méo tín hiệu trong các hệ thống thông tin số

www.themegallery.com
LOGO
MÉO TÍN HIỆU TRONG CÁC HỆ
THỐNG THÔNG TIN SỐ
NGƯỜI THỰC HIỆN: ĐOÀN THỊ THANH THẢO
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG
XEMINA KHOA HỌC
www.themegall
ery.com

LOGO
Mục tiêu
Báo cáo nêu tóm lược tổng quan về hệ
thống thông tin số và những yếu tố làm
ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn
trong hệ thống thông tin số.
www.themegall
ery.com

LOGO
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
1
MÉO TÍN HIỆU
2
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
3
4
www.themegall
ery.com

LOGO
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
Định nghĩa "tín hiệu": là một tập thông tin hay dữ liệu.
Định nghĩa tín hiệu thường dùng trong điện tử: tín hiệu là một
hàm của biến thời gian trong đó biến thời gian là biến độc lập.
Có nhiều cách phân loại tín hiệu:
Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ liên tục, tức là có thể
nhận một giá trị bất kỳ trong một khoảng nào đó.
Tín hiệu số là tín hiệu có biên độ rời rạc, tức là chỉ nhận M giá trị
trong đó M là một số hữu hạn.
www.themegall
ery.com

LOGO
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số
www.themegall
ery.com

LOGO
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
Tham số chất lượng cơ bản của hệ thống thông tin số
- Độ chính xác truyền tin thường được đánh giá qua tỉ lệ lỗi bít
(BER: Bit-Error Ratio) thường được hiểu là tỉ lệ giữa số bít nhận
bị lỗi và tổng số bít đã truyền trong một khoảng thời gian quan
sát nào đó. BER≤ 10
−3
- Tốc độ truyền tin: Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ
thống thông tin số thường được đánh giá qua dung lượng tổng

cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thông tin (có đơn vị là b/s)
tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho.
Ngoài các yêu cầu và các tham số có tính nguyên tắc nói trên, các hệ
thống thông tin số còn có thêm yêu cầu về tính bảo mật và độ tin cậy (khả
năng làm việc của hệ thống với BER không vượt quá giá trị xác định).
Các yếu tố về tính kinh tế cũng có một vai trò to lớn
www.themegall
ery.com

LOGO
MÉO TÍN HIỆU
Méo tín hiệu phát sinh do sai lệch giữa đặc tính biện
độ-tần số và/hoặc đặc tính pha-tần (hay đặc tính giữ
chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so
với đặc tính được thiết kế nhằm triệt tiêu ISI trong
quá trình truyền dẫn tín hiệu số (theo tiêu chuẩn
Nyquist thứ nhất). Hệ quả là ở đầu ra hệ thống xuất
hiện ISI và do đó BER tăng.
www.themegall
ery.com

LOGO
MÉO TUYẾN TÍNH
Méo tuyến tính
Méo tuyến tính là méo gây ra cho tín hiệu bởi các phần tử tuyến tính trên
kênh truyền, trong đó các phần tử tuyến tính là các phần tử mà phép toán
biểu diễn quan hệ đầu ra theo đầu vào thỏa mãn tính chất xếp chồng. Hay
đặc tuyến biên độ vào-ra là một đường thẳng.
Méo tuyến tính có các nguyên nhân sau:
Nói chung, các phần tử thụ động trên các kênh (trừ diode) đều có thể xem là các phần tử tuyến

tính, miễn là tín hiệu lối vào không quá lớn. Kênh fading đa đường do vậy là một phần tử tuyến
tính, gây méo tuyến tính tín hiệu.
Các mạch lọc chế tạo không hoàn hảo
Do môi trường truyền :
-
Dây kim loại : tần số càng cao tiêu hao càng nhiều nhưng độ tăng
không đều mà lượn nét, mấp mô.
- Môi trường vô tuyến : Fading
www.themegall
ery.com

LOGO
Hàm truyền tổng cộng của hệ thống có méo tuyến tính có dạng:

Trong đó:
- C(f) là tích của các hàm truyền của các bộ lọc phát và thu được
thiết kế nhằm thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất.
- M(f) tổng quát là một hàm truyền có đặc tính biên độ-tần số không
bằng phẳng và/hoặc có đặc tính pha-tần không tuyến tính thể hiện
tác động của các yếu tố nêu trên.
MÉO TUYẾN TÍNH
www.themegall
ery.com

