Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện tử: Đánh giá hiệu quả của các mô hình thông tin chuyển tiếp hai chiều

Trong mô hình thông tin, relay được sửdụng như một giải pháp hiệu quả trong việc mở rộng vùng hoạt động của hệ thống, trongđó, half-duplex relay được lựa chọn vì nó khá đơn giản.. Trước

NGUYEN VAN BONG

ĐÁNH GIA HIEU QUA CUA CAC MO HINH THONG

TIN CHUYEN TIEP HAI CHIEU

CHUYEN NGHANH: KY THUAT DIEN TUMÃ SỐ CHUYEN NGHANH: 60.52.70

LUAN VAN THAC SIGVHD: TS HO VAN KHUONG

TP.HCM - 6/2013

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HO VĂN KHUONG

Cán bộ chấm nhận xét 1: Gs Phan Hong Lién

Cán bộ chấm nhận xét 2: Võ Qué Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bach Khoa, DHQG Tp HCMngày tháng 07 năm 2013.

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênnghành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên nghành

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên học viên: Nguyễn Văn Bong MSHV: 11140002

Ngày thang, năm sinh: 16/01/1988 Noi sinh: Thai Binh

Chuyén nganh: Kỹ thuật điện tử Maso: 605270I TÊN ĐÈ TÀI:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUA CUA CAC MÔ HÌNH THONG TIN CHUYEN TIẾP HAICHIEU

Il NHIEM VU VÀ NOI DUNG:- Khao sát các mô hình thông tin chuyền tiếp hai chiều : Four Phase, Three Phase,

và Two Phase với hai loại relay là AF relay và DF relay, trong đó, mô hình DF sửdụng Network coding.

- Khao sát và xác lập biểu thức xác định throughput của các mô hình theo thông sốSNR, sử dụng điều chế BPSK

- _ Mô phỏng kết quả và đánh giá các mô hình, đưa ra những khuyến nghị.Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU : 21/01/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/6/2013V CÁN BỘ HƯỚNG DAN: | TS HO VĂN KHƯƠNG

Tp HCM, ngày 25 tháng 6 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Trước hết, em xin gửi lời biết on chân thành nhất đến TS.H6 Văn Khương là ngườiđã trực tiếp hướng dan em hoàn thành luận văn này Thay đã tận tình hướng di đúng đắn

trong nghiên cứu khoa học, rèn luyện cho em cách làm việc khoa hoc và tu duy khoa học,

dong thời, luôn theo déi và định hướng em trong quá trình hoàn thành dé tài Những điềunày đã giúp em hoàn thành tốt và kịp tiễn độ luận văn này

Em cũng xin cam ơn các tháy cô khoa Điện-Điện tu, những người đã tan tình chibao, cung cáp cho chúng em những kiên thức kỹ thuật nên tang và chuyên sâu, là cơ sởquan trọng dé em hoàn thành luận văn này và vững bước chuyên môn trong con đườngsự nghiệp.

Em cũng xin gui lời cảm on đên gia đình, ban be, đã thường xuyên động viên, giúp

đỡ cả về vật chất và tỉnh thần, giúp em hoàn thành thật tốt luận văn này

Cuôi cùng, em xin gui lời cam ơn đên công ty Cô phân Công nghệ và Truyên thôngViệt Nam, nơi em dang công tac, đã tạo điêu kiện rat nhiêu cho em về thời gian, giúp em

có thể hoàn thành tốt khóa học cũng như luận văn này

TP Hô Chí Minh, ngày 25 tháng 6 năm 2013

Nguyễn Văn Bong

Thông tin vô tuyến hai chiều gần đây đã va dang nhận được nhiều sự quan tâm tronglĩnh vực thông tin vô tuyến vì sự hiệu quả của nó Trong mô hình thông tin, relay được sửdụng như một giải pháp hiệu quả trong việc mở rộng vùng hoạt động của hệ thống, trong

đó, half-duplex relay được lựa chọn vì nó khá đơn giản Tuy nhiên, half-duplex relay lại

sử dụng quá nhiều timeslot dé truyền thông tin theo hai chiều, vì vậy, throughput của nóthường thấp hơn nhiều so với full-duplex relay Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu cácmô hình thông tin hai chiều để loại bỏ hạn chế này của half-duplex relay Luận văn nàytập trung phân tích các mô hình thông tin hai chiều thông qua giá trị throughput và sau đósẽ đưa ra các khuyến nghị với các mô hình thông tin chuyền tiếp hai chiều sử dụng half-duplex relay Trước tiên, chúng ta khảo sát các mô hình thông tin hai chiều với hai nodeđầu cuối truyền thông tin qua một relay trên kênh truyền Rayleigh, các node đều sử dung1 anten và không có link trực tiếp giữa các node Sau đó, chúng ta xây dựng biểu thứcthroughput cho các mô hình Cuối cùng, thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả để thấyđược hiệu quả của các mô hình với các mức tín hiệu trên nhiễu khác nhau Relay được sửdụng trong luận văn này là AF (Amplify-and-Forward) và DF (Decode-and-Forward)relay.

Two-way wireless communication has regained significant attention recently overwireless communication because of its efficiency In such a communication model, relaysare used as a solution to expand communication range, and half-duplex relays are usuallyemployed because of its simple implementation However, half-duplex relays spend a lotof time to transfer two-way information, and so, their throughput is lower than that offull-duplex relays Various works on two-way models to avoid this issue have beeninvestigated This thesis focuses on analyzing two-way models based on the throughputmetrics and comes up with some recommendation for two-way communications usinghalf-duplex relays First, we consider two-way system models with two terminal nodescommunicating via a relay on Rayleigh channels; each node is equipped with one antennaand no direct link between two terminals And then, we build up expressions forthroughput of these models Last, simulation results and analysis provide an insight intothe effect of different models with respect to different level signal to noise ratios We useAF (Amplify-and-Forward) and DF (Decode-and-Forward) relay for models.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các kêt quả, sô liệu nêu trongluận văn là trung thực Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan nóitrên.

