đồ án mô phỏng hệ thống viễn thông bằng ml

Chương 2 Tổng Quan Về Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó 1 hay nhiều thông số của sóng mang được

đồ án mô phỏng một số hệ thống viễn thông bằng matlab

MỞ ĐẦU 3

Chương 1 4

Tổng Quan Về Matlab 4

1.1 Khái niệm về Matlab 5

1.1.1 Khái quát 5

1.1.2.Ứng dụng 5

1.1.3 Giới thiệu về Toolbox 5

1.1.4 Hệ thống MATLAB 5

1.1.5.Thư viện, các hàm toán học 6

1.2 Giới Thiệu các khối trong matlab 6

1.2.1 Khối Random Integer Generator 6

1.2.2 Khối Rectangular QAM Modulator Baseband 7

1.2.3 Khối Error Rate Calculation 8

1.2.4 Khối display 9

1.2.5 Khối Discrete-Time Scatter Plot Scop 10

1.2.6.Khối General QAM Modulator Baseband 11

1.2.7 Khối QAM Scatter Plot Scope 12

Chương 2 13

Tổng Quan Về Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM 13 2.1 Phương Pháp Điều Chế ASK 13

2.1.1 Khái niệm 13

2.1.3 Phổ tần của tín hiệu ASK qua tính toán 15

2.1.4 Độ rộng giới hạn của ASK 16

2.1.4.1 Phương pháp lọc băng thông 16

2.1.4.2 Phương pháp lọc băng cơ sở 16

2.1.5 Giải điều chế ASK 18

2.1.6 Phương pháp tách song ASK 19

2.1.6.1 Phương pháp không kết hợp: 19

2.1.6.2 Phương pháp kết hợp: 20

2.1.7 Ưu nhược điểm của điều chế và giải điều chế ASK 21

2.2 Phương pháp điều chế FSK 22

2.2.1.Khái niệm 22

2.2.2 Ưu, nhược điểm và ứng dụng: 24

2.3 Điều chế PSK 25

2.3.1 Khái niệm 25

2.3.2 Phổ chiếm dụng của PSK 26

2.3.3 Tạo sóng điều chế PSK 26

2.3.4 Tách tín hiệu PSK 27

2.3.5 Điều chế và giải điều chế PSK vi sai 27

2.3.6 Chất lượng BER trong điều chế PSK 28

2.4 Điều chế QPSK(quadrature phase shift keying) 28

2.4.1.Khái niệm 28

2.4.2 Cấu trúc của khối mô phỏng demo : 31

2.4.3 Nhận xét 31

2.5.Điều chế QAM 32

2.5.1 Khái niệm QAM 32

2.5.2 Sơ đồ điều chế QAM 33

2.5.3 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 35

2.6.Điều chế OFDM 37

2.6.1 Khái niệm OFDM 37

2.6.2 Chồng phổ trong OFDM 39

Chương 3 40

Mô phỏng Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM 40 3.1 Mô phỏng ASK 41

3.2 Mô phỏng FSK 41

3.3.Mô Phỏng PSK 42

3.4 Mô phỏng QPSK 42

3.5 Mô phỏng QAM 43

3.6 Mô phỏng OFDM 43

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống xa xưa con người luôn có nhu cầu trao đổi với nhau những tâm tư tình cảm, những kinh nghiệm đấu tranh sinh tồn…nghĩa là có nhu cầu trao đổi thông tin(communication) tức là trao đổi tin tức với nhau.hiện này chưa có một định nghĩa đầy đủ và xúc tích cho khái niệm tin tức(information) , chúng ta có thể tạm hiểu đó là

sự biểu cảm của con người về thế giới xung quanh thông qua sự tiếp xúc với nó

Mô phỏng bằng máy tính là một công cụ hết sức mềm dẻo, hiệu quả và khá kinh tế trong phân tích và đánh giá các hệ thống thông tin Hiện nay, tại các trung tâm đào tạo và nghiên cứu lớn trên thế giới, mô phỏng máy tính là một trong những công cụ nghiên cứu chủ yếu và là một công cụ hỗ trợ giảng dạy hết sức hữu hiệu Trong hầu hết các trường hợp nghiên cứu phát triển các hệ thống thông tin hiện đại, mô phỏng máy tính là công cụ đắc lực nhất cho phép người thiết kế kiểm tra những phương án thiết kế của mình, xác định những yếu tố và các thông số quan trọng nhất của hệ thống cần phát triển trước khi đưa vào chế tạo thử nghiệm Đối với giảng dạy về thông tin liên lạc, mô phỏng máy tính cho phép người học có được cái nhìn sâu sắc và trực quan vào những khía cạnh kỹ thuật hết sức phức tạp của các hệ thống thông tin, những cái mà nếu chỉ nghiên cứu thuần tuý lý thuyết thì vừa khó hiểu vừa tẻ nhạt Đối với huấn luyện thực hành, mô phỏng máy tính là phương tiện vừa mềm dẻo, vừa mang tính tổng quát và khá kinh tế, những điều mà việc thực hành trên một vài loại thiết bị thực tế hay trên các mô hình đơn giản hoá trong phòng thí nghiệm không thể đáp ứng đầy đủ được

Đề tài nhằm giới thiệu một cách chung nhất về những vấn đề liên quan đến thông tin.Cách truyền tin và phương pháp điều chế trong các hệ thống viễn thông

Đề tài nghiên cứu Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM chúng ta sẽ biết được quá trình làm thay đổi tín hiệu của sóng mang tùy theo tín hiệu đưa vào điều chế,tỉ sỗ lỗi bit.Biết được ưu,nhược điểm,phổ tần của nó từ đó có cách điều chế được tín hiệu tốt nhất mong muốn

Từ mục tiêu và nhiệm vụ đã nêu của đề tài này, đề tài được cấu trúc bởi ba chương như sau:

Chương 1: Tổng Quan Về Matlab

Trong chương này trình bày những vấn đề chung về phần mềm mô phỏng matlab.Các ứng dụng cơ bản, các công cụ được sử dụng trong phần mềm

Chương 2: Tổng Quan Về Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM

Ở chương 2 đề tài trình bày những nội dung cơ bản về các phương pháp điều chế.Nêu lên các ưu nhược điểm của từng phương pháp từ đấy lựa chọn phương pháp điều chế

sử dụng cho phù hợp trong từng trường hợp

Chương 3: Mô phỏng Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM Trong chương 3 đưa ra mô phỏng các phương pháp điều chế cụ thể, tín hiệu thu được sau khi điều chế

Chương 1

Tổng Quan Về Matlab

1.1 Khái niệm về Matlab

1.1.1 Khái quát

Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán

về kỹ thuật.Matlab tích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dàng cho người sử dụng Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng có thể có được những ứng dụng sau đây

> Sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường

> Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới

> Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế

> Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu

> Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh

> Cho phép phát triển,giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran

Matlab đó là các ngôn ngữ cao về ma trận và mảng, với các dòng lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu vào, có thể lập trình hướng đối tượng

1.1.2.Ứng dụng

MATLAB tạo điều kiện thuận lợi cho:

Các khoá học về toán học

Các kỹ sư, các nhà nghiên cứu khoa học

Dùng MATLAB để tính toán ,nghiên cứu tạo ra các sản phẩm tốt nhất trong sản xuất 1.1.3 Giới thiệu về Toolbox

Công cụ này được MATLAB cung cấp cho phép bạn ứng dụng các kỹ thuật để phân tích, thiết kế , mô phỏng các mô hình

Ta có thể tìm thấy toolbox ở trong mô trường làm việc của

Mạng nơron , Logic mờ , Simulink

1.1.4 Hệ thống MATLAB

Hệ thống giao diện của MATLAB được chia thành 5 phần

+Môi trường phát triển Đây là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng

ta sử dụng các lệnh và các file,

+ Desktop

+ Command Window

+ Command History

+ Browsers for viewinghelp

1.1.5.Thư viện, các hàm toán học

Bao gồm các cấu trúc như tính tổng, sin cosin atan, atan2 etc , các phép tính đơn giản đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghich đảo, trị riêng, chuyển đổi furier,laplace , symbolic library

1.2 Giới Thiệu các khối trong matlab

Trong matlab có rất nhiều khối chức năng thực hiện từng công việc khác nhau.Ở đây

em chỉ giới thiệu một vài khối được sử dụng để mô phỏng các phương pháp điều chế như đã nêu

1.2.1 Khối Random Integer Generator

Hình 1.1 Khối random Integer Generator

Thuộc thư viện Comm Sources là tập hợp các số nguyên từ 0 đến 255

Các thông số:

M-ary number: giá trị số nguyên hay vector của các số nguyên xác định khoảng giá trị lối ra

Initial Seed: là giá trị ban đầu của bộ phát số ngẫu nhiên Cho biết chiều dài vector lối ra

Sample time: chu kì của mỗi vector lấy mẫu cơ bản hay mỗi hàng của ma trận khung

cơ bản

Frame-based outputs: xác định khi lối ra là khung hay mẫu cơ bản Thành phần này chỉ có tác dụng khi giá trị Interpret vector parameters as 1-D không được kiểm tra Sample per frame: số mẫu trên mỗi cột của tín hiệu lối ra Trường này chỉ hoạt động khi Framebased outputs không cần kiểm tra

Interpret vector parameters as 1-D: nếu hộp này được kiểm tra, sau đó lối ra là một tín hiệu một chiều Hoặc lối ra là tín hiệu 2 chiều Hộp này có tác dụng chỉ khi

Frame-based outputs không được kiểm tra.

1.2.2 Khối Rectangular QAM Modulator Baseband

Thuộc thư viện AM trong Digital baseband Modulation

Các thông số:

Hình 1.2 Khối Rectangular QAM Modulator Baseband

M-ary number: số điểm trong chòm tín hiệu, bằng 2k với k là số nguyên cho trước Input type: xác định lối vào là số nguyên hay nhóm các bít

Constellation ordering: xác định cách để khối đó lập biểu đồ mỗi nhóm bit lối vào thành số nguyên tương ứng Trường này cho phép chỉ khi Input type được lập

Normalization method: xác định cách mà khối chia chòm sao tín hiệu Chọn

Min.distance betweensymbols, average Power và Peak Power

Minimum distance: khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm, xuất hiện chỉ khi

Normalization method được lập là Min distance between symbols

Average power (watts): công suất trung bình của kí tự trong chòm, chỉ có khi

Normalizationmethod được thiết lập là Peak Power

Phase offset (rad): chiều quay của chòm sao tín hiệu, tính theo radian

Samples per symbol: số mẫy lối ra mà khối tạo đối với mỗi giá trị số nguyên hay

từ mã nhị phân ở lối vào

1.2.3 Khối Error Rate Calculation

Hình 1.3 Khối Error Rate Calculation

Khối này nằm trong thư viện Comm Sinks dùng để tính toán tốc độ lỗi bit hay lỗi ký tự của dữ liệu lối vào

Khối này so sánh dữ liệu lối vào từ một bộ phát với tín hiệu lối vào của một bộ nhận

Nó sẽ tính toán tốc độ lỗi bít bằng cách chia tông số cặp thành phần dữ liệu với tổng thành phần dữ liệu lối vào từ một nguồn xác định

Các thông số:

Receive delay: số mẫu mà dữ liệu bên thu trễ so với dữ liệu bên phát.(nếu Tx hay Rx

là một vector thì mỗi lối vào đưa ra một mẫu)

Computation delay: số mẫu mà khối đã bỏ qua ở bước đầu tiên của quá trình so sánh Computation Mode: không những khung Entire, chọn các mẫu từ mặt nạ, mà còn chọn các mẫu từ cổng, phụ thuộc vào khi nào khối đó nhận ra tất cả hay chỉ một phần các khung lối vào

Error Rate Calculation: một vector chứa các chỉ số của thành phần véctor khung Rx

mà khối đó nhận ra được khi so sánh Trường này chỉ xuất hiện khi Computation Mode được thiết lập Selectsamples from mask

Output data: cả Workspace và Port đều phụ thuộc vào vị trí mà chúng ra gửi dữ liệu lối ra

Variable name: tên của vector dữ liệu lối ra trên khung làm việc MATLAB cơ bản Trường này xuất hiện chỉ khi Output data được lập là Workspace

Reset port: nếu chọn cửa sổ này, thì một cổng lối vào bổ sung sẽ xuất hiện, được ghi

mã là Rst

Stop simulation:nếu chọn cửa sổ này, thì mô phỏng sẽ chạy cho đến khi khối xác định được số lỗi đã chọn để so sánh

Target number of errors: mô phỏng sẽ dừng sau khi xác định được số lỗi

Trường này có chỉ khi Stop simulation được chọn

Maximum number of symbols: mô phỏng sẽ dừng ngay sau khi thực hiện số các so sánh này.Trường này chỉ có khi Stop simulation được chọn

1.2.4 Khối display

Khối này chấp nhận và đưa ra các tín hiệu thực hay phức của bất kỳ kiểu dữ nào mà Simulink cung cấp, bao gồm cả các kiểu dữ liệu điểm kết hợp

Đưa ra các giá trị ứng với lối vào, chứa trong thư viện sinks

Các thông số:

Format : xác định kiểu dữ liệu hiển thị Mặc định là short

Decimation: xác định kiểu hiển thị dữ liệu Mặc định giá trị là 1 thì sẽ hiển thị mỗi điểm lối vào

Floating display: nếu chọn cửa sổ này thì cổng lối vào của khối sẽ biến mất, cho phép

khối được dùng như là một khối Floating display.

Sample time: xác định thời điểm lấy mẫu để hiển thị điểm

Hình 1.4 Khối display

1.2.5 Khối Discrete-Time Scatter Plot Scop

Hình 1.5 Khối Discrete-Time Scatter Plot Scop

Được lưu trong thư viện Comm sinks, để hiển thị các thành phần tín hiệu sau khi điều chế ở dạng pha và cầu phương

Dùng “Sample per Symbol” để thiết lập giá trị để quan sát sau khi phát hiện ra hay đối với các tín hiệu mà không cần thông qua việc lấy mẫu tín hiệu

Các thông số:

Samples per symbol: số mẫu trên mỗi ký tự

Offset (samples): các mẫu được bỏ qua trước khi thực hiện vẽ các điểm

Points displayed: tổng số điểm được vẽ ra

New points per display: số các điểm mới xuất hiện trông mỗi lần hiển thị

1.2.6.Khối General QAM Modulator Baseband

Hình 1.6 Khối General QAM Modulator Baseband

1.2.7 Khối QAM Scatter Plot Scope

Hình 1.7 Khối QAM Scatter Plot Scope

Đây là một số các khối dùng để mô phỏng trong matlab.Tiếp theo chúng ta sẽ đi tìm hiểu về từng phương pháp điều chế cụ thể

Chương 2

Tổng Quan Về Các Phương Pháp Điều Chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM, OFDM

Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó 1 hay nhiều thông

số của sóng mang được thay đổi theo sóng điều chế Hay nói cách khác, đó là quá trình gắn tin tức (sóng điều chế) vào một dao động cao tần (sóng mang) nhờ biến đổi

1 hay nhiều hơn 1 thông số nào đó của dao động cao tần theo tin tức Thông qua quá trình điều chế số, tin tức ở vùng tần số thấp sẽ được chuyển lên vùng tần số cao để có thể truyền đi xa

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế

2.1 Phương Pháp Điều Chế ASK

2.1.1 Khái niệm

ASK (Amplitude Shift Keying), tiếng Việt gọi là điều chế số theo biên độ tín hiệu Là quá trình làm thay đổi biên độ của sóng mang tuỳ theo tín hiệu đưa vào điều chế (là chuỗi nhị phân)

Khi Data bit = 1sẽ điều khiển khoá K đóng (Hình a), sóng ASK nhận được ở lối ra chính là sóng mang truyền qua, có biên độ bằng biên độ sóng mang (Hình b)

Khi Data bit = 0 sẽ điều khiển khoá K ngắt, sóng mang không truyền qua khoá Tín hiệu ASK có biên độ = 0

Hình 2.2 Tín hiệu ASK

2.1.2 Điều chế

Sơ đồ điều chế:

Hình 2.3 Sơ đồ điều chế

Hình dạng của tín hiệu ASK:

Hình 2.4 Dạng tín hiệu ASK

Nhược điểm của truyền dẫn ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu Nhiễu này thường là nhiễu điện từ ,các tín hiệu điện áp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên độ của tín hiệu ASK

2.1.3 Phổ tần của tín hiệu ASK qua tính toán

Xét tín hiệu cao tần (sóng mang)

e(t) = Ac cos(ωct )

dữ liệu số là: S(t)

Tín hiệu ask có dạng tổng quát là:

Fask=Ac S(t) cos(ωct )

Fask= Accos(ωct ) khi S(t)=1

Fask= 0 khi S(t)=0

Phổ tần của tín hiệu

Biến đổi fourier trong trường hợp tổng quát ta có

F(w)=∫f(x)e-jwtdt

Phổ tần của tín hiệu ask sau khi điều chế là

Fask(w)=∫ f(x)e-jwtdt=∫ Ac S(t) cos(ωct )e-jwtdt

Mà ejwt=cos(wt)+ jsin(wt)

e-jwt=cos(wt)-jsin(wt)

suy ra cos(wct)= /2(ejwct+e-jwct)

=> Fask(w)= ∫ Ac S(t) /2(ejwct+e-jwct)dt

Trong đó

S(w)=∫s(t) e-jwtdt

=> Fask(w)= /2[s(w-wc**)]+ /2[s(w+wc)]

Như vậy quá trình điều chế dịch biên làm phổ của tín hiệu gốc biến đổi xung quanh tải tin wc

2.1.4 Độ rộng giới hạn của ASK

2.1.4.1 Phương pháp lọc băng thông

Để tối thiểu hóa độ rộng băng chiếm dụng của tín hiệu được truyền dẫn ASK, yêu cầu

có bộ lọc hoặc bộ tạo dạng xung ở phía trước hoặc sau, sau khi điều chế sóng mang Đối với phương pháp tạo ra tín hiệu điều chế ASK bằng cách chuyển mạch, phương pháp này không chấp nhận bất kỳ một quá trình lọc trước nào của tín hiệu băng tần cơ

sở, vì chuyển mạch này là quá trình không tuyến tính và không truyền dẫn thông tin dạng xung trên đường bao sóng mang Đối với trường hợp này, bất kỳ quá trình lọc nào để tập trung độ rộng băng đều phải được thực hiện trong băng thông tín hiệu được điều chế

Hình 2.5 Lọc băng thông tín hiệu điều chế

Ví dụ: Nếu muốn lọc tín hiệu điều chế ở độ rộng 30 Khz, sóng mang có tần số 900 MHz, sẽ phải dùng bộ lọc có hệ số chất lượng Hiện nay, hệ số chất lượng Q này chỉ

có được khi sử dụng bộ lọc tinh thể, bộ lọc này có biên độ gợn sóng (không bằng phẳng) và méo trễ nhóm rất xấu trong băng thông Chúng chắc chắn không cho phép nhà thiết kế đạt được đáp ứng băng thông bộ lọc cosin tăng nghiệm mà giao thoa ký hiệu bằng 0

2.1.4.2 Phương pháp lọc băng cơ sở

Các vấn đề với việc lọc băng thông một tín hiệu dữ liệu đã được điều chế cao tần có thể được khắc phục nếu thực hiện sửa xung chuỗi dữ liệu đầu vào băng tần cơ sở và quá trình tuyến tính được thực hiện để duy trì biên độ của tín hiệu Khi sử dụng

phương pháp trộn, luồng dữ liệu cơ sở có thể được lọc trước bằng bộ lọc thông thấp

(lọc cosin tăng nghiệm) và thông tin sửa dạng xung này đặt lên đường bao của sóng mang Trên thực tế, đã có nhiều bộ trộn tích hợp tuyến tính có khả năng hoạt động với tần số sóng mang có thể lớn hơn vài GHz đã có nhiều

Hình 2.6 Lọc băng tần cơ sở

Băng thông dùng cho ASK:

Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ vẽ ở hình 4 trong đó có các yếu tố quan trọng là sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2 ở hai biên

Hình 2.7 Phổ tần ASK

Băng thông cần thiết cho ASK được tính theo:

BW = (1+d) Nbaud

Trong đó: BW: băng thông

Nbaud: tốc độ baud

d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0)

Ở điều chế ASK băng thông tối thiểu cần cho quá trình truyền thì bằng tốc độ baud Tuy chỉ truyền với một tần số sóng mang, nhưng quá trình điều chế có thể tạo ra tín hiệu phức tạp là tổ hợp của nhiều tần số đơn giản, với các tần số khác nhau Hình sau

mô tả quá trình truyền song công giữa hai đầu cuối

Hình 2.8 Quá trình truyền song công giữa 2 đầu nối

2.1.5 Giải điều chế ASK

Sơ đồ giải điều chế ASK

Hình 2.9 Sơ đồ giải điều chế ASK

Qua sơ đồ mô phỏng ta thấy

Tín hiệu ask sau khi điều chế có dạng

Yask=s(t).cos(wct)

Khi nhân thêm một lượng cos(wct)

Yask=s(t)cos(wct) cos(wct)

=1/2[s(t)+cos(2 wct)]

=1/2s(t)+1/2 cos(2 wct)]

Cho tín hiệu ask sau khi qua bộ nhân thì tới bộ lọc thông thấp LPF(low pass filter) Bộ lọc này chỉ cho thành phần tần thấp qua,không cho thành phần cao tần 1/2 cos(2 wct) qua

Bộ tạo ngưỡng đặt ra ngưỡng phù hợp để thu được tín hiệu ban đầu s(t)

Dạng của giải điều chế ASK:

Hình 2.10 Dạng của giải điều chế ASK

2.1.6 Phương pháp tách song ASK

2.1.6.1 Phương pháp không kết hợp:

Trong phương pháp điều chế ASK, tín hiệu được truyền đi dưới dạng các giá trị biên độ hoặc là đường bao của tín hiệu sóng mang được điều chế và tín hiệu được khôi phục bằng cách tách tín hiệu đường bao Mạch tách tín hiệu đường bao đơn giản nhất bao gồm: một đi-ốt tách sóng và bộ lọc phẳng, sơ đồ này thường sử dụng tách sóng không kết hợp Sơ đồ tách sóng này đơn giản nhưng điểm yếu của nó là khả năng phân biệt tín hiệu cần thu từ tạp âm thấp hơn so với tách sóng kết hợp như hình dưới đây

Hình 2.11 Phương pháp tách sóng không kết hợp

Nếu tín hiệu điều chế sóng mang thu được là hai tín hiệu có dạng vuông góc thể hiện bằng công thức sau: , trong đó a(t) là biên độ của sóng điều chế Ta có thể tách đường bao của sóng này sau khi hai sóng liên tiếp vuông góc này đi qua bộ cộng, bộ khai căn bậc hai và cuối cùng ta thu được nghiệm vuông Ta được

phương trình sau:

2.1.6.2 Phương pháp kết hợp:

Phương pháp này được thực hiện bằng cách trộn tín hiệu đã điều chế ở đầu vào với tín hiệu sóng mang chuẩn được tạo ra từ bộ dao động nội và lựa chọn các thành phần cấu thành khác nhau tại đầu ra bộ trộn như hình 3.8 Tín hiệu dữ liệu đã điều chế có dạng , vậy đầu ra bộ trộn sẽ là:

Hình 2.12 Phương pháp tách sóng kết hợp

Nếu sóng mang có pha kết hợp với tín hiệu sóng mang được điều chế ở đầu vào (nghĩa

là sóng mang đã điều chế đầu vào và sóng mang tham chiếu không có sự sai khác nhau về pha và tần số: ) Đầu ra ta có các giá trị a(t) tương ứng

Nếu , tín hiệu đầu ra bằng 0 Nhất thiết phải đảm bảo rằng bộ dao động sóng mang trong máy thu phải được đồng pha với bộ dao động sóng mang trong máy phát

Mặc dù phương pháp tách sóng kết hợp đưa ra phức tạp hơn phương pháp tách sóng không kết hợp nhưng với phương pháp này có thể khôi phục tín hiệu chính xác hơn khi

có tạp âm xen vào

2.1.7 Ưu nhược điểm của điều chế và giải điều chế ASK

Ưu điểm

Đơn giản trong việc thiết kế sơ đồ điều chế và giải điều chế

Ask có thể đạt tốc độ truyền 1200bps trên đường truyền thoại

Ask cũng được sử dụng cho việc truyền bằng cáp quang

Nhược điểm

Kháng nhiễu kém ít dùng cho các modem chỉ dùng trong các hệ thống điện báo

Ask kém hiệu quả hơn so với Fsk và Psk

2.2 Phương pháp điều chế FSK

2.2.1.Khái niệm

Điều chế khóa dịch tần số FSK (frequence shift keying)

+) Là một phương pháp điều chế

+)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

Hình dạng :

Hình 2.13 Tín hiệu FSK

2.2.2 Phương pháp điều chế:

Hình 2.14 Dạng tín hiệu FSK

Phổ của điều chế FSK:

Hình 2.15 Phổ của điều chế FSK

2.2.2 Ưu, nhược điểm và ứng dụng:

Điều chế FSK-multiple

Dùng nhiều hơn 2 tần số để biểu diễn

2.3 Điều chế PSK

2.3.1 Khái niệm

Điều chế khóa dịch pha PSK (phase shift keying): pha cuả sóng mang là đại lượng mang thông tin

Nguyên lý của khóa dịch pha:

Đối với khóa dịch pha PSK thông tin chứa pha tức thời của song mang điều chế

.Thường thì pha này được ấn định và so sánh tương ứng với song mang của pha đã biết –PSK kết hợp.Đối với PSK nhị phân các trạng thái 00 và 1800 sẽ được sử dụng Một phương thức điều chế PSK khác là SPK kết hợp vi sai phương thức này cho phép truyền dữ liệu được mã hóa theo sự thay đổi pha giữa các ký hiệu liên tục Đối với PSK

sẽ không có tách sóng theo phương pháp không kết hợp

2.3.2 Phổ chiếm dụng của PSK

Băng tần của một tín hiệu PSK nhị phân cũng giống như ASK nhị phân nếu cùng độ dịch pha của dạng xung Thực chất thì PSK nhị phân có thể được xem như một tín hiệu ASK với biên đố sóng mang +A và –A

Nếu những pha thay đổi đột ngột tại ranh giới giữ các ký hiệu,giống như FSK ,băng tần chiếm dụng sẽ lớn hơn rất nhiều so với sự chuyển tiếp nhịp nhàng giữa những trạng thái pha , bao gồm cả sự cần thiết sửa dạng của dạng sóng điều chế

2.3.3 Tạo sóng điều chế PSK

Cách đơn giản nhất để điều chế PSK nhị phân không lọc là thay đổi tín hiệu sóng mang điều chế theo tín hiệu số liệu bằng cách dịch pha 00 và 1800.Giống như ASK cách tạo sóng điều chế PSK này không thích hợp lắm để đạt được dạng sóng lọc Nyquist do khó khăn trong việc thực hiện tần số dải thông cao Nếu cần lọc thì phải thực hiện

nhân,cho phép dòng số liệu được sửa dạng trước ở băng gốc trước khi tiến hành điều chế.Bởi vì điều chế là quá trình tuyến tính,dạng bộ lọc băng gốc tác động trực tiếp lên tín hiệu điều chế băng dải

Hình 2.16 Điều chế PSK

2.3.4 Tách tín hiệu PSK

Tách tín hiệu PSK không sử dụng phương pháp tách không kết hợp mà sử dụng nhiều phương pháp tách kết hợp.Bộ tách lý tưởng yêu cầu tách chính xác pha sóng mang không điều chế ở máy thu

Trong phương pháp điều chế PSK nếu có bất kỳ lỗi sai pha⁡θ nào từ sóng mang chuẩn lấy từ bộ dao động nội thì tín hiệu điện áp đầu ra bộ tách giảm 1 nửa là cos⁡θ Tỷ số Es/No của bộ tách giảm 1 lượng là cos2θ Chúng ta yêu cầu lỗi pha bằng 0 để tách tối

ưu và phải soát lại tất cả các vùng khôi phục sóng mang.Chú ý rằng khi lỗi pha xuất hiện bằng 900 thì đầu ra có điện áp bằng 0

Hình 2.17 Tách tín hiệu PSK

2.3.5 Điều chế và giải điều chế PSK vi sai

Điều chế PSK vi sai là phương pháp mã hóa và giải mã dựa vào thay đổi trạng thái như DEPSK nhưng nó có điểm nổi bật hơn là nó sử dụng phương pháp giải mã vi sai như 1 phần giải điều chế luồng tín hiệu và đồng thời khôi phục sóng mang.Khối mã hóa vi sai và điều chế PSK nói chung thường là DPSK và DEPSK nhưng máy thu làm việc bằng cách so sánh pha ký hiệu sóng mang đầu vào và tín hiệu sóng mang trước

đó Nó phối hợp việc tách kết hợp và mã hóa vi sai vào 1 quá trình

Hình 2.18 Sơ đồ Điều chế và giải điều chế PSK vi sai

Rõ ràng quá trinh nay đơn giản hơn yêu cầu tách tín hiệu PSK thực tế và phương pháp DPSK thường được sử dụng rộng rãi trong các hệ vô tuyến hiện đại có tốc độ tín hiệu trung bình đến 48000 bit/s Tuy nhiên phương pháp DPSK có tạp âm nhỏ không đáng

kể so với PSK khi pha chuẩn DPSK có trễ tạp âm đầu vào có thể lọc tốt Thực tế là không có tạp âm chuẩn trong quá trình khôi phục sóng mang

2.3.6 Chất lượng BER trong điều chế PSK

Xác suất trong tỷ số BER trong trường hợp điều chế PSK tương tự như xác suất truyền dẫn băng tần cơ sở lưỡng cực Quá trình điều chế và giải điều chế PSK có thể xem như

kỹ thuật phù hợp để thu được băng thông tương đương từ nguồn băng tần cơ sở.Tuy nhiên để chuyển đổi tín hiệu băng tần cơ sở sang tín hiệu băng thông sẽ giảm hiệu suất độ rộng băng tần cực đại của đường truyền dữ liệu từ 2 bit/s/Hz xuống 1 bit/s/Hz đối với tín hiệu nhị phân cho cả 2 trường hợp

2.4 Điều chế QPSK(quadrature phase shift keying)

2.4.1.Khái niệm

QPSK là khoá dịch pha 4 trạng thái, tức là truyền 2 bít / 1 symbol Người ta thực hiện bằng cách : chia tín hiệu tin tức cần truyền b (t) thành 2 luồng ( bít chẵn , và bít lẻ )

là b1(t) và b2(t), tương ứng với nhánh I và nhánh Q , sau đó điêù chế 2 nhánh đó với

2 sóng mang có tính trực giao nhau và tổng hợp tại bộ cộng và đầu ra bộ cộng chính

là tín hiệu QPSK Như vậy ý nghĩa củaQPSK là chia b(t) thành 2 luồng bít chẵn và lẻ và qua điều chế và tổng hợp ta truyền một lúc 2 bít của tín hiệu b(t)

Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế 4-PSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90 đôộ, được gọi là 4-PSK hay PSK cầu phương (QPSK)

Hình 2.19 Sơ đồ điều chế tín hiêộu QPSK

Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra được hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực thành tín hiệu ±1 Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90 đôộ Tổng hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:

Tín hiêộu ra QPSK là

Hình 2.20 Tín hiêộu QPSK và giản đồ chòm sao

Giải điều chế:

Hình 2.21 Sơ đồ giải điều chế tín hiêộu QPSK

Giả sử tín hiêộu thu được là :

Với ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3 Và a(t) = ±1, b(t) = ±1

Hai tín hiêộu chuẩn vào bôộ trôộn :

Tín hiêộu sau khi đi qua các bôộ lọc :

2.4.2 Cấu trúc của khối mô phỏng demo :

Hình 2.22 Sơ đồ khối mô phỏng điều chế QPSK

2.4.3 Nhận xét

Qua kết quả nghiên cứu, phương pháp điều chế và giải điều chế cho kết quả mô phỏng tương đối chính xác Các kết quả mô phỏng trên PC dùng MATLAB phù hợp với kết quả được kiểm chứng bằng thực nghiệm Các kết quả đó cho thấy QPSK có khả năng triệt nhiễu tốt

Đặc điểm nổi bật của phương pháp này so với phương pháp điều chế QPSK là có thể gửi thông tin có tốc độ gấp 2 lần trong cùng 1 độ rông băng tần

QPSK là trường hợp riêng của hợp kênh sóng mang vuông góc, ở đó mỗi dạng sóng mang thông tin là 2 bit mã hóa 2 bit thành 1 symbols nên yêu cầu tới 4 dạng sóng ứng với 4 pha, có hiệu suất phổ cao Điều chế pha 4 mức sử dụng nguyên lý tổ hợp thành 1symbol điều chế và được mô tả cùng một trạng thái pha sóng mang Do vậy, cùng độ rộng băng thông truyền dẫn, sử dụng phươn pháp điều chế QPSK sẽ có tốc độ bít truyễn dẫn đạt gấp đôi so với dùng phương pháp BPSK

2.5.Điều chế QAM

2.5.1 Khái niệm QAM

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) là phương pháp điều chế kết hợp giữa ASK và PSK QAM là phương thức điều chế mà trong đó thực hiện điều chế nhiều mức với 2 sóng mang và 2 sóng mang này được dịch pha nhau một góc bằng 900 (tức hai sóng mang sử dụng trong điều chế này là vuông góc nhau) Tín hiệu tổng thu được có dạng vừa điều biên vừa điều pha

Tín hiệu điều chế QAM có dạng:

Như vậy nhờ có sự thay đổi về trạng thái pha nên QAM có các pha của sóng mang cách xa nhau nhiều hơn do đó sẽ giảm được khả năng mắc lỗi do tác động của nhiễu như đối với M- ASK(ở M-ASK chỉ có duy nhất một trạng thái pha nên M tăng ) Đồng thời so với M- PSK thì nó lại giảm trạng thái pha xuống, cũng vì thế mà nó khắc phục được một nhược điểm của M –PSK khi M càng tăng tỷ lệ lỗi bít càng tăng trong PSK

Do trạng thái pha quá gần nhau, khó xác định trạng thái pha chính xác ở phía máy thu

2.5.2 Sơ đồ điều chế QAM

Hình 2.23 Sơ đồ điều chế M- QAM

Giải thích sơ đồ điều chế QAM:

SPC làm nhiệm vụ chuyển đổi luồng dữ liệu nối tiếp đi vào thành song song, đưa vào