CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC BẢNG ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
LỜI NÓI ĐẦU v
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 1
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX 3
Phân bố Rayleigh 4
Hình 1.3: Hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh 5
Phân bố Ricean : 5
1.2.5.1. Pha đinh băng hẹp(pha đinh phẳng) 12
1.2.5.2. Pha-đinh băng rộng (pha đinh lựa chọn tần số) 13
Q 24
Bảng2.1.Các giá trị trong mã hóa 64QAM 24
Ts 26
Hình 2.7. Tiền tố lặp (CP) trong OFDM 26
3.2. Khái niệm: 44
3.3. Các chuẩn của WiMAX: 49
3.3.1. Chuẩn IEEE 802.16 – 2001: 49
Chuẩn IEEE 802.16-2001 được hoàn thành vào tháng 10/2001 và được công bố vào
4/2002, định nghĩa đặc tả kỹ thuật giao diện không gian WirelessMAN™ cho các
mạng vùng đô thị. Đặc điểm chính của IEEE 802.16 – 2001: 49
3.3.2. Chuẩn IEEE 802.16a: 49
Vì những khó khăn trong triển khai chuẩn IEEE 802.16, hướng vào việc sử dụng tần
số từ 10 – 66 GHz, một dự án sửa đổi có tên IEEE 802.16a đã được hoàn thành vào
tháng 11/2002 và được công bố vào tháng 4/2003. Chuẩn này được mở rộng hỗ trợ
giao diện không gian cho những tần số trong băng tần 2–11 GHz, bao gồm cả những
phổ cấp phép và không cấp phép và không cần thoả mãn điều kiện tầm nhìn thẳng.
Đặc điểm chính của IEEE 802.16a như sau: 50

cuối trên mỗi kênh 55
3.5.3. Lớp PHY : 56
3.5.3.2. Phương pháp ghép (Duplexing): 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 98
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các loại phadinh Error: Reference source not found
Bảng 1.2 Các giá trị trải trễ thông dụng Error: Reference source not found
Bảng 2.1.Các giá trị trong mã hóa 64QAM Error: Reference source not found
Bảng 2.2 Mô hình điều chế được sử dụng tùy vào việc dụng hòa giữa yêu cầu tốc độ truyền
dẫn và chất lượng truyền dẫn Error: Reference source not found
Bảng 2.3.Mã Gray Error: Reference source not found
Bảng 2.4: Thông số symbol OFDM theo chuẩn 802.16-2004 Error: Reference source not
found
Bảng 3.1. Các tính năng của WirelessMAN OFDM 58
Bảng 3.2. Minh hoạ hai kiểu trạm 68
Bảng 4.1. Các cấu hình kênh FUSC cơ sở 89
Bảng 4.2. Lý lịch trễ công suất đa đường của ITU cho thông tin di động 3G 90
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến Error: Reference source not found
Hình 1.2 Tín hiệu đa đường Error: Reference source not found
Hình 1.3: Hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh Error: Reference source not found
Hình 1.4: Hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean: k = Db (Rayleigh) và k = 6 dB.
Với k >>1, giá trị trung bình của phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss 6
Hình 1.5: Trải trễ đa đường Error: Reference source not found
Hình 1.6. Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống OFDM Error: Reference source not
found
Hình 1.7. Phân tập lựa chọn hai nhánh đơn loại đi hầu hết sự suy giảm mạnh Error:
Reference source not found

