ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên : Phạm Thị Văn Hương
Lớp : 03-ĐT2
Khoá : 2003 – 2008
Ngành : Điện tử – Viễn thông
TÊN ĐỀ TÀI: "TÌM HIỂU MỘT SỐ CƠ CHẾ THÍCH NGHI SỬ DỤNG
TRONG HỆ THỐNG OFDM"
NỘI DUNG ĐỒ ÁN :
Gồm 5 chương
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền sử dụng trong kĩ thuật OFDM
Chương 2: Kĩ thuật OFDM
Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh
Chương 4: Một số cơ chế thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM
Chương 5: Chương trình mô phỏng
Ngày giao đề tài:
Ngày nộp đồ án:
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2008
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

Xin cảm ơn những người thân trong gia đình tôi, cảm ơn những người bạn thân thiết đã
giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn nhất.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ
đồ án hay công trình đã có từ trước. Nếu sai với những gì đã cam đoan tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả đồ án: Phạm Thị Văn Hương
Lớp: 03DT2
Trường: Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
Đà Nẵng, ngày….tháng….năm 2008
Chữ kí
MỤC LỤC
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM ........................... 1
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM ........................... 2
Chương 2: Kỹ thuật OFDM ................................................................................ 4
Q ............................................................................................................................ 14
Bảng 2.1 Các giá trị trong mã hóa 64-QAM ........................................................................................ 14
TS .......................................................................................................................... 16
HÌNH 2.8 TIỀN TỐ LẶP (CP) TRONG OFDM ...................................................... 16
HÌNH 2.9 ĐÁP ỨNG XUNG CỦA KÊNH TRUYỀN TRONG MÔI TRƯỜNG
TRUYỀN ĐA ĐƯỜNG .......................................................................................... 16
Chương 3: Ước tính chất lượng kênh và cân bằng kênh .................................... 23
3.5.2 Bộ cân bằng bình phương lỗi trung bình tuyến tính LMSE .................................................. 28
Chương 4: Một số phương pháp thích nghi sử dụng trong hệ thống OFDM ..... 32
Chương 5: Chương trình mô phỏng .................................................................. 44
Chương 5: Chương trình mô phỏng .................................................................. 46
5.4.1 Giao diện chương trình mô phỏng .......................................................................................... 56
5.4.2 Các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng ........................................................................ 57
5.4.2.2 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi mức điều chế ........................................................ 58
5.4.2.3 Kết quả mô phỏng dùng cơ chế thích nghi chọn lọc sóng mang ............................................. 59

Maximum Mean Square Error
Estimation
Ước tính lỗi bình phương tối thiểu cực đại
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
PAPR Peak to Average Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung
bình
PSD Power Spectrum Density Mật độ phổ công suất
PSAM Pilot Symbol Assisted Modulation Điều chế được hỗ trợ bởi ký hiệu hoa tiêu
QAM Quadrature Amplitude Modualtion Điều chế biên độ cầu phương
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RC Rised Cosin Khoảng bảo vệ cosin tăng
LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội thông tin ngày càng phát triển, đặc biệt là thông tin vô tuyến đòi hỏi
những yêu cầu cao hơn về số lượng cũng như chất lượng dịch vụ. Trước yêu cầu này,
nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm để tăng dung lượng truyền dẫn và nâng cao
chất lượng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động. Một trong những nghiên
cứu đó, các giải thuật thích nghi đã ra đời và áp dụng thành công ở hầu hết các kĩ thuật
đa truy cập nói chung.
Trong những năm gần đây, kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao
OFDM được xem như một bài toán nhằm giải quyết vấn đề fading chọn lọc tần số,
nhiễu băng hẹp và tiết kiệm phổ tần. Theo nguyên lý cơ bản của OFDM là chia dòng
dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát trên các sóng mang
con. Có thể thấy rằng, trong một số điều kiện cụ thể ta có thể tăng dung lượng OFDM
bằng cách làm thay đổi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỉ số tín hiệu trên
nhiễu SNR của từng sóng mang. Trên cơ sở đó, đồ án đã đưa ra một số giải pháp cụ thể
nhằm nâng cao dung lượng hệ thống cũng như chất lượng truyền dẫn tín hiệu là: thích

với những góp ý quí báu của các thầy cô trong khoa ĐT-VT bản thân em đã cố gắng
hoàn thành đồ án với nội dung và mức độ nhất định. Do khả năng về kiến thức cũng
như thời gian có hạn, nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi, kính mong các thầy
cô cùng các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện.
Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Cường cùng các thầy cô trong khoa ĐT-VT
đã giúp đỡ để em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2008

Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM
CHƯƠNG 1 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN
TRONG KĨ THUẬT OFDM
1.1 Giới thiệu chương
Chương một sẽ trình bày một số đặc tính về kênh như hiện tượng trải trễ, các
loại Fading, tạp âm Gauss trắng, hiện tượng Doppler ảnh hưởng đến quá trình truyền
dẫn tín hiệu trong hệ thống OFDM.
1.2 Đặc tính chung
Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng điện từ giữa máy phát
và máy thu. Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu
như: nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN-Additive White Gaussian Noise), Fading
phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác
động của tạp âm bên ngoài (external noise) và nhiễu giao thoa là rất lớn. Kênh truyền
vô tuyến là môi trường truyền đa đường (multipath environment) và chịu ảnh hưởng
đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số. Với đặc tính là truyền tín hiệu
trên các sóng mang trực giao, phân chia băng thông gốc thành rất nhiều các băng con
đều nhau, kỹ thuật OFDM đã khắc phục được ảnh hưởng của Fading lựa chon tần số,
các kênh con có thể được coi là các kênh Fading không lựa chọn tần số. Với việc sử
dụng tiền tố lặp (CP), kỹ thuật OFDM đã hạn chế được ảnh hưởng của Fading nhiều
tia, đảm bảo sự đồng bộ ký tự và đồng bộ sóng mang.
1.3 Trải trễ trong hiện tượng đa đường
Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản

1.5 Tạp âm trắng Gauss
Tạp âm trắng Gaussian là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn.
Loại nhiễu này có mật độ phổ công suất là đồng đều trong cả băng thông và 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 mang điện gây
ra) là loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền
dẫn. Đặc biêt, 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
- 2 -
Chương 1: Một số đặc tính kênh truyền trong kỹ thuật OFDM
này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng.
1.6 Hiện tượng Doppler
Hệ thống truyền vô tuyến chịu sự tác động của dịch tần Doppler. Dịch tần
Doppler là hiện tượng mà tần số thu được không bằng tần số của nguồn phát do sự
chuyển động tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu. Cụ thể là : khi nguồn phát và
nguồn thu chuyển động hướng vào nhau thì tần số thu được sẽ lớn hơn tần số phát đi,
khi nguồn phát và nguồn thu chuyển động ra xa nhau thì tần số thu được sẽ giảm đi.
Khoảng tần số dịch chuyển trong hiện tượng Doppler tính theo công thức sau :
c
v
ff
0
±=∆
(1.1)
Trong đó
f∆
là khoảng tần số dịch chuyển, f
0

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).
- 4 -
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
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.
Phổ tần số của tín hiệu MCM được viết như sau
∑

(2.2)
ở đây S
SCM
(f;t) là phổ tần của tín hiệu SCM phát và H
k
(f;t) là hàm truyền tương ứng
với dải tần B
k
. Khi số sóng mang phụ lớn, đáp ứng pha và biên độ của H
k
(f;t) được
xem như là không đổi trên B
k
, vì vậy R
MCM
(f;t) xấp xỉ bằng

∑
=
≅
SC
N
k
kkMCM
tfFtHtfR
1
);()();(
(2.3)
ở đây H
k

có tính chất sau:




≠⇔
=⇔
==
∫
ki
ki
dttt
ikk
T
T
i
0
1
)()(
2
1
δφφ
(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

2.3.1 Tính trực giao trong miền tần số
Để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM ta tiến hành phân tích phổ
của hàm sin(x)/x .
- 8 -
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
Nhận thấy mỗi sóng mang gồm một đỉnh tại tần số trung tâm và một số điểm
không cách nhau bằng khoảng cách giữa các sóng mang. Hiện tượng trực giao được
thể hiện là đỉnh của mỗi sóng mang trùng với điểm không của các sóng mang khác về
mặt tần số.
Hình 2.3 Phổ của tín hiệu OFDM gồm 5 sóng mang
2.4 Ứng dụng kĩ thuật IFFT/FFT trong kĩ thuật OFDM
Như đã đề cập trong phần khái niệm về OFDM, ta đã biết OFDM là kỹ thuật
điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song song nhờ rất nhiều sóng
mang con. Để làm được điều này, cứ mỗi kênh con, ta cần một máy phát sóng sin,
một bộ điều chế và một bộ giải điều chế. Trong trường hợp số kênh con là khá lớn thì
cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là không thể thực hiện được. Nhằm giải
quyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng biến đổi DFT/IDFT được dùng để thay
thế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin, bộ điều chế, giải điều chế dùng trong mỗi
kênh phụ. FFT/IFFT được xem là một thuật toán giúp cho việc thực hiện phép biến
đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn bằng cách giảm số phép nhân phức khi thực hiện
phép biến đổi DFT/IDFT.
Ta quy ước : Chuỗi tín hiệu vào X(k) , 0 ≤ k ≤ N-1 ,
Khoảng cách giữa các tần số sóng mang là : ∆f
Chu kỳ của một ký tự OFDM là : Ts
Tần số trên sóng mang thứ k là f
k
= f
0
+ k∆f, giả sử f
0

/N, tức là chọn N mẫu trong một chu kỳ tín
hiệu, phương trình (2.5) được viết lại như sau :

