
PERIOD) là giảm khoảng cách các sóng mang và cho phép phổ của các sóng
mang cạnh nhau trùng lắp nhau. Sự trùng lắp này là được phép nếu khoảng
cách giữa các sóng mang được chọn chính xác .Khoảng cách này được chọn
ứng với trường hợp các sóng mang trực giao với nhau . Đó là phương pháp
ghép kênh theo tần số trực giao (OFDM).
Thât ra ý tưởng của phương pháp này có từ giữa những năm 1980 .Nhưng
do lúc
đó còn hạn chế về mặt công nghệ (khó tạo ra các bộ điều chế và giải
điều chế đa sóng mang giá thành thấp theo biến đổi nhanh Fourier(Inverse
Fast Fourier Transform –IFFT) nên cho tới nay dựa trên những thành tựu của
công nghệ mạch tích hợp .Phương pháp này mới được đưa vào thực tiễn .



4.2 SỰ TRỰC GIAO (ORTHOGONAL)

Khoảng bảo vệ
Giải thông được tiết
kiệm.
Hình : FDM thông thường và OFDM
“ORTHOGONAL” chỉ ra rằng có một mối quan hệ toán học chính xác giữa các
tần số của các sóng mang trong hệ thống OFDM .Trong hệ thống FDM thông
thường ,nhiều sóng mang được cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu
thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc và các bộ giải điều chế
thông thường.Trong các máy như vậy ,các khoảng bảo vệ cần được dự liệu

trước giữa các sóng mang khác nhau và việ
c đưa vào các khoãng bảo vệ này
làm giảm hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống .
Tuy nhiên có thể sắp xếp các sóng mang trong OFDM sao cho các dải biên
của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính xác
mà không có sự can nhiễu giữa các sóng mang .Muốn được như vậy các sóng
mang phài trực giao về mặt toán học .Máy thu hoạt động như các một bộ
gồm các bộ giải điều chế ,dịch tần mỗi sóng mang xu
ống mức DC,tín hiệu
nhận được lấy tích phân treên một chu kỳ của symbol để phục hồi dữ liệu gốc
.Nếu tất cả các sóng mang khác đều được dịch xuống tần số tích phân của
sóng mang này (trong một chu kỳ symbol τ),thì kết quả tính tích phân cho
các sóng mang khác sẽ là zero .Do đó các sóng mang độc lập tuyến tính với
nhau (trực giao) nếu khoảng cách giữa các sóng là bội số của 1/τ .Bất kỳ sự
phi tuyế
n nào gây ra bởi can nhiễu bởi các sóng mang ICI(Inter-Carrier-
interference) cũng làm mất đi tính trực giao .
Về mặt toán học ,trực giao có nghĩa là các sóng mang được lấy ra từ nhóm
trực chuẩn (Orthonomal basis )
{
,...}1,0/)({ =Φ it
i
có tính chất sau ;
ki
ki
dttt
ik
T
T
ti

≠
=
⇔
⇔
⎩
⎨
⎧
==
∫
0
1
)()(
2
1
δφφ
(4.2.1)

Như vậy {
{}{ }
TtmTtnt
i
/2cos(,/2sin()(
ππφ
=
với
1llu
TTT −=

Ngoài ra có thể biễu diễn trực giao theo hàm phức
[]

{}
,...1,0//2)( ====Ψ iTtjit
ui
π
có tính chất :
⎩
⎨
⎧
≠⇔
=⇔
==Ψ
∫
ki
ki
dttt
ikki
0
1
)()(
*
δψ

(2)

Khoảng cách giữa 2 sóng mang trực giao cạnh nhau sẽ là
∆
f=1/
u
T
.