Hình 3.5. Điều chế thích ứng trong lớp vật lý 55
Hình 3.6. Cấu trúc khung OFDM đường xuống 57
Hình 3.7. Cấu trúc khung OFDM đường lên. 57
Hình 3.8. Sơ đồ khối máy phát và máy thu WirelessMAN OFDM 58
Hình 3.9. Sơ đồ khối băng gốc của máy phát và máy thu WirelessMAN OFDM 59
Hình 3.10. Thí dụ về vùng số liệu trong ấn định OFDMA 61
Hình 3.11. Thí dụ về sắp xếp các khe OFDMA vào các kênh con và các ký hiệu trên đường
xuống (trong chế độ PUSC) 62
Hình 3.12. Thí dụ về sắp xếp các khe OFDMA vào các kênh con và các ký hiệu cho đường lên 62
Hình 3.14. Mô tả về FDD và TDD 63
Hình 3.15. Cấu trúc khung của FDD 63
Hình 3.16. Cấu trúc khung của TDD 63
Hình 4.1: Hai chế độ song công TDD và FDD 72
Hình 4. 2: Cấu trúc khung WiMAX OFDM 73
Hình 4.3: Minh họa khung OFDMA với cấu trúc đa vùng 74
Hình 4.4: Mô hình tái sử dụng tần số 77
Hình 4.5: Phân đoạn tái sử dụng tần số trong một site gồm 3 cell 78
Hình 4.6: Mã hóa không gian- thời gian 79
Hình 4.7 : Chuyển mạch thích ứng cho Anten thông minh 79
Hình 4.8: Trung tâm quản lý mạng WiMAX 80
Hình 4.9: Sơ đồ kết nối WiMAX 81
Hình 4.10: Mô hình mô phỏng kênh đường xuống 83
Hình 4.11 : Lưu đồ mô phỏng 84
Hình 4.12: Cấu trúc sóng mang con OFDMA 86
Hình 4.13 : Mô phỏng kênh phadinh Rayleigh tại f
Doppler
= [17 49 114] HZ 87
Hình 4.14: Mô phỏng kênh phadinh chọn lọc tần số 87
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX

Các yếu tố chính hạn chế hệ thống thông tin di động bắt nguồn từ môi trường vụ
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 cỏch
• Che tối: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 cỏch 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 gõy ra nhiễu giao
thoa giữa cỏc ký hiệu (ISI: Inter Symbol Interference).
• Nhiễu: Cỏc máy phát khỏc 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.
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
1
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
1.2.1 Sự suy giảm tín hiệu (Attenuation):
Sự suy giảm tín hiệu là sự suy hao mức công suất tín hiệu trong quá trình truyền từ
điểm này đến điểm khác. Điều này có thể là do đường truyền dài, do các tòa nhà cao tầng và
hiệu ứng đa đường. Hình 1.1 cho thấy một số nguyên nhân làm suy giảm tín hiệu. Bất kì
một vật cản nào trên đường truyền đều có thể làm suy giảm tín hiệu.
Hình 1.1 Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến
1.2.2 Phadinh:
1.2.2.1. Hiệu ứng đa đường:
Kênh vô tuyến di động gây ra những hạn chế cơ bản đối với chất lượng liên lạc.
Kênh vô tuyến di động có thể thay đổi từ dạng LOS (Line- Of -Sight) đến dạng bị che chắn
bởi các chướng ngại vật cố định hoặc di động, hay nói cách khác là tín hiệu truyền từ máy
phát tới máy thu được truyền theo nhiều đường khác nhau gọi là truyền dẫn đa đường.
Truyền dẫn đa đường trong thông tin di động do ba cơ chế gây ra, đó là sự phản xạ
(Reflection), nhiễu xạ (Diffaction) và tán xạ (Scattering). Hình 1.2 chỉ ra một số trường hợp
mà tín hiệu đa đường có thể xảy ra.
- Hiện tượng phản xạ xảy ra khi song điện từ va chạm vào một mặt phẳng nhẵn có kích

CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
bình (hay sự suy hao đường truyền) do sự thay đổi vị trí qua một khoảng cách lớn. Large-
scale fading gây ra do ảnh hưởng của địa hình và các vật chắn che khuất giữa máy phát và
máy thu (như đồi núi, cao ốc…). Các số liệu thống kê về large-scale fading bổ trợ cho quá
trình tính toán suy hao đường truyền theo hàm của khoảng cách. Về độ suy giảm hay độ tổn
hao đường truyền, large-scale fading được đánh giá bởi trung bình của tín hiệu thu qua
khoảng cách 10-30dB lần chiều dài bước sóng λ.
Small- scale fading: Phụ thuộc vào quan hệ giữa các thông số tín hiệu (độ rộng băng
tần, chu kỳ tín hiệu,…) và các thông số kênh (trải trễ trung bình quân phương, trải
Doppler…), ta có thể phân laọi phadinh hẹp dựa trên hai đặc tính: trải trễ đa đường và
phadinh chọn lọc tần số. Trải trễ đa đường là một thông số trong miền thời gian, trong khi
đó việc kênh phadinh phẳng hay chọn lọc tần số lại tương ứng với miền 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 phadinh chọn lọc thời gian, vì thế liên quan đến trải Doppler ta
có thể phân loại phadinh phạm vi hẹp thành phadinh nhanh và phadinh chậm.
Trong các ứng dụng vô tuyến điện di động, sự chuyển động của máy phát và máy thu
dẫn đến các thay đổi về đường truyền dẫn, do đó kênh truyền biến đổi theo thời gian. Thuật
ngữ phadinh nhanh (fast fading) được dựng đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhanh của các
điều kiện truyền dẫn (hay tốc độ thay đổi nhanh của các suy giảm). Small- scale fading
được gọi là Rayleigh fading nếu tại máy thu nhận được vô số đường phản xạ mà không có
thành phần tín hiệu trội (điển hình là tia truyền thẳng LOS) và được gọi là fading có phân bố
Rice nếu tồn tại thành phần tín hiệu trội.
Phân bố Rayleigh
Trong những kênh vô tuyến di động, phân bố Rayleigh thường được dựng để mô tả
bản chất thay đổi theo thời gian của đường bao tín hiệu fading phẳng thu được hoặc đường
bao của một thành phần đa đường riêng lẻ. Chúng ta biết rằng đường bao của tổng hai tín
hiệu nhiễu Gauss trực giao tuân theo phân bố Rayleigh. Phân bố Rayleigh có hàm mật độ
xác suất [7]:
(1.1)
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13

2ĩ 3ĩ 5ĩ4ĩ
p(r)
Điện thế đường bao tín hiệu tại đầu thu r (volts)
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
như trong trường hợp dò sóng sin trong khi bị nhiễu nhiệt, ảnh hưởng của tín hiệu light-of-
sight (có công suất vượt trội) đến bộ thu cùng với các tín hiệu đa đường (có công suất yếu
hơn) sẽ làm cho phân bố Ricean rõ rệt hơn. Khi thành phần light-of-sight bị suy yếu, tín
hiệu tổng hợp trông giống như nhiễu có đường bao theo phân bố Rayleigh. Vì vậy, phân bố
bị trở thành phân bố Rayleigh trong trường hợp thành phần light-of-sight mất đi.
Hàm mật độ phân bố xác suất của phân bố Ricean [7]:
(1.6)
A: biên độ đỉnh của thành phần light-of-sight.
I
o
: là hàm Bessel sửa đổi loại 1 bậc 0.
Phân bố Ricean thường được mô tả bởi thông số k được định nghĩa như là tỉ số giữa
công suất tín hiệu xác định (thành phần light-of-sight) và công suất các thành phần đa
đường:
(1.7)
Hay viết dưới dạng dB:
(1.8)
k xác định phân bố Ricean và được gọi là hệ số Ricean.
Khi A 0, k 0 ( dB) thành phần light-of-sight bị suy giảm về biên độ, phân
bố Ricean trở thành phân bố Rayleigh.
Hình 1.4 mô tả hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean.
Hình 1.4: Hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean: k = Db (Rayleigh) và k = 6 dB.
Với k >>1, giá trị trung bình của phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
6
p(r)

