UỶ BAN NHÂN DÂN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

MÔ PHỎNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN SỐ BẰNG MATLAB
Mã số đề tài: SV2016-38

THUỘC NHÓM NGÀNH KHOA HỌC: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TRƯƠNG THÙY DUNG
THÀNH VIÊN THAM GIA:
1.NGUYỄN TIẾN QUANG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS. NGUYỄN THỊ THU HẰNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017


UỶ BAN NHÂN DÂN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

MÔ PHỎNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN SỐ BẰNG MATLAB

Mã số đề tài: SV2016-38

Xác nhận của Chủ tịch

Giáo viên hướng dẫn

Chủ nhiệm đề tài

hội đồng nghiệm thu

(ký, họ tên)

(ký, họ tên)

(ký, họ tên)

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017


MỤC LỤC

BẢN TĨM TẮT .............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................5
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU....................................................................6
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................7
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MATLAB VÀ TOOLBOX ..................................... 9
1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................9
1.2.

Giới thiệu về Simulink ......................................................................................10


1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.2.4.
1.2.5.

Giới thiệu chung ...........................................................................................10
Nguyên lý hoạt động của Simulink ..............................................................11
Xây dựng sơ đồ khối Simulink .....................................................................11
Tham số hóa các khối Simulink....................................................................12
Mô phỏng bằng Simulink .............................................................................14

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU KÊNH THÔNG TIN ....................................................15
2.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống viễn thông .......................................................15
2.2.

Kênh truyền vô tuyến ........................................................................................15

2.3.

Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền ...............................17

2.3.1. Hiện tượng pha đinh đa đường (Multipath)..................................................17
2.3.2. Hiệu ứng Doppler .........................................................................................18
2.3.3. Suy hao trên đường truyền ...........................................................................20
2.3.4. Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) .................................................................20
2.4. Các dạng kênh truyền .......................................................................................20
2.4.1. Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số ............20
2.4.2. Kênh truyền chọn lọc thời gian và Kênh truyền không chọn lọc thời gian ..21
2.5. Các mơ hình kênh cơ bản .................................................................................21

2.5.1.
2.5.2.
2.5.3.
2.5.4.

Kênh theo phân bố Rayleigh ........................................................................21
Phân bố Ricean .............................................................................................23
Mơ hình kênh AWGN ..................................................................................24
Kênh rời rạc ..................................................................................................26

CHƯƠNG 3. MƠ PHỎNG TÍN HIỆU VÀ QUÁ TRÌNH THU PHÁT .................29
3.1. Nguồn tương tự ..................................................................................................29


3.1.1. Nguồn tín hiệu số ..........................................................................................30
3.1.2. Nguồn tín hiệu ngẩu nhiên............................................................................31
3.2. Mã hóa ................................................................................................................34
3.2.1. Mã hóa nguồn ...............................................................................................34
3.2.2. Mã đường truyền ..........................................................................................36
3.2.3. Mã hóa kênh .................................................................................................37
3.3. Điều chế và giải điều chế ...................................................................................40
3.3.1. Điều chế tín hiệu tương tự ............................................................................41
3.3.1.1. Điều chế AM ......................................................................................41
3.3.1.2.

Điều chế FM .......................................................................................42

3.3.1.3.

Điều chế PM .......................................................................................44


3.3.1.4.

Điều chế đơn biên SSB( Single Side Band ) ......................................46

3.3.2. Điều chế số ...................................................................................................49
3.3.2.1. Khóa dịch biên độ ( ASK – Amplitude Shift Keying) .......................49

3.4.

3.3.2.2.

Điều chế pha số PSK( Phase Shift Keying) .......................................51

3.3.2.3.

Điều chế pha số nhị phân BPSK ........................................................53

3.3.2.4.

Điều chế pha số cầu phương 4PSK ....................................................55

3.3.2.5.

Điều chế tần số FSK ..........................................................................57

3.3.2.6.

Điều chế QAM ...................................................................................59


BER Trên kênh truyền AWGN, Rayleigh. .....................................................60

3.4.1. BER trên kênh AWGN .................................................................................60
3.4.1.1. BER của BPSK trên kênh AWGN .....................................................60
3.4.1.2.

BER của QPSK trên kênh AWGN .....................................................63

3.4.1.3.

BER của 16QAM trên kênh AWGN ..................................................65

3.4.1.4. Sử dụng BER Tool để so sánh với mô phỏng .....................................67
3.4.2. BER trên kênh Rayleigh ...............................................................................68
3.4.2.1. BER BPSK Trên kênh Rayleigh ........................................................68
3.4.2.2.

BER của MQAM Trên kênh Rayleigh ...............................................71

3.4.2.3.

BER của QPSK Trên kênh Rayleigh ..................................................73

CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT OFDM .............................................................................75
4.1. Giới thiệu về OFDM ..........................................................................................75
4.2.

Mơ hình hệ thống OFDM .................................................................................76

4.3.


