Đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số thông qua mô phỏng monte carlo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.82 MB, 78 trang )
(driMnq
Chưtỉnq 1: (7ốnq
(7ốuq quan oề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
MỤC LỤC
2.6. Điều chế tần số sóng mang.................................................................................51
2.6.1.
phaVẼ................................................................................................
tần số FSK.......................................................................................513
DANH Khóa
MỤCdịch
HÌNH
2.6.2. Giải điều chế và tách tín hiệu FSK.........................................................................54
LỜI NÓI
2.6.3.
XácĐẦU
suất..............................................................................................................
lồi đối với tách không kết họp tín hiệu FSK...........................................585
CHƯƠNG 1
TỐNG QUAN VÊ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ..................7
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GĨÁ CHÁT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN
1.1. Tông quan......................................................................................................................7
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin điện tử.....................................................................8
SÓthông
SỬ DỤNG
PHẦN MÈM MATLAB ........................ 60
1.1.2. Thông tin tương tự và
tin số............................................................................9
1.1.3. Truyền tin số.............................................................................................................10
1.1.4.
Kênh
truyền
3.1. Vai
trò của
môtin.........................................................................................................12
phỏng.................................................................................................60
1.2. Sơ đồ líhối tổng quát của hệ thống thông tin số.....................................................14
3.2.
Monte-Carlo
trong
thông
tinđộng
số..............................................................61
1.3. Mô
Các phỏng
tham so
đánh giá chất
lượng
hoạt
của hệ thong thông tin so.............18
3.3. Đảnh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số..........................................................62
3.3.1.
Các tham
số đánh
chất lượngPHÁP
của hệĐIỀU
thống.....................................................62
CHƯƠNG
2
CÁCgiá
PHƯƠNG
CHẾ sử DỤNG
3.3.2. Mô phỏng Monte-Carlo một số hệ thống vô tuyến điển hình qua kênh AWGN
62
TRONG TRUYỀN DẪN SỐ....................................21
3.3.2.1. Kênh tạp âm AWGN.....................................................................................62
2.1. Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh thông dải thông qua điều chế sóng mang......21
Đánh
giáđiều
lỗi bít
hệ thống QPSK............................................................64
2.2.3.3.2.2.
Các khuôn
dạng
chếcủa
số......................................................................................22
2.3. Điều chế biên độ sóng mang.....................................................................................24
Đánhtầngiásốchất
lượng hệ thống QAM............................................................70
2.3.1.3.3.2.3.
Khóa dịch
ASK..............................................................................................25
2.3.2.3.3.2.4.
Giải điều
chếgiá
và chất
tách lượng
tín hiệu
Đánh
hệASK........................................................................28
thống FSK..............................................................74
2.4. Điều chế pha sóng mang PSK..........................................................................34
3.3.3.
2.4.1. Kết
Khóaluận.....................................................................................................................79
dịch pha PSK..................................................................................................34
2.4.2.
Khóa
dịch Monte-Carlo
pha vuông góccác
QPSK............................................................................38
3.3.4. Mô phỏng
hệ thống truyền dẫn qua kênh pha-đinh.................80
2.4.3. Giải điều chế PSK....................................................................................................40
3.3.4.1.
pha-đinh...............................................................................................80
2.5. ĐiềuKênh
chế biên
độ vuông góc QAM.....................................................................43
2.5.1. Điều chế 16-ỌAM....................................................................................................45
3.3.4.2. Mô phỏng hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh....83
2.5.2. Giải điều chế và tách tín hiệu QAM.......................................................................48
2.5.3. Xác suất lỗi đối với QAM trong một kênh AWGN...............................................49
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... 92
(phạm (Jhu
TÍHÍo
nqỉo nq
(phạm
(Jhu
'iHn
2
1- -
-
453C2(Đ&
Phiíonq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 So' đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tinnói chung.....................7
Hình 1.2 Kênh thông tin số gồm nhiều trạm lặp.....................................................10
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền tin số.............................................................14
Hình 2.1 Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu đưọc truyền đi gj{t) ....................24
Hình 2.2 Sơ đồ và dạng sóng tín hiệu điều chế ASK...............................................25
Hình 2.3 Phố của tín hiệu băng gốc (a) và phố của tín hiệuđã điều chế (b) ...27
Hình 2.4 Biểu đồ sao tín hiệu (Constellation) ASK.................................................28
Hình 2.5 Giải điều chế và tách tín hiệu ASK...........................................................30
Hình 2.6 Các biểu đồ sao tín hiệu PSK....................................................................36
Hình 2.7 Sơ đồ điều chế và dạng sóng tín hiệu BPSK.............................................37
Hình 2.8 Sơ đồ điều chế và dạng sóng tín hiệu QPSK............................................39
Hình 2.9 So’ đồ khối giải điều chế tín hiệu M-PSK................................................40
Hình 2.10 So đồ giải điều chế QPSK..........................................................................42
(phạm (Jhu 'iHn ểo nq
3-
-
453C2(Đ&
r
phạm (Jhu 'iHnểonq
Phiíonạ 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
Hình 3.5
mfile gngauss ........................................................................................... 68
Hình 3.6
BER tại các giá trị khác nhau của SNR của hệ thống QPSK................69
Hình 3.7
Chất lưọng hoạt động của hệ thống QPSK............................................69
Hình 3.8
Sơ đồ mô phỏng Monte-Carlo của hệ thống QAM................................70
Hình 3.9
mfile Dieuchel6QAM...............................................................................71
Hình 3.10a mfile Tinh_loil6QAM..............................................................................72
Hình 3.10b mfíle Tinh_Ioil6QAM..............................................................................73
Hình 3.11 BER tại các giá trị khác nhau của SNR của hệ thống 16QAM.............73
Hình 3.12 Chất lượng hệ thống 16QAM..................................................................74
Hình 3.13 Sơ đồ mô phỏng Monte-Carlo của hệ thống 2-FSK...............................75
Hình 3.14 mfile Dieuche2FSK..................................................................................76
Hình 3.15b mfile Tinh_loi2FSK.................................................................................77
Hình 3.16 Tỷ lệ lỗi bít tại các giá trị khác nhau của SNR.......................................78
Hình 3.17 Chất lưọng hệ thống FSK nhị phân........................................................79
-4-
453C2(Đ&
Chưtỉnq 1: (7ốuq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, xu thế chung của viễn thông toàn cầu là sự thay thế toàn
bộ hệ thống thông tin tương tự bằng hệ thống thông tin số. Vì vậy, việc nghiên cứu các
hệ thống thông tin số nói chung đã trở thành nội dung quan trọng trong chương trình
đào tạo đối với sinh viên đang theo học ngành Điện tử-Viễn thông. Và có rất nhiều tài
liệu đề cập về những vấn đề liên, điều đó giúp chúng ta nắm bắt được từng phần kiến
thức và hình thành nên một cái nhìn tổng quan, từ đó chúng ta có thể đi sâu nghiên cúu
một vấn đề cụ thể, làm tăng tính chuyên môn của mình.
