Đề tài tiểu luận Điều chế và giải điều chế BPSK

September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Đề tài tiểu luận : ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BPSK Danh sách thành viên nhóm thực : Họ tên Chức danh Nguyễn Thị Cẩm Nhung Nhóm trưởng Hoàng Thị Phúc Thành viên Lê Anh Quỳnh Thành viên Trần Văn Quang Thành viên Triệu Hà Quảng Thành viên Nguyễn Đức Quốc Thành viên Nguyễn văn sơn Thành viên Nhận xét & đánh giá Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK MỤC LỤC Giới thiệu sơ lược hệ thống thông tin số: Điều chế số: Điều chế giải điều chế BPSK(binary phase shift keying): 3.1.Nguyên tắc khóa dịch pha nhị phân : 3.2 Quá trình điều chế giải điều chế BPSK 10 3.3.Giản đồ xung tín hiệu điều chế giải điều chế BPSK( mô matlab): 15 3.4 Nhận xét : 16 Tài liệu tham khảo : 18 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Lời nói đầu Trong kỹ thuật thông tin vô tuyến điện, 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 (điều chế biên độ, điều tần, điều pha),bằng cách sử dụng mạch trộn tần Ở phía máy thu phải có trình chuyển đổi ngược lại, trình tách sóng (giải điều chế) Đó lý mà ngày hôm bạn thảo luận vấn đề điều chế giải điều chế Hơn thế, khoảng thời gian cho phép trao đổi hết với toàn kiến thức lĩnh vực , song hi vọng phần giúp bạn hiểu vấn đề xoay quanh tiểu luận điều chế giải điều chế BPSK vận dụng vào đề tài khác tương tự mở rộng! Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Giới thiệu sơ lược hệ thống thông tin số: 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 quát gồm có khâu chính:nguồn tin ,kênh tin nhận tin.Nguồn tin nơi sản sinh hay chứa tin cần truyền đi.Kênh tin môi trường truyền lan thông tin , đồng thời sản sinh nhiễu phá hủy tin.Nhận tin cấu khôi phục lại thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy đầu kênh tin Hầu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số tín hiệu tương tự Ta có sơ đồ khối chức hệ thống thông tin số đầy đủ là: Hình 1: Sơ đồ khối cuả hệ thống thông tin số Khối mã hóa nguồn :giảm số bít 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 bải tin gốc nhằm mục đích an ninh.Nó bao gồm riêng tư xác thực Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Khối mã hóa kênh :làm nhiệm vụ đưa thêm bit dư vào tín hiệu số theo quy luật ,nhằm giúp cho bên thu phát chí sửa lỗi xảy kênh truyền.Việc mã hóa điều khiển lỗi,về quan điểm tin tức ,là tăng thêm độ dư Giải mã hóa nguồn , giải mật mã giải mã hóa kênh thực thu, trình ngược lại với trình mã hóa bên phát Khối ghép kênh giúp cho nhiều tuyến thông 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) ,sắp xếp từ mã PCM nhánh vào khung TDM.Tốc độ ghép kênh gấp N lần tốc độ bt tín hiệu PCM nhánh.Khối tách kênh bên thu phân chia dòng bit thu thành tín hiệu PCM nhánh Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số truyền qua phương tiện vật lý cụ thể theo tốc độ cho trước , với mức độ méo chấp nhận , 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 kỹ thuật nguyên tắc ,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: Điều chế (modulation) làm biến đổi tín hiệu theo tín hiệu điều khiển khác.Cụ thể là, tín hiệu bị biến đổi gọi sóng mang (hay tín hiệu mang tin tức).Tín hiệu điều khiển sóng mang(gây biến đổi ) gọi tín Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK hiệu mang tin (hay gọi tin tức) Có thể định nghĩa lại là, điều chế trình làm thay đổi thông số sóng mang theo tín hiệu mang tin Để hiểu rõ , xem hình minh họa sau : Điều chế số trình ba thông số biên độ, tần số pha sóng mang thay đổi theo tín hiệu (hay luồng số) đưa vào điều chế để thông tin sóng mang phù hợp với đường truyền Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Tại phải điều chế số?  