Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không là bản sao chép hoàn toàn
của bất cứ đồ án hoặc công trình nào đã có từ trước. Mọi sự tham khảo sử dụng
trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu
tham khảo. Nếu vi phạm quy chế của khoa, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên

1


Mục lục

MỤC LỤC

2


Các từ viết tắt

3


Các từ viết tắt

CÁC TỪ VIẾT TẮT
3GPP
4G
AWGN
BER
BPSK
CCDF
CDF
Hàm phân
bố tích lũy
CP
CR
DFT
DVB-T
FDM
HDTV
ICI
IDFT
IFFT
ISI
ISI
LTE
OFDM
PAPR
PSK
PTS
QAM
QPSK
S/P

SBC
SLM
SNR
TDMA
WiMAX

The Third Generation PartnerShip
Project
The Fourth Generation
Additive White Gaussian Noise
Bit Error Rate
Binary Phase Shift Key
Complementary Cumulative
Distribution Function
Cumulative Distribution Function

Dự án đối tác thế hệ thứ 3
Công nghệ truyền thông
không dây thế hệ thứ 4
Nhiễu Gauss trắng cộng
Tỉ lệ lỗi bit
Khoá dịch pha nhị phân
Hàm phân bố tích lũy bù
Hàm phân bố tích lũy

Cyclic Prefix
Clipping Ratio
Discrete Fourier Transform
Digital Video Broadcasting Terrestrial


Tiền tố lặp
Tỷ số cắt
Biến đổi Fourier rời rạc
Công nghệ truyền dẫn truyền
hình kĩ thuật số mặt đất
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
High Definition Televison
Truyền hình độ nét cao
Inter-Channel Interference
Nhiễu xuyên kênh
Inverse Discrete Fourier Transform
Biến đổi Fourier ngược
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi ngược Fourier nhanh
Inter-Symbol Interference
Nhiễu xuyên kí tự
Inter Symbol Interference
Nhiễu xuyên kí tự
Long Term Evolution
Công nghệ di động thế hệ 4
Orthogonal
Frequency
Division Ghép kênh phân chia theo tần
Multiplexing
số trực giao
Peak-to-Average Power Ratio
Tỉ số công suất đỉnh trên công
suất trung bình
Phase Shift Key

Khóa dịch pha
Partial Transmit Sequence
Dãy truyền riêng phần
Quadrature amplitude modulation
Điều chế biên độ cầu phương
Quadrature Phase Shift Key
Khóa dịch pha cầu phương
Serial to Parallel converter
Chuyển đổi nối tiếp sang song
song
Sub Block Coding
Mã hóa khối con
Selected Level Mapping
Lược đồ chọn mức
Signal to Noise Ratio
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Time Divison Multiplexing Access
Đa truy cập phân chia theo
thời gian
Worldwide Interoperability for
Tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho
4


Các từ viết tắt

Microwave Access
thông rộn

việc kết nối Internet băng


5


Lời mở đầu

6


Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Việc nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)
được biết đến từ những năm 70 của thế kỷ trước, với những ưu điểm chính như: cho
phép truyền dữ liệu tốc độ cao được truyền song song với tốc độ thấp trên các băng
hẹp, khả năng cho hiệu suất phổ cao, khả năng chống lại fading chọn lọc tần số, đơn
giản và hiệu quả trong điều chế và giải điều chế tín hiệu nhờ sử dụng thuật toán
IFFT, FFT.
Bên cạnh những ưu điểm đó, hệ thống OFDM vẫn còn những hạn chế cần được
khắc phục. Hệ quả của việc sử dụng nhiều sóng mang ghép kênh trực giao dẫn đến
tín hiệu OFDM rất nhạy cảm với sự dịch tần số, đồng thời vấn đề đồng bộ tần số và
thời gian trong các hệ thống OFDM phức tạp hơn hệ thống đơn sóng mang. Và
cũng chính việc sử dụng nhiều sóng mang phụ là nguyên nhân tạo ra nhược điểm
lớn nhất của hệ thống OFDM : tạo ra các đỉnh có biên độ lớn khi tín hiệu trên các
sóng mang cộng kết hợp. Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình PAPR
được dùng để đánh giá đỉnh tín hiệu trong một chu kỳ ký hiệu OFDM.
Hệ thống OFDM có tỷ số PAPR lớn thì nó làm tăng độ phức tạp bộ chuyển đổi
A/D và D/A, làm giảm hiệu quả của bộ khuyếch đại công suất vì thế việc làm giảm
tỷ số PAPR trong hệ thống OFDM là rất quan trọng.
Nhận thấy được tầm quan trọng của việc làm giảm tỷ số PAPR trong hệ thống

