Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 31 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
31
Dung lượng
635,48 KB
Nội dung
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ===== OOO ===== TRƢƠNG THỊ HIỀN THIẾTKẾBỘGIẢIĐIỀUCHẾTÍNHIỆU 16QAM TRÊNFPGA Ngành: Cơng nghệ điện tử - viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Trịnh Anh Vũ Hà Nội- 2009 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết Tiếng Anh tắt Tiếng Việt Additive White Gaussianian Noise Nhiễu cộng trắng chuẩn Gau-xơ Phase Locked Loop Vòng bám pha Digital Phase –Locked Loop Vòng bám pha số ISI intersymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự TCM Trellis Coded Modulation Điềuchế mã lƣới Multilevel - Quandrature Amplitude Điềuchế biên độ trực giao M mức AWGN PLL DPLL M-QAM Modulation FPGA Field Programmable Gate Array Vi mạch dùng cấu trúc mảng phần tử logic lập trình đƣợc FFT Fast Fourier Transform Thuật tốn biến đổi nhanh Furie IFFT Inverse Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi nhanh ngƣợc Furie M-aray Phase Shift Keying Khóa dịch pha M mức LOS Line of Sight Đƣờng truyền theo tầm nhìn thẳng SNR Signal to Noise Rate Tỷ lệ tínhiệu tạp âm BER Bit-error Rate Tốc độ lỗi bít SER Symbol error Ratio Xác suất lỗi ký hiệu DAC Digital to analog converter Bộ chuyển đổi tínhiệu số sang M-PSK tƣơng tự Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao BO Back -off Độ lùi công suất APS Additional Phase Shift Góc quay pha phụ Optimum Additional Phase Shift Góc quay pha tối ƣu IF Intermediate Frequency Tần số trung tần CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng OFDM OAPS Chữ viết Tiếng Anh tắt Tiếng Việt VCO Voltage-controlled oscillator Bộ dao động điều khiển LMS Least mean square algorithm Thuật tốn bình phƣơng trung bình tối thiểu PN Pseudorandom Noise Mã giả ngẫu nhiên Roll- off factor () Hệ số uốn lọc () Constellation Giản đồ chòm ( cụm điểm mặt phẳng biểu diễn tínhiệu ) DSP Digital signals processing Xử lý tínhiệu số ASIC Application specific integrated mạch tích hợp cho ứng dụng circuit đặc biệt Look-Up Table Bảng tìm kiếm Very high speed integrated circuit Ngôn ngữ miêu tả phần cứng mạch Hardware Description Language tích hợp tốc độ cao MF Matched Filter Bộ lọc phối hợp FIR Finite impulse response Bộ lọc đáp ứng xung có chiều dài LUT VHDL hữu hạn IIR Infinite impulse response Bộ lọc đáp ứng xung có chiều dài vơ hạn ALU Arithmetic logic unit Khối xử lý số học DDS Direct digital synthesizer Khối đồng số trực tiếp FSE Fractionally –spaced equalizer Bộ cân FSE SRE Symbol-rate equalizer Bộ cân SRE CORDIC coordinate rotation digital computer Giải thuật CORDIC arithmetic RM Rotation mode Chế độ quay VM Vectoring mode Chế độ véc tơ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Phân loại loại điềuchế QAM …………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Biểu