Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI TRONG HỆ THỐNG
GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO
Mai Văn Lập
Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing – OFDM) là một loại điều chế
đa sóng mang. Chuỗi dữ liệu cần truyền được
chia ra làm nhiều chuỗi dữ liệu con, các
chuỗi dữ liệu con này sau đó được đưa qua
bộ biến đổi nối tiếp - song song. Sau đó các
chuỗi dữ liệu con này được truyền song song
trên nhiều sóng mang con khác nhau và các
sóng mang con này được ghép trực giao từng
đôi một với nhau. Ưu điểm của kỹ thuật này
là hiệu suất phổ cao, giảm nhiễu xuyên ký tự
(ISI) và hiệu ứng đa đường, khả năng chống
lại nhiễu đồng kênh băng thông hẹp trong hệ
thống không dây và đặc biệt nó thực thi hiệu
quả khi sử dụng các phép biến đổi Fourier
nhanh thuận (FFT) và ngược (IFFT).
OFDM đã được áp dụng rộng rãi trong các
hệ thống thông tin vô tuyến, 4G, thông tin
quang, DVB - T, các modem tốc độ cao trên
các đường dây thuê bao kỹ thuật số (DSL),
các mạng cục bộ không dây băng thông rộng,

như IEEE 802.11a, Hiperlan2 và tiêu chuẩn
truy cập không dây băng thông rộng IEEE
802.16a [1,2,3].
Đối với OFDM, khi sử dụng điều chế bậc
thấp hơn như BPSK, 4 QAM và 8 QAM sẽ cải
thiện tỷ lệ lỗi bit (BER) nhưng làm giảm hiệu
suất phổ và tốc độ, mặt khác khi sử dụng điều
chế bậc cao hơn như 64 QAM, 128 QAM,
256QAM và 512 QAM sẽ tăng hiệu suất phổ
và tốc độ nhưng dẫn đến BER kém. Như vậy
vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để hệ thống
đảm bảo được BER đủ nhỏ mà hiệu suất phổ

và tốc độ đủ lớn, việc này được giải quyết
bằng kỹ thuật điều chế thích nghi [4].
Với kỹ thuật điều chế thích nghi thì sơ
đồ điều chế được chọn theo thông tin trạng
thái kênh (CSI). Nếu điều kiện kênh tốt thì
có thể sử dụng sơ đồ điều chế tương đối
cao như 128 QAM hoặc 256 QAM (Điều
chế biên độ cầu phương) và nếu điều kiện
kênh kém thì có thể sử dụng sơ đồ điều chế
thấp như khóa dịch pha nhị phân (BPSK),
4QAM . Vì vậy, khi có sẵn một loạt các sơ
đồ điều chế như vậy, thì phải có một số tiêu
chí để điều chỉnh cách chọn sơ đồ điều chế
tối ưu cho một CSI nhất định.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu

lý thuyết và mơ phỏng hệ thống.
3. MƠ HÌNH HỆ THỐNG

3.1. Hệ thống OFDM
OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang,
nhưng các sóng mang con của nó được ghép
trực giao với nhau, vì vậy tiết kiệm được
băng tần sử dụng. Để xử lý tín hiệu OFDM
người ta dùng kỹ thuật FFT do vậy tốc độ
nhanh và dễ thực hiện.
Sơ đồ khối hệ thống thu phát OFDM như
hình 1. Tại bên phát: Ban đầu dữ liệu được
đưa qua khối mã hoá dữ liệu để mã hoá dữ
liệu dưới dạng số sau đó được xen rẽ và điều
chế. Thực chất của quá trình này là điều chế
dữ liệu trên các sóng mang con cả về biên độ
và pha. Sau đó tín hiệu được đưa qua bộ biến
đổi nối tiếp sang song song (S/P) để đưa qua

239


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

bộ biến đổi IFFT thực hiện việc chuyển tín
hiệu từ miền tần số rời rạc về miền thời gian.
Tín hiệu sau khi qua bộ biến đổi IFFT lại
được chuyển đổi lại thành tín hiệu nối tiếp
bằng cách cho qua bộ biến đổi song song
sang nối tiếp (P/S). Sau đó tín hiệu được

chèn thêm khoảng lặp và tạo cửa sổ để triệt
nhiễu xuyên kênh ICI và nhiễu giữa các ký
hiệu ISI, rồi đưa qua bộ biến đổi DAC để
chuyển dữ liệu từ dạng số sang dạng tương
tự và đưa qua kênh truyền.

để cung cấp các lệnh điều chế khác nhau.
Việc chuyển đổi giữa các bộ điều chế này sẽ
phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu trên tạp (SNR)
tức thời. Mục tiêu của điều chế thích nghi là
chọn chế độ điều chế thích hợp để truyền tùy
thuộc vào SNR tức thời, để đạt được sự cân
bằng tốt giữa hiệu suất phổ và BER tổng thể.
Điều chế thích nghi là một kỹ thuật tốt để tối
đa hóa thơng lượng dữ liệu của các sóng
mang con. Điều chế thích nghi bao gồm đo
SNR của từng sóng mang con trong q trình
truyền, sau đó chọn sơ đồ điều chế sẽ tối đa
hóa hiệu suất phổ, trong khi vẫn duy trì BER
được chấp nhận. Mơ hình hệ thống OFDM
sử dụng điều chế thích nghi như hình 2.