Ở đây dấu * chỉ sự liên hiệp phức .Ví dụ : Nếu tín hiệu là sin(mx) với
m=1,2…. Thì nó trực giao trong khoảng từ -
π
đến
π
.
VIệc xử lý (điều chế và giải điều chế ) tín hiệu OFDM được thực hiện trong
miền tần số ,bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital
Signal Processing ).Nguyên tắc của tính trực giao thường được sử dụng trong
phạm vi DSP .Trong toán học ,số hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu
các vecto.Theo định nghĩa ,hai vecto được gọi là trực giao với nhau khi chúng
vuông góc với nhau (tạo nhau một góc 90
0
) và tích của 2 vecto là bằng
0.Điểm chính ở đây là ý tưởng nhân hai hàm số với nhau , tổng hợp các tích
và nhận được kết quả là 0.




Đầu tiên ta chú ý đến hàm số thông thường có giá trị trung bình bằng
không.(VD giá trị trung bình của hàm sin dưới đây )
Nếu cộng bán kỳ dương và bán kỳ âm của dạng sóng sin như dưới đây
chúng ta sẽ có kết quả là 0 .Quá trình tích phân có thể được xem xét khi tìm
ra diện tích dưới dạng đường cong .Do đó di
ện tích của 1 sóng sin có thể
được viết như sau:

∫

=
k
dtt
π
ω
2
0
0)sin(

Quá trình tích phân có thể đựoc xem xét khi tìm ra diện tích dưới dạng
đường cong .Do đó ,diện tích của một sóng sin có thể được viết như sau :




V
V
2
=0
Hình 4.2h-1 : Tích của 2 vecto trực giao bằng 0


Nếu chúng ta nhân và cộng (tích phân) hai dạng sóng sin có tần số khác
nhau .Ta nhận thấy quá trình này cũng bằng 0.


Hình 4.2h2 : Giá trị trung bình của sóng Sin bằng 0.
Biên
độ

Điều này gọi là tính trực giao của dạng sóng sin .Nó cho thấy rằng miễn là
hai dạng sóng sin không có cùng tần số ,thì tích phân của chúng sẽ bằng
không .Thông tin này là điểm mấu chốt của để hiểu quá trình điều chế
OFDM.

Nếu hai tích phân khác tần số thì :


t
t
t
Biên độ
Hình : Tích phân của hai sóng sin khác tần số


Nếu hai sóng sin có cùng tần số như nhau thì dạng sóng hợp thành luôn
dương ,giá trị trung bình của nó luôn khác không (hình trên ).Đây là cơ cấu
rất quan trọng cho quá trình giải điều chế OFDM .Các máy thu OFDM biến đổi
tín hiệu thu đuợc từ miền tần số nhờ dùng kỹ thuật xử lý tín hiệu số gọi là
biến đổi nhanh Fourier (FFT)
Việc giải điều chế chặt chẽ được thực hiện kế
tiếp trong miền tần số (digital
domain) bằng cách nhân một sóng mang được tạo ra trong máy thu đơn với
một sóng mang đuợc tạo ra trong máy thu có cùng chính xác tần số và pha
.Sau đó phép tích phân được thực hiện tất cả các sóng mang sẽ về không
ngoại trừ sóng mang được nhân,nó được dịch lên trục x ,được tách ra hiệu
quả và giá trị symbol của nó khi đó đã được xác định .Toàn bộ quá trình này

được lập lại khá nhanh chóng cho mỗi sóng mang ,đến khi tất cả các sóng
mang
đã được giải điều chế.
Nhiều lý thuyết chuyển đổi được thực hiện bằng chuỗi trực giao .
t
t
t
Biên
đ
ộ
Hình : Tích phân các sóng hình sin có cùng tần số


♣
Từ phân tích trên ta có thể rút ra kết luận :

♦
Để khắc phục hiện tượng không bằng phẳng của đáp tuyến kênh
cần dùng nhiều sóng mang ,mỗi sóng mang chỉ chiếm một phần nhỏ băng
thông ,do vậy bị ảnh hưởng không lớn của đáp tuyến kênh đến dữ liệu nói
chung .
♦
Số sóng mang càng nhiều càng tốt nhưng cần phải có khoảng bảo
vệ để tránh can nhiễu giữa các sóng mang .Tuy nhiên để tận dụng tốt nhất
thì dùng các sóng mang trực giao ,khi đó các sóng mang có thể trùng lắp
nhau mà vẫn không gây can nhiễu .


