Bài tập kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM

Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni
Khoa in T Vin Thụng
====o0o====

Kỹ thuật điều chế đa sóng
mang

Nguyên lý & ứng dụng của
OFDM

Giảng viên hớng dẫn
Sinh viên thực hiện

SHSV
Lớp

: Nguyễn Thu Nga
: Bùi Đức Toàn

: 20063245
: ĐT7-K52


Hà Nội 5-2010


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

Mục lục
Mục lục..............................................................................1

Mở đầu.............................................................................4
Chơng 1 Giới thiệu về truyền dẫn số................................6
1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand..................6
1.1.1 Tín hiệu số........................................................6
1.1.2 Mã đờng dây Line Code.....................................7
1.1.2.1 Mã AMI (Alternate Mark Inversion)................9
1.1.2.2 Mã CMI (Coded Mark Inversion)..................11
1.1.2.3 Mã HDB3 (High Density Bipolar-3)..............11
1.1.2.4 Mã BnZS (Bipolar with n-Zeros Substitution)
......................................................................................12
1.2 Truyền dẫn BroadBand...........................................12
1.2.1 Amplitude Shift Keying.....................................13
1.2.2 Frequency Shift Keying.....................................15
1.2.3 Phase Shift Keying............................................17
1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation...................19
1.3 Giới thiệu về OFDM.................................................20
Chơng 2 Nguyên lý cơ bản của OFDM............................27
2.1 Trực giao trong OFDM.............................................28
2.2 Thu phát tín hiệu OFDM.........................................33
2.2.1 Chuyển đổi nối tiếp song song (Serial to
Parallel)............................................................................34
2.2.2 Điều chế sóng mang phụ.................................36
2.2.3 Chuyển đổi từ miền tần số sang miền thời
gian..................................................................................36


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
2.2.4 Điều chế tần số vô tuyến (RF Modulation)......37
2.3 Khoảng bảo vệ GI (Guard Interval)........................38

2.3.1 Chống lỗi do dịch thời gian..............................39
2.3.2 Chống nhiễu giữa các symbol (ISI)..................40
2.3.3 Mào đầu và phân cách sóng mang :..............44
2.4 Hạn dải và tạo cửa sổ cho tín hiệu OFDM.............44
2.4.1 Lọc thông dải....................................................46
2.4.2 Sử dụng dải bảo vệ dạng cos nâng.................48
Chơng 3 Đồng bộ và Cân bằng.......................................50
3.1 Đồng bộ...................................................................50
3.1.1 Dịch thời gian và tần số trong OFDM..............50
3.1.2 Đồng bộ trong hệ thống OFDM.........................54
3.1.3 Đồng bộ thời gian và đồng bộ khung...............55
3.1.4 Ước lợng dịch tần số...........................................56
3.2 Cân bằng...............................................................57
3.2.1 Cân bằng trong miền thời gian.......................58
3.2.2 Cân bằng trong miền tần số...........................61
3.2.3 Khử tiếng vọng.................................................64
Chơng 4 Mã hóa kênh.......................................................71
4.1 Mã hóa khối trong OFDM.........................................72
4.2 Mã hóa vòng xoắn (Convolutional Coding).............75
4.3 Mã hóa mắt lới (Trellis Coding)................................79
4.4 Mã hóa Turbo trong OFDM.......................................83
Chơng 5 ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến. 86
5.1 Phát thanh số DAB..................................................86
5.1.1 Giới thiệu...........................................................86
5.1.2 Hệ thống phát thanh số DAB theo chuẩn Châu
âu....................................................................................89


