đồng bộ trong hệ thống ofdm và ofdma. xây dựng chương trình c truyền dữ liệu giữa hai máy tính bằng kỹ thuật ofdm

Mộtgiải pháp được đưa ra là việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giaoOFDM cùng kỹ thuật đa truy nhập các sóng mang trực giao OFDMA vào truyền thông vô tuyến, góp phần tạo nê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

Đồng bộ trong hệ thống OFDM và OFDMA.

Xây dựng chương trình C truyền dữ liệu giữa hai

máy tính bằng kỹ thuật OFDM

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐĂNG QUANG

Lớp ĐT5 – K50 Giảng viên hướng dẫn: THS NGUYỄN QUỐC KHƯƠNG

Hà Nội, 5-2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên:.……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………

1 Đầu đề đồ án: ……… ………

……… ………

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ………

……….…

……… ……….

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….

……… ….

……… ….

………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

……… ……….

……….

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……… ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ………

………

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên:. Số hiệu sinh viên:

Ngành:. Khoá:.

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện:

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu truyền thông không dây ngày càng tăng, đặc biệt là hệ thốngthông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động và tiện lợi của nó Các hệ thốngthông tin vô tuyến hiện tại và tương lai ngày càng đòi hỏi có dung lượng cao hơn, độtin cậy tốt hơn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn, khả năng kháng nhiễu tốt hơn Hệthống thông tin truyền thống và các phương thức ghép kênh cũ không còn khả năngđáp ứng được các yêu cầu của hệ thống tương lai Phổ tần là một tài nguyên vô cùngquan trọng trong thông tin vô tuyến Sử dụng triệt để phổ tần là vấn đề cấp thiết Mộtgiải pháp được đưa ra là việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giaoOFDM cùng kỹ thuật đa truy nhập các sóng mang trực giao OFDMA vào truyền thông

vô tuyến, góp phần tạo nên hệ thống thông tin vô tuyến hoàn thiện hơn OFDM là giảipháp công nghệ khắc phục nhược điểm về về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệthống thông tin di động trước đây OFDM sử dụng kỹ thuật tạo ra các sóng mang contrực giao để truyền dữ liệu, giúp cho việc sử dụng băng tần kênh tối ưu

Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về kỹ thuật OFDM, kỹ thuật đa truy nhậpOFDMA và ứng dụng các kỹ thuật đó cho việc tạo ra hệ thống thông tin vô tuyến cónhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống cũ

Với kiến thức cơ bản tiếp thu được trong quá trình học tập tại trường đại học BáchKhoa Hà Nội cùng với sự định hướng, giúp đỡ của thầy giáo Ths Nguyễn Quốc

Khương, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao

OFDM và kỹ thuật đa truy nhập OFDMA - vấn đề đồng bộ trong hai kỹ thuật này”.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa Hà Nội đãdạy dỗ, chỉ bảo em trong quá trình học tập ở trường Đặc biệt em xin chân thành cảm

ơn thầy giáo Ths Nguyễn Quốc Khương đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo trong quá

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vô tuyến nói chung

và hệ thống sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao OFDM, kỹ thuật đa truynhập sử dụng đa sóng mang trực giao là OFDMA nói riêng Ta sẽ tìm hiểu về mô hình

hệ thống OFDM, tạo và thu tín hiệu OFDM, phân tích ảnh hưởng của nhiễu lên hệthống vô tuyến, hiệu quả của việc sử dụng phổ tần trong hệ thống OFDM, đặc biệt làvấn đề đồng bộ trong hệ thống … Qua đó xây dựng mô hình truyền OFDMA qua card

âm thanh của máy tính Cụ thể đồ án được chia làm 5 chương như sau:

Chương 1: Những vấn đề chung

Chương 2: Nguyên lý cơ bản kỹ thuật OFDM

Chương 3: Kỹ thuật đồng bộ trong OFDM

Chương 4: Kỹ thuật đồng bộ trong OFDMA

Chương 5: Xây dựng mô hình truyền OFDM qua card âm thanh của máytính và kết quả

Abstract

In this thesis, we will consider about wireless information system and wirelesssystem which uses Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) andOrthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) in particular We will

go into details for OFDM system model, creating and receiving OFDM signal fortransmit and receiver it, analyzing the effect of noise to wireless system, the efficiency

of spectrum using in OFDM system, especially the synchronization problem inOFDM, OFDMA … Thereby, we’ll build a model of OFDMA system with thecomputer's sound card Project is divided into 5 chapters as follows:

Chapter 1: The general knowledge

Chapter 2: The basic characteristic of OFDM

Chapter 3: The synchronization in OFDM

Chapter 4: The synchronization in OFDMA

Chapter 5: Building a model of transmission and receiving data through the computer’s sound card with OFDM and results

LỜI NÓI ĐẦU 4

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5

MỤC LỤC 6

Chương 1 Những vấn đề chung 15

1.1 Giới thiệu về mạng thông tin vô tuyến 15

1.2 Các hệ thống thông tin vô tuyến 17

1.3 Các hiện tượng điển hình trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến 17

1.4 Suy hao đường truyền vô tuyến 20

1.4.1 Suy hao truyền dẫn 20

1.4.2 Hiện tượng trễ đa đường (Multipath fading) 21

Chương 2 Nguyên lý cơ bản kỹ thuật OFDM 26

2.1 Tổng quan về OFDM 26

2.1.1 Kỹ thuật điều chế đơn sóng mang 26

2.1.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM 26

2.1.3 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 27

2.2 Sự trực giao trong OFDM (ORTHOGONAL) 31

2.2.1 Sự trực giao trong miền thời gian của tín hiệu OFDM 31

2.2.2 Sự trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM 33

2.3 Mô hình hệ thống OFDM 34

2.4 Các nhân tố ảnh hưởng lên hệ thống và cách khắc phục36

2.4.1 Nhiễu ISI và cách khắc phục 36

2.4.2 Nhiễu ICI và cách khắc phục 39

2.4.3 Cải thiện hiệu năng hệ thống trên cơ sở sử dụng mã Gray 40

2.4.4 Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần 42

Chương 3 Kỹ thuật đồng bộ trong OFDM 47

3.1 Mở đầu 47

3.2 Tổng quan về đồng bộ trong OFDM 47

3.2.1 Nhận biết khung 48

3.2.2 Ước lượng và bù khoảng dịch tần số FOE 51

3.2.3 Bám đuổi lỗi thặng dư 53

4.3 Phân tích khung Downlink và phương thức đồng bộ OFDMA 86

Chương 5 Xây dựng mô hình truyền OFDM qua card âm thanh của máy tính và kết quả 92

