Luận văn thiết kế bộ giải Điều chế tín hiệu 16 qam trên fpga

Chính vị ý nghĩa thực tiển đỏ, trong dễ tài luận văn này, tôi tập trung nghiền cứu kĩ thuật điều chế M-QAM mà cụ thể là điều chế 16-QAM, kết hợp sử dụng phần mềm mô phỏng như MATLAB, Sim

DAT HOC QUOC GIA HA NỘI

TRUONG DAI HOC CÔNG NGHỆ

TRUONG TH] HIEN

THIET KE BO GIAI DIEU CHE TIN

HIEU 16-QAM TREN FPGA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2009

===== q0o

'TRƯƠNG THỊ HIỄN

THIET KE BQ GIAI DIEU CHE TiN HIỆU

16-QAM TREN FPGA

Ngành: Công nghệ điện ur - viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

chịu hoàn toàn trách nhiệm

HÀ nội, ngày 18 thẳng 10 năm 2009

Túo giả luận vẫn

'Trương Thị Hiền

Chữ viết

AWGN | Additive White Gaussianian Noise | Nhiễu cộng trắng chuân Gauxơ

DPLL | Digital Phase Locked Loop Vong bam pha sd

ISI | intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự

TOM | Trellis Coded Modulation Điều chế mã lưới

M-QAM |Afuffilevel - Quandranre 4mpliiude | Điều chỗ biên độ trực giao M mức

Modulation

FPGA _| Field Programmable Gate Array Vi mach ding cau trúc mãng phan

tử logic có thể lập trinh được FET | Fast Fourier Transform Thuật toán biển đối ninh Eirie

IFFT | averse Fast Fourier Transform Thuật toán biển đối nưưnh ngược

Furie M-PSK | M-aruy Phase Shifi Keying Khóa địch phá M múc

SNR _ | Signal to Noise Rate Tỹ lệ tín hiệu lrên tạp âm

DAC | Digital to analog converter ộ chuyển đổi tín hiệu số sang

trương Lự

OFDM | Orthogonal Frequency Division Ghép kénh phan chia theo tn sé

GAPS | Optimum Additional Phase Shift Giác quay pha tim

IF Intermediate Frequency Tân số trung tan

VCO_ | Volage-controlled oscillator ộ đao động điều khiến bằng thê

LMS | Least mean square algorithm 'thuật toán binh phương trung bình

tốt thiếu

Roll- gƒf factor (cả Hệ số uốn lọc (œ)

trêu mặt phẳng biêu diễn tin hiệu }

DSP |Digữaisignais prooesving Xử lý tin hiệu số

ASIC | Application specific integrated inach (ích hợp cho những ứng dựng:

VHDL | Fery high speed integrated circuit | Ngôn ngữ miễu tả phần cimg mach

Hardware Description Language tích hợp tốc dộ cao

FIR | Finile impulse response Bộ lọc đáp ứng xung có chiến đài

hữu hạn

DR | Infinite impulse response Độ lọc dáp ứng xung có chiêu dài

vô hạn

ALU | Arithmetic logic unit Khéi xt ly sé hoe

DDS | Direct digital synthesizer Khỏi đồng bộ số trực tiếp

FSE | ractionally spaced equalizer Hộ cân bằng HSE

CORDIC | ¿oardinate rotation dịgital camgpader | Giải thuật CORDIC

arithmetic

DANII MUC CAC BANG

Bang 1: Phin logi cac loai digu ché QAM

Biểu đồ chửm sao của tín hiệu 4-PSK-

Biểu đồ chùm san cửa tín hiện l6-QAME

Biểu đồ chim sao của tín hiệu 16-QAM phân bề theo mã Gray Xác suất lỗi bít (SER) cho M-QAM

Sơ đề khối bộ diéu ché M-QAM

Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM

Sơ đề tương đương bằng gỗo của hệ thông M-QAM

Mỡ rông phố tín hiệu đo méo phi tuyến

Sơ để khối vòng bam pha PLL Toại cổng sớm-nmiện của bộ đồng bộ ký hiệu

Cáo phân tử của bộ lọc thích nghỉ

Biểu diễn đề thị tín hiện của thuật toán LMS Minh họa hai pha hoạt động của bộ cân bằng thích nghĩ

Sơ đỗ khối của bộ cân hằng phản hỏi quyết định

Mô tả sơ đồ khỏi chức năng hệ thống thu phát 16-QAM

Mô hình thiết kế bộ thu phát tín hiệu 16-QAM

Sơ đồ thiết kể khối 16-Q.AM data shaping & interpolation.

Hinh 3.3-2: So dd nguén phat QAM

Hink 3.3-3: Tin higu ngdu nhién tao ra ne khdi Source (1,Q)

Hình 3.3-4: Giản đỗ chùm sao

Tình 3.3-5: Giản đỗ chòm sao 16-QAN

Hình 3.3-6: Bộ lọc phối hợp

Hình 3 + TÉn hiệu thu được qua bộ lọc phối hợp

Hình 3.4: Sơ đề khối tạo kẻnh truyền mẽ phỏng,

Hình 3.4-1: Tín hiệu 16-QAM trude va sau khi qua kênh truyền

Tinh 3.4-2; So dé khdi dich tén Doppler

Hinh 3.4-3:Gian d6 chém sao tin hiệu sau khi bj dich tin Doppler

Hình 3.5: Sơ đồ thiết kẻ khói cân bằng thích nghỉ

Hinh 3.S-1: Sa dé thiét ké khdi ALU

TRình 3.5-2: Sơ đã thiết kế khối PB (PH¿/PH,)

THình 3.5-3: Sơ đồ thiết ké khdi LMS update

Hinh 3.5-4: Sơ đã thiết ké khai MAC FIR

Hinh 3.5-5: Sa dé thiét ké khdi LMS-Error Cale

Hình 3.5-6: L¡ ước lượng trong khối LA4S Error Cale

Tĩình 3.6: Sơ đồ thiết kế khói khôi phục séng mang

Tĩình 3.7:Sơ để khối bộ khôi phục sóng mang

THình 3.6-1: Sơ đồ thiết kã hộ nhân phúc

Hình 3.6-2: Tin hiệu Dĩ và Pr khủ qua bộ nhân phức

Hink 3.6-3: Gidn 43 chém sao tín higu tai “received-constellation”

Hình 3.9: Sơ đề thiết kể bộ tách pha

Hình 3.9.1: Sơ đô khái bộ tách pha

Hinh 3.9-2: Xác định điền trên giản ñồ chòm sao dựa vào góc xai pha

Tinh 3.9-3: Cau tao bộ định vị ký hiệu 16-QAM

Hinh 3.9-4: Slicer

Hinh 3.9-5:1 (Q) Map

Hinh 3.9.6: Tin higu Pi va Pr trước khối Siicer

Hinh 3.9-7: Tin hiéu Pet_7 va Det_Q sau khdi Slicer

Hinh 3.9-8: Tin higu Pre © ¡và Pre © r trước khối Corlie

Hinh 3.9-0: Sơ đô thiết kê khối Cordie

Hình 3.10: Sơ đề thất kế bộ lạc lặp

Hinh 3.10-1: Tin hidu sau khdi PLL Loop Filter

Tình 3.11: Sơ dé khdi DDS

THình 3.11-1: Cầu tạo khdi con DDS

Hinh 3.11-2: So dé thiét ké khdi con DDS (DDS Subsystem)

Hình 3.11-3: Sơ đồ thiết kế khối DDS_TRUNG

Hình 3.11-4: Tim hiệu khởi tạo từ Counter

TRình 3.11¬5:Tin hiệu error trước ki thay đối

TRình 3.11-6: Tín hiệu error sau lửn thay đổi

Tỉnh 3.12: Tín hiệu sau khi qua khối khôi phục sóng mang,

Hinh 3.13: Tín hiệu ở bộ giải điêu ché 16-QAM sau khi thay déi độ trễ

Hình 3.4: Sơ đả thiết kế bố sung bộ thu phát tin higu 16-QAM

Hình 3.15-1: Thông số bộ đêm Couter của bộ phái sóng mang

Hinh 3.15-2: Tin hiduP, va P, gua bộ nhân phức và rễ

Hình 3.16: So dé hai tang bộ lọc

Tình 3.16-1: Tim hiệu sau kiủ hạ tốc 64 lần

Hinh 3.16-2: Tin higu sau khi tang ide 4 lần

Hình 3.16-3: Thông số thiết kê bộ lạc FIR “ee”

