BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

Phương pháp để thực hiện chuyển phổ của tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao hơn đó là điều chế, bằng cách sử dụng các mạch trộn tần.. Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số có thể t

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHÂN HIỆU TP.HCM

BÀI TẬP LỚN

CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

Giáo viên hướng dẫn: Phan Tròn

Nhóm sinh viên thực hiện:

Trần Hữu Thiên Phú: 6151020080

Lớp: KTĐT&THCN

Khoá: K61

TP.HCM, 2 tháng 11 năm 2022

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHÂN HIỆU TP.HCM

BÀI TẬP LỚN

CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

TP.HCM, 2 tháng 11 năm 2022

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 5

1 Định nghĩa 5

2 Điều chế số 6

2.1 Điều chế tín hiệu 6

2.2 Nguyên lí của điều chế 7

2.3 Điều chế số 7

2.4 Tại sao phải điều chế số 8

2.5 Các phương pháp điều chế số thông dụng 8

2.6 Giải điều chế 9

PHẦN 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK 10

1 Điều chế FSK 10

a Khái niệm: 10

b Dạng sóng của tín hiệu FSK 10

c Phổ của tính hiệu FSK 10

2 Phương pháp điều chế FSK 11

3 Phương pháp giải điều chế FSK 12

4 Ưu điểm, nhược điểm: 13

5 Ứng dụng: 13

PHẦN 3: MÔ PHỎNG 14

1 Mã nguồn mô phỏng trên MATLAB 14

2 Kết quả mô phỏng 14

PHẦN 4: KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kĩ thuật thông tin, khi muốn truyền thông tin đi xa người ta phải chuyển tần số của tín hiệu tin tức lên một tần số cao hơn rất nhiều Phương pháp để thực hiện chuyển phổ của tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao hơn đó là điều chế, bằng cách sử dụng các mạch trộn tần Ở phía máy thu phải có một quá trình chuyển đổi ngược lại, quá trình đó là quá trình tách sóng hay còn gọi là giải điều chế

Để hiểu và nắm vững hơn các kiến thức liên quan tới điều chế và giải điều chế chúng em quyết định chọn tìm hiểu về điều chế và giải điều chế QPSK – một trong những loại điều chế đơn giản nhưng cũng không kém phần thiết thực trong

hệ thông thông tin số ngày nay

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ

1 Định nghĩa

Hệ thống thông tin là hệ thống được xây dựng nên nhằm mục đích truyền tin tức từ bên phát đến bên thu Một hệ thống thông tin tổng quát gồm có 3 khâu chính: nguồn tin, kênh tin và nhận tin Nguồn tin là nơi sản sinh ra hay chứa các tin cần truyền đi Kênh tin là môi trường truyền lan thông tin, đồng thời cũng sản sinh

ra nhiễu phá hủy tin Nhận tin là cơ cấu khôi phục lại thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy ra ở đầu ra của kênh tin

Hầu hết các tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số là tín hiệu tương tự

Ta có sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin số đầy đủ là:

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin số

Khối mã hóa nguồn: giảm số bit nhị phân yêu cầu để truyền bản tin Việc này có thể xem như là loại bỏ các bit dư không cần thiết, giúp cho băng thông truyền đạt hiệu quả hơn

Khối mật mã hóa: làm nhiệm vụ mật mã hóa bản tin gốc nhằm mục đích an ninh Nó bao gồm cả sự riêng tư và xác thực

Khối mã hóa kênh: làm nhiệm vụ đưa them các bit dư vào các tín hiệu số theo một quy luật nào đó, nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chí sửa lỗi xảy ra trên kênh truyền Việc này chính là mã hóa điều khiển lỗi, về quan điểm tin tức là tăng thêm độ dư

Giải mã hóa nguồn, giải mật mã và giải mã hóa kênh được thực hiện ở bộ thu, các quá trình này ngược lại với quá trình mã hóa bên phát

Khối ghép kênh có thể giúp cho nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung như là cáp, đường truyền vô tuyến… Trong thông tin số, kiểu ghép kênh thường là ghép kênh phân chia theo thời gian(TDM), sắp xếp các từ mã PCM nhánh vào trong một khung TDM Tốc độ ghép kênh sẽ gấp N lần tốc độ bit của tín hiệu PCM nhánh Khối tách kênh bên thu phân chia dòng bit thu thành các tín hiệu PCM nhánh

Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số có thể truyền đi qua một phương tiện vật lý cụ thể theo một tốc độ cho trước, với mức độ méo chấp nhận được, yêu cầu một băng thông tần số cho phép Khối điều chế có thể thay đổi dạng xung, dịch chuyển phổ tần số của tín hiệu đến một băng thông khác phù hợp

Khối đa truy cập liên quan đến các kĩ thuật hoặc nguyên tắc nào đó, cho phép nhiều cặp thu phát cùng chia sẻ một phương tiện chung Chia sẻ tài nguyên thông tin hạn chế của các phương tiện truyền dẫn

2 Điều chế số

2.1 Điều chế tín hiệu

Là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệu tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa Tín hiệu tuần hoàn gọi là sóng mang Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế Ở đầu bộ thu giải điều chế sẽ dựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín hiệu mang thông tin ban đầu Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trình điều chế có thể là biên độ, pha, tần số

2.2 Nguyên lí của điều chế

Nguyên lí của điều chế là làm cho tin tức biến đổi theo sóng mang

Thay đổi thông số sóng mang

Vam(t) = Ac.cos(2πfct + φc) Các thành phần mang thông tin: Ac(t), fc(t), φc(t)

Dựa vào sự thay đổi của một trong ba thành phần mang thông tin người ta chia điều chế số thành một số loại cơ bản sau:

Hình 1.2 Bảng thông tin về các loại điều chế

2.3 Điều chế số

Là quá trình 1 trong ba thông số biên độ, tần số và pha của sóng mang được thay đổi theo tín hiệu( hay luồng số ) đưa vào điều chế để thông tin của sóng mang phù hợp với đường truyền

Sự khác biệt giữa điều chế tương tự và số là tín hiệu tương tự vô hạn mức, người ta dùng tín hiệu nguồn làm biến đổi sóng mang để truyền đi Còn điều chế số thì khác, có hữu hạn mức, tín hiệu nguồn được gán vào các mức (biên độ, tần số, pha ) rồi truyền, qua đường truyền, mức tín hiệu đó có thể không còn nguyên vẹn ở mức đó nhưng nếu nó chưa nhiễu quá (nhảy sang mức khác ) mà vẫn ở gần mức gốc thì người ta vẫn nhận được và khôi phục lại được còn tín hiệu tương tự thì không thực hiện được Tuy nhiên, công nghệ chế tạo điều chế số lại phức tạp hơn điều chế tương tự

2.4 Tại sao phải điều chế số

Để truyền tín hiệu đi xa

Điều chế số làm giảm băng thông nên có hiệu quả sử dụng phổ cao (giảm băng thông, tăng số lượng kênh thông tin được ghép vào luồng băng gốc số )

Phù hợp với các hệ thống đòi hỏi hiệu quả phổ lớn nhờ vào điều chế nhiều mức

2.5 Các phương pháp điều chế số thông dụng

Tùy theo các thông số được sử dụng để mang tin có thể là: biên độ A, tần số

f, pha φ hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:ASK, FSK, PSK, QAM…

Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying ): sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi biên độ sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

Điều chế khóa dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying ): sóng điều tần được tạo ra bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

Điều chế khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying ): sóng điều tần được tạo

ra bằng cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

Điều chế vừa kết hợp biên độ và pha hay điều chế cầu phương QAM

(Quadrature Amplitude Modulation )

2.6 Giải điều chế

Là quá trình ngược lại với quá trình điều chế Trong quá trình thu được có một trong các tham số: biên độ, tần số, pha của tín hiệu sóng mang được biến đổi theo tín hiệu điều chế và tùy theo phương thức điều chế mà ta có được các phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết

Như vậy điều chế và giải điều chế là khâu không thể thiếu trong một hệ thống thông tin số

PHẦN 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

1 Điều chế FSK

a Khái niệm:

- Dùng 2 tần số khác nhau của sóng mang đểbiểu diễn bit 1 và 0

- Tần số cao với mức 1 và thấp với mức 0

s(t) ={A cos(2π f1+θ c ) binary 1

A cos(2π f2+θ c ) binary 2

b Dạng sóng của tín hiệu FSK

Hình 2.1 Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK.

c Phổ của tính hiệu FSK

12

Hình 2.2 Phổ của tín hiệu FSK a)tín hiệu băng gốc; b)Phổ điện áp của tín hiệu băng gốc; c)Bộ điều chế FSK; d)Tín hiệu FSK;

e)Phổ điện áp của tín hiệu FSK.

