Mục tiêu chương trình
- Nắm chắc các nội dung của Kỹ thuật truyền dẫn số
- Làm cơ sở nghiên cứu ứng dụng trong các môn học chuyên ngành như
TT Di động, TT vệ tinh, TT quang….
Nội dung
• Các khái niệm cơ bản và nguyên lý làm việc của HT TT số (5 Tiết)
• Kênh thông tin và pha đinh đa đường (5 Tiết)
• Lý thuyết Điều chế đa mức (5 Tiết)
•
•
•
•
•
8/9/2023
Kỹ thuật OFDM (5 Tiết)
Nguyên lý thích nghi và OF DM thích nghi (5 Tiết)
Lý thuyết cơ bản về Mã hoá (Mã xoắn, mã Turbo và BICM-ID) (15 Tiết)
Nguyên lý trải phô (5 Tiết)
Kỹ thuật MIMO (5 Tiết)
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
1
Tài liệu học tập
Giáo trình
1. Đỗ Công Hùng, (2011) , Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số, Đại Học Thành Đô,
Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Nguyễn Quốc Bình, (2000), Kỹ thuật truyền dẫn số, Học viện Kỹ thuật Quân sự.
2. Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, Đỗ Công Hùng, (2006) “Tối đa hóa dung
lượng thông tin cho hệ thống OFDM bằng các giải pháp thích nghi”, Tạp chí Bưu
chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông, kỳ 1.
3. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Giải pháp thích
nghi cho hệ thống OFDM bằng BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu khác nhau”,
Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 116.
4. Nguyễn Tùng Hưng, Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Phạm Văn Bính, (2003),
“Tính toán chất lượng của mã chập nhị phân có loại bỏ xen kẽ”, Tạp chí Khoa học
và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 103.
5. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Nâng cao Chất
lượng Hệ thống OFDM bằng BICM-ID”, Chuyên san Các công trình nghiên cứuTriển khai Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
2
Tiếng Anh
1. Amoroso. F., (1987), “Instantaneous Frequency Effects in a Doppler Scattering
Environment,” IEEE International Conference on Communications, pp. 1458-66.
2. Benedetto. S. and Biglieri E., (1999), Principles of Digital Transmission With
Wireless Applications, New York: Kluwer Academic.
3. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications,
Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall .
4. Greenwood. D. and Hanzo, L., (1994), Characterization of Mobile Radio Channels,
Mobile Radio Communications, edited by R. Steele , London: Pentech Press.
5. Hanzo. L., Webb W., and Keller. T.,(2000), Single-and Multi-Carrier Quadrate
Amplitude Modulation, New York: IEEE Press/Wiley.
6. Hara.S., Prasad R., (2003), Multi-carrier Techniques for 4G Mobile
Communications, Artech House, Boston, London.
7. Hata. M., (1980) “Empirical Formulae for Propagation Loss in Land Mobile Radio
Services,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. VT-29, no. 3, pp. 317-25.
8. Do Cong Hung, Tran Xuan Nam, Dinh The Cuong, (2006), “Adaptive Mapping for
BICM-ID OFDM Systems”, Biennial Vietnam conference on Radio and Electronics
(REV 2006).
9. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications,
Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall .
10. Hagenauer. J.,(1997), “The turbo principle: Tutorial introduction and state of the
art,” in Proc. Int. Symp. Turbo Codes and Related Topics, pp. 1–11.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
3
Chương 1
Các khái niệm cơ bản
và nguyên lý làm việc của HTTT số
( 5 tiết)
1.1.Các khái niệm cơ bản
-
HTTT: Hệ thống các kỹ thuật và thiết bị dùng để truyền tin tức từ nguồn tin (nơi
sinh ra tin tức) đến bộ nhận tin (đích).
Bản tin: Dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin
Tín hiệu: Biểu diễn vật lý của một bản tin.
HTTT tương tự hay HTTT số ứng với Tín hiệu tương tự hay Tín hiệu số.
Tín hiệu tương tự: Đại lượng vật lý được sử dụng làm tín hiệu có quy luật biến
thiên tương tự với bản tin được sinh ra từ nguồn tin.
Tín hiệu tương tự có thể là liên tục (VD tín hiệu thoại ở lối ra Micro) hoặc tín
hiệu rời rạc (Tính hiệu điều biên xung PCM- Pulse Amplitude Modulation).
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
4
-
Tín hiệu số: biểu diễn các con số tương ứng với bản tin và có các đặc trưng:
Chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị (M=2: HTTT số nhị phân, M>2: HTTT số đa
mức).
Có thời gian tồn tại xác định: Ts (Time interval symbol).
Ưu điểm của HTTT Số:
Tiết kiệm năng lượng
Có khả năng tái sinh tín hiệu nếu vượt qua ngưỡng -> có khả năng loại trừ tạp
âm tích lũy sau từng cự ly nhất định. ( Tín hiệu số khỏe hơn tín hiệu tương tự).
Có khả năng Điều khiển, xử lý, khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M).
Nhược điểm: Phổ rộng hơn HTTT tương tự.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
5
1.2. Sơ đồ khối của HTTT số
Tạo dạng Mã nguồn Mã mật
Nguồn
khác
Nguồn tin
Tạo dạng
Đích
Nhận tin
8/9/2023
Mã kênh Ghép kênh
Giải
mã nguồn
Giải
mã mật
Giải
Phân kênh
mã kênh
Điều chế
Trải phổ
Đa
truy nhập
Kênh TT
Đồng bộ
Giải
điều chế
Phát
Giải
trải phổ
Giải Đa
truy nhập
Thu
Đích
Khác
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
6
Khối tạo dạng: Tạo dạng tín hiệu, biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín
hiệu liên tục hay số có dạng chuỗi bit nhị phân
2.
Mã hóa-giải mã nguồn: Nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít, giảm phổ
chiếm của tín hiệu số
3.
Mã hóa-giải mã mật: Mã hóa-giải mã chuỗi bít theo 1 khóa nhằm bảo mật tin tức
4.
Mã hóa-giải mã kênh: sửa lỗi hướng đi FEC,chống nhiễu và các tác động xấu
khác của kênh truyền
5.
Ghép-Phân kênh: Thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các
đích khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn
6.
Điều chế-Giải điều chế số (MODEM): Biến đổi chuỗi tín hiệu số thành các tín
hiệu liên tục phù hợp (điều chế băng gốc) và điều chế RF ( Trộn tần, lọc,
Khuếch đại và phát xạ vào môi trường).
7.
Trải- Giải trải phổ: Chống nhiễu cố ý và bảo mật tin tức
8.
Đa truy nhập: Cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử
dụng hệ thống truyền dẫn theo yêu cầu
9.
Đồng bộ: Đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với HT thông tin liên kết
10. Lọc: Tại máy thu phát đầu cuối, bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần,
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
7
8/9/2023
chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền.
1.
Tín hiệu từ đầu ra bộ tạo dạng tới đầu ra bộ ghép kênh có dạng chuỗi bít
Tín hiệu từ đầu ra bộ điều chế tới đầu ra máy phát có dạng chuỗi dạng sóng
Các thuật toán từ bộ tạo dạng tới điều chế số: Thuật toán xử lý băng gốc
(Baseband)
Các thuật toán đa truy nhập, trải phổ và trộn tần, thu phát: Thuật toán xử lý tín
hiệu cao tần băng dải ( Bandpass)
1.3. HTTT số và các tham số đánh giá chất lượng
HTTT số: Tập hợp các thiết bị và giải pháp kỹ thuật được thực hiện để truyền
dẫn tín hiệu từ khối tạo dạng tín hiệu từ đầu phát tới khối tái tạo tín hiệu tại đầu
thu.

Yêu cầu HTTT số: Độ chính xác và tốc độ truyền tin (mâu thuẫn nhau)
Tham số đánh giá độ chính xác truyền tin : BER, SER
Tham số đánh giá tốc độ truyền tin: Dung lượng tổng cộng (tốc độ truyền tin) của
HT với một độ chính xác yêu cầu.
B (tốc độ truyền thông tin-bps) , L: Độ lặp cần thiết
Hiện tại B.L có giá trị từ vài trăm Mb/s-Km với các HT chuyển tiếp số hay cáp
đồng trục, tới hàng ngàn Gb/s-Km với các hệ thống cáp quang
-
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
8

-
Phân loại:
Trong HT truyền dẫn số: Các tín hiệu số nhận giá trị trọng một tập hợp hữu hạn
và trong một thời gian tồn tại hữu hạn
Khi tập giá trị bao gồm giá trị 0 và 1: HT nhị phân, tín hiệu được gọi là bít
Khi tập giá trị lớn hơn 2 ( giả sử M giá trị): Hệ thống M mức, tín hiệu gọi là
Symbol.
Gọi giá trị của Simbol thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk.
Tại đầu thu tín hiệu được khôi phục là D’k và có độ rộng T’k.
Nếu D’k khác Dk: Symbol bị lỗi
Nếu T’k khác T’k: T’k=Tk+δTk thì / δ/ được gọi là Jitter ( yêu cầu ≤ 5 %),các tín
hiệu truyền hình yêu cầu jitter ≤ 500 µs, nhạy cảm với jitter do mất đồng bộ khung
hình.
-
HT nhị phân: đặc trưng bởi Tỉ lệ lỗi bít BER hay xác suất lỗi bít ( yêu cầu thấp
nhất ≤ 10-4, - đối với dịch vụ điện báo truyền chữ)
Hệ thống đa mức: Đặc trưng bởi Tỷ lệ lỗi Symbol SER.
Độ giữ chậm tuyệt đối ( Độ trễ tín hiệu): yêu cầu ≤ 400ms
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
9
Chương 2
Kênh thông tin và Pha đinh đa đường
Bài 1: Kênh thông tin
2.1. Đặt vấn đề
Các cơ chế gây ra pha-đinh trong truyền dẫn vô tuyến điện được nghiên cứu
từ những năm 1950, Lý thuyết và các mô hình về kênh pha-đinh không ngừng
được phát triển và hoàn thiện.
Kiến thức cơ sở về kênh thông tin là tối cần thiết cho mọi quá trình nghiên cứu
và thiết kế các hệ thống thông tin vô tuyến.
Các nội dung phân tích sau này luôn gắn kết chặt chẽ với các tính chất của
kênh pha-đinh. Do đó, trước khi phân tích về các kỹ thuật truyền dẫn, mục này
trình bày các kiến thức cơ bản về kênh thông tin và hiện tượng pha-đinh đa
đường trên băng tần UHF, ảnh hưởng trực tiếp tới các hệ thống thông tin vô
tuyến trong mạng tế bào và mạng LAN.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
10
2.2. Các khái niệm cơ bản về Kênh thông tin
Kênh thông tin là thuật ngữ chỉ môi trường truyền sóng từ máy phát tới máy
thu. Khi nghiên cứu thiết kế các hệ thống thông tin, trước tiên người ta thường
khảo sát chất lượng của hệ thống trên kênh tạp âm Gauss trắng cộng tính
(AWGN).
Đây là kênh bao gồm các mẫu tạp âm có phân bố độc lập thống kê làm sai
lạc các dữ liệu không kể đến ISI. Tạp âm này được coi là có phổ rộng vô hạn
với mật độ phổ công suất bằng phẳng trên mọi dải tần .
Môi trường truyền sóng vô tuyến được coi là môi trường tự do, đồng đều và
không hấp thụ. Khoảng cách từ đường truyền dẫn tới mặt đất được xem là xa
vô cùng và sự phản xạ từ mặt đất coi như không đáng kể.
Trong mẫu không gian tự do lý tưởng đó, công suất tín hiệu nhận được có thể
ước lượng trước và hệ số suy giảm công suất phát được xác định theo công
2
thức:
 4d 
Ls d   

