BÁO cáo bài tập lớn mô PHỎNG hệ THỐNG TRUYỀN THÔNG tên đề tài mô PHỎNG hệ THỐNG TRUYỀN dẫn BPSK QUA KÊNH FADING RAYLEIH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -o0o - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Tên đề tài: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN BPSK QUA KÊNH FADING RAYLEIH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ QUANG HƯNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN MINH QUANG ĐỖ MẠNH HÙNG PHAN THẾ HƯNG NGÔ TÂY NGUYÊN LỚP: 69DCDT21 HÀ NỘI 2021 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ LỜI MỞ ĐẦU Hiện hệ thống thu phát thông tin vô tuyến sử dụng rộng rãi thực tế Các hệ thống điện thoại di dộng ,các hệ thống wifi gia đình ; quan , cơng ty trạm BTS hệ thống xuyên quốc gia quốc tế hệ thống thông tin vô tuyến có vai trị quan trọng hệ thống Công nghệ vô tuyến nhận thức đời giúp cải thiện hiệu suất sử dụng phổ tần cho phép dịch vụ vơ tuyến sử dụng chung dải phổ Bên cạnh vô tuyến nhận thức, truyền thông đa chặng cho phép hệ thống mở rộng vùng phủ sóng cải thiện chất lượng tín hiệu vùng phủ sóng đó.xuất hầu hết lĩnh vực sống Trong kỹ thuật thông tin vô tuyến điện, muốn truyền thông tin xa người ta phải chuyển tần số tín hiệu tin tức lên tần số cao nhiều Phương pháp để thực chuyển phổ tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao điều chế (điều chế biên độ, điều tần, điều pha),bằng cách sử dụng mạch trộn tần Ở phía máy thu phải có q trình chuyển đổi ngược lại, q trình tách sóng (giải điều chế) Đó lý mà ngày hôm bạn thảo luận vấn đề điều chế giải điều chế BPSK Hơn thế, khoảng thời gian cho phép khơng thể trao đổi hết với tồn kiến thức lĩnh vực , song hi vọng phần giúp tơi bạn hiểu vấn đề xoay quanh tiểu luận điều chế giải điều chế BPSK vận dụng vào đề tài khác tương tự mở rộng! MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÊNH FADING RAYLEIGH 1.1 Giới thiệu kênh fading rayleigh 1.2 Đặc trưng truyền sóng vơ tuyến di động: 1.2.1 Fading mức lớn: 10 1.2.2Fading mức nhỏ: .11 1.3 Trải theo thời gian tín hiệu(signal time-spreading): .13 1.3.1 Trải theo thời gian tín hiệu miền thời gian : 13 1.3.2 Trải theo thời gian tín hiệu miền tần số: .14 1.3.2.1 Các loại suy giảm tín hiệu trải theo thời gian miền tần số: 15 1.3.2.2 Ví dụ fading lựa chọn tần số fading phẳng: .16 1.4 Sự thay đổi theo thời gian(time variance) kênh chuyển động: 16 1.4.1 "Time variance" miền tần số: .16 1.4.2 Những biểu fading độc lập với fading khác: 17 1.5 Sự tương tự giãn phổ kênh fading: 17 1.6 Hoạt động kênh Rayleigh fading phẳng fading chậm: 18 CHƯƠNG : THÀNH PHẦN, NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH CỦA BPSK TRONG KÊNH FADING RAYLEIGH 20 2.2 Mơ hình tốn học 20 2.3 Mơ hình BPSK 20 2.4 Hiệu BER hệ thống BPSK 21 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MATLAB VÀ MÔ PHỎNG .23 3.1 Tổng quan MATLAB 23 3.1.1 Giới thiệu về MATLAB 23 3.1.