Các giải pháp kiểm soát hoặc triệt nhiễu ISI trong truyền dẫn số qua kênh có băng tần hữu hạn

Trong truyền dẫn thông tin số việc chuyển thông tin qua phương tiện truyền dẫn số có tầm quan trọng rất đặc biệt do các thông số của kênh bị tác động bởi môi trường truyền rất lớn.việc truyền thông các thông tin số trên các đường truyền dẫn có độ rộng băng thông hữu hạn đòi hỏi phải nghiên cứu và đưa ra các giải pháp giảm ảnh hưởng của môi trường truyền dẫn. Vấn để đặc thù của truyền dẫn tín hiệu số trên các kênh có băng thông hữu hạn là xuyên nhiễu giữa các ký hiệu (ISI: InterSymbol Interference). Sự tồn tại của ISI có thể dẫn đến tín hiệu thu được bị méo rất lớn và tin tức có thể nhận sai. Vì vậy, việc tìm ra các giải pháp thiết kế tín hiệu để hạn chế các tác động của ISI là hết sức cần thiết.Nội dung đồ án gồm 4 chương:Chương 1: Khái niệm chung về quá trình truyền tinChương này trình bày khái niệm yêu cầu của quá trình truyền tin qua một hệ thống là phải đủ xa, nhanh và chính xác.Tuy nhiên hạn chế và cản trở của 3 yêu cầu trên chính là các yếu tố công suất, độ rộng băng tần kênh truyền và can nhiễu.Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạnNội dung chương này trình bày khá chi tiết về đặc trưng của các yếu tố quyết định ảnh hưởng đến quá trình truyền tin gây nhiễu.Phân tích thành phần nhiễu ISI của tín hiệu khi truyền qua hệ thống.Tín hiệu PAM có thể viết: Tín hiệu nhận được sau khi qua hệ thống được phân tích thành: là một hệ số tỷ lệ tùy ý, để đơn giản ta chọn bằng đơn vị.Khi đó: Số hạng biểu thị symbol thông tin mông muốn tại thời điểm lấy mẫu thứ k, còn số hạng: Biểu thị lượng ISI, còn là tạp âm cộng tại thời điểm lấy mẫu thứ k.Chương 3: Nhiễu ISI và các giải pháp kiểm soát hoặc triệt nhiễuChương này trình bày về các giải pháp lọc xung tín hiệu cho phù hợp với kênh truyền nhằm mục đích để triệt nhiễu ISI hoặc kiểm soát được.Sơ đồ khối của hệ thống truyền tin qua kênh có băng thông hữu hạn Hình 2.1 sơ đồ khối của quá trình truyền tin Dữ liệu lối và là dãy tín hiệu đã được điều chế BPSKBộ lọc phát Raise Cosine Filter có đặc tính tần số : Trong đó là hệ số uốn , giá trị trong khoảng , còn 1T là tốc độ symbolĐáp ứng tần số của bộ lọc sử dụng tín hiệu đáp ứng một phần: , X(f) = , với các giá trị khác của fỞ đây kênh truyền có đáp ưng xung là : C(t)=2wsinc(2wt)Bộ lọc thu phối hợp với bộ lọc phátBộ sang bằng:

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án em chép đồ án công trình nghiên cứu có từ trước ĐÀ NẴNG, ngày…tháng năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Toàn Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC .2 ISI intersymbol interfrence Nhiễu xuyên kí tự PAM pulse amplitude modulation Điều chế xung mã M-QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế cầu phương PSK phase shift keying Dịch khóa pha BPSK Bit phase shitf key Điều chế pha nhị phân MMSE Minimum Mean-Square Error Tối thiểu lỗi bình phương trung bình BER Bit error Rate Tỉ lệ lỗi bit RRC Root raise cosine filter Bộ lọc cosine nâng LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN TIN 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Truyền tin số 1.3 Kênh truyền tin 10 1.4 Tín hiệu băng sở .12 1.5 Kết luận chương 12 CHƯƠNG 2: TRUYỀN DẪN SỐ QUA KÊNH CÓ BĂNG THÔNG