TPHCM, ngày 25 thang 6 năm 2013

Học viên thực hiệnKý tên

Nguyễn Văn Bống

I Khảo sat các công trình nghién CỨU - 5 5E 31 E931 999301 ke 1TIL Mục tiêu dé tài và hướng nghiên CỨU - 2-5: ©5256 E9SSESESESEEEE2E 313232152121 2111 2117111 1 1 re 2“acc n ce 2

2 _ Đối tượng và phạm vi nghiên €ỨU ¿- - ¿%5 £2E+E9SE SE SE SE EE£EEEEEE E25 1121211121121 1.1.1 y0 23 Phương pháp nghiÊn CỨU 5 5E 2 1930190190 Họ nọ Họ tk 3\ a ha 4

V Bố cục luận văn - - -G- co 1v 1191 1 51119111 01111111 01111111 01110111 01110101 0111001011110 101 11100100 111101 0x0 4Chương 2: CAC LÝ THUYET CO BAN - 2: 6-5-5222 212191212111 212121 111111 2111111111 1101111111111 re 6I _ Hệ thống thông tin Wirel©ss - ¿6-5522 222 SE 192121215 12111212111 21111111 1.11111111111111 111 1111 re 61 GiGi thiệu vé hệ thống thông tin Wirel€$S -. ¿+ 52255222311 39E2121111212121 2111111211111 11 re 61.1 _ Các hệ thống Cellular Telephone ¿556 S222 SE 293921 EEEE2E2192212113 211121111 rk 61.2 Cordless Phone - 2G G s1 90019000 Họ họ S1.3 Wireless LAN Q GQHH ọ ọ T ọ 91.4 Wide Area Wireless Data S€TVIC€S G0 gọn vr 101.5 Satellite NetWOrK Q HQ Họ Họ Họ Họ 101.6 Bluetooth NeLWOTK G Q H ọ ọ ọ vr 112 _ Các yêu tố ảnh hưởng đến hiệu qua của các hệ thống thông tin Wireless - +5: 11I Kênh truyén và giới hạn kênh truyén o.ccccccccccccsesesssscsscsesesscscsesseseescscsesscsesessesesssssesessssessseseeseseeees 131 Ly thuyết kênh truyén và các yếu tô ảnh hưởng trong thông tin vô tuyến - ¿5555¿ 13LL Ly thuyét kénh truyén no “4 131.2 Cac yếu tố ảnh hưởng trong thông tin vô tuyến cec cece csccsesessescsesscsesessescsscsesesscsssteseseeesseaes 152 Giới hạn dung lượng kênh truyOnee.ccccccceccsccsessssesesscsessssesessesesesescescsesesscscsessssesseseseesesesesseseeseseeees 16

1 Diu ChE ASK Cố 18"N6 ố ố ố ố ố ẻ ố 21S0.“ 223.1 Điều chế BPSK c-ck TH HT HH HH HH HH HH Hà HH Hàn rưg 233.2 Điều chế DPSK -5c + HT HT HH Hàn HH hưu 253.3 _ Điều chế QPSK SG LH 1 5111111111111 1111111111111 0110 0001010101010 T101 26TV —- Truyén thong hop 6 -“ ::1+1 271 Relay và vai trò của relay trong hệ thống thông tit c.cccccccsccescsscsesessesesecsesesesesesscseseeesscsssseseeeees 28

“T1 nh ốốỐỔỐ 303 DE e 32

Chương 3: CAC MO HÌNH THONG TIN CHUYEN TIẾP HAI CHIEU - 25525555552 34I _ Mô hình và ứng dụng thựC tẾ - ¿6 ¿5S +S£SE2E9EEE 3112121212111 211111 11.11111111 111111111111 cec 34

II MG hinh Four-phase 20.0 eee -‹da 36

II AF Four-phase 7a a- É 371.1 Mô hình SH TH TH TY Họ 371.2 _ Tính toán throughU( -G++ 0 9.9000 cọ TT kh 392 DF Four-phase ah 3 402.1 MG hình - - HH HH HH 402.2 Tinh toán throughpUI - «c1 0 9 nọ tr 4IH MG hinh Three-phase 21 ồ 421 AF Three-phase 42LiL MG hình SH TH TH TY Họ 421.2 _ Tính toán throughU( -G++ 0 9.9000 cọ TT kh 41“All vu: cece 1.a.^^.'^'.'"'^'ˆ' - 462.1 MG hình - - HH HH HH 462.2 Tinh toán throughpUI - «c1 0 9 nọ tr 48IV Mô hình TWo-phase Gọi 501 AF 3u: 51LiL MG hình SH TH TH TY Họ 511.2 _ Tính toán throughU( -G++ 0 9.9000 cọ TT kh 52“MA )S II oi 7h e 4 53

V Ưu khuyết điểm của các mô binhi.cccccccccccssesssscssssssessescsscsesesscscssscsesscscscsucsssesusscssscsesecscseessseeesseaes 56Chương 4: ĐÁNH GIA HIỆU QUA CUA CAC MO HINH THONG QUA THROUGHPUT 58I Thong 0 o6 -“ -:ÕÖ1 58

I So sánh giữa loại Relay khác nhaU - - 2 G5 1 199.10 99300 re 591 AF Four-phase so với DF Four-phase - 25G 2 5 199930108 993010 9.0 ng 59

1.1 _ Four phase với nhiễu trên các link bằng nhau - ¿2-2 25252 S2+*+E+EE£EE££E£E+ze£xrxersrxcsee 591.2 _ Four phase với nhiễu trên các link khác nhau - + ¿- ¿525252525 S*2*2E+E+E£E+EeEeEexexereresereree 60

1.3 _ So sánh throughput của hai mô hình Four-phase 5 5S 31 933 1 vn re 602 AF Three-phase so với DF Three-phase - 5G 300000 TH ng 61

2.1 Three phase với ti số tín hiệu trên nhiễu trên các link bang nhau - 252525552 612.2 Three phase với tỉ số tín hiệu trên nhiễu trên các link khác nhau +25 25552 62

2.3 So sánh throughput của hai mô hình AF và DF Three phase 5 5S s23 s2 see 623 AF Two-phase so với DF TwWo-phase - G0 nh nen 63

3.1 Two phase với tỉ số tín hiệu trên nhiễu trên các link bằng nhau 555255555552 633.2 Two phase với tỉ số tín hiệu trên nhiễu trên các link khác nhau - 25 2 s52 64

3.3 So sánh throughput của hai mô hình AF va DF Two phase se, 65A Các mô hình AF relay 0 eee ee eseeeccessncceecssscecesssnceecesssceescssaeecessseaeecessseeeecssaceeessssaeessessaeecensseeees 66Cac m6 hinh DF relay 01070777 67

Hl So sánh giữa các mô hình tối UU c.ccececccccscsssesesscsesesescsscsesessescsssscsesscscsucscsesesscscsussesesesscsesssseeeseaes 691 So sánh 3 mô hình tối ưu khi tỉ số tín hiệu trên nhiễu trên các link bằng nhau - 692 So sánh 3 mô hình khi tỉ số tín hiệu trên nhiễu trên các link khác nhau - 2s scsx+s+sxz 70

