Slide.Kỹ Thuật Điều Chế Số Đại Học Bách Khoa

7.3 Kӻ thuұt điӅu chӃ QPSKþ Trong kӻ thuұt điӅu chӃ cҫu phương kӃt hӧp chúng ta sӁ tìm hiӇu hai kӻ thuұt điӅu chӃ đó là: þ Kӻ thuұt điӅu chӃ QPSK Quadriphase-shift Keying đưӧc mӣ rӝng t

Trang 1

| 

Bӝ môn ViӉn Thông Trưӡng ĐH Bách Khoa TPHCM

Trang 2

° n nhұp

dҥng thӭc cӫa thơng tin cho phù hӧp

vӟi kênh truyӅn, yêu cҫu ghép kênh

làm biến đổi dạng tín hiệu sóng mang tuân theo một đặc trưng nào đó của tín hiệu điều chế Tín

hiệu điều chế bao gồm dữ liệu nhị phân hoặc phiên bản mã

Trang 3

° n nhұp

Trang 4

B ӝi dung trình bày

Trang 5

Mөc đích thiӃt kӃ

Trang 6

Trang 7

cái nhìn cӫa thuyӃt dung lưӧng kênh

Trang 8

7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt

hӧp

BPSK và BFSK

hӧp vӟi pha cӫa tín hiӋu nhұn đưӧc đӇ tҥo sӵ đӗng bӝ pha cӫa dao đӝng nӝi vӟi tín hiӋu nhұn đưӧc

Trang 9

7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt hӧp

þ Cặp tín hiệul ¦ và ¦  được dùng để biểu thị các ký hiệu 1 và 0, được định nghĩa như sau :

 và 5 là năng lượng tín hiệu truyền

cos

2 )

(

'

Trang 10

þ Chúng ta có thể biểu diễn ¦ và

¦ theo 

) 3 7 ( T t

0 ) 2

cos(

2 )

) ( )

(

(7.4)

T t

0 )

(

)

(

1 2

b 1

1

'

Trang 11

E )

( ) (

(7.6)

E )

( ) (

b 1

0 221

b 1

0 111

ß' ' '

Trang 12

) 0

| ( f )

0 ( P

: 1 deciding receiver

y Probabitil 0,

transmit

(7.9)

) ) (

1 exp(

1

) ) (

1 exp(

1 )

0

| ( f

(7.8)

)

( ) (

0 :

1 0

2 1

0 0

0

1 1

X e

2 1

0 0

2 21 1

0 0

1 1

0

1 1

Trang 13

exp(

1)

0(

(7.11)

)

(1

/

2 e

1 0

?

Trang 15

þ Sơ đӗ khӕi bӝ phát

và thu

Trang 16

þ Coherent binary FSK

þ Trong hệ thống nhị phân FSK, tín hiệu nhị phân 0 và 1 được phân biệt với nhau thông qua việc truyền 1 trong 2 dạng sóng hình sin khác nhau về tần số

þ à ¢ symbol 1 được biểu diển bởi ¦ và symbol 0

bởi ¦

þ 5 là năng lượng tín hiệu truyền trên 1 bit.

þ Tần số truyền, với nc là sӕ nguyên

(7.14)

elsewhere

0

T t

0

t) f cos(2 2

) (

b i

Ð Ð

(7.15)

Trang 17

þ Các hӋ sӕ cӫa tín hiӋu Si(t) vӟi i =1,2

ß' ' '

( )

Trang 18

Trang 19

þ Vector Y (tín hiệu đầu thu) bao gồm 2 thành

phần, Y và Y , được định nghĩa :

( )

( ' 121 ' 222 '

Trang 20

þ Coherent Binary FSK

þ Xác suҩt lӛi ?

Trang 23

7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt

hӧp

þ Giả thiết symbol 0 được truyền, giá

trị tương đương của hàm mật độ xác xuất có điều kiện của biến ngẫu

exp 2

1 0

?

