Ðánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến gây bởi các bộ khuếch đại công suất trong hệ thống OFDM

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Đ.T.Hải, N.Q.Bình, “Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến hệ thống OFDM.” 74 
ÐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA RIÊNG MÉO PHI TUYẾN GÂY BỞI 
CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG OFDM 
Đoàn Thanh Hải1, Nguyễn Quốc Bình2 
Tóm tắt: Các công thức thực nghiệm (empirical formulae) cho phép tính nhanh 
lượng thiệt hại tỉ số tín trên tạp SNRD (Signal-to-Noise Ratio Degradation) theo 
tham số lượng thiệt hại khoảng cách dd (distance degradation) của các bộ khuếch 
đại công suất HPA (High Power Amplifier) trong hệ thống 16-QAM-OFDM xác 
định được trong bài báo này. Ngoài ra, kết quả mô phỏng hệ số phẩm chất của hệ 
thống BER (Bit Error Rate), mối quan hệ SNRD và dd, lượng thiệt tổng cộng TD 
(Total Degradation) được so sánh với hệ thống đơn sóng mang với cùng một điều 
kiện cho thấy rõ ảnh hưởng của méo phi tuyến trong các thống đa sóng mang trực 
giao. Các kết quả thu được và các phân tích cũng cho thấy khả năng sử dụng tham 
số biểu kiến dd trong đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến gây ra do các 
HPA, so với việc sử dụng tham số độ lùi công suất BO (Back-Off). 
Từ khóa: QAM, OFDM, HPA, Méo phi tuyến. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Kỹ thuật điều chế biên độ vuông góc M trạng thái ghép theo tần số trực giao M-QAM-
OFDM (M-ary Quadrature Amplitude Modulation-Orthogonal Frequency Division 
Multiplexing) được sử dụng trong rất nhiều hệ thống (truyền hình số mặt đất, thông tin di 
động, đường dây thuê bao số bất đối xứng...) nhờ hiệu suất sử dụng phổ cao và khả năng 
hạn chế pha-đinh chọn lọc. Tuy nhiên, kỹ thuật này lại rất nhạy cảm với méo phi tuyến 
gây bởi các HPA do tín hiệu có đường bao thay đổi lớn [1], nghĩa là có tỉ số công suất đỉnh 
trên công suất trung bình PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) cao. 
Đánh giá ảnh hưởng của méo phi tuyến gây bởi HPA tới chất lượng hệ thống trong các 
hệ thống vô tuyến số M-QAM-OFDM là một vấn đề nan giải. Do tính chất phức tạp của hệ 
thống khi HPA kẹp giữa 2 bộ lọc làm hệ thống mang tính có nhớ, nói chung việc tính toán 
một cách giải tích là một nhiệm vụ bất khả thi nên mô phỏng máy tính với các hệ thống có 
các phần tử phi tuyến như thế thường được xem là giải pháp hiệu quả nhất [2]. Hầu hết các 
nghiên cứu về ảnh hưởng của méo phi tuyến trong truyền dẫn OFDM [3], [4], [5], [6], [7], 
[8], [9] đều coi nhiễu phi tuyến là một quá trình Gaussian dừng cộng tính - một giả định 
không hoàn toàn chính xác - và sử dụng rất nhiều mô phỏng cùng với các tiếp cận toán học 
để lấy được trung bình và phương sai của nhiễu đó. Trong [3], công suất nhiễu phi tuyến 
đạt được bằng mô phỏng tưạ giải tích, trong khi đó ở [4], [5], [6], [7], [8], [9] biểu thức 
phân tích đạt được là từ phương sai hoặc hàm tự tương quan và nhờ đó có được hàm mật 
độ phổ công suất PSD (Power Spectrum Density) của nhiễu phi tuyến. Trong [6], [7] các 
tác giả đạt được công thức giải tích cho hàm tự tương quan đầu ra dựa trên mô hình HPA 
với khai triển chuỗi Bessel. Bằng cách sử dụng biến đổi Fourier, hàm tự tương quan đầu ra 
có thể cung cấp thông tin về PSD ở đầu ra HPA và cho phép tính toán giải tích công suất 
của nhiễu phi tuyến. 
