BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐẶNG ANH XUÂN
NGHIÊN CỨU XÁC SUẤT LỖI CỦA HỆ THỐNG OFDM TRÊN
KÊNH THỰC VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM LỖI
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ:2 60.52.704.3898
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học : PGS. TS TRẦN HỒNG QUÂN
HÀ NỘI - 2008
- ii -
LỜI CẢM ƠN
Học viên xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông, xin chân thành cảm ơn PGS. TSKH. Nguyễn Ngọc
San cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau đại học,
đã tận tình giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tôi học tập và nghiên cứu trong suốt
những năm học tại đây.
Học viên xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trần Hồng Quân đã
chỉ bảo tận tình và hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn
này.
Học viên xin cảm ơn bố mẹ, toàn thể gia đình, người thân và người vợ
thân yêu của tôi. Đã luôn luôn ủng hộ, chia sẻ, động viên tôi rất nhiều trong quá
trình học tập cũng như làm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông.
Cuối cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn đến cơ quan, nơi công tác, đã tạo
điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học. Xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp,
bạn bè đã giúp đỡ tôi rất nhiều để có thể hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2008
Đặng Anh Xuân

1.4.4. Công suất đỉnh 36
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38
Chương 2. CAN NHIỄU TRONG HỆ THỐNG OFDM 39
2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 39
2.2 CÁC LOẠI CAN NHIỄU 39
- iv -
2.2.1 Can nhiễu cùng kênh 39
2.2.2 Can nhiễu kênh lân cận 44
2.2.3 Can nhiễu xuyên điều chế 45
2.2.4 Can nhiễu giữa các kí hiệu 49
2.3 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA CAN NHIỄU ĐẾN HỆ
THỐNG OFDM/CDMA
53
2.3.1 Hệ thống di động tế bào 54
2.3.2. Hệ thống Macrocell và Microcell 56
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 58
Chương 3. GIẢM CAN NHIỄU TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN
OFDM
59
3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 59
3.2. GIẢM CAN NHIỄU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU 59
3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 65
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
- v -
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
4G
Fourth Generation
Thế hệ thứ tư

số
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh
FIC Fast Infomation Channel Kênh thông tin nhanh
ICI Inter-Channel Interference Can nhiễu giữa các kênh
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Transform
Biến đổi Fourier rời rạc ngược
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược
ISI Inter-Symbol Interference Can nhiễu giữa các ký hiệu
LAN Local Access Network Mạng nội bộ
MCM Multicarrier Modulation Điều chế đa sóng mang
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Main Service Channel Kênh dịch vụ chính
- vi -
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh đa phân chia theo
tần số trực giao
PAPR Peak to Average Power Ratio
Tỷ số công suất đỉnh trên
trung bình
P/S Parallel to Serial
Chuyển đổi song song sang
nối tiếp
PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất
PSD Power Spectral Density Mật độ công suất
PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha
QAM

Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản hệ thống OFDM
5
Hình 1.3. Nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) trong kênh
16
Hình 1.4. Phần phát hệ thống MCM
17
Hình 1.5. Phần thu hệ thống MCM
17
Hình 1.6. Phổ tần số giữa các kênh con
17
Hình 1.7. Minh họa tín hiệu OFDM
19
Hình 1.8. Tập sóng mang trực giao trong một chu kỳ tín hiệu
20
Hình 1.9. Nguyên lý tạo một ký hiệu OFDM
20
Hình 1.10. Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu OFDM
21
Hình 1.11. Phổ của một kênh con (a) và tín hiệu OFDM (b)
21
Hình 1.12. Khoảng bảo vệ trong ký hiệu OFDM
22
Hình 1.13. Hệ thống OFDM với N sóng mang
24
Hình 1.14. Sơ đồ khối hệ thống OFDM với hai phương pháp xử lý
29
Hình 1.15. Đoạn bảo vệ chặn trước với chiều dài µ
30
Hình 1.16. Vòng bảo vệ chặn trước trong xử lý số
32

