Báo cáo Bài tập lớn Thông tin số Đề tài: MIMO OFDM

1. f
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Viện Điện Tử - Viễn Thông
====o0o====
BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN SỐ
Đề tài : HỆ THỐNG MIMO-OFDM
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN VĂN ĐỨC
Dương Văn Hoàn Điện tử truyền thông 8- K56 201111601
Nguyễn Mạnh Thế Điện tử truyền thông - K56 2011
Lê Thị Như Điện tử truyền thông - K56 2011
Tào Tuấn Mạnh Điện tử truyền thông - K56 2011
Hà Nội , 05/2014

2. Phụ lục
Phần 1: Các khái niệm cơ bản trong thông tin vô tuyến
I. Các khái niệm về thông tin vô tuyến…………………………………………….
1. Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến…………………………………
2. Kênh truyền vô tuyến……………………………………………………..
3. Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông………………
4. Khái niệm về sóng mang…………………………………………………
5. Khái niệm tài nguyên vô tuyến và quản lý tài nguyên vô tuyến…………
6. Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến…………………………………
7. Chuẩn vô tuyến……………………………………………………………
II. Các khái niệm về kênh truyền vô tuyến………………………………………..
1. Lý thuyết về kênh truyền dẫn vô tuyến………………..................................
1.1. Kênh truyền dẫn phân tập đa đường………………………………….
1.2. Fading trong hiện tượng đa đường…………………………………..
1.3. Trải trễ trong hiện tượng đa đường…………………………………
2. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền…………………….
2.1. Hiện tượng đa đường………………………………………………..
2.2. Hiệu ứng Doppler…………………………………………………….
2.3. Suy hao trên kênh truyền……………………………………………...
3. Các mô hình kênh cơ bản………………………………………………….
3.1 Mô hình Fading Rayleigh…………………………………………….
3.2 Mô hình Fading Rician……………………………………………….
4. Các loại nhiễu trên kênh truyền ……………………………………………
4.1. Tạp âm nhiễu trắng Gauss…….………………………………………
4.2. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)…………………….
4.3. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)……………………..
5. Các kỹ thuật tối ưu kênh truyền…………………………………………….
5.1. Các kỹ thuật phân tập………………………………………………..
5.1.1. Phân tập không gian............................................................
5.1.2. Phân tập tần số......................................................................
5.1.3. Phân tập thời gian.................................................................
5.2. Các kỹ thuật ghép kênh………………………………………………
5.2.1. Ghép kênh theo tần số FDM..................................................
5.2.2. Ghép kênh theo thời gian TDM.............................................
5.2.3. Ghép kênh theo mã CDM ...................................................
5.2.4. Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM ...............................
Phần 2: Kỹ thuật OFDM
I. Tổng quan về kỹ thuật OFDM............................................................................
1. Giới thiệu kỹ thuật OFDM.........................................................................
2. Các khái niệm.............................................................................................
2.1. Hệ thống đa sóng mang....................................................................
2.2 Tín hiệu trực giao................................................................................
II. Hệ thống OFDM...............................................................................................
1. Mô hình hệ thống........................................................................................
2. Các khối......................................................................................................

3. 2.1. Khối mã hóa và sắp xếp....................................................................
2.1.1. Mã hóa................................................................................
2.1.2. Sắp xếp và điều chế...........................................................
2.2. Khối Serial to Parallel (S/P) và khối Parallel to Serial (P/S)............
2.3. Khối chèn Pilot.................................................................................
2.4. Khối IFFT và FFT.............................................................................
2.5. Khối chèn bảo vệ và tiền tố lặp CP..................................................
2.6. Khối ước lượng kênh............................................................................
III. Kết luận............................................................................................................
IV. Mô phỏng......................................................................................................
Phần 3: Kỹ thuật MIMO
II. Tổng quan kỹ thuật MIMO……………………………………………………
1. Giới thiệu kỹ thuật MIMO………………………………………………..
2. Các khái niệm………………………………………………………………
2.1. Các mô hình hệ thống thông tin không dây…………………………
2.1.1. Hệ thống SISO………………………………………………
2.1.2. Hệ thống SIMO………………………………………….
2.1.3. Hệ thống MISO………………………………………….
2.1.4. Hệ thống MIMO…………………………………………
2.2. Các phương pháp kết hợp phân tập…………………………………..
2.2.1. Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC)……………….
a) Bộ tổ hợp lựa chọn……………………………………
b) Bộ tổ hợp kiểu quét……………………………………..
2.2.2. Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC)……………………………..
2.2.3. Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC)……………………………
2.3. Mã Hóa Không Gian-Thời Gian STC..................................................
2.3.1 Mã hóa không gian thời-gian khối STBC...........................
2.3.1.1. Mã hóa Alamouti……………………………….,
2.3.1.2. Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ
a) Mã hoá………………………………………….
b) Giải mã STBC trong máy thu…………………
2.3.2 Mã hóa không gian-thời gian lưới STTC ...........................
II. Kết luận..............................................................................................................
Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM
I. Giới thiệu……………………………………………………………………….
II. Hệ thống MIMO-OFDM…………………………………………………….
1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM...................................................................
2. Thuật toán mô phỏng MIMO-OFDM.............. ..................................................
III. Mô phỏng và các kết quả...............................................................................

4. Phần 1: Các khái niệm cơ bản trong thông tin vô tuyến
I. Các khái niệm về thông tin vô tuyến
1. Khái niệm về hệ thống thông tin vô tuyến
Nguồn tin trước hết qua mã nguồn để giảm các thông tin dư thừa, sau đó được
mã kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau mã hóa kênh được
điều chế để có thể truyền được đi xa. Các mức điều chế phải phù hợp với điều
kiện của kênh truyền. Sau khi tín hiệu được phát đi ở máy phát, tín hiệu thu được
ở máy sẽ trải qua các bước ngược lại so với máy phát. Kết quả tín hiệu được giải
mã và thu được ở máy thu. Chất lượng tín hiệu phụ thuộc vào chất lượng kênh
truyền và các phương pháp điều chế và mã hoá khác nhau.
2. Kênh truyền vô tuyến:
Kênh truyền là môi trường truyền dẫn cho phép truyền lan sóng vô tuyến. Môi
trường truyền dẫn có thể là một tòa nhà, ngoài trời hoặc phản xạ trên các tầng điện
ly. Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn mà kênh truyền dẫn có các tính chất
khác nhau.
Nguồn tin Mã hoá kênhMã hoá nguồn
Tín hiệu
đích
Giải mã hoá kênhGiải mã hoá
nguồn
Điều chế
(Modulation)
Kênh vô
tuyến
Giải điều chế
(
Mô hình kênh
Hình 1: Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến

5. 3. Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông
Truyền dẫn vô tuyến thông thường được thực hiện ở băng thông, nghĩa là tín
hiệu phải được điều chế bằng một sóng mang nào đó trước khi phát đi. Truyền
dẫn ở băng tần cơ sở là việc truyền dẫn không qua sóng mang. Tín hiệu không qua
sóng mang không có khả năng truyền được đi xa do suy hao lớn.
4. Khái niệm về sóng mang
Sóng mang là sóng được nhân với tín hiệu có ích trước khi gửi qua anten phát,
Sóng mang bản thân nó không mang tín hiệu có ích. Tùy thuộc vào môi trường
truyền dẫn và dải tín hiệu (băng tần) cho phép mà người ta lựa chọn giá trị tần số
sóng mang. Thông thường thì sóng mang là sóng trung tâm của dải băng tần cho
phép của hệ thống thông tin.
5. Khái niệm tài nguyên vô tuyến và quản lý tài nguyên vô tuyến
Tài nguyên vô tuyến ở đây có thể được hiểu là bề rộng phổ cho phép để truyền
tin. Bề rộng phổ cho phép là giới hạn trong khi đó bất kì hệ thống truyền dẫn nào
người ta đều yêu cầu chất lượng tối thiểu , đồng thời nhu cầu về tốc độ truyền dẫn
ngày càng cao để đáp ứng các dịch vụ phức tạp
Vấn đề của quản lý tài nguyên vô tuyến là làm sao với một dải băng tần cố định
cho trước, hệ thống hoạt động với chất lượng tốt nhất và tốc độ truyền dẫn cao
nhất. Với chất lượng và tốc độ truyền dẫn càng cao thì, người ta nói hệ thống có
hiêu suất sử dụng phổ tín hiệu cao. Nhiệm cụ của quản lý tài nguyên vô tuyến còn
là phân chia bề rộng phổ sẵn có cho các hệ thống thông tin khác nhau sao cho các
hệ thống có hiệu suất sử dụng phổ cao nhất. Đối với các hệ thống có nhiều người
sử dụng, thì quản lý tài nguyên vô tuyến là sự phân chia bề rộng băng tần và điều
khiển đa truy nhập sao cho hệ thống được tối ưu về chất lượng vvà phổ tín hiệu.
Vì vậy, để sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách có hiệu quả người ta đã đưa
ra các phương pháp ghép kênh khác nhau như TDM, FDM, OFDM, CDM…

