BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DI ĐỘNG Đề tài: PHÂN TÍCH TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾT SỐ 8PSK VÀ MÔ PHỎNG MATLAP

Mạng không dây là mạng kết nối các thiết bị có khả năng thu phát sóng như máy vi tính có gắn Adapter buy modafinil không dây, PDA,… lại với nhau.. Không sử dụng dây dẫn mà sử dụng song v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐIỀU CHẾT SỐ 8PSK VÀ MÔ PHỎNG MATLAP

Sinh viên thực hiện: PHAN THỊ THÙY DUNG

Mã sinh Viên: 19810310308

Giáo viên hướng dẫn: TRẦN VĂN NGHĨA

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

Hà Nội, tháng 04 năm 2022

PHIẾU CHẤM ĐIỂM

Sinh viên thực hiện:

Phan Thị Thùy Dung

Giảng viên chấm:

Giảng viên chấm 1:

Giảng viên chấm 2:

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Điện Lực, đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài này

Để có thể hoàn thành báo cáo đề tài “Phân tích tín hiệu điều chế số 8PSK và

mô phỏng matlab.”, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy đã truyền đạt, giảngTrần Văn Nghĩa dạy cho chúng em những kiến thức, những kinh nghiệm quý báu trong thời gian học tập và rèn luyện, tận tình hướng dẫn chúng em trong quá trình làm báo cáo này

Em cũng gửi lời cảm ơn tới bạn bè đã đóng góp những ý kiến quý bàu để nhóm em có thể hoàn thành báo cáo tốt hơn

Tuy nhiên, do thời gian và trình độ có hạn nên báo cáo này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy và toàn thể các bạn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý báu của tất cả mọi người

LỜI MỞ ĐẦU

Trải nghiệm hòa nhập trên thiết bị di động là một trải nghiệm mới ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống thường ngày Cùng với đó là sự bùng nổ của IoT

và thiết bị di động, mạng của bạn không chỉ cần phải an toàn mà còn phải nhanh và đáng tin cậy Với các điểm truy cập và bộ kiểm soát không dây hỗ trợ tiêu chuẩn Wi-Fi 6 (802.11ax), Cisco cung cấp một kiến trúc dựa trên mục đích nhằm đáp ứng

kỳ vọng và quy mô phát triển nhu cầu kinh doanh của khách hàng

Hiện nay, có thể nói internet là không thể thiếu đối với mỗi gia đình chúng

ta Mạng không dây là gì ? Mạng không dây là mạng kết nối các thiết bị có khả năng thu phát sóng (như máy vi tính có gắn Adapter buy modafinil không dây, PDA,…) lại với nhau Không sử dụng dây dẫn mà sử dụng song vô tuyến được truyền dẫn trong không gian thông qua các trạm thu/phát sóng

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHẾ 8PSK

I Cơ sở lý thuyết

8-PSK là một dạng điều chế có mức M=8 nên có 8 khả năng pha ở đầu ra

Do đó, 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của tổ hợp 3 bit đầu vào

1 Khái quát về công nghệ mạng không dây

1.1 Mạng không dây

Mạng không dây là mạng điện thoại hoặc mạng máy tính sử dụng sóng radio làm sóng truyền dẫn hay tầng vật lý

Một mạng không dây là một mạng máy tính sử dụng các kết nối dữ liệu không dây giữa các nút mạng Mạng không dây được ưa thích bởi các hộ gia đình, các doanh nghiệp hay các cơ sở kinh doanh vừa và lớn có nhu cầu kết

nối internet nhưng không thông qua quá nhiều cáp chuyển đổi Các mạng không dây được quản lý bởi hệ thống truyền thông vô tuyến của các nhà mạng Những hệ thống này thường được đặt tập trung hoặc rời rạc tại những cơ sở lưu trữ của các nhà mạng Cấu trúc mạng thường được sử dụng là cấu trúc OSI

Những ví dụ điển hình về mạng không dây là: mạng wifi, mạng 3G, mạng điện thoại di động, mạng bluetooth, mạng nội bộ không dây (WLAN), mạng cảm biến không dây, mạng truyền thông vệ tinh và mạng sóng mặt đất

1.2 Phân loại mạng không dây

- Theo giao thức báo hiệu: Có/không sử dụng giao thức báo hiệu

- Theo vùng phủ sóng thì mạng được chia làm 4 loại chính: WLAN, WPAN, WWAN và WMAN

+ WLAN (Wireless Local Area Network): khoảng liên lạc 100m đến 500m; tốc độ truyền dữ liệu từ 1Mbps đến 54Mbps; Mạng này sử dụng chuẩn Wi-fi

