Tiểu luận: Tìm hiểu kĩ thuật điều chế qam doc

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ MODULATION Điều chế là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hoà làm biến đổi một thông số nào đó biên độ, tần số hoặc góc p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Môn:

HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

Đề tài:

TÌM HIỂU KĨ THUẬT ĐIỀU CHẾ QAM

Đà Nẵng, tháng 2 năm 2010

Đà nẵng, tháng 3 năm 2011

LỜI MỞ ĐẦU

GHVD : NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH

Lớp : K14TVT

SVTH : Phan Minh Vĩnh An

Trần Công Khánh

Nguyễn Thanh Ái Đoàn Văn Quốc

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ (MODULATION)

Điều chế là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hoà làm biến đổi một thông số nào đó (biên độ, tần số hoặc góc pha) của tín hiệu cao tần theo tin tức Trong trường hợp này, tin tức được gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là sóng mang, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế Sóng được điều chế

nhằm 2 mục đích:

Sóng đã điều chế thỏa mãn điều kiện truyền của môi trường truyền tin

vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc Sóng truyền được tin tức (thông tin) gọi là sóng mang

Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường

Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền Có nhiều phương pháp để điều chế như PSK,ASK, QAM Và trong báo cáo này, chúng em xin trình bày về phương pháp điều chế QAM

I Điều chế QAM.

1 Định nghĩa:

Phơng pháp điều chế M-QAM là phơng pháp nâng cao hiệu quả của một kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng độ rộng băng thông.Việc điều chế hai thành phần đồng pha và pha vuông góc một cách độc lập với nhau cho ta một sơ đồ điều chế mới gọi là điều chế biên độ vuông góc (hay cầu phơng) M trạng thái (QAM, Quadrature Amplitude Modulation)

Nh vậy, trong sơ đồ điều chế này sóng mang bị điều chế cả về biên độ lẫn pha

2 Điều chế QAM:

Trong hệ thống PSK, cỏc thành phần đồng pha và vuụng pha được kết hợp với nhau tạo thành một tớn hiệu đường bao khụng đổi Tuy nhiờn, nếu loại bỏ loại này và để cho cỏc thành phần đồng pha và vuụng pha cú thể độc lập với nhau thỡ ta được một sơ đồ điều mới gọi là điều biờn cầu phương điều chế biờn độ súng mang QAM (điều chế biờn độ gốc) Ở sơ đồ điều chế này, súng mang bị điều chế cả biờn độ lẫn pha Điều chế QAM là cú ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số

Dạng tổng quỏt của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) được xỏc định như

sau:

) 0

( );

2 sin(

2 ) 2 cos(

2 )

T

E t

f a

T

E t

Trong đú,

E 0 : năng lượng của tớn hiệu cú biờn độ thấp nhất

a i , b i : cặp số nguyờn độc lập được chọn tựy theo vị trớ bản tin i=1,2…L

Dạng cơ sở của chùm tín hiệu M-QAM là dạng của hai tín hiệu ASK có L trạng thái Nh vậy, tín hiệu Si(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông góc đợc điều chế bởi một tập tín hiệu rời rạc cho nên có tên là “ Điều chế biên

độ vuông góc “

Có thể phân tích S i (t) thành cặp hàm cơ sở:

T t t

πff b

T t

Φ1( )   2 isin( 2 c.) 0  

T t

Φ2( )  2 isin( 2 c.) 0  

Tọa độ các điểm bản tin là và với :

Đối với 16-QAM ta có L=4

Thành phần đồng pha và vuông pha trong 16-QAM

0

E

a i b i E0





































































1 ,

1

3 ,

3 1

, 1

.

3 ,

1

3 ,

3 3

, 1

1 ,

1

1 ,

3 1

, 1 ,

L L

L L

L L

L L

L L

L L

L L

L L

L L

b

a i i

















































3 ,

3 3

, 1 3

, 1 3

, 3

1 ,

3 1

, 1 1

, 1 1

, 3

1 , 3 1

, 1 1

, 1 1

, 3

3 , 3 3

, 1 3

, 1 3

, 3

a

Chùm tín hiệu của 16-QAM

Chùm tín hiệu M-QAM

II Sơ đồ điều chế và giải điều chế M-QAM

1 Bộ điều chế

Hoạt động của bộ điều chế

Bộ phân luồng (demux) chuyển đổi luồng nhị phân b(t) tốc bit Rb=1/Tb đầu vào thành bốn luồng độc lập, trong đó hai bit lẻ được đưa đến bộ chuyển đổi mức ở nhánh trên còn hai bit chẵn được đưa đến bộ chuyển đổi mức nhánh dưới Tốc độ ký hiệu trong trường hợp này sẽ bằng Rs=Rb/4

Các bộ biến đổi mức chuyển đổi 2 mức vào L mức () tạo ra các tín hiệu L mức tương ứng với các đầu vào đồng pha và pha vuông góc Sau khi nhân hai tín hiệu L mức với hai sóng mang có pha vuông góc được tạo tử bộ dao động nội phát TLO (Transmitter Local Oscillator) rồi cộng lại ta được tín hiệu M-QAM

2 Bộ giải điều chế

Hoạt động của bộ giải điều chế

Tín hiệu thu được đưa lên 2 nhánh đồng pha và vuông pha, sau đó được nhân với 2 hàm trực giao giống phía phát được tạo ra từ bộ dao động nội thu RLO (Receiver Local Oscillator) Nhờ tính chất trực giao mà ta tách được 2 thành phần tín hiệu

Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ tương quan lấy mẫu, đánh giá ngưỡng (so sánh với L-1 ngưỡng) để thu được kí hiệu

Sau cùng hai chuỗi số nhị phân được tách ra nói trên sẽ kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song vào nốí tiếp để khôi phục lại chuỗi nhị phân phía phát (ước tính chuỗi phát )

III Ứng dụng QAM:

Các loại điều chế QAM.

CHẾ BIT/SYSMBOL THÁI

Như với nhiều đề án điều chế kỹ thuật số, biểu đồ chòm sao là một đại diện hữu ích Trong QAM, các điểm chòm sao này thường được bố trí trong một ô vuông với khoảng cách dọc và ngang bằng nhau, mặc dù cấu

hình khác là có thể (ví dụ như Cross-QAM) Từ trong viễn thông kỹ

thuật số dữ liệu thường nhị phân, số lượng các điểm trong lưới điện thường là một sức mạnh của 2 (2, 4, 8 ) Kể từ khi QAM thường vuông, một số trong số này là hiếm các hình thức phổ biến nhất là 16-QAM, 64-16-QAM, 128-QAM và 256-QAM Bằng cách di chuyển đến một

chòm sao bậc cao, có thể để truyền tải các bit trên mỗi ký hiệu Tuy nhiên, nếu năng lượng trung bình của chòm sao này là vẫn như cũ (bằng cách làm một so sánh công bằng), các điểm phải được xích lại gần nhau

và do đó dễ bị nhiễu và tham nhũng khác, điều này dẫn đến một tỉ lệ lỗi bit cao hơn và do đó bậc cao QAM có thể cung cấp nhiều dữ liệu hơn ít đáng tin cậy hơn so với dưới để QAM, cho năng lượng liên tục có nghĩa

là chòm sao

Nếu dữ liệu, tỷ giá vượt ra ngoài những người được cung cấp bởi PSK-8 được yêu cầu, nó là nhiều hơn bình thường để di chuyển đến QAM kể từ khi nó đạt được một khoảng cách lớn giữa các điểm lân cận trong mặt phẳng IQ do phân phối các điểm đồng đều hơn Các yếu tố phức tạp là những điểm không còn tất cả các biên độ như nhau và do đó,

bộ giải điều phải bây giờ chính xác phát hiện cả hai pha và biên độ, hơn

là chỉ giai đoạn

64-QAM và 256 QAM-thường được sử dụng trong truyền hình cáp

kỹ thuật số và các ứng dụng modem cáp Tại Hoa Kỳ, 64-QAM và

256-QAM là các đề án điều chế uỷ quyền cho cáp kỹ thuật số (xem 256-QAM

tuner) theo tiêu chuẩn của SCTE trong tiêu chuẩn ANSI / SCTE 07 năm 2000 Lưu ý rằng những người tiếp thị nhiều người sẽ tham khảo những lúc QAM-64 và QAM-256 Tại Anh, 16-QAM và 64-QAM hiện đang được sử dụng cho truyền hình mặt đất kỹ thuật số (Freeview và Top Up TV) và 256-QAM được lên kế hoạch cho Freeview-HD

Hệ thống truyền thông được thiết kế để đạt được mức độ rất cao hiệu quả quang phổ thông thường sử dụng các chòm sao QAM rất dày

đặc Một ví dụ là G.hn ITU-T tiêu chuẩn cho nối mạng thông qua hệ

thống dây điện hiện tại nhà (cáp đồng trục, đường dây điện thoại và đường dây điện), trong đó sử dụng các chòm sao lên tới 4096-QAM (12 bit / biểu tượng) Một ví dụ khác là công nghệ VDSL2 cho cặp đồng xoắn, có chòm sao kích thước lên tới 32768 điểm

KẾT LUẬN

M-QAM là một trong những sơ đồ điều chế M trạnh thái thường được dùng hơn so với sơ đồ 2 trạng thái để truyền số liệu trong kênh băng tần hạn chế

Việc sử dụng M-QAM sẽ giảm được độ rộng băng tần n= so với BPSK