Kỹ thuật mimo-ofdm (đầy đủ,chi tiết nhất có code mô phỏng kèm theo)

Lời cam đoan
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ đồ
án hoặc công trình đã có từ trước.
Code mô phỏng đầy đủ nằm ở cuối trang(có link download về)
“Mô phỏng hệ thống mimo,ofdm,mimo-
ofdm,stbc,vblast đầy đủ nhất giao diện gui”
LANGTUDONCOI
LANGTUDONCOI
MỤC LỤC
“Mô phỏng hệ thống mimo,ofdm,mimo-ofdm,stbc,vblast đầy đủ nhất giao diện
gui”
i
1.3.1 Kỹ thuật phân tập 11
Chương 3: Hệ Thống MIMO
28
3.1 Giới Thiệu chương 28
3.2 Hệ thống MIMO 28
3.2.2 Dung lượng hệ thống MIMO 30
3.3 Mã Hóa Không Gian-Thời Gian STC 31
3.3.1 Mã hóa không gian thời-gian khối STBC 31
3.3.2 Mã hóa không gian-thời gian lới STTC 36
3.4 Mã hóa không gian-thời gian lớp BLAST 37
3.4.1 Kiến trúc V-BLAST 37
3.4.2 Giải mã tín hiệu V-Blast 38
Chương 4: Hệ thống MIMO-OFDM
42
4.1 Giới Thiệu 42
4.2 Hệ thống MIMO-OFDM 42
4.2.1 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 42
4.2.2 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM Alamouti 44
LANGTUDONCOI

CÁC TỪ VIẾT TẮT
Danh sách từ viết tắt
A/D Analog to Digital
AWGN Additive White Gaussian Noise
BER Bit Error Rate
BLAST Bell-Laboratories Layered Space-Time Code
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
CDM Code Division Multiplexing
CP Cyclic Prefix
D/A Digital to Analog
DFT Discrete Fourier Transform
FDM Frequency Division Multiplexing
FEC Forward Error Correction
FFT Fast Fourier Transform
ICI InterCarrier Interference
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
I.I.D Independent and Identically Distributed
ISI InterSymbol Interference
LAN Local Area Network
LOS Light Of Sight
LPF Low Pass Filter
MIMO Multiple Input Muliple Output
MISO Multiple Input single Output
ML Maximum Likelihood
MMSE Minimum Mean Sqare Error
MS Mobile Station
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
P/S Parallel to Serial

LANGTUDONCOI
CÁC TỪ VIẾT TẮT
PAPR Peak to Average Power Ratio
QAM Quadrature Amplitute Modulation
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
RF Radio Frequency
SIMO Single Input Multiple Output
SISO Single Input Single Output
S/P Serial to Parallel
SC Single Carrier Communication
STBC Space-Time Block Code
V-BLAST Vertical-Bell-Laboratories Layered Space-Time
ZF Zero-Forcing
LANGTUDONCOI
MỞ ĐẦU
Mở đầu
Trong những năm gần đây, kỹ thuật viễn thông ngày càng phát triển và đặc biệt là
thông tin vô tuyến ngày càng quan trọng đối với cuộc sống hiện đại ngày nay.
Tuy nhiên, việc truyền thông tin trong môi trường vô tuyến lại chịu tác động rất
nhiều từ môi trường, cùng với việc hạn chế về băng thông và công suất.
Vì vậy để hạn chế các tác động của môi trường, cùng với khả năng sử dụng tài
nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả. Người ta đã ứng dụng các kỹ thuật ghép
kênh tiên tiến như là TDM,FDM,CDM…, kết hợp với các phương pháp khác nhau
để cải thiện chất lượng của kênh truyền vô tuyến như dùng các mã tối ưu, anten
thông minh, phân tập
Một trong những kỹthuật tiên tiến, có hiệu quả và được ứng dụng nhiều trong thực
tế là hệ thống MIMO. Việc sử dụng các kỹ thuật trong hệ thống MIMO sẽ cải thiện
chất lượng của kênh truyền một cách đáng kể, và có thể nâng cao dung lượng của
hệ thống thông tin làm cho tốc độ truyền dẫn cao hơn.
Đồng thời, để sử dụng kênh truyền có hiệu quả hơn, người ta đã sử dụng một kỹ

