Các Kỹ Thuật điều chế tín hiệu

Các kỹ thuật điều chế số CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ Mục lục : 1.Điều chế dịch biên ASK (Amplitude Shilf Keying)………………………… 2.Điều chế dịch pha PSK( Phase Shilf Keying) ……………………………… 2.1 Điều chế BPSK ………………………………………………………… 2.2 Điều chế QPSK ………………………………………………………… 3.điều chế FSK (Fequency Shilf Keying)…………………………………… 4.Điều chế QAM (Quadrature Aplitude Modulation)………………………….10 5.Điều chế COFDM ………………………………………………………… 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………….18 Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ Điều chế số: trình biến đổi thành phần song mang :tần số, pha ,biên độ theo chuỗi số nhị phân đầu vào Do ta có điều chế :ASK, FSK , PSK … 1.Điều chế dịch biên ASK (Amplitude Shilf Keying) o Khái niệm : + Trong điều chế ASK biên độ sóng mang hình sine tần số cao biến thiên theo mức luận lý chuỗi tín hiệu số.Tổng quát tín hiệu số có m mức tín hiệu khác + m=2 ta có điều chế dịch biên nhị phân BASK o Biểu thức tín hiệu ASK : vASK (t )  [A0 +A.d(t)].cos(0t   ) Trong : A , 0 : biên độ tần số sóng mang d(t) = 1 : tùy theo mức luận lý chuỗi số cao hay thấp A : độ dịch biên độ Dạng sóng tín hiệu điều chế số ASK : Hình Dạng sóng tín hiệu ASK Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số o Sơ đồ điều chế ASK : B  fb Vo VASK Vo(t) BPF v  A0 cos(0 t) c Vc(t) Hình 2.Sơ đồ khối điều chế ASK Hình 3.Dạng sóng điều chế ASK o Sơ đồ khối giải điều chế ASK kiểu kết hợp : Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số LPF BPF VASK (t) d(t) Vc(t) Vc (t )  Ac cos(ot ) Hình Giải điều chế ASK o Ưu, nhược điểm : -Ưu điểm : +chỉ dùng sóng mang +phù hợp với truyền tốc độ thấp ,dễ thực -Nhược điểm:+dễ bị ảnh hưởng nhiễu +khó đồng bộ, it dùng thực tế o Ứng dụng cáp 2.Điều chế dịch pha PSK( Phase Shilf Keying) -Khái niệm : +Pha sóng mang hình sin tần số cao biến thiên theo mức logic chuỗi số + M  2N số pha trạng thái khác sóng mang với N số bit nhị phân.Ta cóm kiểu điều chế M-ary:BPSK, QPSK 2.1 Điều chế BPSK : Biểu thức tín hiệu BPSK : vBPSK (t )  A.d (t )cos(0t   ) Trong : +A : biên độ, 0 tần số,  góc pha ban đầu sóng mang +d(t) =+/-1: tùy theo mức luận lý chuỗi số đầu vào Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Phổ tín hiệu BPSK : GBPSK ( f )  [G(f-f0 )+G(f+f0 )] Nếu ta đặt A= Ps Ps công suất sóng mang Eb  PSTb lượng bit Thì phổ tín hiệu xung :G(f)= PS Tb ( sin  fTb )  fTb Suy phổ tín hiệu PBSK : GBPSK  PS Tb sin  ( f  f )Tb sin  ( f  f )Tb [( )  ) ]  ( f  f0 )Tb  ( f  f )Tb Sơ đồ điều chế BPSK : VBPSK d(t) A.cos(0t ) Ac os() Hình Điều chế BPSK Dạng sóng tín hiệu BPSK : Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Hình Dạng sóng tín hiệu BPSK Mạch giải điều chế BPSK : d’(t) VBPSK LPF 2.cos(0t ) Hình Điều chế BPSK 2.2 Điều chế QPSK : -Khái niệm: trình điều chế pha sóng mang với trạng thái khác vuông góc với Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Biếu thức tín hiệu : VQPSK ( f )  A.cos[0 t+ (t )] Giá trị  (t ) tương ứng với ký hiệu bít, gọi b0 (t ) , be (t ) bit chẵn bít lẻ ký hiệu bit : b0 (t ) 1 0 be (t ) 0  (t ) π/4 3π/4 5π/4 7π/4 Hình Giản đồ trạng thái pha điều chế QPSK Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Sơ đồ khối giải điều chế : Hình Sơ đồ khối giải điều chế QPSK -Ưu nhươc điểm điều chế PSK : +Ưu điểm: Ít lỗi, nhạy với nhiễu pha bị ảnh hưởng môi trường tần số +Nhược điểm: Khó thực mạch điều chế, dễ sai pha điều chế mức cao -Ứng dụng: Sử dụng nhiều mạng không dây Wifi, di động CDMA Điều chế FSK (Fequency Shilf Keying) - Khái niệm: +Dùng tần số khác sóng mang để biểu diễn bit + Tần số cao với mức thấp với mức Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Dạng sóng tín hiệu FSK Hình 10 Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Phổ tín hiệu FSK : Hình 11 Phổ tín hiệu FSK o Ưu điểm, nhược điểm : -Ưu điểm : +Ít bị ảnh hưởng nhiễu lỗi so với ASK -Nhược điểm :+Tần số cao dễ bị nhiễu hạn chế tốc độ truyền +Khó đồng o Ứng dụng : + Dùng rộng dãi truyền số liệu + Dùng để truyền liệu tốc độ 1200bp hay thấp mạng điện thoại + Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền sóng radio cáp đồng trục 4.Điều chế QAM (Quadrature Aplitude Modulation) -Khái niệm : + kết hợp điều biên điều pha + phương pháp điều chế M-FSK để tăng hiệu suất sử dụng băng tần với tốc độ bit ta cần phải tăng bậc điều chế pha tăng bặc điều chế dẫn đến khoảng cách trạng thái gần làm tăng bit lỗi Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 10 Các kỹ thuật điều chế số Các trạng thái pha tín hiệu 16QAM : Hình 12 Giản đồ chòm 16QAM Biểu thức tín hiệu QAM : VQAM (t )  k1 0.2PS cos(0t )  k2 0.2PS sin(0t   ) Trong k1và k2=+/-1, +/-3 Độ rộng phổ tần tín hiệu: B  fb N -Mạch điều chế 16 QAM : Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 11 Các kỹ thuật điều chế số Hình 13 Mạch điều chế 16QAM Mạch giải điều chế 16QAM : Hình 14 Mạch giải điều chế QAM -Ưu điểm: điều chế QAM cho phép tăng dung lượng bit kênh truyền không làm tăng dải thông kênh truyền Do QAM thích hợp cho ứng dụng tốc độ cao -Nhược điểm: công suất phát tăng mức điều chế tăng thêm lỗi Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 12 Các kỹ thuật điều chế số -Ứng dụng: truyền hình số mặt đất DVB-T, DiBEG,… 5.Điều chế COFDM : Nguyên lý OFDM -Nguyên lý OFDM chia luồng liệu tốc độ cao thành luồng liệu tốc độ thấp phát đồng thời số sóng mang trực giao Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho sóng mang song song tốc độ thấp hơn, lượng nhiễu gây độ trải trễ đa đường giảm xuống Nhiễu xuyên kí tự hạn chế hoàn toàn, đưa vào khoảng thời gian bảo vệ cho symbol OFDM Trong khoảng thời gian bảo vệ, symbol OFDM bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu sóng mang ICI -Kỹ thuật OFDM sử dụng kiểu điều chế đa sóng mang chồng phổ, điều cho phép tiết kiệm băng thông kênh truyền, nhiên ta cần phải triệt xuyên nhiễu sóng mang, nghĩa sóng mang phải trực giao với - Dữ liệu sóng mang chồng lên liệu sóng mang lân cận, nguyên nhân làm tăng hiệu sử dụng phổ OFDM Cấu trúc khối phát OFDM : S0 Chuỗi liệu vào nối tiếp Chuyển đổi nối tiếp qua song song s1 Điều chế fo Lọc dải tần Điều chế f1 Lọc dải tần Sn-1 Điều chê f(n-1) Lọc dải tần Hình 15 Sơ đồ khối điều chế OFDM Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 13 Các kỹ thuật điều chế số Dạng sóng tín hiệu ban đầu sau dùng kỹ thuật OFDM : Phổ kênh OFDM : Hình 16 Phổ kênh OFDM Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 14 Các kỹ thuật điều chế số o Sơ đồ khối kỹ thuật điều chế COFDM : MPEC-2 Mã Xen Tráo Xen mapper Mã OFDM Chèn k.bảo vệ D/A Fornt end Pilot,TPS Hình 17 Sơ đồ khối điều chế COFDM Chi tiết khối :  Khối mã hóa phân tán lượng phối hợp ghép kênh: Để đảm bảo truyền dẫn lỗi, dòng liệu đến từ khối nén ngẫu nhiên hóa.