LỜI CAM ĐOAN Kính gửi : - Hội đồng bảo vệ Trường ĐHHH; - Khoa Điện-Điện tử, Viện Sau đại học-Trường ĐHHH Việt nam Tôi tên : Phạm Văn Bình Lớp : Cao học Kỹ thuật điện tử Khóa : 2013 - 2015 Tên đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu Phương pháp chống chống pha đinh với hệ thống thông tin vô tuyến nước" Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân xuất phát từ yêu cầu thực tế công việc để hình thành nên hướng nghiên cứu áp dụng vào công việc thực tế đơn vị, luận văn không giống hoàn toàn với luận văn công trình có trước Hải Phòng, ngày tháng TÁC GIẢ Phạm Văn Bình i năm 2015 LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu em hoàn thành khóa học luận văn tốt nghiệp Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy, cô giáo Khoa Điện - Điện tử Viện sau đại học Trường đại học Hàng hải Việt nam mang hết tinh thần trách nhiệm giảng dạy để truyền đạt kiến thức bổ ích, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình tham gia học tập Trường Qua đây, Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy giáo Tiến sỹ Phạm Văn Phước – Phó Giám đốc giám đốc Trung tâm huấn luyện thuyền viên hướng dẫn hoàn thành luận văn Bên cạnh đó, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập động viên giúp đỡ cố gắng làm tốt đề tài tốt nghiệp Sau cùng, lời cảm ơn đến tất bạn bè giúp đỡ suốt trình học tập trường Hải Phòng, ngày tháng Học viên Phạm Văn Bình ii năm 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi CÁC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DƢỚI NƢỚC VÀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các khái niệm đặc trưng thông tin thủy âm 1.3 Đặc trưng kênh thông tin 1.3.1 Suy hao trải sóng 1.3.2 Suy hao hấp thụ sóng 10 1.3.3 Suy hao đường truyền 11 1.3.4 Băng thông kênh truyền 11 1.3.5 Tạp âm thông tin nước 16 1.3.6 Trễ đường truyền 17 1.3.7 Hiện tượng truyền đa đường thông tin nước 18 Chƣơng II: CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN DƢỚI NƢỚC 21 2.1 Kỹ thuật điều chế 21 2.1.1 Giới thiệu chung 21 2.1.2 Một số vấn đề sở đánh giá xác suất lỗi điều chế giải điều chế 21 2.1.3 Kỹ thuật điều chế số 24 Chƣơng III: PHƢƠNG PHÁP CHỐNG PHA ĐINH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DƢỚI NƢỚC 39 3.1 Pha đinh thông tin 39 iii 3.1.1 Khái niệm pha đinh 39 3.2 Các phương pháp chống pha đinh thông tin nước 47 3.2.1 Bộ cân miền thời gian 48 3.2.2 Bộ cân miền tần số 50 3.2.3 Bộ cân độ dốc độ lõm đặc tuyến truyền sóng 50 3.2.4 Kỹ thuật Phân tập 51 3.3 Tính toán mô 53 3.3.1 Phương pháp chống pha đinh Bộ cân 53 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Đặc điểm thông tin sóng thủy âm 12 1.2 Thống kê công trình nghiên cứu kết hệ thống 12 1.3 Thống kê kết xử lý tín hiệu kỹ thuật điều chế pha đồng 13 1.4 Trễ đường truyền thông tin nước với c=1500m/s 17 2.1 Hiệu băng thông kỹ thuật điều chế thông tin dùng sóng thủy âm 35 v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 