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng 23 3.2 BER BPSK Trên kênh Rayleigh .25 3.3 Code BER BPSK kênh Rayleigh 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 4.1 Kết luận 27 4.2 Hướng phát triển 28 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy CSI Channel State Information Trạng thái kênh truyền EH Energy Harvesting Thu hoạch lượng ITU InternasionalTelecommunications Liên minh viễn thông quốc tế Union LOS Line of sight Đường nhìn thẳng MIMO Multiple Input Multiple Output Hệ thống đa đầu vào đa đầu NLOS Non Line of sight Khơng có đường nhìn thẳng OP Outage Probability Xác suất dừng PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SER Symbol Error Rate Tỷ lệ lỗi ký tự SNR Signal- to- noise ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu US USer Người dùng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Các biểu kênh pha rayleigh .8 Hình Suy hao đường truyền kênh fading 10 Hình Ảnh hưởng phân xạ đa đường lên tín hiệu .12 Hình Mối quan hệ hàm tương quan kênh với hàm mật độ phổ công suất 13 Hình Mối quan hệ hàm truyền kênh với băng thơng tín hiệu truyền 15 Hình Ngõ matched-filter DS/SS với điều kiện kênh 16 Hình BER theo Eb/N0 kênh fading chậm .19 Hình Quan hệ pha /thời gian đầu điều chế BPSK theo tín hiệu vào .22 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KÊNH FADING RAYLEIGH Khi chế sinh kênh fading truyền thông lần làm thử năm 1950 1960, nguyên lý ứng dụng vùng truyền thông với giới hạn rộng băng tần Băng tần 3-30 Mhz(HF) dùng cho việc truyền tầng điện ly tần số 300Mhz-3Ghz(VHF), 3-30Ghz(SHF) dùng cho việc phát tầng đối lưu , ví dụ kênh bị ảnh hưởng tượng fading Mặc dù hiệu ứng fading kênh vô tuyến di động có chút khác biệt so với gặp phải tầng ion đối lưu, kiểu fading hữư ích việc xác định ảnh hưởng fading hệ thống truyền thông số di động Phần nhấn mạnh fading rayleigh, trước tiên băng UHF, ảnh hưởng đến hệ thống di động hệ thống tế bào , PCS 1.1 Giới thiệu kênh fading rayleigh Fading tượng phổ biến truyền thông không dây gây tượng đa đường (Multipath) dẫn tới thăng giáng cường độ xoay pha tín hiệu (fading) không gi ống thời điểm tần số khác Tín hiệu RF truyền qua kênh truyền vô tuyến lan tỏa không gian , va chạm vào v ật cản phân tán r ải rác đường truyền xe cộ, nhà cửa, cối … gây hi ện tượng phản xạ, tán xạ hay nhiễu xạ Khi sóng va ch ạm vào vật cản tạo vô số tín hiệu, số tới máy thu Do này ph ản xạ, tán xạ, nhiễu xạ v ật khác theo đường dài ngắn khác nên: thời điểm tới máy thu khác nhau, tức độ trễ pha thành ph ần khác Các suy hao khác nhau, tức biên độ thành phần khác Tín hiệu máy thu tổng tất này, tuỳ theo đường bao tín hiệu sau qua kênh truyền có phân bố xác suất theo hàm phân bố khác Trong thực tế, kênh truyền fading Rayleigh kênh truyền phổ biến, xuất môi trường fading đa đường đường LOS (Line Of Sight) máy phát máy thu Đáp ứng kênh truyền trình phụ thuộc vào thời gian biên độ Biên độ hàm truyền tần số định tuân theo phân bố