Đồ án tốt nghiệp: mô phỏng hệ thống viễn thông

Mô phỏng bằng máy tính là một công cụ hết sức mềm dẻo, hiệu quả và khá kinh tế trong phân tích và đánh giá các hệ thống thông tin. Hiện nay, tại các trung tâm đào tạo và nghiên cứu lớn trên thế giới, mô phỏng máy tính là một trong những công cụ nghiên cứu chủ yếu và là một công cụ hỗ trợ giảng dạy hết sức hữu hiệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

PHẠM SINH MSSV : 0958660039

0858660099

TP HỒ CHÍ MINH – 10/2012

PHẦN A:

GIỚI THIỆU

LỜI CẢM ƠN



Sau một thời gian nghiên cứu và học tập, việc thực hiện đề tài của nhóm đã hoàn thành, tuy chưa thành công như mong đợi do thời gian có hạn cũng như kiến thức còn hạn chế nhưng đó là quá trình học tập và tích lũy kiến thức, hơn nữa được trao dồi thêm về kỹ năng làm việc tập thể, kỹ năng giao tiếp trước đám đông , và đúc kết được một kỹ năng sống cho chính bản thân mình Đó cũng chính là bước ngoặc của những năm ngồi trên ghế của ngôi trường đại học, là nền tảng của nghề nghiệp khi nhóm thực hiện đề tài ra trường và là cơ sở để tiếp tục bước trên con đường học vấn.

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn toàn thể quý Thầy Cô trong nhà trường và lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả Thầy Cô trong khoa Điện Tử - Viễn Thông đã cung cấp cho chúng em những kiến thức quý báu trong mấy năm qua, làm nền tảng vững chắc để nhóm thực hiện đề tài có thể nghiên cứu sâu sắc trong chuyên môn

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Thanh Hà đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và cung cấp tài liệu để chúng em có thể hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiện

PHAN VIẾT TOÀN PHẠM SINH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Giáo viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ THANH HÀ

Sinh viên thực hiện: PHAN VIẾT TOÀN

PHẠM SINH

0858660099

Nhận xét của GVHD:

Điểm đánh giá: Xếp loại:

TP HCM, ngày tháng năm 2012

Giáo Viên Hướng Dẫn

(ký tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Giáo viên phản biện:

Sinh viên thực hiện: PHAN VIẾT TOÀN PHẠM SINH MSSV: 0958660039 0858660099 Tên đề tài: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Nhận xét của GVPB:

Điểm đánh giá: Xếp loại:

TP HCM, ngày tháng năm 2012

Giáo viên Phản biện (ký tên)

MỤC LỤC

PHẦN A: i

GIỚI THIỆU i

LỜI CẢM ƠN i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

PHẦN B: x

NỘI DUNG x

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 2

1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG VIÊN THÔNG 2

1.1.1 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG, CÁC VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ 2

1.1.1.1.Các hệ thống viễn thông 2

1.1.1.2 Các phần tử của hệ thống viễn thông 2

1.1.1.3 Các phần tử của hệ thống truyền thông đơn giản 4

1.1.1.4 Các vấn đề trong thiết kế và đánh giá hệ thống 5

1.1.2 ÁP DỤNG MÔ PHỎNG TRONG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 5

1.1.2.1 Quá trình mô phỏng hệ thống viễn thông 5

1.1.2.2 Áp dụng mô phỏng trong thiết kế và đánh giá hệ thống viễn thông 7

1.1.2.3 Các ứng dụng khác của mô phỏng 7

1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 8

1.2.1 Giới thiệu về OFDM 8

1.2.2 Hệ thống CDMA 9

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ 10

2.1 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK 10

2.1.1.Khái niệm 10

2.1.2.Điều chế khóa dịch biên độ nhị phân (BASK) 11

2.1.3 ASK kết hợp 14

2.2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK 15

2.2.1 Điều chế FSK 15

2.2.2 Sơ đồ điều chế 16

2.2.3 Giải điều chế FSK 17

2.2.4 FSK Kết hợp (CFSK) 17

2.3 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QAM 18

2.3.2.Bộ điều chế 18

2.3.3.Bộ giải điều chế 18

2.3.4.Ứng dụng của QAM 20

CHƯƠNG 3: LẤY MẪU VÀ LƯỢNG TỬ 21

3.1 KHÁI NIỆM 21

3.2 LẤY MẪU 22

3.2.1 Tăng mẫu và giảm mẫu 23

3.3 ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM 24

3.3.1 Lượng tử hóa đều 26

3.3.2 Lượng tử hóa không đều 26

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VỀ BỘ LỌC 27

4.1 KHÁI NIỆM 27

4.2 CẤU TRÚC CỦA BỘ LỌC FIR: 29

4.2.1 Cấu trúc dạng trực tiếp: 29

4.2.2 Cấu trúc dạng ghép tầng: 30

4.2.3 Cấu trúc dạng pha tuyến tính: 31

4.3 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA BỘ LỌC FIR PHA TUYẾN TÍNH: 32

4.3.1 Đáp ứng xung h(n): 32

4.3.2 Đáp ứng tần số H(e j ): 35

CHƯƠNG 5 : TỔNG QUAN VỀ OFDM 39

5.1 KHÁI NIỆM OFDM 39

5.2 ĐẶC ĐIỂM OFDM 39

5.2.1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA OFDM 39

5.2.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG TIN DÙNG OFDM 41

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG CDMA 43

6.1 GIỚI THIỆU CHUNG 43

6.2 NGUYÊN LÝ CỦA KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA 43

6.3 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 44

6.3.1 Giới thiệu 44

6.3.2 Các kỹ thuật trải phổ cơ bản 46

6.3.3 Các chuỗi trải phổ cơ bản 46

CHƯƠNG 7: TỔNG QUAN VỀ MATLAB 48

7.1 GIỚI THIỆU 48

7.2 SIMULINK 50

7.3 CÁC SCRIPTS CỦA MATLAB 51

7.4 HIỂN THỊ TRONG MATLAB 52

7.4.1 Một số hàm về figure 52

CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 54

8.1 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 54

8.2.MÔ PHỎNG MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ 55

8.2.1 ĐIỀU CHẾ FSK 55

8.2.2 ĐIỀU CHẾ BPSK 56

8.2.3 ĐIỀU CHẾ QPSK 58

8.3 NỘI SUY TĂNG MẪU 60

8.4 MÔ PHỎNG BỘ LỌC FIR 61

8.5 MÔ PHỎNG TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG OFDM 64

8.3.1 Kết quả mô phỏng phần phát 64

8.3.2 Kết quả mô phỏng phần thu 69

CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 73

9.1 KẾT LUẬN 73

9.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 73

PHẦN C: PHỤ LỤC - BẢNG VIẾT TẮT – TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Mô phỏng FSK 74

Mô phỏng bộ lọc FIR 75

Mô phỏng quá trình tăng mẫu và nội suy 77

Mô phỏng tín hiệu và hệ thống OFDM 78

Mô phỏng phần phát 78

Mô phỏng tín hiệu và hệ thống BPSK,QPSK 83

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

THÔNG TIN SINH VIÊN 74

THÔNG TIN SINH VIÊN 75

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 1.1 Mô hình của một hệ thống số đơn giản 3

Hình 1.2: Mô hình hệ thống truyền thông đơn giản 4

Hình 2.1.Điều chế ASK đối với tín hiệu nhị phân 10110 10

Hình 2.2.Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK hai trạng thái 11

Hình 2.3 Điều chế on-off: dạng sóng, bộ điều chế, phổ 12

Hình 2.4 Bộ thu OOK kết hợp và không kết hợp 13

Hình 2.5.Các bộ điều chế tối ưu 15

Hình 2.6 Phương pháp điều chế FSK 16

Hình 2.7 Phương pháp giải điều chế FSK 17

Hình 2.8.Sơ đồ điều chế QAM 18

Hình 2.9 Sơ đồ giải điều chế QAM 18

Hình 2.10.Sơ đồ hoạt động của bộ giải điều chế 19

Hình 3.1 Lấy mẫu, lượng tử, mã hóa 22

Hình 3.2 Minh họa tính hữu hiệu của việc dung tăng và giảm mẫu 23

Hình 3.3 minh họa lượng tử hóa đều 26

Hình 4.1: phân loại bộ lọc số 28

Hình 4.2 Cấu trúc lọc FIR dạng trực tiếp 30

Hình 4.3 Cấu trúc lọc FIR dạng ghép tầng 30

Hình 4.4 Cấu trúc lọc FIR pha tuyến tính với các hệ số M chẵn và lẻ 32

Hình 4.5 Đáp ứng xung đối xứng, M lẻ 33

Hình 4.6 Đáp ứng xung đối xứng, M chẵn 33

Hình 4.7 Đáp ứng xung phản đối xứng, M lẻ 34

Hình 5.1 Điều chế OFDM làm tăng hiệu quả sử dụng băng tần và làm giảm nhiễu .40

Hình 5.2.Độ rộng băng tần của OFDM khi có 5 sóng mang 41

Hình 5.3Sơ đồ khối hệ thống dùng OFDM 42

Hình 6.1: Quá trình trải phổ và nén phổ trong kỹ thuật CDMA 44

Hình 6.2: Hệ thống thông tin trải phổ 45

Hình 7.1 Giao diện phần mềm MATLAB 49

Hình 7.2 Giao diện Simulink 51 Hình 7.3 Giao diện Script 52 Hình 7.4 Cửa sổ figure 53

PHẦN B:

NỘI DUNG

LỜI NÓI ĐẦU



Trong cuộc sống xa xưa con người luôn có nhu cầu trao đổi với nhau nhữngtâm tư tình cảm, những kinh nghiệm đấu tranh sinh tồn…nghĩa là có nhu cầu trao đổithông tin (communication) tức là trao đổi tin tức với nhau.hiện này chưa có một địnhnghĩa đầy đủ và xúc tích cho khái niệm tin tức (information), chúng ta có thể tạm hiểu

đó là sự biểu cảm của con người về thế giới xung quanh thông qua sự tiếp xúc với nó

Mô phỏng bằng máy tính là một công cụ hết sức mềm dẻo, hiệu quả và khá kinh tế trong phân tích và đánh giá các hệ thống thông tin Hiện nay, tại các trung tâm đào tạo và nghiên cứu lớn trên thế giới, mô phỏng máy tính là một trong những công

cụ nghiên cứu chủ yếu và là một công cụ hỗ trợ giảng dạy hết sức hữu hiệu Trong hầuhết các trường hợp nghiên cứu phát triển các hệ thống thông tin hiện đại, mô phỏng máy tính là công cụ đắc lực nhất cho phép người thiết kế kiểm tra những phương án thiết kế của mình, xác định những yếu tố và các thông số quan trọng nhất của hệ thốngcần phát triển trước khi đưa vào chế tạo thử nghiệm Đối với giảng dạy về thông tin liên lạc, mô phỏng máy tính cho phép người học có được cái nhìn sâu sắc và trực quanvào những khía cạnh kỹ thuật hết sức phức tạp của các hệ thống thông tin, những cái

mà nếu chỉ nghiên cứu thuần tuý lý thuyết thì vừa khó hiểu vừa tẻ nhạt Đối với huấn luyện thực hành, mô phỏng máy tính là phương tiện vừa mềm dẻo, vừa mang tính tổng quát và khá kinh tế, những điều mà việc thực hành trên một vài loại thiết bị thực

tế hay trên các mô hình đơn giản hoá trong phòng thí nghiệm không thể đáp ứng đầy

đủ được Một trong số những phần mềm được dùng để mô phỏng các hệ thống thông tin là MATLAB Đây là một trong nhửng phần mềm phổ biến nhất dùng để mô phỏng các hệ thống thông tin Đề tài nhằm giới thiệu một cách chung nhất về những vấn đề liên quan đến thông tin Cách truyền tin và phương pháp điều chế trong các hệ thống viễn thông

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VIỄN

THÔNG

1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG VIÊN THÔNG

1.1.1 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG, CÁC VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ VÀ

ĐÁNH GIÁ

1.1.1.1.Các hệ thống viễn thông

Các hệ thống viễn thông có chức năng truyền đưa thông tin từ nơi này đến nơikhác Theo các đặc tính của mình, các hệ thống viễn thông có thể được phân theonhiều cách

Theo loại tín hiệu được dùng để truyền tin tức, các hệ thống viễn thông đượcchia thành các hệ thống tương tự (analog) hay số (digital) Theo các phương tiệntruyền dẫn, các hệ thống viễn thông cũng có thể được phân loại thành các hệ thốngviễn thông dùng cáp đồng, các hệ thống viễn thông quang sợi (fiber optic) hay các hệthống viễn thông sóng cực ngắn (microware)…, trong đó đến lượt mình các hệ thốngviễn thông sóng cực ngắn lại có thể phân tiếp thành các hệ thống viễn thông vệ tinh,thông tin vô tuyến tiếp sức (mà ở nước ta quen gọi là vi ba) và thông tin di động