1.2 Tên hình Mẫu xạ sóng âm nước Hình 1.2 đặc tính tần số kênh truyền dẫn biểu diễn biến thiên tỷ số SNR theo tần số với tham số cự ly thông tin Trang 18 1.3 Hiện tượng đa đường thông tin nước 19 1.4 Hcho thấy thông tin nước sử dụng sóng thuỷ âm sóng 19 2.1 Đồ thị hàm phân bố p(x) 22 2.2 Ước lượng hàm BER 24 2.3 Hiệu băng thông-B (bit/s/Hz) hàm SNR/bit 26 2.4 Các phương pháp điều chế số nhị phân 27 2.5 Chòm điều chế BPSK biểu diễn tỷ lệ lỗi bít-BER 28 2.6 Sơ đồ khối kỹ thuật điều chế giải điều chế BPSK 29 2.7 Đồ thị hàm phân bố xác suất có điều kiện với điều chế BPSK 29 30 2.9 Xác suất lỗi bít tổng theo lý thuyết mô Matlab điều chế BPSK Biểu diễn chòm điều chế 8MPSK xác suất lỗi bít Pe 2.0 Chòm điều chế 16QAM biểu diễn BER 33 2.8 32 2.11 Tỷ lệ lỗi bít-BER chế độ điều chế MPSK MQAM 33 2.12 Xác suất lỗi bít điều chế MFSK 35 2.13 Đồ thị phổ hàm trực giao 36 2.14 Sự chồng lấn thời gian gây nhiễu ISI 37 2.15 Khoảng cách sóng mang 5Hz 38 2.16 Sơ đồ khối hệ thống thông tin thủy âm sử dụng OFDM 38 3.1 Phân loại pha đinh 40 3.2 Hàm truyền đáp ứng xung kênh pha đinh phẳng 41 3.3 Hàm truyền đáp ứng xung kênh pha đinh chọn tần 42 3.4 Mô tả đáp ứng xung kênh 43 vi Số hình Tên hình Trang 3.5 Mô tả hàm truyền đạt kênh 43 3.6 Hàm truyền đạt kênh 44 3.7 Đáp ứng xung kênh phụ thuộc thời gian 45 3.8 Mô hình kênh tuyến tính 47 3.9 Các phương pháp chống pha đinh 48 3.10 Bộ cân ngang có 2M+1 nhánh 48 3.11 Mô tả cân miền tần số 50 3.12 Mô tả cân độ dốc độ lõm đặc tuyến tần số 51 3.13 Mô hình phân tập không gian đơn giản 52 3.14 Mô hình phân tập tần số 52 3.15 dấu phát 53 3.16 Kênh đa đường nhánh 3.17 3.18 54 Đáp ứng tần số kênh (màu Lam) cân (màu Tím) Đồ thị lỗi bít-BER điều chế BPSK kênh nhánh có nhiễu ISI sử dụng điều chỉnh cân vii 56 57 CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích BER Bit Error Rate BPSK Binary Phase Shift Keying CDMA Code Division Multiplex Access DMI ISI OFDM Diercted Matric Invesion Inter Symbol Interfere Orthogonal Frequency Division Multiplexing PAM Pulse Amplitude Modulation FSK Friquency Shift Keying PSK Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying Ts UWC SE Symbol Time – Interval Under Water Communication Simple Eigen SER Symbol Error Rate SINR Signal to Interference plus-Noise Ratio SISO Single Input Single Output SNR Signal to Noise Ratio TDMA Time Division Multiple Access viii MỞ ĐẦU Trong truyền dẫn thông tin số việc chuyển thông tin qua phương tiện truyền dẫn số có tầm quan trọng đặc biệt thông số kênh bị tác động môi trường truyền lớn Các tác động ảnh hưởng lớn đến chất lượng truyền dẫn Cùng với phát triển công nghệ vật liệu phát triển công nghệ thông tin số, dung lượng thông tin tăng lên, môi trường truyền dẫn bị bó hẹp có nhiều thông tin Do ảnh hưởng thông tin kênh truyền dẫn tăng cao Trong việc phát triển sở hạ tầng có giới hạn nhiều nơi phát triển sở đường truyền thông dụng có