Thảo luận điều chế QAM-16 doc

 Dữ liệu số đưa vào sẽ được tách ra I, Q theo giản đồ chòm sao và các kênh I,Q sẽ được nhân với các sóng mang lệch pha nhau 90 độ để tạo ra các tín hiệu It, Qt tương ứng với các tín hiệ

Trang 2

Phạm Ngọc Hà 9.

Vũ Đình Hai 10.

Nguyễn Thanh Hải 11.

Nguyễn Văn Hải 12.

Ngô Xuân Hảo 13.

Ngô Thị Hiền 14.

Nguyễn Văn Hiểu 15.

Đinh Văn Điển

Trang 4

1.1 Điều chế

Trong truyền thông

tương tự: biên độ và pha

của tín hiệu biến đổi liên

lục trong miền thời gian

ứng với sự thay đổi của

thông tin nó mang theo

Trong truyền thông số: L

Điều chế là quá trình mã hóa thông tin từ tín hiệu nguồn lên sóng mang trong một dải tần số nhất định Thông tin có thể được mã hóa bằng việc thay đổi biên độ, pha hoặc cả hai.

Điều chế có thể là tương tự hoặc số Điều chế có thể là tương tự hoặc số

Trang 5

Điều chế QAM là một kỹ thuật điều chế chuyển tải dữ liệu bằng

cách tính tổng sự thay đổi biên độ của hai sóng mang

1.2 Điều chế QAM

Sóng mang được sử dụng thường có dạng hình sin, lệch pha nhau 90

độ, sóng có cùng pha với tín hiệu được gọi là sóng đồng pha, và sóng lệch pha với tín hiệu được gọi là sóng vuông pha.

Trang 6

Giản đồ sao biểu diễn biên độ và pha của sóng mang đã được ánh xạ trong mặt phẳng phức.

Chòm sao của một tín hiệu QAM - 16

Trang 7

Đồ thị biểu diễn BER tương đối cho mỗi chòm sao QAM

Tỉ lệ SNR sẽ thay đổi khi chòm sao thay đổi

⇒

Trang 8

 Dữ liệu số đưa vào sẽ được tách ra I, Q theo giản đồ chòm sao và các kênh I,Q sẽ được nhân với các sóng mang lệch pha nhau 90 độ để tạo ra các tín hiệu I(t), Q(t) tương ứng với các tín hiệu AI(t) và AQ(t)

1.3 Sơ đồ khối bộ điều chế QAM

Trang 9

1.4 Bộ phát QAM số

Trang 10

Bộ phát bao gồm hai nhánh:

Khối chuyển đổi từ nối tiếp ra song song phân dữ liệu nối tiếp thành các

nhóm N/2 bit một ký hiệu Ở đây, tốc độ ký hiệu Rs bằng 1/N lần tốc độ bit Rb

Số lượng mã Gray hai bit

được sử dụng để biểu diễn

các vị trí kênh I, Q của điểm

trong chòm sao QAM-16

Sau đó, nhóm N/2 bit đó được chuyển vào khối giải mã Gray sang nhị phân với tốc độ bằng tốc độ ký hiệu

Một nhánh là kênh đồng pha (I)Một nhánh là kênh vuông pha (Q)

Trang 11

1.5 Bộ thu QAM số

Trang 12

Khối AGC (Automatic Gain Control) cân bằng tín hiệu thu được để bộ thu có

thể hoạt động với các tín hiệu có biên độ không đổi Điều này đặc biệt quan trọng đối với các kênh radio vì trong môi trường không dây, sự suy giảm của kênh

truyền thay đổi liên tục theo thời gian

Khối AGC (Automatic Gain Control) cân bằng tín hiệu thu được để bộ thu có

thể hoạt động với các tín hiệu có biên độ không đổi Điều này đặc biệt quan trọng đối với các kênh radio vì trong môi trường không dây, sự suy giảm của kênh

truyền thay đổi liên tục theo thời gian

Khối chuyển đổi tương tự sang số (A/D) sẽ lấy mẫu tín hiệu thu được khi được

tác động bởi khối khôi phục xung nhịp Khối khôi phục xung nhịp điều khiển bộ chuyển đổi A/D để lấy một lượng mẫu nhất định mỗi ký hiệu Số lượng mẫu mỗi

ký hiệu được xác định bởi cấu trúc của bộ lọc RRC Hơn nữa, các mẫu đều giữ khoảng cách cân bằng với một mẫu chuẩn ở tâm chu kỳ ký hiệu

Khối chuyển đổi tương tự sang số (A/D) sẽ lấy mẫu tín hiệu thu được khi được

tác động bởi khối khôi phục xung nhịp Khối khôi phục xung nhịp điều khiển bộ chuyển đổi A/D để lấy một lượng mẫu nhất định mỗi ký hiệu Số lượng mẫu mỗi

ký hiệu được xác định bởi cấu trúc của bộ lọc RRC Hơn nữa, các mẫu đều giữ khoảng cách cân bằng với một mẫu chuẩn ở tâm chu kỳ ký hiệu

Khối giải điều chế cầu phương tiến hành giải điều chế tín hiệu nhận được s(t)

tạo ra AI´ (t) và AQ´ (t) xấp xỉ bằng AI(t) và AQ(t) Quá trình giải điều chế gồm

hai bước Bước 1 là nhân tín hiệu nhận được với các sóng sin và cos có pha phù hợp với tín hiệu nhận được

Khối giải điều chế cầu phương tiến hành giải điều chế tín hiệu nhận được s(t)

tạo ra AI´ (t) và AQ´ (t) xấp xỉ bằng AI(t) và AQ(t) Quá trình giải điều chế gồm

hai bước Bước 1 là nhân tín hiệu nhận được với các sóng sin và cos có pha phù hợp với tín hiệu nhận được

Khối RRC (Raise Root Cosin) lọc đầu ra của bộ giải điều chế vuông pha để

khử nhiễu, giao thoa và ISI Sau đó, các khối giải ánh xạ ký hiệu, giải mã Gray và chuyển đổi song song sang nối tiếp làm ngược lại các khối ánh xạ biểu tượng, mã hóa Gray và nối tiếp sang song song ở bộ phát để khôi phục lại dữ liệu ban đầu

Khối RRC (Raise Root Cosin) lọc đầu ra của bộ giải điều chế vuông pha để

khử nhiễu, giao thoa và ISI Sau đó, các khối giải ánh xạ ký hiệu, giải mã Gray và chuyển đổi song song sang nối tiếp làm ngược lại các khối ánh xạ biểu tượng, mã hóa Gray và nối tiếp sang song song ở bộ phát để khôi phục lại dữ liệu ban đầu

Trang 13

Mã hóa QAM

Phát

Tín hiệu QAM

Bộ điều chế được xây dựng với sơ đồ khối như trên gồm:

Khối lặp phát dữ liệu để tạo dữ liệu số đưa vào bộ điều chế

Khối thay đổi tần số ký hiệu gồm các phím tăng giảm tần số để thay đổi tần số trong một dải nhất định từ fc đến 10fc

Khối điều chế QAM: gồm các khối nhỏ như khối phát sóng mang để tạo tín hiệu sin, cos số đưa vào điều chế, khối mã hóa QAM để tính toán biểu thức

Trang 14

Quá trình thực hiện được tiến hành trên 2 Kit với 2 chip FPGA là APEX II và Cyclone II của Altera với sơ đồ khối như sau:

Mô hình bộ điều chế QAM xây dựng

Thay đổi tần số

Trang 15

Sử dụng Kit DE2 của phòng thí nghiệm, phát 16 tín hiệu chọn bit có thể thay đổi được bằng 16 công tắc gạt bên ngoài, trạng thái các bit của công tắc đều được hiển thị trên led.

Khối phát lặp dữ liệu

16 bit trạng thái của công tắc được phân thành 4 nhóm: A,B,C,D Mỗi nhóm chứa

4 bit sẽ tạo thành một điểm chòm sao Điểm chòm sao này sẽ được tách ra, rồi đưa vào các kênh I,Q, mỗi kênh 2 bit Các kênh I,Q này sẽ được đưa sang chip APEX II

để ánh xạ vào trường dữ liệu bằng phương pháp truyền thông SPI

B8 B15 B14 B13 B12 B11 B10 B9

Tách bit I,Q

Trang 16

Truyền thông nối tiếp SPI

Trong phương pháp này, Cyclone II sẽ kiểm tra chân vào Sync của mình, tới khi chân này nhận được một sườn xung (âm hoặc dương) từ APEX II thông báo sẵn sàng nhận (RR) thì Cyclone II sẽ truyền các bit I,Q lần lượt của các nhóm A,B,C,D sang cho APEX II rồi đợi tín hiệu RR tiếp theo

Truyền thông SPI vừa tạo ra sự đồng bộ giữa hai loại chip FPGA hoạt động trong chu kỳ xung nhịp khác nhau vừa tạo ra sự độc lập tương đối giữa hai khối chọn dữ liệu và điều chế

Trang 17

Nhằm mục đích tạo tín hiệu sin chuẩn để đưa vào điều chế

Bộ tạo sóng mang

Bộ thay đổi tần số sóng mang

Nhân tín hiệu từ hai nút điều khiển tăng giảm tần số có thể thay đổi tần số

trong dải từ fc đến 10fc Bộ thay đổi tần số này tác động trực tiếp vào bộ phát

sóng mang để thay đổi tần số các sóng sin, cos được tạo ra

Nguyên tắc làm việc của bộ thay đổi tần số là tăng/giảm số mẫu trong một chu kì sóng mang để thay đổi tần số

Trang 18

Sóng mang số hình sin đưa vào đây sẽ được làm trễ đi 1/4 chu kì để tạo ra sóng mang hình cos (lệch pha 90 độ với sóng mang hình sin) Sơ đồ của bộ quay:

Bộ nhân số nhân sóng mang với dữ liệu của kênh I hoặc Q mà ký hiệu ánh

xạ đến để tạo ra tín hiệu AQ(n) và AI(n) Bộ nhân số có dạng như sau:

Trang 19

Bộ cộng số thực hiện phép cộng số học các dữ liệu vừa được tính toán ở bộ nhân để kết hợp các tín hiệu các kênh I,Q để tạo ra tín hiệu QAM

Bộ cộng số

Ngoài ra, khi sau khi cộng các tín hiệu I,Q do sóng mang có dạng hình sin nên chứa cả thành phần âm, dương trong khi bộ biến đổi DAC bên ngoài chỉ nhận đúng các số dương nên phải nâng thành phần một chiều của tín hiệu

QAM số lên bằng cách cộng vào nó một hằng số không đổi

Ngoài ra, khi sau khi cộng các tín hiệu I,Q do sóng mang có dạng hình sin nên chứa cả thành phần âm, dương trong khi bộ biến đổi DAC bên ngoài chỉ nhận đúng các số dương nên phải nâng thành phần một chiều của tín hiệu

QAM số lên bằng cách cộng vào nó một hằng số không đổi

AI(n)

Trang 20

Dạng sóng ra

Trang 21

Chuyển đổi nhị phân sang phẩy động

Xét tương quan

Khôi phục xung nhịp

Quay 90 độ

Tạo lại sóng mang

Bộ tích phân

I

Q

Xung nhịp

lấy mẫu

Giải điều chế QAM sử dụng phương pháp tương quan

Trang 22

Bộ A/D: Dữ liệu thu được sẽ được lấy mẫu bằng bộ A/D với xung nhịp có thể thay

đổi được Do có thể điều chỉnh được nhịp lấy mẫu AD nên ta có thể thay đổi số

lượng mẫu mỗi ký hiệu để tạo thuận lợi cho bộ tính tương quan

Bộ A/D: Dữ liệu thu được sẽ được lấy mẫu bằng bộ A/D với xung nhịp có thể thay

đổi được Do có thể điều chỉnh được nhịp lấy mẫu AD nên ta có thể thay đổi số

lượng mẫu mỗi ký hiệu để tạo thuận lợi cho bộ tính tương quan

Khối chuyển đổi nhị phân sang phẩy động: Do dữ liệu đẩy ra từ khối A/D là dữ

liệu nhị phân số, trong khi quá trình xử lý trên FPGA của hệ thống đòi hỏi tính toán các số rất lớn, các số nhị phân, số nguyên thông thường không thể đáp ứng được nên khối nhị phân sang phẩy động sẽ chuyển đổi các số nhị phân sang khuôn dạng dấu phẩy động để toàn bộ các phép toán của các khối bên trong sẽ hoàn toàn được tính toán thông qua khối xử lý dấu phẩy động FPU

Khối chuyển đổi nhị phân sang phẩy động: Do dữ liệu đẩy ra từ khối A/D là dữ

liệu nhị phân số, trong khi quá trình xử lý trên FPGA của hệ thống đòi hỏi tính toán các số rất lớn, các số nhị phân, số nguyên thông thường không thể đáp ứng được nên khối nhị phân sang phẩy động sẽ chuyển đổi các số nhị phân sang khuôn dạng dấu phẩy động để toàn bộ các phép toán của các khối bên trong sẽ hoàn toàn được tính toán thông qua khối xử lý dấu phẩy động FPU

Khối xét tương quan: Nhiệm vụ của khối này là tìm đúng điểm bắt đầu và kết thúc

của ký hiệu để có thể tạo ra xung nhịp ký hiệu chuẩn bằng khối khôi phục xung

nhịp Dữ liệu chuẩn từ khối khôi phục xung nhịp sẽ là dữ liệu đồng bộ mà cả hệ

thống dựa vào để đồng bộ các khối vào nhau và giải điều chế

Khối xét tương quan: Nhiệm vụ của khối này là tìm đúng điểm bắt đầu và kết thúc

của ký hiệu để có thể tạo ra xung nhịp ký hiệu chuẩn bằng khối khôi phục xung

nhịp Dữ liệu chuẩn từ khối khôi phục xung nhịp sẽ là dữ liệu đồng bộ mà cả hệ

thống dựa vào để đồng bộ các khối vào nhau và giải điều chế

Khối tạo lại sóng mang, khối quay 90 độ: Hai khối này có nhiệm vụ tạo lại sóng

mang sin và sóng mang cos dựa trên cơ sở nhịp đồng bộ của khối khôi phục xung nhịp Sau đó, các sóng mang sẽ được nhân tín hiệu vào để tạo ra tín hiệu các kênh

I,Q Bộ tích phân có vai trò như một bộ lọc thông thấp, sẽ khử đi các thành phân

xoay chiều, giữ lại thành phần một chiều chính là vị trí của điểm chòm sao trên các kênh I, Q đó

Khối tạo lại sóng mang, khối quay 90 độ: Hai khối này có nhiệm vụ tạo lại sóng

mang sin và sóng mang cos dựa trên cơ sở nhịp đồng bộ của khối khôi phục xung

nhịp Sau đó, các sóng mang sẽ được nhân tín hiệu vào để tạo ra tín hiệu các kênh

I,Q Bộ tích phân có vai trò như một bộ lọc thông thấp, sẽ khử đi các thành phân

xoay chiều, giữ lại thành phần một chiều chính là vị trí của điểm chòm sao trên các kênh I, Q đó

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	1,22 MB