  
8/9/2023
(1.1)
- d là khoảng cách từ KT
máy
phát tới máy thu,  là bước sóng tín hiệu
Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
11
- Kênh đa đường: Trong thực tế, việc truyền dẫn tín hiệu hầu hết diễn ra trong tầng
khí quyển và gần với mặt đất. Mẫu giả thiết truyền dẫn trong không gian tự do trên
là không thoả đáng để mô tả đặc tính của kênh cũng như để đánh giá chất lượng
của hệ thống.
-Tín hiệu được truyền từ máy phát tới máy thu theo nhiều đường khác nhau (gọi là
truyền dẫn đa đường) gây ra hiện tượng thăng giáng ngẫu nhiên về biên độ, pha và
góc tới của tín hiệu thu, được gọi là pha-đinh đa đường.
- Ảnh hưởng của pha-đinh đa đường tới chất lượng tín hiệu truyền lớn hơn rất nhiều
so với ảnh hưởng của AWGN.
-Ba cơ chế gây ra truyền dẫn đa đường là phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ, được mô tả
tại hình1.1:
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
12
- Hiện tượng phản xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng nhẵn có
kích cỡ rất lớn so với bước sóng.
- Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền giữa máy phát và máy thu bị che
khuất bởi các vật chắn có kích cỡ lớn hơn so với bước sóng, gây ra các tia thứ cấp
phía sau vật chắn.
-Hiện tượng tán xạ xảy ra khi sóng vô tuyến va chạm vào một bề mặt gồ ghề hay
các vật thể có kích cỡ tương đương hoặc nhỏ hơn kích cỡ bước sóng làm đường
truyền tín hiệu bị phân tán ra nhiều phía.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
13
- Hiệu ứng Doopler (Xem thêm Trang 185- KT truyền dẫn)
- Là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đã phát đi, gây bởi
chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát.
- Tại máy thu, tần số tín hiệu nhận đuợc theo tia sóng thứ I là:
- f= fc+fd.cos фi.
Với:
- fc: tần số sóng mang
- Фi: góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu.
- fd: Độ dịch tần Doppler: fd= v.fc/c (c: vận tốc ánh sáng)
 Như vậy:
- Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên hoặc chuyển động vuông góc so với
máy phát thì tần số của tín hiệu thu mới không đổi so với tần số phát.
- Khi máy thu chuyển động dọc theo huớng truyền sóng cos=1 thì hiệu ứng
Doppler xảy ra mạnh nhất (máy thu đặt trên xe chuyển động trên xa lộ, an ten
phát được bố trí dọc theo sa lộ).
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
14
2.3. Phân loại cơ chế pha-đinh
2.3.1. Pha-đinh trên phạm vi rộng
Đặc trưng cho sự suy giảm công suất trung bình của tín hiệu do sự thay đổi vị trí trên
khoảng cách lớn, bị ảnh hưởng của địa hình và các vật chắn che khuất giữa máy phát
và máy thu. Các số liệu thống kê về pha-đinh trên phạm vi rộng được cộng vào lượng
suy hao đường truyền và thường được đánh giá bởi các giá trị trung bình của tín hiệu
thu qua các khoảng cách 10-30 lần chiều dài bước sóng .
2.3.2. Pha-đinh trên phạm vi hẹp
Đặc trưng cho các biến đổi nhanh về biên độ và pha của tín hiệu, được khảo sát trên
các thay đổi nhỏ theo vị trí không gian giữa máy phát và máy thu (cỡ 1/2 bước sóng
).
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
15
Mối quan hệ giữa  (t) với
pha-đinh trên phạm vi rộng m (t) và pha-đinh trên phạm vi hẹp r0 (t) .
(a) biểu diễn công suất của tín hiệu nhận được đối với sự thay đổi vị trí của anten
theo số nguyên lần bước sóng, là một hàm của  (t). Pha-đinh chuẩn log là một
hàm biến đổi tương đối chậm, trong khi r0 (t) là một hàm biến đổi nhanh theo thời
gian.
(a) pha-đinh trên phạm vi hẹp được cộng vào pha-đinh trên phạm vi rộng
(b) pha-đinh trên phạm vi rộng được bỏ qua để thấy rõ tác động của pha-đinh trên
phạm vi hẹp r0 (t) lên tín hiệu.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
16
Khi ước lượng tổn hao đường truyền để dự trữ năng lượng tín hiệu, cần quan tâm tới các thành
phần:
•
Tổn hao đường truyền trung bình, là một hàm theo khoảng cách.
•
Dự trữ pha-đinh trên phạm vi rộng.
•
Dự trữ pha-đinh trên phạm vi hẹp.
- Khi tín hiệu thu được tạo thành bởi thành phần tín hiệu trội (điển hình là tia truyền thẳng LOS)
cộng với vô số các tín hiệu phản xạ, biên độ đường bao được mô tả bằng hàm mật độ xác suất
Rice
Khi đó pha-đinh được gọi là pha-đinh Rice
Phân bố Rice thường được đặc trưng bởi tham số k, là tỉ số giữa công suất tia trội đối với công
suất tín hiệu đa đường và được xác định bởi :
k=A2/(22)
- 2 : công suất trung bình trước tách sóng của tín hiệu đa đường.
- A: biên độ đỉnh của thành phần tín hiệu không bị pha-đinh
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
17
-Khi biên độ của tia trội tiến đến 0, hàm mật độ xác suất Rice tiệm cận tới hàm mật độ Rayleigh:
-Với một đường truyền đơn, hàm mật độ xác suất Rayleigh biểu diễn hàm mật độ xác suất của
công suất tín hiệu nhận được trong trường hợp pha-đinh xấu nhất.
2.4. Các loại Small Fading
2.4.1. Phân loại pha-đinh do cơ chế trải trễ (phân theo thời gian trễ của tín hiệu)
-Căn cứ vào tương quan giữa thời gian trễ cực đại Tm và thời gian symbol Ts.
-Nếu Tm<Ts: kênh gọi là pha-đinh không chọn lọc theo tần số hay pha-đinh phẳng. Trong
trường hợp này kênh không gây méo ISI, nhưng chất lượng của tín hiệu truyền bị suy giảm do
các thành phần đa đường khi cộng trừ véc-tơ với nhau sẽ làm tổn hại đến SNR.
-Nếu Tm > Ts: Kênh được gọi là pha-đinh chọn lọc theo tần số, khi các thành phần đa đường
nhận được của một symbol nằm ngoài khoảng thời gian của symbol đó. Kênh như vậy còn
được gọi là kênh gây ISI.
-
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
18
-Băng thông tương quan f0: là giới hạn thống kê của dải tần số mà kênh cho qua toàn bộ các
thành phần phổ với độ suy giảm và xoay pha xấp xỉ như nhau. Xấp xỉ f0  1/ Tm.
- Trong đó, tốc độ symbol 1/Ts thông thường được lấy bằng tốc độ truyền hay băng thông của
tín hiệu W. Trong thực tế W có thể khác 1/Ts do hệ thống lọc hoặc dạng điều chế dữ liệu
(QPSK, MPSK, trải phổ....)
-Khi : W < f0 - kênh được coi là không chọn lọc theo tần số (hay pha-đinh phẳng). - Khi đó, mọi
thành phần phổ của tín hiệu được tác động bởi kênh theo cùng một cách thức. Băng thông
tương quan của kênh f0 đặt ra giới hạn trên cho tốc độ truyền tín hiệu mà không cần dùng bộ
san bằng tại máy thu.
-Nếu: W > f0 Kênh được coi là pha-đinh chọn lọc theo tần số
- Méo do pha-đinh chọn lọc theo tần số xảy ra khi các thành phần phổ của tín hiệu bị tác động
khác nhau bởi kênh truyền. Các thành phần phổ tín hiệu bị nằm ngoài băng thông tương quan f0
sẽ bị tác động khác so với các thành phần nằm trong f0.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
19
2.4.2. Phân loại pha-đinh do trải Doppler (theo biến đổi của kênh do chuyển động)
-Sự phân tán trên đặc trưng cho đặc tính trải theo thời gian của tín hiệu trong một vùng cục bộ.
Tuy nhiên chúng không thể hiện tính chất thay đổi theo thời gian của kênh do chuyển động
tương đối giữa máy thu và máy phát, hoặc do chuyển động của các vật thể trong kênh, gây ra
các biến đổi về biên độ và pha tín hiệu tại máy thu.
- Gọi thời gian tương quan T0 là khoảng thời gian giới hạn mà trong đó đáp ứng xung không
biến đổi như mong muốn.
- Ts là khoảng thời gian phát của symbol
- T0> Ts: kênh được gọi là pha-đinh chậm. Tình trạng của kênh hầu như không đổi trong quá
trình symbol được phát đi. Việc truyền các symbol không bị méo xung mà chỉ bị tổn hao về
SNR, tương tự như pha-đinh phẳng.
-Nếu T0< Ts : pha-đinh nhanh. Khi đó đặc trưng pha-đinh của kênh có thể thay đổi nhiều lần
trong khoảng thời gian phát symbol, dẫn đến méo dạng xung băng gốc gây ra BER không thể
giảm nhỏ được bằng cách tăng SNR.
- Các xung bị méo gây ra những khó khăn cho đồng bộ (như gây sai lỗi cho vòng khoá pha của
máy thu) và thiết kế những bộ lọc phối hợp.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
20
- Đặc tính biến đổi theo thời gian của kênh cũng có thể được mô tả trên miền tần số (còn gọi là
miền dịch tần Doppler).
- Khi máy di động chuyển động cùng hoặc ngược chiều nhau, độ dịch tần:
Fd =V/
- V là vận tốc tương đối của phương tiện,  là chiều dài của bước sóng (= c/fc). Fd có giá trị
dương nếu máy thu và máy phát chuyển động ngược nhau, có giá trị âm nếu chúng chuyển
động ra xa nhau. Với các chuyển động vuông góc, độ dịch tần bằng 0.- Trải Doppler fd và thời gian tương quan của kênh T0 tỉ lệ nghịch với nhau, có thể lấy xấp xỉ: T0
1/ fd
- Kênh coi là pha-đinh chậm nếu tốc độ tín hiệu lớn hơn tốc độ pha-đinh.
Khi đó: W > fd
(hay Ts < T0)
-pha-đinh nhanh nếu tốc độ symbol 1/Ts (xấp xỉ tốc độ truyền tín hiệu hay băng thông tín hiệu
W) thấp hơn tốc độ pha-đinh 1/T0 (xấp xỉ fd): W < fd (hay Ts> T0).
*Tom tat:
-Tm<Ts<To: FDF,FDC
-Fo>W>Fd:: FDF, FDC
2.4.3.Tóm tắt các cơ chế gây Fading hẹp
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
21
CƠ CHẾ FADING
Fading rộng
Trên thay đổi lớn
về vị trí
Suy giảm tín
hiệu trung bình
theo khoảng cách
Sự thay đổi
giá trị trung binh
Mô tả miền
thời gian trễ
Fading phẳng
Tm<Ts
Fading hẹp
trên thay đổi nhỏ
về vị trí
Mô tả miền
Tần số
biến đổi
theo thời gian
của kênh
Mô tả miền
thời gian
Mô tả miền
Trải Doppler
Fading chậm
Fd<W
Fading
chọn lọc tần số
Fading phẳng
W<B(Fo)
8/9/2023
Trải theo thời gian
Trễ của tín hiệu
Fading
chọn lọc tần số
Fading chậm
To(Td)>Ts
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
Fading nhanh
Fading nhanh
22
Tóm lại:
-Do méo tín hiệu: băng thông tương quan f0 đặt ra giới hạn trên cho tốc độ truyền tín hiệu tránh
méo do pha-đinh chọn lọc tần số.
- Do trải Doppler: fd đặt ra giới hạn dưới cho tốc độ truyền tín hiệu tránh méo do pha-đinh
nhanh.
Fd<W<B(Fo)
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
23
 Đường cong dưới cùng, dạng hàm mũ biểu diễn BER, dùng cho các kênh AWGN.
 Đường cong nằm giữa được coi là giới hạn Rayleigh mô tả sự suy giảm chất lượng
hệ thống do tổn hao về Eb /N0 do pha-đinh phẳng hay pha-đinh chậm (gần như giảm
tuyến tính theo Eb /N0, được coi như trường hợp “xấu”. Các tham số Pb và Eb /N0
trung bình được dùng để biểu diễn giá trị trung bình của các đại lượng này do sự thay
đổi thăng giáng của pha-đinh.
 Đường cong tiến tới tỉ lệ lỗi không thể giảm nhỏ được, mô tả tình trạng “tồi tệ” của
kênh, khi đó xác suất lỗi bít gần như bằng 0.5. Hiện tượng này mô tả ảnh hưởng của
pha-đinh chọn lọc theo tần số hay pha-đinh nhanh. Khi đó không thể tăng Eb/N0 để
giảm nhỏ BER mà chỉ có thể thực hiện bằng cách dùng các biện pháp giảm méo do
pha-đinh ( mã hóa, xáo trộn).
2.5.Tác hại và các phương pháp xử lý Fading
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
24
-
Cơ chế trễ theo thời gian
do truyền dẫn đa đường
Cơ Cơ
chếchế
biến
biến
đổiđổi
tần số
theo
theo
thời
tôcgian
độ
do
do chuyển
chuyểnđộng
động
Fading phẳng (Tổn hao SNR)
Ts>Trải trễ Tm
Fading chậm
( Doppler thấp, tổn hại SNR)
Tốc độ fading kênh
Fd< Tốc độ Sym (W)
Miền thời
Gian trễ
Fading chọn lọc tần số
(méo ISI, cắt xén xung,
BER không giảm được
Miền
Tần số
8/9/2023
Fading nhanh
(Doppler cao, Lỗi PLL,
BER không giảm được)
Fading phẳng
(tổn hại SNR)
Băng thông tương quan kênh
B > tốc độ symbol W
Fading chậm
( Doppler thấp, tổn hại SNR)
Thời gian tương quan kênh
To(Td) > thời gian symbol Ts
Fading chọn lọc tần số
(méo ISI, cắt xén xung,
BER không giảm được
Fading nhanh
(Doppler cao, Lỗi PLL,
BER không giảm được)
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
Miền
Dịch tần
Doppler
Miền
thời gian
25
Khi băng thông tín hiệu càng rộng so với băng thông tương quan của kênh, tính chất
chọn lọc theo tần số càng rõ rệt, gây tổn hại nghiêm trọng đến chất lượng truyền dẫn
2.6. Vai trò của OFDM với Fading nhanh và và Fading chọn lọc theo tần số
- Để giảm méo do pha-đinh chọn lọc theo tần số, ngoài cách dùng các bộ lọc san
bằng và các KT trải phổ thì OFDM là một phương pháp rất hiệu quả.
- Trong hệ thống đơn sóng mang, pha-đinh hoặc xuyên nhiễu đơn có thể gây ảnh
hưởng tới toàn bộ dữ liệu được phát đi.Nhưng trong hệ thống OFDM, do việc truyền
dữ liệu được thực hiện trên nhiều sóng mang nên chỉ một phần dữ liệu bị ảnh hưởng.
Sau khi thu, phần dữ liệu sai sẽ được khắc phục bằng các mã sửa sai.
- Mặt khác, nhờ việc truyền dữ liệu được thực hiện đồng thời trên một số các sóng
mang trực giao nhau nên băng tần được tiết kiệm một cách đáng kể.
- Trong ứng dụng thực tiễn, với một trải trễ xác định, việc xây dựng một hệ thống
OFDM ít phức tạp hơn nhiều so với một hệ thống sóng mang đơn dùng bộ san bằng
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
26
Chương 3
Kỹ thuật OFDM
3.1. Khái niệm, sự phát triển và vai trò của OFDM
3.1.1. Sự phát triển của OFDM
Giai đoạn I : Nghiên cứu thử nghiệm và hoàn thiện
1966
: Patent US số 3,488,445 về OFDM của Robert Chang , Bell
1971
: S.B Weistein, Paul Ebert dề xuất sử dụng DFT, FFT và CP.
Giai đoạn II : Ứng dụng trong các hệ thống truyền thông băng rộng
1990 : Các hệ thống truyền dẫn số HDSL1.6 Mbps, ADSL 6Mbps, VDSL
100Mbps.
1995-1997 : Chuẩn ETSI Châu Âu cho các hệ thống DAB, DVB-T,
1999-2002: Chuẩn IEEE 802.11a/g cho WAN(WI-Fi) 5/2.4MHz, 54Mbps
Giai đoạn III : Nâng cao chất lượng, mở rộng các ứng dụng băng rộng và UWB
2004
: Chuẩn IEEE 802.16 cho W-MAN (Wi-MAX ), IEEE 802.11.n cho
WLAN/MIMO200-540Mbps, IEEE 802.15.3.a cho UWB-WPAN/MB-OFDM
2006
8/9/2023
:ứng cử viên có triển vọng nhất cho thế hệ thông tin 4G
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
27
3.1.2. Khái niệm OFDM
Kỹ thuật truyền dữ liệu song song và FDM bắt đầu phổ biến vào những năm 60.
Toàn bộ băng tần tín hiệu được chia thành N kênh con. Mỗi kênh điều chế một symbol MPSK hoặc M-QAM khác nhau.
Trên miền tần số, các sóng mang được bố trí cách nhau một khoảng cách về tần số
(khoảng tần số phòng vệ) sao cho có thể thu được tín hiệu bằng cách sử dụng các bộ lọc
và các bộ giải điều chế thông thường.
Khoảng tần số phòng vệ dẫn đến không tận dụng phổ tần một cách hiệu quả.
Ý tưởng ghép kênh phân chia theo các tần số gối nhau, nhằm sử dụng tối đa băng thông
và tăng khả năng chống pha-đinh chọn lọc theo tần số: các sóng mang được sắp xếp sao
cho điểm cực đại của phổ sóng mang này tương ứng điểm cực tiểu của phổ sóng mang
khác. (các sóng mang phải trực giao nhau về mặt toán học).

