XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)”

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng 2 tháng nghiên cứu và tìm hiểu em đã hoàn thành xong đồ ántốt nghiệp của mình Đây là những kiến thức em đã học hỏi và tích lũy trongnhững năm học trên Đại học Hàng Hải Việt Nam Qua đây em xin chân thànhcảm ơn các thầy – cô giáo trong trường tử nói chung và các thầy – cô trong bộmôn Điện tử viễn thông nói riêng, những người đã tận tâm, nhiệt tình giảng dạykiến thức cho em trong những năm học vừa qua và tạo điều kiện cho em để em

có thể hoàn thành được quyển đồ án này

Qua đây em cũng gửi lời cảm ơn đến thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG,người đã trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng là lời cảm ơn của em đến gia đình, tất cả các bạn bè trong lớpĐTV52 - ĐH1 cũng như các anh chị đã giúp đỡ, chia sẻ và động viên em trongsuốt quá trình học tập tại trường

Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015

Sinh viên Hoàng Hà Thu

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi: Hội đồng bảo vệ bộ môn Điện tử - Viễn thông, trường Đại họcHàng Hải Việt Nam

Đồ án tốt nghiệp em đã làm có tên như sau:

“Xây dựng chương trình mô phỏng Monte-Carlo để đánh giá chất lượng hệ thống thông tin số sử dụng 8 sóng mang trực giao (M=8)”.

Em xin cam đoan đồ án này không giống hoàn toàn với các đồ án hoặccông trình trước đây đã có

Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015

Sinh viên Hoàng Hà Thu

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 2

1.1 Giới thiệu về hệ thống viễn thông 2

1.2 Các thành phần chính của mạng viễn thông 4

1.3 Quá trình phát triển của hệ thống truyền tin 4

1.4 Kênh thông tin và đặc tính của kênh 7

1.5 Những nét cơ bản về hệ thống thông tin số 8

1.6 Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình 9

1.7 Các tham số chất lượng của hệ thống thông tin số 14

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ 17

2.1 Tổng quan về điều chế số 17

2.2 Các phương pháp điều chế số 18

2.2.1 Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Keyimg) 18

2.2.2 Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Keying) 21

2.2.3 Khóa dịch pha (PSK – Phase Shift Keying) 24

2.2.4 QAM – Quadrature Amplitude Modulation 26

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ VỚI 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO 28

3.1 Khái niệm về sự trực giao của hai tín hiệu 28

3.2 Giới thiệu về các tín hiệu trực giao nhiều chiều 28

3.2 Chương trình mô phỏng 35

3.2.1 Đặt vấn đề và lời giải 35

3.2.2 Tìm hiểu sâu về chương trình gốc 37

3.2.3 Chương trình mô phỏng cho hệ thống truyền tin số áp dụng M = 8 tín hiệu trực giao 42

3.3 Kết quả và nhận xét 49

KẾT LUẬN 54 PHỤ LỤC 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN

Pulse Code Modulator – Điều chế xung mã

Amplitude Shift Keying – Khóa dịch biên độ

Frequency Shift Keying – Khóa dịch tần số

Phase Shift Keying – Khóa dịch pha

Quadrature Amplitude Modulation – Điều chế biên độ vuông góc

Time Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theo thời gianFrequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tầnsố

Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theoo mãData Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu

Data Circuit terminating Equipment – Thiết bị kết thúc mạch dữ liệuNetwork Management Centre - Trung tâm quản lý mạng

Packet Switching Exchange – Tổng đài chuyển mạch gói

Time Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo thời gianFrequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần sốCode Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo mã

Amplitude Modulation – Điều chế biên độ

Frequency Modulation – Điều chế tần số

Phase Modulation – Điều chế pha

Consultative Committee on International Radio - Ủy ban tư vấn quốc tếInternational Telecommunication Union – Liên minh viễn thông quốc tếConsultative Committee for International Telephone and Telegraph –Hội đồng tư vấn điện thoại và điện báo quốc tế

NRZ Bit – Error Ratio – Tỷ lệ lỗi bit

Non – Return to Zero – Mức điện áp tín hiệu không trở về 0V

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Quá trình phát triển hệ thống truyền tin 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin số tổng

Hình 1.2 Sơ đồ khối tiểu biểu của hệ thống thông tin số 11

Hình 2.2 Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK 2 trạng thái 19

Hình 3.2 Một thí dụ về 4 dạng sóng tín hiệu trực giao cùng năng

Hình 3.7 Sơ đồ khối của hệ thống với M=8 tín hiệu trực giao dùng

Hình 3.8 Xác suất lỗi bit đối với M=4 tín hiệu trực giao nhận được từ

mô phỏng Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết 49Hình 3.9 Xác suất lỗi bit đối với M=8 tín hiệu trực giao nhận được từ

mô phỏng Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết

50

Hình 3.10 So sánh giữa trường hợp M=4 và M=8 trên cùng 1 đồ thị 51Hình 3.11 Kết quả sau khi thay đổi bước nhảy của SNR là 1 (M=8) 52Hình 3.12 Kết quả sau khi thay đổi bước nhảy của SNR là 0.5 (M=8) 52

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, các hệ thống thông tin liên lạc đang phát triển rất mạnh mẽ.Không chỉ riêng ở thế giới mà ngay cả ở Việt Nam chúng ta cũng thấy được sựthay đổi đáng kể các hệ thống thông tin liên lạc nên nó sẽ đóng vai trò chủ yếucho việc phát triển tương lai của xã hội thông tin trên toàn các châu lục Với sựtiến bộ trong công nghệ đã hình thành nên hệ thống thông tin số để đáp ứngđược nhu cầu sử dụng ngày càng cao của con người Hệ thống thông tin số đãtrở nên thông dụng ở mọi quốc gia với nhiều ưu điểm và ứng dụng rộng rãitrong các lĩnh vực thông tin, trong cuộc sống hàng ngày v.v thay cho hệ thốngthông tin tương tự cổ điển và phức tạp trước đây Ở nước ta hiện nay các cơ cấuchuyển mạch cũng như các hệ thống truyền dẫn trong một số ngành như bưuđiện, di động cũng đã được số hóa một cách hiện đại hơn Hệ thống thông tin

số đã đáp ứng được khá nhiều mặt hạn chế của hệ thống thông tin tương tự Việcnghiên cứu về các hệ thống thông tin số đã trở thành nội dung cơ bản trong việcđào tạo các kỹ sư trẻ