+ WPAN (Wireless personal area network): vùng phủ sóng 10m; Một số các thiết

bị được kết nối như: máy tính kết nối tai nghe, máy in, bàn phím, chuột, Công nghệ được sử dụng: Wibree, Bluetooth, UWB,

+ WMAN (Wireless metropolitan area network): Triển khai trên diện rộng, tầm phủ sóng từ 2 đến 10km, tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 75Mbps; Công nghệ được sử dụng nhiều nhất là WiMAX

+ WWAN (Wireless Wide Area Network): Kết nối các LAN với nhau bằng cách gộp nhiều kênh lại và truyền trên một liên kết

2 Bộ phát 8-PSK

Mạch chia bit tổ hợp 3 bit theo 3 kênh khác nhau Các bit a và b theo kênh I

và Q xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 ra 4 mức, trong khi bit

c xác định biên độ của điện thế dc Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và 0,821V Khi a và b là bit I ngã ra mạch biến đổi có trị dương, ngược lại khi a và b là bit 0 Biên độ của tín hiệu ra từ mạch của biến đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c để báo ra tín hiệu có biên độ 0,821(0,34) thì mạch kia nhận tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là 0,34(0,821) Vì 3 bit abc độc lập với nhau nên +0,821(-0,821) và +0,34(-0,34) luôn luôn là 4 giá trị cos thể có ở các ngã ra các mạch biến đổi

Ở kênh I mạch điều chế trên sóng mang ban đầu (không làm lệch pha) nên 4 giá trị ngã ra +0,821(-0,821) coswct và +0,34(-0,34) coswct trong khi đó ở ngã ra

Q đó là các giá trị +0,821(-0,821) coswct và +0,34(-0,34) coswct Mạch tổng hợp

sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh để cho ra một tín hiệu duy nhất Tùy theo cá tín hiệu vào các tín hiệu ra sẽ có pha khác nhau

Tín hiệu vào 8-PSK qua bộ lọc dải thông, đến bộ chia công suất theo kênh I

và Q, sau đó đến bộ tách sóng tích trên kênh I, kênh Q và mạch hồi phục sóng mang Nhiệm vụ của mạch hồi phục sóng mang là tái tạo sóng mang như ở phía phát, Tín hiệu 8-PSK được trộn với sóng mang hồi phục trong bộ tách sóng tíc kênh l với sóng mâng cầu phương (lệch 90 độ) trong bộ tách sóng tích kênh Q Đầu

ra của các bộ tách sóng tích là tín hiệu PAM bốn mức Bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi 4 mức tương tự thành 2 mức số Đầu ra của bộ chuyển đổi A/D của kênh l là các bít

I và C Đầu ra của bộ chuyển đổi A/D của kênh Q là các bit Q và C Mạnh logic Q/I/C chuyển đổi các cặp I/C và Q/C thành các bit nối tiếp I, Q và các C ở đầu ra cuẩ dãy dữ liệu thu

3 lý hoạt động mạng không dây

 Mạng WLAN sử dụng sóng điện từ truyền thông tin từ điểm này sang điểm khác Các sóng vô tuyến là các sóng mang vô tuyến Thực hiện chức năng phân phát năng lượng đơn giản tới máy thu ở xa

 Dữ liệu truyền được chồng lên trên sóng mang vô tuyến để nó được nhận lại đúng ở máy thu Đó là sự điều biến sóng mang theo thông tin được truyền

 Một khi dữ liệu được chồng lên trên sóng mang vô tuyến Thì tín hiệu vô tuyến chiếm nhiều hơn một tần số đơn Vì tần số hoặc tốc độ truyền theo bit của thông tin biến điệu được thêm vào sóng mang

 Nhiều sóng mang vô tuyến tồn tại trong cùng không gian tại cùng một thời điểm Để nhận dữ liệu, máy thu vô tuyến bắt sóng một tần số vô tuyến xác định

 Trong một cấu hình mạng WLAN tiêu biểu Một thiết bị thu phát, được gọi một điểm truy cập nối tới mạng nối dây từ một vị trí cố định Sử dụng cáp Ethernet chuẩn Điểm truy cập nhận, lưu vào bộ nhớ đệm Truyền dữ liệu giữa mạng WLAN và cơ sở hạn tầng mạng nối dây

 Một điểm truy cập đơn hỗ trợ một nhóm nhỏ người sử dụng Vận hành bên trong một phạm vi vài mét tới hàng chục mét

 Điểm truy cập thông thường được gắn trên cao Thực tế được gắn bất cứ nơi đâu miễn là khoảng vô tuyến cần thu được

 Các người dùng đầu cuối truy cập mạng WLAN thông qua các card giao tiếp mạng WLAN mà được thực hiện như các card PC trong các máy tính để bàn, các thiết bị tích hợp hoàn toàn bên trong các máy tính cầm tay

