Trờng đại học vinh khoa điện tử viễn thông === === đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: đánh giá chất lợng hệ thống thông tin vô tuyến sư dơng phÇn mỊm matlab Người hướng dẫn Sinh viên thực hiện Lớp Mã số sinh viên : : : : ThS Phạm mạnh toàn lê nhân toàn 49K - §TVT 0851080311 nghÖ an - 01/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngành: Lê Nhân Toàn Điện tử - Viễn thơng Mã số sinh viên: 0851080311 Khố: 49 Đầu đề đồ án: Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ): Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hồn thành đồ án: TRƯỞNG BỘ MƠN ThS Phạm Mạnh Toàn / /20 / /20 Ngày tháng năm 2013 NGƯỜI HƯỚNG DẪN Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Nhân Toàn Mã số sinh viên: 0851080311 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN .ii DANH MỤC HÌNH VẼ iii CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN .1 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Khái niệm 1.3 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vô tuyến .2 1.4 Khái niệm kênh truyền vô tuyến 1.5 Các đặc tính kênh vô tuyến 1.6 Truyền dẫn băng tần sở truyền dẫn băng thông 1.7 Mộ số kỹ thuật xử lý tín hiệu 1.8 Điều chế 10 1.8.1 Khái niệm điều chế số 10 1.8.2 Tại phải dùng điều chế số 11 1.8.3 Điều chế tín hiệu nhiều mức nhằm nâng cao hiệu phổ .11 1.8.4 Lựa chọn tối ưu tập tín hiệu .13 1.9 Sự phân chia tài nguyên vô tuyến 14 1.10 Phân loại hệ thống thông tin vô tuyến 16 1.11 Kết luận chương 18 CHƯƠNG II TRUYỀN DẪN TRÊN KÊNH VÔ TUYẾN SỐ .19 2.1 Giới thiệu chương 19 2.2 Lý thuyết kênh vô tuyến .19 2.2.1 Truyền dẫn phân tập đa đường 19 2.2.2 Kênh không phụ thuộc thời gian 19 2.2.3 Hiệu ứng Doppler kênh phụ thuộc thời gian 20 2.2.4 Bề rộng độ định thời gian kênh .22 2.2.5 Các mơ hình kênh 22 2.3 Nhiễu thông tin vô tuyến số 22 2.3.1 Tạp âm cộng trắng chuẩn 22 2.3.2 Nhiễu xuyên kênh .23 2.3.3 Nhiễu đồng kênh 23 2.3.4 Nhiễu đa truy nhập 24 2.4 Méo tuyến tính 25 2.4.1 Khái niệm 25 2.4.2 Các biện pháp khắc phục 26 2.5 Méo phi tuyến 28 2.5.1 Khái niệm 28 2.5.2 Các biện pháp khắc phục 29 2.6 Fading 31 2.6.1 Khái niệm 31 2.6.2 Phân loại fading 31 2.6.3 Mơ hình tốn học fading 32 2.6.4 Sự ảnh hưởng chuyển động MS 33 2.6.5 Hậu truyền sóng fading đa đường 35 2.6.6 Các loại kênh fading 37 2.6.7 Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng fading .40 2.7 Hiện tượng xuyên nhiễu kí hiệu (ISI: Inter Synbol Interference) 44 2.7.1 Khái niệm 44 2.7.2 Ảnh hưởng 44 2.7.3 Điều kiện truyền khơng có ISI 44 2.7.4 Giảm nhiễu ISI sử dụng phương pháp lọc 45 2.8 Kết luận chương 52 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 53 3.1 Giới thiệu chương 53 3.2 Sơ lược phần mềm Matlab 53 3.3 Vai trị mơ 54 3.4 Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến mô 55 3.5 Kênh truyền AWGN 56 3.5.1 BPSK qua kênh truyền AWGN 57 3.5.2 QPSK qua kênh AWGN .60 3.6 Kênh Fading 65 3.6.1 M-PSK qua kênh fading Rayleigh 66 3.6.2 QAM qua kênh fading Rayleigh 71 3.6.3 Mô so sánh AWGN với Fading Rayleigh kỹ thuật điều chế 74 3.7 Kết luận chương 78 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHẦN PHỤ LỤC 81 LỜI NÓI ĐẦU So với lĩnh vực truyền thông khác, thông tin vô tuyến có tăng trưởng nhanh chóng năm gần Kênh truyền vô tuyến chịu nhiều tác động phức tạp như: AWGN, fading, tượng Doppler, ISI, méo Nên việc phân tích, tính tốn, đánh giá chất lượng hệ thống trở nên khó khăn so với kênh truyền hữu tuyến Đề tài “Đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng phần mềm Matlab” phương tiện biểu đạt mới, sử dụng mô thay hệ thống thực, cho phép người học có nhìn trực quan sâu sắc vấn đề kỹ thuật phức tạp Nội dung đồ án chia thành chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến Chương 2: Truyền dẫn kênh vô tuyến số Chương 3: Mô đánh giá chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng phần mềm matlab Xin trân trọng cảm ơn ThS Phạm Mạnh Toàn giới thiệu, cung cấp tài liệu, tận tình hướng dẫn nội dung phương pháp, giúp tơi hồn thành đồ án Xin chân trọng cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông trường Đại học Vinh giúp đỡ suốt thời gian học tập hoàn thành chương trình đào tạo Sinh viên Lê Nhân Tồn i TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tìm hiểu, lich sử phát triển, cấu trúc, đặc tính kênh truyền hệ thống thơng tin vơ tuyến Phân tích tác động kênh truyền vô tuyến chất lượng hệ thống Để đơn giản q trình tính tốn thiết kế hệ thống Các giả định lý tưởng đặt ra: Băng tần truyền dẫn vô hạn, kênh truyền tuyến tính chiệu tác động tạp âm cộng trắng chuẩn tác động phức tạp khác fading, ISI, hiệu ứng Doppler, méo tín hiệu phân tích xem xét, từ bổ xung thiết bị, phương pháp khắc phục ảnh hưởng tượng Đồ án sử dụng phần mềm Matlab mô đánh giá chất lượng hệ thống trường hợp kênh chiệu tác động AWGN kênh chiệu tác động fading Rayleigh ABSTRACT The project explores the history of development, structure, channel characteristics of wireless communication system Analysis of the impact of radio channels for system quality To simplify the calculation process of system design Ideal assumptions set out: Transmission band is infinite, channel is linear and is affected by parasitic noise plus standard white and other complex effects such as fading, ISI, Doppler effect, distortion is analyzed to consider, from there additional devices, methods to overcome the effects of the phenomenon that The project uses simulation Matlab software and assess the quality of the system in case only channel affected by AWGN and channels affected by Rayleigh fading ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Trang Sơ đồ khối đơn giản hệ thống thông tin vô tuyến .1 Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vô tuyến số Hình 2.1 Hàm truyền đạt kênh 21 Hình 2.2 Sự lan truyền đường l tới trạm MS 33 Hình 2.3 Đáp ứng xung lọc xung có chiều dài hữu hạn 36 Hình 2.4 Hàm phân bố Rayleigh với  1 38 Hình 2.5 Hàm phân bố Rice cho giá trị khác K với Ap = 39 Hình 2.6 Phân tập khơng gian sử dụng anten 42 Hình 2.7 Phân tập không gian tần số sử dụng anten 43 Hình 2.8 Chuyển mạch bảo vệ kênh dự phòng 43 Hình 2.9 Mơ hình hệ thống băng gốc với tín hiệu xung đơn vị 46 Hình 2.10 Dạng xung qua lọc lý tưởng .47 Hình 2.11 Hàm truyền lọc tổng cộng 48 Hình 3.1 Sơ đồ mơ truyền dẫn kênh AWGN 57 Hình 3.2 Giao diện bắt đầu vào mơ kỹ thuật điều chế 59 Hình 3.3 Giao diện chương trình ‘chuongtrinh’ 59 Hình 3.4 Mơ BER điều chế BPSK qua kênh AWGN .60 Hình 3.5 Mơ BER điều chế QPSK qua kênh AWGN .62 Hình 3.6 Mơ BER điều chế 4-QAM qua kênh AWGN 64 Hình 3.7 Mơ BER điều chế 16-QAM qua kênh AWGN 65 Hình 3.8 Mơ hình truyền sóng đa đường 66 Hình 3.9 Sơ đồ mô truyền dẫn MPSK qua kênh fading sử dụng tách tín hiệu đồng (coherent detection) 66 Hình 3.10 Sơ đồ phân bố tín hiệu (signai constellation) tín hiệu 67 Hình 3.11 Mơ BER điều chế BPSK qua kênh Fading .69 Hình 3.12 Mơ BER điều chế QPSK qua kênh Fading .70 Hình 3.13 Sơ đồ mơ truyền dẫn MQAM qua kênh fading sử dụng tách tín hiệu đồng (coherent detection) 71 Hình 3.14 Mô BER điều chế 4-QAM qua kênh Fading 73 iii Hình 3.15 Mơ BER điều chế 16-QAM qua kênh Fading 74 Hình 3.17 Mô BER điều chế BPSK 75 Hình 3.18 Mơ BER điều chế QPSK 76 Hình 3.19 Mơ BER điều chế 4-QAM 76 Hình 3.20 Mơ BER điều chế 16-QAM .77 Hình 3.21 Mơ BER điều chế kỹ thuật điều chế qua kênh AWGN 77 Hình 3.22 Mơ BER điều chế kỹ thuật điều chế qua kênh Fading 78 iv ... BER điều chế 4-QAM 76 Hình 3.20 Mơ BER điều chế 16-QAM .77 Hình 3.21 Mơ BER điều chế kỹ thuật điều chế qua kênh AWGN 77 Hình 3.22 Mơ BER điều chế kỹ thuật điều chế qua kênh... ưu Điều chế - Giải điều chế Trạm di động Khóa dịc tối thiểu Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao Điều chế biên xung Tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình Điều chế xung mã Điều chế pha... fading giao thoa [3] c Độ suy giảm kênh thông tin vô tuyến biến đổi sự thay đổi tham số khí đất Sự thay đổi thấy rõ dải sóng ngắn, tiến hành thơng tin sóng phản xạ từ tầng ion Trước hết thay đổi