Hình 1. Sơ đồ khối bộ thu phát OFDM
Tại bên thu: Quá trình được thực hiện
ngược lại với quá trình phát. Tín hiệu sau khi
qua bộ biến đổi ADC để chuyển đổi tín hiệu
sang dạng số thì được đồng bộ về thời gian
và tần số. Sau khi loại bỏ khoảng lặp, tín
hiệu được đưa qua bộ biến đổi S/P để đưa
qua bộ biến đổi FFT thực hiện việc chuyển

dữ liệu từ miền thời gian sang miền tần số.
Sau đó quá trình lại được tiếp tục ngược lại
như bên phát. Cuối cùng tín hiệu được cho
qua bộ giải mã để thu được tín hiệu gốc.

Hình 2. Mơ hình hệ thống OFDM
sử dụng điều chế thích nghi
3.3. Kết quả mơ phỏng và thảo luận
Hệ thống OFDM được mô phỏng với các
thông số sau: Số khung OFDM là 256, với
FFT/IFFT là 256, tiền tố lặp = 1/8, điều chế
với 4, 16, 64, 128 và 256QAM. Hình 3 là
giản đồ chịm sao của tín hiệu điều chế.

3.2. Kỹ thuật điều chế thích nghi
Trong hệ thống OFDM sử dụng các bộ
điều chế bậc thấp hơn như BPSK, 4 QAM và
8 QAM sẽ cải thiện Tỷ lệ lỗi bit (BER)
nhưng làm giảm hiệu suất phổ và tốc độ, mặt
khác sử dụng các bộ điều biến bậc cao hơn
như 64 QAM, 128 QAM và 256 QAM sẽ
làm tăng hiệu quả phổ và tốc độ nhưng dẫn
đến BER kém. Vì vậy, để cân bằng giữa hiệu
suất phổ và BER (Tỷ lệ lỗi bit) thì điều chế
thích nghi được sử dụng.
Tại máy phát, khối điều chế thích nghi bao
gồm các bộ điều chế khác nhau được sử dụng
240

256QAM


64QAM

4QAM

16QAM

Hình 3. Giản đồ chòm sao


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

(Hình 4) là kết quả mơ phỏng hệ thống
OFDM qua kênh AWGN với dữ liệu được
điều chế lần lượt là 4 QAM, 16 QAM, 64
QAM, 128 QAM và 256 QAM. Nhìn vào
hình ta thấy khi cùng BER = 10-4 thì với các
bộ điều chế bậc càng thấp thì SNR càng nhỏ
hay kênh truyền nhiễu hơn, ngược lại với các
bộ điều chế bậc càng cao thì SNR càng lớn
hay kênh truyền ít nhiễu hơn.

Khi kênh truyền nhiễu cao (ứng SNR <
12dB) thì dùng điều chế 4QAM hay truyền
tín hiệu với tốc độ thấp 2b/Symbol, khi kênh
truyền tốt (ứng 27 < SNR < 34dB) thì dùng
điều chế 256QAM ứng với 8b/Symbol. Như
vậy với bộ điều chế thích nghi thì tùy thuộc
điều kiện kênh truyền tốt hay xấu để có thể
dùng bộ điều chế cho phù hợp nhằm đảm bảo

hiệu suất phổ tốt nhất.
4. KẾT LUẬN

Hình 4. Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR
Tuy nhiên với điều chế bậc (M) thấp hơn
thì tốc độ bit sẽ nhỏ hơn vì b = log2(M)/
Symbol ứng với hiệu suất phổ nhỏ, ngược lại
khi điều chế bậc cao hơn thì tốc độ bít sẽ lớn
hơn và hiệu suất phổ cũng cao hơn.
Để hệ thống vừa có thể đạt được tốc độ và
hiệu suất phổ khi môi truyền truyền thay đổi,
có nghĩa khi mơi trường truyền nhiễu cao thì
truyền tốc độ thấp và ngược lại khi mơi
trường ít nhiễu thì sẽ truyền với tốc độ cao.
Để thực hiện được điều này ta dùng bộ điều
chế thích nghi.
Hình 4 là kết quả BER thông qua SNR
của hệ thống OFDM dùng kỹ thuật điều chế
thích nghi.

Bài báo đã trình bày q trình nghiên cứu
và mơ phỏng hệ thống OFDM sử dụng kỹ
thuật điều chế thích nghi. Kết quả cho thấy
khi điều chế thích nghi hệ thống sẽ tự điều
chỉnh bộ điều chế sao cho phù hợp với điều
kiện kênh truyền nhằm đạt hiệu quả cao nhất
khi cân bằng giữa tốc độ, tỷ lệ lỗi bit và hiệu
suất phổ.
Hướng nghiên cứu tương lai sẽ dùng kỹ
thuật điều chế thích nghi nhận dạng tự động

với công nghệ học sâu (deep learning), bên
phát và bên thu không cần biết nhau.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nattapan Suwansukho, Sathaporn Promwong,
2019. Evaluation of Rotated Constellation in
DVB-T2 Based on Measurement Data, 5th
International conference on Engineering,
ICEAST.
[2] G. Barb and M. Otesteanu. 2020. 4G/5G: A
Comparative Study and Overview on What
to Expect from 5G. 43rd International
Conference on Telecommunications and
Signal Processing (TSP). Milan, Italy.
[3] Lap Maivan, Thang Nguyentrong. 2019.
New binary particle swarm optimization on
dummy sequence insertion method for
nonlinear reduction in optical directdetection orthogonal frequency division
multiplexing system. Journal of Optics.
[4] Hussein Sultan Radhi, Sabah S. Abudlkareem
and Abdullah Th. Abdalsatir. 2018. Adaptive
modulation for enhanced ofdm systems using
fuzzy logic. ARPN Journal of Engineering
and Applied Sciences.

Hình 4. Tỷ lệ lỗi bit BER qua SNR
với điều chế thích nghi
241