Là não bộ của hệ thống, điều chế và giải điều chế được hầu hết các giáo trình
thông tin số dành một thời lượng khá lớn, phản ánh mức độ ưu tiên cao của khối này
trong toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, ở phần lớn các giáo trình, lý thuyết căn bản vẫn
được chú trọng hơn. Dù ràng chuyền biến mới trong kế hoạch giáo dục đào tạo của
nước ta trong nhừng năm gần đây cho thấy những cố gắng cải thiện nhàm nâng cao sự
tìm tòi, sáng tạo của sinh viên, lôi cuốn sinh viên học tập bằng chính niềm dam mê của
mình, cập nhập với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mới. Với xu hướng đó,
tôi lựa chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn
số thông qua mô phỏng Monte-Carlo ”, mô phỏng Monte-Carlo là một ứng dụng nằm
trong chương trình phần mềm Matlab, ứng dụng này làm công cụ khai thác thay thế
các hệ thống thực, cho phép người học có cái nhìn trực quan, sâu hơn về những vấn đề
kỹ thuật phức tạp. Hy vọng tính chuyên biệt của tài liệu, kết họp dùng sự hồ trợ của
máy tính trong việc nghiên cứu lý thuyết căn bản nói trên sẽ nâng cao hiệu quả tiếp thu
cho bản thân tôi và sinh viên khóa sau lượng kiến thức quan trọng này.
Bố cục của đề tài gồm ba chương như sau:
Chương ỉ: Tong quan về hệ thống thông tin số
Chương 2: Các phương pháp điều chế sử dụng trong truyền dân số
Chương 3: Đảnh giá chất lượng hệ thông thông tin số thông qua mô phỏng
Monte-Carỉo
Chương l sẽ giới thiệu về cấu trúc của một hệ thống thông tin số điển hình.
Chương 2 là phần lý thuyết cơ bản về các phương pháp điều chế sổ, làm nền tảng để đi
vào chương 3- đánh giá một cách trực quan chất lượng truyền dẫn của các hệ thống số.
(phạm (Jhu TÍHÍo nq
-5 -
453C2(Đ&
Chưtỉnq 1: (7ốnq quan oề hê
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
thốnq thônq tiu iố
Để hoàn thành đồ án này, ngoài nỗ lực của bản thân, yêu cầu về thời gian và
năng lực là cần thiết. Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được ý kiến đóng góp của các
thầy cô giáo, các anh chị và các bạn sinh viên đề bổ sung kiến thức cho mình.
Xin trân trọng cảm ơn giảng viên Kỹ sư.Nguyễn Thị Kìm Thu đã giới thiệu,
cung cấp tài liệu, tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đồ án này.
Xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ, trường Đại học
Vinh đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đờ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành
chương trình đào tạo.
Xin chân trọng cảm ơn!
Vinh, thảng 05 năm 2009
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Phạm Thu Hương
KS.Nguyễn Thị Kim Thu
(phạm (Jhu Tínío nq
-
6-
453C2(Đ&
Sự kiện
Xuất xứ
Kiểu
Phiíonạ
Phiíonq 1: (7ốnq
quanquan
uề hê
Chưtỉnq
1: (7ốnq
uề hê
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
1.1.1.
thốnq thônq tiu iố
Lịch sử phát triển của thông tin điện tử
CHƯƠNG 1 - TỐNG QUAN VỀ HỆ THÓNG THÔNG TIN SÓ
Trong suốt lịch sử phát triển của loại người việc phát minh ra ngôn ngữ là cuộc
cách mạng truyền thông lớn nhất. Sau đó ít lâu việc phát minh ra tín hiệu băng lửa có
khả năng
truyền
đạt thông tin và nhanh chóng đến vùng xa.
1.1. Tồng
quan
Cuộc phát minh lớn nhất nữa là con người biết được làm thế nào để ghi lại suy
Các hệ thống thông tin được sử dụng đê truyền đưa tin tức tù’ nơi này đến nơi
nghĩ và tư tưởng của mình bằng cách dùng chữ viết. Với khả năng này con người có
khác. Tin tức được truyền đưa từ nguồn tin (là nơi sinh ra tin tức) tới bộ nhận tin (là
thể truyền thông tin mà không bị giới hạn bởi không gian và thời gian. Đồng thời đã
đích mà tin tức cần chuyển tới) dưới dạng các văn bản. Bản tin là dạng hình thức chứa
đưa ra các dịch vụ đưa thư và điện báo. Bang 1.1 giới thiệu về các sự kiện quan trọng
đựng một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra từ nguồn có thể ở dạng liên
trong lịch sử phát triển của thông tin điện tử.
tục hay rời rạc, tương ứng chúng ta có nguồn tin liên tục hay rời rạc. Đối với nguồn tin
Bảng 1.1 Các sự kiện quan trọng trong lịch sử của thông tin điện tử
liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc tập các bản tin
có thề có là một tập hữu hạn.
Biêu diễn vật lý của một bản tin gọi là tín hiệu. Có nhiều loại tín hiệu khác nhau
tùy
theo
đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, như cường độ dòng điện,
r
phạm (Jhu 'Línểonq
điện áp, cường độ ánh sáng .... Tùy theo dạng của các tín hiệu được sử dụng đế truyền
tải tin tức trong các hệ thống tmyền tin là các tín hiệu tương tự ( analog) hay tín hiệu số
(digitaỉ) và tương ứng sê có các hệ thống thông tin tương tự hay hệ thống thông tin số.
Sự kiện
Xuất xứ
Kiểu
1.1.2.
tin tương
tự vàcủa
thông
số
Hình 1. ĩ Thông
Sơ đồ khối
tống quát
một tin
hệ thống
thông tin nói chung
Tín
hiệutintương
là tín
hiệuvào
có hệ
thể thống
nhận vô
số giá
có thời
gian sau
tồn đó
tại không
Thông
vào tự
được
nhập
thông
quatrị,thiết
bị vào,
chúng
xác
vàotạothời
giantíntồn
tại phát
của bản
do với
nguồn
sinh ra.
Tín
đượcđịnh
đưa cụ
tớithể,
thiếtphụ
bị thuộc
phát đe
thành
hiệu
thíchtinhợp
môitin
trường
truyền.
hiệu
có sơ
thểđồlà hình
tín hiệu
tụctinhay
rời hiếu
rạc tùy
theodung
tín hiệu
là một
Như analog
vậy trong
1.1, liên
thông
được
là nội
cần trao
đôi,hàm
còn liên
bản tục
tin
hay
rời rạctiện
của đe
biến
thời
gian.
dụ: tíntinhiệu
điệndạng
thoạithích
ở lốihợp
ra của
là tín
là phương
biếu
diễn,
môThí
tả thông
ở một
cho micro
việc trao
đối,hiệu
xử
tương
tự
liên
tục,
tín
hiệu
điều
chế
xung
PAM
của
chính
tín
hiệu
lối
ra
micro
nói
trên
là
lý, cảm nhận... bởi con người hay máy móc.
tín hiệu analog rời rạc.
