Luận văn xây dựng bộ giải Điều chế cho tín hiệu Điều chế pha

Trong các hệ thống thông Em hiện may, điều chế pha sóng mang là một đạng, tốc độ cao như hệ thông thông tin viba, vệ tỉnh vì có các ưu điểm là khả năng chống điêu chế dược dùng khả phổ b

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TU VIẾT TẮT se SneEErrreecree

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Chuong 1 TONG QUAN TRUYEN THONG sO

1.2 Cac kénh théng tin

1.21 Kênh nhiều Gauss hẳng,

1.2.2 Kênh băng thông hạn chế

1.2.3 Kênh fading -

1.3.4 Vai trỏ của điều chế tín hiệu

ông lính AWGN

1.3 Các loại điều chế sé

Chương 2 KỸ THUẬT ĐIỀU CHE VẢ GIẢI ÀI ĐIỀU chê PHA

2.1 Kỹ thuật điều chế pha PSK

2.2 Kỹ thuật giải điều chế pha P8K

2.2.1 Giai diéu ché BPSK

2.3.2 Giải diéu ché QEPSE

Chương 3 CẢI ĐẮT BỘ GIẢI ĐIÊU CHẾ TRÊN PHÁN MEMUNGT DUNG

3.1 Cài đặt bộ giải diéu ché pha QPSK -

3.1.1 Ngôn ngữ lập trình và công nghệ ứng dụng,

3.1.3 Sơ đỗ khái chức năng,

3.2 Cải đặt các bảm chức năng chính ccccecec

3.2.1 Ham khai phuc timing (Timing Recovery)

3.3.2 Hàm thực hiện cân bing (Equalizers)

3.2.3, Ham khôi phục sóng mang (Canrier Recoverv )

3.2.4, Ham thuc hién anh xa symbol sang bil (Mapping)

3.3 Thi nghiém, danh gi4 ces sscsseessesstensiessineeieet cesses

3.3.1 Tin hiệu không có tác dine | bởi mé hinh kénh

3.3.2 Tín hiệu bị lệch tân số trung tâm

3.3.3 'Tín hiệu bị tác động của nhiề:

TL.OT CAM DOAN

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn va bay Lô lòng biết ơn sâu sẵe lới thấy

giáo PGS.TS Dặng Văn Chuyết, Hộ môn truyền thang va mang may tính, Viện Công, xghệ thông In và truyền thông, Trường Đại học Bach Khoa Hà Nội, người đã lận tỉnh giúp dỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thiện luận văn

'Tổi cũng xin chân thánh cám ơn các thây cô giáo trong Viện Công nghệ Thông tín và Truyền thông nót riêng và Đại học Bách Khoe Hà Nội nói chung đã chỉ

dạy, cung cấp những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quả trình học tập vả nghiên

cứu tại trường

Cuối cùng tôi xin gửi lời cắm on sau sắc tới gia đình, bạn bè và ding nghiệp, những người luồn cổ vũ, quan tâm, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và lắm

DANH MUC CAC TU VIET TAT

Viết tắt Thuật ngữ tiếng anh “Thuật ngữ tiếng việt

ADC Analog to Digital Converter Bé bién déi tuong ty sé

AGC Automatic Gain Control Tự động điều chính mức khếch đại ASK ‘Amplitude Shift Keying, Khóa dịch biên

AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễn Gauss tring cộng tính

BFSK Binary Frequency Stil Keying Khoa dich tan nhi phan

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa địch pha nhị phân

DAC Digital to Analog Converter Hộ biến đổi số tương tự

ViR-filter | Vinite Impulse Response Filter Hộ lọc đếpứỨng xung hữu hạn

Keyng

ISI InterSymbol Interference Xuyên nhiều giữa các dâu

Modulation

MPSK Mary Phase Shift Keying Khóa dịch pha M mức

Orthogonal frequency-division Ghép kênh phân chia theo tân số

OOK Binary On-Off Keying Khoa dang mé oii phan

PDF Probability density furiclion —— Hàm một độ xác suất

PSD Power spectral density Mật độ phố công suất

DANH MUC CAC HINH VE

Hinh 1.1 Se dé khai của một hệ truyằn thông số tiêu biểu

Hình 1,2, Mô hình hệ thẳng truyền thông sé cho điều chế và giải diễu chế

Hình 2.1 Các biếu đồ sao của Hn hiệu PSK

Hình 2.2 Dạng chòm sao tím higu BPSK

Hinh 2.3, Dang song tin higu BPSK

Hinh 2.4 BS diéu ché BPSK (a), va b6 gidi điều chế BPSK (b)

Hình 2.5 Xác suất lỗi bit cita BPSK

Hình 2.6 Chom sao tin hiệu QPSK cho

Hình 2,8 Bộ diễu chế (a) và giải điều chế QPSK (b)