SN ni 0 ni nh ha 70

IV Anh hưởng của sự thay đổi khoảng cách giữa các node đến relay - ¿5255252 s+xccszxcse2 71Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HUONG PHÁT TRIEN - :-:- 2222222 SE‡EEE2E SE 2321212121211 cree 74Le KOC na 742 Hurng (1.0 74IV )00)5000:7.98.49.7 (0000 76

PHU LUC .ố.Ố 77

vi

Amplify and ForwardAdditive white Gaussian noiseAnalog network coding

Amplitude Shift KeyingBinary Frequency Shift KeyingBinary Phase Shift KeyingBase transceiver stationBase Unit

Code Division Multiple AccessCordless Handset

Difference Binary Phase Shift KeyingDecode and Forward

Difference Phase Shift KeyingDifference Quadrature Phase Shift KeyingFrequency Division Multiple AccessFrequency Shift Keying

Local Area NetworkMultiple-input and multiple-outputMobile station

Mobile station controllerPrivate branch exchangePersonal Handyphone SystemPhase Shift Keying

Public switched telephone networkQuadrature Phase Shift KeyingTime Division BroadcastTime division multiple access

vill

Danh muc hinh véHinh?2.1:

Hinh 2.2:Hinh 2.3:Hinh 2.4:Hinh 2.5:Hinh 2.6:Hinh 2.7:Hinh 2.8:Hinh 2.9:Hinh 2.10:Hinh 2.11:Hinh 2.12:Hinh 2.13:Hinh 2.14:Hinh 2.15:Hinh 2.16:Hinh 2.17:Hinh 3.1:Hinh 3.2:Hinh 3.3:

(a) Tín hiệu nhị phân và (b) tín hiệu BASK

Điều chế 4-ASK: (a) chuỗi nhị phân, (b) tín hiệu 4-ary, (c) tín hiệu 4-ASK

Tín hiệu BFSK

Tín hiệu BPSK trong miễn thời gianCác hàm mật độ xác suất có điều kiện của hai tín hiệuDang sóng điều chế DBPSK va DQPSK

Mô hình truyền thông hợp tác

Relay phân tập trong mạng thông tin hợp tác

Relay chuyên tiếp thông tin trong mạng thông tin hợp tácMô hình hệ thống thông tin sử dụng AF relay

Mô hình hệ thống thông tin sử dụng DF relay

Mô hình four-phase

Sơ đồ khối hoạt động của mô hình AF Four-phaseSơ đồ khối hoạt động của mô hình DF Four-phase

Hình 3.6: Sơ đồ khối hoạt động của mô hình DF Three-phaseHình 3.7: Giản đồ Markov mô ta DF protocol

Hinh 3.8: M6 hinh Two-phase

Hinh 3.9: So dé khối hoạt động của mô hình AF Two-phaseHình 3.10: Sơ dé khối hoạt động của mô hình DF Two-phaseHình 4.1: Throughput của mô hình AF và DF Four phase khi SNR trên hai link bằng nhau

Hình 4.2: Throuhput của mô hình AF và DF Four phase khi SNR1=2SNR2Hinh 4.3: Throughput cua mô hình AF va DF three phase khi SNRI=SNR2Hinh 4.4: Throughput cua mô hình AF va DF three phase khi SNRI=2SNR2Hinh 4.5: Throughput cua mô hình AF va DF two phase khi SNRI=SNR2Hinh 4.6: Throughput cua mô hình AF va DF two phase khi SNR1=2SNR2Hinh 4.7: Throughput của các mô hình AF relay với SNRI=SNR2

Hình 4.8: Throughput của các mô hình DF relay

Hình 4.9: Throughput 3 mô hình tối ưu khi SNRI=SNR2Hình 4.10: Throughput 3 mô hình tối ưu khi SNR1=2SNR2Hình 4.11: | Throughput của các mô hình AF relay khi relay thay đổi vi tríHình 4.12: Mô hình throughput của các mô hình DF relay khi relay thay đổi vi tríHình 4.13: | Throughput của DF four phase, DF three phase va AF two phase khi relay thay đối vị tríDanh muc bang biểu

Bảng 2.1: Góc pha của QPSK

Chương 1: GIỚI THIEU DE TÀI

I Lý do chọn đề tàiTrong ky nguyên công nghệ số hiện nay, kỹ thuật truyền thông đóng một vai trò hết sức

quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến mọi mặt của đời sống, xã hội, và kinh tế Mạng

thông tin chiếm một phần không nhỏ trong tất cả các thành phân kinh tế, kỹ thuật Trênthực tế, mạng thông tin được chia thành nhiều loại, nhưng thuộc một trong hai dạng truyềnthông pho biến là mạng hữu tuyén- wire line và mạng vô tuyến-wireless Trong đó, mangvô tuyến đang ngày càng chiếm ưu thế vượt trội do tính di động của mình

Trong các mô hình thông tin wireless hiện nay, có hai hình thức truyền thông tin: mộtchiều — one way và hai chiều — two way Các mô hình thông tin một chiều chủ yếu đượcứng dụng trong các mô hình truyền thông broadcast hoặc multicast Các mô hình thông tinhai chiều được ứng dụng rộng rãi hơn Các mô hình thông tin hai chiều đòi hỏi khả năngtruyền thông tin qua lại giữa hai đầu cuối, do đó, mô hình cũng phức tạp hơn Và để mởrộng khoảng cách truyền, các hệ thống ngày nay sử dụng các relay trung gian, half-duplexrelay được lựa chọn khá phố biến nhờ tính don giản của nó Đã có nhiều công trình nghiêncứu về các mô hình thông tin hai chiều sử dụng half-duplex relay dựa trên các tiêu chí

khác nhau như throughput, outage performance, error probilities, , trong đó throughput

của các mô hình đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của cácmô hình Nhăm đánh giá hiệu quả của các mô hình thông tin chuyên tiếp hai chiều, luậnvăn thực hiện khảo sát, phân tích và đánh giá hiệu quả của các mô hình dựa trên thông sỐ

throughput.II Khao sát các công trình nghiên cứu

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu các mô hình thông tin hai chiều, sử dụng cả duplex và full-duplex relay Mô hình thông tin hai chiều đầu tiên được nghiên cứu bởiShannon [11], tuy nhiên, trong mô hình nay, shannon chủ yếu tập trung vào nghiên cứu về

half-kênh truyền hai chiều trực tiếp giữa hai terminal Sau này, các mô hình sử dụng relaytrung gian được nghiên cứu phổ biến hơn Zhihang Yi và cộng sự thực hiện nghiên cứukhảo các mô hình thông tin hai chiều dựa trên Analog network coding (ANC) và time

division broadcasting (TDBC), xây dựng các đường lower bound cua outage probilities

theo sự thay đôi SNR, từ đó, phân tích sự phân tập của các mô hình Đồng thời, phân tíchsự tối ưu hóa công suất cho các mô hình sử dụng ANC protocol [7] Hoặc đề xuất mô hìnhAF relay trên mô hình multi-hop và nghiên cứu sự tác động của lỗi kênh truyền và tải batđối xứng của mô hình [5] Trong nghiên cứu [2], tác giả đề xuất hai phương pháp sử dụngrelay chuyền tiếp hai chiều, đó là sử dung 1 AF hoặc DF relay để chuyền tiếp thông tingiữa hai hoặc nhiều terminal, và mô hình sử dụng 2 half-duplex relay luân phiên chuyểntiếp dữ liệu từ một source đến một đích nhằm tăng hiệu quả thông tin