Trang 24

exp 2

1

(7.27)

0

Trang 25

Trang 26

þ Sơ đӗ khӕi bӝ phát

BFSK

Trang 27

Trang 28

HӃt phҫn 7.2

Trang 29

7.3 Kӻ thuұt điӅu chӃ QPSK

þ

Trang 30

như giҧm băng thông kênh truyӅn, mӝt

kӻ thuұt điӅu chӃ khác đưӧc sӱ dөng

đó là kӻ thuұt điӅu chӃ cҫu phương kӃt hӧp (COHEREBT QUA°RATURE ±

MO°ULATIOB TECHBIQUES)

Trang 31

þ Thành phҫn đӗng pha ¦ và vuông pha ¦ 

vuông góc vӟi nhau ¦ ¦ thay đәi theo

luӗng dӳ liӋu vào và còn tùy thuӝc vào kiӇu điӅu

L2 ( ) sinL2 (7.31) cos

) ( )

Trang 32

þ Trong kӻ thuұt điӅu chӃ cҫu phương kӃt hӧp chúng ta sӁ tìm hiӇu hai kӻ thuұt điӅu chӃ đó là:

þ Kӻ thuұt điӅu chӃ QPSK (Quadriphase-shift

Keying) đưӧc mӣ rӝng tӯ kӻ thuұt điӅu chӃ PSK nhӏ phân.

þ ĐiӅu chӃ dӏch pha tӕi thiӇu MSK (Minimum Shift Keying) là mӝt dҥng đһc biӋt cӫa điӅu chӃ CPFSK (Continuous-Phase Frequency-Shift Keying)

Trang 33

þ ĐiӅu chӃ sӕ QPSK (Quadrature Phase Shift

Keying), còn đưӧc gӑi là điӅu chӃ 4-PSK, là quá trình điӅu chӃ pha cӫa sóng mang hình sin vӟi 4 giá trӏ khác nhau và vuông góc nhau, tùy thuӝc

vào chuӛi bít sӕ liӋu điӅu chӃ

þ Trong điӅu chӃ QPSK, chuӛi sӕ liӋu điӅu chӃ

đưӧc truyӅn đi lҫn lưӧt tӯng bӝ gӗm 2 bit liên tiӃp, mӛi bӝ đưӧc gӑi là mӝt ký hiӋu (symbol) vì nó

tương ӭng vӟi mӝt trҥng thái pha cӫa sóng mang

Trang 34

bҵng mӝt trong bӕn giá trӏ là: kkk

k(giҧ sӱ tương ӭng vӟi các symbol 00, 01,

11,10 đưӧc truyӅn) BiӇu thӭc điӅu chӃ QPSK:

þ à ¢ 5 là năng lưӧng cӫa mӝt tín hiӋu đưӧc

truyӅn trên mӝt symbol E = 2Eb

þ là chiӅu dài cӫa mӝt symbol, và tҫn sӕ sóng

mang ¨ = vӟi  là mӝt sӕ nguyên cho trưӟc.

2 cos

2 )

(

?

'

Trang 35

0

2

sin 4

1 2

sin

2

cos 4

1 2

cos

2

Trang 36

þ Tӯ phương trình mӣ rӝng cӫa ¦ à (7.33) ta suy

ra đưӧc hai hàm trӵc chuҭn cơ bҧn và

 

L

L2 0 T (7.35)sin

2)

(

(7.34)

T0

2

cos

2)

'

' '

Trang 37

hiӋu đưӧc biӇu diӉn:

(7.36)

L

, ,

sin

4

1 2

Trang 38

þ Bҧng 7.1 mô tҧ đһc điӇm không gian tín hiӋu cӫa QPSK:

Trang 39

þ BiӇu diӉn các điӇm tín hiӋu lên không gian 2 chiӅu

( và 

Trang 40

þ Ví dө:

Trang 41

( )

Trang 42

,

Trang 43

þ Vùng thu đúng (Giҧ sӱ tín hiӋu s4(t) đưӧc truyӅn)

Trang 44

Trang 45

 và  khi tín hiӋu ' đưӧc truyӅn :

đưӧc tính bҵng hàm likelihood)

(7.40)

2 exp

1

2 exp

1

2 0

2 2

0

1 0

2 1

Trang 46

þ Đһt:

þ Chúng ta có thӇ viӃt lҥi: (x1, x2 đӝc lұp và cùng điӅu kiӋn >0 )

L 2 (7.41) 2

0

2 0

2

2 0

Trang 47

1 1 exp

1

0 2

1 1

, ,

4

1 2

Trang 49

E erfc

Trang 50

năng lưӧng cӫa mӛi kí hiӋu 2-bit trong hӋ thӕng QPSK là:

(7.47)

2

(7.48)

Trang 51

Trang 52

Trang 53

þ

Trang 54

7.3 ĐiӅu chӃ dӏch pha tӕi thiӇu

MSK

þ Sӵ đӝt biӃn vӅ pha (d n đӃn sӵ đӝt biӃn vӅ biên đӝ) làm xuҩt hiӋn các vҥch phә phө ngoài ý muӕn nҵm ӣ vùng phә lân cұn vӟi sóng mang gây ҧnh hưӣng đӃn các kênh thông tin kӃ cұn

þ Trong hӋ thӕng QPSK thưӡng xuҩt hiӋn nhiӉu xuyên kênh khá mҥnh nên ta phҧi sӱ dөng các bӝ lӑc dҧi tҫn tҥi tҫn sӕ sóng mang đӇ loҥi bӓ nhiӉu và các búp phә phө.

þ ĐӇ khҳc phөc nhưӧc điӇm này, kӻ thuұt điӅu chӃ dӏch pha tӕi thiӇu (MSK: Minimum Shift Keying) đưӧc sӱ dөng, mөc đích là cho các phә ngoài vùng có ích suy giҧm nhanh và không ҧnh hưӣng đӃn các kênh lân cұn

þ Kӻ thuұt MSK có thӇ đưӧc xem như là sӵ cҧi tiӃn cӫa

QPSK, trong đó sӵ đӝt biӃn vӅ pha, vӅ biên đӝ cӫa sóng mang đưӧc loҥi bӓ

Trang 55

MSK

là:

þ Trong QPSK, tín hiӋu ӣ băng tҫn gӕc là tín

hiӋu xung PAM (các mӭc luұn lý), còn ӣ MSK tín hiӋu ӣ băng tҫn gӕc là các tín hiӋu liên tөc

þ Pha sóng mang cӫa MSK là liên tөc, giúp

tránh đưӧc các nhiӉu liên kí tӵ đưӧc khuӃch đҥi (công suҩt phát) phi tuyӃn

Trang 56

MSK.

þ Bhư ta đã biӃt điӅu chӃ MSK là mӝt dҥng đһc biӋt cӫa điӅu chӃ CPFSK

þ ĐiӅu chӃ dӏch tҫn có pha liên tөc (CPFSK

-continuous-phase frequency-shift keying), trong

có dҥng:

for symbol 1 (7.49) for symbol 0

þ là năng lưӧng cӫa tín hiӋu đưӧc truyӅn trên mӝt bit,

chu kì mӝt cӫa mӝt bit.

cos 2

) 0 ( 2

cos 2

) (

Trang 57

MSK

điӇm ' , nó phө thuӝc vào các quá

trình điӅu chӃ trưӟc đó

Trang 58

MSK

þ Tín hiӋu điӅu chӃ dӏch pha liên tөc ' có thӇ

đưӧc biӇu diӉn theo mӝt dҥng qui ưӟc cӫa mӝt sóng điӅu chӃ góc:

(7.50)

þ Vӟi 7' là pha cӫa '

þ Khi pha 7' là mӝt hàm liên tөc theo thӡi gian, thì sóng điӅu chӃ ' cũng liên tөc theo thӡi gian

cos

2 )

Trang 59

MSK

þ Thông thưӡng tҫn sӕ sóng mang

đưӧc chӑn bҵng cách tính trung bình cӫa hai tҫn sӕ và

2 1

Trang 60

7.3 ĐiӅu chӃ dӏch pha tӕi thiӇu MSK

hoһc giҧm xuӕng tuyӃn tính trong khoҧng thӡi

Trang 61

þ °

for symbol 1 for symbol 0 (7.54)