đồ chùm tínhiệu 4- PSK…………… ………………………… Hình 1.2: Biểu đồ chùm tínhiệu 16- QAM……………………………………….8 Hình 1.3: Biểu đồ chùm tínhiệu16-QAM phân bố theo mã Gray……………….9 Hình 1.4: Xác suất lỗi bít (BER) cho M- điềuchế M- QAM………………………………………… 10 Hình 1.5: Sơ đồ khối QAM…………………………………………… 11 Hình 1.6: Sơ đồ khối giảiđiềuchế M- thống M- méo phi QAM…………………………………………12 Hình 1.7: Sơ đồ tƣơng đƣơng băng gốc hệ QAM …………… 14 Hình 1.8 : Mở rộng phổ tuyến…………………………………… 19 tínhiệu Hình 2.1: Sơ đồ khối vòng bám pha PLL……………………………………………… 23 Hình 2.2: Loại cổng sớm-muộn đồng ký hiệu……………………………… 25 Hình 2.3: Các phần tử lọc thích nghi………………………………………… 26 Hình 2.4: Biểu diễn đồ thị tínhiệu thuật toán LMS 29 Hình 2.5: Minh họa hai pha hoạt động cân thích nghi 30 Hình 2.6 Sơ đồ khối cân phản hồi định 32 Hình 3.1: Mô tả sơ đồ khối chức hệ thống thu phát 16QAM 33 Hình 3.2: Mơ hình thiếtkế thu phát tínhiệu 16- QAM .34 Hình 3.3: Sơ đồ thiếtkế khối 16-QAM data shaping & interpolation………………… 36 Hình 3.3-1: Sơ đồ thiếtkế nguồn “QAM16 source”…………… ………………… 36 Hình 3.3-2: Sơ đồ QAM .36 Hình 3.3-3: Tínhiệu ngẫu nhiên tạo từ khối Source (I,Q) 37 nguồn phát Hình 3.3-4: Giản đồ chòm 38 Hình 3.3-5: Giản đồ chòm 16QAM 38 Hình 3.3-6: Bộ lọc phối hợp 39 Hình 3.3-7: Tínhiệu thu qua lọc phối hợp 39 Hình 3.4: Sơ đồ khối tạo kênh truyền mô .40 Hình 3.4-1: Tínhiệu16-QAM trước truyền…… 40 Hình 3.4-2: Sơ đồ khối dịch tần Doppler .41 Hình 3.4-3:Giản đồ chòm tínhiệu sau bị dịch tần Doppler 41 Hình 3.5: Sơ đồ thiếtkế khối cân thích nghi 42 Hình 3.5-1: Sơ đồ thiếtkế khối ALU .43 Hình 3.5-2: Sơ đồ thiếtkế khối PE (PE0 /PE1) 44 Hình 3.5-3: Sơ đồ thiếtkế khối LMS update 45 sau qua kênh Hình 3.5-4: Sơ đồ thiếtkế khối MAC FIR .46 Hình 3.5-5: Sơ đồ thiếtkế khối LMS-Error Calc 46 Hình 3.5-6: Lỗi ước lượng khối LMS Error Calc 47 Hình 3.6: Sơ đồ thiếtkế khối khơi phục sóng mang .48 Hình 3.7:Sơ đồ khối khơi phục sóng mang 49 Hình 3.6-1: Sơ đồ thiếtkế nhân phức 50 Hình 3.6-2: Tínhiệu Pi Pr qua nhân phức 50 Hình 3.6-3: Giản đồ chòm tínhiệu “received- constellation” 52 Hình 3.8: Sơ đồ khối vòng bám pha số (DPLL) 52 Hình 3.9: Sơ đồ thiếtkế pha… 53 Hình 3.9-1: Sơ đồ khối tách pha 53 Hình 3.9-2: Xác định điểm giản đồ chòm dựa vào góc sai pha 54 tách Hình 3.9-3: Cấu tạo định vị ký hiệu 16QAM 54 Hình 3.9-4: Slicer…… .55 Hình 3.9-5: I (Q) Map…… 55 Hình 3.9-6: Tínhiệu Pi Pr trước khối Slicer .56 Hình 3.9-7: Tínhiệu Det_I Det_Q sau khối Pre_c_r trước khối Slicer .56 Hình 3.9-8: Tínhiệu Pre_c_i Cordic 57 Hình 3.9-9: Sơ đồ thiếtkế khối Cordic…… 59 Hình 3.10: Sơ đồ thiếtkế lọc PLL Loop lặp… 59 Hình 3.10-1: Tínhiệu sau khối Filter 60 Hình 3.11: Sơ đồ khối DDS .60 Hình 3.11-1: Cấu tạo DDS………………………………………………………… 61 Hình 3.11-2: Sơ đồ thiếtkế khối DDS (DDS Subsystem) 61 khối Hình 3.11-3: Sơ đồ thiếtkế khối DDS_TRUNC 62 Hình 3.11-4: Tínhiệu khởi tạo từ Counter…………… 62 Hình 3.11-5:Tín hiệu error trước thay đổi 63 Hình 3.11-6: Tínhiệu error sau thay đổi 63 Hình 3.12: Tínhiệu sau qua khối khơi phục sóng mang…………………………… 64 Hình 3.13: Tínhiệugiảiđiềuchế16-QAM sau thay đổi độ trễ……………… 65 Hình 3.14: Sơ đồ thiếtkếbổ sung thu phát tínhiệu 16QAM……………………… 67 Hình 3.15 : Sơ đồ thiếtkế phát sóng mang………………………………….