Báo cáo thông tin số điều chế PSK cô Bùi Thị Minh Tú

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 Lời nói đầu 2 BẢNG ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC 3 I Giới thiệu tổng quan về điều chế 4 1 1 Khái niệm điều chế số 4 1 2 Mục đích điều chế số 4 1 3 Các phương pháp điều chế số thông dụng 4 II Cá.

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Lời nói đầu 2

BẢNG ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC 3

I Giới thiệu tổng quan về điều chế 4

1.1 Khái niệm điều chế số 4

1.2 Mục đích điều chế số 4

1.3 Các phương pháp điều chế số thông dụng 4

II Các loại điều chế trong PSK 4

2.1 Điều chế QPSK 4

2.2 Điều chế BPSK 6

2.3 Điều chế DPSK 8

2.4 Điều chế 8PSK 9

2.5 Điều chế 16-PSK 12

III Kết luận tổng thể 13

Lời nói đầu

Trong thời đại công nghệ thông tin phát triển, việc kết nối giữa các phương tiện, thiết

bị ngày càng trở nên quan trọng Trong kỹ thuật thông tin vô tuyến điện, 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 (điều chế biên độ, điều tần, điều pha), bằng cách sử dụng các mạch trộn tần Đó cũng là lý do mà tại sao nhóm em xin được tìm hiểu về vấn

đề điều chế và một khoảng thời gian cho phép chúng ta không thể nào trao đổi hết với nhau toàn bộ kiến thức về lĩnh vực này , song hy vọng rằng nó phần nào giúp nhóm hiểu hơn về các vấn đề xoay quanh bài báo cáo về điều chế QPSK, BPSK, DPSK, 8-PSK, 16-PSK

BẢNG ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC

I Giới thiệu tổng quan về điều chế

I.1 Khái niệm điều chế số

Điều chế là sự biến đổi các thông số của sóng mang theo tín hiệu mang tin

I.2 Mục đích điều chế số

Mục đích chính của điều chế là gắn tín hiệu mang tin vào tín hiệu sóng mang có phổ thích hợp hơn, tạo thành tín hiệu thông dải để:

- Làm cho tín hiệu mang tin tương xứng với các đặc điểm của kênh truyền

- Kết hợp các tín hiệu lại với nhau rồi truyền đi qua một môi trường vật lý chung

- Bức xạ tín hiệu dùng các antenna có kích thước phù hợp với thực tế

- Định vị phổ vô tuyến nhằm giữ cho giao thoa giữa các hệ thống ở dưới mức cho phép

I.3 Các phương pháp điều chế số thông dụng

- Điều chế khoá dịch biên độ ASK

- Điều chế khoá dịch tần số FSK

- Điều chế khoá dịch pha PSK

II Các loại điều chế trong PSK

PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đổi theo tín hiệu băng góc

Tín hiệu sóng mang được biểu thị theo công thức:

Tín hiệu sau khi điều chế về pha:

=>

Trong đó:

+ A là biên độ sóng mang

+ là tầng số góc của sóng mang

+ là pha sóng mang

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) là điều chế pha cầu phương (điều chế pha vuông góc) Trong kỹ thuật này, dữ liệu cần truyền sẽ được truyền đi từng bộ 2 bit, mỗi bộ 2 bit này được gọi là một ký hiệu Mỗi vị trí pha là một ký hiệu

Tín hiệu băng góc được đưa vào bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song chia data thành 2 luồng tín hiệu có tốc độ bằng một nửa tốc độ dữ liệu, đồng thời tín hiệu đơn cực RZ được biến đội thành tín hiệu lưỡng cực NRZ Mỗi luồng tín hiệu dùng 2 bit

để biểu diễn một ký tự Do sóng mang đến 2 bộ điều chế lệch pha nhau 90 độ nên hai thành phần b(t) và a(t) vuông góc với nhau và sau khi qua bộ cộng sẽ tạo nên giản đồ

4 trạng thái pha

Tín hiệu tổng QPSK ở ngõ ra:

Thành phần b(t): pha 0 và 180 độ Thành phần a(t): pha 90 và 270 độ

Giản đồ pha:

Ưu điểm của QPSK:

- QPSK cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn so với BPSK vì có thể truyền hai bit dữ liệu trên mỗi ký hiệu

