Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vô tuyến

MỤC LỤC
CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................................7
1.1. Những hạn chế của kỹ thuật hiện hành........................................................................8
1.2. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ......................................................9
CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG .................................................11
2.1. Mở đầu .....................................................................................................................11
2.2. Miền không gian.......................................................................................................13
2.3. Miền tần số ...............................................................................................................14
2.3.1. Điều chế tần số...................................................................................................14
2.3.2. Chọn lọc tần số ..................................................................................................15
2.4. Miền thời gian ..........................................................................................................15
2.4.1. Trễ trội trung bình quân phương.........................................................................16
2.4.2. Trễ trội cực đại...................................................................................................17
2.4.3. Thời gian nhất quán ...........................................................................................17
2.5.Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau.................................................17
2.5.1. Băng thông nhất quán và trải trễ trung bình quân phương...................................18
2.5.2. Thời gian nhất quán và trải Doppler ...................................................................18
2.6. Các loại pha đinh phạm vi hẹp ..................................................................................18
CHƯƠNG III : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA OFDM ...............................................21
3.1. Mở đầu .....................................................................................................................21
3.2. Tính trực giao ...........................................................................................................21
3.3. Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM ........................................................................25
3.3.1. Mô tả toán học tín hiệu OFDM...........................................................................25
3.3.2. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM......................................................................27
3.4. Các thông số đặc trưng và dung lượng hệ thống truyền dẫn OFDM...........................29
3.4.1. Cấu trúc tín hiệu OFDM.....................................................................................29
3.4.2. Các thông số trong miền thời gian TD................................................................30
3.4.3. Các thông số trong miền tần số FD.....................................................................30
3.4.4. Quan hệ giữa các thông số trong miền thời gian và miền tần số..........................31
3.4.5. Dung lượng của hệ thống OFDM .......................................................................32
3.5. Ảnh hưởng của kênh pha dinh lên hiệu năng hệ thống OFDM ..................................33

3.5.1. ISI và giải pháp khắc phục .................................................................................33
3.5.2. ICI và giải pháp khắc phục................................................................................37

3


3.5.3. Cải thiện hiệu năng hệ thống truyền dẫn trên cơ sở mã hoá Gray........................41
3.5.4. Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống OFDM ....................44
CHƯƠNG IV : ĐIỀU CHẾ OFDM THÍCH NGHI..............................................................45
4.1. Giới thiệu..................................................................................................................45
4.2. Mô hình hệ thống truyền dẫn điều chế thích nghi ......................................................47
4.2.1. Khái niệm cơ bản về điều chế thích nghi ............................................................47
4.2.2. Kiến trúc của những hệ thống điều chế thích nghi ..............................................48
4.2.3. Nguyên tắc xây dựng giải thuật điều chế thích nghi............................................48
4.3. Xây dựng giải thuật cho hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi ................................49
4.3.1. Thuật toán thích nghi theo SNR phát trên mỗi sóng mang con............................50
4.3.2. Thuật toán thích nghi dựa theo mức điều chế......................................................52
4.3.3 Thuật toán thích nghi dựa trên cơ chế chọn lọc sóng mang..................................54
CHƯƠNG V: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ..............................................60
TRUYỀN DẪN OFDM THÍCH NGHI ...............................................................................60
5.1 Giới thiệu chương trình mô phỏng ...........................................................................60
5.2 Mô hình mô phỏng hệ thống ....................................................................................60
5.3 Các thông số mô phỏng............................................................................................63
5.4 Chương trình mô phỏng truyền dẫn OFDM thích nghi .............................................69
5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng ......................................................................69
5.4.2 Kết quả mô phỏng các phương pháp điều chế AOFDM ......................................73
5.4.2.1 Kết quả mô phỏng không dùng cơ chế thích nghi ............................................73
5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế ................................74
5.4.2.3 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang .......................76
5.4.2.4 Kết quả mô phỏng dùng kết hợp hai cơ chế thích nghi chuyển mức điều

chế và chọn lọc sóng mang ..........................................................................................79
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................82
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................85

4


LỜI NÓI ĐẦU
Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) là một phương pháp điều chế cho phép giảm thiểu méo tuyến tính
do tính phân tán của kênh truyền dẫn vô tuyến gây ra. Nguyên lý của OFDM là
phân chia toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều sóng mang con và truyền
đồng thời trên các sóng mang này.
Chu kỳ ký hiệu lớn cho phép công nghệ OFDM có thể truyền dữ liệu tốc độ
cao qua kênh vô tuyến. Mặt khác OFDM sử dụng các sóng mang con trực giao để
truyền dữ liệu, điều này tạo cho OFDM sử dụng băng tần kênh tối ưu. Tuy nhiên
các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM hiện nay như: DAB, DVB, HDTV,
HiperLAN2... đều không dùng cơ chế thích nghi, do đó chưa tối ưu hiệu năng,
thông lượng cũng như chưa đối phó hiệu quả đối với những ảnh hưởng bất lợi của
kênh truyền vô tuyến di động.
Cũng vì lý do đó đề tài tốt nghiệp “ Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống
truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vô tuyến ” mong muốn tìm hiểu
và làm rõ được những ưu điểm của hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi. Theo
đó, ý tưởng thích nghi của hệ thống sẽ là : khi điều kiện kênh truyền tốt sẽ truyền
dữ liệu tốc độ cao, vì thế sẽ được lợi về thông lượng (BPS). Khi điều kiện kênh
tồi sẽ truyền dữ liệu tốc độ thấp hơn để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)…
Đề tài gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung
Giới thiệu các hệ thống di động hiện hành, phân tích các ưu nhược điểm của

chúng và giải thích tại sao xu thế tất yếu sử dụng công nghệ OFDM.
Chương 2: Đặc tính kênh vô tuyến di động
Đề cập một số khái niệm cơ bản đặc trưng cho truyền lan sóng vô tuyến, phân
tích các ảnh hưởng và các thông số đặc trưng của đường truyền vô tuyến, các yêu
cầu đối với mô hình kênh, kênh và phân loại chúng, các thông số đặc trưng này
làm cơ sở để xây dựng các thuật toán thích nghi trong chương 4.

5


Chương 3: Nguyên lý hoạt động của OFDM
Trình bày những nguyên lý chung nhất về OFDM, trình bày mô hình hệ thống
OFDM, phân tích các thông số đặc trưng của OFDM, phân tích các nhân tố ảnh
hưởng của kênh pha đinh lên hiệu năng của hệ thống truyền dẫn OFDM và giải
pháp khắc phục.
Chương 4: Điều chế OFDM thích nghi
Trình bày nguyên lý điều chế thích nghi, vai trò của điều chế thích nghi, xây
dựng giải thuật thích nghi cho truyền dẫn OFDM thích nghi trong thông tin vô
tuyến, phân tích ưu nhược điểm của từng cơ chế thích nghi.
Chương 5: Chương trình mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM thích nghi
Giới thiệu tính năng của chương trình mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM.
Phân tích phương pháp mô phỏng tín hiệu OFDM, phân tích các thông số hệ
thống truyền dẫn OFDM. So sánh hiệu quả của các hệ thống OFDM sử dụng các
cơ chế thích nghi và các hệ thống OFDM không dùng cơ chế thích nghi, tiêu chí
so sánh được thể hiện thông qua đánh giá chất lượng ảnh ban đầu và ảnh truyền
qua các hệ thống OFDM.

6

CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU CHUNG

Do tính di động và tính tiện dụng mà các hệ thống truyền thông vô tuyến đã
mang lại hiệu quả cao trong việc sử dụng, khai thác trao đổi thông tin cho người
dùng. Vì thế nhu cầu sử dụng, chiếm dụng tài nguyên vô tuyến ngày càng gia
tăng nhanh chóng, yêu cầu ngày càng nhiều các nhà khai thác, công nghiệp viễn
thông tập trung khai thác thế mạnh này ở nhiều hình thức khác nhau. Kết quả đã
mang lại nguồn thu và kích thích thúc đẩy tăng trưởng kinh tế đặc biệt trong xu
thế hội nhập cạnh tranh. Theo đó, ngày càng xuất hiện nhiều hình thức dịch vụ,
tính đa dạng của các công nghệ mới nhằm khai thác triệt để tài nguyên và đối phó
hiệu quả những ảnh hưởng vốn có của môi trường vô tuyến, ví dụ như mạng
không dây nội hạt (WLAN). Tuy nhiên với sự tăng trưởng theo hàm mũ của
Internet đã đòi hỏi những phương pháp mới để có mạng không dây dung lượng
lớn. Hệ thống di động thế hệ thứ ba, hệ thống truyền thông di động toàn cầu
(UMTS) và CDMA2000 [1] hiện đang được triển khai tại nhiều quốc gia trên thế
giới và bước đầu đạt được những thành công đáng kể. Bảng 1.1 sẽ liệt kê đặc tính
của các dịch vụ mà UMTS hỗ trợ:
Bảng 1.1 Đặc tính dịch vụ của UMTS
Dịch vụ

Tốc độ dữ liệu yêu cầu

Chất lượng dịch vụ
yêu cầu

Bản tin ngắn (email,
chat…)
Thoại
Duyệt Web

Thấp (1-10 kbps)

Cao

Thấp (4-20 kbps)
Khả biến (>10 kbps cho
đến 100 kbps)

Thấp (BER < 10-3)
Cao (BER < 10-9)

Hội nghị truyền hình
Camera theo dõi
Tiếng chất lượng cao
Truy nhập cơ sở dữ
liệu

Cao (100 kbps-1 Mbps)
Trung bình (50-300 kbps)
Cao (100-300 kbps)
Cao (> 30 kbps)

Trung bình
Trung bình
Trung bình
Rất cao

7

Yêu cầu tính

thời gian
thực
Không
Có
Thông
thường là
không
Có
Không
Có
Không


Đối với những ứng dụng trong môi trường di động ô, thấy rõ trong tương lai
gần một sự hội tụ của công nghệ điện thoại di động, máy tính, truy cập Internet,
và nhiều ứng dụng tiềm năng khác như video và audio chất lượng cao, với sự
thêm vào khả năng gửi và nhận dữ liệu sử dụng máy tính sách tay và điện thoại di
động. Khi đó chỉ với một chiếc điện thoại nhỏ bé người dùng có thể xem truyền
hình theo yêu cầu (VOD), hội nghị truyền hình và nghe nhạc, xem film chất
lượng cao trực tuyến…, nhưng tốc độ dữ liệu yêu cầu sẽ >30 Mbps. Với tốc độ
cao như vậy thì các hệ thống di động thế hệ ba hiện nay chưa đáp ứng được. Vì
thế yêu cầu được đặt ra là cải thiện nhiều hơn hiệu quả phổ tần và tốc độ truyền
dữ liệu của các hệ thống di động. Hiện nay các hệ thống WLAN, HiperLAN/2,
IEEE 802.11a, IEEE 802.11b đã được triển khai thực tế và cung cấp tốc độ truyền
dữ liệu rất cao. Điều đặc biệt là các hệ thống trên đều dựa trên cơ sở công nghệ
OFDM. Bảng 1.2 dưới đây sẽ liệt kê các thông số đặc trưng của những hệ thống
này:
Bảng 1.2 Tham số đặc trưng của các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM
Tham số hệ thống

DAB

DVB-T

IEEE 802.11

Tần số sóng mang
Băng thông
Tốc độ truyền dữ
liệu tối đa
Số lượng sóng
mang con
Kích thước FFT

VHF
1.54 MHz
1.7 Mbps

VHF và UHF
7-8 MHz
31.7 Mbps

5 GHz
20 MHz
54 Mbps

HiperLAN/
2
5 GHz
20 MHz

54 Mbps

192-1536

1705-6817

52

52

256-2048

2048-8196

64

64

Ta thấy ưu thế nổi bật của các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM là thông lượng
lớn, hiệu quả sử dụng phổ tần cao và đối phó hiệu quả những nhược điểm của
môi trường vô tuyến (sẽ được đề cập ở phần sau).
1.1. Những hạn chế của kỹ thuật hiện hành
a) Kỹ thuật đơn sóng mang

8


Các kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế
hệ ba có khả năng chống lại pha đinh và nhiễu [2], song tồn tại những yêu cầu
không thực hiện được chẳng hạn: nếu người dùng cần có tốc độ 20 Mbps ở giao

diện vô tuyến và hệ số trải phổ là 128 (giá trị điển hình hiện nay), dẫn đến phải
xử lý tốc độ 2,56 Gbps theo thời gian thực vì thế cần có độ rộng băng tần lớn
không thực tế. Mặt khác, thấy rõ


Do tài nguyên phổ tần hạn hẹp, vì vậy cần phải sử dụng hiệu quả.



Do những khó khăn liên quan đến hiệu ứng gần xa và có sự tiêu thụ công

suất lớn.
Ngoài ra, các kỹ thuật đơn sóng mang đối phó kém hiệu quả đối với pha đinh
và truyền lan đa đường đặc biệt trong trường hợp tốc độ bit rất cao. Ở các phương
pháp điều chế truyền thống M-QAM, M-PSK…, khi tốc độ dữ liệu truyền cao thì
kéo theo độ rộng ký hiệu sẽ giảm, đến một giá trị mà độ rộng ký hiệu < trải trễ
cực đại của kênh, khi đó kênh sẽ là kênh lựa chọn tần số và gây ISI cho tín hiệu
thu. Đây là một nhược điểm chính khiến các hệ thống sử dụng các phương pháp
điều chế truyền thống không thể truyền dữ liệu với tốc độ cao, hoặc giá thành rất
cao đối với những dịch vụ yêu cầu tốc độ dữ liệu cao.
b) Kỹ thuật đa sóng mang trực giao OFDM
OFDM là một công nghệ cho phép tăng độ rộng ký hiệu truyền dẫn do đó
dung sai đa đường lớn hơn rất nhiều so với các kỹ thuật đã sử dụng trước đây,
cho phép khắc phục những nhược điểm căn bản của kỹ thuật đơn sóng mang.
1.2. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) là một kỹ thuật điều chế
có thể thay thế cho CDMA. OFDM có ưu điểm vượt trội so với những hệ thống
CDMA và cung cấp phương pháp truy cập không dây cho hệ thống 4G.
Ý tưởng của OFDM là chia toàn bộ băng tần truyền dẫn thành nhiều sóng
mang con trực giao nhau để truyền các tín hiệu trong các sóng mang con này

9


song song. Theo đó, luồng dữ liệu tốc độ cao được chia thành nhiều luồng tốc độ
thấp hơn làm cho chu kỳ ký hiệu tăng theo số sóng mang con.
a) Ưu điểm
 OFDM là giải pháp phân tập tần số. OFDM chia nhỏ băng tần kênh và tiến
hành truyền dữ liệu độc lập trên các băng tần kênh con này.
 OFDM đạt hiệu quả sử dụng phổ tần cao, do tính trực giao của các thành
phần sóng mang con.
 OFDM là ứng cử viên hứa hẹn cho truyền dẫn tốc độ cao trong môi trường
di động. Sở dĩ OFDM làm được như vậy bởi vì, chu kỳ ký hiệu tăng cho nên
dung sai trải trễ của hệ thống tăng và hiệu quả sử dụng phổ tần cao của công nghệ
OFDM.
 OFDM cho phép giảm được ảnh hưởng của trễ đa đường và kênh pha đinh
chọn lọc tần số chuyển thành kênh pha đinh phẳng. Vì vậy, OFDM là giải pháp
đối với tính chọn lọc tần số của kênh pha đinh. Thuận lợi này của OFDM cho
phép cân bằng kênh dễ dàng.
 Do trải rộng pha đinh tần số trên nhiều ký hiệu, nên làm ngẫu nhiên hoá lỗi
cụm (do pha đinh Rayleigh gây ra), nên thay vì một số ký hiệu cạnh nhau bị méo
hoàn toàn là một số ký hiệu cạnh nhau bị méo.
 Tính khả thi của OFDM cao do ứng dụng triệt để công nghệ xử lý tín hiệu
số và công nghệ vi mạch VLSI.
b) Nhược điểm
 OFDM nhậy cảm với dịch Doppler cũng như lệch tần giữa các bộ dao
động nội phát và thu. Do tính trực giao của các sóng mang con rất nhậy cảm với
kênh truyền có dịch Doppler lớn.
 Vấn đề đồng bộ thời gian. Tại máy thu khó quyết định thời điểm bắt đầu
của ký hiệu FFT.

10


CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH KÊNH VÔ TUYẾN DI ĐỘNG

2.1. Mở đầu
Trong thông tin vô tuyến di động, các đặc tính kênh vô tuyến di đông có tầm
quan trọng rất lớn, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng truyền dẫn và
dung lượng. Trong các hệ thống vô tuyến thông thường (không phải các hệ thống
vô tuyến thích nghi), các tính chất thống kê dài hạn của kênh được đo và đánh giá
trước khi thiết kế hệ thống. Nhưng trong các hệ thống điều chế thích nghi, vấn đề
này phức tạp hơn. Để đảm bảo hoạt động thích nghi đúng, cần phải liên tục nhận
được thông tin về các tính chất thống kê ngắn hạn thậm chí tức thời của kênh.
Các yếu tố chính hạn chế hệ thống thông tin di động bắt nguồn từ môi trường vô
tuyến. Các yếu tố này là:
 Suy hao: cường độ trường giảm theo khoảng cách. Thông thường suy hao
nằm trong khoảng từ 50 đến 150 dB tùy theo khoảng cách
 Che tối: các vật cản giữa trạm gốc và máy di động làm suy giảm thêm tín
hiệu
 Pha đinh đa đường và phân tán thời gian: phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ
làm méo tín hiệu thu bằng cách trải rộng chúng theo thời gian. Phụ thuộc vào
băng thông của hệ thống, yếu tố này dẫn đến thay đổi nhanh cường độ tín hiệu và
gây ra nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (ISI: Inter Symbol Interference).
 Nhiễu: các máy phát khác sử dụng cùng tần số hay các tần số lân cận khác
gây nhiễu cho tín hiệu mong muốn. Đôi khi nhiễu được coi là tạp âm bổ sung.
Có thể phân các kênh vô tuyến thành hai loại: "pha đinh phạm vi rộng" và
"pha đinh phạm vi hẹp". Các mô hình truyền sóng truyền thống đánh giá công
suất trung bình thu được tại các khoảng cách cho trước so với máy phát. Đối với
các khoảng cách lớn (vài km), các mô hình truyền sóng phạm vi rộng được sử