SC
≈
B
C
/10, do đó số lượng cần thiết của sóng mang
con trong hệ thống OFDM là L > 10xB/B
C
Trải phổ
Doppler
Nếu f
c
.v>> c;
pha đinh
nhanh
Nếu f
c
.v≤ c;
pha đinh
chậm
Khi tỷ số f
D
/ B
SC
là không thể bỏ qua thì sự trực
giao của các sóng mang con sẽ mất đi
Thời gian kết
hợp T
C
Nếu T
C

rộng của tín hiệu truyền hẹp hơn độ rộng băng, tín hiệu thu được không bị méo dạng song
cường độ tín hiệu bị thăng giáng mạnh.
1.2.2.4.Trải trễ (Delay Spread):
Tín hiệu vô tuyến thu được từ máy phát bao gồm tín hiệu trực tiếp và tín hiệu phản
xạ từ các vật cản như các tòa nhà, đồi núi…Tín hiệu phản xạ đến máy thu chậm hơn so với
tín hiệu trực tiếp do chiều dài truyền lớn hơn. Trải trễ là thời gian trễ giữa tín hiệu đi thằng
và tín hiệu phản xạ cuối cùng đến đầu vào máy thu.
Trong hệ thống số, trải trễ có thể dẫn đến nhiễu liên ký tự ISI. Điều này do tín hiệu
đa đường bị trễ chồng lấn với ký hiệu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi nghiêm trọng ở các
hệ thống tốc độ bit cao, đặc biệt là khi sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA
Hình 1.5: Trải trễ đa đường
Hình 1.5 cho thấy ảnh hưởng của trải trễ gây ra nhiễu liên kí tự. Khi tốc độ bit
truyền đi tăng lên thì một lượng nhiễu ISI cũng tăng lên một cách đáng kể. Ảnh hưởng thể
hiện rõ ràng nhất khi trải trễ lớn hơn khoảng 50% chu kỳ bit (bit time).
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
8
Tín hiệu trực tiếp
Tín hiệu trễ
Tín hiệu thuđược
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
Bảng 1.2 đưa ra các giá trị trải trễ thông dụng đối với các môi trường khác nhau. Trải
trễ lớn nhất ở môi trường bên ngoài xấp xỉ là 20μs, do đó nhiễu liên kí tự có thể xảy ra đáng
kể ở tốc độ thấp nhất là 25Kbps
Bảng 1.2 Các giá trị trải trễ thông dụng
Nhiễu ISI có thể được tối thiểu hóa bằng nhiều cách:
1 Giảm tốc độ ký tự bằng cách giảm tốc độ dữ liệu cho mỗi kênh ( như chia băng thông
ra nhiều băng con nhỏ hơn sử dụng FDM hay OFDM).
1 Sử dụng kỹ thuật mã hóa để giảm nhiễu ISI như trong CDMA.
1.2.3. Dịch Doppler:
Khi nguồn tín hiệu và bên thu chuyển động tương đối với nhau, tần số tín hiệu thu