Hinh 3.16-4: Thông số thiết kê bộ lọc PTR “mm”

Hinh 3.16-5: Export thing số bộ lọc đẫn sơ đồ thiểr kế

Ilinh 3.17: So 46 thiết kế khôi “subsystem”

Hình 3.18: Thánh phân tín hiểu L, Q sau khi ra khéi bé phat

Hình 3.19: Thanh phan tin higu L, Q sau khi ra khéi bé thu

Hinh 3.20: Gian dé chém sao tin hiéu 16-QAM quan sat trén osilo

Tlinh 3.21: Tai nguyén stt dung chip FPGA của bộ giải diéu ché 16-QAM.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ¬— ¬— " - 3

1.1 CAC PHUONG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ CƠ BẢN cuc se

1.2 DIBU CII M-QAM sexy S11 HH n1 xe 8

13.1 Sơ đồ khối bộ điều ché M-QAM 10 1.2.2 Sơ dé khối bộ giải điều ché M-QAM 12

1.3 SƠ ĐỒ KHÔI BẰNG GÕC TƯƠNG ĐƯƠNG CA HỆ THONG VO TUYỂN SỐ

1.4 CÁC YẾU TỔ ẢNH IƯỞNG DỨN CHÁT LƯỢNG LH? TIỎNG VÔ TUYẾN SỐ

1.4.1 Méo tuyến tính sexy sexy S11 HH n1 xe we AT

1.4.4 Ảnh hưởng do sai lệch pha sóng mang, S11 HH n1 xe , 19

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ĐÔNG BỘ VÀ CÂN BẰNG THÍCH NGHỊI 21

2.3.1 Thuật toàn bình phương trung bình tối thiếu MS) 26

2.2.2 Phép toán của bộ cân bằng, HH HH rereree 29

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ GIẢI ĐIÊU CHẾ TÍN HIỂU 16-QAM TRỀN FPGA 33 3.1 PIIAN TICII SO DO TILT KE DEMO (co sn trong thw vién Xilinx) 33

3.1.1 So dé đemo của hãng Xilinx

3.1.2 Sơ dỗ khôi phải

3.1.2.1 Nguân phát QAM (l, Q là tương đương)

3.1.2.2 Giản đồ chùm xao

3.1.2.3 Bộ lọc phối hợp (Adatched Filter)

3.1.3 Khối mô phỏng kênh truyên

3 1.4 Khỏi cân bằng thích nghị

3.1.4.1 Khối xữ (ý số học lagie (1LU)

3.1.4.2 Khối LAAS Error Cale

3.1.5 Khối khôi phục sóng mang

3.1.5.1 Bộ nhân phức (Cmplx MiẨÙ cuc

3.1.5.2 BG tach pha (Phase Derector)

3.1.5.3 BG loc Idp (Loop Filter) —

we a

3.1.5.4 Lệ thẳng đồng bộ số tực tiếp (LAO - Direct digital synthesizer subsystem) 60

3.3 THIẾT KẾ BỘ SUNG SƠ ĐÔ BỘ GIẢI ĐIÊU CHẾ TÍN HIỆU 16-QAM NHAM

3.3.1 Đệ phát sóng mang (Khối Carrier và Camrier]) occceerre 68

3.3.2 Các tầng bộ lọc sexy SH HH E010 c0 xe 70

MỞ ĐÀU

Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của hệ thông, viễn thông trong thời dại công nghệ

mới cùng những tiện ích vượt trội làm cho con người đến gân nhau hơn thông qua cáo

ứng dung đa phương tiên truyền thêng, điện thoại, internet, truyền hình số, thông tin vệ

tinh

Hệ thẳng vô tuyến số nói riêng tiếp tục khẳng định vai trò của nó trong hệ thông viễn thông chải lượng cao với ưu điểm dặc trưng rất riêng, như về khả năng triển khai nhanh chóng, lĩnh hoạt, thậm chí ngay cả trên các dịa hình tương dối phức tạp, trong các diệu

kiện cơ động hoặc đi động Các hệ thông này hiện nay đã giải quyết thành công vẫn để

mã nguồn (nén đữ liệu) chủ yếu nhằm giảm tác độ bít với độ suy giảm chất lượng đên

mức có thể chap nhận được, và mã kênh (ứng đụng các thuật toán sửa lỗi, các kỹ thuật diéu chế nhằm dạt dược hiệu suất phỏ tân tốt nhất Khi quá trình mă nguồn và mã kénh được thực hiện, chúng ta có một dòng dữ liệu dược sứ dụng dễ diều chế sòng mang tia

hiện Sau đó, tín hiệu trayén di thea các phương thức truyền dẫn tin hiệu (rưyền qua vệ

tinh, truyền theo mạng cáp, truyền theo mạng mặt đất ) Do vậy, tin hiệu nó phải bao hàm

các đặc Irưng kỹ thuật như: tỷ số lín hiệu lrên tạp âm, cường độ trường, hệ số sóng phản

xạ và nhiều chỉ tiêu kỹ thuật khác Việc chon tan sé lam việc cho mỗi phương thức dã

được quốc tế quy định Muốn truyền dẫn đạt hiệu quá cao nhất thì mỗi phương thức

truyền dẫn cần chọn cho mình một phương thức điều chế sóng mang thích hợp sao cho tối

ưu nhát, Đề đưa ra hệ thông vô tuyển số đô cao hơn, các nhà nghiên cứu Irên k

thể giới vẫn liên tục để ra cáo giải pháp kĩ thuật với những công nghệ khác nhau nhằm

đáp ứng nhu câu ngày cảng tăng về lưu lượng vả chất lượng dịch vụ cúa khách hang Hiện nay, sơ dé điều chế được sử dụng cho các hệ thống vô tuyển số tốc độ cao phố biển là điêu chế biên độ trực giao nhiều mức M-QAM (Âfuliievel - Quaẩrahue „dmplitude

A#odulatlion) và điều chễ mã lưới TƠM (Trellis Coded Modhidation) Đây là bai loại điền

chế tận dụng được hiệu quả sử đụng phố và hiệu quả công suất cao (hay nói cách khác là

tăng hiệu quả kênh truyền va giúp cho truyền đữ liệu có thông lượng cực đại) TCM là 1

kĩ thuật khá mới, cho phép đạt được hiệu quả phê lớn song khá phức tạp về quá trình xử

lý và độ trễ xử lý trong các hệ thống vỏ tuyển số Côn điều chế M-QAM là hệ thống điều

chế không ý nghĩa nhất hiện nay và đang được sử dụng rộng tãi trong các hệ thông

viễn thông số tốc độ cao Chính vị ý nghĩa thực tiển đỏ, trong dễ tài luận văn này, tôi tập trung nghiền cứu kĩ thuật điều chế M-QAM mà cụ thể là điều chế 16-QAM, kết hợp sử dụng phần mềm mô phỏng như MATLAB, Simulink để thiết kế demo hệ thống thu phát tin hiệu, từ đỏ thiết kế bộ giải điêu chế tín hiện 16-QAM để tích hợp vào chip FPGA

(Field Programmable Gale Array) — 1a loai chip bao gêm các khối logie khả trình cho

phép kết nổi cáo linh kiện khác trong mạch, các khối logac dược kết nối với nhau bởi chức năng kết nội khả trinh Bằng việc kết nổi các đầu vào, ra của các khối logio, các chân khả trình, FPGA có thể cấu hình để thực thi bát kỳ sự hoạt động logic số não Dây là ưu điểm

ma chip FPGA mang lại, để đàng trong thử nghiệm câu hình thiết kế và mô phông hệ thống thực