Do ảnh hưởng của môi trường truyền như nhiễu tạp, suy hao ... nên ở đầu thu ta
Tín hiệu số là tín hiệu được biểu diễn bằng các con số (các ký hiệu - gọi là các
nhân được tín hiệu thu có thể khác biệt so với tín hiệu phát. Sau khi được giải điều chế
Symbol). Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn (M) các giá trị và có thời gian tồn tại xác
ở thiết bị thu, dữ liệu hay tín hiệu ra sẽ được đưa tới thiết bị ra để lấy ra thông tin có
định, thường là một hàng số ký hiệu là Ts.
ích.
(phạm (Jhu
TÍHÍo
(phạm
(Jhu
'iHnnq
ỉo nq
8
7--9-
-
453C2(Đ&
(driMnq 1: 3ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
So với các hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu
điểm cơ bản sau:
Do có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng qua sau tùng cự ly nhất định
nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số khỏe hơn đối
với tạp âm so với tín hiệu tương tự.
Tái sinh là quá trình trong đó một tín hiệu bị méo và suy hao được tái tạo
lại thành biên độ và dạng sóng như ban đầu.Quá trình được thể hiện qua bộ
lặp số.
Hình 1.2
Kênh thông tin sổ gồm nhỉầẪ trạm lặp
Do sử dụng tín hiệu số, tương thích với các hệ thống điều khiến và xử lý
hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản trị và bảo trì một cách tự động
cao độ.
Tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền đưa khá dễ dàng một loại bản
tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc họp nhất các mạng thông tin
truyền đưa các loại dịch vụ hay số liệu thành một mạng duy nhất.
Nhược điểm căn bản của hệ thống thông tin số so với hệ thống thông tin tương
tự trước là phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn so
với phô của tín hiệu anaỉog. Tuy nhiên trong tương lai khi các kỹ thuật số hóa tín hiệu
liên tục tiên tiến hơn được áp dụng thì phô của tìn hiệu số có thê so sánh được với phô
của tìn hiệu liên tục.
1.1.3.
Truyền tin số
Truyền tin số có nhiều ưu điểm hơn kỳ thuật tương tự, trong đó chỉ sử dung
một số hữu hạn dạng sóng (ký hiệu truyền tách biệt nhau) đế truyền tin. Mỗi dạng
sóng truyền trong một khoảng thời gian xác định gọi là chu kỳ kỷ hiệu và là đại diện
truyền của một dữ liệu tin (hay một tổ họp bit) còn gọi là báo hiệu (Signalings). Kỳ
(phạm xĩhii Tí) ươn q
- 10 -
45312(Ỉ>
(driMnq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
không đủ mạnh sẽ không thể làm méo dạng sóng này thành dạng sóng kia, gây nên
nhầm lẫn ở nơi thu), song đòi hỏi bản tin nguồn cũng phải được số hóa (biều diễn chỉ
bàng một số hữu hạn ký hiệu). Ví dụ văn bản tiếng Việt dùng 24 chừ cái, bộ đếm
dùng 10 số, bản nhạc dùng 7 nốt và vài ký hiệu bổ sung...
Việc số hóa một bản tin tương tự phải trả giá bàng một sai số nào đó ( Gọi là
sai số lượng tử, tuy nhiên sai số này lại có thể điều khiến được). So sánh với kỳ thuật
truyền tin tương tự, ớ đó bản tin không mắc sai số khi số hóa, song do dùng vô số
dạng sóng (tín hiệu liên tực) trên đường truyền nên can nhiễu sẽ làm thay đối dạng
sóng, gây nên sai số khi quyết định tại nơi thu mà ớ góc độ nào đó khó điều khiên
được. Ngoài ra, việc sổ hóa kỹ thuật truyền tin còn tạo nên những tiêu chuẩn có thể
thay đổi linh hoạt bàng chương trình phần mềm và tạo ra những dịch vụ chưa từng
có trong truyền tin tương tự. Nói như vậy ta cùng không quên rằng, kỳ thuật truyền
tin tương tự đã có những đỉnh cao vĩ đại như tạo ra truyền hình màu hay điều khiển
đưa người lên mặt trăng và hiện nay trong một số kỹ thuật điều khiển tốc độ cực
nhanh vẫn dùng đến kỹ thuật tương tự.
Khi vận dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuật truyền tin số thường có những
vấn đề sau đây đặt ra:
Bản tin phải được biếu diễn (mã nguồn) với một số it ký hiệu nhất, theo
mã nhị phân thì tức là cần ít bit nhất. Lý thuyết thông tin cho một giới hạn
dưới về số bít toi thiêu cần đê biêu diễn. Tức là nếu ít hơn số bít tối thiếu
không thế biêu diễn đầy đủ bản tin (làm méo bản tin).
Khi truyền tin mã nguồn cần được bổ sung thêm các bit (dư thừa), mà
điều này làm tăng tốc độ bit, để có thể giảm được lồi truyền bản tin (gọi là
kỹ thuật mã kênh điều khiên lỗi), song có một giới hạn trên về tốc độ
truyền mà vượt qua nó không thể điều khiển lỗi được, đó là dung năng kênh
qui định bởi độ rộng băng tần kênh truyền và tỷ số tín hiệu /tạp âm.
C=B log2(l + %)
Trong đó:
(bit/s)
(l.l)
B là độ rông băng tần kênh truyền
(phạm xJhu 'iHnỉtínq
- 11 -
453C2(Đ&
Phiíonạ 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
Công thức (l.l) cho thấy có sự chuyên đổi giữa B và SNR. Đồng thời cả 3 yếu
tố: công suất, độ rộng băng tần và ồn kênh cùng tham gia qui định mức độ “nhanh”
của truyền tin. Công suất phát tin càng lớn, thì càng truyền tin đi xa. Băng tần truyền
dẫn càng rộng thì tốc độ thông tin càng nhanh và cuối cùng càng ít can nhiễu càng ít
lỗi truyền tin xảy ra.
Đây là công thức rất điển hình (do Shannon tổng kết từ năm 1948) đặc trung
cho một hệ thống truyền tin số.
1.1.4.
Kênh truyền tin
Kênh truyền tin ta nói đến ớ đây là môi truờng vật lý đê truyền sóng điện từ
mang tin, là vấn đề trung tâm của một hệ truyền tin. Nó xác định dung lượng truyền
thông tin của hệ cũng như chất lượng dịch vụ truyền tin.
Có 6 loại kênh tiêu biểu trên thực tế: Đường điện thoại - Cáp đồng trục Sợi quang - Kênh viba - Kênh vô tuyến di động - Kênh vệ tinh.
