* Công thức và ý nghĩa của tốc độ lỗi bit BER:
Ta có:
SNR = tỉ số tín/tạp = S/N .
Nên tốc độ bit được tính theo công thức C = B log (1 + SNR) 2
Để truyền không có nhiễu thì N = 0 C = ∞
Nhưng trong thực tếđiều này là không thể xảy ra vì tốc độ bít không thể là vô cùng và tạp âm nhiễu trong không khí không thể là bằng không được. Do đó người ta luôn lấy những giá tị C và N một giá trị thích hợp.
Trong khi đó xác suất sai lỗi P (tương ứng với độ sai bit BER) phụ thuộc vào C/N (tương ứng với E /N ở đầu vào của bộ giải điều chế). Sai lỗi càng lớn tương đương với hiệu suất sử dụng nguồn càng thấp vì năng lượng đã tiêu phí cho càng nhiều hơn cho dữ liệu sai. e b 0 Với 0 N Eb = N C * b W f B
Trong đó : E là nb ăng lượng của một bit. N0 là mật độ tạp âm. C là công suất sóng mang. N là công suất nhiễu. b f Bw
là tỉ số của dải thông tạp âm với tốc độ bit.
Từđó ta tính được tốc độ lỗi bit BER phụ thuộc vào giá trị 0
N Eb
như thế nào.
* Các bước thao tác sử dụng Bertool:
Công cụ Bertool trong Matlab 7.0 để mô phỏng để tính toán BER và so sánh với kết quả BER thực nghiêm với lý thuyết. Các bước thao tác sử dụng Bertool như sau:
Bước 1: Mở cửa sổ lệnh trong Matlab 7.0, sau đó click file/open,
trong cửa sổ open click
MALAB7/toolbox/commblks/commblksdemos/msk_sync để mở file msk_sync đó là file mô phỏng sơđồ khôi phục tín hiệu MSK.
Bước 2: Để khai báo các giá trị khởi đầu của các thông số trong MATLAB workspace và các giá trị trong các khối thông số này phải được định nghĩa, đánh vào cửa sổ lệnh MATLAB dòng lệnh sau:
EbNo = 0; maxNumErrs = 100; maxNumBits = 1e8; Trong đó: EbNo là tham số khởi đầu cho và bằng 0 maxNumErrs là số bit lỗi lớn nhất và bằng 100
maxNumBits là số bit lớn nhất được xử lí và bằng 1e8
Bước 3: Để chắc chắn rằng BERtool sử dụng đúng lượng ồn cho mỗi một lượng thời gian chạy mô phỏng, mở hộp thoại của khối AWGN Channel bằng việc click đúp vào khối. Đặt Es/No là EbNo và click OK.
Bước 4: Để sử dụng đúng tiêu chuẩn dừng công cụ BERtool đang chạy cho mỗi lần chạy lặp lại, mở khối Error Rate Calculation . Đặt Target
number of errors bằng maxNumErrs, đặt Maxmum number of Symbol
bằng maxNumBits và click OK. Đó là hai điều kiện để dừng chương trình mô phỏng BER nếu một trong hai điều kiện đó xảy ra.
Bước 5: Để BERtool có thể truy nhập được kết quả BER và khối Error Rate Calculation tính toán được số lỗi bit, ta lấy khối Signal to Workspace trong Signal Processing Blockest và nối vào đầu ra của khối Error Rate Calculation
Bước 6: Để cấu hình thêm vào khối Signal to Workspace ta mở hộp thoại. Đặt thông số Variable name là BER, đặt thông số Limit data points
to last là 1 và click là 1000.
Bước 7: Để mô phỏng chạy nhanh hơn với giá trị EbNo lớn hơn, mở hộp thoại của khối Bernoilli Binary Generatator. Kiểm tả Frame-base outputs và đặt Samples per frame nên 1000.