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

5.2 Truyền hình số DVB..............................................91
5.2.1 Giới thiệu...........................................................91
5.2.2 Truyền hình số chuẩn Châu Âu DVB-T...........93
5.3 Mạng LAN không dây (Wireless LAN).....................98
Chơng 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến...104
6.1 Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL...........104
6.1.1 Giới thiệu ADSL...............................................104
6.1.2 Đặc tính của kênh truyền..............................106
6.1.3 Hệ thống ADSL...............................................110
6.2 Truyền thông qua đờng dây tải điện PLC.........112
6.2.1 Giới thiệu PLC..................................................112
6.2.2 Đặc tính của kênh truyền..............................113
6.2.2.1 Tạp âm và nhiễu.....................................113
6.2.2.2 Trở kháng kênh và suy hao.......................116
6.2.3 Hệ thống PLC.................................................117
Kết luận........................................................................119
Một số thuật ngữ dùng trong đồ án..............................122
Tài liệu tham khảo.......................................................127


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

Mở đầu
Trong những năm gần đây, các dịch vụ viễn thông phát
triển hết sức nhanh chóng đã tạo ra nhu cầu to lớn cho các hệ
thống truyền dẫn thông tin. Mặc dù các yêu cầu kỹ thuật cho
các dịch vụ này là rất cao song cần có các giải pháp thích hợp
để thực hiện. Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM) là một phơng pháp điều chế cho phép truyền dữ

liệu tốc độ cao trong các kênh truyền chất lợng thấp. OFDM
đã đợc sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đờng dây
thuê bao số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Với các u điểm của mình, OFDM đang tiếp tục đợc nghiên cứu và
ứng dụng trong các lĩnh vực khác nh truyền thông qua đờng
dây tải điện, thông tin di động, Wireless ATM ...
OFDM là nằm trong lớp các kỹ thuật điều chế đa sóng
mang. Kỹ thuật này phân chia dải tần cho phép thành rất
nhiều dải tần con với các sóng mang khác nhau, mỗi sóng
mang này đợc điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc
độ thấp. Tập hợp của các dòng dữ liệu tốc độ thấp này
chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền tải. Các sóng
mang trong kỹ thuật điều chế đa sóng mang là họ sóng
mang trực giao. Điều này cho phép ghép chồng phổ giữa các
sóng mang do đó sử dụng dải thông một cách có hiệu quả.
Ngoài ra sử dụng họ sóng mang trực giao còn mang lại nhiều
lợi thế kỹ thuật khác, do đó các hệ thống điều chế đa sóng
mang đều sử dụng họ sóng mang trực giao và đợc gọi chung
là ghép kênh theo tần số trực giao OFDM.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
Kỹ thuật OFDM lần đầu tiên đợc giới thiệu trong bài báo
của R.W.Chang năm 1966 về vấn đề tổng hợp các tín hiệu
có dải tần hạn chế khi thực hiện truyền tín hiệu qua nhiều
kênh con. Năm 1971 Weistein và Ebert sử dụng biến đổi FFT
và đa ra Guard Interval cho kỹ thuật này. Tuy nhiên, cho tới
gần đây, kỹ thuật OFDM mới đợc ứng dụng trong thực tế nhờ
có những tiến bộ vợt bậc trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số và
kỹ thuật vi xử lý.

ở Việt Nam hiện nay đang triển khai một số ứng dụng sử
dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM nh truyền
hình số DVB-T, đờng dây thuê bao không đối xứng ADSL và
truyền thông qua đờng dây tải điện PLC. Song song với việc
triển khai các ứng dụng trên, cần có những nghiên cứu về kỹ
thuật điều chế OFDM. Nội dung của đồ án đề cập tới các
vấn đề:
- Tổng quan về các kỹ thuật điều chế trong truyền
dẫn tín hiệu số.
- Nguyên lý cơ bản của điều chế đa sóng mang OFDM.
- Các kỹ thuật của OFDM nh đồng bộ, cân bằng, khử
tiếng vọng và mã hóa.
- Các ứng dụng của OFDM trong thông tin vô tuyến và
hữu tuyến.
Điều chế đa sóng mang là một kỹ thuật tơng đối mới mẻ
và phức tạp.
Nhân đây em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thu
Nga đã giúp đỡ em làm bài tập lớn này


