Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện phục vụ chiếu sáng gia đình

Trờng đại học vinh
khoa điện tử viễn thông
=== ===

đồ án

tốt nghiệp đại học
Đề tài:

đánh giá chất lợng hệ thống thông tin vô tuyến
sử dụng phần mềm matlab

Ngi hng dõn
Sinh viờn thc hiờn
Lp
Mó s sinh viờn

:
:
:
:

ThS. Phạm mạnh toàn
lê nhân toàn
49K - ĐTVT
0851080311

nghệ an - 01/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Ngành:

Lê Nhân Tồn
Điện tử - Viễn thơng

Mã số sinh viên: 0851080311
Khoá: 49

1. Đầu đề đồ án:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
4. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Họ tên giảng viên hướng dẫn:
1. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
2. Ngày hồn thành đồ án:

TRƯỞNG BỘ MƠN

ThS. Phạm Mạnh Tồn
....../....../20......
....../....../20......
Ngày...... tháng. ..... năm 2013
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày...... tháng...... năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
---------------------------

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Nhân Tồn
Mã số sinh viên: 0851080311
Ngành:
Điện tử - Viễn thơng
Khố: 49
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Mạnh Toàn
Cán bộ phản biện:

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
........................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
Ngày
tháng
năm
Cán bộ phản biện
(Ký, ghi rõ họ và tên)


MỤC LỤC
Trang

LỜI NĨI ĐẦU.......................................................................................................... i
TĨM TẮT ĐỒ ÁN.................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................iii
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................v
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN.......1
1.1. Giới thiệu chương...........................................................................................................1
1.2. Khái niệm..........................................................................................................................1
1.3. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vô tuyến .....................................................2
1.4. Khái niệm kênh truyền vô tuyến ................................................................................3
1.5. Các đặc tính của kênh vơ tuyến .................................................................................4
1.6. Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông .................................6
1.7. Mộ số kỹ thuật xử lý tín hiệu ......................................................................................6
1.8. Điều chế...........................................................................................................................10
1.8.1. Khái niệm điều chế số..........................................................................10
1.8.2. Tại sao phải dùng điều chế số..............................................................11
1.8.3. Điều chế tín hiệu nhiều mức nhằm nâng cao hiệu quả phổ.................11
1.8.4. Lựa chọn tối ưu tập tín hiệu.................................................................13
1.9. Sự phân chia tài ngun vơ tuyến ...........................................................................14
1.10. Phân loại hệ thống thông tin vô tuyến .................................................................16
1.11. Kết luận chương .........................................................................................................18
CHƯƠNG II. TRUYỀN DẪN TRÊN KÊNH VÔ TUYẾN SỐ.......................19
2.1. Giới thiệu chương........................................................................................19
2.2. Lý thuyết về kênh vô tuyến.........................................................................19
2.2.1. Truyền dẫn phân tập đa đường.............................................................19
2.2.2. Kênh không phụ thuộc thời gian..........................................................19
2.2.3. Hiệu ứng Doppler và kênh phụ thuộc thời gian...................................20
2.2.4. Bề rộng độ ổng định về thời gian của kênh.........................................22
2.2.5. Các mơ hình kênh cơ bản.....................................................................22
2.3. Nhiễu trong thơng tin vô tuyến số ...........................................................................22

2.3.1. Tạp âm cộng trắng chuẩn......................................................................22
2.3.2. Nhiễu xuyên kênh.................................................................................23
2.3.3. Nhiễu đồng kênh...................................................................................23
2.3.4. Nhiễu đa truy nhập................................................................................24
2.4. Méo tuyến tính..............................................................................................................25
2.4.1. Khái niệm..............................................................................................25
2.4.2. Các biện pháp khắc phục......................................................................26
2.5. Méo phi tuyến................................................................................................................28
2.5.1. Khái niệm..............................................................................................28
2.5.2. Các biện pháp khắc phục......................................................................29
2.6. Fading..............................................................................................................................31
2.6.1. Khái niệm..............................................................................................31
2.6.2. Phân loại fading....................................................................................31
2.6.3. Mơ hình tốn học của fading................................................................32
2.6.4. Sự ảnh hưởng của chuyển động MS.....................................................33
2.6.5. Hậu quả của truyền sóng fading đa đường...........................................35
2.6.6. Các loại kênh fading.............................................................................37
2.6.7. Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng của fading.................................40
2.7. Hiện tượng xuyên nhiễu giữa các kí hiệu (ISI: Inter Synbol Interference)
44

2.7.1. Khái niệm..............................................................................................44
2.7.2. Ảnh hưởng............................................................................................44
2.7.3. Điều kiện truyền khơng có ISI.............................................................44
2.7.4. Giảm nhiễu ISI sử dụng phương pháp lọc...........................................45
2.8. Kết luận chương ............................................................................................................52
CHƯƠNG III. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB............................53

