LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy , cô , bạn bè.
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo : PGS.TS:Lê Quốc Vượng đã giới thiệu, cung
cấp tài liệu và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Hàng Hải Việt Nam và
các thầy cô trong khoa Điện- Điện tử đã dạy dỗ em trong thời gian học tập tại
trường giúp em có được các cơ sở lý thuyết và đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong
quá trình học tập.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ,đã luôn tạo điều kiện quan tâm
,giúp đỡ , động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp.
Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

PGS.TS:Lê Quốc Vượng

Ngô Thị Hồng Nhung

Em xin chân thành cảm ơn

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam kết đây là đồ án độc lập của riêng em.Các số liệu sử dụng phân
tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng ,đã công bố theo đúng quy định .
1


Các kết qủa trong đồ án được phân tích một các trung thực, khách quan và phù hợp
với thực tiễn.


3.5
3.6
3.7

tổng quát
Sơ đồ khối tiểu biểu của hệ thống thông tin số
Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK
Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK 2 trạng thái
Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK
Băng thông của tín hiệu FSK
Dạng sóng tín hiệu PSK
Băng thông tín hiệu PSK
Lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu bằng
Điều chế theo phương pháp lấy mẫu tự nhiên
Điều chế lấy mẫu bằng
Lấy mẫu bằng
Quá trình khôi phục lại tín hiệu tương tự
Sơ đồ giải điều chế tín hiệu PAM
Hệ truyền thông PAM với đường dây và nhiễu
Các ví dụ về các cặp tín hiệu đối cực
Máy thu tối tư đối với tín hiệu cực
Hàm mật độ xác suất đối với tín hiệu lối vào bộ tách tín
hiệu
Sơ đồ khối của PAM 4 mức để mô phỏng Monte- Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=4 thu được từ mô
phỏng Monter-Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=16 thu được từ
mô phỏng Monter-Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=8 thu được từ mô
phỏng Monter-Carlo


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các hệ thống thông tin liên lạc đang phát triển rất chóng mặt.
Không chỉ trên thế giới mà ngay cả ở Việt Nam chúng ta cũng thấy được sự thay
đổi đáng kể các hệ thống thông tin liên lạc nên nó sẽ đóng vai trò chủ yếu cho việc
phát triển tương lai của xã hội thông tin. Với sự 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 phổ biến 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 PAM 8 MỨC (M=8)” dưới sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG. Do còn hạn chế về mặt kiến thức
nên không thể tránh được những sai sót và nhầm lẫn nên em mong muốn nhận
được các ý kiến đóng góp của các thầy/cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng
như các thầy/cô trong khoa Điện - Điện Tử của trường Đại học Hàng Hải Việt
Nam để giúp em hoàn thiện hơn về kiến thức của bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày tháng năm 2015
Sinh viên
Ngô Thị Hồng Nhung
5



6


-Tín hiệu số dễ dàng sửa được khi có lỗi xảy ra
-Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, không có nhiều bộ lọc cồng kềnh
-Giá cả của các mạch số tương đối phải chăng do sử dụng các mạch tích hợp
nhiều tính năng
-Tín hiệu số có thể truyền đi dễ dàng mọi loại bản tin
-Thông tin được bảo mật an toàn do sử dụng các loại mã mật
Tuy nhiên nhược điểm của các hệ thống thông tin số là:
- Băng thông của nó rộng hơn so với các hệ thống thông tin tương tự trước
đây. Vì thế cần phải dùng các biện pháp nén bang tần thể thu hẹp phổ lại.
- Việc đồng bộ trong thông tin số thực hiện khó khăn
Những nhược điểm của hệ thống thông tin số là không đáng kể so với nhiều
ưu điểm quan trọng của nó vì vậy trong một thời gian tới, mạng viễn thông sẽ trở
nên số hóa hoàn toàn .
1.1.2. 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

