Đồ Án Đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số thông qua mô phỏng Monte-Carlo

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 3
LỜI NÓI ĐẦU 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 7
1.1. Tổng quan 7
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin điện tử 8
1.1.2. Thông tin tương tự và thông tin số 9
1.1.3. Truyền tin số 10
1.1.4. Kênh truyền tin 12
1.2. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin số 14
1.3. Các tham số đánh giá chất lượng hoạt động của hệ thống thông tin số 18
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG TRONG TRUYỀN DẪN SỐ 21
2.1. Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh thông dải thông qua điều chế sóng mang 21
2.2. Các khuôn dạng điều chế số 22
2.3. Điều chế biên độ sóng mang 24
2.3.1. Khóa dịch tần số ASK 25
2.3.2. Giải điều chế và tách tín hiệu ASK 28
2.4. Điều chế pha sóng mang PSK 34
2.4.1. Khóa dịch pha PSK 34
2.4.2. Khóa dịch pha vuông góc QPSK 38
2.4.3. Giải điều chế PSK 40
2.5. Điều chế biên độ vuông góc QAM 43
2.5.1. Điều chế 16-QAM 45
2.5.2. Giải điều chế và tách tín hiệu QAM 48
2.5.3. Xác suất lỗi đối với QAM trong một kênh AWGN 49

2.6. Điều chế tần số sóng mang 51
2.6.1. Khóa dịch pha tần số FSK 51
2.6.2. Giải điều chế và tách tín hiệu FSK 54
2.6.3. Xác suất lỗi đối với tách không kết hợp tín hiệu FSK 58
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB 60
3.1. Vai trò của mô phỏng 60
3.2. Mô phỏng Monte-Carlo trong thông tin số 61
3.3. Đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số 62
3.3.1. Các tham số đánh giá chất lượng của hệ thống 62
3.3.2. Mô phỏng Monte-Carlo một số hệ thống vô tuyến điển hình qua kênh AWGN 62
3.3.2.1. Kênh tạp âm AWGN 62
3.3.2.2. Đánh giá lỗi bít của hệ thống QPSK 64
3.3.2.3. Đánh giá chất lượng hệ thống QAM 70
3.3.2.4. Đánh giá chất lượng hệ thống FSK 74
3.3.3. Kết luận 79
3.3.4. Mô phỏng Monte-Carlo các hệ thống truyền dẫn qua kênh pha-đinh 80
3.3.4.1. Kênh pha-đinh 80
3.3.4.2. Mô phỏng hệ thống truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 83
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 92
KẾT LUẬN CHUNG 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin nói chung 7
Hình 1.2 Kênh thông tin số gồm nhiều trạm lặp 10
Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền tin số 14
Hình 2.1 Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu được truyền đi 24
Hình 2.2 Sơ đồ và dạng sóng tín hiệu điều chế ASK 25
Hình 2.3 Phổ của tín hiệu băng gốc (a) và phổ của tín hiệu đã điều chế (b) 27
Hình 2.4 Biểu đồ sao tín hiệu (Constellation) ASK 28
Hình 2.5 Giải điều chế và tách tín hiệu ASK 30
Hình 2.6 Các biểu đồ sao tín hiệu PSK 36
Hình 2.7 Sơ đồ điều chế và dạng sóng tín hiệu BPSK 37
Hình 2.8 Sơ đồ điều chế và dạng sóng tín hiệu QPSK 39
Hình 2.9 Sơ đồ khối giải điều chế tín hiệu M-PSK 40
Hình 2.10 Sơ đồ giải điều chế QPSK 42
Hình 2.11 Biểu đồ sao tín hiệu QAM 44
Hình 2.12 Sơ đồ khối chức năng một bộ điều chế QAM 44
Hình 2.13 Dạng tín hiệu điều chế 8QAM 45
Hình 2.14 Sơ đồ điều chế 16-QAM 45
Hình 2.15 Biểu đồ sao tín hiệu 16-QAM 46
Hình 2.16 Giải điều chế và tách tín hiệu QAM 48
Hình 2.17 Tín hiệu điều chế FSK 54
Hình 2.18 Giải điều chế kết hợp về pha đối với các tín hiệu FSK M mức 55
Hình 2.19 Giải điều chế FSK M mức đối với tách tín hiệu không kết hợp 57
Hình 3.1 Biểu diễn phương pháp mô phỏng Monte-Carlo 61
Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng Monte-Carlo của hệ thống QPSK 64
Hình 3.3 m.file DieucheQPSK viết cho mô phỏng Monte-Carlo 65
Hình 3.4a mfile Tinh_loiQPSK 66
Hình 3.4b mfile Tinh_loiQPSK 67