Nhận thấy được sự nổi trội của hệ thống thông tin số nên em đã thực hiện

đồ án “ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8 SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

LÊ QUỐC VƯỢNG Trong đồ án em chỉ tập trung vào việc khảo sát xác suấtlỗi bit xảy ra so với xác suất lỗi lý thuyết trong trường hợp M=8 sóng mang trựcgiao trên phần mềm mô phỏng Matlab chứ không làm thêm các trường hợp cónhiều sóng mang trực giao hơn như M=16, M=32, M=64…

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ1.1 Giới thiệu về hệ thống viễn thông

Các hệ thống viễn thông (Telecommunication Systems) được tạo ra để

truyền thông tin như dữ liệu, tiếng nói, âm thanh hoặc tin tức, hình ảnh, văn bảnqua một cự ly nào đó Các dịch vụ điện báo và điện thoại chưa được cải tiến từnhững năm trước đây sau này được phát triển dần thành các hệ thống viễn thôngngày nay Hiện tại, hệ thống này rất tiện ích và đa dạng, phong phú, nhằm đápứng cho nhu cầu truyền dữ liệu và trao đổi thông tin ngày càng cao của conngười

Hệ thống điện thoại là hệ thống mạng có tuổi đời lâu nhất và lớn nhất

trong các loại mạng viễn thông Trước đây, mạng điện thoại được thiết kế chỉ đểtạo lại được tín hiệu bằng tiếng nói được phát từ một nguồn ở nơi xa Ngày nay,

hệ thống điện thoại đã trở nên đa dạng và hiện đại hơn rất nhiều để bắt kịp xuhướng phát triển trong thời đại công nghệ Chúng sử dụng các máy tính số lớntại trung tâm (CO – Central Office) để chuyển mạch các cuộc gọi và kiểm trachất lượng của hệ thống điện thoại Mạng điện thoại được hình thành trước tiên

là để cung cấp dịch vụ truyền tín hiệu thoại, nhưng ngày nay vai trò của nó ngàycàng được phát triển rộng rãi hơn từ dịch vụ gọi điện thoại thông thường chođến dịch vụ fax, truyền số liệu, điện thoại di động,

Mạng số liệu chuyển mạch công cộng CSPDN (Circuit Switching Public

Data Network) ra đời từ những năm 1980 tại các quốc gia Scandinavia Những

năm gần đây số lượng thuê bao đang ngày càng tăng lên theo cấp số nhân.CSPDN đã gây được sự chú ý của rất nhiều khách hàng tiềm năng CSPDN làmạng chuyển mạch kênh, nghĩa là giữa bên gửi và bên nhận kết nối với nhautrực tiếp và phải có cùng tốc độ hoạt động Chế độ truyền trong CSPDN là songsong

Mạng số liệu chuyển mạch gói PSPDN (Packet Switching Public Data

Network) chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu, được giới thiệu rộng rãi trên thế

giới từ những năm 1970 Hầu hết các mạng truyền số liệu trên thế giới hiện nay

là mạng chuyển mạch gói như mạng số liệu chuyển mạch gói ở Canada, USA,Tây Âu, Nhật và một vài nước khác Khách hàng ở đây rất đa dạng, từ các việnnghiên cứu, các công ty, các trường đại học cho đến các nhà kinh doanh cũng sửdụng Điểm hấp dẫn của PSPDN là có thể giúp con người truy nhập được các cơ

sở dữ liệu trên toàn thế giới và trao đổi thông tin một cách tiện lợi giữa các máytính với nhau với mức giá cả vừa phải Trong PSPDN bản tin được chia thànhcác gói tin (packet) và được gửi đi ngay khi có một kết nối rỗi Các gói từ cácthuê bao khác nhau có thể truyền đi trên cùng một kết nối đơn., theo cách này,

có thể có nhiều cuộc gọi thực hiện một kết nối ảo (virtual connection) Để cácgói tin đi đến đúng đích thì nó phải mang theo địa chỉ nhận, khi đến địa chỉ đócác gói cần phải được kết hợp lại thành bản tin gốc bên phát Vì thế điểm khácnhau cơ bản của chuyển mạch gói so với chuyển mạch kênh là ở đây không tồntại kết nối trực tiếp giữa các thuê bao Với chuyển mạch kênh thì mỗi cuộc gọithoại giữa hai thuê bao với nhau sẽ chiếm giữ một kênh nhất định trong thờigian thực hiện cuộc gọi, kênh này sẽ chỉ biến mất khi cuộc gọi thoại kết thúc.Điều này gây lãng phí vì kênh đó chỉ sử dụng 40% thời gian để truyền tín hiệuthoại, số còn lại là thời gian trống, ngắt quãng giữa các câu chữ trong cuộc gọithoại Chính vì thế mà hiện nay chủ yếu sử dụng mạng chuyển mạch gói Mạngchuyển mạch gói bao gồm các thành phần sau: DTE (thiết bị cuối xử lý số liệuhoặc một máy tính mô phỏng thiết bị đầu cuối), DCE (là thiết bị thực hiện traođổi dữ liệu với các DTE, nó có thể là Modem, Card mạng, Multiplexer ), PSE(Tổng đài chuyển mạch gói), NMC (trung tâm quản lý mạng)

Truyền số liệu trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN là

dịch vụ số liệu trong PSTN dùng modem Kết nối được thực hiện giống như mộtcuộc gọi điện thoại thông thường đến thuê bao yêu cầu

Ngoài ra còn rất nhiều mạng và các dịch vụ viễn thông khác nhau nhưmạng cục bộ LAN, mạng băng rộng, mạng cảnh báo

1.2 Các thành phần chính của mạng viễn thông

Tất cả các trang thiết bị trong mạng viễn thông thường được chia làm 4nhóm chính như sau

Nhóm 1 là thiết bị đầu cuối (Terminal equipment) hay còn gọi là thuê bao

(Subcriber), có nhiệm vụ đưa tin tức vào mạng và lấy tin tức từ mạng Tại điểmphát biến đổi tin tức thành tín hiệu phù hợp để truyền qua mạng, còn tại điểmthu chuyển tín hiệu thành tin tức để có thể hiểu được