1.1.1.2 Các phần tử của hệ thống viễn thông

Một hệ thống viễn thông số bao gồm các khối xử lý tín hiệu

Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng gốc số

Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin

Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin

Giải mã A/D

Âm tương tựCodec

Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự tương ứng

Hình 1.1 Mô hình của một hệ thống số đơn giản

Biến đổi hoặc mã hóa tín hiệu tương tự thành tín hiệu số có thể thực hiện bằngcách như: điều xung mã (PCM: Pulse Code Modulation) Cũng vậy, có thể sử dụngcác kỹ thuật này để giải mã tín hiệu số thành tín hiệu tương tự tương ứng

Tập hợp các tín hiệu số thành tín hiệu băng gốc số và phân chia tín hiệu số từtín hiệu băng gốc số được thực hiện bằng ghép và tách Hiện nay tồn tại nhiều hệthống ghép tách theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexer) Các tập hợpnhóm, siêu nhóm, chủ nhóm hoặc 16 siêu nhóm FDM của các kênh âm tần thường cầnphải giao tiếp với các hệ thống truyền dẫn số Điều này được thực hiện bằng cách sửdụng các Codec đặc biệt Đối với hệ thống hoàn toàn mới, việc tập hợp và phân chia

tín hiệu số thường được thực hiện nhờ sử dụng các sơ đồ ghép tách theo thời gian(TDM: Time Division Multiplexer).

Việc xử lý tín hiệu băng gốc số thành dạng thích hợp để truyền trên kênh thôngtin phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn Sở dĩ như vậy là các loại kênh thông tin cócác đặc tính và hạn chế riêng của mình Muốn xác định sơ đồ điều chế sử dụng chocác trường hợp , cần xem xét tỷ số tín hiệu/tạp âm ứng với tỷ số bit lỗi cho trước, hiệusuất sử dụng đo bằng bit/Hz và tính phức tạp cũng như giá thành của thiết bị

1.1.1.3 Các phần tử của hệ thống truyền thông đơn giản

Hình 1.2: Mô hình hệ thống truyền thông đơn giản

Nguồn dữ liệu: Khối nguồn dữ liệu tạo ra chuỗi các ký hiệu rời rạc dk, đượccoi là các phần tử từ một thư viện ký hiệu hữu hạn Chẳng hạn, với hệ thống truyềnthông nhị phân gồm hai ký hiệu {0,1}

Bộ điều chế và máy phát: vai trò của bộ điều chế là sắp xếp các ký hiệu nguồnthành các dạng sóng, mỗi dạng sóng thể hiện cho một ký hiệu nguồn

Mô hình kênh: ở dạng tổng quát, việc mô hình hóa chính xác kênh vô tuyến làphần khó nhất của hệ thống Tuy nhiên, ở đây ta đơn giản hóa, kênh chỉ là cộng tạp

âm và tín hiệu truyền qua nó Tạp âm này cũng được giả thiết rằng có mật độ côngsuất PSD không đổi trên toàn bộ giải tần

Máy thu tối ưu: Chức năng máy thu là quan trắc tín hiệu vào

1.1.1.4 Các vấn đề trong thiết kế và đánh giá hệ thống

Trong thiết kế,phân tích và đánh giá các hệ thống viễn thông hiện đại có baphương pháp chủ yếu, không loại trừ lẫn nhau, đó là:

- Phương pháp giải tích: Là phương pháp dựa trên các công thức nhằm tínhtoán các mạch điện, các khối chức năng cấu thành hệ thống và đánh giá chất lượng hệthống dưới tác động của các yếu tố khác nhau cũng được biểu diễn thông qua các côngthức toán học

- Phương pháp chế thử mẫu và đo lường: Là phương pháp trên cơ sở tính toán

sơ bộ người thiết kế chế tạo mẫu thử và tiến hành đo kiểm tra các chỉ tiêu chấtlượng

- Phương pháp mô phỏng: Trong thời gian này sự ra đời của một loạt các kỹthuật mới như các phần cứng với giá thành khá rẻ, xử lí nhanh chóng tín hiệu, cáp sợiquang học, các thiết bị quang học tích hợp và các mạch tích hợp sóng cực ngắn…đã

có những ảnh hưởng rất quan trọng tới việc thực hiện các hệ thống thông tin liên lạc

1.1.2 ÁP DỤNG MÔ PHỎNG TRONG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG

1.1.2.1 Quá trình mô phỏng hệ thống viễn thông

Mục đích của mô phỏng hệ thống viễn thông là

- Cung cấp một cái nhìn toàn diện và sâu sắc đối với các vấn đề kỹ thuật của hệthống

- Đánh giá phản ứng của hệ thống cần mô phỏng với các tác động khác nhau

- Kiểm tra chất lượng hệ thống và so sánh với các chỉ tiêu Để hiểu rõ về quátrình mô phỏng hệ thống thông tin ta hãy xét một thí dụ với hệ thống vi ba M-QAM

(M-ary Quadrature Amplitude Modulation: điều chế biên độ vuông góc M mức) có sơ

đồ khối tương đương băng gốc

Mục đích của việc đánh giá thiết kế là

- Đánh giá chất lượng hệ thống thông qua tham số BER (Bit Error Ratio: tỷ lệlỗi bit) Thông thường, BER là một hàm của tỷ số tín/tạp, cụ thể là một hàm của tỷ sốnăng lượng một bit Eb với năng lượng N0 của tạp âm (thường được giả thiết là tạp âmtrắng chuẩn) tính trên một bit, tức là BER=f(Eb/N0)

Giải pháp giải tích là trên cơ sở mô hình hóa hệ thống bằng các công thức toánhọc, tính toán BER dưới tác động của rất nhiều yếu tố như méo do lọc, méo phi tuyến

do khuếch đại công suất, méo do đường truyền, sai pha sóng mang thu, sai lệch tínhiệu đồng hồ…tức là tính toán BER= f(Eb/N0), méo đường truyền, méo phituyến,šφ,šτ…) trong đó šφ, šτ lần lượt là các sai lệch pha sóng mang và sai lệch tínhiệu đồng hồ giữa phần thu với phần phát Do có phần tử phi tuyến (bộ khuyếch đạicông suất) phương pháp xếp chồng không thể áp dụng được, hơn nữa do băng tầnhạnchế nên trong tín hiệu đầu ra tồn tại xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbolInterference)… nên việc tính toán thao phương pháp giải tích trở nên quá phức tạp đếnnỗi có thể xem như không thể thực hiện nỗi Đối với phương pháp mô phỏng, quátrình mô phỏng thực chất là tạo giả hệ thống trên cơ sở mô hình hóa hệ thống bao gồmtạo giả tín hiệu, mô hình hóa các khối chức năng của hệ thống và các tác động khácnhau và cho tín hiệu “chạy” suốt qua hệ thống và đánh giá BER theo một số cách thứckhác nhau Trên cơ sở đó đáp ứng các mục đích đề ra đối với công tác thiết kế và đánhgiá hệ thống Như vậy, quá trình mô phỏng bằng máy tính các hệ thống thông tin baogồm:

- Tạo giả tín hiệu ở dạng xử lý máy tính được (bằng cách tạo mẫu các tín hiệutới mức dạng sóng trong các miền tần số hay thời gian một cách thích hợp)

- Mô hình hóa các khối của hệ thống theo các thuật toán toán học mô tả chứcnăng của từng khối, liên kết các khối chức năng của hệ thống theo sơ đồ khối dùng để

mô phỏng

- Cho các mẫu tín hiệu dạng sóng chạy qua toàn hệ thống tạo ra các mẫu tínhiệu dạng sóng lối ra hệ thống

- Đánh giá BER theo một số phương pháp, chẳng hạn bằng cách so sánh chuỗi

ký hiệu nhận được ở lối ra so với chuỗi ký hiệu được tạo ra ở lối vào (phương phápMon-te Carlo)

1.1.2.2 Áp dụng mô phỏng trong thiết kế và đánh giá hệ thống viễn thông

Trong thiết kế hệ thống, mô phỏng hệ thống được tiến hành như sau:

- Lập sơ đồ hệ thống giả định (định thiết kế)

- Mô hình hóa các thành phần của hệ thống với các thông số cơ bản

- Mô phỏng hệ thống với các tập thông số khác nhau nhằm tìm phương án thiết

kế tối ưu thỏa mãn các chỉ tiêu đã được đề ra đối với hệ thống cần thiết kế

Đánh giá hệ thống trong quá trình phát triển: Để bảo đảm tính xác thực của môphỏng, kết quả mô phỏng cần phải được kiểm nghiệm bằng cách so sánh với kết quảtrên các hệ thống thực hiện có trong quá trình phát triển phần mềm mô phỏng.Vớicácphần mềm mô phỏng đã được kiểm nghiệm, căn cứ vào các tham số thực của hệ thốngcần phát triển, hệ thống cần đánh giá được đưa vào mô phỏng nhằm có được các kếtluận về chất lượng hệ thống khi được phát triển

1.1.2.3 Các ứng dụng khác của mô phỏng

Khi đã có hệ thống đang khai thác, việc mô phỏng hệ thống có thể giúp ích choviệc phát hiện và loại bỏ hỏng hóc Ngoài ra, mô phỏng máy tính còn có thể được sửdụng như một công cụ hữu hiệu và rẻ tiền trong huấn luyện, giảng dạy, nghiên cứu,cho phép giải thích, quan sát một cách sâu sắc và trực quan các khái niệm, các tínhchất của hệ thống thông tin Trong đào tạo tại nhiều trường và trung tâm khoa học lớntrên thế giới, mô phỏng máy tính các hệ thống thông tin đang trở thành công nghệhuấn luyện thực hành mới, thay thế cho các công nghệ cứng nhắc, thiếu tính tổng quát

và tốn kém trước đây là thực hành trên hệ thống thực hay trên các mô hình đơn giảnhóa

1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.2.1 Giới thiệu về OFDM

Điều chế đa sóng mang MC (multicarriers) theo kiểu phân tần đang được ứngdụng nhiều trong hệ thống truyền thông không dây tốc độ cao Kỹ thuật đa sóng mangđang có thế mạnh trong việc đối phó với các hệ thống có kênh suy hao theo tần sốchọn lọc Vì vậy phương pháp điều chế này đã mở ra một hệ thống truyền thông băngrộng liên kết với nhiều băng con có băng thông hẹp khác mà sự cân bằng kênh trongvài trường hợp có thể được thực hiện một cách độc lập theo một cách thức đơn giản

Phương pháp điều chế đa hợp phân chia theo tần số trực giao OFDM với tiền tốchu kỳ CP là phương pháp điều chế đa sóng mang được ứng dụng một cách rộng rãinhất hiện nay, phương pháp điều chế này có khả năng tránh được cả can nhiễu giữacác ký hiệu và xuyên nhiễu giữa các kênh với nhau bằng cách sử dụng phần mở rộng

CP trong luồng dữ liệu truyền đi Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này lànhạy với sự thay đổi nhanh theo thời gian của kênh truyền vô tuyến và sự lệch tần số

do thiếu đồng bộ

Loại điều chế này như đã biết đó là kỹ thuật điều chế đa hợp phân chia theo tần

số trực giao (OFDM), nó có khả năng chuyển đổi một kênh suy hao theo tần số chọnlọc sang nhiều kênh nhỏ có băng thông hẹp mà sự cân bằng của nó trong một vàitrường hợp có thể được thực hiện một cách độc lập trong một cách thức đơn giản hơn.Ngoài ra, nếu một phổ tần số có sẵn được phân chia thành những kênh con với băngthông bằng nhau và mỗi băng thông được định hình bằng cách sử dụng một lọc giốngnhau (lọc mẫu), thì cách tiến hành của điều chế OFDM và giải điều chế OFDM có thểđược thực hiện một cách có hiệu quả bằng cách sử dụng thuật toán FFT và bộ lọcnhiều pha

1.2.2 Hệ thống CDMA

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngànhđiện tử viễn thông đã có những bước phát triển vượt bậc Sản phẩm của nó rất phongphú và đa dạng đã từng bước đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về thông tin liênlạc của con người trên các lĩnh vực của đời sống xã hội Thông tin di động là mộttrong những dịch vụ đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người, nó cho phépcon người liên lạc với nhau ở mọi lúc mọi nơi Ngay từ khi mới ra đời thông tin diđộng đã phát triển rất nhanh cả về quy mô và công nghệ Tính đến nay đã có hàngtrăm triệu thuê bao trên thế giới Các dịch vụ thông tin di động không chỉ giới hạn chocác khách hàng giàu có và các nhà doanh nghiệp, quản lý mà phổ cập cho mọi đốitượng trong xã hội Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy nền công nghiệpviễn thông phát triển mạnh mẽ từ mạng điện thoại tương tự sang mạng kỹ thuật sốhoàn toàn Các loại hình dịch vụ ngày càng phát triển vượt bậc về số lượng cũng như

về chất lượng Mạng điện thoại di động ngày càng đóng vai trò quan trọng trên mạngviễn thông về tốc độ phát triển thuê bao cũng như doanh thutrên toàn mạng Trong khivẫn còn chưa có cơ sở vững chắc để khẳng định tính ưu việt của công nghệ WiMAXthì hiện tại hệ thống thông tin di động CDMA vẫn là một tiềm năng lớn về mặt kinh

tế

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ

2.1 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK

2.1.1 Khái niệm

Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) là phương pháp điều chế dùng 2biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1 Bit 1 được truyền đi bởi 1 sóngmang có biên độ A1 và bit 0 bởi sóng mang biên độ A0 (thường thì biên độ A0 = 0)