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, hình ảnh, âm thanh, 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.
7



thông tin. Nếu các đối tượng không có mã giải thuật toán đó thì sẽ không thể xem
được nội dung thông tin
Khối mã hóa kênh (Channel Encode) để đưa thêm vào tín hiệu số một số bit
dư theo một quy luật nhất định giúp cho bên thu có thể dễ dàng phát hiện và có thể
sửa được lỗi xảy ra trên kênh truyền, ngoài ra còn để chống nhiễu và các tác động
xấu của đường truyền dẫn
Giải mã nguồn, giải mật mã và giải mã kênh được thực hiện ở bên thu và các
quá trình này sẽ ngược lại với các quá trình mã hóa tương ứng
Khối ghép kênh (Multiplex) nhằm giúp tăng dung lượng cho hệ thống thông
tin, nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung, làm
cho việc truyền tin trên nhiều nguồn tin khác nhau có thể đến các đích nhận tin
khác nhau trên cùng một tuyến truyền dẫn. Các phương pháp ghép kênh là TDM
(ghép kênh phân chia theo thời gian), FDM (ghép kênh phân chia theo tần số),
CDM (ghép kênh phân chia theo mã). Trong thông tin số thường dùng kiểu ghép
kênh phân chia theo thời gian TDM là chủ yếu.
Khối điều chế (Digital Modulation) làm nhiệm vụ biến đổi đặc tính của tín
hiệu sang tín hiệu khác. Khối điều chế có thể làm thay đổi tần số và hình dạng xung
của tín hiệu. Điều chế có xu hướng làm cho tín hiệu có tần số cao hơn để có thể
truyền đi xa. Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc, còn đầu ra là tín hiệu
9


thông dải. Các dạng điều chế là: Điều chế tương tự (AM, FM, PM), Điều chế số
(ASK, FSK, PSK), Điều chế xung (PCM, PAM, PWM)
Khối giải điều chế (Digital Demodulator) bên thu là quá trình ngược lại so
với điều chế. Nó sẽ chuyển tín hiệu thu được thành tín hiệu băng gốc ban đầu.
Khối đa truy nhập (Multiple Access) 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

nhau (do tính ngẫu nhiên của kênh gây ra)

lim

Hay nói các khác, tái tạo lại thí nghiệm ngẫu nhiên PE =

N →∞

NE
N

bằng cách phát N ký hiệu qua kênh tạp âm (ngẫu
nhiên) K lần, thường nhận được K kết quả đếm lỗi
NE khác nhau
Phát hữu hạn các ký hiệu qua hệ thống (N hữu hạn)

Phát vô hạn các ký hiệu

qua hệ thống (N→∞)
Tỷ lệ lỗi bit BER là một biến ngẫu nhiên (ngẫu nhiên Xác suất lỗi bit PE là một
là do giá trị NE tại mỗi lần đếm lỗi khác nhau)

con số xác định

Tỷ số lỗi bit được xác định như sau:
BER = jbnmnm
BER là một ước tính của xác suất lỗi bit
Bảng 1.2: So sánh sự khác nhau giữa BER và PE
• 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

m(t): nhận giá trị bằng “1” hoặc “0”
fc : tần số sóng mang
T: thời gian tồn tại một bit
Bản chất của phương pháp điều chế biên độ là biên độ của sóng mang được
chuyển đổi giữa 2 mức đó là mức “0” và “1” theo biên độ của tín hiệu cần truyền đi
với tốc độ được xác định trước bởi tốc độ bit của tín hiệu nhị phân được truyền.
Điều chế ASK chính là việc nhân tín hiệu sóng mang với tín hiệu nhị phân

14


Hình 2.1: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK
Hình 2.1 minh họa quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhị
phân 101100010. Nếu nguồn số có M trạng thái hoặc mức, và mỗi một mức đại
diện cho một chu kỳ T, thì dạng sóng đã điều chế tương ứng với trạng thái thứ i là
Si ( t )

theo kiểu khóa dịch biên độ sẽ là:
Si ( t )

= Di(t).A0.cosω0t

(2.2)

