ƯỚC LƯỢNG KÊNH TRUYỀN bán mù TRONG hệ THỐNG OFDM

M CL C

Trang tựa

TRANG

QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI
Lụ L CH KHOA H C ............................................................................................... i
L I CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
L I C M N ........................................................................................................... iii
M C L C ................................................................................................................. iv
DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T ...................................................................... vi

DANH SÁCH CÁC B NG .................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ....................................................................................... ix
Ch

ng 1: T NG QUAN ...........................................................................................1

1.1. T ng quan chung v lĩnh vực nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong vƠ
ngoƠi n c đƣ công b : ...........................................................................................1
1.2. M c đích c a đ tƠi. .......................................................................................7
1.3. Nhi m v c a đ tƠi vƠ gi i h n đ tƠi. .........................................................7
1.4. Ph
Ch

ng pháp nghiên c u. ..............................................................................7

ng 2: C S Lụ THUY T ................................................................................8

2.1. Kỹ thu t đi u ch phơn chia tần s trực giao OFDM ....................................8
2.1.1.

S đ kh i h th ng OFDM: ...............................................................8

2.1.2.

Ánh x đi u ch ...................................................................................9

2.1.3.



u điểm - nh

c điểm c a h th ng OFDM ....................................10

u điểm c a h th ng OFDM .......................................................................10
Nh

c điểm c a h th ng OFDM: ................................................................11

2.2. Đặc tính kênh truy n vô tuy n trong h th ng OFDM ................................11
2.2.1.

Sự suy gi m tín hi u (Attenuation) ...................................................11

2.2.2.

Hi u ng đa đ

2.2.3.

D ch Doppler .....................................................................................17

2.2.4.

Nhi u AWGN ....................................................................................17

ng ............................................................................12

iv


2.2.5.

Nhi u liên ký tự ISI ...........................................................................17

2.2.6.

Nhi u liên sóng mang ICI .................................................................18

2.3.

cl

ng kênh truy n bán mù ...................................................................20

2.3.1. H th ng

cl

ng kênh truy n bán mù .................................................20

2.3.2.1.

S đ h th ng

cl

ng kênh truy n bán mù ....................................20

2.3.2.2.

Cấu trúc pilot đ

c chèn vƠo d li u ....................................................22

2.3.2.3.

Mô hình kênh truy n ITU s d ng cho Wimax di đ ng .......................25

2.3.2.
ng d ng thu t toán EM (Expectation Maximization) cho
c l ng
kênh truy n bán mù ...............................................................................................27
2.3.2.1.

Gi i thi u thu t toán EM ......................................................................27

2.3.2.2.

Gi i thi u thu t toán LS ........................................................................28

2.3.2.3.

Gi i thu t Kalman s d ng cho

2.3.2.4.

Áp d ng thu t toán EM vƠo

cl

cl

ng kênh truy n .......................28

ng kênh truy n ............................29

2.3.2.5. K t h p thu t toán EM v i thu t toán LS, Kalman để tính đáp ng tần
s kênh truy n .......................................................................................................31
1.

Ch

cl

ng theo tiêu chuẩn LS .................................................................31

2.

K t h p thu t toán EM v i LS cho cấu trúc block pilot ..........................32

3.

Thu t toán EM cho cấu trúc comb pilot ...................................................33

ng 3: CÁC K T QU MỌ PH NG ................................................................38

3.1. Gi i thi u .....................................................................................................38
3.2. Đánh giá k t qu mô ph ng BER theo s lần lặp cho thu t toán EM .........43
3.3. So sánh BER các ph

ng pháp k t h p v i thu t toán EM ........................44

3.4. Đánh giá thu t toán EM khi d ch Doppler thay đ i ....................................47
Ch

ng 4: K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N ..............................................50

TÀI LI U THAM KH O .........................................................................................52

v


DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T

4G

Fourth Generation

AWGN

Additive White Gaussian Noise

BER

Bit-Error Rate

BS

Base Station

CP

Cyclic Prefix

CSI

Channel State Information

DFT

Dscrete Fourier Transform

EGC

Equal Gain Combining

EM

Expectation Maximization

FEC

Forward Error Correction

FFT

Fast Fourier Transform

ICI

Inter-Carrier Interference

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

ISI

Inter-Symbol Interference

ITU

International Telecommunication Union

LOS

Loine-Of-Sight

LS

Least Square

MIMO

Multi-Input Multi-Output

MISO

Multi-Input Single-Output

ML

Maximum Likelihood

M-PSK

M-Phase Shift Keying

MRC

Maximal-Ratio Combining

MS

Mobile Station

OFDM

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

PDF

Probability Density Function

P/S

Parallel to Serial
vi


QoS

Quality of Service

S/P

Serial to Parallel

SC

Selection-Combining

SIMO

Single-Input Multi-Output

SISO

Single-Input Single-Output

SNR

Signal-Noise Ratio

STBC

Space-Time Block Coding

TDMA

Time Division Multiple Access

vii

DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 2. 1: Sự phơn b lũy tích đ i v i phơn b Rayleigh ........................................15
B ng 2. 2: Các giá tr tr i tr thông d ng ..................................................................16
B ng 2. 3: Mô hình kênh truy n indoor ....................................................................27
B ng 2. 4: Mô hình kênh truy n pedestrian ..............................................................27
B ng 2. 5: Mô hình kênh truy n vehicular ................................................................28
B ng 3. 1: BER c a các tr