1) Đường điện thoại: Là đường truyền tín hiệu điện, tuyến tính, hăng giới
hạn, thích họp cho truyền tiếng nói băng cơ sở hoặc thông dải (độ rộng từ
300-3100Hz) có tỷ số tín hiệu/ ồn cao ~30dB. Kênh truyền này có đáp ứng
độ lớn theo tần số bàng phang, không chú ý đến đáp pha theo tần số (do
tai người không nhạy với trễ pha), song khi truyền ảnh hay dừ liệu thì
phải chú ý đến điều này và cần dùng bộ cân bàng thích nghi kết hợp
phương pháp điều chế có hiệu suất phổ cao.
2) Cáp đồng trục: Có sợi dẫn ớ trung tâm cách điện với vỏ xung quanh; vỏ
cũng là vật liệu dẫn điện. Cáp đồng trục có 2 ưu diêm lớn là độ rộng băng
tần lớn và chống được can nhiễu từ bên ngoài. Song cáp đồng trục cần
những bộ phát lặp gần nhau vì suy giảm nhanh (Ớ tốc độ khoảng
274Mb/s thì khoảng cách phát lặp là lkm).
3) Sợi quang: Gồm lõi là thủy tinh, lóp vỏ xung quanh cũng là thủy tinh
đồng tâm có hệ số phản xạ nhỏ hơn 1 chút. Tính chất cơ bản của sợi
quang là khi tia sáng đi từ môi trường có hệ sổ phản xạ cao sang môi
trường có hệ số phàn xạ thấp thì sẽ bị uốn về phía môi trường hệ số phán
(phạm xĩhii 'iHn ỉtínq
- 12 -
453C2(Đ&
(driMnq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
Sợi quang là vật liệu cách điện, chỉ truyền dẫn ánh sáng. Dùng tần
I4
,
13
Số mang ánh sáng cỡ2xl0 Hz sẽ cho độ rộng băng tần cờ I0%=2xl0
Hz. Mất mát trong sợi quang nhỏ: 0.2dB/km và không chịu ảnh hưởng
của giao thoa sóng điện từ ( vì có bản chất ống dẫn tĩnh điện).
4) Kênh vỉ ha: Hoạt động ở dải tần l-30GHz cho 2 anten nhìn thấy nhau.
Anten phải đặt trên tháp đủ cao, điều kiện kênh có thể coi là tĩnh, kênh
truyền này tin cậy. Tuy nhiên khi điều kiện khí tượng thay đổi có thể làm
giảm cấp chất lượng đường truyền
5) Kênh di động: Đây là kênh kết nổi với người dùng di động. Kênh có tính
chất tuyến tính thay đoi theo thời gian cùng hiệu ứng đa đường gây nên
sự đồng pha, hoặc ngược pha của các tín hiệu thành phần làm tín hiệu
tổng cộng thăng giáng (pading). Đây là loại kênh phức tạp nhất trong
truyền thông vô tuyến
6) Kênh vệ tinh: Đô cao vệ tinh địa tĩnh 22 300 dặm (30 nghìn Km). Tần số
thường dùng cho phát lên là 6GHZ và cho phát xuống là 4 GHZ. Độ rộng
băng tần của kênh truyền lớn cờ 500MHz chia thành các dải do 12 bộ phát
đáp trong vệ tinh đảm nhiệm, mỗi bộ phát đáp dùng 36MHz truyền được
ít nhất một chương trình truyền hình màu, 1200 mạch thoại, tốc độ dừ
liệu it nhất 50Mbit.
• Ngoài cách phân loại cụ thể trên có thể phân loại kênh truyền theo tính
chất như sau:
-
Kênh tuyến tính hay phi tuyến : Kênh điện thoại là tuyến tính trong khi
kênh vệ tinh thường là phi tuyến (nhưng không phải luôn luôn như vậy)
-
Kênh bất biến hay thay đổi theo thời gian : Sợi quang bất biến trong khi
(phạm xJhu '3ôườnạ.
- 13 -
453C2(Đ&
Phiíonạ 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Dề án tất
ttạhiêệi
đại họe
1.2. So’ đồ khối tống quát của hệ thống thông tin số
Trong thực tế có rất nhiều loại hệ thống thông tin sổ khác nhau, phân biệt theo
tần số công tác, môi trường truyền dẫn ...Tùy theo loại hệ thống thông tin số thực tế,
hàng loạt các chức năng xử lý tín hiệu sổ khác nhau có thể được sử dụng nhàm truyền
đưa các tín hiệu số một cách có hiệu quả. Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được
mô tả bới các khối trong sơ đồ khối hệ thống. Mỗi một khối mô tả một thuật toán xử lý
tín hiệu. Sơ đồ khối tiêu biếu của một hệ thống thông tin số được mô tả trên hình 1.3,
trong đó thê hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu chính nhất có the có của hệ thống
thông tin số hiện nay.
Đấu vào sồ
Từ các nguồn khác
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền tin sổ
(phạm xJhu '3ôườnạ.
- 14 -
453C2(Đ&
Phiíonạ 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
Chức năng các thành phần và các khối trong hệ thống:
1. Nguồn tin
Nguồn tin là nơi sản sinh ra tin:
Neu tin tức là hữu hạn thì nguồn sinh ra nó được gọi là nguồn rời rạc.
Ncu tin tức là vô hạn thì nguồn sinh ra nó được gọi là nguồn liên tục.
Ví dụ: thoại, audio, video, dữ liệu ...
2. Máy phát
Là thiết bị biến đối tin tức thành tập tín hiệu tương ứng.
Chuyến phổ tìn hiệu từ trung tần lên cao tần.
Lọc đê loại bỏ nhiễu.
Khuếch đại tín hiệu để bù trừ suy hao.
Bức xạ tín hiệu vào môi trường truyền.
3. Đường truyền tin
Là môi trường vật lý, trong đó tín hiệu truyền đi từ máy phát sang máy thu. Trên
đường truyền có những tác động làm mất năng lượng, thông tin của tín hiệu.
4. Máy thu
Máy thu thực hiện phép biến đổi ngược lại với máy phát, biến đổi tín hiệu
thu được thành tín hiệu tin tức tương ứng.
(phạm xJhu 'iHnỉtínq
- 15 -
453C2(Đ&
(driMnq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
6. Kênh truyền tin
Là tập hợp các thiết bị kỹ thuật phục vụ cho việc truyền tin tò nguồn đến nơi
nhận tin (mục 1.1.4).
7. Nhiễu
Là mọi yếu tố ngẫu nhiên có ảnh huởng xấu đến việc thu tin. Những yếu tố này
tác động xấu đến tin truyền đi từ bên phát đến bên thu.
8.
Định dạng sổ: thực hiện biến đôi tin tức cần truyền thê hiện ở dạng tín hiệu liên
tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân.
