Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin số sử dụng mô phỏng Monte Carlo với 8 sóng mang trực giao
MỤC LỤC
Các thành phần chính của mạng viễn thông
Tất cả các trang thiết bị trong mạng viễn thông thường được chia làm 4 nhóm chính như sau. Tại điểm phát biến đổi tin tức thành tín hiệu phù hợp để truyền qua mạng, còn tại điểm thu chuyển tín hiệu thành tin tức để có thể hiểu được.
Quá trình phát triển của hệ thống truyền tin
Với những nghiên 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 thống truyền tin. 1933 Giới thiệu điều chế tần số Amstrong Tương tự 1934 Giới thiệu Radar (vô tuyến định vị) Kuhnold.
Kênh thông tin và đặc tính của kênh
• 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 cấp băng thông lớn hơn so với loại cáp đồng trục cùng với việc suy hao cũng như nhiễu tín hiệu tương đối thấp nên cáp quang được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi trong viễn thông không chỉ ở một quốc gia riêng lẻ nào mà còn sử dụng trong phạm vi toàn thế giới. Do có băng thông rộng nên cáp quang đã hỗ trợ rất nhiều cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc truyền số liệu, thoại, cũng như hình ảnh. Ngoài ra, trong hệ thống thông tin không dây còn dễ chịu tác động bởi hiện tượng Pha-ding, hiện tượng đa đường, suy hao gây ra do mưa, khí quyển.
Những nét cơ bản về hệ thống thông tin số
Như chúng ta đã biết, đối với nguồn tin liên tục thì tâp các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc thì tập các bản tin có thể là một tập hữu hạn. - Do có khả năng tái sinh lại tín hiệu theo ngưỡng qua từng cự ly nhất định 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 tương. Những nhược điểm của hệ thống thông tin số là không đáng kể so với nhiều ưu điểm quan trọng của nó vì vậy trong một thời gian tới, mạng viễn thông sẽ trở nên số hóa hoàn toàn.
Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình
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 được lỗi xảy ra trên kênh truyền, ngoài ra còn để chống nhiễu và các tác động xấu của đường truyền dẫn. 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, làm cho việc truyền tin trên nhiều nguồn tin khác nhau có thể đến các đích nhận tin khác nhau trên cùng một tuyến truyền dẫn. Trong phân tích,đánh giá và thiết kế hệ thống, các hệ thống hoàn toàn có thể xem xét được ở dạng băng gốc tương đương trong đó: mọi tín hiệu đều là tín hiệu băng gốc hoặc băng gốc tương đương nhờ sử dụng tín hiệu đường bao phức hay còn gọi là tín hiệu thông thấp tương đương.
Các tham số chất lượng của hệ thống thông tin số
Các nhóm nghiên cứu (SG: stady group) của liên minh viễn thông Quốc tế (ITU: International Telecommunication Union), trước đây là hội đồng tư vấn điện thoại và điện báo quốc tế CCITT, và các nhóm nghiên cứu của uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế CCIR trước đây , nay là ITU-R. 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 thời gian quan sát nào đó. 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 thường được đánh giá qua dung lượng tổng cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thông tin (đơn vị là b/s) tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ
HỆ THỐNG THễNG TIN SỐ VỚI 8 SểNG MANG TRỰC GIAO
Khái niệm về sự trực giao của hai tín hiệu
Giới thiệu về các tín hiệu trực giao nhiều chiều
Ta giả sử rằng các dạng sóng tín hiệu trực giao này được sử dụng để truyền thông tin qua một kênh AWGN. Máy thu quan sát tín hiệu r(t) và quyết định xem dạng sóng nào trong M dạng sóng đã được truyền đi. Máy thu tối thiểu hóa xác suất lỗi trước hết cho tín hiệu r(t) qua một dãy song song gồm M bộ tương quan.
Do các bộ tương quan tín hiệu và các bộ lọc phối hợp có được cùng các tín hiệu lối ra tại thời điểm lấy mẫu nên ta xét trường hợp các bộ tương quan tín hiệu được sử dụng, được thể hiện như hình 3.3. Tín hiệu thu được r(t) được tính tương quan chéo với từng dạng sóng trong M dạng sóng tín hiệu và các lối ra của các bộ tương quan được lấy mẫu tại t=T. Như vậy, lối ra gồm một thành phần tín hiệu E và một thành phần tạp âm , M-1 lối ra khác chỉ có thành phần tạp âm.
Cùng một biểu thức về xác suất lỗi nhận được khi bất kỳ một trong M-1 tín hiệu khác được truyền đi. Do tất cả M tín hiệu là đồng xác suất, biểu thức đối với được cho bởi công thức (3.13) chính là xác suất lỗi symbol trung bình. Đôi khi chúng ta muốn biến đổi xác suất của một lỗi symbol thành một xác suất tương đương của một lỗi digit nhị phân (bit).