4.2.1 MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA OFDM

Mô tả toán học OFDM là trình bày tín hiệu được tạo ra như thế nào ,máy
thu vận hành như thế nào và cũng cung cấp một công cụ để hiểu rõ những
tác động không hoàn hảo trong kêng truy
ền.
Phương pháp điều chế OFDM truyền một số lớn sóng mang có dãi thông
hẹp được đặt cách nhau chính xác trong miền tần số .Để tránh việc sử dụng
một số lượng lớn bộ điều chế và bộ lọc ở máy phát cũng như một số luợng
lớn bộ lọc và bộ giải điều chế bổ sung ở máy thu thì phương pháp này phải
sử d
ụng công nghệ xử lý tín hiệu số hiện đại.
Trong toán học ,mỗi sóng mang được mô tả như một sóng phức :

)]([
)()(
tj
cc
cc
etAts
Φ+
=
ω


Tín hiệu thực là phần thực của S
c
(t).Cả Ac(t) và
Φ
c
(t)( Biên độ và pha tương
ứng của sóng mang ) có thể thay đổi trên mỗi symbol thông qua symbol cơ

bản.Đối với điều chế QPSK , biên độ của sóng mang thường bằng 1 và pha sẽ
lấy một trong bốn góc phần tư pha của hệ thống điều chế QPSK thông
thường .Đối với symbol thứ p ,trên khoảng thời gian (p-1)
τ
<t<p
τ
,
Φ
c
(t) sẽ
chiếm một giá trị tập hợp góc 0
0
,90
0
,180
0
,270
0
.
Phương pháp điều chế OFDM sử dụng rất nhiều sóng mang ,vì vậy tín hiệu
phức S
s
(t) được thể hiện bởi công thức :


∑
−
=
Φ+
=

1
0
)]([
)(
1
)(
N
n
ttj
cs
cn
etA
N
tS
ω



Trong đó :
ω
n
=
ω
0
+n
∆ω


Tất nhiên ,đây là một tín hiệu liên tục .Nếu dạng sóng của mổi phần tử tín
hiệu trên một chu kỳ symbol trên một chu kỳ được xem xét thì các biến số

A
c
(t) và
φ
c
(t) và nhận các giá trị cố định mà các giá trị này phụ thuộc vào tần
số của sóng mang cụ thể đó ,và như vậy có thể viết lại như sau
nc
nc
AtA
tt
⇒
⇒
)(
)()(
φφ



Nếu tín hiệu được lấy mẫu với tần số lấy mẫu có giá trị là 1/T ( với T là chu
kỳ lấy mẫu),thì tín hiệu hợp thành được thể hiện bởi công thức :


∑
−
=
Φ+∆+
=
1
0

]][(
0
1
)(
N
n
kTnj
ns
n
eA
N
kTS
ωω
(4.2.1)


Ở điểm này khoảng thời gian tín hiệu được phân thành N mẫu đã được giới
hạn .Nó là thuận lợi để lấy mẫu trong một chu kỳ của một symbol dữ liệu .Vì
thế có mối liện hệ .
τ
=NT

Nếu bây giờ đơn giản biểu thức (4.2.1) mà không làm mất tính tổng
quát bằng cách cho
ω
0
=0 ,thì tín hiệu trở thành :


∑

−
=
∆
Φ
=
1
0
)(
1
)(
N
n
kTnj
j
ns
eeA
N
kTS
n
ω
(4.2.2)


Tiếp theo ta có thể so sánh biểu thức (4.2.2) với dạng tổng quát của biến đổi
Fourier ngược :

Nnkj
N
n
e

NT
n
G
N
kTg
/2
1
0
1
)(
π
∑
−
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
(4.2.3)

Trong biểu thức 4.2.2 ,hàm số A
n
e
jΦ
giống như định nghĩa của tín hiệu trong
khoảng tần số lấy mẫu và S(kT) là một biểu diễn trong miền thời gian .