2 Phương pháp điều chế FSK

Phương pháp điều chế FSK( Hình 2.3 )cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với 2 tần số.Giá trị tần số của tín hiệu ASK tùy thuộc giá trị bit tài liệu Ví dụ sử dụng kiểu sơ đồ 2.3a:

- Khi data bit = 1, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang ở tần số F1 với lối ra FSK

- Khi data bit = 0, điều khiển khóa K ở vị trí nối sóng mang ở tần số F2 với lối ra FSK

- Giản đồ tín hiệu FSK cho trên Hình 2.3d

13

Hình 2.3 Phương pháp điều chế FSK.

Ở sở đồ điều chế FSK kiểu 2.3b sử dụng máy phát điều khiển bằng thế VCO (Voltage Control Oscillator) Ứng dụng trạng thái “0” hoặc “1” của tài liệu, VCO

sẽ phát hai tần số F1 và F2 tương ứng

Trên Hình 2.3c là sơ đồ điều chế sử dụng các bộ chia với các hệ số chia khác nhau: N và M Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia Ví dụ, khi Data bit

= , bộ chia có hệ số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số F1= fClock/N Còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số M , tạo chuỗi xung ra có tần số F2 = fClock/M

3 Phương pháp giải điều chế FSK

Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên cơ sở Hình2 4 Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL)

14

Hình 2.4 Phương pháp giải điều chế FSK.

Phương pháp FSK có sơ đồ phức tạp hơn ASK, được sử dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu (kiểu CCITT V21, CCITT V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202) và trong kỹ thuật radio số

- Sai số ít hơn phương pháp ASK

- Phổ cục tiểu của tín hiệu điều chế (Fw) cao hơn tốc độ truyền bit (Fb)

- Hiệu suất truyền nhỏ hơn 1(xác định bằng (Fb/Fw)<1)

- “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng tốc độ truyền Fb

4 Ưu điểm, nhược điểm:

 Ưu điểm :

+ Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu và ít lỗi hơn so với ASK

 Nhược điểm:

+ Tần số cao dễ bị nhiễu và hạn chế tốc đọ truyền

+ Khó đồng bộ

5 Ứng dụng:

- Dùng rộng rãi trong truyền số liệu

- Dùng để truyền dữ liệu tốc độ 1200bp hay thấp hơn trên mạng điện thoại

- Có thể dung tần số cao ( 3-30MHz) để truyền sóng radio hoặc cáp đồng trục

15

PHẦN 3: MÔ PHỎNG

1 Mã nguồn mô phỏng trên MATLAB

- t=0:0.001:1;fc1=10; fc2=30;fp=8;amp=5; amp=amp/2;

- c1=amp.*sin(2*pi* fc1 *t); % song mang 1

- c2=amp.*sin(2*pi *fc2 *t); % song mang 2

- subplot(411);plot(t,c1);xlabel( 'Thoi gian' );ylabel( 'Bien do' )

- title( 'Song mang 1' )

- subplot(412);plot(t,c2);xlabel( 'Thoi gian' );ylabel( 'Bien do' );

- title( 'Song mang 2' )

- m=amp.*square(2*pi*fp*t)+amp;

- subplot(413);plot(t,m);xlabel( 'Thoi gian' );ylabel( 'Bien do' )

- title( 'Xung nhi phan goi di' )

- for i=0:1000

- if m(i+1)==0

- m(i+1)=c2(i+1);

- else

- m(i+1)=c1(i+1);

- subplot(414);plot(t,m);xlabel( 'Thoi gian' );ylabel( 'Bien do' )

- title(( 'FSK' ))

2 Kết quả mô phỏng

16

PHẦN 4: KẾT LUẬN

Ứng dụng & Khóa dịch chuyển tần số (FSK) là quan trọng nhất điều chế kỹ thuật số kỹ thuật, và nó còn được gọi là FSK Một tín hiệu có các đặc tính về biên

độ, tần số và pha Mọi tín hiệu đều có ba thuộc tính này Để tăng bất kỳ đặc tính tín hiệu nào, chúng ta có thể thực hiện quá trình điều chế

Phần tìm hiểu về điều chế và giải điều chế QPSK giúp chúng em hiểu thêm

về hệ thống thông tin số cũng như phương thức điều chế số này Phần tìm hiểu của nhóm chúng em vẫn còn hạn chế và thiếu sót mong được thầy cùng các bạn góp ý

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 https://doc.edu.vn/tai-lieu/giao-trinh-he-thong-truyen-thong-so-121626/

2 https://www.tutorialspoint.com/digital_communication/

digital_communication_frequency_shift_keying.htm

17