9. Mã hóa nguồn và giải mã nguồn
Tin tức có thể được đưa trục tiếp vào kênh đe truyền đi, nhưng trong thực
tế, tin này thường được biến đổi rồi đưa vào kênh truyền. Ví dụ như tin là văn
bản tiếng Anh, nguồn tin có khoảng 40 ký tự (symbuỉ) khác nhau, gồm các mẫu
tự alphabet, con số, dấu chấm câu. ..về nguyên tắc ta có thế dùng 40 dạng sóng
điện áp khác nhau để biểu thị 40 ký tự này. Tuy nhiên, phương pháp này quá
khó thực hiện hay thậm chí không thể được, vì:
Kênh truyền không phù hợp về mặt vật lý đê có thể mang nhiều ký tự
khác nhau như vậy.
Dải tần đòi hỏi sê rất rộng.
Việc lưu trữ hay xử lý tín hiệu trước khi truyền rất khó, trong khi nếu
chuyển sang nhị phân thì mọi việc sẽ dễ dàng hơn nhiều.
Vậy ta thấy cần phải thay đổi dạng của tin khác đi so với dạng ban đầu
do nguồn cung cấp. Công việc thay đổi dạng này được gọi là mã hóa
(encoding).
Mã hóa nguồn nhàm loại bỏ độ dư trong các ký tự dùng để mã hóa, làm
cho việc truyền và lưu trữ thông tin trở nên hiệu quả hơn.
10.
Mã hóa mật và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khóa
xác định nhằm bảo mật tin tức.
(phạm xJhu '3ôườnạ.
- 16 -
453C2(Đ&
Phiíonạ 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
12.
Ghép kênh và phân kênh', tập hợp các tín hiệu từ băng gốc số và phân chia tín
hiệu số tù' tín hiệu băng gốc số. Thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin
khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn.
Có hai kỳ thuật ghép kênh chính: FDM, TDM.
13.
Điều chế và giải điều chế (thuờng gọi là MODEM): tác động lên các dòng xung
nhị phân để thông tin nó mang có thể truyền qua một thiết bị vật lý nào đó, ở
một tốc độ nào đó, với một độ méo có thể chấp nhận, trong dải tần xác định hay
được phân bổ.
Bộ điều chế có thể thay đổi các mức điện áp riêng lẻ, các bit, sửa dạng xung
tín hiệu hay lọc đê giới hạn đọ rộng dải thông và cân thay đôi phù họp với băng
tần cho phép. Vì vậy đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu số ớ dải gốc trong khi
đầu ra thường là dạng sóng thông dải.
Bộ giải điều chế bên thu chuyển đổi từ dạng sóng thu được thành tín hiệu ở
dải gốc.
14. Trải phô
Cơ sở của kỹ thuật trải phổ cũng dựa trên định lý về thông lượng kênh của
Shannon- Hartley, theo công thức (l. I).
Khi phô rất lớn với cùng một dung lượng kênh (C), người ta có thế truyền tín
hiệu với tỷ lệ lỗi rất thấp. Nhờ kỹ thuật trải phô ta có thê phát tín hiệu với công suất
nhỏ nhằm mục đích che giấu tín hiệu vào trong nhiễu, nhờ đó đối phương không phát
hiện được khi nào thì truyền tin. Kỹ thuật này dùng mã ngẫu nhiên để trải phổ nên rất
khó để giải mã thông tin.
* Đặc điểm của hệ thống thông tin trải phổ:
- Phô rộng.
(phạm xJhu Tí) ươn q
- 17 -
453C2(Đ&
Phiíonq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
16. Lọc đề hạn phổ: loại bỏ năng lượng thấp để chống nhiễu cho hệ thống bên cạnh
và lọc thích nghi nhàm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền.
. Trộn đc đưa tín hiệu lên tần số công tác.
. Khuếch đại công suất để bù đắp tổn hao của môi trường.
. Bức xạ ra môi trường.
17. Đồng bộ: bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ
thống thông tin liên kết (|coherent).
Các khối tương ứng ở phía thu thực hiện ngược lại các khối ở phía phát.
Đối với hệ thống thông tin số thì MODEM đóng vai trò như một bộ não của con
người. Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộc đối với mọi hệ thống thông
tin .
1.3. Các tham số đánh giá chất lượng hoạt động của hệ thống thông tin số
Trong viễn thông, khi truyền thông tin theo phương pháp điện có hai hạn chế:
hạn chế về mặt dải thông và hạn chế về tạp âm. Phải có một dải thông đủ rộng đê
truyền được thông tin trong thời gian ngắn, đặc biệt là các hệ thống thông tin trong thời
gian thực. Tuy nhiên nếu dải thông quá lớn sẽ gây lãng phí băng tần mà băng tần là
một nguồn tài nguyên quý giá và vô hạn. Mặt khác các yếu tố cơ bản tác động tới quá
trình truyền dẫn tín hiệu số trên các loại kênh truyền dẫn (bao gồm cả máy thu phát đầu
cuối và môi trường truyền) là luôn xảy ra như: xuyên nhiễu giữa các dấu (/57), méo tín
hiệu, sai pha đồng hồ, sai pha sóng mang, can nhiễu, hiệu ứng poppler do các máy đầu
(phạm xJhu 'iHnểtínq
- 18 -
453C2(Đ&
(driMnq 1: (7ốnq quan uề hê
thốnq thônq tiu iố
(Đề án tất
ttạhiêệi
đại họe
Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ lệ lỗi bit chỉ gần bàng với
xác suất lỗi bit, tuy nhiên trong nhiều trường hợp thực tế người ta cũng xem BER là xác
suất lồi bit. Trong nhiều trường họp, ứng với các loại dịch vụ nhất định, các tham số
phát sinh về độ chính xác truyền tin thường được xét đến là các giây bị lơi trầm trụng
(SES: Severeỉy Errored Secưnds), các giây bị lôi (ES: Errored Secơnds), các phút suy
giảm chắt lượng (DM: Degraded Mỉnutes)...Trong một số hệ thống thông tin số sử
dụng các biện pháp mã hóa hiệu quả tiếng nói như đối với điện thoại di động, thì độ
chính xác truyền tin cũng được thế hiện qua tham số chất lượng tiếng nói xét về khía
cạnh chất lượng dịch vụ.
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 ( đơn vị
tổng
cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho. Dung lượngcủa hệ thống
tùy thuộc vào băng tần truyền dẫn của hệ thống, sơ đồ điều chế số, mức độ tạp nhiễu...
Đối với các hệ thống truyền dẫn số hiện tại, các tín hiệu số nhận giá trị trong
một tập hữu hạn các giá trị
có the có của tín hiệu gồm
có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn.
Khitập các giá trị
hai phần tử 0 và l thì hệ thống được gọi
là nhị phân và tín
hiệu khi đó được gọi là bit. Khi số giá trị có thể có của tín hiệu là M (M Ỷ 2) thì hệ
thống được gọi là hệ thống M mức và tín hiệu được gọi là ký hiệu (,Symbol).
Gọi giá trị của Symbol thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk .
(đối với các hệ thống thông thường hiện nay Tk = T= const với mọi k).
Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là Dk và có độ rộng là Tk .
(phạm xĩhii 'iHn ỉtínq
- 19-
453C2(Đ&
Bộ điều chế
I!
