MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

- Ch ơng 1: Trình bày tổng quan về kỹ thu t mô phỏng bao gồm ph ơng pháp lu n, các vấn đề về mô hình hóa và vai trò của mô phỏng trong thi t k hệ thống.
- Hiệu năng của các hệ thống truyền thông có thể đ ợc đánh giá bằng việc s dụng các tính toán dựa trên công thức, mô phỏng d ng sóng hoặc bằng đo kiểm và ch t o m u th .
- Các d ng sóng đ ợc mô phỏng cũng có thể đ ợc s dụng nh là tín hiệu đo th cho việc kiểm tra chức năng ho t động của phần cứng.
- 1.2 Ph ơng pháp luận mô ph ng 1.2.1 Mô hình hóa bài toán Mục đích cuối cùng của mô phỏng là phỏng t o l i các đặc tính của một hệ thống v t lý thực t thông qua tính toán dựa trên máy tính.
- Một hệ thống truyền thông thực t nhìn chung quá phức t p để có thể mô t và mô phỏng nó một cách toàn bộ.
- Mô hình mô phỏng luôn là một t p các gi i thu t thực hiện tính toán nghiệm số của các ph ơng trình định nghĩa mô hình gi i tích.
- Một vấn đề cần l u ý trong bài toán mô phỏng là s nh h ng của mức độ phức t p của mô hình.
- Các công cụ của x lý tín hiệu số (DSP) đ ợc dùng để triển khai các gi i thu t, từ đó xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền thông.
- Trong nhiều tr ng hợp, các d ng sóng tín hiệu và t p âm đ ợc x lý b i mô phỏng đ ợc coi là các hàm m u của một quá trình ng u nhiên.
- Nh đư đề c p, mô hình mức cao nhất có thể cần đ ợc s dụng cho mô phỏng để gi m t i tính toán.
- Ví dụ trong một số tr ng hợp mô phỏng hệ thống nh mô t trong hình 1-5 các khối mã hóa nguồn thực hiện chuyển đổi tín hiệu t ơng tự sang số (ADC) có thể đ ợc bỏ qua mà s dụng luôn nguồn tín hiệu số đầu vào.
- Tuy nhiên trong mô phỏng mức hệ thống, các khối thành phần có thể đ ợc mô t đơn gi n bằng một hàm truyền đ t.
- K t qu kh o sát có thể s đ ợc s dụng để xem xét các nh h ng của các thành phần linh kiện trong mô phỏng mức hệ thống.
- Việc sao chép quá trình ng u nhiên đ ợc thực hiện b i một bộ t o số ng u nhiên trong quá trình mô phỏng.
- Một ví dụ ứng dụng mô hình này là mô phỏng nhiễu pha trong hệ thống truyền thông.
- Tuy nhiên cần chú ý th i gian ch y mô phỏng có thể rất lâu khi s dụng ph ơng pháp này.
- Đ i l ợng đo của một mô phỏng Monte-Carlo (SNR hoặc BER) là một bi n ng u nhiên.
- Có hai tr ng hợp để mô phỏng hệ thống với đầu vào là tín hiệu đo th hoặc là một nguồn tín hiệu thực.
- C ph ơng pháp lu n mô phỏng và mô hình mô phỏng đều đ ợc s dụng để biểu diễn hệ thống phụ thuộc vào các giai đo n khác nhau của quá trình thi t k , triển khai và vòng đ i của hệ thống.
- Ph ơng pháp lu n mô phỏng cũng s đ ợc kiểm soát hoặc định h ớng b i quá trình thi t k tổng thể.
- 17 Hình 1-7 Ph ơng pháp lu n thi t k hệ thống truyền thông và vai trò của mô phỏng.
- Tất c các thành phần và tín hiệu đ ợc mô phỏng với các đặc tính đo đ ợc của thành phần đ ợc đ a vào trong mô hình mô phỏng.
- Mô hình mô phỏng bây gi bao gồm các đặc tính đo đ ợc cho hầu h t các thành phần trong mô hình.
- Các mô phỏng song song cũng đ ợc thực hiện.
- Các đặc tính hiệu năng đo đ ợc có thể so sánh với các k t qu mô phỏng và ng ợc l i.
- Ngoài ra, mô hình mô phỏng đ ợc kiểm định có thể đ ợc s dụng để dự đoán tuổi thọ với độ tin c y cao.
- Các dự đoán hiệu năng tuổi thọ dùng mô phỏng đ ợc thực hiện bằng s dụng các mô hình già hóa cho các thành phần chính của hệ thống.
- Cấu trúc phân cấp trong mô phỏng và nh ng vấn đề về mô hình hóa cũng đ ợc bàn lu n đ n.
- thi t l p các tham số bộ gi i và th i gian dừng mô phỏng của hệ thống vdp.
- Quá trình lặp l i mô phỏng Simulink trong MATLAB đ ợc thực hiện bằng cách gọi ch ơng trình Simulink trong vòng lặp for.
- Thông qua các ví dụ để gi i ph ơng trình vi phân cách xây dựng mô hình mô phỏng trong Simulink đ ợc giới thiệu.
- Hình 4-1 Mô hình tổng quát hệ thống thông tin.
- Mô phỏng hệ thống truyền thông cơ b n cũng đ ợc phân chia thành các quá trình mô phỏng nh mô hình hệ thống trong hình 4-1.
- Tín hiệu x (t.
- tín hiệu điều ch có thể vi t thành: x(t.
- (4.7) Nh v y trong mô phỏng tín hiệu x(t) có thể đ ợc mô t tốt b i đ ng bao phức ~ x (t ) mà không làm mất đi tín hiệu gốc ban đầu.
- là điều ch pha của tín hiệu.
- Trong mô phỏng hệ thống truyền thông, các tín hiệu hay hàm th i gian đều cần đ ợc lấy m u.
- Do v y mô hình t ơng đ ơng băng gốc đ ợc s dụng trong hầu h t các mô phỏng hệ thống truyền thông hiện nay.
- Kênh h(t) Hình 4-4 Mô hình t ơng đ ơng băng gốc Cũng giống nh mô t tín hiệu, mô hình hóa hay mô phỏng hệ thống truyền thông có thể đ ợc thực hiện trong miền th i gian hoặc miền tần số.
- (a) Tín hiệu m u ban đầu, (b) Tín hiệu đ ợc tăng m u.
- 96 - Quá trình lọc: Mô phỏng quá trình lọc có thể đ ợc thực hiện hiệu qu trong miền tần số qua khai triển Fourier r i r c (DFT.
- 4.2 Mô ph ng nguồn tín hi u Khối đầu tiên trong hệ thống thông tin để mô phỏng đó chính là nguồn tín hiệu.
- do v y trong mô phỏng  đ ợc cố định t i một số giá trị bất kì.
- Tín hiệu x(t.
- 100 Nguồn tín hiệu số trong mô phỏng có thể đ ợc đặc tr ng b i ba tham số chính.
- Các mô hình bất định hay ng u nhiên có vai trò quan trọng trong phân tích và thi t k các hệ thống thông tin và do v y đ ợc s dụng nhiều trong mô phỏng hệ thống truyền thông.
- L u ý, trong mô phỏng các quá trình ng u nhiên cũng đ ợc lấy m u.
- Do v y các ki n thức về toán xác suất thống kê s cung cấp cơ s về các mô hình các bi n và các quá trình ng u nhiên s dụng trong mô phỏng hệ thống truyền thông.
- Trong mô phỏng hệ thống truyền thông, các mô hình cho các bi n ng u nhiên hay đ ợc s dụng trong mô phỏng bao gồm mô hình phân bố đều và mô hình phân bố chuẩn.
- Nén tín hiệu [code,yq,sqnr.
- Vấn đề mô phỏng kênh r i r c s đ ợc đề c p đ n trong Ch ơng 5.
- Tín hiệu Y (t.
- Các giá trị m u của Y (t ) s đ ợc s dụng trong mô phỏng.
- Mặc dù ta không lấy m u tín hiệu điều ch thông d i, các nh h ng nh lệch tần và đặc tính lựa chọn tần số có thể đ ợc mô phỏng s dụng mô hình t ơng đ ơng băng gốc.
- 4.4.2Đi u ch tín hi u s Quá trình điều ch tín hiệu số trong mô phỏng th ng s dụng mô hình t ơng đ ơng băng gốc đ ợc mô t tổng quát trong hình 4-25 và có thể biểu diễn b i x(t.
- Hình 4-25 Mô t quá trình mô phỏng điều ch số Quá trình điều ch số cũng có thể đ ợc mô t d ới d ng cầu ph ơng gồm hai thành phần d ng sóng khác nhau X1(t) và X2(t) với X 1 (t.
- Trong các mô phỏng hệ thống truyền thông thông th ng, T1 = T2 và p1(t.
- Do v y để t o ra tín hiệu điều ch d ng sóng điều ch đầu ra thì cần thực hiện kỹ thu t t ơng tự nh b ớc 2 trong mô phỏng mư đ ng truyền.
- Các giá trị m u của ph ơng trình tr ớc chính là nh ng cái đ ợc thực hiện trong mô phỏng một bộ gi i điều ch coherent.
- d (4.56) dt Chú ý trong mô phỏng việc lấy vi phân đ ợc thực hiện trong miền r i r c.
- Tín hiệu đầu ra bộ lọc có d ng z.
- 4.6.1 Quá trình đồng b trong mô ph ng Mô phỏng các chức năng đồng bộ có thể đ ợc thực hiện vì hai lí do.
- Tín hiệu tham chi u dao động nội có thể đ ợc mô t.
- Do v y hệ thống có thể đ ợc mô phỏng không có nhiễu pha và (t) có thể đơn gi n đ ợc đ a trực ti p vào tín hiệu gi i điều ch nh chỉ ra (4.76).
- Nh v y mô phỏng PLL quay tr l i bài toán gi i ph ơng trình vi phân.
- Vai trò của quá trình đồng bộ trong mô phỏng cũng đ ợc đề c p đ n trong ch ơng này.
- Ch ơng này s đề c p đ n ph ơng pháp lu n cơ b n trong việc mô phỏng kênh thông tin.
- Trong mô phỏng hệ thống truyền thông, mô hình kênh thông tin mô t sự suy gi m tín hiệu phát tr i qua trên đ ng truyền tới bộ thu.
- Các mô hình toán học, từ quan điểm v t lý, có thể th ng rất chi ti t và không phù hợp cho mô phỏng.
- Mô hình mô phỏng của các kênh này nằm trong hai lo i chính sau.
- Các mô hình hàm truyền đ t có thể đ ợc mô phỏng hoặc trong miền th i gian hoặc miền tần số s dụng các bộ lọc đáp ứng xung h u h n (FIR) hoặc đáp ứng xung vô h n (IIR).
- Trong mô phỏng hệ thống truyền thông, các mô hình kênh d ng sóng đ ợc s dụng để đặc tr ng cho các t ơng tác v t lý gi a một d ng sóng đ ợc phát và kênh thông tin.
- Các m u đ ợc x lý thông qua mô hình mô phỏng.
- Việc mô phỏng các mô hình kênh có thể đ ợc thực hiện trong miền th i gian và miền tần số t ơng ứng.
- Hình 5-2 Mô hình kênh AWGN Trong mô phỏng hệ thống thông tin, tùy thuộc vào lo i mô hình mô phỏng hay tín hiệu đầu vào mà thành phần nhiễu n(t) cũng có tính chất phù hợp t ơng ứng.
- Kênh AWGN có thể đ ợc mô phỏng trong MATLAB bằng việc s dụng hàm randn để t o ra các m u nhiễu theo phân bố Gauss cộng vào tín hiệu đầu vào.
- Nh v y một hàm MATLAB mô phỏng kênh AWGN cho c tín hiệu thực và tín hiệu phức có thể đ ợc xây dựng nh ví dụ cho d ới đây.
- Hàm truyền đ t sau đó đ ợc s dụng nh một mô hình mô phỏng.
- Có thể tìm đ ợc hàm truyền đ t t ơng đ ơng băng gốc bằng cách dịch tần số và dùng kỹ thu t FIR để mô phỏng mô hình kênh này.
- Ví dụ về đáp ứng tần bi n đổi theo th i gian đ ợc mô phỏng cho thấy trong hình 5-11.
- Quá trình mô phỏng kênh pha đinh đa đ ng có thể đ ợc thực hiện trong miền th i gian thông qua tích ch p nh mô t b i ptr.
- Hai y u tố này có thể giúp ti t kiệm th i gian tính toán cỡ vài b c khi thực hiện mô phỏng.
- Do đó, toàn bộ hệ thống đ ợc đặc tr ng b i kênh này đ ợc mô phỏng hiệu qu .
- Cấu trúc mô hình và các giá trị tham số đ ợc ớc tính từ hoặc các m u lỗi đo đ ợc hoặc m u lỗi mô phỏng.
- Tham số định nghĩa hiệu năng của mô hình kênh nhị phân đối xứng là xác suất lỗi Pe cái có thể đ ợc ớc tính dễ dàng từ các phép đo hoặc từ mô phỏng hệ thống mức d ng sóng.
- Ví dụ sử dụng kênh BSC trong mô phỏng hiệu năng mã sửa lỗi BCH m = 4.
- 5.4 Tổng k t ch ơng Ch ơng này đư t p trung vào ph ơng pháp lu n để mô phỏng kênh thông tin, một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền thông.
- Mô hình kênh r i r c cũng đ ợc giới thiệu để thấy rõ ph m vi ứng dụng và ý nghĩa của mô hình này trong mô phỏng hệ thống truyền thông.
- Ch ơng này s đề c p đ n một số vấn đề cơ b n trong ớc tính tham số và đánh giá hiệu năng hệ thống đ ợc mô phỏng.
- Xét một mô hình hệ thống nh mô t trong hình 6-3 với tín hiệu đầu ra x(t) đ ợc xác định từ tín hiệu đầu vào s(t) và hàm nhiễu n(t).
- Thủ tục mô phỏng miền th i gian để ớc tính SNR.
- Ch y mô phỏng và thu đ ợc M m u đầu ra của hệ thống {x(k.
- M và N = M + K m u tín hiệu đầu vào {s(k.
- Thủ tục mô phỏng miền tần số để ớc tính SNR.
- Giống nh thủ tục miền th i gian, ch y mô phỏng và thu đ ợc M m u đầu ra của hệ thống {x(k.
- Ý t ng thực hiện mô phỏng Monte-Carlo thực t rất đơn gi n nh sau.
- Ch ơng trình MATLAB mô phỏng hệ thống đơn gi n này đ ợc cho d ới đây và k t qu đ ợc cho thấy trong hình 6-9.
- Ví dụ mô phỏng hệ thống DPSK qua kênh AWGN % Tạo bản tin tín hiệu số cho điều chế DPSK M = 2.
- K t qu mô phỏng đ ợc cho thấy trên hình 6- 11