Rayleigh, kênh truyền không tồn LOS (Line of Sight), người ta chứng minh đường bao tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền gọi kênh truyền fading Rayleigh Khi tín hiệu nhận máy thu tổng hợp thành phần phản xạ, nhiễu xạ khúc xạ Trong kênh truyền vô tuyến, phân bố Rayleigh thường dùng để mô tả chất thay đổi theo thời gian đường bao tín hiệu fading phẳng thu hay đường bao thành phần đa đường riêng lẻ Chúng ta biết đường bao tổng hai tín hiệu nhiễu Gauss trực giao tuân theo phân bố Rayleigh 1.2 Đặc trưng truyền sóng vơ tuyến di động: Hình 1.1 mơ tả tổng qt kênh fading Nó bắt đầu với hai dạng: fading mức lớn(large-scale) fading mức nhỏ(small-scale) Fading mức lớn mô tả suy giảm cơng suất tín hiệu trung bình suy hao đường truyền di chuyển vùng rộng Trong hình 1.1 biểu thị fading mức cao thể khối 1,2,3 Hiện tượng bị ảnh hưởng nhô lên vật thể mặt đất ( đồi, rừng, núi, nhà cửa,…) phát thu, thu thường gọi bị bóng vật nhô cao Những số thống kê cung cấp thơng tin để tính tốn ước lượng suy hao đường truyền hàm khoảng cách Điều thường biểu diễn hệ số suy hao đường truyền trung bình biến phân phối logarit thơng thường (log-normally distributed variation) mặt trung bình, đề cập chi tiết phần fading mức lớn Cịn fading mức nhỏ đề cập đến thay đổi biên độ pha tín hiệu có số thay đổi nhỏ(khoảng 1/2 bước sóng) phát thu Trong khối 4,5,6 hình 1.1, fading mức nhỏ thể dạng: trải theo thời gian tín hiệu biến đổi theo thời gian kênh Với ứng dụng kênh vô tuyến di động , kênh bị thay đổi theo thời gian di chuyển phát thu dẫn đến thay đổi đưòng truyền Tốc độ thay đổi điều kiện truyền dẫn giải thích cho tốc độ fading(fading rapidity) Fading mức nhỏ gọi Rayleigh fading có nhiều đường phản xạ với số lượng lớn khơng có thành phần truyền thẳng, đường bao tín hiệu thu mô tả thống kê pdf Rayleigh Hình 1 Các biểu kênh pha rayleigh Fading mức lớn xem trung bình mặt khơng gian thay đổi bất thường mức nhỏ tín hiệu Nó đánh giá tổng hợp trung bình 10~30λ tín hiệu thu, để tách riêng dao động bất thường mức nhỏ (hầu hết Rayleigh) từ hiệu ứng chắn mức lớn Có dạng ảnh hưởng đến truyền sóng hệ thống truyền thơng di động:  Phản xạ: xuất sóng điện từ gặp phải bề mặt nhẵn với kích thước lớn so với bước sóng tín hiệu RF  Nhiễu xạ: xuất đường truyền phát thu bị che khuất vật thể dày đặc với kích thước lớn so với bước sóng, ngun nhân sinh sóng thứ hai sau vật che khuất Nhiễu xạ tượng giải thích cho việc truyền lượng từ phát đến thu mà khơng có đường truyền thẳng chúng Nó thường gọi hiệu ứng chắn, trường nhiễu xạ tiến đến thu bị che chắn vật xuyên qua  Sự phân tán(scattering): sóng vơ tuyến tiếp xúc với bề mặt xù xì kích thước chúng khoảng chừng λ nhỏ dẫn đến phản xạ lượng trải theo nhiều hướng Trong mơi trường thành phố vật cản tín hiệu tạo tán xạ bao gồm: cột đèn, biển đường, tán Hình 1.1 bẳng nội dung cho phần Hai biểu fading mức nhỏ: trải rộng mặt thời gian tín hiệu(giãn xung) biến đổi theo