bai giang ttkd

8/6/2019 Bai giang TTKD

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-ttkd 1/149

1

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ

TRUYỀN THÔNGKHÔNG DÂY (Overview of Wireless Systems

)

Facuty of Electronics & Telecommunications

Đặng Lê Khoa

Email:[email protected] [email protected]



2

Nội dung trình bày:1. Tổng quan về

mạng không dây

Lịch sử

phát triển

Các thử

thách thiết kế

Các mạng hiện tại và tương lai

Mạng điện thoại tế bàoMạng máy tính không dây

2. Hệ

thống truyền thông số

Tại sao phải truyền thông sốHệ

thống truyền thông số cơ bản

3. Một số

khái niệm




3

1. Tổng quan về

mạng không dây




4

•

Thời cổ: Khói thuốc, bồ câu đưa thư, …

•

Sóng vô tuyến được phát minh 1880 bởi Marconi

• Nhiều hệ thống vô tuyến không dây được phát triểncông phu trong và

sau chiến tranh thứ 2

•

Điện thoại tế

bào được phát triển từ 1988, đến nay

khoảng 3 tỉ thuê baoThúc đẩy phát triển thiết bị

không dây

Tiếng nói, dữ

liệu, truyền thông đa phương tiện có

mặt ở

khắp nơi

• Sự thành công và phát triển mạnh của WifiCác mạng r ộng khắp (vd: Wimax) và

các mạng ở

khoảng cách ngắn như Bluetooth, UWB ít thành cônghơn


Lịch sử Wireless

1. Tổng quan về

mạng không dây



5

Truy cập Internet không dâyThế

hệ điện thoại tế

bào thứ

n

Các mạng không dây Ad HocThiết bị

giải trí

không dây

Ngôi nhà

thông minh

…

Khó khăn hạn chế

về

thời

gian tr ễKhó khăn hạn chế năng lượng

Thông tin có

mặt ở

khắ p nơ i gi ữ a ng ườ i và

thi ế t b ị


Các mạng không dây của tương lai

1. Tổng quan về

mạng không dây



6

•

Hạn chế

của dung lượng kênh truyền

• Mô hình lưu thông, định vị user, điều kiện mạng luônthay đổi

•

Các ứng dụng không đồng nhất

• Giới hạn về năng lượng và độ tr ễ của thiết kế khi điqua các lớp của hệ

thống


Các thử thách khi thiết kế

1. Tổng quan về

mạng không dây



7

•

Các hệ

thống Wireless hiện tại

– 3G Cellular: ~200-300 Kbps. –

WLANs: ~450 Mbps (và đang phát triển).

•

Đang thực hiện mạng thế

hệ

sau

– 4G Cellular: Khả năng OFDM/MIMO –

4G WLANs, 3G vừa hoàn thành

•

Các kỹ

thuật quan tâm

– Hardware: Better batteries. Better circuits/processors. –

Link: Antennas, modulation, coding, adaptivity, DSP, BW.

–

Network:

Không nhiều: more efficient algorithms

– Application: Soft and adaptive QoS.Facuty of Electronics & Telecommunications

Sự phát triển của các hệ thống hiện tại

1. Tổng quan về

mạng không dây



8

Rate

Mobility

2G

3G

4G

802.11b WLAN

2G Cellular

Các vấn đề

khác:

Rate vs. Coverage

Rate vs. DelayRate vs. Cost

Rate vs. Energy


Thế hệ tương lai

1. Tổng quan về

mạng không dây



9

Voice VideoDataDelay

Packet Loss

BER

Data Rate

Traffic

<100ms - <100ms

<1% 0 <1%

10-3 10-6 10-6

8-32 Kbps 1-100 Mbps 1-20 Mbps

Continuous Bursty Continuous


Các yêu cầu cho truyền thông đaphương tiện

1. Tổng quan về

mạng không dây

Tất cả

các yêu cầu trên phải thỏa



10

•

Cellular Systems

• Wireless LANs•

WIMAX

•

Satellite Systems

•

Bluetooth

•

Ultrawideband radios

• Zigbee radios

Các hệ thống hiện tại


1. Tổng quan về

mạng không dây



11

Hệ thống truyền thông không dây tế bào

Base Station (BS)