- QPSK có độ tin cậy cao và ít bị nhiễu so với BPSK, vì nó sử dụng phương pháp đồng bộ hóa phần tử mang tín hiệu với hệ thống thu phát để đảm bảo tín hiệu được truyền đúng và không bị sai sót

Nhược điểm của QPSK:

- So với BPSK, QPSK có độ phức tạp cao hơn trong quá trình điều chế và giải điều chế, vì nó cần phải xử lý hai tín hiệu mang dữ liệu khác nhau

- Tương tự như các phương pháp điều chế PSK khác, QPSK cũng có vấn đề về độ dài chu kỳ tín hiệu, vì nó sử dụng các phương pháp đồng bộ hóa phần tử mang tín hiệu với hệ thống thu phát, do đó có thể gây ra sai sót trong truyền thông khi các phần tử mang tín hiệu không được đồng bộ hóa đúng cách

II.2 Điều chế BPSK

Định nghĩa: Là kỹ thuật điều chế tín hiệu số với bit 0 và bit 1 lệch pha nhau 180o

Ở khóa dịch pha nhị phân thì hai pha đầu ra có thể là với một tần số sóng mang đơn Trong hai pha đó thì một trong hai pha tương ứng với mức logic 1 và một pha tương ứng với mức logic 0 Nếu như trạng thái tín hiệu nhị phân đầu vào có sự thay đổi thì hai góc pha ở đầu ra cũng biến đổi lệch pha nhau 180o Cũng vì vậy BPSK còn được gọi là khóa đảo pha – PRK – phase reversal keying

Giả sử có sóng mang được biểu diễn: X0(t) = Acos (ωt + φ)

Biểu thức tín hiệu gốc: s(t) là tín hiệu nhị phân (0,1) hay là chuỗi NRZ

Do đó ta có:

+ Khi s(t) = 0: P(t) = X0(t) = Acosω0t

+ Khi s(t) = 1: P(t) = X0(t) = Acos(ω0t+180o)

Đối với PSK, thông tin chứa trong pha tức thời của sóng mang điều chế Thường thì pha này được ấn định và so sánh tương thích với sóng mang của pha đã biết Đối với BPSK, trạng thái pha 0o và 180o sẽ được sử dụng

Nguyên tắc BPSK

Nguyên tắc: Các tín hiệu nhị phân tác dụng lên sóng mang làm thay đổi pha của sóng mang, ví dụ:

Bit 1: Pha của sóng mang là 0

Bit 0: Pha của sóng mang là 180o

Các giá trị này có thể ngược lại nhưng nguyên tắc chung là có sự đảo bit thì pha của sóng mang lệch đi 180o

Điều chế BPSK:

Với n = 2, ΔΦ = π thì ta sẽ có kiểu điều chế BPSK

P(t) = cos (ω0t+φ+s(t) π2 )

Phương pháp điều chế BPSK được giới thiệu như ở hình 2 Sơ đồ tạo tín hiệu BPSK dạng sin với hai giá trị pha phụ thuộc vào giá trị Data:

Khi data bit = 1, tín hiệu BPSK cùng pha với sóng mang

Khi data bit = 0, tín hiệu BPSK ngược pha 180o với sóng mang

Ưu điểm của BPSK:

- Đơn giản, hiệu quả, dễ hiểu và dễ dàng kiểm tra

Nhược điểm của BPSK:

- Dễ bị nhiễu, không đảm bảo tính bảo mật, khó khắc phục khi bị lỗi

II.3 Điều chế DPSK

DPSK(Diferential phase-shift keying) được gọi là điều chế dịch pha nhị phân vi sai, là

kỹ thuật điều chế không đồng bộ

Dạng sóng của DPSK được biểu diễn: khi có các bit đầu vào được truyền dạng sóng

thì tại bit 1 thì ở mức logic 1(+V) nếu như bit tiếp theo là bit 0 thì dạng sóng tiếp tục

giữ nguyên đường truyền ở mức logic 1 còn nếu gặp bit 1 sẽ đảo qua mức logic 0(-V) Như vậy, nếu gặp bit 1 thì sẽ đảo mức còn bit 0 thì giữ nguyên mức đó