có thể tiết kiệm 50% băng thông.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
28
3.2. Bản chất OFDM
Là một trường hợp đặc biệt của phương thức phát đa sóng mang theo nguyên lý
chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành các dòng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời
trên một số các sóng mang được phân bổ trực giao nhau.
- Máy thu đóng vai trò như một tập hợp các bộ giải điều chế. Tín hiệu sau giải điều chế
được tích phân trong khoảng thời gian symbol để khôi phục dữ liệu.
- Nếu các sóng mang được chuyển xuống kế tiếp nhau, trên miền thời gian sẽ có toàn
bộ chu trình trong khoảng thời gian symbol T.
- Quá trình tích phân sẽ có kết quả bằng 0 với các sóng mang khác nếu khoảng cách
giữa các sóng mang là 1/2T( Lệch pha 900) (trực giao nhau).
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
29


Weistein và Ebert : Áp dụng DFT vào các HT truyền dữ liệu song song với tư cách
là một phần của quá trình điều chế và giải điều chế. (1971).
- Việc sử dụng DFT tại máy thu và tính toán các giá trị tương quan tại tần số trung tâm
của mỗi sóng mang sẽ khôi phục được dữ liệu phát đi mà không bị xuyên nhiễu bởi các
sóng mang khác.
Nhờ kỹ thuật đa sóng mang dựa trên DFT, OFDM đạt được hiệu quả không phải bằng
lọc giải thông mà nhờ quá trình xử lý băng gốc .
- Phổ biên độ của xung vuông bằng sinc(fT), và bằng 0 tại các tần số f bằng số
nguyên lần của 1/T. ( hình 1.5)
- Tại điểm cực đại của mỗi phổ sóng mang, phổ của các sóng mang khác bằng 0. Mỗi
máy thu OFDM tính toán cần thiết sao cho giá trị phổ tại các điểm đó tương ứng với
cực đại của các sóng mang riêng biệt, có thể giải điều chế từng sóng mang dễ dàng và
tránh khỏi xuyên nhiễu của các sóng mang khác.
- Ứng dụng IFFT và FFT cho máy phát và máy thu làm giảm đáng kể số phép tính
trong quá trình thực hiện.
- Việc số hoá hoàn toàn phần cứng thực hiện biến đổi FFT và những tiến bộ trong
công nghệ VLSI tạo những chip FFT có dung lượng lớn, tốc độ cao và có khả năng
thương phẩm.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
30

IFFT làm giảm đáng kể tổng số các phép tính bằng cách lợi dụng quy tắc của các thao tác
trong IDFT. Việc sử dụng thuật toán bậc 2 và IFFT N điểm chỉ cần có (N/2).log2(N) phép
nhân phức. (Ví dụ với phép biến đổi 16 điểm, 256 phép nhân của IDFT được thay bởi với
32 phép nhân của IFFT, giảm hơn 8 lần).
•
Sự khác nhau này tăng lên khi số lượng các sóng mang lớn lên, vì sự phức tạp của IDFT
tăng theo bình phương N, trong khi sự phức tạp của IFFT chỉ tăng nhanh hơn quy luật
tuyến tính một chút .
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
31
3.3. Các biện pháp kỹ thuật trong OFDM
3.3.1. Chèn khoảng thời gian phòng vệ Tg
- Một trong những lý do quan trọng nhất để sử dụng OFDM là hiệu quả của nó trong xử lý
trải trễ đa đường. (chia dòng dữ liệu đầu vào thành Ns sóng mang, Ts tăng Ns lần, tương tự
trải trễ đa đường giảm Ns lần so với Ts )
- Khoảng thời gian phòng vệ được chọn lớn hơn trải trễ dự đoán để cho các thành phần đa
đường từ một symbol không gây nhiễu tới symbol bên cạnh (ISI)
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
32
3.3.2. Chèn tiền tố vòng CP (Cyclic Prefix)
- Thời gian phòng vệ Tg có thể để trống và không truyền tín hiệu, tuy nhiên khi đó
ICI sẽ tăng lên vì chúng không còn trực giao nữa.
- VD chỉ có sóng mang 1 không bị trễ và sóng mang 2 bị trễ. Khi máy thu OFDM
giải điều chế sóng mang 1, nó sẽ thu cả nhiễu từ sóng mang 2 vì trong khoảng
FFT không đảm bảo số nguyên lần sự khác nhau về chu kỳ giữa sóng mang 1 và
2.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
33
- Để loại trừ ICI, symbol OFDM cần được kéo dài theo chu kỳ trong thời gian
phòng vệ
 Đảm bảo các bản sao bị trễ của symbol OFDM luôn có 1 số nguyên về chu
kỳ giữa khoảng cách FFT, miễn là độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ.
 Các tín hiệu đa đường có độ trễ nhỏ hơn thời gian phòng vệ không gây ra ICI.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
34
- Trong thực tế, một phần tín hiệu trong khoảng thời gian symbol được copy và
chèn vào phía trước khoảng thời gian FFT để tạo ra khoảng thời gian phòng vệ
(Tg), phần tín hiệu này sẽ bị loại bỏ tại máy thu để loại trừ ISI và ICI
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
35

Kết quả mô phỏng
Giản đồ sao của tín hiệu 16-QAM không bị méo khi trễ đa đường nằm trong khoảng thời
gian phòng vệ.
- Khi trễ đa đường vượt quá thời gian phòng vệ là 3% của thời gian FFT, các sóng mang
không còn trực giao, nhưng xuyên nhiễu vẫn đủ nhỏ và có thể nhận ra dạng của giản đồ
hình sao.
- Khi trễ đa đường vượt quá thời gian phòng vệ là 10% thời gian FFT, xuyên nhiễu lớn tới
mức giản đồ hình sao bị phân tán trầm trọng, gây ra tỷ lệ lỗi không chấp nhận được.
8/9/2023
Giản đồ hình của tín hiệu OFDM với kênh đa đường 2 tia
tia thứ 2KT
thấp
hơn
6 dB
soCông
với Hùng
tia thứ nhất
Truyền
dẫn số
- TS Đỗ
36
3.4. Sơ đồ khối băng gốc hệ thống OFDM
-
-
Tuyến phát: chuỗi DL được biến đổi từ nối tiếp sang song song, tới bộ ánh xạ điều chế MPSK hoặc M-QAM; được chuyển từ miền tần số sang miền thời gian nhờ bộ biến đổi IFFT,
khoảng phòng vệ được chèn vào symbol OFDM để chống ISI.
Nhánh thu: việc xử lý tín hiệu số bắt đầu với giai đoạn huấn luyện để xác định thời gian
symbol và độ dịch tần.
FFT được sử dụng để giải điều chế các sóng mang. Đầu ra của FFT bao gồm Ns giá trị MPSK hoặc M-QAM, chúng được giải điều chế để tạo ra các dữ liệu ra nhị phân. Để ánh xạ
được các giá trị QAM thành các giá trị nhị phân đúng, cần phải thu được pha và biên độ
tham
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
37
8/9/2023chiếu của các sóng mang.
3.5. Thiết kế và lựa chọn các tham số OFDM

- Các yêu cầu của hệ thống bao gồm: Băng thông có sẵn, tốc độ bit yêu cầu, trải trễ chấp
nhận được và các giá trị Doppler.
- Các tham số OFDM cơ bản cần được xác định: Khoảng cách giữa các sóng mang, dạng
điều chế cho sóng mang, dạng mã hoá sửa lỗi hướng đi.
- Một số trong số các các yêu cầu đặt ra mâu thuẫn với nhau: khi cần có dung sai trải trễ
tốt, người ta muốn dùng nhiều sóng mang với khoảng cách sóng mang nhỏ, nhưng đối
ngược với dung sai này là trải Doppler và tạp âm pha.
Việc lựa chọn các tham số của OFDM cần được dung hoà giữa các yêu cầu để có sự
kết hợp tốt nhất. Thông thường, ta chú ý tới 3 yêu cầu cơ bản ban đầu là: Băng thông, tốc
độ bit và trải trễ.
Cụ thể :
Trước hết , Trải trễ quyết định trực tiếp tới thời gian phòng vệ. Theo quy luật thông thường
thời gian phòng vệ cần chọn từ 2 tới 4 lần của trải trễ trung bình rms. Giá trị này phụ thuộc
vào dạng mã hoá và điều chế M-QAM. Giá trị bậc M càng cao, hệ thống sẽ càng nhạy với
ICI và ISI.
-
Việc sử dụng các bộ mã mạnh có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của xuyên nhiễu đó.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
38
- Khi thời gian phòng vệ đã được xác định, thời gian symbol cũng giữ nguyên. Để giảm nhỏ
sự thiệt hại tỷ số tín trên tạp gây bởi thời gian phòng vệ, ta cần thời gian symbol rộng hơn
thời gian phòng vệ. (không thể lớn tuỳ tiện vì khoảng thời gian symbol rộng có nghĩa là có
nhiều sóng mang với khoảng cách sóng mang nhỏ hơn, việc thực hiện phức tạp hơn, nhậy
cảm hơn đối với tạp âm pha và sự dịch tần, cũng như tỷ số công suất đỉnh trên trung bình
tăng lên.
- Trong thực tế cần chọn khoảng thời gian symbol ít nhất là gấp 5 lần thời gian phòng vệ
-
Sau đó, số lượng các sóng mang được xác định theo chỉ tiêu băng thông -3dB, xác định bởi
khoảng cách sóng mang. Khoảng cách sóng mang tính bằng nghịch đảo của khoảng cách
symbol trừ đi thời gian phòng vệ.
-
Số lượng các sóng mang có thể được chọn bằng tốc độ bit yêu cầu, được chia thành tốc độ
bit trên một sóng mang. Tốc độ bit trên một sóng mang được xác định bởi bậc điều chế, tốc
độ mã hoá và tốc độ symbol.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
39
3.6. Ưu-nhược điểm của OFDM.
Khi so sánh với các hệ thống đơn sóng mang






Các ưu điểm cơ bản:
OFDM là một biện pháp hiệu quả trong sử dụng băng tần, chống lại pha-đinh chọn lọc
theo tần số và xử lý ISI do đa đường trong truyền dẫn băng rộng.
OFDM có khả năng rất mạnh chống lại xuyên nhiễu băng hẹp, bởi vì tác động của
xuyên nhiễm đó chỉ ảnh hưởng tới một phần trăm nhỏ của các sóng mang, các bít bị
sai có thể được khôi phục bằng cách sử dụng các bộ mã sửa lỗi.
Với một trải trễ xác định, việc thực hiện ít phức tạp hơn đáng kể so với hệ thống sóng
mang đơn sử dụng bộ san bằng.
Do đó OFDM đặc biệt hấp dẫn với các ứng dụng truyền thông và tạo ra khả năng thực
thi cho mạng vô tuyến.
Nhược điểm so với hệ thống đơn sóng mang:

OFDM nhạy hơn đối với dịch tần số và tạp âm pha do thời gian symbol tăng.

OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh/ trung bình tương đối lớn, làm giảm hiệu quả công suất
của bộ khuếch đại RF.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
40
2.7. Các ứng dụng cơ bản của OFDM.
1957: Hệ thống thông tin quân sự Kineplex sử dụng modem đa sóng mang trên HF.
1966: Patent US số 3,488,445 về OFDM của Chang. R, phòng thí nghiệm của Bell .
1971: Weinstein và Ebert đề xuất sử dụng FFT và khoảng thời gian phòng vệ.
1985: Cimini biểu diễn các ứng dụng của OFDM cho thông tin di động
1987: Alard & Lasalle: COFDM cho phát thanh và truyền hình số.
1988: Thử nghiệm đường truyền vô tuyến bằng OFDM tại Paris.
1990: Thử nghiệm OFDM tại Princeton, USA
1992: Thử nghiệm thiết bị OFDM thế hệ 2 với tốc độ 70 Mbit/s trên kênh 8 MHz tại
Wuppertal, Germany
1992: Thử nghiệm thiết bị OFDM thế hệ 2 với BBC, London, UK.
1993: Triển lãm hệ thống 4 kênh TV và một kênh HDTV trên kênh 8MHz.
1993: Morris thử nghiệm hệ thống wireless LAN -OFDM 150Mbit/s
1995: Chuẩn đầu tiên ETSI tại châu Âu cho hệ thống DAB sử dụng OFDM .
1997: Chuẩn ETSI cho hệ thống DVB-T.
1998: Dự án Magic WAND sử dụng các modem OFDM cho wireless LAN .
1999: chuẩn IEEE 802.11a cho wireless LAN (Wi-Fi) với tốc độ truyền tới 54Mbps, băng
thông 20Mhz trên băng tần 5Mhz.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
41
2000: Bản quyền truy nhập mạng wireless cố định (V-OFDM, Flash-OFDM, etc.)
2002: Chuẩn IEEE 802.11g cho wireless LAN với tốc độ truyền tới 54Mbps, băng thông
20Mhz trên băng tần 2.4 Mhz.
2004: Chuẩn IEEE 802.16-2004 cho wireless MAN (WiMAX)
2004: Chuẩn ETSI cho hệ thống DVB-H
2004: Chuẩn IEEE 802.11n cho mạng wireless LAN thế hệ mới với tốc độ truyền từ 200540Mbps trên băng tần 2, 4 và 5Mh nhờ sự kết hợp của OFDM và công nghệ MIMO.
2004: Chuẩn IEEE 802.15.3a cho hệ thống UWB- wireless PAN sử dụng MB-OFDM
2005: Ứng cử viên cho các chuẩn tế bào di động 3.75G (3GPP & 3GPP2 Long Term
Evolution)) với tên gọi là High Speed OFDM Packet Access (HSOPA)
2006: Ứng cử viên cho các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ 4G
Sự phát triển của OFDM liên tục theo các mốc thời gian như trên chứng tỏ rằng đây là
một giải pháp hữu hiệu và được ứng dụng rộng rãi không chỉ cho các hệ thống
thông tin băng rộng mà còn cả cho hệ thống thông tin băng cực rộng (UWB).
2010: Ứng dụng OFDM cho các hệ thống 4G cùng công nghệ MIMO
Các biện pháp nâng cao chất lượng hệ thống OFDM là một chủ đề hiện được các
nhà khoa học trên thế giới hết sức tập trung nghiên cứu. Một trong những hướng
nghiên cứu mới về OFDM là OFDM thích nghi (AOFDM).
Các nội dung cơ bản của AOFDM sẽ được phân tích cụ thể trong mục tiếp theo.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
42
3.7. OFDM thÝch nghi
3.7.1. ý tëng vµ ®iÒu kiÖn OFDM thÝch nghi
-
Trªn c¸c kªnh pha ®inh chän läc theo tÇn sè: ¶nh hëng cña pha ®inh tíi c¸c sãng
mang con lµ kh¸c nhau, ®Æc tÝnh BER trªn c¸c sãng mang con lµ kh¸c nhau

ý tëng AOFDM: Trong điÒu kiÖn kªnh biÕn ®æi chËm, cã thÓ t¨ng chÊt lîng cña
hÖ thèng OFDM b»ng c¸ch thay ®æi c¸c tham sè ph¸t trªn c¸c sãng mang thÝch
nghi theo ®iÒu kiÖn truyÒn.
3.7.2. Chu tr×nh thÝch nghi
•
¦íc lîng kªnh (Channel Estimation).

Thay ®æi tham sè thÝch nghi (Parameter Adaptation)
•
B¸o hiÖu tham sè (Signaling Parameters)
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
43
1. Ước lượng kênh
-
Xác định hàm truyền đạt của kênh trên các băng con.
Phương pháp sử dụng các sóng mang Pilot
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
44
2. Các phương thức báo hiệu

Báo hiệu vòng hở
MS
Đánh giá chất lượng kênh
quan sát được và quyết
định dạng truyền của TX tại
chỗ

Downlink
Các dạng điều chế
tín hiệu được sử
dụng bởi BS
BS
Đánh giá chất lượng
kênh nhận được và quyết
định dạng truyền của TX
tại chỗ
Báo hiệu vòng kín
MS
Đánh giá chất lượng kênh
quan sát được và báo hiệu
dang truyền yêu cầu tới
BSTX
8/9/2023
Downlink
Các dạng điều chế tín hiệu được
sử dụng bởi MS
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
BS
Đánh giá chất lượng kênh
quan sát được và báo
hiệu dang truyền yêu cầu
tới MSTX
45
3. thích nghi tham so

Mã hóa thích nghi…..

Thích nghi tham số OFDM….

Điều chế thích nghi
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
46
ThÝch nghi tham sè (Parameter Adaptation)
•
Adaptive Modulation : ThÝch nghi c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ
bËc cao theo SNR trªn c¸c sãng mang
(Steele, Webb -1991)
•
Adaptive Coding : ThÝch nghi c¸c tham sè m· ho¸
theo SNR trªn c¸c sãng mang
(Sampei, Gold Smith, Pearce, Hanzo...- 2000) ,
- ThÝch nghi tham sè OFDM (Lai Lifeng-2003)
•
8/9/2023
Adaptive Mapping :  §Ò xuÊt trong luËn ¸n TS
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
47
Chương 4. Lý thuyết về điều chế đa mức
4.1. Đặt vấn đề
Nhu cầu về dung lượng của HTTT
Nhu cầu về điều chế thích nghi trên kênh chọn lọc theo tần số

Vai trò điều chế đa mức
4.2. Phân biệt HTTT nhị phân và đa mức
CU LY BIT 1
01
CU LY BIT 1
01
4.3. Các bộ điều chế M-PSK
- Ánh xạ giữa tập bit được truyền và tập symbol tín hiệu
11
00
10
00
- Mỗi Symbol tín hiệu tương ứng với
log M bit Data
11
10
Điều chế QPSK
- Xét bộ ánh xạ Gray, SP
CU LY BIT 1
010
CU LY BIT 1
011
- Mỗi Symbol truyền đi tương ứng
010
011
001
với 2 bit Data
110
000
001
100
000
Điều chế 8-PSK
- Xét bộ ánh xạ Gray, SP
111
- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 3 bit Data
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
100
101
101
111
110
48
CULY BIT 2
10
4.4. Các bộ điều chế M-QAM
- Ánh xạ giữa tập bit truyền và tập symbol tín hiệu
- Mỗi Symbol tín hiệu tương đương với log2 M bit Data
Điều chế 4-QAM
01
00
- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 2 bit Data
- Xét sự tương đương với 4-PSK/QPSK
Điều chế 16-QAM
11
- Xét bộ ánh xạ Gray, SP
- Mỗi Symbol truyền đi tương đương với 4 bit Data
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
1111
CU LY BIT 1
1011
1010
1110
0111
0011
0010
0110
0101
0001
0000
0100
1101
1001
1000
1100
49

Nhận xét: ( xem thêm trang 130 KT truyền dẫn số)
-
Để cùng đạt được một BER đã cho, với M>8, EQ sẽ lợi hơn Ep ( với EQ là
năng lượng max của tín hiệu QAM, do đó năng lượng trung bình của tín
hiệu M-QAM sẽ còn bé hơn).
-
Với hệ thống có dung lượng lớn ( tốc độ bít lớn) người ta thường sử
dụng các bộ điều chế đa mức để tiết kiệm phổ tần như 2,4,8 PSK, hay
4, 16, 64…QAM
-
Trong hệ thống điều chế đa mức người ta còn đánh giá sai lỗi của hệ
thống qua chỉ số SER (Symbol Error Rate)
-
Trong hệ thống M mức, mỗi symbol gồm k bít (k=log2M)
SER/k≤BER≤SER
BER=SER/log2M
4.5.Ứng dụng các bộ điều chế đa mức trong HTTT
-
Ứng dụng trong OFDM thích nghi
-
Ứng dụng trong OFDM-BICM-ID ánh xạ thích nghi
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
50
4.6. Mô phỏng các HTTT và HT điều chế đa mức
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
51
Thuật toán thích nghi
Ban đầu với mức SNR = 0
BPSK
BPSK
Tăng SNR = 0,1,2,..,35
S
Đ
Tăng mức điều chế: QPSK, 8PSK,
16QAM, 64QAM….
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
52
Kết quả BER của hệ thống OFDM
trên kênh pha đinh Rice có hệ số k=32 , D=40
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
53
Kết quả BER của hệ thống OFDM thích nghi
với BER mục tiêu là 10-4 trên kênh pha đinh Rice có hệ số k=32 ,
D=40 .
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
54
Kết quả số bít trung bình trên 1 sóng mang con BPSc
Hệ thống AOFDM với BER mục tiêu 10-4
trên kênh pha đinh Rice có hệ số k=32 , D=40
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
55
Tóm tắt 4 chương
Các nội dung đã trình bày





