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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
KỸ THUẬT OFDM VÀ VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ
TRONG OFDM
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MẠNH ĐỨC
Lớp ĐT7 - K49
Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN QUỐC KHƯƠNG
Cán bộ phản biện: PGS.TS PHẠM MINH HÀ
Hà Nội, 5-2009
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:
……………………………………………………………………………………………………………… ….
……………………………………………………………………………………………………………………………………
….

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
Đồ án tốt nghiệp đại học
Lời nói đầu
Thấy rõ hiệu quả sản xuất kinh doanh, tốc độ phát triển khoa học kỹ thuật, cơ hội
rút ngắn khoảng cách phát triển, cơ hội để đi tắt đón đầu, cũng như cơ hội tìm kiếm đầu
tư của các nhà đầu tư đã và đang được khẳng định nhờ vào việc trao đổi thông tin.
Thêm nữa trước sức ép của xu thế toàn cầu hoá, hội nhập, cạnh tranh thì xã hội hoá
thông tin là vấn đề toàn xã hội quan tâm. Điều này thể hiện rất rõ qua các chương trình:
thương mại điện tử, chính phủ điện tử Trong xã hội thông tin đó, nổi bật nhất là thông
tin vô tuyến đặc biệt là thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động, tiện lợi
của nó. Như vậy nhu cầu về sử dụng hệ thống thông tin di động ngày càng gia tăng điều
này đồng nghĩa với nhu cầu chiếm dụng tài nguyên vô tuyến gia tăng, hay nói cách
khác tồn tại mâu thuẫn lớn giữa nhu cầu chiếm dụng tài nguyên và tài nguyên vốn có
của thông tin vô tuyến. Nhưng do đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến là tài nguyên hạn
chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường: địa hình, thời tiết dẫn đến làm hạn
chế triển khai đáp ứng nhu cầu của xã hội của các dịch vụ viễn thông. Trước mẫu thuẫn
này, đặt ra bài toán cho các nhà khoa học và các ngành công nghiệp có liên quan phải

Trong giới hạn của đồ án em đi vào trình bày kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao
OFDM : mô hình truyền dẫn , cách tạo và thu tín hiệu OFDM ,vấn đề đồng bộ trong
OFDM, phân tích các ảnh hưởng của một số loại nhiễu ,hiệu quả của việc sử dụng bộ
lọc băng thông trong việc tiết kiệm phổ tần Qua đó xây dựng mô hình và mô phỏng
một hệ thống truyền dẫn OFDM thực hiện thu phát tín hiệu đầu vào là một file có định
dạng *.txt . Cụ thể đồ án được chia làm 5 chương như sau :
Chương 1 : Mở đầu
Chương 2 : Nguyên lí cơ bản của kĩ thuật OFDM
Chương 3 : Đồng bộ trong OFDM
Chương 4 : Một số ứng dụng của kĩ thuật OFDM
Chương 5 : Mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM
Abstract
In the limit of this thesis , i present about the orthogonal frequency division
multiplexing (OFDM) : transmission models use, how to create and receive OFDM
signals, the synchronization in OFDM, analyze the impact of some of noise types,
efficient use of the filter bandwidth savings in the common frequency etc. After that
building model and simulate a system to use OFDM to transmit the signal to the input
is a file in a format *. txt. Specific projects is divided into 5 chapters as follows :
Chapter 1: Introduction
Chapter 2 : Basic principle of OFDM Technology
Chapter 3 : The synchronization in OFDM
Chapter 4 : Some applications of OFDM Technology
Chapter 5: Simulate OFDM transmission system
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 6
Đồ án tốt nghiệp đại học
MỤC LỤC
Tóm tắt đồ án 6
9
DANH SÁCH HÌNH VẼ 9
11

2.5.2 Ảnh hưởng của ICI và giải pháp khắc phục 47
2.5.3 Cải thiện hiệu năng hệ thống truyền dẫn trên cơ sở kết hợp mã hoá Gray 51
2.5.4 Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần của hệ thống truyền dẫn OFDM 55
2.6 Kết luận 65
Chương 3 : Đồng bộ trong OFDM 66
3.1 Mở đầu 66
3.2 Tổng quan về đồng bộ trong hệ thống OFDM 66
3.2.1 Nhận biết khung 67
3.2.2 Ước lượng khoảng dịch tần số 67
3.2.3 Bám đuổi lỗi thặng dư FOE 69
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 7
Đồ án tốt nghiệp đại học
3.3 Đồng bộ thời gian 71
3.3.1 Thuật toán đồng bộ thô 74
3.3.2 Thuật toán đồng bộ tinh 76
3.4 Đồng bộ tần số 77
3.4.1 Đồng bộ tần số sóng mang 80
3.5 Kết luận 81
81
Chương 4 : Một số ứng dụng của kỹ thuật OFDM 82
4.1 Mở đầu 82
4.2 Hệ thống DRM 82
4.3 Hệ thống HiperLAN/2 (IEEE802.11a) 85
4.4 Hệ thống WiMax (IEEE2.16a,e) 85
4.5 Phát thanh số DAB ( Digital Audio Broadcasting) 87
4.6 Truyền hình số mặt đất DVB-T 89
4.7 Thế hệ thông tin di động thứ tư ( 4G) 90
4.8 Kết luận 90
91
Chương 5 : Mô phỏng hệ thống truyền dẫn OFDM 91

