Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
Chương1:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ OFDM
1.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về các khái niệm, nguyên lý cũng như thuật toán của
OFDM. Các nguyên lý cơ bản của OFDM, mô tả toán học, kỹ thuật đơn sóng mang,
đa sóng mang và các kỹ thuật điều chế trong OFDM. Bên cạnh đó các ứng dụng và
ưu nhược điểm của hệ thống OFDM cũng được đưa ra ở đây.
1.2 Các nguyên lý cơ bản của OFDM
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các
luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực
giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ
thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống.
Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng
thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi
symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI.
Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa
sóng mang chồng phổ có sự khác nhau. Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta
có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng
mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này
cần trực giao với nhau.
Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng
mang lân cận. Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ
trong OFDM. Ta thấy trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể
cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy
theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó.
1
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng
mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng
thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi

dòng dữ liệu song song sau đó được mã hóa sử dụng thuật toán sửa lỗi tiến (FEC) và
được sắp xếp theo một trình tự hỗn hợp. Những symbol hỗn hợp được đưa đến đầu
vào của khối IDFT. Khối này sẽ tính toán các mẫu thời gian tương ứng với các kênh
nhánh trong miền tần số. Sau đó, khoảng bảo vệ được chèn vào để giảm nhiễu xuyên
ký tự ISI do truyền trên các kênh di động vô tuyến đa đường. Sau cùng bộ lọc phía
phát định dạng tín hiệu thời gian liên tục sẽ chuyển đổi lên tần số cao để truyền trên
các kênh. Trong quá trình truyền, trên các kênh sẽ có các nguồn nhiễu gây ảnh hưởng
như nhiễu trắng cộng AWGN,…
Ở phía thu, tín hiệu được chuyển xuống tần số thấp và tín hiệu rời rạc đạt được
tại bộ lọc thu. Khoảng bảo vệ được loại bỏ và các mẫu được chuyển từ miền thời gian
sang miền tần số bằng phép biến đổi DFT dùng thuật toán FFT. Sau đó, tùy vào sơ đồ
điều chế được sử dụng, sự dịch chuyển về biên độ và pha của các sóng mang nhánh
sẽ được cân bằng bằng bộ cân bằng kênh (Channel Equalization). Các symbol hỗn
hợp thu được sẽ được sắp xếp ngược trở lại và được giải mã. Cuối cùng chúng ta sẽ
thu nhận được dòng dữ liệu nối tiếp ban đầu.
3
)x)n
x
f
))n
)h)n
y
f
))n
)y)n
)Y)k
AWG
N
Sắp
xếp

4
Serial to
Parallel
convertor
Modulation at f
0
Modulation at f
1
Modulation at f
N-1
S
0
S
0
, S
1
, …, S
N-1
Serial data
stream
Parallel to
serial
convertor
Demodulation at f
0
Demodulation at f
1
Demodulation at f
N-1
S

tín hiệu thông tin tạo thành dạng có thể truyền hiệu quả trên kênh thông tin. Một
phạm vi rộng các sơ đồ điều chế đã được phát triển, phụ thuộc vào tín hiệu thông tin
là dạng sóng analog hoặc digital. Một số sơ đồ điều chế tương tự chung bao gồm:
điều chế tần số (FM), điều chế biên độ (AM), điều chế pha (PM), điều chế đơn biên
(SSB), Vestigial side Band (VSB), Double Side Band Suppressed Carrier (DSBSC).
Các sơ đồ điều chế sóng mang đơn chung cho thông tin số bao gồm khoá dịch biên độ
(ASK), khoá dịch tần số (FSK), khoá dịch pha (PSK), điều chế QAM.
Kỹ thuật điều chế đa sóng mang trực giao dựa trên nguyên tắc phân chia luồng
dữ liệu có tốc độ cao R (bit/s) thành k luồng dữ liệu thành phần có tốc độ thấp R/k
(bit/s); mỗi luồng dữ liệu thành phần được trải phổ với các chuỗi ngẫu nhiên PN có
tốc độ R
c
(bit/s). Sau đó điều chế với sóng mang thành phần OFDM, truyền trên nhiều
sóng mang trực giao. Phương pháp này cho phép sử dụng hiệu quả băng thông kênh
truyền, tăng hệ số trải phổ, giảm tạp âm giao thoa ký tự ISI nhưng tăng khả năng giao
thoa sóng mang.
Trong công nghệ FDM truyền thống, các sóng mang được lọc ra riêng biệt để
bảo đảm không có sự chồng phổ, do đó không có hiện tượng giao thoa ký tự ISI giữa
những sóng mang nhưng phổ lại chưa được sử dụng với hiệu quả cao nhất. Với kỹ
thuật OFDM, nếu khoảng cách sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực
giao trong chu kỳ ký tự thì những tín hiệu được khôi phục mà không giao thoa hay
chồng phổ.
Hình 1.6: Phổ của sóng mang con OFDM .[2]
5
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
1.3 Đơn sóng mang (Single Carrier)
Hệ thống đơn sóng mang là một hệ thống có dữ liệu được điều chế và truyền
đi chỉ trên một sóng mang.
Hình 1.7: Truyền dẫn sóng mang đơn.[9]
Hình 1.7 mô tả cấu trúc chung của một hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang.

mang trong hệ thống OFDM đều có thể viết dưới dạng [9]:
Với hệ thống đa sóng mang OFDM ta có thể biểu diễn tín hiệu ở dạng sau:
))((2
1
0
1
)(
LNlTtπkj
l
N-
k
l,k
s
ea
N
tS
+−
=
∑∑
=
Trong đó, a
l,k
: là dữ liệu đầu vào được điều chế trên sóng mang nhánh thứ k
trong symbol OFDM thứ l
N : số sóng mang nhánh
L : chiều dài tiền tố lặp (CP)
Khoảng cách sóng mang nhánh là
s
NTT
11

là bội số của 1/τ. Bất kỳ sự phi tuyến nào gây ra bởi sự can nhiễu của các sóng mang
ICI cũng làm mất đi tính trực giao.
8
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về OFDM
Hình 1.9: Các sóng mang trực giao
Phần đầu của tín hiệu để nhận biết tính tuần hoàn của dạng sóng, nhưng lại dễ
bị ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên ký tư (ISI). Do đó, phần này có thể được lặp lại, gọi là
tiền tố lặp (CP: Cycle Prefix).
Do tính trực giao, các sóng mang con không bị xuyên nhiễu bởi các sóng mang
con khác. Thêm vào đó, nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên FFT và IFFT nên hệ
thống OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng việc lọc dải thông mà bằng việc xử
lý băng tần gốc.

1.5.1 Trực giao miền tần số
Một cách khác để xem tính trực giao của những tín hiệu OFDM là xem phổ
của nó. Trong miền tần số, mỗi sóng mang thứ cấp OFDM có đáp tuyến tần số sinc
)sin )x(/x(. Đó là kết quả thời gian symbol tương ứng với nghịch đảo của sóng mang.
Mỗi symbol của OFDM được truyền trong một thời gian cố định (T
FFT
). Thời gian
symbol tương ứng với nghịch đảo của khoảng cách tải phụ 1/T
FFT
Hz. Dạng sóng hình
chữ nhật này trong miền thời gian dẫn đến đáp tuyến tần số sinc trong miền tần số.
Mỗi tải phụ có một đỉnh tại tần số trung tâm và một số giá trị không được đặt cân
bằng theo các khoảng trống tần số bằng khoảng cách sóng mang. Bản chất trực giao
9