thời gian tự nhiên kênh, phân tích hai miền thời gian tần số với khối 7,10,13,16 Đối với tín hiệu bị giãn xung, dạng fading liệt kê fading lựa chọn tần số fading không lựa chọn tần số(fading phẳng) liệt kê khối 8,9,11&12 Đối với hiển thị biến đổi theo thời gian dạng liệt kê fading nhanh fading chậm khối 14,15,17,18 Các nhãn biến đổi Fourier dual giải thích phần sau Biểu thức 1.1 chứng minh phân phối khác cần tính tốn đến ước lượng tính tốn suy hao đường truyền ứng dụng vô tuyến di động: (1)suy hao đường truyền fading mức lớn (2) Sự thay đổi gần trường hợp tồi tệ suy hao đường truyền trung bình, "margin" fading mức lớn thường từ 6- 10dB (3)Rayleigh trường hợp gần tồi tệ hay "margin" fading mức thấp(20- 30dB) Trong biểu thức 1.2 thích 1-2% tiêu chuẩn thiết kế hàm pdf Bằng cách dung ký hiệu phức tín hiệu phát biểu diễn sau: s(t) = Re{g(t)e }(1.1) j πft Trong fc tần số sóng mang Dạng sóng băng gốc g(t) gọi đương bao phức s(t), biểu diễn sau: g(t) = |g(t)|e jφ (t) = R(t)e jφ (t) (1.2) Trong R(t)=|g(t)| biên độ đường bao, Ф(t) pha Với tín hiệu điều chế tần số, R(t) không đổi thay đổi chậm so với t=1/fc Hình Suy hao đường truyền kênh fading Trong môi trường fading g(t) thay hệ số nhân vô hướng phức α(t)e-jθ(t) Dạng sóng băng gốc bị biến đổi biểu diễn sau: α(t)e_jθ(t)g(t) :Trước tiên ta kiểm tra biên độ, α(t)R(t) biểu diễn hệ số dương sau: α ( t ) R ( t )=m ( t )∗r ( t )∗R(t )(1.3) m(t) thành phần fading mức lớn r(t) thành phần fading mức nhỏ 1.2.1 Fading mức lớn: Đối với ứng dụng vô tuyến di động, Okumura thực số đo đạc suy hao đường truyền khoảng rộng độ cao anten vùng bao phủ Hata chuyển đổi liệu Okumura sang cơng thức Nhìn chung, 10 Một cách đơn giản để biểu diễn tượng fading giới thiệu Bello vào năm 1963: ông đưa khái niệm phân tán không tương quan dừng rộng (widesense stationary uncorrelated scattering-WSSUS) Phương pháp coi tín hiệu đến anten thu với khoảng trễ khác không tương quan Điều kênh thực WSS miền thời gian tần số Với loại kênh fading đó, Bello định nghĩa "function" để dùng thời điểm tần số Đối với kênh di động hình 1.4 chứa đựng "function" tạo nên phương pháp Những "function" làm rõ, bắt đầu với hình 1.4a ngược chiều kim đồng hồ đến hình 1.4d 1.3.2 Trải theo thời gian tín hiệu miền tần số: Việc mơ tả đặc điểm hồn tồn tương tự giãn xung rõ miền tần số Trong hình 1.4b, hàm |R(∆f) | hàm tương quan theo khoảng tần số, thấy biến đổi Fourier S(τ) Hàm R(∆f) mô tả tương quan đáp ứng kênh hai tín hiệu hàm sai phân tần số hai tín hiệu Nó xem hàm truyền theo tần số kênh Do trải theo thời gian xem kết trình lọc Những hiểu biết R(∆f) giúp trả lời câu hỏi "sự tương quan tín hiệu nhận mà cách khoảng tần số ∆f=f1-f2 nào?" Hàm R(∆f) đo cách truyền cặp sóng sin khác tần số khoảng ∆f, tương quan chéo phổ phức hai tín hiệu nhận này, lặp lại trình với khoảng ∆f tăng dần Do việc đo đạc R(∆f) thực với sóng sin thay đổi khoảng tần số quan tâm."Coherence bandwidth" fo