Nhìn chung phương pháp tính toán giải tích rất phức tạp, còn phương pháp mô phỏng 
tựa giải tích lại ước lượng TD thông qua độ lùi công suất đầu vào IBO (Input BO) hoặc độ 
lùi công suất đầu ra OBO (Output BO) cho một hoặc hai loại HPA là đèn sóng chạy TWT 
(Travelling Wave Tube) hoặc/và bán dẫn SSPA (Solid State Power Amplifier), kết quả đạt 
được ở tỉ lệ lỗi bit BER cao không mấy có ý nghĩa trong thực tế [3]. Việc sử dụng các tham 
số BO làm thông số định lượng cho độ méo phi tuyến của HPA là không thỏa đáng vì các 
bộ HPA khác nhau với cùng một giá trị IBO hoặc OBO như nhau sẽ biểu lộ các độ phi 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 75
tuyến khác nhau còn SSPA, theo một khía cạnh nào đó, thì giống như một TWT không có 
đặc tính biến đổi AM/PM. 
Vì vậy, từ những năm 1995 cho đến 2015, trong [10], [11], [12], [13], [14], [15] các tác 
giả đã đề xuất và sử dụng lượng thiệt hại khoảng cách dd như một độ đo định lượng mức 
độ phi tuyến của các HPA trong các hệ thống đơn sóng mang SC (Single Carrier) với các 
kiểu điều chế M-QAM [10], [11], [14], [15], điều chế 16-APSK [13]; hệ thống nhiều đầu 
vào một đầu ra MISO (Multiple Input Single Output) [12] và hệ thống MIMO-2xnR STBC 
[13] điều chế M-QAM. 
Trong bài báo này, nhằm kiểm tra tính khả dụng của tham số dd về độ đo tính phi tuyến 
của các bộ HPA thay cho tham số BO, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng riêng của méo phi 
tuyến với nhiều HPA khác nhau được chọn một cách không có chủ ý trong hệ thống 
OFDM và đưa ra công thức kinh nghiệm để tính nhanh SNRD theo dd cho HPA khảo sát 
trong hệ thống 16-QAM-OFDM. Kết quả mô phỏng được so sánh đánh giá với hệ thống 
đơn sóng mang với cùng một điều kiện để thấy rõ ảnh hưởng của méo phi tuyến trong các 
hệ thống đa sóng mang trực giao (ghép theo tần số trực giao OFDM). 
Các phần chính còn lại của bài báo được tổ chức như sau: Phần 2 giới thiệu về mô hình 
hệ thống khảo sát, mô hình bộ HPA, ảnh hưởng của méo phi tuyến gây bởi HPA trong hệ 
thống OFDM, giới thiệu tham số dd. Phần 3 trình bày kết quả mô phỏng để đánh giá ảnh 
hưởng riêng của méo phi tuyến gây bởi HPA sử dụng điều chế 16-QAM trong trường hợp 
đơn sóng mang và đa sóng mang OFDM, mối quan hệ giữa SNRD và dd, lượng thiệt hại 
tổng cộng TD và IBOp tối ưu trong hai trường hợp. Kết luận về những kết quả đạt được 
của nghiên cứu được trình bày trong phần 4. 