Phân tích cơ sở lý thuyết kênh truyền dẫn đa đường
Cơ sở lý thuyết Điều chế đa mức
Cơ sở lý thuyết hệ thống OFDM
Cơ sở lý thuyết thích nghi
Xây dựng mô hình và khảo sát chất lượng BER của hệ thống OFDM, OFDM Thích
nghi trên kênh fading đa đường có sự tác động đồng thời của Tạp âm Gauss.
4.7. Vai trò của mã hóa trong HTTT và HT điều chế đa mức
-
Vai trò của mã hóa trong HTTT
Vai trò của mã hóa trong HT điều chế đa mức
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
56
ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ
CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
MÃ KÊNH
TS: Đỗ Công Hùng
Tháng 8 - 2015
8/9/2023
57
Mục tiêu chương trình
- Nắm chắc các nội dung của Mã kênh
- Làm cơ sở nghiên cứu ứng dụng trong các môn học chuyên ngành như
TT Di động, TT vệ tinh, TT quang….
Nội dung
•Lý thuyết cơ bản về Mã hoá
• Mã CRC,
• Mã khối
• Mã xoắn,
• Mã Turbo
•BICM-ID)
• Phân tích kênh vật lý trong LTE
8/9/2023
58
Tài liệu học tập
Giáo trình
1. Đỗ Công Hùng, (2011) , chuyên đề mã kênh, Đại Học Thành Đô,
Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Nguyễn Quốc Bình, (2000), Kỹ thuật truyền dẫn số, Học viện Kỹ thuật Quân sự.
2. Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, Đỗ Công Hùng, (2006) “Tối đa hóa dung
lượng thông tin cho hệ thống OFDM bằng các giải pháp thích nghi”, Tạp chí Bưu
chính Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông, kỳ 1.
3. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Giải pháp thích
nghi cho hệ thống OFDM bằng BICM-ID với các bộ ánh xạ tín hiệu khác nhau”,
Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 116.
4. Nguyễn Tùng Hưng, Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Phạm Văn Bính, (2003),
“Tính toán chất lượng của mã chập nhị phân có loại bỏ xen kẽ”, Tạp chí Khoa học
và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 103.
5. Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cường, Nguyễn Quốc Bình, (2006), “Nâng cao Chất
lượng Hệ thống OFDM bằng BICM-ID”, Chuyên san Các công trình nghiên cứuTriển khai Viễn thông và Công nghệ thông tin, Bộ Bưu chính Viễn thông.
8/9/2023
59
Tiếng Anh
1. Amoroso. F., (1987), “Instantaneous Frequency Effects in a Doppler Scattering
Environment,” IEEE International Conference on Communications, pp. 1458-66.
2. Benedetto. S. and Biglieri E., (1999), Principles of Digital Transmission With
Wireless Applications, New York: Kluwer Academic.
3. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications,
Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall .
4. Greenwood. D. and Hanzo, L., (1994), Characterization of Mobile Radio Channels,
Mobile Radio Communications, edited by R. Steele , London: Pentech Press.
5. Hanzo. L., Webb W., and Keller. T.,(2000), Single-and Multi-Carrier Quadrate
Amplitude Modulation, New York: IEEE Press/Wiley.
6. Hara.S., Prasad R., (2003), Multi-carrier Techniques for 4G Mobile
Communications, Artech House, Boston, London.
7. Hata. M., (1980) “Empirical Formulae for Propagation Loss in Land Mobile Radio
Services,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. VT-29, no. 3, pp. 317-25.
8. Do Cong Hung, Tran Xuan Nam, Dinh The Cuong, (2006), “Adaptive Mapping for
BICM-ID OFDM Systems”, Biennial Vietnam conference on Radio and Electronics
(REV 2006).
9. Sklar. B., (2001), Digital Communications: Fundamentals and Applications,
Second Edition, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall .
10. Hagenauer. J.,(1997), “The turbo principle: Tutorial introduction and state of the
art,” in Proc. Int. Symp. Turbo Codes and Related Topics, pp. 1–11.
8/9/2023
60
1.2. Sơ đồ khối của HTTT số
Tạo dạng Mã nguồn Mã mật
Nguồn
khác
Nguồn tin
Tạo dạng
Đích
Nhận tin
8/9/2023
Mã kênh Ghép kênh
Giải
mã nguồn
Giải
mã mật
Giải
Phân kênh
mã kênh
Điều chế
Trải phổ
Đa
truy nhập
Kênh TT
Đồng bộ
Giải
điều chế
Phát
Giải
trải phổ
Giải Đa
truy nhập
Thu
Đích
Khác
61
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Khối tạo dạng: Tạo dạng tín hiệu, biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên
tục hay số có dạng chuỗi bit nhị phân
Mã hóa-giải mã nguồn: Nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít, giảm phổ chiếm của tín
hiệu số
Mã hóa-giải mã mật: Mã hóa-giải mã chuỗi bít theo 1 khóa nhằm bảo mật tin tức
Mã hóa-giải mã kênh: sửa lỗi hướng đi FEC,chống nhiễu và các tác động xấu khác của
kênh truyền
Ghép-Phân kênh: Thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích
khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn
Điều chế-Giải điều chế số (MODEM): Biến đổi chuỗi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục
phù hợp (điều chế băng gốc) và điều chế RF ( Trộn tần, lọc, Khuếch đại và phát xạ vào
môi trường).
Trải- Giải trải phổ: Chống nhiễu cố ý và bảo mật tin tức
Đa truy nhập: Cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hệ
thống truyền dẫn theo yêu cầu
Đồng bộ: Đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với HT thông tin liên kết
Lọc: Tại máy thu phát đầu cuối, bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, chống tạp
nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền.
8/9/2023
62
Tổng quan về Mã hoá
5.1. Đặt vấn đề
5.2. Mô hình kênh và dung lượng kênh
5.3. Các khái niệm chung

Phân loại mã hóa
-
-
Nguồn tin
Mã nguồn
Mã kênh
Điều chế
Nhận tin
Giải Mã N
Giải mã K
Giải ĐC
Kênh
Mã nguồn: loại bỏ các bít dư của nguồn tin, nén DL
Mã kênh: thêm các bít mã ở máy phát, sử dụng khối giải mã ở máy thu để phát hiện và
sửa sai do tác động của kênh truyền.
Dựa vào các bít mã, Máy thu có thể phát hiện lỗi và yêu cầu tự động phát lại (ARQ) hoặc
tự động sửa sai (FEC).
Trong thực tế, Kênh truyền là kênh dạng sóng, không thể truyền trực tiếp tín hiệu số, bộ
Điều chế có chức năng biến đổi chuỗi bít thành chuỗi dạng sóng (symbol)
8/9/2023
63
-
Do tác động của kênh truyền, chuỗi đầu ra của bộ giải điều chế có thể không giống hệt
như đầu vào bộ Điều chế, nhiệm vụ của bộ Giải mã kênh là dựa vào thông tin của các bít
mã đã thêm vào để giải mã thành chuỗi có lỗi nhỏ nhất.
Trong một số HT, khối mã kênh đuợc kết hợp với khối điều chế thành một khối, gọi là mã
hoá dạng sóng (TCM).
Chất lượng của một bộ mã được đánh giá bằng giá trị SNR cần thiết để đạt được BER,
FER hoặc PER yêu cầu. (Sự trả giá là tốc độ truyền, độ rộng băng tần, độ phức tạp..).
Mã mật: Mã hóa để đảm bảo độ bảo mật của thông tin

Lý thuyết mã kênh Shannon (1948):
-
Với kênh AWGN có băng tần vô hạn:
-
-
C
-
1
2P
log 2 (1 
)b / s 
2
N0
C: Dung lượng kênh; N0/2:mật độ phổ công suất tạp âm song biên, P: Công suât trung
bình của tín hiệu.
C: số bít truyền trên 1s với tỷ lệ lỗi nhỏ tuỳ ý qua kênh.
8/9/2023
64

Lý thuyết mã kênh Shannon : Nếu tốc độ mã R<C, tồn tại các bộ mã để truyền với xác
-
suất lỗi nhỏ tuỳ ý (với S/N tương ứng).
Nếu R>C: không có một bộ mã nào có thể truyền được để thoả mãn xác suất tiến đến 0.
Trường hợp đầu vào nhị phân, đầu ra bất kỳ, tốc độ mã ½, giới hạn Shannon là xác suất
lỗi bít Pb(e)=10-5 tại xấp xỉ 0.2 dB.

Phân loại mã kênh:
Mã kênh
Mã chuỗi
có cấu trúc
Mã
dạng sóng
Mã phát hiện lỗi
Mã khối
(CRC)
(Hamming, RS, BCH)
8/9/2023
Mã xoắn
(Convolution Code)
Mã liên kết
Nối tiếp
Mã liên kết
song song
Mã kết hợp
Liên kết
(SCCC)
(PCCC- Turbo)
(TCM, BICM-ID)
65
Mã vòng CRC (Cyclic Redundancy Code)


-
Mã vòng (Cyclic Code) là mã khối tuyến tính đặc
biệt với một thuộc tính bổ sung: dịch vòng (quay)
một từ mã trong bảng mã sẽ tạo ra một từ mã khác
Mã CRC thường được sử dụng:
CRC 8 bit
CRC 16 bit
CRC 24 bit
CRC 32 bit
Mô hình mã hóa bên phát và sửa lỗi bên thu
Mô hình chi tiết

Divisor là số chia được xác định và thỏa thuận trước
giữa 2 bên phát và thu
 Mã CRC (Cyclic Redundancy Code)
•
•
•
•
•
Là mã phát hiện lỗi.
Giả sử chuỗi bít Data có dạng: M=100101
Tại máy phát: Đa thức sinh G(x) = x4 + 1= 1.x4 +0. x3 + 0.x2 +0.x1 +1
G=10001
Xác định r= M/G ( r có bậc 4, bằng với bậc của G)
•
10010 1.0000 10001
10001
100111
00011100
10001
011010
10001
010110
10001
0111=r
8/9/2023
69
•
•
•
Vậy chuỗi bít phát đi sẽ Data có dạng: 100101.0111
Tại máy thu, chuỗi bít nhận được sẽ được chia cho G=10001
Giả sử thu đúng, chuỗi bít thu được có dạng:
100101.0111 10001
10001
100111
00011101
10001
011001
10001
010001
10001
00000 =0
•
•
Nếu thu sai, số dư sẽ khác 0, máy thu sẽ yêu cầu phát lại bằng tín hiệu
NACK
Giá trị chuỗi bít phát sẽ được sau lưu cho tới khi có tín hiệu ACK phản hồi
8/9/2023
70
Thiết kế phần cứng và lập trình bộ chia
trong CRC
Quy tắc biểu diễn một từ nhị phân bằng đa thức

-
-
Mã khối (n,k):
Được nghiên cứu đầu tiên nên hoàn chỉnh về mặt lý thuyết.
Một khối mã gồm n từ mã, trong đó có k bít tin.
Số lượng bít dư là: r =n-k
Tốc độ mã hoá là: k/n
K bít tin đuợc sắp xếp độc lập giữa các từ mã (khối mã) nên đuợc gọi là mã không nhớ.
Đầu tiên là mã Hamming, sau đó là mã RS, Mã BCH ( tổng quát cho bộ mã Hamming và
Golay) có tối ưu khoảng cách giữa các từ mã với khả năng sửa lỗi cụm mạnh, thường sử
dụng trong các mã liên kết
Các thuật toán giải mã: Giải mã ngưỡng, giải bằng hàm số tuyến tính, giải mã tuần tự…
Vị trí các bít kiểm tra r là 2i (i=0,1,2……), tức các vị trí của r = 1,2,4,8,16, 32…..
Xét mã Hamming (7,4), có n=7, k=4, r=3
Tại máy phát, chuỗi bít có dạng :
x y a3 z a5 a6 a7
Giả sử chuỗi Data có dạng
: k=1001, khi ấy chuỗi phát đi sẽ là : x y 1 z 0 0 1
Xác định r= x, y, z theo công thức cộng modul 2 (XOR)
X= a3 + a5 + a7 = 1+0+1=0
y= a3 + a6 + a7 = 1+0+1=0
z = a5 + a6 + a7 = 0+0+1= 1
Vậy: r = 001
8/9/2023
74
•Tại máy phát, chuỗi bít có dạng : x y a3 z a5 a6 a7
Hay :
001 10 0 1
•Tại máy thu, chuỗi bít có dạng : x y a3 z a5 a6 a7
• Nếu thu đúng; chuỗi bít sẽ là : 0 0 1 1 0 0 1
• Máy thu sẽ thực hiện các bước kiểm tra:
vị trí 20 = x+ a3 + a5 + a7 = 0+1+0+1= 0
vị trí 21 = y+ a3 + a6 + a7 = 0+1+0+1= 0
vị trí 22 = z+ a5 + a6 + a7 = 1+0+0+1= 0
•Nếu thu sai ; giả sử chuỗi bít là : 0 0 0 1 0 0 1
• Máy thu sẽ thực hiện các bước kiểm tra:
vị trí 20 = x+ a3 + a5 + a7 = 0+0+0+1= 1
vị trí 21 = y+ a3 + a6 + a7 = 0+0+0+1= 1
vị trí 22 = z+ a5 + a6 + a7 = 1+0+0+1= 0
Máy thu sẽ biết là thu sai và xác định được vị trí bít sai là:
20 +21 = 3
8/9/2023
75

Nhận xét:
-
Chuỗi DL phát có cấu trúc khung, bộ giải mã làm việc sau khi toàn bộ khung đã thu được,
dẫn đến trễ tín hiệu khi khung DL quá lớn.
Giải mã khối đòi hỏi đồng bộ khung chính xác, bộ giải mã phải biết đâu là ký hiệu đầu tiên
trong từ mã hoặc khung DL.
Các bộ giải mã khối dựa trên cơ sở đại số thường là giải mã quyết định cứng, đầu vào bộ
giải mã là các giá trị nhị phân. ( các bộ giải mã khối quyết định mềm có độ phức tạp lớn ).
Cùng một độ phức tạp, mã xoắn cho chất lượng tốt hơn nhiều so với mã khối.
-
8/9/2023
76
5.4. Mã Xoắn (convolutional Code)
5.4.1. Khái niệm chung:
Ý tưởng: Với các khung tin lớn, nếu dùng mã khối thì các khối sẽ độc lập nhau. Trong khi
việc truyền tín hiệu trên kênh là liên tiếp, các khung tín hiệu sẽ chịu tác động liên quan
đến nhau.