User Equipment (UE)

UE UE

UE


1. Tổng quan về

mạng không dây



12

Wireless Local Area Networks (WLANs)

•

WLANs kết nối “local”

các máy tính (khoảng 100m)

•

Chia data thành các gói

•

Truy cập kênh được chia sẽ

(random access)

•

Dựa trên cung cấp các dịch vụ

Internet

-> Chất lượng dịch vụ kém ở một số ứng dụng (vd: video)

01011011

Internet

Access

Point

0101 1011


1. Tổng quan về

mạng không dây



13

Các chuẩn của Wireless LAN•

802.11b

–

Băng tần 2.4GHz (80 MHz)

– Tr ải phổ tr ực tiếp (DSSS) –

Tốc độ

11 Mbps, khoảng 150m

•

802.11a/g

– Băng tần 5GHz (300 MHz) –

OFDM trong 20 MHz

–

Tốc độ

54 Mbps, khoảng 30 –

60 m

• 802.11n –

Băng tần 2.4 GHz và

5 GHz

–

Thích nghi OFDM /MIMO ở

20/40 MHz (2-4 antennas)

–

Tốc độ đến 600Mbps, khoảng 60m

1. Tổng quan về

mạng không dây




14

Wimax (802.16)•

Mạng không dây diện r ộng

–

Kiến trúc hệ

thống giống như mạng tế

bào

–

Hy vọng tương thích với mạng tế

bào

–

Kỹ

thuật chính để

truyền là

OFDM/MIMO

•

Hoạt động ở băng tần 2.5 và

3.5 MHz

–

Phụ

thuộc vào từng quốc gia, còn có

thể

sử

dụng 5.8

–

Băng thông là

3.5-10 MHz

• Fixed (802.16d) và Mobile (802.16e) Wimax –

Fixed: 75 Mbps (max), bán kín 80km

–

Mobile: 15 Mbps (max), bán kín 1600m

1. Tổng quan về

mạng không dây




15

8C32810.61-Cimini-7/98

Bluetooth•

Thay thế

nối Cable bằng kỹ

thuật RF

•

Khoảng cách ngắn (10m, mở

r ộng 100m)

•

Băng tầng 2.4 GHz

• 1 kênh Data (700 Kbps) và 3 kênh voice•

Tương tích nhiều thiết bị như thiết bị

viễn thông, PC và

các thiết bị điện tử

khác

• Các ứng dụng nhằm thay thế cable

1. Tổng quan về

mạng không dây




16

Thử thách cùng tồn tại Nhi ều thi ết b ị cùng t ồn t ại một băng t ần vô tuy ến

•

Các giải pháp kỹ

thuật: –

Loại can nhiễu ( Interference )

–

Nhận biết/thông minh sóng vô tuyến

1. Tổng quan về

mạng không dây




17

Thiết bị mạng thế hệ sau

1. Tổng quan về

mạng không dây

Mọi thứ không dây trên cùng 1 thiết bịFacuty of Electronics & Telecommunications

1 Tổ ề khô dâ



18

Thử thách khi tích hợp nhiều thiết bị

•

Can nhiễu RF

• Nơi đặt các antenna• Kích thước

• Năng lượng tiêu thụ

Cellular

AppsProcessor

BT

MediaProcessor

GPS

WLAN

Wimax

DVB-H

FM/XM

1. Tổng quan về

mạng không dây




19

2. Giới thiệu hệ thống DCS




20

Tín hiệu analog và Digital

2. Tín hiệu Digital:

hàm r ời r ạc

->>

biểu diễn bằng các xung

(ON hoặc

OFF) –> 2

tr ạng thái

2. Giới thiệu hệ

thống DCS


Một tín hiệu có

thể được định ngh ĩ a như là

1 hàm theo

thời gian

1. Tín hiệu analog: hàm liên tục (continuous)->> biểu diễn hình dạng khác nhau…



21

Tại sao phải truyền thông số?

Propagation distance

Original

pulse

Regenerated

pulse

Các lợi ích của truyền thông số:

-

Khôi phục ở đầu thu

Data

Voice

Media

A bit is a bit!

- Các loại tín hiệu khác nhau được xử lý tương tự

nhau


thống DCS




22

Các lợi ích khác:

•

Lỗi r ất thấp

->> Không lỗi

• Ghép kênh ->> FDM, TDM•

Mã hóa bảo mật

->> Các dữ

liệu an toàn

•

Nén

->> Hệ

số cao

•

Đa truy cập

->> FDMA, TDMA, CDMA

•

Da dạng trong xử

lý

->> Phần mềm

•

Độ

ổn định & Giá

r ẻ

->> VLSI


thống DCS


Tại sao phải truyền thông số?



23


thống DCS

Cấu trúc chung của DCS

FormatterSource

encoder

Channel

encoderModulator

FormatterSource

decoder

Channel

decoderDemodulator

Transmitter

Receiver

SOURCEInfo.

Transmitter

Transmitted

signal

Received

signalReceiver

Received

info.

Noise

ChannelSource User

RF

RFEqualization


data đi vào từ đây

voice đi vào từ đây

bộ DUPLEXđể có thể vừa thu và

phát



24


thống DCS

RF (Transmitter)


P A

PowerAmplifier

Up-Converter

Local

OscillatorBand

Pass

Filter

Mixer

Band

Pass

Filter

AM, FM, PM



25


thống DCS

RF (Receiver)


Down-ConverterL NA

Low NoiseAmplifier

MixerLocal

Oscillator

Band Pass

Filter

PLL



26

3. Một số khái niệm




28

• Các tín hiệu tuần hoàn và không tuần hoàn

• Tín hiệu tương tự và r ời r ạc

A discrete signal

Analog signals

A non-periodic signalA periodic signal

3. Một số

khái niệm


Phân loại tín hiệu (tt)

3 Một số khái niệm



29

Tín hiệu năng lượng và

tín hiệu công suất

–

Một tín hiệu là

một tín hiệu năng lượng nếu và

chỉ

nếu chúng khác 0 nhưng có năng lượng hữu hạn ở mọi thời gian

3. Một số

khái niệm


Phân loại tín hiệu (tt)

–

Một tín hiệu là

tín hiệu công suất nếu và

chỉ

nếu

chúng hữu hạn và có công suất khác 0 ở mọi thờiđiểm:

ố



30

Tự tương quan•

Tự tương quan của một tín hiệu năng lượng

• Tự tương quan của một tín hiệu công suất

– Đối với 1 tín hiệu tuần hoàn

• Tự tương quan của 1 tín hiệu ngẫu nhiên

3. Một số

khái niệm


ố



31

Mật độ phổ•

Tín hiệu năng lượng:

– Energy spectral density (ESD):•

Tín hiệu công suất:

– Power spectral density (PSD):

•

Quá

trình ngẫu nhiên:

–

Power spectral density (PSD):

3. Một số

khái niệm


ố



32

Nhiễu trong hệ thống truyền thông•

Nhiễu nhiệt n(t) được diễn tả

bởi một quá

trình ngẫu

nhiên Gaussian có

tr ị

trung bình bằng 0.

•

PSD của nhiễu nhiệt thì phẳng vì vậy gọi là nhiễu tr ắng.

[w/Hz]

Probability density function

Power spectraldensity

Autocorrelation

function

3. Một số

khái niệm


ố



33

Quan hệ giữa SNR với Eb/No và Es/No•

SNR

(Signal to Noise Ratio): Tỉ

số

giữa năng lượng tín

hiệu trên năng lượng nhiễu•

Eb/No:

Tỉ

số

giữa năng lượng 1 bit tín hiệu trên biên độ

phổ năng lượng nhiễu•

Es/No: Tỉ

số

giữa năng lượng 1 symbol tín hiệu trên

biên độ phổ năng lượng nhiễu•

Khi truyền tín hiệu giải gốc không điều biến, không mã

hóa kênh, symbol tín hiệu là 1 bit, năng lượng của tín

hiệu là năng lượng của 1 bit.SNR = Eb/No = Es/No

3. Một số

khái niệm


3 Mộ ố khái iệ



34

Quan hệ giữa SNR với Eb/No và Es/No•

Khi có

mã hóa kênh tốc độ

code r (r<1)

Es/No = r.Eb/No, hay (Es/No) [dB]

= (Eb/No) [dB] + 10log10(r) Es/No < Eb/No•

Khi có điều biến, ghép k bit thành 1 symbol complex

Es/No = k.Eb/No, hay (Es/No) [dB]

= (Eb/No) [dB] + 10log10(k)

Es/No > Eb/No•

Khi có

mã hóa kênh và điều biến

Es/No = k.r.Eb/No, hay (Es/No) [dB]= (Eb/No) [dB] + 10log10(k.r)

Quan hệ giữa SNR và Es/NoEs/No [dB] = 10log10(K.T_symbol/T_sampling)

+ SNR [dB]

3. Một số

khái niệm


3 Một ố khái iệ



35

Truyền tín hiệu trên hệ thống tuyến tín

Tín hiệu xác định: –

Tín hiệu ngẫu nhiên:

•

Sự

méo dạng tín hiệu trên đường truyền:

Tất cả

các thành phần tần số

của tín hiệu không xuất

hiện ở

máy thu giống như ban đầu. Các tín hiệu này sẽ

bị tr ễ và biệ độ sẽ được tăng lên hoặc bị suy giảm

Input Output

Linear system

3. Một số

khái niệm




36

Bài tậpCâu 1:

Nêu các mạng truyền thông không dây hiện tại

Câu 2: Xu hướng mạng tương lai và

các thách thức trong

phát triển mạng không dâyCâu 3:

Các lợi ích trong truyền thông số

Câu 4:

Giải thích các khối trong hệ

thống DCS

Câu 5:

Ý ngh ĩ a của phép tự tương quanCâu 6:

Biết hệ

thống không mã hóa kênh và

có

8

bit/symbol bị

nhiễu tr ắng có

SNR = 10dB.

Tìm ?


σ



1

BÀI 1: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN(Wireless Channel)

Faculty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS

Đặng Lê Khoa

Email:[email protected]

[email protected]



2

Nội dung trình bày

Faculty of Electronics & Telecommunications

• Định ngh ĩ a kênh truyền

• Các tác động của kênh truyền vô tuyến

• Kênh truyền large scale fading

• Kênh truyền small scale fading

• Mô hình hóa kênh truyền



3

Kênh truyền


Là môi tr ường giữa đầu phátvà đầu thu

•

Hữu tuyến: Cáp, cáp đồng

tr ục, cáp quang

• Vô tuyến: Dùng sóng điện từ

+ Kênh truyền vô tuyếncó

thể

biến đổi từ đơn giản

đến phức tạp

+ Kênh truyền có ảnhhưởng lớn đến hiệu quả

trong

truyền tín hiệu.

Kênh truyền vô tuyến



4

Các tác động của kênh truyền vô tuyến


Phân loại kênh truyền



5

Phân loại kênh truyền

Dựa vào tác động của môi tr ường chia làm 2 loại:

+ Large

scale fading

+ Small

scale fading


Large-scale fading



6

Mô hình free-space

•

Free-space là điều kiện lý tưởng

•

Free-space là môi tr ường chỉ

có

+ Đường truyền thẳng+ Không có

vật chắn ở

giữa

+ Đầu phát ở

r ất cao so với mặt đất để

không có

tia

phản xạ+ Môi tr ường gần như đồng nhất.

Ví

dụ: truyền thông vệ

tinh,truyền thông vô tuyến chỉ

sử

dụng thành phần LOS.


Large-scale fading



7

Mô hình free-space•

Suy giảm khi truyền của thành phần LOS theo khoảng

cách theo phương trình Friis:

Pr là năng lượng nhận,Pt là năng lượng phát,

Gr và

Gt là độ

lợi của antenna thu và

phát,

là bước sóng của sóng truyền,

d là

khoảng cách từ đầu phát đến đầu thu,

L là

hệ

số

suy giảm của hệ

thống


2

2 2( )

(4 )

t t r

r

PG GP d

d L

λ

π =

λ

Large-scale fading



8


Hệ

số

suy giảm khi truyền (PL: Path Loss) khi d>> :

•

Với khoảng cách d nhỏ, phương trình Friis đổi lại thành:

Với d0 là

khoảng cách qui chiếu được chọn tùy môi

tr ường (1m với môi tr ường trong nhà, 100m hoặc 1km

với môi tr ường ngoài tr ời)


( )

2 2

2 2 2 2

110log 10log 10log(4 ) (4 )

t r

t t r

r G G

P G GPL dB

P d d

λ λ

π π = =

⎡ ⎤ ⎡ ⎤

= = − = −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦

2

00( ) ( )

r r

d P d P d

d

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠

λ

Large-scale fading



9


Trong truyền thông, năng lượng thường được biểu diện

ở

dạng dB hoặc dBm do sự

suy giảm thường theo hàm

mũ. Phương trình trên có thể được diễn tả lại như sau:

•

Trong đó được đo bằng Watt .


0 0( )( ) 10 log 20log

0.001

r

r

P d d P d dBm

W d

⎡ ⎤ ⎛ ⎞= + ⎜ ⎟⎢ ⎥

⎣ ⎦ ⎝ ⎠

0( )r

P d

Large-scale fading



10Facuty of Electronics & Telecommunications

Ví dụ với mô hình free-space



11Facuty of Electronics & Telecommunications



Kê h t ề ll l f di



13

Kênh truyền small-scale fading


•

Truyền thông vô tuyến sử

dụng tần số

sóng mang cao

•

Tín hiệu nhận được ở đầu thu là

tín hiệu phát đi theo

nhiều đường khác nhau•

Phía đầu thu luôn di động làm thay đổi kênh truyền(khoảng 0.3m đối với mạng 900MHz)

•

Khi MS hoặc BS hoặc các vật chắn sóng và

dẫn sóng

giữa MS và BS chuyển động, hiện tượng Doppler xảyra và

làm cho phổ

tần số

tín hiệu nhận được bị

dịch

chuyển.

C h b d idth



14

Coherence bandwidth


•

Coherence bandwidth là

khoảng tần số

mà

kênh

truyền gây ra tác động gần như giống nhau.

•

Nếu băng thông của tín hiệu nhỏ hơn coherence

bandwidth ta gọi kênh truyền là flat fading (non-

selective fading), ngược lại ta có kênh truyềnfrequency selective fading.

C h t ti



15

Coherent time


Ta định ngh ĩ a coherent time là

thời gian mà

kênh

truyền thay đổi không đáng kể. Nếu coherent time nhỏ hơn 1 chu kỳ

tín hiệu dải gốc ta gọi kênh truyền đó là

fast fading, ngược lại ta gọi kênh truyền là slow fading.

Flat fading và

Frequency selective fading



16

Flat fading - Slow fading




17

Flat fading – Fast fading




18

Frequency selective fading – slow fading




19

Frequency selective fading – slow fading


F l i f di f f di



20

Frequency selective fading – fast fading


Bài tậ



21

Bài tập


Sách: Thông tin vô tuyến –

Nguyễn Văn Đức

Bài 1, 2, 3, 5 – Chương 2



1Facuty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS

BÀI 3:

Format

Facuty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS

Đặng Lê Khoa


[email protected]

Nội d t ì h bà



2Facuty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS

Nội dung trình bày•

Chuyển nguồn thông tin (âm thanh) trong hệ

thống

số

• Cấu trúc b

ộ

Format•

Lấy mẫu

•

Lượng tử

hóa

• Luật nén A và luật nén μ

F tti à t ề tí hiệ dải ố



2006-01-26 Lecture 2 3Facuty of Electronics & Telecommunications, HCMUNS

EncodeTransmit

Pulse

modulateSample Quantize

Demodulate/

Detect

Channel

Receive

Low-pass

filterDecode

Pulse

waveformsBit stream

Format

Format

Digital info.

Textual

info.

Analog

info.

Textual

info.

Analog

info.