Biểu thức 4.2.2 và 4.2.3 là tương đương nếu :

τ
11
==∆
N
T
f


Đây cũng là điều kiện yêu cầu cho tính trực giao .Do đó kết quả của việc bảo
toàn tính trực giao là tín hiệu OFDM có thể được xác định bằng cách thủ tục
biến đổi Fourier.
Các thành phần của một mạng trực giao thì độc lập tuyến tính với nhau
.Có thể xem tập hợp các sóng mang phát đi
ψ
ml à một mạng trực giao được
cho bởi công thức :
)exp()( tjt
kk
ωψ
=

t
k
k
πωω
2
0
==

(4.2.4)

Nếu tập hợp các sóng mang này thật sự trực giao thì mối quan hệ trực giao
trong biểu thức (4.2.1) sẽ được biểu diễn như sau :

∫∫
−==ΨΨ
−
b
a
tqpj
b
a
pp
abdtedttt )()()(
]/](2[*
τπ
khi p=q

τπ
τπτπ
/)(2
/)(2[]/)(2[
qpj
ee
aqpjbqpj
−
−
=
−−

=0 khi p≠q và (b-a)=
τ

(4.2.5)
(Nhớ rằng p và q là hai số nguyên )



Các sóng mang thường tách riêng ra tần số 1/
τ
,đạt đến yêu cầu qui định của
tính trực giao thì chúng được tương quan trên một thời đoạn
τ
.Nếu tích phân
đuợc mở rộng ra cả pha của mỗi sóng mang thì biểu thức (4.2.1) được sửa lại
như biểu thức (4.2.5).Đây là sự tính toán cần thiết cho máy thu .
Những tín hiệu thì trực giao nếu chúng độc lập với nhau .Sự trực giao là
một thuộc tính cho phép truyền tín hiệu một cách hoàn hảo trên một kênh
chung và phát hiện chúng mà không có can nhiễu .Việc tổn hao tính trực giao
làm sút kém kết quả những tín hiệu thông tin này và giảm phẩm chấ
t thông
tin và nhiều sơ đồ ghép kênh trực giao .Ghép kênh theo thời gian(TDM) cho
phép truyền nhiều tín hiệu thông tin trên một kênh đơn bởi việc gán khe thời
gian đồng nhất cho mỗi tín hiệu thông tin riêng biệt .Trong mỗi khe thời gian
chỉ một tín hiệu từ một nguồn đơn thì được ,khi truyền ngăn ngừa sự can
nhiễu bất kỳ giữa nhiều nguồn thông tin .Do vậy TDM này trực giao về bản
chất .Trong miền tần số ,đa s
ố các hệ thống FDM trực giao vì mỗi tín hiệu
truyền riêng biệt được để cách ly nhau theo tần số để ngăn ngừa can nhiễu
.Mặc dù những phương pháp này là trực giao thuật ngữ OFDM đã được dành

riêng cho một dạng cho một dạng đặt biệt của FDM.Những tải phụ trong
OFDM được đặt gần nhau ,gần nhất theo lý thuyết trong khi duy trì tính trực
giao của chúng .OFDM đạt được trực giao trong miền tần số bởi việc sắp xếp
mổi một trong các tín hiệu thông tin riêng biệt cho các tải phụ khác nhau
.Các tín hiệu OFDM được tạo thành từ tổng các tín hiệ
u hìn sin ,mỗi hình sin
tương ứng với một tải phụ .Dảy tần số cơ bản của mỗi tải phụ được chọn là
số nguyên lần thời gian symbol.Kết quả là tất cả các tải phụ có một số
nghyên các chu kỳ trong một symbol .Và chúng trực giao với nhau .