ng h p lặp 300, 500, 700, 1000 lần .............................45

B ng 3. 2: Giá tr BER c a các ph ng pháp c l ng kênh truy n k t h p thu t
toán EM .....................................................................................................................47
B ng 3. 3: Giá tr BER theo v n t c di chuyển trong các môi tr

viii

ng ......................49


DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 1.1. MSE vƠ BER v i đ dƠi kênh khác nhau ....................................................4
Hình 2. 1: S đ kh i c a h th ng OFDM .............................................................10
Hình 2. 2: B đi u ch vƠ gi i đi u ch ....................................................................10
Hình 2. 3: Quan h gi a t c đ ký tự vƠ t c đ bit ph thu c vƠo s bit trong m t ký
tự................................................................................................................................11
Hình 2. 4: nh h

ng c a môi tr

ng vô tuy n lên suy gi m tín hi u ....................13

Hình 2. 5: nh h

ng c a môi tr

ng vô tuy n lên hi u ng đa đ

ng ..................14

Hình 2. 6: Fading Rayleigh khi thi t b di đ ng di chuyển ( tần s 900MHz) .......15
Hình 2. 7: Tr i tr đa đ

ng ......................................................................................17

Hình 2. 8: L i d ch tần s gơy nhi u ICI trong h th ng OFDM ..............................20
Hình 2. 9: S đ h th ng

cl

ng kênh truy n bán mù .......................................21

Hình 2. 10: S p x p pilot d ng kh i ..........................................................................24
Hình 2. 11: S p x p pilot d ng l

c..........................................................................25

Hình 2. 12: Thu t toán EM cho cấu trúc block pilot m t ký tự ................................34
Hình 2. 13: Thu t toán EM cho cấu trúc block pilot m t nhóm ký tự ......................35
Hình 2. 14: Thu t toán EM k t h p LS v i cấu trúc comb pilot cho 1 ký tự OFDM
.................................................................................................................................126
Hình 2. 15: Thu t toán EM k t h p LS v i cấu trúc comb pilot cho 1 nhóm ký tự
OFDM .......................................................................................................................37
Hình 2. 16: Thu t toán EM k t h p LS vƠ Kalman v i cấu trúc comb pilot cho 1 ký
tự OFDM ...................................................................................................................38
Hình 2. 17: Thu t toán EM k t h p LS vƠ Kalman v i cấu trúc comb pilot cho 1
nhóm ký tự OFDM ....................................................................................................39
ix


Hình 3.1: L u đ ho t đ ng c a máy phát (1/2) .......................................................41
Hình 3.2: L u đ ho t đ ng c a máy phát (2/2) .......................................................42
Hình 3.3: L u đ ho t đ ng c a kênh truy n ...........................................................43
Hình 3.4: L u đ ho t đ ng c a máy thu..................................................................44
Hình 3.5: So sánh s lần lặp trong thu t toán EM ....................................................46
Hình 3.6: So sánh BER các ph

ng pháp k t h p thu t toán EM ............................48

Hình 3.7: BER theo v n t c trong môi tr

ng Indoor vƠ Pedestrian ........................50

x


Ch

ng 1:

T NG QUAN

1.1. T ng quan chung v lƿnh vực nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong vƠ
ngoƠi n

c đƣ công b :

Các th h m ng không dơy k ti p đ
v i các d ch v đa ph

c mong ch cung cấp cho các thuê bao

ng ti n không dơy nh truy c p Internet t c đ cao, truy n

hình di đ ng vƠ máy tính tích h p thi t b di đ ng, v. v… Sự đòi h i các d ch v nƠy
nhanh chóng tăng nhanh d n đ n yêu cầu các kỹ thu t truy n t c đ cao h n vƠ chất
l

ng d ch v (QoS) cũng ph i tăng theo trong khi băng thông không đ

c phép m

r ng. Nh ng năm gần đơy, công ngh thông tin di đ ng th h th t (4G) ra đ i vƠ
đang dần hoƠn thi n.
cl

ng kênh truy n lƠ thƠnh phần không thể thi u trong bất kì h th ng vô

tuy n nƠo. Khác v i m t m ng truy n d n có dơy, tín hi u kênh truy n trong thông
tin vô tuy n b tác đ ng b i nhi u y u t nh : fading, nhi u x hay tán x do các
công trình ki n trúc nằm gi a thi t b phát vƠ thi t b thu, t
nh h

ng các kênh phát k nhau, nh h

ng quan tín hi u do

ng b i tần s phát k nhau gi a các kênh,

nhi u xen kênh, … Do đó, th h thông tin di đ ng th hai đƣ dùng đa truy c p phơn
chia theo th i gian TDMA (Time Devision Modulation Access), ng
d ng đ n ph
v

cl

ng pháp

cl

ng dùng chu i huấn luy n. Hi n nay, các nghiên c u

ng kênh truy n vô tuy n có thể phơn thƠnh ba lo i:

vƠo chu i huấn luy n (
Trong

cl

cl

i ta đƣ s

ng rõ),

cl

ng kênh mù vƠ

cl
cl

ng kênh dựa

ng bán mù.