dụng. Pha đinh phạm vi rộng được biểu thị bằng tổn hao do truyền sóng khoảng

11


cách xa. Pha đinh phạm vi hẹp mô tả sự thăng giáng nhanh sóng vô tuyến theo
biên độ, pha và trễ đa đường trong khoảng thời gian ngắn hay trên cự ly di
chuyển ngắn. Pha đinh trong trường hợp này gây ra do truyền sóng đa đường.
Các kênh vô tuyến là các kênh mang tính ngẫu nhiên, nó có thể thay đổi từ các
đường truyền thẳng đến các đường bị che chắn nghiêm trọng đối với các vị trí
khác nhau. Hình 2.1(a) cho thấy rằng trong miền không gian, một kênh có các
đặc trưng khác nhau (biên độ chẳng hạn) tại các vị trí khác nhau. Ta gọi đặc tính
này là tính chọn lọc không gian (hay phân tập không gian) và pha đinh tương ứng
với nó là pha đinh chọn lọc không gian. Hình 2.1(b) cho thấy trong miền tần số,
kênh có các đặc tính khác nhau tại các tần số khác nhau. Ta gọi đặc tính này là
tính chọn lọc tần số (hay phân tập tần số) và pha đinh tương ứng với nó là pha
đinh chọn lọc tần số. Hình 2.1(c) cho thấy rằng trong miền thời gian, kênh có các
đặc tính khác nhau tại các thời điểm khác nhau. Ta gọi đặc tính này là tính chọn
lọc thời gian (hay phân tập thời gian) và pha đinh do nó gây ra là pha đinh phân
tập thời gian. Dựa trên các đặc tính trên có thể phân chia pha đinh kênh thành:
pha đinh chọn lọc không gian (pha đinh phân tập không gian), pha đinh chọn lọc
tần số (pha đinh phân tập tần số), pha đinh chọn lọc thời gian (phân tập thời gian).
Chương này sẽ xét các tính chất kênh trong miền không gian, thời gian và tần số.

Trong chương này đồ án sẽ phân tích các đặc tính của kênh để sử dụng chúng
trong các giải thuật điều chế thích nghi của mình.

12

2.2. Miền không gian
Các thuộc tính trong miền không gian gồm: tổn hao đường truyền và chọn lọc
không gian. Tổn hao đường truyền thuộc loại pha đinh phạm vi rộng còn chọn lọc
không gian thuộc loại pha đinh phạm vi hẹp. Các mô hình truyền sóng truyền
thống đánh giá công suất thu trung bình tại một khoảng cách cho trước so với
máy phát, được gọi là đánh giá tổn hao đường truyền. Khi khoảng cách thay đổi
trong phạm vi một bước sóng, kênh thể hiện rõ các đặc tính ngẫu nhiên. Điều này
được gọi là tính chọn lọc không gian (hay phân tập không gian).
Tổn hao đường truyền
Mô hình tổn hao đường truyền mô tả suy hao tín hiệu giữa anten phát và anten
thu là một hàm phụ thuộc vào khoảng cách và các thông số khác. Một số mô hình
xét chi tiết về địa hình để đánh giá suy hao tín hiệu, trong khi đó một số chỉ xét
tần số và khoảng cách. Chiều cao anten là một thông số quan trọng. Tổn hao do
khoảng cách truyền dẫn sẽ tuân theo quy luật hàm mũ.
PL d -n

(2.1)

Trong đó n là mũ tổn hao (n=2 cho không gian tự do, n<2 cho các môi trường
trong nhà, a>2 cho các vùng thành phố ngoài trời), d là khoảng cách từ máy thu
đến máy phát.
Từ lý thuyết và các kết quả đo lường cho thấy công suất thu trung bình giảm
so với khoảng cách theo hàm log đối với môi trường ngoài trời và trong nhà. Hơn
nữa tại mọi khoảng cách d, tổn hao đường truyền PL(d) tại một vị trí nhất định là
quá trình ngẫu nhiên và có phân bố log chuẩn xung quanh một giá trị trung bình
(phụ thuộc vào khoảng cách). Nếu xét cả sự thay đổi theo vị trí, có thể biểu diễn
tổn hao đường truyền PL(d) tại khoảng cách d như sau:
________
_________
 d

PL d  dB  PL d  X   PLd 0  10 n lg 
 d0

13


  X 


(2.2)


_______

Trong đó PLd  là tổn hao đường truyền trung bình phạm vị rộng đối với
khoảng cách phát thu d; X là biến ngẫu nhiên phân bố Gauss trung bình không
(đo bằng dB) với lệch chuẩn  (cũng đo bằng dB), d0 là khoảng cách tham chuẩn
giữa máy phát và máy thu, n là mũ tổn hao đường truyền.
Khi các đối tượng trong kênh vô tuyến không chuyển động trong một khoảng
thời gian cho trước và kênh được đặc trưng bởi pha đinh phẳng đối với một độ
rộng băng tần cho trước, các thuộc tính kênh chỉ khác nhau tại các vị trí khác
nhau. Nói một cách khác, pha đinh chỉ đơn thuần là một hiện tượng trong miền
thời gian (mang tính chọn lọc thời gian).
Từ phương trình 2.2 thấy tổn hao đường truyền của kênh được đánh giá thống
kê phạm vi rộng cùng với ảnh hưởng ngẫu nhiên. Ảnh hưởng ngẫu nhiên xẩy ra
do pha đinh phạm vi hẹp trong miền thời gian và thể hiện cho tính chọn lọc thời
gian (phân tập thời gian). Ảnh hưởng của chọn lọc không gian có thể được loại bỏ
bằng cách sử dụng nhiều anten. MIMO (Multiple Input Multiple Output: Nhiều
đầu vào nhiều đầu ra) là một kỹ thuật cho phép lợi dụng tính chất phân tập không
gian này để cải thiện hiệu năng và dung lượng hệ thống.