Làm sao cho các khối mã có liên hệ, dùng kết quả giải mã lần trước để làm tham số cho
lần sau.
Với kênh Gauss: phương sai σ2 có thể thay đổi. Vì vậy cần có giải mã quyết định mềm
phù hợp với trạng thái của kênh.
Khái niệm: (Elias-1955): Là bộ mã có nhớ, k bít đầu vào được xắp xếp để tạo thành n bít đầu ra,
là một hàm phụ thuộc vào quá khứ.
-
5.4.2. Thuật toán giải mã:
-
Thuật toán giải mã tuần tự ( Wozencraft 1957 và được phát triển bởi Fano 1963) (số
lượng tính toán giải mã là vô hạn),
Thuật toán giải mã ngưỡng (Masey-1963) (số lượng tính toán hạn chế),
Thuật toán Viterbi (VA-1967): Giải mã không tuần tự, giới hạn số lượng phép tính trên mỗi
bước giải mã (không bị tràn như thuật toán giải mã chuỗi, đơn giản hơn thuật toán giải mã
ngưỡng). Là thuật toán giải mã cực tiểu xác suất lỗi.
8/9/2023
77
-
-
-
1966: Forney đưa ra ý tưởng liên kết các mã thành các tầng: Mã xoắn được sử dụng làm
mã vòng trong, mã RS làm mã vòng ngoài kết hợp bộ xáo trộn, được sử dụng làm chuẩn
NASA trong các HT TT vũ trụ.
Theo Forney: Nếu độ phức tạp của bộ mã hóa và giải mã tăng theo hàm đại số thì chất
lượng sửa sai tăng theo hàm Log.
Chất lượng của các họ mã trên còn cách xa giới hạn Shannon: VD bộ mã Qualcom tốc
độ ½ với chiều dài ràng buộc k=7 chỉ đạt xác suất lỗi 10-5 tại 4.3 dB.
1993, 1996: Các bộ mã liên kết song song ( Turbo hay PCCC) cùng với thuật toán giải mã
lăp được giới thiệu, chất lượng của các bộ mã này có thể tiến gần vài phần mười dB so
với giới hạn Shannon.
Các mã liên kết sau này (TCM, BICM-ID …đều sử dụng với mã hạt giống là mã xoắn
8/9/2023
78
5.4.3.Tãm lược lÞch sö ph¸t triÓn








ý tưởng t¹o sù rµng buéc trong chuçi tin theo thêi gian
1955 Elias ®a ra kh¸i niÖm Convolutional Codes
1957 Wozencraft ®Ò xuÊt ph¬ng ph¸p gi¶i m· tuÇn tù
1963 Fano ph¸t triÓn tiÕp ph¬ng ph¸p nµy
1963 Massey gîi ý viÖc gi¶i m· ngìng m· xo¾n
1966 Ziganginov giíi thiÖu thuËt to¸n ng¨n xÕp phôc vô gi¶i m· tuÇn tù
1967 Viterbi giíi thiÖu thuËt to¸n gi¶i m· Viterbi
1967 Forney ®a ra kh¸i niÖm líi (trellis)
8/9/2023
79
 M¸y m· Wozencraft (Feed Forward)
S¬ ®å tæng qu¸t
- b bit ®Çu vµo
I 
- c bit ra
- Gi¸ trÞ bÝt ra
Phô thuéc gi¸ trÞ bÝt  
I
®Çu vµo vµ tr¹ng th¸I
cña « nhí.

1
D11
D12
…..
D1 1
G1
Db1
D b2
…..
D b 1
Gb
b
…..
c
O1O 2 O
O1
+

ThÝ dô m· [5 7]
O2
+
I
8/9/2023
D
D
80
 M¸y m· Fano (systematic)
……...

O1
……...
I b 
……...
I1
Ob
S¬ ®å tæng qu¸t
BiÕn ®æi tuyÕn tÝnh
…
O b1
…
…

ThÝ dô m· [5 7]
Oc
I
O1
D
D
+
O2
8/9/2023
D
+
D
+
81
M¸y m· cã ph¶n håi (Recursive Systematic)
+

S¬ ®å tæng qu¸t
uj
+
+
f0
f1
fm-1
Dj-1
Dj-2
Dj-m
q1
q2
qm
+
+
fm
+
uj
fm-1
fm
+

Cã cïng hµm truyÒn
Dj-1
qm
fm-2
+
Dj-2
f0
+
+
qm
Dj-m
+
vj
q1
f0  f1D  ...  f m D
v( D)  u( D) f ( D)/ q( D)  u( D)
m
1  q1D  ...  qm D
m
8/9/2023
82
vj
5.4.4. BiÓu diÔn m· ë d¹ng ma trËn sinh
 G0 G1 ... ... Gm



G0 G1 ... ... Gm


G 
... ... ... ... ... 


... ... ... ... ...

v = uG
Víi m· [5,7]:
 G0 = (11)
 G1 = (10)

v0(1)v1(1) ...
BiÕn ®æi
song song
v0( 2)v1( 2) ... sang
nèi tiÕp
G2 = (11)
v0(1)v0( 2) v1(1)v1( 2) ...
u0 u1 ...
8/9/2023
83
5.4.5. BiÓu diÔn m· b»ng ®å h×nh chuyÓn tr¹ng th¸i

CÊu t¹o m¸y m·: XÐt m· 4 tr¹ng th¸i G [5 7]
1/10
11
v (1)
1/01
0/01
0/10
v ( 2)
10
01
1/00
u
1/11
0/11
00
8/9/2023
0/00
84
5.4.6. BiÓu diÔn m· ë d¹ng c©y
00
00
C©y m·
ĐÇu vµo 1011
§Çu ra 11 10 00 01

11
10
00
11
01
00
11
00
01
10
11
01
0
1
10
00
11
10
11
10
00
01
11
11
01
00
01
01
10
8/9/2023
85
10
5.4.7. BiÓu diÔn m· d¹ng líi
00
00

00
00
11
.
00
00
11
11
00
11
01
10
10
01
10
01
01
00
10
10
10
01
01
8/9/2023
01
11
00
11
00
10
00
10
01
11
10
11
86
5.4.8. C¸c kh¸i niÖm cña m· xo¾n




d free  min
d
H v, v'
v v '
Kho¶ng c¸ch tù do
 Khả năng sửa lỗi của bộ m·: <dfree/2
 Hµm truyÒn: XuÊt ph¸t tõ ®å h×nh chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i m¸y m·, ta t×m
®îc hµm truyÒn b»ng kÜ thuËt lu ®å tÝn hiÖu chuÈn.

8/9/2023
87
Hµm truyÒn:
Suy ra: T(W)=W5/(12W)
Wk+5
8/9/2023
= W5+2W6 +4W7 +..+ 2k
Do ®ã 88
5.4.9. Gi¶i m· Maximum Likelihood ( hîp lÏ Cùc ®¹i)

Cã dFree=5, GØa sö thu ®îc tõ m· 11 00 11 00 10

ta giai m· ®îc 11 10 11 00 00, söa ®îc 2 bÝt.
Chän tõ m· íc lîng r, sao cho cã cù ly tíi tõ m· r thu ®îc lµ nhá nhÊt
8/9/2023
89
5.4.10. Gi¶i m· Viterbi


Ta cã dfree=5 : Gi¶ sö chuçi thu vµo lµ: 10 01 10 01 01 00
Gi¶i m· sÏ lµ
: 11 01 10 01 11 00 (söa ®îc 2 bit)
8/9/2023
90
5.4.11.Giíi h¹n dung lîng vµ møc ®é ®é lîi m· ho¸

.
Pe
1
10
R= 0(-1.6dB)
R= 1/2(0dB)
2
Uncoded BPSK
10
10
10
10
R= 3/4(0.86dB)
3
4
9.6dB
11.2dB
5
12.06dB
6
10
8/9/2023
-2
0
2
4
6
8
10
12
Eb / N 0 dB
91
5.5. M· liªn kÕt nèi tiÕp (SCCC)
Liªn kÕt nèi tiÕp víi m· Reed-Solomon
- Giíi thiÖu bëi Forney n¨m 1967: m· vßng ngoµi lµ m· RS vµ m· vßng trong lµ m·
xo¾n, c¸ch biÖt nhau bëi 1 bé x¸o trén bÝt.
¦u: lîi dông ®îc kh¶ N¨ng chèng lçi côm tèt cña m· RS vµ kh¶ n¨ng söa lçi cña m·
xo¾n kÕt hîp víi bé x¸o trén bÝt.
Nhîc: Sè lîng tÝnh to¸n lín, chÊt lîng kÐm t¹i vïng SNR nhá.

vµo
M· vá RS
8/9/2023
M· ruét
m· xo¾n
Kªnh
NhiÔu
Gi¶i m·
Viterbi
Gi¶i m· vá ra
R.S
92
5.6. M· liªn kÕt song song (Turbo)
1. Bé m· hãa:
Gåm Ýt nhÊt 2 bé m· xo¾n hÖ thèng ®Ö quy vµ bé x¸o trén
2. Gi¶i m· Turbo:
Sö dông thuËt to¸n gi¶i m· lÆp cña Berrou: ®Çu vµo mÒm. ®Çu ra mÒm
SISO.
§Çu ra bé gi¶i m· lµ tæng hîp cña x¸c suÊt tiªn nghiÖm, x¸c suÊt hËu
nghiÖm vÒ bÝt hÖ thèng theo c¸c bÝt hÖ thèng vµ líi c¬ së.
Th«ng tin vÒ c¸c bÝt trong lÇn lÆp nµy ®îc sö dông lµm th«ng tin tiªn
nghiÖm cho lÇn lÆp tiÕp theo.
Víi sè lÇn lÆp vµ kÝch thíc bé gi¶ x¸o trén lín,

C¸c kÕt qu¶ m« pháng (§ATN Thïy )
8/9/2023
93
NGUYÊN TẮC LIÊN KẾT SONG SONG
co
x
Bộ xáo
trộn 1
.
.
.
.
Bộ xáo
trộn n-1
8/9/2023
Bộ mã
hóa
RSC1
Bộ mã
hóa
RSC2
.
.
.
Bộ mã
hóa
RSC n
.
.
.
c1j Chuyển
.
.
.
c2j
đổi song
song
sang nối
tiếp và
đục lỗ
c
.
.
.
cnj
94
MÃ HÓA TURBO
x
RSC1
c1
c1
+
c2
x
Xáo
trộn
RSC2
Cấu trúc mã Turbo
8/9/2023
c
3
+
D
D
+
c2
Cấu trúc mã RSC
95
GIẢI MÃ TURBO
Bộ giải
xáo trộn
-1
Chuỗi
mã
RSC2
Chuỗi
mã RSC1
c2
Map
decoder 1
e1
Bộ xáo
trộn

c1
e2

Chuỗi hệ c3
thống
8/9/2023
c1
Quyết định
cứng
Map
decoder 2
v
v
-1
96
MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MÃ TURBO
Mã hóa
Giải mã lặp
8/9/2023
97
Kết quả mô phỏng mã Turbo
qua các lần lặp
Nhận xét
 Xác suất lỗi bit của bộ mã Turbo giảm
nhanh qua các vòng lặp, lặp nhiều thì lỗi
càng ít.
 Sau một số vòng lặp nhất định thì BER
hội tụ.
8/9/2023
 Điều kiện tối thiểu là: BER  10-4
 Với lần lặp 1, BER giảm chậm khi
Eb/No tăng, không đạt chất lượng
truyền tin.
 Với lần lặp 3, BER giảm nhanh đột
ngột khi Eb/No tăng, đạt chất lượng
truyền tin khi Eb/No = 2.5 dB.
 Với lần lặp 6,9, BER giảm chậm khi
Eb/No tăng, đạt chất lượng truyền tin
khi Eb/N0 = 2.3 dB
98
So sánh mã Turbo và mã xoắn
Nhận xét
 Qua khảo sát về mã Turbo và mã
xoắn trên cùng một kênh thì có sự
chênh lêch đáng kể => chất lượng
truyền tin của mã Turbo tốt hơn mã
xoắn.
 Mã turbo đạt điều kiện truyền tin
BER=10-4 khi Eb/No= 2.3dB, trong khi
đó mã xoắn = 8.5dB
8/9/2023
99
ỨNG DỤNG MÃ TURBO TRONG HTTT DI ĐỘNG
BĂNG RỘNG
199
6
2000
2001
HT Truyền
thông cố
định và
lưu trữ dữ
liệu
HTTT
di động
CDMA2000
(1/2; 1/3)
HTTT
Vũ trụ
(1/2,1/3,
1/4,1/6)
8/9/2023
200
4
HTTT
Vệ tinh
(1/3 +
16QAM)
2010
HTTT
di động 4G
(1/3+MIMO)
100
MÃ KÊNH TRONG LTE
Các loại mã kênh sử dụng trong LTE:
-Mã CRC
-Mã khối
-Mã chập (mã xoắn)
-Mã Turbo
-Mã lặp
Mô tả mã hóa trong LTE
Đa thức sinh

Bộ chia trong mã vòng được gọi là đa thức sinh
(generator polynomial) hay đơn giản là bộ sinh
Mã CRC sử dụng trong LTE

Sử dụng trên kênh PDSCH, PCH, PBCH, PCCCH trên đường
Downlink

CRC sử dụng trên kênh PUSCH trên đường Uplink
Đa thức sinh sử dụng trong mã CRC mạng
LTE


TS. 36.212 v 100600
Trong LTE, trên đường Downlink đa thức sinh được
sử dụng bao gồm 3 đa thức, tương ứng với 3 bộ mã
CRC khác nhau, sử dụng trên các kênh khác nhau
CRC trên kênh PDSCH
Hai lần gán CRC đều là 24 bit
 Lần đầu sử dụng đa thức sinh
loại A
 Sau khi phân đoạn khối mã(Tương
thích với kích thước bộ Interleaver trong bộ
mã TurboCode)
Gán CRC với đa thức sinh loại B

CRC trên kênh PBCH&PDCCH
Chỉ gán CRC 1 lần và sử
dụng CRC 16 bit
 Do dữ liệu là thông tin
quảng bá và thông tin
điều khiển
 kích thước nhỏ nên không
cần phân đoạn khối mã

