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:
……………………………………………………………………………………………………………… ….
…………………………………………………………………………………………………………………………………… ….
……………………………………………………………………………………………………………………………………… ….


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 thống
thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động và tiện lợi của nó. Các hệ thống
thông tin vô tuyến hiện tại và tương lai ngày càng đòi hỏi có dung lượng cao hơn, độ
tin cậy tốt hơn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn, khả năng kháng nhiễu tốt hơn. Hệ
thống thông tin truyền thống và các phương thức ghép kênh cũ không còn khả năng
đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống tương lai. Phổ tần là một tài nguyên vô cùng
quan trọng trong thông tin vô tuyến. Sử dụng triệt để phổ tần là vấn đề cấp thiết. Một
giải pháp được đưa ra là việc sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao
OFDM 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 giải
pháp công nghệ khắc phục nhược điểm về về hiệu quả sử dụng phổ tần thấp của các hệ
thống thông tin di động trước đây. OFDM sử dụng kỹ thuật tạo ra các sóng mang con
trực 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 nhập
OFDMA và ứng dụng các kỹ thuật đó cho việc tạo ra hệ thống thông tin vô tuyến có
nhiều 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 Bách
Khoa 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

transmit and receiver it, analyzing the effect of noise to wireless system, the efficiency
of spectrum using in OFDM system, especially the synchronization problem in
OFDM, OFDMA … Thereby, we’ll build a model of OFDMA system with the
computer'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.
5
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
MỤC LỤC
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 27
2.1.Tổng quan về OFDM 27
2.1.1.Kỹ thuật điều chế đơn sóng mang 27
2.1.2.Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM 27
2.1.3.Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM 28
2.2.Sự trực giao trong OFDM (ORTHOGONAL) 31
2.2.1.Sự trực giao trong miền thời gian của tín hiệu OFDM 32

Chương 5. Xây dựng mô hình truyền OFDM qua card âm thanh của máy tính và kết
quả 94
5.1.Mở đầu 94
Xây dựng mô hình 95
5.2.Chương trình truyền OFDM và OFDMA 96
7
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
5.3.Hướng phát triển hệ thống 102
Kết quả đạt được 104
5.4.Kết luận 105
KẾT LUẬN CHUNG 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
8
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
DANH SÁCH HÌNH VẼ
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
20
Hình 1.2 Hiện tượng đa đường trong thông tin vô tuyến 23
Hình 1.3 Đáp ứng của kênh fading lựa chọn tần số 26
Hình 1.4 Ảnh hưởng của kênh fading lựa chọn tần số 26
Hình 2.1 Phổ tín hiệu OFDM và FDM 29
Hình 2.3 Sự trực giao tín hiệu trong miền tần số 35
Hình 2.4 Mô hình hệ thống OFDM 36
Hình 2.5 Hiện tượng đa đường gây nên nhiễu ISI 38
Hinh 2.6 Chèn khoảng bảo vệ cho mỗi kí hiệu OFDM 39
Hình 2.7 Sơ đồ chòm sao 16-QAM 42
Hình 2.9 Đặc tuyến bộ lọc dùng cửa sổ Kaiser 𝛃=3.4 46
Hình 3.2 Nhận biết khung truyền 49

Hình 5.6 Điều chế thích nghi AOFDM 103
Hình 5.7 Ảnh file text truyền thử nghiệm 104
Hình 5.8 Ảnh file text thu khi thực hiện 105
DANH SÁCH BẢNG
10
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
DANH SÁCH BẢNG 10
Bảng 1.1 Giá trị độ trải trễ của một số môi trường tiêu biểu 25
Bảng 2.1. Bảng chuyển đổi mã Gray 41
Bảng 3.1 Suy hao SNR theo lỗi đồng bộ 74
Bảng 5.1 Các thông số của mô hình 96
CÁC TỪ VIẾT TẮT
11
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
A
AOFDM Adaptive Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Ghép kênh đa sóng mang trực
giao thích nghi
AMC Adaptive Modulation and Codding Mã hóa và điều chế thích ứng
AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu trắng (nhiễu cộng)
A/D Analog/Digital Chuyển đổi Tương tự/Số
B
BER Bit Error Ratio Tỷ lệ bit lỗi
BLER Block Error Ratio Tỷ lệ lỗi theo khối
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CP Cyclic Prefix Tiền tố lặp
D

Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
OFDMA Orthoganal Frequency Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số trực giao
12
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
P
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PLL Phase Losked Loop Vòng khóa pha
Q
QAM Quaderate Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc
R
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
S
SNIR Signal Noise – Interference Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm + nhiễu
SNR Signal Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
T
TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời
gian
TDMA Time Division Multiple Access Ghép kênh phân chia theo thời
gian
W
WiMax Worldwide Interoperability for
Microwave Access
Khả năng khai thác liên mạng
trên toàn cầu đối với truy cập vi
ba
Z

Giải mã kênh
(Channel
Decoding)
Giải mã nguồn
(source
decoding)
Tín hiệu
đích
(Destination)
Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin
Kênh truyền là môi trường truyền dẫn cho phép truyền lan sóng vô tuyến. Môi
trường 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 tín
hiệu 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 hiệu
không 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 ra
anten phát. Sóng mang bản thân nó không mang tín hiệu có ích. Tuy nhiên, nhờ sóng
mang có tần số cao nên khi truyền trong môi trường vô tuyến thì tín hiệu có ích được
điều chế vào đó sẽ ít bị suy hao và có thể truyền được đi xa. Ở bên thu có thể khôi
phục lại tín hiệu có ích bằng việc tách ra từ sóng mang đó. Tùy thuộc vào môi trường
truyền dẫn và băng tần cho phép mà người ta lựa chọn giá trị tần số sóng mang. Thông
thường thì sóng mang là sóng trung tâm của giải băng tần cho phép của hệ thống thông
tin.
• Quản lý tài nguyên vô tuyến
Tài nguyên vô tuyến là bề rộng phổ cho phép để truyền tin. Bề rộng phổ cho
phép là có giới hạn. Trong khi đó, bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào đều cần có một chất

0
, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số f:
0
1
1 /
f f
v c
 
=
 ÷
+
 
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 (âm
nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại).
Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:
17
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
0
1
v
f f
c
 
= +
 ÷
 
Tức, khi nguồn sóng và máy thu chuyển động với nhau, tần số thu được sẽ khác
tần số phát ra.
• Cơ bản về nhiễu trắng AWGN

N
. 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 hiệu
vào. Đến khi tần số f
VCO
bằng với tần số tín hiệu vào f
i
, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín
hiệu 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 sự
lệch 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 PN
hay 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 có
cấu hình Fibonacci hay Galois (hai cấu hình này về mặt toán học thì tương đương
nhau), được hình thành theo một đa thức sinh quy định các đầu ra các khâu nhớ của
thanh ghi tham gia hay không vào mạch hồi tiếp. Đa thức sinh là một đa thức nguyên
thủy (primitive polynomial), khi đó chuỗi chip lối ra sẽ là một chuỗi PN có chu kỳ lặp
lại 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:
19
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
v
dc
v
i
f
0

rộng dưới dạng hình cầu nhưng mật độ năng lượng khi đó sẽ được tập trung vào một
vùng nào đó do ta thiết kế. Vì thế, mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích
mặt 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
20
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
4
R T T R
P P G G
R
λ
π
=

_
R
P
: Công suất tín hiệu thu được (W)
_

T
P
: Công suất phát (W)
_

R
G
: Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng)
_
T

h
<< R là độ cao anten trạm gốc BS (Base Station) và anten của trạm di
động 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
21
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
có độ trải trễ khác nhau và độ lợi cũng khác nhau, mỗi đường là bản sao của tín hiệu
gốc.
Có 3 trường hợp có thể xảy ra trên đường truyền vô tuyến: hiện tượng phản xạ,
tán xạ và nhiễu xạ.
22
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50

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 bản
sao này sẽ tới máy thu. Do các bản sao phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ trên các vật khác
nhau 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 giữa
các phần này khác nhau.
- Các bản sao này sẽ có công suất tới máy thu khác nhau do suy hao khác
nhau, hay biên độ của các thành phần là khác nhau.
Tín hiệu tại máy thu là tổng của tất cả các bản sao này, tùy thuộc vào biên độ và
pha của các thành phần mà ta sẽ thu được
23

khác nhau.
Định nghĩa: Băng thông Coherent B
C
là độ rộng băng thông ∆f khi hệ số đường
bao kết hợp giữa 2 tín hiệu bằng một nửa giá trị lớn nhất của nó.
2 2
1
( , ) 0.5
1 (2 ) .
c
c
B
B
ρ δ
π δ
= =
+
Trong đó: δ: độ trải trễ tùy theo môi trường truyền vô tuyến.
Băng thông Coherent:
1 1
2 6
c
B
πδ δ
= ≈
24
Nguyễn Đăng Quang _ ĐT5-K50
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