5.1 Mở đầu 92

Xây dựng mô hình 93

5.2 Chương trình truyền OFDM và OFDMA 94

DANH SÁCH HÌNH VẼ 9

Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin 15

Hình 1.2 Sơ đồ khối vòng khóa pha PLL 19

Hình 1.2 Hiện tượng đa đường trong thông tin vô tuyến 22

Hình 1.3 Đáp ứng của kênh fading lựa chọn tần số 25

Hình 1.4 Ảnh hưởng của kênh fading lựa chọn tần số 25

Hình 2.1 Phổ tín hiệu OFDM và FDM 28

Hình 2.2 Mô hình OFDM khi chèn pilot 30

Hình 2.3 Sự trực giao tín hiệu trong miền tần số 34

Hình 2.4 Mô hình hệ thống OFDM 35

Hình 2.5 Hiện tượng đa đường gây nên nhiễu ISI 37

Hinh 2.6 Chèn khoảng bảo vệ cho mỗi kí hiệu OFDM 38

Hình 2.7 Sơ đồ chòm sao 16-QAM 42

Hình 2.9 Đặc tuyến bộ lọc dùng cửa sổ Kaiser 𝛃=3.4 45

Hình 3.1 Quá trình đồng bộ trong OFDM48

Hình 3.2 Nhận biết khung truyền 49

Hình 3.3 Tương quan theo chuỗi PN 50

Hình 3.4 Cấu trúc khung OFDM thực hiện đồng bộ 55

Hình 3.5 Đặc điểm luồng dữ liệu 56

Hình 3.6 Tín hiệu nhân tương quan 58

Hình 3.7 Hình dạng dữ liệu thực tế 60

Hình 3.8 Cấu trúc khung OFDM sử dụng khung đồng bộ FSC 61

Hình 3.9 Đồng bộ khung kí tự dùng FSC 62

Hình 3.10 Quan hệ giữa ngưỡng tối ưu Th1 và SNR 63

Hình 3.11 Sai lệch tần số tín hiệu gây mất đồng bộ 65

Hình 3.12 Sự sai lệch tần số sóng mang gây ra sự mất đồng bộ 66

Hình 3.13 Sự sai lệch tần số sóng mang gây nên sự mất đồng bộ 68

Hình 3.14 Sơ đồ khối đồng bộ sóng mang sử dụng bộ dao động VCO 69

Hình 3.15 Vị trí tiền tố lặp CP 71

Hình 3.16 Khung OFDM 73

Hình 4.1 OFDM 78

Hình 4.2 OFDMA 78

Hình 4.3 Cấu trúc sóng mang con OFDMA 80

Hình 4.4 Kênh con phân tập tần số DL 81

Hinh 4.5 mo hinh AMC 82

Hình 4.6 Cấu trúc tile cho UL PUSC 82

Hình 4.7 Thí dụ về OFDMA 83

Hình 4.8 ODFM và OFDMA 84

Hình 4.9 Mô tả về FDD và TDD 86

Hình 5.1 Mô hình truyền dẫn OFDM 93

Hình 5.2 Giao diện chương trình phía truyền 95

Hình 5.3 Giao diện chương trình phía nhận 97

Hình 5.4 Giao diện phía truyền khi chạy thật 98

Hình 5.5 Giao diện chương trình phía nhận khi chạy thật 99

Hình 5.6 Điều chế thích nghi AOFDM 101

Hình 5.7 Ảnh file text truyền thử nghiệm 103

Hình 5.8 Ảnh file text thu khi thực hiện 104

DANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH BẢNG 11

Bảng 1.1 Giá trị độ trải trễ của một số môi trường tiêu biểu 24

Bảng 2.1 Bảng chuyển đổi mã Gray 40

Bảng 3.1 Suy hao SNR theo lỗi đồng bộ 74

Bảng 5.1 Các thông số của mô hình 93

A

AOFDM Adaptive Orthogonal Frequency

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

D

DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số

DPLL Digital Phase Losked Loop Vòng khóa pha số

DSP Digital Signaling Process Bộ xử lý tín hiệu số

DVB-T Digital Video Broadcasting –

Terrestrial

Truyền hình số mặt đất

F

FCH Frame control header Khung tiêu đề điều khiển

FDD Frequency Division Deplex Song công phân chia theo tần sốFDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần sốFFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Furier nhanh

ISI Inter-Symbol Interface Nhiễu liên kí tự

ICI Inter-Channel Interface Nhiễu liên kênh

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống nhiều đầu vào nhiều

đầu raMMSE Minimum Mean Square Error Bộ lọc trung bình bình phương tối

Z

ZF Zero Forcing Bộ lọc ép không

Chương 1 Những vấn đề chung

1.1 Giới thiệu về mạng thông tin vô tuyến

Hình 1.1 thể hiện mô hình đơn giản của một hệ thống thông tin vô tuyến Nguồntin trước hết được mã hóa nguồn để giảm các thông tin dư thừa, sau đó được mã hóakênh để chống lỗi do kênh truyền gây ra Tín hiệu sau khi qua mã kênh được điều chế

để có thể truyền đi được xa Các mức điều chế phải phù hợp với điều kiện của kênhtruyền Sau khi tín hiệu được phát đi ở máy phát, tín hiệu thu được ở máy thu sẽ trảiqua các bước ngược lại so với bên phát để thu được tín hiệu gốc Chất lượng tín hiệuthu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền, các phương pháp điều chế và mã hóa khácnhau

Chúng ta sẽ tìm hiểu những khái niệm cơ bản trong thông tin vô tuyến

Giải mã nguồn

(source decoding)

Kênh truyền là môi trường truyền dẫn cho phép truyền lan sóng vô tuyến Môitrường truyền dẫn có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc phản xạ trên các tầng điện ly.Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn mà kênh truyền có các tính chất khác nhau.