Trang 62

MSK

þ Ví dө biӇu diӉn chuӛi nhӏ phân 1101000 (giҧ sӱ

h = ½)(góc pha liên tөc,không nhҧy như QPSK)

Trang 63

MSK

biӃt chúng ta biӇu diӉn tín hiӋu ' (ӣ

phương trình 7.50) thành các dҥng

đӗng pha và vuông pha cӫa nó:

2 cos )

( cos

2 )

Trang 64

' '

2

) 0 ( )

Trang 65

MSK

(7.55))đưӧc xác đӏnh như sau:

þ °ҩu cӝng tương ӭng vӟi 7 , và dҩu trӯ tương ӭng vӟi 7 k

ä ( )cos

2 )

2

cos ) 0 ( cos 2

?

? m

(7.57)

 '

Trang 66

2

sin ) ( sin 2

?

(7.58)

2

0 '

Trang 67

þ Vì lí do này, tín hiӋu điӅu chӃ CPFSK vӟi đӝ lӋch

06.à,

Trang 68

þ Tӯ đó chúng ta thҩy rҵng trҥng thái pha 7

7 có thӇ xҧy ra mӝt trong bӕn trưӡng hӧp

đưӧc biӇu diӉn như sau:

þ  k, tương ӭng vӟi viӋc truyӅn

symbol 1

þ  k, tương ӭng vӟi viӋc truyӅn

symbol 0

þ  k (hoһc tương ӭng là k

và k), tương ӭng vӟi viӋc truyӅn symbol 1

þ Pha 7 và 7 k, tương ӭng vӟi viӋc truyӅn

symbol 0

Trang 69

MSK

þ Trong tín hiӋu MSK, dҥng thích hӧp cӫa các

hàm trӵc giao cơ bҧn ' và ' là:

þ Cҧ hai hàm ' và ' thì đưӧc đӏnh nghĩa trong

mӝt khoҧng thӡi gian bҵng hai lҫn chu kǤ bit

cos

2 )

Trang 70

()

2 2 0 ¬ ' ¬ (7.61)

Trang 71

2

2 ( ) ( )

Trang 72

MSK

þ Chú ý rҵng:

þ Cҧ hai sӕ nguyên s1 và s2 thì đưӧc tính trong

khoҧng thӡi gian bҵng hai lҫn chu kǤ bit, vӟi '

và ' là hai hàm trӵc giao.

þ Giӟi hҥn dưӟi và giӟi hҥn trên cӫa hàm tích phân đưӧc sӱ dөng đӇ tính hӋ sӕ s1 thì đưӧc dӏch đi Tbgiây so vӟi khi sӱ dөng đӇ tính hӋ sӕ s2 .

 đưӧc xác đӏnh là hai sӕ nguyên.

Trang 73

þ BiӇu diӉn không gian tín hiӋu cӫa hӋ thӕng MSK:

Trang 74

þ Mô tҧ đһc điӇm cӫa không gian tín hiӋu

Trang 75

þ Ví dө cho chuӛi tín hiӋu vào 1101000 ta biӇu diӉn dҥng sóng cӫa tín hiӋu MSK

Trang 76

MSK

(nhiӉu trҳng) thì tín hiӋu thu đưӧc có

dҥng:

þ ' là tín hiӋu MSK đưӧc truyӅn và ¹' là

hàm m u cӫa mӝt quá trình nhiӉu trҳng có

trung bình bҵng zero và mұt đӝ phә là 

(7.64)

)()

()

Trang 77

MSK

þ ĐӇ quyӃt đӏnh chӑn symbol 1 hay symbol 0

đưӧc truyӅn trong khoҧng  , chúng ta

phҧi thiӃt lұp mӝt quy trình cho Y đӇ tách

Trang 78

' ' '

) )

Trang 79

MSK

tương tӵ vӟi tín hiӋu QPSK nên

đưӧc tính bӣi công thӭc:

(7.67)

4

(7.68)