Đối với các tín hiệu trực giao đồng xác suất, mọi lỗi symbol là đồng khả năng và xảy ra với xác suất.
Chương trình mô phỏng
Tìm hiểu về chương trình con smldp510 Giới thiệu các biến đầu vào của chương trình. Temp là biến thời gian, có giá trị như biến ngẫu nhiên nằm trong khoảng (0;1), với giả thiết dãy nhị phân gồm các tổ hợp bit xuất hiện với xác suất như nhau và độc lập thống kê với nhau. Từ phần các symbol đc tạo ra bằng việc ánh xạ các giá trị ngẫu nhiên theo hàm phân bố đều RGN được đưa vào các bộ lọc (hay bộ cộng) cùng với các giá.
Nếu symbol đầu ra có 1 bit khác với bit tương ứng của symbol đầu vào thì đã có 1 lỗi xảy ra. Thực hiện một mô phỏng Monte - Carlo về một hệ thống truyền tin số áp dụng M = 8 tín hiệu trực giao. Đầu tiên, ta tạo ra 1 chuỗi nhị phân gồm các con số 0 và 1 mà chúng xuất hiện với xác suất như nhau và độc lập thống kê với nhau.
Để thực hiện việc này ta sử dụng một bộ tạo số ngẫu nhiên để tạo ra một số ngẫu nhiên nằm trong khoảng (0, 1). Như vậy, kết quả đầu ra của bộ tạo số ngẫu nhiên phân bố đều được ánh xạ thành các điểm tín hiệu tương ứng. Tín hiệu lối ra của bộ tách tín hiệu được so sánh với chuỗi bit được truyền đi và có một bộ đếm được sử dụng để đếm số lỗi bit.
Khác với chương trình gốc với M = 4 chỉ có dsource1 và dsource2 thì chương trình mô phỏng cho hệ thống truyền tin số với M = 8 thì sẽ có thêm dsource3. - Đoạn chương trình tách tín hiệu từ dòng 53 66 (của chương trình gốc) cũng có 8 trường hợp. Chương trình mô phỏng bằng Matlab đánh giá chất lượng hệ thông thống tin số sử dụng 8 sóng mang trực giao được trình bày trong mục 6 và 7 ở phần phụ lục của đồ án này.
Kết quả và nhận xét
Từ kết quả bằng hình ảnh trên ta thấy khi M=4 xác suất lỗi bit rất gần với đường xác suất lỗi bit lý thuyết, còn khi M=8 thì xác suất lỗi bít lại lệch hơn một chút so với đường xác suất lỗi bit lý thuyết. Ta chỉ nên khảo sát trường hợp trung gian khi M=8 để thấy được xác suất lỗi bit trung bình và giảm đi tính phức tạp của thuật toán. Các giá trị xác suất lỗi được tính tại các giá trị khác nhau của SNR, biểu thị bởi các điểm hình * trên hình vẽ.
Với việc cùng chạy giá trị của SNR đến 10 (trục hoành) nhưng SNR của đường xác suất lỗi lý thuyết khi M=4 chạy đến giá trị 10, trong khi đó khi M=8 giá trị này chỉ chạy đến khoảng 8.4. Điều đó chứng tỏ rằng đường xác suất lỗi lý thuyết trường hợp M=8 nhỏ hơn đường xác suất lỗi lý thuyết trường hợp M=4. Với các trường hợp M có giá trị cao hơn thì các đường xác suất lỗi lý thuyết cũng nhỏ dần và khít vào gần nhau hơn, nhưng chúng sẽ chỉ nhỏ đến một đường giới hạn cho phộp thỡ sẽ khụng thể nhỏ hơn được nữa.
Với kết quả của trường hợp M=8 như trên hình 3.7 khi cho bước nhảy của SNR là 2 thì chỉ nhìn thấy được 4 điểm * nên sẽ chỉ thấy được 4 điểm xác suất lỗi bit, nhưng có ưu điểm là chương trình sẽ chạy nhanh hơn vì số điểm vẽ ít. Lý do sau khi thay đổi bước nhảy của SNR thì chương trình sẽ chạy lâu hơn vì lúc đó chương trình sẽ phải khảo sát với nhiều điểm hơn. Tương tự khi bước nhảy của SNR là 1 thì chương trình phải khảo sát chạy liên tục thử với 70000 mẫu.
Nếu tiếp tục giảm bước nhảy của SNR xuống giá trị nhỏ hơn thì sẽ quan sát được nhiều điểm xác suất lỗi bit hơn, từ đó ta có thể dễ dàng đánh giá được chất lượng của hệ thống thông tin.