ĐCS làm giảm băng thông 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 điều chế nhiều mức Hình 2: mô tả trình điều chế giải điều chế số Giả sử có sóng mang hình sin: x0(t)=A.cos(  t +φ) A: biên độ sóng mang  =2  f : tần số góc sóng mang f0 : tần số dao động sóng mang φ: pha sóng mang Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Tùy theo thông số sử dụng để mang tin : biên độ A , tần số f0 , pha φ hay tổ hợp chúng mà ta có kiểu điều chế khác : ASK,FSK,PSK,QAM… Điều chế khoá dịch biên độ ASK(Ampitude Shift Keying) : sóng điều biên tạo cách thay đổi biên độ sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc Điều chế khoá 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 khoá 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) Giải điều chế số: Giải điều chế trình ngược lại với trình điều chế Trong 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.Trong tiểu luận , nhóm xin trình bày kiến thức mà nhóm thu sau thời gian tìm hiểu đề tài Khóa dịch pha nhị phân-BPSK,ở khóa dịch pha nhị phân hai pha đầu với tần số sóng mang đơn Trong hai pha hai Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK pha tương ứng với mức logic pha tương ứng với mức logic 0.Nếu trạng thái tín hiệu nhị phân đầu vào có thay đổi hai góc pha đầu biến đổi lệch pha 1800 Cũng mà tín hiệu BPSK gọi khóa đảo pha (PRK-phase reversal keying ) điều chế nhị pha Sau sâu vào chi tiết vấn đề cần nghiên cứu Điều chế giải điều chế BPSK(binary phase shift keying): Giả sử có sóng mang biểu diễn: x0(t)=A.cos(  t +φ) Biểu thức tín hiệu gốc :s(t) tín hiệu nhị phân (0,1) chuỗi NRZ Do ta có : Khi s(t)=0: P(t)= Acos  t Khi s(t)=1: P(t)= A.cos(  t +1800) Đối với khóa dịch pha PSK,thông tin chứa pha tức thời sóng mang điều chế.Thường pha ấn định so sánh tương thích với sóng mang pha biết-PSK kết hợp Đối với PSK nhị phân ,các trạng thái pha 00 1800 sử dụng 3.1.Nguyên tắc khóa dịch pha nhị phân : Nguyên tắc: tín hiệu nhị phân tác dụng lên sóng mang làm thay đổi pha sóng mang Cụ thể :  Bít 1: pha sóng mang  Bít 0: pha sóng mang 1800 Các giá trị ngược lại nguyên tắc chung có đảo bít pha sóng mang lệch 1800 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Bảng chân lý tín hiệu điều chế BPSK: Nhị phân đầu vào Pha đầu Logic 1800 Logic 00 Có thể thấy rõ ràng cách biểu diễn đồ thị thời gian trạng thái tín hiệu BPSK Hình3: Đồ thị thời gian trạng thái 3.2 Quá trình điều chế giải điều chế BPSK Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 10 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK: Với n=2 ,  =  , ta có kiểu điều chế 2-PSK hay BPSK P(t)= cos(  t +φ+ s(t)  ) Hình sơ đồ khối thực điều chế PSK Phương pháp điều chế 2-PSK hay BPSK (Binary PSK) hay điều chế ngược pha PRK (Phase Reversal Keying) giới thiệu hình Sơ đồ tạo tín hiệu BPSK dạng sin với hai giá trị pha tuỳ thuộc giá trị Data : Khi Data bit = 1, tín hiệu BPSK pha với sóng mang Khi Data bit = 0, tín hiệu BPSK ngược pha (1800) với sóng mang Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 11 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Hình 5: Quan hệ pha /thời gian đầu điều chế BPSK theo tín hiệu vào Đó điều chế, trình giải điều chế làm rõ phương pháp sơ đồ khối thực sau : Giải điều chế BPSK thực sơ đồ Hình Sơ đồ gồm tái lập sóng mang nhân Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 12 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Hình Phương pháp giải điều chế PSK Bộ giải điều chế BPSK bao gồm : Sơ đồ lấy bình phương ( )2 để chuyển tín hiệu khác pha pha Vòng giữ pha PLL phát lại nhịp với tần số gấp đôi tần số mang Bộ dịch pha  để hiệu chỉnh pha Bộ chia hai để đưa tần số tín hiệu tái lập tần số sóng mang Bộ nhân tín hiệu thực nhân sóng điều chế BPSK với sóng mang tái lập Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 13 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Giả sử tần số sóng mang fC, C = 2fC, ta có hai trường hợp: Khi tín hiệu BPSK +sin(Ct) ứng với Data bit = 1, sóng mang tái lập sin(Ct), sơ đồ nhân cho tín hiệu sin(Ct) sin(Ct) = sin2(Ct) = ½(1-cos(2 Ct) = ½ - ½cos(2Ct) Trong biểu thức thành phần thứ hai xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóng mang Khi sử dụng lọc thông thấp với tần số cắt tần số sóng mang, khử bỏ thành phần xoay chiều dương thành phần chiều thứ giữ lại biểu diễn trạng thái “1” Data bit Khi tín hiệu BPSK -sin(Ct) ứng với Data bit =0, sơ đồ nhân cho tín hiệu : -sin(Ct) sin(Ct) = -sin2(Ct) = -½(1-cos(2 Ct) = -½ + ½cos(2Ct) Trong biểu thức thành phần thứ hai xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóng mang Khi sử dụng lọc thông thấp với tần số cắt tần số sóng mang, khử bỏ thành phần xoay chiều âm thành phần chiều thứ (-1/2)được giữ lại biểu diễn trạng thái “0” Data bit Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 14 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK 3.3.Giản đồ xung tín hiệu điều chế giải điều chế BPSK( mô matlab): Hình Tín hiệu BPSK với tín hiệu điều chế dạng nhị phân : [0 1 0 1 0 ] Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 15 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Hình Dạng tín hiệu BPSK với tín hiệu dạng nhị phân vào : [1 1 0101 1 ] 3.4 Nhận xét : Sơ đồ điều chế PSK có độ phức tạp trung bình, sử dụng chủ yếu kỹ thuật radio số Hệ thống có đặc trưng sau: Sai số phương pháp FSK Phổ cực tiểu tín hiệu điều chế (FW) tốc độ truyền bit (Fb) Hiệu suất truyền = (xác định (Fb/ FW) = 1) “Tốc độ Baud” định nghĩa tốc độ điều chế tốc độ truyền Fb Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 16 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Kỹ thuật điều chế BPSK mã hóa bít đơn độc chúng có hai trạng thái đầu , kỹ thuật điều chế số , người ta thường tận dụng mã hóa mức cao (M>2) Số trạng thái pha đầu hệ thống M mức M=4 tức có trạng thái pha đầu ra, …khi đó:  N=4,8,16,…  N=log2M  Trong N: số bít mã hóa  M : số trạng thái pha đầu với N bit Ta lại có: B=fb/log2M  Trong fb : tốc độ bít đầu vào(Hz)  B: độ rộng băng tần tối thiểu(bps)  M số trạng thái đầu Ứng dụng : Điều chế khóa dịch pha sử dụng rộng dãi hệ thống thông tin quân , thương mại , hệ thống vi ba số Phương thức điều chế xem phương thức điều chế hiệu cho ứng dụng truyền tin vô tuyến đảm bảo xác suất lỗi thấp mức tín hiệu thu định đo chu kỳ tín hiệu Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 17 September 28, 2010 Điều chế giải điều chế BPSK Tài liệu tham khảo : Vi ba số _NXB bưu điện-TS Bùi Thiện Minh Bài giảng kỹ thuật thông tin số Digital_Modulation http://www.mathworks.com http://sinhvienvt.net http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 18 [...]... tín hiệu BPSK cùng pha với sóng mang Khi Data bit = 0, tín hiệu BPSK ngược pha (1800) với sóng mang Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 11 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 5: Quan hệ pha /thời gian ở đầu ra bộ điều chế BPSK theo tín hiệu vào Đó là điều chế, vậy quá trình giải điều chế sẽ được làm rõ cả về phương pháp và sơ đồ khối thực hiện như sau : Giải điều chế BPSK có thể...September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK: Với n=2 ,  =  , thì ta có kiểu điều chế 2-PSK hay BPSK P(t)= cos(  0 t +φ+ s(t)  ) 2 Hình 4 sơ đồ khối thực hiện điều chế PSK Phương pháp điều chế 2-PSK hay BPSK (Binary PSK) hay điều chế ngược pha