6. 6. Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến
Các hệ thống thông tin vô tuyến có thể được phân loại theo sự cung cấp dịch vụ
(phát thanh và truyền hình…), theo phương thức truyền dẫn (hệ thống truyền bán
song công- bộ đàm hay song công- hệ thống thông tin di động), theo môi trường
truyền dẫn (thông tin viba- truyền dẫn trong tầm nhìn thẳng) và thông tin mạng
máy tính không dây (phản xạ đa đường và ở khoảng cách ngắn).
7. Chuẩn vô tuyến
Để xây dựng hệ thống vô tuyến trong phạm vi đa quốc gia hay toàn cầu người
ta đưa ra các chuẩn cụ thể cho các hệ thống cụ thể. Các chuẩn này quy định cấu
trúc máy phát, máy thu, cấu trúc toàn bộ hệ thống thông tin một cách thống nhất.
Các hãng sản xuất thiết bị thông tin sẽ theo các quy chuẩn này để để thiết kế hệ
thống. Hai tổ chức thực hiện vấn đề này đó là Hiệp hội Điện tử thế giới IEEE và
Tổ chức quy chuẩn của Châu Âu ETSI
II. Các khái niệm về kênh truyền vô tuyến
1. Lý thuyết về kênh truyền dẫn vô tuyến
1.1. Kênh truyền dẫn phân tập đa đường
Tín hiệu từ anten phát được truyền đến máy thu thông qua nhiều hướng phản xạ
hoặc tán xạ khác nhau. Quá trình truyền dẫn phân tập đa đường được mô tả như
hình vẽ:
Hình 2: Mô hình phản xạ trong truyền dẫn phân tập đa đường

7. 1.2. Fading trong hiện tượng đa đường
Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường và chịu ảnh hưởng đáng
kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số.
Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật có
chiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ. Phản xạ xuất hiện từ mặt đất,
các tòa cao ốc…
Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bị một
bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắp nơi.
Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học của vật
thể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ. Mặc dù cường độ
trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối), cường độ nhiễu xạ
cũng có và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích.
Sự tán xạ: xuất hiện khi sóng lan truyền qua môi trường mà độ dài của các vật
thể là nhỏ so với bước sóng và số vật cản trên đơn vị thể tích môi trường là rất
lớn. Các bề mặt nhấp nhô, những vật thể nhỏ, sự thay đổi bất thường của kênh
truyền tạo ra sóng tán xạ. Thực tế thì tán lá rậm, bảng đường, cột điện tạo ra hiện
tượng tán xạ trong thông tin di động.
1.3. Trải trễ trong hiện tượng đa đường.
Tín hiệu nhận được nơi thu gồm tín hiệu thu trực tiếp và các thành phần phản
xạ. Tín hiệu phản xạ đến sau tín hiệu thu trực tiếp vì nó phải truyền qua một
khoảng dài hơn, và như vậy nó sẽ làm năng lượng thu được trải rộng theo thời
gian. Khoảng trải trễ (delay spread) được định nghĩa là khoảng chênh lệch thời
gian giữa tín hiệu thu trực tiếp và tín hiệu phản xạ thu được cuối cùng. Trong
thông tin vô tuyến, trải trễ có thể gây nên nhiễu xuyên ký tự nếu như hệ thống
không có cách khắc phục.

8. 2. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền
2.1. Hiện tượng đa đường
Như đã trình bày ở trên, trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ
điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu. Điều này xảy ra
là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực
tiếp. Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng
khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể
khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath
propagation). Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao
tín hiệu phát. Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh hưởng lẫn nhau.
Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần mà tín hiệu chồng chập có thể được khôi
phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn. Ngoài ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung
có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng
xung độc lập khác nhau. Hiện tương này gọi là sự phân tán đáp ứng xung (impulse
dispersion). Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có
thể được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng.
2.2. Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy
thu như hình vẽ. Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị xê
lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.
Hình 3: Hiện tượng Doppler

9. Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi
đó tần số Doppler của tuyến này là:
 0 osnD n
v
f f c
c
 
Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển
động tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng. Nếu αn = 0 thì
tần số Doppler lớn nhất sẽ là:
, ax 0D m
v
f f
c
 
Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cường độ ngang
hàng nhau ở khắp mọi hướng, khi đó phổ của tín hiệu tương ứng với tần số
Doppler được biểu diễn như sau:
0 , ax 0 , ax2
0
ax
,
( 2 ) 1
0 , khác
D m D m
m
A
f f f f f
f f
S j f
f


   
 
   
 


Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 4.
Hình 4: Mật độ phổ tín hiệu thu được bởi ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler

10. Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm
1974. Và được gọi là phổ Jake.
Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau: Giả thiết tín hiệu phát đi
ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ không nhận được ở chính xác
trên tần số sóng màng f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là fD,max như hình
ở 1.5. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống.
2.3. Suy hao trên kênh truyền
Tại anten phát, các sóng vô tuyến sẽ được truyền đi theo mọi hướng (nghĩa là
sóng được mở rộng theo hình cầu). Ngay cả khi chúng ta dùng anten định hướng
để truyền tín hiệu, sóng cũng được mở rộng dưới dạng hình cầu nhưng mật độ
năng lượng khi đó sẽ được tập trung vào một vùng nào đó do ta thiết kế. Vì thế,
mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích mặt cầu. Hay nói cách khác là
cường độ sóng giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách.
Công suất thu được sau khi truyền tín hiệu qua một khoảng cách R:
2
4







R
GGPP RTTR


PR : Công suất tín hiệu thu được (W).
PT :Công suất phát (W).
GR : Độ lợi anten thu (anten đẳng hướng).
Gp : Độ lợi anten phát.
 : Bước sóng của sóng mang.
R: Khoảng cách truyền.
Hoặc ta có thể viết lại là:
RTRTR
T
GG
fR
cGG
R
P
P 114114 22
22
















(1.6)
Gọi Lpt là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do:

11. Lpt(dB)=PT(dB) - PR(dB)
=-10logGT -10log10GR+20logf+20logR-47.6dB (1.7)
Nói chung truyền dẫn trong không gian tự do rất đơn giản, chúng ta có thể xây
dựng mô hình chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và các tuyến liên lạc trực
tiếp (không bị vật cản) như các tuyến liên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm vi
ngắn. Tuy nhiên, cho hầu hết các tuyến thông tin trên mặt đất như thông tin di
động, mạng LAN không dây, môi trường truyền dẫn phức tạp hơn nhiều do đó
việc tạo ra các mô hình cũng khó khăn hơn. Ví dụ đối với những kênh truyền dẫn
vô tuyến di động UHF, khi đó điều kiện về không gian tự do không được thỏa,
chúng ta có công thức tính suy hao đường truyền như sau:
RhhGGL MSBSRTpl log40log20log20log10log10 10  (1.8)
Với hBS, hMS << R là độ cao anten trạm phát và anten của MS.
3. Các mô hình kênh cơ bản
3.1 Mô hình Fading Rayleigh
Hàm truyền đạt của kênh thực chất là một quá trình xác suất phụ thuộc vào cả
thời gian và tần số. Biên độ hàm truyền đạt của kênh tại một tần số nhất định sẽ
tuân theo phân bố Rayleigh nếu môi trường truyền dẫn thỏa mãn điều kiện
 Môi trường truyền dẫn không có tuyến trong tầm nhìn thẳng nghĩa là
không có tuyến có công suất tín hiệu vượt trội.
 Tín hiệu ở máy thu nhận được từ vô số các hướng phản xạ và nhiễu xạ
khác nhau.
Phân bố Rayleigh của biên độ hàm truyền đạt được đưa ở phương trình sau:
2
2
2
2
(0 )
( )
0 ( 0)
R
r
R
r
e r
p r
r


 
  
 

   
 


Với σ là giá trị rms (hiệu dụng) của điện thế tín hiệu nhận được trước bộ tách
đường bao (evelope detection). σ2 là công suất trung bình theo thời gian.

12. 3.2 Mô hình Fading Rician
Trong trường hợp môi trường truyền dẫn có truyến truyền dẫn trong tầm nhìn
thẳng thì công suất tín hiệu từ tuyến này vượt trội so với các tuyến khác. Xác suất
biên độ của hàm truyền đạt của kênh sẽ tuân theo phân bố Rician.
Phân bố Rician của biên độ hàm truyền đạt được đưa ở phương trình sau:
2 2
2
( )
2
02 2
( 0, 0)
( )
0 0
r A
r Ar
e I A r
p r
r

 

  
      
 
4. Các loại nhiễu trên kênh truyền
Nhiễu là một vấn đề quan trọng trong thông tin di động, ảnh hưởng lớn đến chất
lượng tín hiệu khi xử lý tín hiệu cũng như truyền tín hiệu. Qua tìm hiểu, ta thấy
nhiễu có thể chia ra làm 5 loại cơ bản như sau:
 Nhiễu trắng ( While Gaussian Noise)
 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol Interference)
 Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)
 Nhiễu đồng kênh (Cochannel Interference)
 Nhiễu đa truy nhập ( Multiple Access Interference)
Trong phạm vi bài tập này, ta chỉ xét đến 3 laoị nhiễu đầu tiên, có ảnh hưởng sâu
sắc đến hệ thống MIMO-OFDM
4.1. Tạp âm nhiễu trắng Gauss
Nhiễu trắng là loại nhiễu phổ biến nhất trong hệ thống truyền dẫn. Nhiễu trắng
là quá trình xác suất có mật độ phổ công suất phẳng (mật độ phổ công suất không
đổi trong toàn bộ quá trình) nghĩa là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong
toàn khoảng băng thông. Hàm mật độ xác suất tuân theo phân bố Gauss và theo
phương thức tác động thì nhiễu Gaussian là nhiễu cộng nên còn có thể gọi là
nhiễu Gaussian trắng cộng. Hầu hết các loại nhiễu trong hệ thống thông tin vô

13. tuyến có thể được mô hình hoá chính xác nhờ dùng dữ liệu Gauss trắng cộng
(AWGN).
Nhiễu nhiệt (sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các hạt mang 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.
Như vậy tín hiệu khi truyền qua kênh truyền AWGN phải thêm vào một tín
hiệu ngẫu nhiên không mong muốn phân bố theo hàm Gauss:
2
2
( )
2
1
( )
2
x
p x e


 



m và  lần lượt là giá trị trung bình và phương sai của kì vọng  .
Hàm mật độ phổ xác suất nhiễu Gaussian được mô tả như hình 5
Hình 5: Hàm mật độ phổ xác suất nhiễu Gass trắng cộng

14. 4.2. Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)
Trong môi trường truyền dẫn vô tuyến, nhiễu xuyên ký tự (ISI) gây bởi tín hiệu
phản xạ có thời gian trễ khác nhau từ các hướng khác nhau từ phát đến thu là điều
không thể tránh khỏi. Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu
khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu.
OFDM sử dụng kỹ thuật truyền song song nhiều băng tần con nên kéo dài thời
gian truyền một ký tự lên nhiều lần. Ngoài ra, OFDM còn chèn thêm một khoảng
bảo vệ (guard interval - GI), thường lớn hơn thời gian trễ tối đa của kênh truyền,
giữa hai ký tự nên nhiễu ISI có thể bị loại bỏ hoàn toàn.
Hình 6 : Nhiễu liên kí tự
4.3. Nhiễu liên kênh ICI (Interchannel Interference)
ICI là hiện tượng phổ biến trong các hệ thống đa sóng mang. Trong hệ thống
OFDM, ICI còn được gọi là nhiễu giao thoa giữa các sóng mang con, là hiện
tượng năng lượng phổ của các sóng mang con chồng lấn quá mức lên nhau làm
phá vỡ tính trực giao của các sóng mang con. ICI xảy ra do tính chọn lọc tần số
của kênh pha đinh, nguyên nhân chính là hiện tượng dịch Doppler do tính di động
của máy thu. Có thể hạn chế ICI bằng cách chèn khoảng bảo vệ một cách tuần
hoàn, dùng bộ cân bằng kênh được hỗ trợ bởi hoa tiêu (PSAM).
Hình 7: Nhiễu ICI trong OFDM

15. 5. Các kỹ thuật tối ưu kênh truyền
5.1 Các kỹ thuật phân tập
Trong thông tin vô tuyến, kỹ thuật phân tập được sử dụng rộng rãi cải thiện
chất lượng của kênh truyền mà không yêu cầu tăng công suất phát hoặc tăng băng
tần cần thiết. Ý tưởng cơ bản của phân tập là nếu nơi thu nhận hai hay nhiều bản
sao của tín hiệu một cách độc lập thì những mẫu này bị suy giảm cũng độc lập với
nhau. Điều này có nghĩa là khi một đường tín hiệu cụ thể bị suy giảm thì đường
tín hiệu khác có thể không bị suy giảm. Vì vậy, sự kết hợp hợp lý của các bản sao
khác nhau sẽ làm giảm ảnh hưởng của fading và cải thiện chất lượng của đường
truyền.
5.1.1. Phân tập không gian
Phân tập không gian sử dụng nhiều anten được sắp xếp trong không gian tại
phía phát hoặc phía thu. Trong phân tập không gian, các phiên bản của tín hiệu
phát được truyền đến nơi thu trên các anten khác nhau trong miền không gian.
Hình 8: Các phương pháp phân tập
Tùy thuộc vào việc sử dụng nhiều anten mà người ta chia phân tập không gian
thành 3 loại: phân tập anten phát ( hệ thống MISO), phân tập anten thu ( hệ thống
SIMO), phân tập anten phát và thu (hệ thống MIMO). Trong phân tập anten thu,
nhiều anten được sử dụng ở nơi thu để nhận các phiên bản của tín hiệu phát một
cách độc lập. Các phiên bản của tín hiệu phát được kết hợp một cách hoàn hảo để
tăng SNR của tín hiệu thu và làm giảm bớt fading đa đường. Trong hệ thống thực
tế, để đạt được BER của hệ thống theo yêu cầu, ta có kết hợp hai hay nhiều hệ
thống phân tập để có một hệ thống phân tập tốt hơn như phân tập theo không gian
thời gian(STC), phân tập theo không gian tần số (SFC)...

16. 5.1.2. Phân tập tần số
Phân tập theo tần số là kỹ thuật thu hoặc phát tín hiệu trên hai kênh (hoặc nhiều
hơn hai kênh) tần số sóng vô tuyến. Tức là cùng một tín hiệu được phát trên hai
tần số khác nhau đến anten thu, thì tín hiệu nào tốt hơn thì lấy tín hiệu đó. Các hệ
thống vô tuyến sử dụng kỹ thuật phân tập tần số sẽ cải thiện chất lượng tốt hơn,
nhưng việc sử dụng phổ tần không đạt được hiệu quả cao.
Hình 9: Phân tập theo tần số
5.1.3. Phân tập thời gian
Kỹ thuật phân tập theo thời gian là kỹ thuật thu phát tín hiệu trên hai khe hay
khe thời gian khác nhau. Tức là các tín hiệu giống nhau được truyền trên các khe
thời gian, như vậy ở đầu thu sẽ nhận được tín hiệu trên các khe thời gian. Từ đó
máy thu sẽ so sánh kết quả và chọn giá trị tốt nhất. Hệ thống thông tin nếu sử
dụng kỹ thuật phân tập thời gian sẽ cải thiện chất lượng hệ thống, tuy nhiện việc
truyền như vậy sẽ gây lãng phí khe thời gian làm giảm tốc độ truyền.
Hình 10: Phân tập theo thời gian

17. 5.2 Các kỹ thuật ghép kênh
5.2.1. Ghép kênh theo tần số FDM
Kỹ thuật FDM (Frequency Division Multiplexing) ra đời đầu tiên, với ý tưởng
là một băng thông lớn sẽ được chia nhỏ thành nhiều băng thông nhỏ hơn không
chồng lấn, giữa các khoảng tần này cần có một khoảng bảo vệ để có thể sử dụng
bộ lọc lọc lấy khoảng tần mong muốn.
Hình 11: Ghép kênh theo tần sô FDM
5.2.2. Ghép kênh theo thời gian TDM
Kỹ thuật TDM ( Time Division Multiplexing) ra đời với hiệu suất sử dụng kênh
truyền cao hơn. Với TDM trục tần số được chia thành nhiều khe thời gian ( time
slot). Mỗi một kênh dữ liệu sẽ chiếm giữ toàn bộ trục tần số ở những khoảng thời
gian nhất định . Luồng bit tốc độ thấp của mỗi kênh sẽ được ghép lại thành một
luồng bit tốc độ cao duy nhất, và đưa lên kênh truyền. TDM được sử dụng khá
phổ biến trong các hệ thống thông tin số.
Hình 12: Ghép kênh theo thời gian TDM
5.2.3. Ghép kênh theo mã CDM
Trong kỹ thuật CDM ( Code Division Mutiplexing) tất cả các kênh sẽ sử dụng
đồng thời một băng thông và khoảng thời gian, bằng cách sử dụng tập mã trực
giao. Mỗi kênh sẽ được gán một mã nhất định. Dữ liệu của các kênh trước khi
phát đi sẽ được nhân với một mã trải phổ để giãn phổ tín hiệu ra toàn băng thông,

18. ở phía thu dữ liệu sẽ được khôi phục bằng cách nhân lại với mã trải phổ tương
ứng.
Hình 13: Ghép kênh theo từ mã CDM
5.2.4. Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghép
kênh ra đời khá lâu, tương tự kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM, một băng
thông lớn sẽ được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn. Trong FDM giữa các
băng thông nhỏ này phải có một khoảng tần bảo vệ, điều này dẫn tới lãng phí
băng thông vô ích do các dãi bảo vệ này hoàn toàn không chứa đựng tin tức.
OFDM ra đời đã giải quyết vấn đề này, bằng các sử dụng tập tần số trực giao các
băng thông nhỏ này có thể chộng lấn lên nhau , do đó nó sử dụng hiệu quả và tiết
kiêm băng thông hơn FDM.
Hình 14: Ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
Hình 15: So sánh FDM với OFDM