……… 68 Hình 3.15-1: Thơng số đếm Couter phát sóng mang…………………………….69 Hình 3.15-2: Tínhiệu Pi Pr qua nhân phức trễ…………………………………….70 Hình 3.16: Sơ đồ hai tầng lọc ……………………………………………………… 70 Hình 3.16-1: Tínhiệu sau hạ tốc 64 lần………………………………………………… 71 Hình 3.16-2: Tínhiệu sau tăng tốc lần………………………………………………….72 Hình 3.16-3: Thơng số thiếtkế lọc FIR kế lọc FIR “ee”…………………………………………… 73 Hình 3.16-4: Thơng số thiết “mm”…………………………………………….74 Hình 3.16-5: Export thơng số lọc đến sơ đồ thiết kế……………………… ……………73 Hình 3.17: Sơ đồ thiếtkế khối “subsystem” …………………………………………….75 Hình 3.18: Thành phần tínhiệu I, Q sau khỏi phát 76 Hình 3.19: Thành phần tínhiệu I, Q sau khỏi thu .77 Hình 3.20: Giản đồ chòm tínhiệu16-QAM quan sát osilo…………………….77 Hình 3.21: Tài ngun sử dụng chíp FPGAgiảiđiềuchế 16QAM 78 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 12 CHƢƠNG CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀUCHẾ M-QAM 16 1.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀUCHẾ SỐ CƠ BẢN 16 1.2 ĐIỀUCHẾ M-QAM 19 Phƣơng thức điềuchế hệ thống vô tuyến thƣờng đƣợc lựa chọn sở phân tích hai tiêu chí bản: hiệu sử dụng băng tần hiệu suất công suất Hiệu sử dụng băng tần hệ thống vô tuyến số đƣợc định nghĩa nhƣ sau: R bit / s / Hz B (1.1) : R tốc độ bít tínhiệu mang thơng tin ( bit/s) B độ rộng băng tần cần thiết (Hz) Để nâng cao hiệu sử dụng băng tần (bandwidth efficiency) nhằm tận dụng tài nguyên tần số, hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn ngƣời ta chủ yếu sử dụng sơ đồ điềuchế nhiều mức Các phƣơng pháp điềuchế chủ yếu thƣờng đƣợc lựa chọn điềuchế khoá dịch pha M mức (M-PSK: M-aray Phase Shift Keying), điềuchế biên độ trực giao nhiều mức (M-QAM: M-aray Quadrature Amplitude Modulation) dạng phát sinh chúng Các hệ thống điềuchế MPSK nguyên lý không tối ƣu hệ thống M-QAM số mức điềuchế vƣợt tám, hệ thống M-QAM với biểu đồ tínhiệu khác có chung đặc điểm trình định xử lý tínhiệu máy thu dựa miền định hình vng sở để tính toán giống QAM kinh điển Nguyên lý phƣơng thức điềuchế đƣợc minh họa thơng qua biểu đồ chùm tínhiệu hình 1.1 hình 1.2 Với giá trị M, hiệu sử dụng băng tần phƣơng thức điềuchế nói xác định theo cơng thức: R log M bit / s / Hz B 1 (1.2) đó: M=2m với m số bít ký hiệu ( m≥2), hệ số uốn lọc lọc dạng tínhiệu Muốn so sánh hiệu suất phƣơng thức điềuchế ngƣời ta thƣờng so sánh mức công suất cần thiết để đảm bảo tỉ lệ lỗi bít BER (Bit-error Rate) Từ hình 1.1 1.2, ta có : d P E P sin dQ (1.3) M EQ (1.4) M 1 dP Q d Q I -3 EP -1 I -1 EQ -3 Q Chú