LOGO
Dưới tác động của méo, thay vì giống như ở phần phát, constellation tín
hiệu thu gồm một tập các cụm điểm. Việc tồn tại các cụm điểm trên
constellation của tín hiệu thu là dấu hiệu chắc chắn cho thấy có ISI gây bởi
méo tín hiệu. Cụm điểm càng rộng, méo tuyến tính càng lớn.
MÉO TUYẾN TÍNH

www.themegall
ery.com

LOGO
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
a) San bằng thích nghi trên miền thời gian
Hàm truyền tổng cộng của hệ thống không có san bằng có thể
viết được dưới dạng:
trong đó C(
ω
) là hàm truyền thỏa mãn tính chất truyền không có ISI còn
H(
ω
,t) thể hiện các tác động không mong muốn của kênh truyền. Một
cách tổng quát thì đó là một hàm phụ thuộc cả biến thời gian.
www.themegall
ery.com

LOGO
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
Về bản chất, bộ san bằng là một mạch điện được mắc thêm vào lối ra mạch
lọc thu nhằm bù đắp các sai lệch của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so
với hàm truyền cho phép truyền không có ISI. Tại một thời điểm t nào đó,
nhìn chung H(ω,t) có dạng không bằng phẳng về biên độ, không tuyến tính
về pha. Mạch san bằng có tác dụng “là phẳng” đặc tính biên độ-tần số của
H(ω) cũng như bù đắp nhằm duy trì đặc tính pha-tần tuyến tính của đặc tính
tổng cộng toàn hệ thống.
Một cách tổng quát, hàm truyền của mạch san bằng E(ω) cần phải được thiết
kế có dạng bằng 1/ H(ω). Khi đó, hàm truyền tổng cộng của cả hệ thống có
kể đến mạch san bằng có dạng:

www.themegall
ery.com

LOGO
b) Phân tập
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
- Phân tập theo không gian là việc sử dụng nhiều anten thu (thường là 2
anten). Một khi 2 anten được đặt cách nhau đủ xa thì việc xảy ra pha-
đinh do truyền dẫn đa đường đối với các anten đó có thể xem như độc
lập với nhau. Nhờ phân tập theo không gian, xác suất méo tuyến tính
đồng thời trên cả 2 anten cũng giảm thấp, nhờ vậy có thể làm giảm tác
động của méo.
- Biện pháp phân tập kinh tế hơn thường được sử dụng là phân tập theo
tần số. Phân tập theo tần số đặc biệt kinh tế nếu như: (i) tuyến vô tuyến
có một kênh dự phòng; (ii) kênh dự phòng này cho một hiệu quả cải
thiện thỏa đáng khi được sử dụng như kênh phân tập.
- Phân tập góc, trong đó trên cùng một anten người ta bố trí hai hay
nhiều đầu thu sóng nhằm “hứng” các sóng truyền tới anten thu theo nhiều
góc tới khác nhau
www.themegall
ery.com

LOGO
c) Truyền dẫn đa sóng mang
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
Đối với các hệ thống có phổ tín hiệu quá rộng dẫn đến rất khó đảm bảo
độ bằng phẳng của đặc tính đường truyền, biện pháp có thể được áp
dụng là truyền dẫn đa sóng mang. Luồng bít cần truyền được biến
đổi thành nhiều luồng con song song và mỗi một luồng con được
điều chế bằng một sóng mang riêng biệt. Nhờ vậy, băng tín hiệu rất

rộng được tách thành nhiều băng con, trong đó đặc tính tần số của hệ
thống dễ đảm bảo bằng phẳng hơn.
Đặc điểm: tính kinh tế (do phải sử dụng mỗi một hệ thống con cho mỗi
một luồng con); phổ chiếm của tín hiệu tổng cộng trong trường hợp này
lớn hơn một chút so với trường hợp truyền dẫn một sóng mang.
www.themegall
ery.com

LOGO
d) Mã hóa chống nhiễu
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
Các lỗi bít gây nên do san bằng và phân tập không triệt tiêu được hoàn toàn ISI còn
có thể được sửa tiếp bằng các mã chống nhiễu.
Về bản chất, mã hóa chống nhiễu với các phần tử dư dùng để phát
hiện và sửa các bít lỗi. Trả giá của phương pháp này là việc tăng tốc
độ bít truyền dẫn và do đó mở rộng phổ chiếm của tín hiệu.
e) Trải phổ
Thực hiện trải rộng phổ tín hiệu cần truyền ở phần phát và nén
(giải trải) phổ ở phần thu. Trên cơ sở này cho phép hệ thống liên lạc
tốt trong các điều kiện có nhiễu mạnh, thậm chí che dấu tín hiệu chìm
vào trong nền nhiễu, nhờ đó đối phương thậm chí rất khó phát hiện
được khi nào có, khi nào không truyền tin.
www.themegall
ery.com