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM ngày càng được
ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống phát thanh, truyền hinh số, các mạng không
dây, và tương lai là mạng thông tin di động 4G, bởi những ưu điểm của nó là tiết
kiệm băng tần, khả năng chống lại fadinh chọn lọc theo tần số và xuyên nhiễu
băng hẹp. Để nghiên cứu, ứng dụng hiệu quả đòi hỏi chúng ta phải nắm vững và
hiểu sâu sắc về kỹ thuật điều chế này, các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật điều chế
OFDM và cách khắc phục nó. Đây là lý do tôi lựa chọn luận văn này.
Luận văn “Nghiên cứu xác suất lỗi của hệ thống OFDM và một số giải
pháp giảm lỗi” sẽ nghiên cứu khái quát về công nghệ ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao OFDM, các loại can nhiễu trong hệ thống và các biện pháp chính
để giảm can nhiễu trong hệ thống vô tuyến OFDM.
Bài luận văn chia làm ba chương:
Chương 1. Tổng quan về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao OFDM và nguyên tắc xử lý tín hiệu OFDM.
Chương 2. Can nhiễu trong hệ thống OFDM.
Chương 3. Giảm can nhiễu trong hệ thống vô tuyến OFDM.
Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
- 1 -
Chương 1:
TỔNG QUAN
HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC
GIAO OFDM VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ TÍN HIỆU OFDM
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Để tìm hiểu những đặc điểm và nguyên tắc chung trong xử lý tín hiệu của
hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, viết tắt là OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), trong chương này, luận văn sẽ
giới thiệu tổng quan hệ thống OFDM và những nguyên tắc xử lý tín hiệu OFDM.
Mục 1.2 là khái niệm về hệ thống OFDM, đặc điểm, cấu trúc và các khối
chức năng của hệ thống OFDM. Trong mục này cũng giới thiệu sơ lược ứng dụng
của kỹ thuật này trong một số hệ thống thông tin và truyền thông.

điều chế và được truyền một cách tin cậy, đảm bảo chất lượng thông tin. Hệ thống
này cho phép triển khai máy thu không cần bộ cân bằng, mà vẫn đảm bảo tính
trực giao của các sóng mang con, khi thu qua kênh lựa chọn tần số. Mỗi sóng
mang con thu được bị suy hao khác nhau, nhưng không bị phân tán thời gian, do
Đa sóng mang
f
Đơn sóng mang
f
Hình 1.1 So sánh phổ tần số của cùng một tốc độ
dữ liệu truyền dẫn
OFDM
f
- 3 -
đó, không yêu cầu bộ cân bằng trễ đường. Mỗi sóng mang trong các tín hiệu
OFDM có một băng thông rất hẹp, do đó tốc độ ký hiệu thấp, điều này làm tín
hiệu chịu đựng được ảnh hưởng trễ truyền đa đường, trễ truyền đa đường phải rất
lớn mới gây giao thoa ký hiệu ISI đáng kể.
So với hệ thống đơn sóng mang, fadinh hoặc xuyên nhiễu đơn có tác động
tới toàn bộ dữ liệu truyền trên kênh. Nhưng với hệ thống OFDM, do việc truyền
dẫn được thực hiện trên nhiều sóng mang trực giao nhau, nên chỉ một phần dữ
liệu của hệ thống OFDM bị ảnh hưởng, và dữ liệu sai đó sẽ được sửa bằng các mã
sửa lỗi thích hợp [25].
Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao đã thực hiện được tất
cả các vấn đề của FDMA và TDMA. OFDM chia băng tần thành nhiều kênh băng
hẹp, các sóng mang cho mỗi kênh này trực giao với nhau, cho phép chúng giữ
được khoảng cách rất gần nhau, mà không cần dải chắn như trong FDMA và cũng
không cần ghép kênh theo thời gian như trong TDMA.
Từ những đặc điểm trên, mà kỹ thuật OFDM được sử dụng phổ biến trong
các hệ thống thông tin quảng bá như phát thanh số - DAB, truyền hình số - DVB,
Wireless LAN, WiMAX và tương lai là hệ thống thông tin 4G [ 25].

Điều chế
M-QAM
M-PSK
IFFT
Chuyển
đổi
P/S
Chèn
khoảng
thời gian
bảo vệ
Khối phát
Chuyển
đổi
S/P
Chuyển
đổi
S/P
Loại
khoảng
thời gian
bảo vệ
Giải điều
chế
M-QAM
M-PSK
FFT
Dữ liệu ra
Khối thu
Chuyển

- 6 -
Đồng bộ thời gian và tần số là xác định bắt đầu của ký hiệu OFDM và để đồng
chỉnh các tần số dao động nội của các bộ điều chế và giải điều chế. Nếu bất kỳ
một kênh đồng bộ nào không được thực hiện đủ chính xác, thì dẫn đến mất tính
trực giao của các sóng mang con do nhiễu ISI và ICI.
1.2.4. Ứng dụng OFDM trong các hệ thống thông tin
Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM được ứng dụng rộng rãi
trong những năm cuối thập niêm 90 của thế kỷ XX. Nhờ có sự kết hợp của kỹ
thuật xử lý số cùng với kỹ thuật vi điện tử, tạo ra được các vi mạch DSP có khả
năng tính toán nhanh, giúp tạo tín hiệu OFDM đơn giản và hiệu quả. Do đó, kỹ
thuật OFDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống thông tin như: Hệ
thống phát thanh số (DAB), hệ thống truyền hình số (DVB), mạng Lan không
(Wireless LAN), mạng di động thế hệ 4G…[ 27, 25].
1.2.4.1. Hệ thống phát thanh số (DAB)
Hệ thống phát thanh DAB là chuẩn truyền dẫn phát thanh số. Chuẩn này
đã được công nhận bởi ITU như là chuẩn của thế giới. Hệ thống phát thanh DAB
có chất lượng âm thanh cao, không có nhiễu, dễ dàng trong sử dụng, không hạn
chế khả năng mở rộng mạng và phát triển dịch vụ. Ngày nay phát thanh số không
chỉ phát triển phát thanh số mặt đất mà còn phát triển phát thanh số qua vệ tinh.
Lấy thí dụ, tại nước ta, Đài truyền hình kỹ thuật số VTC, phát một số kênh
Radio của Đài tiếng nói Việt Nam qua hệ thống truyền hình số mặt đất, và Đài
truyền hình Việt Nam cũng phát một số kênh Radio qua hệ thống truyền hình số
vệ tinh DTH.
Chất lượng chương trình phát thanh số này tương đương chất lượng
chương trình nghe đĩa CD-ROM. DAB hỗ trợ truyền dẫn đa mục đích, ngoài
khả năng truyền dẫn âm thanh, DAB truyền được text, dữ liệu, và hình ảnh. Ta
có thể vừa nghe nhạc, vừa xem lời bài hát đồng thời, cũng có thể nhận được tin
nhắn về tình hình khí hậu trong ngày. Hệ thống này hầu như đáp ứng được mọi
dịch vụ của hệ thống phát thanh Analog như các dịch vụ tìm đường đi, tình
- 7 -

Chiều dài ký hiệu có ích
(t
s
)
1 ms
250 µs 125 µs
Khoảng thời gian bảo vệ
t
s
/4 (250µs) t
s
/4 (62,5µs) t
s
/4 (31,25µs)
Tốc độ truyền thông tin 2,4 Mbps
1.2.4.2. Hệ thống truyền hình số (DVB)
Hệ thống truyền hình DVB là hệ thống truyền dẫn dựa trên nền tảng chuẩn
MPEG-2, đây là một phương thức nén âm thanh và hình ảnh chất lượng cao. Hiện
nay, ở các nước phát triển, DVB dần dần chiếm ưu thế hơn hệ thống truyền hình
analog do chất lượng cao và khả năng cung cấp các dịch vụ đa dạng như âm
thanh, hình ảnh và dữ liệu. DVB được phân ra các chuẩn truyền hình số khác
nhau như DVB-T (truyền hình số mặt đất), DVB-H (truyền hình số trên thiết bị di
động), DVB-C (truyền hình số hữu tuyến), DVB-S (truyền hình số vệ tinh)
Lớp vật lý của các chuẩn trên đều nhằm đạt tới mục tiêu tối ưu hoá kênh
truyền dẫn. Truyền hình vệ tinh sử dụng đơn sóng mang dùng điều chế QPSK
cho phép dịch tần Doppler lớn, và cho hiệu suất sử dụng năng lượng cao. Nhưng
kiểu truyền này không thích hợp với truyền dẫn mặt đất bởi nhiễu đa đường làm
giảm tốc độ truyền đơn sóng mang.
Do sự truyền tải của hệ thống truyền hình số trên mặt đất tương đối đặc
biệt, và hiện tượng phản xạ nhiều lần tín hiệu, can nhiễu rất nghiêm trọng. Nên