thích: dP: khoảng cách kí hiệu lân cận EP: lƣợng tínhiệu M-PSK Chú thích: dQ: khoảng cách kí hiệu lân cận EQ: lƣợng tínhiệu M-QAM Hình 1.1: Biểu đồ chòm tínhiệu 4-PSK Hình 1.2: Biểu đồ chòm tínhiệu16-QAMĐiều kiện để xác suất thu lỗi giống dP= dQ tức là: EQ EP M sin M (1.5) Từ công thức (1.5) ta thấy: M=4, EQ/EP= 1, tức sơ đồ điềuchế 4-QAM 4-PSK tƣơng đƣơng 48 EQ/EP < 1, tức điềuchế M-QAM hiệu so với M-PSK Khi cần đạt hiệu cao sử dụng băng tần hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn, M thƣờng đƣợc chọn lớn, điềuchế M-QAM thƣờng đƣợc sử dụng 1.2 ĐIỀUCHẾ M-QAM Điềuchế M-QAM phƣơng pháp điềuchế kết hợp điềuchế biên điềuchế pha Tên gọi điềuchế biên độ trực giao xuất phát từ thực tế tínhiệu MQAM đƣợc tạo cách cộng tínhiệuđiềuchế biên độ M mức có sóng mang trực giao (vng góc) với Q trình điềuchế M-QAM thực nhƣ sau: dòng m bít vào vào mã hoá mang m bit đƣợc chia thành hai dòng tínhiệu I (đồng pha) Q (lệch pha 900) Mỗi tínhiệu mã hố mang m/2 bit tƣơng ứng với 2m/2 trạng thái Các bậc trạng thái tínhiệu I, Q đƣợc biểu diễn giản đồ chòm Sau chuyển đổi từ tínhiệu số sang tínhiệu tƣơng tự (DAC- Digital to analog converter), hai tínhiệu đƣợc đƣa qua điềuchế I Q lệch pha 900 Kết trình điềuchế tạo thành chùm điểm gọi chòm (constellation) Giản đồ chòm mơ tả đồ thị nhằm quan sát trực quan chất lƣợng méo tínhiệu số, tức giản đồ chòm biểu diễn biên độ pha sóng mang đƣợc ánh xạ mặt phẳng phức Hệ toạ độ I Q thể giá trị khác tínhiệu I Q (hình 1.3) Trong giản đồ chòm sao, nhiễu biểu dƣới dạng hƣớng trỏ nhƣ vòng tròn với trạng thái tínhiệu (Điều không áp dụng điều kiện lỗi xảy thời điểm) Tóm lại, điềuchế M-QAM phƣơng pháp điềuchếtínhiệu hai chiều, tínhiệu mang thông tin đƣợc sử dụng để thay đổi biên độ hai sóng mang trực giao Ngƣời ta thực điềuchế QAM theo nhiều loại khác đƣợc liệt kê nhƣ dƣới bảng Bảng 1: Phân loại loại điềuchế QAM ST T Số Loại điềuchế bit I(Q) 4QAM(QPSK ) 16QAM 64QAM 256QAM Số bit/ ký hiệu Số trạng thái 4 16 64 256 Ta nhận thấy, điểm chòm đƣợc phân bố theo mã Gray (các điểm lân cận có bit khác nhau) Phân bố mã Gray có ý nghĩa lớn hầu hết loại lỗi thơng thƣờng xảy ký hiệu đƣợc giải mã giống với ký hiệu gần Trong trƣờng hợp này, dùng mã Gray dẫn đến bit lỗi mã nhị phân gây nhiều bit lỗi Độ nhạy chòm với nhiễu đƣợc biểu diễn khoảng cách điểm Trên hình 1.3 mơ hình phân bố chòm 16-QAM, ta nhận thấy, điểm xa chòm có biên độ khoảng cách điểm chòm lân cận giảm số điểm chòm tăng Ý nghĩa với loại điềuchếtínhiệu hai chiều Điều làm chòm có kích thƣớc lớn nhƣ 256-QAM dễ bị nhiễu nhiều so với chòm có kích thƣớc nhỏ nhƣ 4QAM Hình 1.4 kết lý thuyết BER cho điềuchế M-QAM [6] Đồ thị biểu diễn BER tƣơng đối cho chòm QAM nhƣ hàm SNR bit SNR bị chia số bit ký hiệu Kết chứng minh nhận xét xác rõ tỉ lệ SNR thay đổi chòm thay đổi Hình 1.4: Xác suất lỗi bít (BER) cho điềuchế MQAM 1.2.1 Sơ đồ khối điềuchế