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
MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ
MÃ HÓA
1.1.1 Phương pháp và lợi ích của việc mã hoá
Mã hóa là quá trình chuyển đổi thông tin số thành các ký hiệu rời rạc, bao gồm hai bước chính: mã hóa (encoding) và giải mã (decoding) Trong đó, mã hóa chuyển đổi tin tức số từ nguồn tin thành chuỗi ký hiệu theo một quy luật nhất định, trong khi giải mã chuyển đổi ngược lại từ các ký hiệu về tin tức số theo quy luật ngược lại Thông thường, nguồn tin tức số được biểu diễn dưới dạng nhị phân (bit 0 và bit 1), và ký hiệu mã hóa cũng ở dạng nhị phân Mã hóa có thể được hiểu là việc chuyển đổi từ chuỗi số nhị phân này sang một chuỗi số nhị phân khác, với mỗi trạng thái của nguồn tín hiệu có M mức rời rạc được mã hóa bằng K bits nhị phân.
Nếu tốc độ xuất hiện các trạng thái của nguồn là r (r là số trạng thái trong một đơn vị thời gian), thì tốc độ bit nhị phân của mã sẽ là K.r Điều này có nghĩa là việc mã hóa yêu cầu băng thông kênh truyền lớn gấp K lần băng thông của thiết bị để truyền tín hiệu nguyên thủy ban đầu.
Mã hoá có các lợi điểm sau:
Mã hóa nhị phân cho phép xử lý tín hiệu ở hai mức rời rạc, cao và thấp, giúp đơn giản hóa mạch điện và nâng cao độ tin cậy.
Mã hóa giúp nâng cao khả năng chống nhiễu của tín hiệu, cho phép phát hiện và sửa lỗi khi có nhiễu trên kênh truyền Tùy thuộc vào nguyên lý mã hóa, có thể sử dụng các bộ mã để phát hiện sai hoặc tự sửa sai, đảm bảo tính chính xác của thông tin truyền tải.
Mã hóa giúp nén dữ liệu từ nguồn, loại bỏ các trạng thái thừa, từ đó nâng cao hiệu suất truyền tin Điều này cho phép truyền nhiều kênh hơn trong cùng một môi trường hoặc tăng tốc độ truyền tin.
+ Mã hóa có thể cho phép bảo mật thông tin (mật mã hóa)
Mã hóa dùng nguồn (Entropy coding):
Mã hóa dùng nguồn nhằm mục đích thu nhỏ dữ liệu trước khi truyền đi, giúp cải thiện hiệu quả truyền thông Phương pháp này nén dữ liệu từ chính nguồn của nó, giảm thiểu lượng dữ liệu cần truyền tải và giảm tải cho mạng lưới Chúng ta thường thấy thói quen này trên Internet, đặc biệt là việc sử dụng "zip" để nén dữ liệu, giúp giảm kích thước tập tin.
Mã hóa trên kênh truyền (Forward error correction):
Mã hóa trên kênh truyền là một kỹ thuật quan trọng giúp cải thiện độ chính xác của tín hiệu trong môi trường nhiễu loạn Bằng cách thêm các bit chẵn lẻ (parity bits) vào dữ liệu, phương pháp này đảm bảo rằng thông tin được truyền đi một cách chính xác hơn Hai loại mã hóa phổ biến trong lĩnh vực này là mã khối tuyến tính và mã kết hợp.
ĐIỀU CHẾ
1.2.1 Phương pháp và lợi ích của việc điều chế Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao tần (biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB - base band).
Lợi ích của việc điều chế:
Để một anten phát huy hiệu quả trong việc bức xạ năng lượng của tín hiệu cao tần, bước sóng của tín hiệu cần phải tương ứng với kích thước vật lý của anten.
−Tín hiệu cao tần ít bị suy hao khi truyền đi trong không gian
Mỗi dịch vụ vô tuyến sử dụng một băng tần riêng biệt, và quá trình điều chế giúp chuyển đổi phổ tín hiệu gốc lên các băng tần phù hợp.
Trong điều chế tương tự, tín hiệu hình sin được sử dụng làm sóng mang để điều chỉnh tín hiệu tin nhắn hoặc dữ liệu Hàm sóng sinusoidal có ba tham số chính là biên độ, tần số và pha, cho phép điều chỉnh để đạt được các loại điều chế khác nhau.
- Điều chế biên độ (AM)
- Điều chế tần số (FM)
Điều chế biên độ, phát triển vào đầu thế kỷ 20, là kỹ thuật điều chế sớm nhất dùng để truyền giọng nói qua radio Kỹ thuật này được áp dụng trong giao tiếp điện tử, trong đó biên độ của tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin nhắn, trong khi các yếu tố như pha và tần số giữ nguyên.
Tín hiệu điều chế, như được minh họa trong hình dưới đây, bao gồm các dải tần số thấp hơn, tần số trên và các thành phần sóng mang, đòi hỏi nhiều công suất và băng thông lớn, đồng thời việc lọc trở nên khó khăn Điều chế biên độ thường được áp dụng trong các modem máy tính, radio máy bay VHF và radio hai chiều di động Điều chế tần số cũng là một phương pháp quan trọng trong lĩnh vực truyền thông.
Trong điều chế tần số, tần số của sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin nhắn, trong khi biên độ và pha giữ nguyên Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong radar, radio, đo từ xa, khảo sát địa chấn và giám sát trẻ sơ sinh qua EEG để phát hiện cơn động kinh.
Điều chế pha là một loại điều chế phổ biến trong phát sóng âm nhạc và lời nói, cũng như trong các hệ thống ghi băng từ, radio hai chiều và truyền dẫn video Khi tiếng ồn xuất hiện tự nhiên trong các hệ thống vô tuyến, điều chế tần số với băng thông đủ lớn mang lại lợi ích trong việc loại bỏ tiếng ồn hiệu quả.
Trong điều chế này, pha của tín hiệu sóng mang được điều chỉnh theo tín hiệu tin nhắn, dẫn đến sự thay đổi tần số Do đó, phương pháp điều chế này thường liên quan đến điều chế tần số.
Điều chế pha là phương pháp quan trọng trong việc truyền sóng, đóng vai trò thiết yếu trong các chương trình mã hóa truyền dẫn kỹ thuật số, hỗ trợ nhiều công nghệ như GSM, WiFi và truyền hình vệ tinh Phương pháp này cũng được áp dụng để tạo tín hiệu trong các bộ tổng hợp âm thanh, ví dụ như Yamaha DX7, nhằm thực hiện tổng hợp FM.
Điều chế Analog, bao gồm AM, FM và PM, nhạy cảm hơn với nhiễu, khiến tiếng ồn xâm nhập vào hệ thống vẫn tồn tại và được truyền đến máy thu cuối Tuy nhiên, nhược điểm này có thể được khắc phục bằng kỹ thuật điều chế số.
Hình 2 Các loại điều chế analog
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX
TỔNG QUAN
Điều chế thích nghi (adaptive modulation) cho phép hệ thống điều chỉnh nguyên lý điều chế tín hiệu dựa trên tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của đường truyền vô tuyến Khi chất lượng đường truyền cao, hệ thống sử dụng nguyên lý điều chế cao nhất để tăng dung lượng Ngược lại, trong trường hợp suy giảm tín hiệu, hệ thống sẽ chuyển sang nguyên lý điều chế thấp hơn nhằm duy trì chất lượng và ổn định đường truyền Tính năng này giúp hệ thống khắc phục hiệu ứng fading theo thời gian Một điểm quan trọng của điều chế thích nghi là khả năng tăng dải sử dụng của nguyên lý điều chế ở mức độ cao hơn, mang lại tính linh hoạt cho hệ thống trong các tình huống fading thực tế.
Trong phần này, chúng tôi mô tả hệ thống truyền dẫn thích nghi với điều chế tuyến tính, trong đó sự thích nghi xảy ra ở bội số của tốc độ symbol Rs = 1/Ts Chúng tôi giả định rằng điều chế sử dụng xung dữ liệu Nyquist lý tưởng (sinc[t/Ts]), dẫn đến băng thông tín hiệu B = 1/Ts Kênh fading được mô hình hóa như một kênh thời gian rời rạc, với mỗi kênh tương ứng với một thời gian ký hiệu Ts Kênh có ổn định và độ lợi thay đổi theo thời gian, tuân theo phân phối p(g) và nhiễu AWGN n[i] với mật độ phổ công suất No/2 Công suất tín hiệu truyền trung bình được ký hiệu là , B = 1/Ts là băng thông tín hiệu, và độ lợi kênh trung bình được biểu thị SNR nhận được tức thời là γ[i] = / (N0B), với 0≤ γ[i]
