Đồ án nghiên cứu đặc tính kênh truyền và đánh giá ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống thông tin dưới nước

I HC BÁCH KHOA HÀ NI
VIN T - VIN THÔNG
====o0o====




TT NGHI


:


TRONG 









-2012

Sinh viên thc hin
:

- - K52
Ging dn

: TS.


I HC BÁCH KHOA HÀ NI
VIN T - VIN THÔNG
====o0o====




TT NGHI
:


TRONG 









-2012
Sinh viên thc hin
:

- - K52
Ging dn

:



 6-2012
NHIM V  ÁN TT NGHIP
H  hi
n t - Vi
1. Đầu đề đồ án:

.
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:



3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:




4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):



5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: 
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………………………… …….………
7. Ngày hoàn thành đồ án: 

Ch nhim B môn
Ngày tháng năm

Ging dn




 án tt nghip






B GIÁO DO

CNG HÒA XÃ HÔI CH T NAM
I HC BÁCH KHOA HÀ NI


Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


B GIÁO DO
I HC BÁCH KHOA HÀ NI

BN NH ÁN TT NGHIP
H và tên sinh viên: S hiu sinh viên: 
Ngành: Khoá: 
Ging dn:
Cán b phn bin:
1. Ni dung thit k tt nghip:

2. Nhn xét ca cán b phn bin:












Ngày tháng năm
Cán b phn bin
( Ký, ghi rõ h và tên )
    

Sinh viênn KSTN--K52 i










ch án 
trong h thc. Trong quá trình thc
hi án này, ngoài vic vân dng và cng c ng kin th
c nhng k c nhóm, thuyi và tho lun,
ng k t s cn thit cho b n
án còn giúp tôi rèn luyn kh  thng.
 xây dc s quan tâm, ng h
ca rt nhii. Trc ht, em xin gi li ci 
Trung và PGS.TS. Nguyc, hai thng dn em rt nhit tình, rt
 v mt kin thc, k thut chuyên môn, các kinh nghing thi
ch ra cho em nhinp cn và thc hi
hu kin tt nht v mt thit bm làm vi em có
th hoàn thành ty cô giáo trong khoa,
các thn dy cho chúng nhng kin thc vô cùng quý báu, t các kin
thc nn t gii quyc các v liên quan.
 

V


    

Sinh viênn KSTN--K52 ii










                


    

Sinh viênn KSTN--K52 iii


ABSTRACT
Because of the rising demand on exchanging information in underwater
environment, the need of an underwater communication system that can provide
applications is essential. The thesis 
effects of Noise to Underwater Acoustic Communi  focues on
researching, evaluating present underwater communication system that have been
deployed in the world and. After that, it models the underwater channel. The thesis
presents and analyzes components in the system: used frequencies, pathloss models,
multipath propagation models, noise and channel capacity.
Besides, my thesis has simulated and evaluated the effects of noise,
multipath propagation to the Bit Error Rate (BER) of system by Matlab simulator.
Finally, I have given some new ideas to develop and improve the effectiveness of
the underwater acoustic channel.

    

Sinh viênn KSTN--K52 iv


 i
 ii
ABSTRACT iii
 iv
 vii
 x
 xi
 1
n tài 1
nh phm vi ng dng c tài 2
Mc tiêu c tài 2
 2
 3
1.1  3
1.2  4
 4
 7
1.3  7
1.4  9
 10
2.1  10
2.1.1 Suy hao tri hình hc 11
2.1.2 Suy hao do hp th 13
2.1.3 S suy gim âm thanh trong cht lng cn 20
 21

 23
 25
2.2  25
    

Sinh viênn KSTN--K52 v

2.3 - 28
2.4  29
2.5  33
 33
 36
 37
 38
 39
 42
2.6  42
2.7  44
 45
3.1 K thuu ch s 45
3.1.1 ASK 45
3.1.2 FSK 47
3.1.3 PSK 49
3.2 u ch QPSK 51
3.3  54
 55
4.1  55
4.1.1 B phát 56
4.1.2 Kênh truyn 59
4.1.3 B thu 60

4.2  67
 67
 68
 72
4.3  76
    

Sinh viênn KSTN--K52 vi

 78
 79
BI CHIU THUT NG ANH VIT 80

    