máy tính lại với nhau. Mạng LAN không dây có khả năng truyền dữ liệu với tốc
độ cao, tải tập trung trong một thời gian ngắn. Phạm vi hoạt động của mạng LAN
không dây nhỏ, chỉ khoảng 150m, các máy trạm có thể cố định hoặc di chuyển
với tốc độ thấp. Mạng LAN không dây thế hệ thứ nhất hoạt động dựa trên những
giao thức đóng độc quyền của mỗi nhà sản xuất thiết bị. Phần lớn các thiết bị đều
hoạt động trong dải thông tần 26 MHz tại băng tần 900MHz và sử dụng kỹ thuật
trải phổ, tốc độ cho phép đạt được từ 1-2 Mbps. Sự thiếu chuẩn hoá trong các sản
phẩm tạo nên chi phí phát triển sản phẩm cao, khả năng mở rộng hạn chế và một
thị trường nhỏ hẹp cho các sản phẩm đơn lẻ. Do đó có rất ít các nhà sản xuất thu
được thành công.
Hiện nay, các thiết bị Lan không dây, thường được chế tạo tại Mĩ theo các
chuẩn 802.11 như 802.11a, 802.11b, 802.11g. Trong đó, chuẩn 802.11b, hoạt
động tại băng tần 2,4 GHz với dải thông tần 80MHz. Theo chuẩn này, khuyến
nghị dùng kỹ thuật trải phổ, tốc độ trong mạng đạt 1,6 Mbps, khoảng cách tối đa
là 150 mét. Chuẩn thứ hai là 802.11a, được hoạt động tại dải thông tần 300MHz,
tại băng tần 5GHz, sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang, tốc độ có thể đạt
được từ 20-70Mbps. Chuẩn khác là 802.11g, cũng khuyến nghị sử dụng kỹ thuật
điều chế đa sóng mang, cho phép sử dụng tại hai băng 2,4GHz và 5GHz tốc độ
- 10 -
cho phép lên tới 54Mps. Tại châu Âu, mạng LAN không dây được phát triển dựa
theo chuẩn HiperLAN (high performance radio LAN). Chuẩn HiperLAN’/1 cũng
tương tự như chuẩn 802.11a cho phép tốc độ đạt được 20 Mps với khoảng cách
nhỏ hơn 50 mét. Chuẩn HiperLAN/2 cho phép đạt được tốc độ cao hơn lên tới
54Mps, đồng thời hỗ trợ các giao thức cho phép truy nhập tới mạng di động,
mạng ATM.
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật chuẩn 802.11 và HiperLAN
Thông số 802.11/b 802.11a/g HiperLAN/2
Băng tần hoạt động 2,4 GHz 5,2 GHz 5,2 GHz
Phương pháp ghép kênh CSMA/CA CSMA/CA TDMA
Kiểu điều chế DSSS OFDM OFDM

dụng băng tần cao, khả năng chống nhiễu tốt, phương pháp thực hiện đơn giản
bằng FFT. OFDM được chọn là phương pháp điều chế cho hệ thống thông tin di
động 4G trong tương lai gần [25].
1.3. NGUYÊN TẮC XỬ LÝ TÍN HIỆU OFDM
1.3.1. Mô tả toán học
Đặt vấn đề:
Cho một tập các hàm số {f
n
(t), với n = 1, 2, 3…, k}, các hàm số được gọi là
trực giao với nhau nếu chúng thoả mãn điều kiện:



≠
=
=
∫
+∞
∞−
nm
nmk
dttftf
mn
0
)()(
(1.1)
Tập các hàm số thoả mãn điều kiện trên gọi là tập hàm trực giao. Nếu k=1
họ hàm đã cho là tập hàm trực chuẩn. Tức là tích phân của bình phương mỗi hàm
đều bằng đơn vị.
Trực giao có ý nghĩa là các hàm số này không ảnh hưởng lẫn nhau hay

là nhỏ nhất.

