Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
CHƯƠNG 2
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN
2.1 Giới thiệu chương
Kênh truyền tín hiệu OFDM là môi trường truyền sóng giữa máy phát và
máy thu. Trong kênh truyền vô tuyến lý tưởng, tín hiệu nhận được bên thu được
truyền theo tầm nhìn thẳng. Tuy nhiên trong thực tế, kênh truyền tín hiệu vô tuyến
bị thay đổi. Việc nghiên cứu các đặc tính của kênh truyền là rất quan trọng vì chất
lượng của hệ thống truyền vô tuyến là phụ thuộc vào các đặc điểm này.
2.2 Đặc tính kênh truyền vô tuyến trong hệ thống OFDM
2.2.1 Sự suy giảm tín hiệu (Attenuation)
Sự suy giảm tín hiệu là sự suy hao mức công suất tín hiệu trong quá trình
truyền từ điểm này đến điểm khác. Điều này có thể là do đường truyền dài, do các
tòa nhà cao tầng và hiệu ứng đa đường. Hình 2.1 cho thấy một số nguyên nhân làm
suy giảm tín hiệu. Bất kì một vật cản nào trên đường truyền đều có thể làm suy
giảm tín hiệu.
Hình 2.1 Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến
25
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
2.2.2 Hiệu ứng đa đường
• Rayleigh fading
Trong đường truyền vô tuyến, tín hiệu RF từ máy phát có thể bị phản xạ từ
các vật cản như đồi, nhà cửa, xe cộ…sinh ra nhiều đường tín hiệu đến máy thu (hiệu
ứng đa đường) dẫn đến lệch pha giữa các tín hiệu đến máy thu làm cho biên độ tín
hiệu thu bị suy giảm. Hình 2.2 chỉ ra một số trường hợp mà tín hiệu đa đường có thể
xảy ra.
Mối quan hệ về pha giữa các tín hiệu phản xạ có thể là nguyên nhân gây ra
nhiễu có cấu trúc hay không có cấu trúc. Điều này được tính trên các khoảng cách
rất ngắn (thông thường là một nửa khoảng cách sóng mang), vì vậy ở đây gọi là
fading nhanh. Mức thay đổi của tín hiệu có thể thay đổi trong khoảng từ 10-30dB
trên một khoảng cách ngắn. Hình 2.3 mô tả các mức suy giảm khác nhau có thể xảy

CDMA nhằm giảm bớt suy hao.
- Phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một
sóng mang, mỗi sóng mang này trực giao với các sóng mang khác (tín
hiệu OFDM). Tín hiệu ban đầu được trải trên băng thông rộng, không có
phổ xảy ra tại tất cả tần số sóng mang. Kết quả là chỉ có một vài tần số
sóng mang bị mất. Thông tin trong các sóng mang bị mất có thể khôi
phục bằng cách sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi thuận FEC .
• Trải trễ (Delay Spread)
Tín hiệu vô tuyến thu được từ máy phát bao gồm tín hiệu trực tiếp và tín hiệu
phản xạ từ các vật cản như các tòa nhà, đồi núi…Tín hiệu phản xạ đến máy thu
chậm hơn so với tín hiệu trực tiếp do chiều dài truyền lớn hơn. Trải trễ là thời gian
trễ giữa tín hiệu đi thằng và tín hiệu phản xạ cuối cùng đến đầu vào máy thu.
Trong hệ thống số, trải trễ có thể dẫn đến nhiễu liên ký tự ISI. Điều này do
tín hiệu đa đường bị trễ chồng lấn với ký hiệu theo sau, và nó có thể gây ra lỗi
nghiêm trọng ở các hệ thống tốc độ bit cao, đặc biệt là khi sử dụng ghép kênh phân
chia theo thời gian TDMA
28
Tín hiệu trực tiếp
Tín hiệu trễ
Tín hiệu thu được
Hình 2.4: Trải trể đa đường
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
Hình 2.4 cho thấy ảnh hưởng của trải trễ gây ra nhiễu liên kí tự. Khi tốc độ
bit truyền đi tăng lên thì một lượng nhiễu ISI cũng tăng lên một cách đáng kể. Ảnh
hưởng thể hiện rõ ràng nhất khi trải trễ lớn hơn khoảng 50% chu kỳ bit (bit time).
Bảng 2.2 đưa ra các giá trị trải trễ thông dụng đối với các môi trường khác
nhau. Trải trễ lớn nhất ở môi trường bên ngoài xấp xỉ là 20μs, do đó nhiễu liên kí tự
có thể xảy ra đáng kể ở tốc độ thấp nhất là 25Kbps.
Nhiễu ISI có thể được tối thiểu hóa bằng nhiều cách:
• Giảm tốc độ ký tự bằng cách giảm tốc độ dữ liệu cho mỗi kênh ( như chia