3.1. Giới thiệu chương........................................................................................53
3.2. Sơ lược phần mềm Matlab...........................................................................53
3.3. Vai trị của mơ phỏng..................................................................................54
3.4. Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến bằng mô phỏng............55


3.5. Kênh truyền AWGN....................................................................................56
3.5.1. BPSK qua kênh truyền AWGN............................................................57
3.5.2. QPSK qua kênh AWGN.......................................................................60
3.6. Kênh Fading...................................................................................................................65
3.6.1. M-PSK qua kênh fading Rayleigh........................................................66
3.6.2. QAM qua kênh fading Rayleigh..........................................................71
3.6.3. Mô phỏng so sánh giữa AWGN với Fading Rayleigh của các kỹ
thuật điều chế..................................................................................................74
3.7. Kết luận chương ............................................................................................................78
KẾT LUẬN............................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................80
PHẦN PHỤ LỤC..................................................................................................81


LỜI NĨI ĐẦU
So với các lĩnh vực truyền thơng khác, thơng tin vơ tuyến có sự tăng trưởng
nhanh chóng trong những năm gần đây. Kênh truyền vô tuyến chịu nhiều tác
động phức tạp như: AWGN, fading, hiện tượng Doppler, ISI, méo. Nên việc
phân tích, tính tốn, đánh giá chất lượng hệ thống trở nên khó khăn hơn so với
kênh truyền hữu tuyến. Đề tài “Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô
tuyến sử dụng phần mềm Matlab” là phương tiện biểu đạt mới, sử dụng mô
phỏng thay thế hệ thống thực, cho phép người học có cái nhìn trực quan sâu sắc
hơn về những vấn đề kỹ thuật phức tạp. Nội dung đồ án được chia thành 3
chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vô tuyến
Chương 2: Truyền dẫn trên kênh vô tuyến số
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến
sử dụng phần mềm matlab
Xin trân trọng cảm ơn ThS. Phạm Mạnh Toàn đã giới thiệu, cung cấp tài liệu,
tận tình hướng dẫn về nội dung và phương pháp, giúp tơi hồn thành đồ án này.
Xin chân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Vinh đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hồn thành
chương trình đào tạo.
Sinh viên
Lê Nhân Toàn

i


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án tìm hiểu, lich sử phát triển, cấu trúc, đặc tính kênh truyền của hệ
thống thơng tin vơ tuyến. Phân tích các tác động của kênh truyền vô tuyến đối
với chất lượng hệ thống. Để đơn giản q trình tính tốn thiết kế hệ thống. Các
giả định lý tưởng được đặt ra: Băng tần truyền dẫn là vơ hạn, kênh truyền là
tuyến tính và chiệu tác động của tạp âm cộng trắng chuẩn và các tác động phức
tạp khác như fading, ISI, hiệu ứng Doppler, méo tín hiệu được phân tích xem
xét, từ đó bổ xung các thiết bị, phương pháp khắc phục ảnh hưởng của các hiện
tượng đó. Đồ án sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ
thống trong trường hợp kênh chỉ chiệu tác động của AWGN và kênh chiệu tác
động của fading Rayleigh.

ABSTRACT
The project explores the history of development, structure, channel
characteristics of wireless communication system. Analysis of the impact of
radio channels for system quality. To simplify the calculation process of system

design. Ideal assumptions set out: Transmission band is infinite, channel is linear
and is affected by parasitic noise plus standard white and other complex effects
such as fading, ISI, Doppler effect, distortion is analyzed to consider, from there
additional devices, methods to overcome the effects of the phenomenon that. The
project uses simulation Matlab software and assess the quality of the system in
case only channel affected by AWGN and channels affected by Rayleigh fading.

ii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Trang
Sơ đồ khối đơn giản hệ thống thơng tin vơ tuyến...............................1

Hình 1.2

Sơ đồ khối hệ thống thơng tin vơ tuyến số..............................................6

Hình 2.1

Hàm truyền đạt của kênh......................................................................21

Hình 2.2

Sự lan truyền của đường l tới một trạm MS..........................................33

Hình 2.3

Đáp ứng xung của một bộ lọc xung có chiều dài hữu hạn.....................36

Hình 2.4

Hàm phân bố Rayleigh với  2 1 ........................................................38

Hình 2.5

Hàm phân bố Rice cho các giá trị khác nhau của K với Ap = 1...........39

Hình 2.6

Phân tập khơng gian sử dụng 4 anten....................................................42

Hình 2.7

Phân tập khơng gian và tần số sử dụng 3 anten.....................................43