ng dựa trên chu i huấn luy n, gi s tín hi u phát đ

cs px p

g m các thông tin huấn luy n nh lƠ mƠo đầu c a chu i d li u, sau đó lƠ phần tín
hi u mang tin. Nh ng tín hi u huấn luy n nƠy hoƠn toƠn đ
1

c bi t

phía thu vƠ


th
l

ng có nh ng thi t k đặc bi t cho chu i huấn luy n nƠy. Ph
ng dựa trên huấn luy n có thể đ

ng pháp

c

c thực hi n dựa trên hai lo i pilot lƠ d ng l

(comb) hoặc d ng kh i (block) [2].

cl

c

ng kênh truy n pilot d ng kh i dùng

trong kênh truy n fading ch m; đi u nƠy gi s rằng hƠm truy n c a kênh truy n

không thay đ i nhanh trên các ký tự phát đi.
đ

ng kênh truy n pilot d ng l

c

c dùng đ n khi kênh truy n thay đ i trong m t kh i ký tự phát.
Đ iv i

đ

cl

cl

ng mù [4], ng

i thi t k lo i b chu i huấn luy n, tín hi u

c khôi ph c nh căn c trên thông tin thu đ

c. ụ t

ng chính c a thu t toán

nƠy dựa vƠo th ng kê tín hi u. Chẳng h n, n u phía phát truy n các chòm sao tín
hi u có tín đ i x ng v i các xác suất bi t tr

c bằng nhau, thì b thu nh n lu ng kí

hi u có trung bình th ng kê bằng 0. Thêm vƠo đó, v i thông tin v t
hi u phát, giá tr t

ng quan tín hi u thu cần tính có thể

cl

ng quan tín

ng phần nƠo đó giá

tr kênh truy n. Do v y, thông tin th ng kê cung cấp giá tr trung bình để

cl

ng

kênh. Nh lo i b kí hi u huấn luy n, gi i pháp nƠy cho hi u qu băng thông cao.
Mặc dù ph

ng pháp mù hi n t i có m t s

u điểm, nh ng chúng cũng m c

m t s h n ch so v i các kỹ thu t không mù. Nhìn chung, các thu t toán mù
th

ng có xu h

ng ph i tính toán t n chi phí h n. M t s ph

ng pháp mù h i t

v m t c c b ch không ph i lƠ t i thiểu toƠn c c do tính chất phi tuy n c a chúng.
Hai vấn đ trên có thể đ

c gi i quy t bằng cách s d ng m t chu i tín hi u huấn

luy n ng n h n. Mặc dù các thu t toán sau đó không còn mù, nh ng nó k t h p
nh ng u điểm c a thu t toán mù vƠ không mù. Trong thực t , ng
h p c hai ph

ng pháp để gi m thiểu chu i huấn luy n c a ph

mù, vƠ tính thi t thực c a ph
ti p c n nƠy đ

cl

truy n b

ng pháp không

ng pháp mù để tính toánv i chi phí thấp h n. Cách

c g i lƠ bán mù (semi-blind) [5].

Cấu trúc pilot cũng nh h
vi c

i thi t k k t

ng đáng kể t i vi c

cl

ng kênh truy n, vì

ng kênh truy n ph thu c rất nhi u vƠo chu i huấn luy n pilot. Kênh
nh h

ng b i rất nhi u d ng nhi u nh fading, doppler, suy gi m tín

hi u. . . Nh ng tác nhơn nƠy s gơy bi n đ i rất l n đ n chu i pilot nh n đ
2

ct ib


thu. NgoƠi ra công suất phát cho pilot quá l n s

nh h

ng t i năng l

ng tiêu t n

c a h th ng. Do vi c xơy dựng cấu trúc pilot cũng lƠ m t y u quan tr ng cần quan
tâm. Tr

c đơy, chu i ng u nhiên th

nhiên chu i nƠy l i không đ t đ
b

nh h

ng đ

c s d ng lƠm chu i huấn luy n. Tuy

c t i u trong vi c

cl

ng kênh truy n do d

ng b i nhi u. M t s bƠi báo, công trình khoa h c đƣ ch ra rằng chu i

pilot cách đ u pha vƠ biên đ có thể kh c ph c đ
công suất phát cho pilot

m c chấp nh n đ

c nh h

ng c a nhi u vƠ duy trì

c. M t d ng khác c a chu i pilot đó

lƠ chu i pilot trực giao, các thƠnh phần sóng mang ph c a chu i đ

c trực giao v i

nhau thông qua quy trình trực giao Gram-Schmidt [6]. Nh vƠo tính trực giao nên
nh h

ng c a nhi u đƣ đ

c kh c ph c. Tuy nhiên công suất phát l i quá l n đ i

v i cấu trúc pilot d ng nƠy.
M t s k t qu nghiên c u đƣ công b :
 Trong bài "Blind Channel Estimation Enhancement For MIMO OFDM Systems Under High Mobility Conditions" [4] tác gi đƣ trình
bày sự c i ti n c a các

cl

ng kênh mù trong h th ng OFDM đa

anten ho t đ ng trên kênh fading ch n l c tần s . Cách ti p c n không
gian con, đƣ cho thấy hi u qu vƠ tính linh ho t c a nó so v i các
ph

ng pháp

ti n đƣ đ

cl

ng kênh khác. Vi c thực hi n các

cl

ng c i

c đi u tra b i các mô ph ng máy tính. K t qu cho thấy rõ

hi u qu c a thu t toán mƠ tác gi đ ra, cũng nh c i ti n nó dựa trên
các kỹ thu t không gian con hi n có. Phơn tích lý thuy t vƠ mô ph ng
k t qu cho thấy rằng thu t toán có hi u suất t t cho tr i ph Doppler
cao.

3


Hình 1.1. MSE vƠ BER v i đ dƠi kênh khác nhau
4


Các hình trên cho thấy BER đ i v i các giá tr khác nhau c a đ dƠi c a các
kênh vƠ v i tr i ph Doppler khác nhau. Chúng ta có thể đánh giá rằng k t
qu lƠ th a mƣn vƠ đ
thấy rằng khi SNR d
nh ng khi SNR v

c tăng c

ng so v i các công trình khác. Chúng ta

i 10 dB thì BER lƠ thấp h n cho chi u dƠi kênh là 4

t quá 10dB thì chi u dƠi kênh lƠ 8 s t t h n.

 Trong bài "Semi-blind MIMO-OFDM Channel Estimation based on

ICA and Pilot Carriers" [6], tác gi đƣ đ xuất m t ph
l

ng pháp

c

ng kênh truy n MIMO-OFDM bán mù hi u qu dựa trên ICA

(Independent Component Analysis) và chu i pilot. Các hoán v bất
đ nh v n có ICA đƣ đ

c gi i quy t thƠnh công bằng cách ch p gi a

d li u vƠ chu i pilot. H n n a, so v i ph

ng pháp thông th

ng,

ICA ph c t p đƣ gi m đáng kể, đ chính xác vƠ t c đ h i t đƣ đ
c i thi n bằng các ma tr n ti n

cl

c

ng riêng bi t. Các k t qu mô

ph ng máy tính cũng ch ng minh hi u qu c a ph

ng pháp đ xuất.

 Trong bài "Joint Precoding Algorithm for OFDM Blind Channel

Estimation" [3], tác gi đƣ đ
Hadamard cho

cl

xuất m t thu t toán ti n mƣ hóa

ng kênh mù trong h th ng OFDM trên kênh

fading Rayleigh. Đ án đ xuất xem xét c l i
hi n. Vi c thực hi n các thu t toán đ xuất đƣ đ
ch

cl

ng vƠ l i phát

c đi u tra b i các

ng trình mô ph ng máy tính. K t qu cho thấy rõ rƠng rằng t i

SNR 30dB, ph

ng pháp đ xuất có thể đ t đ

h n lên đ n 10-3 so v i các ph

ng pháp thông th

c hi u suất BER t t
ng.

 Trong "MIMO-OFDM Channel Estimation using Pilot Carries" [1],
ph

ng pháp

cl

thực hi n v i ph

ng kênh truy n dựa vƠo APES vƠ GAPES đƣ đ

ng pháp APASBCE vƠ nó cho thấy rằng có sự c i

thi n trong các k t qu c a
ph

ng pháo

thấy các ph

c

cl
ng pháo

cl

ng kênh bán mù s d ng các ch

ng

ng dựa trên các b l c trên. K t qu so sánh cho
cl

ng kênh truy n ph c t p có thể đ

th bằng cách s d ng các ph

c thay

ng pháp dựa trên v i các b l c mƠ đ
5


xuất lƠ ph

ng pháp APASBCE. Th i gian mô ph ng lƠ ít h n cho

APASBCE dựa vƠo ph

ng pháp

c l

ng kênh truy n APES vƠ

GAPES vƠ h n n a b n chất thích nghi c a các ch
rất d dƠng để thực hi n. Các ch
môi tr

ng trình dựa trên l c

ng trình có thể đ

c thực hi n trong

ng di đ ng vƠ trong các khu đô th n i mƠ có nhi u hi u ng vƠ

fading. Các ph

ng pháp có thể đ

dùng MIMO, n i có s l

c m r ng cho các h th ng đa ng

i

ng nhi u d li u mất h n do sự giao thoa vƠ

fading
 Trong bƠi "Gi i pháp s d ng b l c thích nghi Kalman cho h th ng

c

l

ng kênh truy n Wimax di đ ng" [12], bƠi báo đƣ phơn tích các b

c

l

ng thích nghi s d ng b l c Kalman vƠ Kalman m r ng (EKF). Các

thông s mô ph ng dựa trên tiêu chuẩn 802. 16e vƠ mô ph ng t i tần s
2. 5GHz v i băng thông 20MHz. BƠi báo đƣ mô ph ng ng d ng các b
cl

ng thích nghi dựa vƠo b l c Kalman trong môi tr

v n t c di chuyển khác nhau (t

ng fading v i

ng ng v i đ d ch tần Doppler khác

nhau). V i môi tr

ng fading v i t c đ di chuyển thấp (môi tr

ng

indoor), B

ng EKF cho k t qu

ng

c l

pedestrian, các b

cl

t t nhất. V i môi tr

ng v n cho k t qu chấp nh n đ

c v i đ d ch

tần thấp (t c đ di chuyển ch m). V i đ d ch tần cao thì các b cơn bằng
cho k t qu không t t vƠ có sai s l n. V i nh ng u điểm vƠ h n ch c a
b l c thích nghi Kalman vƠ EKF, ngoƠi nh ng u điểm đ
thể nơng cao chất l

ng h th ng, để kh c ph c nh ng nh

c đ xuất có
c điểm c a

gi i thu t Kalman, bƠi báo đ xuất nên h n ch s d ng gi i thu t b l c
thích nghi khi phát hi n môi tr
b

cl

ng fading quá nhanh, có thể k t h p gi a

ng thích nghi vƠ truy n th ng vƠ s d ng linh ho t tùy đi u

ki n kênh truy n. Đơy cũng lƠ m t trong nh ng h
theo c a bƠi báo nhằm kh c ph c đ
d ch tần Doppler l n

6

c trong môi tr

ng nghiên c u ti p
ng fading v i đ


 Trong lu n văn th c sỹ: "Hi u qu c a m u Pilot cho

cl

ng kênh

truy n d n OFDM" [13], tác gi đƣ dùng m u pilot để

cl

ng kênh

truy n theo thu t toán LS vƠ MMSE. K t qu cho thấy thu t toán MMSE
cho k t qu t t h n (BER lên đ n 10-5 t i SNR 20)
1.2. M c đích c a đ tƠi.
Tìm hiểu vƠ đánh giá gi i thu t

cl

ng kênh truy n bán mù s d ng thu t

toán EM (Expectation Maximization) cho h th ng OFDM.
1.3. Nhi m v c a đ tƠi vƠ gi i h n đ tƠi.
Đ tƠi t p trung nghiên c u các gi i thu t

cl

ng kênh truy n bán mù s

d ng thu t toán EM cho mô hình h th ng OFDM trên kênh truy n bất bi n theo
th i gian.
1.4. Ph

ng pháp nghiên c u.

Dựa trên c s d li u trực tuy n c a IEEE, tác gi s u t p các bƠi báo khoa
h c để nghiên c u, đánh giá các h th ng có s d ng gi i thu t
truy n bán mù dùng thu t toán EM đƣ đ
s

cl

ng kênh

c phát triển b i các nhƠ nghiên c u, giáo

các Đ i h c, Vi n nghiên c u trên th gi i. Căn c vƠo các gi i thu t đƣ phát

triển, tác gi s triển khai h th ng để đánh giá gi i thu t

cl

ng kênh truy n bán

mù dùng thu t toán EM trong h th ng OFDM. H th ng mô ph ng đ
bằng phần m m Matlab.

7

c thực hi n


Ch

C

S

ng 2:

Lụ THUY T

2.1. K thu t đi u ch phơn chia t n s trực giao OFDM
2.3.1

S đ kh i h th ng OFDM:
Hình 2.1 mô tả s đô khôi của mô ̣t hê ̣ thông thu phat OFDM tiêu biể u . Đầu

tiên d li u nh phơn t c đ cao s đ

c đi u ch ánh x bằng M-QAM vƠ đ

hóa bằng cách s d ng thu t toán s a l i thu n (FEC) vƠ đ
h n h p. Các ký tự đi u ch sau đó s đ

c mƣ

c s p x p theo m t tự

c chia thƠnh nhi u dòng d li u song

song t c đ thấp h n nh b chuyển đ i n i ti p thƠnh song song (S/P: Serial/
Parrallel). Nh ng ký tự h n h p đ
tính toán các m u th i gian t

đó, kho ng b o v đ

c đ a đ n đầu vƠo c a kh i IDFT. Kh i nƠy s

ng ng v i các kênh nhánh trong mi n tần s . Sau

c chèn vƠo để gi m nhi u xuyên ký tự ISI do truy n trên các

kênh di đ ng vô tuy n đa đ

ng t o thƠnh các ký tự OFDM. Các ký tự OFDM song

song qua b chuyển từ song song sang n i ti p. Sau cùng b l c phía phát đ nh d ng
tín hi u th i gian liên t c s chuyển đ i lên tần s cao để truy n trên các kênh.
Trong quá trình truy n, trên các kênh s có các ngu n nhi u gơy nh h

ng nh

nhi u tr ng c ng AWGN, …
phía thu, tín hi u đ
đ

c chuyển xu ng tần s thấp vƠ tín hi u r i r c đ t

c t i b thu. Kho ng b o v đ

c lo i b vƠ các m u đ

c chuyển từ mi n th i

gian sang mi n tần s bằng phép bi n đ i DFT dùng thu t toán FFT. Sau đó, tùy
vào s đi u ch đ
nhánh s đ
đ

c s d ng, sự d ch chuyển v biên đ vƠ pha c a các sóng mang

c cơn bằng bằng b cơn bằng kênh. Các ký tự h n h p thu đ

c s p x p ng

c tr l i vƠ đ

c gi i mƣ. Cu i cùng chúng ta s thu đ

d li u n i ti p ban đầu.
8

cs

c dòng


D li u
nh phơn Ánh x
đi u
ch

S/P

IDFT

Chèn
kho ng
b ov

P/S

Khu ch
đ i đi u
ch RF
Kênh truy n
AWGN
n(t)

D li u
ngõ ra

Gi i
đi u
ch

P/S

c
l ng
kênh

DFT

Lo i b
kho ng
b ov

S/P

+
Khu ch
đ i gi i
đi u ch
RF

Hình 2. 1: S đô khôi của hê ̣ thông OFDM
Ánh x đi u ch

2.3.2

Hình 2.2: B đi u ch vƠ gi i đi u ch
Từng ký tự b bít s đ
l

c đ a vƠo b mapper m c đích lƠ nơng cao dung

ng kênh truy n. M t ký tự b bit s t

ng ng m t trong M = 2b tr ng thái hay

m t v trí trong gi n đ chòm sao.


BPSK s d ng ký tự 1bit, bit 0 hoặc bit 1 s xác đ nh tr ng thái pha 00
hoặc 1800, t c đ baund hay t c đ chu i s bằng t c đ bit Baund=Rb.
9




QPSK s d ng ký tự 2 bit (Dibit), Baund =Rb/2.



8-PSK hay 8-QAM s d ng ký tự 3 bit (Tribit), Baund=Rb/3.



16-PSK hay 16-QAM s d ng ký tự 4 bit (Quabit), Baund=Rb/4.

Hình 2. 3: Quan h gi a t c đ ký tự vƠ t c đ bit ph thu c vƠo s bit trong m t ký
tự
S bit đ

c truy n trong m t ký tự tăng lên (M tăng lên), thì hi u qu băng

thông Befficiency=Rb/BT=log2(M)=b[bps/Hz] tăng lên, tuy nhiên sai s BER cũng s
tăng lên.
2.3.3

-

u đi m - nh

c đi m c a h th ng OFDM

u đi m c a h th ng OFDM
OFDM tăng hi u suất s d ng bằng cách cho phép ch ng lấp nh ng sóng
mang con.

-

Bằng cách chia kênh thông tin ra thƠnh nhi u kênh con fading phẳng băng
hẹp, các h th ng OFDM ch u đựng fading lựa ch n tần s t t h n nh ng h
th ng sóng mang đ n.
10


OFDM lo i trừ nhi u ký tự (ISI) vƠ xuyên nhi u gi a các sóng mang (ICI)

-

bằng cách chèn thêm vƠo m t kho ng th i gian b o v tr

c m i ký tự.

S d ng vi c chèn kênh vƠ mƣ kênh thích h p, h th ng OFDM có thể khôi

-

ph c l i đ

c các ký tự b mất do hi n t

ng lựa ch n tần s c a các kênh.

Kỹ thu t cơn bằng kênh tr nên đ n gi n h n kỹ thu t cơn bằng kênh thích

-

ng đ

c s d ng trong nh ng h th ng đ n sóng mang.

S d ng kỹ thu t DFT để b sung vƠo các ch c năng đi u ch vƠ gi i đi u

-

ch lƠm gi m ch c năng ph c t p c a OFDM.
OFDM ít b

-

nh h

ng v i kho ng th i gian lấy m u h n so v i h th ng

đ n sóng mang.
 Nh

c đi m c a h th ng OFDM:

Ký tự OFDM b nhi u biên đ v i m t kho ng đ ng l n. Vì tất c các h

-

th ng thông tin thực t đ u b gi i h n công suất, tỷ s PARR cao lƠ m t bất
l i nghiêm tr ng c a OFDM n u dùng b khu ch đ i công suất ho t đ ng
mi n bƣo hòa đ u khu ch đ i tín hi u OFDM.
-

Mơt mat hiê ̣u suơt phổ do chen khoảng d ̣ tr ̃ .

-

Nh y v i hi u ng tr i ph Doppler h n so v i h th ng đ n sóng mang .

-

Nhiễu pha do s ̣ không phôi h ̣p gi ̃ a cac bô ̣ dao đô ̣ng ̉ may phat va may
thu co thể ảnh h ̉ ng nhiêu đên chơt l

̣ng hê ̣ thông.

Ph i có sự đ ng b chính xác v tần s vƠ th i gian, đă ̣c biê ̣t la tơn s

2.2.

Đặc tính kênh truy n vô tuy n trong h th ng OFDM

2.2.1.

Sự suy gi m tín hi u (Attenuation)

Sự suy gi m tín hi u lƠ sự suy hao m c công suất tín hi u trong quá trình
truy n từ điểm nƠy đ n điểm khác. Đi u nƠy có thể lƠ do đ
tòa nhƠ cao tầng vƠ hi u ng đa đ

ng truy n dƠi, do các

ng. Hình 2. 4 cho thấy m t s nguyên nhơn lƠm

11


suy gi m tín hi u. Bất kì m t v t c n nƠo trên đ

ng truy n đ u có thể lƠm suy

gi m tín hi u.

Tán x
Truy n thẳng

Ph n x

Khúc x
Che khuất

Tr m di đ ng

Tr m g c

Tán x

Hình 2. 4: nh h
2.2.2.

Hi u ng đa đ

ng c a môi tr

ng vô tuy n lên suy gi m tín hi u

ng

 Rayleigh fading
Trong đ

ng truy n vô tuy n, tín hi u RF từ máy phát có thể b ph n x từ các

v t c n nh đ i, nhƠ c a, xe c …sinh ra nhi u đ
ng đa đ

ng tín hi u đ n máy thu (hi u

ng) d n đ n l ch pha gi a các tín hi u đ n máy thu lƠm cho biên đ tín

hi u thu b suy gi m. Hình 2. 5 ch ra m t s tr
thể x y ra.

12

ng h p mƠ tín hi u đa đ

ng có


Đ

ng ph n x

Phát
Đ

Thu

Hình 2. 5: nh h

ng c a môi tr

ng đi thẳng

ng vô tuy n lên hi u ng đa đ

ng

M i quan h v pha gi a các tín hi u ph n x có thể lƠ nguyên nhơn gơy ra
nhi u có cấu trúc hay không có cấu trúc. Đi u nƠy đ
rất ng n (thông th

c tính trên các kho ng cách

ng lƠ m t n a kho ng cách sóng mang), vì v y

đơy g i lƠ

fading nhanh. M c thay đ i c a tín hi u có thể thay đ i trong kho ng từ 10-30dB
trên m t kho ng cách ng n. Hình 2. 6 mô t các m c suy gi m khác nhau có thể x y
ra do fading.

13


Hình 2. 6: Fading Rayleigh khi thi t b di đ ng di chuyển ( tần s 900MHz)
Phơn b Rayleigh đ

c s d ng để mô t th i gian th ng kê c a công suất tín

hi u thu. Nó mô t xác suất c a m c tín hi u thu đ

c do fading. B ng 2. 1 ch ra

xác suất c a m c tín hi u đ i v i phơn b Rayleigh.
B ng 2. 1: Sự phơn b lũy tích đ i v i phơn b Rayleigh
M c tín hi u

Xác suất c a m c tín hi u nh

(dB)

h n giá tr cho phép (%)

10

99

0

50

-10

5

-20

0. 5

-30

0. 05

 Fading lựa ch n t n s
14


Trong bất kỳ đ

ng truy n vô tuy n nƠo, đáp ng ph không bằng phẳng do

có sóng ph n x đ n đầu vƠo máy thu. Sự ph n x có thể d n đ n tín hi u đa đ
c a công suất tín hi u t

ng

ng tự nh tín hi u trực ti p gơy suy gi m công suất tín

hi u thu do nhi u. ToƠn b tín hi u có thể b mất trên đ

ng truy n băng hẹp n u

không có đáp ng tần s x y ra trên kênh truy n. Có thể kh c ph c bằng hai cách:
- Truy n tín hi u băng r ng hoặc s d ng ph

ng pháp tr i ph nh

CDMA nhằm gi m b t suy hao.
- Phơn toƠn b băng tần thƠnh nhi u kênh băng hẹp, m i kênh có m t
sóng mang, m i sóng mang nƠy trực giao v i các sóng mang khác (tín
hi u OFDM). Tín hi u ban đầu đ

c tr i trên băng thông r ng, không có

ph x y ra t i tất c tần s sóng mang. K t qu lƠ ch có m t vƠi tần s
sóng mang b mất. Thông tin trong các sóng mang b mất có thể khôi
ph c bằng cách s d ng các kỹ thu t s a l i thu n FEC.
 Tr i tr (Delay Spread)
Tín hi u vô tuy n thu đ

c từ máy phát bao g m tín hi u trực ti p vƠ tín hi u

ph n x từ các v t c n nh các tòa nhƠ, đ i núi…Tín hi u ph n x đ n máy thu

ch m h n so v i tín hi u trực ti p do chi u dƠi truy n l n h n. Tr i tr lƠ th i gian
tr gi a tín hi u đi thằng vƠ tín hi u ph n x cu i cùng đ n đầu vƠo máy thu.
Trong h th ng s , tr i tr có thể d n đ n nhi u liên ký tự ISI. Đi u nƠy do tín
hi u đa đ
tr ng

ng b tr ch ng lấn v i ký hi u theo sau, vƠ nó có thể gơy ra l i nghiêm

các h th ng t c đ bit cao, đặc bi t lƠ khi s d ng ghép kênh phơn chia

theo th i gian TDMA

15


Hình 2. 7: Tr i tr đa đ
Hình 2. 7 cho thấy nh h
truy n đi tăng lên thì m t l
h

ng

ng c a tr i tr gơy ra nhi u liên kí tự. Khi t c đ bit
ng nhi u ISI cũng tăng lên m t cách đáng kể.