OFDM nên em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các kĩ thuật giảm PAPR trong
truyền dẫn OFDM” cho đồ án chuyên ngành này.
Nội dung đề tài gồm có 4 nội dung chính
Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động
Chương 2 : Tổng quan về OFDM
Chương 3 : Các phương pháp giảm PAPR trong OFDM
Chương 4 : Mô phỏng một số phương pháp giảm PAPR

7


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

8


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI DỘNG
1.1. Giới thiệu chương

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều
thế hệ. Mạng di động thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ
đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số với
công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã
(CDMA). Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng
và ứng dụng so với các thế hệ trước đó và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa
phương tiện là thế hệ đang được triển khai ở nhiều nước nước trên Thế Giới.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu một cách khái quát nhất về hệ thống
thông tin di động, lịch sử phát triển, cấu trúc chung và một số công nghệ di động

được sử dụng từ trước tới nay.
1.2. Lịch sử phát triển

Các dịch vụ di động sơ khai bắt đầu hoạt động vào năm 1960.
Năm 1967 , chiếc điện thoại “di động” đầu tiên được ra đời có tên gọi là Carry
Phone , với khối lượng 4,5kg
Đến năm 1973, Motorola Dyna Tac ra đời , có hình dáng giống điện thoại ngày
nay hơn, tuy nhiên còn cồng kềnh và chưa được phổ biến
Năm 1980, hệ thống điện thoại di động sử dụng kĩ thuật truy cập phân chia
theo tần số được phát triển. Nhưng các hệ thống thông tin tương tự không thể đáp
ứng được nhu cầu ngày càng tăng do có quá nhiều hạn chế :
- Phân bố tần số rất hạn chế.
- Dung lượng thấp.
- Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động di chuyển trong

môi trường Fading đa tia
- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của các thiết bị di động và cơ sở hạ
tầng.
- Không đảm bảo tính bảo mật của các cuộc gọi.
- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.

9


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

Năm 1982, hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân
chia theo thời gian ( TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System for
Moblie Communication).

Năm 1985, Công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên là
CDMA IS_95A. Các mạng CDMA được đưa vào khai thác ở Hàn Quốc ,
HongKong, Argentina, Brasil, Chile,… Để tăng dung lượng của hệ thống thông tin
di động, tần số các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900MHz vào vùng
1,8-1,9MHz.
Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn cho dịch vụ viễn thông
chung Châu Âu ở băng tần 900MHz.
1.3. Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động

Hình 1.1. Mô hình hệ thống thông tin di động

Các phần tử và chức năng cơ bản của mô hình:
•

Trạm di động MS (Mobile station) : MS là thiết bị đầu cuối. MS có thể là thiết bị
đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay . MS có chức năng thu, phát và xử lý tín hiệu vô
tuyến, MS còn cung cấp khả năng tương tác với người dùng thông qua loa, micro,
màn hình hiển thị, bàn phím… để quản lý cuộc gọi và thực hiện các tác vụ khác
10


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

•

Trạm thu phát gốc BTS (Base station transceiver station) : Một BTS bao gồm
hệ thống thiết bị phát, thu , anten và xử lý tín hiệu vô tuyến , giải mã , mã hóa thông
tin , trao đổi với thiết bị điều khiển trạm gốc BSC
Một số bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/adapter rate unit).
Hệ thống chuyển mã và chuyển đổi tốc độ. Ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ


•

trong trường hợp truyền số liệu. TRAU có thể đặt gần hoặc xa trạm BTS
Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base station controller) : Là thành phần nằm giữa
trung tâm chuyển mạch và trạm thu phát gốc (BTS). BSC có nhiệm vụ quản lý điều
khiển trạm gốc BTS. Thiết bị cung cấp chức năng điều khiển chuyển giao, tần số sử
dụng và điều khiển công suất tín hiệu đối với mỗi người dùng, quản lý tài nguyên
và các tham số vô tuyến...Trong thực tế BSC là tổng đài có khả năng tính toán đáng
kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao.
Một BSC trung bình có thể quản lý tới hàng chục BTS (phụ thuộc vào lưu
lượng của các BTS này). BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạm

gốc.
• Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC (Mobile service switching
center): Ở hệ thống thông tin di động, chức năng chuyển mạch chính được thực
hiện bởi MSC. Nhiệm vụ của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các
người sử dụng mạng thông tin di động. MSC liên kết với mạng ngoài gọi là MSC
cổng.
Chức năng của MSC:
- Chuyển mạch cuộc gọi, điều khiển cuộc gọi và ghi nhật ký cuộc gọi
- Giao tiếp với PSTN, ISDN, PSPDN
- Quản lý di động thông qua mạng vô tuyến và các mạng khác
- Quản lý tài nguyên vô tuyến – handover giữa các BSC
- Thông tin tính cước
• Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home localtion register): Ngoài mạng MSC,
mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến
việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR. HLR còn chứa thông tin
liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng
không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao. Một


11


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

chức năng nhỏ của HLR nhận dạng trung tâm nhận thức AUC, nhiệm vụ của trung
tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép.
• Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor location register): VLR là cơ sở dữ liệu thứ
2 trong mạng thông tin di động được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ
lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao. Các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của
MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí các thuê bao nói trên ở mức
độ chính xác hơn HLR. Các chức năng của VLR thường được liên kết với các chức
•

năng MSC.
MSC Cổng (GMSC): Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR,HLR.
Để thiết lập một cuộc gọi đến của người sử dụng thông tin di động trước hết cuộc
gọi phải được định tuyến đến một tổng đài được gội là GMSC mà không cần biết
thuê bao hiện thời đang ở đâu. Các tồng đài cổng có nhiệm vụ lây thông tin về vị trí
của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đên tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm
hiện tại ( MSC tạm trú). Để vậy trước hết tổng đài phải dựa trên số thoại danh bạ
của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR. Tổng đài cổng có một giao
tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết
nối các mạng bên ngoài với mạng di động. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện
số 7 (CCSNo7) để có thể tương tác với các phần tử của mạng thông tin di động. Về
phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà nó thường

được kết hợp với MSC.
• Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thức ( AUC): Quản lý thuê bao, bao gồm

các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao
khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể là rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và
tính năng bổ xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả hệ thống số nói
trên. Một nhiệm vụ quan trọng của khai thác là tính cước cuộc goi. Cước phí phải
được tính và được gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di dộng chỉ
liên quan HLR và một số thiết bị OS riêng, chẳng hạn nối HLR với các thiết bị giao
diện người máy qua các trung tâm giao dịch với các thuê bao. Việc quản lý thuê bao
được thực hiện thông qua một khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao.
AUC quản lý các thông tin nhận thức và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê

12


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

bao dựa trên khóa bí mật này. AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc
lập với cả hai. Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ MS. Ở
•

GMS bộ nhớ này có dạng SIMCARD có thể rút ra và cắm lại được.
Quản lý thiết bị di động EIR (Equipment identity register) : Quản lí thiết bị di
động. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối
đến MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết

bị không được phép sẽ bị cấm.
• Bộ xử lý số liệu DMH( Data Message Handler): Được sử dụng để thu nhập các
dữ liệu tính cước.
• Các mạng ngoài : Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng (PSTN), mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động công cộng
mặt đất (PLMN) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói (PSPDN).