Ill Mục tiêu đề tài và hướng nghiên cứu1 Mục tiêu đề tài

Đề tài tìm hiểu về 3 loại mô hình thông tin chuyển tiếp hai chiều phổ biến hiện nay là

four-phase, three-phase, và two-phase sử dụng hai loại relay là Amplify-and-Forward

(AF) relay và Decode-and-Forward (DF) relay, nhằm đánh gia các ưu, khuyết điểm vàphạm vi áp dụng của từng mô hình, so sánh giữa các mô hình để tìm ra mô hình tối ưunhất về mặt throughput Đề tài nghiên cứu, thiết lập các công thức tính throughput của cácmô hình trong những điều kiện nhất định, so sánh throughput của các mô hình trongnhững điều kiện khác nhau về SNR, sự thay đối vịt trí của relay Bên cạnh đó, xác địnhảnh hưởng của kênh truyền trên các mô hình

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứuĐề tài tập trung vào tìm hiểu các mô hình thông tin hai chiêu, trong đó có sự phối hợpchuyền tiếp thông tin của relay Hệ thống bao gồm:

e 2 node đầu cuối phát thông tin, sử dụng | anten, 1 relay ở giữa sử dụng 1 anten đểchuyền tiếp thông tin

HVTH: Nguyên Văn Bong 2

e Relay sử dụng kỹ thuật AF và DF

e Tín hiệu được điều chế BPSK nhăm mục đích nghiên cứue Kênh truyền giữa các thiết bị khảo sát là mô hình kênh truyền Rayleighe Không có link trực tiếp giữa 2 node đầu cudi, tat cả quá trình thông tin đều phải qua

relay.e Khao sát ở 3 mô hình:

© Four-phaseo Three-phaseo Two-phase3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bao gồm 2 nội dung chính : nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng hệthống Việc mô phỏng nham xác thực, đánh giá lại kết quả lý thuyết, đồng thời, kết quả lýthuyết làm cơ sở cho mô phỏng

3.1 Nghiên cứu lý thuyếtGiai đoạn nghiên cứu lý thuyết được chia thành các giai đoạn sau:

o

G

Bước 1 : Trước tiên xác định các đặc điểm của kênh truyền Rayleigh và lý

thuyết giới hạn Shanon, từ đó xác định được các điều kiện kênh truyền, và giới

hạn dung lượng của kênh truyền và các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng củakênh truyền

Bước 2 : Tìm hiểu các kỹ thuật điều chế, giải điều chế.Bước 3 : Tìm hiểu các mô hình relay AF và DE, trong đó, chú trọng vào mô hìnhDE, xác định được đặc điểm riêng biệt của từng mô hình, ưu và nhược điểm hiện

tại của từng mồ hình.

Bước 4 : Phân tích chi tiết các mô hình nghiên cứu, từ đó tính được dung lượng

của các mồ hình này.

% Bước 5 : Trên co sở công thức tinh dung lượng đường truyền của từng mô hình,xác định các yếu tô ảnh hưởng đến dung lượng, thay đổi các thông số dé có cáinhìn đầy đủ hơn về hiệu quả của từng mô hình

3.2 Mô phỏng các hệ thốngGiai đoạn mô phỏng được thực hiện băng công cụ mô phỏng Matlab, nội dung đề tàihướng đến là tập trung vào xác định dung lượng kênh truyền hai chiều của các mô hình,trong quá trình mô phỏng, thực hiện thay đối một vài thông số : khoảng cách giữa các đầucuối và giữa đầu cuối với relay, thay đổi lượng thông tin truyén, thay đổi tỉ số SNR(Signal to Noise Ratio) dé đánh giá được sự thay đối của dung lượng đường truyền trong

các mồ hình.

IV Kết quảĐề tài đã cho thấy, với mỗi mô hình, đều có những ưu nhược điểm nhất định, và vớimôi trường có tỉ lệ SNR khác nhau, mỗi mô hình cũng cho những hiệu quả khác nhau,trong đó, với môi trường có SNR thấp, mô hình DF Three-phase tỏ ra hiệu quả hơn cả vềmặt throughput, nhưng mô hình AF Two-phase lại đạt được hiệu quả tốt hơn trong trườnghợp SNR cao (ít lỗi) đồng thời, throughput cao nhất có thể đạt được của mô hình AFTwo-phase là cao nhất Mô hình Four-phase truyền thông khá đơn giản, đảm bảo đượchiệu quả khi SNR quá nhỏ, nhưng throughput lại không cao Từ đó cho thấy, với từng điềukiện môi trường cu thé chúng ta có thé sử dung một trong 3 mô hình trên cho phù hợp

nhăm đem lại hiệu quả cao nhât.V Bồ cục luận văn

Luận văn được tổ chức thành thành 5 chương như sau:

>,

“* Chuong 1: Giới thiệu về dé tài thực hiện, lý do va phạm vi nghiên cứu, phương

pháp nghiên cứu cua đề tài.

HVTH: Nguyên Văn Bong 4

* Chương 2: Dua ra những lý thuyết co bản liên quan đến dé tài nghiên cứu: hệthống thông tin wireless, khái niệm kênh truyền, điều chế số, và truyền thông

hợp tác.

Chương 3: Dua ra các mô hình cụ thé, chi tiết các mô hình, đồng thời, phân tích

tìm ra cong thức tính throughput của các mô hình nghiên cứu

Chương 4: Thực hiện mô phỏng, so sánh kết quả về throughput của các mô hìnhdựa trên các thông số mô phỏng nhất định Đưa ra nhận xét về các mô hình* Chương 5: Tổng kết lại, đánh giá hiệu quả của mô hình thông tin hai chiều, đưa

ra các khuyến nghị cho các mô hình trong thực tế

Chương 2: CAC LY THUYET CƠ BANI Hệ thống thông tin wireless

1 Giới thiệu về hệ thống thông tin wirelessHệ thống thông tin hiện nay được chia thành hai loại cơ bản: hữu tuyến và vô tuyến, cáchệ thống thông tin võ tuyến được gọi chung là các hệ thong wireless, trong d6, viéc truyénthông tin được thực hiện băng các sóng điện từ, thông qua môi trường không khí, khôngsử dụng các dây truyền dẫn Do đó, đặc điểm của hệ thống wireless cũng khác biệt so vớicác hệ thông truyền dẫn sử dụng cáp kết nối Các hệ thống vô tuyến được ra đời sau,nhưng hiện nay đã và đang chiếm vị trí hết sức quan trọng trong các hệ thống thông tinhiện đại, và dần thay thế cho các hệ thống hữu tuyến ở một số lĩnh vực nhờ ưu thế về tính

di động của nó.

