Luận văn Ðánh giá hiệu năng mạng hợp tác truyền năng lượng vô tuyến (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ðánh giá hiệu năng mạng hợp tác truyền năng lượng vô tuyến (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ÐẶNG ÚT NHỊ ÐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG HỢP TÁC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ – 60520203 S K C0 0 4 8 6 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG ÚT NHỊ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG HỢP TÁC TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÔ TUYẾN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
3. Luận văn tốt nghiệp LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Đặng Út Nhị Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1990 Nơi sinh: Bạc Liêu Quê quán: Vĩnh Mỹ B, Hòa Bình, Bạc Liêu Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 26/11 Đường 21, phường 8, Gò Vấp, Tp.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Di động: 0939.034.390 E-mail: utnhi989@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học Thời gian đào tạo từ 08/2008 đến 08/2012 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Điện tử - Viễn thông Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thực thi một số ứng dụng trên KIT C6416 Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7.2012 tại Khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm i
4. Luận văn tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 03 năm 2016 ii
5. Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người hướng dẫn đề tài TS. Đỗ Đình Thuấn. Nhờ sự giúp đỡ tận tình của Thầy đã giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất. Tiếp theo tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi từ khi mới bước chân vào giảng đường đại học. Xin gửi lời cảm ơn thân thương đến Cha, Mẹ, những người thân trong gia đình. Họ là niềm động lực lớn lao giúp tôi vượt qua mọi khó khăn gặp phải. Và cuối cùng xin cám ơn những người bạn đã luôn ở bên sẻ chia những khó khăn, sẵn sàng giúp đỡ tôi khi có thể. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn. Học viên Đặng Út Nhị iii
6. Luận văn tốt nghiệp TÓM TẮT Đề tài này trình bày một mạng vô tuyến trong đó dùng một node relay để thu năng lượng và xử lí tín hiệu một cách đồng thời. Node relay sử dụng năng lượng thu được từ tín hiệu nguồn để khuếch đại và chuyển tiếp tín hiệu đó đến node đích. Dựa trên các cấu trúc bộ thu được biết phổ biến hiện nay, đề tài này trình bày hai giao thức để thu và xử lí tín hiệu tại node relay lần lượt là giao thức TSR (Time- switching based relaying) và giao thức TPSR (Time power-switching based relaying). Việc đánh giá chất lượng của mạng dựa trên giá trị thông lượng thu được tại node đích. Đề tài này sẽ đưa ra những đánh giá về thông lượng tối ưu thu được tại node đích đối với chế độ truyền delay-limited. Các kết quả phân tích được trình bày trên Matlab sẽ chỉ ra những tác động của các thông số hệ thống lên thông lượng tối ưu tại node đích, chẳng hạn như tỉ lệ thời gian cho việc thu năng lượng, tỉ lệ chia công suất, tốc độ truyền tại node nguồn, công suất nhiễu, hiệu suất thu năng lượng, Cụ thể hơn, đề tài sẽ tiến hành so sánh thông lượng tối ưu tại node đích giữa giao thức TSR và bộ thu lí tưởng, giao thức TSR và TPSR cho đế độ truyền delay- limited. iv
7. Luận văn tốt nghiệp ABSTRACT A wireless network using a relay node to harvest energy and process information simultaneously is considered in this paper. The relay node uses the harvested energy from the source signal then it amplifies and forwards that signal to destination node. Based on two receiver architectures, namely time switching and power switching, this paper introduces a stochastic model for analysis of the time switching based relaying protocol (TSR) and the time power switching based receiver (TPSR), respectively. To determine the throughput at destination node, the analytical expression for the outage probability is derived for the delay-limited transmission mode. The numerical results confirm the effect of some system parameters to the optimal throughput at destination node for the network, such as the time fraction for energy harvesting, the power splitting ratio, the source transmission rate, the noise power, and the energy harvesting efficiency. More particularly, the compararion the throughput at destination node between TSR protocol and ideal receiver is considered, between TSR protocol and TPSR protocol for the delay-limited transmission mode. v
8. Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các bảng x Danh sách các hình xi LỜI CẢM ƠN iii Chương 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2 Mục đích của đề tài 3 1.3 Phạm vi và giới hạn của đề tài 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu 4 1.5 Điểm mới của đề tài 4 1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài 4 1.7 Bố cục của đề tài 5 Chương 2 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Tổng quan về hệ thống truyền thông 6 2.2 Kênh truyền vô tuyến 8 vi
9. Luận văn tốt nghiệp 2.3 Mô hình vào/ ra của một kênh truyền vô tuyến 8 2.4 Biểu diễn của tín hiệu điều chế số 12 2.4.1 Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) 12 2.4.2 Điều chế PSK (Phase Shift Keying) 14 2.4.3 Điều chế QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 15 2.5 Mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng 16 2.5.1 Giao thức relay Amplify-and-forward (AF) 17 2.5.2 Giao thức relay Decode-and-forward (DF) 19 2.6 Nguyên lý thu năng lượng vô tuyến trong mạng relay 20 2.6.1 Mô hình hệ thống thu năng lượng vô tuyến 20 2.6.2 Bộ thu thông tin 22 2.6.3 Bộ thu năng lượng 23 Chương 3 26 THU NĂNG LƯỢNG VÀ XỬ LÍ THÔNG TIN 26 3.1 Giao thức TSR 26 3.2.1 Mô hình hệ thống truyền thông được xem xét 26 3.2.2 Giao thức TSR 28 3.2.2.1 Quá trình thu năng lượng 29 3.2.2.2 Truyền relay liên kết năng lượng 29 3.2.2.3 Phân tích thông lượng giao thức TSR cho chế độ truyền delay-limited 31 3.2 Giao thức TPSR 35 3.3 Bộ thu lý tưởng 37 Chương 4 40 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 40 4.1 Xác minh kết quả phân tích 40 4.2 Ảnh hưởng của công suất nhiễu 42 4.3 Ảnh hưởng của vị trí node relay 43 4.4 So sánh thông lượng tối ưu giữa giao thức TSR và giao thức TPSR 44 Chương 5 46 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 5.1 Kết luận 46 5.2 Hướng phát triển 46 vii
10. Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 viii
11. Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADC Analog-to-Digital Converter AF Amplify-and-Forward DC Direct Current DF Decode-and-Forward LPF Low Pass Filter MIMO Multi Input – Multi Output MISO Multi Input – Single Output PSR Power switching-based relaying protocol RF Radio Frequency SNR Signal-to-Noise Ratio SWIPT Simultaneous Wireless Information and Power Transfer TPSR Time power switching-based relaying protocol TS Time Switching TSR Time switching-based relaying protocol PS Power Switching WPT Wireless Power Transfer WIT Wireless Information Transmission ix
12. Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG x
13. Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống truyền thông số 6 Hình 2.2: Mối liên hệ giữa phổ tín hiệu dải thông và tín hiệu cơ sở 7 Hình 2.3: Kênh truyền vô tuyến có nhiều đường lan truyền sóng giữa bộ thu và bộ phát 8 Hình 2.4: Mô hình kênh truyền trong hệ thống truyền thông vô tuyến 9 Hình 2.5: Minh họa cho M-ASK với (a) M = 2, (b) M = 4, và (c) M = 8 13 Hình 2.6: Minh họa cho M-PSK với (a) M = 2, (b) M = 4, và (c) M = 8 15 Hình 2.7: Minh họa cho M-QAM với (a) M = 2, (b) M = 4, và (c) M = 8 16 Hình 2.8: Cấu trúc thông thường của một mạng hợp tác thu năng lượng vô tuyến 17 Hình 2.9: Mô hình relay sử dụng giao thức AF 18 Hình 2.10: Mô hình relay sử dụng giao thức DF 19 Hình 2.11: Mô hình hệ thống thu năng lượng vô tuyến 21 Hình 2.12: Bộ thu thông tin 22 Hình 2.13: Bộ thu năng lượng 23 Hình 2.14: Bộ thu thông tin và năng lượng tích hợp 25 Hình 3.1: Cấu trúc bộ thu TS và PS 26 Hình 3.2: Mô hình hệ thống mạng relay liên kết năng lượng giữa một node nguồn và node đích 26 xi
14. Luận văn tốt nghiệp Hình 3.3: Sơ đồ khối giao thức TSR 28 Hình 3.4: Sơ đồ khối của giao thức TPSR 36 Hình 4.1: Thông lượng tại node đích cho giao thức TSR với 22 0.01, P 1, ac s  1, và ll12 1 41 31 Hình 4.2: Thông lượng tối ưu của bộ thu lý tưởng và giao thức TSR với Ps 1, = 1 2 2 và l1=l2=1 cho các giá trị khác nhau của phương sai nhiễu anten  và  0.01 42 na nc Hình 4.3: Thông lượng tối ưu cho giao thức TSR cho các giá trị khoảng cách l1 khác nhau từ node nguồn đến node relay. Các thông số khác22 0.01, P 1, nnac s  = 1 và l2 = 2 – l1 44 Hình 4.4: Giá trị thông lượng tối ưu cho giao thức TSR và TPSR với chế độ truyền delay-limited cho các giá trị R khác nhau 45 28 xii
15. Luận văn tốt nghiệp Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Sự phát triển nhanh chóng của những công nghệ kỹ thuật hiện đại trong ngành viễn thông trong những năm qua đã mang lại cho cuộc sống con người rất nhiều tiện ích. Thông tin liên lạc luôn được thông suốt với chất lượng dịch vụ cao, thế hệ di động 3G, 4G có bước tiến vượt bậc có thể nâng tốc độ đường truyền lên gấp nhiều lần đã làm góp phần thõa mãn mọi nhu cầu thông tin liên lạc, giải trí đa phương tiện của tất cả mọi người trên thế giới. Một vấn đề nảy sinh và đang được nghiên cứu rất rộng rãi trong những năm trở lại đây là việc truyền thông tin và năng lượng đồng thời. Bài toán phát sinh vấn đề là giữa việc lựa chọn việc lắp đặt trạm thu phát mới ở những nơi ngoài vùng phủ sóng thông tin với đặc điểm là có chi phí đầu tư lớn và đôi khi gặp khó khăn trở ngại do cơ sở hạ tầng thấp ở nơi cần phủ sóng, hay việc lắp những trạm chuyển tiếp (relay node) có nhiệm vụ đưa thông tin đến nơi cần thiết với đặc điểm là chi phí rẻ hơn và dễ dàng hơn trong việc lắp đặt và không cần sử dụng nguồn cung cấp. Giải pháp sử dụng những trạm chuyển tiếp được gọi là mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng (cooperative powered wireless networks), trong đó node relay sẽ thực hiện nhiệm vụ thu năng lượng từ tín hiệu vô tuyến RF và sau đó xử lí và truyền tín hiệu này đến đích. Khái niệm thu năng lượng và xử lí thông tin vô tuyến cho một bộ thu lí tưởng được giới thiệu lần đầu tiên bởi Varshney [3]. Ông đã thực hiện nghiên cứu về những vấn đề cơ bản của việc truyền năng lượng và xử lí thông tin một cách đồng thời. Tuy nhiên việc tiếp cận của ông là không có thực trong thực tế vì mọi bộ thu đều có sai số và nhược điểm của nó. Sau đó, công trình của Varshney đã được phát triển thêm trong [4], mà trong đó các tác giả đã nghiên cứu các bộ thu thực tế và đưa ra hai cấu Trang 1
16. Luận văn tốt nghiệp trúc bộ thu đó là bộ thu thông tin và năng lượng phân tập và tích hợp. Các tác giả cũng đã đưa ra cách tính toán cho việc truyền dẫn tối ưu để đạt được các cân bằng mức độ năng lượng khác nhau. Hơn nữa, các tác giả cũng đã đưa ra sự so sánh hiệu năng của hai cấu trúc bộ thu dưới một hệ thống gần với thực tế, từ đó rút ra được những hiểu biết quan trọng trong việc thiết kế bộ thu trong mạng vô tuyến thu năng lượng và xử lí thông tin đồng thời. Trong [5], các tác giả trình bày cấu trúc, mô hình và việc thực hiện để cho phép việc truyền năng lượng trong mạng tế bào. Cụ thể hơn, bài báo đã đề xuất một cấu trúc mang mới được gọi là mạng đa hợp (hybrid network), trong đó các trạm truyền năng lượng vô tuyến sẽ thay thế ngẫu nhiên một mạng tế bào tuyến lên. Việc thực hiện của mạng đa hợp này dưới một hằng số ngừng hoạt động được nghiên cứu dựa trên một mô hình hình học ngẫu nhiên trong đó các trạm một anten đơn và các trạm truyền năng lượng hình thành nên các điểm xử lí Poisson đồng nhất độc lập (independent homogeneous Posson point processes). Mô hình được trình bày trong bài báo được dùng để suy ra sự cân bằng giữa các thông số trong mạng bao gồm công suất phát và mật độ các trạm thu năng lượng vô tuyến cho các cấu hình mạng khác nhau. Trong [6] một hệ thống vô tuyến MIMO được trình bày bao gồm ba node mạng, trong đó một node thu có nhiệm vụ thu năng lượng vô tuyến và một node thu khác giải mã thông tin một cách riêng biệt từ các tín hiệu được truyền từ một bộ phát chung, và tất cả bộ phát và bộ thu có thể được trang bị với các anten đa phân tập. Bài báo đã rút ra kết luận làm cách nào để đạt được truyền dẫn tối ưu để đạt được các cân bằng khác nhau cho tốc độ thông tin tối đa so với năng lượng truyền được đặc tính hóa bởi một đường biên được gọi là vùng tốc độ năng lượng (rate-energy region). Trong [7], một hệ thống MISO được trình bày với giả định rằng bộ phát không có thông tin gì về thông tin trạng thái kênh cho cả bộ thu thông tin và bộ thu năng lượng. Bài báo cũng trình bày giải pháp tối ưu cho bài toán được đặt ra. Từ những công trình khoa học đã được công bố, trong đề tài này người thực hiện trình bày việc thu năng lượng vô tuyến và xử lí thông tin trong một mạng vô tuyến hợp tác sử dụng giao thức AF. Giao thức TSR và TPSR được trình bày cho việc xử Trang 2
17. Luận văn tốt nghiệp lí thông tin tại node relay được trình bày chi tiết, từ đó làm nền tảng cho việc đánh giá hiệu năng tín hiệu thu được tại node đích. Hiệu năng tại node đích được hiểu là khả năng thu nhận tín hiệu khả dụng tại node đích với một công suất phát và tốc độ phát tại nguồn với cách xử lí thông tin và thu năng lượng tại node relay (giao thức TSR và giao thức TPSR). Ngoài ra đề tài cũng trình bày cấu trúc bộ thu tín hiệu lí tưởng, và đưa ra sự so sánh về hiệu năng tín hiệu thu được tại node đích cho các giao thức này. Các kết quả so sánh được thực hiện trên phần mềm mô phỏng Matlab. 1.2 Mục đích của đề tài Mục đích cuối cùng của đề tài là đánh giá được hiệu năng (cũng chính là giá trị thông lượng thu được) tín hiệu tại node đích cho mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng. Việc đánh giá sẽ dựa trên kết quả được trình bày trên phần mềm mô phỏng Matlab và dựa trên thay đổi các thông số trong mạng, chẳng hạn như tỉ lệ thời gian thu tín hiệu, tỉ lệ nhiễu, khoảng cách từ node relay đến node đích, Và dựa trên những kết quả mô phỏng thu được, đề tài sẽ rút ra kết luận về sự lựa chọn các thông số trong mạng ra sao để thu được hiệu năng tốt nhất cho mạng và đưa ra hướng phát triển tiếp theo cho đề tài. 1.3 Phạm vi và giới hạn của đề tài Do thời gian và khả năng nghiên cứu của người thực hiện là có hạn, nên phạm vi đề tài chỉ nằm trong việc trình bày lý thuyết và tiến hành mô phỏng trên phần mềm Matlab mà không có mô hình thực tế hay mô phỏng kết quả trên những phần mềm trực quan khác. Ngoài ra đề tài còn có những giới hạn như sau: - Trong các giao thức chuyển tiếp thì giao thức AF được dùng vì sự đơn giản của nó. - Giả định rằng năng lượng xử lí cần cho mạch phát nhận là rất nhỏ so với so với năng lượng dùng để truyền tín hiệu từ node chuyển tiếp đến đích. - Độ lợi kênh truyền h và g được mô hình hóa như các thông số fading khối tĩnh và không chọn lọc tần số. Kênh truyền có giá trị không đổi trong khối thời gian Trang 3
18. Luận văn tốt nghiệp T và độc lập và hoàn toàn giống nhau giữa các khối thời gian theo sau một phân bố Rayleigh. - Giả định rằng thông tin trạng thái kênh chỉ tồn tại tại node đích. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chính của đề tài này là: - Tìm hiểu tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu thông qua những bài báo khoa học quốc tế cũng như các công trình nghiên cứu trong nước. - Xây dựng mô hình hệ thống dựa trên những kiến thức thu thập được, xây dựng mô hình toán học cho hệ thống. - Trình bày kết quả trên phần mềm mô phỏng Matlab. Từ đó rút ra những bài học để hiểu hơn về hệ thống đang nghiên cứu, đưa ra những phân tích, nhận định về hệ thống đang được nghiên cứu. - Đưa ra định hướng phát triển tiếp theo cho đề tài. 1.5 Điểm mới của đề tài Nghiên cứu về mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng là đề tài khá mới trong thời gian gần đây, và đề tài này có những điểm riêng như sau: - Nghiên cứu mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng với một node relay sử dụng giao thức AF. - Trình bày việc thu năng lượng và sử lí thông tin tại node relay sử dụng giao thức TSR và TPSR với chế độ truyền delay-limited. - Trình bày kết quả mô phỏng một cách trực quan trên Matlab. Đưa ra những nhận xét về hiệu năng tối ưu tại node đích. 1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài Giá trị thực tiễn của đề tài này chưa phải là những ứng dụng trên thực tế mà mới chỉ là những mô phỏng về hệ thống trên Matlab. Nhưng từ những kết quả mô phỏng này chúng ta có thể học hỏi thêm được nhiều điều về hệ thống vô tuyến hợp tác thu năng lượng. Hiểu được những tác động của các thông số trong mạng đến hiệu năng tín hiệu thu được tại node đích sẽ giúp chúng ta thiết kế, xây dựng được Trang 4
19. Luận văn tốt nghiệp một mạng vô tuyến hợp tác thu năng lượng có hiệu suất cao, chi phí thấp, tiêu tốn ít tài nguyên khi có thể triển khai vào ứng dụng thực tế. 1.7 Bố cục của đề tài Đề tài này được trình bày với năm chương và có bố cục như sau: - Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày khái quát tình hình nghiên cứu trong và nước về lĩnh vực đang được nghiên cứu trong đề tài. Nêu mục đích, phạm vi và giới hạn của đề tài, phương pháp nghiên cứu, điểm mới và giá trị thực tiễn của đề tài. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này trình bày một số lý thuyết cơ bản liên quan đến đề tài. - Chương 3: Thu năng lượng và xử lí thông tin tại node relay. Chương này trình bày cụ thể mô hình hệ thống mạng cũng như những tính toán toán học cho việc thu năng lượng và xử lí thông tin tại node relay. Những kết quả trình bày ở chương này sẽ là cơ sở cho việc mô phỏng hệ thống trên Matlab. - Chương 4: Kết quả mô phỏng. Chương này trình bày những kết quả mô phỏng được thực hiện trên Matlab. Giá trị tối ưu cho các thông số trong mạng để có được hiệu năng tốt nhất tại node đích sẽ được trình bày và được nhận xét, kết luận đầy đủ. - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Chương này đưa ra kết luận về đề tài đã thực hiện, những gì đã làm được và chưa được. Đồng thời đề xuất hướng phát triển tiếp theo cho đề tài. Trang 5
20. Luận văn tốt nghiệp Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống truyền thông Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối của một hệ thống truyền thông số[8], trong đó thông tin được truyền từ điểm đến điểm. Nguồn tạo ra các tín hiệu analog chẳng hạn như giọng nói, âm thanh, hình ảnh, hoặc thậm chí dữ liệu số như chữ viết hay các thông tin đa phương tiện. Hình 2.1. Các thành phần cơ bản của một hệ thống truyền thông số. Thông tin từ nguồn sau đó được chuyển sang một chuỗi nhị phân bởi bộ mã hóa nguồn. Chuỗi nhị phân này sau đó được chuyển đến bộ mã hóa kênh, nơi tạo ra phần dư (redundancy) vào trong chuỗi nhị phân để hạn chế khả năng truyền sai mã do tác dụng của nhiễu trong quá trình truyền. Tín hiệu sau đó tiếp tục được điều chế bởi bộ điều chế số tạo ra các dạng sóng truyền qua một đường truyền vật lý, chẳng hạn như một đường dây điện thoại, một dây cáp quang, hay là một tuyến tần số audio cao. Tại phía nhận diễn ra quá trình ngược lại so với bên phát để thu được tín hiệu gốc ban đầu. Đối với kênh truyền vô tuyến, truyền thông xảy ra trong một băng thông W xung quanh một tần số trung tâm fc, trong một dải thông [fc – W/2, fc + W/2]. Tín hiệu được truyền với tần số sóng mang fc được gọi là tín hiệu dải thông. Trong trường Trang 6
21. Luận văn tốt nghiệp hợp đặc biệt, khi fc 0, thì tín hiệu được truyền gọi là tín hiệu cơ sở. Trong những ứng dụng vô tuyến thông thường, bộ điều chế số tại phía phát phải thực hiện việc chuyển đổi lên tín hiệu đến tần số sóng mang fc, để tạo ra tín hiệu dải thông và phát đi bằng một anten. Tương tự, bộ giải điều chế tại phía thu sẽ thực hiện việc chuyển đổi xuống tín hiệu vô tuyến về tín hiệu cơ sở trước khi thực hiện bất kì việc xử lí khác. Hơn nữa, phần lớn việc xử lí tín hiệu như mã hóa/ giải mã, điều chế/ giải điều chế, đồng bộ hóa, đều được thực hiện tại dải tần cơ sở. Do đó, mô hình tương đương ở tần cơ sở thường được dùng để nghiên cứu và phân tích hệ thống truyền thông vô tuyến do nó thuận tiện hơn nhiều so với tín hiệu dải thông. Và cần chú ý rằng khi nghiên cứu mô hình tương đương ở dải thông thì sẽ loại bỏ vấn đề về việc chuyển đổi lên, xuống tần số làm cho nó không phụ thuộc vào tần số sóng mang nữa. Tổng quát, mối liên hệ giữa tín hiệu dải thông xtPB và tín hiệu cơ sở xt có thể được trình bày bởi: xPB t  x t exp j 2 f c t  (2.1) với  g là phần thực của tín hiệu. Mối liên hệ giữa phổ của tín hiệu dải thông và tín hiệu cơ sở được trình bày trong hình 2.2. Hình 2.2. Mối liên hệ giữa phổ tín hiệu dải thông và tín hiệu cơ sở. Trang 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4