DANH MỤC MENU

OFDM là gì? Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

Views: 18 - Category: Kiến thức công nghệ, Tin tức - On:

OFDM là một trong những kỹ thuật truyền tải tín hiệu số được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống viễn thông với nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng chống nhiễu tốt, điều chỉnh tốc độ truyền tải linh hoạt…. Vậy OFDM là gì? OFDM hoạt động như thế nào và ứng dụng của OFDM? Hãy cùng Hà Phương tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé! 

OFDM là gì? Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

OFDM là gì? Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

OFDM là gì?

OFDM là viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing – một kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao. Đây là một phương pháp truyền dữ liệu không dây sử dụng nhiều sóng mang có tần số khác nhau để truyền thông tin. 

Thay vì đưa toàn bộ dữ liệu lên một sóng mang duy nhất, OFDM chia tín hiệu thành nhiều sóng mang con có khoảng cách gần nhau và truyền song song trên cùng một băng thông. Kỹ thuật này hiệu quả hơn so với FDM giúp cải thiện hiệu suất, khắc phục hiện tượng nhiễu giữa các dải, tránh lãng phí tài nguyên số. 

Do vậy, OFDM đã trở thành kỹ thuật được sử dụng rộng rãi, là giải pháp hữu hiệu cho việc phát triển các hệ thống băng thông rộng, ứng dụng cho mạng không dây, truyền hình kỹ thuật số và các hệ thống thông tin di động.

OFDM là một kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

OFDM là một kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Cơ chế hoạt động của OFDM

Cơ chế hoạt động của OFDM tập trung vào việc chia nhỏ dữ liệu thành nhiều tần số sóng mang con và truyền chúng đồng thời. Dưới đây chi tiết về cơ chế hoạt động của nó:

Trước khi bắt đầu truyền, dữ liệu được chia thành các khối nhỏ và mỗi khối này được ánh xạ lên một số tần số sóng mang con. Số lượng sóng mang con thường là một số lớn và mỗi sóng mang con có thể truyền một lượng thông tin nhất định.

Sự quan trọng của OFDM đến từ tính chất trực giao của sóng mang con. Các sóng mang con được tạo ra sao cho chúng trực giao lẫn nhau tức là không có tác động giao thoa giữa chúng. Điều này giúp giảm thiểu nhiễu tương tác và tăng cường khả năng chịu tải của hệ thống.

Dữ liệu trên mỗi sóng mang con được điều chế bằng cách thay đổi cả biên độ và pha (thường là QAM – Quadrature Amplitude Modulation) trước khi truyền. Ở đầu thu, sau khi sóng mang con được nhận, dữ liệu được khôi phục lại thông tin ban đầu.

Mỗi sóng mang con có thể được xem xét như một “kênh con” trên băng thông toàn cầu. OFDM giúp chia đều băng thông và sử dụng hiệu quả băng thông có sẵn. Để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và mất mát dữ liệu, OFDM thường kết hợp với các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi để có khả năng phục hồi dữ liệu hơn.

Mô hình hoạt động của OFDM

Mô hình hoạt động của OFDM

Ưu điểm nổi bật của OFDM 

OFDM đã trở thành một lựa chọn phổ biến cho hệ thống không dây tốc độ dữ liệu cao bởi nhiều ưu điểm vượt trội sau: 

  • Miễn nhiễm với pha đinh chọn lọc: OFDM có khả năng chống pha đinh chọn lọc tần số tốt hơn so với hệ thống sóng mang đơn. Nó chia kênh tổng thể thành nhiều tín hiệu băng hẹp riêng lẻ bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiễu từ các kênh khác.
  • Khả năng chống nhiễu: Nhiễu chỉ ảnh hưởng đến một số ít các tín hiệu băng hẹp, không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Điều này giúp giảm thiểu mất mát dữ liệu và duy trì kết nối ổn định.
  • Hiệu suất phổ tốt: OFDM sử dụng sóng mang con chồng lên nhau, tận dụng hiệu quả phổ có sẵn, giúp tối ưu hóa sử dụng băng thông và cải thiện hiệu suất truyền thông.
  • Khả năng phục hồi ISI (Inter-Symbol Interference): OFDM có khả năng phục hồi tốt khi có nhiễu giữa các ký hiệu và giữa các khung nhờ vào tốc độ dữ liệu thấp trên mỗi kênh băng hẹp.
  • Phục hồi các hiệu ứng băng hẹp: Sử dụng mã hóa và xen kẽ kênh có thể khôi phục ký hiệu bị mất do tác động của tính chọn lọc tần số và nhiễu băng tần hẹp.
  • Cân bằng kênh đơn giản hơn: So với hệ thống CDMA phức tạp, OFDM với việc sử dụng nhiều kênh con giúp đơn giản hóa quá trình cân bằng kênh.

OFDM có khả năng chống pha đinh chọn lọc tần số tốt hơn so với hệ thống sóng mang đơn

OFDM có khả năng chống pha đinh chọn lọc tần số tốt hơn so với hệ thống sóng mang đơn

Các biến thể khác của OFDM

Ngoài kỹ thuật OFDM cơ bản, còn có một số biến thể của OFDM được phát triển để cải thiện hiệu suất hoặc mở rộng khả năng ứng dụng của OFDM như: 

  • COFDM (Coded OFDMA): Là một dạng OFDM tích hợp mã hóa sửa lỗi trực tiếp vào tín hiệu, giúp cải thiện khả năng chống nhiễu và khả năng phục hồi lỗi.
  • Flash OFDM: Là một biến thể của OFDM được phát triển bởi Flarion, nhằm hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp hoàn toàn bằng giao thức IP cho mạng không dây. 
  • OFDMA: Được ứng dụng nhiều trong viễn thông di động, cung cấp khả năng đa truy cập cho nhiều thiết bị cùng một lúc trên cùng một dải tần số.
  • VOFDM (Vectơ OFDM): Sử dụng công nghệ MIMO (Multiple In, Multiple Out) có nghĩa là sử dụng nhiều ăng-ten để tăng cường khả năng thu và truyền tín hiệu.  
  • WOFDM (Wideband OFDM): Là OFDM sử dụng các kênh có khoảng cách giữa chúng đủ lớn, đảm bảo rằng bất kỳ sai số nào về tần số giữa trạm phát và trạm thu cũng không ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông, đặc biệt áp dụng cho các hệ thống wifi. 

Biến thể OFDMA là phiên bản cải tiến của OFDM

Biến thể OFDMA là phiên bản cải tiến của OFDM

Những hạn chế của OFDM

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì OFDM vẫn còn tồn tại một số hạn chế: 

  • Tỷ lệ PAPR cao: Đây là tỷ lệ công suất đỉnh so với công suất trung bình. Trong OFDM, tín hiệu được truyền bao gồm nhiều sóng mang phụ độc lập với các giá trị pha khác nhau. Tuy nhiên, nếu tất cả chúng đồng thời đạt giá trị tối đa ở cùng một pha sẽ xảy ra hiện tượng đỉnh khiến công suất đầu ra tăng lên đột ngột. Điều này dẫn đến PAPR cao ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.

Trong OFDM tỷ lệ PAPR được đánh giá cao gây ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống

Trong OFDM tỷ lệ PAPR được đánh giá cao gây ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống

Vấn đề chính là PAPR cao có thể làm suy giảm hiệu suất của bộ khuếch đại công suất trong hệ thống OFDM. Bộ khuếch đại này thường được thiết kế để hoạt động ổn định trong vùng tuyến tính, PAPR cao có thể đẩy nó vào vùng phi tuyến tính gây mất hiệu quả.

  • Nhạy cảm với vấn đề đồng bộ hóa của các nhà cung cấp dịch vụ phụ: Hơn nữa, hệ thống OFDM đòi hỏi sự đồng bộ chính xác giữa máy phát và máy thu với tần số sóng mang phụ. Nếu không duy trì được sự đồng bộ này, có thể xảy ra lệch tần số gây ra hiện tượng lệch và làm tăng ISI và BER (Bit Error Rate). 
  • Nhạy cảm với hiệu ứng Doppler: Sự thay đổi tốc độ có thể tạo ra độ lệch tần số, làm ảnh hưởng đến hiệu suất truyền thông. 

So sánh OFDM  và OFDMA

Kỹ thuật OFDMA là một bản cải tiến của kỹ thuật OFDM. Để hiểu rõ hơn sự khác biệt giữa 2 kỹ thuật này, bạn hãy đọc bảng so sánh dưới đây:

Tiêu chí OFDM OFDMA
Kỹ thuật Truyền dẫn dữ liệu qua nhiều sóng mang phụ trực giao Mở rộng của OFDM để hỗ trợ nhiều người dùng đồng thời
Mục tiêu Tối ưu hóa truyền dẫn dữ liệu không dây, giảm nhiễu tương tác Cung cấp khả năng truy cập đa người dùng hiệu quả
Chia sẻ tài nguyên Không chia sẻ, tất cả sử dụng cùng một dải tần số Chia sẻ nguồn tài nguyên, cấp phát subcarrier cho từng người dùng
Tính linh hoạt  Linh hoạt trong điều chỉnh tốc độ truyền dẫn và dải tần số Linh hoạt cao, hỗ trợ nhiều người dùng với linh hoạt trong cấp phát tài nguyên
Hiệu suất phổ  Thấp hơn Cao hơn
Ứng dụng Wi-Fi, LTE LTE-Advanced, WiMAX, 5G

So sánh OFDM và MIMO

OFDM và MIMO là hai kỹ thuật điều chế và truyền thông được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống truyền thông hiện đại. Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa 2 kỹ thuật này: 

Tiêu chí OFDM MIMO
Kỹ thuật Truyền dẫn dữ liệu qua nhiều sóng mang phụ trực giao Truyền dẫn dữ liệu qua các anten 
Mục tiêu Tối ưu hóa truyền dẫn dữ liệu không dây, giảm nhiễu tương tác Tối ưu hóa tốc độ dữ liệu và cải thiện khả năng truyền sóng vô tuyến
Chia sẻ tài nguyên Không chia sẻ, tất cả sử dụng cùng một dải tần số Chia sẻ tài nguyên không gian (space) giữa các anten
Đồng bộ hóa Yêu cầu đồng bộ hóa tốt giữa máy phát và máy thu Yêu cầu đồng bộ hóa chính xác giữa các anten
Phương pháp tăng dung lượng Tăng dung lượng bằng cách sử dụng nhiều sóng mang phụ Tăng dung lượng bằng cách sử dụng nhiều anten trên cả máy phát và máy thu
Môi trường Môi trường không dây, truyền dẫn dữ liệu Môi trường đòi hỏi hiệu suất và dung lượng cao, đặc biệt trong không gian mở

Tìm hiểu thêm: Công nghệ MIMO là gì? Cơ chế hoạt động của MIMO

Tương lai phát triển của công nghệ OFDM

OFDM là một kỹ thuật được sử dụng trong mạng thông tin băng rộng WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) theo tiêu chuẩn IEEE 802.16a. Trong hệ thống di động thế hệ thứ tư, OFDM kết hợp với kỹ thuật MIMO để tăng dung lượng kênh không dây và kết hợp với CDMA để hỗ trợ dịch vụ đa truy cập hiệu quả. 

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc thay thế phép biến đổi FFT trong OFDM bằng phép biến đổi Wavelet. Mục tiêu là cải thiện khả năng chống nhiễu của hệ thống đối với hiệu ứng dịch tần và giảm độ dài của chuỗi bảo vệ trong OFDM. Tuy nhiên, để áp dụng công nghệ này một cách hiệu quả trong tương lai thì cần thêm thời gian nghiên cứu và kiểm chứng cụ thể hơn về khả năng ứng dụng của công nghệ này trong hệ thống truyền thông.

Bạn có thể tìm hiểu công nghệ cải tiến của OFDM: OFDMA là gì? So sánh giữa OFDM và OFDMA

Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

Công nghệ OFDM có những ứng dụng thực tiễn quan trọng trong cuộc sống như: 

  • Giúp cải thiện chất lượng hình ảnh và âm thanh trong truyền hình kỹ thuật số: OFDM chia tín hiệu video và âm thanh thành nhiều sóng mang phụ có tần số khác nhau và truyền tải đồng thời, giảm thiểu tác động của nhiễu, giúp đảm bảo chất lượng hình ảnh và âm thanh trong các môi trường nhiễu nhiều.
  • Giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu trong wifi: Khả năng chia tần số của OFDM cho phép truyền nhiều tín hiệu đồng thời trên các tần số khác nhau, tăng tốc độ truyền dữ liệu và cải thiện hiệu suất trên bộ phát wifi.
  • Giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ứng dụng truyền thông di động: OFDM có khả năng chống nhiễu tốt, hiệu quả sử dụng băng tần cao và khả năng điều chỉnh tốc độ truyền tải linh hoạt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ứng dụng truyền thông di động chẳng hạn như streaming video, chơi game trực tuyến,…

Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

Ứng dụng thực tiễn của công nghệ OFDM

Ứng dụng của OFDM trong các hệ thống truyền thông

Bên cạnh đó, OFDM được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống truyền thông đó là: 

  • Wifi và mạng WLAN: OFDM được sử dụng trong các chuẩn Wifi như 802.11a/g/n/ac để cải thiện hiệu suất truyền dữ liệu và ổn định tín hiệu trong môi trường không dây. 
  • Di động và 4G LTE: OFDM là một thành phần quan trọng của các tiêu chuẩn di động thế hệ thứ tư (4G LTE), giúp tối ưu hóa dung lượng kênh và cải thiện khả năng chống nhiễu trong mạng di động.
  • 5G và Massive MIMO: Trong các mạng di động thế hệ thứ năm (5G), OFDM tiếp tục được sử dụng để hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu cao và kết hợp với Massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) để tăng cường khả năng đa truy cập và hiệu suất mạng.
  • WiMAX: OFDM là phần quan trọng của tiêu chuẩn WiMAX (IEEE 802.16) được sử dụng cho các mạng di động có phạm vi rộng.
  • Truyền hình kỹ thuật số (DVB-T2): OFDM được áp dụng trong các hệ thống truyền hình kỹ thuật số như DVB-T2 để cải thiện khả năng truyền tải và chất lượng hình ảnh.
  • Cáp mạng và DSL (Digital Subscriber Line): OFDM được sử dụng để tối ưu hóa tốc độ truyền dữ liệu qua đường dây cáp và DSL, giúp cải thiện hiệu suất của các dịch vụ truyền thông dựa trên mạng đường dây.
  • Radar và LiDAR: Công nghệ OFDM cũng được sử dụng trong các hệ thống radar và LiDAR để cải thiện độ chính xác và độ chính xác của dữ liệu thu được đặc biệt là trong lĩnh vực xe tự động và hệ thống định vị.

OFDM là phần quan trọng của tiêu chuẩn WiMAX (IEEE 802.16) được sử dụng cho các mạng di động có phạm vi rộng

OFDM là phần quan trọng của tiêu chuẩn WiMAX (IEEE 802.16) được sử dụng cho các mạng di động có phạm vi rộng

Tổng kết

Như vậy, OFDM là một kỹ thuật quan trọng không thể thiết trong các hệ thống truyền thông với những ứng dụng hữu ích được kể trên nhằm cải thiện tốc độ truyền thông tin qua sóng vô tuyến. Hy vọng những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về kỹ thuật OFDM. Hãy theo dõi chúng tôi thường xuyên để cập nhật các thông tin mới nhất nhé! 

Có thể bạn quan tâm

NHÀ PHÂN PHỐI THIẾT BỊ MẠNG CHÍNH HÃNG, UY TÍN

CÔNG TY TNHH PHÂN PHỐI HÀ PHƯƠNG

Văn phòng Hà Nội
Số 39 Đường 3.9 Khu đô thị Gamuda Gardens, Phường Yên Sở, Quận Hoàng Mai, TP Hà Nội
0964.232.066
haphuong@npp.com.vn
Chi nhánh Hồ Chí Minh
Đường số 30, Phường Linh Đông, TP. Thủ Đức, Hồ Chí Minh
0964.232.066

    Báo giá Dự Án

    Bạn có câu hỏi về việc mua một sản phẩm hoặc giải pháp mà bạn quan tâm? Điền vào biểu mẫu và chúng tôi sẽ trả lời sau 1 ngày làm việc. Báo giá ngay, được hỗ trợ giá ưu đãi tốt nhất.