Điều chế số và ứng dụng trong truyền thông

Tính kháng nhiễu thể hiện qua xác suất lỗi hít với một số loại điều chế đang được dùng phổ biến hiện nay trong các hệ thông tin được trình bày chi tiết trong phần phụ lục A.. • Dữ liệu c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN

ĐIỂU CHÊ SỐ VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỂN THÔNG

ĐÉ TÀI CẤP ĐẠI HOC QUỐC GIA

BAO CAO TOM TA I ĐE TAI NCKH CAF ĐHQ(Ỉ

I Tên đề tài : Điếu chẽ so và ứng dụng trong truyền thông

Mã sỏ: QT - 99 - 04

2 Chủ trì đe tài: PGS.TS Nguyễn Viết Kính

3 Tèn các cán bộ phối hợp nghiên cứu:

PTS Trịnh Anh Vũ

Thạc sĩ Nguyền Thị Hồng

Cứ nhân Đinh Triều Dương

NCV Phạm Thị Tuyết

Một sô sinh viên Khoa CN - ĐTVT cũ - Khoa Công nghệ hiện nay.

4 Tóm tát ket quà nghiên cứu:

1 Tổng quan tài liệu về điểu chê sô

2 Tìm hiểu và chế tạo các phấn lập mã giải mã dihit, tribit.

3 Tìm hiểu và chê tạo các phần điều chế và giải điều chế ASK, PSK và QAM.

5 Các kết quả đạt được.

1 Tổng quan về điểu chế và giải điều chế có xét tới ảnh hướng tủa nhiều với các

2 Thực hiện việc thiết kế lắp ráp các phần:

Lập mã, giái mã dibit, tribit Điểu chế và giải điều chê ASK, FSK, QPSK và QAM trong giải tần số sóng mang 1000 - 2500Hz - tốc độ bít từ 1000 hit/s -f 2500 bit/s.

3 Lấp bài thực tập cho sinh viên vé các vấn đề trên.

4 Đào tạo: 4 sinh viên tót nghiệp đại học.

5 Tinh hình kinh phí đề tài.

Kinh phí của đề tài đã chi theo đúng các khoản mục như dự toán.

loại ASK, FSK, QPSK OQPSK, - Q PSK MSK, QAM.

1 Subject: Digital modulation and its application in digital communication

2 L ead er : Associate Prof Nguycn Viet Kinh

3 Participants:

Dr Trinh Anh Vu

M.Sc Nguyen Thi Hong Ing Dinh Trieu Duong Tech Pham Thi Tuyet

A group of student

4 Contents:

- Revievv on digital modulation

- Investigation and íabrication of dibit and tribit coder - decoder

- Investigation and íabrication of ASK, FSK and QAM modulator demodulator

5 Obtained results:

- A brief review of modulation and demodulation with noise iníluence

- Many kinds such as ASK, FSK, QPSK, -Q P S K , MSK, QAM are

4considered

- Design and implementation the following blocks:

- Dibit and tribit coder- decoder

- ASK, FSK, QPSK, QAM coder - decoder with carrier in the irequency band from 1000Hz to 2500Hz and bit rate from lOOObits to 2500bits/s

- A practical module for students

- Training: graduated student reports

MỤC LỤC

Trang

Ị.Vài nét chung về điều chế và tầm quan trọng trong hệ thông t i n 5

II Một số loại điều chế và ưu nhược điểm của hệ điều chế Q A M 6

III Hệ truyền thông dùng điều chế và giải điều chế 8Q A M 7

ÍV StTf đồ lắp ráp thực tế và kết quả đo đạc dạng xung 11

V Những vấn đề khác 12

V I Các chữ viết tắt 13

V.2Tài liệu tham khảo 14

V.3 Phụ lục A: Một số phương pháp điều chế 15

V.4 Phụ lục B :Các dạng tín hiệu thu được sau điều c h ế 39

V.5 Phụ lục c :Các sơ đồ nguyên lý điều chế và giải điều chế Q A M 45

V.6 Phụ lục D: Mạch in của hệ thống thực hiện điều chế và giai điều chê Q A M 45

ĐỂ TÀI CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Mã sỏ Q I - 99 - 04

ĐIỂU CHẾ SÒ VÀ ÚNG DỤN(Ỉ TRONG TRUYEN t h ô n g

I VẢI NÉT CHUNG VỂ Đ lỂ U CHÊ VA TẨM QUAN TRỌNG

TRONG HỆ THÔN G TIN

Như chúng ta đã biết 11 I hệ thông tin số gồm những khôi con sau dây

thông tin nguõn b ảo mật ch õ kênh dữ liệu phổ

Hình / /: Sơ đổ kliối hệ thông tin sô

như vậy, bộ điều chế và giái điều chế là một trong những khối con không thc thiếu của hệ thông tin