Bước 8: Save file mô phỏng vừa thay đổi các thông số trên vào và lấy tên file là msk_1.
Bước 9: (tuỳ chọn) tại của sổ dòng lệnh Matlab ta đánh dòng lệnh
set_param('bertool_bpskdoc','preLoadFcn',... 'EbNo = 0; maxNumErrs = 100; maxNumBits = 1e8;');
Bước này có thể có hoặc không cũng được. Nếu có thì ta đã mặc định là các lần sau ta chạy lại mô phỏng với chính các thông số ta vừa đặt và không có sự thay đổi.
Bước 10: Mở BERtool và tới bảng Monte Carlo
Bước 11: Đặt các thông số trong bảng Monte Carlo theo chỉ dẫn dưới đây:
Bước 12: Click Run
BERtool sẽ đưa ra kết quả tính toán trong một số khoảng thời gian và vẽ nên một sốđiểm.
Bước 13: Ta cũng có thể so sánh kết quả mô phỏng lý thuyết với kết quả thực nghiệm. Click Theoretical trong BERtool và đặt theo các thông số dưới đây:
Bước 14: Click Plot. Khi đó BERtool sẽ vẽ ra đường cong lý thuyết và cảđường thực nghiệm.
* Kết quả hiển thị tốc độ lỗi bit BER (Bit error rate)
Hình 37: Hiển thị BER
Như trên hình tính toán lỗi bit BER. Với giá trị Eb/N nhỏ thì BER còn rất lớn, khi Eb/N0 trong khoảng từ 30dB đến 40dB BER giảm rất nhanh. Từ E /N bằng 40dB trởđi BER có giá trị rất nhỏ.
0
b 0
Kết quả BER có được bởi việc tính toán dựa trên mô phỏng bộ điều chế, kênh AWGN cũng như mạch lọc thông giải và giải điều chế. Việc này được thực hiện khi có sóng mang hoàn chỉnh và có sự đồng bộ bit. Điều này là rất quan trọng và không áp dụng được cho việc thiết kế trong hệ thống thực, đặc biệt tại giá trị BER nhỏ. Ý tưởng kết hợp sóng mang và thuật toán đồng bộ bít đã được thực hiện trong bộ mô phỏng. Trong thực tế việc liên kết hệ thống thông tin di động thực giữa các vị trí di chuyển và trạm cơ sở sẽ tuỳ thuộc vào nhiễu phading Rayleigh, đó là kết quả dịch pha nhanh. Điều này sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị BER. Để cải thiện điều này ta phải cải thiện bộ giải điều chế và kênh, làm cho tỉ số Eb/N tăng lên và giá trị BER giảm đi. Có thể tăng tỉ số C/N cho đặc trưng BER mức tối đa từ 10 – 15 dB.
0
Kết luận
Trong giới hạn của khoá luận này, mục đích là dùng Matlab 7.0 để mô phỏng quá trình khôi phục tín hiệu MSK trên điều kiện kênh truyền chất lượng kém.
Cụ thể, khoá luận này đã mô phỏng những ảnh hưởng đóng vai trò là nhiễu trên đường truyền đến chất lượng tín hiệu thu được tại nơi thu như: dịch định thời kí hiệu pha, dịch tần số, dịch pha và nhiễu Gaussian cũng như cho ta biết mức độ ảnh hưởng của nhiễu đến dạng tín hiệu thu được. Đồng thời mô phỏng được quá trình khôi phục định thời kí hiệu pha, khôi phục tần số sóng mang, khôi phục pha mang và nêu nên các phương pháp để khôi phục các tham số đã bị dịch. Ngoài ra khoá luận này đã sử dụng công cụ BERtool tính tốc độ lỗi bit BER nhằm minh hoạ tính phức tạp của quá trình khôi phục tín hiệu tại nơi thu.
Qua đó dựa vào lí thuyết và mô phỏng cho ta hình dung toàn cảnh khôi phục lại tín hiệu MSK trên kênh truyền chất lượng kém trong thực tế.