M-QAM Sơ đồ khối điềuchế M-QAM đƣợc trình bày hình 1.5 2/L Dãy bit lối vào Ak aT(t) LPF S/P VCO 2/L Bk 00 Xoay pha bT(t) Tínhiệu M-QAM 900 LPF Chú thích: S/P : Biến đổi song song - nối tiếp LPF : Bộ lọc thông thấp 2/L : Bộ biến đổi mức thành L mức VCO : tạo sóng mang cost Hình 1.5: Sơ đồ khối điềuchế M-QAM Bộ biến đổi song song - nối tiếp (S/P) thực biến đổi cụm bit (ký hiệu) lối vào điềuchế gồm m= log2M bít thành hai cụm tínhiệu nhị phân không - - không (NRZ: Non Return to Zero) song song, cụm gồm m/2 xung Các khối 2/L thực biến cụm NRZ thành tínhiệu Ak Bk, nhận L= M trị biên độ Các mạch nhân đƣợc sử dụng sau mạch lọc nhằm thực điềuchế biên độ tuyến tính Dạng phổ tínhiệu đầu đƣợc hình thành nhờ lọc thơng thấp phía trƣớc mạch nhân Trong thiếtkế thực tế, lọc thông thấp thƣờng đƣợc làm gần mạch lọc bậc hai cosine tăng (square- root raised cosine filter) có hệ số điều chỉnh đƣợc Bộđiềuchế M-QAM nhƣ đƣợc tạo từ hai điềuchế biên độ với sóng mang nén Ngồi ra, nhờ ánh xạ (Mapper) phƣơng pháp điềuchế M-QAM, sóng mang sau điềuchế M-QAM số phức đƣợc xếp biểu đồ chòm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im (ảo) Vị trí điểm tínhiệu (số phức) biểu đồ chòm phản ánh thơng tin biên độ pha sóng mang.Tại lối điềuchế M-QAM, tínhiệu viết nhƣ sau: V(t)=AkaT(t)cosct+ BkbT(t)sinct (1.6) đó: aT(t), bT(t) đáp ứng xung lọc thông thấp Ak, Bk =±1,±2,±3,….,± M -1; c tần số góc sóng mang; k số khe thời gian ký hiệu đƣợc truyền 1.2.2 Sơ đồ khối giảiđiềuchế M-QAM Sơ đồ khối giảiđiềuchế M-QAM đƣợc trình bày hình 1.6 Tínhiệu lối vào giảiđiềuchế M-QAM có dạng: Vr(t)=AkaT(t)cosct+ BkbT(t)sinct +n(t) (1.7) đó: n(t) tạp nhiễu cộng Trong trƣờng hợp đồng sóng mang lý tƣởng, sóng mang giảiđiềuchế có dạng: V1(t)=2cosct , V2(t)=2sinct Tínhiệu lối vào LPF V2(t) 900 Sóng mang Vd2(t) (1.8) A/D giải mã Dãy bít lối P/S Sau thực nhân loại bỏ thành phần tínhiệu hài bậc hai, hai tínhiệugiảiđiềuchế có dạng: Vd1(t)=AkaT(t)*aR(t) +n1(t) (1.9a) Vd2(t)=BkbT(t)* aR(t) +n2(t) (1.9b) đó: aR(t), aR(t) đáp ứng xung lọc thông thấp giảiđiềuchế thu, thƣờng đƣợc làm gần lọc bậc hai cosine tăng; n1(t), n2(t) thành phần tạp âm tƣơng hợp sau lọc Các tínhiệu Vd1(t), Vd2(t) đƣợc lấy mẫu theo nhịp ký hiệu đƣợc biến đổi tƣơng ứng thành tínhiệu Aˆ k Bˆ k với L trị biên độ có đƣợc giải mã thành tổ hợp nhị phân có m/2 bit Hai nhánh tínhiệu đƣợc đƣa tới biến đổi song song – nối tiếp (P/S) để tạo thành cụm m bít lối 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI BĂNG GỐC TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN SỐ M-QAM Hệ thống vô tuyến số M-QAM tổ hợp phức tạp khối khác làm việc băng tần gốc, tần số trung tần tần số vô tuyến (tần số công tác đƣờng vô tuyến cao, lên tới vài ba chục GHz) Tuy vậy, hoạt động đặc tính hệ thống số hồn tồn phân tích đánh giá theo sơ đồ băng gốc tƣơng đƣơng [7],[13] Điều quan sát cách trực quan nhƣ sau: Tínhiệu dải thơng x(t) biểu diễn dƣới dạng: x(t)=r(t) cos[2fct+ (t) ]= Re [r(t).ej [2fct+ (t) ] ]= Re [r(t).ej 2fct ej.