sẵn (đường điện thoại, thông tin di động) việc truyền thông tin số đường truyền dẫn môi trường nước bị thăng giáng tín hiệu theo thời gian trình truyền dẫn kênh vô tuyến, đòi hỏi phải nghiên cứu đưa giải pháp làm giảm ảnh hưởng môi trường truyền dẫn Tính cấp thiết đề tài Thông tin vô tuyến nước sử dụng sóng âm (acoustic waves) nghiên cứu triển khai mạnh mẽ nước tiên tiến Ban đầu chủ yếu cho truyền tín hiệu thoại điều chế tương tự với sóng mang khoảng 8~11kHz, ngày công nghệ xử lý tín hiệu số (DSP) cho phép sử dụng điều chế giải điều chế sóng thủy âm (acoustic modems) để truyền liệu khoảng cách vài km với tốc độ vài kbps Về ứng dụng, thông tin vô tuyến nước sử dụng cho lĩnh vực lớn đời sống - Giám sát môi trường: theo dõi biến đổi khí hậu, kiểm soát ô nhiễm, dự báo thảm họa thiên nhiên, phục vụ thông tin liệu khu vực giàn khoan dầu ga, công tác bảo vệ cảng, nhà giàn, đặc biệt hoạt động tàu ngầm Vùng biển Việt nam - Thăm dò nước: khám phá nguồn lực tự nhiên, tượng biển cả, khám phá khảo cổ vùng nước sâu - Thu thập liệu khoa học: Quan trắc đại dương, khoa học trái đất, sinh vật biển - Tìm kiếm giám định: Nhận dạng mục tiêu, tạo ảnh lập đồ đáy biển Truyền lan sóng thủy âm có số đặc điểm: băng thông bị giới hạn phụ thuộc vào khoảng cách thông tin Sóng truyền chậm với vận tốc khoảng 1500m/s Nhược điểm lớn thông tin vô tuyến nước tượng đa đường (time-varying multipath), tia sóng phản xạ từ mặt nước đáy biển tới điểm thu lệch pha so với đường truyền thẳng gây thăng/giáng tín hiệu hay gọi pha đinh Trong trường hợp điều chế số, hệ thống thông tin vô tuyến nước bị pha đinh gây nhiễu xuyên ký tự (ISI) Nghiên cứu phương pháp chống pha đinh hệ thống thông tin vô tuyến nước vấn đề quan tâm nhiều quốc gia Biển Đông Việt Nam chứa nhiều nguồn lợi quan tâm khai thác Thông tin nước đóng vai trò quan trọng an ninh quốc phòng, khai thác nguồn lợi biển, quản lý môi trường biển Với lý chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp chống pha đinh hệ thống thông tin vô tuyến nước” Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình công nghệ hệ thống thông tin vô tuyến nước, ảnh hưởng môi trường truyền lan sóng âm nước, tượng truyền đa đường phản xạ mặt nước đáy biển ảnh hưởng tới cường độ tín hiệu thu tượng nhiễu ISI sử dụng công nghệ điều chế số Các phương pháp chống pha đinh đa đường dựa đánh giá mức tín hiệu/tạp âm (SNR) nêu phần - Phạm vi cần tập trung nghiên cứu pha đinh đa dường, mô hình pha đinh Rayleigh Ricean theo lý thuyến xác suất thống kê Phương pháp chống pha đinh Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp mô hình hóa, phân tích xây dựng mô hình toán theo xác suất thống kê Hình 3.9 Các phương pháp chống pha đinh 3.2.1 Bộ cân miền thời gian Trong thông tin thủy âm, cân ngang thường sử dụng cho cân miền thời gian Các cân sử dụng sau giải điều chế băng gốc máy thu nên chúng gọi cân miền thời gian Nguyên lý chung cân miền thời