 Các card giao tiếp mạng WLAN cung cấp một giao diện giữa hệ điều hành mạng (NOS) và sóng trời (qua một anten)

 Bản chất của kết nối không dây là trong suốt với NOS

Ưu điểm của mạng không dây

 Độ tin tưởng caotrong kết nối mạng của các doanh nghiệp Sự tăng trưởng mạnh mẻ internet, dịch vụ trực tuyến

 Truy cập thông tin mà không cần kiếm chổ để cắm, các nhà quản lý mạng thiết lập Bổ sung mạng mà không cần lắp đặt, di chuyển dây nối

 Khả năng lưu động cải thiện hiệu suất và dịch vụ

 Đơn giản, linh hoạt và tốc độ nhanh trong cài đặt

 Giảm bớt giá thành sở hữu

 Phục vụ tốt hơn, tiện nghi và có lợi thế về chi phí hơn

 Khả năng lưu động hỗ trợ các cơ hội về hiệu suất và dịch vụ mà mạng có dây không thể thực hiện được

 Cài đặt hệ thống mạng khá nhanh và dễ dàng, giảm bớt việc phải kéo dây qua các vị trí khó khăn

 Cấu hình mạng của hệ thống mạng không dây dễ thay đổi từ các mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người

 dùng đến các mạng cơ sở hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng trong một vùng rộng lớn

 Tính mở rộng dễ dàng có thể đáp ứng tức thì khi có sự gia tăng lớn về số lượng truy cập

 Độ tin tưởng cao trong việc chia sẻ dữ liệu và tài nguyên; người dùng truy cập thông tin dùng chung mà không tìm kiếm chỗ để cắm vào, và các nhà quản lý mạng thiết lập hoặc bổ sung mạng mà không lắp đặt hoặc di chuyển dây nối

 Phục vụ tốt hơn, tiện nghi và có lợi thế về chi phí hơn

 Khả năng lưu động hỗ trợ các cơ hội về hiệu suất và dịch vụ mà mạng có dây không thể thực hiện được

 - Cài đặt hệ thống mạng khá nhanh và dễ dàng, giảm bớt việc phải kéo dây qua các vị trí khó khăn

 - Cấu hình mạng của hệ thống mạng không dây dễ thay đổi từ các mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người

 dùng đến các mạng cơ sở hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng trong một vùng rộng lớn

 Tính mở rộng dễ dàng có thể đáp ứng tức thì khi có sự gia tăng lớn về số lượng truy cập



Nhược điểm của mạng không dây

 Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công rất cao

 Phạm vi: Trong phạm vi nhất định (vài chục mét)

 Độ tin cậy: Dễ bị nhiễu, tín hiệu giảm do tác dộng của các thiết bị khác

 Tốc độ: Tốc độ mạng không dây rất chậm so với mạng dùng cáp

 Vấn đề bảo mật:

 Tốc độ mạng Có thể lên tới 600Mbps nhưng vẫn chậm hơn nhiều so với các mạng cáp thông thường

 Bị tác động rất lớn bởi yếu tố thời tiết, các vật chắn và bị tác động bởi ảnh hưởng của các thiết bị khác

 Phạm vi hoạt động còn hạn chế, thườngcó thể hoạt động ở phạm vi tối đa 150m

 Bị nhiễu hay suy giảm

4 Điều chế

2.1 Khái niệm

Khi muốn truyền đi xa, cần phải chuyển đổi phổ tần của tín hiệu cần truyền đến một vùng phổ tần khác bằng cách dùng một sóng mang để chuyên chở tín hiệu cần truyền đi và quá trình này gọi là điều chế; mục đích của việc làm này là chọn một phổ tần thích hợp cho việc truyền thông tin, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau của cùng một đường truyền Quá trình biến đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự nhờ các phương pháp điều chế thích hợp sẽ được xem xét trong mục này

Điều chế được thực hiện bằng cách gắn tin tức lên một tải tin (sóng mang)

có tần số phù hợp với môi trường truyền Tải tin (sóng mang) là sóng hình sin với

3 tham số có thể thay đổi được theo quy luật của tín hiệu là biên độ, tần số và góc pha

Có các phương pháp điều chế cơ bản khác nhau là:

Điều chế dịch pha (Phase Shift Keying-PSK)

Điều chế dịch biên (Amplitude Shift Keying – ASK)

Điều chế dịch tần (Frequency Shift Keying-FSK)

Điều chế kết hợp của các tham số đó (Quard Amplitude Modulation – QAM)

