t T t T β π β π β ψ β π β − + + − = − Trong đó:
T là thời gian symbol.
β là chỉ số roll-off, giá trị nằm trong khoảng (0,1).
Sử dụng giá trị βnhỏ hơn thì cho mật độ phổ công suất nhỏ gọn hơn (tập
trung hơn), nhưng hiệu năng liên kết lại trở lên nhạy cảm hơn với nhiễu trong thời gian symbol.
Hình 4.38 Biên độ bộ chỉnh dạng xung trong miền thời gian
- Trong mô phỏng, ta chọn hệ số β =0.6.
4.1.1.4 Điều chế sóng mang (Carrier modulation)
Sau khi chỉnh dạng xung ta cần thực hiện quá trình điều chế sóng mang. Tín hiệu ở băng tần cơ sở được đưa lên tần số cao hơn, gọi là tần số sóng mang. Tần số sóng mang được chọn lựa dựa trên các yếu tố như: đặc tính của kênh truyền dưới
nước, khoảng cách truyền dẫn. Ở đây, tần số sóng mang được lựa chọn nằm trong khoảng vài chục KHz.
4.1.2 Kênh truyền
Kênh truyền dưới nước trong quá trình mô phỏng phải chứa các tham số đặc trưng cho các đặc tính của môi trường dưới nước đã được trình bày trong chương 2: tính chất đa đường, nhiễu, suy hao.
Vấn đề phức tạp nhất ở đây là vấn đề sự truyền đa đường. Với mô hình tia, các tín hiệu đa đường sẽ được tính toán quãng đường đi, độ trễ, sự suy hao của từng tia và góc hợp với phương nằm ngang của tia phản xạ. Tín hiệu sẽ được đưa qua kênh truyền dưới nước và chịu sự ảnh hưởng của suy hao, hấp thụ và nhiễu môi trường. Tất cả những yếu tố này được đánh giá, ước lượng thay đổi theo những thông số vật lý của nước biển như: nhiệt độ, độ mặn, độ pH, áp suất hay độ sâu.
Hình 4.39 Mô hình kênh truyền đa đường dưới nước
Hình 4.5 là mô hình biểu diễn kênh truyền dưới nước được sử dụng trong mô phỏng với h1(t) là đáp ứng xung biểu diễn cho tia trực tiếp với độ trễ bằng không. Còn hN(t) là đáp ứng xung của tia phản xạ có trễ so với tia trực tiếp là τN.
4.1.3 Bộ thu
Việc thiết kế bộ thu ở bất kỳ hệ thống thông tin nào thường phức tạp hơn so với việc thiết kế bộ phát và kênh truyền. Nhưng ở đây, kênh truyền được xem xét một cách mở rộng, sự phức tạp của thiết kế bộ thu giảm đi một chút so với thiết kế kênh truyền. Hình 4.6 dưới đây mô tả sơ đồ khối của bộ thu được sử dụng trong đồ án này. Phần tiếp theo sẽ giải thích chức năng của mỗi khối được sử dụng.
Hình 4.40 Sơ đồ khối bộ thu. 4.1.3.1 Lọc thông dải (bandpass filtering)
Khối đầu tiên ở bộ thu là một bộ lọc thông dải với tần số trung tâm bằng tần số sóng mang fcvà băng thông phối hợp với băng thông của tín hiệu phát. Như ta đã biết, tín hiệu vào máy thu không chỉ có tín hiệu mong muốn, mà còn có rất nhiều tín hiệu nhiễu ngoài băng. Mục đích của việc sử dụng bộ lọc thông dải ở đây là để loại bỏ nhiễu ngoài băng (out-of-band noise). Việc lựa chọn băng thông của bộ lọc thông dải cần được xem xét và tính toán cẩn thận. Nếu băng thông được lựa chọn quá lớn thì sẽ có nhiều nhiễu xâm nhập vào hơn mức cần thiết và việc thiết kế các khối sau sẽ phức tạp hơn để có thể lọc nhiễu. Mặt khác, nếu băng thông quá hẹp thì tín hiệu mong muốn sẽ bị méo, khó khôi phục.