 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông

Truyền dẫn vô tuyến thông thường được thực hiện ở băng thông, nghĩa là tínhiệu phải được điều chế bằng một sóng mang cao tần trước khi phát đi

Truyền dẫn ở băng tần cơ sở là việc truyền dẫn không qua sóng mang Tín hiệukhông qua sóng mang không có khả năng truyền được đi xa do suy hao lớn

 Sóng mang

Sóng mang là sóng có tần số cao, được nhân với tín hiệu có ích trước khi gửi raanten phát Sóng mang bản thân nó không mang tín hiệu có ích Tuy nhiên, nhờ sóngmang có tần số cao nên khi truyền trong môi trường vô tuyến thì tín hiệu có ích đượcđiều chế vào đó sẽ ít bị suy hao và có thể truyền được đi xa Ở bên thu có thể khôiphục lại tín hiệu có ích bằng việc tách ra từ sóng mang đó Tùy thuộc vào môi trườngtruyền dẫn và băng tần cho phép mà người ta lựa chọn giá trị tần số sóng mang Thôngthường thì sóng mang là sóng trung tâm của giải băng tần cho phép của hệ thống thôngtin

 Quản lý tài nguyên vô tuyến

Tài nguyên vô tuyến là bề rộng phổ cho phép để truyền tin Bề rộng phổ chophép là có giới hạn Trong khi đó, bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào đều cần có một chấtlượng tối thiểu và nhu cầu về tốc độ ngày càng cao để đáp ứng các dịch vụ phức tạp.Vấn đề quản lý tài nguyên vô tuyến là làm sao với một dải băng tần cố định cho trước

hệ thống hoạt động với một chất lượng tốt nhất và với tốc độ truyền dữ liệu cao nhất.Với chất lượng càng cao và tốc độ truyền tin tức cao, người ta nói hệ thống có hiệusuất sử dụng phổ cao Nhiệm vụ của quản lý tài nguyên vô tuyến còn là phân chia bềrộng phổ sẵn có cho các hệ thống thông tin khác nhau sao cho các hệ thống có hiệusuất sử dụng phổ cao nhất Đối với các hệ thống nhiều người sử dụng thì quản lý tàinguyên vô tuyến là sự phân chia bề rộng băng tần và điều khiển đa truy nhập sao cho

hệ thống được tối ưu về chất lượng và phổ tín hiệu

1.2 Các hệ thống thông tin vô tuyến

Các hệ thống thông tin vô tuyến có thể phân loại theo sự cung cấp dịch vụ: hệthống phát thanh và truyền hình Dịch vụ của 2 hệ thống là thoại và hình ảnh

Có thể phân loại hệ thống thông tin vô tuyến theo phương thức truyền dẫn như

hệ thống truyền song công (di động) hay bán song công (bộ đàm)

Có thể phân loại theo môi trường truyền dẫn như thông tin viba (yêu cầu truyềndẫn trong tầm nhìn thẳng) và thông tin mạng máy tính không dây (phản xạ đa đường

Đối với sóng chuyển động trong một môi trường, như sóng âm, nguồn sóng vàngười quan sát đều có thể chuyển động tương đối so với môi trường Hiệu ứngDoppler lúc đó là sự tổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi hai chuyển độngnày

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tại nguồn là

f0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số f:

Với c tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần vận tốc

chuyển động của nguồn so với môi trường theo phương chỉ đến người quan sát (âmnếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại)

Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:

Tức, khi nguồn sóng và máy thu chuyển động với nhau, tần số thu được sẽ kháctần số phát ra.

 Cơ bản về nhiễu trắng AWGN

Nhiễu trắng AWGN (Additive white Gaussian noise) là một tín hiệu ngẫu nhiên

có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhautrong toàn khoảng băng thông và có phân bố Gauss Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng

vì nó có tính chất tương tự với ánh sáng trắng Tức là nhiễu này có mức độ ảnh hưởngnhư nhau đối với mọi tần số

Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến thì đều phải chịu ảnh hưởng của nhiễutrắng

 Cơ bản về vòng khóa pha số PLL

Vòng khóa pha PLL là một hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếpdùng để khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha tín hiệu vào.Tín hiệu vào

có thể có dạng sin tương tự hoặc dạng số

Kỹ thuật PLL được sử dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, điềuchế và giải điều chế, điều khiển tự động …

Nguyên tắc hoạt động: hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượngvào và đại lượng ra là tần số và chúng so sánh được với nhau về pha Vòng điều khiểnpha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào

và tín hiệu ra Nghĩa là PLL làm cho tần số f0 của tín hiệu ra VCO bám theo tần số fo

của tín hiệu vào

Khi không có tín hiệu vi ở ngõ vào, điện áp ngõ ra bộ khuếch đại vdc(t)=0, bộ

dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên fN Khi có điện áp vào, các khối sẽ hoạt