Ludn van nay gém ba chương:

Chương 1' Giới thiệu khái quát về phương pháp điều chế tín hiệu M-OAM và các đặc

điễm của điều chế cùng các sơ đồ điều chế và giải điều chả tin hiệu M-QAM

Chương 2: Phân tch hai kỹ thuật quan trọng trong thiết kế bộ giải điều chế tin hiệu 16-

OAM, 1a kỹ thuật đẳng bộ và cân bằng thích nghĩ Hai kỹ thuật này là cơ sử

kỹ thuật cho bộ giải diều chế ở bên thu khôi phục dược chính xác tin biệu ở

nguôn phat

Chương 3: Phân tích thiết kế demo cia hang Xilinx, ưu nhược điễm của thiết kế dễ từ đó

thiết kế bề sung cho bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM nhằm ứng dụng thục lê

Thiết kế này sau đó sẽ sứ dụng công nghệ FPGA dé thử nghiệm và mô phòng

hệ thông thực

Phdn cuối cùng là kết luận của cả luận văn và một số đề xuất Iuaông phái triển tiếp theo

Qua ba chương của để tải nghiên cứu “thiết kế bộ giải điều chế tin hiệu 16-QAM

trên FPGA”, ban thân tôi nhận thấy đây là một để tài hay, có hướng nghiên cứu mỡ, và

ứng dụng cao trong thực tế bởi điều chế tin hiệu M-OAM 1à một phương pháp điều chế số dụng phê biến hiện nay nhằm đạt lợi ích vẻ băng thông vá tốc độ truyền dẫn Ngoài ra, sở dụng chip FPGA để thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM sẽ nhanh chóng và thuận tiện hơn

rất nhiều Từ thiết kế bố sung trên, tương lai ta có thế mở rộng thiết kế cho hệ thống thu phát với nhiều loại nhiễu khác nhau, trên các loại kênh truyền khác nhau cùng với sự thăng giảng tín hiệu liên tục Đây là hưởng nghiên cửu tiếp theo trong tương lai để hoàn

thiện thiết kế

Do thời gian có hạn nên việc nghiên cứu còn hạn chế và không trảnh khỏi những

thiếu sớt Tôi mong nhận được nhiều chỉ dẫn vả góp ÿ quỷ báu của các thấy có giáo, đẳng,

nghiệp để đạt chất lượng cao hơn

hân đây, tôi xin bày tô lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thay hướng din

7 Trịnh Anh Vũ ởã giúp đỡ tôi vê mặt chuyên môn và kiên thức để tôi có thể hoàn thành

luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời căm ơn chân thành đến các thành viên của phòng thông tin vô tuyên

cùng toàn thể giáo viên khoa Điện tử viễn thông- trường Đại học Công Nghệ-Đại học

Quốc Gia Hà Nội dã giúp dỡ, tạo điều kiện trong quá trình nghiên củu cũng như công cụ Jam việc đẻ tôi có được kết quả như mong muốn

Cuối cùng, xi cẩm ơn những người thôn, bạn bẻ, dổng nghiệp đã động viên, giúp đỡ

tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp ctia minh

Hà Nội ngày 10 tháng 10 năm 2000

CHUONG 1 CO’ SO KY THUAT DIEU CHE M-QAM

Một hệ thông võ tuyến số bao gốm phan bang tan góc va phần băng tần vô tuyến, t thường có các khối: mã nguồn, mã bảo mật, mã kênh, điều chế số và các khối chức năng, tải tạo tương img phía bên thu như khỏi khuếch đại, khối trên tần, lọc đải thông, anten, phi-đơ và mới trường truyền Trong đó, phương pháp điền chế lin hiệu dong vai trỏ rất quan trong, thé biện đặc thủ khác biệt của hệ thống Chương nay nham tinh bay

phương pháp điểu chế số cơ bán đồng thời đưa ra mô hình hệ thống võ tuyên số tốc độ cao M-QAM kết hợp đánh giá một cách trực quan về các tác động ảnh hướng đến chất

tượng hệ thống này

1.1 CÁC PHƯƠNG PHAP DIEU CHÉ SỐ CƠ BẢN

Tin hiệu số băng cơ sở là dàng các xung vuẻng biểu hiện giá trị bịt “0" và "1", Đề tăng hiệu suất của điên chế, nhiễn bit được ghép trong một ký hiệu Số lượng bít trong

ý hiệu phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền dẫn Quá trình thực hiện

chế tín hiệu Lheo lý thuyết, phổ

vô hạn cho việc tuyển các tín hiệu số Seng kênh truyền lại chỉ có bang tin hữu hạn

Chính vì thế người ta hạn chế phố tần tin hiệu bắng cách lọc hợp ly Tuy vay việc nảy sẽ

n của tin liệu số là võ hạn, tức lả ta cân có một đái tần

làm tăng vô hạn đáp tuyến thời gian của chúng dẫn đến can nhiều giữa các ký hiệu (SD Trước hết ta xem xét các kỹ thuật điều chê trước khi lọc Có thế liệt kê một số phương pháp diễu chế cơ bản dược sử dụng trong các hệ thông võ tuyên số như:

* Khéa dich bién 4§ ASK (4mplitude Shift Keying)

« Khóa địch tân số FSK ( Frequency Shift Keving)

« Khóa dịch pha PSK ( Phase Shift Keying)

* Diễu chế biên độ true giao nhidu mute (M-QAM: Multilevel-Quadrature

a= ‘loin’ ott] (Ly

trong đó : R là tốc độ bít của tin biệu mang théng tin ( bit’s)

Ð là dộ rộng băng tân cần thiết (Hz)

Để nâng cao hiệu quả sử dụng bằng tần (bandwidth efficiency) nbam tin dung tai nguyên tần sổ, trong các hệ thống võ tuyến số dung lượng lớn người ta chủ yếu sử dụng,

các sơ dé điều chê nhiều mức Cáo phương pháp điển chẻ chủ yếu thường được lựa chọn

là điêu chế khoá địch pha MI mức (A£-P'%K: A4-aray Phase Siift Keying), điều chế biên độ

true giao nhiéu mie (M@-O4M: M-aray Quadrature Amplitude Modulation) va cic dang

phát sinh của chúng, Các hệ thông diễu chế M-P8K về nguyên lý không tối ưu bằng các

hệ thống M-QAM khi số mức điều chế vượt quá tám, còn hệ thống M-QAM với các biểu

đổ tín hiệu khác nhau déu 6 chung dic điểm là quá trinh quyết định trang xử lý tin hiệu ở

may thu đêu đựa trên các miễn quyết định hình vuông và cơ số để tính toán vé co ban giống QAM kinh điển Nguyễn lý của các phương thức diễu chế đó dược minh họa thông, qua biểu để chùm sao tín hiệu trên hình 1.1 và hình 1.2

trong dé M=2" vei m 1a s6 bit ota một ký hiệu ( #22),

ea hé sé udn loc eiia ede bd loc dang tín hiệu

Muan so sánh hiện suất giữa các nhương thúc điền chế người ta thường so sánh mức

công suất cân thiết đế đảm bảo cùng một tỉ lệ lãi bít BER (8#-2zor Raie) Từ hình L.| và

Chủ thích:

dy: khoảng cách giữa 2 kí hiệu lân cận

a Chủ thícft: đọ: Khaảng cách gitta 2 ki higu lan cận

Bp: ning long của tn hiệu M-PSK, h : A tăng lượng cia tin higu M-QAM 22 ki

Hình 1.1: oe oe stom ao của tin 2: Biểu đồ chùm so cửa tín hiệu

® M 4.Ee/Rp 1, túc là sơ đỗ điều chế 4-QAM và 4-PSK lương dương nhau

®- 4<M<8 thì Họ/Hp > 1, điều chế M-PSK hiệu quả hơn M-QAM về công suất

©) Mp8 thi Eo/Bp <1, tute 1A diéu chế M-QAM hiện quả hơn se với M-PSK

sé dung

khi cản đạt hiệu quả cao vẻ sử đụng băng tắn trong các hệ thông vô tượ:

êu chế M-QAM thường được sử đụng,

lượng lớn, M thường được chọn lớn, vì thế

1.2 DIEU CHE M-QAM

Điều chế M-QAM là phương pháp điển chế

pha Tên gợi điển chế biên độ trực giao xuất phát từ thực tế là lín liệu MŸ-QAM được tạo

lên bộ và điển chế

rø bằng cách cộng các tín hiệu diễu chế biên độ x/ÄZ mức có các sỏng mang trực giao

(vuông góc) với nhau

Quá trình điều chế M-QAM thue hién nhu sau: dong m bít vào vào đã mã hoá mang,

mm bịt được chia thành hai đòng tin hiệu I (đồng pha) và Q (lệch pha 90) Mỗi tín hiệu mã hoá mang 0⁄2 bịt tương ứng với 2”Ê trạng thái Các bậc trạng thái của tín hiệu I, Q được biểu diễn trong giản đồ chòm sao Sau khi chuyển đổi từ tin hiệu số sang tín hiệu tương tự (DAC- Digital to analog converter), hai tin higu được đưa qua bộ điều chế, I và Q lệch

pha nhau 90° Kết quả quá trình điều chế này sẽ tạo thành chủm các điểm gọi là chòm sao

(constellation), Gian d6 chom sao mô tả bằng đỏ thị nhằm quan sat true quan chất lượng

va su méo ctia mét tin hiéu s6, tire 1a gian dé chom sao biéu dién bién độ và pha của sóng, mang đã được ảnh xạ trong mặt phẳng phức Hệ toạ độ I vả Q thể hiện các giá trị khác nhau của tín hiệu I và Q (hình 1.3) Trong giản đề chỏm sao, nhiều biểu hiện dưới dang

hướng đi của con trỏ như là một vỏng trỏn với mỗi trạng thái tin hiệu (Điều này không áp

dụng các điều kiện lỗi xảy ra củng một thời điểm) Tóm lại, điều chẻ M-QAM lả phương pháp điều chế tin hiệu hai chiều, trong đỏ tin hiệu mang thông tin được sử dụng đề thay đổi biên độ của hai sóng mang trực giao

Người ta có thể thực hiện điều chế QAM theo nhiều loại khác nhau được liệt kê như

STT|Loại điều chế |bit trạng

co) [ý hiên Lại

3 |64QAM 3 J6 64 Hình 1.3: Biêu đồ chùm sao

Ta nhận thấy, các điểm của chòm sao được phân bố theo mã Gray (các điểm sao lan

cận nhau chỉ có một bát khác nhau) Phân bố mã Gray nảy có ý nghĩa rất lớn vì hàu hệt

các loại lỗi thông thường xảy ra do ký hiệu được giải mã giỏng với ký hiệu gần nó Trong,

trường hợp nay, đừng mã Gray sẽ chỉ dẫn đến một bịt lỗi trong khi mã nhị phân có thể

gây ra nhiều bít lỗi

Đệ nhạy của cham sao với các nhiễu được biểu điễn bởi khoảng cách giữa các điểm sao Trên hình 1 3 là mô hình phân bổ chòm sao 16-QAM, ta nhận thấy, nêu điểm xa nhất

ở các chòm sao đều có cùng biên dộ thì khoảng cách giữa các diễm chỏm sao lần cận giảm khi số điểm trong chòm sao tăng Ý nghĩa nay đúng với mọi loại điều chế tin hiệu

hai chiên Điều này lam chòm sao oö kích thước lớn như 256-QAMI dễ bị nhiễu hơn nhiều

so với các chòm sao có kích thước nhỏ như 4-QAM Hình 1.4 chỉ ra kết quả lý thuyết

BER cho điệu chế M-QAM [6] Đồ thị biểu dién BER tương đối cho mai chom sao QAM

như một hàm của SNR mỗi bút và SNR bi chia béi sé bit trong mỗi ký hiệu Kết qua nay

đã chứng mình những nhận xét trên là chính xae và chí rõ rằng tí lệ SNR thay đổi khi

chom sao thay đi

Hình 1.5: Sơ đề khối bộ diễn chế M-QAM

Bộ biển dai song song - nối tiếp (S/P) thực hiện biên đối từng cụm bịt Œý hiệu) lỗi

vào bộ điều ché gdm m= log:M bit thanh hai cum tín hiệu nhị phân không - về - không

(NWRZ: Non Rehun fo Zero) song song, mỗi cam gỗm œ2 xung, Cáo khối 2/L thực hiện

biển tùng cụm NRZ, đỏ thành các tỉa hiệu ⁄4¿ và Øụ, có thể nhận L— vÄZ trị biên dộ Các

mạch nhân dược sử dụng sau mỗi mach lọc nhằm thực hiện diễu chế biên dé tuyển tỉnh

Dạng phế tín hiệu đầu ra được hình thành nhờ các bộ lọc thông thập phía trước mạch

nhân Trong thiết kế thực tê, các bộ lọc thông thập thường được làm gan đúng bang mach

lọc căn bậc hai cosine tăng (square-root raised cosine filter) cd bé sé diéu chink duoc

Bộ diễu chế M-QAM như vậy dược tạo ra từ hai bộ diều chế biên dộ với sỏng mang nén

Ngoài ra, nhớ bộ ánh xa (Mapper) va phuong pháp diễu chế M-QAM, sóng mang,

sau khi điều chế M-QAM là một sở phúc và được xếp trên biểu đỗ chòm sao theo quy luật

ma Gray tn 2 truc Re (thực) vá Zm (äo) VỊ trí cúa mỗi điểm tin hiệu (số phúc) trên biểu

46 chém sao phan ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang Tại lỗi ra của bậ

điền chế M-QAM, tín hiệu có thể viết như sau:

4, Bụ =Li,L2,L3, L VM -1;

@, là tân số gc của sông mang,

& là chỉ số khe thời gian của kỷ hiệu được truyền

1.2.2 Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-GAM

Vatt)

>| Ler

Chủ (hieh: A/D: biến dội lương lự- số -

/S : Biến đổi song song- nổi tiên LPE: Hộ lọc thông thấp

nh 1.6: Sơ đỗ khối bệ giải điền chế M-QAM

Sau khi thực hiện nhân và loại bỏ thành phần tin hiệu hải bậc bai, hai tín hiệu giải

điêu chế có đang:

T2¡f)=4,ar(*anffl +ni(9 q34)

†2a(Ð=B,bz(J* ax(Ð Im(0 — (1.9)

trong đó: an(Ù, aa() là đáp ứng xung của các bộ lạc thông thấp của bộ giải điều chế thu, thường được làm gân đúng bằng bộ lọc căn bậc hai cosine tăng, ø„ýØ, nạ(/ là các thành phân tạp âm tương hợp sau lọc

Các tín hiệu ƒ2;(, 12s( được lẫy mẫu theo nhịp ký hiệu và được biến đối tương ứng, thành các tín hiệu 4, và Ä, với L trị biên độ có thể có rồi được giải mã thành các tổ hợp nhị phân só z2 bít Hai nhánh tin hiệu dược đưa tới bộ biến déi song song nối tiếp

(⁄8) để tạo thành cạm ø bít lỗi ra

1.3 SƠ ĐỒ KHÔI BẰNG GÓC TƯƠNG DUONG CUA HE THONG VO

TUYẾN SỐ M-QAM

Hệ thống vô tuyến số M-QAM là tỏ hợp phúc tạp cửa các khôi khác nhau làm việc ở

bang tan g số trung tân và tần số vô tuyến (tản

cao, có thể lên tới vải ba chục GI1z) Tuy vậy, hoạt động và đặc tính oơ bản cúa hệ thống

Tin hiệu dãi thông x(9 có thể biếu diễn đưới dạng

x)=r(I eosl2z/z++ tú) J= Re [rí).e P0! 801 ,=R Jr(.2 221 1 (1.10)

trong đó : Re() là kỷ hiệu phân thục;

rí0 : là tín hiệu thực hiện điều chế biên độ;

