Mo phong he thong vien thong - Do huy khoi -tieng viet

MỤC LỤC Lời nói đầu Chương I:MỞ ĐẦU VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1.Khái quát mô hệ thống thông tin 1.1.1.Hệ thống thông tin,các vấn đề thiết kế đánh giá 1.1.2.Áp dụng mô thiết kế đánh giá hệ thống Chương II:BIỂU DIỄN TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG 2.1.Biểu diễn tín hiệu 2.1.1.Các loại tín hiệu 2.1.2.Biểu diễn tín hiệu miền tần số 12 2.2.Biểu diễn hệ thống 16 2.2.1.Khái quát chung 16 2.2.2.Các tính chất hệ thống 18 2.2.3.Phân loại hệ thống 20 MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN SỐ 2.2.4.Hệ thống tuyến tính khơng biến đổi theo thời gian 21 2.2.5.Biểu diễn tương đương thông thấp hệ thống tín hiệu 25 2.2.6.Hệ thống tuyến tính biến đổi theo thời gian 33 2.2.7.Các hệ thống phi tuyến 38 Chương III:MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG 45 3.1.Mở đầu 45 3.2.Mơ hình hóa số phận chủ yếu 48 3.2.1.Nguồn symbol 48 3.2.2 Điều chế giải điều chế số 58 3.2.3.Các mạch lọc 64 3.2.4.Các thiết bị phụ trợ 70 3.2.5.Tạp âm can nhiễu 74 3.2.6.Phần tử phi tuyến 75 3.2.7 Đường truyền dẫn 79 Chương IV:CÁC KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ XÁC XUẤT LỖI TRONG MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN 86 4.1.Mở đầu 86 4.1.1 Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin mô 86 4.1.2.Các kỹ thuật đánh giá BER thông thường 87 4.2.Phương pháp Monte-Carlo 92 4.2.1.Nguyên tắc 92 4.2.2.Kỳ vọng phương sai ước lượng theo phương pháp Monte-Carlo 96 4.2.3.Các lưu ý nhận xét 98 4.3.Phương pháp tựa giải tích 99 4.3.1.Nguyên tắc 99 4.3.2.Thủ tục tính tốn 103 4.3.3.Thí dụ áp dụng phương pháp tựa giaỉ tích 106 LỜI NĨI ĐẦU MƠ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN SỐ Mơ máy tính cơng cụ mềm dẻo,hiệu kinh tế phân tích đánh giá hệ thống thơng tin.Hiện nay,tại trung tâm đào tạo nghiên cứu lớn giới,mơ máy tính công cụ nghiên cứu chủ yếu công cụ hỗ trợ giảng dạy hữu hiệu.Trong hầu hết trường hợp nghiên cứu phát triển hệ thống thơng tin đại,mơ máy tính cơng cụ đắc lực cho phép người thiết kế kiểm tra phương án thiết kế mình,xác định yếu tố thông số quan trọng hệ thống cần phát triển trước đưa vào chế tạo thử nghiệm Đối với giảng dạy thông tin liên lạc,mơ máy tính cho phép người học có nhìn sâu sắc trực quan vào khía cạnh kĩ thuật phức tạp hệ thống thông tin,những mà nghiên cứu túy lý thuyết vừa khó hiểu vừa tẻ nhạt Đối với huấn luyện thực hành,mơ máy tính phương tiện vừa mềm dẻo,vừa mạng tính tổng quát kinh tế,những điều mà việc thực hành vài loại thiết bị thực tế hay mơ hình đơn giản hóa phịng thí nghiệm khơng thể đáp ứng đầy đủ Cuốn sách biên soạn trước hết nhằm giúp học viên cao học ngành thông tin liên lạc việc nghiên cứu môn học “Kỹ thuật mô hệ thống thông tin”.Mục đích chương trình mơn cung cấp kiến thức thiết yếu nội dung đặc thù kỹ thuật mô hệ thống thông tin,tạo sở ban đầu giúp học viên biết cách tạo cơng cụ thích hợp cho nghiên cứu sau này, đặc biệt điều kiện nghiên cứu thiếu thốn nước ta Đối với cán nghiên cứu ngành thơng tin liên lạc,cuốn sách bổ ích nhiều phương diện Do khn khổ chương trình đào tạo có hạn,cuốn sách hạn chế nội dung thiết yếu mô hệ thống truyền dẫn tín hiệu số.Một số vấn đề liên quan khơng trình bày