thuật ghép kênh có nhiều ưu điểm vượt trội là kỹ thuật OFDM. Với công nghệ
OFDM ta có thể truyền tín hiệu với tốc độ cao, việc sử dụng băng thông một cách
tối ưu hơn, có khả năng chống một số loại nhiễu .
Vì vậy mục đích của đề tài là giới thiệu và tìm hiểu về hệ thống MIMO-OFDM,
Cùng với việc xây dựng lưu đồ thuật toán, mô phỏng và phân tích các vấn đề được
nêu ra trong lý thuyết.
Nội dung của đồ án bao gồm 5 chương như sau:
Chương 1 : Các vấn đề của kênh truyền vô tuyến
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
Chương 3: Hệ thống MIMO
Chương 4 : Hệ thống MIMO-OFDM
Chương 5: Mô phỏng và hướng phát triển
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
Chương 1 : Các vấn đề của kênh truyền vô tuyến
1.1 Giới thiệu
Đây là chương giới thiệu về các nhân tố ảnh hưởng đến một kênh truyền vô tuyến
hay gặp, cũng như mô tả một cách trực quan về nó. Đồng thời đưa ra các cách khắc
phục nó tốt hơn
1.2 Các vấn đề của kênh truyền vô tuyến
1.2.1 Tài nguyên vô tuyến
Kênh truyền vô tuyến là tài nguyên của mỗi quốc gia, do đó nó cần sử dụng một
cách có hiệu quả nhất. Tài nguyên vô tuyến ở đây có thể được hiểu là các dãi tần số
được cấp phát giới hạn và cố định cho một mục đích cụ thể nào đó như truyền hình,
phát thanh, thông tin di động Vì vậy, để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách có
hiệu quả người ta đã đưa ra các phương pháp ghép kênh khác nhau như
TDM,FDM,OFDM,SDM…
1.2.2 Suy hao kênh truyền
Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng. Khi chúng ta
dùng anten định hướng để truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng theo dạng hình

cầu nhưng mật độ năng lượng khi đó sẽ tập trung vào một vùng nào đó do ta thiết
kế.Vì thế mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách. ta có
công suất tín hiệu thu được khi truyền trong không gian tự do:
2
4






=
R
GGPP
RTTR
π
λ
( 1.1 )
Trong đó : P
T
,P
R
là công suất phát,thu được (Watts).
G
T
là độ lợi của anten phát, G
R
là độ lợi của anten thu.
λ là bước sóng của sóng mang vô tuyến (m).
R là khoảng cách truyền dẫn tính bằng mét.

Gọi L
pt
là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:
L
pt
(dB)=10log
10







Pr
PtGtGr
=10log
10






λ
π
R4
2
( 1.2 )
LANGTUDONCOI

CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
Hình 1.1 Suy hao theo khoảng cách
1.2.3 Các loại nhiễu
-Nhiễu trắng Gaussian: Nhiễu trắng là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố
công suất phẳng nghĩa là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng
băng thông. Chúng ta không thể tạo ra nhiễu trắng theo đúng lý thuyết vì theo định
nghĩa của nó, nhiễu trắng có mật độ phổ công suất phân bố trong khoảng tần vô hạn
và do vậy nó cũng phải có công suất vô hạn. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta chỉ
cần tạo ra nhiễu trắng trong khoảng băng tần của hệ thống chúng ta đang xem xét.
Lưu ý rằng nhiễu Gaussian là nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian.