[ ]
∫
∑
∫
+∞
∞−
=
+∞
∞−






−=
−
=
dttfsts
dttsts
N
k
kke
2
1
2
)()(
)(")(

Từ điều kiện tập hàm {f
k
(t)} là tập hàm trực giao, rút gọn biểu thức (1.3),
ta thu được các hệ số của chuỗi {s
k
} thay thế tín hiệu s(t).
∫
+∞
∞−
= dttftss
nnn
)()(
(1.5)
Ở đây n = 1, 2,…, N
Giá trị nhỏ nhất của sai số bình phương là:

[ ]
∑
∫
∑
∫∫
=
+∞
∞−
=
+∞
∞−
+∞
∞−
−=−==

1
)()(
. (1.7)
Việc biểu diễn tín hiệu bằng tổng tuyến tính của một chuỗi hàm trực giao
có thể dùng để phân tích các đặc điểm tính chất, khả năng chống can nhiễu của
- 13 -
dạng tín hiệu đó với kênh truyền dẫn… Nhưng cũng có thể dùng kết quả đó để
tổng hợp được tín hiệu cần truyền từ các tập tín hiệu đơn giản trực giao với nhau,
tín hiệu thu được giữ được các tính chất chống can nhiễu, đồng thời các thành
phần con không gây can nhiễu lên nhau trong tín hiệu tổng.
1.3.2. Điều chế đa sóng mang trực giao
1.3.2.1. Điều chế đa sóng mang
Dạng đơn giản nhất của điều chế đa sóng mang, dữ liệu được chia thành
nhiều luồng nhỏ, để truyền qua các kênh con trực giao với nhau, tại các tần số
sóng mang khác nhau. Số lượng sóng mang được lựa chọn, sao cho độ dài ký tự
tại các kênh con, lớn hơn nhiều lần thời gian trễ của mỗi kênh con, hay băng
thông của mỗi kênh con nhỏ hơn nhiều băng thông liên kết của kênh truyền. Điều
kiện đó ngăn chặn nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu trong mỗi kênh truyền con.
Hình 1.3 mô tả hiệu quả của chống nhiễu ISI trong hệ thống điều chế đa sóng
mang. Với cùng tốc độ cần truyền, khi số lượng sóng mang tăng, làm giảm tốc độ
dữ liệu trên mỗi kênh truyền và tăng độ dài của mỗi ký hiệu. Điều đó có nghĩa là
tỉ số nhiễu (ISI) trên mỗi ký hiệu sẽ giảm nhỏ khi mà số lượng sóng mang tăng.
Với hệ thống đơn sóng mang, đáp ứng của các bit bị chồng lấn lên nhau, nhiễu
ISI lớn. Giả sử một hệ thống điều chế tuyến tính có tốc độ truyền R và băng thông
B. Giả thiết rằng kênh truyền là kênh fadinh lựa chọn, tức là băng thông liên kết
kênh truyền (B
c
) nhỏ hơn băng thông của hệ thống (B
c
< B). Băng thông của hệ

N
B
β
+1
với
β
là hệ số của xung. Tín
hiệu điều chế kết hợp của tất cả các kênh con được cộng lại để tạo dạng tín hiệu
phát s(t).
s
i
(t) =
( )
ii
N
i
i
tfosctgs
φπ
+
∑
−
=
2)(
1
1
(1.8)
trong đó s
i
là ký hiệu cần truyền trên sóng mang thứ i,

đầu đã phát. Xung sửa dạng bị giới hạn nên băng thông cần thiết cho mỗi kênh
con cần mở rộng thêm một lượng là
N
T
ε
. Vì thế, băng thông cần thiết cho mỗi
kênh con là
( )
N
T
εβ
++1
và băng thông tổng cần thiết cho cả hệ thống N sóng mang
là:
B = N
( )
N
T
εβ
++1
(1.9)
t
Sóng mang thứ nhất
t
Sóng mang thứ hai
t
Sóng mang thứ ba
t
Sóng mang thứ tư
Hình 1.3. Nhiễu giữa các ký hiệu (ISI) trong kênh