Hình 2.11 Dạng sóng tín hiệu OFDM trong miền thời gian 37
Hình 2.12 Tín hiệu OFDM 38
Hình 2.13 Cấu trúc tín hiệu OFDM 38
Hình 2.14 Độ rộng băng tần hệ thống và độ rộng băng tần sóng mang con 40
Hình 2.15 Cấu trúc symbol OFDM và khoảng bảo vệ 42
Hình 2.16 Chèn khoảng bảo vệ cho mỗi symbol OFDM 43
Hình 2.17 Tín hiệu OFDM trong miền thời gian có 44
khoảng bảo vệ 44
Hình 2.18 Hiệu quả của khoảng bảo vệ chống lại ISI 46
Hình 2.19 Hiệu quả của khoảng bảo vệ chống lại ISI 46
Hình 2.20 Nhiễu nền do ICI đối với số sóng mang con khác nhau 48
( plot_var_ICI.m) 48
Hình 2.21 Ảnh hưởng của ICI tới tỷ số tín hiệu trên nhiễu 49
( plot_SNR_ICI.m) 49
Hình 2.22 Công suất ICI chuẩn hoá đối với tín hiệu OFDM. N=102 50
Hình 2.23 Công suất ICI chuẩn hoá cho sóng mang con trung tâm (fdT=0,2) 51
Hình 2.24a Biểu đồ I-Q điều chế 16 QAM sử dụng mã hóa Gray 53
( Gray_QAM.m) 53
Hình 2.24b Biểu đồ I-Q điều chế 16 PSK sử dụng mã hóa Gray 54
( Gray_PSK.m) 54
Hình 2.25 Biểu đồ I-Q điều chế 32 PSK và 128 PSK sử dụng mã hóa Gray (Gray_PSK.m) 54
Hình 2.26 Biểu đồ I-Q điều chế 32 QAM và 64 QAM sử dụng mã hóa Gray 55
( Gray_QAM.m) 55
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 9
Đồ án tốt nghiệp đại học
Hình 2.27 Đặc tuyến bộ lọc dùng cửa sổ Kaiser với ft = 0.2 Hz, 57
ft = 0.4 Hz, = 3.4 57
Hình 2.28 Cấu trúc của cửa sổ Kaiser với, và 58
Hình 2.29 Trường hợp không dùng bộ lọc 59
(a) Phổ của tín hiệu OFDM 52 sóng mang con 59

Hình 5.6 File source.txt được dùng để truyền đi 99
Hình 5.7 File Result.txt là file thu được với SNR = 25dB 99
Hình 5.8 File Result.txt là file thu được với SNR = 18dB 100
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 10
Đồ án tốt nghiệp đại học

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1 Đặc tính dịch vụ của UTMS …………………………………………… 15
Bảng 1.2 Tham số đặc trưng của các hệ thống sử dụng công nghệ OFDM ……… 16
Bảng 1.2 So sánh một số tham số giữa OFDM và CDMA ………………………… 21
Bảng 2.1. Mối quan hệ giữa các tham số OFDM…………………………………….38
Bảng 2.2 Mã hoá Gray 4 bit nhị phân ……………………………………………… 49
Bảng 2.3 Tham số khoảng bảo vệ RC của IEEE 802.11a ………………………… 59
Bảng 4.1 Mô hình kênh truyền dẫn hệ thống DRM ………………………………….81
Bảng 4.2 Các mode truyền sử dụng trong DAB…………………………………… 84
Bảng 4.3 Các thông số của DVB-T………………………………………………… 86
Bảng 5.1 Các thông số đầu vào hệ thống …………………………………………….90
Bảng 5.2 Các thông số của kênh fading Rayleigh ………………………………… 90
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 11
Đồ án tốt nghiệp đại học

Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 12
Đồ án tốt nghiệp đại học
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 13
Đồ án tốt nghiệp đại học
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 14
Đồ án tốt nghiệp đại học
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 15
ADSL

Biến đổi Fourier rời rạc
DPLL
Digital Phase Lock Loop
Mạch vòng khóa pha số
DRM
Digital Radio Mondiale
Hệ thống phát thanh số đường dài
DS-CDMA
Direct Sequence Code Division
Multiple Access
Kĩ thuật đa truy nhập phân chia
theo mã trải phổ trực tiếp
DVB-T
Digital Video Broadcast
-Terrestrial
Truyền hình số mặt đất
FDM
Frequency Division Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
FDD
Frequency Division Duplex
Truyền song công phân chia theo
tần số
FEC
Forward Error Correction
Sửa lỗi trước
FFT
Fast Fourier Transformation
Biến đổi Fourier nhanh
FIR

DSSS, with maximum data rate of
11 Mbps
Tiêu chuẩn WLAN dựa trên
DSSS với tốc độ dữ liệu tối đa là
11 Mbps
IDFT
Inverse Discrete Fourier
Transform
Biến đổi ngược Fourier
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier ngược nhanh
IMD
Inter-Modulation Distortion
Nhiễu điều chế nội
Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 : Giới thiệu
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 16
IQ
Inphase Quadrature
Đồng pha vuông pha
ISI
Inter-Symbol Interference
Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu
LOS
Line Of Sight
Tầm nhìn thẳng
MIMO
Multiple Input Multiple Output

Pseudo Noise
Chuỗi giả ngẫu nhiên
QAM
Quadrature Amplitude Modualtion
Điều chế biên độ cầu phương
RC
Rised Cosin
Khoảng bảo vệ cosin tăng
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
TDMA
Time Division Multiple Access
Phương thức đa truy nhập phân
chia theo thời gian
TDD
Time Division Duplex
Truyền song công phân chia theo
thời gian
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
VCO
Voltage Controlled Oscillator
Bộ dao động điều khiển điện áp

Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 17
Đồ án tốt nghiệp đại học

Bảng 1.3Đặc tính dịch vụ của UTMS
Dịch vụ Tốc độ dữ liệu yêu cầu Chất lượng dịch vụ
yêu cầu
Yêu cầu tính
thời gian thực
Bản tin ngắn
(email, chat…)
Thấp (1-10 kbps) Cao Không
Thoại Thấp (4-20 kbps) Thấp (BER < 10
-3
) Có
Duyệt Web Khả biến (>10 kbps cho
đến 100 kbps)
Cao (BER < 10
-9
) Thông thường
là không
Hội nghị truyền
hình
Cao (100 kbps-1 Mbps) Trung bình Có
Camera theo dõi Trung bình (50-300 kbps) Trung bình Không
Tiếng chất lượng
cao
Cao (100-300 kbps) Trung bình Có
Truy nhập cơ sở
dữ liệu
Cao (> 30 kbps) Rất cao Không

1.1.Một số phương pháp điều chế và những hạn chế của
chúng
1.1.1 Phương pháp điều chế đơn sóng mang
Trong phương pháp điều chế đơn sóng mang dòng tín hiệu được truyền đi
trên toàn bộ băng tần B,toàn hệ thống được điều chế trên sóng mang duy nhất f
0
, tần số
lấy mẫu của tín hiệu số bằng độ rộng băng tần B và mỗi mẫu tín hiệu có độ dài là :
T
SC
= 1/B (1.1) T
SC
: độ dài 1 mẫu tín hiệu ( s)
B : độ rộng băng tần ( Hz)
Trong thông tin vô tuyến băng rộng , kênh vô tuyến thường là kênh phụ
thuộc tần số , tần số lấy mẫu rất lớn do đó chu kì lấy mẫu ( độ dài 1 mẫu tín hiệu) sẽ rất
nhỏ nên phương pháp điều chế đơn sóng mang có một số nhược điểm :
+ Ảnh hưởng của nhiễu liên kí hiệu ISI (inter-symbol interference) gây ra
bởi hiệu ứng phân tập đa đường đối với tín hiệu thu là rất lớn . Nguyên nhân do độ dài
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 19
Đồ án tốt nghiệp đại học
1 mẫu tín hiệu nhỏ ,trễ truyền dẫn có thể gây lên nhiễu liên tín hiệu ở nhiều mẫu tín
hiệu thu.
+ Ảnh hưởng sự phụ thuộc của kênh theo tần số đối với chất lượng hệ
thống rất lớn.
+ Bộ cân bằng kênh và lọc nhiễu ở máy thu phức tạp hơn rất nhiều so với
trường hợp điều chế đa sóng mang
Hiện nay kĩ thuật điều chế đơn sóng mang được sử dụng chủ yếu trong hệ
thống thông tin băng hẹp : hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM …
1.1.2. Phương pháp điều chế đa sóng mang FDM