(t) ] (1.10) : Re(.) ký hiệu phần thực; r(t) : tínhiệu thực điềuchế biên độ; (t) : tínhiệu thực điềuchế pha sóng mang Do ej 2fct khơng mang thơng tin hữu ích mà biểu thị sóng mang khơng điều chế, tồn thơng tin x(t) nằm thành phần điều biên r(t) điều pha (t) nên thay xét với x(t), ta xét tín hiệu: ~ x L (t ) r (t ) exp[ j (t ) (1.11) Tínhiệu hiển nhiên mang thơng tintínhiệu dải thơng Mặt khác tínhiệu băng gốc khơng chứa sóng mang Tínhiệu ~x L (t ) theo cơng thức (1.11) thƣờng đƣợc gọi tínhiệu tƣơng đƣơng thơng thấp (tức tínhiệu băng gốc tương đương) hay đƣờng bao phức tínhiệu dải thơng x(t) Đối với hệ thống dải thơng, thay nghiên cứu hệ thống với đặc tính dải thơng có tần số trung tâm thƣờng cao (trong hệ thống thông tin thông thƣờng, tần số trùng với tần số sóng mang hệ thống), ta xem xét hệ thống cách qui đặc tính dải thơng hệ thống đặc tính thơng thấp tƣơng đƣơng Việc qui hệ thống tínhiệu dải thơng thông thấp tƣơng đƣơng dựa biến đổi Hilbert [7] Khi việc nghiên cứu hệ thống dải thơng với tínhiệu dải thơng quy nghiên cứu hệ thống tƣơng đƣơng băng gốc với tínhiệu băng gốc tƣơng đƣơng Nguồn ck symbol s Bộđiềuchế s(t) MT truyền Bộ lọc phát (t ) Bộ lọc thu w(t) KĐCS Bộ cân Thiết bị định Bộgiảiđiềuchế Khôi phục đồng hồ Khơi phục sóng mang Hình 1.7: Sơ đồ tương đương băng gốc hệ thống viễn thông MQAM Sơ đồ khối tƣơng đƣơng băng gốc hệ thống vô tuyến số M-QAM đƣợc trình bày hình 1.7 Mọi dạng sóng thời gian tínhiệu băng gốc tínhiệu băng gốc tƣơng đƣơng, đáp ứng tần số hàm thông thấp hàm thông thấp tƣơng đƣơng hàm dải thông Số liệu đầu vào hệ thống vô tuyến số M-QAM có sơ đồ khối nhƣ hình 1.5 chuỗi liên tiếp giá trị số liệu phức M mức {ck}, k số khe thời gian số liệu Mỗi ký hiệu ck đƣợc tạo từ bảng chữ M điểm {m} với m =1,2,…,M Tập tất M điểm biểu diễn mặt phẳng pha (khơng gian tín hiệu) gọi biểu đồ chòm (constellation) tínhiệu Đối với M-QAM truyền thống, M điểm chùm đƣợc xếp theo lƣới vng góc nhƣ hình 1.2 Ký hiệu ck biểu diễn: ck=ak+jbk ak ,bk =±1, ±3, …, ±( M -1) (1.12) đó: ak ,bk lần lƣợt thành phần đồng pha vuông pha ký hiệu ck Dƣới dạng véc tơ, ký hiệu ck biểu diễn đƣợc theo: a ck k bk (1.13) Tại lối điều chế, tínhiệu là: s(t ) ak jbk t kT (1.14) k đó:T khoảng thời gian ký hiệu (t) hàm xung Dirac đƣợc định nghĩa : (t)=0 t0 b (t )dt với a, b a dƣơng Tại thời điểm lấy mẫu, lối mạch lấy mẫu, tínhiệu thu đƣợc dãy ~ {c~k } Tƣơng tự, {c~k } biểu diễn đƣợc theo: {c~k } a~k jbk dạng véc- tơ a~ c~k ~k bk (1.15) Tínhiệu thu đƣợc lối cân (equalizer) w(t) viết đƣợc: w(t)=s(t)*h(t) +n(t) (1.16) đó: h(t)=hc(t)+jhs(t), đáp ứng xung tổng cộng hệ thống bao gồm lọc phát, kênh vô tuyến, lọc thu, cân bằng: n(t)= (t)*hR(t) = nc(t) +jns(t) (1.17) với hR(t) đáp ứng xung tổng cộng lọc thu cân