4.1.3.2 Biến đổi tần số và lấy mẫu (Down conversion and sampling)
Khối down conversion dùng để chuyển đổi tín hiệu ở băng thông dải thu được về tín hiệu ở băng tần cơ sở có dạng phức. Tín hiệu vào được nhân với tín hiệu của bộ dao động nội (). Ở trong đồ án này bộ dao động nội không được sử dụng, tần số sóng mang được giả thiết là giống nhau ở cả phía phát và phía thu. Vì vậy, sẽ không có bất kỳ ảnh hưởng nào về mặt tần số sóng mang. Một khía cạnh khác của tín hiệu bộ dao động nội trong khối biến đổi tần số là làm thế nào để thiết lập pha ban đầu. Ở hình 4.6 có một kết nối từ khối ước lượng pha tùy chỉnh (optional phase estimation block) tới khổi biến đổi tần số (down-conversion block) được thể hiện bằng nét đứt và pha ước lượng thu được từ bộ ước lượng pha (phase estimator) được sử dụng cho việc thiết lập (hay khởi tạo) pha cho bộ dao động nội. Một hướng tiếp cận khác phổ biến trong thực tế là ta không khóa pha của bộ dạo động nội, mà thay vào đó ta sử dụng một bộ bù pha của tín hiệu băng tần cơ sở. Công việc này được thực hiện sau quá trình lọc phối hợp, tại đây quá trình bù pha được thực hiện đơn giản bằng cách quay chòm sao tín hiệu.
4.1.3.3 Lọc phối hợp (Matched Filtering)
Khối lọc phối hợp chứa một bộ lọc phù hợp với dạng xung được phát. Quá trình lọc phối hợp có thể được thực hiện trên tín hiệu rời rạc theo thời gian hoặc là tín hiệu liên tục theo thời gian. Hai khả năng là tương đương, nhưng tại điểm tiến hành quan sát thì việc tiến hành trên tín hiệu rời rạc theo thời gian là thích hợp hơn.
Ở hình 4.6 dưới đây, tín hiệu đầu ra từ bộ lọc phối hợp (kênh I hoặc kênh Q) được biểu diễn cho trường hợp tín hiệu dạng xung vuông. Những điểm màu đen biểu diễn cho tín hiệu lấy mẫu tại bộ thu, giả thiết là có bốn mẫu trên một symbol. Những điểm lấy mẫu tối ưu được đánh dấu bởi những mũi tên nhỏ. Ở hình vẽ, việc lấy mẫu của bộ lọc phối hợp xảy ra ở một trong những mẫu của tín hiệu rời rạc.
Hình 4.41 Tín hiệu đầu ra của bộ lọc phối hợp khi không có nhiễu
Đường nét liền là tín hiệu đầu ra thu được từ những bộ lọc phối hợp và những đường đường nét đứt là phân bố từ hai bit đầu tiên (mỗi bit thu được đều có phân bố giống nhau, nhưng điều này không được chỉ ra ở đây).
Việc có bộ lọc phối hợp ở bên thu giúp ta tăng tỉ số SNR, qua đó giúp tăng hiệu suất kênh truyền và giúp cho việc đồng bộ cũng như giải điều chế được dễ dàng hơn.
Hình 4.42 Tín hiệu sau khi đi qua bộ lọc thích ứng 4.1.3.4 Đồng bộ (Synchronizaiton)
Thuật toán đồng bộ rất quan trọng và cần thiết đảm bảo tính chính xác và ổn định trong hoạt động của hệ thống. Nhiệm vụ của nó là tìm ra thời điểm lấy mẫu tốt nhất cho thiết bị lấy mẫu. Trong trường hợp lý tưởng nhất, bộ lọc phối hợp nên được thể hiện sao cho số tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) cho biến quyết định là lớn nhất. Với dạng xung vuông thì thời điểm lấy mẫu tốt nhất là tsampở tại đỉnh của
hình tam giác đi ra từ bộ lọc phối hợp, những điểm này được chỉ ra trong hình vẽ bởi những mũi tên bên dưới.
Thuật toán đồng bộ được sử dụng trong đồ án này được dựa trên cơ sở chuỗi huấn luyện (training sequence). Trong quá trình chuỗi training được truyền, nó (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});