gian là: Sự giảm cấp đặc tính tần số pha đinh chọn lọc tần số dẫn đến méo dạng sóng sau điều chế băng tần gốc gây nhiễu giao thoa ký hiệu (ISI) Bộ cân ngang thiết kế để loại bỏ nhiễu giao thoa ký hiệu gây méo dạng sóng Về mặt lý thuyết cân ngang cân dạng méo Tổng trễ=2MTs Chuỗi xung vào Pv(t) Pv(t-Ts) Pv(t-2Ts) Trễ Ts Trễ Ts C-M+1 C-M Pv(t-2MTs) Pv(t-MTs) Trễ Ts C-M+2 CO Trễ Ts CM + + + + + w Thuật toán điều chỉnh khuếch đại nhánh Hình 3.10 Bộ cân ngang có 2M+1 nhánh 48 Chuỗi xung Pr(t) Bộ cân ngang gồm đường trễ có 2M+1 nhánh ra, nhánh cách khoảng thời gian trễ Ts giây (Ts thời gian ký hiệu) Các nhánh nối với khuếch đại tổng qua phần tử có hệ số khuếch đại biến đổi, ký hiệu C-M, …, CO, C1,…, CM Giả sử dãy xung đầu vào cân Pv(t), dãy xung đầu Pr(t) , ta có quan hệ chúng sau: Pr  t   M  m M Cm Pv (t   m  M )Ts (3.11) Giả sử Pv(t) có giá trị đỉnh t=0 giao thoa ký hiệu xẩy hai phía, cần lấy mẫu đầu với tốc độ: tk   k  M  Ts (3.12) Để : Pr  tk   M  m M Cm Pv  k  m  Ts  (3.13) Để loại bỏ giao thoa ký hiệu ta cần có: (3.14) Vì có 2M+1 nhánh điều chỉnh khuếch đại, nên xác định giá trị Pr  tk  2M+1 điểm sau: 1 Pr tk     0 Khi k=±1±2,…M (3.15) Từ phương trình (3.11.) (3.13 xây dựng hệ phương trình cho Cm dạng ma trận sau: Ma trận gọi ma trận cưỡng không cân việc chọn hệ số rẽ nhánh: 0 Pv(0), Pv(-1) ………… Pv(-2M) Pv(1), Pv(0) ………… Pv(-2M+1) 0 = C-M C-M+1 Pv(2M)………………… Pv(0) CM (3.16) 49 Ma trận gọi “ ma trận cưỡng không” cân việc chọn hệ số trẽ nhánh để giảm thiểu méo cách cưỡng không M điểm mẫu hai phía xung xét 3.2.2 Bộ cân miền tần số Các cân miền tần số thiết kế nhằm mục đích cân trực tiếp phân tán phổ cách tạo đặc tính phổ bù trừ ngược với phân tán băng pha đinh nhiều tia Các cân thường sử dụng trước giải điều chế Vì chúng gọi cân miền tần số Mạch bù khối có khả tạo dạng méo khác đặc tính biên tần thực lệnh số tín hiệu bên Sơ đồ cân sau: Bộ khuếch đại Phổ tín hiệu vào Phổ tín hiệu Mạch bù AGC Hệ thống điều khiển ~ ~ ~ Bộ phân tích phổ Hình 3.11 Mô tả cân miền tần số Méo mạch bù gây ngược với méo dạng phổ tín hiệu vào Sau khối bù thường khuếch đại đặc tuyến phẳng có hệ số khuếch đại thay đổi để giữ cho mức không đổi Mạch tự động điều khuếch- AGC để bù trừ tổn hao mạch bù gây Các tín hiệu đưa lên hệ thống điều khiển lấy mẫu từ số tần số đặc trưng 3.2.3 Bộ cân độ dốc độ lõm đặc tuyến truyền sóng Bộ cân độ dốc độ lõm tần số trung tâm đặc tuyến truyền sóng đặc biểu diễn hình sau: 50 Phổ tín Bộ cân hiệu vào độ lõm Phổ tín hiệu Bộ cân độ dốc f1 ~ AGC Hệ thống điều khiển f2 fc ~ ~ Bộ phân tích phổ Hình 3.12 Mô tả cân độ dốc độ lõm đặc tuyến tần số Phổ tín hiệu vào lấy mẫu tần số trung tâm fc hai tần số biên f1 f2 giá trị mẫu f1 f2 so sánh với để điều khiển độ nghiêng đặc tuyến tần số cân độ dốc bù trừ độ nghiêng phổ vào Giá trị trung bình hai mẫu hai tần số f1 f2 so sánh với giá trị mẫu fc để điều chỉnh đặc tuyến tần số cân độ lõm bù trừ độ võng