Luận văn Điều chế số BPSK

MỤC LỤC 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 qt 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 thơng tin ban đầu từ tín hiệu lấy đầu kênh tin Hầu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thơng tin số tín hiệu tương tự Ta có sơ đồ khối chức hệ thống thơng 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 u 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 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 thơng 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 thơng 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 hiệu mang tin (hay gọi tin tức) Có thể định nghĩa lại là, điều chế q trình làm thay đổi thơng số sóng mang theo tín hiệu mang tin Để hiểu rõ , xem hình minh họa sau : Điều chế số q trình ba thơng số biên độ, tần số pha sóng mang thay đổi theo tín hiệu (hay luồng số) đưa vào điều chế để thơng tin sóng mang phù hợp với đường truyền Tại phải điều chế số?  ĐCS làm giảm băng thơng 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: mơ tả q trình điều chế giải điều chế số Giả sử có sóng mang hình sin: x0(t)=A.cos( +φ) A: biên độ sóng mang =2 : tần số góc sóng mang f0 : tần số dao động sóng mang φ: pha sóng mang Tùy theo thơng số sử dụng để mang tin : biên độ A , tần số f , 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 khố 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 khố 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 q 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 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 180 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 3 Điều chế giải điều chế BPSK(binary phase shift keying): Giả sử có sóng mang biểu diễn: x0(t)=A.cos( +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 • Khi s(t)=1: P(t)= A.cos( +1800) Đối với khóa dịch pha PSK,thơng 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 Bảng chân lý tín hiệu điều chế BPSK: Nhị phân đầu vào Logic Logic Pha đầu 1800 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 Điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK: Với n=2 , P(t)= cos( = , ta có kiểu điều chế 2-PSK hay BPSK +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 Hình 5: Quan hệ pha /thời gian đầu điều chế BPSK theo tín hiệu vào Đó điều chế, q 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 Hình Phương pháp giải điều chế PSK Bộ giải điều chế BPSK bao gồm : • Sơ đồ lấy bình phương ( ) 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 ∆Φ 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 Giả sử tần số sóng mang fC, ωC = 2πfC, ta có hai trường hợp: Khi tín hiệu BPSK +sin(ω Ct) ứng với Data bit = 1, sóng mang tái lập sin(ωCt), sơ đồ nhân cho tín hiệu sin(ω Ct) sin(ω Ct) = sin2(ω Ct) = ½(1-cos(2 ω Ct) = ½ - ½cos(2ω Ct) Trong biểu thức thành phần thứ hai xoay chiều, có tần số gấp đơi 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(ω Ct) ứng với Data bit =0, sơ đồ nhân cho tín hiệu : -sin(ω Ct) sin(ω Ct) = -sin2(ω Ct) = -½(1-cos(2 ω Ct) = -½ + ½cos(2ω Ct) Trong biểu thức thành phần thứ hai xoay chiều, có tần số gấp đơi 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 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 ] 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 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 vơ tuyến đảm bảo xác suất lỗi thấp mức tín hiệu thu định đo chu kỳ tín hiệu 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 ... điều chế giải điều chế BPSK Điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK: Với n=2 , P(t)= cos( = , ta có kiểu điều chế 2-PSK hay BPSK +φ+ s(t) ) Hình sơ đồ khối thực điều chế PSK Phương pháp điều chế. .. • 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 q trình thu có tham số. .. 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