2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THAM SỐ DD 
2.1. Mô hình hệ thống 
Đối với các hệ thống truyền dẫn OFDM, sơ đồ khối tiêu biểu đã được giới thiệu trong 
rất nhiều tài liệu. Để thuận tiện cho việc mô phỏng máy tính và việc xem xét các tín hiệu 
băng gốc tương tương thay cho các tín hiệu thông dải, sơ đồ khối của hệ thống OFDM 
được thể hiện như trong hình 1. Trong đó: a) Khối mã kênh và giải mã kênh trong sơ đồ 
truyền thống không được xét do chúng chỉ có tác dụng sửa lỗi mà không ảnh hưởng tới 
đặc tính của HPA cần xét trong hệ thống; b) Điều chế băng gốc được thay thế trong thực tế 
mô phỏng bằng khối mã hóa M-QAM áp dụng với từng symbol con của từng sóng mang 
con, thực hiện ngay trước biến đổi nối tiếp/song song P/S. Về mặt xử lý tín hiệu, việc mã 
hóa nhiều mức băng gốc trước khối biến đổi S/P như thế hoàn toàn tương đương với việc 
điều chế băng gốc sau biến đổi S/P do bản chất của chức năng điều chế số và bản chất 
truyền song song của OFDM, song lại thuận tiện hơn trong lập trình mô phỏng; c) HPA 
băng gốc tương đương được biểu diễn bằng mô hình không nhớ 4 tham số của Saleh [16] 
vẫn thường được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng HPA phi tuyến đối với các hệ thống vô 
tuyến số mặt đất; d) Bộ lọc ở phía phát và phía thu là các bộ lọc băng gốc tương đương 
căn bậc hai cô sin nâng S-RRC (Square-Root Raised Cosine) với tần số lấy mẫu Fd bằng 8 
nhằm tính đến sự mở rộng phổ tín hiệu tới 3 lần gây bởi hệ số phi tuyến tới bậc 3, trễ 
nhóm delay bằng 10 để loại bỏ tác động của xấp xỉ mạch lọc nhằm bảo đảm tính nhân quả 
và hệ số uốn lọc rolloff bằng 0,35 như các hệ thống thực tế; e) Hệ thống khảo sát chỉ có 
tác động của tạp âm cộng trắng chuẩn AWGN (Additive White Gaussian Noise) nhằm xét 
chỉ riêng tác động của méo phi tuyến tới chất lượng hệ thống, kênh vô tuyến được xem là 
bằng phẳng, không nhiễu và đồng bộ là hoàn hảo như trong [10], [11], [12], [13], [14], 
[15] ; f) Các tham số được sử dụng trong mô phỏng là: Điều chế băng gốc 16-QAM; chiều 
dài IFFT/FFT là 8; số sóng mang con 8; độ dài tiếp đầu tuần hoàn CP (Cyclic Prefix) bằng 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Đ.T.Hải, N.Q.Bình, “Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến hệ thống OFDM.” 76 
1/5 độ dài khoảng tích phân; số bít ngẫu nhiên được sử dụng cho mô phỏng: 256.106 
(chuỗi gồm 8.106 symbol OFDM liên tiếp, mỗi symbol OFDM gồm 32 bít đưa vào điều 
chế song song trên 8 sóng mang con, mỗi sóng mang con điều chế băng gốc 16-QAM và 
trong mỗi chu kỳ symbol con Tu chứa 4 bít); phương pháp mô phỏng Monte-Carlo được sử 
dụng để đạt độ chính xác cao [2] với trả giá về thời gian mô phỏng. Với tham số như trên 
và năng lực máy tính tương đối mạnh CoreI5, ram 2G cũng phải mất 5-6 giờ máy mới thu 
được một kết quả tạm tin cậy về phẩm chất hệ thống BER ở mức thấp từ 10-3 đến 10-6. IBO 
được lấy theo công suất trung bình của tín hiệu đầu vào HPA như trong [8]. 
Hình 1. Mô hình khảo sát hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng điều chế M-QAM. 
2.2. Mô hình bộ khuếch đại công suất 
HPA được mô hình hóa như một phần tử phi tuyến không nhớ, mô tả bằng các đặc 
tuyến AM/AM và AM/PM [16]. Theo mô hình này, nếu biểu diễn symbol tín hiệu đầu vào 
s theo tọa độ cực là: 
 ( )ˆ; ( ) ,  j j r js re s A r e e (1) 
với r và  lần lượt là biên độ và pha tín hiệu lối vào; sˆ là symbol lối ra HPA; ( )A r và 
( )r lần lượt là các biến điệu AM/AM và AM/PM được xác định theo mô hình Saleh [16]: 
2
2 2
( ) ; ( ) ,
1 1
 
pa
a p
rr
A r r
r r
 (2) 
trong đó a , a và p , p là các cặp tham số của mô hình Saleh, xác định bằng thuật 
toán sai số trung bình bình phương tối thiểu (MMSE: Minimum Mean-Square-Error) với 
các số liệu đo được từ các HPA thực tế thể hiện như trong hình 2 và được chọn một cách 
không chủ định từ các nguồn tin cậy và đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu. Bảng 1 
liệt kê các tham số của mô hình Saleh ứng với các HPA thực tế được sử dụng trong nghiên 
cứu này cũng như nhiều nghiên cứu khác [10], [11], [12], [13], [15]. Tên gọi các HPA267, 
HPA1371 và HPA1373 được lấy theo các nghiên cứu trên và [17]. 
Trong các hệ thống M-QAM-OFDM, HPA có những tác động cả với từng sóng mang 
con điều chế M-QAM cũng như toàn bộ tín hiệu OFDM gồm N sóng mang con [1]. Tác 
động của HPA tới tín hiệu M-QAM trên từng sóng mang con là: a) gây ISI phi tuyến; b) 
làm móp chòm tín hiệu; c) sinh ra tạp âm phi tuyến; và d) mở rộng phổ từng kênh con gây 
mất trực giao giữa các kênh con; những điều này làm tăng xác suất quyết định sai symbol 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 77
trên từng sóng mang con. Ngoài ra, méo phi tuyến còn làm mở rộng cả phổ tín hiệu tổng 
cộng, gây nhiễu cận kênh đối với các kênh vô tuyến lân cận. 
Bảng 1. Tham số của mô hình Saleh. 
Tên HPA HPA267 HPA1371 HPA1373 
Tham số [17] [16, 17], [16, 17], 
αa 2 1.9638 2.1587 
βa 1 0.9945 1.1517 
αp π/3 2.5293 4.0033 
βp 1 2.8168 9.1040 
Hình 2. a) Đặc tuyến AM/AM, AM/PM của 3bộ HPA, 
 b) Các tác động móp dạng chòm sao tín hiệu. 
2.3. Tham số dd cho tín hiệu 16-QAM-OFDM 
Trong [10], tác giả đã đề xuất một thông số biểu kiến về độ phi tuyến của các HPA máy 
phát (bất luận HPA là TWT hay SSPA) trong các hệ thống M-QAM. Thông số này được 
gọi là độ thiệt hại khoảng cách dd, là lượng thiệt hại - tính trung bình trên toàn tập tín hiệu 
- của khoảng cách từ điểm tín hiệu tới biên quyết định gần nhất gây bởi tác động dịch 
chuyển các điểm tín hiệu trên chòm sao tín hiệu. Với một HPA và với một độ lùi công suất 
đỉnh BOP (Peak BO) đã cho, dd có thể xác định dễ dàng được theo công thức sau: 
 dd
M
ddi j
i j
M

4
1
2
,
,
/
(3) 
Trong đó di,j là khoảng cách nhỏ nhất từ điểm tín hiệu tới biên quyết định gần nhất. 
Thiệt hại khoảng cách đối với tín hiệu [i,j] là ddi,j = 1 di,j. Với từng HPA, đặc tính của suy 
giảm tăng ích G và méo pha  là hàm của công suất đầu ra và được cho bởi nhà sản 
xuất, từ đó xác định được các biến điệu AM/AM và AM/PM tương ứng. Từ hình 2b, 
chúng ta có thể dễ dàng xác định được lượng thiệt hại khoảng cách của từng điểm tín hiệu 
trên một góc phần tư của biểu đồ chòm sao tín hiệu 16-QAM. Ví dụ đối với điểm tín hiệu 
[2,2] trên chòm sao tín hiệu. Do ảnh hưởng của bộ khuếch đại công suất tín hiệu này bị 
suy giảm một lượng về biên độ xác định bởi G22, méo pha một lượng là 22 và điểm tín 
hiệu dịch chuyển sang trái và từ đó xác định được bằng hình học khoảng cách nhỏ nhất d2,2 
từ điểm tín hiệu [2,2] mới tới biên quyết định gần nhất. Thiệt hại khoảng cách đối với tín 
hiệu [2,2] được xác định bằng khoảng cách từ điểm tín hiệu chuẩn đến biên quyết định gần 
nhất đó trừ đi d2,2. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Đ.T.Hải, N.Q.Bình, “Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến hệ thống OFDM.” 78 
Hình 3. Tác động riêng của méo phi tuyến, 
HPA267 với IBO khác nhau trên kênh SC. 