Nhóm 2 là trung tâm (Center) hay còn gọi là tổng đài (exchange), là nút

mạng (Node) thực hiện những chức năng sau: thu thập nhu cầu của các đốitượng, thực hiện các chức năng biến đổi, tách hoặc ghép các tín hiệu, xử lýthông tin, kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao với nhau, cung cấp các loại mạchgiao tiếp thuê bao nhằm giúp các đối tượng thực hiện được việc trao đổi tin tứcvới nhau

Nhóm 3 là mạng truyền dẫn (Transmission Network) có nhiệm vụ kết nối

nhóm 1 và nhóm 2 gọi là đường dây thuê bao và kết nối nhóm 2 với nhóm 2 gọi

là đường dây trung kế, phục vụ các lưu lượng liên tổng đài

Nhóm 4 là phần mềm (Software) của mạng có nhiệm vụ kết hợp hoạt động

của 3 nhóm trên sao cho có hiệu quả

1.3 Quá trình phát triển của hệ thống truyền tin

Trong quá trình phát triển của con người, việc tìm ra ngôn ngữ là mộtbước tiến trong cuộc cách mạng truyền thông Sau đó, việc tìm ra cách làm nhưthế nào để thông tin có thể truyền đi được nhanh nhất và chính xác nhất đến cácvùng trở thành chủ đề cho nhiều nhà khoa học tìm tòi và nghiên cứu Với nhữngnghiên cứu này, con người có thể truyền thông tin đến khắp mọi nơi mà không

bị giới hạn về không gian và thời gian, đồng thời cũng tạo nên các loại hình dịch

vụ đa dạng về việc chuyển tiếp thư từ, tin tức, điện báo Sau đây, ta đưa ra bảng

giới thiệu về các sự kiện quan trọng trong quá trình phát triển của hệ thốngtruyền tin

Bảng 1.1: Quá trình phát triển hệ thống truyền tin

1897 Chuyển mạch trao đổi tự động theo

từng nấc

Stronger

1905 Giới thiệu về loại điện thoại không

1921 Xuất hiện di động cá nhân Detroit police Tương tự

1928 Giới thiệu các dạng truyền hình điện

tử

Farnsworth Tương tự

1934 Giới thiệu Radar (vô tuyến định vị) Kuhnold

1945 Phát minh vệ tinh địa tĩnh Clarke

1948 Lý thuyết toán học cho thông tin Shannon

1960 Phát triển đầu tiên về laze Maiman

1962 Giới thiệu thông tin vệ tinh TELSTAR 1 Tương tự

1966 Chế tạo ra cáp quang Kao &

1981 Phát minh ra truyền hình có độ phân

giải cao

NHK, NhậtBản

Số

1.4 Kênh thông tin và đặc tính của kênh

Kênh thông tin là môi trường vật lý để cung cấp kết nối giữa bên thu vàbên phát Nó sẽ xác định được lượng dữ liệu và chất lượng của thông tin cầntruyền đi Kênh thông tin có thể lá cáp quang, cáp xoắn đôi hoặc một số thiết bịlưu trữ như băng từ, đĩa từ, đĩa quang

Dưới đây ta sẽ mô tả đặc tính của một vài kênh truyền thông dụng

• Dây cáp:Tiêu biểu cho kênh truyền dạng dây cáp là cáp xoắn đôi và cáp

đồng trục Cáp xoắn đôi để truyền các loại thông tin, số liệu như hình ảnh, âmthanh đến tổng đài hoặc để truyền các tín hiệu thoại trong mạng điện thoại Cápxoắn đôi có độ rộng băng thông khoảng vài trăm kHz Trong khi đó, băng thôngcủa cáp đồng trục lớn hơn, lên đến vài MHz Cáp đồng trục có lõi bên trongcách điện và bên ngoài vỏ là lớp dẫn điện Ngoài ưu điểm là băng thông rông,

cáp đồng trục còn làm giảm khả năng can nhiễu từ bên ngoài Nhưng cáp đồngtrục cần những bộ phát lặp lại ở vị trí gần nhau do độ suy giảm tăng nhanh.

• Cáp quang: được cấu tạo gồm dây dẫn ở giữa bằng thủy tinh hoặc nhựa

đã được chế tạo, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.Dựa vào ưu điểm cung cấpbăng thông lớn hơn so với loại cáp đồng trục cùng với việc suy hao cũng nhưnhiễu tín hiệu tương đối thấp nên cáp quang được sử dụng rất phổ biến và rộngrãi trong viễn thông không chỉ ở một quốc gia riêng lẻ nào mà còn sử dụng trongphạm vi toàn thế giới Do có băng thông rộng nên cáp quang đã hỗ trợ rất nhiềucho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc truyền số liệu, thoại, cũng như hìnhảnh Bộ phát trong cáp quang là nguồn sáng từ LED hoặc laser Thông tin, dữliệu được truyền đi dưới dạng điều chế cường độ ánh sáng

• Sóng điện từ:Trong hệ thống thông tin không dây, năng lượng của điện

từ trường sẽ được bức xạ vào trong môi trường truyền dần nhờ anten Kíchthước và hình dạng của anten sẽ phụ thuộc vào tần số Kích thước của anten phảidài hơn 1/10 bước sóng thì mới đạt hiệu quả trong việc bức xạ năng lượng điện

từ trường Đặc điểm của loại kênh truyền này chịu ảnh hưởng của nhiều nguồngây nhiễu, tạp âm Ngoài ra, trong hệ thống thông tin không dây còn dễ chịu tácđộng bởi hiện tượng Pha-ding, hiện tượng đa đường, suy hao gây ra do mưa, khíquyển

1.5 Những nét cơ bản về hệ thống thông tin số

Các hệ thống thông tin được dùng để truyền thông tin từ nơi này đến nơikhác Tin tức sẽ được truyền đi từ nguồn tin cho đến nơi mà tin tức cần đượcchuyển đến hay còn gọi là đích, là bộ nhận tin dưới dạng các bản tin Bản tinbao gồm một lượng thông tin nào đó Các bản tin được tạo ra từ các nguồn tin.Nguồn tin có thể ở dạng lien tục hoặc rời rạc Tín hiệu là dạng biểu diễn vật lýcủa một bản tin nào đó Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau như cường độ dòngđiện, điện áp, cường độ ánh sáng…