1.4. Các hệ thống mạng di động
Một số nguyên tắc quan trọng khi thiết kế các hệ thống vô tuyến di động là vấn
đề lựa chọn các hệ thống đa truy cập để có thể sử dụng phổ vô tuyến chung. Đa truy
cập được phân chia làm các phương pháp sau:
Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA).
Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).
Đa truy cập phân chia theo mã ( CDMA).
1.4.1. Hệ thống di động thế hệ thứ nhất (1G)
-

Hệ thống di động tương tự sử dụng phương thức đa truy cập phân chia theo tần số
FDMA (Frequency-division multiple access) và diều chế tần số FM
Đặc điểm :

- Phương thức truy cập chính : FDMA
- Dịch vụ đơn thuần là thoại
- Chất lượng thấp, bảo mật kém

13


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

Hình 1.2. Đa truy cập phân chia theo tần số

Một số hệ thống điển hình :
- NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450Mhz
- TACS: Total Access communication System triển khai tại anh năm 1985
- AMPS: Advanced Mobile Phone System triển khai tại Bắc Mỹ năm 1978 băng
tần 800 MHz

1.4.2. Hệ thống di động thế hệ thứ hai (2G)
1.4.2.1. Giới thiệu

2G (Second-General Wireless Telephone Technology) là mạng di động thế hệ
thứ hai. Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa mạng di động thế hệ đầu tiên (1G) và mạng
2G là chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Năm 1991, mạng di động 2G
đầu tiên được triển khai thương mại theo chuẩn GSM ở Phần Lan bởi nhà mạng
Radiolinja.
Tùy vào kỹ thuật đa truy cập tín hiệu 2G được chia làm 2 loại chính là TDMA
(Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access)
Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay
IS-136) dùng TDMA phổ biến ở Mỹ. Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng
CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA,
ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới. Sự thành công

14


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là
chất lượng thoại và khả năng di động
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

1.4.2.2.

Hình 1.3. Đa truy cập phân chia theo thời gian

Đặc điểm :
Các tín hiệu chia thành từng cụm và ghép thành các khung thời gian

Mỗi sóng mang mang một cụm chiếm toàn bộ băng thông
Cần đảm bảo tính đồng bộ nghiêm ngặt

1.4.2.1.

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

15


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

Hình 1.4. Đa truy cập phân chia theo code

Đặc điểm : Các User được mã hóa trực giao nhau. Mỗi User được phân biệt
bằng một mã riêng. Cho phép nhiều user phát đồng thời trên toàn bộ băng thông tại
cùng một thời điểm.
1.4.2.2. Ưu Nhược điểm của hệ thống 2G

Ưu điểm : Trong mạng 2G, tín hiệu số được sử dụng để truyền dẫn giữa các
thiết bị. Các dữ liệu số của giọng nói được mã hóa nên có thể nén, ghép kênh hiệu
quả hơn analog nên tiết kiệm được băng tần, đảm bảo tính bảo mật cao. Hiệu quả
quang phổ cao. Khả năng bị nhiễu từ môi trường thấp. Nhờ khả năng số hóa mà các
dịch vụ truyền dữ liệu văn bản như Email, SMS , MMS… được phát triển.
Nhược điểm : Tín hiệu sóng kĩ thuật số yếu từ điện thoại có thể không truyền
đến trạm thu phát sóng, chất lượng cuộc gọi bị giảm đáng kể. Khi khoảng cách tăng
lên, tín hiệu tương tự vẫn có thể giải mã nhưng chất lượng thông tin giảm dần, còn
tín hiệu số sẽ xảy ra lỗi làm sai khác thông tin ở nơi thu so với nơi phát
1.4.3.


Hệ thống di động thế hệ thứ ba(3G)
1.4.3.1. Giới thiệu:

16


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã được triển
khai và trở nên phổ biến. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả
năng cung cấp các gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa
phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng
CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi
Trung Quốc. Gần đây công nghệ WiMAX cũng được thu nhận vào họ hàng 3G bên
cạnh các công nghệ nói trên. Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất
khó lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại
không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người ta mới quan
tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS
(IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện.
1.4.3.2. Công nghệ đa truy cập chia theo mã CDMA2000

CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Băng tần
1.25Mhz .Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ,
Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2. Có nhiều công nghệ
truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT,
CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV.
1.4.3.3. Công nghệ đa truy cập chia theo mã băng rộng W-CDMA

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) nguyên thủy là công
nghệ CDMA2000 . W-CDMA được sử dụng trong hệ thống di dộng của Japanese

FOMA và J-Phone 3G . W-CDMA sử dụng băng tần 5Mhz.
Tiêu chuẩn
Công nghệ
Băng tần (Mhz)
Chip Rate (Mchips/s)
Tốc độ đỉnh (Mbps)
Điều chế
Mã hóa
Tần số điều khiển

1X
1.25
0.144

CDMA2000
W-CDMA
1XEV-DO 1XEV-DV
3X
UMTS FOMA J-Phone
1.25
3.75
5
1.2288
3.6864
3.84
2.4
4.8
5-8
2.4 (8 – 10 với HSDPA)
QPSK (DL), BPSK (UL)

Mã chập (low rate), Turbo (high rate)
800 Hz
1500 Hz

Bảng 1.1. Đặc tính tiêu chuẩn 3G

17


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

1.4.4.

Hệ thống thông di động SDMA (4G)
1.4.4.1. Giới thiệu

Hình 1.5. Hệ thống 4G

Công nghệ 4G là 1 công nghệ di động tiên tiến cho phép người dùng xem được
video hoặc nghe được âm thanh chất lượng cao thông qua giao tức internet (internet
protocol) end-to-end (từ đầu này sang đầu kia, từ nguồn tới đích). Tốc độ nhanh hơn
mạng 3G hiện tại từ 4 đến 10 lần.
Yêu cầu kỹ thuật của 4G bao gồm cả mạng chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ
IP và một kênh với băng thông có khả năng mở rộng lên đến 40MHz.
Công nghệ mạng 4G sử dụng bao gồm : UMTS, OFDM, SDR, TD-SCDMA,
MIMO, WiMaX.
1.4.4.2. Công nghệ 4G LTE (Long Term Evolution)

Hệ thống 3GPP LTE , là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng
không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những

công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông Quốc tế
(ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT Advanced và chia
thành hai hệ thống dùng cho di động tốc độ cao và di động tốc độ thấp. 3GPP LTE
là hệ thống dùng cho di động tốc độ cao. Ngoài ra, đây còn là công nghệ hệ thống
18


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

tích hợp đầu tiên trên thế giới ứng dụng cả chuẩn 3GPP LTE và các chuẩn dịch vụ
ứng dụng khác, do đó người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền
dữ liệu giữa các mạng LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS dựa trên
WCDMA. Kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu cung cấp lưu lượng
chuyển mạch gói với dịch vụ chất lượng cao, độ trễ tối thiểu. Hệ thống sử dụng
băng thông linh hoạt nhờ vào mô hình đa truy cập OFDMA và SC-FDMA. Thêm
vào đó, FDD (Frequency Division Duplexing) và TDD (Time Division Duplexing),
bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp. Không giống như FDD,
bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm. Điều này làm
giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập
phân chia theo tần số đơn sóng mang (Single Carrier Frequency Division multiple
Access SC-FDMA) cho phép tăng vùng phủ tuyến lên làm tỷ số công suất đỉnh trên
công suất trung bình thấp (Peak-to-Average Power Ratio PAPR) so với OFDMA.
Thêm vào đó, để cải thiện tốc độ dữ liệu đỉnh, hệ thống LTE sử dụng hai đến bốn
lần hệ số
1.4.4.3. Công nghệ WiMax

Năm 2004, chuẩn WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
đầu tiên 802.16-2004 đã được IEEE chấp nhận . Không giống các chuẩn không dây
khác, WiMax cho phép truyền dữ liệu trên nhiều dải tần, có thể tránh “đụng độ” với
những ứng dụng không dây khác. WiMax cho tốc độ cao một phần nhờ kỹ thuật

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) cho phép tăng băng thông
bằng cách chia tách các kênh băng rộng thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh dùng
tần số khác nhau để truyền đồng thời các gói dữ liệu.
Tháng 12/2005, IEEE phê chuẩn 802.16e – Mobile WiMax, bổ sung cho
802.16-2004. Mobile WiMax cung cấp khả năng di động bằng cách cho phép
chuyển kênh truyền dữ liệu từ một trạm thu phát này sang một trạm khác khi người
dùng di chuyển giữa 2 trạm. Tương tự phiên bản 802.11n của Wi-Fi, Mobile

19


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

WiMax dùng công nghệ MIMO cho phép phát và thu qua nhiều anten để cải thiện
tốc độ và chất lượng tín hiệu. Mobile WiMax được kỳ vọng cạnh tranh với các công
nghệ di động, Wi-Fi và các công nghệ truy cập Internet như DSL.
Mobile WiMax không cần cơ sở hạ tầng tốn kém như các hệ thống dùng dây và
cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ thoại, dữ liệu và các dịch vụ đa phương
tiện như truyền hình độ nét cao (HDTV).

Ghép kênh
Băng tần
Tốc độ tối đa
(Download/Upload
)
Di động
Phạm vi phủ sóng
Số người dùng
VoIP đồng thời


3GPP LTE
RAN1
TDD, FDD
700MHz –
2,6GHz
300Mbps /
100Mbps

802.16e/Mobile
WiMax R1
TDD
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
70Mbps /70Mbps

802.16m/Mobile
WiMax R2
TDD, FDD
2,3GHz, 2,5GHz,
3,3-3,8GHz
300Mbps /100Mbps

350km/h
5/30/100km
80

120km/h
1/5/30km
50


350km/h
1/5/30km
100

Bảng 1.2. So sánh các công nghệ 4G
1.4.4.4. Ưu điểm

- Tốc độ rất cao.
- Có công suất cao hơn, nghĩa là có thể hỗ trợ một lượng lớn người dùng tại một
thời điểm bất kỳ. 4G hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao hơn, do vậy các ứng dụng đa
truyền thông như thoại có hình hay các đoạn video sẽ mượt hơn. Một trạm phát 3G
có thể phục vụ cùng lúc khoảng 60 đến 100 người dùng dịch vụ 3G đủ nhanh và
đáng tin cậy. Tuy nhiên một tháp 4G LTE có thể phục vụ tới 300 - 400 người. Đặc
biệt, 4G có khả năng giảm độ trễ xuống ở mức rất thấp, lý tưởng cho các dịch vụ
đòi hỏi đáp ứng theo thời gian thực.

20


Chương 1 : Tổng quan về thông tin di động

- Có hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn 3G, cho phép dung lượng dữ liệu truyền
lớn hơn. Đó là nhờ 4G sử dụng các chương trình mã hóa thông minh hơn. Thêm
nữa, 4G nén được nhiều bit dữ liệu hơn trên phổ tần số so với 3G.
1.5. Kết luận chương

Các hệ thống thông tin di động hiện nay có tần suất phát triển khoảng 10 năm,
cứ 10 năm thì một thế hệ thông tin di động mới xuất hiện. Tuy nhiên các thế hệ sau
này, không có sự cách tân đột phá, mà chỉ phát triển , cải tiến dựa trên hệ thống
trước đó. Sự thay đổi lớn nhất là từ thế hệ 1G sang thế hệ 2G, chuyển từ tín hiệu

tương tự sang tín hiệu số, nhờ đó chúng ta có thể khai thác hiệu quả băng thông,
nhiều dịch vụ mới ra đời.
Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin di
động . Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả về chất lượng và số
lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng sự phát triển ấy là tất
yếu. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước
trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyền hình, truy cập internet,…

21


Chương 2 : Tổng quan về OFDM

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ OFDM
2.1. Giới thiệu chương

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng
mang. Kỹ thuật này cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao, chống nhiễu tốt và giải
quyết được các vấn đề đa đường. Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên lý
và phát biểu toán học của kỹ thuật này. Từ đó xây dựng nên bộ điều chế và giải điều
chế cho hệ thống OFDM cũng như dựa trên hai bộ phận chính đó để xây dựng nên
hệ thống thu phát OFDM hoàn chình. Giới thiệu một số ứng dụng của kỹ thuật điều
chế này đang được sử dụng trong các hệ thống số hiện tại. Kết thúc chương là một
số đánh giá về ưu và nhược điểm của kỹ thuật OFDM.
2.2. Nguyên lí cơ bản của OFDM
2.2.1. Giới thiệu về OFDM
Kỹ thuật OFDM bắt nguồn từ kỹ thuật FDM (ghép kênh theo tần số). Kỹ thuật
OFDM do R.W.Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Sau đó, Weistein và Ebert đã
chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua các phép

biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT) và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện
được bằng phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) sau này chuyển sang sử dụng phép
biến đổi nhanh Fourier (FFT) và biến đổi nhanh Fourier ngược (IFFT)
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. Các sóng mang này đi qua bộ biến đổi Fourier trước khi truyền đi.
Từ khi hình thành đến nay, OFDM đã phát triển thành một kỹ thuật phổ biến
trong hệ thống thông tin di động băng rộng , được sử dụng trong các ứng dụng như
truyền hình kỹ thuật số và truyền âm thanh, truy cập internet DSL , mạng không
dây , mạng powerline và 4G ...