Biểu diễn dƣới dạng ma trận véc-tơ, w(t) biểu diễn theo: a n w(t ) hk (t ) k c k bk ns : (1.18) h (t ) hsk (t ) hk (t ) ck , với h ( t ) hc (t kT ) nc=nc(t) ck hsk (t ) hck (t ) hsk (t ) hs (t kT ) ns=ns(t) Từ công thức (1.18), thời điểm lấy mẫu tínhiệu thứ không, t=t0=0, véc-tơ thu đƣợc lối mạch lấy mẫu là: a~0 a a n (0) ~ c0 ~ h0 (0) ' hk (0) k c b0 b0 k bk ns (0) (1.19) Trong công thức trên, dấu phẩy sau dấu có nghĩa tổng bỏ qua số hạng thứ không, số hạng thứ hai biểu thị tác động từ ký hiệu trƣớc sau ký hiệu thứ không xét đƣợc gọi nhiễu xuyên ký tự ISI (intersymbol Interference ) Trong sơ đồ hình 1.7, lọc phát cần phải có đáp ứng tuyến tính nhằm tạo phổ cơng suất xạ định, lọc thu phải thỏa mãn yêu cầu lọc chế áp nhiễu, đóng vai trò lọc phối hợp (matched filter) Để loại bỏ ISI gây tính chất hạn chế phổ tần (mà nguyên nhân gây ISI bề rộng phổ tínhiệu phát lớn bề rộng kênh truyền cho phép), đáp ứng xung tồn phần kênh truyền từ đầu vào lọc phát tới lối lọc thu phải thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ Do đó, tínhiệu trƣớc truyền đƣợc nhân với xung để giới hạn phổ tínhiệu phát cho phù hợp với bề rộng kênh truyền cho phép Xung đơn giản xung vng Tuy nhiên thực tế, để đạt mục đích kể trên, lọc phát thu thƣờng đƣợc thực lọc bậc hai cosine tăng với hệ số uốn lọc (roll-off factor) thích hợp Về mặt lý thuyết, hệ số uốn nhận giá trị từ đến song thiếtkế khoảng ngƣỡng (0.20.75) dễ thực độ xác chấp nhận đƣợc khoảng méo phi tuyến thay đổi không đáng kể (sai khác khoảng 0.1 dB) Đặc biệt, hệ thống vô tuyến số 16-QAM không cần quan tâm đến giá trị Do tínhiệu lối điềuchế dãy xung vng NRZ có độ dài T xung Dirac nên mạch sửa x/sinx cần phải đƣợc đặt trƣớc mạch lọc bậc hai cosine tăng nhằm mục đích tạo dạng xung Khối lọc phát hình 1.7, cần phải đƣợc hiểu gồm mạch sửa x/sinx mắc nối tiếp với lọc bậc hai cosine tăng Mặt khác, bên cạnh yêu cầu trên, lọc cần phải dễ chế tạo Do vậy, tất yêu cầu lọc gần đạt đƣợc phải chịu số nhƣợc điểm định yêu cầu đề Trong thực tế, việc chế tạo lọc ln khơng hồn tồn lý tƣởng méo tuyến tính gây việc chế tạo khơng lý tƣởng lọc gây ISI [1] 1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG VƠ TUYẾN SỐ M-QAM Chất lƣợng hệ thống thơng tin khái niệm rộng yếu tố ảnh hƣởng đến đa dạng Ở đây, khuôn khổ giới hạn luận văn này, đánh giá số yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống vô tuyến số M-QAM cách tổng quát, dựa độ xác truyền tin Độ xác truyền tin đƣợc đặc trƣng tham số tỷ lệ lỗi bít BER, đánh giá theo tỷ số tín/tạp - SNR (Signal to Noise Rate) – đƣợc tính độ chênh lệch tỷ số tínhiệu tạp âm thu đƣợc đo dB Hệ thống xuất lỗi bít bên thu ngồi tínhiệu mong muốn có thành phần khơng mong muốn tác động làm sai lệch tínhiệu thu so với tínhiệu phát Trong hệ thống vô tuyến số tốc độ cao M-QAM, yếu tố gây sai lệch bao gồm: méo tuyến tính, méo phi tuyến, sai