Như chúng ta đã biết, đối với nguồn tin liên tục thì tâp các bản tin là mộttập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc thì tập các bản tin có thể là một tập hữuhạn Nhưng trong trường hợp nguồn tin chỉ có một số hữu hạn các tin thì cácbản tin này cũng đánh số được Do đó, thay vì truyền đi cả bản tin thì ta chỉ cầntruyền đi các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với bản tin đó Tín hiệulúc này chỉ biểu diễn các con số nên được gọi là tín hiệu số Tín hiệu số có cácđặc điểm cơ bản sau:

● Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị

● Tín hiệu số sẽ có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số kýhiệu là Ts

Một số ưu điểm cơ bản của hệ thống thông tin số so với hệ thống thông tin tương tự là:

- Do có khả năng tái sinh lại tín hiệu theo ngưỡng qua từng cự ly nhấtđịnh nên tín hiệu số khỏe hơn đối với tạp âm so với tín hiệu tương tự

- Kỹ thuật mới, điều chế và giải điều chế theo phương thức cải tiến tươngthích với các hệ thống điều khiển và xử lý hiện đại nên có khả năngkhai thác, quản lý và bảo trì hệ thống một cách tự động

- Có khả năng chống nhiễu cao

- Tín hiệu số dễ dàng sửa được khi có lỗi xảy ra

- Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, không có nhiều bộ lọc cồng kềnh

- Giá cả của các mạch số tương đối phải chăng do sử dụng các mạch tíchhợp nhiều tính năng

- Tín hiệu số có thể truyền đi dễ dàng mọi loại bản tin

- Thông tin được bảo mật an toàn do sử dụng các loại mã mật

Tuy nhiên nhược điểm của các hệ thống thông tin số là:

- Băng thông của nó rộng hơn so với các hệ thống thông tin tương tựtrước đây Vì thế cần phải dùng các biện pháp nén bang tần thể thu hẹpphổ lại.

- Việc đồng bộ trong thông tin số thực hiện khó khăn

Những nhược điểm của hệ thống thông tin số là không đáng kể so vớinhiều ưu điểm quan trọng của nó vì vậy trong một thời gian tới, mạng viễnthông sẽ trở nên số hóa hoàn toàn

1.6 Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình

Trước tiên ta xét đến sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số tổng quát

Hệ thống tổng quát gồm có 3 phần chính là: Nguồn tin, kênh tin và nhận tin

Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin số tổng quát

- Nguồn tin là nơi chứa hay sản sinh ra các tin truyền đi, vì thế nguồn tin

có thể là con người hay các thiết bị thu phát tiếng nói, âm thanh, hình ảnh, cácthiết bị lưu trữ và thu nhận thông tin để truyền đi Hay nói cách khác, nguồn tin

là tập hợp các tin tạo thành bản tin mà hệ thống thông tin truyền đi Nếu các tintức là vô hạn thì nguồn tin sinh ra nó là nguồn rời rạc, nếu các tin tức là hữu hạnthì nguồn sinh ra nó là nguồn liên tục

- Kênh tin là môi trường truyền dẫn vật lý từ nơi phát tín hiệu đến nơi thu

tín hiệu Để có thể truyền được trong một môi trường vật lý xác định thì thôngtin cần phải được biến đổi thành dạng tín hiệu thích hợp với môi trường truyền

đó Hay nói cách khác kênh tin vừa là nơi hình thành cũng đồng thời là nơitruyền tín hiệu mang tin và nó cũng có thể sinh ra nhiễu trong quá trình truyềntin nhằm phá hủy thông tin hoặc làm cho thông tin bị mất năng lượng, khôngđược chuẩn xác như từ nguồn tin phát đi

- Nhận tin là nơi lưu trữ tin, khôi phục lại thông tin ban đầu giống như ở

nguồn tin từ đầu ra của tín hiệu ở kênh tin

Dưới đây là Sơ đồ khối tiêu biểu cho các hệ thống thông tin số, trong thực

tế có thể có nhiều hơn hoặc ít hơn hoặc có thể được thay thế bởi một vài khốikhác, nhưng nhìn chung vẫn thực hiện được các nhiệm vụ của hệ thống thôngtin

Hình 1.2: Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số

Hầu hết các tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số (hình ảnh, âm thanh,tiếng nói ) là tín hiệu tương tự Analog

Khối tạo khuôn thực hiện biến đổi tín hiệu đưa vào ở dạng tương tự thành

tín hiệu dạng số Việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được thực

hiện bởi phương pháp điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulator)

Khối giải tạo khuôn thực hiện biến đổi ngược lại đó là chuyển đổi tín

hiệu số sang tín hiệu tương tự giống như dạng tín hiệu đưa vào ban đầu

Khối mã hóa nguồn làm nhiệm vụ giảm số bit dư không cần thiết để

giảm phổ chiếm của tín hiệu số làm cho việc truyền và lưu trữ thông tin đượchiệu quả hơn

Khối mã hóa mật nhằm mật mã hóa bản tin gốc ban đầu bằng một thuật

toán cho phép làm mờ đi nội dung của tin để phục vụ cho việc giữ bí mật thôngtin Nếu các đối tượng không có mã giải thuật toán đó thì sẽ không thể xemđược nội dung thông tin

Khối mã hóa kênh để đưa thêm vào tín hiệu số một số bit dư theo một

quy luật nhất định giúp cho bên thu có thể dễ dàng phát hiện và có thể sửa đượclỗi xảy ra trên kênh truyền, ngoài ra còn để chống nhiễu và các tác động xấu củađường truyền dẫn

Giải mã nguồn, giải mã mật và giải mã kênh được thực hiện ở bên thu

và các quá trình này sẽ ngược lại với các quá trình mã hóa tương ứng

Khối ghép kênh nhằm giúp tăng dung lượng cho hệ thống thông tin,

nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung, làmcho việc truyền tin trên nhiều nguồn tin khác nhau có thể đến các đích nhận tinkhác nhau trên cùng một tuyến truyền dẫn Các phương pháp ghép kênh là TDM(ghép kênh phân chia theo thời gian), FDM (ghép kênh phân chia theo tần số),CDM (ghép kênh phân chia theo mã) Trong thông tin số thường dùng kiểu ghépkênh phân chia theo thời gian TDM là chủ yếu