o
f
là tần số tín hiệu, c là tốc độ ánh sáng.
Dịch Doppler lại là một vấn đề nan giải nếu như kỹ thuật truyền sóng lại
nhiễu với dịch tần số sóng mang (như OFDM chẳng hạn) hoặc là tốc độ tương đối
giữa thu và phát cao như trong trường hợp vệ tinh quay quanh trái đất quỹ đạo thấp.
2.2.4 Nhiễu AWGN
Nhiễu tồn tại trong tất cả các hệ thống truyền dẫn. Các nguồn nhiễu chủ yếu
là nhiễu nền nhiệt, nhiễu điện từ các bộ khuếch đại bên thu, và nhiễu liên ô (inter-
cellular interference). Các loại nhiễu này có thể gây ra nhiễu liên kí tự ISI, nhiễu
liên sóng mang ICI và nhiễu liên điều chế IMD (Inter-Modulation Distortion).
Nhiễu này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR, giảm hiệu quả phổ của hệ thống.
Và thực tế là tùy thuộc vào từng loại ứng dụng, mức nhiễu và hiệu quả phổ của hệ
thống phải được lựa chọn.
Hầu hết các loại nhiễu trong các hệ thống có thể được mô phỏng một cách
chính xác bằng nhiễu trắng cộng. Hay nói cách khác 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 biên độ 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 tải điện gây ra) là
loại nhiễu tiêu biểu cho nhiễu Gaussian trắng cộng tác động đến kênh truyền dẫn.
Đặc biệt, 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
này thỏa mãn các điều kiện của nhiễu Gaussian trắng cộng.
30
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
2.2.5 Nhiễu liên ký tự ISI
Nhiễu ISI và ICI là hai loại nhiễu thường gặp nhất do ảnh hưởng của kênh

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 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 T
FFT
(cũng chính là khoảng thời gian bộ IFFT/FFT phát
đi một ký tự).
32
Các sóng mang phụ
vẫn trực giao với nhau
Các sóng mang phụ bị
dịch tần số gây ra nhiễu
liên sóng mang ICI
Hình 2.5 Lỗi dịch tần số gây nhiễu ICI trong hệ thống OFDM
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyếnTa có: T
s
= T
g
+ T
FFT
(2.2)

Ký tự OFDM khi mở rộng vòng
T
FFT
Tín hiệu trực tiếp
Hình 2.6 Mô tả tiền tố lặp
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
các xuyên nhiễu ICI, ISI. Ở đây, giá trị trải trễ cực đại là một thông số xuất hiện khi
tín hiệu truyền trong không gian chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường
(multipath effect), tức là tín hiệu thu được tại bộ thu không chỉ đến từ đường trực
tiếp mà còn đến từ các đường phản xạ khác nhau, và các tín hiệu này đến bộ thu tại
các thời điểm khác nhau. Giá trị trải trễ cực đại được xác định là khoảng thời gian
chênh lệch lớn nhất giữa thời điểm tín hiệu thu qua đường trực tiếp và thời điểm tín
hiệu thu được qua đường phản xạ.
Tiền tố lặp (CP) có khả năng loại bỏ nhiễu ISI, nhiễu ICI vì nó cho phép tăng
khả năng đồng bộ (đồng bộ ký tự, đồng bộ tần số sóng mang) trong hệ thống
OFDM.
Ngoài khái niệm tiền tố lặp CP còn có khái niệm hậu tố lặp cyclic postfix.
Hậu tố cũng tương tự như tiền tố, một khoảng bắt đầu của tín hiệu lấy IFFT được
sao chép và đưa ra phía sau của tín hiệu. Thêm vào hậu tố cũng có thể chống được
nhiễu ISI và ICI nhưng thường chỉ cần sử dụng tiền tố là được vì nó làm giảm hiệu
suất băng thông. Nếu chỉ sử dụng tiền tố lặp thì chiều dài của nó phải lớn hơn trải
trễ lớn nhất. Còn nếu sử dụng cả tiền tố và hậu tố lặp thì tổng chiều dài của chúng
phải lớn hơn độ trải trễ lớn nhất của kênh truyền.
2.3 Khoảng bảo vệ
Thành phần ISI của việc truyền tín hiệu OFDM có thể bị sai do điều kiện của
quá trình xử lý tín hiệu, bởi vì máy thu không thu nhận được thông tin của symbol
được truyền tiếp theo. Điều này có nghĩa là máy thu cần một khoảng thời gian có độ
dài xác định bằng thời gian symbol có ích để có thể xác định được symbol OFDM.
Khoảng thời gian này gọi là Orthogonality Interval.
Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng kỹ thuật OFDM là kỹ