Sinh viênn KSTN--K52 vii


 3
  5
 T âm thanh ph thuc vào nhi  sâu (S=33ppt). 6
  6
 7
 S ph thuc ca nhi  sâu cc bin [2]. 8
 S i c m sâu ( Bin Atlantic) [2]. 9
 
 
af
trong  11
  12

  13
H s hp th theo công thc Thorp 15
H s suy gim theo tn s (công thc Francois và Garrison) 17
 s suy gi mn và nhi (T=20
0
C) - công thc
Francois và Garrison 18
 s  mn và nhi (T=30
0
C) - công thc
Francois và Garrison 19
 s suy hao theo các mô hình khác nhau. (T=4
o
C, D=1000m, pH=8) 19
  21

w
=20
km/h 27
  28
12  29
 
0 0 0 0 0 0
, , , , ,b c p
  
theo SNR [6] 31
  32
 
0
SNR


0
/
b
EN
[6] 32
  33
 [4] 37
  39
  40
    

Sinh viênn KSTN--K52 viii

 Tín hiu ASK. 46
 Ph ca tín hiu ASK 47
h 3.3 Dng tín hiu FSK 48
 Ph ca tín hiu FSK. 49
 Tín hiu PSK. 50
 Ph ca tín hiu PSK. 51
 Bi trng thái tín hiu c 52
 S khi b phát QPSK. 53
  55
  khi b phát 56
 S ánh x các bit vào symbol QPSK. 57
  58
 Mô hình kênh truyc 59
 S khi b thu. 60
 Tín hiu ra ca b lc phi hp khi không có nhiu 62
  63

  65
  67
11  67
  68
  69
 t 69
  70
 
71
 
 71
  73
  74
 
 75
    

Sinh viênn KSTN--K52 ix

 
 75
 
 76

    

Sinh viênn KSTN--K52 x


 bt ca tng lo 20

 h s K, n theo tng lo 21

    

Sinh viênn KSTN--K52 xi


Thut ng
T gc

ASK
Amplitude Shift Keying
u ch s  tín hiu
BER
Bit Error Rate
T l li bit
FSK
Frequency Shift Keying
u ch s theo tn s tín hiu
GMSK
Gaussian Minimum Shift Keying
u ch dch cc tiu Gauss
ISI
InterSymbol Interference
Nhiu xuyên ký t
MSK
Minimum Shift Keying
Điều chế dch cc tiu
OFDM
Orthogonal Frequency Divionsion

Multiplex
K thu u ch   
trc giao
PAM
Pulse Amplitude Modulation
u ch  xung
PSK
Phase Shift Keying
u ch s theo pha tín hiu
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
u ch biê c
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
u ch pha trc giao
SNR
Signal to Noise Ratio
T s tín hiu trên tp âm
UAC
Underwater Acoustic Channel
Kênh thông tin thy âm
    

Sinh viênn KSTN--K52 1



Trong nhin liên l dng khá
rm tài nguyên bi
      . Nhu cu thông tin liên l i

c ngày my nhiu nhà nghiên cu tc này.
Vi
c bit chú
trng. S khác nhau gic và trên không khin các module
c s dng trên không rc tái s dng
      c nghiên cu các module không dây m
rc là cn thit.
   i c, tín hi    gii hn v khong cách
truyn do nó b hp th và suy hao vi t rt nhanh. Mt khác, tín hiu quang
h hp th c do các thành phn trong các ct
c. So vi các dng tín hiu trên, tín hiu sóng âm có nhi s
suy hao thc do nó hong  min tn s th
thông tin liên lc s dng tín hiu sóng âm là công ngh linh hoc s dng
nhiu nht trong các ng di nc. Vic s dng tín hiu
sóng âm có th b ng xu bi s bii nhiu b mt, và truyn
dng do s phn x và tán xa, t truyn dn ch
ca tín hiu sóng âm so vi tín hin t và quang hc gây nên tr truyn dn
ln. Nhc khác so
vi kênh truyn trên không trung. Vic mô hình hóa mt cách chính xác kênh
truyn s dng tín hiu sóng âm là mc cc kì quan trng nhm nâng cao hiu
a h thc. 


    

Sinh viênn KSTN--K52 2


Nh








- 
-
- 
- 
- 
 - -  -

- Nghiên c

.
-

.
-
thông
ng- Tr


    

Sinh viênn KSTN--K52 3

 T


H thc nghiên cu t rt nhiu thp k c
trên th gii. 
     
               



1.1 





trê
H1.1 


H1.1
    

Sinh viênn KSTN--K52 4

1.2 
Vii bin thc t khó có th thc hic bn t
ng, lý do m suy hao rt lng lan truyc. Sóng
quang hc tuy không có suy hao lc tuy nhiên li b nhiu
bi hing tán xu qu nht cho vic truyn dn
thông tin vô tuyc là s dng lan truyn sóng âm.



