NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.

NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG

TIN SỐ VỚI CÁC KÊNH TRUYỀN KHÁC NHAU.

Sinh viên thực hiện : Phan Thu Trang.

Lớp : CNDTVT 3 –K55

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Thành Chuyên.

1

NỘI DUNG

Phần I: Tổng quan đề tài.

Phần II: Các phương pháp điều chế số cơ bản

Phần III: Cân bằng kênh sử dụng bộ lọc Zeros Forcing.

Phần IV: Mô phỏng.

2

PHẦN I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.

Các nội dung chính:

3

Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống

thông tin số

Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin số đầy đủ

Khối Điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi xa

KHỐI ĐIỀU CHẾ, GIẢI ĐIỀU CHẾ không thể thiếu với mọi loại hệ thống thông tin số

4

Các loại kênh truyền và đặc tính của chúng

 Kênh truyền AWGN.

 Fading

 Rayleigh-fading.

 Frequency-selective-fading

5

Kênh AWGN

Hàm mật độ xác suất (PDF: Probability Density Function) của một quá

trình ngẫu nhiên Gauss n(t) được biểu diễn như sau:

Nguồn tạp âm phát ra một lượng công suất như nhau trên một đơn vị

băng tần tại tất cả các tần số bằng:

Gn(f) = No/2 (W/Hz)

Mật độ phổ công suất tạp âm Hàm tự tương quan 6

Kênh truyền Rayleigh-Fading

Hàm truyền đạt của kênh thực chất là một quá trình xác suất phụ thuộc cả về thời gian và tần số Biên độ hàm truyền đạt của kênh tại một tần số nhất định sẽ tuân theo phân bố Rayleigh nếu thỏa mãn các điều kiện của một môi trường truyền dẫn như sau:

 Môi trường truyền dẫn không có tuyến trong tầm nhìn thẳng, tức là không có tuyến có công suất tín hiệu vượt trội.

 Tín hiệu ở máy thu nhận được từ vô số các hướng phản xạ, nhiễu xạ khác nhau Phân bố Rayleigh của biên độ hàm truyền đạt:

Biên độ của hàm truyền đạt của kênh

σ : giá trị hiệu dụng của điện thế tín hiệu nhận được trước

bộ tách đường bao

σ 2 : công suất trung bình theo thời gian.

7

Kênh Frequency selective fading

Mỗi kênh truyền đều tồn tại một khoảng tần số mà trong khoảng đó, đáp ứng tần số của kênh truyền là gần như nhau tại mọi tần số (có thể xem là phẳng), khoảng tần số này được gọi là Coherent Bandwidth và được ký hiệu trên hình là f 0

Kênh truyền có f 0 nhỏ hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát Tại một số tần số trên băng tần, kênh truyền không cho tín hiệu đi qua, và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền đi chịu sự suy giảm và dịch pha khác

nhau

8

PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ.

Các nội dung chính:

9

Amplitude Shift Keying (ASK)

ASK (Ampitude Shift Keying): thay đổi biên độ sóng mang theo

biên độ tín hiệu băng gốc

Điều chế ASK nhị phân Điều chế ASK 4 mức

E: năng lượng trên một ký hiệu = nEb, Eb :năng lượng trên một bit.

T: thời gian của ký hiệu = nTb, Tb : thời gian của một bit.

10

Amplitude Shift Keying (ASK)(tiếp)

Sơ đồ điều chế, giải điều chế ASK:

Bộ điều chế ASK Bộ giải điều chế ASK

Công thức tính xác suất lỗi ký hiệu của M-ASK trên kênh AWGN:

11

Frequency Shift Keying (FSK)

FSK (Frequency Shift Keying): điều chế số theo tần số tín hiệu Tín hiệu

FSK có dạng sóng dao động với tần số khác nhau, mỗi bit được đặc trưng bởi tần số khác nhau này của tín hiệu.

Dạng sóng của tín hiệu điều chế FSK

: khoảng giá trị thay đổi tần số (hằng số) của tần số sóng mang.

12

Frequency Shift Keying (FSK)(tiếp)

Sơ đồ khối bộ điều chế, giải điều chế FSK.

Bộ điều chế Bộ giải điều chế

Công thức tính xác suất lỗi ký hiệu của M-FSK trên kênh AWGN.

13

Phase Shift Keying (PSK)

PSK (phase shift key): là một dạng điều chế góc không thay đổi biên độ và tần

số của tín hiệu, tín hiệu vào là tín hiệu số và pha đầu ra có số lượng giới hạn.

Quá trình hình thành sóng QPSK Chòm sao của QPSK

14

Phase Shift Keying (PSK)(tiếp)

Mapping: Chuyển đổi mức.

TLO: transmitter local oscillator: Bộ dao động nội phát.

RLO: Receiver local oscillator: Bộ dao động nội thu.

Carrier: Recorvery: Khôi phục sóng mang.

Timming Recovery: Khôi phục đồng hồ.

n=log2M và Eb là năng lượng một bit.