Hình 2.8

Chuyển mạch bảo vệ bằng kênh dự phịng............................................43

Hình 2.9

Mơ hình hệ thống băng gốc với các tín hiệu xung đơn vị.....................46

Hình 2.10 Dạng xung khi qua bộ lọc lý tưởng.......................................................47
Hình 2.11 Hàm truyền bộ lọc tổng cộng................................................................48
Hình 3.1

Sơ đồ mơ phỏng truyền dẫn trên kênh AWGN....................................57

Hình 3.2

Giao diện bắt đầu vào mơ phỏng các kỹ thuật điều chế........................59

Hình 3.3

Giao diện chương trình ‘chuongtrinh’...................................................59

Hình 3.4

Mơ phỏng BER của điều chế BPSK qua kênh AWGN.........................60

Hình 3.5

Mơ phỏng BER của điều chế QPSK qua kênh AWGN.........................62

Hình 3.6

Mơ phỏng BER của điều chế 4-QAM qua kênh AWGN......................64

Hình 3.7

Mơ phỏng BER của điều chế 16-QAM qua kênh AWGN....................65

Hình 3.8

Mơ hình truyền sóng đa đường.............................................................66

Hình 3.9

Sơ đồ mơ phỏng truyền dẫn MPSK qua kênh fading sử dụng tách
tín hiệu đồng bộ (coherent detection)....................................................66

Hình 3.10

Sơ đồ phân bố tín hiệu (signai constellation) của tín hiệu....................67

Hình 3.11

Mơ phỏng BER của điều chế BPSK qua kênh Fading.........................69

Hình 3.12

Mơ phỏng BER của điều chế QPSK qua kênh Fading.........................70

Hình 3.13

Sơ đồ mơ phỏng truyền dẫn MQAM qua kênh fading sử dụng
tách tín hiệu đồng bộ (coherent detection)...........................................71

Hình 3.14

Mơ phỏng BER của điều chế 4-QAM qua kênh Fading........................73
iii


Hình 3.15

Mơ phỏng BER của điều chế 16-QAM qua kênh Fading......................74

Hình 3.17

Mơ phỏng BER của điều chế BPSK.....................................................75

Hình 3.18

Mơ phỏng BER của điều chế QPSK.....................................................76

Hình 3.19

Mơ phỏng BER của điều chế 4-QAM...................................................76

Hình 3.20

Mơ phỏng BER của điều chế 16-QAM.................................................77

Hình 3.21

Mơ phỏng BER điều chế của các kỹ thuật điều chế qua kênh
AWGN..................................................................................................77

Hình 3.22

Mơ phỏng BER điều chế của các kỹ thuật điều chế qua kênh
Fading...................................................................................................78

iv

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AM

Amplitude Modulation

ASK

Amplitude Shift Keying

ATDE
AWGN
BER
BO
BPSK
BS
BTS

CDM

Adaptive Time Domain Equalizer
Additive White Gaussian Noise
Bit Error Rate
Back Off
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Base Transceiver Station
Committee Consultative International
de Radio
Code Division Multiplexing

CDMA

Code Division Multiplexing Access

DMS

Discrete Memoryless Source

DS
DS
CDMA
EHF
ELF

Direct Sequence
Direct Sequence Code Division
Multiplexing Access
Extremely High Frequencies
Extremely Low Frequencies

FDM

Frequency Division Multiplexing

CCIR

HF
HSB

Frequence Division Multiplexing
Access
Frequency Hopped
Finite Impulse Response
Frequency Shift Keying
Frequency Shift Keying
Global System for Mobile
Cpommunication
High Frequencies
Hot Standby

ISI

Inter Symbol Interference

FDMA
FH
FIR
FSK
FSK
GSM

ITU
LF
LOS
MAI
MF

International Telecommunication
Union

Low Frequencies
Line Of Sight
Multiple Access Interference
Medium Frequencies
v

Điều điều chế biên độ
Điều chế khóa chuyển
biên
Thích nghi miền thời gian
Tạp âm Gauss trắng cộng
Tỷ số bit lỗi
Độ lùi cơng suất
Khóa dịch pha nhị phân
Trạm cơ sở
Trạm thu phát gốc
Uỷ ban tư vấn vô tuyến
điện quốc tế
Ghép kênh theo mã
Đa truy nhập phân chia
theo mã
Gián đoạn không không
nhớ
Trải phổ chuổi trực tiếp
Đa truy nhập phân chia
theo mã chuỗi trực tiếp
Tần số cực kì cao
Tần số cực kì thấp
Ghép kênh phân chia theo
tần số