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

Chơng 1

Giới

thiệu

về

truyền

dẫn số
Sự ra đời của kỹ thuật số cùng với sự phát triển vợt bậc
của công nghệ vi điện tử đã tạo nên những thay đổi kỳ
diệu trên mọi mặt của đời sống xã hội. Đây thực sự là một
cuộc cách mạng xã hội tiếp theo cuộc cách mạng công nghiệp
giải phóng sức lao động của con ngời. Sở dĩ kỹ thuật số làm
đợc điều đó là do tín hiệu số cho phép xử lý và lu trữ một
cách mạnh mẽ và linh hoạt. ở đây xin đề cập đến một khía
cạnh rất quan trọng và góp phần tạo nên thành công của kỹ
thuật số đó là truyền dẫn số.

1.1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand
Trong truyền dẫn BaseBand tín hiệu đợc truyền dẫn ở
dạng xung có phổ vô hạn và chiếm toàn bộ dải thông của đờng truyền.

1.1.1 Tín hiệu số
Tín hiệu số là tập hợp của các bit {0,1} và đợc biểu diễn
dới dạng 0v và 5v với mức TTL. Tuy nhiên dạng tín hiệu này
chỉ tồn tại trên các Bus của các bo mạch đơn lẻ hay Bus nội
trong các IC mà không thể truyền dẫn đi xa. Để truyền dẫn
tín hiệu số trên băng tần cơ sở BaseBand cần mã đờng
truyền Line Code với mục đích:
Đa vào độ d bằng cách mã hóa các từ số liệu nhị phân
thành các từ dài hơn. Các từ nhị phân dài hơn này sẽ có
nhiều tổ hợp hơn do tăng số bit. Chúng ta có thể chọn những

Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
tổ hợp xác định có cấu trúc theo một quy luật từ mã hợp
thành , cho phép tách thông tin định thời một cách dễ dàng
hơn và giảm độ chênh lệch giữa các bit 0 và các bit 1
trong một từ mã. Việc giảm độ chênh lệch này dẫn đến giảm
thành phần một chiều. Điều này là cần thiết vì không thể
truyền thành phần một chiều của tín hiệu số đi đợc. Tuy
nhiên việc tăng độ dài của từ mã nhị phân sẽ làm tăng tốc
độ bít và do đó tăng độ rộng băng tần.
Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để
giảm độ rộng băng tần. Loại mã hóa này quan trọng khi cần
truyền số liệu tốc độ cao trên đờng truyền có băng tần hạn
chế. Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết của kênh hoặc
tăng tốc độ bit với một độ rộng băng tần đã cho sẽ cần phải
tăng tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N để đạt đợc xác suất lỗi
bít Ber cho trớc.
Bảo mật tin tức cho thông tin trên đờng truyền. Không
liên quan đến chất lợng truyền dẫn, nhng tính bảo mật
thông tin là một đặc tính rất quan trọng của mã đờng
truyền.
Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho những mục đích
nh tách xung đồng hồ, giảm thành phần biên độ ở tần số
0Hz đến không, hoặc giảm các thành phần tần số cao và
thấp trớc khi lọc.

1.1.2 Mã đờng dây Line Code
Các số nhị phân 0 và 1 truyền dẫn trên đờng truyền
dới dạng tín hiệu xung nối tiếp đợc gọi là mã đờng dây.
Các loại mã đờng dây có các đặc điểm sau:

- Chuyển mức về không ở giữa bit


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
+ Không chuyển mức NRZ (Non Return to Zero)
+ Có chuyển mức RZ (Return to Zero)
- Cực tính
+ Đơn cực UniPolar
+ Phân cực BiPolar
Binary

1

1

0

1

0

0

1
P w (f)

+V
t

Unipolar NRZ

First Null Bandwidth

0.5

f
P w (f)