Bộ
giải
Phiíonq2:1:
(7ốnq
quan
uề hê
tyhítiỉng
@ác
phường
pháp
điều chề'
thốnq thônq tiu iố
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đềán
án
(Đề
tấttất
nghiệp
Tín
ttạhiêệi
đại
họe
hiệu
băng
đại họe
!
Khi tmyền
tín hiệu
xa, PHƯƠNG
do ảnh hưởng
đường
và DỤNG
các tác động không
CHƯƠNG
2 - đi
CÁC
PHÁP
ĐIÈUtruyền
CHÉ sử
Trongtham
trường
thống
nhiều mức
thì hiệu
P{Dk nên
^ Dkcần
} được
tỷ
mong muốn
giahọp
vàohệ
quá
trìnhtruyền
xử lý dẫn
và truyền
dẫn tín
phải gọi
tốn là
một
năng
lượng nhất
Để xây dựng
mộtTRONG
hệ thống
số với xác
suất
TRUYỀN
DẢN
SÓnhất định cho trước
lệ
lỗi Symbol
(SER:định.
Symboỉ-Error
Ratio).
với dung lượng truyền dẫn theo yêu cầu nào đó thì cần lưu ý ràng độ rộng băng tần sử
dụng và công suất tín hiệu luôn luôn là hai tham số ngược nhau. Neu sử dụng băng tần
6
Truyền
tín thống
hiệuhệtruyền
sốthống
trên
thông
dảicầu
thông
chếlại
sóng
nhỏ 2.1.
để +tăng
lượng
của
thìkênh
phảithoại,
tăng yêu
công
suất
tín qua
ngược
nếuít
Đốidung
vớidẫn
các
hệ
tín
hiệu
BER
và do
thoại
công với
suất
tín nên
hiệucónhỏ
dẫn phải lớn. Công suất tín hiệu phải nhỏ
nhạy
Jitter
thê thì
chobăng
phép tần
Jittertruyền
khá cao.
mang
nhất là một trong những tiêu chí của hệ thống truyền dẫn. Mặt khác, băng tần truyền
dẫn lại là một tài nguyên quý hiếm cần phải chia sẻ cho nhiều người dùng cùng sử
+ Đối
với
hình,
nếu
sử
dụng
điều
xung
PCM
thì
dụng nên
việcngữ
hạntín
chếhiệu
băng
thiếu
cho
thống
cũng
làthường
mộtthường
tiêu
chíđó
tốilàBER
ưu.
Thuật
băng
cơ truyền
sởtầnchỉtối
miền
tần
sốmỗi
của hệ
tín
hiệu
bảnmãtin
và
tín
đòi
hỏi
cũng
như
tín
hiệu
thoại
song
cần
lun
ý
tốc
độ
của
truyền
hình
là
khá
cao.
Bài
im thấp.
của hệ
truyềncơdẫn
số thể
xácở định
kỹ
hiệu toán
băngtối
thông
Tínthống
hiệu băng
sở có
dạng những
số hay nguyên
tương tự.lý căn bản trongKhi
sử
dụng
ADPCM
Differeỉitiaỉ
Puỉsecác
Cơcỉecỉ
dulation:
điều cấu
chế xung
mãthống.
vi sai
thuật
truyền
dẫn (Acỉapíive
số về cơ bản
xoay quanh
bài toán
xác định
trúc hệ
tự
thích
đềtoán
truyền
tín hiệu
hình
yêuhay
cầuphương
BER
, thậm
yêu cầu
Thực
tế nghi)
của bài
là việc
lựa truyền
chọn tập
tín thì
hiệu
chếchínhằm
đạt
12 tín hiệu ở lối ra của máy tính có thể coi là tín hiệu số băng cơ sở.
Ví
dụ
BER
ÌO- quả
. Nóisửchung
hiệuyêu
truyền
nhạy
cảm
Jitter
được
phổtíntheo
cầuhình
với rất
công
suất
tínvới
hiệu
nhỏ. nhất mà vẫn đảm
bảo được xác suất thu lồi đã cho.
13
+ Đối
với truyền
số liệu
BERtintừ phải
10'11 được10'
.
Đe
truyền
dẫn, tín
hiệuthìbản
chuyển
thành tín hiệu phát có tính
Việc
xử
lý
tín
hiệu
băng
gốc
số
thành
dạng
thích
họp
đế truyền trên kênh thông
chất phù hợp với kênh truyền.
tin phụ thuộc vào môi3 trường truyền dẫn, do các loại kênh thông tin có các đặc tính và
Khi BER >10" thì hệ thống được xem như là gián đoạn vì khi đó ngay cả khi
hạn chế riêng. Muốn xác định sơ đồ điều chế thích họp cần xem xét tỷ lệ tín hiệu trên
dịch vụ telex là loại dịch vụ cho phép chất lượng truyền dẫn tồi nhất cũng không thê
tạp âm Trong
ứng với
tỷ lệ dẫn
lỗi bít chocơtrước,
hiệu tần
suấtkênh
sử dụng
đo phù
bằng b/s/Hz
và
tínhtầnphức
truyền
sở: nếu
băng
hồ trợ
băng
tín
truyền được.
Jitter
được băng
xem là lớn
lớn hon
0.05T
(giá trị hợp
đỉnhvới
đỉnh
- peak
to
tạp
của
hệ
thống
cùng
như
giá
thành
thiết
bị.
hiệu
bản
tin,
nên
có
thế
truyền
trực
tiếp
tín
hiệu
bản
tin.
peak).
2.2. Các khuôn dạng điều chế sốSFR
Trong truyền dẫn băng thông dải: băng tần của kênh có tần số trung tâm lớn
hơn nhiều tấn Ta
số có:
cao nhất của tín hiệu bản
tin. <
Khi
đó tín hiệu được phát đi là tín (1.4)
hiệu
BER
SER
Điều chế sóng
mang là quá trình
lên một tải tin (sóng mang) có tần
băng thông dải (phù họp với kênh truyền)
mang
thông
tin
của
tín
hiệu
bản
tin.
Việc
k tin là sóng mang hình sin với tham số có tạo
số phù hợp với môi trường truyền. Tải
thê
ra tín hiệu băng thông dải gọi là điều chế.
thay đổi được theo quy luật của tín hiệu là biên độ, tần số và góc pha.
Trên thực tế người ta còn sử dụng một số thông số như các chỉ tiêu về xác suất
Sóng diễn
mang
số chế:
thích họp có thể truyền đi xa trong môi trường truyền dẫn
Biểu
tínvới
hiệutần
điều
(như dây đồng, cáp đồng trục, khoảng không...). Dựa trên việc biến đôi các tham số
u { t ) = ACOS(27Ĩ f t + < P f )
(2.2.1)
của sóng mang (biên độ,tần số hay pha) mà thông tinc có thế truyền đi xa theo yêu cầu
truyền tin gọi là kỹ thuật điều chế sóng mang. Sau khi điều chế tín hiệu tin tức ớ vùng
JUL
Tín hiệu
băng tần
Máy phát
Máy thu
Tín hiệu
băng tần
Sóng mang
('Phạm\Jhii
xJhu
'3ôườnạ.