Hình 1.2 Nhiễu trắng
-Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
Hình 1.3 Nhiễu liên kí tự
Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu
phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là điều
không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu
khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời gian
truyền một ký tự lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng bảo vệ
(guard interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền, giữa hai
ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.
-Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)
ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang. Trong hệ thống
OFDM, ICI còn được gọi là nhiễu giao thoa giữa các sóng mang con, là hiện tượng
năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm phá vỡ
tính trực giao của các sóng mang con. ICI xảy ra do tính chọn lọc tần số của kênh
pha đinh, nguyên nhân chính là hiện tượng dịch Doppler do tính di động của máy

thu. Có thể hạn chế ICI bằng cách chèn khoảng bảo vệ một cách tuần hoàn, dùng
bộ cân bằng kênh được hỗ trợ bởi hoa tiêu (PSAM).
Hình 1.4 Nhiễu ICI trong OFDM
1.2.4 Fading
Tín hiệu được phát đi qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non,
cây cối … bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ… các hiện tượng này được gọi chung là
fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín
hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.
Hiện tượng fading trong một hệ thống thông tin hay gặp có thể được phân thành các
loại sau : Fading phẳng(flat fading), fading chọn lọc tần số(selective fading), fading
nhanh (fast fading), fading chậm(slow fading).
+Fading phẳng xảy ra khi băng thông của kênh truyền lớn hơn băng tần của tín hiệu
. Do các hệ thống tốc độ thấp có độ rộng băng tần tín hiệu hẹp (hẹp hơn độ rộng
kênh truyền) nên chịu ảnh hưởng của flat fading. Ảnh hưởng của flat fading tác
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
động lên toàn bộ dải tần tín hiệu truyền trên kênh là như nhau, do đó việc tính toán
độ dự trữ fading (fading margin) dễ dàng hơn .
+Fading lựa chọn tần số xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thông của
kênh truyền. Do đó hệ thống tốc độ vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn (lớn
hơn độ rộng kênh) sẽ chịu nhiều tác động của selective fading. Tác hại lớn nhất của
loại fading này là gây nhiễu lên kí tự -ISI. Selective fading tác động lên các tần số
khác nhau (trong cùng băng tần của tín hiệu) là khác nhau, do đó việc dự trữ như
flat fading là không thể. Do đó để khắc phục nó, người ta sử dụng một số biện pháp
như Phân tập, sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE (Adaptive
Time Domain Equalizer), ZF (Zero Forcing) và sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER .
+Fading nhanh (fast fading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler, nguyên nhân là có sự
chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát dẫn đến tần số thu được sẽ bị
dịch tần đi delta_f so với tần số phát tương ứng. Mức độ dịch tần sẽ thay đổi
theo vận tốc tương đối (v) giữa máy phát và thu (tại cùng 1 t/s phát). Do đó hiện

tượng này gọi là fading nhanh.
+Fading chậm (slow fading): Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền.
VD: tòa nhà cao tầng, ngọn núi, đồi…làm cho biên độ tín hiệu suy giảm, do đó còn
gọi là hiệu ứng bóng râm (Shadowing). Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên
một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm. Hay sự không ổn định cường độ tín
hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng cho chắn gọi là suy hao chậm. Vì vậy hiệu ứng này
gọi là Fading chậm (slow fading).
Hình 1.5 Hiện tượng fading
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
1.3 Các phương pháp tối ưu kênh truyền
1.3.1 Kỹ thuật phân tập
Trong thông tin vô tuyến, kỹ thuật phân tập được sử dụng rộng rãi cải thiện chất
lượng của kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát hoặc tăng băng tần
cần thiết. Ý tưởng cơ bản của phân tập là nếu nơi thu nhận hai hay nhiều bản sao
của tín hiệu một cách độc lập thì những mẫu này bị suy giảm cũng độc lập với nhau.
Điều này có nghĩa là khi một đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm thì đường tín hiệu
khác có thể không bị suy giảm. Vì vậy, sự kết hợp hợp lý của các bản sao khác nhau
sẽ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện chất lượng của đường truyền.
- Phân tập không gian
Phân tập không gian sử dụng nhiều anten được sắp xếp trong không gian tại phía
phát hoặc phía thu. Trong phân tập không gian, các phiên bản của tín hiệu phát
được truyền đến nơi thu trên các anten khác nhau trong miền không gian.
Hình1.6 Các phương pháp phân tập
Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten mà người ta chia phân tập không gian
thành 3 loại: phân tập anten phát ( hệ thống MISO), phân tập anten thu ( hệ thống
SIMO), phân tập anten phát và thu (hệ thống MIMO). Trong phân tập anten thu,
nhiều anten được sử dụng ở nơi thu để nhận các phiên bản của tín hiệu phát một
cách độc lập. Các phiên bản của tín hiệu phát được kết hợp một cách hoàn hảo để
tăng SNR của tín hiệu thu và làm giảm bớt fading đa đường. Trong hệ thống thực

tế, để đạt được BER của hệ thống theo yêu cầu, ta có kết hợp hai hay nhiều hệ thống
phân tập để có một hệ thống phân tập tốt hơn như phân tập theo không gian thời
gian(STC), phân tập theo không gian tần số (SFC)
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
-Phân tâp tần số
Phân tập theo tần số là kỹthuật thu hoặc phát tín hiệu trên hai kênh (hoặc nhiều hơn
hai kênh)tần số sóng vô tuyến. Tức là cùng một tín hiệu được phát trên hai tần số
khác nhau đến anten thu, thì tín hiệu nào tốt hơn thì lấy tín hiệu đó. Các hệ thống vô
tuyến sử dụng kỹthuật phân tập tần số sẽ cải thiện chất lượng tốt hơn, nhưng việc sử
dụng phổ tần không đạt được hiệu quả cao.
Hình 1.7 Phân tập theo tần số
- Phân tập thời gian
Kỹthuật phân tập theo thời gian là kỹ thuật thu phát tín hiệu trên hai khe hay khe
thời gian khác nhau. Tức là các tín hiệu giống nhau được truyền trên các khe thời
gian, như vậy ở đầu thu sẽ nhận được tín hiệu trên các khe thời gian. Từ đó máy thu
sẽ so sánh kết quả và chọn giá trị tốt nhất. Hệ thống thông tin nếu sử dụng kỹ thuật
phân tập thời gian sẽ cải thiện chất lượng hệ thống, tuy nhiện việc truyền như vậy sẽ
gây lãng phí khe thời gian làm giảm tốc độ truyền.
Hình 1.8 Phân tập theo thời gian
1.3.2 Kỹ thuật ghép kênh
-Ghép kênh theo tần số FDM
Kỹ thuật FDM (Frequency Division Multiplexing) ra đời đầu tiên, với ý tưởng là
một băng thông lớn sẽ được chia nhỏ thành nhiều băng thông nhỏ hơn không chồng
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
lấn, giữa các khoảng tần này cần có một khoảng bảo vệ để có thể sử dụng bộ lọc lọc
lấy khoảng tần mong muốn.
Hình 1.9 Ghép kênh theo tần sô FDM
-Ghép kênh theo thời gian TDM

Kỹ thuật TDM ( Time Division Multiplexing) ra đời với hiệu suất sử dụng kênh
truyền cao hơn. Với TDM trục tần số được chia thành nhiều khe thời gian ( time
slot). Mỗi một kênh dữ liệu sẽ chiếm giữ toàn bộ trục tần số ở những khoảng thời
gian nhất định . Luồng bit tốc độ thấp của mỗi kênh sẽ được ghép lại thành một
luồng bit tốc độ cao duy nhất, và đưa lên kênh truyền. TDM được sử dụng khá phổ
biến trong các hệ thống thông tin số.
Hình 1.9 Ghép kênh theo thời gian TDM
-Ghép kênh theo mã CDM
Trong kỹ thuật CDM ( Code Division Mutiplexing) tất cả các kênh sẽ sử dụng
đồng thời một băng thông và khoảng thời gian, bằng cách sử dụng tập mã trực giao.
Mỗi kênh sẽ được gán một mã nhất định. Dữ liệu của các kênh trước khi phát đi sẽ
được nhân với một mã trải phổ để giãn phổ tín hiệu ra toàn băng thông, ở phía thu
dữ liệu sẽ được khôi phục bằng cách nhân lại với mã trải phổ tương ứng.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 1:CÁC VẤN ĐỀ CỦA KÊNH TRUYỀN
Hình 1.10 Ghép kênh theo từ mã CDM
-Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghép kênh
ra đời khá lâu, tương tự kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM, một băng thông lớn sẽ
được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn. Trong FDM giữa các băng thông nhỏ
này phải có một khoảng tần bảo vệ, điều này dẫn tới lãng phí băng thông vô ích do
các dãi bảo vệ này hoàn toàn không chứa đựng tin tức. OFDM ra đời đã giải quyết
vấn đề này, bằng các sử dụng tập tần số trực giao các băng thông nhỏ này có thể
chộng lấn lên nhau , do đó nó sử dụng hiệu quả và tiết kiêm băng thông hơn FDM.
Hình 1.11 Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
1.4 Kết luận chương
Đây là chương giúp ta hiểu thêm về các vấn đề của một kênh truyền vô tuyến
thường gặp đó là các loại nhiễu, fading, hạn chế băng thông
Từ đó giúp ta hiểu thêm các phương pháp ghép kênh để sử dụng kênh truyền có
hiệu quả hơn, cùng với việc phân tập để nâng cao chất lượng của kênh truyên vô