∑
−
=
∆Π
==
1
0
/2
)()()(
N
k
NfTnkj
s
N
n
aa
s
ekXTxnx
(2.6)
Nếu thỏa mãn điều kiện
1
=∆
s
fT
,
)(
1

/2
1
0
a
*
)(})({x)(
Π−
−
=
∑
==

∑∑
−
=
−
=
−Π
=
1
0
1
0
/)(2
1
)(
N
n
N
m

Nkmnj
N
kmNmXemX
δ
=
∑
−
=
−
1
0
)()(
N
m
kmmX
δ
=
)(kX
(2.7)
Ở đây, hàm
)( km −
δ
là hàm delta, được định nghĩa là :



≠
=
=
00

mang lại một hiệu suất sử dụng băng thông khá cao. Khoảng cách giữa các sóng
mang bằng nghịch đảo chu kỳ của một tín hiệu OFDM (∆f = 1/T
s
). Hình 2.4 cũng chỉ
rõ tại tần số trung tâm của mỗi sóng mang phụ không có nhiễu xuyên kênh từ những
kênh khác. Điều này sẽ giúp chúng ta khôi phục được dữ liệu phát mà không có nhiễu
xuyên kênh tại bộ thu. Trong OFDM, yêu cầu về điều kiện trực giao giữa các sóng
mang là rất quan trọng, để thỏa mãn điều kiện này thì đòi hỏi về sự đồng bộ trong hệ
thống.
2) Bộ IFFT/FFT tại máy phát và máy thu đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật
OFDM được sử dụng trong thực tế. Nó làm giảm độ phức tạp, giá thành của hệ
thống, đồng thời tăng độ chính xác.
3) Khi yêu cầu truyền đi X(k) dưới dạng phức để thể hiện mức điều chế QAM
khác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay số bit truyền đi trên các kênh truyền
phụ là khác nhau), có thể sử dụng bộ 2N-IFFT/FFT. Tín hiệu vào bộ 2N-IFFT/FFT là
chuỗi tín hiệu thực có độ dài 2N, thay thế cho chuỗi tín hiệu phức có độ dài N.
Nguyên tắc tạo ra chuỗi tín hiệu X’(k) có độ dài 2N thay thế cho chuỗi tín hiệu phức
X(k) có độ dài N là :




−+=−
−=
=
12,..,1),2(
1,...,1),(
)(
*
'

từ miền thời gian sang miền tần số bằng phép biến đổi FFT dùng thuật toán FFT
(khối FFT). Sau đó, tùy vào sơ đồ điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ
và pha của các sóng mang con sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối
cùng, chúng ta nhận lại được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu sau khi chuyển từ song
song về nối tiếp.
2.6 Điều chế sóng mang con
Sau khi đã được mã hóa và xen rẽ, các dòng bit trên các nhánh sẽ được điều
chế BPSK, QPSK, 16-QAM, hoặc 64-QAM. Dòng bit trên mỗi nhánh được sắp xếp
thành các nhóm có N
bs
(1, 2, 4, 6) bit khác nhau tương ứng với các phương pháp điều
chế BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Hay nói cách khác dạng điều chế được quy
định bởi số bit ở ngõ vào và cặp giá trị (I, Q) ở ngõ ra.
Chẳng hạn : khi ta sử dụng phương pháp điều chế 64-QAM thì sẽ có 6 bit đầu
vào được tổ chức thành một nhóm tương ứng cho một số phức trên đồ thị hình sao
đặc trưng cho kiểu điều chế 64-QAM (64-QAM constellation). Trong 6 bit thì 3 bit
LSB (b
0
b
1
b
2
) sẽ biểu thị cho giá trị của I, còn 3 bit MSB (b
3
b
4
b
5
) biểu thị cho giá trị
của Q .

Hình 2.6 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở
phức sử dụng kỹ thuật tương tự
- 14 -
Chương 2: Kỹ thuật OFDM
2.8 Tiền tố lặp CP(Cyclic Prefix)
Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến
mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh (ICI), nhiễu xuyên ký tự (ISI) đến tín
hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ. Để thực hiện
kỹ thuật này, trong quá trình xử lý tín hiệu, tín hiệu OFDM được lặp lại có chu kỳ và
phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM được sử dụng như là một khoảng thời
gian bảo vệ giữa các ký tự phát kề nhau.Vậy sau khi chèn thêm khoảng bảo vệ, thời
gian truyền một ký tự (T
s
) lúc này bao gồm thời gian khoảng bảo vệ (T
g
) và thời gian
truyền thông tin có ích (cũng chính là khoảng thời gian bộ IFFT/FFT phát đi một ký
tự)
Ta có T
s
= T
g
+ T
FFT

T
s
Ký tự i-1 Ký tự i Ký tự i+1
Hình 2.7 Điều chế cao tần tín hiệu OFDM băng tần cơ sở phức
sử dụng kỹ thuật số