Mã hóa và điều chế thích nghi

Tên của đề tài: Mã hóa và Điều chế Thích nghi Mục đích của đề tài: Hiểu được sơ đồ điều chế thích nghi, các dạng kỹ thuật thay đổi, mô phỏng và rút ra kết luận. Sau đó, nêu ra hướng phát triển và ứng dụng trong thực tiễn. Đồ án môn học 2 được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/3/2021 đến 7/6/2021 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Tìm hiểu, phân loại mã hóa và điều chế - Nghiên cứu tổng quan, sơ đồ mã hóa và điều chế thích nghi sau đó giải thích. - Phân loại các dạng kỹ thuật trong mã hóa và điều chế thích nghi. - Tìm hiểu cách thức của từng kỹ thuật. - Mô phỏng từng kỹ thuật trên phần mềm Matlab. - Kết luận sau mô phỏng. - Hướng phát triển 4. Lời cam đoan của sinh viên Chúng tôi cam đoan ĐAMH2 là công trình nghiên cứu của bản thân tôi (chúng tôi) dưới sự hướng dẫn của tiến sĩ Phạm Hồng Liên. Các kết quả công bố trong ĐAMH2 là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày 3 tháng 6 năm 2021 SV thực hiện SV thực hiện Giáo viên hướng dẫn xác nhận về mức độ hoàn thành và cho phép được bảo vệ: ……………………………………………………………………………………….. Xác nhận của Bộ Môn Tp.HCM, ngày 7 tháng 6 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 1 1.1 MÃ HÓA 1 1.1.1 Phương pháp và lợi ích của việc mã hoá 1 1.1.2 Các loại mã hóa 2 1.2 ĐIỀU CHẾ. 2 1.2.1 Phương pháp và lợi ích của việc điều chế 2 1.2.2 Các loại điều chế 3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX. 5 2.1 TỔNG QUAN 5 2.2 ỨNG DỤNG TRONG WIMAX 6 2.2.1 Công nghệ Wimax 6 2.2.2 Ứng dụng Wimax. 7 CHƯƠNG 3 . CÁC KỸ THUẬT MÃ HÓA TRONG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 10 3.1 KỸ THUẬT THAY ĐỔI TỐC ĐỘ 10 3.2 KỸ THUẬT THAY ĐỔI CÔNG SUẤT 11 3.3 KỸ THUẬT THAY ĐỔI XÁC SUẤT LỖI. 11 3.4 KỸ THUẬT THAY ĐỖI MÃ HÓA 12 3.5 KỸ THUẬT KẾT HỢP 12 CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT KẾT HỢP VÀ MÔ PHỎNG 13 4.1 ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG CHO HỆ THÔNG MQAM 14 4.1.1 Điều chế thích ứng không có chặn truyền (AMQAM-Non block) 14 4.1.2 Điều chế thích ứng với chặn đường truyền (AMQAM-Blocking) 17 4.2 ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG CHO HỆ THỐNG MPSK 18 4.2.1 Điều chế thích ứng không có chặn truyền (AMPSK-Non block) 18 4.2.2 Điều chế thích ứng với chặn đường truyền (AMPSK-Blocking) 20 4.3 SƠ ĐỒ ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG MÃ HÓA 22 4.4 SO SÁNH CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG. 26 4.5 SO SÁNH HIỆU SUẤT. 28 4.6 KẾT LUẬN. 30

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG ĐỒ ÁN MƠN HỌC MÃ HĨA VÀ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI Ngành Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông Hướng dẫn: TS PHẠM HỒNG LIÊN TP HỒ CHÍ MINH – 6/2021 ii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC Thơng tin sinh viên Thơng tin đề tài Tên đề tài: Mã hóa Điều chế Thích nghi Mục đích đề tài: Hiểu sơ đồ điều chế thích nghi, dạng kỹ thuật thay đổi, mô rút kết luận Sau đó, nêu hướng phát triển ứng dụng thực tiễn Đồ án môn học thực tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/3/2021 đến 7/6/2021 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Tìm hiểu, phân loại mã hóa điều chế - Nghiên cứu tổng quan, sơ đồ mã hóa điều chế thích nghi sau giải thích - Phân loại dạng kỹ thuật mã hóa điều chế thích nghi - Tìm hiểu cách thức kỹ thuật - Mô kỹ thuật phần mềm Matlab - Kết luận sau mô - Hướng phát triển Lời cam đoan sinh viên Chúng tơi cam đoan ĐAMH2 cơng trình nghiên cứu thân (chúng tôi) hướng dẫn tiến sĩ Phạm Hồng Liên Các kết công bố ĐAMH2 trung thực không chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2021 SV thực SV thực Giáo viên hướng dẫn xác nhận mức độ hoàn thành cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Xác