Bài tập lớn Mô phỏng mạng :Mô phỏng các kỹ thuật điều chế số

Điều chế số Điều chế số: là quá trình biến đổi các thành phần của song mang như :tần số, pha ,biên độ theo chuỗi tín hiệu đầu vào làm cho tín hiệu có thể được truyền đi xa hơn,.. Khái ni

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-*** -MÔ PHỎNG MẠNG

Đề tài : Viết chương trình giao diện người dùng (GUI)

mô phỏng các công nghệ điều chế số

Giảng viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện :

Nhóm 3

Hà Nội - 2018

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ

I. Điều chế số

Điều chế số: là quá trình biến đổi các thành phần của song mang như :tần

số, pha ,biên độ theo chuỗi tín hiệu đầu vào làm cho tín hiệu có thể được truyền

đi xa hơn, Do đó ta có các điều chế như :ASK, FSK , PSK …

II. Điều chế dịch biên ASK

II.1 Khái niệm

Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc)

II.2 Phương trình điều chế ASK

Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao:

xC(t) = VC cosωCt Tín hiệu AM có dạng:

yAM(t) = [VC + m(t)].cosωCt Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần:

m(t) = Vm.cosωmt yAM(t) = [VC + Vmcosωmt].cosωCt = VC[1 + Vm/VCcosωmt].cosωCt

= VC[1 + mAcosωmt].cosωCt mA: hệ số điều chế (chỉ số điều chế) Để điều chế không méo thì ≤ 1 mA Trong trường hợp m(t) là tổng các tín hiệu sin đơn tần:

m(t) = V1cosω1t + V2cosω2t + V3cosω3t + ……

Với i = 1, 2, 3, …

Trong trường hợp tổng quát:

Dạng sóng của tín hiệu điều chế số ASK

Hình 1: Dạng sóng của tín hiệu ASK

II.3 Sơ đồ điều chế ASK

Hình 2: Sơ đồ khối điều chế ASK

Hình 3: Dạng sóng điều chế ASK

Trong đó: là tín hiệu đầu vào

là tín hiệu sóng mang

là tín hiệu sau khi điều chế biên ASK

 Một số tính chất của điều chế biên:

• Tương đối rẻ

• Chất lượng thấp, hoạt động kém trong môi trường nhiễu

• Được sử dụng phổ biến cho hệ thống phát thanh quảng bá

• Sử dụng cho hệ thống điện đàm (CB radio)

II.4 Các kiểu điều chế biên độ

 Có một số kiểu điều chế biên độ:

• DSB-SC (Double SideBand Suppress Carrier) : Điều chế biên độ triệt tiêu sóng mang

• DSB-FC (Double SideBand Full Carrier): Điều chế biên độ AM

• SSB-SC (Single SideBand Suppress Carrier): Điều chế đơn biên triệt tiêu sóng mang

• SSB-FC (Single SideBand Full Carrier): Điều chế đơn biên

II.5 Ưu điểm, nhược điểm

 Ưu điểm của điều chế ASK

• Chỉ dùng một sóng mang duy nhất

• Phù hợp với truyền tốc độ thấp ,dễ thực hiện

 Nhược điểm của điều chế ASK

• Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu

• Khó đồng bộ, it dùng trong thực tế

III. Điều chế tần số (FSK)

III.1 Khái niệm

Điều chế tần số (hay biến điệu tần số, tiếng Anh: Frequency modulation viết tắt là "FM") được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ thuật xử lý tín hiệu Người ta truyền thông tin trên một sóng mang cao tần bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của sóng mang cao tần không thay đổi, đó là kỹ thuật điều chế tần số

Dùng 2 tần số khác nhau của sóng mang để biểu diễn bit 1 và 0

Tần số cao với mức 1 và thấp với mức 0

Về phạm vi băng sóng điều tần có những tiêu chuẩn khác nhau: Tiêu chuẩn OIRT (tổ chức quốc tế về truyền thanh và truyền hình) có dải sóng từ 65,8 MHz đến 73 MHz Tiêu chuẩn CCIR (hội đồng tư vấn quốc tế về vô tuyến điện) có giải tần 87,5 MHz đến 104 MHz Mỹ và Nhật lại dùng dải rộng hơn là

từ 87,5 MHz đến 108 MHz

III.2 Công thức điều chế

Giả sử tín hiệu dữ liệu băng gốc (bản tin) cần được truyền là xm(t) và sóng mang cao tần hình sin xc(t) = Accos(2fct), ở đây fc là tần số sóng mang cao tần

và A c là biên độ sóng mang cao tần Bộ điều chế kết hợp sóng mang với tín hiệu băng gốc để có được tín hiệu truyền là:

y(t) = Ac cos (2)

= Ac cos (2)

= Ac cos (2)

Trong phương trình này, là tần số tức thời của bộ tạo dao động và là độ lệch tần số đặc trưng cho độ lệch cực đại so với f c trên một hướng, giả sử x m (t) có giới

hạn trong khoảng (-1, +1)

Mặc dù có vẻ như điều này giới hạn tần số sử dụng trong khoảng f c ± fΔ, nó bỏ

qua sự khác biệt giữa tần số tức thời và phổ tần số Phổ tần số của một tín hiệu

FM thực tế có phần mở rộng ra đến vô cùng, chúng trở nên rất nhỏ khi vượt qua một điểm

III.3 Chỉ số điều chế

Như với các chỉ số điều chế, con số này chỉ ra biến điều chế thay đổi như thế nào xung quanh mức không điều chế của nó Nó liên quan tới các biến tần số của tín hiệu sóng mang:

h = =

ở đây là thành phần tần số cao nhất có mặt trong tín hiệu điều chế , là độ lệch

tần số đỉnh, tức là độ lệch tối đa của tần số tức thời so với tần số sóng mang Nếu h << 1, điều chế tần số được gọi là FM băng hẹp, băng thông của nó xấp xỉ

2

Nếu h >> 1, thì điều chế tần số được gọi là FM băng rộng và băng thông của nó

xấp xỉ 2 Do FM băng rộng sử dụng thêm băng thông, nó có thể cải thiện tỉ số tín trên tạp một cách đáng kể

Với một sóng FM điều chế âm tần, nếu tần số điều chế được giữ cố định

và chỉ số điều chế tăng lên, băng thông (không đáng kể) của tín hiệu FM sẽ tăng lên, nhưng khoảng cách giữa các thành phần phổ vẫn như cũ; một số thành phần phổ giảm trong khi thành phần khác tăng Nếu độ lệch tần số được giữ không đổi và tần số điều chế tăng, thì khoảng cách giữa các thành phần phổ sẽ tăng

Điều chế tần số có thể được phân loại như băng hẹp nếu sự thay đổi trong tần số sóng mang giống như tần số tín hiệu, hoặc phân loại như băng rộng nếu

sự thay đổi trong tần số sóng mang cao hơn nhiều (chỉ số điều chế >1) so với tần

số tín hiệu.[2] Ví dụ, FM băng hẹp được sử dụng cho các hệ thống vô tuyến hai chiều như Dịch vụ vô tuyến gia đình, ở đây sóng mang cho phép độ lệch chỉ là 2,5 kHz ở trên và dưới tần số trung tâm, mang các tín hiệu thoại không lớn hơn băng thông 3,5 kHz FM băng rộng được sử dụng cho phát thanh FM, trong loại hình phát thanh này, tín hiệu âm nhạc và thoại được truyền với độ lệch tần số lên tới 75 kHz so với tần số trung tâm, mang âm thanh trên băng thông lên tới

20 kHz

 Dạng sóng tín hiệu FSK

Hình 4: Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK

III.4 Phổ tín hiệu của FSK

Hình 5: Phổ tín hiệu của FSK

III.5 Ưu điểm, nhược điểm

 Ưu điểm :

o Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu và ít lỗi hơn so với ASK

 Nhược điểm :

o Tần số cao dễ bị nhiễu và hạn chế tốc độ truyền

o Khó đồng bộ

III.6 Ứng dụng :

 Dùng rộng dãi trong truyền số liệu

 Dùng để truyền dữ liệu tốc độ 1200bp hay thấp hơn trên mạng điện thoại

 Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền sóng radio hoặc cáp đồng trục

IV. Điều chế pha PSK

IV.1 Khái niệm

 Pha của sóng mang hình sin tần số cao sẽ biến thiên theo mức logic 0

và 1 của chuỗi số

 M = 2N là số pha trạng thái khác nhau của sóng mang với N số bit nhị phân.Ta cóm các kiểu điều chế M-ary:BPSK, QPSK

IV.2 Điều chế BPSK

Biểu thức của tín hiệu BPSK

Trong đó :

 A : là biên độ, ω0 tần số, φ là góc pha ban đầu của sóng mang

 d(t) =+/-1: tùy theo mức luận lý của chuỗi số đầu vào

IV.2.1. Phổ của tín hiêu BPSK

Nếu ta đặt A = , trong đó là công suất song mang thì là năng lượng mỗi bit

Thì phổ của tín hiệu xung:

Suy ra phổ tín hiệu của BPSK

4.2.2 Sơ đồ điều chế BPSK

chế

BPSK

BPSK

Hình 7: Dạng sóng tín hiệu BPSK

IV.3 Điều chế QPSK

Điều chế QPSK là quá trình điều chế pha của sóng mang với 4 trạng thái khác nhau và vuông góc với nhau

Giá trị của ϕ()t tương ứng với mỗi ký hiệu 2 bít, gọi b0 (t) và b e (t) là bit

chẵn và bít lẻ trong mỗi ký hiệu 2 bit

 Ưu điểm:

• Ít lỗi, ít nhạy với nhiễu do pha ít bị ảnh hưởng của môi trường

và tần số

 Nhược điểm:

• Khó thực hiện các mạch điều chế, dễ sai pha khi điều chế ở mức cao

Sử dụng nhiều trong mạng không dây Wifi, di động CDMA

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GUI MÔ PHỎNG CÁC CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ SỐ