Digital info.

source

sink

Formatting và

truyền tín hiệu dải gốc

F t h tí hiệ l




Format cho tín hiệu analog•

Để

chuyển từ

dạng sóng

analog tương thích trong hệ

thống số

ta phải qua 2 bước sau

1. Sampling (lấy m

ẫu)

2. Quantization

and encoding (Lượng tử

hóa và

mả

hóa)

3. Baseband transmission (truyền dẫn dải gốc)

S li




SamplingTime domain Frequency domain

)()()( t xt xt xs ×= δ )()()( f X f X f X s ∗= δ

|)(| f X

)(t x

|)(| f X δ

|)(| f X s)(t xs

)(t xδ

Chống biệt danh




Chống biệt danh

LP filter

Nyquist rate

aliasing

Định lý lấy mẫu




Định lý lấy mẫu

•

Chu kì

lấy mẫu phải thõa biểu thức:

•

Tốc độ

lấy mẫu được gọi là

tốc độ

Nyquist

Sampling

processAnalog

signal

Pulse amplitude

modulated (PAM) signal

Lượng tử hóa




Lượng tử

hóa•

Lượng tử

hóa biên độ: Chuyển dạng sóng liên tục

thành một một tập hữu hạn các biên độ

In

Out

Q u a n t i z e d

v a

l u e s

Công suất nhiễu lượng tử trung bình

Công suất đỉ nh tín hiệu

Công suất tín hiệu trên nhiễu lượng

tử trung bình

E di (PCM)




Encoding (PCM)

•

Lượng tử

hóa đều được gọi là

Pulse

Code Modulation

(PCM).

• Pulse code modulation (PCM): Mả hóa một tín hiệulượng tử đến một chuỗi số

(PCM word or codeword).

•

Mỗi mẫu lượng tử được số

hóa thành từ

mã l bits

codeword với L số mức lượng tử và

Ví dụ về lượng tử hóaamplitude




Ví

dụ

về lượng tử

hóa

t

Ts: sampling time

x(nTs): sampled values

xq(nTs): quantized values

boundaries

Quant. levels

111 3.1867

110 2.2762

101 1.3657

100 0.4552

011 -0.4552

010 -1.3657

001 -2.2762

000 -3.1867

PCM

codeword 110 110 111 110 100 010 011 100 100 011 PCM sequence

p

x(t)

Quantization error




Quantization error •

Quantizing error:

The difference between the input and output of a

quantizer )()(ˆ)( t xt xt e −=

+

)(t x )(ˆ t x

)()(ˆ

)(

t xt x

t e

−

=

AGC

x

)( xq y =Qauntizer

Process of quantizing noise

)(t x )(ˆ t x

)(t e

Model of quantizing noise

Quantization error




Quantization error …• Quantizing error:

–

Granular or linear errors

happen for inputs within the dynamic

range of quantizer

–

Saturation errors

happen for inputs outside the dynamic range

of quantizer

•

Saturation errors are larger than linear errors

•

Saturation errors can be avoided by proper tuning of AGC

•

Quantization noise variance:

2

Sat

2

Lin

222

)()(})]({[ σ σ σ +==−= ∫

∞

∞− dx x p xe xq xq E

ll

L

l

l q x pq

)(12

212 /

0

22

Lin ∑−

=

=σ Uniform q.12

22

Lin

q=σ

Uniform and non-uniform quant.




q – Uniform (linear) quantizing: –

No assumption about amplitude statistics and correlationproperties of the input.

–

Not using the user-related specifications

–

Robust to small changes in input statistic by not finely tuned to aspecific set of input parameters

–

Simply implemented

•

Application of linear quantizer:

–

Signal processing, graphic and display applications, process

control applications

–

Non-uniform quantizing:

–

Using the input statistics to tune quantizer parameters

–

Larger SNR than uniform quantizing with same number of levels

–

Non-uniform intervals in the dynamic range with same quantizationnoise variance

•

Application of non-uniform quantizer:

–

Commonly used for speech

Sai số lượng tử




Sai số lượng tử…• Sai số lượng tử:

–

Lỗi tuyến tính xảy ra khi tín hiệu trong khoảng lượng tử

–

Lỗi bảo hòa xảy ra khi tín hiệu nằm ngoài khoảng lương

tửLỗi bảo hòa lớn hơn lỗi tuyến tính

Lỗi bão hòa có

thể

khử

bằng bộ

AGC

• Phương sai của nhiễu lượng tử:

2

Sat

2

Lin

222 )()(})]({[ σ σ σ +==−= ∫ ∞

∞−dx x p xe xq xq E

ll

L

l

l q x pq

)(12

212 /

0

22

Lin ∑−

=

=σ Uniform q.12

22

Lin

q=σ

Lượng tử hóa đều và không đều




Lượng tử

hóa đều và không đều –

Lượng tử hóa đều:+ Không quan tâm đến thuộc tính thống kê và tương quancủa ngõ vào

+ Không phát hiện thay đổi nhỏ của tính hiệu+ Thực hiện đơn giản

Ứng dụng: Xử

lý tin hiệu, vẽ

và

hiển thị ứng dụng, các ưng

dụng điều khiển –

Lượng tử

hóa không đều:

+ Sử

dụng tính thống kêcủa tham số lượng tử

+ Có SNR lớn hơn lượng tử đều đối với cùng số mứclượng tử+ Có

cùng phương sai của nhiễu lượng tử

Ứng dụng:

Phổ

biến trong tiếng nói

Lượng tử hóa không đều




Lượng tử

hóa không đều

•

It is done by uniformly quantizing the “compressed”

signal.

•

At the receiver, an inverse compression characteristic, called “expansion”

is

employed to avoid signal distortion.

compression+expansion companding

)(t y)(t x )(ˆ t y )(ˆ t x

x

)( xC y = x

yCompress Qauntize

Channel

Expand

Transmitter Receiver

Statistical of speech amplitudes




•

In speech, weak signals are more frequent than strong ones.

•

Using equal step sizes (uniform quantizer) gives low for

weak signals

and high for strong signals.

–

Adjusting the step size of the quantizer by taking into account the speech statisticsimproves the SNR for the input range.

0.0

1.0

0.5

1.0 2.0 3.0Normalized magnitude of speech signal P

r o b a b i l i t y

d e n s i t y f u

n c t i o n

q N

S⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛

q N

S⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛

Baseband transmission




Baseband transmission•

To transmit information through physical channels, PCM

sequences (codewords) are transformed to pulses

(waveforms).

–

Each waveform carries a symbol

from a set of size M.

–

Each transmit symbol represents bits of the

PCM words.

–

PCM waveforms (line codes) are used for binary symbols

(M=2).

–

M-ary pulse modulation are used for non-binary symbols

(M>2).

M k 2log=

PCM waveforms




•

PCM waveforms category:

Phase encoded

Multilevel binary

Nonreturn-to-zero (NRZ)

Return-to-zero (RZ)

1 0 1 1 0

0 T 2T 3T 4T 5T

+V

-V

+V

0

+V0

-V

1 0 1 1 0

0 T 2T 3T 4T 5T

+V

-V

+V

-V

+V0

-V

NRZ-L

Unipolar-RZ

Bipolar-RZ

Manchester

Miller

Dicode NRZ

LINE CODING

PCM waveforms




PCM waveforms …•

Criteria for comparing and selecting PCM waveforms:

–

Spectral characteristics (power spectral density and

bandwidth efficiency)

–

Bit synchronization capability

–

Error detection capability

–

Interference and noise immunity

–

Implementation cost and complexity

Spectra of PCM waveforms




Spectra of PCM waveforms

M-ary pulse modulation




M-ary pulse modulation•

M-ary pulse modulations category:

•

M-ary pulse-amplitude modulation (PAM)

• M-ary pulse-position modulation (PPM)•

M-ary pulse-duration modulation (PDM)

–

M-ary PAM is a multi-level signaling where each symbol

takes one of the M allowable amplitude levels, eachrepresenting bits of PCM words.

–

For a given data rate, M-ary PAM ( M>2) requires less

bandwidth than binary PCM.

–

For a given average pulse power, binary PCM is easier to

detect than M-ary PAM ( M>2).