Sơ đồ điều DPSK, pha thay đổi khi đầu vào thay đổi từ 0-1 hoặc 1-1

- Ưu điểm: tín hiệu phát có thể được điều chế thành công cho đến khi pha sóng mang duy trì khá ổn định trên độ dài hai bít

- Nhược điểm: khó thực hiện các mạch điều chế Và thường được sử dụng trong hệ thống mạng không dây

2.4 Điều chế 8PSK

Là điều chế khóa dịch pha 8 mức, để mã hóa 8 mức đó thì cần nhóm 3 bit đầu vào

Các bit I và C sẽ đi qua bộ đổi với 2 bit đầu vào sẽ có 4 mức điện áp ra Và bit Q và

C cũng đi qua bộ đổi tương tự Các mức logic kênh I và Q xác định cực tính ngõ ra tin

hiệu tương tự như logic 1 = +V và logic 0 = -V Trong khi các bit kênh C và C’ xác

định biên độ như logic 1 = 1,307V và logic 0 = 0.541 V

I C output

Giản đồ:

Xác suất lỗi ký hiệu trong hệ thống 8-PSK, với M=8 được tính như sau:

Hay cũng có thể viết theo dạng tỷ số CNR, với C=E/T0 và N=N0B:

Xác suất lỗi bit trong 8-PSK, với M=8 được tính:

Như vậy, xác suất lỗi bit không chỉ phụ vào xác suất ký hiệu lỗi và Etropy mà còn phụ thuộc vào sự sắp xếp bit và kiểu lỗi xuất hiện

Vì các ký hiệu trong PSK nhiều mức có phổ biên độ như nhau nên bề rộng phổ của tín hiệu chỉ phụ thuộc vào tốc độ ký hiệu (baud) và dạng xung Đối với dạng xung vuông, băng thông của tín hiệu PSK 8 mức là 2/T0 (Hz)

Trong trường hợp này thì hiệu suất phổ sẽ là:

ηs = 0.5log2 8 (bit/s/Hz)

Để hiệu suất phổ tối đa là trong trường hợp băng thông được tính 1/T0:

ηs = log2 8 (bit/s/Hz) Giải điều chế là quá trình 8 mức ở tín hiệu đầu vào sẽ có 3 bit tín hiệu đầu ra

- Ưu điểm: ít lỗi, khó ảnh hưởng đến nhiễu

- Nhược điểm: dễ nhầm pha lân cận

2.5 Điều chế 16-PSK

Tương tự như 8-PSK, mỗi nhóm 4 bit ngõ vào sẽ thu được tương ứng 16 mức ở ngõ ra

Giãn đồ:

Cũng tương tự như 8-PSK thì xác suất lỗi ký hiệu trong hệ thống 8-PSK, với M=16 được tính như sau:

Hay cũng có thể viết theo dạng tỷ số CNR(M=16), với C=E/T0 và N=N0B:

Xác suất lỗi bit trong 16-PSK, với M=16 được tính:

Với băng thông là 2/T0

ηs = 0.5log2 16 (bit/s/Hz)

- Ưu điểm: khó bị nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu

- Nhược điểm: có quá nhiều mức biểu diễn nên dẫn đến lỗi thường gặp là nhầm lẫn 2 trạng thái pha lân cận nhau, tỷ lệ lỗi này sẽ lớn hơn của 8-PSK

Tuy nhiên, cần lưu ý vấn đề lỗi thường gặp của 16-PSK là có quá nhiều mức biểu

diễn nên dẫn đến lỗi thường gặp là nhầm lẫn 2 trạng thái pha lân cận nhau

Tính ứng dụng của điều chế PSK, được sử dụng trong nhiều ứng dụng truyền thông

như:

- PSK được sử dụng trong các hệ thống truyền thông không dây như Wi-Fi và

Bluetooth để truyền thông tin giữa các thiết bị

- PSK được sử dụng để mã hóa kênh để đảm bảo tính bảo mật của thông tin

truyền qua kênh truyền thông

- PSK được sử dụng để truyền thông tin từ một điểm đến một điểm khác thông

qua sóng vô tuyến hoặc dây cáp

Vậy, PSK là một công nghệ quan trọng trong truyền thông điện tử và được sử dụng

trong nhiều ứng dụng khác nhau để truyền thông tin, đảm bảo tính bảo mật và định vị

vị trí