1.2.1 
              
 c14501540m/s


T c bic tp trung phân tích trong rt nhi
 hc. c trình bày trong [2],
  c bi vi mng t sai
s xp x 0.070m/s.

2 2 4 3
2 7 2
2 13 3
1448.96 4.591 5.304 10 2.374 10
1340 ( 35) 1.630 10 1.675 10
1.025 10 ( 35) 7.139 10
v T T T
S D D
T S T D



        
        
        
(1.1)

v là t âm thanh tính theo m/s
T là nhi theo
o

C
S  mn thep phn nghìn ppt
D  sâu theo m.
P   c ng dng thông d  u các công
thc khác vì nó không b gii hn bi vic ch áp dng cho m sâu khong 1km.
    

Sinh viênn KSTN--K52 5


1.2 
Trong 1.2 màu sc c th ch ra giá tr m ca t, t màu
xanh t biu din s a t âm thanh. Mu rõ ràng trong Hình
1.3 là t c bin không phi là giá tr c nh 1500m/s mà nó
i t 1400÷1700 m/s, v sâu trên 8km và nhi trên 30
o
a
Hình 1 ra rng t  sâu và s a nhi
 dc ca t âm thanh theo chiu dc nhiu
ngang.
Vi bi t Nam, nhi    mn c c bi i rt
nhi trí ven b   sâu.
a, vùng Vnh Bc B, bin min Trung và bin mim
khác nhau khá nhing kê thì có th ly S=30÷40ppt (trung bình
33ppt), T=10÷30
o
C.

    

Sinh viênn KSTN--K52 6


1.3 T âm thanh ph thuc vào nhi  sâu (S=33ppt).
Dù t âm  nhi  
nhic tính t âm thanh du. T i vi vùng
bin Vi i t 1400÷1560 m/s.

1.4 
    

Sinh viênn KSTN--K52 7

1.4 ch ra rng mc dù t i theo s i c
mm chí nhng giá tr v  sâu và nhi c s dc cho là
t i ca t   thay
i 10m/s trong ph my ng c mn
có th ly mt giá tr c nh mà vn chp nh c. S d  
MacKenzine, xây dng m hình cho t i theo
 sâu và nhi trong 1.2 mn  y c 
hiu qu nht v ng c sâu và nhi, hai bin s i nhiu nht
trong môi c sâu.
Có th nói tính t chính xác t c bit quan tri vi
c sâu.
1.2.2 
Loi sóng này lan truyn da vào s i hoi áp sut ca môi
ng vt chng vt cht có th là cht lng, khí, kim loCác sóng
to ra do nhng áp lc tng truyn lan, to ra s bin thiên
m vt cht theo dng sóng. Vn tc lan truyn tùy thung vt
cht, nhi và áp sut.

1.5 [1]
1.3 
Các thông s cng ng trc tip và quan trc tính
ca kênh truyc xem xét bao gm:
 Nhi (T)
 N mui (S)
  pH cc bin ( pH)
    

Sinh viênn KSTN--K52 8

  sâu(D) hay áp sut cc (P)
 S bing ca b m
Các thông s này bên cnh s ng c
n thân gii quan h mt thit vi nhau. Da trên
thc nghim, 1.6 ch ra s ph thuc ca nhi cc bi sâu
c kho sát vào mùa hè trên nhiu vùng bi c kt qu t
[2]:

1.6 S ph thuc ca nhi  sâu cc bin [2].
Nhi gim theo chi sâu và vi mc càng sâu thì mc
gi        m    i rt
nhi sâu.  Vit Nam do có khá nhi ra bin nên vùng ven b 
mn là thp nht,  mi nhi th sau là
mt ví d c kho sát  vùng bin Atlantic [2]:
    

Sinh viênn KSTN--K52 9

1.7 S i c m sâu ( Bin Atlantic) [2].
ng biu din s i c m sâu khá phc tc bit là
 mn b gim m  mn
l   xem xét ng ca
c tính ca kênh truy nào.
1.4 
C




    

Sinh viênn KSTN--K52 10

 


 


uy hao, 
h
và 
2.1 Suy hao trong



Hệ số suy hao:

H s suy hao c       c ph thuc vào
khong cách máy phát và máy thu và tn s làm vi
( , ) ( )
kl
A d f d a f
(2.1)

d
là khong cách tuyng truyn dn,
f
là tn s, là h s
tán x ph thuc vào hình da lý cng truyn dn (có giá tr khong
t n 2 ) [3]. H s
k
ng vng truyn sóng radio trên cn là
h s 
()af
là h s hp th th hi 2.1.