#(0 : là 1ím hiệu thục hiện điệu chế pha của sống mang,

Do 7" không mang thông tìn hữu ich mà chỉ biểu thị một sống mang không điều chế, toản bộ thông tin của x(?} nằm ở thành phân điều biển zƒÿ và điều pha đ(ÿ nên thay vi xét

với x(Ð, ta cò thê xét tin hiệu

thông tin thông thường, tần số náy trùng với tân số sóng mang cúa hệ thống), ta có thể

xem xét hệ thẳng bằng cách qui đặc tính dải thông của hệ thông về đặc tính thông thâp

tương đương, Việc qui hệ thống và tín hiệu đải thông về thông thấp tương đương dựa trên

biến đỗi Hilbert [7] Khi đỏ việc nghiền cửu hệ thống đãi thông với tín hiệu dãi thông cỏ

thể quy về nghiên cứu hệ thông tương đương băng gốc với các tiì hiệu bằng gốc tương,

Sơ đề khối tương đương băng gốc của hệ thẳng vô tuyển sẻ M-QAM được trình bay

trên hình 1.7 Mi dang sing thời gian là tin hiệu băng gốc hoặc là các tín hiệu băng gốc

tương đương mọi đáp ứng tần số là các hảm thông thắp hoặc là các hàm thông thấp tương,

đương của các hàm dài thông

Số liệu dau vào của hệ thống vô tuyên số M-QAM có sơ dỏ khỏi như hình 1.5 là

chuỗi liên tiếp các giá trị số liệu phức MI mức ƒe¿}, trong đỏ È lá chí số của khe thời gian

số liệu Mỗi ky hiệu œ; được tạo ra từ một bảng chữ cái A4 điểm (,¿ với mô 1,2, ,41

Tập tất cả ă diễm này khi biểu diễn trên mặt phẳng pha (không gian tín biện) gọi là biểu

đổ chỏm sao (eonstellation) của tìn liệu Đối với M-QAM truyền thống, ÄZ diễm của

chủm sao được sắp xép theo mét luéi vuéng géc nhu trén hinh 1.2 Ky higu c, khi dé cd thể biểu diễn

trong dé: ay ,by lần lượt là thành phần đồng pha và vuông pha của ky hiéu o

Dưới dạng véc tơ, ký hiệu cy có thể biểu diễn được theo:

(0 là hàm xung Dirac được định nghữa : Ø/)=0 E1z0 và ]20& —I với a, b đương,

Tại các thời diễm lẫy mau, tai lỗi ra của mạch lây mâu, tiì hiệu thu dược lả dây {,} 'Tương tự, (&} có thể biểu diễn được theo: (5) — ấ, : Jỗy và ở dạng véc- tơ

với ñzýØ là dáp ứng xung tổng cộng của bộ lọc thu và bộ cân bằng,

Biêu diễn dưới dạng ra trận và véc-tơ, w(Ø có thể biểu diễn thọo:

Từ công thức (1.18), tại thời diễm lấy mẫu tin hiệu thử không, ƒ /; 0, vée-to thu

được tại lỗi ra mạch lấy mẫu là

| , KH + wh Heo ~

Trong công thức trên, dâu phẩy sau đâu E có nghĩa là tổng bô qua số hạng thử không, số

hạng thử hai biếu thị sự tác động từ các ký hiệu trước và sau ký hiệu thử không đang xét

và được gọi là nhiễu xuyêu ký tự T§I (intersymbol Interference )

Trong sơ để hình 1.7, bé loc phát cân phải có đáp ứng tuyến tính nhằm tạo phố công,

quất bửc xạ nhất định, trong khi đó bộ lọc thu phối thỏa mãn yêu cầu lọc chế áp nhiều, và

do vậy dóng vai trò bộ lọc phối hợp (matched filter) Bs loai bé ISI gay béi tinh chat han chế phổ tần (mà nguyên nhân gây ra ISI là đo bể rộng phổ của tín hiệu phát lớn hơn bẻ

rộng kênh truyền cho phép), thì đáp ứmg xung taàn phần của kênh truyền từ đầu vào bộ

lọc phát tới lỗi ra bộ lọc thu phai théa man tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất Do đó, tín hiệu trước khi truyền di đều được nhân với xung cơ bản dễ giới hạn phổ của tín hiệu phát sao cho phu hop với bê rộng kênh truyền cho phép Xung cơ bán đơn giản nhất chỉnh là xung,

vuêng Tuy nhiên trong thực tế, để đạt mục đích kề trên, các bộ lọc phát và thu thường,

được thực hiện bằng các bộ lọc căn bậc hai cosine tăng với hệ số uốn lọc @ (roll-off factor) thich hợp Vẻ mặt lý thuyết, hệ số trên œ nhận cáo giá trị từ 0 đến 1 sang trong thiết kế hiện nay œ ở khoáng ngưỡng (0.2+0.75) là dễ thực hiện vả độ chính xác chấp nhận dược bởi vì trong khoảng nảy méo phi tuyến thay dối không dáng kế (sai khác chỉ khoảng 0.1 đB), Đặc biệt, trong hệ thông võ tuyến số I6-QAM chúng ta không cắn quan tam đến giá trị œ Do tín hiệu lại lỗi ra của bộ diều chế là một đấy các xung vuông NRZ

có độ đài T chứ không phải là các xung Dirac nên một mạch sửa x4 cẩn phải được đặt

trước mach lọc cần bậc lai cosine làng nhằm mục đích tạo dang ximg Khối bộ lọc phải trên hình 1.7, do vậy cản phải dược hiểu là gồm một mạch sửa 5œ mắc nỗi tiếp với một

bộ lọc căn bậc hai cosine tăng, Mặt khác, bên cạnh các yêu cầu trên, các bộ lọc cần phải

dé ché tao Do vay, tat cá các yêu câu nảy đổi với các bộ lọc chí có thể gần đạt được và phải chịu một số nhược điểm nhất định giữa các yên cân để ra Trong thực tê, việc chế rạo các bộ lọc luôn không hoàn toàn lý Lưởng và các méo tuyển lính gây bởi việc chế lạo

không lý tưởng các bộ lọc sẽ gây ra [5 [1]

1.4 CAC YEU TO ANH HUONG DEN CHAT LUONG HE THONG VO

TUYEN SO M-QAM

Chất lượng hệ thông thông un là một khải niệm rất rông và các yêu Lô ảnh hưởng đến

nỏ cũng rất da dạng, Ở đây, trong khuôn khổ giới hạn của luận vắn nảy, tôi dánh giá một

số yếu tổ ảnh hưởng đến hệ thống vô tuyển sẻ M-QAM một cách tổng quát, đựa trên độ

chính xác truyền tin

Tộ chính xác truyền tin được đặc trưng bởi tham số chính là tỷ lệ lỗi bít BIER, đánh gia theo ty sé tintap - SNR (Signal to Noise Rate) — duoc tinh bing độ chênh lệch tỷ số

tint hiéu trén tap aia thu duce do bang dB

Hệ thông xuất hiện lỗi bít do lại bên thủ ngoài tín hiệu mong muốn còn có các thành phan khéng mong mudn tác động làm sar lệch tín hiệu thu số với tín hiệu phát đi Trong

hệ thống vô tuyến số tốc độ cao M-QAM, các yêu tổ chính gây ra sự sai lệch đỏ bao gồm: méo tuyén tinh, méo phí tuyến, sai lệch đẳng hồ, sụ không chính xác cla dao động nội

Thu, nhiễu và tạp âm trong hệ thẳng Các yêu tổ ảnh hưởng đó sẽ được trinh bảy sơ lược

