Nguyên lý điều chế số

Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số. Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động hình Sin (sóng mang),

1. Điều chế QPSK (4PSK) a. Sơ đồ nguyên lý  Nguyên lý điều chế số Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số. Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động hình Sin (sóng mang), làm cho sóng mang có thể mang thông tin cần truyền đi. Ta cũng có thể hiểu: Điều chế số là sử dụng thông tin số tác động lên các thông số của sóng mang, làm cho các thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của thông tin. Sóng mang hình Sin có dạng: x(t) = A cos(2Πf c t + ø) Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin:là biên độ (A), tần số (f c ) và góc pha (ø). Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số của sóng mang để có các phương pháp điều chế tương ứng. Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết hợp.  Điều chế 2PSK Mo phong Page 1 0  Điều chế QPSK (PSK 4 mức) Mỗi trạng thái sóng mang mang thông tin 2 bit Mo phong Page 2 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ PSK Cơ sở toán học của điều chế PSK: PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đối theo tín hiệu băng gốc. Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn: f 0 (t) = cos(ɷ 0 t + φ) Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân 0 hoặc 1, hay là một dãy tín hiệu dạng NRZ. Khi đó tín hiệu được điều chế dịch pha PSK sẽ có dạng : P(t) = cos[ɷ 0 t + φ + s(t). Δø 2 ] Trong đó: Δø = 2Π n : là sự lệch pha giữa các pha lân cận của tín hiệu Biểu diễn tín hiệu theo kiểu cầu phương: P(t) = cos[ɷ 0 t + φ + s(t). Δø 2 ] = cos[ s(t). Δø 2 ].cos(ɷ 0 t + φ) – sin[ s(t). Δø 2 ].sin(ɷ 0 t + φ) Đặt { a ( t ) =cos ⁡[ s(t). Δø 2 ] b ( t ) =−sin ⁡[ s (t ). Δø 2 ] Suy ra: P(t) = a(t).cos(ɷ 0 t + φ) + b(t). sin(ɷ 0 t + φ) Mo phong Page 3 Như vậy, tín hiệu điều chế dịch pha là tổng của hai tín hiệu điều biên vuông góc nhau. ĐIỀU CHẾ DỊCH PHA 4 TRẠNG THÁI (QPSK) Với n = 4 suy ra Δø = 2Π n = Π 2 Khi đó ta có tín hiệu điểu chế QPSK có dạng: P(t) = cos[(ɷ 0 t + φ + s(t) Π 4 ] Tín hiệu băng gốc s(t) là xung nhị phân NRZ lưỡng cực nhận 4 giá trị. Sơ đồ điều chế: Sơ đồ nguyên lý điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90 0 Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ta được hai luồng tín hiệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời tín hiệu đơn cực RZ (Return-Zero: dạng tín hiệu mức 0 hoặc 1) được biến đổi thành tín hiệu lưỡng cực NRZ (Non Return Zero: dạng tín hiệu mức +1 hoặc -1). Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90 0 . Tổng hợp tín hiệu đầu ra ở của hai bộ trộn ta được tín hiệu QPSK. Mo phong Page 4 I Trộn f 0 (t) = cosɷ 0 t b(t) Chuyển đổi nối tiếp sang song song s(t) P(t) ∑ a(t) Tín hiệu sau điều chế Tín hiệu nhị phân nhập vào 90 0 Q Trộn Tín hiệu đầu ra hai bộ trộn M1(t) = a(t).cosɷ 0 t M2(t) = b(t).sinɷ 0 t Với a(t) = +1 hoặc -1; b(t) = +1 hoặc -1 Tín hiệu tổng QPSK ở ngõ ra: P(t) = a(t).cosɷ 0 t + b(t).sinɷ 0 t HỆ THỐNG VÔ TUYẾN Sóng mang hình sin được biểu thị theo công thức chung như sau: S(t) = A.cos(ɷ c t + θ) Trong đó: + A là biên độ sóng mang + ɷ c = 2πf c là tần số góc của sóng mang + f c là tần số sóng mang. + θ là pha sóng mang Ta có thể viết công thức cho sóng mang được điều chế QPSK như sau: S i (t) = √ 2E T .cos [ 2π ft+θ ( t ) +θ ] Với θ(t) = (2i – 1). π 4 ; và E = 1 2 A 2 .T Trong đó: i= 1, 2, 3 và 4 tương ứng với phát đi các ký hiệu gồm 2 bit: 00, 01, 11 và 10 E là năng lượng tín hiệu phát trên một ký hiệu T = 2T b là thời gian tồn tại một ký hiệu T b là thời gian tồn tại một bit f c là tần số sóng mang θ(t) là góc pha được điều chế θ là góc pha ban đầu của tín hiệu Mo