Công thức tính xác suất lỗi bit với mô hình kênh truyền AWGN

Sơ đồ khối bộ điều chế, giải điều chế PSK

15

Minimum Shift Keying (MSK)

MSK (Minimum Shift Keying): điều chế dịch tần có pha dịch tối thiểu và

liên tục

Chuyển đổi xung vuông thành các hàm sin và cos trong MSK

Dạng sóng của tín hiệu MSK

16

Minimum Shift Keying (MSK)(tiếp)

Sơ đồ khối bộ điều chế, giải điều chế:

Bộ điều chế MSK Bộ giải điều chế MSK

Công thức tính xác suất lỗi (trên kênh truyền AWGN):

17

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa

điều chế ASK và điều chế pha PSK Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 90 ˚

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)(tiếp)

b Sơ đồ điều chế, giải điều chế QAM

Bộ điều chế Bộ giải điều chế.

c Công thức tính xác suất lỗi ký hiệu đối với QAM trên kênh truyền AWGN

Eav/N0 : SNR trung bình trên bit.

19

PHẦN IV: CÂN BẰNG KÊNH SỬ DỤNG BỘ LỌC ZEROS FORCING.

Khái quát về cân bằng kênh:

Nguyên nhân gây suy giảm và méo tín hiệu chủ yếu là nhiễu liên ký hiệu ISI (InterSymbol Interference) sinh ra do truyền sóng đa đường, vì vậy mục đích chính của bộ cân bằng kênh là giảm nhiễu ISI

TE(w) = C(w).H(w).E(w) = C(w)

Mạch cân bằng (Equalizer) là một trong những giải pháp nhằm hạn chế đến mức rất thấp các méo tuyến tính gây ra bởi đường truyền không lý tưởng biến đổi theo thời gian

20

PHẦN IV: CÂN BẰNG KÊNH SỬ DỤNG BỘ LỌC ZEROS FORCING (tiếp).

Bộ cân bằng Zero Forcing.

- Bộ cân bằng kênh ZF (Zero Forcing Equalizer) là dạng cân bằng kênh tuyến tính

sử dụng trong hệ thống viễn thông để chuyển đổi đáp ứng của kênh truyền

- Bộ cân bằng kênh ZF hay còn gọi là bộ lọc đảo có rất nhiều ứng dụng Tên gọi Zero Forcing tương ứng với việc ép nhiễu ISI xuống mức 0 Điều này có ý nghĩa khi nhiễu ISI lớn so với tạp âm

21

PHẦN IV: CÂN BẰNG KÊNH SỬ DỤNG BỘ LỌC ZEROS FORCING (tiếp).

- Nếu có bộ cân bằng kênh: y(t)=x(t)*h(t)*g(t)

- Trong miền tần số: Y(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) ω)=X(jω).H(jω).G(jω) )=X(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) ω)=X(jω).H(jω).G(jω) ).H(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) ω)=X(jω).H(jω).G(jω) ).G(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) ω)=X(jω).H(jω).G(jω) )

- Bộ cân bằng kênh lý tưởng: h(t)*g(t)=(t)

- Trong miền tần số: G(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) )H(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) )=1 => G(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) )=1/ H(jω)=X(jω).H(jω).G(jω) )

Hay bộ lọc ZF còn gọi là bộ lọc đảo  Tính toán thông số bộ lọc - Gọi T=1/fs là chu kì lấy mẫu tín hiệu sau khi đi qua bộ lọc

- cn là hệ số bộ lọc

- Với thời gian lấy mẫu t=mT, h’(t) là tín hiệu trước cân bằng kênh

Ta có:

22

PHẦN IV: CÂN BẰNG KÊNH SỬ DỤNG BỘ LỌC ZEROS FORCING (tiếp).

- Biến đổi ta được ma trận:

0 p(t)= 1

0

0 0

 Mô phỏng BER và truyền hình ảnh qua kênh truyền Frequency selective fading , trước và sau khi sử dụng bộ lọc Zero-Forcing

24

Mô phỏng BER sử dụng các phương pháp

điều chế trên 3 kênh truyền.

 Sơ đồ khối:

25

Kết quả mô phỏng

26

Mô phỏng BER và truyền hình ảnh qua kênh truyền Frequency selective fading , trước và sau khi sử dụng bộ

lọc Zero-Forcing

 Sơ đồ mô phỏng:

27

Kết quả mô phỏng

Hình ảnh bên phát Hình ảnh bên thu khi chưa dùng bộ lọc ZF

Hình ảnh bên thu sau khi sử dụng bộ lọc ZF Mô phỏng BER sử dụng điều chế PSK trước và sau khi

sử dụng bộ lọc ZF 28

KẾT LUẬN

Tùy theo mô hình kênh truyền và dung lượng kênh, cũng như tiêu chí đặt ra đối với chất lượng kênh truyền (như tài nguyên thông tin, công suất, độ rộng kênh) mà ta sử dụng các phương pháp điều chế phù hợp nhất

29

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!