quả sử dụng phổ.
1.1.3. Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao OFDM
Phương pháp điều chế đa sóng mang trực giao ra đời khắc phục khả năng sử
dụng phổ đồng thời kế thừa ưu điểm của phương pháp điều chế đa sóng mang thông
thường. Có thể nói phương pháp điều chế sóng mang đa trực giao là trường hợp đặc
biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang trong đó mỗi sóng mang phụ được chọn
sao cho trực giao với sóng mang phụ còn lại. Điều này cho phép phổ tín hiệu của các
kênh con cho phép chống lấn lên nhau dẫn đến tăng hiệu quả sử dụng phổ .
Phương pháp điều chế OFDM được ứng dụng nhiều trong thông tin vô tuyến :
phát thanh số DAB,DRM , truyền hình số mặt đất DVB-T , Wireless LAN, mạng máy
tính không dây tốc độ truyền dẫn cao HiperLAN/2 …
Các ưu, nhược điểm của hệ thống OFDM được liệt kê dưới đây :
* Ưu điểm :
+ Hệ thống OFDM có thể loại bỏ hoàn toàn nhiễu ISI nếu độ dài
chuỗi bảo vệ lớn hơn trễ truyền dẫn lớn nhất của kênh.
+ Phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng ( hệ
thống có tốc độ truyền dẫn cao) do ảnh hưởng của sự lựa chọn tần số của kênh truyền
đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng
mang.
+ Cấu trúc của bộ thu đơn giản
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 21
Đồ án tốt nghiệp đại học
* Nhược điểm:
+ Đường bao biên độ của tín hiệu phát không bằng phẳng gây ra
méo phi tuyến ở các bộ khuyếch đại công suất ở cả phía phát và phía thu .
+ Sử dụng chuỗi bảo vệ tránh được nhiễu ISI nhưng lại làm giảm
hiệu suất sử dụng phổ do chuỗi bảo vệ không mang tin có ích .
+ Do yêu cầu đồng bộ nên hệ thống OFDM rất nhạy cảm với hiệu
ứng Doppler, hiệu ứng dịch thời gian do sai số đồng bộ.
Hình vẽ sau cho thấy khả năng sử dụng băng thông tối ưu của kỹ thuật

giảm bớt số bít mã hóa cho một tín hiệu điều chế tại kênh tần số đó .
WiMax hỗ trợ phương pháp truyền song công FDD và TDD sử dụng kĩ thuật
truy nhập TDMA/OFDMA. Ưu điểm của phương pháp này là nó cho phép linh hoạt
thay đổi độ rộng băng tần lên hoặc xuống , dẫn đến có thể thay đổi tốc độ phát
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 23
Đồ án tốt nghiệp đại học
(Upload) hoặc thu ( Download) dữ liệu chứ không phải cố định như trong ADSL hay
CDMA.
Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tính ưu việt của WiMax so với
WCDMA như bảng 1.3

Bảng 1.4 So sánh một số tham số giữa OFDM và CDMA
Công
nghệ
Số lượng thuê
bao trong một
trạm phủ sóng
Thông lượng
trung bình của
mạng ( Mbit/s)
Thông lượng trung
bình của một thuê
bao (kbit/s)
Trễ truyền dẫn
trung bình của
gói (s)
OFDM 40 4,45 1802 2,33
WCDMA
(MMSE)
40 3,83 1170 3,56

dựng được một siêu hệ thống vô tuyến để đáp ứng được mọi nhu cầu. Một vấn đề quan
trọng là làm cách nào được cho người sử dụng các dịch vụ đa phương tiện băng rộng
cho cả những người sử dụng di động và những người di cư khắp mọi nơi. Hình 1.2 Sự phát triển của các hệ thống tế bào

Một giải pháp tốt đó là đưa ra một hệ thống vô tuyến toàn cầu có thể kết nối một
cách hiệu quả nhiều mạng vô tuyến riêng (ví dụ các hệ thống tế bào 2G/3G/4G,
WLAN, các hệ thống quảng bá…), được tối ưu hoá tới các môi trường truyền thông
khác nhau, sử dụng công nghệ Internet băng rộng. Khái niệm này cho phép mỗi hệ
Nguyễn Mạnh Đức , ĐT7-K49 25