Trang 80

Trang 81

Trang 82

HӃt phҫn 7.3

Trang 83

7.4 Kĩ Thuұt ĐiӅu ChӃ Bhӏ Phân Không KӃt Hӧp

þ

þ Bhӏ phân FSK không kӃt hӧp

þ ĐiӅu chӃ dӏch pha sai biӋt

Trang 84

không sӱ dөng thông tin phase cӫa tín hiӋu tӟi Bhӡ vào tính trӵc giao cӫa các tín hiӋu tӟi mà máy thu tách đưӧc thông tin dӵa vào biên đӝ

Trang 85

7.4 Kĩ Thuұt ĐiӅu ChӃ Bhӏ Phân

Không KӃt Hӧp

Xét giҧn đӗ tín hiӋu nhӏ phân trong đó sӱ dөng hai tín hiӋu S1(t) và S2(t) có năng

lưӧng bҵng nhau

Trong khoҧng 0 t T mӝt trong hai tín

hiӋu đưӧc truyӅn trên kênh truyӅn có

nhiӉu, pha cӫa sóng mang bӏ dӏch mӝt

khoҧng chưa biӃt

Trang 86

Lҩy g1(t) và g2(t) đӇ biӇu thӏ cho s1(t) và

s2(t) sau khi đã bӏ dӏch pha

Giҧ sӱ g1(t) và g2(t) cũng trӵc giao và có năng lưӧng bҵng nhau bӓ qua lưӧng pha sóng mang bӏ dӏch

Chúng ta xét như là mӝt giҧn đӗ tín hiӋu điӅu chӃ trӵc giao noncoherent

Trang 87

ĐiӅu chӃ trӵc giao noncoherent

Kênh truyӅn cũng đưa vào AWGB w(t) có trung bình bҵng 0 và mұt đӝ phә công suҩt B0/2.

Chúng ta có thӇ biӇu diӉn tín hiӋu thu đưӧc x(t) như sau:

x(t) đưӧc dùng đӇ chӍ rõ sӵ khác biӋt giӳa

s1(t) và s2(t), không kӇ đӃn pha cӫa sóng mang.

(

)()

()

'

¹ '

 '

(7.69)

Trang 88

Bӝ thu gӗm mӝt cһp bӝ lӑc matched filter vӟi các hàm cơ sӣ ĭ1(t) và ĭ2(t) cӫa các

tín hiӋu S1(t) và S2(t)

Vì pha cӫa sóng mang chưa biӃt nên bӝ

thu chӍ có thӇ dӵa vào biên đӝ đӇ phân

biӋt

°o đó các ngõ ra cӫa bӝ lӑc matched filter

sӁ đưӧc tách sóng đưӡng bao, lҩy m u vàsau đó so sánh vӟi nhau

Trang 89

Bӝ thu tín hiӋu nhӏ phân đưӧc điӅu chӃ trӵc giao

Trang 90

7.4 Kĩ Thuұt ĐiӅu ChӃ Bhӏ Phân

Không KӃt Hӧp

lӑc Matched Filter

Trang 91

Bgõ ra cӫa bӝ thu quadrature có hai nhánh:

Ӣ nhánh in-phase tín hiӋu cӫa bӝ thu x(t) đưӧc tương quan vӟi ĭi(t), tương ӭng vӟi phiên bҧn mӟi cӫa S1(t) hay S2(t) vӟi pha sóng mang là zero

Ӣ nhánh quadrature x(t) đưӧc tương quan vӟi hàm trӵc chuҭn khác là ĭÖi(t), có đӵơc tӯ sӵ dӏch pha cӫa sóng mang mӝt góc -90 0

ĭi(t) và ĭÖi(t) cũng trӵc giao vӟi nhau.

Trang 92

Boncoherent Orthogonal Modulation

Xác suҩt lӛi trung bình cӫa bӝ thu noncoherent sӁ đưӧc tính toán dӵa vào hình ӣ trên

° o pha cӫa sóng mang chưa biӃt nên nhiӉu ӣ ngõ ra cӫa mӛi bӝ lӑc matched filter có hai thành phҫn tӵ do đó là in- phase và quadrature.

Vì vұy bӝ thu noncoherent có tәng cӫa bӕn tham sӕ nhiӉu đӝc lұp thӕng kê và đưӧc phân bӕ đӗng nhҩt đưӧc biӇu thӏ bӣi:XI1 , XQ1, XI2, XQ2.