HỮU HẠN 14 2.1 Giới thiệu chương .14 2.2 Phổ công suất tín hiệu số kênh truyền dẫn 14 2.3 Đặc trưng kênh có độ rộng băng thông hữu hạn méo kênh .16 2.4 Ảnh hưởng ISI .21 2.4.1 Xuyên nhiễu dấu (ISI) 21 2.4.2 Đặc trưng xuyên nhiễu dấu 22 2.5 Các giải pháp hạn chế ISI 25 Trang Mục lục 2.5.1 Cưỡng ISI không 25 2.5.2 Kiểm soát lượng ISI 30 2.5.3 Sử dụng san 32 2.6 Kết luận chương 36 CHƯƠNG 3: ISI VÀ GIẢI PHÁP TRIỆT NHIỄU HOẶC KIỂM SOÁT LƯỢNG ISI 37 3.1 Giới thiệu chương .37 3.2 Nguyên tắc chung thiết kế hệ thống băng thông hữu hạn 37 3.3 Thiết lọc để ISI không 39 3.4 Các giải pháp xử lý tín hiệu để có ISI kiểm soát 41 3.4.1 Thiết kế lọc để có ISI kiểm soát 41 3.4.2 Giải pháp tiền mã hóa .45 3.5 kết luận chương 47 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ISI VÀ MÔ PHỎNG BER CỦA HỆ THỐNG 48 4.1 Giới thiệu chương .48 4.2 Mô tín hiệu truyền dẫn kênh có băng thông hữu hạn 48 4.2.1 Tín hiệu PAM với độ tương quan không 48 4.2.2 Tín hiệu PAM với độ tương quan khác không 49 4.3 Mô kênh truyền dẫn có băng thông hữu hạn 50 4.4 Mô xuyên nhiễu ký hiệu(ISI) .52 4.5 Mô thiết kế lọc để ISI không 56 4.6 Mô thiết kế lọc để có ISI kiểm soát .58 4.7 Mô tín hiệu BER hệ thống 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 PHỤ LỤC 70 Trang Mục lục Trang Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ISI intersymbol interfrence Nhiễu xuyên kí tự PAM pulse amplitude modulation Điều chế xung mã M-QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế cầu phương PSK phase shift keying Dịch khóa pha BPSK Bit phase shitf key Điều chế pha nhị phân MMSE Minimum Mean-Square Error Tối thiểu lỗi bình phương trung bình BER Bit error Rate Tỉ lệ lỗi bit QPSK Quadrature phase shift keying Khóa dịch pha trạng thái AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễu Gauss FIR Finite impulse response Đáp ứng xung hữu hạn HF high frequency Tần số cao RRC MC Root raise cosine filter MONTE-CARLO Bộ lọc cosine nâng Mô Monte-Carlo Trang Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Trong truyền dẫn thông tin số việc chuyển thông tin qua phương tiện truyền dẫn số có tầm quan trọng đặc biệt thông số kênh bị tác động môi trường truyền lớn Các tác động ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền dẫn Cùng với phát triển công nghệ vật liệu phát triển công nghệ thông tin số, dung lượng thông tin tăng lên, môi trường truyền dẫn bị bó hẹp có nhiều thông tin ảnh hưởng thông tin kênh truyền dẫn tăng cao Trong việc phát triển sở hạ tầng có giới hạn nhiều nơi phát triển sở đường truyền thông dụng có sẵn (đường điện thoại, thông tin di động) việc truyền thông thông tin số đường truyền dẫn có độ rộng băng thông hữu hạn đòi hỏi phải nghiên cứu đưa giải pháp giảm ảnh hưởng môi trường truyền dẫn Vấn để đặc thù truyền dẫn tín hiệu số kênh có băng thông hữu hạn xuyên nhiễu ký hiệu (ISI: InterSymbol Interference) Sự tồn ISI dẫn đến tín hiệu thu bị méo lớn tin tức nhận sai Vì vậy, việc tìm giải pháp thiết kế tín hiệu để hạn chế tác động ISI cần thiết Đề tài: “Các giải pháp kiểm soát triệt nhiễu ISI truyền dẫn số qua kênh có băng tần hữu hạn” Đề tài em gồm chương: Chương 1: Khái niệm chung trình truyền tin Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn Chương 3: Nhiễu ISI giải pháp triệt nhiễu kiểm soát lượng ISI Chương 4: Phân tích ISI mô BER hệ thống Trong trình làm đồ án tôt nghiệp, em cố gắng nhiều trình độ có hạn nên tránh khỏi sai xót, em mong nhận phê bình, hướng dẫn giúp đỡ thầy cô, bạn bè Trang Lời nói đầu Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình cô giáo tiến sỹ Bùi Thị Minh Tú thầy cô môn Điện tử viễn thông giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trang Chương 1: Khái niệm chung trình truyền tin CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH TRUYỀN TIN 1.1 Giới thiệu chương Quá trình truyền tin trình truyền thông tin từ nơi đến nơi khác theo yêu cầu xa, nhanh, đủ (chính xác) Ba yêu cầu giản dị người hiểu xác lịch sử đòi hỏi bao cách mạng kỹ thuật ngày thực tốt điều Hạn chế cản trở yêu cầu truyền tin nói yếu tố công suất, độ rộng băng tần kênh truyền can nhiễu (ở đề cập đến can nhiễu ồn chưa nói đến can nhiễu đặc thù khác ảnh hưởng đến truyền tin can nhiễu chuyển động, hiệu ứng đa đường truyền…sẽ nghiên cứu chuyên đề khác) Công suất phát tin lớn, truyền tin xa Băng tần truyền dẫn rộng tốc độ thông tin nhanh cuối can nhiễu lỗi truyền tin xảy Vấn đề yếu tố hạn chế cản trở yêu cầu truyền tin nào, cách với kỹ thuật truyền tin số khắc phục vượt qua cản trở Để bắt đầu ta nêu hệ thống truyền tin tiêu biểu (hình 1.1) Hệ thống có phần là: phát, kênh truyền thu Bộ phát chuyển tín hiệu tin tạo từ nguồn tin thành tín hiệu phát dạng thích hợp để truyền kênh truyền Tín hiệu thu sau kênh truyền phiên tín hiệu phát bị làm méo kênh truyền Nhiệm vụ thu phải tạo lại tín hiệu gốc (tín hiệu tin) bên phát từ phiên nhận này, từ tạo lại tin 1.2 Truyền tin số Truyền tin số có nhiều ưu điểm kỹ thuật tương tự, sử dụng số hữu hạn dạng sóng (ký hiệu truyền tách biệt nhau) để truyền tin Mỗi dạng sóng truyền khoảng thời gian xác định gọi chu kỳ ký hiệu đại diện truyền liệu tin (hay tổ hợp bit) gọi báo hiệu (Signalings) Kỹ thuật có ưu điểm bật là: chống nhiễu đường truyền tốt Trang Chương 1: Khái niệm chung trình truyền tin (vì nhiễu không đủ mạnh làm méo dạng sóng thành dạng sóng kia, gây nên nhầm lẫn nơi thu), song đòi hỏi tin nguồn phải số hóa (biểu diễn số hữu hạn ký hiệu) Ví dụ: văn tiếng Việt dùng 24 chữ cái, đếm dùng 10 số, nhạc dùng nốt vài ký hiệu bổ sung…Trong đồ án ta coi tin nguồn số hóa ta nghiên cứu kỹ thuật truyền số qua kênh Việc số hóa tin tương tự phải trả giá sai số ( Gọi sai số lượng tử, nhiên sai số lại điều khiển được) So sánh với kỹ thuật truyền tin tương tự, tin không mắc sai số số hóa, song dùng vô số dạng sóng (tín hiệu liên tục) đường truyền nên can nhiễu làm thay đổi dạng sóng, gây nên sai số định nơi thu mà góc độ khó điều khiển Ngoài việc số hóa kỹ thuật truyền tin tạo nên tiêu chuẩn thay đổi linh hoạt chương trình phần mềm tạo dịch vụ chưa có truyền tin tương tự Nói ta không quên rằng, kỹ thuật truyền tin tương tự có đỉnh cao vĩ đại tạo truyền hình màu hay điều khiển đưa người lên mặt trăng số kỹ thuật điều khiển tốc độ cực nhanh dùng đến kỹ thuật tương tự Khi vận dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuật truyền tin số thường có vấn đề sau đặt ra: - Bản tin phải biểu diễn (mã nguồn) với số it ký hiệu nhất, theo mã nhị phân tức cần bit Lý thuyết thông tin cho giới hạn số bít tối thiểu cần để biểu diễn Tức số bít tối