Hình 2.9 Vòng lặp Costas khôi phục sóng mang HSK

Hình 2.10 Vang lap Costas khéi phuc sing mang QPSK

Hình 2.11, Hai loại tẵng bợp svmbol vòng hở

THình 2.12 Tổng hợp xung đông hỗ bằng công sôi THUỘN

Hình 2.13 Mô tả việc định thời bằng cổng sớm muộn -

Hình 3.1 Sơ dồ khối chức năng thực hiện diễu chế và giải diều chế

Tình 3.2 Sa đồ quá trình giải điều chá

Hình 3.6 Sơ đồ khối chức năng đánh giá hiệu năng bộ giải điều chế

“Hình 3.7 Phổ và chòm sao của tín hiệ

TRình 3.8 Phé va chém sao ln hiệu sau [DHINR T€COYTY

Hình 3.0 Phố và chòm sao tin higu sem equaliser

Hình 3.10 Chàm sao tím hiệu sau Cosfas loop

TRnh 3.11 So sánh đã liệu bữt sau khôi phục và ban đầu

Tình 3.12 Phố và chòm sao tin hiéu cé offset tan sb

Hình 3.13, Phê và chòm sao tín hiệu cd offset tan 36 sau timing recovery 1lình 3.14 Phố và chòm sao tin hidu cé offset tin sd sau equalizer

Hình 3.15 Chồm sao tín hiệu 6 offset tain sb sau Costas kop

Hinh 3,16, So sánh đữ liệu san khôi phục khi có cjfYet tần số

Tinh 3.17, Phd va chom sao tín hiệu có nhiu

Hình 3.18 Phả và chòm sao tín hiệu có nhiỄu sau timing recovery

Hình 3.19 Phố và chòm sao tin hiệu có nhiỄu sau equalizer oo

Tlinh 3.20 Cham sao tin hiệu có nhiễu sau khi Costas loop

Hình 3.21 Ño sinh dit ligu bit gdc và sau khôi phục

MOD:

- Ly do chon dé ti

Ngày nay, với sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ kéo theo sự phát

triển mở rộng của nhiều lĩnh vực, trong đó phải kế đến lĩnh vực thông tin liên lạc

Kỹ thuật điểu chế - giải điển chế số tin hiệu đồng vai trò quan trong Irong các hệ thông thông tin

Có rất nhiêu kiểu điển chế khác nhan, m:

ếu điều chế có những đặc điểm

kỹ thuật riêng về hiệu quả sd dụng phổ, dặc tính chống nhiễu, sự tiện lợi cho việc giải điều chế, tính báo mật, việc đi vào phân tích kỹ thuật, các bước xử lý, đặc điểm từng kỹ thuật, từ đỏ xây đựng ứng dụng điều chế - giải điều chế giúp chúng ta làm chủ dược kỹ thuật xây dung phân thu và phan phát của một hệ thống thông tin, đồng thời tạo cơ sở nghiên cứu các kỹ thuật phức tạp hơn là một yêu cầu cần thiết

Trong các hệ thống thông Em hiện may, điều chế pha sóng mang là một đạng,

tốc độ cao như hệ thông thông tin viba, vệ tỉnh vì có các ưu điểm là khả năng chống điêu chế dược dùng khả phổ biển, dặc biệt là trong các hệ

nhiễu tốt, hiệu quả sử đụng băng tân cao, tốc độ điều chế có thế nâng cao

'Tử những lý do trên, tôi chọn đề tải nghiên cửu “Xây dựng bộ giải điều chế

cho tín hiệu điển chê pha” nhằm mô phỏng từng bước trong qui trình khải phục tín

tiiệu làm rõ nên tăng †ý thuyết, Lao cơ sở phái triển thành sản phẩm ứng dụng,

-_ Mục tiêu nghiên cứu

Cai dit phẩn mềm giải diều chế một dang tin hiéu diéu chế pha trên phan xuểm ứng dụng, đánh giá được kết quả khôi phục tín hiệu, mô phỏng được từng

‘bude thie hiện thông qua phố biên độ và phố chèm sao trong qui trình khôi phục

Déi tong va phạm vỉ nghiên cứu

+ Hệ thống thông In số, tnö hình kênh trayểrt

~+ Kỹ thuật diều chế và khôi phục tín hiệu

! Ngôn ngữ lập trình C 1 I khai thác thư viện ứng dựng

+ Thứ nghiệm khôi phục tín hiệu lừ Ble dữ liệu của tín hiệu điều chế ở bằng

Trong khuén kho dễ tải, tôi da tim hiểu cơ bản vẻ kỹ thuật giải diều chế pha, đưa ra một qui trình các bước xử lý, khai thác công nghệ và thư viện ứng dụng, cải đặt phần mềm ứng dụng thực hiện từng bước quá trình khôi phục tín hiệu, có thử

tín hiện, tạo cơ sở cho nghiên cửu các kỹ thuật điều ghế phức tp hơn

+ Ÿ ng]ĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài tạo phần mắm giải điều chế tín hiệu, nhằm bổ

sung thêm giải pháp kỹ thuật khôi phục tín hiệu, ứng dụng công nghệ, là cơ số đế

tiếp tục nghiên cứu phát triển các kỹ thuật tiếp theo, sán phẩm tạo ra góp phần lam 1õ nên tảng lý thuyết, tiếp tụo phát triển để cá thẻ tp dung thực tế

Phương pháp nghiên cứu

1 Nghiên cứu ty thuyết;

Chương này mô tá mục đích, vai trò của điều chế thì hiệu trong hệ thối

thông tin số, các phương pháp điều chế tín hiệu cơ bản Tiên cạnh đó ciing mô tả

ngắn gọn vẻ kênh thông tin, yếu tổ ảnh hưởng khả năng khỏi phục tín hiểu và các dạng điều chế số cơ bán,

Chương 2: Kỹ thuật điều chế và giải điều chế dịch phø

Chương này trình bày về kỹ thuật diễu chế, giải diều chế tin hiệu pha từ luông tín hiệu băng gốc Di sâu phân tích kỹ thuật giải điều chế pha các dạng cơ bản Thư BPSK, QPSK và kỹ thuật thực hiện các khối chức năng trong bộ giải diễu chế

Chương 3: Cài đặt bộ giải điều chế QPSK trên phản mềm ứng đụng

Chương này thực hiện cải đặt bộ giải điều chế pha trên phần mềm ng dụng,

cụ thể là đạng tin liệu QPSK Đua ra một qui trinh các hàm xử lý chính, nêu chức xăng, nguyên lý thực hiện của tửng hàm Giới thiệu cổng nghệ vả thư viện ủng

dụng, cài đặt phan mềm thực hiện mô phóng từmg bước quá trình khôi phục tín hiệu

cho ra kết qua dong bil, có thứ nghiệm đánh giá

Chuong 1 TONG QUAN TRUYEN THONG SO

1.1 Cáo hệ thống thông tin số

Người dùng i mã |_ Í Giimã ` Í Giãiđều

Ban tin được truyền di có thẻ từ một nguồn tương tự (ví dụ: giọng nói) hoặc

từ một nguồn số (ví đụ: đữ liệu tỉnh toán),

Bộ biển đổi ADC lẫy mẫu và lượng bứ hóa tin hiệu tương tự và biểu diễn:

các mẫu đó ở đạng số (bịt 0 hoặc 1),

Bộ mã hóa nguồn nhận tín hiệu số và mã hóa chúng vào một tín hiệu số ngắn hơn Việc này gọi là mã hóa nguồn, mục đích giảm dư thừa để giảm phổ chiếm của tín hiệu

- Bê mã hóa kênh nhận tín hiệu số đầu ra của bộ mã hóa ngudn va ma hoa chúng thành một tín hiệu số dài hơn bằng cách thêm phần dư dễ có thể sửa sai ở phần thu khi bị nhiễu và các tác động xấu khác của đường truyền dẫn

-lLiâu hết truyền dẫn trong đái thông tần số cao, do đỏ bộ điều chế dâu các symbol sẻ đã mã hóa trong một sóng mang Đôi khi truyền dẫn trên băng cơ sở, thi

bé diéu chế là bộ diễu chế băng cơ sở, cũng được gọi là bộ dink đang, mục dich định dạng các symbol số đã mã hóa vào một dạng sóng phủ hợp để truyền đi

ộ khuếch đại công suất ngay sau bộ điều chế Với truyền dẫn tân số cao,

việc điêu chế và giải điều chẻ thường được thực hiện ở trung tần Nếu trong trường

điều chế

ä bộ

hợp này, thì một bộ biến đổi tần số lên được chèn vào giữa bộ

khuếch đại công suất, đổi khi cũng cần đến các bộ biển đổi tin sé song mang nếu trung tan qua thấp so với tần số sóng mang Với cáo hê thông không day, thi anten

la tang cuối cùng của hệ thống truyền dẫn

-Mõi trường truyền đẫn thường gọi là kênh truyền, trên đó nhiễu sẽ được

cộng thêm vào tin hiệu và các hiệu ứng fading, suy giảm xây ra sẽ nhânváo với tin hiệu Thuật ngừ nhiễn ở đây được hiểu rộng ra là bao gồm tật cả các loại tạp âm

điện ngẫu nhiên từ bên ngoài hoặc chính trong hệ thống Kênh truyền cũng có bang thông hạn chẻ, nên né có thể xem như là một bộ lọc

Tại nơi thu, sẽ xây ra quá trình xử lý tín hiệu ngược lại Trước hết, tin hiệu

thu sé được khuếch đại (và được lạ tấn nêu cần) và giải điều chế Sau đó độ dự thừa

sẽ dược loại bó nhờ bộ giải mã kênh và giải mã nguồn khỏi phuc tin higu thanh tin hiệu gốc trước khi gửi đến người dùng Với các tín hiệu tương tự sế cân thêm bộ biển đỗi A/D