đo đạc thống kê khoảng tần số mà kênh cho qua tất thành phần phổ tín hiệu với xấp xỉ độ lợi tuyến tính pha Vì vậy"Coherence bandwidth" biểu diễn khoảng tần số mà thành phần tần số tín hiệu có tương quan biên độ mạnh Đó thành phần phổ giới hạn bị ảnh hưởng kênh tương tự fading khơng fading Chú ý f0 Tm có mối quan hệ qua lại Chúng ta có quan hệ sấp xỉ sau: f ≈ 1/T m(1.13) Thời gian trễ kéo dài tối đa Tm cách thể tốt cách mà hệ thống tác động tín hiệu truyền kênh, kênh khác với giá trị Tm tạo những xung tín hiệu nhận với cường độ tín hiệu khác khoảng thời gian trễ Một thông số hữu dụng trải trễ, phần lớn thường mô tả hệ số root-mean-squared, gọi rms trải trễ: 2 σ t= √ τ −( τ ) (1.14) τ thời gian trễ vượt trung bình, ( ) τ bình phương trung bình, τ moment bậc hai στ bậc hai moment trung tâm bậc hai S(τ) Mối quan 14 hệ xác "coherence bandwidth" trải trễ không tồn phải bắt nguồn từ phép phân tích tín hiệu (thường dùng kỹ thuật Fourier) việc đo đạc giãn xung tín hiệu thực kênh riêng biệt Nhiều quan hệ xấp xỉ phát triển Nếu "coherence bandwidth" định khoảng tần số mà hàm truyền tần số phức có tương quan tối thiểu 0.9, "coherence bandwidth" xấp xỉ: f 0≈ (1.15) 50 σ τ Đối với trường hợp vô tuyến di động, dãy vật che khuất (scatterer) phân bố đồng theo hướng, tất có biên độ hệ số phản xạ độc lập, góc pha phản xạ xuất cách ngẫu nhiên, chấp nhận kiểu hữu dụng cho môi trường thành thị Loại xem kiểu kênh với "scatterer" phân bố dày đặc Với loại "coherence bandwidth" định khoảng tần số mà hàm truyền tần số phức có tương quan tối thiểu 0.5 1.3.2.1 Các loại suy giảm tín hiệu trải theo thời gian miền tần số: Một kênh gọi lựa chọn tần số f0< 1/Ts ≈W, 1/Ts danh nghĩa lấy băng thơng tin hiệu Trong thực tế W khác với 1/Ts, phụ thuộc vào việc lọc hệ thống kiểu điều chế liệu( vd: QPSK,MSK,…) Hình 1.5 có ví dụ Mỗi hình thể mật độ phổ theo theo tần số tín hiệu truyền đi, tín hiệu có băng thơng W hz.Hình 1.5a vẽ hàm truyền theo tần số kênh fading lựa chọn tần số Hình 1.5a thành phần phổ khác tín hiệu truyền bị ảnh hưởng cách khác Fading không lựa chọn tần số hay fading phẳng tìm thấy f0> W Do đó, tất thành phần phổ tín hiệu bị ảnh hưởng kênh với cung kiểu Điều chứng minh hình 1.5b, tất thành phần phổ tín hiệu truyền bị ảnh hưởng với kiểu Để tránh nhiễu ISI kênh truyền địi hỏi phải fading phẳng: 15 Hình Mối quan hệ hàm truyền kênh với băng thơng tín hiệu truyền 1.3.2.2 Ví dụ fading lựa chọn tần số fading phẳng: Hình 1.6 vài ví dụ fading phẳng fading lựa chọn tần số hệ thống trải phổ trực tiếp Trong hình 1.6, có đồ thị ngõ tương quan mã PN theo thời gian trễ hàm thời gian (thời gian truyền thời gian quan sát) Mỗi đồ thị biên độ theo thời gian trễ tương tự S(τ) theo τ, vẽ hình 1.3a Điểm khác biên độ hình 1.5 ngõ tương quan, dạng sóng ngõ hàm khơng đáp ứng xung kênh mà đáp ứng xung tương quan Thời gian trễ biểu diễn đơn vị khoảng thời gian chip Đối với đồ thị thời gian quan sát vẽ trục