nhận Bộ Môn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) MỤC LỤC CHƯƠNG 1.1 MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ MÃ HÓA 1.1.1 Phương pháp lợi ích việc mã hoá 1.1.2 Các loại mã hóa 1.2 ĐIỀU CHẾ 1.2.1 Phương pháp lợi ích việc điều chế 1.2.2 Các loại điều chế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX 2.1 TỔNG QUAN 2.2 ỨNG DỤNG TRONG WIMAX 2.2.1 Công nghệ Wimax 2.2.2 Ứng dụng Wimax CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT MÃ HĨA TRONG ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 10 3.1 KỸ THUẬT THAY ĐỔI TỐC ĐỘ 10 3.2 KỸ THUẬT THAY ĐỔI CÔNG SUẤT 11 3.3 KỸ THUẬT THAY ĐỔI XÁC SUẤT LỖI 11 3.4 KỸ THUẬT THAY ĐỖI MÃ HÓA 12 3.5 KỸ THUẬT KẾT HỢP 12 CHƯƠNG 4.1 KỸ THUẬT KẾT HỢP VÀ MÔ PHỎNG .13 ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG CHO HỆ THƠNG MQAM 14 4.1.1 Điều chế thích ứng khơng có chặn truyền (AMQAM-Non block) .14 4.1.2 Điều chế thích ứng với chặn đường truyền (AMQAM-Blocking) 17 4.2 ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG CHO HỆ THỐNG MPSK 18 4.2.1 Điều chế thích ứng khơng có chặn truyền (AMPSK-Non block) 18 4.2.2 Điều chế thích ứng với chặn đường truyền (AMPSK-Blocking) 20 4.3 SƠ ĐỒ ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG MÃ HĨA 22 4.4 SO SÁNH CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU CHẾ THÍCH ỨNG 26 4.5 SO SÁNH HIỆU SUẤT 28 4.6 KẾT LUẬN 30 iii CHƯƠNG MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 1.1 MÃ HĨA 1.1.1 Phương pháp lợi ích việc mã hố Mã hóa (coding), áp dụng cho nguồn thông tin số, biểu diễn kí hiệu rời rạc Mã hóa gồm hai q trình: q trình mã hóa (encoding) chuyển đổi tin tức số từ nguồn tin thành chuỗi kí hiệu theo qui luật đó; q trình giải mã (decoding) chuyển đổi ngược lại từ kí hiệu trở tin tức số theo qui luật ngược với qui luật mã hóa Thơng thường, nguồn tin tức số dạng nhị phân (bit bit 1) kí hiệu mã hóa dạng nhị phân Nói cách khác mã hoá chuyển đổi từ chuỗi số nhị phân thành chuỗi số nhị phân khác Nếu nguồn tín hiệu có M mức rời rạc, trạng thái nguồn mã hố K bits nhị phân cho: K≥ (1.2) Vậy, tốc độ xuất trạng thái nguồn r (r trạng thái xuất đơn vị thời gian), tốc độ bit nhị phân mã K.r; nói cách khác mã hố cần băng thông kênh truyền lớn gấp K lần băng thông thiết để truyền tín hiệu nguyên thủy ban đầu Mã hố có lợi điểm sau: + Mã hóa, cụ thể mã hóa nhị phân, cho phép xử lý tín hiệu mức rời rạc (hai mức cao thấp nhị phân), đó, mạch điện xử lý đơn giản độ tin cậy cao + Mã hóa cho phép tăng khả chống nhiễu tín hiệu Tùy theo ngun lý mã hóa ta có mã phát sai tự sửa sai có nhiễu kênh truyền làm sai lệch tin tức + Mã hóa cho phép nén số liệu phát từ nguồn, loại bổ trng thái dư thừa, tăng hiệu suất truyền tin Như truyền đựoc nhiều kênh môi trường truyền tin với tốc độ cao + Mã hóa cho phép bảo mật thơng tin (mật mã hóa) 1.1.2 Các loại mã hóa  Mã hóa dùng nguồn (Entropy coding): Mục đích mã hóa dùng nguồn lấy liệu nguồn thu nhỏ chúng lại Ý định phương pháp nén liệu từ nguồn nó, trước truyền đi, giúp cho việc truyền thơng có hiệu Chúng ta chứng kiến thói quen ngày Internet, cách dùng "zip" nén liệu để giảm lượng liệu phải truyền, giảm nhẹ gánh nặng cho mạng lưới truyền thông, đồng thời thu nhỏ cỡ tập tin  Mã hóa kênh truyền (Forward error correction): Cái thứ hai mã hóa kênh truyền Bằng việc cộng thêm bit vào liệu truyền, gọi bit chẵn lẻ (parity bits), kỹ thuật giúp cho việc truyền thơng tín hiệu xác mơi trường nhiễu loạn kênh truyền thơng: Mã khối tuyến tính mã kết hợp 1.2 ĐIỀU CHẾ 1.2.1 Phương pháp lợi ích việc điều chế Điều chế q trình biến đổi thơng số sóng mang cao tần (biên độ, tần số, pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB - base band) Lợi ích việc điều chế: − Đối với anten, xạ lượng tín hiệu cao tần có hiệu bước sóng (tương