Nhiễu trong OFDM và cách khắc phục ...........................................................79

4.3.1. ISI và ICI (intersymbol & intercarrier interference) ....................................79
4.3.2. Chống nhiều liên ký tự ISI bằng cách chèn Guard Time. ............................80
4.4. Ưu, nhược điểm của OFDM .............................................................................82


4.4.1. Ưu điểm ........................................................................................................82
4.4.2. Nhược điểm ..................................................................................................83
4.5. Kết luận ..............................................................................................................83
4.6. Mô phỏng ofdm .....................................................................................................84
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................88
1.1. Kết quả đạt được ...............................................................................................88
1.2.

Kiến nghị ............................................................................................................90

1.2.1.
1.2.2.

Áp dụng thực tế ............................................................................................90
Hướng phát triển ...........................................................................................90

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................91


BẢN TĨM TẮT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
MƠ PHỎNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN SỐ BẰNG MATLAB

Mã số: SV2016-38
1. Vấn đề nghiên cứu (vấn đề, tính cấp thiết)
Trong những thập kỹ qua các hệ thống truyền thông và kỹ thuật xử lý tín hiệu
ngày càng tăng nhanh chóng về độ phức tạp.Trong thời gian này sự phát triển liên
quan đến phần cứng tốc độ cao và chi phí rẻ trong xử lý tín hiệu số ảnh hưởng đến việc
triển khai hệ thống truyền thông. Trong khi sự phát triển về độ phức tạp của truyền
thông tăng lên cần phân tích, thiết kế thì cần được trợ giúp bởi máy tính. Vì vậy việc
mơ phỏng kênh truyền giúp chúng ta đánh giá được hiệu năng của hệ thống viễn
thông.
2. Mục đích nghiên cứu/mục tiêu nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Đề tài đã nghiên cứu đánh giá hiệu năng của kênh
truyền bằng việc sử dụng tính tốn trên cơng thức, mơ phỏng các dạng sóng điều chế,
OFDM, đánh giá tỉ số BER trên các kênh truyền nhằm mục đích lựa chọn kênh truyền
có hiệu quả nhất trong hệ thống viễn thơng và giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã
học ứng dụng vào thực tế.
Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng Guide mô phỏng các dạng điều chế số và điều
chế tương tự, OFDM, vẽ BER trên các kênh khác nhau.
3. Nhiệm vụ/nội dung nghiên cứu/câu hỏi nghiên cứu
Thu thập, tìm hiểu tài liệu liên quan tới kênh truyền. Nghiên cứu phần mềm
Matlab để mơ phỏng các tín hiệu trên kênh truyền.Mơ phỏng tín hiệu điều chế và BER.
Kênh truyền nào là lựa chọn tốt nhất để truyền dữ liệu?
4. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu trong các tài liệu giáo trình, Các bài báo quốc tế, Những yêu cầu
của kênh truyền. Tổng hợp lại những kiến thức liên quan đến việc mô phỏng kênh.
5. Kết quả nghiên cứu (ý nghĩa của các kết quả) và các sản phẩm (Bài báo khoa học,
phần mềm máy tính, quy trình cơng nghệ, mẫu, sáng chế…)(nếu có)
Góp vào danh mục tài liệu tham khảo phục vụ công tác nghiên cứu thực tiễn và
giảng dạy, học tập ở các cơ sở đào tạo của trường đại học sài gịn. Đề tài này có thể
được dùng để giúp sinh viên hiểu rõ và áp dụng kiến thức của mình trong thực hiện
việc mơ phỏng bằng matlab.

1


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Cửa sổ Giao Diện MATLAB

9

Hình 1.2. Mô tả một hệ thống động bằng sơ đồ khối

10

Hình 1.3. Cửa sổ giao diện trình duyệt thư viện các khối chức năng của Simulink 11
Hình 1.4. Mơ hình ví dụ hệ thống tích phân test1.mdl

12

Hình 1.5. Các cửa sổ thiết lập tham số cho các khối chức năng trong mơ hình

13

Hình 1.6. Cửa sổ thiết lập tham số trên khối Scope

13

Hình 1.7. Cửa sổ thiết lập tham số mơ phỏng của mơ hình

14


Hình 2.1. Mơ hình tổng qt hệ thống viễn thơng

15

Hình 2.2. Mơ hình hệ thống thơng tin vơ tuyến

16

Hình 2.3. Hiện tượng pha đinh đa đường

18

Hình 2.4. Hiện tượng Doppler

19

Hình 2.6. Kênh chọn lọc tần số ( f0< W)

20

Hình 2.7. Kênh truyền khơng chọn lọc tần số ( f0> W)

21

Hình 2.8. Hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh

23

Hình 2.9: Hàm mật độ xác suất của phân bố Ricean: k =   dB (Rayleigh) và k = 6
dB. Với k >>1, giá trị trung bình của phân bố Ricean xấp xỉ với phân bố Gauss

24
Hình 2.10. Mơ hình kênh AWGN

25

HÌnh 2.11. Mơ hình kênh rời rạc trong hệ thống thơng tin

26

Hình 2.12. Mơ hình kênh nhị phân

28

Hình 3.1. ví dụ về tạo tín hiệu đa tần

30

Hình 3.2. Biểu đồ phân bố xác xuất phân bố đều của 100 mẫu

32

Hình 3.3. Biểu đồ phân bố chuẩn của 100 mẫu

33

Hình 3.4. Mật độ phân bố xác xuất hàm phân bố Rayleigh

34

Hình 3.5. Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự qua số (ADC)


35

Hình 3.6. Ví dụ lượng PCM

35

Hình 3.7. Một số mã đường truyền cơ bản

36

Hình 3.8. Tạo xung vng

37
2


Hình 3.9. Điều chế AM

42

Hình 3.10. Điều chế FM

44

Hình 3.11. Điều chế PM

46

Hình 3.12. Sơ đồ minh họa điều chế đơn biên SSB


36

Hình 3.13. Điều chế SSB

48

Hình 3.14. Điều chế biên độ nhị phân 10111001

50

Hình 3.15. Điều chế ASK

51

Hình 3.16. Điều chế PSK

52

Hình 3.17. Điều chế BPSK

55

Hình 3.18. Điều chế QPSK

56

Hình 3.19. Sơ đồ khối mạch điều chế FSK

57


Hình 3.20. Điều chế FSK

58

Hình 3.21. Điều chế 16QAM

59

Hình 3.22. Sơ đồ thu-phát BPSK

60

Hình 3.23. BER của BPSK trên AWGN

62

Hình 3.24. Mơ hình điều chế QPSK
Hình 3.25. Kết quả mơ phỏng BER của QPSK trên AWGN

63
64

Hình 3.26. Điều chế 16QAM

65

Hình 3.27. BER của 16QAM trên kênh AWGN
Hình 3.28 :Giao diện Bertool


67
67

Hình 3.29. Vẽ BER bằng Bertool

68

Hình 3.30: BER của BPSK trên AWGN và Rayleigh

71

Hình 3.31. BER của MQAM Trên kênh Rayleigh

72

Hình 3.33. BER QPSK- RAY-AWGN

74

Hình 4.1. Mơ Hình OFDM

75

Hình 4.2. Sơ đồ khối trong OFDM

76

Hình 4.3. Máy thu-phát trong OFDM

7


Hình 4.4. Phổ của bốn sóng mang trực giao

79

Hình 4.5. Phổ của bốn sóng mang khơng trực giao

80

3


Hình 4.6. Các symbol OFDM nhận được sau khi đi qua một kênh đa đường

81

Hình 4.7. Sơ đồ khối hệ thống thu phát OFDM Đơn giản

84

Hình 4.8: Dữ liệu gốc trước khi truyền

86

Hình 4.9: Điều chế QPSK

86

Hình 4.10: Tính hiệu OFDM Trước khi truyền


87

Hình 4.11: Tính hiệu OFDM sau khi truyền

87

Hình 4.12: Tín hiêu thu được sau khi truyền qua kênh so với dữ liệu gốc

87

Hình 5.1. Vẽ điều chế ASK và BER của BPSK- AWGN

88

Hình 5.2: Vẽ điều chế QPSK và BER Của QPSK trên 2 kênh AWGN và RAY

89

Hình 5.3: Tính hiệu thu-phát trong OFDM

89

Hình 5.4: Vẽ điều chế Am và BER của M-QAM trên kênh AWGN

90

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT


Tên Viết tắt
MATLAB

Cụm từ đầy đủ

Ý nghĩa
Phần mềm tính tốn, mơ

MATrix LABoratory

phỏng
ADC

Analog to Digital Conversion

Chuyển đổi tương tự sang số

AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

ASK

Amplitude Shift Keying

Khóa dịch biên


AWGN

Additive White Gaussian Noise Nhiễu cộng

BER

Bit Errors Rate

Tốc độ lỗi

DSB

Double Side Band

Điều biên kép

FSK

Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần

FM

Frequency Modulation

Điều tần`

PCM


Pulse Code Modulation

Điều xung mã

PM

Phase Modulation

Điều pha

PSK

Phase Shift Keying

Khóa dịch pha

QAM

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ cầu phương

Modulatiton
QPSK

Quadrature Phase Shift

Khóa dịch pha cầu phương

Keying

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế pha nhị phân

SSB

Single Side Band

Điều chế đơn biên

OFDM

Orthogonal frequencydivision multiplexing

Điều chế đa sóng mang

5


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Chương 1: Nghiên cứu phần mềm matlab và các toolbox, cho chúng ta một
cách nhìn tổng quan về việc sử dụng một toolbox cụ thể là Simulink trong việc mơ
phỏng tín hiệu trong kênh truyền
Chương 2: Xây dựng mơ hình kênh truyền, các dạng kênh truyền, yếu tố ảnh
hưởng. Giúp sinh viên có cách nhìn tổng quan , hiểu rỏ về kênh truyền
Chương 3: Lập trình ứng dụng, mơ phỏng kênh truyền, các điều chế trong
kênh truyền, so sánh, đánh giá chất lượng kênh truyền qua BER
Chương 4: Tổng quan về OFDM và mô phỏng tín hiệu khi truyền qua kênh

truyền cơ bản AWGN
Chương 5: Kết luận và kến nghị

6


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Các hệ thống thông tin hiện đại hoạt động trên một dải rộng các kênh thông tin
bao gồm đôi dây xoắn, cáp đồng trục, sợi quang và kênh vô tuyến. Tất cả các kênh
thực tế đều gây ra sự méo dạng, nhiễu và giao thoa. Các yếu tố này ảnh hướng tới quá
trình điều chế , mã hóa và một số chức năng xử lý khác như quá trình cân bằng để loại
bỏ sự suy giảm chất lượng gây ra bởi kênh thông tin nhằm tạo ra một hệ thống thỏa
mãn các mục tiêu về dung lượng và chất lượng dịch vụ trong điều kiện ràng buộc về
công suất, băng thông , độ phức tạp và chi phí.
Trong mơ phỏng hệ thống truyền thơng , mơ hình kênh thơng tin mơ tả sự suy
giảm tín hiệu phát trải qua trên đường truyền tới bộ thu. Nói cách khác mơ hình kênh
thơng tin mơ tả mối quan hệ đầu vào- đầu ra của kênh dưới dạng tốn học hay giải
thuật. Mơ hình này có thể thu được từ các phép đo kiểm hoặc dựa trên lý thuyết truyền
sóng trong mơi trường vật lý. Các mơ hình dự trên đo kiểm đưa tới một mơ tả thực
nghiệm của kênh thông tin trong miền thời gian hoặc tần số và thường ở dạng các mô
tả thống kê của các biến hay quá trình ngẫu nhiên. Các tham số của hàm phân bố và
mật độ phổ công suất ln được ước tính từ dữ liệu đo kiểm.Trong khi các mơ hình
dựa trên đo kiểm cho thấy độ tin cậy cao và thường là các mơ hình hữu dụng nhất cho
thiết kế thì các mơ hình thực nghiệm khó tổng quát hóa trừ khi một lượng lớn các phép
đo được thực hiện trên các mơi trường thích hợp.
Việc phát triển các mơ hình tốn học cho q trình lan truyền tín hiệu trên mộ
mơi trường truyền dẫn địi hỏi sự hiểu biết về các hiện tượng vật lý cơ bản. Ví dụ, để
phát triển một mơ hình cho kênh vô tuyến tầng điện ly , ta phải hiểu cơ sở vật lý của
q trình truyền phát sóng vơ tuyến.

Một trong những thách thức trong mơ hình hóa kênh thơng tin là sự chuyển đổi
một mơ hình truyền sóng chi tiết thành một dạng phù hợp trong mơ phỏng.
Chính vì những lý do trên đồng thời cũng muốn áp dụng kiến thức kiến thức
chuyên ngành đã học vào thực tiễn. Do đó, nhóm chúng em chọn đề tài “mơ phỏng
kênh truyền bằng matlab” với mục đích chính là lựa chọn kênh truyền có hiệu quả
nhất trong hệ thống viễn thơng và Giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã được học áp
ụng vào việc mô phỏng hệ thống viễn thông bằng phần mềm matlab.
2. Tính cấp thiết của đề tài.
Nghiên cứu những vấn đề khoa học trong nội dung nghiên cứu, áp dụng các
kiến thức đã học vào thực tiễn, giúp cũng cố kiến thức phục vụ cho quá trình phát triển
đề tài tốt nghiệp sau này.

7


3. Mục tiêu đề tài
Xây dựng Guide mô phỏng các dạng điều chế số và điều chế tương tự ,OFDM.
Vẽ BER trên các kênh khác nhau.
4. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích: Đề tài đã nghiên cứu đánh giá hiệu năng của kênh truyền bằng việc
sử dụng tính tốn trên cơng thức, mơ phỏng các dạng sóng điều chế,OFDM. đánh giá
tỉ số BER.
Nhiệm vụ:
Thứ nhất: Nghiên cứu matlab và toobox
Thứ hai: Tìm tài liên liên quan và Nghiên cứu lý thuyết liên quan tới kênh truyền
Thứ ba. Lập tình mơ phỏng, sửa lỗi và nhận xét.
5. Đối tượng và phạm vị nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu những lý thuyết liên quan tới kênh truyền
Phạm vi nghiên cứu: Mô phỏng các dạng điều chế và vẽ BER trên cách kênh.
6. Phương pháp nghiên cứu

➢ Nghiên cứu phần mềm matlab
➢ Nghiên cứu lý thuyết về kênh truyền
➢ Ứng dụng matlab trong mô phỏng
7. Nội dung và bố cục của đề tài
Nội dung đề tài được tổ chức thành các phần chính như sau:
Phần mở đầu: Trình bày lý do và mục tiêu nghiên cứu xây dựng kênh truyền.
Chương 1: Nghiên cứu phần mềm matlab và các toolbox
Chương 2: Xây dựng mơ hình kênh truyền cho hệ thống viễn thơng.
Chương 3: Lập trình ứng dụng mơ phỏng, đánh giá chất lượng kênh truyền
Chương 4: OFDM và mô phỏng
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
8. Kết luận
Mô phỏng kênh truyền bằng matlab nhằm giúp sinh viên vận dụng thực tế
những kiến thức đã học áp dụng trong việc mô phỏng các tín hiệu thơng tin. Giúp sinh
viên có cách nhìn tổng quan về hệ thống kênh truyền trong viễn thông.

8


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MATLAB VÀ TOOLBOX
Phần này sẽ giới thiệu một cơng cụ tính tốn trong kỹ thuật đó là MATLAB. Ngồi ra
Chương này chủ yếu giới thiệu toolbox trong matlab đó là simulink
1.1. Giới thiệu chung
MATLAB viết tắt từ MATrix LABoratory. MATLAB là một cơng cụ tính tốn
tốn học, có thể được sử dụng để tính tốn, vẽ các biểu đồ, đồ thị theo nhiều cách khác
nhau. Giống như một chương trình phần mềm, chúng ta có thể tạo , thực thi và lưu
một dãy các lệnh để máy tính có thể chạy tự động. MATLAB củng có thể được coi
như là một ngơn ngữ lập trình , là một mơi trường lập trình hay tính tốn. MATLAB
được thiết kế để làm việc với những tập dữ liệu đặc biệt chẳng hạn như ma trận, vectơ,
hình ảnh.

Trong Windows, sau khi cài MATLAB biểu tượng của nó sẽ xuất hiện trên màn
hình máy tính, chúng ta có thể khởi động bằng cách double click vào biểu tượng của
nó sẽ ra giao diện.

Hình 1.1. Cửa sổ Giao Diện MATLAB
9


1.2. Giới thiệu về Simulink
Với sự phát triển mạnh trong lĩnh vực mô phỏng hệ thống, MATLAB đã đưa ra
một bộ công cụ mô phỏng Simulink thuận tiện cho việc mô phỏng các hệ thống động.
Chương này sẽ giới thiệu những đặc điểm cơ bản nhất của Simulink giúp sinh viên
hiểu và áp dụng vào mô phỏng các hệ thống đơn giản từ đó có thể phát triển mơ
phỏng cho các hệ thống phức tạp hơn.
1.2.1. Giới thiệu chung
Simulink là một công cụ để mô phỏng các hệ thống động với giao diện đồ họa
trực quan được phát triển đặc biệt cho mục đích này. Trong mơi trường MATLAB,
Simulink là một bộ công cụ MATLAB nhưng khác với các bộ công cụ khác cả về giao
diện và kỹ thuật lập trình liên quan đến nó.
Trong các hệ thống động, các q trình phụ thuộc thời gian tuyến tính hoặc phi
tuyến đều có thể được mơ tả bằng các phương trình vi phân. Bên cạnh đó các hệ thống
này cũng được mơ tả qua sơ đồ khối như ví dụ cho trong hình 1.2. Simulink dựa trên
kiểu mơ tả này và một giao diện đồ họa được sử dụng để chuyển đổi một sơ đồ khối
thành mơ hình Simulink và mơ phỏng hoạt động của hệ thống. Do vậy để sử dụng
hiệu quả Simulink địi hỏi người dùng có kiến thức tốt về cơng nghệ điều khiển và lý
thuyết hệ thống.

Hình 1.2. Mô tả một hệ thống động bằng sơ đồ khối
Simulink cho phép mô phỏng hệ thống dựa trên sơ đồ khối để tìm nghiệm
phương trình vi phân mơ tả nó. Nói cách khác một phương trình vi phân có thể được

chuyển đổi thành một sơ đồ khối để giải bằng Simulink.

10


1.2.2. Ngun lý hoạt động của Simulink
Chương trình Simulink có thể được khởi tạo bằng lệnh simulink hoặc lệnh
open_system(‘simulink.mld’) trong cửa số lệnh MATLAB. Sau khi thực hiện một cửa
sổ trình duyệt thư viện các khối chức năng sẵn có trong Simulink cái thường được
hiển thị ở dạng biểu tượng.

Hình 1.3. Cửa sổ giao diện trình duyệt thư viện các khối chức năng của Simulink
Thư viện các khối chức năng được tổ chức thành các nhóm chức năng cho
mục đích mô phỏng khác nhau. Trong lĩnh vực mô phỏng hệ thống truyền thơng,
ngồi thư viện các khối thư viện chung Simulink các thư viện hay được sử dụng đó là
Communications Blockset, Signal Processing Blockset và RF Blockset.
1.2.3. Xây dựng sơ đồ khối Simulink
Để xây dựng hệ thống mô phỏng bằng việc sử dụng thư viện các khối chức
năng, trước hết cần mở một cửa sổ mới bằng việc lựa chọn File – New Model trong
cửa sổ trình duyệt Simulink. Cũng có thể mở mơ hình có sẵn bằng việc lựa chọn File –
Open.
Mơ hình mới được lưu lại dưới một tên phù hợp với đuôi mở rộng mdl
(mdl=model) bằng việc lựa chọn File – Save As.

11


Xây dựng một hệ thống lấy tích phân làm ví dụ lưu trong tên tệp test1.mdl.
Trước hết lấy khối nguồn sóng hình sine Sine Wave làm nguồn tín hiệu từ thư viện
Sources bằng cách kéo khối đó vào cửa sổ mơ hình được mở. Tiếp theo để tích phân

tín hiệu, lấy khối Integrator từ thư viện Continuous, sau đó kết nối đầu ra của khối
nguồn với đầu vào khối tích phân bằng sử dụng chuột.
Hầu hết các khối chức năng tuyến tính được mơ tả bởi khai triển Laplace hoặc
khai triển z (đối với tín hiệu rời rạc). Để hiển thị tín hiệu và kết quả tích phân trên
cùng một cửa sổ, khối ghép kênh Mux từ thư viện Signal Routing được sử dụng và
khối Scope từ thư viện Sinks được lựa chọn để hiển thị. Tín hiệu nguồn và đầu ra khối
tích phân được kết nối với 2 đầu vào khối ghép kênh và đầu ra sau đó nối với đầu vào
khối Scope. Mơ hình sau khi kết nối có giao diện như trong hình 1.4.

Hình 1.4. Mơ hình ví dụ hệ thống tích phân test1.mdl
1.2.4. Tham số hóa các khối Simulink
Để thực hiện chạy mơ hình mơ phỏng Simulink trước hết các tham số của các
khối sử dụng trong mơ hình cần được thiết lập chính xác. Để thực hiện tốt bước này
đòi hỏi người sử dụng phải hiểu rõ hệ thống đang mô phỏng và các tham số liên quan.
Thiết lập tham số cho khối chức năng được thực hiện bằng việc kích đúp khối
chức năng đó và giao diện thiết lập tham số sẽ được hiện ra như cho thấy ví dụ trong
hình 15. Các giá trị phù hợp của các tham số sẽ được nhập vào trực tiếp hoặc lựa chọn
các thuộc tính phù hợp sẵn có trong giao diện thiết lập của khối.
Lấy ví dụ mơ hình test1.mdl, các tham số khối nguồn sine có thể được thiết lập
gồm tần số, biên độ và pha ban đầu của tín hiệu sine. Tuy nhiên có một lựa chọn quan
trọng cần chú ý là kiểu tín hiệu Time based hoặc Sample based. Vì hệ thống tích phân
xây dựng cho tín hiệu liên tục nên cần lựa chọn Time based cho phù hợp.

12


Riêng đối với khối Scope để thiết lập tham số cần lựa chọn biểu tượng
Parameters trên cửa số hiển thị để mở giao diện thiết lập như cho thấy trong hình 1.5.
Tại cửa sổ này số lượng đồ thị hiển thị và lưu dữ liệu kết quả dễ dàng được thiết lập.


Hình 1.5. Các cửa sổ thiết lập tham số cho các khối chức năng trong mơ hình
Ngồi ra, các thơng tin về mơ hình dạng văn bản cũng dễ dàng thêm vào bằng cách
kích đúp trên cửa sổ mơ hình. Tương tự tên các khối chức năng trong mơ hình cũng có
thể thay đổi theo ý muốn.

Hình 1.6. Cửa sổ thiết lập tham số trên khối Scope

13


Hình 1.7. Cửa sổ thiết lập tham số mơ phỏng của mơ hình
1.2.5. Mơ phỏng bằng Simulink
Các tham số mơ phỏng của mơ hình được thiết lập qua lựa chọn menu
Simulation – Configuration Parameters để mở cửa sổ như cho thấy trong hình 1-8. Các
thiết lập cơ bản cho mơ hình là lựa chọn các tham số cho bộ giải phương trình vi phân
và thời gian chạy mơ phỏng. Ở chế độ mặc định thời gian mô phỏng được xác định từ 0
đến 10 giây. Ngoài ra mục Data Import/Export cho phép thiết lập và quản lý việc truy
xuất dữ liệu kết quả trên cửa sổ quản lý biến workspace.
Mô phỏng được thực hiện bằng lựa chọn lệnh menu Simulation – start hoặc kích
trực tiếp biểu tượng hình tam giác trên thanh công cụ. Khi chạy mô phỏng kết quả sẽ
được hiển thị trên khối Scope. Do các kết quả được lưu vào biến S_test1_signals như
thiết lập tham số cho khối Scope nên có thể sử dụng để vẽ đồ thị kết quả trong
MATLAB như đoạn lệnh cho dưới đây.
>> plot(S_test1_signals(:,1) ...
[S_test1_signals(:,2),S_test1_signals(:,3)])
[S_test1_signals(:,2),S_test1_signals(:,3)])
>> title('Result of s_test1 with ode3')

14



CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU KÊNH THÔNG TIN
2.1. Giới thiệu tổng quan hệ thống viễn thơng
Các phương tiện thơng tin nói chung được chia thành hai phương pháp thông tin
cơ bản, đó là thơng tin vơ tuyến và thơng tin hữu tuyến. Mạng thông tin vô tuyến ngày
nay đã trở thành một phương tiện thông tin chủ yếu, thuận tiện cho cuộc sống hiện đại.

Hình 2.1. Mơ hình tổng qt hệ thống viễn thông
Một hệ thống thông tin đơn giản gồm 3 thành phần:
Khối phát tín hiệu: Thực hiện xử lý tín hiêu đầu vào để tạo ra một tín hiệu truyền dẫn
phù hợp với đặc tính của kênh truyền. Một số chức năng xử lý quan trọng là mã hóa và
điều chế...
Kênh thông tin: Là mô trường để truyền dẫn từ nguồn tới đích. Có nhiều loại kênh với
đặc tính khác nhau. Các kênh có thể gây ra suy hao và méo tín hiệu làm tín hiệu bị giảm
khi tới đầu thu
Khối thu tín hiệu: Tiếp nhận tín hiệu từ kênh truyền và khơi phục lại tín hiệu được phát
đi. Các chức năng xử lí ở phía thu thường thực hiện ngược lại ở đầu máy phát gồm giải
điều chế, giải mã và lọc tín hiệu
Trong mạng thơng tin vơ tuyến ngồi nguồn tin và nhận tin thì kênh truyền là một trong
ba khâu quan trọng nhất, và có cấu trúc tương đối phức tạp. Nó là mơi trường để truyền
thơng tin từ máy phát đến máy thu. Vì thế chương này tìm hiểu các thơng tin về kênh
truyền:
• Các hiện tượng ảnh hưởng đến kênh truyền.
• Các dạng kênh truyền.
• Các mơ hình kênh truyền cơ bản.
2.2. Kênh truyền vơ tuyến
Hình 2.2 thể hiện một mơ hình đơn giản của một hệ thống thông tin vô tuyến.
Nguồn tin trước hết qua mã hố nguồn để giảm các thơng tin dư thừa, sau đó được mã
hố kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau khi qua mã kênh được
điều chế để có thể truyền tải đi xa. Các mức điều chế phải phù hợp với điều kiện của

15


kênh truyền. Sau khi tín hiệu được phát đi ở máy phát, tín hiệu thu được ở máy thu sẽ
trải qua các bước ngược lại so với máy phát. Kết quả tín hiệu được giải mã và thu lại
được ở máy thu. Chất lượng tín hiệu thu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền và các
phương pháp điều chế và mã hố khác nhau. Do đó ngày nay các kỹ thuật mới ra đời
nhằm cải thiện chất lượng kênh truyền nói riêng và mạng vơ tuyến nói chung, một trong
những kỹ thuật đó là MC-CDMA.

Hình 2.2. Mơ hình hệ thống thông tin vô tuyến
Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín
hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là
ổn định và có thể dự đoán được (cáp, cáp đồng trục, cáp quang). Kênh truyền vơ tuyến
là hồn tồn ngẫu nhiên và khơng hề dễ dàng trong việc phân tích. Kênh truyền vơ tuyến
biến đổi từ đơn giản đến phức tạp.Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị
cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, các hiện
tượng này được gọi chung là fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều
phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống
thơng tin vơ tuyến. Do đó việc nắm vững những đặc tính của kênh truyền vơ tuyến là
u cầu cơ bản để có thể chọn lựa một cách thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích
thước của các thành phần và các thông số tối ưu của hệ thống.
Hiện tượng fading trong một hệ thống thơng tin có thể được phân thành hai loại:
• Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình cơng suất tín hiệu hoặc độ
suy hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng. Hiện tượng này chịu ảnh
hưởng bởi sự cao lên của địa hình (đồi núi, rừng, các khu nhà cao tầng) giữa máy phát
16


và máy thu. Người ta nói phía thu được bị che khuất bởi các vật cản cao. Các thống kê

về hiện tượng fading tầm rộng cho phép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm
của khoảng cách.
• Fading tầm hẹp diễn tả sự thay đổi đáng kể ở biên độ và pha tín hiệu. Điều này
xảy ra là do sự thay đổi nhỏ trong vị trí khơng gian (nhỏ khoảng nửa bước sóng) giữa
phía phát và phía thu. Fading tầm hẹp có hai nguyên lý - sự trải thời gian (timespreading) của tín hiệu và đặc tính thay đổi theo thời gian (time-variant) của kênh
truyền. Đối với các ứng dụng di động, kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự di
chuyển của phía phát và phía thu dẫn đến sự thay đổi đường truyền sóng.
Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống di
động:
1. Phản xạ xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích thước
rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF.
2. Nhiễu xạ xảy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi một
nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng. Nhiễu xạ là hiện
tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từ phía phát đến
phía thu mà khơng cần đường truyền thẳng. Nó thường được gọi là hiệu ứng chắn
(shadowing) vì trường tán xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bị chắn bởi vật
cản không thể truyền xuyên qua.
3. Tán xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho
năng lượng bị trải ra (tán xạ ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng. Trong môi
trường thành phố, các vật thể thường gây ra tán xạ là cột đèn, cột báo hiệu, tán lá.
2.3. Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền
2.3.1. Hiện tượng pha đinh đa đường (Multipath)
Trong một hệ thống thơng tin vơ tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không
bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu. Điều này xẩy ra là do giữa nơi phát và nơi
thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp. Do vậy, sóng nhận được
chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ,
tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền
sóng đa đường (Multipath propagation). Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là
tổng của các bản sao tín hiệu phát. Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh
hưởng lẫn nhau. Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần mà tín hiệu chồng chập có thể

được khơi phục lại hoặc bị hư hỏng hồn tồn. Ngồi ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng
xung có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng
xung độc lập khác nhau. Hiện tương này gọi là sự phân tán đáp ứng xung (impulse
17


dispersion). Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có thể
được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng.
Một mơ hình pha đinh có thể được đặc trưng một cách tổng quát như một bộ lọc có đáp
ứng xung
n

h(t )   ai .e ji .e i 2 fc. i . (t   i )
i 1

(2.1)

Trong đó n đặc trưng cho số đường tryền tín hiệu từ bộ phát đến bộ thu trong đó mỗi
đường truyền thứ i được đặc trưng bởi hệ số suy hao ai độ trể  i và độ dịch pha i tại
thời điểm t, fc là tần số sóng mang và  là xung đi Dirac.

Hình 2.3. Hiện tượng pha đinh đa đường
2.3.2. Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu
như trình bày ở hình 2.4 Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị xê
lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.
Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó
tần số Doppler của tuyến này là
f Dn 


v
f 0 cosα n 
c

(2.2)

Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển động
tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng. Nếu αn = 0 thì tần số
Doppler lớn nhất sẽ là:

v
f D,max  f 0 
c

(2.3)
18


Hình 2.4. Hiện tượng Doppler
Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cường độ ngang
hàng nhau ở khắp mọi hướng, khi đó phổ của tín hiệu tương ứng với tần số Doppler
được biểu diễn như sau


 1

 yy  j 2 f    

 0
Trong đó:  yy  j 2 f  


A
 f  f0 
1 

 f max 

2

A
f  f0 

f max 

2

(2.4)

nếu f 0  f D ,max  f  f 0  f D ,max

Và  yy  j 2 f   0 các trường hợp cịn lại.
Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm
1974. Và được gọi là phổ Jake. Ý nghĩa của phổ tín hiệu này được giải thích như sau:
Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f0, khi đó tín hiệu thu được sẽ khơng nhận
được ở chính xác trên tần số sóng màng f0 mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch là
fD,max như hình ở 2.5. Sự dịch tần số này ảnh hưởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống.

Hình 2.5. Mật độ phổ của tính hiệu thu
19



2.3.3. Suy hao trên đường truyền
Mô tả sự suy giảm cơng suất trung bình của tín hiệu khi truyền từ máy phát đến
máy thu. Sự giảm công suất do hiện tượng che chắn và suy hao có thể khác phục bằng
các phương pháp điều khiển cơng suất.
2.3.4. Hiệu ứng bóng râm (Shadowing)
Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các tồ nhà cao
tầng, các ngọn núi, đồi,… làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm. Tuy nhiên, hiện tượng
này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm. Vì vậy, hiệu ứng
này được gọi là fading chậm.
2.4. Các dạng kênh truyền
Tùy theo đáp ứng tần số của kênh truyền và băng thơng của tín hiệu phát mà ta có.
➢ Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số.
➢ Kênh truyền chọn lọc thời gian và kênh truyền không chọn lọc thời gian.
2.4.1. Kênh truyền chọn lọc tần số và kênh truyền không chọn lọc tần số
Mỗi kênh truyền đều tồn tại một khoảng tần số mà trong khoảng đó, đáp ứng tần số
của kênh truyền là gần như nhau tại mọi tần số (có thể xem là phẳng), khoảng tần số này
được gọi là Coherent Bandwidth và được ký hiệu trên hình 2.6 là f0.

Hình 2.6. Kênh chọn lọc tần số ( f0< W)
Trên hình 2.6, ta nhận thấy kênh truyền có f0 nhỏ hơn nhiều so với băng thơng của
tín hiệu phát. Do đó, tại một số tần số trên băng tần, kênh truyền khơng cho tín hiệu đi
qua, và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền đi chịu sự suy giảm
và dịch pha khác nhau. Dạng kênh truyền như vậy được gọi là kênh truyền chọn lọc tần
số.

20