thiểu biểu diễn đầy đủ tin (làm méo tin) - Khi truyền tin mã nguồn cần bổ sung thêm bit (dư thừa), mà điều làm tăng tốc độ bit, để giảm lỗi truyền tin (gọi kỹ thuật mã kênh điều khiển lỗi), song có giới hạn tốc độ truyền mà vượt qua điều khiển lỗi được, dung kênh qui định độ rộng băng tần kênh truyền tỷ số tín hiệu /ồn C=Blog2(1+SNR) b/s (1.1) Trang Chương 1: Khái niệm chung trình truyền tin Ở B độ rông băng tần kênh truyền, SNR tỷ số công suất tín hiệu công suất ồn C giới hạn tốc độ truyền tin cậy tính bit/ giây Công thức cho thấy có chuyển đổi B SNR Đồng thời yếu tố: công suất, độ rộng băng tần ồn kênh tham gia qui định mức độ “nhanh” truyền tin nói đầu Đây công thức điển hình (do Shannon tổng kết từ năm 1948) đặc trưng cho hệ thống truyền tin số Hình 1.1 Các phận hệ truyền tin 1.3 Kênh truyền tin Kênh truyền tin ta nói đến môi trường vật lý để truyền sóng điện từ mang tin, vấn đề trung tâm hệ truyền tin Nó xác định dung lượng truyền thông tin hệ chất lượng dịch vụ truyền tin Có loại kênh tiêu biểu thực tế: Đường điện thoại - Cáp đồng trục - Sợi quang Kênh viba - Kênh vô tuyến di động - Kênh vệ tinh Đường điện thoại: Là đường truyền tín hiệu điện, tuyến tính, băng giới hạn, thích hợp cho truyền tiếng nói băng sở thông dải (độ rộng từ 300-3100Hz) có tỷ số tín hiệu/ồn cao ~30dB Kênh truyền có đáp ứng độ lớn theo tần số phẳng, không ý đến đáp pha theo tần số (do tai người không nhạy với trễ pha), song truyền ảnh hay liệu phải ý đến điều cần dùng cân thích nghi kết hợp phương pháp điều chế có hiệu suất phổ cao Cáp đồng trục: Có sợi dẫn trung tâm cách điện với vỏ xung quanh; vỏ vật liệu dẫn điện Cáp đồng trục có ưu điểm lớn độ rộng băng tần lớn Trang 10 Chương 4: Phân tích ISI mô BER hệ thống Hình 4.20 tín hiệu qua kênh truyền Hinh 4.20 cho thấy tín hiệu qua kênh truyền có băng thông hữu hạn.Do kênh truyền có băng thông hữu hạn nên tín hiệu qua kênh bị méo Ở kênh truyền có đáp ứng lọc FIR có pha tuyến tính giả thiết kênh truyền có phase không đổi nên tín hiệu qua kênh truyền bị méo biên độ Trang 63 Chương 4: Phân tích ISI mô BER hệ thống Hình 4.21 tín hiệu sau lọc thu Tín hiệu qua lọc thu phối hợp, ảnh hưởng kênh truyền nên tín hiệu không dạng đáp ứng xung lọc Raise cosine filter Hình 4.22 tín hiệu sau san kênh Hình 4.23 phổ tín hiệu sau san kênh Hình 4.22 4.23 đáp ứng xung phổ tín hiệu sau qua equalizer.Bộ equalizer hệ thống lọc kênh nghịch đảo có tác dụng bù méo ảnh hưởng kênh truyền Trang 64 Chương 4: Phân tích ISI mô BER hệ thống Hình 4.24 tín hiệu phát tín hiệu thu Hình 4.24 cho thấy tín hiệu ban đầu tín hiệu sau nhận truyền tín hiệu qua hệ thống băng thông sở.Dựa vào hình ta thấy tín hiệu truyền không bị mắc lỗi Hình 4.25 mô BER hệ thống Trang 65 Chương 4: Phân tích ISI mô BER hệ thống Hình 4.25 mô BER hệ thống truyền tin qua kênh có băng tần hữu hạn,ta thấy BER tiến tới 10^-3 hệ thống khả quan ứng dụng Trang 66 Kết luận hướng phát triển đề tài KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận : Việc truyền liệu số phụ thuộc nhiều vào đặc trưng kênh có băng tần hữu hạn Một hậu nghiêm trọng tượng xuyên nhiễu ký hiệu ISI Ảnh hưởng ISI nhiễu đến chất lượng tín hiệu: Khi nhiễu tăng lên tín hiệu phía thu bị ảnh hưởng lớn, dạng tín hiệu thu bị yếu nhiễu đủ lớn thu ISI làm cho