19. Phần 2: Kỹ thuật OFDM
I. Tổng quan về kỹ thuật OFDM
1. Giới thiệu kỹ thuật OFDM
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao. OFDM là kỹ thuật chia dòng dữ liệu ban đầu tốc độ cao
thành nhiều dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn. Mỗi dòng dữ liệu này sẽ được truyền
trên một sóng mang con. Các sóng mang con được điều chế trực giao với nhau.
Sau đó sóng mang con được tổng hợp với nhau và được chuyển lên tần số cao để
truyền đi. Tại đầu thu, dữ liệu sẽ được đưa về băng tần cơ sở bởi bộ trộn. Sau đó
được tách thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp, loại bỏ sóng mang con, chuyển về
các luồng tín hiệu gốc, tổng hợp thành luồng dữ liệu ban đầu.
Ưu điểm:
 Giảm nhiễu phân tập đa đường ISI và nhiễu liên kênh ICI
 Hiệu suất sử dụng băng thông cao ( do tốc độ truyền dẫn cao)
 Cấu trúc bộ thu đơn giản
Nhược điểm:
 Đường bao biên độ không bằng phẳng dẫn đến méo phi tuyến ở các bộ
khuếch đại công suất phát
 Giảm hiệu suất đường truyền vì sử dụng các chuỗi bảo vệ mang tin không
có ích
 Yêu cầu cuả kỹ thuật này là sử dụng sóng mang trực giao nên nhạy cảm
với hiệu ứng Doppler cũng như dịch tần cà dịch thời gian
2. Các khái niệm
2.1. Hệ thống đa sóng mang
- Hệ thống đơn sóng mang.
Hệ thống đơn sóng mang là hệ thống mà dữ liệu được điều chế và truyền đi chỉ
trên một sóng mang.

20. Hình 15: Sơ đồ chung của hệ thống đơn sóng mang.
Với quá trình điều chế đơn sóng mang, tín hiệu được biểu diễn như sau:
  
l
sl lTtgatS )(
Trong đó al là dữ liệu đầu vào của kí tự thứ l.
- Hệ thống đa sóng mang.
Hệ thống đa sóng mang là hệ thống có dữ liệu được điều chế và truyền đi trên
nhiều sóng mang khác nhau. Cụ thể hơn, hệ thống đa sóng mang chia tín hiệu ban
đầu thành các luồng tín hiệu khác nhau và điều chế mỗi dòng tín hiệu với các sóng
mang khác nhau. Các tín hiệu được truyền trên các kênh tần số khác nhau, sau đó
ghép những kênh này lại theo kiểu FDM. Ở phía thu, bộ tách kênh sẽ đưa đến bộ
thu các kênh có tần số khác nhau, sau đó chúng được giải điều chế tạo ra tín hiệu
gốc ban đầu.
Hình 16: Sơ đồ hệ thống đa sóng mang.
Hệ thống đa sóng mang, tín hiệu có thể được biểu diễn như sau:
2 ( )
1
( ) ( )k s
N
j f t iT
ki s
i k
s t c e f t iT


 
  

21. Cik là kí hiệu thứ I tại sóng mang k; f(t) là dạng xung của kí hiệu
fk =
1
s
k
T

; f =
1
sT
(2.3)
Nếu ta sử dụng dạng xung chữ nhật thì:
1; 0
( )
0; 0;
st T
f t
t t T
 
 
 
2.2 Tín hiệu trực giao
- Tính chất trực giao của sóng mang
Tín hiệu được gọi là trực giao nhau nếu chúng độc lập với nhau. Tín hiệu trực
giao có tính chất cho phép truyền và thu tốt nhiều tín hiệu trên cùng một kênh
truyền mà không gây ra nhiễu xuyên kí tự giữa các tín hiệu này.
Tính trực giao của tín hiệu được thể hiện ở dạng phổ của nó trong miền tần số.
Trong miền tần số, mỗi sóng mang con của tín hiệu trực giao có đáp ứng tần số là
sin hay sin(x)/x. Biên độ hàm sin có dạng búp chính hẹp và nhiều búp phụ có biên
độ giảm dần khi càng xa tần số trung tâm. Mỗi sóng mang của tín hiệu có biên độ
đỉnh tại tần số trung tâm của nó và bằng 0 tại tần số trung tâm của sóng mang
khác. Do đó ta gọi các tín hiệu trực giao nhau.
Hình 17: Bốn sóng mang trực giao trong miền thời gian
Hình 18: Phổ của bốn sóng mang trực giao trong miền tần số

22. - Cơ sở toán học
Xét tập hợp N sóng mang con fn(t), trong đó n = 0,1,…,N-1. t1≤ t ≤ t2.
Tập hợp sóng mang này sẽ trực giao khi :
2
1
* 0;
( ) ( )
;
t
n m
t
n m
f t f t
K n m

 

 K là hằng số ;
Sóng mang OFDM thường có dạng:
tfj
n
n
ef 2

Trong đó : fn = f0 + nΔf = f0 + n/T.
f0 : độ dịch tần ban đầu.
Δf là độ chênh lệch giữa 2 tần số sóng mang gần nhau.
II. Hệ thống OFDM
1. Mô hình hệ thống
Hình 19: Sơ đồ khối hệ thống OFDM
2. Các khối
2.1. Khối mã hóa và sắp xếp
2.1.1. Mã hóa:
Trong hệ thống thông tin số nói chung, mã hóa sửa sai theo phương pháp FEC (
Forward Error Correcting) được sử dụng để nâng cao chất lượng thông tin, cụ thể

23. là đảm bảo tỷ số lỗi trong giới hạn cho phép mà không phải nâng cao giá trị tỷ số
Eb/No, điều này càng thể hiện rõ ở kênh truyền bị tác động của AWGN.
Mã hóa FEC được chia thành 2 loại mã chính:
 Mã khối (block coding)
 Mã chập (convolutional coding)
 Ngoài ra, người ta còn dùng mã hóa Trellis, đây là kiểu mã hóa xem như
gần giống với mã hóa chập.
Với mã hóa khối: Luồng bit vào được chia thành những nhóm có k bit, mỗi
nhóm được thêm vào những bit kiểm tra để tạo thành nhóm mới có n bit (n>k). Số
bit kiểm tra thêm vào đây là (n-k) bit.
Ví dụ: mã khối tuyến tính, mã Hamming, mã Reed Solomon.
Với mã chập: Đặc trưng bởi 3 thông số là (n, k, m), trong đó: n là số bit ra, k là
số bit vào, m là số bit trước đó. Vậy n bit của từ mã ra không chỉ phụ thuộc vào k
bit vào mà còn phụ thuộc vào (m-1)k bit thông tin trước đó (được gọi là các bit
trạng thái). n bit ngõ ra được tạo ra bằng cách chập k bit ngõ vào với một đáp ứng
xung nhị phân. Mã chập được xây dựng bởi mạch dãy. Tỷ số R=k/n được gọi là tỷ
số mã, tổng số ô ghi dịch là (k.m) ô.
Với mã Trellis: là một dạng của mã chập nhưng có thêm phần mã hóa. Sử dụng
mã hóa Trellis sẽ cho hiệu quả tốt nhất ở phần sắp xếp (mapping) khi ta sử dụng
mã hóa M-QAM với M khác nhau trên các sóng mang nhánh khác nhau. Bên thu
có thể sử dụng thuật toán Viterbi. Viterbi là giải thuật giải mã hoá.
Trong OFDM, theo một số khuyến nghị, người ta còn kết hợp mã hóa với kỹ
thuật xen rẽ (interleaving) trên giản đồ thời gian – tần số để khắc phục lỗi chùm
(burst error) thường xuất hiện trong thông tin đa sóng mang do hiện tượng Fading
lựa chọn tần số. Các lỗi chùm không thể được sửa bởi các loại mã hóa kênh. Nhờ
vào kỹ thuật xen rẽ, người ta đã chuyển lỗi chùm (nếu có xảy ra) thành các lỗi
ngẫu nhiên và các lỗi ngẫu nhiên này dễ dàng được khắc phục bởi các loại mã hóa
kênh.

24. 2.1.2. Sắp xếp và điều chế:
Sau khi đã được mã hóa và xen rẽ, các luồng bit được sắp xếp thành các nhóm
bit để chuẩn bị cho việc điều chế sẽ được điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM, hoặc
64-QAM. Dòng bit trên mỗi nhánh được sắp xếp thành các nhóm có N bits (1, 2,
4, 6) khác nhau tương ứng với các phương pháp điều chế BPSK, QPSK, 16-QAM,
64-QAM. Hay nói cách khác dạng điều chế được quy định bởi số bit ở ngõ vào và
cặp giá trị (I, Q) ở ngõ ra.
Số bit/nhóm (M) Dạng điều chế an,bn
1 BPSK 1
2 QPSK 1
4 16_QAM 1 , 3
8 64_QAM 1 , 3 , 5 , 7
- Kỹ thuật điều chế QAM
Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với
nhau sao cho tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ
điều này và để các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhau thì
ta được một sơ đồ điều chế mới gọi là điều biên cầu phương QAM (điều chế biên
độ vuông góc). Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ và pha.
Điều chế QAM có ưu điểm là tăng dung lượng đường truyền dẫn số.
Dạng tổng quát của điều chế QAM M trạng thái ( M_QAM ) được xác định như
sau:
0 0
1
2 2
( ) cos(2 ) sin(2 ); (0 )i c i c
E E
S t a f t b f t t T
T T
    
Trong đó:
E0 là năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất.
ai, bi là cặp số nguyên độc lập được chọn tuỳ theo vị trí kí tự trong chòm sao.