Tuỳ theo điều kiện mà các khối này có thê làm cho tăng tốc độ truyền, tăng sức kháng nhiễu, làm cho tín hiệu truyền phù hợp với kênh truyền (tăng hiệu suất độ rộng dai hiệu suất công suất) làm cho kích thước anten phát trớ

thành kha thi 12 ị

Vì vậy, tìm hiếu, láp đặt các hệ điều chế, giải điểu chế(M odem) là một

việc cần thiết không những chí cho việc đào tạo mà còn có ích cho việc hiểu,

sứ dụng các hệ thông tin dù đó là hệ thông tin có đây hay không dây, cố định

hay di lỉộng Đỏ chính là mục đích của đề tài

II MỘT SỐ LOẠI ĐIỂU CHÊ VÀ ư u NHƯỢC ĐIỂM c ủ a h ệ

ĐIỀU CHẾ QAM

(hoặc một vài) thông số của một ký hiệu nào đó (thường gọi là sóng mang)

bằng một tín hiệu (gọi là tín hiệu tin) Tín hiệu tin có thê là tương tự hoặc số

- Nếu tín hiệu tin làm biến đổi biên độ của sóng mang, khi đó ta có quá trình điều biên AM - ASK - trong trường hợp ASK, tín hiệu đã điều chế

có dạng:

>(0 = n

\ T j ( t \

trong đó n — : tín hiệu tin các độ kéo dài 2r ; cos(ơ t là sóng mang.

- Nếu tín hiệu tin làm biến đổi tần số của sóng mang, sao cho độ lệch tần tức thời A Củ' của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin, ta có quá trình điều tần

FM - FSK Trong trường hợp BFSK tín hiệu đã điều chế có dạng chẳng hạn:

- Nếu tín hiệu tin làm biến đổi pha cua sóng mang, sao cho độ lệch

pha tức thời ầ ệ ị của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tin, ta có quá trình diều pha

PM - PSK Trong trường hợp BPSK tín hiệu đã điều chế có dạng chẳng hạn:

Trong trường hợp tổng quát, điều tần, điều biên, điều pha có thể thực

hiện không phái chi 2 mức mà M mức gọi là điều chế đa mức - với điều chế

đa mức, ta có thể tăng tốc độ truyền dẫn lên k lán với k = log? M , nhưng nếu

muốn dám bảo cùng một xác suất lỗi bít thì cái giá phái trả là phái tăng công

suất lên 22k lán (cho trường hợp MASK), tăng độ rộng dái lên M lần (cho

trường hợp M FSK )

Các loại điều chế trên là cơ bán trong dó PSK có sức kháng nhiễu tốt hơn so với ASK, FSK Tuy nhiên tuỳ theo những mục đích cụ thể người ta có thể dùng các loại biến đổi của chúng như điều chế khoá dịch pha vi sai DPSK,

khoá dịch pha cầu phương dịch chuyển OQPSK, khoá dịch pha —QPSK ,

4khoá dịch pha tối thiểu MSK, đa sóng mang MCM [3]

Tính kháng nhiễu thể hiện qua xác suất lỗi hít với một số loại điều chế đang được dùng phổ biến hiện nay trong các hệ thông tin được trình bày chi tiết trong phần phụ lục A

II.2 Đê tăng khả năng sử dụng của không gian tín hiệu, làm cho khi

có cùng một xác suất lỗi, thì công suất của hệ điều chế có công suất trung bình - hoặc công suất đỉnh càng nhỏ càng tốt

Những công trình nghiên cứu [4] cho ta thấy, khi cùng một xác suất lỗi như nhau điều chế đa mức (64 mức) của 3 loại ASK, PSK, QAM cho ta kết quá (tính cùng đơn vị đo)