hệ thống nhạy cảm lỗi đồng Các giải pháp khắc phục ISI phân thành hướng: giải pháp thụ động thiết kế tín hiệu có độ rộng phổ hữu hạn giải pháp sử dụng san Đối với việc thiết kế tín hiệu để có ISI không ta phải trả giá bề rộng phổ tín hiệu lớn tần số Nyquist ( W > 2T , T thời gian kéo dài symbol), mà phần lớn gọi đoạn băng dôi Ngược lại, thiết kế tín hiệu để có ISI kiểm soát ta cố gắng ép bề rộng phổ tín hiệu lại tối thiểu với tần số Nyquist chịu lượng ISI định, mà xác định trước Trong trường hợp có tính đến tác động tạp âm tín hiệu phản ứng cục tồn tượng lan sai khắc phục cách mã hóa trước tín hiệu trước phát Để tránh ảnh hưởng môi trường truyền tín hiệu người ta thiết kế san có tác dụng bù méo gây kênh có độ rộng băng thông hữu hạn Méo kênh gây xuyên nhiễu ký hiệu (ISI), mà gây nên lỗi giải điều chế tín hiệu Về thực chất xem san lọc số Nếu mô kênh có băng tần hữu hạn lọc lọc san lọc nghịch đảo lọc kênh Một san kênh thiết bị làm giảm xuyên nhiễu ký hiệu làm giảm tỷ lệ lỗi chuỗi số liệu sau giải điều chế Kết đạt đề tài: • Đề tài trình bày đầy đủ nhiễu ISI truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn.Ngoài ra, đề tài sâu phân tích trình hình Trang 67 Kết luận hướng phát triển đề tài thành nhiễu đưa giải pháp triệt nhiễu kiểm soát lượng nhiễu truyền tín hiệu qua kênh có băng thông giới hạn • Về chương trình mô phỏng: cho thấy hoạt động xác khối hệ thống thông qua việc so sánh chuỗi tín hiệu vào tín hiệu thu được.Tuy nhiên, đồ án dừng mức mô tín hiệu vào san kênh chưa tối ưu Hướng phát triển đề tài : Trong tương lai đồ án phát triển nghiên cứu cách chi tiết phát triển lên hệ thống thông tin số truyền dẫn số qua điều chế sóng mang.Tín hiệu vào nâng lên thành tín hiệu nhiều mức dừng lại mức đơn giản BPSK.sử dụng RRC thay cho raise cosine filter san kênh thiết kế san kênh thích nghi theo tiêu chí MMSE thực mô MONTE-CARLO hệ thống truyền tin nhị phân Trang 68 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, “Kỹ thuật truyền dẫn số”, NXB Quân đội nhân dân, 2001 [2] Nguyễn Quốc Bình, “Các hệ thống thông tin trình bày thông qua sử dụng MATLAP”, Học viện kỹ thuật quân sự, 2003 [3] Thái Hồng Nhị - Phạm Minh Việt , “Hệ thống viễn thông” - tập một, Nhà xuất giáo dục, 2004 [4] Đặng Văn Chuyết – Nguyễn Tuấn Anh,”Cơ sở lí thuyết truyền tin”, Tập 2, NXB Giáo dục, 2000 [5] Nguyễn Quốc Trung, ”Xử lí tín hiệu lọc số"; Tập ", NXN Khoa học kỹ thuật, 1998 [6] Proakis J.G & Ingle V.K, "Digital Signal Processing Using Matlab", Book/Cole, Thomson Learning, 2000 [7] Proakis J.G, "Digital Communications", 3nd edition., New York MeGrawHill, 1995 [8]Proakis J.G & Manolakis D.G, “Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications”, Macmillan, New York, NY, third edition, 1996 [9] Jackson L.B, “DigitalFilters and Signal Processing”, Kluwer, Boston MA, 1996 [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Root-raised-cosine_filter [11]http://www.dsplog.com/2008/04/22/raised-cosine-filter-for-transmitpulse-shaping/ Trang 69 Phụ lục PHỤ LỤC Code mô kênh lọc số: echo on Length=101; Fs=10000; W=2000; Ts=1/Fs; n=-(Length-1)/2:(Length-1)/2; t=Ts*n; h=2*W*sinc(2*W*t); % The rectangular windowed version follows N=61; rec_windowed_h=h((Length-N)/2+1:(Length+N)/2); % Frequency response of rec_windowed_h follows [rec_windowed_H,W1]=freqz(rec_windowed_h,1); % To normalized the magnitude rec_windowed_H_in_dB=20*log10(abs(rec_windowed_H)/abs(rec_windowed_H(1))) ; % The Hanning windowed version follows hanning_window=hanning(N); hanning_windowed_h=h((Length-N)/2+1:(Length+N)/2).