25. Tín hiệu sóng mang gồm 2 thành phần vuông góc được điều chế bởi một tập
hợp tín hiệu rời rạc vì thế có tên là “điều chế biên độ vuông góc”. Có thể phân tích
Si(t) thành cặp hàm cơ sở:
1
2
( ) sin(2 ); (0 t T)i ct b f t
T
   
2
2
( ) cos(2 ); (0 t T)i ct a f t
T
   
Hình 20: Chùm tín hiệu M_QAM.
Dạng điều chế có thể được qui định bởi số trạng thái ngõ vào M và số phức ở
ngõ ra.
2
n n na jb ; ( 1)d j   
2.2. Khối Serial to Parallel (S/P) và khối Parallel to Serial (P/S)
Khối S/P có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít nối tiếp đầu vào thành các luồng bít
song song. Các luồng bít song song phụ thuộc số sóng mang con và phương pháp
điều chế mà được phân bố vào các kí hiệu một cách hợp lý. Tuy nhiên để tránh
hiện tượng lỗi chùm do nhiễu tác động người ta phân bổ luồng tín hiệu một cách
ngẫu nhiên lên các sóng mang.

26. Hình 21: Khối S/P
Ngược lại, khối P/S có nhiệm vụ chuyển đổi luồng bít song song thành luồng nối
tiếp.
Hình 22: Khối P/S
2.3. Khối chèn Pilot
Khối chèn pilot thực hiện chèn các kí hiệu pilot vào tín hiệu trước khi truyền đi.
Các kí hiệu pilot giúp cho máy thu biết được tình trạng của kênh truyền, cùng với
các tham số của máy phát. Nhờ đó mà máy thu có thể cân bằng và ước lượng kênh
truyền
2.4. Khối IFFT và FFT
OFDM là kỹ thuật điều chế đa sóng mang, trong đó dữ liệu được truyền song
song nhờ rất nhiều sóng mang phụ. Để làm được điều này, cứ mỗi kênh phụ, ta
cần một máy phát sóng sin, một bộ điều chế và một bộ giải điều chế. Trong
trường hợp số kênh phụ là khá lớn thì cách làm trên không hiệu quả, nhiều khi là
không thể thực hiện được. Nhằm giải quyết vấn đề này, khối thực hiện chức năng
biến đổi DFT/IDFT được dùng để thay thế toàn bộ các bộ tạo dao động sóng sin,
bộ điều chế, giải điều chế dùng trong mỗi kênh phụ. FFT/IFFT được xem là một

27. thuật toán giúp cho việc thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT nhanh và gọn hơn
bằng cách giảm số phép nhân phức khi thực hiện phép biến đổi DFT/IDFT và
giúp tiết kiệm bộ nhớ bằng cách tính tại chỗ.
-Nhiệm vụ chính
Ở phía phát sau tần điều chế, chuổi dữ liệu được thiết lập một biên độ và pha
tương ứng. Điều này cho thấy tín hiệu phát đang ở miền tần số vì vậy khối IFFT
được sử dụng để chuyển tín hiệu sang miền thời gian để phát đi. Thông qua đó các
chuổi dữ liệu được gán một tần số sóng mang sao cho chúng trực giao nhau.
-Phương pháp tiến hành
Tín hiệu phát đi có thể biểu diễn dưới dạng:





1
0
2
)()(
N
k
ftkj
a ekXtx 
, sTt 0
Với chuỗi tín hiệu vào X(k) , 0 ≤ k ≤ N-1 ,
Khoảng cách giữa các tần số sóng mang là : ∆f
Chu kỳ của một ký tự OFDM là : Ts
Tần số trên sóng mang thứ k là: fk = f0 + k∆f; giả sử f0 = 0, suy ra: fk = n∆f;
Nếu lấy mẫu tín hiệu với một chu kỳ Ts/N, tức là chọn N mẫu trong một chu kỳ
tín hiệu, phương trình (2.17) được viết lại như sau :





1
0
/2
)()()(
N
k
NfTnkj
sN
n
aa
s
ekXTxnx 
Nếu thỏa mãn điều kiện )( 1
sT
f  , thì các sóng mang sẽ trực giao với
nhau, lúc này, phương trình (2.18) được viết lại :
{X(k)}.)()(
1
0
/2
IDFTNekXnx
N
k
Nnkj
a  



(2.19)

28. Phương trình trên chứng tỏ tín hiệu ra của bộ IDFT là một tín hiệu rời rạc cũng
có chiều dài là N nhưng trong miền thời gian.
Tại bộ thu, bộ DFT được sử dụng để lấy lại tín hiệu X(k) ban đầu
Thật vậy, ta có :
Nnkj
N
n
a enxnDFTkX /2
1
0
a
*
)(})({x)( 


 






1
0
1
0
/)(21
)(
N
n
N
m
Nkmnj
N emX 
  








1
0
1
0
1
0
1/)(21
)()()(
N
m
N
n
N
m
N
Nkmnj
N kmNmXemX 
= 



1
0
)()(
N
m
kmmX  = )(kX (2.20)
Ở đây, hàm )( km  là hàm delta, được định nghĩa là :
1
( )
0
khi m k
m k
khi m k


  

(2.21)
Khi yêu cầu truyền đi X(k) dưới dạng phức để thể hiện mức điều chế QAM
khác nhau trên các sóng mang khác nhau (hay số bit truyền đi trên các kênh
truyền phụ là khác nhau), có thể sử dụng bộ 2N-IFFT/FFT.
2.5. Khối chèn bảo vệ và tiền tố lặp CP
Tiền tố lặp (CP) là một kỹ thuật xử lý tín hiệu trong OFDM nhằm hạn chế đến
mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiễu xuyên ký tự (ISI), nhiễu xuyên kênh (ICI) đến
tín hiệu OFDM, đảm bảo yêu cầu về tính trực giao của các sóng mang phụ. Để
thực hiện kỹ thuật này, giả thiết một mẫu tín hiệu OFDM có độ dài là Ts
, chuỗi
bảo vệ hay còn gọi tiền tố lặp CP (Cyclic Prefix) là một chuỗi tín hiệu có độ dài
là GT ở phía sau sao chép lên phần phía trước của tín hiệu này, thao tác này được
lại có chu kỳ và phần lặp lại ở phía trước mỗi ký tự OFDM đó 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 (Ts) lúc này bao gồm thời gian

29. khoảng bảo vệ (Tg) và thời gian truyền thông tin có ích (cũng chính là khoảng thời
gian bộ IFFT/FFT phát đi một ký tự)
Ta có : Ts = Tg + TFFT
Hình 23 : Tiền tố lặp CP
Chiều dài của dải bảo vệ bị hạn chế nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng dải tần.
Tuy nhiên, nó phải bằng hoặc lớn hơn giá trị trải trễ cực đại (the maximum delay
spread) nhằm duy trì tính trực giao giữa các sóng mang nhánh và loại bỏ được các
xuyên nhiễu ISI, ICI. 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.
Nếu phát một xung RF (xung Dirac) trong môi trường truyền đa đường, tại bộ
thu sẽ nhận được các đáp ứng xung có dạng sau. Đáp ứng xung h(t) của một kênh
truyền chịu ảnh hưởng của hiện tượng đa đường:


m
k
kk TtAth
1
)()( 
Với: Ak là biên độ phức của đáp ứng xung trên đường truyền thứ k.
Tk là thời gian trễ của đáp ứng trên đường truyền thứ k so với gốc thời
gian.
m là số đường truyền trong môi trường truyền đa đường.
2.6. Khối ước lượng kênh
Ước lượng kênh (Channel estimation) trong hệ thống OFDM là xác định hàm
truyền đạt của các kênh con và thời gian để thực hiện giải điều chế bên thu khi bên
phát sử dụng kiểu điều chế kết hợp (coherent modulation). Để ước lượng kênh,
phương pháp phổ biến hiện nay là dùng tín hiệu dẫn đường. Trong phương pháp

30. này, tín hiệu pilot bên phát sử dụng là tín hiệu đã được bên thu biết trước về pha và
biên độ. Tại bên thu, so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu pilot nguyên thủy sẽ cho
biết ảnh hưởng của các kênh truyền dẫn đến tín hiệu phát. Ước lượng kênh có thể
được phân tích trong miền thời gian và trong miền tần số. Trong miền thời gian thì
các đáp ứng xung h(n) của các kênh con được ước lượng. Trong miền tần số thì các
đáp ứng tần số H(k) của các kênh con được ước lượng.
III. Kết luận
Một trong những lý do chính để sử dụng OFDM là khả năng giải quyết vấn đề
delay spread với một độ phức tạp hợp lý. Trong hệ thống đơn sóng mang (single
carrier), độ phức tạp của hệ thống được quyết định bởi bộ cân bằng (equalizer), hệ
thống phải lắp đặt các bộ cân bằng khi delay spread lớn hơn 10% chu kỳ symbol.
OFDM không đòi hỏi phải có bộ cân bằng. Thay vào đó, độ phức tạp của một hệ
thống OFDM bị chi phối bởi bộ biến đổi FFT dùng để giải điều chế các subcarrier
Rõ ràng OFDM hấp dẫn hơn so với hệ thống đơn sóng mang với bộ cân bằng
cho các tích số dải thông-delay spread lớn. Nên chú ý rằng, sự khác biệt về mức
độ phức tạp giữa FFT và bộ cân bằng sẽ giảm nếu việc cân bằng được thực hiện
trong miền tần số. Trong trường hợp này, việc cân bằng sẽ phức tạp hơn gấp 2 lần
vì cả hai FFT và IFFT phải thực hiện việc cân bằng trong miền tần số cho một
khối tín hiệu.
Ngoài vấn đề về mức độ phức tạp, OFDM còn có một lợi ích khác so với hệ
thống đơn sóng mang với bộ cân bằng. Đối với hệ thống đơn sóng mang, chất
lượng hệ thống sẽ giảm một cách nhanh chóng nếu delay spread vượt quá khả
năng cho phép của bộ cân bằng. Bởi vì việc truyền dẫn bị lỗi, xác suất lỗi bit thô
(chưa xử lý) tăng nhanh đến nổi việc áp dụng các phương pháp mã hóa tỉ lệ thấp
hơn hoặc kích thước chòm sao thấp hơn không cải thiện đáng kể chất lượng hệ
thống. Tuy nhiên, đối với OFDM, không có hiệu ứng phi tuyến xảy ra khi việc
truyền dẫn bị lỗi. Do đó, các phương pháp mã hóa và các chòm sao có kích thước
thấp hơn có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng hệ thống. Đây là một vấn đề
quan trọng bởi vì nó giúp tăng diện tích hoạt động của hệ thống (coverage-area)

31. và tránh được các tình huống các user trong các vị trí xấu (bad spot) không thể kết
nối.
Tóm lại, kỹ thuật OFDM hạn chế nhiễu, tiết kiệm băng thông trong truyền
thông di động. Mặc dù có vài khuyếch điểm nhưng đã được khắc phục như đã
trình bày ở trên. Nên công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống
như Wimax, Vowifi, trong các tiêu chuẩn IEEE. Kỹ thuật này sẽ là cơ sở cho các
thế hệ di động thứ 3, thứ tư và các thế hệ khác nữa trong tương lai.
IV. Mô phỏng
Hình 24: BER của hệ thống OFDM

32. Phần 3: Kỹ thuật MIMO
I. Tổng quan kỹ thuật MIMO
1. Giới thiệu kỹ thuật MIMO
Kỹ thuật MIMO là tên gọi chung cho tập hợp những kỹ thuật dựa trên việc sử
dụng nhiều anten ở phía thu và phía phát kết hợp với các kỹ thuật xử lý tín hiệu.
Hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output) được định nghĩa là tuyến thông
tin điểm-điểm với đa anten tại phía phát và phía thu.
Hình 25: Sơ đồ hệ thống MIMO
Ưu điểm:
 Tăng độ lợi mảng, làm tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu đồng thời giảm tỷ suất
lỗi bit từ đó làm tăng tốc độ truyền dẫn mà không cần tăng công suất phát.
 Tăng độ lợi phân tập: làm giảm hiện tượng fading thông qua việc sử dụng
hệ thống anten phân tập, nâng cao chất lượng hệ thống.
 Tăng hiệu quả phổ: bằng cách sử dụng ghép kênh không gian.
 Tăng dung lượng kênh mà không cần tăng công suất phát và băng thông.
Nhược điểm:
 Tăng độ phức tạp trong xử lí tín hiệu phát và thu.
 Kích thước của thiết bị di động tăng lên.
 Nhiễu đồng kênh: do sử dụng nhiều anten truyền dữ liệu với cùng một
băng tần.
 Nhiễu liên kênh: do nhiều người dùng sử dụng cùng hệ thống MIMO.

33. 2. Các khái niệm
2.1. Các mô hình hệ thống thông tin không dây
2.1.1. Hệ thống SISO
SISO là hệ thống thông tin không dây truyền thống chỉ sử dụng một anten phát và
một anten thu. Máy phát và máy thu chỉ có một bộ cao tần và một bộ điều chế,
giải điều chế. Hệ thống SISO thường dùng trong phát thanh và truyền hình và các
kỹ thuật truyền dẫn vô cá nhân như Wi-Fi hay Bluetooth. Dung lượng hệ thống
phụ thuộc vào tỉ số tín hiệu trên nhiễu được xác định theo công thức Shannon :
2log (1 R) bit/s/HzC SN 
2.1.2. Hệ thống SIMO
Nhằm cải thiện chất lượng hệ thống, mội phía sử dụng một anten, phía còn lại sử
dụng đa anten. Hệ thống sử dụng một anten phát và nhiều anten thu được gọi là hệ
thống SIMO. Trong hệ thống này máy thu có thể lưuạ chọn hoặc kết hợp tín hiệu
từ các anten thu nhằm tối đa tỉ số tín hiệut rên nhiễu thông qua các giải thuật
beamforming hoặc MMRC (Maximal- Ratio Rceive Combining). Khi máyh tu
biết thông tin kênh truyền, dung lượng hệ thống tăng theo hàm logarit của số
anten thu, xấp xỉ :
2log (1 . R) bit/s/HzC N SN 
2.1.3. Hệ thống MISO
Hệ thống sử dụng nhiều anten phát và một anten thu được gọi là hệ thống MISO.
Hệ thống này có thể cung cấp phân tập phát thông qua kỹ thuật Alamouti từ đó
cait thiện lượng tín hiệu hoặc sử dụng Beamforming để tăng hiệu suất phát và
vùng bao phủ. Khi máy phát biếtdđược thông tin kênh truyền , dung lượng hệ
thống tăng theo hàm logarit của số anten phátvà có thể được xác định gần đúng :
2log (1 . R) bit/s/HzC N SN 

34. 2.1.4. Hệ thống MIMO
Là hệ thống sử dụng đa anten cả nơi phát và nơi thu. Hệ thống có thể cung cấp
phân tập phát nhờ vào đa anten phát hoặc phân tập thu nhờ vào đa anten thu nhằm
tăng chất lượng hệ thống. Hoặc thực hiện Beamforming tại nơi phát và nơi thu để
tăng hiệu suất sử dụng công suất, triệt tiêu can nhiễu. Ngoài ra dung lượng hệ
thống có thể được cải thiện đáng kể nhờ vào độ lợi ghép kênh cung cấp bởi kỹ
thuật mã hóao kông gian_thời gian V-BLAST. Khi thông tin kênh truyền được
biết tại cả nơi phát và nơi thu, hệ thống có thể cung cấp độ lợi phân tập cực cao và
có độ lợi ghép kênh cực đại, dung lượng hệ thống trong trường hợp phân tập cực
đại có thể xác định theo công thức:
2log (1 . . R) bit/s/HzT RC N N SN 
Trong trường hợp hệ thống đạt độ lợi ghép kênh cực đại,dung lượng hệ thống có
thể xác định bởi :
2( , ).log (1 R) bit/s/HzT RC Min N N SN 
Vậy, với các ưu điểm về hiệu suất, triệt tiêu can nhiễu, dung lượng và chất lượng
hệ thống MIMO đang được nghiên cứu để ứng dụng vào các hệ thống thông tin
tương lai. Kết hợp với các ưu thế chống fading chọn lọc tần số của hệ thống
OFDM, chúng đang được nghiên cứu trong cácc chuẩn không dây như IEEE
802.11n (WLAN), IEEE 802.16n (WIMAX).
2.2. Các phương pháp kết hợp phân tập
Như đã trình bày trong Phần 1, ta phân phương pháp phân tập anten ra làm ba
loại, gồm có:
 Phân tập không gian
 Phân tập tần số
 Phân tập thời gian
Để nâng cao độ tin cậy của tín hiệu đồng thời tăng khả năng chống fading, nhiễu
đồng kênh, lỗi chùm. Ta có các phương pháp kết hợp phân tập