ð đưới

1.4.1 Méo tuyến tính

Các khối tuyến tỉnh lá các khối có đặc trung thỏa mãn nguyên tắc xép chéng Méo tuyến tính là loại méo gây ra bởi các khối tuyến tính trong hệ thống Máéo tuyến tính xuất tiện trong hệ thống vô Iuyên số chủ yếu là do các mạch lọc thu, phát của bệ thống chế tạo không lý tưởng và do fading nhiều tia chọn lợc tần só Méo tuyển tính làm gián doạn liên

lạc có nguyên nhân chính từ hiện tuong fading nhiéu tia chon loc tin sé gây ra Trong c các

tệ thẳng số địng lượng lớn, phố của tín hiệu chiêm môi dải tân số Khá lớn Trong

kênh chịu fading nhiễu tia, suy hao fading lá một hàm biến dỗi khá nhanh theo tần số, sẽ

không là hằng số trong đái thông của kênh Hậu quá lả đặc tỉnh truyền đạt của kênh vốn không được thiết kế nhằm thỏa mn tigu chudn Nyquist thi nhất sẽ bị biến dang Méo tuyến tính sé gay TST do đặc tính lạc tổng công của hệ thông không thỏa mãn tiên chuân

Hiện nay, để khắc phục và hạn chế méo tuyển tính trong các hệ thẻng vỏ tuyển số, trong thực tế các phương pháp sau đây thường được áp dụng như: sử dụng bộ cân bang trong niên thời gian hoặc miền tần số để loại bỏ TSI, phân tập, mã kênh, ải phố vá ruáy thu RAKE, truyền dẫn đa sóng mang, QEDM

1.4.2 Méo phi tuyến

Méo phi tuyển là loại méo do các phẩu tử phí tuyển gây rõ Việc nghiên cứn các lắc động của méo phi tuyến hết sức phức tạp, không thể giải quyết bằng phương pháp giải tích do số lượng tỉnh toán quá lớn, vượt quả năng lực tỉnh toàn của các máy tính biện nay

Trong hẻ thông vô tuyển số, nguồn gây méo phi tuyến thường gồm các bộ diều chế và giải điều chế, các mạch khuéch dai, cdc mach trộn tần (đổi tân lên và đổi tần xuống)

+hêng lý tưởng và các mạch hạn biên (cúng hay mễm) Bên cạnh đó, đo các hệ thống va

tuyến số tốc độ cao thường sử đụng phương pháp điều chế M-QAM, là sơ đồ điều chế

biên độ, nên không sử dụng bộ hạn biên ở máy thu Tuy nhiên, tin hiệu M-QAM cỏ

dường bao thay dỗi nên rất nhây cảm với méo phi tuyến Do vậy, việc đánh gia và tìm giải pháp hạn chế ảnh hưởng đo méo phi tuyển gây ra là nhiệm vụ quan trọng Người ta

nhận thây, để hạn chế ảnh hưởng của méo phi tuyến, các bộ khuếch đại oông suất HPA,

(High Power Amplifier) phải có khả năng khuếch đại tương đối tuyển tính công suất tím hiệu đỉnh cao hơn công suất trung bình từ 6 đến 7 đP dối với hệ thống 16-QAM, từ 7 dén

8 d8 dối với hệ thông 64+QAM và từ 8 dến 9 dH với hệ thông 256-QAM Các giả trị nói

trên Không những liên quan tới sự chênh lệch piữa công suat dinh va céng suat trang binh

của lín liệu QAM mà còn liên quan đến sụ

“vol đính” (overshooi) của tín biện đo bộ lọc

phát gầy ra [10], tức là liên quan đến hệ sẻ nến ø của hộ lọc phát

Phả gốc

Tình 1.8 : Mữ rộng phố tín hiệu đo méo phi tuyén 1.4.3 Ảnh hường do sai lệch tín hiệu đồng hỗ

Sai lệch tin hiệu dẳng hỗ cũng gây nên ISI và do vậy góp phan fam giảm chất lượng,

hệ thống Việc khôi phục tin hiệu đồng lẻ trong các hệ thống vô tuyển số được thực hiện bằng mạch vỏng bam pha sé DPLL (Digital Phase Locked Laop) Trong ché dé xac lap cia DPLL, sai léch déng hé 57) bi tac déng bới tạp âm vá là một quả trình ngẫu nhiên với phân bố chua xác định được Do đỏ việc khảo sát phân bó của IST gây bởi sai lệch ding thể khá khó khăn, nên chủng ta chỉ đánh giá ruột cách trực quan về nó Người ta nhận

ày, với sai lệch đồng hộ chọn bang sai pha tĩnh, kết quả trong [9] đã cho thay ring IST

1.4.4 Ảnh hường do sai lệch pha sóng mang

Trong hệ thông vô luyến số M-QAM, giải diễu chế dược thực hiện bing cae mach giải điều chế kết hợp (coherent), tc la dao động nội thu phải đồng bộ về tần số vả pha

với dao động nội phát Sự đồng bộ này thường được thực hiện bằng mạch vòng bảm pha

PLL { Phase Locked Loap) Mach PLL ly tuéng digu chinh pha ctia dao déng sng mang

thu theo giá trị trung bình các góc phá của tin hiệu tới và khí dao động nội thu không,

chính xác thi biểu dễ chùm sao của tin hiệu thu sẽ bị sai lệch vả gây ra 15L [13] Trong, thực tế, các mạch PLL, dao động nội tu cấp cho mạch: giải điều chế làm việc ở tân số

trung tin i’ (intermediate Irequency) va di céng nghé mach ban dẫn hiện nay thì cáo

mạch hồi phục sóng mang được chế tạo khá hoàn hảo nên sự không chính xác đao động nội thu 1a kha hd Tuy nhiên, cản phải quan tâm đến sự trôi tham số mạch ban din dẫn dén sai lệch đao động nội thu trong quá trình phân tích hệ thống

1.4.5 Nhiéu va tap 4m

Cũng giống như các hệ thông thông tin vô tuyển tương tự, các hệ thông vô tuyên số

cũng chịu ảnh hưởng rất lớn các tác động của nhiều và tạp âm Nhiễu là những tác dộng

từ bên ngoài hệ thống, còn tạp âm dược sinh ra bên trong hệ thông

Nhiều sinh ra do ruột số nguyên nhân như khi có sự thay dỗi ram số dường truyền (ảnh hưởng môi trường truyền dẫn) hay giữa các tàn số vô tuyển làm việc trên huyền trong, cùng phạm vi không gian truyền sóng Có hai loại nguẫn gây nhiễu chính ở tần số vỏ

tuyến là: từ kênh cùng sóng mang, khác phản cực và từ kênh lần cận, khác sóng mang,

(hay còn gọi là nhiều đẳng kênh và nhiễu kênh lân cận)

Đi

nh và ảnh hướng của nhiễu là tạp âna hồi sức phức tạp, là một lĩnh vực đã nghiên

cứu rất rộng rãi Trong quá trình giải quyết vấn dễ cần nghiên cứu ở dây, để den gian, nhiều và tạp âm dược coi lả những tín hiéu khong mong muén và được giả thiết là tạp âm cộng trắng chudn Gaussian (AWGN: Additive White Gaussianian Noise )

Qua đánh giá sơ bộ những yêu tố ảnh hưởng đến chải lượng truyền dẫn hệ thống vỏ tuyển số M-QAM cho thấy, các tác nhân trên sẽ gây ra sai số nhất định đổi với hệ thống

thông tin thực Từ đó chúng †a có căn cứ đề thiết kế hộ điên chế và giải điều chế M-QAM

niôi riêng cững nhự tính toán xây dựng, bảo dưỡng và nâng cấp hệ thống nói chưng |Í]

CHUONG 2 KY THUAT DONG BO VA CAN BANG

THICH NGHI

khi truyền tin số băng thông đải, đòng đữ liệu sẽ được điều chế lên sóng mang (gia trị

tân số sóng mang nảy tủy thuộc vào tính chât của kênh truyền) và truyền đi Sóng mang

Vay van dé dat ra ở đây là làm sao có thế thiết kẻ bộ thu đề đạt được các yêu cầu trên,

nhằm đạt độ lin cậy cao nhật, Chương này trình bảy hai kỹ thuật dược sử đụng trong thiết

kế bộ thu là kỹ thuật đồng bộ và kỳ thuật cân bằng thích nghĩ (nhằm hiệu chỉnh hệ số theo đặc trung thay đổi của kênh) Các kỹ thuật này là nên tăng quan trợng cho thiết kế bộ giải