phổ vào fc 3.2.4 Kỹ thuật Phân tập Phân tập phương pháp dùng thông tin để nâng cao độ tin cậy việc truyền tín hiệu cách truyền tín hiệu giống nhiều kênh truyền khác để đầu thu chọn số tín hiệu thu kết hợp tín hiệu thành tín hiệu tốt Việc nhằm chống lại pha đinh nhiễu kênh truyền khác chịu pha đinh nhiễu khác Mức độ độc lập kênh phân tập trình bày phương pháp tương quan chéo đường bao pha đinh Thuật ngữ hệ số tương quan chéo thường sử dụng để trình bày tính độc lập tương đối hai tín hiệu pha đinh Truyền dẫn phân tập ảnh hưởng lớn lên xác suất vượt ngưỡng, nghĩa xác suất mà tín hiệu tổng hợp (được kết hợp từ kênh phân tập) giảm xuống thấp vị trí ngưỡng quy định Một số kỹ thuật phân tập nhằm chống lại ảnh hưởng pha đinh nhiễu sau 51  Phân tập không gian Tín hiệu truyền nhiều đường khác Trong truyền dẫn hay sử dụng phân tập anten, chẳng hạn phân tập phát/phân tập thu phân tập nhiều anten phát/anten thu Nếu anten đặt gần khoảng vài bước sóng gọi phân tập gần, anten đặt cách xa gọi phân tập xa Rx1 Luồng tín hiệu vào Kết hợp Tx1 Luồng tín hiệu Rx2 Hình 3.13 Mô hình phân tập không gian đơn giản Với Tx máy phát, Rx1 Rx2 hai máy thu Mô hình sử dụng anten phát hai anten thu Hai anten thu phục vụ cho hai kênh truyền dẫn kênh kênh phân tập Tín hiệu đầu máy thu Rx1 máy thu phân tập Rx2 kết hợp đồng pha để tạo tín hiệu thu tốt  Phân tập thời gian Tín hiệu truyền thời điểm khác Người ta dùng mã sửa lỗi FEC trải tín hiệu theo thời gian ghép xen Các kỹ thuật thu phân tập thời gian sử dụng chủ yếu truyền số liệu số kênh pha đinh Trong phân tập thời gian, số liệu giống gửi kênh khoảng thời gian có thứ tự tỉ lệ nghịch với tốc độ pha đinh băng tần gốc  Phân tập tần số Tín hiệu truyền nhiều tần số khác dãy phổ tần rộng bị tác động pha đinh lựa chọn tần số Luồng tín hiệu vào Tx1 Luồng tín hiệu Tx2 Mạng phân nhánh Rx1 Mạng phân nhánh Tx1 sw1 sw1 Rx2 Tx2 sw2 sw2 Rx2 Rx2 Hình 3.14 Mô hình phân tập tần số 52 Luồng tín hiệu vào Luồng tín hiệu Các ký hiệu Tx Rx máy phát máy thu, sw (switching) chuyển mạch Mô hình phân tập tần số cần hai thu phát làm việc hai tần số khác để tạo kênh truyền dẫn khác Thông tin phát đồng thời hai kênh truyền dẫn Tx1 Tx2 Phía thu thực chuyển mạch để chọn kênh có chất lượng truyền tốt ( từ Rx1 Rx2)  Phân tập góc Sử dụng búp hướng anten để thu tín hiệu chọn búp hướng cho tín hiệu tốt 3.3 Tính toán mô 3.3.1 Phương pháp chống pha đinh Bộ cân Để đánh giá hiệu cân 0, chống nhiễu ISI kênh thông tin nước bị ảnh hưởng pha đinh đa đường, cách giá tỷ lệ lỗi bít với điều chế BPSK - Giả sử định dạng xung máy phát Kênh có nhiễu ISI coi kênh nhánh cố định Phát dấu (symbol): Các dấu phát mô hình hóa: s(t )    a g (t  mT ) n  n (3.17) Trong đó: T chu kỳ dấu, an dấu phát đi; g(t) đại diện cho lọc máy phát; n số dấu s(t) dạng sóng cửa Để đơn giản, coi lọc định hình xung máy phát, ví dụ g (t )   (t ) ; dấu phát mô hình hóa rời rạc thời gian tương đương s(k )  an Hình 3.15: dấu phát 53 Mô hình kênh truyền Giả sử kênh xét kênh đa đường có nhánh cách T h[k ]  [h1h2h3 ] Hình 3.16 Kênh đa đường nhánh - Ngoài ảnh hưởng đa đường, tín hiệu thu bao gồm tạp âm (n), tiêu biểu (AWGN) Giá trị tạp âm tuân theo hàm phân bố xác suất Gauss N ( x   ) với µ=0, phương sai   p( x)  e 2 2 2 Tín hiệu thu được: y[k ]  s[k ]  h[k ]  n ,  phép tích chập Cân “0” Mục tiêu cân “0” xác định tập hệ số mạch lọc c[k] cho h  k   c  k     k  sau cân - Đại lượng c  k   n gây khuếch đại tạp âm làm tăng tỷ lệ lỗi bít Nguồn gốc hệ số cân bằng: Từ trụ cột ma trận toeplitz-matrix, cho thấy rằng, phép tích chập đạo diện băng phép nhân ma trận Ví dụ: % Matlab code for using Toeplitz matrix for convolution clear all x = [1:3]; h = [4:6]; xM = toeplitz([x zeros(1,length(h)-1) ], [x(1) zeros(1,length(h)-1) ]); 54 y1 = xM*h'; y2 = conv(x,h); diff = y1'-y2 diff = [ 0 0 ] Dùng ma trận đại số tương tự coi hệ số c  k  có nhánh, Phương trình h  k   c  k     k  đại diện bằng:  h2 h1   c1     h3 h2 h1   c           h3 h2   c3          Giải tìm c[k], ta có: 1  c1   h2 h1     c   h3 h2 h1          c3   h3 h2         - Giả sử c[k] có nhánh:  h2 h1  h3 h2   h3  0 0    c1      c    h2 h1   c3         h3 h2 h1   c    h3 h2   c5    h1 0  Giải tìm c[k] ta được: 1  c1   h2 h1 0     c   h3 h h1 0           c3    h3 h2 h1          c 0 h h h     0  c5   0 h3 h2          Ví dụ % gia su mot kenh nhanh sau ht = [0.2 0.9 0.3]; 55 L = length(ht); kk = 1; hM = toeplitz([ht([2:end]) zeros(1,2*kk+1-L+1) ]); d zeros(1,2*kk+1-L+1)], [ ht([2:-1:1]) = zeros(1,2*kk+1); d(kk+1) = 1; c = [inv(hM)*d.'].'; Đáp ứng tần số kênh h[k] cân c[k] nêu hình sau: Hình 3.17 Đáp ứng tần số kênh (màu Lam) cân (màu Tím) Mô hình mô phỏng: Tính tỷ số BER cho BPSK với kênh có nhiễu ISI - nhánh đƣợc xử lý cân “0” Mô Matlab/Octave thực sau:  Tạo chuỗi nhị phân ngẫu nhiên  Điều chế BPSK, ví dụ bít đại diện -1 bít đại diện +1  Xoay symbols với kênh pha đinh nhánh  Cộng tạp âm AWGN  Tính toán lọc cân máy thu – lọc cân lọc có độ dài 3, 5, 7, nhánh 56  Giải điều chế biến đổi thành bít  Tính số lượng bít lỗi  Lặp lại với nhiều giá trị Eb/N0 khác Kết mô vẽ đồ thị sau đây: Hình 3.18 Đồ thị lỗi bít-BER điều chế BPSK kênh nhánh có nhiễu ISI sử dụng điều chỉnh cân Nhận xét: Tăng độ dài nhánh cân từ lên có cải thiện hợp lý hoạt động Giảm ngược lại cải thiện tăng độ dài nhánh Các kết so sánh với AWGN mà không bị đa đường Vấn đề nghiên cứu đặt là: dùng lọc câng “0” máy phát dùng định dạng xung, thêm vào đặt vấn đề nghiên cứu cân sai số trung bình bình phương cực tiểu (MMSE) % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 57 % Tinh toan BER cho dieu che BPSK kenh nhieu ISI nhanh % Can bang voi 3/5/7/9 nhanh duoc thuc hien % va tinh ty le loi bit BER clear N = 10^6; % number of bits or symbols Eb_N0_dB = [0:10]; % multiple Eb/N0 values K = 4; for ii = 1:length(Eb_N0_dB) % Transmitter ip = rand(1,N)>0.5; % generating 0,1 with equal probability s = 2*ip-1; % BPSK modulation -> -1; -> % Channel model, multipath channel nTap = 3; ht = [0.2 0.9 0.3]; chanOut = conv(s,ht); n = 1/sqrt(2)*[randn(1,N+length(ht)-1) white gaussian noise, 0dB variance + j*randn(1,N+length(ht)-1)]; % % Noise addition y = chanOut + 10^(-Eb_N0_dB(ii)/20)*n; % additive white gaussian noise for kk = 1:K L = length(ht); hM = toeplitz([ht([2:end]) zeros(1,2*kk+1-L+1) ]); d zeros(1,2*kk+1-L+1)], = zeros(1,2*kk+1); d(kk+1) = 1; c = [inv(hM)*d.'].'; 58 [ ht([2:-1:1]) % mathched filter yFilt = conv(y,c); yFilt = yFilt(kk+2:end); yFilt = conv(yFilt,ones(1,1)); % convolution ySamp = yFilt(1:1:N); % sampling at time T % receiver - hard decision decoding ipHat = real(ySamp)>0; % counting the errors nErr(kk,ii) = size(find([ip- ipHat]),2); end end simBer = nErr/N; % simulated ber theoryBer = 0.5*erfc(sqrt(10.^(Eb_N0_dB/10))); % theoretical ber % plot close all figure semilogy(Eb_N0_dB,simBer(1,:),'bs-'),'Linewidth',2; hold on semilogy(Eb_N0_dB,simBer(2,:),'gd-'),'Linewidth',2; semilogy(Eb_N0_dB,simBer(3,:),'ks-'),'Linewidth',2; semilogy(Eb_N0_dB,simBer(4,:),'mx-'),'Linewidth',2; axis([0 10 10^-3 0.5]) grid on legend('sim-3tap', 'sim-5tap','sim-7tap','sim-9tap'); xlabel('Eb/No, dB'); ylabel('Bit Error Rate'); title('Bit error probability curve for BPSK in ISI with ZF equalizer'); 59 KẾT LUẬN Trong thời gian làm luận văn hướng dẫn tận tình thầy giáo Tiến sỹ: Phạm Văn Phước hoàn thành luận văn theo yêu cầu giao Trong trình nghiên cứu nội dung, nhận thấy rằng: việc truyền liệu môi trường nước phụ thuộc nhiều vào băng thông bị giới hạn phụ thuộc vào khoảng cách thông tin Sóng truyền chậm với vận tốc khoảng 1500m/s Nhược điểm lớn thông tin vô tuyến nước tượng đa đường (time-varying multipath), tia sóng phản xạ từ mặt nước đáy biển tới điểm thu lệch pha so với đường truyền thẳng gây thăng/giáng tín hiệu hay gọi pha đinh Trong trường hợp điều chế số, hệ thống thông tin vô tuyến nước bị pha đinh gây nhiễu xuyên ký tự (ISI) Ảnh hưởng ISI nhiễu đến chất lượng tín hiệu, nhiễu tăng lên tín hiệu phía thu bị ảnh hưởng lớn, dạng tín hiệu thu bị yếuđi nhiễu đủ lớn thu ISI làm cho hệ thống nhạy cảm lỗi đồng Trong trường hợp có tính tác động tạp âm tín hiệu phản ứng cục tồn tượng lan sai mã hóa tín hiệu trước phát Để tránh ảnh hưởng môi trường truyền tín hiệu người ta thiết kế san có tác dụng bù méo Khi sử dụng sóng thủy âm để truyền thông tin nước việc thiết kế , vận hành thiết bị thông tin nước cần ý đến ảnh hưởng môi trường đặc điểm sóng thủy âm: độ nông sâu nước, tốc độ truyền lan thấp, băng thông hẹp Để hạn chế nhược điểm người ta đưa giải pháp hạn chế mức thấp gây xuyên nhiễu ký hiệu(ISI), ta sử dụng lọc cânbằng “0” Đề tài luận văn đạt kết sau: Đã nêu tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến nước vấn đề nghiên cứu; Chương đưa Công nghệ kỹ thuật hệ thống thông tin vô