Đa thức sinh sử dụng trong mã CRC trong
LTE

Trên đường Uplink, mã CRC chỉ sử dụng trên kênh ULSCH,
sử dụng gán CRC 2 lần, bao gồm 2 đa thức sinh với chiều dài
đều là 24 bit. Đa thức sinh loại A sử dụng trong lần gán CRC
đầu tiên, còn đa thức sinh loại B sử dụng sau khi đã phân
đoạn khối mã
Tư duy lập trình


Lập trình sử dụng các mảng dữ liệu để lưu trữ
các thông tin như bit đầu vào, bit CRC, bit đầu
ra.
Làm việc với các chương trình con, truyền
tham số cho chương trình con, các thao tác
đọc ghi file dữ liệu.
Mã chập sử dụng trong LTE

Bộ mã có chiều dài K = 7, tốc độ mã hóa R = 1/3 , đa thức
sinh la g(x) = [133,171, 165]-octal, bộ mã này được sử dụng
dành cho kênh PBCH, PDCCH, PUCCH của trong hệ thống
LTE-4G
Mô hình mã chập chi tiết

Trên kênh PBCH và PDCCH

Trên kênh PUCCH
Mã Turbo trong LTE

Trên kênh PDSCH, PCH và
PMCH

Trên kênh PUSCH
Sơ đồ mã Turbo trong LTE

Bộ mã gồm 2 bộ mã chập ghép song song, tốc độ mã hóa R
= 1/3, bộ mã này được sử dụng dành cho kênh PDSCH,
PCH, PMCH, PUSCH của trong hệ thống LTE-4G
Thuật toán mã hóa Turbo




Bộ mã Turbo = ghép song song 2 bộ mã chập
(PCCC), đầu vào bộ mã
thứ 2 đặt 1 bộ interleaver (QPP).
Cấu trúc bộ mã Turbo Code : Đầu ra sẽ lấy
bao gồm 2 đầu ra từ bộ mã chập thứ nhất và
1 đầu ra của bộ mã chập thứ 2
Tạo ra 3 luồng đầu ra  tốc độ mã R = 1/3
Thêm 4 bit vào mỗi đầu ra

Các bit này được trích ra từ các trạng thái sau, đuôi
của chuỗi mã này trùng với đầu của chuỗi mã sau
Mã khối R=1/16 trên kênh PCFICH
CFI (Control Forrmat
Indicator) thông tin
định dạng điều khiển.
 CFI giới hạn các giá trị
1, 2 hoặc 3, thông tin
định dạng điều khiển
được đặt trước thông
tin điều khiển.

Bảng mã tương ứng

Một từ mã 2 bít đầu vào khi đưa qua bộ mã cho đầu
ra 32 bit.
Mã lặp trên kênh PHICH

Chỉ số HARQ :
◦
◦
0 _ NACK
1 _ ACK\
 HARQ
Indicator channel
coding  bộ mã (R = 1/3)
Thuật toán mã hóa

Tại sao lại gọi là bộ mã lặp:
1 bít 0 lặp thành 3 bit 0 để truyền đi
 1 bít 1 lặp thành 3 bit 1 để truyền đi

5.7. M· BICM-ID
(Bit-Interleaved Coded Modulation With Iterative Decoding)
5.7.I. T¹i sao dïng BICM-ID?
•
1982 : S¬ ®å TCM cña Ungerboek [40]
KÕt hîp bé m· hãa vµ ®iÒu chÕ
Cã chÊt lîng tèt trªn kªnh Gauss vµ kÐm trªn kªnh pha ®inh.
•
1992 : E. Zehavi – s¬ ®å §iÒu chÕ m· hãa cã x¸o trén bÝt BICM [44]
Cã chÊt lîng tèt trªn kªnh pha ®inh nhng l¹i kÐm trªn kªnh
Gauss do kh«ng thÓ tèi u hãa theo tiªu chuÈn cùc ®¹i hãa cù
ly Euclid.
•
1997 : X.Li vµ Ritcey- S¬ ®å BICM –ID[28]
KÕt hîp BICM vµ gi¶i m· lÆp

Cã chÊt lîng tèt c¶ trªn kªnh Gauss vµ kªnh pha ®inh
8/9/2023
121
5.7. 2. Nguyên lý giải mã lặp BICM-ID
8/9/2023
(H×nh 6)
122
5.7.3. Nhận xét:
Chất lượng của hệ thống BICM-ID phụ thuộc:
• Chất lượng giải điều chế khi không có thông tin tiên nghiệm
( hoặc khi hệ thống làm việc ở vùng SNR thấp)
• Mức độ cải thiện khi có thông tin phản hồi trong các lần lặp
sau (khi hệ
thống làm việc ở vùng SNR cao).
 Nhờ tăng ích xáo trộn bít và giải mã lặp
 Đặc tính BER vượt trội của hệ thống
 BICM-ID là một giải pháp để nâng cao chất lượng hệ thống
OFDM và AOFDM.
8/9/2023
123
5.7.4. Mô phỏng hệ thống OFDM BICM-ID
8/9/2023
(H×nh 9)
124
 Kết quả mô phỏng hệ thống OFDM BICM-ID (H×nh 10)
KET
QUA BER OFDM-BICM-ID MA (7 [133,171]) LAP 5
0
10
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID MA (7, [133,171]) LAP 3
0
10
-1
10
-1
10
-2
10
(a)
10
BER
BER
-2
10
-3
-4
10
Ma xoan
BICM-ID k=4
BICM-ID, k=32
BICM-ID,k=100
-5
10
-6
10
0
2
4
6
SNR
8
10
12
(b)
Ma xoan
k=4
k=8
k=32
-4
10
KET QUA BER OFDM-BICM-ID MA (3 [5,7]) LAP 3
0
D=40Hz
-3
D=40Hz
10
0
2
4
6
SNR
8
10
12
KET QUA BER OFDM-BICM-ID MA (5,7]) LAP 5, D=150
0
10
10
-1
10
-1
10
-2
10
-2
BER
10
(c)
D=40
-3
10
Ma xoan
k=4
k=16
k=32
k=100
10
-5
10
Ma xoan
k=8
-4
k=16
k=32
10
k=100
-5
-6
10
(d)
D=150Hz
-3
10
-4
0
2
4
6
SNR
8
10
12
10
0
2
4
6
8
10
12
14
 Với bộ mã BICM-ID có kết cấu tương đối đơn giản, có thể cải thiên đáng kể
chất lượng hệ thống OFDM trên kênh pha đinh +AWGN.
8/9/2023
125
5.7.5.OFDM Thích nghi tham số (Parameter Adaptation)
•
Điều chế thích nghi ( Adaptive Modulation) :
(Steele, Webb -1991) -Thích nghi các sơ đồ điều chế bậc
cao theo SNR trên các sóng mang
•
Mã hóa thích nghi (Adaptive Coding) :
(Sampei, Gold Smith, Pearce, Hanzo...- 2000) - Thích
nghi các tham số mã hoá RRNSC, Tur bo.
•
Tham số thích nghi (Adaptive parameters )
(Lai Lifeng-2003)- Thích nghi khoảng thời gian phòng vệ
•

Nhược điểm: Thông lượng của hệ thống thay đổi
Nghiên cứu phương pháp thích nghi mới -Ánh xạ thích
nghi (Adaptive Mapping)
( Xem thêm ĐATN- Đăng Ái- ĐHĐT K1)
8/9/2023
126
5.7.6. Kết quả nghiên cứu hệ thống AOFDM BICM –ID (Tham khảo)
AOFDM truyền thống (Adaptive Modulation)
(H×nh 11)
Hạn chế:
•Thông lượng thông tin thay đổi trên các
sóng mang.
•Tỷ số công suất đỉnh trên trung bình
•Quá trình thích nghi đa mức bị hạn chế
tại ngưỡng mà tại đó các bộ mã sửa lỗi
vẫn hoạt động tốt.
Giải pháp Ánh xa thích nghi