('Phạm
(phạm
\Jhii
Tôưtíng
Tôưtíng
-22
-21
-20 ---
453C2<Đ&
tyhítiỉng 2: @ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
Neu tín hiệu đưa đến điều chế các thông số nói trên là tín hiệu liên tục thì ta có
điều chế tương tự. Neu tín hiệu đưa đến điều chế các thông sổ nói trên là tín hiệu sổ thì
ta có điều chế số.
Trong thông tin số, tín hiệu đưa đến điều chế là tín hiệu nhị phân hay dạng mã
hóa A/mức của luồng tín hiệu nhị phân này. Trong trường hợp điều chế số thì tín hiệu
điều chế cũng làm thay đổi biên độ, pha và tần số của sóng mang. Tương ứng ta có các
phương pháp điều chế khác nhau.
Các kỳ thuật điều chế sóng mang sổ được phân loại cơ bản như sau:
Điều chế đồng bộ gồm:
Đồng bộ nhị phân: ASK, FSK, PSK
Đồng bộ hạng M: ASK hạng M, PSK hạng M, FSK hạng M như QPSK,
QAM
Điều chế không đồng bộ gồm:
Không đồng bộ nhi phân: ASK không đồng bộ, FSK không đồng bộ. Với
PSK không có không đồng bộ (vì không đồng bộ nghĩa là không có thông
tin về pha), nhưng thay vào đó có DPSK không đồng bộ.
Không đồng bộ hạng M cũng có với ASK, FSK, DPSK nhưng phức tạp.
Trong máy phát, tín hiệu tin tức điều chế tín hiệu sóng mang. Tín hiệu sóng
mang sau khi được điều chế sẽ được gửi đến máy thu nơi giải điều chế sóng mang xảy
ra đế khôi phục tin tức tín hiệu. Thực hiện giải điều chế ở máy thu có thể dùng tách
sóng kết họp hoặc không kết họp.Tồn tại nhiều sơ đồ tách sóng dành cho người thiết kế
hệ thống thông tin số đổ truyền trên kênh thông dải. Mồi sơ đồ có những ưu nhược
(phạm \Jhii '3ôường
-23 -
453C2(Đ&
s
,n(0 = Anễr(0
Ghítíỉng 2: (2ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
2.3. Điề
u
chế
biê
Trong
PAM số băng gốc, các dạng sóng tín hiệu có dạng:
n
Trong đó:
độ
són
g
ma
A : là biên độ của dạng sóng thứ m.
ng
(2.3.1)
g T { t ) : là một xung mà dạng của nó xác định các đặc tính
phổ của tín hiệu được truyền đi.
Phổ của tín hiệu băng gốc được giả sử là được chứa trong dải tần số
oT(f)
*
-w 0 w
Hình 2.1 Mật độ phô năng lượng của tín hiệu được truyền đi g f ( t )
Biên độ của tín hiệu nhận các giá trị:
Am=(2m-\-M)d,
trong đó:
m= 1,2,3,...,M
(2.3.2)
2d là khoảng cách Eucỉide giừa hai điềm tín hiệu lân cận nhau.
Đe truyền các dạng sóng tín hiệu số thông qua một kênh thông dải, các dạng
sóng tín hiệu băng gốc Sm(t) , W=1,2,3,...,M, được nhân với một sóng mang hình sin có
dạng cos2;rfct (hình 2.2), trong đó fc là tần số sóng mang (fc >W) và ứng với tần số
trung tâm trong dải thông của kênh. Do đó, các dạng sóng tín hiệu truyền đi được biểu
('Phạm \Jhii '3ôườnạ.
24 -
-
453C2<Đ&
r
phạm xJhu Hí) ươn ụ
tyhítiỉng 2: @ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
2.3.1.
Khóa dịch tần số ASK
Trong trường hợp đặc biệt, khi dạng xung được truyền là chừ nhật, nghĩa là:
.0<
1°
với các giá trị còn lại của t
Khi M= 2, sóng mang hình sin có hai giá trị biên dộ xác định bởi tín hiệu dự liệu
cơ số hai là ‘0’ và ‘1 Dạng sóng tín hiệu truyền đi được biểu diễn như sau:
sỊỹTcos2ĩĩfct
1
[0
0
với các giá trị còn lại của t
Tín hiệu băng gốc
sjt)
Tín hiệu dải thông
Sm(t).QOS27Tfct
Sóng mang
cos2 7ĩfct
10110
. 1
0
Tín hiệu dữ liệu s(t)
Sóng mang
Tín hiệu ASKUỵnậ)
Hình 2.2 Sơ đồ và dạng sóng tín hiệu điểu chế ASK
-25 -
453C2<Đ&
u
m ư ) = j um(t)e~jo}tdt
tyhítiỉng 2: (2ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
Việc điều chế biên độ của sóng mang cos2xfct bàng các dạng sóng băng gốc
s,„(t) làm dịch phổ của tín hiệu băng gốc một lượng fc và do đó đưa tín hiệu lên dải
thông của kênh.
+00
(2.3.5)
—00
Phổ của tín hệu sau khi điều chế là:
+00
U m ( f ) = j Ả m g T ( í ) c o s ( 2 x f c t ) e~jù)tdt
—00
^ +00
= -Am\ gT{t)[e^‘
+
e-^‘y^dt
—00
J
.
+CO
2 m j ST(0 e~
Á
+CO
J{ú)+ứ)c)t
dt + ^Am J gT(t) e~j{ũ)~0ìc)tdt
um ự)
= ^[G T Ự - fc)+ G T ự +
fc) ]
(2.3.6)
Như vậy, việc điều chế biên độ sóng mang bàng dạng sóng băng gốc làm dịch
phổ của tín hiệu gốc một lượng đưa tín hiệu lên dải thông của kênh truyền. Tín hiệu
thông dải là một tín hiệu AM mà trên cả hai băng biên sóng mang bị nén (DSB-SC:
Dơuble-SideBcmd Suppressed Carrier).
Phô của tín hiệu điều chế ASK được thê hiện trên hình 2.3.
Neu fc - w < -fc + w sẽ có hiện thượng chồng phổ giữa hai thành phần của
Um(/) gây méo tín hiệu. Thực tế, để lọc bỏ cả thành phần G T ( f ) lọt qua trực tiếp bộ
điều chế, người ta chọn fc - W >
w
hay
w <^c/2
• độ truyền số liệu cực đại
Vmãx = 2w < fc. Vậy tốc độ truyền sổ liệu cực đại trong trường hợp này rõ ràng phụ
(phạm \Jhii 'iHnểtínụ
-
26 -
453C2(Đ&
u
m(') =
s
m
V ' ( ' ) (2.3.7)
tyhítiỉng 2: (2ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
Hình 2.3 Phô của tín hiệu băng gôc ịa) và phô của tín hiệu đã điểu chế (b)
đó: số liệu, có thể điều chế nhiều mức biên độ nhưng khả năng
Đe tăngTrong
tốc độ
chống nhiễu sê rất kém do biên độ tín hiệu bị ảnh hưởng bởi can nhiễu và hiện tượng
điều biên ký sinh gây ra lồi, mà không thể dùng mạch hạn biên để loại trừ. Đây là một
hạn chế của phương pháp điều chế biên độ.
y / { t ) \ là dạng sóng tín hiệu, được xác định như sau:
t ) = băng
gT(t)cos27ĩf
(2.3.8)
Ta thấy rằng việc đưa tínự {hiệu
gốc Scmt (t) lên biên độ của tín hiệu
sóng
mang cos2 7ĩfct không làm thay đổi biển diễn hình học cơ sở của các dạng sóng tín hiệu
PAM số.
sm: là các diêm tín hiệu nhận M giá trị trên đường thăng trục thực
{hình 2.4).
Các dạng sóng tín hiệu PAM thông dải có thể biểu diễn được theo:
sm = Am, m=l,2,3,...,M
(phạm \Jhii 'iHnểtínụ
-27 -
(2.3.9)
453C2(Đ&
(
'Phạm \Jhii 'iHnểtínụ
tyhítiỉng 2: (2ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
--------♦ ----♦ ------♦ - 1 ---------♦ -----♦ -- - -•
-5í3f
Hình
-3d -d 0 d
2.4
Biêu
3d
đô
sao
tín
►
5d
hiệu
(Constelỉation)
ASK
Dạng sóng tín hiệu ự / ( t ) được chuấn hóa đổ có năng lượng bàng đon vị, tức là:
+00
j y/2{t)dt = \
(2.3.10)
—00
hệ quả là :
+00
J +00
J +00
J g ỉ ( 0 cos 27ĩf tdt = ^ J gị{t)dt = \ +^~ J g ị ( t ) cos4ĩĩf t d t = 1
2
c
c
—00 —00 —00
Song
j gị{t)cos4ĩĩfctdt = 0
,
+00
(2.3.11)
' - ị g ị ụ ) J t = \ (2.3.12)
2J
—00
Như vậy, g T ( t ) nhất thiết phải được tính tỷ lệ một cách thích họp sao cho các
biểu thức (2.3.10) và (2.3.12) được thỏa mãn.
2.3.2.
Giải điều chế và tách tín hiệu ASK
Giải điều chế là quá trình ngược lại với điều chế. Việc giải điều chế các tín hiệu
ASK số thông dải có thể dùng tách sóng không kết hợp, dùng cách tính tương quan
chéo hay bộ lọc phổi hợp (là tách sóng kết hợp).
Tách sóng không kết họp thực hiện đơn giản nhất vì không yêu cầu sự kết họp
pha trong qua trình tách sóng. Hệ thống gồm một bộ lọc thông dải phối họp với dạng
28 -
-
453C2<Đ&
tyhítiỉng 2: @ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
AD:Analog Digital). Vì sóng mang mở và đóng theo dạng sóng tín hiệu vào nên loại
điều chế này được gọi là khóa tắt mở (OOK: Off On Keying) hoặc sóng mang được mở
hoặc được đóng hoàn toàn. Nhưng phương thức này không tối ưu, vì nó yêu cầu tỷ số
tín hiệu trên tạp âm SNR cao hơn đối với cùng tỷ lệ bít BER như nhau ở loại điều chế
kết hợp.
Với tách sóng kết hợp, máy thu được đồng bộ với máy phát. Nghĩa là máy thu
phải nhận biết được độ trễ trên đường truyền. Cùng với thời gian trễ thì pha sóng mang
cũng phải được xét đến khi xử lý tín hiệu thu, bởi vì độ trễ biến thiên theo tần số sóng
mang của máy phát và những biến đôi trong thời gian truyền sóng đối với sóng mang
đến máy thu là không thể xác định trong bất cứ trường hợp nào. Đối với tách sóng kết
hợp trong thực tế, pha sóng mang là ước lượng tính ở nhừng nơi mà các dạng sóng tín
hiệu có khả năng được phát đi thì bộ giải điều chế phải quyết định xem khả năng nào
là lớn nhất. Xác suất của lỗi là cực tiểu nếu bộ giải điều chế lựa chọn tín hiệu thu được
có xác suất lớn nhất. Có hai loại điều chế tối ưu là tương quan chéo và lọc phối họp.
Tuy nhiên, tín hiệu lối ra của hai khối trên đều như nhau nên cho phcp chỉ xét một
trong hai cách thức trên.
Tín hiệu thu được có the biểu diễn được theo:
r { t ) = AmgT{t)cos2ĩT fct + n { t )
(2.3.13)
trong đó, n(t) là một quá trình tạp âm thông dải biểu diễn được theo:
n ( t ) = nc (t)cos27T fct + ns (t) sin 2n fct
(2.3.14)
ở đây, n c ( t ) và n s { t ) là các thành phần vuông góc với nhau của tạp âm. Bằng
cách tính tương quan chéo tín hiệu thu được với y/{t) được cho bởi (2.3.8), ta nhận
được lối ra:
+00
j r{t)iị/{t)dt = A m + n = sm + n
(2.3.15)
—00
trong đó, n biểu thị thành phần tạp âm cộng tại lối ra bộ tương quan.
Vì tạp âm được cộng vào với tín hiệu nên có thê trạng thái tín hiệu thứ i sẽ bị
(phạm \Jhii Tôưtíng
29 -
-
453C2(Đ&
tyhítiỉng 2: (2ác phường pháp điều chề'
sứ (lụm/ trũng, trugèn ílẫn số
(Đề án tất nghiệp
đại họe
thị bàng hiệu số của các dạng sóng tín hiệu, chúng được đồng bộ với tần số và pha
sóng mang thu được. Tín hiệu này sau đó được cho qua bộ tích phân, qua mạch lấy
mẫu rồi đưa tới bộ tách tín hiệu.
Tới bộ
tách
tín hiệu
Tín hiệu
thu
âưrỵc
Hình
2.5
Giải
điểu
chế
và
tách
tín
hiệu
ASK
+00
Thành phần tạp âm có kỳ vọng
bàng
0. Phương sai của nó có the biểu diễn theo:
a2„= \ \ v ự ) f s „ ( f ) d f
(2.3.16)
—00
Trong đó:
- y / ( f ) : là biến
đổi Fouriercủã ụ / ( t )
+00
vư) = jV(0 e~jú*dt
—00
= j g T ( t ) cos(l7rfct) e~’co,dt
—00
J +00
J c
jú)rt . -jú)rt
gT
= 2] ỉ+CO
^
= \ 1 gr(0
->Mdt
. +00
e-Ì^Vdtd-J e-K-**dt
—00 —00
V'ư) = ẠGT(f-fc) + GT(f + fc)]
(2.3.17)
('Phạm \Jhii Tôưtíng
-30-
453C2(Đ&