*hanning_windowed.'; [hanning_windowed_H,W2]=freqz(hanning_windowed_h,1); hanning_windowed_H_in_dB=20*log10(abs(hanning_windowed_H)/abs(hanning_win dowed_H(1))); % Plotting commands follows figure(1); stem(h); figure(2); stem(rec_windowed_h); figure(3); plot(rec_windowed_H_in_dB); figure(4); stem(hanning_windowed_h); figure(5); plot(hanning_windowed_H_in_dB); Code mô tín hiệu PAM : % tin hieu PAM voi rong tuong quan bang echo on T=1; delta_f=1/(100*T); f=-5/T:delta_f:5/T; sgma_a=1; Sv=sgma_a^2*sinc(f*T).^2; % Plotting command follows figure(1); plot(f,Sv); xlabel('f'); ylabel('Sv(t)'); title('pho tin hieu PAM voi rong tuong quan bang 0'); %%%%do rong tuong quan khac f1=-5/T:delta_f:5/T; Trang 70 Phụ lục Sv1=2*(cos(pi*f*T).*sinc(f*T)).^2; figure(2); % Plotting command follows plot(f1,Sv1); xlabel('f'); ylabel('Sv(t)'); title('pho tin hieu PAM voi rong tuong quan khac 0'); Code mô xuyên nhiễu kí hiệu: % MATLAP script for Illustrative Problem N=52; for i=1:N, % generate data sequence if(rand0 plot(rec_sig1(kk),0,'o'); else plot(rec_sig1(kk),0,'x'); end; axis=([-2 -1 1]); hold on; end; legend('1 is transmitted ','-1 is transmitted '); figure; % Signal with noise for kk=1:N-2 if I(kk+2)>0 plot(y1(kk),0,'o'); else plot(y1(kk),0,'x'); end; axis=([-2 -1 1]); hold on; Trang 71 Phụ lục end; legend('1 is transmitted','-1 is transmitted'); % For channel figure; % Signal without noise for kk=1:N-2 if I(kk+2)>0 plot(rec_sig2(kk),0,'o'); else plot(rec_sig2(kk),0,'x'); end; axis=([-2 -1 1]); hold on; end; legend('1 is transmitted','-1 is transmitted'); figure; % Signal with noise for kk=1:N-2 if I(kk+2)>0 plot(y2(kk),0,'o'); else plot(y2(kk),0,'x'); end; axis=([-2 -1 1]); hold on; end; legend('1 is transmitted','-1 is transmitted'); Code mô thiết kế lọc để ISI =0 : echo on N=51; T=1; alpha=1/4; n=-(N-1)/2:(N-1)/2; % The indeces for g_T % The expression for g_T is obtained next for i=1:length(n), g_T(i)=0; for m=-(N-1)/2:(N-1)/2, g_T(i)=g_T(i)+sqrt(xrc(4*m/(N*T), alpha,T))*exp(j*2*pi*m*n(i)/N); echo off; end; end; echo on; g_T=real(g_T); % The imaginary part is due to the finite machine precision % derive g_T(n-(N-1)/2) n2=0:N-1; % get the frequency response characteristics [G_T,W]=freqz(g_T,1); % normalized magnitude response magG_T_in_dB=20*log10(abs(G_T)/max(abs(G_T))); % Impulse response of the cascade of the transmitter and the receiver filters g_R=g_T; imp_resp_of_cascade=conv(g_R,g_T); % plotting commands follow figure(1); Trang 72 Phụ lục stem(g_T); xlabel('n'); ylabel('amplitude'); title('dap ung xung cua mach loc cosine nang'); figure(2); plot(magG_T_in_dB); xlabel('f'); ylabel('amplitude'); title('dap ung tan so cua mach loc cosine nang'); figure(3); stem(imp_resp_of_cascade); Code mô thiết kế lọc để có ISI kiểm soát : echo on N=51; T=1.5; W=1.5/(2*T); n=-(N-1)/2:(N-1)/2; ; % The indeces for g_T % The expression for g_T is obtained next for i=1:length(n), g_T(i)=0; for m=-(N-1)/2:(N-1)/2, if (abs((4*m)/(N*T))0; %Giai dieu che BPSK figure(12); subplot(2,1,1) stem(m1); xlabel('M'); Trang 75 Phụ lục ylabel('amplitude'); title('transmit data signal'); subplot(2,1,2) stem(bit1); xlabel('M'); ylabel('amplitude'); title('received data signal'); Mô BER hệ thống: %////// Matlab mô BER qua hệ thống clc; clear all close all w=1000; T=0.00075; %%%% bit rate Fs=4/T; Ts=1/Fs; alpha=0.3; %%roll-off factor N=51; NR = 100; %So lan lap n=-(N-1)/2:(N-1)/2; % The indeces for g_T % The expression for g_T is obtained next for i=1:length(n), g_T(i)=0; for m=-(N-1)/2:(N-1)/2, g_T(i)=g_T(i)+sqrt(xrc(4*m/(N*T), alpha,T))*exp(j*2*pi*m*n(i)/N); echo off; end; end; hh=g_T(i); M=25; SNR=0:2:20; BER=zeros(size(SNR)); Length=3; L=4*M; n0=-(Length-1)/2:(Length-1)/2; %%% tín hiệu qua kênh truyền có băng thông hữu hạn t=Ts*n0; kenh=2*w*sinc(2*w*t); for ss = 1:length(SNR) err=0; No=10^(-SNR(ss)/10); % Công suất nhiễu for nn=1:NR bit = rand(1,M)>0.5; % generating 0,1 with equal probability m1 = 2*bit-1; % BPSK modulation -> -1; -> oversampling=upsample(m1,T/Ts); h=hh; % get the frequency response characteristics s=filter(h,1,oversampling); Q=fft(s,length(s)); kk=filter(kenh,1,s); %// mô tín hiệu cộng nhiễu %io=ifft(kk); noise = sqrt(No)*(randn(1,length(kk))+ j*randn(1,length(kk)))*sqrt(1/2); y9= kk + noise ; w=fft(y9,length(y9)); % ///tin hieu qua mach loc thu Rx mlop=conj(h); Trang 76 Phụ lục z=filter(mlop,1,y9); w1=fft(z,length(z)); %%% tín hiệu qua equalizer kenh_conv1=convmtx(transpose(kenh),L); kenh_conv=kenh_conv1(1:L,:); gf=eye(L); milo1=pinv(kenh_conv'*kenh_conv)*kenh_conv'*gf; milo = milo1(:,1); equalized_z=filter(milo,1,z); for i=1:length(equalized_z), downsampled_equalizer_output((i+1))=equalized_z(i); echo off; end; qp=fft(equalized_z,length(equalized_z)); kl=downsample(equalized_z,T/Ts); bit1=real(kl)>0; %Giai dieu che BPSK err=err+length(find(xor(bit1,bit))); end BER(ss)=err/(NR*M); end figure subplot(2,1,1) stem(bit) subplot(2,1,2) stem(bit1) figure semilogy(SNR,BER) grid on Tạo hàm cosine nâng : function [y]=xrc(f,alpha,T); % [y]=xrc(f,alpha,T) % evaluates the expression Xrc(f) The paraneters alpha and T % must also be given as inputs to the function if (abs(f)>((1+alpha)/(2*T))), y=0; elseif (abs(f)>((1-alpha)/(2*T))), y=(T/2)*(1+cos((pi*T/alpha)*(abs(f)-(1-alpha)/(2*T)))); else y=T; end; Trang 77 [...]... nhìn tổng quan về quá trình truyền tin Trang 13 Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn CHƯƠNG 2: TRUYỀN DẪN SỐ QUA KÊNH CÓ BĂNG THÔNG HỮU HẠN 2.1 Giới thiệu chương Độ rộng băng tần của kênh truyền là hữu hạn, việc truyền một tín hiệu có băng thông lớn hơn băng thông của kênh truyền sẽ nảy sinh nhiều vấn đề về nhiễu dẫn đến tín hiệu thu quyết định sai mà cụ thể ở đây là nhiễu ISI. Trong chương... Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn Bên cạnh các kênh điện thoại còn có các kênh vật lý khác cũng biểu hiện một dạng nào đó của phân tán về thời gian (time dispersive) và do vậy cũng gây nên ISI Các kênh vô tuyến, như các kênh sóng ngắn tầng điện ly (HF), các kênh đối lưu và các kênh vô tuyến di động tế bào, là ba thí dụ về các kênh vô tuyến phân tán về thời gian Trong các kênh này,... tích các đặc trưng của nhiễu ISI và cho thấy được thành phần nhiễu ISI tồn tại ISI khi