điển chế tín hiệu 16-QAM đạt hiệu quả nhất

2.1 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ

Giả sử mụ là một ký hiệu thuộc tập AZ ký hiệu của bắn tin m; sẽ được truyền trong thời gian ?' và có xác suất xuất hiện tính là p,=P@m)=1A4 Dễ tạo ra tín hiệu trưyển, m được

đưa vào hộ Tạo vectơ (mã hóa ký hiệu truyền) tng với vectơ N chiều: s/=(Su, sz, ,saj với

X<M Tức là tín hiệu truyền được coi là một vécto không gian có hệ cơ sở là X, Các thành

thuật toán đề khôi phục sóng mang Thuật toán này phải giải quyết vấn để đồng bộ hai đấy sự kiện ở bộ phát và bộ thu bao gồm

« Xác định tần số và pha song mang sau dó uớc lượng tan số và pha tại bộ tu hay còn gọi là khỏi phục sóng mang hoặc đồng bộ sáng mang Do vậy, thuật toán này

trong trường hợp đồng bộ sóng mang sẽ là ước lượng gia tri dich tan 36 sóng mang

trên cơ sở phương pháp trễ và nhân, sau dé hiệu chỉnh lại tân số đã bị dich va bi thay déi trên kênh truyền

* Xác định thời điểm bộ điều chế thay đi trạng thải (bắt đầu và kết thúc một ký hiệu) từ đó xác định thời điểm lẫy mẫu và kết thúc của bộ tích-tích phân Ước

lượng thời gian nảy gọi là khôi phục ký hiệu hay đồng hộ lý hiệu

THai kiểu đồng bộ này có thể được thực hiện đồng thời hoặc lần lượt Nếu với kĩ thuật tách không đồng bộ thủ ta

sẽ không cần đến đông bộ sóng mang, Đây là kỹ thuật đặc biệt vòng,

thể không cần sự trợ giúp của đứt liệu mà chỉ có sự trợ giúp của đồng hỗ trên phương pháp

lũy thừa 2P [2]JSI

2.1.1 Đồng bộ tần số sóng mang

Thực chất việc đồng bộ tấn số sóng mang rút đã trình bày ở trên là ước lượng và hiệu chỉnh tân số song mang bị lệch di khi truyền tin hiệu Do dé, co một số phương pháp đơn gián để thực hiện việc bù độ lệch tần số sóng mang như sau:

© Bom sian nhất là ta điều chế tín hiệu sao che tín hiệu được điện chế chứa thành

phan rời rạc có tầu số sông mang Sau đỏ sử dụng một vòng bám pha (PLL) bing hẹp có thể bám thành phần này rồi cung cấp tín hiệu tham chiếu cho bộ thu PLL gồm một bộ VƯO, một bộ lọc vòng và một bộ nhân nỗi với nhau theo hệ số phần hồi

âm (hình 2.1) Tân số được điền khiến băng điện áp bên ngoái nhờ VCO Diện áp

điều khiển tỉ lê với độ lệch tân số sóng mang được sinh ra từ bộ phát hiện lệch tân

sóng mang Nhược diễm của phương pháp nảy lá thành phẩn rời rae không mang

thông tin nào khác ngoài pha và tàn số sóng mang dẫn dễn việc truyền nó làm tốn thêm công suất Do dó, kỷ thuật điều chế từ hiệu M-QAM tiết kiệm công suất bằng,

cách sau: khi không có thành phần một chiều trong phố công suất của tín hiệu mang

đữ liệu, bộ thu đùng véng bam song mang con tham chiêu (sóng cá tần số bội của lan sd song mang) Nhưng phương pháp nảy lai dé gay nhằm lẫn về pha

« Một phương pháp khác là dùng vòng Costas edi hai nhánh: một nhánh đồng,

pha và một nhánh vuông pha Cả hai nhánh thông qua bộ VCO để tạo nên vòng phan

hỗi âm Khi đồng bộ đạt được thì đữ liệu được giải điều chế xuất hiện tại lối ra

nhánh cùng pha, còn lối ra nhảnh vuông pha lả không (trong điều kiện lý tưởng) Tuy nhiên phương pháp nảy cũng bị nhằm lẫn về pha và tốn nhiều bộ lọc Do đó, người ta khắc plục nhược diễm bằng cach dang m4 vi phân đễ mã dữ liệu trước khi

điều chê và giải ma vi phân sau khi tách tại bộ thu (điền này làm tăng nhiễu của tín

llinh 2.1: Sơ để khối vong bam pha PLL

2.1.2 Đồng bộ thời gian ký hiệu

Trong truyền dẫn số thường sử dụng đấy xung dại điện cho các kỷ hiểu cần truyền và phát di với tốc độ không dỗi là 1/T, wong đó 7 là khoảng cách giữ hai kỷ liệu kẻ nhau (chu ki) Trong mọi trường hợp, phía thu có thẻ giải điều chế kết hợp hoặc không kết hợp

để biết được định thời đây, nghĩa là vị trí thời gian của các ký hiệu và tách thang tin logic

từ tín hiệu tương tự thu dược, Thông tín định Hới đấy

ö phép doc ký hiệu bại các thời

diễm dúng Chính việc khôi phục dịnh thời đấy ký hiệu từ tín hiệu tương tự thu được gọi

là đẳng bộ thời gian ký hiệu Đôi khi nó côn liên quan dến khôi phục đồng hồ

Theo [3], đảng bộ ký hiệu có thế song song trước hoặc sau khi đổng bộ sóng mang tủy theo Lừng ứng đụng Có thể phát xung nhịp cùng với tín hiện mang dữ liệu theo cách

hợp kênh Sau đó tại bộ thu xung nhịp dược tách bảng bộ lọc thích hợp của dạng sóng,

được điểu chế Cách nay làm tôi thiểu thời gian khôi phục sóng mang và xung nhịp, nhưng nhược điểm của nẻ là một phần công suất phát bị chia sẽ cho xung nhịp

Một phương, pháp khác tốt hơn lả dùng bộ tách không đồng bộ trước tiên để tách

xung nhịp Ở đây sử đụng một đặc điểm là thời gian xưng nhịp ên định hon pha của sóng

mang, Sau đỏ sóng mang dude khôi phục bằng xử lý lỗi ra bộ tách không đồng bộ trong

muỗi chủ kì xung nhịp

Trong một phương pháp khác, khôi phục xung nhịp sau khi khôi phục sóng mang,

xung nhịp được tách bằng cách xử lý dang sóng băng cơ sở (không cần tách) đã dược giải diễu chế vì vậy tránh được lãng phi công suất truyền

Trên hình 2.2 là sơ đổ loại công sớm — ruộn của bộ đồng bộ ký hiệu, thời gian chúnh

xác cho lẫy mẫu tại lỗi ra bộ lọc chập là £ 7 Nếu lẫy mẫu sớm hơn hay muộn hơn một

lượng ¿47 hai giá trị mẫu này là bằng nhau (tính trung bình khi có nhiều), và điểm lây

mâu chỉnh xá là chính giữa hai điểm sớm lơn và muộn hơn Giá tri khác biệt của hai giá

trị mẫu sớm và muộn sẽ diễu chính bộ VCO hiệu chỉnh chỉnh xác thời gian lây mẫu ký hiệu [3]