Đa truy nhập phân chia
theo tần số
Trải phổ nhảy tần
Chiều dài hữu hạn
Khóa dịch tần số
Điều chế khóa chuyển tần
Mạng thơng tin di động
tồn cầu
Tần số cao
Dự phịng nóng
Nhiễu giao thoa giữa các
ký hiệu
Tổ chức viễn thông quốc
tế
Tần số thấp
Tia trực tiếp
Giao diện đa truy nhập
Tần số trung bình


MLD
MODEM
MS
MSK

PAM

Maximum Likelihood Detection
Modulation Demodulation
Mobile Station

Minimum Shift Keying
Orthogonal Frequency Division
Multiplex
Pulse Amplitude Modulation

PAPR

Peak to Average Power Ratio

PCM
PM
PSK

Pluse Code Mudulation
Phase Modulation
Phase-Shift Keying

QAM

Quadrature Amplitude Modualtion

QPSK

Quadrature Phase-Shift Keying

RR

Radio Regulations

SER

SHF
SNR

Symbol Error Rate
SuperHigh Frequencies
Signal to Noise Ratio

SNRD

Signal to Noise Ratio Degradation

TDM

Time Division Multiplexing

TDMA

Time Division Multiplexing Access

TWT
UHF
VF
VHF
VLF

Traveling Wave Tube
Ultra High Frequencies
Voice Frequencies
Very High Frequencies
Very Low Frequencies

OFDM

vi

Tách sóng hợp lẽ tối ưu
Điều chế - Giải điều chế
Trạm di động
Khóa dịc tối thiểu
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
Điều chế biên xung
Tỷ số công suất đỉnh trên
công suất trung bình
Điều chế xung mã
Điều chế pha
Khóa dịch pha
Điều chế biên độ cầu
phương
Khóa dịch biên độ cầu
phương
Qui định thơng tin vơ
tuyến
Lỗi ký tự
Tần số siêu cao
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Suy thối tỷ số tín hiệu
trên tạp âm
Ghép kênh theo thời gian
Đa truy nhập phân chia

theo thời gian
Đèn sóng chạy
Tần số cực cao
Tần số tiếng nói
Tần số rất cao
Tần số rất thấp


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
1.1. Giới thiệu chương
Chương 1 tìm hiểu lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống, đặc tính kênh
truyền và sự phân chia phổ tài nguyên vô tuyến.
1.2. Khái niệm
Thông tin vô tuyến là hệ thống thông tin sử dụng khoảng không gian
tự do làm môi trường truyền dẫn. Phương pháp thơng tin là phía phát bức xạ
các tín hiệu thơng tin bằng sóng điện từ, phía thu nhận sóng điện từ và tách lấy
tín hiệu gốc.
Mặc dù khơng gian tự do hàm ý là chân khơng, nhưng sự truyền sóng
qua khí quyển trái đất vẫn thường được coi là truyền sóng trong khơng gian
tự do. Sự khác nhau chủ yếu là ở chỗ khí quyển trái đất gây nên các tổn thất đối
với tín hiệu, cịn trong chân khơng thì khơng có tổn thất. Khơng thể lý giải đầy
đủ sóng vơ tuyến theo lý thuyết, bởi vì nó khơng chỉ bị ảnh hưởng bởi tầng đối
lưu và tầng điện ly mà còn bởi các thiên thể, kể cả mặt trời. Do vậy việc dự báo
đường truyền sóng vơ tuyến cũng như khả năng liên lạc dựa trên nhiều dữ liệu
trong quá khứ là hết sức quan trọng [3].
Nguồn tin

Mã nguồn
tin

Mã kênh

Điều chế

Kênh vơ
tuyến

Đích nhận
tin

Giải mã
nguồn tin

Giải mã
kênh

Giải điều
chế

Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống thông tin vô tuyến
Nguồn tin trước hết được mã hóa nguồn để giảm bớt các thơng tin dư thừa,
sau đó mã kênh để chống lại các lỗi do kênh truyền gây ra. Tiếp tục, để truyền đi
xa tín hiệu phải được điều chế, các mức điều chế phải phù hợp với điều kiện của
kênh truyền. Sau khi tín hiệu được phát đi ở máy phát, tín hiệu thu được ở máy
thu sẽ trải qua các thuật toán ngược lại với máy phát. Kết quả tín hược được giải
mã và thu được ở máy thu [3].
1


Chất lượng tín hiệu thu được phụ thuộc phương pháp mã kênh, điều kiện

kênh truyền và băng thơng tín hiệu.
1.3. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vô tuyến
Về lịch sử của thông tin vô tuyến, vào đầu thế kỷ 19 Marconi thành công
trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây dương, Kenelly và Heaviside phát hiện
một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng phía trên của khí quyển có thể dùng
làm vật phản xạ sóng điện từ. Những yếu tố đó đã mở ra một kỷ nguyên thông
tinvô tuyến cao tần đại qui mô. Gần 40 nǎm sau Marconi, thông tin vô tuyến cao
tần là phương thức thông tin vô tuyến duy nhất sử dụng phản xạ của tầng đối lưu,
nhưng nó hầu như không đáp ứng nổi nhu cầu thông tin ngày càng gia tǎng [3].
Chiến tranh thế giới lần thứ hai là một bước ngoặt trong thông tin vô
tuyến. Thông tin tầm nhìn thẳng - lĩnh vực thơng tin sử dụng bǎng tần số cực cao
(VHF: Very High Frequences) và đã được nghiên cứu liên tục sau chiến tranh thế
giới - đã trở thành hiện thực nhờ sự phát triển các linh kiện điện tử dùng cho (HF:
High Frequences) và (UHF: Ultra High Frequences), chủ yếu là để phát triển
ngành rađa. Với sự gia tǎng không ngừng của lưu lượng truyền thông, tần số của
thông tin vô tuyến đã vươn tới các bǎng tần siêu cao (SHF: Super High
Frequences) và cực kỳ cao (EHF: Extremely High Frequences). Vào những nǎm
1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã được thực hiện và phương pháp
chuyển tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lưu của khí quyển đã xuất hiện. Do
những đặc tính ưu việt của mình, chẳng hạn như dung lượng lớn, phạm vi thu
rộng, hiệu quả kinh tế cao, thông tin vô tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong phát
thanh truyền hình quảng bá, vơ tuyến hàng hải, hàng khơng, qn sự, quan sát khí
tượng, liên lạc sóng ngắn nghiệp dư, thông tin vệ tinh - vũ trụ...v.v [3].
Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác là điều không tránh khỏi,
bởi vì thơng tin vơ tuyến sử dụng chung phần khơng gian làm mơi trường truyền
dẫn. Để đối phó với vấn đề này, một loạt các cuộc Hội nghị vô tuyến Quốc tế đã
được tổ chức từ nǎm 1906. Tần số vô tuyến hiện nay đã được ấn định theo qui định
thông tin vô tuyến (RR: Radio Regulations) tại hội nghị (ITU: International
Telecommunication Union) ở Geneva nǎm 1959. Sau đó lần lượt là Hội nghị về
phân bố lại dải tần số sóng ngắn để sử dụng vào nǎm 1967, Hội nghị về bổ sung qui

2


chế tần số vô tuyến cho thông tin vũ trụ vào nǎm 1971, và Hội nghị về phân bố lại
tần số vô tuyến của thông tin di động hàng hải cho mục đích kinh doanh vào nǎm
1974. Tại Hội nghị của ITU nǎm 1979, dải tần số vô tuyến phân bố đã được mở
rộng từ 9 kHz đến 400
400 GHz và đã xem xét lại và bổ sung cho Qui chế thông tin vô
GHz và đã xem xét lại và bổ sung cho Qui chế thông tin vô
tuyến điện (RR). Để giảm bớt can nhiễu của thông tin vô tuyến, ITU tiếp tục nghiên
cứu những vấn đề sau đây để bổ sung vào sự sắp xếp chính xác khoảng cách giữa
các sóng mang trong.
Qui chế thơng tin vơ tuyến:
- Dùng cách che chắn thích hợp trong khi lựa chọn trạm.
- Cải thiện hướng tính của anten; nhận dạng bằng sóng phân cực chéo.
- Tǎng cường độ ghép kênh.
- Chấp nhận sử dụng phương pháp điều chế chống lại can nhiễu...
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin khác như
thông tin di động, vi ba số, cáp quang, thông tin vệ tinh...v.v, thông tin vơ tuyến vẫn
tiếp tục đóng vai trị quan trọng và được phát triển ngày càng hồn thiện với
những cơng nghệ cao đáp ứng được những địi hỏi khơng những về mặt kết cấu mà
cả về mặt truyền dẫn, xử lý tín hiệu, bảo mật thơng tin...
1.4. Khái niệm kênh truyền vô tuyến
Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền lan sóng vơ tuyến. Nó là phần tử cơ
bản nhất quyết định đến chất lượng hệ thống viễn thông. Không giống như kênh
truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đốn được, kênh truyền vơ tuyến là hồn
tồn ngẫu nhiên và khơng hề dễ dàng trong việc phân tích. Tín hiệu được phát đi,
qua kênh truyền vơ tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ,
tán xạ, nhiễu xạ [3].
- Phản xạ xẩy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích

thước rất lớn so với bước sóng tín hiệu của tần số vơ tuyến.
- Nhiễu xạ xẩy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi
một nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng.
- Tán xạ xẩy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm
cho năng lượng bị trải ra (tán xạ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng.
- Kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu

3


phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.
Do vậy, trước khi thiết kế hệ thống việc nghiên cứu các đặc tính kênh truyền là
nhiệm vụ quan trọng. Dựa trên kết quả đó người ta mới lựa chọn các kỹ thuật mã
hóa kênh, kỹ thuật điều chế tín hiệu cũng như các phương pháp cân bằng kênh, lọc
nhiễu và các kỹ thuật khác.
1.5. Các đặc tính của kênh vơ tuyến
a. Kênh thơng tin vơ tuyến có độ suy hao rất lớn, thường đạt tới 140 đến
160 dB
Cơng suất tín hiệu ở lối vào phần thu của kênh thường có giá trị nằm trong
khoảng 10-10 đến 10-14 W trong khi đó lại cần cơng suất hàng W hoặc lớn hơn ở
lối ra để thiết bị cuối làm việc tin cậy. Nghĩa là thiết bị thu của kênh phải có hệ số
khuếch đại theo cơng suất ít nhất là 1010 đến 1014 hay 105 đến 107 lần theo điện
áp. Vấn đề khuếch đại tín hiệu khơng chỉ khó ở chỗ hệ số khuếch đại phải cao mà
cịn khó ở chỗ mức tín hiệu ở lối vào thiết bị thu so sánh được với tạp âm
thăng giáng. Tạp âm thăng giáng lẫn vào tín hiệu và khơng thể tách riêng được [3].
b. Độ suy hao của kênh vô tuyến thay đổi trong phạm vi rộng
Cường độ trường điện từ tại điểm thu tỉ lệ nghịch với bình phương của qng
đường mà sóng đi qua, vì vậy sự thay đổi mức tín hiệu ở lối vào phần thu của kênh
trong dải cự ly thông tin cần thiết đạt tới 100 - 120 dB. Có nghĩa là việc bảo đảm
mức tín hiệu ra khơng đổi (để thiết bị cuối hoạt động bình thường) gặp nhiều khó

khăn [3].
Độ suy hao thay đổi của kênh cịn gây khó khăn cho việc thành lập các hệ
thống thông tin duplex (song công), tương tự như hệ thống thông tin dây dẫn với lối
ra hai dây, nếu tham số mang tin của tín hiệu cao tần là biên độ vì khó tránh khỏi sự
mất ổn định tức là tăng khả năng tự kích). Độ suy hao kênh thay đổi lớn khi tiến
hành thông tin giữa các đối tượng cơ động nếu sử dụng các sóng cực ngắn vì sóng
cực ngắn lan truyền phụ thuộc vào địa hình. Điều kiện tiến hành thơng tin trở nên
không thuận lợi khi trên đường truyền gặp phải các đối tượng phản xạ sóng vơ
tuyến, vì sẽ gây nên hiện tượng fading giao thoa [3].

4


c. Độ suy giảm của kênh thông tin vô tuyến biến đổi còn do sự thay đổi của
các tham số khí quyển quả đất
Sự thay đổi này thấy rõ hơn ở dải sóng ngắn, khi tiến hành thơng tin bằng các
sóng phản xạ từ tầng ion. Trước hết do những thay đổi chậm theo ngày đêm của
mức độ ion hoá các miền khác nhau của tầng khí quyển mà xuất hiện các dao động
theo ngày đêm của mức tín hiệu. Ngồi ra việc thu các sóng phản xạ từ tầng ion kèm
theo những fading thường xuyên và khá nhanh của tín hiệu do sự giao thoa của các
tia đến được điểm thu bằng những con đường khác nhau [3].
d. Kênh thông tin, nếu hạn chế chỉ là môi trường truyền sóng, thì về
mặt vật lý là chung cho tất cả các phương tiện thông tin vô tuyến đang tồn tại,
các đài phát thanh, dẫn đường vô tuyến....
Khả năng phát đồng thời một số lượng lớn các tin trên vô tuyến dựa trên cơ sở
phân tách tín hiệu theo tần số. Tuy nhiên, vì việc sử dụng một cách có tổ chức dải
tần mà cự ly truyền sóng khơng bị giới hạn như song ngắn, là cực kỳ khó khăn,
trong khi nhu cầu ở một số đoạn tần lại vượt quá dung lượng vật lý của chúng thì dễ
dàng rút ra kết luận về khả năng và sự không tránh khỏi của việc gây nhiễu lẫn nhau
khi phát tin, dẫn tới sự mật mát nào đó của tin tức [3].

Tình hình lại càng tồi tệ hơn do sự khơng hồn thiện về mặt kỹ thuật của thiết
bị, thể hiện ở chỗ việc phát tín hiệu thường kèm theo các bức xạ phụ, cịn việc thu
thì lại tiếp nhận cả các nhiễu từ miền tần số lớn hơn nhiều dải tần chiếm bởi tín hiệu
cần nhận, nhất là khi nguồn nhiễu ở gần ngay nơi thu [3].
Ngồi ra các nguồn nhiễu cịn là các q trình tự nhiên, như sự phóng điện cơn
giơng trong khí quyển, bức xạ vơ tuyến của mặt trời và thiên hà. Nguồn
nhiễu còn là các thiết bị điện trong công nghiệp và sinh hoạt. Đa số các nhiễu có
nguồn gốc tự nhiên và cơng nghiệp là các nhiễu dải rộng, bao trùm hầu hết toàn bộ
dải tần [3].
e. Kênh vơ tuyến gây méo tín hiệu phát đi do sự hạn chế phổ tần của nó
Người ta hạn chế phổ rộng vơ hạn của tín hiệu có độ rộng hữu hạn trong tất cả
các hệ thống thông tin, vì năng lượng cơ bản của các tín hiệu chỉ tập trung trong dải
tương đối hẹp. Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, sự cần thiết phải hạn chế phổ
cịn do dung lượng khơng đủ của dải tần và giảm xác suất nhiễu lạ lọt vào dải thông
của kênh [3].
5


Tóm lại: Khác với kênh hữu tuyến, kênh vơ tuyến được đặc trưng bởi dải rộng
của những thay đổi nhanh và chậm của độ suy hao và bởi sự tác động số lượng lớn
các nhiễu từ nguồn ngoài.
1.6. Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thơng
Tín hiệu băng cơ sở là tín hiệu mà phổ tần của nó với năng lượng tập trung ở
vùng tần số thấp quanh gốc tọa độ, coi gần đúng là tín hiệu có tần số từ 0 đến
Fmax nào đó. Ví dụ tín hiệu băng tần thoại tập trung năng lượng trong dải tần từ
0.3÷ 3.4 Khz.
Tín hiệu băng cơ sở hay băng gốc được tạo ra bởi các nguồn thông tin khác
nhau, không phù hợp kênh truyền và không thể truyền đi xa được. Để dễ dàng
truyền đi tín hiệu cần phải trải qua quá trình điều chế. Trong q trình này tín hiệu
băng gốc dùng để làm biến đổi một vài thơng số của tín hiệu sóng mang cao tần. Kết

quả tín hiệu băng cơ sở thành tín hiệu băng thơng mà phổ tần của nó với năng lượng
tập trung quanh tần số sóng mang fc [3].
1.7. Một số kỹ thuật xử lý tín hiệu
Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mơ tả bởi các khối trong sơ đồ khối
của hệ thống. Mỗi một khối mơ tả một thuật tốn xử lý tín hiệu. Sơ đồ khối tiêu
biểu của một hệ thống thông tin số được mơ tả trên hình 1.2, trong đó thể hiện tất cả
các chức năng xử lý tín hiệu chính nhất có thể có của các hệ thống thơng tin số hiện
Từ các nguồn khác
nay [3].
Định
dạng

Mã
hóa
nguồn
*

Mã
hóa
mật
*

Mã
hóa
kênh
*

Ghép
kênh
*

Điều
chế
*

Giải
mã
nguồn
*

Giải
mã
mật
*



Đa
truy
nhập


Giải
mã
kênh
*

Phân
kênh
*

Giải
điều
chế
*

Kênh truyền
Vơ tuyến
Giải
trải
phổ



Đa
truy
nhập


Tới các đích nhận tin khác
Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thơng tin vơ tuyến số
6

Máy
phát


Đồng bộ

*: Chuỗi bít

: Chuỗi dạng sóng
Giải
định
dạng

Trải
phổ

Máy
thu



Trong sơ đồ khối hình 1.2 thực chất là sơ đồ mơ tả lưu đồ xử lý tín hiệu, các
thuật tốn cơ bản xử lý tín hiệu (song khơng phải trong hệ thống thông tin số nào
cũng nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này) bao gồm [3]:
- Định dạng hẩu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thơng tin số (tiếng nói, hình
ảnh, âm thanh...) là tín hiệu tương tự nên ta cần có khối định dạng để chuyển đổi
tín hiệu từ tương tự sang dãy từ mã số. Các từ mã này được biểu diễn bằng các bit
nhị phân, rồi tùy ứng dụng cụ thể mà biễu diễn các bit hay nhóm bit ở dạng thức
thích hợp.
- Giải định dạng có nhiệm vụ là chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự. Việc
số hóa tín hiệu tương tự làm tăng băng thơng truyền dẫn của tín hiệu nhưng cho
phép bộ thu hoạt động ở tỷ số tín hiệu trên nhiễu thấp hơn.
- Mã hố nguồn và giải mã nguồn tín hiệu, thực hiện nén và giải nén tin nhằm
giảm tốc độ bít để giảm phổ chiếm của tín hiệu số. cụ thể là trong một đơn vị thời
gian khối mã hóa nén bớt một số bít mà khơng làm mất thơng tin
- Mã và giải mã mật, thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khố xác
định nhằm bảo mật tin tức. Tuy nhiên yêu cầu đi kèm với bảo mật là bảo tồn tốc độ
bít. Vì vậy người ta thường dung phương pháp xáo trộn vị trí ký hiệu trong bản tin

theo nguyên tắc thống nhất giữa phần phát và phần thu
- Mã và giải mã kênh có hai loại là mã khối và mã chập, nhiệm vụ là kiểm
soát lỗi và các tác động xấu khác trên đường truyền, sửa lỗi để đảm bảo truyền dẫn
thông tin số tin cậy ở trên kênh thực tế. cụ thể người ta chèn thêm vào chuỗi tin ở
phía phát một lượng bít dư thường để kiểm sốt lỗi. nhờ vậy phía thu có thể thực
hiện hai nhiệm vụ là phát hiện lỗi và sửa lỗi
- Ghép-phân kênh, nhằm 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. trong kĩ
thuật truyền dẫn tín hiệu, có ba phương pháp ghép kênh cơ bản là ghép kênh theo
tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing) và ghép kênh theo thời gian (TDM:
TimeDivision Multiplexing) và ghép kênh theo mã (CDM: Code Division
Multiplexing). Các tín hiệu tương tự có phổ tương đối hạn chế, việc hạn phổ không
gây ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng liên lạc. Mặt khác việc chuyển phổ của tín
hiệu tương tự lên băng tần đường dây và sắp xếp chúng phân biệt nhau về mặt giải
7


tần được thực hiện khá dễ dàng. Vì vậy trong các hệ thông truyền dẫn tương tự việc
ghép kênh thường được thực hiện theo phương pháp ghép kênh theo tần số dù về
nguyên tắc phương pháp ghép kênh theo thời gian cũng có thể áp dụng được với các
tín hiệu tương tự. Đối với tín hiệu số vì các xung tín hiệu có thời gian tồn tại hữu
hạn, thời gian tồn tại phụ thuộc vào độ rộng xung có thể tạo ra và xử lý được.
Khoảng cách giữa các phần tử kế tiếp nhau của cùng một nguồn tin là một đại lượng
cố định gọi là độ dài của khung tín hiệu. Khi độ rộng xung tín hiệu khá nhỏ hơn độ
dài khung tín hiệu vào cùng một khung tín hiệu. tín hiệu từ mỗi nguồn tin như vậy
được truyền đi trên khe thời gian riêng biệt. Với hệ thống truyền dẫn số, thực hiện
ghép kênh khá thuận lợi. Khi cần phát một luồn số trên kênh vô tuyến, cần phải điều
chế luồng số này ở một song mang có độ rộng băng tần hữu hạn dành cho một kênh.
Luồng số này có thể là tín hiệu ban đầu của máy tính hay luồng số (PCM: Pluse
Code Mudulation) được tạo ra từ tiếng nói hay hình ảnh đã số hóa.

- Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là (MODEM: Modulation
Denodulation). Là khối giao diện thực hiện hai chức năng:
 Ghép k bít thành một symbol để nâng cao hiệu quả sử dụng đường truyền.
 Ánh xạ tập symbol thành tập dạng sóng để truyền tín hiệu đi xa.

- Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý gây ra để
phá liên lạc) và bảo mật tin tức. Thực hiện bằng cách mở rộng phổ chiếm của tín
hiệu lên giấp nhiều lần ở khối trải phổ và nén lại ở khối giải trải phổ. Các hệ thống
thơng tin thì trải phổ và giải trải phổ được phát triển ứng dung trong thông tin quân
sự để cung cấp khả năng chống lại việc gây nhiễu của địch, che dấu tín hiệu bằng
cách phát ở công suất thấp nhằm giảm khả năng bị phát hiện. Dùng cho tín hiệu
truyền tin có hai loại trải phổ cơ bản là trải phổ chuổi trực tiếp (DS: Direct
Sequence) và trải phổ nhảy tần (FH: Frequence hopped). Có hai loại điều chế liên
quan đến trải phổ đó là khóa dịch pha (PSK: Phase Shift Keying) và khóa dịch tần
số (FSK: Frequency Shift Keying) sẽ được làm rõ ở chương hai
- Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để
sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu. Nhằm khơi phục chính xác tín hiệu thu
cần thiết biết thơng tin về thời gian tồn tại của một symbol là TS của tín hiệu số và
trong các hệ thống truyền dẫn kết hợp thì cịn phải biết chính xác thơng tin về pha
8