Sơ đồ khối như trên hình 1.1 chí là cấu hình hệ thống tiêu biểu Hệ thống, thục có thê phức tạp hơn, đối với một hệ thống đá người đùng, phải thêm một tầng đồn kênh trước bộ phát, các tầng khác như trải phỏ và mã mật cũng có thẻ dược thêm váo liệ thông thực cũng có thẻ đơn gián hơn nhiễu, bộ mã hỏa nguồn và mã

hóa kênh có thể không cân trong một hệ thống truyền thông đơn giản Trong thực

tế, chỉ có bộ diễu chẻ, kênh truyền, bộ giải diều chế và các bộ khuếch dại là cốt yêu thất trong mọi hệ thông truyền thông (thêm anten cho các hệ thống không đây),

dải điều chế và phân tích hiệu suất của các kỹ thuật mày, ta thưởng dùng mô hình hệ thống đơn gián được đưa ra

trên hình 1.2 Cáo kỹ thuật modem phát triển đã kết hợp điều chế và mã hóa kênh

Với mục đích mô tả các kỹ thuật điêu chế,

với nhau Trong những trường hợp nảy, bộ mã hỏa kênh trở thành một phần của bộ điều chế và bộ giải mã kênh trở thành một phân của bộ giải điều chẻ

Hình 1.2 Mô hình hệ thống truyền thông số cho điều chế và giải điều chế

Tin hiệu thu được tại đầu vảo của bộ giải điều chế được biêu diễn như sau:

Trong d6, * la tich chap Trong hinh 1.2 kẻnh truyền được mô tả bằng ba

thành phân

~ Thành phân thứ nhất là bộ lọc kênh Do thực tế tín hiệu s(/) từ bộ điều chế

phải đưa qua bộ phát, kênh truyền (môi trường truyền dẫn) vả bộ thu trước khi tới được bộ giải điểu chế, do đỏ bộ lọc kênh lả một bộ lọc hỗn hợp có hàm truyền lả:

H(7)=Hr(7)1e(7)Ha(7) a2)

Trong 46, Hr(), He() va He(f) tuong ứng là các hảm truyền của bộ phát,

kênh truyền vả bộ thu Đáp ứng xung của bộ lọc kênh là

~ Thảnh phản thứ ba là nhiều công tỉnh vả nhiều giao thoa n/t) [7]

1.2 Các kênh thông tin

Đặc tính kênh thông tin đóng một vai trỏ quan trọng trong nghiên cứu, lựa

chọn vả thiết kẻ các kỹ thuật điều chế Các kỹ thuật điều chẻ được nghiên cứu cho các kẻnh khác nhau để biết hiệu suất của chủng trong các kênh nay Các kỹ thuật

12

điều chế được thiết kế theo đặc tính kênh đề tôi ưu hiệu suất của chúng Sau đây là một số mô hình kênh quan trọng trong truyền thông

1.21 Kênh nhiéu Gauss tring cong tinh AVGN

Kênh AWGN là một mô hình phổ biển đề phân tích các trình tự điều chẻ Trong mô hình nảy, kênh không lảm việc gì ngoài công thêm một nhiễu Gauss trắng vào tin hiệu đi qua nó Điều này nhân mạnh rằng đáp ứng tân số biên độ của kênh là phẳng (dù với băng thông giới hạn hay ko giới hạn) và đáp ứng tân só pha của kênh

là tuyển tính cho mọi tần số sao cho các tín hiệu đã điều chẻ khi đi qua nó mà không mắt biên độ vả méo pha của các thảnh phân tân só Fading không tồn tai, méo duy

nhất được tạo ra bởi AWGN Tin hiệu nhận được khi truyền đi trong (1.1) được đơn

giản hỏa còn:

Với s(#)la tin hiéu, n() là nhiều AWGN Tỉnh “trắng” của n() nhân mạnh ring cỏ một quả trình ngẫu nhiên tĩnh với mat đồ phổ công suất phẳng (PSD) cho tất cả các tân số Mật độ phỏ công suất của nó bằng:

Trong d6 8(t) la ham delta Dirac Điều này chỉ ra các mâu nhiễu là không tự

tương quan cho đủ hiệu thời gian nhỏ tới đâu chăng nữa Các mâu cũng độc lập do

quả trình là qua trinh Gauss Tại mỗi điểm thời gian, biên độ của n(/ tuân theo hàm

mật độ xác suất Gauss cho bởi

Trong do, 1 biêu diễn các giá trị của quả trình ngâu nhién n(t) va 0? là độ lệch của quá trình ngầu nhiên Có một điểm thủ vị cân lưu ý là ø?= œ với quá trinh AWGN dođ? là công suất của nhiều, là bat định do tính “rằng” của nó