4.2.2 TRỰC GIAO MIỀN TẦN SỐ


Cách khác để xem xét tính trực giao của những tín hiệu OFDM là xem phổ
của nó. Trong miền tầ
n số mỗi sóng mang thứ cấp OFDM có đáp tyến tần số
sinc (sin(x)/x).Đó là kết quả của thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo
của khoảng cách sóng mang .Mỗi symbol OFDM được truyền trong một thời
gian cố định (T
FFT
).Thời gian sumbol này tương ứng với nghịch đảo của
khoảng cách tải phụ 1/T
FFT
Hz.Dạng sóng trong hình chữ nhật này trong miên
thời gian dẫn đến đáp tuyến tần số sinc trong miền tần số . Dạng sinc có 1
búp chình hẹp ,với nhiều búp biên có cường độ giảm dần theo tần số khi đi ra
khỏi tần số trung tâm .Mỗi tải phụ có một đỉnh tại tần số trung tâm và một số
giá trị không được đặt cân bằng theo các lỗ trống tần số bằng khoảng cách
sóng mang .Bả

n chất trực giao của việc truyền là kết quả của đỉnh của mỗi tải
phụ tương ứng với Nulls của các tải phụ khác.Khi tín hiệu này đuợc phát hiện
nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT).









4.3 TẠO VÀ THU OFDM

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những bank
lớn các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự .
Hình 4.3.1 là sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối OFDM tiêu biểu .Phần máy
phát biến đổi dữ liệu số cần truyền , ánh xạ vào biên độ và pha của các tải
phụ .Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ
của dữ liệu vào trong miền thời gian
nhờ sử dụng biến đổi Fourier rời rạc đảo (inverse Discrecte Fourier
Transform).Biến đổi nhanh Fourier đảo (Inverse Fast Fourier Transform) thực
hiện cùng một thuật toán như IDTF , ngoại trừ rằng nó tính hiệu quả hơn
nhiều và do vậy nó được sử dụng trong tất cả các hệ thống thực tế .Để
truyền tín hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian được tính toán được phách lên
tần s
ố cần thiết .Máy thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát .Khi
dịch tính hiệu RF xuống băng cơ sở để xử lý ,sau đó sử dụng biến đổi Fourier
nhanh (FFT) để phân tích tín hiệu trong miền tần số .Sau đó biên độ và pha
của các tải phụ được chọn ra và đuợc biến đổi ngược lại thành dữ liệu số .

Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và biến đổi Fourier nhanh(FFT) là hàm bổ
sung và thuật ngữ thích hợp nhất được dùng phụ thuộc vào liệu tín hiệu đang
được thu hoặc đang được phát .Trong nhiều trường hợp tín hiệu là độc lập
với s
ự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể được sử dụng thay thế
cho nhau .






4.3.1 NỐI TIẾP - SONG SONG

Dữ liệu cần truyền thường có dạng dòng dữ liệu nối tiếp .Trong OFDM ,mỗi
symbol thường truyền 40-4000 bit và do vậy giai đoạn biến đổi song song
thành nối tiếp là cần thiết để biến đổi dòng, bit nối tiếp đầu vào thành dữ liệu
cần truyền trong mỗi symbol OFDM .Dữ liệ
u được phân phối cho mỗi symbol
phụ thuộc vào sơ đồ điều chế được sử dụng và trên mỗi tải phụ có thể thay
đổi và như vậy số bit tảii phụ cũng thay đổi .Kết quả là giai đoạn biến đổi nối
tiếp thành song song bao hàm việc làm đầy payload dữ liệu của mỗi tải phụ
ĐIỀU CHẾ
QPSK,QAM…etc
IFFT D/A
ĐIỀU CHẾ
QPSK,QAM…etc
FFT A/D
TRANSMITTER
RECEIVER

Tín hiệu OFDM
băng gốc
Tín hiệu OFDM
băng gốc
(baseband)
Hình OFDM transmitter và receiver