BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TP.HCM BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK Giáo viên hướng dẫn: Phan Trịn Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Hữu Thiên Phú: 6151020080 Lớp: KTĐT&THCN Khoá: K61 TP.HCM, tháng 11 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TP.HCM BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK TP.HCM, tháng 11 năm 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Định nghĩa Điều chế số 2.1 Điều chế tín hiệu 2.2 Nguyên lí điều chế 2.3 Điều chế số 2.4 Tại phải điều chế số 2.5 Các phương pháp điều chế số thông dụng 2.6 Giải điều chế .9 PHẦN 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK 10 Điều chế FSK 10 a Khái niệm: .10 b Dạng sóng tín hiệu FSK 10 c Phổ tính hiệu FSK .10 Phương pháp điều chế FSK 11 Phương pháp giải điều chế FSK .12 Ưu điểm, nhược điểm: .13 Ứng dụng: .13 PHẦN 3: MÔ PHỎNG 14 Mã nguồn mô MATLAB 14 Kết mô 14 PHẦN 4: KẾT LUẬN .15 TÀI LIỆU THAM KHẢO .15 LỜI NÓI ĐẦU Trong kĩ thuật thông tin, muốn truyền thông tin xa người ta phải chuyển tần số tín hiệu tin tức lên tần số cao nhiều Phương pháp để thực chuyển phổ tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao điều chế, cách sử dụng mạch trộn tần Ở phía máy thu phải có q trình chuyển đổi ngược lại, q trình q trình tách sóng hay cịn gọi giải điều chế Để hiểu nắm vững kiến thức liên quan tới điều chế giải điều chế chúng em định chọn tìm hiểu điều chế giải điều chế QPSK – loại điều chế đơn giản không phần thiết thực hệ thông thông tin số ngày PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Định nghĩa Hệ thống thông tin hệ thống xây dựng nên nhằm mục đích truyền tin tức từ bên phát đến bên thu Một hệ thống thông tin tổng qt gồm có khâu chính: nguồn tin, kênh tin nhận tin Nguồn tin nơi sản sinh hay chứa tin cần truyền Kênh tin môi trường truyền lan thông tin, đồng thời sản sinh nhiễu phá hủy tin Nhận tin cấu khơi phục lại thơng tin ban đầu từ tín hiệu lấy đầu kênh tin Hầu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thơng tin số tín hiệu tương tự Ta có sơ đồ khối chức hệ thống thông tin số đầy đủ là: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống thơng tin số Khối mã hóa nguồn: giảm số bit nhị phân yêu cầu để truyền tin Việc xem loại bỏ bit dư không cần thiết, giúp cho băng thông truyền đạt hiệu Khối mật mã hóa: làm nhiệm vụ mật mã hóa tin gốc nhằm mục đích an ninh Nó bao gồm riêng tư xác thực Khối mã hóa kênh: làm nhiệm vụ đưa them bit dư vào tín hiệu số theo quy luật đó, nhằm giúp cho bên thu phát chí sửa lỗi xảy kênh truyền Việc mã hóa điều khiển lỗi, quan điểm tin tức tăng thêm độ dư Giải mã hóa nguồn, giải mật mã giải mã hóa kênh thực thu, trình ngược lại với q trình mã hóa bên phát Khối ghép kênh giúp cho nhiều tuyến thơng tin chia sẻ đường truyền vật lý chung cáp, đường truyền vô tuyến… Trong thông tin số, kiểu ghép kênh thường ghép kênh phân chia theo thời gian(TDM), xếp từ mã PCM nhánh vào khung TDM Tốc độ ghép kênh gấp N lần tốc độ bit tín hiệu PCM nhánh Khối tách kênh bên thu phân chia dịng bit thu thành tín hiệu PCM nhánh Khối điều chế giúp cho dịng tín hiệu số truyền qua phương tiện vật lý cụ thể theo tốc độ cho trước, với mức độ méo chấp nhận được, yêu cầu băng thông tần số cho phép Khối điều chế thay đổi dạng xung, dịch chuyển phổ tần số tín hiệu đến băng thông khác phù hợp Khối đa truy cập liên quan đến kĩ thuật nguyên tắc đó, cho phép nhiều cặp thu phát chia sẻ phương tiện chung Chia sẻ tài nguyên thông tin hạn chế phương tiện truyền dẫn Điều chế số 2.1 Điều chế tín hiệu Là trình biến đổi hay nhiều thơng số tín hiệu tuần hồn theo thay đổi tín hiệu mang thơng tin cần truyền xa Tín hiệu tuần hồn gọi sóng mang Tín hiệu mang thơng tin gọi tín hiệu điều chế Ở đầu thu giải điều chế dựa vào thay đổi thơng số sóng mang tái tạo lại tín hiệu mang thơng tin ban đầu Các thơng số sóng mang dùng q trình điều chế biên độ, pha, tần số 2.2 Nguyên lí điều chế Nguyên lí điều chế làm cho tin tức biến đổi theo sóng mang Thay đổi thơng số sóng mang Vam(t) = Ac.cos(2πfct + φc) Các thành phần mang thông tin: Ac(t), fc(t), φc(t) Dựa vào thay đổi ba thành phần mang thông tin người ta chia điều chế số thành số loại sau: Hình 1.2 Bảng thơng tin loại điều chế 2.3 Điều chế số Là q trình ba thơng số biên độ, tần số pha sóng mang thay đổi theo tín hiệu( hay luồng số ) đưa vào điều chế để thơng tin sóng mang phù hợp với đường truyền Sự khác biệt điều chế tương tự số tín hiệu tương tự vơ hạn mức, người ta dùng tín hiệu nguồn làm biến đổi sóng mang để truyền Cịn điều chế số khác, có hữu hạn mức, tín hiệu nguồn gán vào mức (biên độ, tần số, pha ) truyền, qua đường truyền, mức tín hiệu khơng cịn ngun vẹn mức chưa nhiễu (nhảy sang mức khác ) mà gần mức gốc người ta nhận khơi phục lại cịn tín hiệu tương tự không thực Tuy nhiên, công nghệ chế tạo điều chế số lại phức tạp điều chế tương tự 2.4 Tại phải điều chế số Để truyền tín hiệu xa Điều chế số làm giảm băng thơng nên có hiệu sử dụng phổ cao (giảm băng thông, tăng số lượng kênh thông tin ghép vào luồng băng gốc số ) Phù hợp với hệ thống đòi hỏi hiệu phổ lớn nhờ vào điều chế nhiều mức 2.5 Các phương pháp điều chế số thông dụng Tùy theo thông số sử dụng để mang tin là: biên độ A, tần số f, pha φ hay tổ hợp chúng mà ta có kiểu điều chế khác nhau:ASK, FSK, PSK, QAM… Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying ): sóng điều biên tạo cách thay đổi biên độ sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc Điều chế khóa dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying ): sóng điều tần tạo cách thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc Điều chế khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying ): sóng điều tần tạo cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc Điều chế vừa kết hợp biên độ pha hay điều chế cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation ) 2.6 Giải điều chế Là trình ngược lại với trình điều chế Trong q trình thu có tham số: biên độ, tần số, pha tín hiệu sóng mang biến đổi theo tín hiệu điều chế tùy theo phương thức điều chế mà ta có phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết Như điều chế giải điều chế khâu thiếu hệ thống thông tin số PHẦN 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK Điều chế FSK a Khái niệm: - Dùng tần số khác sóng mang đểbiểu diễn bit - Tần số cao với mức thấp với mức { s ( t ) = A cos (2 π f 1+ θc ) binary A cos (2 π f +θc ) binary b Dạng sóng tín hiệu FSK Hình 2.1 Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK c Phổ tính hiệu FSK 12 Hình 2.2 Phổ tín hiệu FSK a)tín hiệu băng gốc; b)Phổ điện áp tín hiệu băng gốc; c)Bộ điều chế FSK; d)Tín hiệu FSK; e)Phổ điện áp tín hiệu FSK Phương pháp điều chế FSK Phương pháp điều chế FSK( Hình 2.3 )cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với tần số.Giá trị tần số tín hiệu ASK tùy thuộc giá trị bit tài liệu Ví dụ sử dụng kiểu sơ đồ 2.3a: - Khi data bit = 1, điều khiển khóa K vị trí nối sóng mang tần số F1 với lối FSK - Khi data bit = 0, điều khiển khóa K vị trí nối sóng mang tần số F2 với lối FSK - Giản đồ tín hiệu FSK cho Hình 2.3d 13 Hình 2.3 Phương pháp điều chế FSK Ở sở đồ điều chế FSK kiểu 2.3b sử dụng máy phát điều khiển VCO (Voltage Control Oscillator) Ứng dụng trạng thái “0” “1” tài liệu, VCO phát hai tần số F1 F2 tương ứng Trên Hình 2.3c sơ đồ điều chế sử dụng chia với hệ số chia khác nhau: N M Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia Ví dụ, Data bit = , chia có hệ số chia N, tạo chuỗi xung có tần số F1= fClock/N Cịn Data bit = 0, chia có hệ số M , tạo chuỗi xung có tần số F2 = fClock/M Phương pháp giải điều chế FSK Giải điều chế FSK thực sở Hình2 Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số giải điều chế sơ đồ vòng giữ pha (PLL) 14 Hình 2.4 Phương pháp giải điều chế FSK Phương pháp FSK có sơ đồ phức tạp ASK, sử dụng chủ yếu modem truyền số liệu (kiểu CCITT V21, CCITT V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202) kỹ thuật radio số - Sai số phương pháp ASK - Phổ cục tiểu tín hiệu điều chế (Fw) cao tốc độ truyền bit (Fb) - Hiệu suất truyền nhỏ 1(xác định (Fb/Fw)