Trong đó Di(t) là mức thứ i của dạng sóng nhiều mức có độ rộng T. Giả sử số
mức giới hạn là 2, như là đối với tín hiệu số nhị phân và như vậy tần số sóng mang
tương quan đến độ rộng T của dạng sóng vuông nhị phân như sau:
ω0 = 2nπ / t

(2.3)

với tốc độ bit). Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung cosin-tăng. Kết quả
là các điểm 0 của phổ xuất hiện ở những khoảng f0 ± n/T, ở đây n = 1 ,2, .... Do đó
tất cả các thành phần phổ gián đoạn biến mất, trừ trường hợp f = f0 và f = f0 ± 1/T.
Phổ của xung cosin-tăng có búp sóng chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK.
Việc khôi phục lại tín hiệu số được thực hiện bởi mạch giải điều chế. Tại đây tín
hiệu thu được lại được nhân một lần nữa với sóng mang cùng dạng.
Đối với phương pháp ASK, để tăng tốc độ truyền ta tăng số mức điều chế M,
đồng thời phải tăng công suất của tín hiệu lên rất nhiều nếu muốn duy trì một tỷ lệ
16


lỗi bit nào đó. Điều này không mang lại hiệu quả kinh tế, vì để thiết kế một bộ
khuếch đại công suất có hệ số khuếch đại lớn, tuyến tính là rất khó thực hiện. Hơn
nữa, với tín hiệu ASK tin tức phản ánh qua biên độ của tín hiệu, vì vậy khả năng
chống nhiễu sẽ rất kém do biên độ của tín hiệu bị ảnh hưởng của can nhiễu, tạp âm
và hiện tượng điều biên ký sinh dẫn tới xác suất thu lỗi của hệ thống tăng lên. Vì
vậy phương pháp điều chế ASK không được áp dụng rộng rãi nhiều trong các hệ
thống truyền dẫn và chỉ được áp dụng trong các hệ thống truyền số liệu tốc độ thấp.
Đánh giá các ưu nhược điểm của điều chế ASK:
* Ưu điểm:
- Cần dùng một sóng mang duy nhất
- Phù hợp với việc truyền số liệu ở tốc độ thấp (khoảng 1200bps trên kênh truyền)
- Nếu bit “0” được quy định ở mức 0V thì sẽ giảm được năng lượng cần truyền
* Nhược điểm
- Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu tạp âm
- Tốc độ truyền bị giới hạn do tính chất vật lý của môi trường
- Khả năng đồng bộ kém
- Ít được sử dụng trong thực tế
Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong cáp quang
2.2.2. Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Keying)


ω2

(2.5)

là tần số góc của hai sóng mang

là phần bù của tín hiệu dữ liệu gốc
18

S1 (t )


S2 (t ) = 1 − S1 (t )

(2.6)

Nếu giả sử dữ liệu tuần hoàn với tần số cơ bản

ω0

thì:

S FSK (t ) = cosω1 ( t ) 1/ 2 + 2 / π ( cosω0t − 1/ 3cosω0t + ...) 

+ cosω2t 1 / 2 + 2 / π ( cosω0t − 1/ 3cosω0t + ...) 

(2.7)

Suy ra:

* Nhược điểm:
- Độ rộng băng rất lớn do khoảng cách giữa f1 và f2 lớn
- Tần số tín hiệu cao gây nhiễu ngoài, giảm khả năng truyền dẫn
Ứng dụng:
+ Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên cáp đồng trục hoặc sóng radio
+ Sử dụng rộng rãi trong mạng truyền số liệu
+ Dùng để truyền dữ liệu với tốc độ 1200bps hoặc thấp hơn trên mạng di động
2.2.3. Khóa dịch pha (PSK – Phase Shift Keying)
Trong phương pháp điều chế PSK, tần số và biên độ của sóng mang được giữ
không đổi trong khi pha của nó dịch theo mỗi bit dòng dữ liệu truyền.
Có 2 loại PSK thường được dùng, loại thứ nhất dùng hai tín hiệu sóng mang
đại diện cho bit “1” và bit “0”, hai sóng mang này khác pha nhau 180 0. Vì tín hiệu
này chỉ là nghịch đảo của tín hiệu kia nên loại này được gọi là phase-coherent PSK
(PSK phối hợp). Điều bất tiện của loại này là tại máy thu đòi hỏi phải có sóng
mang tham chiếu để so pha với tín hiệu thu, do đó cần phải thực hiện đòng bộ pha
giữa máy thu và máy phát. Kết quả dẫn đến mạch giải điều chế phức tạp hơn.
20


Loại PSK thứ 2 goi là PSK vi phân (differential PSK). Với loại này sự dịch
chuyển pha xảy ra tại mỗi bit hay mỗi symbol, không cần quan tâm tới chuỗi bit
“0” hay “1” đang được truyền. Gỉa sử với điều chế 2-PSK vi phân thì một sự dịch
pha 900 tương ứng với tín hiệu hiện hành chỉ định “0” là bit kế tiếp, trong khi sự
dịch pha 2700 chi bit “1” là bit kế tiếp. Như vậy, mạch giải điều chế chỉ cần xác
định độ lớn của sự dịch pha thay vì phải xác định giá trị tuyệt đối của từng pha. Ở
mạch điều chế, chỉ khi nào thay đổi trạng thái của dữ liệu mới đổi pha của sóng
mang.

Hình 2.5: Dạng sóng tín hiệu PSK
Về mặt toán học ta có thể xác định băng thông của PSK. Ở đây chúng ta

 π T ( f − f 0 )

(

2

)

(2.11)

Phổ của PSK không chưa các hàm Delta Dirac hay xung ở tần số mang, và
do đó là dạng điều chế nén sóng mang.
Đánh giá các ưu, nhược điểm của điều chế PSK:
* Ưu điểm:
- Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu
- Công suất phát yêu cầu thấp hơn so với ASK và FSK với cùng một xác suất lỗi

22


- Càng điều chế ở nhiều mức thì tốc độ truyền càng tăng lên nhưng số mức vẫn bị
giới hạn
* Nhược điểm:
- Thiết bị thu phải tách sóng kết hợp, phải khôi phục lại sóng mang
nên sẽ phức tạp và khó thực hiện hơn
2.2.4. QAM – Quadrature Amplitude Modulation
Đối với một hệ thống thông tin có dung lượng lớn và vừa, khi tăng số
trạng thái điều chế nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ mà vẫn đảm bảo khoảng cách
giữa các ký hiệu đủ lớn để đảm bảo xác suất thu lỗi cho trước thì cần sử dụng
phương pháp điều chế biên độ vuông góc QAM. Một tín hiệu điều chế biên độ

g ( t)

là xung xác định đặc tính phổ của tín

hiệu truyền.
Tổng quát hơn, QAM có thể được xem như một dạng hỗn hợp của điều chế
biên độ số và điều chế pha số.
Với 8-PSK dữ liệu được chia thành các gói gồm 3 bit (Tribit), Một bit biểu
diễn cho biên độ sóng mang, hai bit còn lại biểu diễn pha. Do đó tín hiệu điều chế
sẽ mang 4 giá trị pha khác nhau và 2 giá trị biên độ, tạo nên 8 trạng thái khác nhau.

23


Phổ của M-PSK và M-QAM đều đồng nhất như nhau, nhưng các hệ thống
PSK yêu cầu một công suất lớn hơn để phát đi cùng một lượng thông tin có xác
suất lỗi cho trước.

24


2.3 ĐIỀU CHẾ PAM
2.3.1 Khái niệm
Điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) là 1 dạng
điều chế số mà tín hiệu được tạo bởi một chuỗi các xung mà biên độ của chúng tỉ lệ
với biên độ của tín hiệu tương tự.
Trong điều chế biên độ PAM có hai phương pháp lấy mẫu: lấy mẫu tự
nhiên và lấy mẫu bằng.

Hình 2.7 : Lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu bằng