nh

ng thể hi n rõ rƠng nhất khi tr i tr l n h n kho ng 50% chu kỳ bit (bit time).
B ng 2. 2 đ a ra các giá tr tr i tr thông d ng đ i v i các môi tr

nhau. Tr i tr l n nhất
có thể x y ra đáng kể

môi tr

ng khác

ng bên ngoƠi xấp x lƠ 20μs, do đó nhi u liên kí tự

t c đ thấp nhất lƠ 25Kbps.
B ng 2. 2: Các giá tr tr i tr thông d ng

Môi tr

ng

Tr i tr

Chênh l ch quƣng đ

ng đi l n nhất c a tín

hi u

Trong nhà

40ns ậ 200ns

12m ậ 60m

Bên ngoài

1μs ậ 20μs

300m ậ 6km

Nhi u ISI có thể đ

c t i thiểu hóa bằng nhi u cách:

 Gi m t c đ ký tự bằng cách gi m t c đ d li u cho m i kênh (nh chia
băng thông ra nhi u băng con nh h n s d ng FDM hay OFDM).
16


 S d ng kỹ thu t mƣ hóa để gi m nhi u ISI nh trong CDMA.
2.2.3.

D ch Doppler

Khi ngu n tín hi u vƠ bên thu chuyển đ ng t

ng đ i v i nhau, tần s tín hi u

thu không gi ng bên phía phát. Khi chúng di chuyển cùng chi u (h
thì tần s nh n đ

c l n h n tần s tín hi u phát, vƠ ng

ra xa nhau thì tần s tín hi u thu đ

ng v nhau)

c l i khi chúng di chuyển

c lƠ gi m xu ng. Đơy g i lƠ hi u ng Doppler.

Kho ng tần s thay đ i do hi u ng Doppler tùy thu c vƠo m i quan h
chuyển đ ng gi a ngu n phát vƠ ngu n thu vƠ c t c đ truy n sóng. Đ d ch
Doppler có thể đ

c tính theo công th c:
f   f o


c

Trong đó: f lƠ kho ng thay đ i tần s c a tần s tín hi u t i máy thu
 lƠ t c đ thay đ i khác nhau gi a tần s tín hi u vƠ máy phát
f o lƠ tần s tín hi u, c lƠ t c đ ánh sáng.

D ch Doppler l i lƠ m t vấn đ nan gi i n u nh kỹ thu t truy n sóng l i nhi u
v i d ch tần s sóng mang (nh OFDM chẳng h n) hoặc lƠ t c đ t
thu vƠ phát cao nh trong tr
2.2.4.

ng đ i gi a

ng h p v tinh quay quanh trái đất quỹ đ o thấp.

Nhi u AWGN

Nhi u t n t i trong tất c các h th ng truy n d n. Các ngu n nhi u ch y u lƠ
nhi u n n nhi t, nhi u đi n từ các b khu ch đ i bên thu, vƠ nhi u liên ô (intercellular interference). Các lo i nhi u nƠy có thể gơy ra nhi u liên kí tự ISI, nhi u
liên sóng mang ICI vƠ nhi u liên đi u ch IMD (Inter-Modulation Distortion).
Nhi u nƠy lƠm gi m t s tín hi u trên nhi u SNR, gi m hi u qu ph c a h th ng.
VƠ thực t lƠ tùy thu c vƠo từng lo i ng d ng, m c nhi u vƠ hi u qu ph c a h
th ng ph i đ
2.2.5.

c lựa ch n.

Nhi u liên ký tự ISI
17


Trong môi tr

ng đa đ

ng, ký tự phát đ n đầu vƠo máy thu v i các kho ng

th i gian khác nhau thông qua nhi u đ

ng khác nhau. Sự m r ng c a chu kỳ ký

tự gơy ra sự ch ng lấn gi a ký tự hi n th i v i ký tự tr
liên ký tự (ISI). Trong OFDM, ISI th
v i ký tự tr

c đó vƠ k t qu lƠ có nhi u

ng đ c p đ n nhi u c a m t ký tự OFDM

c đó. Trong h th ng OFDM, để gi m đ

c nhi u ISI, ph

ng pháp

đ n gi n vƠ thông d ng nhất lƠ đ a vƠo ti n t lặp CP.
2.2.6.

Nhi u liên sóng mang ICI

Trong OFDM, ph c a các sóng mang ch ng lấn nh ng v n trực giao v i sóng
mang khác. Đi u nƠy có nghĩa lƠ t i tần s cực đ i c a ph m i sóng mang thì ph
c a các sóng mang khác bằng không. Máy thu lấy m u các ký tự d li u trên các
sóng mang riêng lẻ t i điểm cực đ i vƠ đi u ch chúng tránh nhi u từ các sóng
mang khác. Nhi u gơy ra b i các d li u trên sóng mang k c n đ
xuyên kênh (ICI) nh

c xem lƠ nhi u

hình 2. 8.

ICI x y ra khi kênh đa đ
Doppler trên m i thƠnh phần đa đ

ng thay đ i trên th i gian ký tự OFDM. D ch

ng gơy ra d ch tần s trên m i sóng mang, k t

qu lƠ mất tính trực giao gi a chúng. ICI cũng x y ra khi m t ký tự OFDM b nhi u
ISI. Sự l ch tần s sóng mang c a máy phát vƠ máy thu cũng gơy ra nhi u ICI trong
h th ng OFDM.

18