Do thời gian và hiểu biết có hạn, chắc chắn khoá luận này không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sự góp ý và châm trước của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2005 Sinh viên
Ngô Thị Nguyên
Các tài liệu tham khảo
[1] Cơ sở lý thuyết truyền tin _Tập 1
Tác giả: Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Tuấn Anh. [2] Kỹ thuật truyền dẫn số_ Học viện kỹ thuật quân sự _Hà Nội 2000 Tác giả: Nguyễn Quốc Bình
[3] Thông tin không dây nguyên tắc và thực hành_Tập2 Người dịch: Nguyễn Viết Kính [4] Thông tin di động số Cellular_Nhà xuất bản giáo dục Tác giả: VũĐức Thọ
[5] Wireless Communication Principles and Practice Tác giả: Theodore S.Rappaport
MỤC LỤC
Lời mở đầu...4
Chương I: TỔNG QUAN MỘT SỐ KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ...6
1.1 Khoá dịch pha (PSK) ...6
1.2. Khoá dịch pha vuông góc (QPSK) ...7
1.3 Khoá dịch pha lệch vuông góc (OQPSK)...9
1.4 Kĩ thuật điều chế tín hiệu MSK trong thông tin vô tuyến ...11
1.4.1 Phương pháp điều chế và biểu diễn tín hiệu MSK...11
1.4.2 Giản đồ không gian tín hiệu MSK ...15
1.4.3 So sánh phổ của tín hiệu MSK với tín hiệu OQPSK. ...16
1.4.4 Sơđồ bộ thu và phát tín hiệu MSK...18
1.5 Khoá dịch tối thiểu kiểu Gauss (GMSK)...19
Chương II KĨ THUẬT KHÔI PHỤC TÍN HIỆU MSK ...25
2.1 Các yếu tốảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn vô tuyến ...25
2.2 Kĩ thuật khôi phục tín hiệu MSK...28
2.2.1 Khôi phục định thời kí hiệu ...28
2.2.2 Kỹ thuật khôi phục tần số sóng mang ...30
2.2.3 Kỹ thuật khôi phục pha mang ...31
2.2.4 Giải điều chế tín hiệu MSK...31
Chương III MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHÔI PHỤC TÍN HIỆU MSK...33
3.1 Cấu trúc chương trình mô phỏng ...33 3.1.1. Cấu trúc chương trình mô phỏng ...33 3.1.2. Kết quả và hiển thị...34 3.1.3. Thí nghiệm với chương trình ...34 3.2 Các khối trong sơđồ mô phỏng...34 Đại học Công nghệ-ĐHQG Hà Nội 65
3.2.1 Máy phát nhị phân Bernoulli ...34
3.2.2 Điều chế tín hiệu băng cơ sở MSK ...36
3.2.3 Kênh AWGN...37
3.2.4 Khối khôi phục định thời tín hiệu MSK...40
3.2.5 Khối khôi phục pha mang CPM...42
3.2.6 Giải điều chế tín hiệu băng cơ sở MSK ...43
3.2.7 Giản đồ hiển thị các điểm phân tán...45
3.2.8 Giản đồ mắt ...45
3.3 Mô phỏng bằng Matlab 7.0...46
3.3.1 Mô phỏng tín hiệu đi qua kênh chỉ có cộng ồn Gaussian trắng (AWGN)....46
3.3.2 Mô hình tín hiệu qua kênh gồm nhiễu Gaussian, dịch định thời, dịch pha mang và dịch tần số sóng mang. ...48
3.3.3 Mô phỏng mô hình khôi phục định thời kí hiệu pha, khôi phục tần số và khôi phục pha sóng mang...52
3.3.4 Sử dụng công cụ Bertool trong Matlab 7.0 để tính toán BER ...57
Kết luận...63
Các tài liệu tham khảo ...64