Khảo sát tín hiệu điều chế dùng matlab

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ DÙNG MATLAB Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH HẢI Sinh viên thực NGUYỄN NHƯ CƯỜNG Lớp : 95 KĐĐ TP HỒ CHÍ MINH - 2000 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG ĐIỀU BIÊN (AM: Amplitude modulation) I Phổ tín hiệu điều biên: Điều biên trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức ta có: Giả thiết tin tức tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ Ωmin÷Ωmax, VΩ = VΩ.cosΩt (1.1) Tải tin dao động cao tần: Vωo = V0.cosω0t (1.2) Từ (1-1) (1-2) ta tín hiệu điều biên có dạng: VAM (t ) = (V0 + VΩ cos Ωt )cos ω0 t ⎛ V ⎞ = V0 ⎜⎜1 + Ω cos Ωt ⎟⎟ cos ω0 t V0 ⎝ ⎠ = V0 (1 + m cos Ωt )cos ω0 t Trong đó: m = (1.3) VΩ hệ số điều chế hay gọi độ sâu điều chế Hệ số V0 điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m ≤ Nếu m > mạch có tượng điều chế tín hiệu méo trầm trọng (hình 1-1) Trong thực tế mmax = 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bị méo Ta xác định “m” thực tế cách đo giá trị Vmax, Vmin áp dụng công thức: Vmax − Vmin V V − Vmin m= Ω = = max Vmax + Vmin Vmax + Vmin V0 (1.4) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi m = ta có Vmax = 2V0 Vmin = Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta coù: VAM = V0 cos ω0 t + VΩ mV0 mV0 cos(ω0 + Ω )t + cos(ω0 − Ω)t 2 V0 (1.5) t t 0 VAM t m1 t - - - 1 Hình 1.1 Dạng tín hiệu VΩ, V0 tín hiệu điều biên VAM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Như điều chế đơn âm phổ tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: Tải tin có tần số ω0 có biên độ V0; hai dao động biên có tần số ω0 mV0 ± Ω có biên độ hình 1-2,a Khi m=1 V VAM = V0 VAM mV0 ω ω0 - Ω ω0 + Ω ω0 VΩ Nếu ta điều chế dãi âm tần (Ωmin÷Ωmax) vào tải tin, ta có phổ tín hiệu AM hình 1-2,c ω Ta thấy tải tin ω0 có biên độ V0 có hai biên tần: biên tần có tần số từ (ω0 Ωmin) đến (ω0 + Ωmax) biên tần có tần số từ (ω0 - Ωmax) đến (ω0 + Ωmin) đối xứng qua tải tin Ωmin Ωmax ω0 ω0 - Ωmax ω0 - Ωmin ω ω + Ωmax ω0 + Ωmin Hình 1-2 Phổ rín hiệu AM Thực chất phổ dao động hai biên không đồng điều mà xa ω0 biên độ giảm đặc tuyến lọc cộng hưởng hình chữ nhật lý tưởng II Quan hệ lượng điều biên: Trong tín hiệu điều biên, biên tần chứa tin tức, tải tin không mang tin tức Như công suất tải tin công suất tiêu hao vô ích, công suất biên tần công suất hữu ích • Công suất tải tin công suất bình quân chu kỳ tải tin: Pωo = V20 2RL (1.6) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Công suất biên tần: • Pbt (ω0 + Ω ) = Pbt (ω0 − Ω ) m2 ⎛ mV0 ⎞ =⎜ = Pω0 ⎟ ⎝ ⎠ 2R L (1.7 ) m2 (1.8) Pbt = Pbt (ω0 + Ω ) + Pbt (ω0 − Ω ) = Pω0 Khi điều chế sâu (100%): m = Pbt = Pω0 (1.9) Từ (1.3) ta có: VAmmax = V0(1+m) • V02 (1 + m ) = Pω0 (1 + m ) 2R L Do đó: PAM max = Khi m = PAMmax = 4Pωo (1.10) (1.11) Vậy công suất trung bình chu kỳ điều chế: PAM ⎛ m2 ⎞ m ⎟⎟ = Pω0 + Pbt = Pω0 + Pω0 = Pω0 ⎜⎜1 + 2 ⎝ ⎠ (1.12 ) Neáu m = PAM = 3/2 Pωo (1.13) ⇒ Pbt = 1/3 PAM • (1.14) Hệ số lợi dụng công suất: k= Pbt = PAM Pω0 m 2 ⎛ m ⎞ ⎟ Pω0 ⎜⎜1 + ⎟⎠ ⎝ = 2 m +1 Khi điều chế sâu m = k = phần ba tổng công suất phát (1.15) có nghóa công suất hữu ích LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ÷ 0,8 k < nhược điểm tín hiệu AM so với tín hiệu điều biên (SSB) III Đây Các tiêu dao động điều biên: Hệ số méo phi tuyến: Trong ñoù: k = I(2ω0 ± 2ωΩ ) + I(2ω0 ± 3ωΩ ) + I ( ω ± ωΩ ) I(ωt ± nωs) (n ≥ 2) biên độ thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao tín hiệu điều chế; I(ωt ± ωs) biên độ thành phần biên tần Để đặc trưng cho méo phi tuyến mạch điều khiển, người ta dùng đặc tuyến điều chế tónh (hình 1.3) Đặc tuyến điều chế tónh cho biết quan hệ biên độ tín hiệu giá trị tức thời tín hiệu điều chế đầu vào Dạng tổng quát đặc tuyến điều chế tónh biểu diễn hình 13 I0 A B UΩ C Hình 1-3: Đặc tuyến điều chế tónh A–Giá trị cực đại; B–Tải tin chưa điều chế Đường đặc tuyến điều chế tónh lý tưởng đường thẳng từ C đến A Đặc tuyến điều chế tónh không thẳng làm cho lượng biến đổi biên độ dao động cao tần đầu so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với trị tức thời điện áp điều chế Do đầu thiết bị điều biên, thành phần hữu ích (các biên tần), có thành phần bậc cao không mong muốn khác Trong đáng lưu ý thành phần tần số ωt ± 2ωs lọt vào biên tần mà lọc Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc điều chế đoạn đường thẳng đặc tuyến điều chế tónh Lúc buộc phải giảm độ sâu điều cheá LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hệ số méo tần số: Để đánh giá độ méo tần số, ngươì ta vào đặc tuyến biên độ – tần số: M = f(Fs)⏐Us = const Hệ số méo tần số xác định theo biểu thức: M= m0 Hoaëc M = 20logM dB m (1.17) Trong đó: m0 – hệ số điều chế lớn nhất; m – hệ số điều chế tần số xét; Méo tần số xuất chủ yếu tầng khuyếch đại âm tần (khuyếch đại tín hiệu điều chế), xuất tầng điều chế sau điều chế, mạch lọc đầu tầng không đảm bảo băng thông cho phổ tín hiệu điều biên(2Fmax) IV Phương pháp tính toán mạch điều biên: Các mạch điều biên xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây: - Dùng phần tử phi tuyến : cộng tải tin tín hiệu điều chế đặc tuyến phần tử phi tuyến - Dùng phần tử phi tuyến có tham số điều khiển được: nhân tải tin phi tín hiệu điều chế nhờ phần tử phi tuyến Điều biên dùng phần tử phi tuyến: Các phần tử phi tuyến dùng để điều biên đèn điện tử, bán dẫn, đèn có khí, cuộn cảm có lõi sắt điện trở có trị số biến đổi theo điện áp đặt vào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tùy thuộc vào điểm làm việc chọn đặc tuyến phi tuyến, hàm số đặc trưng cho phần tử phi tuyến, biểu diễn gần theo chuỗi Taylor chế độ làm việc mạch chế độ A(θ = 1800) phân tích theo chuỗi Fourier mạch làm việc chế độ mà góc cắt θ < 1800 (chế độ lớp AB, B, C) phương pháp tính toán cho hai trường hợp sau: a) Trường hợp 1: θ = 1800 Giả thiết mạch điều biên dùng Diode (hình 1-5) Nếu tín hiệu vào thỏa mãn điều kiện ⏐V0⏐ + ⏐VΩ⏐ < ⏐E⏐ (2.18) mạch làm việc chế độ A (θ = 1800) Hàm số đặt trưng cho phần tử phi tuyến (diode) xung quanh điểm làm việc biểu diễn theo chuỗi Taylor: iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.18) với uD = ED + U0cos0t + UΩcosΩt Thay uD vaøo biểu thức (1.18), nhận được: ID = a1(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt) + a2(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt)2 + + a3(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt)3 +… (1.19) Khai triển (1.18) bỏ qua số hạng bậc cao n ≥ có kết mà phổ biểu diễn hình 1.6 Phổ tín hiệu trường hợp gồm thành phần phổ mong muốn Các thành phần phụ không khí A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = (n = 1, 2, 3,…) Nghóa đường đặc tính phần tử phi tuyến đường cong bậc hai tín hiệu điều biên méo phi tuyến Phần tử phi tuyến có đặc tính gần với dạng lý tưởng (bậc 2) FET Để thỏa mãn điều kiện (1.18), tải tin tín hiệu điều chế phải có biên độ bé, nghóa phải hạn chế công suất Vì lý đó, dùng điều biên chế độ A LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i i E 0 UD t D D UD 1k ω0 CB 1uF + 10V + E0 t a) ωΩ b 2ω0 - 2ωΩ 2ω0 - ωΩ 2ω0 2ω0 + ωΩ 2ω0 + 2ωΩ ω0 + 2ωΩ ω0 + 3ωΩ ω0 + ωΩ ω0 - 3ωΩ ω0 - 2ωΩ ω0 - ωΩ 3ωΩ 2ωΩ ωΩ Hình 1.5 Điều biên chế độ A a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến Diode ω Hình 1.6 Phổ tín hiệu điều biên mạch làm việc chế độ A LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b) Trường hợp 2: θ < 1800 Khi θ < 1800, biên độ điện áp đặt vào diode đủ lớn coi đặc tuyến đường gấp khúc (hình 1-7) Phương trình biểu diễn đặt tuyến diode trường hợp sau: ID = uD ≤ SuD uD >0 (1.20) S: hoã dẫn đặc tuyến diode C) Chọn điểm làm việc ban đầu khu tắc diode (ứng với chế độ Vì dòng qua diode dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên biểu diễn iD theo chuỗi Fourier sau: ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosω0t + I2cos2ω0t + + Incosnω0t (1.21) Trong đó: I0: thành phần dòng điện chiều; I1: biên độ thành phần dòng điện tải tin; I2, I3,…,In: biên độ thành phần dòng điện bậc cao (hài bậc cao) tải tin; I0, I1, I2,…, In tính toán theo biểu thức xác định hệ số chuỗi Furier: ⎫ ⎪ ⎪ θ ⎪ I1 = ∫ i D cos ω0 tdω0 t ⎪⎪ π0 ⎬ ⎪⎪ θ ⎪ n I n = ∫ i D cos nω0 tdω0 t ⎪ π0 ⎪⎭ θ I0 = ∫ i D dωt π0 (1.22) Theo biểu thức (1.20): iD = SuD = S(E + UΩcosωΩt + U0cosω0t) (1.23) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NC 10-2 NC NC: không kết hợp C: kết hợp 10-3 10-4 σ2 = (η/ 4)Δ (1.14) Kết hợp Tạo tín hiệu vuông -5 Xác suất lỗi ký hiệu 10 10-6 10-7 10-8 10-9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Hình 3-2: Đồ thị xác suất lỗi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vào số liệu Bộ lọc băng thông fC+fD Bộ lọc băng thông fC-fD Môi trường Máy phát Tách sóng hình bao Σ Tách sóng hình bao Mach định Số liệu Bộ chia cắt nhị Số liệu Giảu điều chế không kết hợp AVG AVG Đường dây trễ Bộ lọc băng Bộ lọc băng Điều chế Điều chế Điều chế Bộ lọc Bộ lọc Bộ lọc Mach định Số liệu Giải điều chế kết hợp tuyệt đối Hình 3-3: Các hệ thống tách sóng kết hợp vi sai không kết hợp kết hợp Từ bảng 1-2, ta chọn độ di tần nhỏ tốt Nhưng xác suất lỗi Pe hàm độ di tần Giảm độ di tần, Pe tăng lên Giá trị tối ưu độ di tần xác định xấp xỉ 0,7 giảm độ di tần xuống 0,5 dẫn đến C/N chịu thiệt 1,6 dB Pe 10-6 W = rb Độ rộng băng W = rb tối ưu trường hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3-3 vẽ sơ đồ khối hệ thống máy thu FSK kết hợp, mô tả đây, đầu lọc băng thông chứa mức âm có quan hệ kết hợp với tần số mang thông tin Mức âm xuất xác cho tần số Hơn chúng chiếm công suất tổng độ chênh lệch chúng cung cấp tần số nhịp bit với pha phù hợp III FSK không kết hợp (NCFSK) Phổ tần FSK độ di tần đỉnh – đỉnh 2fd = krb, k số nguyên xuất giống hai lần phổ ASK, có tần số mang f0 – fd f0 + fd, phổ tương tự vẽ hình 6.2 Điều nói lên tín hiệu mang tin điều kiện tách nhờ hai lọc thông băng với tần số trung tâm f0 – fd f0 + fd Mạch tách sóng điển hình minh họa hình 6.19 Khi tần số mang tốc độ bit có quan hệ đơn trị, f0 = nrb có nghóa sóng mang có quan hệ kết hợp (duy nhất) với tốc độ bit th mang tin Có thể có ba loại trình tách sóng Loại thứ mô tả tách sóng kết hợp, loại thứ hai tách sóng không kết hợp, loại thứ ba tách sóng kết hợp vi sai dùng để trễ hình 6.19 ™ Xác suất lỗi Pe FSK không kết hợp hai trạng thái Biểu thức xác suất lỗi Pe là: Pe = ½ exp [-(1/2) (W/rb) (C/N)] (6.57) Biểu thức rút từ tài liệu tham khảo 2.4 phương trình 6.57 minh họa hình 6.18 với độ rộng băng tạp âm sóng biên Nó có giá trị chỗ sau tách sóng hình bao có lọc băng thông thiết bị định, khoảng cách tần số 2fd phải 1/T (hay m≥1); Để tránh băng thông hai lọc chồng lấn lên Có thể dùng tách sóng tần số để chuyển đổi biến thiên tần số thành biến thiên độ cho tách sóng hình bao điều biên thực Phương pháp hạn chế nhược điểm nói với số điều chế m≥1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IV FSK M trạng thái: Tách sóng kết hợp: Xác suất lỗi cáchệ thống ghép kênh FSK với tách sóng kết hợp không biểu thị “hàm hiệu” đơn giản Nói chung, biểu thức chấp nhận xác suất lỗi sau: ⎡ 1⎛ Pe kếthợpMary W ⎛ 2C ⎞ ⎞⎤ M −1 ⎢ − ⎜ x − ⎜ ⎟ ⎟⎥ ⎧⎪ ⎡ 1 ⎛ x ⎞⎤ ⎫⎪ ⎢⎣ ⎜⎝ rS ⎝ N ⎠ ⎟⎠ ⎥⎦ = dx ⎨1 − ⎢1 − erfc⎜ ⎟⎥ ⎬ e 2π −∫∞ ⎪⎩ ⎣ ⎝ ⎠⎦ ⎪⎭ +∞ (3.5) Trong M số lượng tần số khóa C/N tỷ số tín hiệu tạp âm độ rộng băng tạp âm song biên Những trị số Pe trị số M khác cho hình 3-2 Vì M dạng tín hiệu Mỗi có tần số khác nhau, biểu thức 3.5 xác suất trung bình củalỗi ký hiệu Như phương trình 3.6 rõ, chất lượng sơ đồ điều chế khác so sánh theo Eb / η C/N, cho phép ta có đánh giá sơ đồ điều chế M trạng thái khác dùng giá trị M C ⎛ E b ⎞ log M =⎜ ⎟ N ⎜⎝ η ⎟⎠ + α (3.6) α: hệ số uốn cosin-tăng Như nói trên, M dạng sóng trạng thái, ký hiệu mã hóa cần có log2M bit mã nhị phân, đo từ phương trình (3.6) lọc cosin tăng: Eb = η 1+ α ⎛ C ⎞ ⎜ ⎟ log M ⎝ N ⎠ (3.7 ) Để chuyển đổi xác suất ký hiệu cho (3.5) thành xác suất tương đương bit lỗi nhị phân, ta phải xét đến cách lỗi xuất hệ thống lỗi trực giao Số lượng tổng hợp log2M Cn số khả nbit nhị phân log2M bit bị lỗi Đối với tín hiệu trực giao khả năng, tất lỗi bit tín hiệu khả năng: Xác suất lỗi ký hiệu xẩy = Pe/(M-1) (3.8) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Do số lỗi bit log2M là: log M ∑ n (log n =1 MC n ) Pe ⎛ Pe ⎞ (log M )! =⎜ n! ⎟n (M − 1) ⎝ M − ⎠ (log M − n )! = (Pebit )FSK = Pe FSK M 2(M − 1) (3.9) = BER Khoảng cách tần số cần thiết giải điều chế kết hợp cho Mỗi tín hiệu chiếm độ rộng xấp xỉ 2fd, nên độ rộng kênh 2TS yêu cầu để truyền dẫn dạng sóng M biểu thị: Độ rộng băng FSKkết hợp = 2Mfd = M 2TS (3.10) Độ rộng băng hiệu dụng tính theo tốc độ tin bit /s rộng băng yêu cầu: Độ rộng băng hiệu dụng FSKkết hợp = log M M log M chia cho độ M (3.11) Tách sóng không kết hợp: Xác suất lỗi hệ thống FSK với tách sóng không kết hợp biểu thị: PeFSK ∞ ⎛ W C⎞ ∫0 I0 ⎜⎜⎝ 2x rS N ⎟⎟⎠ khoâng ⎛ −X2 ⎞ ⎡ ⎛ ⎜ ⎟⎞ ⎜ ⎟⎟ ⎢ ⎜ ⎝ ⎠ ⎟ ⎢1 − ⎜⎜1 − e ⎟ ⎢⎣ ⎝ ⎠ keát M −1 ⎛ x2 W C ⎞ ⎤ ⎜− + * ⎟ ⎜ r N⎟ ⎥ S ⎝ ⎠ x * e dx ⎥ ⎥⎦ hợp = (3.12) Trong I0(u) hàm Bessel cải tiến loại thứ phương trình 1.21 Hình 3-2 cho trị số Pe tương ứng với trị số M khác tỷ số C tạp âm son biên So sánh xác suất lỗi hệ thống N FSK kết hợp không kết hợp ta thấy rõ ràng tách sóng kết hợp luôn hệ thống tách sóng trội trị số M nhỏ Hai hệ thống không khác số lượng tần số khóa M tăng lên Tính trực giao daạng sóng FSK tách sóng không kết hợp yêu cầu khoảng cách tần số 2f d = TS Do đó, ta có độ rộng kênh yêu cầu để truyền dẫn là: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ rộng băng FSK không kết hợp M trạng thái = M.2f d = M TS (3.13) Điều chứng tỏ kà số lượng mức M tăng lên, độ rộng băng tăng lên, từ hình 3-2 C/N tiến tới giới hạn Vì tốc độ truyền dẫn (log2M)/TS, ta có: (3.14) Hiệu dụng độrộng băng FSK không kết hợp = (log2M)/M Bằng so với trường hợp tách sóng không kết hợp Từ hình 3-2 ta thấy rằng, công suất tạp âm giữ nguyên, công suất phát không tăng theo M tăng Tỉ lệ lỗi bit tự cực đại rb với số liệu truyền theo sơ đồ tín hiệu FSK trực giao M trạng thái đượccho dung lượng kênh C’ kênh Gaussian có độ rộng vô hạn: rb = W C/N Log2e (3.15) D(iều có nghóa tấc độ bit rb nhỏ dung lượng kênh, xác suất lỗi xem nhỏ Biểu đồ hình hệ thống FSK M trạng thái biểu thị M tọa độ vuông góc với đại lượng vector A Với M = 3, ta dễ dàng nhận thấy hệ tọa độ ba chiều trục dương x, y, z đại diện cho φ1, φ2, φ3 V MSK – khóa di tần cực tiểu: MSK trường hợp đặc biệt FSK pha liên tục (CP - FSK), với độ tần 2fd 0, sử dụng tách sóng kết hợp Kỹ thuật đạt chất lượng PSK kết hợp,và có đặc tính phổ cao hơn.CP – FSK MSK có ưu điểm thực tự đồng tương đối đơn giản CP – FSK kết hợp với độ di tần 0,7 Nếu xung vào mạch máy phát lọc để tạo xung hình sin “độ dài toàn bộ” Trước điều chế với sóng mang, FSK coi OQPSK cải biến Người ta chứng minh cấu tạo tách sóng đơn giản tối ưu với tính chất xác suất lỗi thu PSK hai trạng thái Do tính chất xác suất lỗi Pe hiệu dụng băng thông (2 bit/s Hz), nên kỹ huật sử dụng trng thiết bị có thị trường vi ba số “Telenokia” 0,7; 8M bit / s LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Taùch sóng kết hợp MSK tách sóng kết hợp tín hiệu PSK, có suy giảm tính chất xác suất lỗi Pe so với lý tưởng pha sóng mang tín hiệu mang tín hiệu thu sóng mang chuẩn nội không đồng Trong hệ thống PSK truyền thống, Cả BPSK QPSK có chất lượng Pe với (C/N) / bit, với chuẩn pha hoàn chỉnh, với chuẩn pha bị tạp âm, chất lượng hệ thống bị xấu nhiều QPSK ghép thành phần cầu phương Người ta chứng ming OPQSK có xác suất lỗi tách sóng nằm chất lượng tách sóng BPSK QPSK Vì tần số không ổn định hệ thống thông tin khó khăn kết hợp việc thu nhận đồng sóng mang có trực đủ thấp để ngăn ngừa tổn thất tách sóng, OPQSK có ưu điểm BPSK QPSK cho phép C/N thấp dB so với mức chuẩn pha đồng để thõa mãn giá trị tổn hao tách sóng cho phép xác định Biểu thức mật độ phổ công suất chưa lọc MSK là: P (f) MSK = [ 8CT(1+cos4πfT)]/[π (1-16T2f2)]2 (3.15) Trong f tần số dịch so với sóng mang; C công suất sóng mang; T thời gian bit đơn vị máy thu; Phổ minh họa hình 3-4c So sánh phổ MSK với phổ OQPSK hình 3-4d, ta thấy dộ rộng búp phổ MSK lớn OQPSK 1,5 lần Ta chứng minh với lọc đúng, hiệu dụng băng thông cực đại MSK OQPSK bit/s/Hz Hình 3-4 minh họa sơ đồ khối điều chế giải điều chế, với biểu đồ thời gian luồng số liệu mong muốn Các tín hiệu FSK giống hệ thống FM khác trình phi tuyến tính, nên mô tả hoàn toàn toán học khó khăn Nhưng tín hiệu FSK tính toán để có độ di tần đỉnh – đỉnh hay độ dịch tần số ‘h’ 2fd bội số tích phân tốc độ bit, xem tổng hai tín hiệu AM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bộ tạo dạng xung sin Bộ lọc phát Bộ chuyển đổi Vào số nối tiếp song lieäu song / Tb Cos (2+fCt) Σ / 2Tb Σ Bộ tạo dịch pha không Bộ tạo dịch pha không Bù trễ T b Bộ tạo dạng xung sin Kênh truyền dẫn a) Số liệu vào T Ngưỡng định Bộ lọc phát Máy phát Q’ Máy thu Bù trễ Bộ chuyển đổi Ra số nối tiếp song liệu song Bộ lọc thu sin (2+fCt) Q Ngưỡng định Bộ lọc thu WGN Δ/2 i-Δ/2 Δ/2 Q-Δ/2 − T − 2T fc 2T T c): Mật độ phổ công suất MSK b) Ghi chú: n bit số liệu vào chuyển đổi thành n bit I/O Hình 3-4: Hệ thống MSK a) Điều chế giải điều chế cầu phương; b) Định thời số liệu điều chế; c) Mật độ phổ công suất; Nhờ đó, ta dễ dàng mô tả đặc tính tần số – thời gian Mật độ phổ tín hiệu gồm hai thành phần gián đoạn liên tục với lượng chia chúng Vì thành phần gián đoạn không chứa thông tin nào, nên chúng lãng phí lượng Một ưu điểm MSK số điều chế tín hiệu FSK (tức độ di LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com taàn đỉnh – đỉnh h tốc độ bit), Mật độ phổ chứa thành phần liên tục mang thông tin Một ưu điểm khác MSK so với FSK độ di tần đơn vị, độ rộng băng nhỏ với tốc độ bit, đặc biệt với FM tốc độ bit nhị phân kép Hình 3-4 cho ta thấy: Đối với MSK, hầu hết lượng tín hiệu chứa miền tần số hẹp 1,5 lần tốc độ bit đường viền phổ có độ dốc trung bình 12 dB/octa Trong trường hợp FM nhị phân kép, độ rộng băng sau điều chế lọc cosin tăng giới hạn đến điểm tín hiệu nhị phân FSK Nhưng, tạp âm xuyên ký hiệu lấy dạng mà việc tách tín hiệu tín hiệu ngẫu nhiên bậc Một ưu điểm khác MFK sóng mang tín hiệu digital ngẫu nhiên điều chế, có hình bao liên tục, nên klhông phải tính đến việc chuyển đổi AM/PM làm biến dạng phổ Vì tính chất đó, MSK ứng dụng đắc lực hệ thống phi tuyến tính công suất hạn chế hệ thống thông tin vệ tinh Hai kỹ thuật chung để điều chế giải điều chế MSK mở Những phương pháp dựa vào phương pháp song song nối tiếp Ccả hai tương đương hoàn toàn chiếm độ rộng băng đặc tính xác suất lỗi Phương pháp song song thực chất phương pháp ghép cầu phương luồng số liệu dạng xung hình sin xếp chu kỳ ký hiệu sóng mang hình 3-4a thực modem dùng phương án thực tế cần phải cân chặt chẽ đồng tín hiệu số liệu kênh đồng pha cầu phương trêb sóng mang tự cân pha chúng cầu phương Tương tự máy thu trì cân chặt chẽ cầu phương pha, cần thiết để cực tiểu hóa độ méo xuyên âm Với phương án nối tiếp, tín hiệu tạo từ tín hiệu hai pha cách lọc qua lọc chuyển đổi thiết kế phù hợp Nên vấn đề cân di trùy sóng mang cầu phương pha phương án song song thay nhiệm vụ xây dựng lọc chuyển đổi với đặc tuyến sin kết hợp Bộ giải điều chế gồm lọc phối hợp với phổ tín hiệu phát, giải điều chế kết hợp tách bit Thực giải điều chế nối tiếp yêu cầu tổng hợp lọc thông băng phối hợp chặt chẽ với tín hiệu MSK để đảm bảo chất lượng gần đến lý tưởng Các tín hiệu MSK PSK, tách sóng kết hợp vi sai Tách sóng vi sai kỹ thuật điều chế hấp daẫn truyền dẫn phương thức “burst” hệ thống ghép kênh chia theo thời gian (TDMA) cấu tạo mạch đơn giản không cần khôi phục sóng mang Phương thức sử dụng tách sóng không kết hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hình 3-2 Các tín hiệu MSK có đặc tính không kết hợp, pha tuyệt đối hai thời điểm lệ thuộc hàm số liệu truyền hai thời điểm Ký hiệu tách từ kết hợp pha hai khoảng tín hiệu kè số liệu truyền điều kiện tạp âm Tương tự, hai ký hiệu tách từ lệch pha hai khoảng tín hiệu thay đổi dấu xem kiểm tra tổng chẳn lẽ hai phần tử số liệu truyền Tính chất tỷ lệ loại thể nhờ giải mã với mã sửa sai gồm có số liệu bit chẳn lẽ • Xác suất lỗi MSK kết hợp Xác suất lỗi MSK kết hợp giống điều chế khóa dịch pha cực kết hợp PSK cho phương trình 2.9 nơi chuẩn thu đồng pha xác với phát, φ = Pe phưong trình 2.9 giảm xuống phương trình 2.8 Hình 1-5 đồ thị PeMSK kết hợp mang ký hiệu BPSK, hình 3-2 đồthị minh họa đường cong mang ký hiệu MSK kết hợp ⎛W C ⎞2 PeMSK kết hợp = erfc⎜⎜ cos φ ⎟⎟ ⎝ rb N ⎠ (3.16) • Xác suất lỗi MSK tách sónh kết hợp vi sai Cũng giống không kết hợp DPSK, minh họa hình 1-5 theo C/N nhö DPSK ⎛ C W⎞ ⎜⎜ − ⎟⎟ PeMSK vi sai = e⎝ N rb ⎠ (3.17) • Dạng phổ hệ thống MSK Yêu cầu đòi hỏi tăng lên tốc độ bit cao hơn, nên độ rộng băng hiệu dụng hệ thống vi ba số ngiên cứu phát triển số nghiên cứu thực phương thức điều chế MSK khác nhằm để đạt phổ tín hiệu dày đặc Quá trình liên quan chặt chẽ đến dạng phổ xung số liệu vào, điều chế tần số hình sin digital (SFSK) điều chế dịch cực tiểu biên độ nhiều mức (MAMSK) SFSK có đặc tính công suất băng nhỏ SFSk nghiên cức ý đến tác động xuyên âm đượcxem phương thức điều chế tốt với gọn nhiều tín hiệu rong giải băng hạn chế tín hiệu không đồng theo địng thời gian bit Một số ứng dụng yêu cầu tín hiệu gói gọn sít tần số chuẩn pha tuyệt đối có sẵng máy thu (thu không kết hợp) Những ứng dụng cậy nghiên cức có kết LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com việc giải xuyên âm phương án so sánh pha FSFK, gọi FSFK so sánh pha (PC SFSK) Kết cho ta thấy PCFSFK cho phép gọi sít tín hiệu không đồng so với DQPSK Xác suất lỗi chứng minh tốt so với DQPSK C > 5dB , N C < 5dB N Sự biến khác đường biên phổ sơ đồ MSK phổ tạo khóa dịch tần hình sin kép (DPFSK) với đuôi phổ có độ dốc trung bình 36dB/octa vượt qua f = 4,75/T thay 24dB/octa SFSK VI Ví dụ minh họa: Cho chuỗi bit nhị phân với bit b = [ 0 ] Dữ liệu bit nhị phân có tốc độ bit 1Kbps biên độ đỉnh-đỉnh dạng sóng điều chế 1V a Mô dạng tín hiệu FSK với 500 mẫu đại diện cho chuỗi nhị phân b với tần số sóng mang 8Khz Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhị phân b là: POLAR_NRZ b Mô mật độ phổ công suất tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0, 20Khz] Giải: a Mô dạng tín hiệu điều chế: t=[1:500]; b=[1 0 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'polar_nrz'); sf=vco(xp); subplot(211), waveplot(xp(t)) subplot(212), waveplot(sf(t)) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V -1 -2 0.5 1.5 2.5 Time [sec] 3.5 4.5 x 10 -3 V -1 Time [sec] x 10 -3 b Mô mật độ phổ tín hiệu điều cheá: start t=[1:500]; b=[1 0 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'polar_nrz'); sf=vco(xp); clf f=[0,20000]; subplot(211),psd(xp,f) subplot(212),psd(sf,f) Power [W] 10 10 10 Power [W] 10 10 10 PSD Function -5 -10 10 15 Frequency [kHz] PSD Function 20 25 10 15 Frequency [kHz] 20 25 -5 -10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cho chuỗi bit nhị phân với bit đầu tieân b = [ 1 ] Dữ liệu bit nhị phân có tốc độ bit 1Kbps biên độ đỉnh-đỉnh dạng sóng điều chế 1V a Mô dạng tín hiệu FSK với 400 mẫu đại diện cho chuỗi nhị phân b với tần số sóng mang 6Khz Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhị phân b là: BIPOLAR_NRZ b Mô mật độ phổ công suất tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0, 10Khz] Giải: a Mô dạng tín hiệu điều chế: start t=[1:400]; b=[0 1 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'bipolar_nrz'); sf=vco(xp); subplot(211), waveplot(xp(t)) subplot(212), waveplot(sf(t)) V -1 -2 0.5 1.5 Time [sec] 2.5 Time [sec] 2.5 3.5 x 10 -3 V -1 0.5 1.5 3.5 x 10 -3 b.Mô mật độ phổ công suất tín hiệu điều chế: start t=[1:400]; b=[0 1 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'bipolar_nrz'); sf=vco(xp); LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com clf f=[0,10000]; subplot(211),psd(xp,f) subplot(212),psd(sf,f) Power [W] 10 10 10 Power [W] 10 10 10 PSD Function -5 -10 Frequency [kHz] PSD Function 10 Frequency [kHz] 10 -5 -10 Cho chuỗi bit nhị phân với bit b = [ 1 0 ] Dữ liệu bit nhị phân có tốc độ bit 1Kbps biên độ đỉnh-đỉnh dạng sóng điều chế 1V a Mô dạng tín hiệu FSK với 600 mẫu đại diện cho chuỗi nhị phân b với tần số sóng mang 6Khz Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhị phân b là: MANCHESTER b Mô mật độ phổ công suất tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0, 15Khz] Giải: a Mô dạng tín hiệu điều chế: start t=[1:600]; b=[1 0 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'bipolar_nrz'); sf=vco(xp); subplot(211), waveplot(xp(t)) subplot(212), waveplot(sf(t)) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V -1 -2 Time [sec] Time [sec] x 10 -3 -1 x 10 -3 b Mô mật độ phổ công suất tín hiệu: start t=[1:600]; b=[1 0 binary(5)]; xp=wave_gen(b,'manchester'); sf=vco(xp); clf f=[0,15000]; subplot(211),psd(xp,f) subplot(212),psd(sf,f) Power [W] 10 10 10 10 Power [W] V 10 10 PSD Function -10 -20 10 Frequency [kHz] PSD Function 12 14 16 10 Frequency [kHz] 12 14 16 -5 -10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... t Và tín hiệu điều chế: VΩ (t) =7 cos (π*104) t Hãy tìm giá trị hệ số điều chế m biểu thức tín hiệu điều chế. Vẽ dạng tín hiệu điều chế Giải: Hệ số điều chế m: - Biểu thức tín hiệu điều chế: VAM... với hệ số điều chế m=2, tần số điều chế Ω =10Khz Tín hiệu tải tin có biên độ V0=5mV tần số ω0=1Mhz a) Viết phương trình tín hiệu điều chế tín hiệu điều chế b) Vẽ dạng tín hiệu điều chế Giải: a)... đưa tín hiệu điều chế qua mạch tích phân, vào mạch điều chế pha đầu ta nhận tín hiệu điều chế tần số Ngược lại, ta đưa tín hiệu điều chế qua mạch vi phân, vào mạch điều chế tần số đầu ta nhận tín