Hệ thống thông tin wireless được ứng dụng rộng rãi trong việc truyền dữ liệu và truycập Internet của các thiết bị di động như laptop , PDA, Tablet, , được sử dụng để truyềntiếng nói, hình ảnh, dữ liệu Được ứng dụng trong thông tin vệ tinh, radio, vô tuyến, và

gan day là các smart house,

Ngày nay, có rat nhiều hệ thông wireless dang được sử dung trong thực tế, trong đó,

được phân chia thành các nhóm sau:

1.1 Các hệ thông Cellular TelephoneCòn được gọi với cái tên phố biến là các hệ thong điện thoại di động, hiện đang được sửdụng rất rộng rãi trên thế giới Các hệ thống này được sử dụng để truyền voice và datagiữa các thiết bị trong một khu vực, giữa các khu vực trong một quốc gia hoặc giữa các

quôc gia trên thê giới.

HVTH: Nguyên Văn Bong 6

Hệ thong này được phân chia vùng phủ sóng thành dạng tế bao, trong mỗi tế bào, cácBase transceiver station (BTS) thực hiện chức năng kết nối các Mobile Station (MS) đếnmạng, vùng phủ sóng của mỗi BTS được giới hạn công suất trong vùng tế bào của mình.Mạng tế bào này kết nối với mạng điện thoại PSTN thông qua các trung tâm chuyển mạch,

nhờ đó, các MS có thê kết nôi đên các điện thoại cô định.

Việc đảm bảo kết nối liên tục trong trường hợp MS di chuyên trong một tế bào hoặcchuyển vùng qua một tế bao khác là đặc trưng quan trọng của hệ thống này Trong đó, cácMSC đảm bảo việc di chuyển giữa các tế bào của MS không bị gián đoạn cuộc gọi Việc

tránh bi chong lân phô giữa các tê bào cũng là van dé quan tâm của hệ thông nay.

Hiện nay có khá nhiều công nghệ truy nhập được áp dụng cho hệ thống điện thoại tếbào, bao gồm: phân chia truy cập theo thời gian (TDMA), phân chia truy cập theo tần số

(FDMA) và phân chia truy cập theo mã (CDMA).

Thế hệ Cellular system đầu tiên (1G) sử dụng FDMA với điều chế FM cho các kênhthoại 30 KHz Hệ thống này được phân bồ băng tần 50 MHz, trong đó, 25 MHz được sử

dụng cho đường uplink và 25 MHz được sử dụng cho đường downlink.

Do sự không tương đồng giữa các hệ thống 1G, hệ thống mạng tế bào thế hệ thứ 2 (2G)nhanh chóng ra đời ở Châu Âu, sử dụng kết hợp TDMA và điều chế FSK cho các kênh

thoại Trong khi đó, ở Mỹ, các hệ thống 2G vẫn sử dụng kỹ thuật phân chia theo tần số,trong đó, có hai chuẩn được sử dụng với dải tần 900 MHz, chuẩn IS-54 sử dụng kết hợpTDMA và FDMA, sử dụng điều chế FSK, chuẩn IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA với điềuchế BPSK.

Hệ thống điện thoại tế bào thế hệ thứ 3 (3G) ra đời, sử dụng kỹ thuật truy cập CDMA,cung cấp các tốc độ thông tin khác nhau phụ thuộc vào vi trí và tốc độ di chuyển từ 384Kbps cho người đi bộ, đến 144 Kbps cho các phương tiện giao thông, và 2 Mbps cho cácmô hình sử dụng trong nhà Các hệ thống 3G trên thực tế không tương thích với các hệthống 2G, vì vậy, việc đầu tư các hệ thông nay đòi hỏi phải thay đối toàn bộ nên tảng cautrúc hệ thống

1.2 Cordless Phone

Cordless Phone là khái niệm dùng để chỉ các điện thoại vô tuyến, bao gom một thiết biđi động được gọi là Cordless Handset (CH) kết nối vô tuyến với một thiết bị có định ganliền với nó, được gọi là Base Unit (BU), các BU này được đặt cô định và kết nối với mạngPSTN thông thường, đồng thời, kết nối đến các CH Khoảng cách giữa 2 thiết bi này bịgiới han khá ngăn

Có 2 loại hệ thông Cordless Phone phô biến:e DECT: hệ thống nay ban đầu được thiết kế ở Châu Âu để phục vụ cho các văn

phòng Mục đích của nó là để cung cấp khả năng di động cho các thiết bị hoạt độngtrong một tòa nhà với một tong dai PBX Trong hé thong này, các Base Unit đượcgan khắp trong tòa nha, và mỗi Base Station được gắn với PBX thông qua mộtcontroller Các Cordless Handset kết nối đến BS gan nhất và các cuộc gọi đượchand-off khi người dùng di chuyển giữa các BS DECT cũng có thé ringing CordlessHandset thông qua BS gan nó nhất

HVTH: Nguyên Văn Bong 8

e Personal Handyphone System (PHS): hệt thông này được phát triển ở Nhật Ban, nótương đồng khá nhiều với hệ thống điện thoại tế bao, trong đó, nó hỗ trợ thiết bị hoạtđộng khoảng cách rộng, hand-off và routing giữa các BTS Tuy nhiên, hạn chế củaPHS là nó không hỗ trợ việc hand-off ở tốc độ của các phương tiện giao thông Nóhỗ trợ tốc độ truyền dẫn lên tới IMbps, tuy nhiên, nó cũng không được phổ biếnrộng rãi do sự lớn mạnh của hệ thống mạng điện thoại tế bào.

1.3.Wireless LAN

Wireless LAN là khái niệm dùng để chỉ các hệ thống mạng LAN (Local Area Network)hoạt động dựa trên mạng vô tuyến Nó cung cấp khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao trongmột diện tích nhỏ Các thiết bị wireless kết nối với mạng này là cố định hoặc di chuyểnvới một tốc độ hạn ché Các hệ thống wireless LAN hoạt động ở các băng tần UnlicensedISM 900MHz, 2.4GHz, 5.8GHz, và U-NII 5GHz Các hệ thống Wireless LAN có théđược triển khai theo mô hình sao, trong đó, các thiết bị đầu cuối kết nỗi với một accesspoint tại trung tâm, hoặc mô hình peer-to-peer, trong đó, hai thiết bị đầu cuối tự kết nối

trực tiêp với nhau.