Đầu tiên nhận dạng chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS ,mục đích trình phân tán lượng tín hiệu phổ giảm bớt chuỗi bit liên tiếp gây lỗi Cơ chế ngẫu nhiên hóa : Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 15 Các kỹ thuật điều chế số Hình 18 Cơ chế ngẫu nhiên hóa Cấu trúc gói liệu sau ngẫu nhiên hóa : Hình 19 Cấu trúc gói liệu sau ngẫu nhiên hóa  Khối mã khối xen (Outer coder interleaver): Bộ mã sử dụng mã Reed Solomon nhằm mã hóa liệu ngẫu nhiên hóa nhằm bảo vệ lỗi, gói liệu 188byte thêm 16byte RS, có khả sửa đến lỗi gói.Việc ghép ghép byte theo chu kì định, thường độ sâu l=12 Hình 20 Cấu trúc gói liệu sau thêm mã RS Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 16 Các kỹ thuật điều chế số  Khối mã nội (inter encoder): Đây trình mã hóa đến bít, thường mã hóa theo tỉ lệ n/m(1/2 , 2/3, 3/4) Có nghĩa m bit truyền có n bit mang thông tin, lại để sửa lỗi Bảng mã hóa tỉ lệ : Sơ đồ tính Code rate ½ : Hình 21 Cấu trúc khối mã nội code rate ½  Khối ghép xen nội (inner interleaver): Dữ liệu đến tráo theo bit ,thông tin khác so với ban đầu,quá trình giảm thiểu tối đa lỗi  Các khối điều chế tín hiệu (Mapper, Frame Adaptation, OFDM) : Dữ liệu sau hoàn thành mã sửa lỗi định vị lên chòm điều chế(Mapper) Và sau thêm Pilot đồng liệu đưa lên sóng mang chèn thêm khoảng bảo vệ để giảm lỗi ISI  Khối D/A: trình chuyển đổi Analog sang Digital để phát lên anten Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 17 Các kỹ thuật điều chế số  Front end: bao gồm nhiều khối đưa tín hiệu analog lên cao tần ,các trình khuếch đại tiền khuếch đại, trước đưa lên anten phát Các ưu điểm, khuyết điểm điều chế COFDM :  Ưu điểm : -Sử dụng phổ tần hiệu sóng mang có phổ chồng lấn lên -Giảm thiểu nhiễu liên ký tự ISI so với điều chế FDM -Giảm nhiễu fading, kháng nhiễu băng hẹp tốt -Giảm lỗi, có khả phát lỗi sửa lỗi -Có thể truyền với tốc độ cao -Phù hợp với ứng dụng tốc độ cao  Khuyết điểm : - Mất mát phô phải chèn khoảng dự trữ -Phải có đồng xác thời gian tần số -Nhạy với hiệu ứng trải phổ doppler -Nhiễu pha khó đồng máy phát máy thu  Ứng dụng : -Cho hệ thống phát quảng bá -Cho hệ thống truyền hình số như: DVB, DiBEG -Dịch vụ số tích hợp quảng bá mặt đất (ISDB-T) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyên lý thông tin tương tự số Tác giả: Vũ Đình Thành, Nhà xuất đại học quốc gia HCM 2.Kỹ thuật ghép kênh số Tác giả: KS.Nguyễn Thị Thu, Nhà xuất hà nội http://en.wikipedia.org/wiki/Phase-shift_keying http://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude-shift_keying http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page 18 ... lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Dạng sóng tín hiệu FSK Hình 10 Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số Phổ tín hiệu FSK... dịch biên độ Dạng sóng tín hiệu điều chế số ASK : Hình Dạng sóng tín hiệu ASK Nguyễn Văn ĐỊNH_Phòng quy hoạch kiểm soát chất lượng Page Các kỹ thuật điều chế số o Sơ đồ điều chế ASK : B  fb Vo... hoạch kiểm soát chất lượng Page 11 Các kỹ thuật điều chế số Hình 13 Mạch điều chế 16QAM Mạch giải điều chế 16QAM : Hình 14 Mạch giải điều chế QAM -Ưu điểm: điều chế QAM cho phép tăng dung lượng