tuyến nước; Chương sâu nghiên cứu phương pháp chống pha đinh mô phỏng, tính toán ảnh hưởng tượng pha đinh hệ thống thông tin vô tuyến nước 60 Qua nghiên cứu thấy tích lũy nhiều kiến thức trình truyền lan sóng nước, yếu tố tác động đến trình truyền lan sóng thủy âm, cở sở áp dụng vào công tác chuyên môn thân việc tham gia thiết kế , vận hành phượng tiện thủy âm quan sát, cảnh giới ngầm nước, góp phần vào bảo vệ chủ quyền biển đảo thềm lục địa thiêng liêng Tổ quốc Do hạn chế mặt thời gian kiến thức có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót hạn chế Tôi mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn đồng nghiệp, sinh viên quan tâm đến đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn thầy môn, đặc biệt Thầy giáo – TS Phạm Văn Phước đồng nghiệp, gia đình, bạn bè giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Học viên Phạm Văn Bình 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, 2001 “Kỹ thuật truyền dẫn số”, NXB Quân đội nhân dân [2] Nguyễn Quốc Bình, 2003 “Các hệ thống thong tin trình bày thông qua sử dụng MATLAB”, HVKTQS [3] Thái Hồng Nhị - Phạm Minh Việt, 2004 “Hệ thống viễn thông” – Tập 1, Nhà xuất giáo dục [4] Digital Beamforming in Wireless Communications J Litva and T K Lo, Boston, MA: [5] Diogo Mendes Amatlab/simulink model to evaluate underwater acoustic Master‟ thesis, University dade Minho, Portugal, December 2011 [6] Kalangi Pullarao Prasanth Modelling and simulation of an underwater acoustic communication channel Master‟ thesis, University of applied sciences Bremen, Germany 2004 [7]M.Stojanovic.Recent advance in high-speed underwater acoustic communication Oceanic Enginnerring, IEEE journal of, 21(2): 135-136, 1996 [8] Gunilla BurroWes and Jamil Y Khan Short-range underwater acoustic communication networks Autonomous Underwater Vehicles, Mr Nuno Cruz(Ed), 2011 [9] Underwater Wireless communication: Current Achievements and Research Challenges Milica Stojanovic Massachsetts Institute of Techology Seagrant Cllege Program [10] Underwater Wireless communication- Milica Stojanovic Massachsetts Institute of Techology [11] R.F.W Coates M Zheng and L.Wang, Apr.1996 BASS 300 PARACOM: A “model” underwater parameteric communication system IEE J Oceanic Eng vol.21.pp.225-232 62 ... biển Với lý chọn đề tài: Nghiên cứu phương pháp chống pha đinh hệ thống thông tin vô tuyến nước Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình công nghệ hệ thống thông tin vô tuyến. .. nghiên cứu đề tài gồm ba chương: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin vô tuyến nước vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Công nghệ kỹ thuật hệ thống thông tin vô tuyến nước Chƣơng 3: Phương pháp chống pha. .. PHÁP CHỐNG PHA ĐINH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DƢỚI NƢỚC 39 3.1 Pha đinh thông tin 39 iii 3.1.1 Khái niệm pha đinh 39 3.2 Các phương pháp chống pha đinh thông tin