2.3. Miền tần số
Trong miền tần số, kênh bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố: điều chế tần số và chọn
lọc tần số.
2.3.1. Điều chế tần số
Điều chế tần số do hiệu ứng Doppler gây ra, khi có sự chuyển động tương đối
giữa máy thu và máy phát dẫn đến thay đổi tần số một cách ngẫu nhiên. Do
chuyển động tương đối giữa BTS và MS, các thành phần sóng đa đường bị dịch
tần số. Dịch tần số trong tần số thu do chuyển động tương đối này được gọi là
dịch tần số Doppler, nó tỷ lệ với tốc độ chuyển động, phương chuyển động của
MS so với phương sóng tới của thành phần sóng đa đường. Dịch Doppler BD có
thể được biểu diễn như sau:

14


BD 



cos  f c cos 

c

(2.3)

Trong đó  là tốc độ của MS,  là bước sóng,  là góc giữa phương chuyển
động của MS và phương sóng tới, c là tốc độ ánh sáng và fc là tần số sóng mang.
Từ phương trình cho trên thấy nếu MS di chuyển về phía sóng tới dịch Doppler là
dương và tần số thu sẽ tăng, ngược lại nếu MS di chuyển rời xa sóng tới thì dịch
Doppler là âm và tần số thu được sẽ giảm. Vì thế các tín hiệu đa đường đến MS

từ các phương khác nhau sẽ làm tăng độ rộng băng tần tín hiệu. Khi  và (hoặc )
thay đổi dịch Doppler thay đổi dẫn đến trải Doppler.
2.3.2. Chọn lọc tần số
Đồ án sẽ phân tích chọn lọc tần số cùng với một thông số khác trong miền tần
số: băng thông nhất quán. Băng thông nhất quán là một số đo thống kê của dải tần
số trên một kênh pha đinh được coi là kênh pha đinh "phẳng" (là kênh trong đó
tất cả các thành phần phổ được truyền qua có khuếch đại như nhau và pha tuyến
tính). Băng thông nhất quán cho ta dải tần trong đó các thành phần tần số có biên
độ tương quan. Băng thông nhất quán xác định kiểu pha đinh xẩy ra trong kênh
và vì thế có ý nghĩa cơ sở trong việc thích nghi các thông số điều chế. Băng thông
nhất quán tỷ lệ nghịch với trải trễ (xem phần 2.5). Pha đinh chọn lọc tần số rất
khác với pha đinh phẳng. Trong cùng một kênh pha đinh phẳng, tất cả các thành
phần tần số truyền qua băng thông kênh đều chịu ảnh hưởng của pha đinh. Ngược
lại pha đinh chọn lọc tần số (còn gọi là pha đinh vi sai), một số đoạn phổ của tín
hiệu qua kênh pha đinh bị ảnh hưởng nhiều hơn các phần khác, thể hiện rõ tính
chọn lọc tần số của kênh này. Nếu băng thông nhất quán kênh nhỏ hơn độ rộng
băng tần của tín hiệu được truyền qua kênh này, thì tín hiệu này chịu ảnh hưởng
của pha đinh chọn lọc ( phân tập tần số). Pha đinh này sẽ làm méo tín hiệu.
2.4. Miền thời gian
Sự khác biệt giữa các kênh hữu tuyến và các kênh vô tuyến là kênh vô tuyến
thay đổi theo thời gian, nghĩa là pha đinh chọn lọc thời gian. Có thể mô hình hóa
kênh vô tuyến di động như là một bộ lọc tuyến tính có đáp ứng xung kim thay đổi

15


theo thời gian. Mô hình kênh truyền thống sử dụng mô hình đáp ứng xung kim,
đây là một mô hình trong miền thời gian. Có thể liên hệ quá trình thay đổi tín
hiệu vô tuyến phạm vi hẹp trực tiếp với đáp ứng xung kim của kênh vô tuyến di
động. Nếu x(t) là tín hiệu phát, y(t) là tín hiệu thu và h(t,) là đáp ứng xung kim

của kênh vô tuyến đa đường phụ thuộc vào thời gian, thì tín hiệu thu là tích chập
của tín hiệu phát với đáp ứng xung kim của kênh như sau:


yt  

 x t ht, d  xt   h t, 

(2.4)



Trong đó t là biến thời gian,  là trễ đa đường của kênh đối với một giá trị t cố
định, ‘*’ là ký hiệu tích chập.
Ảnh hưởng đa đường của kênh vô tuyến thường được biết đến ở dạng phân
tán thời gian hay trải trễ. Phân tán thời gian (tán thời), hay trải trễ xẩy ra khi một
tín hiệu được truyền từ anten phát đến anten thu qua hai hay nhiều đường có các
độ dài khác nhau. Một mặt tín hiệu này được truyền trực tiếp, mặt khác nó được
truyền từ các đường phản xạ khác nhau có độ dài khác nhau với các thời gian đến
máy thu khác nhau. Vì vậy tín hiệu tại anten thu chịu ảnh hưởng của tán thời này
sẽ bị méo dạng. Khi thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống vô tuyến số để truyền số
liệu tốc độ cao ta cần xét các phản xạ này.
Tán thời có thể được đặc trưng bởi trễ trội, trễ trội trung bình hay trễ trội trung
bình quân phương.
2.4.1. Trễ trội trung bình quân phương
Thông số thời gian quan trọng của tán thời là trải trễ trung bình quân phương
(RDS: Root Mean Square Delay Spread): căn bậc hai môment trung tâm của lý
lịch trễ công suất. RDS đánh giá cho trải đa đường của kênh. Vì thế được sử dụng
để đánh giá ảnh hưởng của nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (ISI).
___

2

__ 2

    

(2.5)

16


 P 

 P 
k

k

k

(2.6)

k

k

____
2



 P 

 P 

2
k

k

k

(2.7)

k

k

trong đó P(k) là công suất trung bình đa đường tại thời điểm k.
2.4.2. Trễ trội cực đại
Trễ trội cực đại (XdB) của lý lịch trễ công suất được định nghĩa là trễ thời
gian mà ở đó năng lượng đa đường giảm XdB so với năng lượng cực đại.
2.4.3. Thời gian nhất quán
Một thông số khác trong miền thời gian là thời gian nhất quán. Thời gian nhất
quán xác định đặc tính "tĩnh" của kênh. Thời gian nhất quán là thời gian mà ở đó
kênh tương quan rất mạnh với biên độ của tín hiệu thu, được ký hiệu là Tc. Các
ký hiệu khác nhau truyền qua kênh trong khoảng thời gian nhất quán chịu ảnh
hưởng pha đinh như nhau. Vì thế nhận được một kênh pha đinh khá chậm. Các ký
hiệu khác nhau truyền qua kênh bên ngoài thời gian nhất quán sẽ bị ảnh hưởng
pha đinh khác nhau. Khi này kênh pha đinh khá nhanh. Như vậy dưới tác động

của pha đinh nhanh, một số phần của ký hiệu tin sẽ chịu tác động pha đinh lớn
hơn các phần khác. Đồ án sẽ nghiên cứu thuộc tính này để phát triển giải thuật
điều chế thích nghi của mình. Bằng cách thiết lập giá trị cho một thông số nhất
định, sẽ nhận đựơc kênh pha đinh chậm thay vì kênh pha đinh nhanh và nhờ vậy
đạt được hiệu năng tốt hơn.
2.5.Quan hệ giữa các thông số trong các miền khác nhau
Đồ án đã chỉ ra các đặc tính kênh và các thông số của nó trong các miền
không gian, tần số và thời gian. Các đặc tính này không tồn tại độc lập nhau mà
có quan hệ mật thiết giữa các miền xét. Một số thông số trong miền này ảnh
hưởng lên các đặc tính của miền khác.

17


2.5.1. Băng thông nhất quán và trải trễ trung bình quân phương
Thấy rõ, lý lịch trễ công suất và đáp ứng tần số biên của kênh vô tuyến di
động quan hệ với nhau qua biến đổi Fourrier. Vì thế, có thể trình bày kênh trong
miền tần số bằng cách sử dụng các đặc tính đáp ứng tần số của nó. Tương tự như
các thông số trải trễ trong miền thời gian, ta có thể sử dụng băng thông nhất quán
để đặc trưng kênh trong miền tần số. Tuy trải trễ trung bình quân phương tỷ lệ
nghịch với băng thông nhất quán và ngược lại, song quan hệ chính xác của chúng
là một hàm phụ thuộc vào cấu trúc đa đường. Nếu ký hiệu băng thông nhất quán
là BC và trải trễ trung bình quân phương là , thì khi hàm tương quan đường bao
lớn hơn 90%, băng thông nhất quán có quan hệ sau đây với trải trễ trung bình
quân phương:
BC 

1
50 

(2.8)

Cho thấy hai thông số trên liên quan chặt chẽ với nhau, nên chỉ cần xét một
thông số trong quá trình thiết kế hệ thống.
2.5.2. Thời gian nhất quán và trải Doppler
Thời gian nhất quán chịu ảnh hưởng trực tiếp của dịch Doppler, là thông số
kênh trong miền thời gian và có tính đối ngẫu với trải Doppler. Trải Doppler và
thời gian nhất quán là hai thông số tỷ lệ nghịch với nhau. Nghĩa là:
TC 

1
BD

(2.9)

Khi thiết kế hệ thống chỉ cần xét một trong hai thông số nói trên là đủ.
2.6. Các loại pha đinh phạm vi hẹp
Tuỳ vào quan hệ giữa các thông số tín hiệu (độ rộng băng tần, chu kỳ ký
hiệu,…) và các thông số kênh (trải trễ trung bình quân phương, trải Doppler, …),
mà xác định loại pha đinh phạm vi hẹp dựa trên hai đặc tính: Trải trễ đa đường và
pha đinh chọn lọc tần số. Trải trễ đa đường là một thông số trong miền thời gian,
trong khi đó việc kênh là pha đinh phẳng hay chọn lọc tần số lại xét trong miền

18


tần số. Vì thế thông số miền thời gian, trải trễ đa đường, ảnh hưởng lên đặc tính
kênh trong miền tần số. Trải Doppler dẫn đến tán tần và pha đinh chọn lọc thời
gian, vì thế dựa vào trải Doppler để phân loại pha đinh phạm vi hẹp thành pha
đinh nhanh và pha đinh chậm. Trải Doppler là một thông số trong miền tần số

trong khi đó hiện tượng kênh thay đổi nhanh hay chậm lại thuộc miền thời gian.
Vậy trong trường hợp này, trải Doppler, thông số trong miền tần số, ảnh hưởng
lên đặc tính kênh trong miền thời gian. Biết được các quan hệ này sẽ trợ giúp
trong quá trình thiết kế hệ thống. Bảng 2.1 liệt kê các loại pha đinh phạm vi hẹp.
Bảng 2.1. Các loại pha đinh phạm vi hẹp
Cơ sở phân loại
Trải trễ đa đường
Trải Doppler

Loại Pha đinh
Pha đinh phẳng
Pha đinh chọn lọc tần số
Pha đinh nhanh
Pha đinh chậm

Điều kiện
BS<BS>BC ; T<10
T>TC ; BST<<TC ; BS>>BD

Các ký hiệu được sử dụng trong bảng 2.1 như sau: BS ký hiệu cho độ rộng
băng tần tín hiệu, BC ký hiệu cho băng thông nhất quán, BD ký hiệu cho trải
Doppler, T ký hiệu cho chu kỳ ký hiệu và  trải trễ trung bình quân phương.
Nếu băng tần nhất quán kênh lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tín
hiệu phát, tín hiệu thu sẽ bị pha đinh phẳng. Khi này chu kỳ ký hiệu lớn hơn
nhiều so với trải trễ đa đường của kênh. Ngược lại, nếu băng thông nhất quán
kênh nhỏ hơn độ rộng băng tần tín hiệu phát, tín hiệu thu sẽ bị pha đinh chọn lọc
tần số, khi này chu kỳ tín hiệu nhỏ hơn trải trễ đa đường kênh. Khi đó, tín hiệu
thu bị méo dạng dẫn đến nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu (ISI). Ngoài ra việc lập

mô hình các kênh pha đinh chọn lọc tần số phức tạp hơn nhiều so với lập mô hình
kênh pha đinh phẳng, vì để lập mô hình cho kênh pha đinh chọn lọc tần số phải
sử dụng bộ lọc tuyến tính. Vì thế ta cần cố gắng chuyển vào kênh pha đinh phẳng
cho tín hiệu truyền dẫn. Tuy nhiên do không thể thay đổi trải trễ đa đường hay
băng thông nhất quán, nên chỉ có thể thiết kế chu kỳ ký hiệu và độ rộng băng tần
tín hiệu để đạt được kênh pha đinh phẳng. Vì thế nếu cho trước trải trễ, để cải