35. 2.2.1. Bộ tổ hợp theo kiểu quét và lựa chọn (SC).
a) Bộ tổ hợp lựa chọn.
Trong bộ tổ hợp lựa chọn, từ một tập hợp M phần tử anten, nhánh có tỉ số tín
hiệu trên nhiễu SNR lớn nhất được chọn ra và kết nối trực tiếp với máy thu. Như
vậy số anten càng lớn hoặc số phần tử càng lớn của anten mảng thì khả năng có
được tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu càng lớn. Trong thực tế, tín hiệu có năng lượng (tín
hiệu + nhiễu) lớn nhất sẽ được chọn. Vì thế tại đầu ra, dữ liệu sẽ thu được có chất
lượng tốt nhất.
b)Bộ tổ hợp kiểu quét
Trong bộ tổ hợp kiểu quét, một bộ quét sẽ quét tất cả các nhánh nhận được từ
anten nhận và lựa chọn nhánh có tỉ số SNR lớn hơn một ngưỡng đã được cho
trước. Đến khi nào nhánh ra này có SNR nhỏ hơn mức ngưỡng thì bộ quét sẽ quét
lại tất cả các nhánh để chọn ra nhánh có SNR lớn hơn mức ngưỡng đã cho.
2.2.2. Bộ tổ hợp cùng độ lợi (EGC)
Là kỹ thuật chuyển đổi tất cả các giá trị độ lợi của các nhánh đều bằng nhau và
không thay đổi trong quá trình hoạt động. Đầu ra là tổng của các tín hiệu đồng pha
của tất cả các nhánh. Là một trường hợp của phương pháp tổ hợp với tỉ số tối đa.
2.2.3. Bộ tổ hợp với tỉ số tối đa (MRC)
Phương pháp tổ hợp tỉ số tối đa tận dụng tốt nhất khả năng của các nhánh phân
tập trong hệ thống. Tất cả M nhánh được nhân trọng số với các tỉ số tín hiệu tức
thời trên nhiễu tương ứng. Sau đó tín hiệu từ các nhánh được đồng pha trước khi
lấy tổng tín hiệu sao cho tất cả các nhánh được gộp vào nhau theo pha sao cho tín
hiệu đầu ra có tăng ích phân tập lớn nhất. Tín hiệu tổng chính là tín hiệu ra thu
được. Phương pháp tổ hợp tỉ số tối đa có nhiều ưu điểm so với phương pháp phân
tập lựa chọn nhưng phức tạp hơn; do phải đảm bảo tín hiệu từ các nhánh là hoàn
toàn đồng pha với nhau và các trọng số phải được cập nhật chính xác.

36. 2.3. Mã Hóa Không Gian-Thời Gian STC
Môi trường vô tuyến trong trường hợp bị các hiện tượng đa đường và có tán xạ
mạnh khiến tín hiệu thu được từ các anten hoàn toàn độc lập. Thay vì tìm cách
chống lại hiện tượng đa đường, người ta đã sử dụng mã hóa không gian thời gian
để cải thiện chất lượng kênh truyền. Có 2 loại mã hóa không gian-thời gian là:
-Mã hóa không gian-thời gian khối STBC (Space-Time Block Code)
-Mã hóa không gian-thời gian lưới STTC (Space-Time Trellis Code)
2.3.1 Mã hóa không gian thời-gian khối STBC
STBC là một kỹ thuật được sử dụng trong truyền thông không dây để truyền
nhiều phiên bản của dòng dữ liệu qua nhiều anten và sử dụng các phiên bản của
dữ liệu nhận khác nhau để nâng cao chất lượng tín hiệu nhận. Thực tế thì các tín
hiệu truyền bị thay đổi trong môi trường truyền như tán xạ, nhiễu xạ, khúc xạ, và
nhiễu nhiệt tại bộ thu, do vậy chất lượng của vài phiên bản dữ liệu sẽ tốt hơn số
còn lại.
STBC thực hiện mã hóa một khối các ký tự đầu vào thành một ma trận đầu ra với
các hàng tương ứng các anten phát (không gian) và cột tương ứng thứ tự phát
(thời gian). Hay dữ liệu sẽ được truyền trong các khối đã được mã hoá và chúng
được phân phối qua các anten không gian theo thời gian. STBC được biểu diễn
dưới dạng ma trận. Mỗi hàng là một khe thời gian, mỗi cột là các tín hiệu truyền
của một anten theo thời gian.
s11 s12….....s1nT
s21 s22…….s2nT
. . .
sT1 sT2……sTnT
Các anten truyền
Các khe thời gian

37. Sij là kí tự trên khe thời gian i, được truyền từ anten j.
T là số khe thời gian, nT là số anten truyền.
Tỉ lệ mã hoá (R) của STBC được tính bằng số kí tự được mã hoá trong một
khối (k) trên số khe thời gian (T):
T
k
R 
STBC cho phép phân tập đầy đủ và có độ lợi nhỏ tùy thuộc vào tốc độ mã của
bộ mã, quá trình giải mã đơn giản, dựa trên các bộ giải mã tương quan tối đa ML
(Maximun Likelihood).
2.3.1.1. Mã hóa Alamouti
Đây là mã hoá khối không gian-thời gian với 2 anten phát.
Hình 26: Sơ đồ mã hoá Alamouti.
Hình 27: Mã hóa Alamouti thực tế
Block Matrix tín hiệu có dạng (với s1 và s2 là 2 symbol tín hiệu liên tiếp nhau).
Thông tin
nguồn
Điều chế
Mã hoá
[s1s2]
Tx2
Tx1

38. 1 2
* *
2 1
[X]
s s
s s
 
   
Tín hiệu tại anten thu:
*
1 11 1 21 2 1
*
2 11 2 21 1 2
y h s h s b
y h s h s b
  
  
Tín hiệu ước lượng của s1 và s2 sẽ được tổng hợp theo không gian-thời gian từ
tín hiệu y1 và y2:
 
 
*
1 1 11 2 12
2 2 * *
1 11 21 1 1 11 2 12
* *
2 1 21 2 11
2 2 * * *
1 11 21 2 1 21 2 11
s y h y h
s h h s b h b h
s y h y h
s h h s b h b h
 
   
 
   
Kết luận:
 Sau khi tổng hợp trực giao không gian-thời gian, năng lượng nhiễu không
thay đổi nhưng năng lượng tín hiệu tăng (Space Time diversity gain).
 Với Space-Time Block Code Alamouti, tốc độ dữ liệu không bị suy giảm
(full rate) nhưng ta vẫn đạt được độ lợi phân cực tương đương với trường
hợp 2 anten thu (phân cực 2 anten phát < phân cực 2 anten thu).
 Với số lượng anten thu > 1, tín hiệu ở từng anten thu sẽ được tổng hợp
như trên, sau đó sẽ được tổng hợp lại với nhau (ta sẽ có thêm độ lợi phân
cực thu).
2.3.1.2. Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ
a) Mã hoá
Tarokh tổng quát hóa matrix STBC cho số anten phát bất kỳ (Tx = 3,4,5,6,8 ...)
cho tín hiệu thực (BPSK, PAM ...). Tuy nhiên đối với tín hiệu phức (modulation
QPSK, M-PSK, M-QAM ...), để đảm bảo full-diversity, Tarokh chứng minh
không tồn tại ma trận phát cho trường hợp số anten phát lớn hơn 4 và đối với số

39. anten phát 3 và 4 thì không tồn tại full-rate matrix, maximun rate = 3/4. Ma trận
tín hiệu trực giao cho 3, 4 anten phát cho tín hiệu thực và phức:
Full-rate matrix cho 3 anten phát (3 Tx)
1 2 3
2 1 3
3 1 2
[ ]
s s s
X s s s
s s s
 
  
 
  
Full-rate matrix cho 4 anten phát (4 Tx)
1 2 3 4
2 1 4 3
3 4 1 2
4 3 2 1
[ ]
s s s s
s s s s
X
s s s s
s s s s
 
  
 
  
 
  
Rate 3/4 matrix for complex symbol:
3 anten Tx
* * *
1 2 3 3
* * *
2 1 3 3
* * * * * *
3 3 1 1 2 2 2 2 1 1
/ 2 / 2
[ ] / 2 / 2
/ 2 / 2 ( ) / 2 ( ) / 2
s s s s
X s s s s
s s s s s s s s s s
 
 
  
 
        
4 anten Tx
* * *
1 2 3 3
* * *
2 1 3 3
* * * * * *
3 3 1 1 2 2 2 2 1 1
* * * * * *
3 3 2 2 1 1 1 1 2 2
/ 2 / 2
/ 2 / 2
[ ]
/ 2 / 2 ( ) / 2 ( ) / 2
/ 2 / 2 ( ) / 2 ( ) / 2
s s s s
s s s s
X
s s s s s s s s s s
s s s s s s s s s s
 
 
 
  
       
         
b) Giải mã STBC trong máy thu.
Bộ giải mã trực giao STBC là giải mã tối ưu (maximum likelihood
decoding) được thực hiện tại bộ thu với quá trình xử lí tuyến tính.
Nhằm làm rõ phương pháp mã hoá này, một hệ thống liên lạc không dây
mẫu được xây dựng như sau:

40. Tại thời điểm t, tín hiệu j
tr , nhận tại anten j, được cho bởi:
ij
1
n
j i j
t t t
i
r c 

  (3.18)
Trong đó ij là độ lợi đường từ anten truyền đến anten nhận j, ct
i là tín hiệu
được truyền tại anten i và nt
j là nhiễu Gaussian trắng cộng (AWGN).
Giả sử rằng thông tin trạng thái kênh là hoàn hảo, bộ thu sẽ tính độ thông suốt
quyết định:
2
ij
1 1 1
l m n
j i
t t
t j i
r c
  