2.2 Phương pháp điều chế dịch pha PSK

Trong phương thức PSK, tham số của sóng mang bị điều chế là pha Tương ứng với các logic khác nhau là các pha khác nhau

Với điều chế hai pha (BPSK), các pha này sẽ khác nhau một lượng là 2π/2 =

π, nếu một góc là 0 thì góc kia sẽ là π Tín hiệu như vậy được biểu diễn một cách thuận lợi hơn qua giá trị biên độ và góc pha trong tọa độ cực hình sau

Về biểu thức,tín hiệu điều chế pha nhị phân BPSK được biểu diễn:

fPSK(t) = A.Cos[ω0t + s(t).π] = ± A.Cos(ω0t) (s(t) nhận giá trị 0 hay 1)

Mạch điều chế được thực hiện bằng cách nhân sóng mang A.Cos(ω0t) với tín hiệu số dạng lưỡng cực s(t) Bộ điều chế mạch vòng là một ví dụ cho mạch nhân như vậy

Việc tách sóng ở đầu thu tưởng chừng đơn giản, tín hiệu thu sau khi nhân với sóng mang được hồi phục

± A Cos (ω0t).Cos (ω0t) = ±A.(1/2 +1/2.Cos2ω0t)

sẽ đi qua mạch lọc tần số thấp để loại bỏ thành phần tần số cao 2ω0t, vì vậy đưa ra tín hiệu số dạng lưỡng cực ± thích hợp

Song khó khăn ở đây là đòi hỏi sự đồng bộ chặt chẽ, đầu thu phải có sóng mang ω0t đúng như bên phát Nếu có sự sai lạc so với sóng mang gốc, ví dụ là (ω0 + Δω), thì:

± A.Cos (ω0t).Cos (ω0t + Δω)t = ±A.[CosΔωt + Cos(2ω0t + Δωt)]/2

Khi này đầu thu sẽ đưa ra tín hiệu = ± A/2.CosΔωt thay đổi trong dải từ -1 đến +1, thậm chí có lúc triệt tiêu, không theo quy luật của tín hiệu số lưỡng cực bên phát

Bộ tách sóng bên thu đòi hỏi có sóng mang đồng bộ hoàn toàn với bên phát như vậy gọi là tách sóng Coherent (tách sóng hợp nhất) Đây là nhược điểm chủ yếu của điều chế dịch pha PSK

Bù lại, PSK cho ta hiệu quả cao, tính chống nhiễu tốt vì vậy có thể truyền số liệu với tốc độ cao Như quan sát trên hình trên, phần trái của mặt phẳng tương ứng với logic 1, phần phải ứng với logic 0 Tạp âm và nhiễu loạn trên đường truyền dù

có xẩy ra, nhưng chừng nào chưa đủ lớn để dời điểm thu từ nửa mặt phẳng này sang mặt phẳng khác, thì chưa gây được sai lỗi cho hệ thống PSK 2 pha

Ngoài ra, nhằm loại bỏ sự phức tạp khi phải tách sóng, người ta còn thường dùng phương thức điều chế pha tương đối DPSK

Dữ liệu vào không trực tiếp đưa đi điều chế, mà được biến đổi (mã hóa) bằng cách so sánh với bít vừa mã hóa trước đó nhờ mạch hoặc tuyệt đối âm và khối trễ với thời gian giữ chậm đúng bằng thời gian tồn tại của 1 bít Dẫy sau mã hóa được đưa đi điều chế PSK Tại đầu thu, ta chỉ cần dùng bộ so pha thông thường, do góc lệch pha của mỗi chu kỳ tín hiệu của tải tin là góc pha tương đối so với chu kỳ ngay sát trước, chứ không phải là độ lệch pha tuyệt đối so với một pha sóng mang chuẩn như trường hợp PSK

DPSK không cần đồng bộ như PSK, vì vậy, modem DPSK là một giải pháp tốt, hiệu qủa và kinh tế cho việc truyền dữ liệu trên đường thoại analog với tốc độ trung bình Trong thực tế, tốc độ phổ biến cho modem DPSK là 2400, 1200 bit/s

*Các loại PSK:

 BPSK - Khóa dịch chuyển pha nhị phân

 QPSK - Phím dịch chuyển pha vuông góc

 Một số dạng PSK khác:

 Pha-Shift-Keying (PSK)

 Binary-Phase-Shift-Keying (BPSK)

 Cầu phương-Pha-Shift-Keying (QPSK)

 Chênh lệch-Cầu phương-Pha-Shift-Keying (O-QPSK)

 8 Point-Phase-Shift-Keying (8 PSK)

 16 Point-Phase-Shift-Keying (16 PSK)

CHƯƠNG II: CODE MÔ PHỎNG VÀ MÔ TẢ

1 Code mô phỏng