Công suất trung bình Pn 415,3 341,2 24,5

Chứng tỏ về mặt hiệu suất công suất, QAM là tốt nhất

Điều này có thể thấy rõ khi xét giản đồ chòm sao của 3 loại ASK, FSK,

Ọ AM

Tuy nhiên, như ta đã biết, QAM là một tín hiệu điều biên, do đó cần phải có bộ khuếch đại tuyến tính tại lối ra ở bộ phát và thu [5J

III HỆ TRUYỀN THÔNG DÙNG ĐIỂU CHÊ VÀ GIẢI ĐIỂU CHÊ 8QAM

III 1 Đe thực hiện hệ truyền thông dùng điều chế và giải điều chế

8QAM ta phái tạo được các khối cơ bản sau đây (hình 3.1)

1 Khối phát tín hiệu chuẩn dùng đồng bộ hệ thống, tạo tín hiệu dữ liệu

và sóng mang

2 Khối phát tín hiệu dữ liệu cho phép phát tín hiệu ở những tán số lặp lại xác định, có thế tạo các mẫu tín hiệu mong muốn theo kiểu NRZ

7

3 Khối phát tín hiệu sóng mang hình sin với tần sô khác nhau.

4 Khỏi điều chê 8 QAM

5 Khôi giải điều chế 8ỌAM

Hình 3.1: Sư đổ khôi hệ truyền thôn V 8QAM.

Ngoài các khối chính ra, để hệ thống hoạt động còn cán có các phần

chống nhảy tín hiệu ở phần khởi động, nguồn n u ô i

sóng mang là những khối phát thông thường có thể dễ dàng thực hiện từ các sơ

đồ chuẩn [6] Ta trình bày ở đây về hai khối:

a) Khối diều cỉìếSQ A M gồm:

1 Bộ tách bít thực hiện việc tách nhỏm 3 bít dữ liệu vào nối tiếp

IQ C ra thành ra 3 bít song song có chu kỳ hít thành 3 lần chu kỳ các bít dữ

liệu vào

Hình 3.2: Sơ dồ khối bộ điều chếHQAM

2 Bộ phát tín hiệu sóng mang có pha vuông góc với nhau dùng đẻ đicu chế 2 bộ điều chế 2PSK với dữ liệu vào I, Q Lối ra ta có tín hiệu 4PSK.

3 Bộ biến đổi tín hiệu 4PSK một mức biên độ thành 2 mức biên độ

và kết qua là ta có tín hiệu 8QAM; với giản đồ chòm sao có dạng như hình

n

3.3, trong đó 2 bít đâu tiên chí sự khác nhau vê pha là — giữa các cặp 2 hít còn bít ihứ 3 chỉ sư khác nhau về hiên đô ! 1I

Nhir vậy tín hiệu sau khi đã điều chế

8QAM hoặc khác nhau về pha hoặc khác

nhau về hiên độ (hoặc cả hai) giữa các

nhóm tribít - Thí dụ: 000 ứng với kv hiệu

1 Phần khôi phục sóng mang cho giải điều chế 4PSK

2 Hai bộ giải điều chế 2PSK kiểu tách sóng tích dùng cho giải điều chế 4PSK

3 Mội bộ giải điều chế lách sóng hình bao dung cho giai điéu che ASK

4 Bộ khôi phục tín hiệu xung nhịp, dùng điều khiển bộ nhập bít

5 Bộ nhập bít, cho phép tạo ra chuỗi tín hiệu nối tiếp từ các chuỗi bít IQC song song

Sơ đồ khối giải điều chế 8ỌAM, mô tả trên hình 3.4

9

Hình 3.4: Sơ đồ khôi giải điểu chế8Q A M

Phần khôi phục sóng mang có thế thực hiện bằng cách dùng mạch vòng coslas [7 Ị hoặc dùng mạch mũ bốn theo sơ đồ khối hình 3.5

Hìnlỉ 3.5: Phần khôi phục sóng mang dùng mạch mũ bốn.

Phần khôi phục tín hiệu định thời có thể lấy từ I hoặc Q theo sơ đồ h 3.6

Hình 3.6: Phần khỏi phục tín hiệu định thời.