¢ Dua vio bám lỗi, thục hiện bằng các vòng bam pha PLL

© Dua vào tim kiếm cực đại và lọc, thực hiện bằng cách so sảnh ký hiệu phát

đi ban đầu với ký hiều lặp đã lưu trữ

«_ Dựa vào chuyên dỗi phi tuyên vả lọc

2.2 KY THUAT CAN BANG THICH NGHI

‘Trong kênh théng tin liên lạc, tỉnh chất kênh thay đổi theo thời gian Sự khác nhau về đặc trưng truyền dẫn đến nếu sử dụng bộ cân bằng cổ định thì sẽ không lảm giảm được 1SI và nhiễu Do đó, chúng ta cân đến bộ cần bằng thích nghị, nó cá chức năng tự hiệu

diễn tả mối liên hệ giữa lỗi vào và lối ra của bộ cân bằng, Giả sử các dãy lỏi vào có năng,

lượng hữu bạn Thích nghỉ có thể đạt được khi quan sát lỗi (sai khác) giữa dang xung

mong mudn va đạng xung thục tế tại lỗi ra bộ lọc đo tại thời điểm lây mẫu Lỗi nảy sẽ

ước lượng hướng má theo đó các hệ số bộ lọc phải thay đổi theo hướng tới tập giá trị tối

ưu Đề thích nghĩ ta đùng tiêu chuẩn méo đỉnh Đề tối thiểu méo dinh, có thẻ tiểu chuẩn

ép về không hơặc tiêu chuẩn lỗi bình phương trung bình, trong dỏ tiêu chuẩn lỗi bình

phương trưng bình có thế sửa được TãT lớn hơn tiêu chuân ép vẻ không Nó cũng ít nhạy

với xáo động thời gian hơn tiêu chuẩn méo đỉnh

Giả sử lỗi e,=2,-yạ với a„ là đáp ứng mong muốn và y„ là đáp ứng thực hiện tại thời điểm n 1.41 binh phương trung bình được gọi là làm đánh giá

Nhờ hàm này, ta có thể tìm dược điêu kiện hoạt động tốt nhất của bộ cân bằng

Đạo hàm của hàm đánh giá theo trong 36 wy có the viết

được hiểu như nguyên lý trực giao: tín hiệu trực giao với nhiễu Gauss

Tiảm bình phương trung bình lỗi là hàm bậc hai của các tham số trọng số, tức là hàm

ự điền chỉnh liên Hiếp các hệ số để tìm

garabolic của các trọng số Quả trình thích nghỉ

điểm cục tiển của hàm parabohe Tại điểm duy nhất này lỗi bình phương trưng bình sẽ là tối thiểu Do vậy, hiệu chỉnh các trọng số sẽ theo hướng hạ thấp đỏ dốc của bể ruặt lỗi

(tức là theo hướng đổi diện với vectơ gradient 22, W<k <A), Didu nay 98 dẫn đến lỗi

aw, bình phương trưng bình tôi thiểu Đây là ý tưởng cơ bân của thuật toản piãm độ đốc, mô

tả bằng công thức đệ quy:

Thuật toán giảm độ đốc yêu cầu biết về hàm tương quan chéo Tuy nhiên điêu này không

có sẵn trong môi trường không biết trước Ta có thể vượt qua khó khăm này bằng muội ước lượng dông thời hảm tương, quan chéo X,,(4/ Cụ thể trên cơ sở phương trình ta có thể

dùng ước lượng sau:

LMS là khó phân tích Tuy nhiên bằng cách cho ¿ những giá trị nhỏ ta thây sau một số

lớn bước lặp tính chất của thuật toán LMS là tương tự với thuật toán giảm độ đốc, trong

đó dùng đạo hàm chứ không phải ước lượng nhiễu để tính các trọng số

Có thể đơn giân công thức LMS bằng các ký hiệu ma trận

Droarses Sues he Seas earl G.13)

Có thể tóm tat thudt todn LMS nhi san:

1 Khởi phát đặt vò =0 { tức la dat tat cd cde trong sé ctia b6 can bang bang khéng igi

n Thayt 1)

3 Đái với n=1,2 Tinh y, =x? w,

enn Va

Wy(n+D— 30+ ne,x,,, ue tham số kích cỡ bước

3 Tiếp tụơ tính cho đến khi điều kiện ôn định đạt được

2.2.2 Phép toản của bộ cân bằng

Có bai pha tính toán cho bộ cân bằng thích nghị, đỏ là pha huấn luyện và pha quyết định trực tiếp Trong pha huan luyện: một dãy biết trước được truyền qua kênh và một

phiên bản đẳng bộ giổng như vậy được tạo ra ở bệ thu Sau khi lam trễ bằng thời gian trễ

truyền đây phiên bản được cấp lên bộ cân bằng như đáp ting mong madn (tham chiếu) để

sơ sánh với chính dãy dó sau khi truyền qua kénh và di qua bộ cân bang Day huấn luyện

dùng trên thực tế là đây giả ngẫu nhiên EN (Pseuđorandom Noise)

Khi quá trình huận luyện kết thúc, bộ câu bằng chuyển sang pha the hai: pha quyét dink trực tiếp Irong pha nảy sai số mắc phải là

Trong đó y„ là lỗi ra của bộ cân bằng, ä, là ước lượng sau củng (không cân thiết chỉnh

xác như của kỷ hiệu z) Trong phép toàn thông thường, quyết định tại bộ thu là chính xác

với xác suất cao Điều này có nghĩa ước lượng lỗi chỉnh xác trong, hậu hết thời gian

Bộ cân bằng thích nghĩ bám vào sự thay đổi chậm của kênh trong pha quyết định trực tiếp Khi g lớn, bộ cân bằng có khả năng bám nhanh hơn tuy nhiên có thể gây nên lỗi bình phương trung bình quả mức không chấp nhận được, vì vậy thực tế phải lựa chọn ¿ thích

hợp

2.2.3 Phương pháp thực hiện của hộ cân bằng

Ưu điểm của thuật toán T.MS là để thực liện Phương pháp thực biện LMS có thể

chia thành ba loạt

5 — Phương phâp tương tự: dựa trên công nghệ CƠD (linh kiện tạo cặp điện tích)

Mạch cơ ban la mét day transitor với cực mảng vả nguồn nỗi tiếp, Các cực máng dược ghép theo kiểu điện dụng với công Tập các trọng số có thể điều chính, được lưu trong các

vị trí nhớ số Phép nhân của các giá trị mẫu tương tự với các trọng số, thực hiện theo cách tương tự Phương pháp này có ứng đụng cao khi tốc độ đữ liệu lớn phục vụ cho các ứng

Hình 2.5: Minh hợa bai pha hoạt động của bộ cân bằng thích nghỉ

+ — Ứng dụng số trong phần cứng: LÃI vào bộ cân bằng, trước hết được lây mẫu sau

đó được lượng tử và lưu trong các thanh ghỉ địch Tập các trọng số hiệu chỉnh cũng được

lưu trơng các thanh ghỉ Các mạch logic dùng đề thực hiện các phép toán số học (nhân và

tích lũy)

© Dùng bộ vi xử lý lập trình được: tma điểm của phương pháp này là có thể đừng,

chung một phân cứng cho các nhiệm vụ nhân, lọc, điêu chế, và giải điều chế trong

medem

2.2.4 Cân bằng phản hỏi quyết định

Với lỗi vào kênh là đấy x„ của một kênh băng cơ sở có đán mg xung biểu điển bằng

đấy hạ với hạ =h7) Khi không có nhiều, lại lối ra là

myDates an Dh y0.)

Số hạng đầu biểu điễn ký hiệu đữ liệu meng muốn Số hạng thứ hai và thứ ba xây ra

trước và sau tấu cơ bận hạ Ý lưỡng của cân bằng phân hôi quyết dịnh là dùng quyết định

dử liệu trước con trỏ dễ hiệu chỉnh sau con trỏ Nếu điều kiện nay thỏa mân, bộ cân bằng, phan hdi có thể cải thiện hiệu suất của bộ cân băng đường trễ

Nếu một bộ cản bằng phản hồi quyết định gồm mốt phản hướng thuận (tiến), một phần hướng ngược (lùi) và một bộ quyết định Phân hướng thuận gồm bộ lọc trễ đường,

các mút của nó cách nhau một khoảng bằng nghịch đáo tốc độ truyền tin hiệu Dây dit ligu

cồn gân bằng gấp lên phần nảy Phần hướng ngược gốm một bộ lọc trễ đường khác, các

tỉn hiệu lỗi chung