PRK (Phase Reversal Keying) được giới thiệu trên hình 4 Sơ đồ tạo tín hiệu BPSK dạng sin với hai giá trị... sóng mang, có thể khử bỏ thành phần xoay chiều và thế âm của thành phần một chiều thứ nhất (-1/2)được giữ lại sẽ biểu diễn trạng thái “0” của Data bit Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 14 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK 3.3.Giản đồ xung tín hiệu điều chế và giải điều chế BPSK( mô phỏng bằng matlab): Hình 5 Tín hiệu BPSK với tín hiệu điều chế dạng nhị phân : [0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0... pháp và sơ đồ khối thực hiện như sau : Giải điều chế BPSK có thể thực hiện trên sơ đồ Hình 6 Sơ đồ gồm bộ tái lập sóng mang và bộ nhân Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 12 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 6 Phương pháp giải điều chế PSK Bộ giải điều chế BPSK bao gồm : Sơ đồ lấy bình phương ( )2 để chuyển các tín hiệu khác pha về cùng 1 pha Vòng giữ pha PLL phát lại nhịp với... Hiệu suất truyền = 1 (xác định bằng (Fb/ FW) = 1) “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng tốc độ truyền Fb Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 16 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Kỹ thuật điều chế BPSK mã hóa các bít đơn độc và chúng chỉ có hai trạng thái đầu ra , ở kỹ thuật điều chế số , người ta thường tận dụng mã hóa ở mức cao hơn (M>2) Số các trạng thái pha đầu ra... hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 15 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 6 Dạng tín hiệu BPSK với tín hiệu dạng nhị phân vào : [1 0 1 1 0101 1 1 0 ] 3.4 Nhận xét : Sơ đồ điều chế PSK có độ phức tạp trung bình, được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật radio số Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp FSK Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng tốc độ truyền bit (Fb) Hiệu suất... chia hai để đưa tần số tín hiệu tái lập về bằng tần số sóng mang Bộ nhân tín hiệu thực hiện nhân sóng điều chế BPSK với sóng mang tái lập Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 13 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Giả sử tần số sóng mang là fC, C = 2fC, ta có hai trường hợp: Khi tín hiệu BPSK là +sin(Ct) ứng với Data bit = 1, sóng mang tái lập là sin(Ct), sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu ... tin bằng vô tuyến vì nó đảm bảo xác suất lỗi thấp nhất đối với một mức tín hiệu thu đã định khi đo trên một chu kỳ tín hiệu Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân 17 September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK 4 Tài liệu tham khảo : 1 Vi ba số _NXB bưu điện-TS Bùi Thiện Minh 2 Bài giảng kỹ thuật thông tin số 3 Digital_Modulation 4 http://www.mathworks.com 5 http://sinhvienvt.net 6 http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying... N bit Ta lại có: B=fb/log2M  Trong đó fb : là tốc độ bít đầu vào(Hz)  B: độ rộng băng tần tối thiểu(bps)  M là số các trạng thái đầu ra Ứng dụng : Điều chế khóa dịch pha hiện nay được sử dụng rộng dãi trong các hệ thống thông tin quân sự , thương mại , các hệ thống vi ba số Phương thức điều chế này có thể xem là một phương thức điều chế hiệu quả cho các ứng dụng truyền tin bằng vô tuyến vì nó đảm... chiều, có tần số gấp đôi tần số sóng mang Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏ thành phần xoay chiều và thế dương của thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ lại sẽ biểu diễn trạng thái “1” của Data bit Khi tín hiệu BPSK là -sin(Ct) ứng với Data bit =0, sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu : -sin(Ct) sin(Ct) = -sin2(Ct) = -½(1-cos(2 Ct) = -½ + ½cos(2Ct) Trong biểu