Thế hệ wireless LAN đâu tiên mang tính tự phát và sử dụng các giao thức không tươngthích với nhau Hau hết hoạt động ở phố 26MHz của băng tan ISM 900MHz sử dụng kỹthuật trải pho trực tiếp Việc thiếu tính chuẩn hóa dẫn đến chi phí cao, quy mô nhỏ, và thị

trường hạn chê với các nhà cung cap.

Thế hệ wireless LAN thứ hai hoạt động ở phố 80 MHz tại băng tan ISM 2.4 GHz Détránh việc lặp lại hạn chế kém tương thích của thế hệ thứ nhất, một chuẩn wireless LANcho dải tan này được phát triển với tên gọi IEEE 802.11b Theo đó, tốc độ truyền dẫn xấpxỉ 1.6 Mbps và khoảng cách xấp xi 150m

Ba chuẩn khác với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn được phát triển là 802.11a với phd300MHz ở băng tần U-NII 5GHz, tốc độ dữ liệu của chuẩn này đạt được từ 20-70 Mbps,

đồng thời, hỗ trợ nhiều user truy cập hơn so với 802.1 1b Một chuẩn khác được phát triểnlà 802.11g, sử dụng cả 2 băng tan 2.4GHz và 5 GHz, với tốc độ tối đa 54 Mbps Năm2009, một chuẩn wireless LAN tốc độ cao khác ra đời là 802.11n, sử dụng phố 40 MHz, ởdải tan 2.4GHz và 5GHz Tốc độ lý thuyết tối đa của chuẩn này đạt được lên tới 600

Mbps.1.4 Wide Area Wireless Data Services

Các hệ thống này cung cap kết nỗi Internet cho các thiết bi di động ở khoảng cách xahơn hăn so với hệ thống wireless LAN Trong các hệ thống nay, một BTS được đặt trênmột vị trí cao để phủ sóng một khu vực địa lý, BTS này kết nối đến mạng Internet thôngqua cáp hoặc các BTS này tự kết nối với nhau thành một mang Ad-hoc Network

Các hệ thống Wide Area Wireless ngày nay có thé đạt được tốc độ truyền dẫn 76 Kbps,do tốc độ thấp nên các hệ thống này không thực sự thành công do sự cạnh tranh của các hệthong tốc độ cao hơn như 3G

1.5 Satellite Network

Các hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh bao gồm Inmarsat và OmniTRACs Ban dau, cáchệ thong nay duoc thiết kế cho việc truyền thông tin thoại ở những khu vực xa xôi Ví dụ,giúp các phóng viên truyén tin tức thời về các khu vực xung đột, chiến tranh Hệ thốngđầu tiên Inmarsat-A được thiết kế với các hệ thống mặt đất khá to lớn và dat đỏ Các théhệ Inmarsat sau này sử dụng kỹ thuật số giúp cho kích thước đầu cuối nhỏ hơn, chỉ phícũng thấp hơn, với kích thước chỉ khoảng bằng một chiếc vali Qualcomm s OmniTRACscung cấp kết nối thông tin hai chiều và khả năng định vị Thực tế, việc truyền thoại và dữliệu thong qua đường vệ tinh dia tĩnh gặp một số khó khăn như: tốn một công suất khá lớndé truyền thông tin ngược lên vệ tinh, thời gian delay khi truyền thông tin là khá lớn, điềunày ảnh hưởng lớn đến chất lượng thông tin hai chiều như voice và data Tốc độ thông tin

của loại vệ tinh nay cũng khá nhỏ khoảng 10 Kbps.

HVTH: Nguyên Văn Bong 10

1.6 Bluetooth Network

Bluetooth cho phép truyền dữ liệu ở khoảng cách ngăn với công suất nhỏ giữa hai thiếtbị wireless, khoảng cách hoạt động khoảng 10 m (với công suất phát 1 mW) và có thé tănglên 100 m khi công suất phát tăng lên 100 mW Hoạt động ở băng tần 2.4 GHz Nó cungcấp các kênh truyén bat đồng bộ với tốc độ một chiêu dat được tối đa là 723.2 Kbps vàchiều ngược lại là 57.6 Kbps

Bluetooth sử dụng frequency-hoping cho trường hợp đa truy cập, với khoảng cách sóng

mang là 1 MHz Có tới 80 tần số sóng mang khác nhau được sử dung, với tong băng thông

là 80 MHz.

Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ wifi, công nghệ Bluetooth không còn được sửdụng pho biến nữa, tuy nhiên, mặc định, ở hầu hết các thiết bị di động, vẫn hỗ trợ loại hìnhkết nối này

2 Các yếu tô ảnh hướng đến hiệu qua của các hệ thống thông tin wirelessCác hệ thống thông tin wireless hoạt động dựa trên sóng vô tuyến, truyền dẫn qua môitrường không gian, nên chịu ảnh hưởng tác động rất lớn của nhiều yếu tố Trong đó cónhiều yếu tốt không xuất hiện hoặc ảnh hưởng rat ít trong các hệ thong wireline Một vàiyếu tô ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng của hệ thống wireless như sau:

e Thiết bị đầu cuối: các thiết bị di động là một vấn dé rất lớn của các hệ thốngwireless Với các BTS, kích thước và năng lượng không phải là van dé quá lớn,nhưng với các MS, đây thực sự là van dé có y nghia then chốt Trên thực tế, cácthiết bị di động thực hiện chức năng xử lý rất nhiều loại ứng dụng như voice, data,hình anh, text, video, Tất cả các khả năng xử lý này đòi hỏi được tích hợp trênmột mạch xử lý với kích thước rất nhỏ, đủ để có thể đảm bảo tính di động Do đó,kích thước và khả năng tích hợp của các mạch xử lý tại đầu cuối sẽ quyết định đếnkhả năng phát triển của các hệ thống này

e Bén cạnh đó, năng lượng cũng là một van dé lớn của các thiết bị di động, việc duytrì sóng điện từ phát ở khoảng cách xa đến các BTS đòi hỏi phải tiêu tốn nănglượng không nhỏ, trong khi đó, người dùng không muốn các thiết bị di động phải

xạc điện thường xuyên, vì vậy, việc duy trì thời gian hoạt động của các thiết bị nàylà van đề khó khăn lớn đối với các nhà phát triển.

e Việc thiết kế các hệ thong wireless cũng gặp kha nhiều khó khăn, do việc sử dụngsóng điện từ để truyền dan, trong khi nguồn tài nguyên này lại hữu han, vì vậy, cầnphải có sự phân bố hop lý các dải tan sử dụng Chi phí cho việc mua các dải tần sốnay là khá dat, đồng thời, đối với các dai tần thấp khoảng vài Gigahertz, các thiết bịcó thé được thiết kế tương đối nhỏ, công suất thấp và chi phí phù hợp, nhưng daitần thấp này lại cực kì chật chội

e Môi trường truyền cũng là một yếu tổ ảnh hưởng lớn đến các hệ thông wireless.Không như các hệ thông wireline, môi trường truyền của các hệ thống wireless thayđối liên tục do bức xa, phản xa, ảnh hưởng của các sóng điện từ khác, mật độ ion

trong môi trường,

e Tốc độ truyền dẫn, khả năng di động của các mobile user làm cho các hệ thốngwireless gap rất nhiều khó khăn, trên thực tế, tốc độ truyền dẫn của các hệ thốngwireless không bao giờ có thể so sánh được với các hệ thống wireline, bên cạnh đó,việc duy trì kết nối với các user di chuyển cũng gặp khá nhiều khó khăn, đặc biệtkhi di chuyển ở tốc độ cao

Như vậy, một hệ thông wireless có khá nhiễu khác biệt với hệ thống wireline, việc thiếtkế các hệ thống này cũng đòi hỏi sự phức tạp và chỉ phí hơn Tuy nhiên, các hệ thốngwireless vẫn có ưu thế về tính di động của mình, do đó, việc phát triển các hệ thống này

luôn giành được sự quan tâm không nhỏ trong lĩnh vực thông tin.

HVTH: Nguyên Văn Bong 12

II Kênh truyền và giới hạn kênh truyền1 Lý thuyết kênh truyền và các yếu tổ anh hưởng trong thông tin vô tuyến1.1 Lý thuyết kênh truyền

Kênh truyền là môi trường truyền dẫn giữa các thiết bị vật lý, nó có thé là môi trườnghữu tuyến như cáp đồng, cáp quang, cáp đồng trục, hoặc vô tuyến như không khí, chân

không

Máy PhátỲKênh truyền Máy ThuỲ

Hinh 2.2: Kênh truyền trong hệ thong thông tinVới các kênh truyền hữu tuyến, hệ thống ít bị tác động của các yêu tô bên ngoài, nhờvậy, chất lượng kênh truyền được đảm bảo, khoảng cách truyền dẫn tương đối xa, suy haoít Nhờ đó, các hệ thống truyền dẫn cũng đơn giản hơn

Không giống như kênh truyền hữu tuyến, các kênh truyền vô tuyến chịu tác động mạnhmẽ của môi trường, song vô tuyến được truyền qua môi trường vat lý có nhiều cau trúc vàvật thể như tòa nhà, đôi núi, cây cối, xe cộ do đó, các kênh truyền vô tuyến không ồnđịnh theo thời gian như các kênh truyền hữu tuyến Các thông số của kênh truyền vô tuyếncũng rất khó hoặc không thể dự đoán trước được, vì vậy, người ta phải sử dụng các kỹthuật ước lượng hệ số kênh truyền để xấp xi các thông tin này của kênh truyện Tín hiệu điqua kênh truyền vô tuyến bị tác động trực tiếp của các yếu tố môi trường như tán xa, phảnxạ, bức xạ, nhiễu xạ và kết quả là tại máy thu, nhận được nhiều phiên bản khác nhaucủa tín hiệu về độ trễ, lệch pha và suy giảm biên độ Các kênh truyền này được mô hìnhhóa gọi là các kênh truyền fading

Hình 2.3: Truyền sóng vô tuyến

Các tác động của kênh truyên vô tuyên đên tín hiệu có thê chia thành các loại chính sauđây:

“+ Path Loss: tín hiệu lan truyền trong không gian bị suy hao theo khoảng cách truyền.Suy hao này phụ thuộc vào tan số sóng điện tự, khoảng cách truyền:

s* Nhiéu xạ: xảy ra do sóng điện từ đập vào các bê mặt sac cạnh, các thành go của các+

cau trucHVTH: Nguyén Van Bong 14

“* Tan xạ: xảy ra do kích thước của các vật thê trong môi trường truyền sóng nhỏ honbước sóng Tan xạ xảy ra khi sóng v6 tuyên gặp các ký hiệu giao thông, cột đènđường,

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng trong thông tin vô tuyếnTừ những đặc điểm của kênh truyền vô tuyến, các hệ thống thông tin vô tuyến chịu ảnh

hưởng của các yêu t6 sau:a Suy hao tín hiệu phạm vi rộng

Suy hao tín hiệu phạm vi chậm gây ra do sự suy hao trên đường truyén, và sự che tối(hay còn gọi là fading chậm) Suy hao đường truyền xây ra do khoảng cách đến máy phát.Che tối là sự thay đối công suất thu vì suy hao tín hiệu gây ra do các vật cản giữa máy

Méo tín hiệu phạm vi hẹp do hiện tượng đa đường gây ra Do ảnh hưởng của phản xạ,

nhiễu xạ và tán xạ trên môi trường truyén, tạo ra nhiều đường truyền không trực tiếp, tínhiệu đến máy thu lệch nhau vẻ thời gian và không gian, gây các hiệu ứng phạm vi hẹptrong thông tin vô tuyến như: trải trễ, trải góc và trải Dropler

“* Trai trễ: các tín hiệu đên máy thu trễ nhau về thời gian do các đường truyện sóng

không trực tiếp với khoảng cách và môi trường khác nhau gây ra

% Trải góc: các tín hiệu truyền trên các đường không trực tiếp bị lệch về góc so vớitín hiệu truyền trực tiếp (Light-of-Sight).

% Trải Droppler: kênh truyền bị thay doi do sự chuyển động của máy phát và (hoặc)

máy thu so với các vật thé trong môi trường truyền.