8/9/2023
Lợi dụng đặc tính lỗi bít theo SNR khác nhau của các bộ ánh xạ tín hiệu
điều chế.
Thay đổi các bộ ánh xạ tín hiệu theo ngưỡng SNR nhận biết được
Tối ưu hóa đặc tính lỗi bít của hệ thống, đảm bảo được thông lượng của
hệ thống là không đổi.
127
 Ánh xạ thích nghi cho hệ thống QPSK
• Lựa chọn các bộ ánh xạ QPSK
CU LY BIT 1
01
11
(H×nh 12)
CULY BIT 2
01
00
11
00
10
00
(a) Bộ ánh xạ Gray [ 0 1 3 2]
CU LY BIT 1
10
10
11
(b)Bộ ánh xạ SP [ 0 1 2 3]
CULY BIT 2
10
CU LY BIT 1
CU LY BIT 2
10
01
00
01
00
11
10
10
CULY BIT 2
01
CU LY BIT 1
01
00
10
01
00
01
11
11
8/9/2023
(c) Bộ ánh xạ MSE W [ 0 2 1 3]
00
11
11
(d) Bộ ánh xạ “4 in 6” [ 0 2 1 3]
128
Kết quả BER Hệ thống Ánh xạ thích nghi QPSK
-3
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 3
0
10
Gray
SP
MSEW
4 in 6
Adaptive
-1
10
-2
10
-3
10
BER
(a)
BER
QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 1
KET
0
10
Gray
SP
-1
10
MSEW
4 in 6
-2
Adaptive
10
-4
10
10
(b)
-5
10
-4
10
-6
10
-5
10
-7
1
2
3
4
6
5
7
8
9
10
10
1
2
3
4
5
SNR
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 6
0
8
9
10
10
-1
Gray
SP
MSEW
4 in 6
Adaptive
-1
10
10
-2
-2
10
10
-3
-3
10
BER
10
-4
(d)
-4
10
10
Gray
SP
MSEW
4 in 6
Adaptive
-5
10
-6
10
-5
10
-6
10
-7
10
7
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 4PSK-MA (3,[5,7]) LAP 9
0
10
(c)
6
SNR
-7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SNR
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
SNR
Dùng phương pháp Ánh xạ thích nghi
8/9/2023
 Tối ưu hóa đặc tính lỗi bít của hệ thống, đạt lợi ích đáng kểt về SNR
129
 Thông lượng của hệ thống là không đổi.
 Ánh xạ thích nghi cho hệ thống 8-PSK
• Cấu trúc các bộ ánh xạ 8-PSK truyền thống (H×nh 14)
CU LY BIT 2
011
CU LY BIT 1
011
010
010
001
110
000
111
CU LY BIT 3
011
001
110
100
010
000
111
110
100
000
111
101
101
001
100
101
(a) Bộ ánh xạ Gray [0 1 3 2 7 6 4 5]
CU LY BIT 1
010
011
CU LY BIT 2
010
001
100
011
000
101
111
110
CU LY BIT 3
010
001
100
011
000
101
111
001
100
000
101
111
110
110
8/9/2023
(b) Bộ ánh xạ SP [ 0 1 2 3 4 5 6 7]
130
• Cấu trúc các bộ ánh xạ 8-PSK có cự ly bít lớn
CU LY BIT 1
111
010
CU LY BIT 2
111
001
100
010
000
011
(H×nh 15)
CU LY BIT 3
111
001
100
000
011
110
010
001
100
000
011
110
110
101
101
101
(c) Bộ ánh xạ Gray modified [ 0 1 3 5 4 6 7 2 ]
CU LY BIT 1
100
001
110
000
111
010
8/9/2023
001
011
101
CU LY BIT 3
100
CU LY BIT 2
100
001
011
110
000
101
111
010
(d) Bộ ánh xạ MSEW-C [ 0 3 6 1 2 5 4 7 ]
011
110
000
101
111
010
131
Kết quả BER Hệ thống Ánh xạ thích nghi 8-PSK
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 1
0
Gray
GrayModified
SP
MSEW-C
Adaptive
-1
10
Gray
SP
MSEW-C
Gray Modified
Adaptive
-1
10
-2
10
-2
10
-3
10
BER
BER
(a)
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 3
0
10
10
-4
10
-3
10
(b)
-5
10
-4
10
-6
10
-5
10
-7
10
2
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 6
0
2
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 8-PSK MA (3,[5,7]) LAP 9
0
10
10
Gray
GrayModified
SP
MSEW-C
Adaptive
-1
10
-2
10
Gray
GrayModified
SP
MSEW-C
Adaptive
-1
10
-2
10
-3
10
-3
BER
(c)
BER
10
-4
10
-4
10
(d)
-5
10
-5
10
-6
10
-6
-7
10
10
-8
-7
10
10
2
8/9/2023
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
2
(H×nh 16)
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
132
 Ánh xạ thích nghi cho hệ thống 16QAM
• Cấu trúc các bộ ánh xạ 16QAM truyền thống
(H×nh 17)
1111
CU LY BIT 1
1011
1010
1110
1111
CU LY BIT 2
1011
1010
1110
1111
CU LY BIT 3
1011
1010
1110
1111
CU LY BIT 4
1011
1010
1110
0111
0011
0010
0110
0111
0011
0010
0110
0111
0011
0010
0110
0111
0011
0010
0110
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
1101
1001
1000
1100
1101
1001
1000
1100
1101
1001
1000
1100
1101
1001
1000
1100
(a) Bộ ánh xạ Gray
0000
CU LY BIT 1
0001
0010
0011
0000
CU LY BIT 2
0001
0010
0011
0000
CU LY BIT 3
0001
0010
0011
0000
CU LY BIT 4
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
0100
0101
0110
0111
0100
0101
0110
0111
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1000
1001
1010
1011
1000
1001
1010
1011
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
1100
1101
1110
1111
1100
1101
1110
1111
1100
1101
1110
1111
8/9/2023
(b) Bộ ánh xạ SP
133
• Cấu trúc các bộ ánh xạ 16QAM có cự ly bít lớn
(H×nh
18)
1111
CU LY BIT 1
1001
1010
1110
1111
CU LY BIT 2
1001
1010
1110
1111
CU LY BIT 3
1001
1010
1110
1111
CU LY BIT 4
1001
1010
1110
0110
0011
0010
0111
0110
0011
0010
0111
0110
0011
0010
0111
0110
0011
0010
0111
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
0101
0001
0000
0100
1101
1011
1000
1100
1101
1011
1000
1100
1101
1011
1000
1100
1101
1011
1000
1100
(c) Bộ ánh xạ Gray modifed
0100
CU LY BIT 1
1111
1010
0001
0100
CU LY BIT 2
1111
1010
0001
0100
CU LY BIT 3
1111
1010
0001
0100
CU LY BIT 4
1111
1010
0001
0010
1001
1100
0111
0010
1001
1100
0111
0010
1001
1100
0111
0010
1001
1100
0111
1110
0101
0000
1011
1110
0101
0000
1011
1110
0101
0000
1011
1110
0101
0000
1011
1000
0011
0110
1101
1000
0011
0110
1101
1000
0011
0110
1101
1000
0011
0110
1101
8/9/2023
(d) Bộ ánh xạ MSEW
134
Kết quả BER Hệ thống Ánh xạ thích nghi 16QAM
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 1
0
-1
SP
Gray
Graymodified
MSEW
Adaptive
Hiperlan II
-1
10
-2
10
-2
10
BER
BER
10
SP
Gray
Graymodified
MSEW
Adaptive
HIPERLAN-II
10
(a)
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 3
0
10
-3
(b)
10
-4
10
-3
10
-5
10
-4
10
2
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
-6
10
12
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 6
0
10
-2
10
7
SNR
8
9
10
11
12
SP
Gray
Graymodified
MSEW
Adaptive
HIPERLAN-II
-2
10
-3
10
BER
BER
6
10
-3
-4
10
(d)
-4
10
-5
-5
10
10
-6
-6
10
10
-7
8/9/2023
5
-1
10
10
4
KET QUA BER HE THONG OFDM-BICM-ID 16-QAM-MA (3,[5,7]) LAP 9
0
-1
3
10
SP
Gray
Graymodified
MSEW
Adaptive
Hiperlan II
10
(c)
2
-7
2
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
(H×nh 19)
10
2
3
4
5
6
7
SNR
8
9
10
11
12
135
 Giải pháp kết hợp Ánh xạ thích nghi và Điều chế thích nghi
KET QUA BPSc HE THONG AOFDM-BICM-ID4, 8-PSK, 16 QAM LAP 1, 3 VA 6
4
Lap1
Lap 3
Lap 6
3.5
KET
QUA BER HE THONG AOFDM-BICM-ID 4, 8-PSK, 16 QAM LAP 1, 3 VA 6
-1
10
Lap 1
Lap 3
-2
Lap 6
10
-3
BER
BPSc
10
3
-4
10
2.5
-5
10
2
-6
2
4
6
8
10
SNR
(a)
(a)
12
14
16
10
2
4
(H×nh 20)
6
8
SNR
10
12
14
(b)
Lợi ích:
- Tối ưu hóa đặc tính lỗi bít trên toàn dải SNR.
- Tránh sự nhảy mức lên xuống liên tiếp.
8/9/2023
NX: Mấu chốt của Phương pháp ánh xạ thích nghi là tìm được
136
các bộ ánh xạ tín hiệu có chất lượng tốt trên các dải SNR
 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ
Căn cứ
Chất lượng của hệ thống BICM-ID phụ thuộc vào cấu trúc
của các bộ ánh xạ tín hiệu và SNR công tác (*) [28].
Mục đích
 Tạo ra các bộ ánh xạ có cự ly bít lớn theo tiêu chuẩn MSEW
(Maximum Squared Euclidean Weight ).
Hiện tại
Một số bộ ánh xạ tìm được theo phương pháp hàm truyền
bởi Jutan, Gordon và Stuber (2005) [25], song quá phức
tạp và chưa đầy đủ.
Phương phápmới
Mỗi bộ ánh xạ tín hiệu đa mức có đặc trưng khác nhau.
Cần phải có một phương pháp thiết kế thích hợp
8/9/2023
137
THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ QPSK
CU LY BIT 1
01
CULY BIT 2
01
(H×nh 21)
11
00
11
Số hoán vị 3! = 6
00
10
10
(a) Bộ ánh xạ Gray [ 0 1 3 2]
CU LY BIT 1
10
CU LY BIT 2
CU LY BIT 1
CULY BIT 2
10
10
10
01
00
01
00
01
00
01
11
11
(c) Bộ
8/9/2023
00
11
11
ánh xạ MSE W [ 0 2 1 3]
(d) Bộ ánh xạ “4 in 6” [ 0 2 1 3]
138
 THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK
CU LY BIT 1
010
011
§Þnh nghÜa c¸c
®iÓm tÝn hiÖu
trªn Constellation
001
100
000
Sinh c¸c ho¸n vÞ nhê hµm “Perms”
trong MATLAP
101
111
110
m
(H×nh 22) Số hoán vị 7! = 5040
Kết quả
 24 bộ ánh xạ có cự ly bít đều
 96 bộ ánh xạ có cự ly bít
không đều
Có cự ly tối đa theo tiêu chuẩn
MSEW
8/9/2023
TÝnh to¸n hå s¬ cù ly bit cña
c¸c tËp tÝn hiÖu míi
Ph©n chia thµnh nhãm
c¸c bé ¸nh x¹ ®Òu vµ kh«ng ®Òu
S¾p xÕp theo th tù
lu vµ in ra c¸c tËp ¸nh x¹
139
CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK TÌM ĐƯỢC CÓ CỰ LY BÍT ĐỀU
8/9/2023
Bảng 3.1: Kết quả 10/24 tập ánh xạ 8-PSK MSEW-CH có cự ly bít đều
140
CÁC BỘ ÁNH XẠ 8-PSK TÌM ĐƯỢC CÓ CỰ LY BÍT KHÔNG ĐỀU
Bảng 3.2: Kết quả 10/96 tập ánh xạ 8-PSK MSEW-CH có cự ly bít không đều 141
8/9/2023
CẤU TRÚC MỘT SỐ BỘ ÁNH XẠ 8-PSK MỚI ĐIỂN HÌNH (Hình 23)
001
001
011
110
000
101
CU LY BIT 3
100
CU LY BIT 2
100
CU LY BIT 1
100
011
110
111
001
000
101
010
011
110
111
000
101
010
111
010
(a) Bộ ánh xạ MSEW-C [ 0 3 6 1 2 5 4 7] với hồ sơ bít (2, 2, 3.4)
CU LY BIT 1
101
011
110
100
111
001
8/9/2023
011
000
010
CU LY BIT 3
101
CU LY BIT 2
101
011
110
100
000
010
111
001
110
100
000
010
111
001
(b) Bộ ánh xạ MSEW-CH1 [ 0 6 5 3 4 2 1 7] với hồ sơ bít (4, 3.4, 2)
142
 THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM
• Lý do
- Phương pháp hàm truyền [25] tỏ ra quá phức tạp và không đầy đủ.
- Với 16 điểm trên constellation có tới 16! hoán vị, vượt quá khả năng tính
toán của máy tính hiện thời.
• Giả thiết
Thông tin phản hồi là đủ tin cậy.
• Kênh truyền với điều chế M=2k mức có thể được coi là k kênh truyền
song song.
• Phương pháp
Các bộ ánh xạ mới được thiết kế dựa trên ánh xạ từ khối bít tới
Constenlation sao cho bít có độ bảo vệ bít thấp được kết hợp truyền với
bít có độ bảo vệ bít cao hơn.
 Thực hiện các phép cộng modulo 2 giá trị của các bít khác vào bít
được xét.
 Độ bảo vệ bít trung bình của cả khối bit sẽ lớn hơn.
8/9/2023
143
THUẬT TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16- QAM
Định nghĩa các
điểm tín hiệu
trên Constellation
Khai báo và tính toán
hồ sơ cự ly bít của
tập tín hiệu gốc
m
Sinh các phép biến đổi tuyến tính
áp dụng lên vị trí mỗi bít
Tính toán hồ sơ cự ly bit của
các tập tín hiệu mới
Lựa chọn theo tiêu chuẩn
Lưu các bộ tín hiệu mới
8/9/2023
144
KẾT QUẢ CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM MỚI
8/9/2023
145
KẾT QUẢ TÌM CÁC BỘ ÁNH XẠ 16-QAM MỚI
Bảng 3.3. 12/99 tập tín hiệu 16-QAM mới tìm được điển hình
8/9/2023
146
Kết luận chương 5



Mã hóa nói chung và mã sửa sai hướng đi ( FEC) nói riêng là nội dung
không thể thiếu trong HTTT.
Chất lượng mã hóa và giải mã cải thiện đáng kể đặc tính lỗi bít của HTTT.
Sự phát triển của các họ mã sửa sai: mã khối, mã xoắn, mã SCCC, Turbo,
TCM, BICM-ID… gắn liền với sự phát triển của các thế hệ của HTTT.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
147
Chương 6: Cơ sở lý thuyết về san bằng và trải phổ
6.1. Kỹ thuật san bằng
-
Khái niệm
Cơ sở toán học
Thiết kế các bộ san bằng
6.2. Kỹ thuật trải phổ
- Từ cuối những năm 1940, ITT theo yêu cầu của BQP Mỹ về:
- Chống tác động của can nhiễu cố ý (jamming).
- Đảm bảo bảo mật thông tin
- Chống pha đinh đa đường
6.2.1. Cơ sở lý thuyết trải phổ
- Dựa trên định lý Shannon 3: trên một kênh tạp âm trắng chuẩn cộng tính:
C=B.log2( 1+S/N)
C: Dung lượng kênh
B: Độ rộng phổ tần chiếm của tín hiệu
Do vậy, cùng trên một băng thông C của kênh, có thể truyền đuợc tín hiệu với
S/N rất thấp nêú tín hiệu có phổ rộng B vô cùng.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
148
-
-
HT như vậy có thể đảm bảo được tính bảo mật cao (đối phương không phát hiện
được khi nào máy phát của ta hoạt động) do tín hiệu chìm vào nền nhiễu.
Do sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên nên hầu như đối phuơng không thể giải được
mã tin
Cho phép HT liên lạc tốt ở điều kiện nhiễu mạnh ( Nhiễu cố ý và nhiễu chọn lọc
theo tần số)
6.2.2. Đặc điểm của HT trải phổ
-
Độ rộng băng tần W của tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với độ rộng băng tần tối
thiểu B cần thiết để truyền TT.
Việc trải phổ được thực hiện nhờ bộ mã trải phổ độc lập với DL cần truyền, nhằm
tạo ra tín hiệu tổng cộng gần giống tạp âm.
Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tín hiệu giải trải phổ là bản sao đồng bộ
của tín hiệu trải phổ
( Các HT điều chế băng rộng như HT điều tần, HT điều chế mã xung dù thoả
mãn điều kiện về độ rộng phổ nhưng không phải là HT trải phổ)
Hiệu quả trải phổ của HT được đánh giá bằng Tăng ích xử lý:
PG=W/Bi
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
149
6.2.3. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS (Direct Sequense)
-
-
Chuỗi DL d(t) có phổ D (ω) được nhân (cộng module 2) trực tiếp với chuỗi giả
ngẫu nhiên c(t) có phổ C (ω).
Tín hiệu sau trải phổ sẽ có dạng: d(t).c(t)
Phổ tín hiệu trải phổ có dạng D (ω) *C (ω), phụ thuộc chủ yếu vào phổ của c(t)
do tốc độ chíp trong HT trải phổ có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ DL.
Tín hiệu thu bao gồm các thành phần: Tín hiệu trải phổ, Tạp âm Gauss, nhiễu
băng hẹp…
Nhờ được nhân với chuỗi giải trải phổ ( là bản sao đồng bộ của c (t): do c2(t)=1
nên d(t).c(t).c(t)=d(t)
Các nhiễu băng hẹp được nhân với c(t) nên bị trải ra.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
150

Minh hoạ quá trình trải phổ:
D(f)
D(f)*C(f)

-
C(f)
D(f)*C(f)*C(f)
Chú ý:
Do các tín hiệu nhiễu băng hẹp tại đầu vào máy thu bị trải do tác động của chuỗi
trải phổ nên tỉ số S/N tăng
Trải phổ không có tác dụng đáng kể với tạp băng rộng như tạp âm nhiệt và các
tín hiệu trải phổ băng rộng khác.
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
151
6.2.4. Một số HT trải phổ :
-
Hệ thống thông tin CDMA (IS-95).
Hệ thống thông tin W-CDMA (IMT-2000).
8/9/2023
KT Truyền dẫn số - TS Đỗ Công Hùng
152