tuyến tốt hơn. Trong đó một phương pháp ghép kênh có hiệu quả đã và đang ngày
càng được sử dụng rộng rãi ngày nay là kỹthuật OFDM, cùng với hệ thống MIMO.
Chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về nó ở các chương sau.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
2.1 Giới thiệu chương
Đây là chương nói về kỹ thuật OFDM, ở chương này ta sẽ đi tìm hiều kỹ thuật
OFDM là gì? Qua các khái niêm cơ bản và sơ đồ khối, cũng như các chức năng của
nó, sẽ giúp ta hiểu rõ hơn về OFDM.
2.2 Sơ lược về OFDM
2.2.1 Khái niệm về OFDM
Kỹ thuật OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) là phương pháp điều
chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín
hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi
phục lại tín hiệu ban đầu. Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phát minh năm
1966 ở Mỹ. Trong những thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ thuật
này đã được thực hiện ở khắp nơi trên thế giới
Hình 2.1: OFDM
Kỹ thuật này phân chia dải tần thành rất nhiều dải tần con với các sóng mang khác
nhau, mỗi sóng mang này được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ thấp.
Tổng các dòng dữ liệu tốc độ thấp này chính là dòng dữ liệu tốc độ cao cần truyền
tải. Đồng thời các sóng mang được sử dụng là các sóng mang trực giao với nhau,
điều này cho phép phổ của chúng chồng lên nhau mà không bị nhiễu. Vì vậy việc sử
dụng băng thông trở nên hiệu quả hơn.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Hình 2.2 Phân biệt FDM và OFDM
2.2.2 Tính chất trực giao của sóng mang
Tín hiệu được gọi là trực giao nhau nếu chúng độc lập với nhau. Trực giao là một

đặc tính cho phép nhiều tín hiệu mang tin được truyền đi trên kênh truyền thông
thường mà không có nhiễu giữa chúng.
Tín hiệu sóng mang là một sóng sine sao cho mỗi một sóng sine có một chu kì sao
cho bằng một số nguyên lần thời gian cần thiết để truyền một ký hiệu. Như vậy
trong thời gian tồn tại symbol, mỗi sóng mang sẽ có một số nguyên lần chu kỳ khác
nhau, mặc dù phổ tần của chúng chồng lấn lên nhau nhưng chúng không gây nhiễu
cho nhau.
Hình 2.3 Các sóng mang con
Việc giải mã tín hiệu sóng mang dựa vào việc máy thu sẽ dịch tần mỗi sóng mang
xuống mức DC, tín hiệu nhận được lấy tích phân trên một chu kỳ của symbol để
phục hồi dữ liệu gốc. Nếu mọi sóng mang đều dịch xuống tần số tích phân của sóng
mang này (trong một chu kỳ τ, kết quả tính tích phân các sóng mang khác sẽ là
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
zero). Tính trực giao của các sóng mang con còn thể hiện ở chỗ: tại mỗi đỉnh của
một sóng mang con bất kỳ trong nhóm thì các sóng mang con khác bằng 0.
Hình 2.4 Phổ các sóng trực giao
2.3 Kỹ thuật OFDM

Hình 2.5 Sơ đồ khối của kỹthuật OFDM
2.3.1 Khối S/P (Serial to Parallel ) và P/S (Parallel to Serial )
Khối S/P có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít nối tiếp đầu vào thành các luồng bít
song song. Các luồng bít song song phụ thuộc số sóng mang con và phương pháp
điều chế mà được phân bố vào các kí hiệu một cách hợp lý. Tuy nhiên để tránh hiện
tượng lỗi chùm do nhiễu tác động người ta phân bổ luồng tín hiệu một cách ngẫu
nhiên lên các sóng mang.
LANGTUDONCOI
f
Duration T
S

1/T
S
f
0
f
2
f
1
f
2
f
1
f
0
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Hình 2.6 Khối S/P
Khối P/S có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít song song thành luồng nối tiếp.
Hình 2.7 Khối P/S
2.3.2 Khối mã hóa và sắp xếp
- Mã hóa kênh
Trong OFDM người ta thường sử dụng mã sữa lỗi FEC(Forward Error Correction).
Nguyên tắc của FEC là người ta gửi thêm thông tin trùng lặp vào trong thông điệp
gửi đi, điều đó cho phép người nhận có thể tự kiểm tra và sửa lỗi (nếu có) gây ra do
kênh truyền. FEC có hai loại chính: mã hóa khối và mã hóa chập. Đồng thời để
tránh hiện tượng lỗi chùm trong OFDM người ta còn sử dụng kỹthuật xen kẽ
IL(interleaving) để chuyển các lỗi chùm thành các lỗi ngẫu nhiên đơn giản có thể
sửa lỗi. Phương pháp IL thực chất là đưa luồng bit vào theo hàng và lấy ra theo cột.
- Sắp xếp và điều chế
+Sắp xếp
Sau khi được mã hóa các luồng bit được sắp xếp thành các nhóm bít để chuẩn bị

cho việc điều chế MPSK,MQAM
Nhóm bít Dạng điều chế An,bn
1 BPSK
1±

LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
2 QPSK
1±
4 16QAM
1±
,
3
±
8 64QAM
1±
,
3
±
,
5
±
,
7
±
Bảng 2.1: Dạng điều chế
+ Điều chế
Trong OFDM người ta thường sử dụng BPSK,QPSK,4QAM,16QAM,64QAM
cho việc điều chế tín hiệu.
Điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying) điều chế pha nhị phân, là kỹ thuật

điều chế tín hiệu số với bit 0 tương ứng với tín hiệu sóng có pha = -90° và bit 1
tương ứng sóng mang có pha = 90° (hoặc ngược lại).

Hình 2.8 Điều chế PSK
QPSK (Quadature Phase Shift Keying) là là 1 kỹ thuật điều chế tín hiệu số, mã hóa
2 bit thành 1 symbols.
Hình 2.9: Điều chế QPSK
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
QAM(Quadrature Amplitude Modulation ) là kỹthuật điều chế về pha và biên độ
của tín hiệu. Nó sử dụng một cặp sóng mang Sine và Cosine với cùng một thành
phần tần số để truyền tải thông tin về một tổ hợp bit. Tại phía thu, tín hiệu thu được
bị tác động của nhiễu trên đuờng truyền, khi đó pha và biên độ của tín hiệu đã bị
thay đổi và được biểu diễn trên chòm sao sẽ lệch khỏi điểm tương ứng ở phía phát
một lượng nhất định. Máy thu sẽ lựa chọn một điểm trên chòm sao có khoảng cách
đến điểm thu được trên thực tế là nhỏ nhất bằng một bộ so sánh.
Dựa vào việc điều chế các mức tương ứng ta có 4QAM,8QAM,16QAM,64QAM
Số mức điều chế lớn thì lượng tin được chuyển tải càng nhiều, nên việc sử dụng
băng thông hiệu quả hơn. Tuy nhiên sử dụng càng nhiều mức thì lỗi bit càng cao.
Hình 2.10: Sơ đồ chòm sao QPSK,16QAM,64QAM
2.3.3 Khối chèn pilot
Khối chèn pilot thực hiện chèn các kí hiệu pilot vào tín hiệu trước khi truyền đi. Các
kí hiệu pilot giúp cho máy thu biết được tình trạng của kênh truyền, cùng với các
tham số của máy phát. Nhờ đó mà máy thu có thể cân bằng và ước lượng kênh
truyền
Hình 2.11 Vị trí phổ của sóng mang pilot
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
2.3.4 Khối FFT và IFFT
-Nhiệm vụ chính

