Nghiên cứu về chống nhiễu cho hệ thống thông tin vô tuyến

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: Tìm hiểu về chống nhiễu cho hệ thống vô tuyến
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Tân
Lớp: DDT 15B
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Tài


Nội dung
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống vô tuyến
Chương 2: Các giải pháp chống nhiễu cho máy thu
Chương 3: Chống nhiễu cho máy thu bằng cấu
trúc tín hiệu


Nội dung
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống vô tuyến
Chương 2: Các giải pháp chống nhiễu cho máy thu
Chương 3: Chống nhiễu cho máy thu bằng cấu
trúc tín hiệu


Mơ hình thơng tin vơ tuyến


1.1 Khái niệm về thông tin vô tuyến

Nguồn tin

Mã nguồn
(source coding)

Mã kênh
(Channel coding)

Mơ hình kênh
(Discrete Channel)
Điều chế
(Modulation)

Kênh vơ tuyến
(Channel)

Tín hiệu đích
(Destination)

Giải mã nguồn
(source decoding)

Giải mã kênh
(Channel
Decoding)

Hình 1.1. Mơ hình hệ thống thông tin

Giải điều chế
(Demodulation)

Mơ hình thơng tin vơ tuyến chịu tác động của
nhiễu
Nhiễu

Nhiễu

Nhiễu


1.2 Các loại nhiễu trong hệ thống vô tuyến
a. Khái niệm nhiễu vô tuyến:
Nhiễu vô tuyến là bất kỳ phát xạ vơ tuyến nào gây khó khăn cho
việc tách ra tín hiệu có ích trong tín hiệu thu được.
b. Phân loại nhiễu vơ tuyến:
• Theo nguồn gốc phát sinh: Nhiễu tự nhiên, nhiễu nhân tạo và
nhiễu lẫn nhau.
• Theo thời gian bức xạ: Nhiễu liên tục và nhiễu xung.
• Theo mục đích của nhiễu: Nhiễu cố ý và nhiễu khơng cố ý.
c. Tác động của nhiễu đến hệ thống vô tuyến:
• Gây q tải máy thu
• Làm méo tín hiệu
• Ngụy trang tín hiệu
• Gây chèn ép tín hiệu.


1.2 Các loại nhiễu trong hệ thống vô tuyến
 Nhiễu vơ tuyến cố ý

Hình 1.2. Xe phá sóng

Hình 1.3. Thiết bị chế áp flycam CA-18 của
Học viện kỹ thuật Quân sự


1.2 Các loại nhiễu trong hệ thống vô tuyến
Sơ đồ phân loại nhiễu trong hệ thống vô tuyến:
Nhiễu trong hệ thống vô tuyến
Nhiễu không cố ý
Nhiễu trắng
Tạp âm nhiệt trắng
chuẩn cộng tính
Nhiễu xuyên ký tự ISI
Nhiễu xuyên kênh ICI
Nhiễu đồng kênh CCI
Nhiễu đa truy nhập MAI

Nhiễu cố ý
Theo phương
pháp tạo
nhiễu

Theo đặc
tính tác
động

Theo độ
rộng phổ
nhiễu

Theo

cấu trúc

Tích cực

Xuy giảm

Ngắm

Liên tục

Tiêu cực

Ngụy trang

Chặn

Giả tín hiệu

Trượt

Khơng
liên tục
Kết hợp


1.2 Các loại nhiễu trong hệ thống vô tuyến
Các dạng nhiễu tạp tích cực ngụy trang
 Các hệ thống gây nhiễu tích cực.

Hình 1.4. Mơ hình đài gây nhiễu

 Nhiễu tạp trực tiếp.

Hình 1.5. Sơ đồ tạo nhiễu tạp trực tiếp
 Nhiễu tạp điều chế.

Hình 1.6. Sơ đồ nhiễu tạp điều chế


Mình bảo bạn này!
zzz…zzz…zzz…zzz

Bạn nói gì vậy ???
Tơi nghe khơng rõ.