Hình 2.1.Điều chế ASK đối với tín hiệu nhị phân 10110

Hình 2.1 minh họa quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhịphân 10110 Nếu nguồn số có M trạng thái hoặc mức, và mỗi một mức đại diện chomột chu kỳ T, thì dạng sóng đã điều chế tương ứng với trạng thái thứ I là Si(t) đối vớiđiều biên xung (PAM) hoặc theo kiểu khóa dịch biên độ (ASK) sẽ là :

0 2n /T

Hình 2.2.Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK hai trạng thái

Phổ vẽ trên hình 2.2chứa 95% công suất của nó trong độ rộng băng 3/T (hoặc

3 nhân với tốc độ bit) Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung consin-tăng.Kết quả là các điểm 0 của phổ xuất hiện ở những khoảng f0± n/T ở đây n = 1,2,…

Do đó tất cả các thành phần phổ gián đoạn biến mất, trừ trường hợp f=f0 và f = f0 ± n/

T Phổ của xung consin-tăng có búp chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK gầnbằng 2/T Việc thu tín hiệu ASK đã phát đi có thể đạt được bằng hai cách Cách thứnhất là điều chế kết hợp dùng các mạch phức hợp để duy trì kết hợp pha giữa sóngmang phát và sóng mang nội Cách thứ hai là quá trình giải điều chế đường bao khôngkết hợp Xác suất lỗi trong từng trường hợp cụ thể sẽ được đề cập đến

2.1.2 Điều chế khóa dịch biên độ nhị phân (BASK)

Trong hệ thống BASK, biên độ của sóng mang tần số fc được chuyển đổi giữahai giá trị tùy thuộc vào tín hiệu băng gốc, biên độ của sóng mang gồm hai mức A0 vàA1 biểu diễn cho hai ký tự 0 và 1 tương ứng Trong thực tế, dạng sóng BASK gồmcác xung mark biểu diễn ký tự 1 và space biểu diễn ký tự 0 Lúc này BASK còn đượcgọi là điều chế khóa on-off OOK( On-Off Keying) và tín hiệu BASK được biểu diễnnhư sau:

Bộ điều chế OOK có thể được thực hiện như là một khóa chuyển mạch đơngiản, khóa sóng mang ở on hay off tùy tín hiệu mang tin là 1 hay 0 hoặc là một bộđiều chế cân bằng, nhân sóng mang với tín hiệu OOK đơn cực băng gốc Hình 2.3trình bày sơ đồ điều chế OOK kiểu cân bằng Tín hiệu điều chế OOK có phổ điện áp

và PSD cân bằng quanh tần số sóng mang ±fc

Bộ tách sóng OOK có thể là kết hợp (coherent), hay không kết hợp(noncoherent).Trường hợp tách sóng kết hợp có thể dùng một bộ lọc phối hợp đơngiản (hình 2.4a), đầu ra của bộ lọc phối hợp đạt cực đại khi đầu vào có tín hiệu vàbằng 0 khi đầu vào không có tín hiệu Hoặc dùng bộ tách sóng tương quan (hình2.4b), yêu cầu là phải có bộ khôi phục sóng mang CR (Carrier Recovery) Tín hiệusau đó được lấy mẫu và quyết định ngưỡng với đồng hồ lấy ra từ bộ khôi phục đồng

hồ STR ( Symbol Timing Recovery)

Hình 2.3 Điều chế on-off: dạng sóng, bộ điều chế, phổ

c) Bộ điều chế OOK d)Tín hiệu OOK thông dải e) Phổ điện áp của tín hiệu OOK thông dải

Kiểu tách sóng không kết hợp được sử dụng phổ biến hơn, ví dụ dùng bộ táchsóng đường bao (envelope detector) để khôi phục tín hiệu băng gốc, sau đó tách sóng I+ D Trước bộ tách sóng là bộ lọc thông dải để tăng tỷ số C/N (hình 2.4c) Một cáchkhác , bộ tách không kết hợp có thể được cấu trúc thành hai kênh tương quan để táchthành phần đồng pha (I) và vuông pha (Q) của tín hiệu, sau đó bình phương thànhphần I và Q rồi cộng lại (hình 2.4d) Sự sắp xếp này khắc phục được yêu cầu về đồng

bộ pha sóng mang Kiểu này có vẻ phức tạp nhưng với sự phát triển của công nghệVLSI, chúng trở nên nhỏ, nhẹ và rẻ hơn so với bộ lọc và tách đường bao trong cácthiết kế truyền thống

Hình 2.4 Bộ thu OOK kết hợp và không kết hợp

c) Bộ thu tách sóng đường bao d) Bộ thu 2 kênh

2.1.3 ASK kết hợp

Với tách sóng kết hợp, máy thu được đồng bộ với máy phát Điều đó có nghĩa

là độ trễ phải được máy thu nhận biết Sự đồng bộ lấy từ các phép đo thời gian đượcthiết lập trong tín hiệu thu và thường chính xác đến 5% của chu kì bit T Cùng vớithời gian trễ , pha sóng mang 0t cũng phải được xét đến khi xử lí tín hiệu thu

Vì độ trễ  biến thiên theo tần số sóng mang của máy phát, ước tính 5%T và nhữngbiến đổi trong thời gian truyền sóng đối với sóng mang đến máy thu là giá trị khôngthể xác định được đối với bất kì trường hợp nhất định nào Đối với những hệ thốngtách sóng kết hợp thực tế, pha sóng mang là một lượng ước tính ở những nơi các dạngsóng tín hiệu M khả năng có thể được phát đi, thì bộ giải điều chế phải quyết địnhxem khả năng nào thực tế đã phát đi Vì tạp âm cộng vào với tín hiệu, nên có xác suấttrạng thái tín hiệu thứ i bị nhầm sang các trạng thái bên cạnh gần nhất Xác suất củalỗi xác định là cực tiểu nếu như bộ giải điều chế lựa chọn tín hiệu thu được có xác suấtlớn nhất của tín hiệu Si và xử lí như là tín hiệu đã được phát đi Chiến lược quyết địnhnày gọi là “Tiêu chuẩn cực đại hóa hậu xác suất” (MAP) và đã chứng tỏ là tối ưu đốivới tạp âm Gauso “Trung bình-không” và các trạng thái có khả năng như nhau Có hailoại giải điều chế tối ưu Loại thứ nhất là loại tương quan-chéo và loại thứ hai là loạilọc phối hợp Hình 2.5 minh họa hai loại điều chế này

Hình 2.5.Các bộ điều chế tối ưu

2.2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

2.2.1 Điều chế FSK

FSK (Frequency Shift Keying), gọi là điều chế số theo tần số tín hiệu Tín hiệuFSK có dạng sóng dao động với tần số khác nhau, mỗi bit được đặc trưng bởi tần sốkhác nhau này của tín hiệu

FSK có thể xem như tín hiệu trực giao Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều sử dụngcho truyền số liệu số tốc độ thấp, lý do để dùng rộng rãi các modem số liệu là tương

đối dễ dàng tạo tín hiệu và dùng giải điều chế khụng kết hợp Như tên gọi, tin tức sốđược truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóng mang đi một lượng nhấtđịnh tương ứng với mức nhị phân 1 và 0.

2.2.2 Sơ đồ điều chế

Phương pháp điều chế FSK cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với hai tần số:

- Khi Data bit = 1, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang tần số F1 với lối ra FSK

- Khi Data bit = 0, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang tần số F2 với lối ra FSK

- Giản đồ tín hiệu FSK cho trên hình (2.6.d)

2.2.3 Giải điều chế FSK

Mạch phổ biến nhất của bộ giải điều chế các tín hiệu FSK là vòng khóa pha(PLL) Tín hiệu FSK ở lối vào của vòng khóa pha lấy 2 giá trị tần số Điện thế lệchmột chiều ở lối ra của bộ so pha theo dõi những sự dịch chuyển tần số này và cho tahai mức (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK

Bộ giải điều chế PLL được kèm theo một mạch lọc thông thấp để lấy đi nhữngthành phần còn dư của sóng mang và một mạch tạo lại dạng xung để khôi phục dạngxung chính xác nhất cho tín hiệu điều chế

Giải điều FSK có thể thực hiện trên cơ sở hình 2.7 Tín hiệu FSK chứa haithành phần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL)

Hình 2.7 Phương pháp giải điều chế FSK

2.2.4 FSK Kết hợp (CFSK)

Tách sóng tương quan FSK đạt được bằng cách dùng bộ giải điều chế tối ưu cóhàm tương quan chéo Loại tách sóng này ít dùng trong thực tế, do khó khăn về liênkết với các tần số rẽ ở máy thu giống như máy phát Khoảng cách biệt tần số tối thiểuhay độ di tần đỉnh - đỉnh cực tiểu 2fd, khi giao (tương quan chéo = 0) với tách sóngkết hợp là 2fd = rb/2

2.3 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QAM

2.3.1 Khái niệm

Phương pháp điều chế M-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) là phươngpháp nâng cao hiệu quả của một kênh truyền mà không cần tăng công suất phát haytăng độ rộng băng thông Việc điều chế hai thành phần đồng pha và pha vuông gócmột cách độc lập với nhau cho ta môt sơ đồ điều chế mới gọi là điều chế biên độvuông góc (hay cầu phương) M trạng thái Như vậy, trong sơ đồ điều chế này sóngmang bị điều chế cả về biên độ lẫn pha

*Hoạt động của bộ giải điều chế

Tín hiệu thu được đưa lên 2 nhánh đồng pha và vuông pha, sau đó được nhânvới 2 hàm trực giao giống phía phát được tạo ra từ bộ dao động nội thu RLO(Receiver Local Oscillator) Nhờ tính chất trực giao mà ta tách được 2 thành phần tínhiệu

Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ tương quan lấy mẫu, đánh giá ngưỡng (sosánh với L-1 ngưỡng) để thu được kí hiệu

Sau cùng hai chuỗi số nhị phân được tách ra nói trên sẽ kết hợp với nhau ở bộbiến đổi song song vào nối tiếp để khôi phục lại chuỗi nhị phân phía phát

Hình 2.10.Sơ đồ hoạt động của bộ giải điều chế

2.3.4 Ứng dụng của QAM

Bảng 2.1.Các loại điều chế QAM

BIT/SYMBOL

SỐ TRẠNG THÁI

CHƯƠNG 3: LẤY MẪU VÀ LƯỢNG TỬ

3.1 KHÁI NIỆM

Hầu hết các ứng dụng đều phải tạo và xử lý dạng sóng Máy tính chỉ xử lý đượccác con số Ngoài ra, do tính hữu hạn của máy tính, nên các giá trị mẫu có độ chínhxác hữu hạn Nói cách khác, các giá trị của mẫu được lượng tử hóa Do vậy, lấy mẫu

và lượng tử hóa là các hoạt động căn bản trong mô phỏng, và chúng gây thêm sai sốvào kết quả mô phỏng, để bớt phần sai số thì quá trình lấy mẫu và lượng tử có ảnhhưởng để giảm thiểu vấn đề này

Hai đinh lý lấy mẫu cơ bản là định lý lấy mẫu thông thấp và định lý lấy mẫuthông dải Vì các tín hiệu thông dải thường được biểu diễn bởi tín hiệu thông thấptrong các mô phỏng hệ thống, nên định lý lấy mẫu thông thấp là định lý quan trọngnhất

Tiếp theo là quá trình lượng tử, sai số lượng tử xuất hiện trong mọi mô phỏng,

vì giá trị mẫu chỉ được biểu diễn bởi các từ mã chiều dài hữu hạn Xét hai loại sai sốlượng tử: sai số do biểu diễn số với dấu phẩy tỉnh và sai số lượng tử do biểu diễn bằngdấu phẩy động

Sau đó sẽ là vấn đề về tái tạo và nội suy Ta sẽ thấy rằng nếu lấy mẫu tín hiệuthông thấp hạn băng với tần số lấy mẫu lớn hơn 2 lần độ rông băng thông của tín hiệu

đó thì có thể khôi phục tín hiệu liên tục cơ bản đó mà không có sai số bằng cách đánhtrọng số cho mổi mẫu với một sóng dạng sin Kết quả có 2 dạng sóng được xác đinh,

là 2 quá trình tăng mẫu và giảm mẫu

Hình 3.1 Lấy mẫu, lượng tử, mã hóa

Điều kiện hạn chế là Ts< 12fm

Nói cách khác, s(t) có thể được xác định từ những trị giá của nó tại một loạtnhững thời điểm cách đều nhau