+V

R

2R

R

2R

t

Unipolar RZ

0.25

f
1

+V
t

Bipolar NRZ

0.5

-V
R

2R

+V
t

Bipolar RZ

0.5

-V
R

2R

R

2R

+V
t

Manchester

0.5

-V

Hình 1- Các mã đờng dây cơ bản
Do đó ta có các loại tín hiệu trên đờng truyền với dạng
tín hiệu và phổ của chúng nh trên.
Nhận xét:
- Để truyền đi xa cần công suất lớn.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
- Để tách đợc tín hiệu Clk cần mật độ phổ khác 0 tại
tần số f = R.
- Dải thông của kênh truyền tối thiểu bằng tần số đầu
tiên mà tại đó mật độ phổ bằng 0 (First Null
Bandwidth).
Dựa vào các đặc điểm trên ngời ta tạo ra các loại mã đờng truyền thích hợp với tốc độ dữ liệu và môi trờng truyền
dẫn (cáp đối xứng, cáp đồng trục hay cáp quang).
Dới đây là các loại mã đờng dây sử dụng trong hệ thống
phân cấp số của ITU:
Tốc độ (Mbps)
2.048

Mã đờng dây
HDB3

8.448

HDB3

34.368

HDB3

139.264

CMI

564.992
1.544

CMI
AMI, B8ZS

6.312

B6ZS, B8ZS

32.064

AMI (Scrambled)

44.736

B3ZS

1.1.2.1 Mã AMI (Alternate Mark Inversion)

Mã AMI sử dụng mã 3 mức còn gọi là mã tam phân, trong
đó mức giữa của tín hiệu đợc ứng dụng rộng rãi là điện áp
0. Mã có các mức điện áp ra là +V (ký hiệu là +), -V (ký
hiệu là -) và mức điện áp 0 tơng ứng với mức đất của hệ
thống. Ngời ta gọi mã tam phân này là mã đảo dấu luân
phiên AMI. Đây là một mã lỡng cực, không trở về 0 hoặc có trở
về 0 (NRZ hoặc RZ). Dãy mã thu đợc bằng cách: bit 0 tơng


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
ứng với mức điện áp 0 còn bit 1 tơng ứng với mức + và - một
cách luân phiên bất chấp số bít 0 giữa chúng.
Binary

1

1

0

1

0

0

1

+V

t

AMI Non Return Zero
-V
+V

t

AMI Return Zero
-V

Hình 1-2 Dạng tín hiệu AMI
Mã AMI có đặc điểm mật độ phổ rất nhỏ ở tần số thấp,
mật độ phổ cực đại ở 1/2 tốc độ bit. Trong mã AMI các xung
dơng luân phiên nhau, do đó nếu có lỗi sinh ra trong hệ
thống truyền dẫn do tạp âm xung hoặc xuyên âm sẽ gây ra
bỏ sót một xung hoặc thêm một xung vào, cả hai trờng hợp
đó sẽ xuất hiện hai xung kề nhau cùng cực tính vi phạm luật
lỡng cực và hệ thống có thể dễ dàng phát hiện ra lỗi đó. Tuy
nhiên với mã AMI, một dãy bit 0 liên tiếp có thể gây mất đồng
bộ. Để khắc phục ngời ta phải ngẫu nhiên hóa (Scramble) trớc
khi truyền. Ngẫu nhiên hóa chuỗi bit đợc thực hiện bằng cách
cộng modul-2 với một chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo
random bit sequence). Phía thu sẽ thực hiện giải ngẫu nhiên
hóa (De-scramble) cũng bằng cách cộng modul-2 chuỗi bit thu
đợc với chuỗi PRBS một cách đồng bộ.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

1.1.2.2 Mã CMI (Coded Mark Inversion)
Mã CMI cũng tơng tự nh mã AMI Non return zero. Nhng để
tránh mất đồng bộ đo một dãy các bít 0 liên tiếp gây ra, mã
CMI mã hóa bit 0 thành 2 mức điện áp - và + tơng ứng với mỗi
nửa chu kỳ bit Tb.
Binary

1

1

0

1

0

0

1

+V
t

Code Mark Inversion
-V

Hình 1-3 Dạng tín hiệu CMI
Nh vậy có thể coi mã CMI là mã phân cực NRZ có t CLK =
2tCLK đợc mã hóa nh sau: bit 0 tơng ứng với 01 còn bit 1 tơng