Nội dung
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống vô tuyến
Chương 2: Các giải pháp chống nhiễu cho máy thu
Chương 3: Chống nhiễu cho máy thu bằng cấu
trúc tín hiệu


2.1. Giải pháp chống nhiễu vô tuyến không cố ý
2.1.1. Tóm tắt về lý thuyết dung lượng kênh của Shannon
Shannon chỉ ra rằng dung lượng của một kênh truyền có nhiễu được cho bởi cơng thức sau:

C = B.log2(1+S/N)
Trong đó:C là dung lượng của kênh truyền (Kbps)
B là băng thông
S là cơng suất tín hiệu ở thiết bị phát

N là cơng suất của nhiễu nhận ở đích

2.1.2. Định lý giới hạn băng thông Nyquist.
Nếu ta đưa một xung Dirắc δ(t) vào bộ lọc thơng thấp lý tưởng thì đáp ứng nhận được
tại đầu ra có dạng như trên hình 2.1. Ngoại trừ giá trị đỉnh tại trung tâm, các giá trị khác
đều bằng khơng ở mọi thời điểm nT0.
Vout(t)

Hình 2.1. Đáp ứng xung
Đáp ứng này được định nghĩa là tín hiệu khơng có ISI. Ký hiệu tín hiệu khơng có ISI
là VN(t) và thời gian lấy mẫu bằng nT0 khi đó định nghĩa được biểu diễn dưới dạng tốn
học là:


2.1.2. Định lý giới hạn băng thơng Nyquist.

Hình 2.2. Triệt tiêu các xung của xung khơng có ISI
Nếu ta phát đi một dãy xung Đirắc δ(t) gồm các xung kim cách nhau một khoảng
Nyquist, thì có thể tránh được nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu.
Vout(t)

Hình 2.3. Tín hiệu khi tránh được nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu
Độ rộng băng tần cần thiết để phân biệt các xung (các ký hiệu) có tốc độ ký hiệu R s=
1/T với 2f0 = 1/T thì:


2.1.3. Giảm nhiễu xuyên kí hiệu ISI sử dụng các phương pháp lọc

Hình 2.4. Minh họa định lý đối xứng của Nyquist
Trong đó: là modul hàm truyền của bộ lọc thông thấp lý tưởng.

RO(f) là hàm uốn đối xứng tâm tại ±fN.
Δf gọi là lượng mở rộng phổ.
gọi là lượng mở rộng phổ tương đối.
Trong thực tế kỹ thuật, người ta thường tính tốn với sườn của bộ lọc là một đường
cos được nâng lên, khi đó bộ lọc được gọi là bộ lọc cosin nâng.


2.1.4. Giảm nhiễu một số loại nhiễu khác
Giảm nhiễu xuyên kênh ICI:
+ Bố trí các kênh liên lạc ở cách nhau một đường sóng.
+ Phải lọc thật chặt nhưng việc này làm giảm công suất phát dẫn đến giảm vùng phủ
sóng.
Giảm nhiễu đồng kênh CCI:
+ Khi trên cùng một tần số có hai kênh liên lạc, tức có nhiễu CCI thì ở đầu thu phải có
bộ triệt xun nhiễu (XPIC) phân cực chéo.
+ Để tác động của nhiễu CCI nhỏ thì chiều cao anten thấp, góc ngẩng của anten lớn và
khoảng cách truyền lớn, phát với công suất vừa đủ.
Giảm nhiễu đa truy nhấp MAI:
+ Để khử MAI người ta thường dùng các phương pháp trực giao nhưng trên thực tế
khơng thể có sự trực giao hồn tồn. Do đó, MAI vẫn tồn tại trong các hệ thống đa truy
nhập.


2.2. Giải pháp chống nhiễu vô tuyến cố ý
Các phương pháp kỹ thuật tăng khả năng chống nhiễu của các thiết bị vơ
tuyến bao gồm:
• Chống q tải cho máy thu
• Chọn lọc tín hiệu và nhiễu
• Bù khử nhiễu
• Thích nghi với thay đổi của tình huống điện từ.

2.2.1. Chống quá tải cho các máy thu

Hình 2.5. Hiện tượng quá tải do nhiễu mạnh


2.2.1. Chống quá tải cho các máy thu
 Hệ thống tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (AGC):

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại
Sự thay đổi điện áp ra của máy thu được minh họa:

Hình 2.7. Sự thay đổi điện áp ra của máy thu


2.2.1. Chống quá tải cho các máy thu
 Các bộ khuếch đại Logarit:
Để chống quá tải cho máy thu người ta sử dụng rộng rãi các bộ khuếch đại có
đặc trưng khuếch đại logarit, điều đó cho phép đảm bảo sự làm việc bình thường
của nó trong dải động lớn của tín hiệu đầu vào.

