Slide kỹ thuật điều chế số đại học bách khoa, 240 trang

7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt hӧp þ Ta xét hai dҥng điӅu chӃ nhӏ phân là BPSK và BFSK þ Kĩ thuұt Đc kӃt hӧp, bên máy thu kӃt hӧp vӟi pha cӫa tín hiӋu nhұn đưӧc đӇ tҥo sӵ đӗng bӝ pha cӫ

Trang 1

| 

Bӝ môn ViӉn Thông Trưӡng ĐH Bách Khoa TPHCM

Trang 2

° n nhұp

þ Mөc đích cӫa ĐiӅu chӃ (Đc) : thay đәi dҥng thӭc cӫa thơng tin cho phù hӧp

vӟi kênh truyӅn, yêu cҫu ghép kênh

þ Đӏnh nghĩa : Điều chế là quá trình 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

hóa M-ary của nó.

Trang 3

° n nhұp

Trang 4

B ӝi dung trình bày

þ Ta đi xem xét đһc điӇm cӫa các loҥi tín hiӋu điӅu chӃ

Trang 5

Mөc đích thiӃt kӃ

þ Tӕi đa tӕc đӝ dӳ liӋu

þ Tӕi thiӇu xác suҩt lӛi

þ Tӕi thiӇu công suҩt truyӅn

þ Tӕi thiӇu băng thông kênh truyӅn

þ Tӕi đa khҧ năng chӕng nhiӉu

þ Đơn giҧn hoá phҫn cӭng

Trang 6

þ 7.1 ° n nhұp

þ 7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt hӧp : BSK

þ 7.3 Kĩ thuұt Đc cҫu phương kӃt hӧp và

° ӏch pha tӕi thiӇu : QPSK, MSK

þ 7.4 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân không kӃt hӧp

þ 7.5 So sánh Đc nhӏ phân và Đc cҩp bӕn

Trang 7

Trang 8

7.2 Kĩ thuұt Đc nhӏ phân kӃt

hӧp

þ Ta xét hai dҥng điӅu chӃ nhӏ phân là

BPSK và BFSK

þ Kĩ thuұt Đc kӃt hӧp, bên máy thu kӃt

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 Coherent BPSK

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

þ  và 5 là năng lượng tín hiệu truyền trên 1 bit hay còn gọi là năng lượng bit của tín hiệu tin tức

cos

2 )

(

'

Trang 10

þ Coherent BPSK

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

þ Coherent Binary

PSK

þ Xác suҩt lӛi

(7.12)

)N

er c(

2

1

)

exp(

1)

0(

(7.11)

)

(1

0 b

/

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' ' '

(7.17)

) ( )

( )

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 Coherent binary FSK

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

þ ĐiӅu chӃ dӏch pha tӕi thiӇu MSK

Trang 30

þ B hҵm tăng tӕc đӝ bit khi truyӅn cũng

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 chӃ đưӧc dùng

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

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

þ Xác suҩt tách sóng đúng , , bҵng xác suҩt đӇ cho  và  đӗng thӡi xҧy

ra (khi truyӅn tín hiӋu ' )

Trang 45

þ ° o các biӃn ng u nhiên X1 và X2 đӝc lұp,

có phân phӕi Gauss vӟi Mean =(E/2)1/2 và

Var = Bo/2, nên xác suҩt vӟi điӅu kiӋn

 và  khi tín hiӋu ' đưӧc truyӅn :

Pc_x ác suҩt thu đúng (mұt đӝ xác suҩt

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

þ B Ӄu gӑi Eb là năng lưӧng cӫa mӛi bit, thì 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 ĐiӅu chӃ cҫu phương QPSK

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

þ Hai sӵ khác biӋt chính cӫa MSK và QPSK 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

þ Pha 7 biӇu thӏ giá trӏ cӫa pha tҥi thӡi điӇm ' , nó phө thuӝc vào các quá

trình điӅu chӃ trưӟc đó

þ Các tҫn sӕ và đưӧc gӣi khi symbol

1 và 0 xuҩt hiӋn tҥi ngõ vào điӅu chӃ (f1,

f2 tuǤ thuӝc vào fb)

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

þ Sӱ dөng phép khai triӇn lưӧng giác đã

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

þ Xét thành phҫn đӗng pha, vӟi hӋ sӕ đӝ lӋch h = ½(f1-f2)=hfb=1/2*fb,Ts=2Tb

þ ° ҩu +/- tương ӭng vӟi symbol 1/0

þ Chӑn Pha 7 & bҵng 0 hay k '

' '

2

) 0 ( )

Trang 65

MSK

phҫn đӗng pha, ' (trong công thӭc

(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

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

þ Trong trưӡng hӧp kênh truyӅn có nhiӉu (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

þ Công thӭc tính x1 và x2.

' ' '

) )

Trang 79

(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

þ Giҧi ĐiӅu chӃ không kӃt hӧp là giҧi Đc 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

ĐiӅu chӃ trӵc giao noncoherent.

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

ĐiӅu chӃ trӵc giao noncoherent.

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

B oncoherent Orthogonal Modulation

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

þ Bӝ thu vuông pha tương đương cӫa bӝ 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 19

Định dạng
Số trang	240
Dung lượng	3,55 MB