Khối điều chế làm nhiệm vụ biến đổi đặc tính của tín hiệu sang dạng

khác Khối điều chế có thể làm thay đổi tần số và hình dạng xung của tín hiệu.Điều chế có xu hướng làm cho tín hiệu có tần số cao hơn để có thể truyền đi xa.Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc, còn đầu ra là tín hiệu thông dải.Các dạng điều chế là: Điều chế tương tự (AM, FM, PM), Điều chế số (ASK,FSK, PSK), Điều chế xung (PCM, PAM, PWM)

Khối giải điều chế bên thu là quá trình ngược lại so với điều chế Nó sẽ

chuyển tín hiệu thu được thành tín hiệu băng gốc ban đầu

Khối trải phổ và giải trải phổ nhằm chống nhiễu và bảo mật tin tức

Khối đa truy nhập cho phép nhiều đối tượng cùng sử dụng một phương

tiện vật lý chung để cùng chia sẻ thông tin với nhau theo nhu cầu giúp hạn chếviệc sử dụng nhiều phương tiện truyền dẫn khác Một số dạng đa truy nhập là:TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian), FDMA (đa truy nhập phân chiatheo tần số), CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã)

Đồng bộ bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ

thống thông tin liên kết

Lọc được thực hiện tại máy thu, phát đầu cuối, bao gồm lọc cố định nhằm

hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gâybởi đường truyền

Trong số các chức năng nói trên thì chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điềuchế và giải điều chế số là không thể thiếu đối với mọi loại hệ thống thông tin số

Về mặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biếnđổi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi

xa Máy phát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệulên tới tần số thích hợp, khuếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào môi trườngtruyền dẫn bằng hệ thống anten và phi-đơ trong các hệ thống vô tuyến Đối vớimột hệ thống thông tin số thì MODEM đóng vai trò là bộ nào, còn máy thu phátthì chỉ như cơ bắp mà thôi Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộcđối với tất cả các hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trong từng hệ thống cụ thểnào đó

Các thuật toán xử lý tín hiệu trong sơ đồ khối trên có thể phân thành hainhóm chính:

- Các thuật toán xử lý tín hiệu băng gốc bao gồm các thuật toán từ tạokhuôn tới điều chế số ( và các khối chức năng ngược lại ở phần thu)

- Các thuật toán xử lý tín hiệu tần số cao hay tín hiệu thông dải bao gồmcác thuật toán liên quan tới đa truy nhập, trải phổ và thuật toán trộn tần

nhằm đưa tín hiệu lên tần số cao Trong phân tích,đánh giá và thiết kế hệthống, các hệ thống hoàn toàn có thể xem xét được ở dạng băng gốctương đương trong đó: mọi tín hiệu đều là tín hiệu băng gốc hoặc bănggốc tương đương nhờ sử dụng tín hiệu đường bao phức hay còn gọi là tínhiệu thông thấp tương đương.

1.7 Các tham số chất lượng của hệ thống thông tin số

Trong hệ thống thông tin số, khi truyền thông tin đi sẽ có 2 hạn chế Thứnhất là cần phải có băng thông đủ rộng để có thể truyền đi được càng nhiềuthông tin càng tốt trong một thời gian ngắn nhất Tuy nhiên, nếu dải thông quálớn sẽ gây lãng phí, tốn kém băng tần Ngoài ra, các yếu tố tác động đến đườngtruyền như nhiễu, méo, suy hao cũng luôn xảy ra trên kênh truyền

Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống thông tin số là tốc độ truyềntin và độ chính xác của việc truyền tin Hệ thống thông tin số có 2 yêu cầu cơbản trong việc truyền tin là nhanh chóng và chính xác Tuy nhiên, 2 yêu cầu nàytrên thực tế lại mâu thuẫn với nhau vì nếu muốn đạt được độ chính xác cao củathông tin thì cần phải giảm tốc độ truyền, ngược lại, nếu tốc độ truyền tin càngnhanh thì độ chính xác kém, khả năng xảy ra lỗi nhiều hơn

- Các cơ quan và các tổ chức chính liên quan tới việc xác định các tiêuchuẩn về chất lượng mạng viễn thông hệ thống thông tin số nói chung và

hệ thống truyền dẫn nói chung là:

- Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC), xác định các tiêu chuẩn cho các

hệ thống theo hệ Bắc Mỹ

- Hội nghị các cơ quan quản lý bưu chính và viễn thông Châu Âu (CEPT:European Conference of Post and Telecommunications) và viện tiêuchuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunicatiosstandards Íntitude), xác định các tiêu chuẩn cho các hệ thống theo hệChâu Âu;

Các nhóm nghiên cứu (SG: stady group) của liên minh viễn thông Quốc tế(ITU: International Telecommunication Union), trước đây là hội đồng tư vấnđiện thoại và điện báo quốc tế CCITT, và các nhóm nghiên cứu của uỷ ban tưvấn vô tuyến quốc tế CCIR trước đây , nay là ITU-R Các nhóm nghiên cứu nàyxác lập các tiêuchuẩn dưới hình thức các khuyến ghị cho viễn thông trên toàncầu, bao gồm cả hệ thồng Mỹ và Châu Âu.

Trong hệ thống thông tin số, tham số dùng để đánh giá độ chính xác của

việc truyền tin là tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit – Error Ratio) thường được hiểu là tỷ lệ

giữa số bit nhận bị lỗi so với tổng số bit đã được truyền đi trong một khoảng thờigian quan sát nào đó Khi thời gian tiến đến vô hạn thì thì tỷ lệ này tiến tới xácsuất lỗi bit PE Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ lệlỗi bit chỉ xấp xỉ với xác suất lỗi bit Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta cũngcoi như tỷ lệ lỗi bit là xác suất lỗi bit.Ta có bảng so sánh giữa tỷ lệ lỗi bit BERvới xác suất lỗi bit PE

.Bảng 1.2: So sánh sự khác nhau giữa BER và PE

Tỷ lệ lỗi bit BER Xác suất lỗi bit P E

BER dựa vào việc thực hiện K lần thí nghiệm: mỗi

lần truyền qua kênh N ký hiệu, mỗi lần đếm được NE

lỗi trong số N ký hiệu được phát, giá trị của NE tại

mỗi lần trong số K lần thực hiện thí nghiệm đều khác

nhau (do tính ngẫu nhiên của kênh gây ra)

Hay nói các khác, tái tạo lại thí nghiệm ngẫu nhiên

bằng cách phát N ký hiệu qua kênh tạp âm (ngẫu

nhiên) K lần, thường nhận được K kết quả đếm lỗi

NE khác nhau

Xác suất lỗi bit là dựavào việc truyền vô hạncác ký hiệu qua hệthống:

PE =

lim E N

N N

 

Phát hữu hạn các ký hiệu qua hệ thống (N hữu hạn) Phát vô hạn các ký hiệu

qua hệ thống (N→∞)

Tỷ lệ lỗi bit BER là một biến ngẫu nhiên (ngẫu nhiên

là do giá trị NE tại mỗi lần đếm lỗi khác nhau)

Xác suất lỗi bit PE là mộtcon số xác định

Tỷ số lỗi bit được xác định như sau:

BER = ^P E = N^E

N = Số ký hiệu phát đi Số ký hiệulỗi là một tỷ số

BER là một ước tính của xác suất lỗi bit

• Đối với hệ thống truyền tín hiệu thoại thì yêu cầu BER < 10-6

• Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã PCM thìBER cũng đòi hỏi như với hệ thống truyền tín hiệu thoại nhưng cần chú ý là tốc

độ truyền của truyền hình khá cao Khi sử dụng điều chế ADPCM (điều chếxung mã vi sai tự thích nghi) thì yêu cầu BER < 10-9 thậm chí có lúc yêu cầuBER < 10-12

• Đối với truyền số liệu thì BER trong khoảng từ 10-11 ÷ 10-13

Nếu BER > 10-3 hệ thống coi như bị gián đoạn, không truyền được nữa Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ thống thông tin số thườngđược đánh giá qua dung lượng tổng cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thôngtin (đơn vị là b/s) tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho Nóichung, dung lượng của một hệ thống tùy thuộc vào băng tần truyền dẫn của hệthống, sơ đồ điều chế số, mức độ tạp nhiễu, suy hao

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ2.1 Tổng quan về điều chế số

Trong hệ thống thông tin, tin tức, hình ảnh, dữ liệu, âm thanh và các sốliệu được đưa từ nguồn tin để phát đi hay nhận được từ bên phía thu Tín hiệu

là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi từ bên phát sang bên thu trên hệthống thông tin Việc xử lý tin tức thành tín hiệu trải qua quá trình mã hóa, biếnđổi và điều chế Trong đó, quá trình điều chế cũng là một bước xử lý tín hiệuquan trọng Điều chế là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi thông số củamột tín hiệu nào đó, tín hiệu này sẽ mang tín hiệu muốn truyền đến nơi thu, nơigiải điều chế để khôi phục lại tin tức ban đầu Tín hiệu được nói tới ở đây làsóng mang (Carrier Wave) Thực hiện gải điều chế ở phía thu co stheer dùngtách sóng kết hợp hoặc không kết hợp Trên thực té, tồn tại rất nhiều sơ đồ táchsóng để phù hợp với việc người dùng hệ thống thông tin số để truyền trên kênhthông dải Mỗi sơ đồ sẽ có những mặt tích cực và mặt hạn chế nhưng ta nênchọn những loại có xác suất lỗi symbol cực tiểu, tốc độ truyền nhanh chóng,công suất phát nhỏ, băng thông hẹp, khả năng chống nhiễu tốt, mức độ đơn giảncủa hệ thống cao Tuy nhiên, một số tham số lại đối nghịch nhau nên ta cầnlựa chọn kỹ càng các phương pháp điều chế sao cho phù hợp nhất, thỏa mãncàng nhiều các yêu cầu trên càng tốt Mục đích của việc điều chế là di chuyểnphổ tần của tín hiệu cần truyền đến vùng phổ tần khác mà thích hợp với tínhchất đường truyền và đặc biệt là có thể truyền đi được nhiều kênh một lúc

Điều chế số là quá trình dùng tín hiệu số để làm thay đổi các thông số củasóng mang, đó là Biên độ, Tần số và Pha thành từng mức gián đoạn Các dạngđiều chế số đó là:

- Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Key)

- Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Key)

- Khóa dịch pha (PSK - Phase Shift Key)

Ngoài ra còn có còn có dạng điều chế tổ hợp như QAM

2.2 Các phương pháp điều chế số

2.2.1 Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Keyimg)

ASK là dạng điều chế dữ liệu băng thông đơn giản nhất Tín hiệu ASK cóthể được xác định bởi công thức:

s t A m t  f t 0 ≤t ≤ T (2.1)Trong đó:

A: là hằng số

m(t): nhận giá trị bằng “1” hoặc “0”

f c: tần số sóng mangT: thời gian tồn tại một bitBản chất của phương pháp điều chế biên độ là biên độ của sóng mangđược chuyển đổi giữa 2 mức đó là mức “0” và “1” theo biên độ của tín hiệu cầntruyền đi với tốc độ được xác định trước bởi tốc độ bit của tín hiệu nhị phânđược truyền Điều chế ASK chính là việc nhân tín hiệu sóng mang với tín hiệunhị phân

Hình 2.1: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK

Hình 2.1 mô tả quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhịphân 101100010 Nếu nguồn số có M mức hoặc M trạng thái, và mỗi một mứcđại diện cho một chu kỳ T, thì dạng sóng đã điều chế tương ứng với trạng thái

thứ i là S t i  theo kiểu khóa dịch biên độ sẽ là:

S t D t A  t (2.2)Trong đó Di(t) là mức thứ i của dạng sóng nhiều mức có độ rộng T Giả sử

số mức giới hạn là 2, như là đối với tín hiệu số nhị phân và vì thế tần số sóngmang sẽ liên quan đến độ rộng T của dạng sóng vuông nhị phân như sau:

0 2n /t

   (2.3)Mật độ phổ công suất có biểu thức như sau:

Hình 2.2: Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK 2 trạng thái

Phổ vẽ trên chứa 95% công suất của nó trong độ rộng băng 3/T (hoặc 3nhân với tốc độ bit) Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung cosin-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 ± 1/T Phổ của xung cosin-tăng có búp sóng chính rộng hơn làm cho

độ rộng băng ASK Việc khôi phục lại tín hiệu số được thực hiện bởi mạch giảiđiều chế Tại đây tín hiệu thu được lại được nhân một lần nữa với sóng mangcùng dạng

Đối với phương pháp ASK, để tăng tốc độ truyền ta tăng số mức điều chế

M, đồng thời phải tăng công suất của tín hiệu lên rất nhiều nếu muốn duy trì một

tỷ lệ lỗi bit nào đó Điều này không mang lại hiệu quả kinh tế, vì để thiết kế một

bộ khuếch đại công suất có hệ số khuếch đại lớn, tuyến tính là rất khó thực hiện.Hơn nữa, với tín hiệu ASK tin tức phản ánh qua biên độ của tín hiệu, vì vậy khảnăng chống nhiễu sẽ rất kém do biên độ của tín hiệu bị ảnh hưởng của cannhiễu, tạp âm và hiện tượng điều biên ký sinh dẫn tới xác suất thu lỗi của hệthống tăng lên Vì vậy phương pháp điều chế ASK không được áp dụng rộng rãinhiều trong các hệ thống truyền dẫn và chỉ được áp dụng trong các hệ thốngtruyền số liệu tốc độ thấp

Đánh giá các ưu nhược điểm của điều chế ASK:

* Ưu điểm:

 Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu tạp âm

 Tốc độ truyền bị giới hạn do tính chất vật lý của môi trường

 Khả năng đồng bộ kém

 Ít được sử dụng trong thực tế

Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong cáp quang

2.2.2 Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Keying)

FSK có thể xem như tín hiệu trực giao Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đềuđược sử dụng cho truyền số liệu 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 thích hợp Nhưtên gọi, tin tức số được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóngmang một lượng nhất định tương ứng với mức nhị phân “1” và “0”

Hình 2.3: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK

Hình 2.3 minh họa quá trình điều chế tần số tín hiệu nhị phân 1001101.

Để tránh vấn đề thay đổi về biên độ, với FSK dùng hai tín hiệu sóng mang cócùng biên tần và cố định, một cho bit “1” và một cho bit “0” Sự khác biệt giữahai sóng mang là tần số Hoạt động điều chế tương đương với sự tổng hợp cácngõ ra của hai bộ điều chế ASK riêng biệt: Một thực hiên trên sóng mang thứnhất dùng phần gốc tín hiệu (mức “1”) và một thực hiện trên sóng mang thứ haivới phần bù của tín hiệu dữ liệu (mức “0”)

Pha của tín hiệu FSK có thể liên tục hoặc không liên tục Pha của FSKliên tuc có thể đạt được bằng cách bắt trạng thái của góc pha phải có một tươngquan nhất định với tín hiệu điều chế Về mặt toán học có thể suy ra yêu cầu băngthông với phương pháp FSK như sau:

FSK

Trong đó: ω1 và ω2 là tần số góc của hai sóng mang

S2(t) là phần bù của tín hiệu dữ liệu gốc S1(t)

Hình 2.4: Băng thông của tín hiệu FSK

Với FSK vì tín hiệu nhị phân “0” và “1” điều chế lên các sóng mang riêng

rẽ, nên băng thông tối thiểu cho mỗi sóng mang bằng một nửa tốc độ bit, nghĩa

là thành phần tần số cơ bản lớn nhất cho mỗi sóng mang bằng một nửa so vớiASK Do đó, nếu chỉ thu thành phần tần số cơ bản thì băng thông tổng cộng của4f0 cộng với khoảng dịch tần f0 Tuy nhiên vì f0 bằng một nửa so với ASK nênbăng thông tổng cộng bằng với băng thông tổng của ASK cộng với khoảng dịchtần Tương tự, nếu thu cả hài bậc 3 thì băng thông bằng 6f0 cộng với khoảngdịch tần fs

Những ưu điểm của FSK so với ASK là: Tính chất biên độ không đổi củatín hiệu sóng mang không gây lãng phí công suất và tạo khả năng miễn trừ đốivới tạp âm

Đánh giá các ưu, nhược điểm của điều chế FSK:

* Ưu điểm:

 Dễ dàng đồng bộ hơn ASK

 Tỷ lệ lỗi thấp hơn ASKv

 Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu

* Nhược điểm:

 Độ rộng băng rất lớn do khoảng cách giữa f1 và f2 lớn

 Tần số tín hiệu cao gây nhiễu ngoài, giảm khả năng truyền dẫnỨng dụng:

 Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên cáp đồng trụchoặc sóng radio

 Sử dụng rộng rãi trong mạng truyền số liệu

 Dùng để truyền dữ liệu với tốc độ 1200bps hoặc thấp hơn trênmạng di động

2.2.3 Khóa dịch pha (PSK – Phase Shift Keying)

Trong phương pháp điều chế PSK, tần số và biên độ của sóng mang đượcgiữ không đổi trong khi pha của nó dịch theo mỗi bit dòng dữ liệu truyền

Có 2 loại PSK thường được dùng, loại thứ nhất dùng hai tín hiệu sóngmang đại diện cho bit “1” và bit “0”, hai sóng mang này khác pha nhau 1800 Vìtín hiệu này chỉ là nghịch đảo của tín hiệu kia nên loại này được gọi là phase-coherent PSK (PSK phối hợp) Điều bất tiện của loại này là tại máy thu đòi hỏiphải có sóng mang tham chiếu để so pha với tín hiệu thu, do đó cần phải thựchiện đòng bộ pha giữa máy thu và máy phát Kết quả dẫn đến mạch giải điều chếphức tạp hơn