động theo chức năng và cho phép ta điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệuvào Đến khi tần số fVCO bằng với tần số tín hiệu vào fi, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tínhiệu vào Lúc này sự sai lệch giữa 2 tín hiệu chỉ là sự sai lệch về pha, bộ tách sóng pha

sẽ tiếp tục so sánh pha giữa 2 tín hiệu để điều khiển cho VCO hoạt động sao cho sựlệch pha giữa chúng đạt đến giá trị nhỏ nhất

 Cơ bản về chuỗi giả ngẫu nhiên Pseudo Noise PN

Có nhiều loại chuỗi PN, được tạo ra từ các thanh ghi dịch có hồi tiếp Loại PNhay được sử dụng có thể là chuỗi có độ dài (chu kỳ chuỗi) cực đại hay còn gọi là m-sequence (m-dãy hay chuỗi m) Chuỗi m được tạo ra bằng một bộ ghi dịch hồi tiếp cócấu hình Fibonacci hay Galois (hai cấu hình này về mặt toán học thì tương đươngnhau), được hình thành theo một đa thức sinh quy định các đầu ra các khâu nhớ củathanh ghi tham gia hay không vào mạch hồi tiếp Đa thức sinh là một đa thức nguyênthủy (primitive polynomial), khi đó chuỗi chip lối ra sẽ là một chuỗi PN có chu kỳ lặplại lớn nhất, là N = 2^m - 1, trong đó m là số khâu nhớ của thanh ghi

Một đặc điểm cơ bản của chuỗi m là có hàm tự tương quan dạng thumb-nail,một chu kỳ của nó có hai phần chính:

vdcvi

f 0

thấp

Khuếch đại một chiều

VCO

Hình 1.2 Sơ đồ khối vòng khóa pha PLL

a) Trị của hàm tự tương quan chuẩn hóa giảm tuyến tính từ 1 xuống còn -1/N

khi biến tau (tau trễ truyền dẫn trên các tuyến) tăng từ 0 tới Tc (Tc là độ rộng một

1.4 Suy hao đường truyền vô tuyến

Chúng ta sẽ tìm hiểu những vấn đề chính của truyền sóng vô tuyến và nhữngkhó khăn mà chúng gây ra trong hệ thống truyền dẫn thông tin số Các tín hiệu khitruyền qua kênh vô tuyến di động sẽ bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ … và do đógây ra hiện tượng đa đường Những ảnh hưởng của truyền sóng vô tuyến như suy haođường truyền, fading phẳng, fading chọn lọc tần số, hiệu ứng Doppler, trải trễ đađường, … đều làm giới hạn hiệu quả của truyền thông vô tuyến

1.4.1 Suy hao truyền dẫn

Suy hao truyền dẫn trung bình xảy ra do các hiện tượng như: sự mở rộng vềmọi hướng của tín hiệu, sự hấp thu tín hiệu bởi nước, lá cây … và do phản xạ từ mặtđất Suy hao truyền dẫn trung bình phụ thuộc vào khoảng cách và biến đổi rất chậmngay cả đối với các thuê bao di chuyển với tốc độ cao Tại anten phát, các sóng vôtuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa là sóng được mở rộng theo hình cầu).Ngay cả khi chúng ta dùng anten định hướng để truyền tín hiệu, sóng cũng được mởrộng dưới dạng hình cầu nhưng mật độ năng lượng khi đó sẽ được tập trung vào mộtvùng nào đó do ta thiết kế Vì thế, mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tíchmặt cầu Hay nói cách khác là cường độ sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.Phương trình tính công suất thu được sau khi truyền qua một khoảng cách R

_ : Công suất tín hiệu thu được (W)

_ : Công suất phát (W)

_ : Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng)

_ : Độ lợi anten phát

_ : bước sóng của sóng mang

_ R: bán kính truyền sóng vô tuyến

Gọi Lpt là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:

Nói chung chúng ta có thể xây dựng được một mô hình khá chính xác cho cáctuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liên lạc trực tiếp (không vật cản ) như các tuyếnliên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm vi ngắn Tuy nhiên do hầu hết các tuyến thôngtin trên mặt đất như thông tin di động, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫnphức tạp hơn nhiều do đó việc tạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn Ví dụ đối vớinhưng kênh truyền dẫn vô tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian tự dokhông được thoả mãn, chúng ta có công thức suy hao đường truyền như sau:

Với _ , _ << R là độ cao anten trạm gốc BS (Base Station) và anten của trạm diđộng MS (Mobile Station)

1.4.2 Hiện tượng trễ đa đường (Multipath fading)

Đường truyền vô tuyến từ phía phát đến phía thu luôn có chướng ngại vật nên

sẽ gây ra hiệu ứng fading Khi đó, tín hiệu sẽ đến nơi thu từ nhiều đường khác nhau và

có độ trải trễ khác nhau và độ lợi cũng khác nhau, mỗi đường là bản sao của tín hiệugốc.

Có 3 trường hợp có thể xảy ra trên đường truyền vô tuyến: hiện tượng phản xạ,tán xạ và nhiễu xạ

Phản xạ: khi sóng đập vào các bề mặt bằng phẳng.

Tán xạ: khi sóng đập vào vật có bề mặt không bằng phẳng và các vật này có

chiều dài so sánh được với chiều dài bước sóng

Nhiễu xạ: khi sóng chạm tới các vật thể có kích thước lớn hơn nhiều chiều dài

bước sóng

Khi sóng va chạm vào các vật cản sẽ tạo ra vô số bản sao tín hiệu, một số bảnsao này sẽ tới máy thu Do các bản sao phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trên các vật khácnhau và theo các đường dài ngắn khác nhau nên:

- Thời điểm các bản sao này tới máy thu sẽ khác nhau, tức là độ trễ pha giữacác phần này khác nhau

- Các bản sao này sẽ có công suất tới máy thu khác nhau do suy hao khác

Tín hiệu tại máy thu là tổng của tất cả các bản sao này, tùy thuộc vào biên độ vàpha của các thành phần mà ta sẽ thu được

- Tín hiệu thu được tăng cường khi các bản sao đồng pha Tăng cường ở đâykhông phải là tín hiệu mạnh và tốt hơn mà là tín hiệu bị méo dạng nhiềuhơn

- Tín hiệu thu bị triệt tiêu hay suy giảm so với tín hiệu gốc khi các thành phầnngược pha

 Fading nhanh và fading chậm

Ta xem xét 2 loại fading xem xét về mặt thời gian

- Fading nhanh: gây ra do sự tán xạ đa đường ở vùng xung quanh thiết bị thu.Tín hiệu đi trên những khoảng cách khác nhau của mỗi đường truyền sẽ cóthời gian truyền khác nhau Cường độ phụ thuộc vào suy hao của đường đó.Đối với tín hiệu tần số cố định, trễ đường truyền sẽ gây nên hiện tượng quaypha tín hiệu Mỗi tín hiệu sẽ bị quay pha khác nhau Những tín hiệu nàyđược cộng lại ở bộ thu gây nên nhiễu tăng cường hay suy giảm tùy theo phacủa các tín hiệu là cùng pha hay ngược pha

- Fading chậm: gây ra do sự cản trở của các tòa nhà, địa hình tự nhiên Sựthay đổi suy hao đường truyền xuất hiện khi khoảng cách lớn (gấp 10-100lần bước sóng) và phụ thuộc kích thước vật cản gây nên Sự thay đổi nàyxảy ra chậm nên được gọi là fading chậm

 Fading lựa chọn tần số và Fading phẳng

Đây là 2 loại fading xem xét về mặt tần số Bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số và

vì thế đối với đường truyền cố định thì pha sẽ thay đổi theo tần số Khoảng cáchtruyền của mỗi thành phần đa đường là khác nhau nên sự thay đổi pha cũng sẽkhác nhau

Định nghĩa: Băng thông Coherent BC là độ rộng băng thông ∆f khi hệ số đườngbao kết hợp giữa 2 tín hiệu bằng một nửa giá trị lớn nhất của nó

Trong đó: δ: độ trải trễ tùy theo môi trường truyền vô tuyến.

Băng thông Coherent:

Một số giá trị phổ biến đột trải trễ của kênh trong các môi trường khác nhau

Bảng 1.1 Giá trị độ trải trễ của một số môi trường tiêu biểu.

Môi trường Độ trải trễ

Bên trong các tòa nhà < 0.1μs

- Fading phẳng: độ rộng băng thông của tín hiệu đã điều chế nhỏ hơn băngthông Coherent của kênh, tất cả các thành phần tần số của tín hiệu đều có đặctính fading như nhau Với fading phẳng thì chỉ có biên độ của xung thay đổi.Mọi kênh truyền vô tuyến đều không thể có đáp ứng bằng phẳng trong cả dảitần số vô tuyến Tuy nhiên, kênh truyền có thể được xem là bằng phẳng trongmột khoảng nhỏ tần số nào đó

Hình 1.3 là một ví dụ về đáp ứng của kênh lựa chọn tần số Qua đó ta thấy ở cáctần số khác nhau thì tín hiệu sẽ chịu ảnh hưởng cả về biên độ và pha khác nhau và vì

Vấn đề fading lựa chọn tần số sẽ là vấn đề gây khó khăn trong việc dự đoánđường truyền khi truyền thông vô tuyến Nó gây ra méo tuyến tính Tuy nhiên, với kỹthuật OFDM, bằng việc chia nhỏ tín hiệu thành nhiều sóng mang con để truyền, mỗisóng mang con chỉ chiếm một dải tần hẹp đủ để thỏa mãn không còn bị fading chọnlọc tần số mà chỉ bị fading phẳng nên đã giải quyết được vấn đề này một cách dễ dàng.

Hình 1.3 Đáp ứng của kênh fading lựa chọn tần số

Hình 1.4 cho ta thấy rõ hơn ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số đến tín hiệu

Hình 1.4 Ảnh hưởng của kênh fading lựa chọn tần số

Chương 2 Nguyên lý cơ bản kỹ thuật OFDM

2.1 Tổng quan về OFDM

Trong thập niên vừa qua kỹ thuật Othorgonal Frequency Division Multiplexing

(OFDM) đã được phát triển thành hệ thống thông tin thông dụng, ứng dụng rộng rãi

trong các hệ thống thông tin tốc độ cao OFDM được xem là kỹ thuật tương lai của các

hệ thống thông tin vô tuyến

2.1.1 Kỹ thuật điều chế đơn sóng mang

Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang, dòng tín hiệu được truyền đi trêntoàn bộ băng tần B Toàn hệ thống được điều chế trên 1 sóng mang duy nhất f0 Tần sốlấy mẫu của tín hiệu số bằng độ rộng băng tần B và mỗi mẫu tín hiệu có độ dài là:

Trong thông tin vô tuyến băng rộng, kênh vô tuyến thường là kênh phụ thuộctần số Tần số lấy mẫu rất lớn nên chu kỳ lấy mẫu (độ dài 1 mẫu tín hiệu) sẽ rất bé

 Nhược điểm của phương pháp:

- Ảnh hưởng của nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi hiệu ứng phân tập đađường đối với tín hiệu thu là rất lớn do độ dài của mẫu tín hiệu nhỏ nênnhiễu gây liên tín hiệu ở nhiều mẫu tín hiệu

- Ảnh hưởng sự phụ thuộc của kênh theo tần số đối với chất lượng hệ thốngrất lớn

- Bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu phức tạp hơn rất nhiều so vớitrường hợp điều chế đa sóng mang

Hiện nay, điều chế đa sóng mang chủ yếu được dùng trong hệ thống thông tinbăng hẹp, GSM …

2.1.2 Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM

Trong phương pháp điều chế đa sóng mang (ghép kênh phân chia theo tần số),toàn bộ băng tần B của hệ thống được chia làm nhiều băng con với các sóng mang phụcho mỗi băng con là khác nhau

Hệ thống chia thành N kênh phụ, mỗi kênh có bề rộng:

B: bề rộng cả băng tần hệ thống (Hz)

Bn: bề rộng mỗi kênh phụ (Hz)

N: số kênh phụ

Độ dài 1 mẫu tín hiệu:

Độ dài 1 mẫu tín hiệu trong điều chế FDM dài gấp N lần độ dài mẫu trong điềuchế đơn sóng mang Chính vì thế, nhiễu liên tín hiệu ISI gây ra bởi trễ truyền dẫn chỉảnh hưởng đến 1 số ít mẫu tín hiệu

 Khắc phục được 1 số hạn chế của phương pháp điều chế đơn sóng mang:

- Ảnh hưởng của nhiễu ISI đến chất lượng hệ thống giảm đáng kể

- Ảnh hưởng của sự phụ thuộc kênh theo tần số giảm đáng kể

- Độ phức tạp của bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu cũng giảm

 Những nhược điểm vẫn còn:

- Độ dài 1 mẫu tín hiệu tăng lên, do đó hệ thống nhạy cảm với hiệu ứng phụthuộc thời gian của kênh

- Giảm hiệu quả sử dụng phổ so với điều chế đơn sóng mang

2.1.3 Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM

Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM ra đời khắc phục khảnăng sử dụng phổ, kế thừa những ưu điểm của phương pháp điều chế đa sóng mangFDM

OFDM là phương pháp điều chế đa sóng mang đặc biệt, trong đó mỗi sóngmang phụ được chọn sao cho nó trực giao với các sóng mang phụ còn lại Điều nàycho phép đặt các sóng mang phụ chồng lấn lên nhau dẫn đến tăng hiệu quả sử dụngphổ.

OFDM được sử dụng nhiều trong thông tin vô tuyến

Hình 2.1 cho ta thấy rõ ưu điểm trong việc sử dụng tài nguyên vô tuyến đóchính là tần số Các sóng mang con trong OFDM thì chống lấn lên nhau nên dải tần

mà kỹ thuật OFDM sẽ ít hơn nhiều so với các kỹ thuật trước là đơn sóng mang và đasóng mang không trực giao FDM

Hình 2.1 Phổ tín hiệu OFDM và FDM

Qua bản chất của kỹ thuật OFDM ta có thể thấy những ưu điểm và khuyết điểmcủa kỹ thuật này:

 Ưu điểm của OFDM

- OFDM tăng hiệu suất sử dụng phổ tần số bằng cách cho phép chồng lấnnhững sóng mang con lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục dữ liệu Phùhợp thiết kế hệ thống băng rộng

- Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu symbol ISI nếu độ dàichuỗi bảo vệ lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh

- OFDM cho phép thông tin tốc độ cao bằng cách chia kênh truyền fadingchon lọc tần số thành các kênh truyền con băng hẹp chỉ chịu fading phẳng Các

hệ thống OFDM chịu đựng fading lựa chọn tần số tốt hơn những hệ thống sóngmang đơn

- Nhờ việc sử dụng tần số sóng mang trực giao nên hiện tượng nhiễu liênsóng mang ICI có thể loại bỏ

- IFFT và FFT giúp giảm thiểu số bộ dao động cũng như giảm số bộ điềuchế và giải điều chế giúp hệ thống giảm độ phức tạp và chi phí thực hiện, hơnnữa tín hiệu được điều chế và giải điều chế đơn giản

- Kỹ thuật cân bằng kênh trở nên đơn giản hơn kỹ thuật cân bằng kênhthích ứng được sử dụng trong những hệ thống đơn sóng mang

Ngoài những ưu điểm thì kỹ thuật OFDM cũng có những hạn chế

 Nhược điểm:

- Symbol OFDM bị nhiễu biên độ với một khoảng động lớn Đường baobiên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng gây ra méo phi tuyến ở các bộkhuếch đại công suất ở cả phía phát và phía thu Nếu tín hiệu OFDM có tỷ sốtín hiệu trên năng lượng trung bình PARR cao thì sẽ gây nên nhiễu xuyên điềuchế Điều này sẽ làm tăng độ phức tạp của các bộ biến đổi từ analog sang digital

và từ digital sang analog Việc rút ngắn tín hiệu cũng sẽ làm xuất hiện cả méonhiễu trong băng lẫn bức xạ ngoài băng

- Sử dụng chuỗi bảo vệ để tránh nhiễu ISI nhưng lại làm giảm hiệu suất sửdụng phổ do mang thông tin không có ích

- OFDM rất nhạy cảm với hiệu ứng Doppler, hiệu ứng dịch thời gian dosai số đồng bộ OFDM nhạy với tần số offset và sự trượt của sóng mang hơncác hệ thống đơn sóng mang Tần số offset của các sóng mang gây nhiễu chocác sóng mang con trực giao và gây nên nhiễu liên kênh làm giảm hoạt độngcủa các bộ giải điều chế một cách trầm trọng Vì vậy, đồng bộ tần số là mộttrong những nhiệm vụ thiết yếu phải đạt trong bộ thu OFDM

Những năm 1980, kỹ thuật OFDM được nghiên cứu nhằm ứng dụng trongmodem tốc độ cao và trong tryền thông di động

Những năm 1990 OFDM được ứng dụng trong truyền dẫn thông tin băng rộngnhư HDSL, ADSL, VHDSL sau đó OFDM được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh

số DAB và truyền hình số DVB

Hiện nay, kỹ thuật OFDM được đề cử làm phương pháp điều chế sử dụng trongmạng thông tin thành thị băng rộng Wimax theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a và hệ thống

thông tin di động thứ tư 4G Trong 4G, kỹ thuật OFDM sẽ được kết hợp với kỹ thuật

đa anten thu phát MIMO nhằm nâng cao dụng lượng kênh thông tin vô tuyến, hay kếthợp với CDMA nhằm phục vụ dịch vụ đa truy nhập

WiMax sử dụng công nghệ OFDM ở giao diện vô tuyến để truyền tải dữ liệu vàcho phép các thuê bao truy nhập kênh Trong môi trường truyền dẫn đa đường, nhiễuxuyên kí tự ISI gây bởi tín hiệu phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ … là điều không tránhkhỏi.Các kỹ thuật sử dụng trải phổ trực tiếp DS-CDMA trong chuẩn 802.11b rất dễ bịảnh hưởng bởi nhiễu đa đường Còn OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiềubăng tần con nên kéo dài thời gian truyền một kí tự lên nhiều lần Bên cạnh đó, OFDM

còn chèn thêm một khoảng bảo vệ GI (Guard Interval) lớn hơn thời gian trễ tối đa của

kênh truyền giữa 2 kí tự nên nhiễu ISI có thể đượcloại bỏ hoàn toàn

OFDM mềm dẻo hơn CDMA khi giải quyết vấn đề nhiễu lựa chọn tần số quaviệc sử dụng tín hiệu dẫn đường pilot được truyền đi cùng với dòng tín hiệu thông tin

Hình 2.2 mô tả mô hình của dữ liệu OFDM sau khi được chèn pilot cả về mặttần số và thời gian Dữ liệu pilot giúp ta ước lượng và cân bằng kênh truyền Bên cạnh

Hình 2.2 Mô hình OFDM khi chèn pilot

đó nó cũng giúp sửa lỗi sai pha tín hiệu và có thể sử dụng để thực hiện đồng bộ giữabên phát và bên thu.

D_f và D_t là những khoảng cách tương ứng về mặt tần số và thời gian chènpilot Những giá trị này phải chọn thích hợp sao cho D_f phải nhỏ hơn độ sai lệch vềtần số cực đại của sự ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu Và D_t phải nhỏ hơn độsai lệch về mặt thời gian mà kênh ảnh hưởng

2.2 Sự trực giao trong OFDM (ORTHOGONAL)

“ORTHOGONAL” (Sự trực giao) chỉ ra rằng có một mối quan hệ toán họcchính xác giữa các tần số của các sóng mang trong hệ thống OFDM Trong hệ thốngFDM thông thường, nhiều sóng mang được cách nhau một khoảng phù hợp để tín hiệuthu 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 tính toán đặt trước các sóngmang khác nhau và việc đưa vào các khoảng bảo vệ này làm giảm hiệu quả sử dụngphổ của hệ thống

Tuy nhiên có thể sắp xếp, tạo ra các sóng mang trong OFDM sao cho các dảibiên của chúng che phủ lên nhau mà các tín hiệu vẫn có thể thu được chính xác màkhông có sự can nhiễu giữa các sóng mang Muốn như vậy các sóng mang phải trựcgiao về mặt toán học Nếu mất tính trực giao giữa các sóng mang con sẽ tạo ra sựchồng lặp hỗn độn và làm cho đầu thu khó khôi phục lại hoàn toàn dữ liệu thông tinban đầu Máy thu OFDM có thể được coi là gồm nhiều bộ giải điều chế, mỗi bộ sẽthực hiện chuyển tín hiệu ở mỗi sóng mang xuống băng gốc và thực hiện tích phântrên một chu kỳ tín hiệu nhằm khôi phục lại dữ liệu ban đầu

2.2.1 Sự trực giao trong miền thời gian của tín hiệu OFDM

Xét một tập các sóng mang con (n = 0,1,2, … N-1)

Các sóng mang con trực giao với nhau khi thỏa mãn

k là hằng số không phụ thuộc vào T, n hoặc m.

Trong OFDM, tập các sóng mang con được truyền có thể viết là

Trong đó, f 0: tần số offset ban đầu

Ta có thể chứng minh tính trực giao của các sóng mang con OFDM Xét biểuthức (2.4)

= 0 với n ≠ m

Khi n = m thì tích phân trên bằng T/2 không phụ thuộc vào n,m

Nếu các sóng mang con trực giao với nhau thì biểu thức (2.4) phải xảy ra nênbiểu thức luôn đúng

Nếu tất cả các sóng mang không phải là sóng mang mong muốn bị trộn xuống

các tần số bằng một số nguyên lần 1/T (T là chu kỳ tín hiệu), thì chúng sẽ có tích phân

bằng 0 trên một chu kỳ tín hiệu Như vậy các sóng mang sẽ là độc lập tuyến tính hay

Trong thực tế khi thiết kế hệ thống, ta nhận thấy phép biến đổi Furier nhanh

IFFT chính là 1 biện pháp để chia tín hiệu thành những sóng mang con có tính trực

giao với các sóng mang con còn lại

Công thức tính IFFT với chuỗi số chiều dài N:

Do đó, IFFT sẽ được sử dụng trong OFDM bên hệ thống phía phát Bên hệ

thống phía thu sẽ phải thực thực hiện việc giải mã ngược lại bằng cách sử dụng biến

đổi FFT

2.2.2 Sự trực giao trong miền tần số của tín hiệu OFDM

Một cách khác để xem xét tính trực giao của tín hiệu OFDM là xem phổ của nó.Tín hiệu OFDM được hình thành bằng cách tổng hợp các sóng sinc (sin(x)/x) Trongmiền tần số, mỗi sóng mang phụ OFDM có đáp ứng tần số là hàm sinc Đó là kết quảcủa thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo của khoảng cách sóng mang Mỗisymbol OFDM được truyền trong một khoảng thời gian cố định (TFFT) Thời giansymbol này tương ứng với khoảng cách tải phụ 1/TFFT (Hz) Dạng Sinc có một búpchính hẹp, với nhiều búp bên có biên độ giảm dần theo tần số khi đi xa khỏi tần sốtrung tâm Mỗi sóng mang phụ có một đỉnh tại tần số trung tâm và một số giá trị khôngđược đặt cân bằng theo các lỗ trống tần số bằng khoảng cách sóng mang Bản chất trực

giao của việc truyền là kết quả của đỉnh của mỗi sóng mang phụ tương ứng với Nullscủa các sóng mang phụ khác.

Trực giao có nghĩa là tần số trung tâm của một sóng mang con nhất định sẽ rơiđúng vào các điểm bằng 0 (null) của các sóng mang con khác (Hình dưới) Sử dụngcác tần số trực giao sẽ tránh được sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các sóng mang con khácnhau khi sắp xếp vị trí các sóng mang con với mật độ lớn trong miền tần số do đó sẽđạt được hiệu quả phổ cao

Hình 2.3 mô tả đáp ứng của mỗi sóng mang con có dạng hàm số Sinc Tại vị tríđỉnh phụ của các sóng mang con khác sẽ trùng với đỉnh búp sóng chính của sóng mangxem xét Điều đó thể hiện tính trực giao về mặt tần số của tín hiệu OFDM

Biên độ

Tần số (f)

Đỉnh búp sóng chính

Điểm Null các sóng mang khác

Hình 2.3 Sự trực giao tín hiệu trong miền tần số

2.3 Mô hình hệ thống OFDM

Phía phát (Transmitter): mã hóa luồng dữ liệu số phát theo mã Gray để giảm

tỷ lệ bit lỗi khi truyền, sau đó chuyển thành pha và biên độ các sóng mang con biểu

diễn dưới dạng các số ảo qua phép điêu chế BPSK, QPSK hoặc M-QAM Các sóng

mang con được lấy mẫu trong miền tần số Sử dụng phép biến đổi IFFT chuyển phổ

các sóng mang con vào miền thời gian, mỗi sóng mang con trực giao với nhau Tín

hiệu OFDM sau khi được đóng gói sẽ được xử lý tương tự nâng tần và truyền vô

tuyến

Máy thu (Receiver): Thực hiện đồng bộ và tiến hành ngược lại phía phát, giải

mã trả về dữ liệu ba đầu

Ta sẽ xem xét từng khâu trong mô hình hệ thống OFDM để tạo ra tín hiệuOFDM

Những tín hiệu OFDM được tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra một số lượnglớn các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tương tự

Đầu tiên, dữ liệu số cần truyền ở dạng nối tiếp sẽ được biến đổi thành songsong với chiều dài dữ liệu cố định Dữ liệu sau đó sẽ được ánh xạ vào biên độ và pha

của các sóng mang phụ thông qua một trong các phép điều chế số (FSK, PSK, QPSK,

M-QAM) Sau đó nó biến đổi biểu diễn phổ của dữ liệu vào miền thời gian nhờ sửdụng phép biến đổi Fourier rời rạc đảo (Inverse Fast Fourier Transform) thực hiệncùng một thuật toán như IDFT nhưng hiệu quả hơn nhiều Để truyền tín hiệu OFDM,

Guard Interval Insertion

Guard Interval Removal FFT

Signal Demapper

Parallel to

Serial

Converter

Hình 2.4 Mô hình hệ thống OFDM

tín hiệu miền thời gian kia sẽ được phối hợp siêu cao tần để đưa lên tần số RF cầnthiết.

Máy thu thực hiện thuật toán ngược lại với máy phát Khi dịch tín hiệu RFxuống băng cơ sở để xử lý, sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT)

2.4 Các nhân tố ảnh hưởng lên hệ thống và cách khắc phục

Công nghệ OFDM thiết kế trong các hệ thống để hoạt động trong các môitrường kết nối đa dạng từ: Đường dẫn thẳng LOS (Line of sight) đến đường dẫn bị chekhuất OLOS (Obstructed Line of sight) và không có đường dẫn thẳng NLOS (NonLine of sight) Đây chính là ưu điểm của OFDM Tuy nhiên, do làm việc với nhiều loạimôi trường truyền dẫn khác nhau như vậy nên tín hiệu đa đường dẫn là tổ hợp của tínhiệu gốc và các tín hiệu phản xạ bởi các vật cản giữa trạm phát và trạm thu Các tínhiệu phản xạ thường đến trạm thu không cùng một lúc phụ thuộc vào khoảng cáchđường đi và thường đến sau so với tín hiệu gốc (truyền thẳng) Do không đến cùngnhau nên xảy ra hiện tượng nhiễu Ngoài nhiễu do sự chênh lệch thời gian còn cónhiễu do sự sai lệch tần số giữa các sóng mang con làm mất tính trực giao giữa chúng

2.4.1 Nhiễu ISI và cách khắc phục

2.4.1.1 Nhiễu ISI và những ảnh hưởng

ISI (Inter-Symbol interference), là hiện tượng nhiễu liên kí hiệu ISI xảy ra do

hiệu ứng đa đường, trong đó một tín hiệu tới sau sẽ gây ảnh hưởng lên kí hiệu trướcđó

Nguyên nhân do tính chọn lọc của kênh fading trong miền thời gian, tính bất ổnđịnh của kênh gây ra sự giao thoa tín hiệu

Ảnh hưởng của ISI: gây ra sự nhận định sai kí hiệu, gây khó khăn trong việckhôi phục tín hiệu gốc tại phía thu

Hình 2.5 Hiện tượng đa đường gây nên nhiễu ISI

Hình 2.5 chi rõ sự thu tín hiệu không như mong muốn ở phía thu Chúng ta sẽkhông chỉ thu duy nhất 1 bản tín hiệu gốc bên phát mà thu được nhiều bản sao của nó.Mỗi bản sao sẽ có độ trải trễ khác nhau Và tín hiệu sau sẽ chồng lên tín hiệu trước gâykhó khăn cho việc khôi phục nếu ta không khử được nhiễu này