truyền qua kênh có băng thông hữu hạn để từ đó có biện pháp khắc phục nhiễu 2.2 Phổ công suất của tín hiệu số trên kênh truyền dẫn Trong một hệ thống truyền tin nhị phân, tín hiệu nhị phân gồm 1 dãy các số 0 và 1 (mỗi con số được gọi là 1 bit) được truyền đi bằng 2 dạng sóng tín hiệu s0(t) và s1(t) Đối với hệ thống truyền. .. phổ không hạn chế trên các kênh có băng tần hạn chế mà không có ISI hoặc có ISI kiểm soát được hay không Như vậy, sự chồng lấn lên nhau trong miền thời gian giữa các dấu (symbol) do méo kênh gây ra bởi đặc tính của đáp ứng tần số của kênh là không lý tưởng hoặc do hiệu ứng đa đường của các kênh vô tuyến được gọi là xuyên nhiễu giữa các ký hiệu (symbol) 2.4.2 Đặc trưng của xuyên nhiễu giữa các dấu Theo... sóng có độ dài hữu hạn, phổ của chúng (nhận được thông qua biến đổi Fourier) sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số Sẽ không có vấn đề gì nảy sinh trong việc truyền các tín hiệu dạng sóng có phổ vô hạn như thế trên kênh liên tục nếu băng tần truyền dẫn của hệ thống không bị hạn chế, đặc tính biên độ - tấn số của hệ thống thì bằng phẳng, còn đặc tính pha – tần số thì tuyến tính Trong thực tế, băng tần truyền. .. Binary Quaternary Hình 2.5: Các thí dụ về các mẫu mắt đối với ASK (hay PAM) nhị phân và 4 mức Trang 24 Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn Hình 2.6: Ảnh hưởng của ISI lên độ mở mẫu mắt 2.5 Các giải pháp hạn chế ISI 2.5.1 Cưỡng bức ISI bằng không Các tín hiệu băng gốc được xem xét trước tiên do chúng ta có thể khảo sát hệ thống truyền dẫn thông qua hệ thống tương đương thông thấp, và các. .. tính có thể coi là tín hiệu số băng cơ sở) Để truyền dẫn, tín hiệu bản tin phải được chuyển thành tín hiệu phát có tính chất phù hợp với kênh truyền, Trong truyền dẫn băng cơ sở: Băng tần kênh hỗ trợ phù hợp với băng tần tín hiệu bản tin, nên có thể truyền trực tiếp tín hiệu bản tin Liên hệ nghịch đảo giữa thời gian và tần số: Theo những tính chất của biến đổi Fourier trong lý thuyết xử lý tín hiệu có. .. Do đó ISI sẽ nhỏ ngay cả khi đồng bộ không lý tưởng 2.5.2 Kiểm soát lượng ISI Việc truyền không có ISI chuỗi tín hiệu số có tốc độ 2W symbol/s đòi hỏi phải có băng tần truyền dẫn tối thiểu là W Đó chính là trường hợp bộ lọc lý tưởng Bộ lọc như vậy không thể truyền được trong thực tế Do vậy để có thể truyền được tốc độ tới 2W symbol/s mà không có ISI phải sử dụng các đặc tính bộ lọc có độ rộng băng lớn... hoàn toàn ISI được vì nó có độ dài hữu hạn Tuy nhiêu, khi K tăng, phần ISI còn dư có thể giảm được, và tới giới hạn K → ∞ , ISI sẽ bị triệt tiêu hoàn toàn Trang 35 Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn Một hạn chế đối với bộ san bằng cưỡng bức không là ở chỗ nó bỏ qua không tính đến sự có mặt của tạp âm cộng Như một hệ quả, việc sử dụng của nó có thể tăng cường đáng kể tạp âm Có thể dễ... méo trễ của kênh gây ra xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI) Như sẽ được bàn bạc trong chương này, có thể bù được đặc tính đáp ứng tần số không lý tưởng của kênh bằng cách sử dụng một mạch lọc hay mạch san bằng tại bộ giải điều chế Hình 2.1(c) minh họa lối ra của một bộ san bằng tuyến tính mà nó bù khử đối với méo tuyến tính trong kênh Trang 17 Chương 2: Truyền dẫn số qua kênh có băng thông hữu hạn Hình 2.1: