LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng 2 tháng nghiên cứu và tìm hiểu em đã hoàn thành xong đồ án
tốt nghiệp của mình. Đây là những kiến thức em đã học hỏi và tích lũy trong
những năm học trên Đại học Hàng Hải Việt Nam. Qua đây em xin chân thành
cảm ơn các thầy – cô giáo trong trường tử nói chung và các thầy – cô trong bộ
môn Điện tử viễn thông nói riêng, những người đã tận tâm, nhiệt tình giảng dạy
kiến thức cho em trong những năm học vừa qua và tạo điều kiện cho em để em
có thể hoàn thành được quyển đồ án này.
Qua đây em cũng gửi lời cảm ơn đến thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG,
người đã trực tiếp hướng dẫn em làm đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng là lời cảm ơn của em đến gia đình, tất cả các bạn bè trong lớp
ĐTV52 - ĐH1 cũng như các anh chị đã giúp đỡ, chia sẻ và động viên em trong
suốt quá trình học tập tại trường.

Hải Phòng, ngày 27 tháng 11 năm 2015
Sinh viên
Hoàng Hà Thu

1


LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Hội đồng bảo vệ bộ môn Điện tử - Viễn thông, trường Đại học
Hàng Hải Việt Nam
Em tên là

: Hoàng Hà Thu

Sinh viên lớp

: ĐTV52 – ĐH1


Amplitude Shift Keying – Khóa dịch biên độ

FSK

Frequency Shift Keying – Khóa dịch tần số

PSK

Phase Shift Keying – Khóa dịch pha

QAM

Quadrature Amplitude Modulation – Điều chế biên độ vuông góc

TDMA

Time Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theo thời gian

FDMA

Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần
số

CDMA

Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theoo mã

DTE


FM

Frequency Modulation – Điều chế tần số

PM

Phase Modulation – Điều chế pha

CCIR

Consultative Committee on International Radio - Ủy ban tư vấn quốc tế

ITU

International Telecommunication Union – Liên minh viễn thông quốc tế

CCITT

Consultative Committee for International Telephone and Telegraph –
Hội đồng tư vấn điện thoại và điện báo quốc tế

BER
4


NRZ

Bit – Error Ratio – Tỷ lệ lỗi bit
Non – Return to Zero – Mức điện áp tín hiệu không trở về 0V


Hình 2.3 Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK
Hình 2.4 Băng thông của tín hiệu FSK
Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu PSK
Hình 2.6 Băng thông tín hiệu PSK
Hình 3.1 Tích của 2 vecto trực giao
Một thí dụ về 4 dạng sóng tín hiệu trực giao cùng năng
Hình 3.2
lượng
Các biểu đồ sao tín hiệu đối với các tín hiệu trực giao với
Hình 3.3
M=2 và M=3
Hình 3.4 Máy thu tối ưu đối với các tín hiệu trực giao nhiều chiều
Hình 3.5 Xác suất lỗi bit đối với các tín hiệu trực giao
Sơ đồ khối của hệ thống với M=4 tín hiệu trực giao dùng
Hình 3.6
cho mô phỏng Monte – Carlo
Sơ đồ khối của hệ thống với M=8 tín hiệu trực giao dùng
Hình 3.7
cho mô phỏng Monte-Carlo
Xác suất lỗi bit đối với M=4 tín hiệu trực giao nhận được từ
Hình 3.8 mô phỏng Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết
Xác suất lỗi bit đối với M=8 tín hiệu trực giao nhận được từ
Hình 3.9 mô phỏng Monte-Carlo, so sánh với xác suất lỗi lý thuyết
Hình 3.10 So sánh giữa trường hợp M=4 và M=8 trên cùng 1 đồ thị
Hình 3.11 Kết quả sau khi thay đổi bước nhảy của SNR là 1 (M=8)
Hình 3.12 Kết quả sau khi thay đổi bước nhảy của SNR là 0.5 (M=8)
Hình 1.1

7


tiến bộ trong công nghệ đã hình thành nên hệ thống thông tin số để đáp ứng
được nhu cầu sử dụng ngày càng cao của con người. Hệ thống thông tin số đã
trở nên thông dụng ở mọi quốc gia với nhiều ưu điểm và ứng dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực thông tin, trong cuộc sống hàng ngày v.v... thay cho hệ thống
thông tin tương tự cổ điển và phức tạp trước đây. Ở nước ta hiện nay các cơ cấu
chuyển mạch cũng như các hệ thống truyền dẫn trong một số ngành như bưu
điện, di động... cũng đã được số hóa một cách hiện đại hơn. Hệ thống thông tin
số đã đáp ứng được khá nhiều mặt hạn chế của hệ thống thông tin tương tự. Việc
nghiên cứu về các hệ thống thông tin số đã trở thành nội dung cơ bản trong việc
đào tạo các kỹ sư trẻ.
Nhận thấy được sự nổi trội của hệ thống thông tin số nên em đã thực hiện
đồ án “ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ SỬ DỤNG 8
SÓNG MANG TRỰC GIAO (M=8)” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
LÊ QUỐC VƯỢNG. Trong đồ án em chỉ tập trung vào việc khảo sát xác suất
lỗi bit xảy ra so với xác suất lỗi lý thuyết trong trường hợp M=8 sóng mang trực
giao trên phần mềm mô phỏng Matlab chứ không làm thêm các trường hợp có
nhiều sóng mang trực giao hơn như M=16, M=32, M=64…

9


CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
1.1. Giới thiệu về hệ thống viễn thông
Các hệ thống viễn thông (Telecommunication Systems) được tạo ra để
truyền thông tin như dữ liệu, tiếng nói, âm thanh hoặc tin tức, hình ảnh, văn bản
qua một cự ly nào đó. Các dịch vụ điện báo và điện thoại chưa được cải tiến từ
những năm trước đây sau này được phát triển dần thành các hệ thống viễn thông
ngày nay. Hiện tại, hệ thống này rất tiện ích và đa dạng, phong phú, nhằm đáp

sở dữ liệu trên toàn thế giới và trao đổi thông tin một cách tiện lợi giữa các máy
tính với nhau...với mức giá cả vừa phải. Trong PSPDN bản tin được chia thành
các gói tin (packet) và được gửi đi ngay khi có một kết nối rỗi. Các gói từ các
thuê bao khác nhau có thể truyền đi trên cùng một kết nối đơn., theo cách này,
có thể có nhiều cuộc gọi thực hiện một kết nối ảo (virtual connection). Để các
gói tin đi đến đúng đích thì nó phải mang theo địa chỉ nhận, khi đến địa chỉ đó
các gói cần phải được kết hợp lại thành bản tin gốc bên phát. Vì thế điểm khác
nhau cơ bản của chuyển mạch gói so với chuyển mạch kênh là ở đây không tồn
tại kết nối trực tiếp giữa các thuê bao. Với chuyển mạch kênh thì mỗi cuộc gọi
thoại giữa hai thuê bao với nhau sẽ chiếm giữ một kênh nhất định trong thời
gian thực hiện cuộc gọi, kênh này sẽ chỉ biến mất khi cuộc gọi thoại kết thúc.
Điều này gây lãng phí vì kênh đó chỉ sử dụng 40% thời gian để truyền tín hiệu
thoại, số còn lại là thời gian trống, ngắt quãng giữa các câu chữ trong cuộc gọi
thoại. Chính vì thế mà hiện nay chủ yếu sử dụng mạng chuyển mạch gói. Mạng
chuyển mạch gói bao gồm các thành phần sau: DTE (thiết bị cuối xử lý số liệu
hoặc một máy tính mô phỏng thiết bị đầu cuối), DCE (là thiết bị thực hiện trao
đổi dữ liệu với các DTE, nó có thể là Modem, Card mạng, Multiplexer...), PSE
(Tổng đài chuyển mạch gói), NMC (trung tâm quản lý mạng).

13


Truyền số liệu trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN là
dịch vụ số liệu trong PSTN dùng modem. Kết nối được thực hiện giống như một
cuộc gọi điện thoại thông thường đến thuê bao yêu cầu.
Ngoài ra còn rất nhiều mạng và các dịch vụ viễn thông khác nhau như
mạng cục bộ LAN, mạng băng rộng, mạng cảnh báo...
1.2. Các thành phần chính của mạng viễn thông
Tất cả các trang thiết bị trong mạng viễn thông thường được chia làm 4
nhóm chính như sau

1837
1875
1897

Sự kiện
Xuất xứ
Hoàn thiện dạng điện báo bằng dây
Morse
Phát minh ra điện thoại
Bell
Chuyển mạch trao đổi tự động theo Stronger

1901
1905

từng nấc
Điện báo không dây
Marconi
Giới thiệu về loại điện thoại không Fessenden

Số
Tương tự

1907

dây
Truyền thanh vô tuyến dạng chuẩn USA

Tương tự


Giới thiệu điều chế tần số
Giới thiệu Radar (vô tuyến định vị)
Phát minh ra PCM
Thương mại hóa dịch vụ truyền hình

1943
1945

quảng cáo
Đưa ra bộ lọc thích ứng
Phát minh vệ tinh địa tĩnh

Nyquist
Harley
Amstrong
Kuhnold
Reeves
BBC
North
Clarke

17

Kiểu thông tin
Số
Tương tự

Số
Số
Số

Tương tự

Hockman
1966
1970

Chuyển mạch gói
Mạng truyền dữ liệu cỡ trung bình

ARPA/TYM

Số
Số

NET
1970
1971
1974
1978
1978
1980
1981

Mạng LAN, MAN và WAN
Giới thiệu về ISDN
Giới thiệu về Internet
Vô tuyến tế bào
Nghiên cứu về GPS Navstar
Mô hình tham chiếu 7 lớp OSI
Phát minh ra truyền hình có độ phân

Số
Số
Tương tự
Số
Số
Số
Số
Số
Số
Số
Số

1.4. Kênh thông tin và đặc tính của kênh
Kênh thông tin là môi trường vật lý để cung cấp kết nối giữa bên thu và
bên phát. Nó sẽ xác định được lượng dữ liệu và chất lượng của thông tin cần
truyền đi. Kênh thông tin có thể lá cáp quang, cáp xoắn đôi hoặc một số thiết bị
lưu trữ như băng từ, đĩa từ, đĩa quang...
Dưới đây ta sẽ mô tả đặc tính của một vài kênh truyền thông dụng
• Dây cáp:Tiêu biểu cho kênh truyền dạng dây cáp là cáp xoắn đôi và cáp
đồng trục. Cáp xoắn đôi để truyền các loại thông tin, số liệu như hình ảnh, âm
thanh đến tổng đài hoặc để truyền các tín hiệu thoại trong mạng điện thoại. Cáp
19


xoắn đôi có độ rộng băng thông khoảng vài trăm kHz. Trong khi đó, băng thông
của cáp đồng trục lớn hơn, lên đến vài MHz. Cáp đồng trục có lõi bên trong
cách điện và bên ngoài vỏ là lớp dẫn điện. Ngoài ưu điểm là băng thông rông,
cáp đồng trục còn làm giảm khả năng can nhiễu từ bên ngoài. Nhưng cáp đồng
trục cần những bộ phát lặp lại ở vị trí gần nhau do độ suy giảm tăng nhanh.
• Cáp quang: được cấu tạo gồm dây dẫn ở giữa bằng thủy tinh hoặc nhựa

bản tin này cũng đánh số được. Do đó, thay vì truyền đi cả bản tin thì ta chỉ cần
truyền đi các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với bản tin đó. Tín hiệu
lúc này chỉ biểu diễn các con số nên được gọi là tín hiệu số. Tín hiệu số có các
đặc điểm cơ bản sau:
● Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị
● Tín hiệu số sẽ có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký
hiệu là Ts
Một số ưu điểm cơ bản của hệ thống thông tin số so với hệ thống thông
tin tương tự là:
-

Do có khả năng tái sinh lại tín hiệu theo ngưỡng qua từng cự ly nhất
định nên tín hiệu số khỏe hơn đối với tạp âm so với tín hiệu tương tự

-

Kỹ thuật mới, điều chế và giải điều chế theo phương thức cải tiến tương
thích với các hệ thống điều khiển và xử lý hiện đại nên có khả năng
khai thác, quản lý và bảo trì hệ thống một cách tự động

-

Có khả năng chống nhiễu cao

-

Tín hiệu số dễ dàng sửa được khi có lỗi xảy ra

-


thông sẽ trở nên số hóa hoàn toàn
1.6. Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình
Trước tiên ta xét đến sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số tổng quát.
Hệ thống tổng quát gồm có 3 phần chính là: Nguồn tin, kênh tin và nhận tin
Nguồn tin

Kênh tin

Nhận tin

Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin số tổng quát
-

Nguồn tin là nơi chứa hay sản sinh ra các tin truyền đi, vì thế nguồn tin có thể là
con người hay các thiết bị thu phát tiếng nói, âm thanh, hình ảnh, các thiết bị lưu
trữ và thu nhận thông tin để truyền đi. Hay nói cách khác, nguồn tin là tập hợp
các tin tạo thành bản tin mà hệ thống thông tin truyền đi. Nếu các tin tức là vô
hạn thì nguồn tin sinh ra nó là nguồn rời rạc, nếu các tin tức là hữu hạn thì

nguồn sinh ra nó là nguồn liên tục.
- Kênh tin là môi trường truyền dẫn vật lý từ nơi phát tín hiệu đến nơi thu tín
hiệu. Để có thể truyền được trong một môi trường vật lý xác định thì thông tin
cần phải được biến đổi thành dạng tín hiệu thích hợp với môi trường truyền đó.
Hay nói cách khác kênh tin vừa là nơi hình thành cũng đồng thời là nơi truyền
tín hiệu mang tin và nó cũng có thể sinh ra nhiễu trong quá trình truyền tin nhằm
phá hủy thông tin hoặc làm cho thông tin bị mất năng lượng, không được chuẩn
xác như từ nguồn tin phát đi.

25


+

Giải mã
Tới bộGiải
tin Tạo khuôn
nguồn

Giải
mã mật

Giải Phân kênh Giải
GiảiĐa truy nhập
Máy thu
mã kênh
điều chếtrải phổ

Hình 1.2: Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số
Hầu hết các tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số (hình ảnh, âm thanh,
tiếng nói...) là tín hiệu tương tự Analog
Khối tạo khuôn thực hiện biến đổi tín hiệu đưa vào ở dạng tương tự thành
tín hiệu dạng số. Việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được thực
hiện bởi phương pháp điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulator)
Khối giải tạo khuôn thực hiện biến đổi ngược lại đó là chuyển đổi tín
hiệu số sang tín hiệu tương tự giống như dạng tín hiệu đưa vào ban đầu

29


Khối mã hóa nguồn làm nhiệm vụ giảm số bit dư không cần thiết để
giảm phổ chiếm của tín hiệu số làm cho việc truyền và lưu trữ thông tin được

Khối đa truy nhập cho phép nhiều đối tượng cùng sử dụng một phương
tiện vật lý chung để cùng chia sẻ thông tin với nhau theo nhu cầu giúp hạn chế
việc sử dụng nhiều phương tiện truyền dẫn khác. Một số dạng đa truy nhập là:
TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian), FDMA (đa truy nhập phân chia
theo tần số), CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã)
Đồng bộ bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ
thống thông tin liên kết.
Lọc được thực hiện tại máy thu, phát đầu cuối, bao gồm lọc cố định nhằm
hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây
bởi đường truyền.
Trong số các chức năng nói trên thì chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điều
chế và giải điều chế số là không thể thiếu đối với mọi loại hệ thống thông tin số.
Về mặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến
đổi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi
xa. Máy phát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệu
lên tới tần số thích hợp, khuếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào môi trường
truyền dẫn bằng hệ thống anten và phi-đơ trong các hệ thống vô tuyến. Đối với
một hệ thống thông tin số thì MODEM đóng vai trò là bộ nào, còn máy thu phát
thì chỉ như cơ bắp mà thôi. Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộc
đối với tất cả các hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trong từng hệ thống cụ thể
nào đó.
Các thuật toán xử lý tín hiệu trong sơ đồ khối trên có thể phân thành hai
nhóm chính:
-

Các thuật toán xử lý tín hiệu băng gốc bao gồm các thuật toán từ tạo
khuôn tới điều chế số ( và các khối chức năng ngược lại ở phần thu).

-


Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC), xác định các tiêu chuẩn cho các
hệ thống theo hệ Bắc Mỹ

-

Hội nghị các cơ quan quản lý bưu chính và viễn thông Châu Âu (CEPT:
European Conference of Post and Telecommunications) và viện tiêu
chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunicatios
standards Íntitude), xác định các tiêu chuẩn cho các hệ thống theo hệ
Châu Âu;

35


Các nhóm nghiên cứu (SG: stady group) của liên minh viễn thông Quốc tế
(ITU: International Telecommunication Union), trước đây là hội đồng tư vấn
điện thoại và điện báo quốc tế CCITT, và các nhóm nghiên cứu của uỷ ban tư
vấn vô tuyến quốc tế CCIR trước đây , nay là ITU-R. Các nhóm nghiên cứu này
xác lập các tiêuchuẩn dưới hình thức các khuyến ghị cho viễn thông trên toàn
cầu, bao gồm cả hệ thồng Mỹ và Châu Âu.
Trong hệ thống thông tin số, tham số dùng để đánh giá độ chính xác của
việc truyền tin là tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit – Error Ratio) thường được hiểu là tỷ lệ
giữa số bit nhận bị lỗi so với tổng số bit đã được truyền đi trong một khoảng thời
gian quan sát nào đó. Khi thời gian tiến đến vô hạn thì thì tỷ lệ này tiến tới xác
suất lỗi bit PE. Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ lệ
lỗi bit chỉ xấp xỉ với xác suất lỗi bit. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ta cũng
coi như tỷ lệ lỗi bit là xác suất lỗi bit.Ta có bảng so sánh giữa tỷ lệ lỗi bit BER
với xác suất lỗi bit PE
.Bảng 1.2: So sánh sự khác nhau giữa BER và PE
Tỷ lệ lỗi bit BER



Tỷ số lỗi bit được xác định như sau:
BER = = = là một tỷ số
BER là một ước tính của xác suất lỗi bit
• Đối với hệ thống truyền tín hiệu thoại thì yêu cầu BER < 10-6
• Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã PCM thì
BER cũng đòi hỏi như với hệ thống truyền tín hiệu thoại nhưng cần chú ý là tốc
độ truyền của truyền hình khá cao. Khi sử dụng điều chế ADPCM (điều chế
xung mã vi sai tự thích nghi) thì yêu cầu BER < 10 -9 thậm chí có lúc yêu cầu
BER < 10-12
• Đối với truyền số liệu thì BER trong khoảng từ 10-11 ÷ 10-13
Nếu BER > 10-3 hệ thống coi như bị gián đoạn, không truyền được nữa
Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ thống thông tin số thường
được đánh giá qua dung lượng tổng cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thông
tin (đơn vị là b/s) tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho. Nói
chung, dung lượng của một hệ thống tùy thuộc vào băng tần truyền dẫn của hệ
thống, sơ đồ điều chế số, mức độ tạp nhiễu, suy hao...

39


CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ
2.1. Tổng quan về điều chế số
Trong hệ thống thông tin, tin tức, hình ảnh, dữ liệu, âm thanh và các số
liệu... được đưa từ nguồn tin để phát đi hay nhận được từ bên phía thu. Tín hiệu
là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi từ bên phát sang bên thu trên hệ
thống thông tin. Việc xử lý tin tức thành tín hiệu trải qua quá trình mã hóa, biến
đổi và điều chế. Trong đó, quá trình điều chế cũng là một bước xử lý tín hiệu