ứng tần số) bậc với kích thước vật lý anten − Tín hiệu cao tần bị suy hao truyền khơng gian − Mỗi dịch vụ vơ tuyến có băng tần (kênh) riêng biệt Quá trình điều chế giúp chuyển phổ tín hiệu băng gốc lên băng tần thích hợp 1.2.2 Các loại điều chế  Điều chế tương tự Trong điều chế tương tự, tín hiệu tương tự (tín hiệu hình sin) sử dụng tín hiệu sóng mang để điều chỉnh tín hiệu tin nhắn tín hiệu liệu Hàm sóng Sinusoidal tổng qt thể hình bên dưới, đó, ba tham số thay đổi để có điều chế - chúng biên độ, tần số pha; vậy, loại điều chế tương tự là: - Điều chế biên độ (AM) - Điều chế tần số (FM) - Điều chế pha (PM) Hình Hàm sóng sin tổng quát Điều Chế Biên Độ: Điều chế biên độ phát triển vào đầu kỷ 20 Đó kỹ thuật điều chế sớm sử dụng để truyền giọng nói qua radio Đây loại kỹ thuật điều chế sử dụng giao tiếp điện tử Trong điều chế này, biên độ tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin nhắn, yếu tố khác pha tần số khơng đổi Tín hiệu điều chế thể hình đây, phổ bao gồm dải tần số thấp hơn, dải tần số thành phần tần số sóng mang Kiểu điều chế địi hỏi nhiều cơng suất băng thơng lớn hơn; lọc khó Điều chế biên độ sử dụng modem máy tính, radio máy bay VHF radio hai chiều di động Điều Chế Tần Số: Trong loại điều chế này, tần số tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin nhắn thông số khác biên độ pha không đổi Điều chế tần số sử dụng ứng dụng khác radar, radio đo từ xa, khảo sát địa chấn giám sát trẻ sơ sinh cho động kinh qua EEG, v.v Loại điều chế thường sử dụng để phát sóng âm nhạc lời nói, hệ thống ghi băng từ, hệ thống radio hai chiều hệ thống truyền dẫn video Khi tiếng ồn xảy tự nhiên hệ thống vô tuyến, điều chế tần số với đủ băng thông cung cấp lợi việc hủy bỏ tiếng ồn Điều chế pha Trong kiểu điều chế này, pha tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin nhắn Khi pha tín hiệu thay đổi, ảnh hưởng đến tần số Vì vậy, lý này, điều chế kèm theo điều chế tần số Nói chung, điều chế pha sử dụng để truyền sóng Nó phần thiết yếu nhiều chương trình mã hóa truyền dẫn kỹ thuật số, tảng cho loạt công nghệ GSM, WiFi truyền hình vệ tinh Loại điều chế sử dụng để tạo tín hiệu tổng hợp al, chẳng hạn Yamaha DX7 để thực tổng hợp FM Do đó, điều chế Analog bao gồm AM, FM PM chúng nhạy với nhiễu Nếu tiếng ồn xâm nhập vào hệ thống, tồn mang đến máy thu cuối Vì vậy, nhược điểm khắc phục kỹ thuật điều chế số Hình Các loại điều chế analog CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX 2.1 TỔNG QUAN Điều chế thích nghi (adaptive modulation) cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu theo tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) đường truyền vơ tuyến Khi đường truyền vơ tuyến có chất lượng cao, ngun lý điều chế cao sử dụng làm tăng thêm dung lượng hệ thống Trong trình suy giảm tín hiệu, hệ thống chuyển sang ngun lý điều chế thấp để trì chất lượng ổn định đường truyền Đặc điểm cho phép hệ thống khắc phục hiệu ứng fading lựa chọn thời gian Đặc điểm quan trọng điều chế thích nghi khả tăng dải sử dụng nguyên lý điều chế mức độ cao hơn, hệ thống có tính mềm dẻo tình trạng fading thực tế Trong phần này, mô tả hệ thống liên quan đến truyền dẫn thích nghi Chúng tơi giả định điều chế tuyến tính thích nghi diễn bội số tốc độ symbol Rs =1/Ts Chúng ta giả sử điều chế sử dụng xung liệu Nyquist lý tưởng (sinc[t/T s]), băng thơng tín hiệu B = 1/T s Chúng tơi mơ hình hóa kênh fading kênh thời gian rời rạc kênh sử dụng tương ứng với thời gian ký hiệu Ts Kênh có ổn định độ lợi thay đổi theo thời gian tĩnh tuân theo phân phối định p(g) AWGN n[i], với mật độ phổ công suất No/2 Gọi biểu thị cơng suất tín hiệu truyền trung bình, B = 1/Ts biểu thị băng thơng tín hiệu thu trung bình SNR nhận tức thời γ[i] = giá trị kỳ vọng thời gian = biểu thị độ lợi kênh / (N0B), 0≤ γ[i]