trong hệ thống truyền dẫn. Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả
băng thông và biên độ tuân theo phân bố Gaussian. Theo phương thức tác động thì nhiễu
Gaussian là nhiễu cộng. Vậy dạng kênh truyền phổ biến là kênh truyền chịu tác động của
nhiễu Gaussian trắng cộng.
Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt tải điện gây ra) là loại nhiễu
tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn. Đặc biệt, trong hệ
thống OFDM, khi số sóng mang phụ là rất lớn thì hầu hết các thành phần nhiễu khác cũng
có thể được coi là nhiễu Gaussian trắng cộng tác động trên từng kênh con vì xét trên từng
kênh con riêng lẻ thì đặc điểm của các loại nhiễu này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu
Gaussian trắng cộng.
1.2.4.2. Nhiễu liên ký tự ISI:
Nhiễu ISI và ICI là hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh truyền
ngoài nhiễu Gaussian trắng cộng. Như đã giới thiệu ở trên, ISI gây ra do trải trễ đa đường.
Để giảm ISI, cách tốt nhất là giảm tốc độ dữ liệu. Nhưng với nhu cầu hiện nay là yêu cầu
tốc độ truyền phải tăng nhanh. Do đó giải pháp này là không thể thực hiện được. Đề nghị
đưa ra để giảm ISI và đã được đưa vào ứng dụng thực tế là chèn tiền tố lặp CP vào mỗi ký
tự OFDM. Ngoài nhiễu ISI, nhiễu ICI cũng tác động không nhỏ đến chất lượng tín hiệu thu
được, do đó việc tìm hiểu nó cũng rất quan trọng để nâng cao chất lượng của hệ thống
OFDM.
Trong môi trường đa đường, ký tự phát đến đầu vào máy thu với các khoảng thời
gian khác nhau thông qua nhiều đường khác nhau. Sự mở rộng của chu kỳ ký tự gây ra sự
chồng lấn giữa ký tự hiện thời với ký tự trước đó và kết quả là có nhiễu liên ký tự (ISI).
Trong OFDM, ISI thường đề cập đến nhiễu của một ký tự OFDM với ký tự trước đó.Trong
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
10
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
hệ thống OFDM, để giảm được nhiễu ISI, phương pháp đơn giản và thông dụng nhất là đưa
vào tiền tố lặp CP.
1.2.4.3.Nhiễu liên sóng mang ICI:
Trong OFDM, phổ của các sóng mang chồng lấn nhưng vẫn trực giao với sóng

độ tín hiệu thu sẽ bị giảm đáng kể vì suy hao thay đổi đáng kể. Tính di chuyển của các thuê
bao trên khoảng cách lớn(>>λ) và sự thay đổi đặc điểm địa hình, sẽ ảnh hưởng đến suy hao
và công suất thu thay đổi chậm.
Có rất nhiều các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để khắc phục pha-đinh băng hẹp,
nhưng cách phổ biến nhất và thường được dựng nhất là phân tập.Trong thông tin vô tuyến
tốc độ cao, chỉ có sự phân tập mới khắc phục được hiện tượng pha-đinh này .
Các loại phân tập thường dùng là:
Phân tập thời gian
Hai phương pháp quan trọng của phân tập thời gian là mã hóa/đan xen và điều chế
thích nghi (AMC). Kỹ thuật mã hóa và đan xen đưa vào một cách linh hoạt để tăng độ dư
thừa trong tín hiệu được truyền đi; điều này làm cho tốc độ của tín hiệu giảm và vì vậy mà
giảm đươc lỗi bit.
Các máy phát cùng với việc điều chế thích nghi sẽ có thông tin về kênh truyền. Và vì
vậy, chúng sẽ chọn kỹ thuật điều chế mà đạt được tốc độ dữ liệu cao nhất có thể được trong
khi vẫn giữ được BER ở mức yêu cầu.
Trong phương trình (3.3), với M tăng, BER cũng tăng. Vì tốc độ dữ liệu tỷ lệ với
log
2
M, chúng ta muốn chọn kích thước mẫu tự lớn nhất để mà đạt được BER theo yêu cầu.
Nếu kênh có sự suy giảm mạnh thì sẽ không có ký hiệu nào được gửi đi để tránh tạo lỗi.
Phân tập không gian
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
12
(1.10)
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
Phân tập theo không gian là một dạng phân tập khác cũng khá phổ biến và có hiệu
quả, thường được thực hiện bằng cách sử dụng hai hay nhiều hơn các ăng-ten tại cả máy
phát và máy thu hay chỉ có ở máy phát hoặc máy thu. Phân tập này còn được biết đến với
tên gọi là hệ thống MIMO. Dạng đơn giản nhất của phân tập theo không gian bao gồm hai
ăng-ten thu, đó là nơi mà hai tín hiệu mạnh nhất được chọn. Nếu các ăng-ten được đặt cách

n(t) được thêm vào. Ta thấy tín hiệu thu được là r(t) đã bị méo dạng so với tín hiệu phát x(t).
Để khắc phục nhiễu ISI và cải thiện chất lượng của hệ thống, có nhiều phương pháp
khác nhau nhưng phương pháp được đề cập nhiều nhất là sử dụng bộ cân bằng Equalizer
được sử dụng để bù lại các đặc tính tán xạ thời gian của kênh truyền.
Hình 1.9. Kênh truyền và bộ cân bằng
- Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS (Direct Sequence Speread Spectrum):
Được dựng để giảm ảnh hưởng của méo ISI gây bởi kênh chọn lọc theo tần số nhờ khả năng
đặc biệt của các hệ thống trải phổ trong loại trừ nhiễu. Trong kênh đa đường, hệ thống trải
phổ coi ISI cũng như các tín hiệu phản xạ đa đường bị trễ như là một loại nhiễu. Nếu máy
thu được đồng bộ với tín hiệu LOS thì tín hiệu đó sẽ được nhân với mã trải phổ và khôi
phục tại máy thu trong khi đó các tín hiệu phản xạ đa đường khác được coi như nhiễu và bị
loại trừ.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần FH/SS (Frequence Hopping Spread Spectrum): Có
thể sử dụng như một kỹ thuật giảm méo gây bởi phadinh chọn lọc theo tần số, miễn là tốc
độ nhảy ít nhất phải bằng tốc độ symbol. Khác với DS/SS, cơ chế chống đa đường của
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
14
Hình 1.8. Sơ đồ khối của mô hình kênh truyền
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
FS/SS là thay đổi rất nhanh tần số sóng mang phát đi và tần số máy thu trước khi xuyên
nhiễu do tín hiệu đa đường đưa tới.
- Kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequence Divíion Multiplexing): Được sử dụng
để truyền tín hiệu trong các kênh frequence selective fading tránh dựng các bộ Equilizer
bằng cách kéo dài khoảng thời gian symbol. Trong hệ thống OFDM, chuỗi Symbol tốc độ
cao được chia thành N nhóm song song có tốc độ thấp hơn và được điều chế bởi các sóng
mang trực giao. Mục đích là giảm tốc độ symbol (hay tốc độ tín hiệu) W=1/T
s
trên mỗi sóng
mang thấp hơn băng thông tương quan của kênh f
o

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. Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein và Ebert đã
chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi
IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Phát
minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điều chế OFDM được ứng
dụng trở nên rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT người ta có thể sử dụng phép biến đổi nhan
IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụng FFT cho bộ giải điều chế OFDM.
Trong chương này chúng ta sẽ đi nghiên cứu về nguyên tắc của OFDM, tính trực
giao, trình bày thuật toán IFFT/FFT và các thành phần của hệ thống OFDM. Quan trọng
chương cũng xét đến cấu trúc tín hiệu OFDM và vấn đề dung lượng kênh làm nền cho các
chương sau.
2.2. Nguyên tắc của OFDM:
Điều chế đa sóng mang là nguyên tắc truyền dữ liệu tốc độ cao bằng cách phân luồng
dữ liệu đầu vào thành nhiều luồng kí tự có tốc độ thấp hơn, sử dụng những luồng con này để
điều chế bằng nhiều sóng mang phụ. Hình (2.1) so sánh phương thức điều chế đơn sóng
mang (SCM) và đa sóng mang (MCM).
B
SCM
và B
MCM
chỉ băng thông của tín hiêu MCM và SCM. Với MCM, f
k
,F
k
(f;t), NSC
và
f
chỉ tần số của sóng mang phụ thứ k,phổ tần của dạng xung của song mang phụ thứ k,
tổng số sóng mang phụ và khoảng cách giữa hai sóng mang phụ.
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13

thu không đòi hỏi phải có bộ cân bằng như trong SCM.
2.3.Tính trực giao:
Trực giao chỉ ra có mối quan hệ toán học chính xác giữa các tần số của các sóng
mang trong hệ thống OFDM. Trong hệ thống FDM thông thường, nhiều sóng mang được
cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệu thu có thể nhận lại bằng cách sử dụng các bộ lọc
và các bộ giải điều chế thông thường. Trong các máy như vậy, các khoảng bảo vệ cần được
dự liệu trước giữa các sóng mang khác nhau và việc đưa vào các khoảng bảo vệ làm giảm
hiệu quả sử dụng phổ của hệ thống. Tuy nhiên có thể sắp xếp các sóng mang trong OFDM
sao cho các dải biên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính
xác mà không có sự can nhiễu giữa các sóng mang. Muốn được như vậy các sóng mang
phải trực giao về mặt toán học. Máy thu hoạt động như một bộ gồm bộ giải điều chế, 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 tất cả các sóng mang khác đều được dịch xuống tần số
tích phân của sóng mang này (trong một chu kỳ symbol T) thì kết quả tính tích phân cho các
sóng mang khác sẽ là zero. Do đó các sóng mang độc lập tuyến tính với nhau (trực giao)
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
17
CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WiMAX
nếu khoảng cách giữa các sóng là bội số của 1/T. Bất kì sự phi tuyến nào gây ra bởi can
nhiễu giữa các sóng mang ICI cũng làm mất tính trực giao.
Về mặt toán học, trực giao có nghĩa là các sóng mang được lấy ra từ nhóm trực
chuẩn(Orthogonal basic) có tính chất sau:
(2.4)
Việc xử lý (điều chế và giải điều chế) tín hiệu OFDM được thực hiện trong miền tần
số, bằng cách sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processing).
Nguyên tắc của tính trực giao thường được sử dụng trong phạm vi DSP. Trong toán học, số
hạng trực giao có được từ việc nghiên cứu các vectơ. Theo đinh nghĩa, hai vectơ được gọi là
trực giao nhau với nhau khi chúng vuông góc với nhau (tạo một góc 90
0
) và tích của 2 vectơ

2.4.Hệ thống OFDM:
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống OFDM
Ban đầu, dòng dữ liệu đầu vào với tốc độ cao được chia thành nhiều dòng dữ liệu
song song tốc độ thấp hơn nhờ bộ chuyển đổi nối tiếp-song song. Mỗi dòng dữ liệu song
song sau đó được điều chế sóng mang con. Dữ liệu phát trên mỗi sóng mang được mã hóa
vi sai và điều chế mã M-QAM. Vì tín hiệu mã hóa vi sai yêu cầu pha tham chiếu ban đầu
nên mỗi ký hiệu được bổ xung vào đầu chuỗi. Bộ điều chế này thực hiện điều chế đơn sóng
mang.
Sau đó được đưa đến đầu vào của khối IFFT. Sau khi phổ yêu cầu đã được xác định,
thực hiện biến đổi Fourier để tìm dạng sóng thời gian tương ứng biến đổi Fourier rời rạc
ngược IDFT và biến đổi Fourier rời rạc DFT được sử dụng cho điều chế và giải điều chế các
chăm tín hiệu trên các sóng mang con trực giao. Các thuật toán xử lý tín hiệu này thay thế
các bộ điều chế và giải điều chế I/Q yêu cầu. Trong trường hợp, N được lấy là một lũy thừa
nguyên của 2, cho phép ứng với thuật toán biến đổi Fourier nhanh (IFFT, FFT) hiệu quả
hơn cho điều chế và giải điều chế.
Sau đó khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên
kênh (ICI) do truyền trên các kênh vô tuyến di động đa đường. Khoảng bảo vệ được thêm
vào đầu mỗi ký hiệu, gồm 2 phần, một nửa phát biên độ zero, một nửa khác là phần mở
TRỊNH THỊ CÚC ĐTVT – K13
20