Kỹ thuật đa sóng mang gặp rất nhiều khó khăn ở phần cứng trong việc thiết lập các
sóng mang khác nhau để phát đi. Và khối FFT, IFFT được xem như là giải thuật
hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Ở phía phát sau tần điều chế, chuổi dữ liệu được
thiết lập một biên độ và pha tương ứng. Điều này cho thấy tín hiệu phát đang ở
miền tần số vì vậy khối IFFT được sử dụng để chuyển tín hiệu sang miền thời gian
để phát đi. Thông qua đó các chuổi dữ liệu được gán một tần số sóng mang sao cho
chúng trực giao nhau.
-Phương pháp tiến hành
Chuổi dữ liệu sau khi ra khỏi khối Signal Mapper được đưa vào IFFT
∑
−
=
=
1
0
2
).(
1
)(
N
k
kn
N
j
ekX
N
nx
π
(2.1)
Ta thấy chúng có tính chất trực giao nhau

Ở bộ thu sử dụng FFT để chuyển tín hiệu từ miền thời gian qua miền thần số tương
ứng. Tín hiệu được biểu diễn dưới dạng tần số thông qua biên độ và pha để đưa vào
khối Signal Demapper
Ta có công thức tổng quát biến đổi IDFT và DFT của N điểm :
Biến đổi IDFT:
∑
−
=
−
−==
1
0
1, ,2,1,0)(
1
)(
N
k
kn
N
NnWkX
N
tx
(2.2)
Biến đổi DFT:
∑
−
=
−==
1
0

1, ,2,1,0)()(
N
n
kn
N
NkWnxkX
(2.3)
Hình 2.12 Bộ điều chế OFDM
LANGTUDONCOI
G
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
2.3.5 Khối chèn bảo vệ
Giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là T
S
. Chuỗi bảo vệ hay còn gọi tiền
tố lặp CP (Cyclic Prefix)là mộtchuỗi tín hiệu có độ dài là
G
T
ở phía sau sao chép
lên phần phía trước của tín hiệu này. Sự sao chép này có tác dụng chống lại nhiễu
ISI gây ra bởi hiệu ứng đa đường.
Hình 2.13 Chèn chuỗi bảo vệ
Ở tuyến đầu tiên ta nhận thấy mẫu tín hiệu thứ (k-1) không chồng lấn lên mẫu tín
hiệu thứ k. Điều này là do ta giả sử rằng tuyến đầu tiên không có trễ truyền dẫn.
Tuy nhiên ở tuyến 2, mẫu tín hiệu thứ (k-1) bị dịch sang mẫu tín hiệu thứ k một
khoảng là Tmax do trễ truyền dẫn. Tương tự như vậy mẫu tín hiệu thứ k bị dịch
sang tín hiệu thứ (k+1) một khoảng cũng là Tmax Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ
là tổng của tín hiệu tất cả các tuyến. Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫn trong
các phương pháp điều chế thông thường sẽ gây ra nhiễu ISI. Tuy nhiên trong
hệ thống OFDM có sử dụng chuỗi bảo vệ sẽ loại bỏ được nhiễu này. Trong