Trưӟc hӃt giҧi thích mӭc đӝ tӵ do đưӧc kӃt hӧp vӟi đưӡng trên.

Sau đó giҧi thích mӭc đӝ tӵ do đưӧc kӃt hӧp vӟi đưӡng dưӟi

Trang 93

Tӯ bӝ thu có cҩu trúc đӕi xӭng xác suҩt chӑn

S2(t) phө thuӝc S1(t) đưӧc phát, tương tӵ xác

suҩt S1(t) đưӧc chӑn phө thuӝc vào S2(t) đưӧc phát.

ĐiӅu này có nghĩa là xác suҩt lӛi trung bình có thӇ đҥt đưӧc bҵng viӋc truyӅn S1(t) và tính toán xác suҩt chӑn S2(t)

Trang 94

Tình huӕng thu bӏ lӛi

Giҧ đӏnh S1(t) đưӧc phát trong khoҧng 0 t T, lӛi

sӁ ra nӃu bӝ thu có nhiӉu là w(t), làm cho ngõ ra l2lӟn hơn ngõ ra l1.

Khi đó bӝ thu sӁ chӑn S2(t).

Trang 95

Tính toán xác suҩt lӛi chúng ta phҧi có

hàm mұt đӝ xác suҩt cӫa biӃn ng u nhiên

L2 ( tương ӭng vӟi giá trӏ đơn l2)

Đưӡng dưӟi cӫa matched fillter này cho

S2(t) và S2(t) thì trӵc giao vӟi tín hiӋu đưӧc phát S1(t) vì thӃ ngõ ra cӫa bӝ lӑc này chӍ

có nhiӉu

Trang 96

Lҩy XI2 và XQ2 đӇ biӇu thӏ cho hai thành

phҫn in-phase va quadrature nhánh dưӟi ӣ

ngõ ra cӫa bӝ lӑc match filter

Cho i=2

(7.70)

2 2

Trang 97

BiӃn ng u nhiên XI2 và XQ2 đưӧc phân bӕ theo hàm gaussian vӟi trung bình bҵng 0

và mұt đӝ phә công suҩt B0/2

(7.71)

exp

1 )

(

0

2 2 0

exp

1 )

(

2 2

Trang 98

BiӃn ngãu nhiên L2 có hàm mұt đӝ xác

suҩt như sau: (theo tính chҩt xác suҩt )

(

0

2 2 0

2 2

 B

Trang 99

Trang 100

Xác suҩt có điӅu kiӋn l2>l1 vӟi điӅu kiӋn là giá trӏ m u l1, đưӧc đӏnh nghĩa:

Trang 101

Ӣ bӝ lӑc, nhánh trên cho S1(t) giҧ sӱ S1(t) đưӧc phát, và biên đӝ thu đưӧc l1 tuǤ thuӝc vào tín hiӋu nhiӉu cӝng vào

Lҩy XI1 và XQ1 biӇu thӏ cho hai thành phҫn phase và quadrature cӫa tín hiӋu thu đưӧc ӣ ngõ ra cӫa bӝ loc matched filter này

(7.76)

2 1

1  ÷

Trang 102

7.4 Kĩ Thuұt ĐiӅu ChӃ

S1(t) gӗm hai thành phҫn XI1 là tín hiӋu cӝng nhiӉu

và XQ1 chӍ là nhiӉu °o S1(t) gӗm hai thành phҫn

vuông pha.

BiӃn ng u nhiên XI1 đưӧc đһc trưng cho xI1 , nó có phân bӕ gaussian vӟi trung bình bҵng E 1/2 và variance là B0/2, E là năng lưӧng tín hiӋu trên ký tӵ

BiӃn ng u nhiên XQ1 đươc đһc trưng cho xQ1 , nó cũng có phân bӕ Gaussian vӟi trung bình bҵng 0 và variance B0/2

ỵ Gi thit symbol c truyn, giá

trị tương đương hàm mật độ xác xuất có điều kiện biến ngẫu

exp 2

1 0

Định dạng
Số trang	240
Dung lượng	3,75 MB