Loại PSK thứ 2 goi là PSK vi phân (differential PSK) Với loại này sựdịch chuyển pha xảy ra tại mỗi bit hay mỗi symbol, không cần quan tâm tớichuỗi bit “0” hay “1” đang được truyền Gỉa sử với điều chế 2-PSK vi phân thìmột sự dịch pha 900 tương ứng với tín hiệu hiện hành chỉ định “0” là bit kế tiếp,trong khi sự dịch pha 2700 chi bit “1” là bit kế tiếp Như vậy, mạch giải điều chếchỉ cần xác định độ lớn của sự dịch pha thay vì phải xác định giá trị tuyệt đốicủa từng pha Ở mạch điều chế, chỉ khi nào thay đổi trạng thái của dữ liệu mớiđổi pha của sóng mang

Hình 2.5: Dạng sóng tín hiệu PSK

Về mặt toán học ta có thể xác định băng thông của PSK Ở đây chúng tatrình bày tín hiệu số nhị phân sưới dạng lưỡng cực vì mức âm của tín hiệu sẽ làkết quả đổi pha 1800 của sóng mang Tín hiệu dữ liệu biểu diễn dưới dạngFourier như sau:

Hình 2.6: Băng thông tín hiệu PSK

Yêu cầu về độ rộng băng đối với ASK và PSK là giống nhau thể hiện rõtrong hàm mật độ phân bố công suất:

 Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu

 Công suất phát yêu cầu thấp hơn so với ASK và FSK với cùng mộtxác suất lỗi

 Càng điều chế ở nhiều mức thì tốc độ truyền càng tăng lên nhưng

số mức vẫn bị giới hạn

* Nhược điểm:

 Thiết bị thu phải tách sóng kết hợp, phải khôi phục lại sóng mangnên sẽ phức tạp và khó thực hiện hơn

2.2.4 QAM – Quadrature Amplitude Modulation

Đối với một hệ thống thông tin có dung lượng lớn và vừa, khi tăng sốtrạng thái hoặc số mức điều chế nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng băng tần màvẫn đảm bảo độ rộng giữa các ký hiệu đủ lớn để đảm bảo xác suất thu lỗi cho

trước thì cần sử dụng phương pháp điều chế biên độ vuông góc QAM Một tínhiệu điều chế biên độ vuông góc (QAM) sử dụng hai sóng mang vuông góc là

cos2 π f c t và sin 2 π f c t, mỗi một trong chúng được điều chế bởi một chuỗi độc lậpcác bit thông tin Các dạng sóng tín hiệu được truyền đi có dạng:

S t A g t  f t A g t  f t m = 1, 2, …,M (2.12)

Trong đó A mc và A ms là tập các mức biên độ nhận được bằng cách ánh xạ

các chuỗi k bit thành các biên độ tín hiệu, g t  là xung xác định đặc tính phổ củatín hiệu truyền

Tổng quát hơn, QAM có thể được xem như một dạng hỗn hợp của điềuchế biên độ số và điều chế pha số

Với 8-PSK dữ liệu được chia thành các gói gồm 3 bit (Tribit), Một bitbiểu diễn cho biên độ sóng mang, hai bit còn lại biểu diễn pha Do đó tín hiệuđiều chế sẽ mang 4 giá trị pha khác nhau và 2 giá trị biên độ, tạo nên 8 trạng tháikhác nhau

Phổ của M-PSK và M-QAM đều đồng nhất như nhau, nhưng các hệ thốngPSK yêu cầu một công suất lớn hơn để phát đi cùng một lượng thông tin có xácsuất lỗi cho trước

CHƯƠNG III

HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ VỚI 8 SÓNG MANG

TRỰC GIAO3.1 Khái niệm về sự trực giao của hai tín hiệu

Tín hiệu được gọi là trực giao với nhau nếu chúng độc lập với nhau, ta cóthể hiểu rằng các tín hiệu là trực giao nếu ta phát đồng thời các tín hiệu và vẫn

có thể tách lại các tín hiệu riêng lẻ mà không bị xuyên âm lẫn nhau Về mặt toán

học xét tập các tín hiệu  với p là phần tử thứ p của tập, điều kiện để các tín

hiệu trong tập  trực giao đôi một với nhau là :

( ) ( )

Hình 3.1: Tích của 2 vecto trực giao

V2=0 V1

3.2 Giới thiệu về các tín hiệu trực giao nhiều chiều

Có nhiều cách để xây dựng các dạng sóng tín hiệu nhiều chiều với nhiềutính chất khác nhau Trong mục này chúng ta sẽ xem xét việc xây dựng một tậpgồm M = 2k dạng sóng s i(t), đối với i = 0, 1, 2,…, M-1, mà chúng có các tínhchất (a) tính trực giao lẫn nhau và (b) có cùng năng lượng Hai tính chất này cóthể biểu diễn được một cách cô đọng như sau:

là delta Kronecker, được định nghĩa theo:

1, i = k

0, i k

k i

 



Ta giả sử rằng một nguồn thông tin cung cấp một chuỗi các bit thông tin

mà chúng ta được truyền qua một kênh truyền tin Các bit thông tin xuất hiệnvới một tốc độ đều R bit/giây Nghịch đảo của R là khoảng thời gian của một bít

Tb Bộ điều chế nhận k bit một lần và ánh xạ chúng thành một trong M = 2k dạng

sóng tín hiệu Mỗi một khối k bit đó được gọi là một symbol Khoảng thời gian

có được để truyền mỗi một symbol là T = kTb Do vậy, T là thời gian của một

symbol

Cách đơn giản nhất để xây dựng một tập gồm M = 2k dạng song trực giaocùng năng lượng trong khoảng (0,T) là chia nhỏ khoảng thời gian này thành Mkhoảng con đều nhau có thời gian tồn tại là T/M và gán một dạng song tín hiệucho mỗi khoảng con đó Hình 1 minh họa một cách xây dựng như vậy đối vớiM=4 tín hiệu Tất cả các dạng sóng tín hiệu được xây dựng theo cách này cócùng năng lượng được cho theo

2 2

Tập các dạng sóng trực giao như thế có thể biểu diễn được một tập gồm

Hình 3.2: Một thí dụ về 4 dạng sóng tín hiệu trực giao cùng năng lượng

Hình 3.3 minh họa các điểm tín hiệu (các biểu đồ sao của tín hiệu) tươngđương với M=2 và M=3 tín hiệu trực giao

Ta giả sử rằng các dạng sóng tín hiệu trực giao này được sử dụng đểtruyền thông tin qua một kênh AWGN Hệ quả là, nếu dạng sóng đã truyền là

t