Hình 4. Tác động riêng của méo phi tuyến, 
HPA1371 với IBO khác nhau trên kênh SC. 
Khác với tham số BO, tham số dd cho phép so sánh các HPA khác nhau thuộc các 
chủng loại khác nhau, bất luận là các HPA đó có hay không có méo trước. Sử dụng tham 
số này, theo các công thức gần đúng xác định theo lối kinh nghiệm thu được thông qua mô 
phỏng với nhiều HPA khác nhau, với nhiều giá trị BO khác nhau, ta có thể tính trực tiếp 
ảnh hưởng của méo phi tuyến gây bởi HPA tới chất lượng hệ thống. Một điều quan trọng 
nữa là với cách xác định dd như đã nêu, dd có thể mở rộng cho các giá trị M khác nhau. 
3. MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN, THẢO LUẬN 
3.1. Tác động riêng của méo phi tuyến gây bởi các bộ KĐCS 
Kết quả mô phỏng đánh giá ảnh hưởng riêng của méo phi tuyến gây bởi các HPA 
thông qua tham số BER được minh họa trong các hình 3, hình 4, hình 5 cho hệ thống 
đơn sóng mang SC (Single Carrier) và các hình 6, hình 7, hình 8 với IBO khác nhau trên 
hệ thống OFDM. 
Hình 5. Tác động riêng của méo phi 
tuyến, HPA1373 với IBO khác nhau trên 
kênh SC. 
Hình 6. Tác động riêng của méo phi tuyến, 
HPA1373 với IBO khác nhau trên 
kênh OFDM. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 79
Hình 7. Tác động riêng của méo phi 
tuyến, HPA267với IBO khác nhau trên 
kênh OFDM. 
 Hình 8. Tác động riêng của méo phi tuyến, 
HPA1371 với IBO khác nhau trên 
kênh OFDM. 
Với việc chọn điểm làm việc của HPA, ví dụ HPA267, khác nhau theo công suất trung 
bình của tín hiệu đầu vào của HPA, như thể hiện trong Hình 9, hệ thống OFDM có đường 
cong phẩm chất BER (đường nét liền trên cùng) cao hơn so với đường cong BER của hệ 
thống đơn sóng mang SC (đường nét đứt ở giữa) trong cùng một dải IBO = 14, 15, 16 dB. 
Trong khi đó kết quả nhận được ngược lại trong trường hợp chọn điểm làm việc của HPA 
thay đổi theo công suất đỉnh của tín hiệu đầu vào HPA. Điều này có thể giải thích rõ rằng 
trong hệ thống OFDM, việc lựa chọn điểm làm việc theo công suất đỉnh Pmax nên các tín 
hiệu có công suất trung bình lùi rất xa và rơi vào miền rất tuyến tính do tỉ số PAPR lớn, 
chỉ cần lùi với IBO nhỏ đường cong BER cũng đã gần với đường lý tưởng không có HPA 
hơn trong hệ thống SC. 
Hình 9. Tác động của méo phi tuyến do 
HPA267 trên các kênh SC và OFDM lựa chọn 
điểm làm việc khác nhau. 
Hình 10. Mối quan hệ giữa SNRD và dd 
trong các hệ thống SC và OFDM. 
3.2. Mối quan hệ giữa SNRD và dd 
Từ bộ kết quả mô phỏng với cả ba bộ khuếch đại được chọn không có chủ ý, xác định 
trung bình 40 kết quả SNRD kết hợp với giá trị dd tại từng BER = 10-3 và BER = 10-6 và 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Đ.T.Hải, N.Q.Bình, “Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến hệ thống OFDM.” 80 
sử dụng thuật toán sai số bình phương trung bình MSE (Mean Squared Error) để tìm ra 
mối quan hệ giữa SNRD và dd như trong bảng 2 cho hệ thống OFDM và hệ thống SC. Các 
mối quan hệ này làm gần đúng được bằng một đa thức bậc N không có số hạng bậc 0 bởi 
khi HPA tuyến tính hoàn toàn thì dd = 0 và SNRD = 0. Có thể chọn được bậc chung nhất 
là N = 3 để hạn chế độ phức tạp trong tính toán thiết kế hệ thống và quan trọng là độ tản 
mát của độ lệch chuẩn RMSE nhỏ cỡ 0.01. Khi đó các hệ số bậc 1, hệ số bậc 2, hệ số bậc 3 
được ký hiệu lần lượt là a1, a2, a3 và nhận giá trị như trong cột bậc 3 của bảng 2 và được 
vẽ lại bằng đường cong như trong hình 10. 
Bảng 2. Kết quả làm gần đúng mối quan hệ giữa SNRD và dd của cả 3 HPA chọn điểm 
làm việc theo công suất trung bình Pmean. 
BER Hệ số Hệ thống OFDM Hệ thống SC 
10-3 
a0=0 bậc 2 bậc 3 bậc 4 bậc 2 bậc 3 bậc 4 
 a1 40.07 30.29 44.85 3.93 -5.53 14.78 
a2 5758.38 7441.48 3414.87 4372.51 5267.69 2248.30 
a3 -65730.28 274654.75 -19408.2 119539.67 
a4 -8929979 -2009232 
Rmse 0.03 0.03 0.03 0.07 0.071 0.07 
10-6 
 a1 -160.91 -23.41 640.04 33.98 -1.27 155.33 
a2 44506.3 20829.79 -162667.5 7589.85 10923.52 -12340.94 
a3 924641.9 1.64E+07 -72276.5 998322.79 
a4 -4.07E+08 -1.55E+07 
Rmse 0.49 0.32 0.304 0.35 0.34 0.33 
Cụ thể: Với hệ thống OFDM 
Tại BER=10-3 , công thức kinh nghiệm tính nhanh SNRD theo dd là: 
3 265730.28 7441.48 30.29SNRD dd dd dd . Sai số ước lượng: 0.04[dB] (4) 
Tại BER=10-6 , công thức kinh nghiệm tính nhanh SNRD theo dd là: 
3 2924641.9 20829.79 23.41SNRD dd dd dd . Sai số ước lượng: 0.32[dB] (5) 
Từ hình 10 chúng ta dễ dàng nhận thấy, với cùng mức ảnh hưởng của méo phi tuyến, 
cùng bậc điều chế tín hiệu 16-QAM thì tại BER = 10-3, BER=10-6, SNRD của hệ thống 
OFDM (đường nét liền) luôn cao hơn SNRD của hệ thống SC (đường nét đứt). Do dd càng 
lớn thì HPA càng gần điểm bão hòa, hệ thống OFDM có tỉ lệ PAPR lớn lại chọn điểm làm 
việc theo công suất trung bình tín hiệu đầu vào HPA nên càng đẩy công suất đỉnh gần 
điểm bão hòa hơn hệ thống SC, làm giảm trầm trọng chất lượng hệ thống và vì thế chênh 
lệch về SNRD của hai hệ thống khảo sát thể hiện rõ rệt, đặc biệt tại BER = 10-6. Cụ thể là: 
Tại BER=10-3 mức chênh lệch cao nhất giữa hai hệ thống là khoảng 1.6 [dB] 
Tại BER=10-6 mức chênh lệch cao nhất giữa hai hệ thống là khoảng 11.0 [dB] 
 Bảng 3. IBOopt của HPA trên kênh SC và OFDM. 
Hệ 
thống 
HPA 267 1371 1373 
BER IBOopt TD IBOopt TD IBOopt TD 
SC 
10-3 15 17.14 17.5 19.40 18.5 20.65 
10-6 16 18.65 18.5 21.06 20 22.32 
OFDM 
10-3 17 18.61 19 20.94 19.5 21.87 
10-6 18.5 20.84 21.5 23.24 21.5 24.29 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 81
Hình 11. TD gây bởi các HPA trong các hệ thống OFDM tại BER=10-6. 
3.3. Mối quan hệ giữa TD (Total Degradation) và IBOopt 
Lượng thiệt hại tổng cộng là thông số đo lường hiệu suất của hệ thống, được xác 
định theo công thức sau: 
      NL LTD dB EbNo dB EbNo dB IBO (6) 
trong đó: NLEbNo và LEbNo là Eb/N0 trung bình phía thu tương ứng với trường hợp 
có và không có tác động của HPA. Mối quan hệ giữa TD và độ lùi công suất IBO tại 
BER = 10-6 được thấy rõ trong hình 11, cho thấy cùng HPA, TD trên hệ thống SC luôn 
nhỏ hơn so với TD của hệ thống OFDM. Và để giữ cho phẩm chất hệ thống có thể 
chấp nhận được khi có các HPA phi tuyến thì cần có IBO cao, làm giảm hiệu suất của 
bộ HPA. Điều này không thuận lợi cho các hệ thống cần tiết kiệm tài nguyên công suất 
như các hệ thống thông tin vệ tinh hay di động. Vì vậy, cần phải tìm ra sự thỏa hiệp tốt 
nhất giữa công suất phát và lượng thiệt hại tổng cộng TD do méo phi tuyến gây bởi các 
HPA thông qua độ lùi công suất tối ưu IBOopt [3], [6], [12], [13]. Trong bài báo này, 
điểm làm việc tối ưu trên từng hệ thống được thể hiện trong bảng 3. Ta thấy ở đây, 
cùng HPA, TD trên SC luôn nhỏ hơn so với TD của hệ thống OFDM nên IBOopt của hệ 
thống SC luôn nhỏ hơn IBOopt của hệ thống OFDM. Hay nói một cách khác điểm làm 
việc tối ưu đối với hệ thống OFDM bị đẩy lùi xuống thấp hơn so với hệ thống SC. 
4. KẾT LUẬN 
Kết quả thu được trong bài báo này cho thấy lượng thiệt hại khoảng cách dd của các 
bộ HPA vẫn có thể sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của méo phi tuyến gây bởi các 
HPA trong các hệ thống điều chế 16-QAM-OFDM thay cho tham số BO trong các 
nghiên cứu trước đây. Công thức thực nghiệm chung duy nhất cho phép ước lượng 
nhanh ảnh hưởng riêng của méo phi tuyến do bộ HPA gây ra đã được đưa ra cho hệ 
thống OFDM thông qua quan hệ giữa tham số SNRD và dd. Kết quả của bài báo cho 
thấy, khi chuẩn hóa công suất đầu vào như nhau thì hệ thống SC chịu tác động bởi méo 
phi tuyến gây ra bởi các HPA ít hơn so với hệ thống OFDM, thấy rõ được qua hai 
tham số SNRD và TD, đồng thời đẩy điểm làm việc tối ưu của HPA đối với OFDM 
xuống thấp hơn so với SC. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Đ.T.Hải, N.Q.Bình, “Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến hệ thống OFDM.” 82 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. R. V. Nee and R. Prasad, "OFDM for Wireless Multimedia Communications", Artech 
Housse Publishers, 2000. 
[2]. M. C. Jeruchim, P. Balaban, and K. S. Shanmugan, "Simulation of Communication 
Systems", Kluwer Academic Publishers, 2002. 
[3]. G. Santella and F. Mazzenga, "A Hybrid Analytical-Simulation Procedure for 
Performance Evaluation in M-QAM-OFDM Schemes in Presence of Nonlinear 
Distortions", IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 47, 1998, pp. 142-151. 
[4] . E. Costa, M. Midrio, and S. Pupolin, "Impact of Amplifier Nonlinearities on OFDM 
Transmission System Performance", IEEE Communication letters, vol. 3, 1999. 
[5]. D. Dardari, V. Tralli, and A. Vaccari, "A Theoretical Characterization of Nonlinear 
Distortion Effects in OFDM Systems", IEEE Trans. on Communications, vol. 48, 2000. 
[6]. E. Costa and S. Pupolin, "M-QAM-OFDM System Performance in the Presence of a 
Nonlinear Amplifier and Phase Noise", IEEE Trans. on Communications, vol. 50, 
2002, pp. 462-472. 
[7]. H. Zareian and V. T. Vakili, "Analysis of Nonlinear Distortion Using Orthogonal 
Polynomials HPA Model ", IJCSNS International Journal of Computer Science and 
Network Security, vol. 8, 2008, pp. 164-170. 