lệch đồng hồ, khơng xác dao động nội thu, nhiễu tạp âm hệ thống Các yếu tố ảnh hƣởng đƣợc trình bày sơ lƣợc dƣới 1.4.1 Méo tuyến tính Các khối tuyến tính khối có đặc trƣng thỏa mãn nguyên tắc xếp chồng Méo tuyến tính loại méo gây khối tuyến tính hệ thống Méo tuyến tính xuất hệ thống vơ tuyến số chủ yếu mạch lọc thu, phát hệ thống chế tạo không lý tƣởng fading nhiều tia chọn lọc tần số Méo tuyến tính làm gián đoạn liên TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thị Hằng Nga : “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống thông tin vô tuyến số tốc độ cao” Luận án tiến sĩ kĩ thuật , mã số 2-07-02, 2004, Học viện công nghệ bƣu viễn thơng tr 01-23 [2] Trịnh Anh Vũ: “Thơng tin di động”, NXB Đại học Quốc Gia, 2006, tr 170172 [3] Nguyễn Viết Kính, Trịnh Anh Vũ: “Thơng tin số”, NXB Giáo dục, 2007, chƣơng 2,3 [4] Lê Văn Ninh, Nguyễn Viết Kính: “Đồng tần số miền số cho OFDM”, tạp chí bƣu viễn thơng, 2008, tr 01-03 [5] Lê Văn Ninh, Nguyễn Viết Kính : “Ảnh hưởng đa đường đến đồng thời gian ký hiệu tần số sóng mang sử dụng Cyclic Prefix(CP) OFDM”, tạp chí Khoa học Kỹ thuật- Học viện kỹ thuật quân sự, số 107, tháng 02/2004,tr 14-24 Tiếng Anh [6] Proakis J.G, “Digital Communication (4th edition)”, McGraw Hill, NewYork 1995 [7]Jeruchim M.C., Balaban P., Shanmugan K.S : Simulation of Communication Systems Plenum Press, New York – Nguồn symbol, London, 1994 [8]Kyongkuk Cho and Dongweon Yoon, Member, IEEE: “On the General BER Expression of One-and Two –Dimensional Amplitude Modulation”, IEEE Transactions on Communications, Vol 50, No7, July,2002 [9] Binh N.Q., Hung V.T.: Probability Density Function of the Intersymbol Interference Caused by Timing Error in 64-QAM Microwave Radio Systems Journal on Science and Technique, No.92, 2000 Military Technical University [10]Ferdo I (ed): Terrestrial Digital Microwave Communication Artech House Inc., 1989 [11] Chris Dick, Fred Harris: FPGA QAM Demodulator Design, Lecture Notes In Computer Science; Vol 2438 [12]Chris Dick, Fred Harris, Michael Rice: FPGA Implementation of Carrier Synchoronization for QAM Receivers, Journal of VLSI Signal Processing 36,5771,2004 [13] Figryes I., Szabo Z., Vanyai P : Digital Microwave Transmission Elsevier, Amsterdam, 1989 ... quát phương pháp điều chế tín hiệu M-QAM đặc điểm điều chế sơ đồ điều chế giải điều chế tín hiệu M-QAM Chương 2: Phân tích hai kỹ thuật quan trọng thiết kế giải điều chế tín hiệu 16-QAM, kỹ thuật... cứu kĩ thuật điều chế M-QAM mà cụ thể điều chế 16QAM, kết hợp sử dụng phần mềm mô nhƣ MATLAB, Simulink để thiết kế demo hệ thống thu phát tín hiệu, từ thiết kế giải điều chế tín hiệu 16-QAM để tích... thuật cho giải điều chế bên thu khơi phục xác tín hiệu nguồn phát Chương 3: Phân tích thiết kế demo hãng Xilinx, ưu nhược điểm thiết kế để từ thiết kế bổ sung cho giải điều chế tín hiệu 16-QAM nhằm