Hình 2.8. Đặc tuyến biên độ của bộ khuếch đại logarit
Điện áp đầu ra trên đoạn thẳng (đoạn tuyến tính) được tính theo cơng thức:
Ura = K0.Uvao khi Uvao < Uvao0
Còn điện áp đầu ra trên đoạn logarit được tính theo cơng thức:
Ura = C1.loga + C2

khi Uvao > Uvao0


2.2.2. Chọn lọc tín hiệu

a. Chọn lọc khơng gian, thời gian
b. Chọn lọc phân cực
c. Chọn lọc tần số
d. Chọn lọc biên độ - tần số.
2.2.3. Bù khử nhiễu
a. Phương pháp bù nhiễu không tương can.
Khi sử dụng phương pháp bù nhiễu không tương can, người ta thực hiện quá trình xử
lý tín hiệu ở thị tần. Sơ đồ cấu trúc của máy bù nhiễu kiểu như vậy được dùng để bù nhiễu
các xung tích cực trong đài radar.

Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc của máy bù nhiễu các xung tích cực trong đài radar


2.2.3. Bù khử nhiễu

a. Phương pháp bù nhiễu không tương can.

Hình 2.10. Giản đồ hướng anten của máy thu chính và máy thu phụ
b. Phương pháp bù nhiễu tương can.
Khi sử dụng phương pháp bù nhiễu tương can, người ta thực hiện q trình xử lý tín
hiệu ở cao tần.

Hình 2.11. Sơ đầu cấu trúc của thiết bị sử dụng bộ biến đổi cầu phương


2.2.3. Bù khử nhiễu
b. Phương pháp bù nhiễu tương can.
Ở đây

và

chúng bằng:

Hình 2.12. Giảm đồ vectơ của thiết bị bù tự động có bộ biến đổi cầu phương
Ở đây:
, cịn góc giữa chúng bằng
sao cho thực hiện được đẳng thức:

. Hệ số k1 và k2 cần phải lựa chọn

Utrong
Uvà
Nếu như cho rằng, nhiễu
np(t) máy thu chính và máy thu phụ là quá
no(t)
trình ngẫu nhiên dừng, dải hẹp, thì điện áp đầu ra
có thể đưa ra dưới dạng:


Các bạn thu tín hiệu tốt q!
Khơng thu nhiễu như tơi.

Các bạn xa như vậy.
Sao thu tín hiệu được
tốt vậy?

Là do chúng tớ ứng
dụng kỹ thuật trải
phổ đó.

Nội dung
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống vô tuyến
Chương 2: Các giải pháp chống nhiễu cho máy thu
Chương 3: Chống nhiễu cho máy thu bằng cấu
trúc tín hiệu


3.1 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin vô tuyến
3.1.1. Giới thiệu chung
Ý tưởng của kỹ thuật trải phổ trong các hệ thống thông tin là dựa vào định
lý Shannon, định lý này được phát biểu như sau: với một kênh có tạp âm trắng
cộng tính (AWGN: Additive White Gaussian Noise) thì tương quan giữa dung
lượng, cơng suất, độ rộng dải tần và chất lượng cho bởi công thức:

C = B.log2(1+S/N)
Hệ thống thông tin được gọi là hệ thống trải phổ nếu nó thoả mãn 3 yếu tố
sau đây:
• Thứ nhất: tín hiệu sau khi trải có bề rộng phổ lớn hơn gấp nhiều lần so
với bề rộng phổ ban đầu của nó.
• Thứ hai: sự trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ thường được
gọi là mã trải phổ, mã trải phổ này độc lập với dữ liệu và có tốc độ lớn
hơn nhiều lần tốc độ dữ liệu.
• Thứ ba: tại phía thu, việc giải trải phổ được thực hiện bởi lấy tương
quan giữa tín hiệu thu được với bản sao giống hệt của mã trải phổ đã
sử dụng ở phía phát.