M k 2log=




BÀI 5:BỘ

CÂN BẰNG, PHÂN TẬP

& ĐAN XEN (Equalization, Diversity & Interleaving)

Đặng Lê Khoa


[email protected]

Nội dung trình bày




Nội dung trình bày+ Cân bằng•

Giới thiệu bộ

cân bằng

•

Bộ

cân bằng thích nghi

•

Thuật toán LMS

•

Một số

vi dụ

minh họa

+ Phân tập•

Giới thiệu phân tập

•

Phân loại phân tập

•

Ví

dụ

về

phân tập

•

Máy thu Rake

+ Kỹ

thuật Interleaving

Giới thiệu bộ cân bằng




Giới thiệu bộ

cân bằng

•

Tín hiệu thu được thường bị

suy giảm và

méo do suy

hao trên đường truyền

•

Ta dùng bộ

cân bằng để

khôi phục lại tín hiệu thu giống

như tín hiệu khi truyền

•

Thông tin dùng để

cân bằng thường được lấy từ

các

pilot

•

Do kênh truyền thường xuyên thay đổi -> bộ

cân bằng

phải thay đổi theo => cân bằng thích nghi

Mô hình cân bằng




Mô hình cân bằng

Bộ cân bằng thích nghi




Bộ

cân bằng thích nghi

•

Sử

dụng một chuỗi huấn luyện có

chiều dài cố định được

biết tr ước (pilot) => hiệu chỉ nh lại tín hiệu sau khi truyền

•

Các pilot được phát xen kẽ

với dữ

liệu

•

Tại nơi thu sẽ

so sánh giữa chuỗi pilot nhận với chuỗi

biết tr ước. Ta sẽ

sử

dụng các thuật tóan nhằm tối thiểu

sai số.

•

Sau khi hiệu chỉ nh xong (qua bộ

cân bằng) dữ

liệu thu sẽ

giống như lúc phát

•

Do kênh liên tục thay đổi, ta phải liên tục thử

kênh (gởi

các pilot)

•

Thường sử

dụng bộ

lọc ngang

Cấu trúc cơ bản của bộ lọc thích nghi




Cấu trúc cơ bản của bộ

lọc thích nghi

hiệu chỉ nh trọng s

dk càng gi ng xk --> ok

Mô tả toán học




Mô tả

toán học

Mô tả toán học…




Mô tả

toán học…

Mô tả toán học…




Mô tả

toán học…

•

Kí

hiệu P là vector tương quan chéo của tín hiệu mong

muốn và

tín hiệu nhận được

•

Kí

hiệu R là

ma tr ận tương quan lối vào

•

MSE (Mean Squared Error)

Thuật toán LMS




uật toá S•

Để

tối thiểu MSE, người ta thường dùng thuật toán LMS (Least

Mean Square)

•

Thuật toán được mô tả như sau:

• Để bộ thích nghi hoạt động ổn định thì

Giới thiệu phân tập




ệ p ập•

Là

một kỹ

thuật có

hiệu quả

cao trong cải thiện chất

lượng truyền tính hiệu

•

Dựa vào thuộc tính của sóng vô tuyến bằng cách tìm raco đường thông tin độc lập

•

Bộ

phân tập được quyết định bởi đầu thu và

không cần

thông tin về đầu phát

•

Ý tưởng cơ bản của phân tập là

chọn ( hoặc kết hợp )

các đường có

SNR lớn để tăng SNR trong hệ

thống

Các kỹ thuật phân tập




ỹ

ậ p ập

•

Phân tập không gian-

Phân tập chọn lọc

-

Phân tập quét (scanning) và

hồi tiếp

- Kết hợp các tỉ

số

cực đại

- Kết hợp độ

lợi bằng nhau (Equal gain Combining)

•

Phân tập định hướngPhát ra hai tín hiệu tr ực giao nhau

•

Phân tập tần sốTruyền tín hiệu trên nhiều tần số

sóng mang

•

Phân tập thời gianLặp lại quá

trình truyền trong các khoảng thời gian khác

nhau

Phân tập chọn lọc




ập ọ ọ

Kết hợp các tỉ số cực đại




ợp

ự ạ

Máy thu Rake




y

Đan xen




•

Dùng để

phân tập về

thời gian mà

không cần phải thêm

mào đầu

•

Thực hiện bằng cách xen kẽ

các thông tin cần truyền

•

Dùng để

phân tán các thông tin quan tr ọng => tăng khả

năng sửa lỗi cho các thông tin này ở đầu thu

•

Khi thực hiện phải lưu ý đến độ

tr ễ

cho phép khi truyền

bai giang ttkd

Documents