ký tự như trong CDMA và điều này làm tăng tỷ lệ lỗi bit của OFDM so với CDMA.
Đối với một băng thông hệ thống đã cho tốc độ symbol của tín hiệu OFDM
thấp hơn nhiều tốc độ symbol của sơ đồ truyền sóng mang đơn. Ví dụ đối với tín
hiệu điều chế đơn sóng mang BPSK tốc độ symbol tương ứng với tốc độ bit. Tuy
nhiên, đối với OFDM băng thông hệ thống được chia cho Nc tải phụ, tạo thành tốc
độ symbol nhỏ hơn Nc lần so với truyền sóng mang đơn. Tốc độ symbol thấp này
làm cho OFDM chịu đựng được tốt các can nhiễu giữa can nhiễu ISI gây ra bởi
truyền lan nhiều đường.
35
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
Hình 2.7: OFDM có khoảng bảo vệ và không có khoảng bảo vệ.
Có thể giảm ảnh hưởng ISI tới OFDM bằng cách thêm vào khoảng bảo vệ ở
trước của mỗi symbol. Khoảng bảo vệ này là bản sao tuần hoàn theo chu kỳ, làm
mở rộng chiều dài của dạng sóng symbol. Symbol của OFDM chưa có bổ sung
khoảng bảo vệ, có chiều dài bằn kích thước IFFT (được sử dụng tạo tín hiệu) có
một số nguyên lần các chu kỳ. Việc đưa vào các bản sao của symbol nối đuôi nhau
tạo thành một tín hiệu liên tục, không có sự gián đoạn ở chỗ nối. Như vậy việc sao
chép đầu cuối của symbol và đặt nó để đầu vào tạo ra một khoảng thời gian dài hơn.
2.4 Giới hạn băng thông của OFDM
Trong miền thời gian, OFDM là tương đương với tổng các sóng mang hình
sine điều chế. Mỗi symbol nằm trong thời gian xác định với hàm cửa sổ hình chữ
nhật. Cửa sổ này xác định biên của mỗi symbol OFDM và xác định đáp tuyến được
36
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến
tạo ra. Thời gian truyền OFDM khi dùng khóa dịch pha PSK, biên độ tải phụ là cố
định và pha thay đổi từ symbol này sang symbol khác để truyền dữ liệu. Pha tải phụ
thì không đổi đối với toàn bộ symbol, dẫn đến nhảy bậc pha giữa các symbol.
Những thay đổi đột biến giữa các symbol dẫn đến sự mở rộng trong miền tần số.
Hình 2.8: Phổ của tín hiệu OFDM gồm 52 tải phụ không có hạn chế băng thông
2.4.1 Lọc băng thông

=
t
t
taps
F
IFFTW
ceilN
.
.
(2.4)
Trong đó,
N
taps
: Số tạp trong bộ lọc FIR
W
t
: Độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được dùng để tạo bộ lọc FIR.
IFFT: là kích thước FFT được sử dụng để tạo tín hiệu.
F
t
: Độ rộng quá độ của bộ lọc chuẩn hóa cho khoảng cách tải phụ.
Ceil : Phép làm tròn về phía lớn hơn. Ví dụ: (1.1) = 2
Ví dụ để tạo tín hiệu cần lọc với bộ lọc 24 tap. Điều này có thể tính từ đặc
điểm kỹ thuật tín hiệu. Tín hiệu được tạo ra khi dùng kích thước IFFT là 64, do vậy
IFFT = 64. Hàm cửa sổ Kaiser với độ rộng quá độ 3 được sử dụng, dẫn đến suy giải
chặn (stop band) là 89 dB. Công suất búp sóng bên của tín hiệu OFDM không được
lọc là – 20 dBc và sau khi lọc là –109 dBc. Độ rộng quá độ của hàm cửa sổ được sử
dụng là 3.0 nên số tap cần thiết là:
38
Chương 2 Các đặc tính của kênh truyền vô tuyến

vậy hầu hết năng lượng ISI bị loại bỏ.
2.5 Kết luận chương
Chương này đã giới thiệu một vài đặc tính của kênh truyền vô tuyến ảnh
hưởng đến tín hiệu khi truyền đi trong không gian. Đồng thời các loại nhiễu thường
gặp trong hệ thống OFDM cũng được đề cập đến. Để hạn chế nhiễu và ảnh hưởng
của kênh truyền đa đường thì ở chương sau đề cập đến một số kỹ thuật được úng
dụng trong OFDM.
39