ứng với bit 00 và 11 luân phiên nhau.
1.1.2.3 Mã HDB3 (High Density Bipolar-3)
Mã HDB3 tơng tự nh mã AMI Return Zero. Nhng để tránh
mất đồng bộ do dãy các bit 0 gây ra, mã HDB3 mã hóa 4 bits
0 liên tiếp (0000) thành tổ hợp 000V hoặc B00V. Trong đó bit
B (Balancing) tuân theo luật mã lỡng cực sử dụng để chèn vào
đầu 4 bits 0 liên tiếp để tránh 2 bit V kề nhau cùng cực tính,
còn bit V (Violation) vi phạm luật mã lỡng cực. Nh vậy trong
dòng mã HDB3 chỉ có tối đa 3 chu kỳ liên tiếp tín hiệu ở
mức 0.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
Binary
HDB3

0
0

1
B

0
0

0
0

0

0

0
V

0
B

0
0

0
0

0
V

0
0

0
0

0
0

1
B

+V

t

HDB3 Signal
-V

Hình 1-4 Dạng tín hiệu HDB3
1.1.2.4 Mã BnZS (Bipolar with n-Zeros Substitution)
Tơng tự nh HDB3, BnZS cũng là một cải tiến của AMI
Return Zero để tránh mất đồng bộ do dãy các bits 0 liên tiếp.
Nhng cách thay thế các bit 0 của BnZS khác với HDB3:
BnZS
B2ZS

Binary
00

Substitution
0V

B3ZS

000

0VB

B4ZS

0000

0V0B

B6ZS

000000

0VB0VB

B8ZS

00000000

000VB0VB

1.2 Truyền dẫn BroadBand
Nếu nh kênh truyền có dải thông cho phép nhất định,
thì để phối hợp với kênh truyền này tín hiệu số phải đợc
điều chế vào sóng mang có tần số thích hợp để cho phép
truyền đợc qua băng thông của kênh. Kênh qua đó tín hiệu
đợc truyền đi bị han chế về độ rộng băng đối với tần số
trung tâm ở khoảng tần số sóng mang nh trong điều chế
song biên (DSB), hoặc ở bên cạnh sóng mang nh trong điều
chế đơn biên (SSB). Nếu độ rộng băng tần của các tín hiệu
và các kênh nhỏ hơn nhiều tần số sóng mang, chúng đợc


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
hiểu là các tín hiệu băng hẹp. Kỹ thuật điều chế số có thể
làm thay đổi biên độ, pha, tần số của sóng mang thành
từng mức gián đoạn. Mặc dù có nhiều phơng thức điều chế,

nhng việc phân tích các phơng thức này tùy thuộc chủ yếu
vào dạng kiểu điều chế và tách sóng. Có hai dạng chính là:
loại kết hợp và loại không kết hợp. Loại kết hợp hay còn gọi là
tách sóng đồng bộ đợc sử dụng trong điều chế dịch pha
PSK (Phase Shift Keying). Loại không kết hợp hay còn gọi là
tách sóng đờng bao đợc sử dụng trong điều chế dịch biên
độ ASK (Amplitude Shift Keying) và điều chế dịch tần số
FSK (Frequency Shift Keying)

1.2.1 Amplitude Shift Keying
Điều chế khóa dịch biên độ ASK làm thay đổi biên độ
của sóng mang vc(t) theo tín hiệu số vd(t).

v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )
Nếu:

vc ( t ) = cos( wc t )
0
vd ( t ) =
1
Thì:

0
vd ( t ) =
vc ( t )
Và ta có dạng tín hiệu ASK với tín hiệu nhị phân
1011001 nh sau:


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52

Phần 1 Mở đầu

Hình 1-5 Tín hiệu ASK
Theo biến đổi Fourier ta có:

vd ( t ) =

1
1
1

+ cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ...
2 2
3
5


v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )
v ASK ( t ) =

1

cos wc t +
2
2

1


cos

w
t

cos
w
t

cos
3
w
t

cos
w
t
+
...
0
c
0
c


3

Mặt khác ta có

2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )
Do đó:

v ASK ( t ) =


1

cos wc t + { cos( wc w0 ) t + cos( wc + w0 ) t
2
2

1
[ cos( wc 3w0 ) t + cos( wc + 3w0 ) t ] + ...
3

}

Nh vậy phổ của tín hiệu ASK gồm thành phần sóng
mang wc, thành phần mang tin tức wc w0 và các thành phần
hài bậc 3 , 5 , 7 ...