 
Thông qua tất cả các từ mã : 1 2 1 2 1 2
1 1 1 2 2 2... ... ... ...n n n
l l lc c c c c c c c c
Và quyết định chọn từ mã thích hợp sao cho tổng trên là nhỏ nhất.
Trong ma trận mã hoá, tín hiệu ở các hàng sau là sự hoán vị của hàng đầu tiên với
sự thay đổi dấu. Vì các cột của ma trận trực giao với nhau từng đôi một nên tổng
số các nhánh được rút gọn đến mức nhỏ nhất:

n
i
iS
1
Trong đó:




















  
2
,
2
,
2
1 1
*
)(i 1)(rS i
lk
lki
n
i
m
j
tji
j
t ssit

*
)( jit là liên hợp phức của jit )( .
Giá trị Si chỉ phụ thuộc vào kí tự mã si, kí tự nhận {r
j
t }, hệ số đường { ji, }, và
cấu trúc trực giao của ma trận, n là số anten phát n= nT, m là số anten thu m= nR.
Nó cho phép tổng trong công thức (3.19) đạt giá trị nhỏ nhất trong (3.20) với 1i
n.
Vì vậy định luật tách sóng tối ưu là để tạo một biến nhất định:

41. *
( )
1 1
r ( )t
n m
j
i t i j t
t j
R i 
 
 
Trong đó )(ik là dấu của si ở hàng thứ k của ma trận mã hoá, k là xác định
sự hoán vị tương ứng giữa các hàng, εk(p) = q chỉ ra rằng sp là hoán vị có thể khác
dấu của thành phần (k, q) của ma trận mã hoá, cho i=1, 2,…nT và sau đó quyết
định chọn kí tự si trong “chòm sao” s [chòm sao là tập hợp các kí tự trong giản đồ
số phức, tuỳ theo kiểu điều chế mà ta có các giản đồ khác nhau] sao cho thoả
mãn:
2
,
22
1minarg ssRs
lk
kli
As
i 





 

Với A là chòm sao Alphabet (Constellation Alphabet). Dù sự có mặt của nó,
điều này thật đơn giản, mã hoá tuyến tính sẽ cung cấp phân tập tối ưu.
2.3.2 Mã hóa không gian-thời gian lưới STTC
STTC cho phép phân tập đầy đủ và độ lợi mã cao, STTC là loại mã chập được
mở rộng cho trường hợp MIMO. Cấu trúc mã chập đặt biệt phù hợp với truyền
thông vũ trụ và vệ tinh, do chỉ sử dụng bộ mã hóa đơn giản nhưng đạt được hiệu
quả cao nhờ vào phương pháp giải mã phức tạp .
Nếu như STBC xử lý độc lập từng khối kí tự đầu vào để tạo ra một chuỗi các
vevtor mã độc lập, thì STTC xử lý từng chuỗi ký tự đầu vào để tạo ra từng chuỗi
vector mã phụ thuộc vào trạng thái mã trước đó của bộ mã hóa.
STTC cung cấp độ lợi mã tốt hơn nhiều STBC độ lợi mã của STTC tăng lên khi
tăng số trạng thái của lưới mã. Tuy nhiên độ phức tạp của STBC thấp hơn nhiều
độ phức tạp của STTC, do STBC được mã hoá và giải mã đơn giản nhờ vào các
giải thuật xử lý tuyến tính, nên STBC phù hợp với các ứng dụng thực tế trong hệ
thống MIMO hơn STTC.

42. 3.4. Kết luận
Trong chương này, giúp ta có cái nhìn sâu sắc hơn về kỹ thuật MIMO. Từ đó,
ta có thể biết được các phương pháp kỹ thuật khác nhau được ứng dụng trong hệ
thống MIMO. Như ta đã biết ở chương một, ảnh hưởng của môi trương truyền và
hạn chế về băng thông, đã làm cho chất lượng cũng như tốc độ của đường truyền
không cao. Nhờ đó ta có thể thấy được những ưu điểm vượt trội của kỹ thuật này,
đó là cải thiện chất lượng và tốc độ đường truyền một cách đáng kể. Vì vậy kỹ
thuât MIMO nên được tìm hiểu và nghiên cứu, cũng như cải tiến tốt hơn.
Chương 4: Kỹ thuật MIMO-OFDM
I. Giới thiệu
Các hệ thống thông tin không dây luôn được nghiên cứu nhằm cải thiện chất
lượng dung lượng cũng như khả năng chống lại hiện tượng đa đường. Đối với các
hệ thống thông tin thống chất lượng tín hiệu có thể cải thiện bằng cách tăng công
suất, dung truyền lượng hệ thống có thể tăng khi tăng băng thông. Tuy nhiên công
suất cũng chỉ có thể tăng tới một mức giới hạn nào đó vì công suất phát càng tăng
thì hệ thống càng gây nhiễu cho các hệ thống thông tin xung quanh, băng thông hệ
thống của hệ thống cũng không thể tăng mãi lên vì việc phân bố băng thông đã
được định chuẫn sẵn.
Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông rất
hiệu quả nhờ ghép kênh không gian (V-BLAST), cải thiện chất lượng của hệ
thống đáng kể nhờ vào phân tập tại phía phát và phía thu (STBC, STTC) mà
không cần tăng công suất phát cũng như tăng băng thông của hệ thống. Kỹ thuật
OFDM là một phương thức truyền dẫn tốc độ cao với cấu trúc đơn giản nhưng có
thể chống fading chọn lọc tần số, bằng cách chia luông dữ liệu tốc độ cao thành N
luồng dữ liệu tốc độ thấp truyền qua N kênh truyền con sử dụng tập tần số trực
giao. Kênh truyền chịu fading chọn lọc tần số được chia thành N kênh truyền con
có băng thông nhỏ hơn, khi N đủ lớn các kênh truyền con chịu fading phẳng.
OFDM còn loại bỏ được hiệu ứng ISI khi sử dụng khoảng bảo vệ đủ lớn. Ngoài ra
việc sử dụng kỹ thuật OFDM còn giảm độ phức tạp của bộ Equalizer đáng kể

43. bằng cách cho phép cân bằng tín hiệu trong miền tần số. Từ những ưu điểm nổi
bật của hệ thống MIMO và kỹ thuật OFDM, việc kết hợp hệ thống MIMO và kỹ
thuật OFDM là một giải pháp hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng
rộng tương lai.
II. Hệ thống MIMO-OFDM
1. Mô hình hệ thống MIMO-OFDM
Cấu trúc máy thu và phát của hệ thống MIMO-OFDM bao gồm hệ MIMO NT
anten phát và NR anten thukết hợp với kỹ thuật OFDM sử dụng Nc sóng mang
phụ .
Hình 28: Mô hình hệ thống MIMO-OFDM
Tín hiệu thu được từ anten thu thứ i, tại sóng mang phụ thứ k của symbol
OFDM có thể biểu diễn như sau:
y1(k)=h11x1(k)+ h12x2(k)+.......+ h1NtxNt(k)+n1(k)
y2(k)=h21x1(k)+ h22x2(k)+.......+ h1NtxNt(k)+n2(k)
............................................................................
yNr(k)=hNr1x1(k)+ hNr2x2(k)+.......+ hNrNtxNt(k)+nNr(k)
Với xj (k) là symbol phát trên sóng mang thứ k trong symbol OFDM
ni(k) là nhiễu Gauss tại anten thu thứ i

44. hij là hệ số kênh truyền từ anten phát thứ j tới anten thu thứ i.
Kênh truyền hệ thống MIMO-OFDM có thể mô tả thông qua ma trận H như sau
H=












NrNtNrNr
Nt
Nt
hhh
hhh
hhh
...
............
...
...
21
22221
11211
Trong đó ma trận kênh truyền H được ước lượng tại máy thu.

45. 2. Thuật toán mô phỏng MIMO-OFDM
Hình 29: Lưu đồ hệ thống MIMO-OFDM
Nhập các thông số sau: Độ dài FFT, độ dàiCP, độ
dài khung OFDM, chùm tia fading(L), số mức điều
chế(M), các thông số SNR,ii=0
Tạo các bit tin theo ma trận (fft_len,framelen).
Và điều chế M-PSK hoặc M-QAM
Vẽ đồ thị E theo SNR_l
ii=ii+1
Biến đổi IFFT
Cộng khoảng bảo vệ CP và biến đổi P/S
Tạo hệ số kênh truyền h và nhiễu
So sánh tín hiệu ước lượng với bit tin để tính
E(ii)=BER
Gọi chương trình nhận tín hiệu
ii=length(SNR_l)
S
Đ
Bắt đầu
Kết thúc
Gọi CT MIMO Code

46. Hình 30: Lưu đồ chương trình con nhận tín hiệu
Tách CP và thực hiện FFT tín hiệu nhận
Gọi CT MIMO
Tính FFT đáp ứng kênh H
Biến đổi S/P
Tính tổng chập và cộng nhiễu để có tín hiệu nhận được
Bắt đầu CT nhận
tín hiệu
Kết thúc

47. III. Mô phỏng và các kết quả
Hình 31: So sánh BER giữa các hệ thống MIMO
Hình 32: So sánh BER giữa các hệ thống SISO, SIMO, MISO, MIMO

48. Hình 33: So sánh BER giữa hệ thống OFDM và MIMO OFDM