19


thiện hiệu năng truyền dẫn, cần chọn giá trị chu kỳ ký hiệu trong giải thuật điều
chế thích nghi để đạt được kênh pha đinh phẳng thay vì kênh pha đinh chọn lọc.
Dựa trên trải Doppler, để phân loại kênh thành pha đinh nhanh và pha đinh
chậm. Nếu đáp ứng xung kim kênh (trong miền thời gian) thay đổi nhanh trong
chu kỳ ký hiệu, nghĩa là nếu thời gian nhất quán kênh nhỏ hơn chu kỳ ký hiệu của
tín hiệu phát, kênh sẽ gây ra pha đinh nhanh đối với tín hiệu thu. Điều này sẽ dẫn
đến méo dạng tín hiệu. Nếu đáp ứng xung kim kênh thay đổi với tốc độ chậm hơn
nhiều so với kí hiệu băng gốc phát, kênh sẽ gây ra pha đinh chậm đối với tín hiệu
thu. Trong trường hợp này kênh tỏ ra tĩnh đối với một số chu kỳ ký hiệu. Tất
nhiên ta muốn có pha đinh chậm vì nó hỗ trợ chất lượng truyền dẫn ổn định hơn.
Ta không thể xác dịnh Doppler khi thiết kế hệ thống. Vì thế, khi cho trước trải
Doppler, ta cần chọn độ rộng băng tần tín hiệu (băng thông sóng mang con)
trong giải thuật điều chế thích nghi để nhận được kênh pha đinh chậm thay vì
kênh pha đinh nhanh. Như vậy ta sẽ đạt được chất lượng truyền dẫn tốt hơn.

20


CHƯƠNG III : NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA OFDM

3.1. Mở đầu
Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) là một phương pháp điều chế cho phép giảm thiểu méo tuyến tính
do tính phân tán của kênh truyền dẫn vô tuyến gây ra. Nguyên lý của OFDM là
phân chia toàn bộ băng thông cần truyền vào nhiều sóng mang con và truyền
đồng thời trên các sóng mang này. Theo đó, luồng số tốc độ cao được chia thành
nhiều luồng tốc độ thấp hơn. Vì thế có thể giảm ảnh hưởng của trễ đa đường và
chuyển đổi kênh pha đinh chọn lọc thành kênh pha đinh phẳng. Như vậy OFDM
là một giải pháp cho tính chọn lọc của các kênh pha đinh trong miền tần số. Việc
chia tổng băng thông thành nhiều băng con với các sóng mang con dẫn đến giảm
độ rộng băng con trong miền tần số đồng nghĩa với tăng độ dài ký hiệu. Số sóng
mang con càng lớn thì độ dài ký hiệu càng lớn. Điều này có nghĩa là độ dài ký
hiệu lớn hơn so với thời gian trải rộng trễ của kênh pha đinh phân tán theo thời
gian, hay độ rộng băng tần tín hiệu nhỏ hơn độ rộng băng tần nhất quán của kênh.
Theo đó chương này trước hết, đồ án trình bày nguyên lý hoạt động của một
hệ thống điều chế OFDM. Sau đó xét các thông số hiệu năng của nó. Cuối cùng
xét ảnh hưởng của các thông số kênh truyền sóng lên dung lượng cũng như chất
lượng truyền dẫn của hệ thống OFDM.
3.2. Tính trực giao
a) Ý tưởng
Ý tưởng OFDM là truyền dẫn song song (đồng thời) nhiều băng con chồng
lấn nhau trên cùng một độ rộng băng tần cấp phát của hệ thống. Việc xếp chồng
lấn các băng tần con trên toàn bộ băng tần được cấp phát dẫn đến ta không những
đạt được hiệu quả sử dụng phổ tần được cấp phát cao mà còn có tác dụng phân
tán lỗi cụm khi truyền qua kênh, nhờ tính phân tán lỗi mà khi được kết hợp với

21


các kỹ thuật mã hoá kênh kiểm soát lỗi hiệu năng hệ thống được cải thiện đáng

kể. So với hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số FDM truyền thống, ở FDM
cũng truyền theo cơ chế song song nhưng các băng con không những không được
phép chồng lấn nhau mà còn phải dành khoảng băng tần bảo vệ (để giảm thiểu độ
phức tạp bộ lọc thu).
Vậy làm thế nào tách các băng con từ băng tổng chồng lấn hay nói cách khác
sau khi được tách ra chúng không giao thoa với nhau trong các miền tần số (ICI)
và thời gian (ISI). Câu trả lời và cũng là vấn đề mấu chốt của truyền dẫn OFDM
là nhờ tính trực giao của các sóng mang con. Vì vậy ta kết luận rằng nhờ đảm bảo
được tính trực giao của các sóng mang con cho phép truyền dẫn đồng thời nhiều
băng tần con chồng lấn song phía thu vẫn tách chúng ra được, đặc biệt là tính khả
thi và kinh tế cao do sử dụng xử lý tín hiệu số và tần dụng tối đa ưu việt của
VLSI.
Theo đó trước hết ta định nghĩa tính trực giao, sau đó ta áp dụng tính trực giao
này vào hệ thống truyền dẫn OFDM hay nói cách khác sử dụng tính trực giao vào
quá trình tạo và thu tín hiệu OFDM cũng như các điều kiện cần thiết để đảm bảo
tính trực giao.
b) Định nghĩa
Nếu ký hiệu các sóng mang con được dùng trong hệ thống OFDM là
s i ( t ) & s j ( t ) . Để đảm bảo trực giao cho OFDM, các hàm sin của sóng mang con

phải thoả mãn điều kiện sau

1
T

ts T

1,
*
s


t

.
s

t

dt


i
j

0,
ts

i j
i j

(3.1)