Tuy nhiên, khi r() được lây tương quan với ham truc giao (0, thì nhiều trong đầu ra có độ lệch hữu hạn Trên thực tế

ũ12

Nói một cách khác, kênh AWGN không tên tại đo không có kênh trưyền nào

có thể có băng thông là võ định Tuy nhiên, khi băng thông tín hiệu là nhỏ hơn so với băng thông kênh, một số kênh thực tế có thể xắp xi với kênh AWGN Chẳng,

ác kết nội về tĩmh cô

han, che kênh vô luyện truyền thẳng T.OS (line oŸ gigh) như

định là xấp xỉ với các kênh AWGN khi thời tiết tốt Các cáp dông trục bang rộng, cing xdp xi kénh AWGN khi không tổn tại nhiễu nảo khác ngoài nhiễu Gauss

Trong các phần sau, tất cã các kỹ thuật điểu chế đều được nghiên cứu trong kênh

AWGN, Co hai li do cho việc này:

Thủ nhất, một số kẽnh vốn xấp xỉ kênh AWGN, các kết quả có thể được sử đụng Inte tiếp

‘Thor hai, nhiều Gauss cộng tinh hiôn hiện điện cho đủ có hay không những,

nhân tổ làm suy yếu khác của kênh như băng thông hạn chế, fađing, đa đường va

các nhiễu khác Như vậy kênh AWGN là kênh tết nhất mà một hệ thống có thể có Khi có các nhân tổ suy giảm khác của kênh, hiệu suất hệ thông sẽ giám 1liéu suất

trang kênh AWGN có thể sử dụng như là một chuẩn để đánh giá su suy giảm cũng

thư hiệu quả của các kĩ thuật chẳng suy giảm [7]

1.32 Kênh băng thông hạn chế

Khi băng thông kẽnh nhỏ hơn băng thông tín hiệu, kênh gọi là có băng thông, tưm chế Sự giới hạn băng thông gây nên nhiễu TSĨ — xuyên nhiều giữa các symhol

Ching han, các xung số sẽ mở rộng thời gian truyền (chu kỳ kí hiệu 7) va gay

nhiều lên symbol bên cạnh, hay thậm chí là cả symbo† liếp theo nữa TST làm tăng

xác suất lỗi bit (P;) hay tỉ lệ lỗi bít (BER), Việc tăng băng thông kệnh truyền là diễu không thể hoặc không hiệu quá kinh tổ, các kĩ thuật cân bằng kênh được sử dụng để

chang lai IST [7|

1.2.3 Kénh fading

Fading là một hiện tượng xảy ra khi biên độ và pha của tín hiệu vỏ tuyển biển đối nhanh trong một khoảng thời gian ngắn hay khoảng lan truyền ngắn

Tading dược tạo nên bởi giao thoa giữa lai hay nhiều phiên bản của tin hiệu phát

khi chứng tới may thu ở những thời điểm khác nhau một chức Các sóng nảy gọi lả các sóng đa đường, kết hợp với nhau tại anten tạo một tín hiệu Lông nnà có thể biển dỗi rất rộng về cả biên dộ và pha Nếu các thời gian trễ của các tin hiệu da dường,

dai bon chu ki symbol, cdc tín hiệu đa đường đó phải được xem như tín hiệu khác Trong trường hợp nảy, la có cáo tín hiệu da dường độc lập

'Trong các kênh thông tin di động, như kênh di động mặt đất và kẽnh di động,

vệ tình, nhiều fađing và đa đường gây ra bởi những phân xạ sóng điện từ do các

công trình và địa bình bao quanh Ngoài ra, sự dì chuyển Lương đối giữa máy phát

va may thu cho kết quá là điểu chế tân số ngẫu nhiên trong tín hiệu do dich tin

Doppler khac nhau trên mỗi thành phân đa đường Sự đi chuyến của các đối hrợng

bao quanh rỉhư xe, lầu, cững tạo nên một mức địch tân Doppler trên thành phan

đa đường, Tuy nhiên, nêu các đối tượng bao quanh di chuyển ở tốc độ nhỏ hơn tốc

độ của thiết bị di động, thì hiệu ứng của chúng cả thế được bô qua

TFading tạo niên các biển đổi nhanh về biên độ và những độ lệch pha trơng các tín hiệu nhận Đa đường tạo nên nhiễu liên ki hiệu, dịch tần Doppler tạo nên sự trôi tân số sóng mang và trải băng thông tín hiệu Tắt cả điều đỏ đẫn Lới sự suy hao hiệu suất của diều chế [7|

1.34 Vai trò của diều chế tin hiệu

Điền chế tín kiện:

Lẻ quả trình biển đổi một hay nhiều thông số của một tin hiệu tuần hoàn theo

sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin can truyén đi xa Tín hiệu tuần hoàn này

tương thích với các đặc tính của môi trường mà nỏ được truyền và gọi là sóng

aang, tin hiéu mang thông tin gọi là thà hiệu được điều chế, Ở phân thu bộ giải điều

chế sẽ đựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín hiện mang

thông tin ban đầu Các thông số của sóng mang được dàng trong quá trình điều chế

có thể lá biên độ, pha, tân số

Vi đụ: tín hiệu tiếng nói oé tần số thấp, không thế truyền đi xa được Người

ta dừng tột tín hiệu hình sm cô tần số cao (để có thể truyền đi xe được) làn sông.

mang, Biến déi bién dé cia tin sé sin dé thee tin hiệu tiếng nói Ở phân thu người

ta dựa vào sự thay đổi biên độ của tín hiệu thu được để tải tạo lại tin hiệu tiếng nói ban đầu

Vai trò câu điều chế:

- Thuận lợi trong thiết kế anlen: Hiệu quả bức xạ của năng lượng điện tr phụ

thuộc kích thước của anten phát xạ Dễ bức xạ hiệu quả, anten nên có kích thước ít nhật bằng 1/10 bước sóng của tín hiệu bức xạ Trường hợp đổi với các tín hiệu ở

ding tan cơ sổ, bước sóng của chúng quả lớn để thiết kế chiều đải của antert

Vi dụ, với tin hiệu tiếng nói tin số tập trung trong khoảng từ 100 đến 3000Hz, tương ứng bude sóng là 100 đến 3000km, dé bite xa tín hiệu mày cân anten kích thước ít nhất là 10km, dây là yêu cầu không thực tế Thay vào đó, chúng ta điều chế một sóng mang tân số cao, thực hiện dịch phổ tin hiệu tới khu vực các tân

số sóng mang tương ứng có bước sông nhỏ hơn nhiều

-Đẳng thời truyền nhiều tin hiệu: Giả sử nêu truyền trực tiềp vài tín hiệu

auổio bắng lần cơ sở, việc nảy sẽ gây ra giao thoa giữa các Lin hiệu truyền như chồng phỏ, nghĩa là chỉ cỏ thẻ một trạm vô tuyến dược truyền tại mỗi thời điểm, Để giải quyết vận để này, các tín hiệu audio được điều chế ở các tân số sóng mang khác Than, như vậy mỗi tin hiểu dược tuyển trên mỗi tần số riêng,

-Phù hợp đặc tính mỗi trưởng trên: Cho phép chuyển các tin hiệu điều chế tới những phân phê tần số, nơi có những đặc điểm môi trường trưyền như suy giám,

giao thoa và mức nhiều ít tác động nhất

Giải điều chế tín kiệm: là quá trình ngược lại với quá trình điều chế Trong, quá trình thu, một trong các tham số: biển độ, tần số, pha của tin hiểu sóng mang,

được biển đối theo tín hiện điều chế vả tùy theo phương thức điên chế mà ta có

được các phương thức giải điều chế thích hợp để khôi phục lại các thông tín cần thiết ban dầu,

1.3 Các loại điều chế số

Điều củi

là quá tình đều một symbol số vào một tứn hiệu thích hợp cho

việc truyền đi, gọi là sóng mang Những thay đổi trong sỏng mang này được chon

tit mot sé hữu hãn các symbel thay thế, dây là kỹ thuật điều chế số cơ bản nhất Ở điều chế CW, nhỏm khóa ON Of (3t tấU của các tín hiệu chiêu đài thay đôi được

sử dung để điều chế tín hiệu Với điểu chế PSK, một số hữu han pha sóng mang được sử dụng, đẻ diễu chế tín hiệu Trong diều chế FSK, một số hữu hạn tần số sóng, mang được sử đụng để điều chế tín hiệu Còn trong ASK, một số hữu hạn biên độ sóng mang được sử dựng để diễu chế tín hiệu

Ở điều chế QAM, tín hiệu củng pha (tin hiệu J, đại diện cho đạng song cosine), tin

hiệu vuông pha (tín hiệu Q, đại điện cho dạng sóng sin) cỏ một số hữu hạn giá trị

tiên độ Có thể xem QAM là kết quả của 2 đang điều chế PSK và ASK với pha ít nhất là 2 và biên độ nhỏ nhất lá 2

Mỗi pha, tan số, biên độ trên được gán cho một nhóm bít nhị phân đuy nhất

tín hiệu vuông pha Q trên trục y

PSK và ASK, có thể được tạo ra và tách sóng bằng cách sử dụng nguyên lý của

QAM Tín hiệu 1 và Q có thể được kết hợp thánh tín hiệu có giá trị phức, gọi là tín

hiệu băng thấp tương dương hoặc tin hiệu bãng gỗc tương dương

Một số kỹ thuật điều chế số phố biến

- Điền ché dich pha (PSK)

dich tấn (FSK)

- Diéu ché dich biên (ASK)

- Điều chế biên độ cầu phuong QAM mat két hop cia PSK va ASK

- Điều chế pha lién tuc (CPM)

- Điều chế dịch cực tiểu (MSK)

- Điều cÏ

- Dich ove tigu dang Gauss (GMSK)

- Điều chế đa kênh phân chúa theo tần số trực giao (OIDM})

~ Điều chd mai Trellis (TCM)

Điều chế pha sóng mang là một dạng digu ché được dùng kha pho bién trong, các hệ thống thông tin hiện nay, đặc biệt là trong các hệ thông thông tỉn liên lạc tốc

độ cao như hệ thống thông tim viba, vệ tĩnh vì có các ưu điểm là khả năng chống nhiều tốt, hiệu quả sử dụng, băng tân cao, tốc độ điều chế có thể nâng cao Đề tải tập

trung nghiên cứu kỹ thuật xử lý số giải điều chế tín hiện QPSK để có thế xây đụng,

các bộ giải điều chế số trong các hệ thông thông tin hiện đại ngày nay [7]

KẾt luận chương 1: Dã đưa ra một cải nhìn tổng quan về một hệ thống

Thông tín số điển hình Qua đó thây được vai trõ của điều chế và giải điển chế tín

hiệu trong hệ thống thông tin số Bên cạnh đó cũng mô tả ngắn gọn về gác kênh thông tin, một yếu tổ rất quan trọng trong hệ thông thông tin ảnh hưởng đến chất lượng truyền tin mà tại nơi thu bộ giải điền chế phải thực hiện các giải pháp kỹ

Chuơng 2 KỸ THUẬT BIEU CHE VA GTAT DIED CHE PHA

2.1 Kỹ thuật điều ché pha PSK

Điều chế pha PSK sử dụng một số pha để gán cho một nhóm bịt nhị phân

Mỗi nhóm bít nay tạo thành một symbol tương ứng với một pha cụ thẻ của sóng,

xuang Bộ giải điêu chế tuục lniện thu tín hiệu, xác định phá và ảnh xạ trổ lại thành

các symbol sau đó khỏi phục lại tím hiệu ban đâu Việc này yêu cầu máy thu so sánh

pha của tín hiệu thu với tín hiệu tham chiếu, hệ thống kiểu như vậy gọi là kết hợp

Ngoài ra, thay vì sử dụng các nhóm bít để xác định phá của tín hiệu, bộ giải

điều chế xác định các thay đổi khác nhau giữa các pha liên tục, được gọi là khóa địch pha vi sai (DPSK) DPSK cé thể thực thi don giản hóa khi không cần phải có tin hiệu tham chiếu dễ

ác định chính xác pha của tín hiệu thu, sơ đỗ đạng nảy gọi

là không kết hợp Đôi lại, nó tạo ra giải điều chế sai sốt nhiều hơn

Trong PSK, cac điểm chòm sao được chợn Hường là các vị trí có khoảng

cách púc đếu trong một vòng tròn Điều này tạo ra khoảng cách pha tối da giữa các

điểm, giúp khả năng chống sai tốt nhất Các điểm này nằm trong một vòng tròn dé

có thể truyền với cùng năng lượng Theo cách này, biểu diễn các số phức lá giống

nhau và thông qua các sông cosine, sine

Tiều diễn giải tích:

Trong điều chế pha sóng mang, thông tin truyền qua mệt kênh thông tin được đóng trên pha của sóng mang Do dái biến đổi của pha sóng mang là 0<Ð<2n, các

pha của sóng mang được sử đụng đề truyện thông tin sd thông qua điển chế pha số

6, = 2nm/M, m ~0, 1, 2, , M-I Với điều chế pha nhị phân (M—2), hai gúc pha sóng mang la Og = 0 và 0; = m Dỗi với điều chê pha số M mức, M = 2, trong đó

*k là số bịt thông tin trên một symbol được truyền đi

¡ig quát của một tập gồm M dạng sóng tỉa diều chế là

20

E; là năng lượng trên mật symbol duoc truyén di

Ti gr(Ð là một xung chữ nhật thì nó được xác định theo

tr = lộ 0<t<T (2.3)

Trong trường hop nay, cac dang s6ng tin hiệu được tuyên đi trong khoảng

thời gian một symbol 0<t1< T cỏ thể biếu điễn được theo (với 4 = ,/E,)

Up_(t) = sens (amy +2), m =01, ,M —1 (2.4)

Bằng cách xem góc pha của ham cosin như một tổng của 2 góc, chủng ta có thể biểu điễn tín hiệu điều chế M-PSK như sau

mít) = /Rzgr(Ð cos (=) cos 2mrfit — «fFagr(t) sin (=) sin2arft

Sine = VE sin 7") @

Côn tự; ( và t2(C) là các bảm cơ sở trực giao:

Bang cách chuẩn hóa thích hợp dang xung g+(L), chúng ta có thể chuẩn hóa

xăng lượng của các hàm cơ sở trực giao nảy thành một Như thế, một tin hiệu điều

chế pha có thể xem như 2 sỏng mang vuông góc với các biên độ phụ thuộc vào pha được truyền đi trong lừng khoảng thời gian của lín hiệu Do đó, các tín hiệu điển chế pha số biều diễn được một cách hình học như các vector hai chiều với các thành phần su, vá s„„, nghĩa là

sạ = (VEycos C=) „VF, sin C=) (2.10)

Biểu đỗ sao các điểm tín hiệu đối với M—2,4 và 8 duge minh hoa trén hinh 2.1 chủng ta thấy được rằng điều chế pha nhị phân thi đồng nhất với điểu chế pha

nhị phân (oắc tít hiệu nhị phân đối cục)

"Việc ánh xa hay gan k bit thông tin thành M = 2 pha có thể thực hiện bằng

xuột số cách Cách gán thông dụng là sử dụng mã hóa Gray, trong đó các gác phá cạnh nhau thi khác nhau một dieït nhị phân (một bit), như dược mình họa trên hình

vẽ 2.1 IIệ quả là, chỉ một lỗi bít đơn xảy ra trong một đấy k bít có mã Gray khi tạp

nhiều, gây riên viêo chọn nhằm pha bên cạnh |7]

2.2 Kỹ thuật giải điều chế pha PSK

231 Giải điều chế BPSK

Dữ liệu nhị phân được biểu diễn bởi hai lín hiệu có pha khác nhau trong

BPSK Thường thì hai pha nảy là Ö và m

5,(t) = Acos2mf,t, Út <ï†, biểuđiễn 1 @11) Sz(t) = —Acos2mf.t, U < t <T, biểudiễn U (2.12)

Tất cả các tín hiệu PSK od thé trinh bay dạng biêu đỏ bởi một “chòm sao tin hiệu” trong tọa độ hai chiêu

“Đáp

Tình 2.2 Dang chom sao tin hiéu BPSK

$,(t), $,(t) ode trục ngàng và đừng s,(£), s;(£) được biểu điển bởi hai

điểm trên trục ngang với H = >

Dang sóng của một tin hiệu BPSK với luỗng bịt [10110] như sau:

Daa 1 0 ' ! ©

dlink 2.3 Dang song tin hiéu BPSK

Bé điều chế, giải điều chế tín hiệu BPSE

Polar NRZ source a(t} Aatd)cos Zaft

Tinh 2.4 Bộ điễu ché BPSK (a), va 3 gidi diéu cha BPSK (bj

Hình 2.4(a) là sơ dễ khôi diều ché BPSK, Osc 1a khdi tao song mang Luéng

dit ligu dang cuc a(t) EZ =@xP(£ — KT)

‘Trong 46: a, = [+1,—1], p(£) Xung vuông biên độ đơn vị trên [0, TT

a(t) nhân với sóng mang 1 cos 2ƒ,†, kết quá là tin higu BPSK:

s(Œ) = Aa(Œ)cos2rƒf„t, —co < t < có (2.15)

24

Hinh 2.4(bi 14 so dé khéi bộ giải điều chế BPSK CB là khối khôi phục sóng, rang, sóng mang được khôi phục là một phiên bản tương tự với sóng mang ở phân phát và được đẳng bé vé Lan sé va pha voi song mang da phat di

'Trong diều kiện không có nhiều, dit A=1, d4u ra ciia tich phan ở thời diểm +

hhoan haa (rong điển kiện không nhiễu) Nếu f, # mR,, thanh phan thử hai khác 0,

vị f, >> Rụ, thành phần thứ bai này rất nhỏ so với thành phân thứ nhất do đó ánh: thưởng của nó là không đáng kể,

Xác suất lỗi bít có thể nhận được từ phương trỉnh với các tín hiệu nhị phân

=

%=0( "—-= G13

Với BPBK pị; = —1và Bị = Hạ= Hạ do dó:

Một ví dụ didn hinh, véi Hy/N,=9.6dB, Py= 10", ngbia la voi tin higu 0d

TN, — 9.6 đP nêu ding điều chế BDSK thì xác suất 16i bit la Py- 10% (10° bit thi

có 1 bít sai) Dưới dây là dường cong P, của BPSK [7

la:

BASK 08 BFSK

9 2 4 6 § 10 12 14

TỤ/N, (đB) Hình 2.5 Xác suất lỗi bit của BPSK

222 Giải điều ché QPSK

QPSK là loại thường được sử dụng nhất vi nó không bị giảm BER trong khi

hiệu quả sử dụng băng tân tăng lên

Các tin hiệu được xác định như sau:

S¡() = Acos6; cos 2mƒ„t — A sin6, sìn 27rƒf„t

= Sin (0) + Siz O2(t)(2.21)