phong Page 5 Mỗi giá trị của pha tương tứng với hai bit duy nhất của tín hiệu được gọi là cặp bit, như vậy ta có thể lập các giá trị pha để biểu diễn tập các cặp bit như sau: 00, 01, 11 và 10. Góc pha ban đầu θ là một hằng số, nó nhận giá trị bất kỳ trong khoảng từ 0 đến 2π, vì góc pha này không ảnh hưởng đến quá trình phân tích tín hiệu được điều chế nên ta đặt giá trị pha ban đầu θ bằng không. (θ = 0) Hay: S i (t) = √ 2E T .cos [ 2π ft+θ ( t ) ] = √ 2E T .cos [ 2π ft+ ( 2i−1 ) π 4 ] Qua biến đổi lượng giác, ta có thể viết lại biểu thức của sóng mang như sau: S i (t) = − √ 2 E T .sin [ ( 2i−1 ) π 4 ] sin ( 2πfct ) + √ 2E T .cos [ ( 2i−1 ) π 4 ] cos ( 2πfct ) Trong đó: θ(t) = (2i – 1). π 4 ; ( i=1, 2, 3, 4) Theo công thức trên, ta có nhận xét: + Có hai hàm cơ sở trong biểu thức s i (t), ta định nghĩa như sau: Ø 1 (t) = − √ 2 T . sin(2πf c t), khi 0 ≤ t ≤ T Ø 2 (t) = √ 2 T . cos(2πf c t), khi 0 ≤ t ≤ T Khi đó ta viết lại: S i (t) = ( 2i−1 ) . π 4 [¿] √ E .sin ¿ . Ø 1 (t) + ( 2i−1 ) . π 4 [¿]. √ E . cos¿ Ø 2 (t) + Tồn tại 4 điểm tương ứng với các Vectơ được xác định như sau: S i = ( 2i−1 ) . π 4 [¿] ( 2i−1 ) . π 4 ¿ √ E . sin ¿ √ E. cos [¿ ] ¿ (Với i = 1, 2, 3, 4) Các phần tử của các Vectơ tín hiệu là S i1 và S i2 có các giá trị được tổng kết ở bảng dưới đây. Hai cột đầu tiên biểu diễn các cặp Bit và pha tương ứng của tín hiệu QPSK ở ngõ ra của bộ điều chế, trong đó bit 0 tương ứng với điện áp -- − √ E 2 và bit 1 tương ứng với điện áp + √ E 2 Bảng: Các Vectơ không gian tín hiệu QPSK Cặp bit Pha của tín hiệu QPSK Tọa độ của các điểm bản tin Mo phong Page 6 S i1 S i2 11 π/4 + √ E /2 + √ E /2 01 3π/4 − √ E /2 + √ E /2 00 5π/4 − √ E /2 − √ E/2 10 7π/4 + √ E/2 − √ E/2 Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu QPSK được đặc trưng bởi không gian 2 chiều và bốn điểm bản tin như hình vẽ Hình: Giản đồ chòm sao của tín hiệu QPSK (Mỗi ký hiệu kề nhau chỉ khác nhau 1 bit) Chuyển mã Mo phong Page 7 NRZ Chuyển mã NRZ √ E − √ E 90 0 c(t) √ E − √ E Hình: Sơ đồ khối điều chế QPSK Mo phong Page 8 I 1 0 1 0 ø1 ( t ) = √ 2 T . cos(2πf c t) bitI Chuyển đổi nối tiếp sang song song chuoibit ∑ y(t) Tín hiệu nhị phân nhập vào 1 1 0 0 0 1 1 0 Tín hiệu sau điều chế bitQ ø2 ( t ) = √ 2 T . sin(2πf c t) Q 1 0 0 1 Hình: Sơ đồ khối điều chế QPSK Mo phong Page 9 i(t) 2PSK bitI Chuyển đổi nối tiếp sang song song Chuoibit c(t) y(t) ∑ bitQ Tín hiệu sau điều chế Tín hiệu nhị phân nhập vào 90 0 q(t) 2PSK Mo phong Page 10 [...]... Πft+ ) T ươ ng ứ ng symbol 10 4 A.cos 2 Πft+ A.cos 2 Πft+ Sơ đồ khối điều chế 2PSK I x1(t) Chuyển đổi nối tiếp sang song song x(t) Tín hiệu nhị phân nhập vào c(t) x2(t) 900 2PSK y(t) ∑ Tín hiệu sau điều chế Q Biểu đồ chòm sao Mo phong Page 11 Dạng sóng mô phỏng được Đoạn mã chương trình Tài liệu tham khảo  Mo phong Sơ đồ nguyên lý điều chế QPSK Page 12 Mo phong Page 13 Mo phong Page 14 Mo phong Page 15... 2 Mô phỏng Hình 1: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1],2) Mo phong Page 22 Hình 2: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1],4) Hình 3: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1],2) c Mo phong Page 23 2 Điều chế 8PSK a Sơ đồ nguyên lý b Mô phỏng bằng MatLab c d Mo phong Page 24 Mo phong Page 25 Mo phong Page 26 Mo phong Page 27 22-Jan-2011 function qpsk(chuoibit,f) Mo phong Page 28 %dieu che QPSK %tu cua so lenh ban...Phase-shift keying Cho dãy bit đầu vào là: 01010101101010110110010111011101010100 Tần số sóng mang là: fc=2MHz Tín hiệu nhị phân này qua khối chuyển đổi nối tiếp sang song song, được 2 dòng bit riêng biệt x1 và x2 Dòng bit x1 đi qua khối điều chế PSK 2 mức (2PSK) với sóng mang là c(t)= Biểu thức toán học y(t) = { π A.cos 2 Πft+ T ươ ngứ ng symbol 11 4 3π T ươ ng