Hon thé nữa, tín hiệu tong của rất nhiều đường có thé là suy giảm biên độ của tín hiệudẫn đến fading và méo tín hiệu Trên thực té, nguoi ta su dung ky thuat phan tap phat vaphân tập thu dé han chế các ảnh hưởng này

2 Giới hạn dung lượng kênh truyềnHình 2.5 trình bay mô hình hệ thống thông tin, trong đó, các source message W đượcmap thành các channel symbol X", các channel symbol này sau khi qua kênh truyén sẽ tạora chuỗi ngõ ra tương ứng Y”, chuỗi ngõ ra của kênh truyền là ngẫu nhiên nhưng có phânbố phụ thuộc vào chuỗi ngõ vào Sau do, từ chuỗi ngõ ra này, hệ thông decoder sẽ tái taolại các message đã được phát đi Cac message ngõ ra giống với message được phát đi thìđược coi là truyền thành công Tốc độ tối đa có thể truyền thành công các message nàyđược gọi là dung lượng kênh truyền

Ww x Channel lộ W—-»> Encoder > iw pa >| Decoder #—~>

Message PAY Estimate of

message

Hình 2.5: Hệ thông thông tinMột kênh truyền được coi là kênh truyền rời rac discrete channel là một hệ thống baogôm một input alphabet X và một output alphabet Y và một ma trận xác xuất truyền đạtp(ylx) thé hiện xác suất thu được ký tự y khi truyền ky tự x Kênh truyền là memorylesskhi xác suất phân bố của ngõ ra chỉ phụ thuộc vào ngõ vào tại thời điểm đó mà không phụ

thuộc vào ngố ra và ngõ vào tại các thời diém trước.HVTH: Nguyên Văn Bong 16

Dung lượng kênh thông tin (information channel capacity) của một kênh truyền rời rac

không nhớ được định nghĩa là:

3 Kênh truyền RayleighKênh truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng trực tiếp của 3 dạng: suy hao tín hiệu, Large-

scale shadowing, và small-scale fading Trong đó, small-scale fading gây ra bởi hiện

tượng đa đường của môi trường truyé dan, trong đó, khi thực hiện phát di một tin hiệu taimáy phát, qua môi trường fading, tín hiệu sẽ đi theo các đường khác nhau, và đến máy thuvới nhiều phiên bản khác nhau về thờ gian trễ Một trong những dang fading là fadingphang, khi mà độ trải trễ của các thành phan tín hiệu nhỏ hơn độ dài về thời gian của tín

hiệu phát.

Đề mô hình cho sự phân bố các hệ số kênh truyền, có nhiều phương pháp được sựdung, trong đó, phân bố Rayleigh và phân bố Rican là được sử dụng rộng rãi nhất Điểmkhác nhau của 2 loại phân bố này là phân bố Rayleigh không bao gém tín hiệu truyềnthằng Light-of-Sight

Kênh truyền Rayleigh được mô hình hóa như sau:

Hy Nt

a,Hình 2.6: Mô hình kênh truyén fading

Y, = /H,e/?X, +N; (2.3)Với X., Y, lan lượt là tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của kênh truyền N, là biến ngẫu nhiênAWGN với trung bình bằng 0 và phương sai No tại thời điểm t \/H,e/? là độ lợi phức

kênh truyền với biên độ Jit và pha @ tại thời điểm t Pha có phân bố đồng nhất trongkhoảng [0, 27], và biên độ tín hiệu Ji: là một biến ngẫu nhiên với hàm mật độ xác suất

hiệu.

Có nhiều dạng điều chế ASK khác nhau:

HVTH: Nguyên Văn Bong 18

Với A; = A[2i — (M — 1)],¡= 0, 1, 2, , M-1 và M >4 Ở đây, A là hang số, f, là

tần sô sóng mang, và T là chu ky của ky tự Tín hiệu có công suât P; = = tức

A; = /2P; Do đó, biểu thức (2.7) có thé được viết lại như sau:

s(t) = 2P; cos 2rf.t, O0<t<T

2= ,/P,T x C0S 2nƒc† 0<£<T

2= JE; 7 cos 2m ft 0<t<T (2.8)

quang, vô tuyên, tới điêm đích.FSK được phân thành hai loại: non-coherent va coherent FSK Trong non-coherent

FSK, tần số tức thời được dịch giữa hai giá trỊ tần số rời rac Trong khi đó, trong coherent

FSK hay còn gọi là Binary FSK, không có sự gián đoạn pha trong tín hiệu ngõ ra.s* Binary Frequency Shift Keying (BFSK)

Trong BFSK, tần số của một sóng mang có biên độ cô định được dich giữa hai giá trị

tương ứng với hai bit 0 hoặc 1.

Bit 0 được truyền đi bởi xung có tan số w, + Aw/2, và bit 1 được truyền di bằng xung

có tân sô ø¿ — Aw/2.Tín hiệu BFSK có dạng:

2E, Aw

So(t) = F608 (w + =) t O0<t<T, (bit 0) (2.11)

b

Tin higu M-FSK truyén đi được định nghĩa như sau:

s(t) = Peo [- (n„ + De| O0<t<T (2.13)

Voii=1, 2, ,M và tan số sóng mang f = n,/2T.3 Diéu chế PSK

Phase Shift Keying — là kiểu điều chế, trong đó biên độ của sóng mang được giữ khôngđối, trong khi đó, pha của sóng mang thay đổi theo tín hiệu dải nên

HVTH: Nguyên Văn Bong 22

Do luận văn được nghiên cứu sử dụng kiêu điêu chê BPSK, nên chúng ta sẽ tìm hiệusâu hơn về cách tính xác suât lôi của kiêu điều chê này.

x b2E S.=- 7, cos(2mfet + 4.) O0<t<T, (bit 0) (2.18)

x b

Do s,(t) = —s,(t), tín hiệu này được gọi là tín hiệu lưỡng cực Năng lượng trong xung

g(t) là E, Các bit 1 và 0 được biểu diễn bởi 2 mức điện áp tương ứng +./Ey và —./Ep

Với n là thành phan nhiễu Gauss, có trung bình băng 0 va phương sai 02 = 5 No- Trong

trường hop này, việc quyết định dựa trên việc thực hiện so sánh r với ngưỡng zero Nếu r

> 0, tức là s¡() đã được truyền, ngược lại, tín hiệu truyền đi là s2(t) Rõ ràng, hai hàm mật

độ xác xuât có điêu kiện của r là:

Có hai dạng DPSK là DBPSK và DQPSK Trong DBPSK, bit 1 được truyền bang cáchcộng thêm 180° vào pha hiện thời và bit 0 được truyền bằng cách cộng thê 0° vào góc pha

Hình 2.12: Dạng sóng điều chế DBPSK và DQPSKXác suất lỗi trong điều chế DPSK:

1 _2b

3.3 Điều chế QPSK

Quadrature Phase Shift Keying — Là dạng diéu ché PSK trong đó, 2 bit được điều chế thành

một pha Do đó, kiểu điều chế này tang gấp đôi băng thông so với điều chế BPSK Các pha sóng

mang có | trong 4 giá trị cách đều nhau 0, 2/2, 2, 3⁄2 tương ứng với 4 cặp bit theo bảng dưới

đây:

Message Phase00 0Ol 7/2II 710 3/2

Bang 2.1: Góc pha cua QPSKHVTH: Nguyén Van Bong 26