Tần số lấy mẫu, ký hiệu là fs = 1/Ts ,fs> 2fm

Như vậy, tần số lấy mẫu ít nhất phải 2 lần cao hơn tần số của tín hiệu được lấymẫu.Nhịp độ lấy mẫu tối thiểu, 2 fm, được gọi là nhịp lấy mẫu Nyquist Thí dụ, nếumột tiếng nói có tần số max 4KHz, nó phải được lấy mẫu ít nhất 8.000 lần/sec Tathấy rằng khoảng cách giữa những thời điểm lấy mẫu thì tỷ lệ nghịch với tần số caonhất của tín hiệu ( fm )

3.2.1 Tăng mẫu và giảm mẫu

Tăng và giảm mẫu được sử dụng trong quá trình mô phỏng nhiều hệ thống Sựcần thiết được minh họa bằng ví dụ sau Xét hệ thống trải phổ chuổi trực tiếp hình 3.2.Khối nguồn dữ liệu tạo ra tín hiệu số liệu có phổ hẹp với băng tần là W Tín hiệu sốliệu được nhân với mã trải phổ băng rộng c(t), mã này được biểu diễn bởi một chuổinhị phân có tốc độ lớn hơn nhiều tốc dộ số liệu Tỉ số giửa tốc dộ mã trải phổ và tốc

độ số liệu tỉ số giũa tốc độ mã trải phổ và tốc độ số liệu được gọi là độ lợi xử lý của

hệ thống Việc nhân với mã trải phổ c(t) tạo ra tín hiệu băng rộng có băng tần là B Sựkhông hoàn hảo của kênh bao gồm nhiễu từ các người dùng khác nhiễu phá (từ các hệthống quân sự), tạp âm và một vài suy giảm khác như được minh họa trong hình 3.2.Tín hiệu đầu ra của kênh được nhân với mã giải trãi phổ Mã trải phổ nhận các giá trị+/- 1, nếu mả trải phổ và mã giải trãi phổ là giống nhau (đồng bộ chính xác), thì khinhân mã trải phổ và mã giải trải phổ cho ta c2 (t)=1, do vậy mà các mã trải phổ sẻkhông ảnh hưởng lên kênh Lưu ý rằng, tín hiệu số liệu được nhân với c(t) hai lần và

sự không hoàn hảo của kênh chỉ nhân với c(t) một lần Vì vậy, tại đầu vào của bộ lọcthông thấp ngay sau khi nhân tín hiệu với mã giải trải phổ, tín hiệu số liệu lại là tínhiệu băng hẹp và các thành phần khác là băng rông Bộ lọc thông thấp sẽ tách lấythành phần băng hẹp và đưa nó về máy thu

Hình 3.2 Minh họa tính hữu hiệu của việc dung tăng và giảm mẫu

Thuộc tính quan trọng của hệ thống được cho ở hình 3.2 là xuất hiện cả hai loạitín hiệu băng hẹp và băng rộng Khi B>> W, lấy mẫu tín hiệu băng hẹp tại tần số lấymẫu cho tín hiệu băng rộng sẽ không hiệu quả và kéo dài thời gian mô phỏng.Vì vậy,

về lý tưởng mỗi tín hiệu được lấy mẫu tại tần số lấy mẫu phù hợp

Do các tín hiệu có hai độ rộng băng tần khác nhau cùng tồn tại trong hệ thống,nên sử dụng cả hai tần số lấy mẫu Do vậy, tần số lấy mẫu phải tăng tại biên giới giữaphần tín hiệu băng hẹp và băng rộng (đường đứt nét bên trái hình 3.2), và giảm tạibiên giới giữa phần băng rộng và băng hẹp (đường đứt nét bên phải hình 3.2)

Tăng tốc độ lấy mẫu được thực hiện bằng cách tăng mẫu theo sau là phép nộisuy, ở đó các giá trị mẫu mới được nội suy từ các giá trị mẫu đã có Việc giảm tốc độlấy mẫu được thực hiện bằng cách loại bỏ mẫu có chọn lọc, ở đó các mẫu không cầnthiết sẽ được loại bỏ Tăng mẫu được thể hiện bởi một khối có mũi tên hướng lên, vàgiảm mẫu được thể hiện bởi một khối có mũi tên hướng xuống Tham số M thể hiện

số mà chu kỳ lấy mẫu giảm (tăng mẫu) hay tăng (giảm mẫu)

Tăng mẫu được minh họa trong hình 3.2 là quá trình thông qua nó tần số lấymẫu được tăng lên Vì tăng mẫu làm giảm chu kỳ lấy mẫu M lần, nên quan hệ giữachu kỳ lấy mẫu mới Tu và chu kỳ lấy mẫu cũ Ts là Tu = Ts/M Do vậy, với tín hiệu liêntục x(t), thì quá trình tăng mẫu tạo ra các giá trị mẫu mới x(kTu) = x(k Ts/M) từ các giátrị lấy mẫu cũ x(kTs)

3.3 ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM

PCM là một áp dụng trực tiếp chuyển đổi A/D

Giả sử biên độ của mỗi xung trong một hệ PAM thì được làm tròn đến mộtmức có thể Giả sử, trước hết hàm thời gian gốc (Analog) được làm tròn cho dạngsóng hình bậc thang Kế đó, ta lấy mẫu hàm bậc thang và truyền các mẫu theo cáchbiến điệu biên độ xung (PAM) Sự làm tròn được hiểu như là sự lượng tử hoá, và nó

sẽ gây ra một error (nhiễu lượng tử hoá) Đó là, sự xấp xĩ bậc thang thì không giốnghệt hàm gốc và sự sai biệt giữa chúng là một error

Bảng tự vựng các độ cao của xung PAM được thu gọn để chỉ bao gồm các mứclượng tử riêng biệt Một xung thu nhận được sẽ so sánh với các xung có thể đượctruyền và nó được giải mã thành tự vựng giống nhất với tín hiệu thu được Với cáchnày, những error nhỏ được sửa sai.