vng góc với mặt phẳng biên độ theo thời gian trễ Hình 1.5 vẽ từ tuyến truyền thông mặt đất đến vệ tinh bị tượng "nhấp nháy" nhiễu khí Tuy nhiên chứng minh hữu ích điều kiện kênh khác mà áp dụng với vị trí vơ tuyến động Một vơ tuyến di động di chuyển dọc 16 Hình Ngõ matched-filter DS/SS với điều kiện kênh 1.4 Sự thay đổi theo thời gian(time variance) kênh chuyển động: 1.4.1 "Time variance" miền tần số: Giãn xung "coherence bandwidth" thông số mơ tả thuộc tính trải theo thời gian kênh vùng nội Tuy nhiên, không đề cập đến thông tin thay đổi theo thời gian tự nhiên kênh gây mối quan hệ chuyển động chuyển động vật thể kênh truyền Đối với ứng dụng vô tuyến di động kênh thay đổi theo thời gian di chuyển phát thu dẫn đến đường truyền thay đổi Đối với tín hiệu sóng liên tục thay đổi dẫn đến biến đổi biên độ pha thu Nếu tất "scatter" tạo nên kênh truyền cố định , dừng lại biên độ pha tín hiệu thu giữu khơng đổi, kênh truyền không thay đổi theo thời gian Bất chuyển động bắt đầu trở lại, kênh truyền xem thay đổi theo thời gian Trong trường hợp thay đổi theo thời gian kênh thay đổi khơng gian 1.4.2 Những biểu fading độc lập với fading khác: 17 Đối với chuyển động anten, fading sóng mang thu thường xem tín hiệu ngẫu nhiên, fading thu hồn tồn xác định trước từ xếp "scatterer" địa hình truyền sóng từ phát đến anten thu Điều dạng sóng nhận hai anten cách tối thiểu 0.4λ theo thống kê khơng bị tương quan Vì khoảng cách nhỏ (khoảng 13cm sóng mang 900Mhz) tương ứng thống kê tương quan tín hiệu nhận được, đặc trưng fading tín hiệu giãn xung tốc độ fading đượ xem độc lập lẫn Bất trường hợp hình 2.7 thể điều Ở thời điểm ( tương ứng với vị trí khơng gian) thấy ảnh cường độ đa đường S(τ) hàm theo thời gian trễ τ Các ảnh đa đường xác định chủ yếu địa hình xung quanh Trong hình 2.7b hướng di chuyển vùng thay đổi ảnh đa đường thể mũi tên "time"(nó đặt tên "antenna displacement" Khi di động di chuyển đến vị trí khơng gian đặc trưng ảnh khác, có thay đổi trạng thái fading kênh đặc trưng ảnh vị trí Tuy nhiên ảnh tương quan với ảnh khác khoảng cách nhỏ khoảng 13 cm (với sóng mang 900Mhz), tốc độ thay đổi ảnh phụ thuộc vào tốc độ di chuyển không phụ thuộc vào địa hình mặt đất 1.5 Sự tương tự giãn phổ kênh fading: Chúng ta thảo luận lý tín hiệu trải qua giãn phổ truyền từ hay nhận vật di chuyển giãn phổ hàm tốc độ di chuyển Một tương tự sử dụng để giải thích tượng Chỉ kiểu điều chế "keying" tín hiệu số (chẳng hạn amplitudeshift-keying frequency-shift-keying) nơi tông đơn cos2πfct với -∞>1, E(-) biễu diễn cho kỳ vọng thống kê, biểu thức xác suất lỗi bit biểu diễn cho kiểu điều chế khác hình 1.8 đưa bảng 1.1 Mỗi kiểu tín hiệu điều chế kênh nhiễu trắng có dạng đồ theo kiểu hàm mũ trường hợp đường lại có dạng hàm nghịch đảo tuyến tính 19 Hình BER theo Eb/N0 kênh fading chậm CHƯƠNG : THÀNH PHẦN, NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH CỦA BPSK TRONG KÊNH FADING RAYLEIGH 2.1 Điều chế PSK PSK (Phase Shift Keying), điều chế số theo pha tín hiệu Tín hiệu PSK có dạng sóng dao động có tần số f, bit đặc trưng bởi góc pha khác tín hiệu Pha sóng mang hình sin tần số cao biến thiên theo mức logic chuỗi số M= 2N số pha trạng thái khác sóng mang với N số bit nhị phân.Ta có kiểu điều chế M-ary:BPSK, QPSK 20 Khóa dịch pha nhị phân-BPSK,ở khóa dịch pha nhị phân hai pha đầu với tần số sóng mang đơn Trong hai pha hai pha tương ứng với mức logic pha tương ứng với mức logic 0.Nếu trạng thái tín hiệu nhị phân đầu vào có thay đổi hai góc pha đầu biến đổi lệch pha 1800 Cũng mà tín hiệu BPSK cịn gọi khóa đảo pha (PRK-phase reversal keying ) điều chế nhị pha Sau sâu vào chi tiết vấn đề cần nghiên cứu 2.2 Mơ hình tốn học Điều chế BPSK đặc trưng không gian tín hiệu chiều (N=1) gồm điểm tin (M=2) -Biểu thức tín hiệu điều chế s(t) = √ Eb cos 2π f ct+(i-1)π+ϴ Tb , i=1,2 0≤t≤T b Trong : T b độ lâu bit ; Eb lượng bit ; 0≤t≤T b ;ϴ số khơng ảnh hưởng lên q trình phân tích nên ta đặt Một cặp sóng mang hàm sin đối pha 180 độ xét gọi tín hiệu đối cực -Hàm trực giao chuẩn sở √ Φ 1(t) = cos(2π f c t ), Tb 0≤ t ≤T b , n c số ngun 2.3 Mơ hình BPSK 21 2.4 Hiệu BER hệ thống BPSK -Vị trí điểm bảng tin KG tín hiệu : Điểm tin “0” tương ứng s1(t) đặt s11=+√ Eb điểm tin “1” tương ứng với s2(t) đặt s21=-√ Eb -Biên giới định: Để định ký hiệu “1” hay “0” phát , ta chia khơng gian tín hiệu thành hai vùng cho hình -Quy tắc định dự đốn tín hiệu : −s1(t) hay “0” phát tín hiệu thu rơi vào vùng Z1 −s2(t) hay “1” phát tín hiệu thu rơi vào vùng Z2 -Các kiện lỗi : Tồn hai định sau : - Thực tế tín hiệu s2(t) phát , ảnh hưởng tạp âm làm cho tín hiệu thu rơi vào vùng Z1 dẫn đến máy thu định s1(t) phát - Thực tế tín hiệu s1(t) phát , ảnh hưởng tạp âm làm cho tín hiệu thu rơi vào vùng Z2 dẫn đến máy thu định s2(t) phát -Khả định sai Xác suất định sai xác suất điều kiện mà máy thu định thiên ký hiệu “0” ký hiệu “1” phát 22 Pe = P ( D | 1T ) = Q ( √ Eb N0 ) 2.4 Nguyên tắc hoạt động Hình Quan hệ pha /thời gian đầu điều chế BPSK theo tín hiệu vào Để tạo sóng điều chế 2-PSK cần phải thể chuỗi nhị phân đầu dạng lưỡng cực “0”  +√ Eb “1”  -√ Eb Dạng tín hiệu nhị phân với sóng mang Φ 1(t) chu kỳ T c đặt đến điều chế nhân Ở đầu điều chế ta nhận sóng BPSK mong muốn Để lấy chuỗi nhị phân ban đầu bao gồm số ‘1’ ‘0’ , ta đưa sóng BPSK bị tạp âm y(t) đến tương quan Tín hiệu y đầu tương quan so sánh với ngưỡng điện áp 0V Nếu y 1>0 máy thu định thiên cịn ngược lại định thiên CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MATLAB VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Tổng quan MATLAB 3.1.1 Giới thiệu về MATLAB - MATLAB viết tắt Matrix Laboratory , phần mềm tốn học hãng Mathworks để lập trình , tính tốn số có tính trực quan cao - MATLAB làm việc chủ yếu với ma trận Ma trận cỡ mxn bảng chữ nhật gồm mxn số xếp thành m hàng n cột MATLAB làm việc với nhiều kiểu liệu khác Với chuỗi kí tự MATLAB