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

Hình 1-6 Phổ của tín hiệu ASK
ASK có thể đợc điều chế 2 hay M mức, gọi là M-ASK với M
= 2k . Khi đó mỗi trạng thái của tín hiệu đợc gọi là 1 baud.
ASK có thể giải điều chế kết hợp (tách sóng đồng bộ)
hay giải điều chế không kết hợp (tách sóng đờng bao). Kiểu
điều chế này chỉ thích hợp với tốc độ nhỏ.

1.2.2 Frequency Shift Keying
Điều chế khóa dịch tần số FSK đợc thực hiện bằng cách
dịch tần số sóng mang đi một lợng nhất định tơng ứng với
tín hiệu số đa và điều chế. Trong FSK hai trạng thái ta có
hai sóng mang với tần số khác nhau:

v1 ( t ) = cos w1t
v2 ( t ) = cos w2t
Tín hiệu điều chế có dạng

1
vd ( t ) =
0
Do đó tín hiệu FSK tơng ứng có dạng sau:

cos w1t
vFSK ( t ) =
cos w2t


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

Hình 1-7 Dạng tín hiệu FSK
Nh vậy:

vFSK ( t ) = cos w1t vd t + cos w2t (1 vd t )
ở trên ta đã có:

vd ( t ) =

1
1
1

+ cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ...
2 2
3
5


Do đó

1
1
1

vFSK ( t ) = cos w1t + cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ... +
3
5

2 2
1
1
1

+ cos w2t cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ...
3
5

2 2
Tơng tự trên, cuối cùng ta đợc:


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

vFSK ( t ) =

1
1
cos w1t + { cos( w1 w0 ) t + cos( w1 + w0 ) t
2


1
[ cos( w1 3w0 ) t + cos( w1 + 3w0 ) t ] + ... } +
3
1
1
+ cos w2t + { cos( w2 w0 ) t + cos( w2 + w0 ) t
2

1
[ cos( w2 3w0 ) t + cos( w2 + 3w0 ) t ] + ... }
3


Nh vậy dạng phổ của tín hiệu FSK giống nh dạng phổ
của tín hiệu ASK nhng với hai thành phần sóng mang có tần

số f1 và f2, và khoảng cách giữa chúng là fs.

Hình 1-8 Phổ của tín hiệu FSK
FSK có thể đợc điều chế 2 hay M mức. Phơng pháp khóa
dịch tần số FSK đợc dùng khá rộng rãi trong các modem
truyền số liệu tốc độ thấp theo các chuẩn V21, V22, V24.

1.2.3 Phase Shift Keying
Phơng pháp điều chế khóa dịch pha PSK sử dụng đặc
tính pha của sóng mang để điều chế tin tức. Xét trờng hợp
đơn giản với PSK hai trạng thái.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

vc ( t ) = cos( wc t )
cos( wc t )
v (t)
1
vd ( t ) = vPSK =
or vPSK = c
0
cos( wc t + )
vc ( t )
Nh vậy nếu biểu diễn tín hiệu số vd(t) dới dạng lỡng cực ta
có biểu thức:

vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t )

Hình 1-9 Tín hiệu PSK
Biến đổi Fourier của tín hiệu số lỡng cực có dạng sau:

vd ( t ) =

4
1
1

cos
w
t

cos
3
w
t
+
cos
5
w
t

...
0
0
0


3

5

Do đó:

vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t ) =

4
1

cos
w
t
cos
w
t

cos
w
t
cos
3
w
t
+
...
c
0
c
0

3

Mặt khác ta có:

2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )
Suy ra:


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu

vPSK ( t ) =


2
{ cos( wc w0 ) t + cos( wc + w0 ) t


1
[ cos( wc 3w0 ) t + cos( wc + 3w0 ) t ] + ...
3

}

Nh vậy phổ của tín hiệu PSK chỉ chứa thành phần
mang tin tức và các hài bậc 3, 5, 7, ... mà không có thành
phần sóng mang.
Dới đây là dạng phổ của tín hiệu PSK:

Hình 1-10 Phổ của tín hiệu PSK
PSK đợc sử dụng khá phổ biến trong điều chế số. Để
truyền dẫn số liệu tốc độ cao, ngời ta thờng dùng PSK M mức.
Trong đó phổ biến là 4-PSK (QPSK) và 8-PSK tơng ứng với 2
và 3 bits trong một baud. Các bit đợc sắp xếp theo mã Gray
tức là 2 baud cạnh nhau chỉ sai khác một bit.

1.2.4 Quadrature Amplitude Modulation
Phơng pháp điều chế khóa dịch pha có sóng mang trực
pha QAM có thể coi là kết hợp của hai phơng pháp điều chế
PSK và ASK bởi vì phơng pháp này sử dụng cả biên độ và
pha của sóng mang để điều chế tín hiệu. Do sử dụng cả
biên độ và pha của sóng mang để điều chế tín hiệu nên
QAM cho phép số trạng thái tín hiệu lớn. Ngời ta thờng dùng
16-QAM và 64-QAM tơng ứng với 4 và 6 bit trong một baud.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
Các bit đợc sắp xếp theo mã Gray tức là hai tổ hợp cạnh nhau
chỉ sai khác 1 bit. Cách sắp xếp này làm giảm xác suất lỗi ở
phía thu.

Hình 1-11 QAM - 16 mức
Điều chế QAM cho phép tăng dung lợng kênh thông tin,
nhng không làm tăng dải thông của kênh truyền. Do đó QAM
thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao.

1.3 Giới thiệu về OFDM
Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division

Multiplexing) đã đợc sử dụng từ hơn một thế kỷ nay để
truyền nhiều tín hiệu tốc độ chậm, ví dụ nh điện báo, qua
một kênh có băng thông rộng bằng cách sử dụng các sóng
mang có tần số khác nhau cho mỗi tín hiệu. Để phía thu có
thể tách đợc các tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc thì
phải có khoảng cách giữa phổ của các sóng mang. Phổ của
các tín hiệu không sát nhau gây nên lãng phí băng thông và
do đó hiệu suất sử dụng băng thông của FDM là khá thấp.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
Điều chế đa sóng mang tơng tự nh FDM, song thay vì
truyền các bản tin riêng rẽ, các sóng mang sẽ đợc điều chế
bởi các bit khác nhau của một bản tin tốc độ cao. Bản tin này
có thể ở dạng song song hoặc nối tiếp sau đó đợc chuyển
đổi nối tiếp - song song để truyền đi trên các sóng mang.
Có thể so sánh điều chế đa sóng mang với điều chế
đơn sóng mang sử dung cùng một kênh nh sau: Điều chế đa
sóng mang nếu sử dụng nhiều bộ thu phát thì sẽ phức tạp và
giá thành cao. Mỗi sóng mang sẽ truyền một bản tin con,
tổng của các bản tin con này cho bản tin cần truyền đi có
tốc độ nhỏ hơn bản tin đợc truyền bởi một sóng mang duy
nhất cùng sử dụng kênh đó bởi vì hệ thống đa sóng mang
cần các khoảng bảo vệ để tránh nhiễu giữa các sóng mang
con. Mặt khác hệ thống đơn sóng mang dễ bị giao thoa
giữa các ký hiệu inter-symbol interference (nhiễu ISI) bởi vì
khoảng thời gian của các symbol là ngắn và méo lớn sinh ra
trên băng tần rộng, so với khoảng thời gian dài của symbol và
băng tần hẹp của hệ thống đa sóng mang. Trớc khi phát triển