Hình 3.5 mfile gngauss 68
Hình 3.6 BER tại các giá trị khác nhau của SNR của hệ thống QPSK 69
Hình 3.7 Chất lượng hoạt động của hệ thống QPSK 69
Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng Monte-Carlo của hệ thống QAM 70
Hình 3.9 mfile Dieuche16QAM 71
Hình 3.10a mfile Tinh_loi16QAM 72
Hình 3.10b mfile Tinh_loi16QAM 73
Hình 3.11 BER tại các giá trị khác nhau của SNR của hệ thống 16QAM 73
Hình 3.12 Chất lượng hệ thống 16QAM 74
Hình 3.13 Sơ đồ mô phỏng Monte-Carlo của hệ thống 2-FSK 75
Hình 3.14 mfile Dieuche2FSK 76
Hình 3.15b mfile Tinh_loi2FSK 77
Hình 3.16 Tỷ lệ lỗi bít tại các giá trị khác nhau của SNR 78
Hình 3.17 Chất lượng hệ thống FSK nhị phân 79
Hình 3.18 Mô hình truyền sóng đa đường 81
Hình 3.19 Sơ đồ mô phỏng truyền dẫn QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh sử dụng tách tín hiệu đồng bộ 83
Hình 3.20a mfile mô phỏng hệ thống QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 83
Hình 3.20b mfile mô phỏng hệ thống QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 84
Hình 3.20c mfile mô phỏng hệ thống QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 85
Hình 3.20d mfile mô phỏng hệ thống QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 86
Hình 3.21 QPSK constellation 87
Hình 3.22 Symbols QPSK 87
Hình 3.23a Đường bao tín hiệu qua kênh tạp âm AWGN 88
Hình 3.23b Đường bao tín hiệu qua kênh pha-đinh Rayleigh 88
Hình 3.24a Tín hiệu đầu vào 89
Hình 3.24b Tín hiệu điều chế QPSK qua kênh AWGN 89
Hình 3.24c Tín hiệu điều chế QPSK qua kênh pha-đinh Rayleigh 90
Hình 3.25 Chất lượng hoạt động của hệ thống QPSK 90

LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, xu thế chung của viễn thông toàn cầu là sự thay thế toàn bộ hệ thống thông tin tương tự bằng hệ thống thông tin số. Vì vậy, việc nghiên cứu các hệ thống thông tin số nói chung đã trở thành nội dung quan trọng trong chương trình đào tạo đối với sinh viên đang theo học ngành Điện tử-Viễn thông. Và có rất nhiều tài liệu đề cập về những vấn đề liên, điều đó giúp chúng ta nắm bắt được từng phần kiến thức và hình thành nên một cái nhìn tổng quan, từ đó chúng ta có thể đi sâu nghiên cứu một vấn đề cụ thể, làm tăng tính chuyên môn của mình.
Là não bộ của hệ thống, điều chế và giải điều chế được hầu hết các giáo trình thông tin số dành một thời lượng khá lớn, phản ánh mức độ ưu tiên cao của khối này trong toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, ở phần lớn các giáo trình, lý thuyết căn bản vẫn được chú trọng hơn. Dù rằng chuyển biến mới trong kế hoạch giáo dục đào tạo của nước ta trong những năm gần đây cho thấy những cố gắng cải thiện nhằm nâng cao sự tìm tòi, sáng tạo của sinh viên, lôi cuốn sinh viên học tập bằng chính niềm đam mê của mình, cập nhập với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mới. Với xu hướng đó, tôi lựa chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá chất lượng hệ thống truyền dẫn số thông qua mô phỏng Monte-Carlo ”, mô phỏng Monte-Carlo là một ứng dụng nằm trong chương trình phần mềm Matlab, ứng dụng này làm công cụ khai thác thay thế các hệ thống thực, cho phép người học có cái nhìn trực quan, sâu hơn về những vấn đề kỹ thuật phức tạp. Hy vọng tính chuyên biệt của tài liệu, kết hợp dùng sự hỗ trợ của máy tính trong việc nghiên cứu lý thuyết căn bản nói trên sẽ nâng cao hiệu quả tiếp thu cho bản thân tôi và sinh viên khóa sau lượng kiến thức quan trọng này.
Bố cục của đề tài gồm ba chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin số
Chương 2: Các phương pháp điều chế sử dụng trong truyền dẫn số
Chương 3: Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin số thông qua mô phỏng Monte-Carlo
Chương 1 sẽ giới thiệu về cấu trúc của một hệ thống thông tin số điển hình. Chương 2 là phần lý thuyết cơ bản về các phương pháp điều chế số, làm nền tảng để đi vào chương 3- đánh giá một cách trực quan chất lượng truyền dẫn của các hệ thống số.

Để hoàn thành đồ án này, ngoài nỗ lực của bản thân, yêu cầu về thời gian và năng lực là cần thiết. Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn sinh viên để bổ sung kiến thức cho mình.
Xin trân trọng cảm ơn giảng viên Kỹ sư.Nguyễn Thị Kim Thu đã giới thiệu, cung cấp tài liệu, tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đồ án này.
Xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ, trường Đại học Vinh đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo