Giáo trình thực hành hệ thống truyền thông

Phương pháp điều chế và giải điều chế ASK Phương pháp điều chế ASK cho phép tạo tín hiệu hình Sin với hai biên độ phụ thuộc vào dữ liệu vào... Phương pháp điều chế và giải điều chế FSK

Trang 1

GIÁO TRÌNH

THỰC HÀNH HỆ THỐNG

TRUYỀN THÔNG

Trang 2

Trang 1

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

Bài 1: Thực hành mạch điều chế - giải điều chế AM 2

Bài 2: Thực hành mạch điều chế - giải điều chế số 10

Bài 3: Thực hành mạch ghép và tách kênh PCM 18

Bài 4: Giới thiệu Matlab Simulink trong truyền thông 24

Bài 5: AM Detection – Matlab Simulink 31

Bài 6: FM Detection – Matlab Simulink 34

Bài 7: Điều chế/Giải điều chế số - Matlab Simulink 35

Bài 8: Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) – Matlab Simulink 39

Trang 3

Trang 2

Trang 4

Trang 3

Trang 5

Trang 4

Trang 6

Trang 5

Trang 7

Trang 6

Trang 8

Trang 7

Trang 9

Trang 8

Trang 10

Trang 9

Trang 11

Trang 10

BÀI 2 : ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ

( Digital Modulation and Demodulation )

Mục đích thí nghiệm:

Kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết về nguyên lý và đặc trưng cơ bản của các dạng mạch điều chế và giải điều chế số cơ bản như :

1 Điều chế và giải điều chế ASK

2 Điều chế và giải điều chế FSK

3 Điều chế và giải điều chế BPSK

4 Điều chế và giải điều chế QPSK

1.1 Phương pháp điều chế và giải điều chế ASK

Phương pháp điều chế ASK cho phép tạo tín hiệu hình Sin với hai biên độ phụ thuộc vào dữ liệu vào Nguyên lý bộ điều chế được trình bày như hình 3.1

- Khi Data bit = 1, tín hiệu ASK là sóng mang

- Khi Data bit =0, tín hiệu có biên độ bằng 0

Hình 3.1: Phương pháp điều chế ASK Nguyên lý bộ giải điều chế được trình bày như hình 3.2

Hình 3.2: Nguyên lý bộ giải điều chế ASK

Trang 12

Trang 11

1.2 Phương pháp điều chế và giải điều chế FSK

Phương pháp điều chế FSK cho phép tạo tín hiệu hình Sin với hai tần số phụ thuộc vào

dữ liệu vào Nguyên lý bộ điều chế được trình bày như hình 3.3

- Khi Data bit = 1, tín hiệu FSK là sóng có tần số f1

- Khi Data bit =0, tín hiệu FSK là sóng có tần số f2

Hình 3.3: Phương pháp điều chế FSK Nguyên lý bộ giải điều chế được trình bày như hình 3.4

Hình 3.4: Nguyên lý bộ giải điều chế FSK

1.3 Phương pháp điều chế và giải điều chế PSK

Phương pháp điều chế PSK cho phép tạo tín hiệu hình Sin với pha phụ thuộc vào dữ liệu vào

1.3.1 BPSK

Nguyên lý bộ điều chế BPSK được trình bày như hình 3.5

- Khi Data bit = 1, tín hiệu BPSK có pha cùng với sóng mang

- Khi Data bit =0, tín hiệu BPSK có pha lệch 1800 so với sóng mang

Hình 3.5: Phương pháp điều chế BPSK

Trang 13

Trang 12

Nguyên lý bộ giải điều chế được trình bày như hình 3.6

Hình 3.6: Nguyên lý bộ giải điều chế BPSK

2 THỰC HÀNH

Cấp nguồn ± 12VDC cho mảng thí nghiệm

2.1 Bộ phát dữ liệu

Giản đồ thời gian tín hiệu mẫu CKI, CKQ và CKC

Hình 3.10: Giản đồ thời gian tín hiệu mẫu CKI, CKQ và CKC

Câu 1: Đặt các công tắc DIP SW ở vị trí tương ứng với bảng 3.1 (1=ON, 0=OFF)

Chú ý: sau khi đặt dữ liệu phải ấn nút START

Trang 14

2.2 Điều chế và giải điều chế ASK (xem hình 3.11)

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Bảng 3.2 Câu 2: Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu tại CK, xác định tần số và vẽ lại tín hiệu

Câu 3: Kết nối các điểm như hình 3.11 Chỉnh biên độ sóng mang 1V, lệch pha sóng mang ở MIN Chỉnh biến trở CARRIER MODULATOR 1 cho mất cân bằng và biên độ sóng mang thích hợp để nhận được tín hiệu ASK Vẽ lại tín hiệu ASK theo CK và Data

Câu 4: Quan sát dạng xung tại các điểm vào ra của bộ giải điều chế, bộ lọc, bộ khôi phục dữ liệu Điều chỉnh ngưỡng của COMPARATOR để nhận tín hiệu ra

Câu 5: Vẽ lại giản đồ xung So sánh DATA nhận tại FCOUT1 với dữ liệu DATA truyền

2.3 Điều chế và giải điều chế FSK (xem hình 3.12)

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Câu 3: Kết nối các điểm như hình 3.12 Chỉnh biên độ sóng mang 2V, lệch pha sóng mang ở MIN Chỉnh biến trở CARRIER MODULATOR 1 - 2 thích hợp để nhận được tín hiệu FSK Vẽ lại tín hiệu FSK theo CK và Data

Câu 4: Quan sát dạng xung tại các điểm vào ra của bộ giải điều chế, bộ lọc, bộ khôi phục dữ liệu Điều chỉnh ngưỡng của COMPARATOR để nhận tín hiệu ra

Trang 15

Trang 14

Hình 3.11: Điều chế và giải điều chế ASK

Trang 16

Trang 15

Hình 3.12: Điều chế và giải điều chế FSK

Trang 17

Trang 16

Hình 3.13: Dạng sóng tín hiệu BPSK

Trang 18

Trang 17

2.4 Điều chế và giải điều chế BPSK (xem hình 3.13)

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0

Câu 3: Kết nối các điểm như hình 3.13 Chỉnh biên độ sóng mang 2V, lệch pha sóng mang ở MIN Chỉnh biến trở CARRIER MODULATOR 1 và tinh chỉnh pha sóng mang thích hợp để nhận được tín hiệu BPSK Vẽ lại tín hiệu BPSK theo CK và Data

Câu 4: Công tắc S2 đặt ở vị trí BPSK Điều chỉnh ngưỡng bộ lọc và bộ khôi phục dữ liệu để có tín hiệu ra Quan sát dạng xung tại các điểm vào ra của bộ giải điều chế, bộ lọc, bộ khôi phục dữ liệu Điều chỉnh ngưỡng của COMPARATOR để nhận tín hiệu ra

Trang 19

Trang 18

BÀI 3 : KỸ THUẬT GHÉP VÀ TÁCH KÊNH PCM

(PCM Multiplexer - DeMultiplexer Techniques)

1 CÂU HỎI CHUẨN BỊ TRƯỚC KHI LÀM THÍ NGHIỆM :

1 Cho tín hiệu x(t) có tần số nằm trong băng thông từ 0  4Khz Xác định tần số lấy mẫu của tín hiệu để bên thu có thể khôi phục lại dạng tín hiệu x(t)

2 Trình bày trình tự các bước biến đổi tín hiệu từ tương tự  số (A/D) và từ số  tương tự (D/A)

3 Trình bày các phương pháp lượng tử trong quá trình biến đổi A/D

4 Cho biết sự khác nhau cơ bản giữa lượng tử theo luật A và luật 

5 Giả sử ta có 5 kênh tín hiệu thoại có tần số fmax = 4Khz Các kênh thoại được số hóa trước khi ghép thành khung PCM nối tiếp ở ngõ ra Cho biết :

+ Chu kỳ lấy mẫu của mỗi kênh ( tức thời gian của 1 khung):

……… + Thời gian tồn tại của1 kênh:

……… + Thời gian tồn tại của 1 bit ( giả sử dùng 8 bit để mã hóa cho 1 mẫu), từ đó cho biết tốc độ bit du liệu ở luồng PCM ở ngõ ra :

……….…

 Từ đó vẽ giản đồ xung tương ứng :

Trang 20

Trang 19

Hình 1 Khối thí nghiệm TC – 948M điều chế và giải điều chế PCM

Trang 21

Trang 20

2 CÁC BÀI THỰC TẬP :

Khảo sát nguyên tắc điều chế và giải điều chế tín hiệu tương tự bằng các phương pháp số PCM

2.1 Điều chế - giải điều chế PCM tuyến tính:

2.1.1 Kiểm tra các tín hiệu điều khiển :

2.1.1.1 Sử dụng dao động ký kiểm tra dạng và tần số tín hiệu điều khiển :

1 Kiểm tra tín hiệu 1Khz từ máy phát BASIC GENERATOR

2 Kiểm tra tín hiệu 1Khz dạng sin từ máy phát đồng bộ SYNC GENERATOR

3 Kiểm tra tín hiệu MKL: 480 KHz hay 240Khz theo công tắc chọn tần số

4 Tín hiệu TXBC (TX BIT CLOCK): 96Khz hoặc 48Khz

5 Tín hiệu RXBC (RX BIT CLOCK): 96Khz hoặc 48Khz

2.2.2.1 Lấy mẫu tín hiệu:

1 Chọn công tắc ở vị trí 480 Khz để tạo xung lấy mẫu là 8Khz

2 Nối tín hiệu sin 1 Khz (SYN GENERATOR) với lối vào S.IN của mảng LINEAR PCM MODULATION –DEMODULATION Chỉnh biên độ xung sin 5V (pp)

3 Quan sát tín hiệu tại S.IN, TXFS và SH1 Vẽ các tín hiệu trên cùng 1 giản đồ thời gian

2.2.2.2 Tạp âm lượng tử

1 Giữ nguyên cấu hình như trên Nối bổ sung:

 S.IN nối với QNIN1 của sơ đồ QUANTIZATION NOISE

 QNO1 nối với QNI3

 SH1 nối với QNI2

2 Quan sát tín hiệu tại QNI3 và Q

Điều chỉnh biến trở dịch pha PHASE ADJ cho tín hiệu vào và điều chỉnh biến trở biên độ AMPLITUDE cho tín hiệu lấy mẫu, sao cho 2 tín hiệu đồng pha và cùng biên độ Vẽ lại dạng tín hiệu ở các điểm nói trên

3 Quan sát tín hiệu sai lệch giữa tín hiệu gốc với lấy mẫu QNO2 Vẽ lại dạng tín hiệu

4 Lặp lại thí nghiệm trong trường hợp công tắc chọn tần số nhịp xung là 240Khz để tạo xung lấy mẫu TXFS là 4 Khz

5 So sánh tạp âm lượng tử hóa cho các trường hợp tần số lấy mẫu là 8 Khz và 4 Khz

Trang 22

3 Nối nguồn DC OUT với S.IN của bộ PCM tuyến tính Dùng đồng hồ theo dõi lối ra

DC OUT trong quá trình thí nghiệm

4 Chỉnh biến trở LEVEL của DC OUT từ MIN to MAX Đo thế V (S.IN), xác định

mã ra theo trạng thái đèn LED LED sáng ghi là 1, LED tắt ghi 0

5 Tính giá trị số N tổng cộng theo các bit ở 1 Ghi kết quả vào cột bên dưới:

Ví dụ: khi có các LED sau sáng:

Bit 10, Bit 6, Bit 0 thì N = 210

+ 26 + 20

6 Quan sát PCM OUT và sự thay đổi của chúng khi thay đổi thế vào S.IN

7 Vẽ giản đồ tín hiệu PCM OUT theo các xung TXBC và TXFS

8 Giữ nguyên cấu hình như trên Nối PCM OUT với PCM IN

9 Quan sát và so sánh trạng thái ra của bộ SERIAL TO PARALLEL CONVERTER

So sánh trạng thái với bit ra tương ứng của ADC (đèn LED)

10 Sử dụng đồng hồ đo giá trị thế tái lập lối ra V(S.OUT) Khảo sát sự thay đổi V(S.OUT) theo V(S.IN)

Trang 23

Trang 22

2.2.2.3.2 Mã hóa 4 bit:

Chọn số bit mã hóa ở vị trí 4 Lặp lại thí nghiệm

2.2.2.4 Điều chế và giải điều chế PCM tuyến tính

1 Nối phần điều chế và giải điều chế PCM tuyến tính (hình bên dưới)

2 Nối tín hiệu SYNC GENERATOR với lối vào S.IN của bộ lọc 3.4 Khz (TX FILTER) Nối lối ra của bộ lọc S.OUT của bộ lọc với lối vào S.IN của mảng PCM tuyến tính

3 Nối lối ra PCM.OUT của bộ điều chế với lối vào PCM IN của bộ giải mã tuyến tính

4 Nối S.OUT của mảng PCM tuyến tính với lối vào S.IN của bộ lọc 3.4Khz (RX FILTER)

5 Đặt chế độ điều chế 12 bit, tần số khung là 8 Khz

6 Vặn biến trở AMPLITUDE của máy phát sin và LEVEL/TX FILTER để có tín hiệu S.IN/Điều chế PCM tuyến tính là 5V

7 Quan sát và vẽ lại dạng sóng S.IN (PCM tuyến tính), TXFS, SH1, PCM OUT, S.OUT (PCM tuyến tính) và S.OUT của RX FILTER

Trang 24

Trang 23

Trang 25

- Bộ lọc số Cho 2 sóng có tần số khác nhau, lọc chọn 1 hoặc bỏ 1

1.1 Những khối cơ bản trong Matlab

 Bộ tạo sóng sin: Vào Simulink/Sources/Sine Wave

Tạo tín hiệu s t( ) 1sin(2 100 )  t có biên độ V  1V và tần số f 100Hz

Ta cấu hình bộ Sine Wave như sau:

Chú ý:

Sample time ( )T s là thời gian lấy mẫu s 1

s

T f

 , f s phải chọn sao cho f s 2.f m với f m là tần số của tín hiệu

Trang 26

Trang 25

 Scope: Vào Simulink/Sinks/Scope

Scope hiển thị tín hiệu trong miền thời gian Hiển thị tín hiệu ( ) 1sin(2 100 )

Trang 27

Trang 26

 Bộ tạo nhiễu:

Trang 28

Trang 27

 Bộ đếm lỗi bit:

Display: tỉ lệ lỗi bit

số bit lỗi Tổng số bit truyền

1.2 Phân tích phổ

Trang 29

Trang 28

1.3 Lọc số

Tạo tín hiệu có tần số là s t( ) 1sin(2 1000 )  t và s t( )0.3sin(2 3000 ) t Sau

đó, cộng 2 tín hiệu rồi lọc để lấy lại từng thành phần tần số

Trang 30

Trang 29

Trang 31

Trang 30

-

Trang 32

Câu 1: Nêu nguyên lý của nhân tín hiệu?

Câu 2: Vẽ và giải thích các tín hiệu tại scope và spectrum scope?

1.2 DSB

Thiết kế mạch điều chế AM có fm=1kHz và fc=10kHz như hình 7.2

Hình 7.2: Mạch DSB Câu 1: Giải thích nguyên lý của mạch?

Câu 3: Thay đổi biên độ, tần số của fm và fc Nhận xét

Trang 33

Trang 32

1.3 SSB

Mạch SSB được thiết kế bằng cách kết hợp BSB với một bộ lọc Bộ lọc này có thể là cao qua để loại thành phần fc-fm hoặc bộ lọc thấp qua để loại thành phần fc+fm Thiết kế mạch điều chế AM có fm=1kHz và fc=5kHz như hình 7.3

Hình 7.3: Mạch SSB

Câu 1: Giải thích nguyên lý của mạch?

Câu 2: Thiết kế bộ lọc để loại bỏ thành phần tần số fc+fm?

Câu 4: Thay đổi biên độ, tần số của fm và fc Nhận xét?

2 AM DETECTION

2.1 Detection without reference

Thiết kế mạch điều chế AM và bộ detection có fm=200Hz và fc=5 kHz như hình 7.4

Hình 7.4: Detection without reference

Trang 34

Trang 33

Câu 1: Giải thích nguyên lý của mạch?

Câu 2: Thiết kế bộ lọc để giữ lại fm?

Câu 4: Thay đổi pha của của bộ Sin wave 3 Nhận xét?

2.2 Detection with Noise

Thiết kế mạch điều chế AM và bộ detection có fm=200Hz và fc=5 kHz như hình 7.5

Bộ lọc dải qua có tần số trung tâm là 5kHz

Hình 7.5: Detection with noise Câu 1: Giải thích nguyên lý của mạch?

Câu 5: Thay đổi công suất nhiễu Nhận xét?

Trang 35

Trang 34

BÀI 6: FM DETECTION

Mục đích:

- Thực hiện điều chế FM bằng VCO

- Thực hiện bộ giải điều chế FM bằng PLL

1 FM

Thiết kế bộ điều biến FM có tần số fm=1kHz, tần số sóng mang fc=5kHz như hình 8.1

Hình 8.1: FM Câu 1: Nguyên tắc hoạt động của bộ VCO?

Câu 2: Cho biên độ của fm=0v Quan sát và nhận xét dạng sóng tại các scope và

Câu 2: Chọn tần số cắt thích hợp cho bộ FIR1 và FIR2

Câu 3: Quan sát và nhận xét dạng sóng tại các scope và spectrum scope?

Trang 36

Trang 35

BÀI 7: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ Mục đích:

- Thiết kế bộ điều chế và giải đều chế ASK, FSK và QPSK

- Cộng nhiễu và so sánh với lý thuyết dùng BER TOOL

- Sử dụng các công cụ phân quan sát, đánh giá hệ thống bằng scope, discrete-time scatter scope, discrete-time eye diagram scope

7.1 THIẾT KẾ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ

7.1.1 ASK

Hình 1: Điều chế ASK Câu 1: Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống?

Câu 2: Xác định tần số sóng mang và tốc độ bit?

Câu 3: Cho biết băng thông của hệ thống?

7.1.2 FSK

Hình 2: Điều chế FSK

Trang 37

Trang 36

Câu 1: Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống?

7.1.3 QPSK

Hình 3: Điều chế QPSK

Câu 1: Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống?

7.1.4 16 QAM

Hình 4: Điều chế16_QAM Câu 1: Giải thích nguyên lý hoạt động của hệ thống?

Trang 38

Trang 37

7.2 TRUYỀN THÔNG QUA KÊNH TRUYỀN AWGN

7.2.1 Điều chế QPSK qua kênh truyền AWGN

Thiết kế hệ thống như hình 7 (xem các tham số ở file qbsk_awgn.mdl)

Hình 7: QPSK qua AWGN

Câu 1: Giải thích các trị số thiết lập trong model

Câu 2: Thay đổi SNR của kênh truyền AWGN là 10dB và 30dB vẽ các tín hiệu tại Eye diagram, discrete-time scatter plot scope Giải thích

Câu 3: Xác định tốc độ bit của hệ thống và tốc độ baud sau khối QPSK

Câu 4: Cho biết ý nghĩa của bộ lọc Cosine

7.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của Eb/No lên BER

Thiết kế hệ thống như hình 8 (xem các tham số ở file QAM_16_awgn.mdl)

Hình 8: Hệ thống sử dụng 16_QAM qua kênh truyền AWGN

Câu 1: Giải thích các trị số thiết lập trong model

Câu 2: Chọn thời gian mô phỏng là 100s, thay đổi tỉ số Eb/No(dB) lần lượt là 0.2, 0.5,

1, 1.5, 2 Vẽ đồ thị biểu thị BER theo Eb/No

Trang 39

Trang 38

7.2.3 Sử dụng công vụ vẽ giản đồ BER

Ta sử dụng file QAM_16_awgn1.m dùng để khởi tạo dữ liệu, file QAM_16_awgn1.mdl

là model cần khảo sát Công cụ được mở bằng lệnh BERTOOL trên Command Window như hình 9

Câu 1: Giải thích các trị số thiết lập trong ở file awgn2.mdl

Câu 2: Vẽ đồ thị biểu thị BER theo Eb/No và so sánh giản đồ ở phần 7.2.2

Câu 3: So sánh kết quả ở câu 2 với lý thuyết

Hình 9: Công cụ phân tích BER theo Eb/No

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	2,56 MB