IV s o Đ ố LẮP RÁP THỰC TÊ VÀ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC I)ẠN(; XUNG

IV 1 So đổ lắp ráp thực tẻ (xem phu lục B)

Trong đó: Phần điều chế ở tờ 1, phần giải điều chế ờ tờ 2

- Lọc thông thấp và tạo tín hiệu sóng mang dùng AC 082

- Điều chế 2PSK dùng MC 1496 và điều chế ASK dùng 4066

IV.2 Kết qủa thực nghiệm

- Từ sơ đồ nguyên lý, chúng tôi đã thiết kế và nhờ làm mạch in phần điểu chế, giải điều chế như phần phụ lục c

- Thực hiện việc lắp ráp, các linh kiện điện tử, các đầu ra phục vụ cho việc đo đạc thí nghiệm như ảnh chụp toàn bộ hệ đo

- Thực hiện việc đo các dạng xung thu được gồm: (xem phần phụ lục

D).

• Dữ liệu han đầu và các thành phần dữ liệu ban đầu

• Thành phẩn dữ liệu I ban đầu và tín hiệu điều chế 2PSK - I

• Lấy mẫu và khôi phục lại dạng xung

• Tín hiệu dữ liệu và tín hiệu sau khi điều chế QAM

• Tín hiệu xung định thời C K - I, CK- Q

• Dữ liệu I sau khi được khôi phục

• Dừ liệu Ọ sau khi được khôi phục

11

• Dữ liệu c sau khi được khôi phục

• Dữ liệu gốc sau khi được khôi phụcTất cả các kết quả là ở tần số thấp, thí dụ sóng mang cỡ KHz, tốc độ hít

- Các bộ lọc số (DDF) dùng cho lọc thông thấp kiểu HSP 43220 trong

đó dùng kỹ thuật giảm tốc độ lấy mẫu

C Á C C H Ữ V I Ế T T Ắ T :

- AM : Amplitude modulalion Điều biên

- ASK : Amplitude Shilt Keying Khoá dịch biên

- C M A C : Quadrature numerically controlled oscillator :

Bộ dao động điều khiển số cầu phư(íng

- DPSK : Differential phase shiít keying : Khoá dịch pha vi sai

- DDF : Decimal digital íi l t e r : Bộ lọc số giảm tốc độ lấy mẫu

- FM : Prequcncy modulation: Điều tần

- FSK : Frequency shift keying : Khoá dịch tần

- MCM : Multicarrier modulation : Điều chế đa sóng mang

- PM : Phase Modulation : Điều pha

- PSK : Phase shift keying : Khoá dịch pha

- QAM : Quadrature Amplitude molulation:

Điều chế biên độ cầu phương

- Q N C O : Quadrature numerically controlled oscilator :

Bộ dao động điểu khiển số cầu phương

13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

111 Rodger E Ziemer - Roger L.Peterson

ỉntroduction to digiíal communication Prentice Hall 2001

[ 2 Ị B p Lathi Modern digital and Analog communication Systems

Holt - Rinehart and Winston 1992

[3] Thierry Pollet and Miguel Peerters Synchronization vvith DMT

modulation IEEE Communication Magazine, April 1999

[4] Larry Lind Modulation for band-pass channels - MC GravvHill

PHỤ LỤC A

Một sỏ phương pháp điều ché

(Có kể ảnh hưởng của nhiễu)

AI M Ở ĐẦU

Các nhà thiết kế hệ thống dùng kỹ thuật điều chè đế điều chế thông tin

sô băng gốc qua một kênh thông giải Dạng phổ biến nhất của điều chế số là háo hiệu cơ số 2, trong đó thông tin truyén đi được mã hoá thành các giá trị 0 hay 1 và gửi đi với tốc độ 1 bít trong T giây Hai tín hiệu s0(/)và Jị(0 cần thiết để đại diện lần lượt cho các số 0 và 1 Tổng quát hem là dữ liệu có thể chia thành các khối số, trong đó mỗi khối gồm n bít Vì vậy có M = 2n khối phàn biệt, và M tín hiệu cần thiết đại diện cho M khối số Mõi khối n bít dược

gọi là một tín hiệu với độ kéo dài Ts < n T , trong đó T : khoảng cách giữa các

bít Loại truyền dẫn này được gọi là báo hiệu cơ số M

Trong phụ lục này ta thảo luận việc truyền thông tin số trong một kênh giải truyền giới nội có thêm nhiều loại gauss trắng (AWGN) và có sự tăng cường về xác suất trung hình của lỗi bít Đầu tiên, ta nghiên cứu tín hiệu băng gốc, độ rộng giải của nó, và xác suất lỗi Sau đó chúng ta đưa vào khái niệm điều chế băng gốc thành sóng mang tần số vô tuyến (RF) và chứng minh rằng tín hiệu băng gốc có thể dùng điều chế biên độ, tần số, hoặc pha của sóng mang Với những khái niệm này, chúng ta phát triển xác suất sai của các phương pháp điều chế chung và trình bày khá năng ứng dụng chúng cho hệ tế bào và hệ thông tin cá nhân (PCS)

Lối ra băng gốc của máy phát dữ liệu là chuỗi dữ liệu cơ số 2, không thể trực tiếp gửi đi theo đường sóng vô tuyến Nhà thiết kế truyền thông phải chọn các tín hiệu vô tuyến đại diện cho dữ liệu cơ số 2, cho phép máy thu dữ liệu giải mã dữ liệu với lỗi ít nhất Với trường hợp báo hiệu cơ số 2 đơn giản

nhất, ta chọn hai tín hiệu ký hiệu sG(t)và S ị ( t ) lần lượt đại diện cho các giá trị

cơ số 2 là 0 và 1 Vì rằng kênh không hoàn háo, ở máy thu cũng sẽ có AWGN n(t) Máy thu dữ liệu (xem hình A l) sẽ xử lý tín hiệu và nhiễu qua mạch lọc

h(t) vù ư cuối của khoáng báo hiệu T, sẽ quyết định xem phải chăng máy phát gíri đi 0 hay 1.

Các năng lượng của s 0 ( t ) v à S ị ( t ) trong khoảng thời gian T giá thiết làgiới nội và ký hiệu lần lượt là Eu và Eị Đê đơn giản, chúng ta giả thiết rằng nhiễu có hàm mật độ xác suất biên độ theo kiểu Gauss và mật độ phổ nhiễu là phẳng theo tần số (nhiễu trắng) với mật độ phổ công suất lưỡng (PSD) biên là

SD : Thành phần tín hiệu ra tại t = T với tín hiệu vào sc(t)

N : Thành phần nhiễu lối ra

Tương tự, khi có Sị(t), ớ lối vào của mạch lọc, lối ra của nó tại t = T là:

là độ rộng nhiễu của hàm mạch lọc thu H(f)

Cho rằng s0(t) có ở lối vào máy thu, và hàm mật độ xác suất (PDF) có điều kiện của V là:

( v~sọ )2 '

V2 n ơ

Hình A l : Cấu trúc máy thu đ ể tách sóng tín hiệu cơ s ố 2

trong nhiễu Gaitss trắng.

Tương tự hàm mật độ xác suất có điều kiện của V, khi s,(t) có mặt tại lối vào máy thu:

p(v/s0) pív/s,)

\

A S|

Hình A 2 : Hàm mật độ xác suất cố điều kiện của lôi rư mạch lọc

tại thời điểm t = 7’

Nếu ta đơn giản phương trình (A.7b) lấy đạo hàm kết quả thu được với

giá trị A, đặt đạo hàm này hằng không, ta có thể xác định việc lựa chọn tối ưu

cho giá trị ngưỡng A , đê xác su ấ t lỗi I \ là cực tiếu

hay 0( u ) = 7— , u » 1 là tích phân Gauss

v 2 nu

Tiếp theo, ta tìm mạch lọc, cho ta xác suất lỗi nhỏ nhất, như biểu thị hằng phương trình (A-10) Tại thời điểm t0, giá trị mẫu gồm một thành phần licn hệ với tín hiệu g0(t0) và một thành phần nhiễu n0(t0) Mạch lọc này gọi là mạch lọc hoà hợp và có hàm truyền H0(f) được tôi ưu hoá đê cho ta SNR cực đại tại lối ra của nó tại thời điểm t0 M Schwartz đã chứng minh rằng mạch lọc

này phải hoà hợp liên hợp với tín hiệu s(t) Vì ta có 2 tín hiệu s0(t) và S|(t) ta

cần phái 2 mạch lọc trong thiết k ế của chúng ta

Nếu ta truyền tín hiệu s(t), nó có biến đổi Fourier là S(co), là một hàm phức - Mạch lọc tối ưu, mạch lọc hoà hợp, phải có một đáp ứng tần số H(co), trong đó:

trong đó s là liên hợp phức của biến đổi Fourier của tín hiệu

Nói chung, mạch lọc này là không thực hiện được, vì rằng việc phân

tích cho ta thấy phải có lối ra trước kh i có lôi vào, mà ta còn chưa có khả

năng thiết kế mạch lọc có thể tiên đoán lương lai Tuy nhiên, ta có thể thiết kế mạch lọc gần với mạch lọc lý tưởng

Tỷ số SNR được định nghĩa như sau:

ơ

Có thể chứng minh rằng, giá trị cực đại cho SNR, £, là 2 lần năng lượng tín hiệu lối vào (Eg) chia cho một số phổ nhiễu lối vào đơn biên, không cần chú ý tới dạng tín hiệu lối vào

độ (tỷ số) lỗi là cao hơn, nhưng, nếu SNR đủ lớn, thì tốc độ lỗi cao hơn không phải là vấn đề Vì vậy, ta thường cho SNR lớn để mã hoá tín hiệu và giảm độ rộng giải của nó.

Khi ta cộng thêm các mức phụ cho hệ băng gốc, ta giảm khoảng cách giữa các mức phát hiện (tách sóng ở lối ra của máy thu) Vì thế cho nên tốc độ lỗi cùa một hệ băng gốc đa mức có thể được xác định bằng cách tính sự giảm thích hợp trong khoảng cách lỗi Nếu biên độ cực đại là V, khoảng cách lỗi là

đe, giữa các mức cách đều nhau ở bộ tách sóng là:

M -

( M - \ ) y f ĩ ơ

phản ánh các mức tín hiệu bên trong là có thể bị

lấn át bởi cá nhiễu âm và dưưng - và hê số xuất hiên vì hê đa mức

log2 M

được giả thiết bị mã hoá sao cho các lỗi ký hiệu tạo ra các lỗi bít đơn ( log2M chính là số bít cho một ký hiệu)

Xác suất của lỗi bội bít được giả thiết là nhỏ và có thê bỏ qua

Phương trình (A-17) licn hệ xác suất lỗi với công suất tín hiệu đỉnh V2

Đê xác định xác suất lỗi Pe với công suất trung bình, công suất trung bình của

hệ M mức được xác định bới trung hình công suất liên hộ với các mức biên độ xung khác nhau:

,( M - l ) 2

Nếu T là khoảng cách báo hiệu của hệ 2 mức, khoảng báo hiệu TM cho

hệ M mức cho cùng m ột tốc độ d ữ liệu được xác định là:

vậy s , ( t ) - s 0(t) = 2V.

Giá trị của Pe được tính từ phương trình (A-5) là:

trong đó Eb là năng lượng hoặc của s0(t) hoặc của S|(t) có nghĩa là năng lượng bit

Khi ta muốn gửi các tín hiệu đi xa, báo hiệu băng gốc là không đủ

Vì vậy ta phải điều chế tín hiệu của sóng mang vô tuyến Khi ta truyền một dòng bit, la biến dòng bít đó thành tín hiệu tương tự A(t) cos(cot + 0) Các đặc trưng của tín hiệu này là biên độ, tần số, pha Vì vậy ta có thể biến đổi bất kỳ một trong ba đặc trưng trên để tạo nén phương pháp điểu chế Dạng cơ bản

của 3 phương pháp điều chế dùng cho ph á t tín hiệu số là:

Khoá dịch biên độ (ASK)

Khoá dịch tần số (FSK)

Khoá dịch pha (PSK)

Khi co, và 0 giữ không đổi, ta có ASK Khi A(t) và và 0 giữ không đổi,

ta có FSK cơ số 2 hay (cơ số M) Khi A(t) và co giữ không đối, ta có PSK cơ

số 2 hay (cơ số M) Hệ lai ghép (hybrid) tồn tại khi hai đặc tính thay đổi với

A3 CÁC KỸ T H U Ậ T Đ l Ể U CHÊ

mỗi ký hiệu mới được phát Phương pháp phổ biến nhất là cố định co, thay đổi

A(t) và 0 Đó là phương pháp điều chê biên độ trực giao (QAM) Với mỗi

phương pháp điều chế sẽ dẫn đến việc thiết kế máy thu, phát khác nhau, độ rộng giải chiếm khác nhau, và tốc độ lồi khác nhau Phần còn lại của phụ lục này là xét các phương pháp chung thông dụng nhất được sử dụng và tính các tốc độ lỗi của nó Vì rằng mọi tín hiệu có độ rộng giải lý thuyết là vô cùng,

mọi phương pháp điều chế phải có độ rộng giải giới nội Giới hạn giải đưa

vào lỗi tách sóng và độ rộng giải mạch lọc phải chọn sao cho tôi ưu giữa độ rộng giải và tốc độ lỏi Vì rằng việc "trao đổi" thường được làm theo thực

nghiệm sau rất nhiều dữ liệu kinh nghiệm đã thu thập được, ta sẽ không tính

độ rộng giải của mỗi phương pháp điều chế

A3.1 ASK

Với ASK chúng ta điều chế tín hiệu hăng gốc làm thay đổi biên độ của

sóng mang phát - Khi chúng ta thực hiện tách sóng, ta tháy rằng A S K không

ứng Với ASK chúng ta truyền một trong hai tín hiệu s0(t) = 0 cho số "0" và s,(t) = Acosco0t cho số cơ số 2 "1" Năng lượng trong một khoảng bít T là

A S K thuần tỉiý không gửi tín hiệu cho số "0" và một tín hiệu cho số

"1" Vì vậy cho nên với 0 < t < T, sD(t) = 0 và S | ( t ) = V.cos(2tcíV) Trong phương trình (A-15) chúng ta định nghĩa xác suất lỗi cho hệ băng gốc là

p = Q { 4 l z ) Chúng ta tiến hành tính z cho trường hợp ASK.

Chúng ta giành việc tính xác suất lỗi của hệ ASK cơ số M như hài tập nhỏ Nói chung hệ ASK cơ số M không được sử dụng vì các phương pháp điều chế khúc có chất lượng về phương diện lỗi tốt hơn

A 3.2 FSK

Trong FSK, tần số của tín hiệu phát bị thay đổi với lối vào băng gốc

khác nhau Vì vậy cho nên, s()(t) = A.cos(co + A(ú)t cho s ố 0 và

s , ự) = A.cos(co - ầco)t cho số 1 Năng lượng trong khoáng bít T là

E, A 2T , với hệ M - FSK, M tần số khác nhau đòi hỏi, và mỗi n (M = 2") bít

cua một dòng bít cơ số 2 được nhóm thành m ột tín hiệu và được truyền đi

Nếu chúng ta chọn Aco sao nó liên hệ chặt chẽ với độ kéo dài của ký hiệu chúng ta có báo hiệu FSK kết hợp Với cách điều chế này, trong khoảng thời gian 0 < t < T thì:

s0(t) = V.cos(27ift) và S|(t) = V.cos27c(f+Af)ttrong đó A / = — và k là một số nguyên

Các tín hiệu sG(t) và sị(t) được gọi là kết hợp trực giao vì:

F S K có cùng m ốt chất lương n h ư A SK theo sô hang —, do đó cho

cùng m ột P e Hiệu quả độ rộng giải của FSK cơ số M kết hợp và không kết

hợp được chứng minh trong tài liệu của Ziemmer.R.E như sau:

B : Độ rộng giáiA3.3 PSK

Biên độ hay tần số của một tín hiệu có thê thay đổi chỉ theo một chiều

VI chúng là các đối tượng một chiều Pha của sóng m ang đại diện cho đối

tượng 2 chiêu vì vậy chúng ta có nhiều k h ả năng thực hiện việc trao đổi độ rộng giải và lỗi với PSK Vì thế cho nên, ta sẽ thây tính đa dạng của phương

pháp điều chế dùng PSK, trong đó chúng ta thay đổi pha của sóng mang phát

Với PSK cơ số 2, s0(t) = A.cos(cđ) cho số "0" và S|(t) = A.cos(ứẨ+7ĩ)

cho sô "ì" Năng lượng trong khoang bít T là Eb = —— , với PSK cơ sô M,

đ ò i hỏi M pha khác nhau và mỗi n b ít (M = 2n) của dòng CƯ sớ 2 được m ã

hoá n h ư m ột tín hiệu truyền đi là A sin ( cot+0j) j = 1 M.