Trong đó:

e  j2 kft  , k  1,2, N
s k t   

0,

22

(3.2)


f  1

T

là khoảng cách tần số giữa hai sóng mang con, T là thời gian ký hiệu, N

là số các sóng mang con và N.f là băng thông truyền dẫn và ts là dịch thời gian.
c) Minh hoạ
OFDM đạt tính trực giao trong miền tần số bằng cách phân phối mỗi tín hiệu
thông tin riêng biệt vào các sóng mang con khác nhau. Các tín hiệu OFDM được
tạo ra từ tổng của các hàm sin tương ứng với mỗi sóng mang. Tần số băng tần cơ
sở của mỗi sóng mang con được chọn là một số nguyên lần của tốc độ ký hiệu,
kết quả là toàn bộ các sóng mang con sẽ có tần số là số nguyên lần của tốc độ ký
hiệu. Do đó các sóng mang con là trực giao với nhau.
Kiến trúc của một tín hiệu OFDM với 4 sóng mang con được cho ở Hình 3.1.
Trong đó, (3.1.1a), (3.1.2a), (3.1.3a) và (3.1.4a) thể hiện các sóng mang con riêng
lẻ, với tần số tương ứng 10, 20, 30, và 40 Hz. Pha ban đầu của toàn bộ các sóng
mang con này là 0. (3.1.5a) và (3.1.5b) thể hiện tín hiệu OFDM tổng hợp của 4
sóng mang con trong miền thời gian và miền tần số.
Tính trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM được thể hiện một cách
tường minh ở hình 3.2. Thấy rõ, trong miền tần số mỗi sóng mang con của
OFDM có một đáp ứng tần số dạng sinc (sin(x)/x). Dạng sinc có đường bao chính
hẹp, với đỉnh suy giảm chậm khi biên độ của tần số cách xa trung tâm. Tính trực
giao được thể hiện là đỉnh của mỗi sóng mang con tương ứng với giá trị 0 của
toàn bộ các sóng mang con khác. Hình 3.2 cho ta thấy với cùng độ rộng băng tần
cấp phát cho hệ thống thì hiệu quả sử dụng phổ tần của OFDM lớn gấp hai lần so

với cơ chế FDM truyền thống.
Đáp ứng tổng hợp 5 sóng mang con của một tín hiệu OFDM được minh hoạ ở
đường màu đen đậm trên hình 3.3.

23


Hình 3.1 Dạng sóng của một tín hiệu OFDM trong miền thời gian và tần số,
[sim_ofdm_time_domain.m]

24


Hình 3.3 Phổ tổng hợp của tín hiệu OFDM trong băng tần cơ sở với 5 sóng
mang con, [sim_ofdm_mc.m]

3.3. Mô hình hệ thống truyền dẫn OFDM
3.3.1. Mô tả toán học tín hiệu OFDM
Tín hiệu OFDM phát phức băng tần gốc được xác định như sau:


st    sk t  kT ,
k  

(3.3)

Trong đó sk(t-kT) là tín hiệu OFDM phát phức băng gốc thứ k được xác định như
sau:

N 2 1


  i 

t  kT 
 w t  kT   x i, k exp  j2π
i   N/2

  TFFT 


s k t  kt    kT  Twin  TG  t  kT  TFFT  Twin
0,
NÕu kh¸c




Trong đó:
T

là độ dài ký hiệu OFDM

TFFT

là thời gian FFT, phần hiệu dụng của ký hiệu OFDM

TG

là thời gian bảo vệ, thời gian của tiền tố chu trình

25

(3.4)


Twin

là thời gian mở cửa tiền tố và hậu tố để tạo dạng phổ

f=1/TFFT

là phân cách tần số giữa hai sóng mang

N

là độ dài FFT, số điểm FFT

k

là chỉ số về ký hiệu được truyền

i

là chỉ số về sóng mang con, i{-N/2, -N/2+1, -1, 0, +1, …., -N/2}
xi,k là vectơ điểm chùm tín hiệu, là ký hiệu phức (số

liệu, hoa tiêu, rỗng) được điều chế lên sóng mang con i của ký hiệu OFDM thứ k.
w(t) xung tạo dạng được biểu diễn như sau:

1

 2 1  cos π t  TG  Twin ,

w t   1,
1
 1  cos π t  TFFT  Twin ,
2

 Twin  TG  t   TG
 TG  t  TFFT

(3.5)

TFFT  t  TFFT  Twin

Phân tích (3.4) ta thấy biểu thức này giống như biểu thức của dãy Fourier sau:


 c(nf0 )e

u(t) =

j2 nf0

(3.6)

n  

trong đó các hệ số Fourier phức thể hiện các vectơ của chùm tín hiệu phức còn
nf0 thể hiện các sóng mang con i/TFFT. Trong hệ thống số, dạng sóng này có thể
được tạo ra bằng biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT). Chùm số liệu xi,k là đầu

vào IFFT và ký hiệu OFDM miền thời gian là đầu ra.
Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế vô tuyến được xác định như sau:


sRF (t) =



sRF,k (t - kT)

(3.7)

k  

trong đó sRF,k(t-kT) là tín hiệu OFDM vô tuyến thứ k được biểu diễn như sau:

26


N / 21
 
 

1 
t  kT,
Rewt  kT  x i,k exp j2 f c 
TFFT 
 
i  N / 2
 



sRF,k t  kT  
kT  Twin  TG  t  kT  TFFT  Twin
0,
NÕu kh¸c




(3.8)

Trong đó fc là tần số sóng mang RF.
3.3.2. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM
Hình 3.4 trình bày sơ đồ khối phát thu tín hiệu OFDM điển hình. Theo đó,
dưới đây trình bày vắn tắt chức năng các khối.
Máy phát: Chuyển luồng dữ liệu số phát thành pha và biên độ sóng mang con.
Các sóng mang con được lấy mẫu trong miền tần số, phổ của chúng là các điểm
rời rạc. Sau đó sử dụng biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT) chuyển phổ của các
sóng mang con mang dữ liệu vào miền thời gian. Tuy nhiên các hệ thống trong
thực tế dùng biến đổi Fourier ngược nhanh (IFFT) vì nó tính hiệu của nó. Tín
hiệu OFDM trong miền thời gian được trộn nâng tần lên tần số truyền dẫn vô
tuyến.
Máy thu: Thực hiện hoạt động ngược lại của phía phát. Theo đó trước hết, trộn
hạ tần tín hiệu RF thành tín hiệu băng tần cơ sở, sau sử dụng FFT để phân tích tín
hiệu vào miền tần số. Cuối cùng thông tin ở dạng biên độ và pha của các sóng
mang con được giải điều chế thành các luồng số và chuyển trở lại thành dữ liệu
số ban đầu.

27