Khả năng sửa error là lý do lớn nhất để lượng tử hoá tín hiệu Thí dụ, giả sử tamuốn truyền một tín hiệu đến một khoảng cách xa trên cáp đồng trục Nếu tín hiệuđược truyền theo kiểu PAM thông thường nhiễu sẽ chen vào theo đường truyền vànhiễucộng thêm vào mỗi mạch khuếch đại ( có nhiều mạch khuếch đại cần đến trênđường truyền để chống lại sự suy giảm dọc theo đường )

Nếu cũng tín hiệu đó, bây giờ ta truyền bằng cách dùng PAM lượng tửhoá.Trong vài điều kiện, hầu hết error sẽ được sửa sai Nếu những repeater được đặtsao cho nhiễu chen vào giữa bất kỳ hai trạm thì nhỏ hơn một nữa của cở bước của bậcthang Mỗi repeater sẽ giữ hàm đến dạng bậc thang gốc trước khi khuếch đại và gửiđi

Đó là, mỗi repeater sẽ làm tròn mỗi xung nhận được đến mức gần nhất có thểchấp nhận được và rồi truyền đi

Sự lượng tử hoá làm tròn các mức dùng làm bậc thang giống tín hiệu mongmuốn.Số mức xác định độ phân giải (Resolution) tín hiệu Đó là, một sự thay đổi nhỏ

cở nào trong mức tín hiệu có thể được phân tích bằng cách nhân phiên bản lượng tửhoá của tín hiệu

Nếu cần độ phân giải cao, số mức lượng tử hoá phải tăng Lúc ấy, khoảng cáchgiữa các mức giảm.Vì tự vựng các từ rất khít nhau, nhiễu giảm

Nếu độ phân giải được cải thiện mà không làm tăng cỡ tự vựng (không dichuyển các từ khít nhau), sự sửa error sẽ được giữ nguyên PCM là phương pháp đểthực hiện điều đó

Trong một hệ thống PCM, tự vựng của các tín hiệu truyền chỉ chứa hai, 0 và1.Các mức lượng tử hoá được mã hoá thành các số nhị phân.Vậy, nếu có 8 mức lượng

tử hoá, thì những trị được mã hoá thành các số nhị phân 3 bit.Ba xung sẽ được cần để

gửi mỗi trị lượng tử Mỗi xung biểu diễn hoặc 0 hoặc 1 Điều đó giống như khái niệmcủa ADC.

Ở dạng tổng quát, các sơ đồ lượng tử hóa có thể phân được thành 2 loại nhưsau: sơ đồ lường tử hóa vô hướng gồm có lượng tử hóa đều và không đều và sơ đồlượng tử hóa vec tơ Trong lượng tử hóa vô hướng, môi đầu ra của nguồn tin đượclượng tử hóa riêng lẻ, trong khi đó lượng tử hóa vec tơ, các khối đầu ra của nguôn tinđược lượng tử hóa

3.3.1 Lượng tử hóa đều

Trong lượng tử hóa đồng đều tất cả các vùng lượng tử hóa ngoại trừ vùng đầutiên và vùng cuối cùng

Hình 3.3 minh họa lượng tử hóa đều

3.3.2 Lượng tử hóa không đều

Trong lượng tử hóa không đều, yêu cầu về các vùng lượng tử hóa có độ dài được xem nhẹ, và mỗi vùng lượng tử hóa có thể có 1 độ dài bất kỳ Do trong trường hợp này việc tối ưu hóa được thực hiện với những điều kiện giảm nhẹ hơn, kết quả là

có sự vượt trội rõ ràng hơn so với lượng tử hóa đều

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VỀ BỘ LỌC

4.1 KHÁI NIỆM

Bộ lọc là một bộ phận quan trọng trong hệ thống tổng thể Để mô phỏng, taphải chuyển bộ lọc tương tự thành bộ lọc số một cách phù hợp Có nhiều kỹ thuật khảdụng, chúng đêu thực hiện xấp xỉ và đều gây ra lổi trong kết quả mô phỏng Chươngnày sẽ khai thác các kỹ thuật hữu hiệu nhất để tổng hợp và mô phỏng bộ lọc Ngoài racũng đề cập đến hạn chế và nguồn lỗi

Theo định nghĩa và phân loại, thì bộ lọc có tính chọn lọc tần số và đáp ứngxung kim thuộc loại đáp ứng xung kim hữu hạn FIR hoặc đáp ứng xung kim vô hạnIIR Do tính chọn lọc tần số nên nó có tính nhớ, tín hiệu ra của bộ lọc tại thời điểmhiện tại được tính từ tín hiệu vào hiện thời và trước đó

Các kỹ thuật truyền thống thường dựa trên các nguyên mẫu tương tự Khi này,tại các bộ lọc số trong mô hình mô phỏng bắt đầu bằng hàm truyền đạt miền s của bộlọc tương tự, từ đó tìm phần tử số tương đương Mặc dù thường lọc theo các đặc tínhchọn lọc tần số nhưng khi dùng tiêu chuẩn miền thời gian dẫn đến hiệu quả Tiêuchuẩn miền thời gian được áp dụng bằng cách quy định đầu ra các bộ lọc số phù hợpvới đầu ra được lấy mẫu tương ứng Hai kỹ thuật tổng hợp nền tảng dựa trên tiêuchuẩn miền thời gian là bộ lọc số bất biến xung kim và bộ lọc số bất biến bước Trong

đó bộ lọc số bất biến xung kim là một thiết kế trong đó đáp ứng xung kim của bộ lọc

số phù hợp và đáp ứng xung kim của nguyên mẫu tương tự được lấy mẫu Bộ lọc bấtbiến bước đáp ứng bước của bộ lọc số phù hợp với đáp ứng bước của nguyên mẫutương tự được lấy mẫu

Chương này chúng ta sẽ tìm hiểu về mô hình bộ lọc FIR

Bộ lọc FIR là rất hấp dẫn với các lý do sau

Không phải tất cả các bộ lọc trong viễn thông đều được biểu diễn dưới dạnghàm truyền đạt trong miền biến đổi Laplace Hai bộ lọc quan trọng thuộc loại này là

bộ lọc định dạng xung SQRC (Square Root Raised Cosine) và bộ lọc Doppler Jaker

Dễ dàng mô phỏng chúng bằng giải pháp FIR

Bằng giải pháp FIR, ta có thể xác định đáp ứng và biên độ tùy ý, và chúng cóthể độc lập với nhau.

Do bộ lọc FIR không có hồi tiếp nên luôn ổn định

Mô hình mô phỏng FIR có một nhược điểm lớn là hiệu quả tính toán khôngbằng bộ lọc IIR Với bộ lọc IIR, số lượng các phép cộng và nhân để tạo ra một lượngmẩu được xác định bởi bậc của bộ lọc chứ không phải là chiều dài của đáp ứng xungkim như FIR

Hình 4.1: phân loại bộ lọc số