LOGO
f) Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM)
Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính
Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao
thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số

các sóng mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho
các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra
do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn
chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong
mỗi symbol OFDM.
www.themegall
ery.com

LOGO
MÉO PHI TUYẾN
Tính phi tuyến của kênh truyền có thể gây bởi nhiều loại mạch điện trong hệ thống
như các bộ khuếch đại, các bộ trộn tần, các bộ hạn biên và nhiều loại mạch điện
khác. Các bộ khuếch đại công suất nhỏ và các mạch trộn tần nhìn chung có độ phi
tuyến không đáng kể và hoàn toàn có thể bỏ qua méo phi tuyến gây bởi chúng,
trong khi đó các bộ khuếch đại công suất (KĐCS) máy phát có công suất khá lớn
lại gây nên những méo phi tuyến không thể bỏ qua được.
Méo phi tuyến gây bởi các phần tử phi tuyến (không thỏa mãn
tính chất xếp chồng, có đặc tuyến vào-ra là một đường không
thẳng).
Các nguồn gây méo
•
Các mạch khuếch đại công suất nhỏ (méo phi tuyến có thể bỏ qua)
•
Các mạch khuếch đại công suất lớn (HPA)
•
Mạch trộn (mixer) sử dụng diode
•
Mạch hạn biên
www.themegall
ery.com

LOGO
MÉO PHI TUYẾN GÂY RA DO BỘ KĐCS

Tác động trải rộng phổ và tạp âm phi tuyến

Làm dịch chuyển vị trí các điểm tín hiệu trên mặt
phẳng pha

Tác động gây ISI phi tuyến
www.themegall
ery.com

LOGO
- Tín hiệu đầu vào của bộ KĐCS là x thì tín hiệu ra
sau bộ KĐCS sẽ là y
MÉO PHI TUYẾN GÂY RA DO BỘ KĐCS
- Sự mở rộng phổ tín
hiệu do méo phi tuyến
www.themegall
ery.com

LOGO
MÉO PHI TUYẾN GÂY RA DO BỘ KĐCS
- Biểu đồ Symbol gốc thu được sau méo phi tuyến
www.themegall
ery.com

LOGO
KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN

SỬ DỤNG BACK - OFF LỚN
Chọn điểm làm việc ở
mức tín hiệu tương đối
thấp, tức là chấp nhận
một độ lùi công suất
đủ lớn tính từ công
suất bão hòa của bộ
khuếch đại
www.themegall
ery.com

LOGO
KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN
KỸ THUẬT MÉO TRƯỚC

Nhiệm vụ của bộ méo trước là đảo chức năng
phi tuyến của bộ khuếch đại công suất cao
HPA.

Phân loại theo cách sửa đổi tín hiệu truyền đi
và các công nghệ ứng dụng.
- Méo trước tín hiệu
- Méo trước dữ liệu
- Méo trước tương tự
- Méo trước số
www.themegall
ery.com

LOGO
KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN

KỸ THUẬT MÉO TRƯỚC
Nguyên lý méo trước
Nhiệm vụ của bộ méo
trước là để đảo chức
năng phi tuyến của bộ
khuếch đại công suất
cao HPA, nhờ vậy
tầng đáp ứng của hai
thiết bị là tuyến tính.
www.themegall
ery.com

LOGO
KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN
KỸ THUẬT SAN BẰNG
TE(ω)=C(ω).H(ω).E(ω)=C(ω): hàm truyền hệ thống khi có san bằng
Trong đó: C(
ω
) là hàm truyền khi không có ISI
H(
ω
) thể hiện các tác động không mong muốn của kênh liên tục
E(
ω
) hàm truyền của mạch san bằng = 1/H(
ω
)
Do các kênh vệ tinh có đặc tính biến đổi khá rõ rệt theo thời gian nên tại
các thời gian nên tại các thời điểm khác nhau H(
ω

,t) có thể có dạng khác
nhau do vậy các mạch san bằng còn phải hoạt động theo một thuật toán
cho phép điều chỉnh E(
ω
,t) bám theo sự biến đổi của H(
ω
,t).
www.themegall
ery.com

LOGO
KHẮC PHỤC MÉO PHI TUYẾN
T ớn h ọ p h ử ực
(M - Q A M )

( M - Q A M )





A W G N
+
_
Tín hiệu phức
Kênh ISI (hoặc
méo phi tuyến)
San bằng BP
phức
Quyết định

Constellation 4-QAM sau khi
truyền qua kênh
Constellation của tín hiệu 4-QAM tại
đầu ra mạch san bằng tuyến tính sử
dụng thuật toán LMS
Constellation 4-QAM tại đầu ra mạch
san bằng Nơron sử dụng thuật toán
lan truyền ngược BP.