tài liệu mà người đọc cần phải tham khảo thêm tiến hành xây dựng cơng cụ nghiên cứu cho mình,chẳng hạn vấn đề chi tiết biểu diễn tín hiệu rời rạc hóa,các phép biến đổi Fourier nhanh FFT IFFT (Fast Fourier Transform MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Inverse Fast Fourier Transform,các biến đổi z Laplace,mơ hình hóa số thiết bị,hay phương pháp đánh giá xác xuất lỗi theo lý thuyết giá trị cực (Extreme Value Theory),phương pháp ngoại suy đuôi,phương pháp lấy mẫu quan trọng… Hiện tại,các thuật ngữ kĩ thuật tài liệu ấn hành nước ta chưa thống nhất.Trong trình biên soạn,tác giả cố gắng tham khảo cách sử dụng thuật ngữ kĩ thuật tài liệu tiếng Việt khác trường hợp cịn chưa hồn tồn thống nhất,một số thuật ngữ kỹ thuật xuất xứ từ tiếng nước sử dụng sách chuyển nghĩa sang tiếng Việt theo tự điển phổ thông chuyên ngành lưu hành rộng rãi nước Để người đọc tuận tiện tra cứu,trong trường hợp thuật ngữ kĩ thuật chữa thống tiếng Anh.Một số thuật ngữ Việt hóa rộng rãi dùng dạng phiên âm (như từ bit,pha-đing…) gần Việt hóa để ngun thể tiếng Anh in nghiêng (như symbol,menu,constellation…) Nội dung sách gồm bốn chương chính,ngồi chương dành để trình bày cách tổng quan hệ thống thông tin,các yếu tố tác động,các thông số cần đánh giá khái quát chung kĩ thuật mô phỏng.Vấn đề biểu diễn tín hiệu hệ thống trình bày chương hai phương pháp biểu diễn tín hiệu hệ thống tương đương thơng thấp đặc biệt hữu dụng mô hệ thống thông tin nội dung trọng tâm.Chương ba sử dụng để trình bày thuật tốn mơ hình hóa khối chức hệ thống thông tin số,hạn chế chủ yếu vào khối chức hệ thống truyền dẫn.Các kỹ thuật đánh giá xác xuất lỗi – thông số chất lượng chủ yếu hệ thống thơng tin số - trình bày chương bốn,nhấn mạnh tới hai phương pháp thông dụng phương pháp Monte-Carlo phương pháp tựa giải tích (Quasi-analytica).Như ví dụ hội tập dượt ứng dụng kĩ thuật mô phỏng,chương năm giới thiệu gói chương trình mơ – gói phần mềm ASTRAS (Analog Simulation of Transmission System) – gợi ý ứng dụng MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN SỐ viếc sử dụng kỹ thuật mô để đánh giá hệ thống truyền dẫn số cụ thể Kỹ thuật mô hệ thống thông tin nội dung tương đối mẻ không phần phức tạp,tài liệu chuyên môn lĩnh vực lại hiếm,thời gian dành cho nghiên cứu mơn học chương trình đào tạo cao học lại tương đối ngắn,vì vấn đề trình bày tài liệu định khơng thể tránh đơi chỗ cịn sơ sài Do thời gian biên soạn ngắn,việc trình bày nội dung cịn đơi chỗ chưa thật xác,tác giả mong nhận ý kiến đóng góp.Mọi ý kiến xin vui long gửi tới TS.Nguyễn Quốc Bình ,Bộ mơn thơng tin – Khoa vơ tuyến điện tử,hoặc Phịng đào tạo sau đại học,Học viện kĩ thuật quân Tác giả xin chân thành cám ơn giáo sư,tiến sĩ khoa học Nguyễn Xuân Quỳnh đọc hiệu đính góp ý kiến phê bình gợi ý q báu để tài liệu hoàn thiện hơn.Cuối cùng,tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc người thầy lớn – giáo sư,tiến sĩ khoa học Frigyes Istvans thuộc Đại học kĩ thuật Budapet,Hungary – kiến thức lĩnh vực mơ hệ thống thông tin số sẩn phẩm phần mềm nhận từ ông Công nghệ thông tin -Đại học Thái Nguyên Tháng 9-2007 CHƯƠNG I MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ MỞ ĐẦU VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1.KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1.1.HỆ THỐNG THÔNG TIN, CÁC VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ a,Các hệ thống thông tin: Các hệ thống thông tin có chức truyền đưa thơng tin từ nơi đến nơi khác.Theo đặc tính mình,các hệ thống thơng tin phân theo nhiều cách Theo loại tín hiệu dùng để truyền tin tức,các hệ thống thông tin chia thành hệ thống thông tin tương tự (analog) hay số (digital).Theo phương tiện truyền dẫn,các hệ thống thơng tin phân loại thành hệ thống thông tin dùng cáp đồng,các hệ thống thông tin quang sợi (fiber optic) hay hệ thống thơng tin sóng cực ngắn (microware)…,trong đến lượt hệ thống thơng tin sóng cực ngắn lại phân tiếp thành hệ thống thông tin vệ tinh,thông tin vô tuyến tiếp sức (mà nước ta que gọi vi ba) thông tin di động Các thành phần chủ yếu hệ thống thơng tin gồm: -Các nguồn tín hiệu bao gồm tín hiệu hữu ích,tạp âm can nhiễu.Mặc dù tạp âm can nhiễu tín hiệu điện song chương trình nhiều trường hợp ta sử dụng từ “tín hiệu” để riêng thành phần tín hiệu hữu ích -Các thiết bị truyền dẫn tin tức bao gồm điều chế giải điều chế,các lọc,các khuyếch đại,các mạch lọc thích nghi dung làm mạch san đặc tính đường truyền,các mạch trì đồng bộ… -Mơi trường truyền dẫn hay gọi kênh truyền MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ -Các thiết bị xử lý tin tức tín hiệu … Các yếu tố trở ngại chủ yếu truyền đưa thông tin gây suy giảm chất lượng hệ thống bao gồm: -Pha-đing gây truyền dẫn đa đường thông tin vô tuyến tiếp sức,thông tin di động… -Các méo tín hiệu đặc tính đường truyền khơng lý tưởng (bao gồm méo tuyến tính méo phi tuyến),do trải giữ chậm (delay spreading) gây truyền dẫn đa dường (multipath) -Các can nhiễu bao gồm can nhiễu khí quyển,can nhiễu từ hệ thống khác,can nhiễu từ kênh lân cận hệ thống hay can nhiễu nội (can nhiễu gây đặc tính phi tuyến tuyến truyền dẫn chẳng hạn) -Tạp âm lượng tử tạp âm nhiệt gây linh kiện điện tủ -Tán sắc thông tin quang … Chất lượng hệ thống thơng tin số nói chung đánh giá thông qua nhiều tham số mẫu mắt (eye-pattern),mật độ phổ nhiễu, độ nhạy máy thu,xác suất lỗi bit…trong tiêu quan trọng xác suất lỗi bit hệ thống b,Các vấn đề thiết kế đánh giá hệ thống: Trong thiết kế,phân tích đánh giá hệ thống thơng tin đại có ba phương pháp chủ yếu,khơng loại trừ lẫn nhau,đó là: -Phương pháp giải tích:Là phương pháp dựa cơng thức nhằm tính tốn mạch điện,các khối chức cấu thành hệ thống đánh giá chất lượng hệ thống tác động yếu tố khác biểu diễn thông qua công thức toán học -Phương pháp chế thử mẫu đo lường:Là phương pháp sở tính tốn sơ người thiết kế chế tạo mẫu thử tiến hành đo kiểm tra tiêu chất lượng Đặc điểm phương pháp phương pháp cho kết MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ tin cậy song cứng nhắc tốn kém,do áp dụng bước sau q trình thiết kế phân tích hệ thống -Phương pháp mô Trong vài thập kỉ gần hệ thống thơng tin xử lí tìn hiệu phát triển đặc biệt mạnh mẽ.Trong thời gian đời loạt kĩ thuật phần cứng với giá thành rẻ,xử lí nhanh chóng tín hiệu,cáp sợi quang học,các thiết bị quang học tích hợp mạch tích hợp sóng cực ngắn…đã có ảnh hưởng quan trọng tới việc thực hệ thống thông tin liên lạc.Mức độ phức tạp ngày tăng hệ thống thơng tin địi hỏi cố gắng thời gian ngày lớn thiết kế phân tích hệ thống với chi phí ngày cao.Sự cần thiết phải nhanh chóng đưa kĩ thuật vào sản phẩm thương mại nhằm cải thiện phát triển dịch vụ kĩ thuật,tăng khả cạnh tranh thiết bị dạng thương phẩm đòi hỏi việc thiết kế đánh giá chất lượng hệ thống thông tin phải tiến hành theo cách thức mới,tiết kiệm thời gian,dễ dàng rẻ tiền.Các hệ thống thông tin liên lạc đại cấu trúc phức tạp gồm phần tử khác mà phần tử tự thân có đặc tính phức tạp.Do độ phức tạp cao ngày phức tạp hệ thống thông tin liên lạc đại,cách đề cập giải tích phản ứng hệ thống xem nhiệm vụ thực được.Các thử nghiệm hệ thống thực theo phương pháp chế thử mẫu đo lường,mặt khác lại tốn kém,nhất giai đoạn đầu qúa trình thiết kế,phát triển cải tiến hệ thống.Do vậy,như thực tế cho thấy,các yêu cầu độ xác hiệu thời gian chi phí cho q trình thiết kế,phân tích đánh giá hệ thống thỏa mãn thông qua việc sử dụng công cụ thiết kế phân tích có trợ giúp máy tính mạnh Một số lượng lớn kĩ thuật trợ giúp máy tính ()đã phát triển chừng chục năm trở lại nhằm hỗ trợ q trình mơ hình hóa,phân tích thiết kế hệ thống thông tin liên lạc.Các kĩ thuật chia làm hai loại: 10 MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ -Các giải pháp dựa cơng thức (formula- based techniques),trong máy tính sử dụng để đánh giá tính tốn theo cơng thức phức tạp.Kỹ thuật dựa mơ hình đơn giản hóa,cho phép có nhìn tương đối tương quan thông số tiêu chất lượng hệ thống cần khảo sát chúng có ích giai đoạn đầu công việc thiết kế.Tuy nhiên,ngoại trừ số trường hợp tương đối lý tưởng đơn giản hóa cao,việc đánh giá chất lượng hệ thống thơng tin phức tạp dùng tính tốn giải tích để đạt độ xác mong muốn khó khăn -Các giải pháp dựa mô (simulation- based techniques),trong máy tính sử dụng để mơ dạng song hay tín hiệu q trình truyền qua suốt hệ thống Kỹ thuật mô hệ thống thông tin lien lạc,như vậy,là kĩ thuật dùng máy tính với sản phẩm phần mềm thích hợp để tạo giả bắt trước hệ thống mức dạng sóng tín hiệu nhằm xem xét,phân tích, đánh giá phản ứng nó.Mơ máy tính,vì vậy,là cơng cụ hữu hiệu nghiên cứu,đánh thiết kế hệ thống.Mặc dầu kết mô hồn tồn xác so với kết thử nghiệm thực tế (do phép tính gần đúng,do tính gần mơ hình sử dụng mô phỏng…),song thực tế cho thấy,các kết thu mô với phần mềm tốt sử dụng đắn hồn tồn tin cậy được.Trong nhiều trường hợp kết mô khớp với số liệu đo kiểm nghiệm.Các ưu điểm bật mô máy tính nhanh chóng,kinh tế,hết sức mềm dẻo ứng dụng nhiều trường hợp cho phép giải tốn khơng có khả giải thực nghiệm tính tốn cách giải tích 1.1.2 ÁP DỤNG MƠ PHỎNG TRONG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG a,Q trình mơ hệ thống thơng tin: Mục đích mơ hệ thống thông tin là: 10 ... thuật đánh giá BER thông thường 87 4.2.Phương pháp Monte-Carlo 92 4.2.1.Nguyên tắc 92 4.2.2.Kỳ vọng phương sai ước lượng theo phương pháp Monte-Carlo 96 4.2.3.Các lưu ý nhận xét 98 4.3.Phương pháp... lượng chủ yếu hệ thống thông tin số - trình bày chương bốn,nhấn mạnh tới hai phương pháp thông dụng phương pháp Monte-Carlo phương pháp tựa giải tích (Quasi-analytica).Như ví dụ hội tập dượt ứng... với hệ thống vi ba M-QAM (M-ary Quadrature Amplitude Modulation: điều chế biên độ vng góc M mức) có sơ đồ khối tương đương băng gốc h.1.1 Mục đích việc đánh giá thiết kế là: -? ?ánh giá chất lượng