xem dãy kí tự dãy mã số ký tự 23 - MATLAB dùng để giải tốn giải tích số, xử lý tín hiệu số, xử lý đồ họa, … mà khơng phải lập trình cổ điển Hiện nay, MATLAB có đến hàng ngàn lệnh hàm tiện ích Ngồi hàm cài sẵn ngơn ngữ, MATLAB cịn có lệnh hàm ứng dụng chuyên biệt Toolbox, đểmở rộng môi trường MATLAB nhằm giải toán thuộc phạm trù riêng Các Toolbox quan trọng tiện ích cho người dùng tốn sơ cấp, xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh, xử lý âm thanh, ma trận thưa, logic mờ,… 3.1.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng - Dữ liệu Dữ liệu Matlab thể dạng ma trận (hoặc mảng - tổng quát), có kiểu liệu liệt kê sau đây: · Kiểu đơn single, kiểu có lợi nhớ liệu địi hỏi byte nhớ hơn, kiểu liệu không sử dụng phép tính tốn học, độ xác · Kiểu double kiểu kiểu thông dụng biến Matlab · Kiểu Sparse · Kiểu uint8, uint8, uint16, uint64 · Kiểu char ví dụ “Hello” · Kiểu cell · Kiểu Structure Trong Matlab kiểu liệu double kiểu mặc định sử dụng phép tính số học - Ứng dụng Matlab tạo điều kiện thuận lợi cho: · Các khoá học toán học · Các kỹ sư, nhà nghiên cứu khoa học · Dùng Matlab để tính tốn, nghiên cứu tạo sản phẩm tốt sản xuất -Toolbox công cụ quan trọng Matlab Công cụ Matlab cung cấp cho phép bạn ứng dụng kỹ thuật để phân tích, thiết kế, mơ mơ hình Ta tìm thấy toolbox mô trường làm việc của: · Mạng nơron · Logic mờ · Simulink -Hệ thống Matlab Hệ thống giao diện Matlab chia thành phần: • Môi trường phát triển 24 Đây nơi đặt công cụ, phương tiện giúp sử dụng lệnh file, ta liệt kê số sau: + Desktop + Command Window + Command History + Browsers for viewinghelp • Thư viện, hàm toán học bao gồm cấu trúc tính tổng, sin cosin atan, atan2 etc , phép tính đơn giản đến phép tính phức tạp tính ma trận nghich đảo, trị riêng, chuyển đổi fourier, laplace, symbolic library • Ngơn ngữ Matlab Đó ngôn ngữ cao ma trận mảng, với dòng lệnh, hàm, cấu trúc liệu vào, lập trình hướng đối tượng • Đồ hoạ Matlab Bao gồm câu lệnh thể đồ họa mơi trường 2D 3D, tạo hình ảnh chuyển động, cung cấp giao diện tương tác người sử dụng máy tính • Giao tiếp với ngôn ngữ khác Matlab cho phép tương tác với ngôn ngữ khác C, Fortran … 3.2 BER BPSK Trên kênh Rayleigh Sơ đồ khối ak Khối điều chế BPSK s1(t ) + + r1(t) + + + + n(t + ) Kênh Rayleigh So sánh Đếm lỗi Mơ hình hệ thống 25 Khối giải điều chế BPSK ak_r ... hệ thống thu phát thông tin vô tuyến sử dụng rộng rãi thực tế Các hệ thống điện thoại di dộng ,các hệ thống wifi gia đình ; quan , cơng ty trạm BTS hệ thống xuyên quốc gia quốc tế hệ thống thông. .. đối lưu, kiểu fading hữư ích việc xác định ảnh hưởng fading hệ thống truyền thông số di động Phần nhấn mạnh fading rayleigh, trước tiên băng UHF, ảnh hưởng đến hệ thống di động hệ thống tế bào... tín hiệu truyền qua kênh truyền có phân bố Rayleigh nên kênh truyền gọi kênh truyền fading Rayleigh Khi tín hiệu nhận máy thu tổng hợp thành phần phản xạ, nhiễu xạ khúc xạ Trong kênh truyền vô