kỹ thuật cân bằng, điều chế đa sóng mang đợc sử dụng
để truyền dẫn tốc độ cao mặc dù giá thành cao và hiệu
suất sử dụng băng thông thấp.
Giải pháp đầu tiên cho vấn đề hiệu suất sử dụng băng
thông của điều chế đa tần có lẽ là hệ thống Kinepiex. Hệ
thống Kinepiex đợc phát triển bởi Collins Radio để truyền dữ
liệu trên kênh vô tuyến cao tần (HF) nhằm chống lại nhiễu
nhiều đờng multi-path. Trong hệ thống này, cứ 20 tones đợc
điều chế 4-PSK vi sai vào một sóng mang. Phổ của các sóng
mang này có dạng sin(kf)/f và do đó có thể ghép chồng phổ.


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
Giống nh OFDM hiện nay, các tones đợc để cách nhau tại
những khoảng tần số gần nh bằng với tốc độ tín hiệu và có
khả năng phân tách ra ở máy thu. Hệ thống đa sóng mang
này đợc gọi tên là Multi-tone.
Hệ thống multi-tone tiếp theo sử dụng điều chế 9-QAM
cho mỗi sóng mang và phát hiện tơng quan ở phía thu.
Khoảng các giữa các sóng mang bằng với tốc độ symbol cho
hiệu suất sử dụng dải thông tối u. Hệ thống này còn sử dụng
phơng pháp mã hoá đơn giản trong miền tần số.
cosw
filter

`
data

filter

mod

`

mod

sinw
cosw

S/P

t

1

filter

mod

filter

mod

sinw

1

t
t

2

2

Add

OFDM signal

t

Hình 1-12 Hệ thống OFDM ban đầu
Đóng góp cơ bản cho sự phát triển của OFDM đó là việc
ứng dụng biến đổi Fourier (FT) vào điều chế và giải điều
chế tín hiệu. Kỹ thuật này phân chia tín hiệu ra thành từng
khối N số phức. Sử dụng biến đổi Fourier ngợc IFFT (Inverse
Fast Fourier Transform) cho mỗi khối và truyền nối tiếp. Tại
phía thu, bản tin gửi đi đợc phục hồi lại nhờ biến đổi Fourier
FFT (Fast Fourier Transform) các khối tín hiệu lấy mẫu thu đợc. Phơng pháp điều chế OFDM này đợc đề cập đến với cái
tên Điều chế đa tần rời rạc DMT (Discrete Multi-Tone). Phổ


Bi tập lớn-Bùi Đức Toàn -ĐT7-K52
Phần 1 Mở đầu
của tín hiệu DMT trên đờng truyền giống hệt phổ của N tín
hiệu điều chế QAM với khoảng cách của N tần số sóng mang
bằng tốc độ tín hiệu nh đã đề cập ở trên. Trong đó mỗi
sóng mang đợc điều chế QAM với một số phức. Phổ của mỗi
tín hiệu QAM có dạng sin(kf)/f nh của hệ thống OFDM ban
đầu.

Data in

Block into N complex numbers
Rate 1/T

IFFT

Channel

Filter

Rate N/T

Sample

Synch

Filter

Channel

Block

FFT

Equalize

Unblock

Data out

Hình 1-13 Hệ thống OFDM sử dụng FFT

Hình 1-14 Chồng phổ trong OFDM
Tuy nhiên biến đổi IDFT với N số phức sẽ cho giá trị phức
có cả phần thực và phần ảo. Mà khi truyền ta chỉ truyền
phần thực. Điều này có thể thực hiện bằng cách thêm N số
phức liên hợp vào khối N số phức ban đầu. Biến đổi IDFT cho
khối 2N số phức liên hợp sẽ cho 2N số thực để truyền đi đại
diện cho mỗi khối, chúng tơng đơng với N số phức.