trường hợp
ax
G
T Tm≥
,thì phần bị chồng lấn tín hiệu gây nhiễu ISI chỉ nằm trong
khoảng của chuỗi bảo vệ. Khoảng tín hiệu có ích có độ dài
s
T
không bị chồng lấn
bởi các mẫu tín hiệu khác. Ở phía thu, chuỗi bảo vệ sẽ bị gạt bỏ trước khi gửi đến
bộ giải điều chế OFDM.
Khoảng bảo vệ được chọn dựa vào khoảng thời gian tích cực của symbol, có thể là
1/4, 1/8, 1/16, 1/32 thời gian symbol tích cực.
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
2.3.6 Khối D/A-Up converter và khối A/D- Down converter
Chuỗi ký hiệu rời rạc sau khi được chèn khoảng bảo vệ sẽ được đưa vào bộ biến đổi
từ số sang tương tự để xử lý đưa lên tần số cao để anten phát có thể dễ dàng bức xạ
tín hiệu ra ngoài không gian. Ở phía thu, tín hiệu OFDM được thu từ anten sẽ được
đổi tần xuống tín hiệu tần số thấp. Và được đưa vào bộ biến đổi tương tự sang số
chuẩn bị cho việc xử lý.
2.3.7 Khối ước lượng kênh truyền
Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàm
truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên
phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation). Để ước lượng kênh,
phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường
. Trong phương pháp
này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tínhiệu đã được bên thu biết trước về pha và
biên độ. Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho
biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát. Ước lượng kênh có thể

được phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số. Trong miền thời gian thì
các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng. Trong miền tần số thì các
đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng.
2.4 Nguyên lý hoạt động của máy thu và phát OFDM
-Tại máy phát:
Giả sử ban đầu ta có một chuỗi bít cần truyền là [b0,b1,b2,b3,…bn].
Chuỗi bit này sẽ được đưa qua bộ mã hóa kênh ,ở đây nó sẽ được chèn thêm bit tạo
thành các mã phát hiên và sửa lỗi. Sau đó nó sẽ được đưa qua bộ xen kẽ
IL(interleaved) để tránh hiện tượng lỗi chùm. Lúc này chuỗi bit trở thành
[s0,s1,s2….sm].tiếp theo chuỗi bit này sẽ được đưa qua bô S/P và sắp xếp thành các
nhóm tương ứng với các loại điều chế(M-PSK, M-QAM).
Sau khi qua bộ điều chế ta có một chuỗi số phức :
d
K,m
=(d
k,m,0
; d
k,m,1
; d
k,m,2 ;…
d
k,m,Q-1
)
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Hình 2.14 Phổ các sóng mang con
với k: số phức thứ k; m:là số thứ tự khung của OFDM
Q:số bít trong một nhóm phục vụ cho việc điều chế Q=log
2
M

Sau khi được điều chế các tín hiệu sẽ được chèn các kí hiệu pilot và được biến đổi
IFFT để tạo các sóng mang chứa các thông tin của chuỗi số phức đó.
Hình 2.15 Vị trí các sóng mang
Tiếp tục hệ thống sẽ chèn CP sóng mang con bảo vệ.
Hình 2.16 Chèn CP [1]
Giả sử hệ thống OFDM có N sóng mang con như vậy một biểu tượng OFDM
tương ứng là :
X
k,m
=[x
0,m
; x
1,m
; x
2,m
…. x
N-Ng-1,m
; x
N-Ng,m
… x
N-1,m
] [1] (2.4)
Như vậy sau khi chèn CP ta sẽ có khung OFDM như sau:
LANGTUDONCOI
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT OFDM
Hình 2.17 Một khung OFDM [1]
Vậy sau khi biến đổi IFFT và chèn CP ta có thể biểu diễn dưới dạng toán học của
khung thứ m của OFDM như sau:
[1] (2.5)
Với n

∈
{-Ng,….,0,…N-1} với Ng là độ dài của CP.
- Tại máy thu :
Tại máy phát các khung OFDM qua khối RF và được truyền trong không gian tự
do. Trong môi trường không gian tự do tín hiệu sẽ chịu tác động của nhiễu và ảnh
hưởng của hiện tượng fading. Tại máy thu tín hiệu nhận được là :

∑
+=
−
)/(
,
wmwhxy
bmllmm
[1] ( 2.6 )
Trong đó m, l là thứ tự của khung OFDM và chùm tia fading
h:là hệ số fading.
Wb là nhiễu.
Tại máy thu tách CP ta được:
Với n=0…N-1 [1] [6] ( 2.7 )
Z
n,m
:là nhiễu AWGN(additive white gausian).
Công thức 2.7 có thể được viết dưới dạng ma trận như sau
y
n,m
=h
m,toep
[x
0

x
1
x
N-1
]
T
+z
n,m
[6] (2.8)
LANGTUDONCOI