2.2.2.

Nguyên lí cơ bản
22


Chương 2 : Tổng quan về OFDM

Hình 2.1. Sơ đồ khối của kỹ thuật ODFM
-

S/P (Serial to parallel) : chuyển đổi tín hiệu nối tiếp thành song song
IFFT : biến đổi nhanh Fourier ngược
P/S (Parallel to serial) : chuyển đổi tín hiệu song song thành nối tiếp
FFT: biến đổi nhanh Fourier

Tại nơi phát , OFDM phân chia dải tần thành rất nhiều dải tần con với các sóng
mang khác nhau, mỗi sóng mang được điều chế để truyền một dòng dữ liệu tốc độ
thấp. Tập hợp của nhiều dòng dữ liệu này tạo nên luồng tốc độ cao để truyền đi.

Mỗi sóng mang mang một luồng dữ liệu , các sóng mang trực giao với nhau.
Tại nơi thu , tín hiệu được giải điều chế ngược lại, các sóng mang con chứa các
luồng dữ liệu được tách ra thành các tín hiệu song song. Sau đó các tín hiệu song
song được chuyển thành tín hiệu nối tiếp ở ngõ ra

2.2.3. Bộ điều chế OFDM
2.2.3.1. Sơ đồ nguyên lý

23


Chương 2 : Tổng quan về OFDM

Hình 2.2. Bộ điều chế OFDM cơ bản
- S/P : có nhiệm vụ chuyển luồng tín hiệu bit nối tiếp d o,d1,d2… ở đầu vào thành

tín hiệu bit song song so,s1,s2… ở đầu ra. Mỗi tín hiệu s sẽ được điều chế trên 1
sóng mang khác nhau.
- Khối IFFT : Kỹ thuật OFDM sử dụng nhiều sóng mang, mỗi sóng mang là một
sóng sin, nếu số lượng sóng mang lớn thì việc điều chế trở nên phức tạp . Vì vậy
cần dùng phép biến đổi Fourier ngược để vấn đề được đơn giản hơn. Sau khi tín
hiệu được mã hóa và điều chế số ta thu được N luồng tín hiệu X o,X1,… XN-1
tương ứng với N sóng mang con . Tín hiệu x[n] = x o,x1…xn-1 sau khối IFFT được
xác định bởi công thức :
-

Một khoảng bảo vệ được chèn vào đó là tiền tố lặp CP. Nhờ đó , hiện tượng
nhiễu xuyên kí tự ISI được hạn chế.

(2.1)


Tín hiệu sau khi điều chế OFDM được chuyển sang tín hiệu analog , đi vào bộ
khuếch đại công suất cao tần. Sau đó được phát đi vào môi trường
2.2.3.2. Các kỹ thuật điều chế trong OFDM

Trong OFDM người ta thường sử dụng BPSK, QPSK, 4QAM, 16QAM,
64QAM… cho việc điều chế tín hiệu.

•

Điều chế BPSK

24


Chương 2 : Tổng quan về OFDM

Hình 2.3.a. Đồ thị tín hiệu điều chế BPSK

Hình 2.3.b. Giản đồ vecto

BPSK

Tín hiệu băng gốc s(t) là xung NRZ lưỡng cực và sơ đồ điều chế này sử dụng một
trong hai pha lệch nhau 180o.
+ Với các bit 1 :
(2.2)
+ Với các bit -1 :
(2.3)
• Điều chế QPSK


Hình 2.4.a. Dạng sóng QPSK

Hình 2.4.b. Biểu đồ điều chế QPSK

• Điều chế QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

25