[8]. P. Banelli and S. Cacopardi, "Theoretical analysis and performance of OFDM 
signals in nonlinear AWGN channels", IEEE Trans. Commun., vol. 48, 2000, pp. 
430-441. 
[9]. P. Banelli, G. Baruffa, and S. Cacopardi, "Effects of HPA Non Linearity on 
Frequency Multiplexed OFDM Signals", IEEE Trans. on Broadcasting, vol. 47, 2001, 
pp. 123-136. 
[10]. N. Q. Binh, J. Bérces, and I. Frigyes, "Estimation of the Effect of Nonlinear High 
Power Amplifier in M-QAM Radio-Relay Systems", Periodica Polytechnica Electrical 
Engineering, Technical University of Budapest, vol. 39, 1995. 
[11]. N. Q. Binh, N. T. Bien, and N. T. Thang, "The Usability of Distance Degradation in 
Estimation of Signal to Noise Ratio Degradation Caused by the Effect of Nonlinear 
Transmit Amplifiers and Optimum Additional Phase Shift in 256-QAM Systems", 
ATC 2008 International Conference on Advanced Technologies for Communications, 
pp. 258-261. 
[12]. N. T. Nam and N. Q. Bình, "Đánh giá tác động riêng của méo phi tuyến gây bởi các 
bộ khuếch đại công suất trong hệ thống MISO 2x1 STBC", REV-ECIT2014, 2014. 
[13]. N. T. Nam, N. Q. Bình, and N. Thành, "Đánh giá tác động riêng của méo phi tuyến 
gây bởi các bộ khuếch đại công suất trên hệ thống MIMO 2xnR STBC", Chuyên san 
Công nghệ thông tin và truyền thông, vol. 7, 2015. 
[14].N. Q. Binh and V. T. Hung, "Probability Density Function of the Intersymbol 
Interference Caused by Timing Error in 64-QAM Microwave Radio Systems", Journal 
on Science and Technique, Military Technical Academy, 2000. 
[15]. Nguyễn Quốc Bình và Nguyễn Thành Biên, "Hàm mật độ xác suất của nhiễu giữa các 
ký hiệu gây bởi sai lệch đồng hồ trong các hệ thống M-QAM", Tạp chí Nghiên cứu 
khoa học và công nghệ quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, vol. 27, 2009. 
[16]. A. A. M. Saleh, "Frequency-Independent and Frequency Dependent Nonlinear Models 
of TWT Amplifiers", IEEE Trans. on Communications, vol. 29, 1981, pp. 1715-1720. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 43, 06 - 2016 83
[17]. N.T.T. Nga, "Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống vi ba số dung lượng cao", Luận 
án Tiến sỹ Kỹ thuật, Học viện Công nghệ Bưu chính, Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2003. 
ABSTRACT 
ESTIMATION OF SEPARATE EFFECT OF THE NONLINEAR DISTORTION 
CAUSED BY HPA IN OFDM SYSTEMS 
The empirical formulae for quick determining SNRD (Signal-to-Noise Ratio 
Degradation) by using the parameter dd (distance degradation) of HPAs (High 
Power Amplifier) in 16-QAM-OFDM are obtained in this paper. In addition, 
simulation results of BER, the relationship between SNRD and dd, and TD (Total 
Degradation) of M-QAM-OFDM systems compared with the ones of SC (Single 
Carrier) systems under the same conditions show clearly the effects of non-linear 
distortion in the orthogonal multicarrier systems. The obtained results and the 
analyses in the paper also show the ability of using parameter dd in estimating the 
effect of nonlinear distortion caused by HPA, comparing with the use of parameter 
BO (Back Off). 
Keywords: QAM, OFDM, HPA, Nonlinear distortion. 
Nhận bài ngày 26 tháng 01 năm 2016 
Hoàn thiện ngày 27 tháng 5 năm 2016 
Chấp nhận đăng ngày 09 tháng 6 năm 2016 
Địa chỉ: 1Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên; 
 2Học viện Kỹ thuật quân sự, Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên và Phòng Nghiên cứu 
& sản xuất, Tập đoàn Viễn thông quân đội Viettel. 
 *Email: doanthanhhai@tnut.edu.vn