Khoảng cách lỗi của hệ PSK với M pha là K.sin — t , trong đó V là biên

độ tín hiệu tại bộ tách sóng Lỗi tách sóng xẩy ra nếu nhiễu của các phán cực riêng có mặt ở lối ra của một trong hai bộ tách sóng pha Tuy nhiên, một lỗi bị tách không đúng, được giá thiết gây ra chỉ là lỗi bít đơn Một biểu thức tổng quát cho tốc độ lỗi với điều chế PSK thu được theo cách sau đây bằng cách hiến đổi phương trình (A-17):

với nhiễu trong độ rộng giải Nyquist

Thay các phương trình (A-28) và (A-29) vào phương trình (A-27) ta có:

A 3 / I Khọá dịch pha cơ s ố 2 (BPSK)2-?SK

Nếu ta dùng 2 tín hiệu có pha 0° và 180°, ta có BPSK.VÌ vậy cho nên

0 < t < T

s0{t) = -V c o s 2 ạ ft và Sịự) = V cos2 ĩrft

BPSK có cùng một tốc độ lỗi như báo hiệu băng gốc Điều này có thể

giải thích bằng cách xét các tín hiệu được dùng trong B P SK thì thấy rằng

B P SK chính là A S K với các giá trị -V và V.

Nếu chúng xét định nghĩa 4 tín hiệu, mỗi tín hiệu có pha lệch nhau 90°

ta có ỌPSK Ta dã tính trước đây, tốc độ lỗi cho tín hiệu PSK tổng quát với M điểm tín hiệu Với ỌPSK M = 4, vì vậy thay 4 vào phương trình (A-30) ta có:

số bít chẵn và số bít lẻ Tín hiệu QPSK được điều chế tính theo:

Mỗi một trong 4 pha khả dĩ của sóng mang, đại diện bàng 2 bít d ừ liệu.

VI vậy cứ 2 hít cho một ký hiệu VI vậy tốc độ ký hiệu (baud) với QPSK bằng

tốc độ bít, hai lần thông tin có thẻ tải được trong cùng m ột độ rộng kênh

2

n h ư BPSK Điều này khả đĩ vì hai tín hiệu I và Q và trực giao với nhau và có

thể truyền không giao thoa (nhiễu) với nhau

27

Hình A 3 : Chùm sao tín hiệu cho 4 PSK (QPSK) và 4 QAM

Trong ỌPSK, pha sóng mang có thế thay đổi chỉ một lần sau mỗi 2T giây Nếu từ một khoảng 2T sang khoảng tiếp theo, chẳng có dòng bít nào thay đổi dấu, pha sóng mang giữ nguyên không đổi Nếu một thành phần

thành phần I và Q thay đổi dấu, xẩy ra dịch pha n h a y 180° Khi thành phần

dịch pha này được lọc bởi mạch lọc của máy phát và thu, nó sinh ra sự thay đổi về biên độ của tín hiệu được tách sóng và gây ra lỗi phụ thém

Nếu hai dòng bít I và ọ được đặt dịch đi - khoảng bít, thì các thănggiáng hiên độ là cực tiểu vì pha không bao giờ thay đổi 180° Sơ đồ điều chế này OQPSK (offset quadrature phase shitt keying) thu được từ QPSK thôngthường bằng cách làm trễ dòng bít lẻ đi - khoảng bít đối với dòng hít chẩn

Vì vậy phạm vi dịch pha là 0° và 90° và xẩy ra thường xuyên hơn 2 lần, nhưngvới ' cường độ của QPSK Thăng giáng biên độ vẫn còn xẩy ra ở máy phát vàmáy thu (xem hình A-4) nhưng chúng có độ lớn nhỏ hơn Tốc độ lỗi bít và hiệu suất độ rộng giải của ỌPSK và OQPSK cũng giống như BPSK