Mô phỏng điều chế QPSK

NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ SỐĐiều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệu tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa.. Tín hiệu ma

NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ SỐ

Điều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệu tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa Tín hiệu tuần hoàn gọi là sóng mang Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế

Ở đầu thu bộ giải điều chế sẽ dựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín hiệu mang thông tin ban đầu Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trình điều chế có thể là biên độ, pha, tần số

Trong điều chế số, một sóng mang tương tự sẽ được biến đổi theo một chuỗi bit

có chiều dài cố định hoặc thay đổi Đây cũng có thể được coi là một dạng biến đổi tương tự-số Hình dạng của sóng mang được lấy từ một tập hợp hữu hạn các

symbol

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

1 PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ 4PSK

1.1 Cơ sở toán học của điều chế 4PSK

PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đối theo tín hiệu băng gốc

Sóng mang hình sin được biểu thị theo công thức chung như sau:

S(t) = A.cos(ɷct + θ) Trong đó:

 A là biên độ sóng mang

 ɷc= 2πfc là tần số góc của sóng mang

 fc là tần số sóng mang

 θ là pha sóng mang

Ta có thể viết công thức cho sóng mang được điều chế 4PSK như sau:

Si(t) =cos[2πfct + ] Với: θ(t) = (2i – 1).; và E = A2.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 = 2Tb là thời gian tồn tại một ký hiệu

 Tb là thời gian tồn tại một bit

 fc là tần số sóng mang

 θ(t) là góc pha được điều chế

 θ là góc pha ban đầu của tín hiệu

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: Si(t) = cos[2πfct + ] = cos[2πfct + ] Qua biến đổi lượng giác, ta có thể viết lại biểu thức như sau:

Si(t) = sin(2πfct) +cos(2πfct) Trong đó: θ(t) = (2i – 1).; ( i=1, 2, 3, 4)

Theo công thức trên, ta có nhận xét:

+ Có hai hàm cơ sở trong biểu thức Si(t), ta định nghĩa như sau:

Ø1(t) = cos(2πfct)

Ø2(t) = sin(2πfct) Khi đó ta viết lại:

Si(t) = Ø1(t) – Ø2(t) + Tồn tại 4 điểm tương ứng với các Vectơ được xác định như sau:

Si = (Với i = 1, 2, 3, 4)

Chuyển mã NRZ

Chuyển mã NRZ

900

s(t)

Các phần tử của các Vectơ tín hiệu là Si1 và Si2 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

4PSK ở ngõ ra của bộ điều chế, trong đó bit 0 tương ứng với điện áp và bit 1 tương

ứng với điện áp

Bảng: Các Vectơ không gian tín hiệu 4PSK

hiệu 4PSK

Tọa độ của các điểm bản

tin

Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu 4PSK được đặc trưng bởi không gian 2

chiều và bốn điểm bản tin như hình vẽ

Chuyển đổi nối tiếp sang song song

∑

Tín hiệu nhị

phân nhập vào

1 1 0 0 0 1 1 0

Tín hiệu sau điều chế

bitI

bitQ

I

Q

1 0 1 0

1 0 0 1

cos(2πf c t)

sin(2πf c t)

Hình: Sơ đồ khối điều chế 4PSK

Tín hiệu nhị phân vào được chuyển đổi thành 2 thành phần song song nhau, mỗi nhánh sẽ qua bộ chuyển từ mã RZ sang mã NRZ Tín hiệu NRZ ở mỗi nhánh được nhân với hai thành phần sóng mang lệch nhau 900(cos(2πf c t) và sin(2πf c t) ).

Tính hiện 4PSK sau khi được điều chế là tổng hai thành phần

2 ĐOẠN MÃ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

function qpsk(chuoibit,f)

if nargin > 2;

error('Tham So Dau Vao Khong Nhieu Hon 2 Gia Tri');

elseif nargin==1 % ?????????

f=1; % ???????????

Thong bao ('ban da nhap dung');

end

if f<1;

Thong Bao('Tan So Phai La Gia Tri Lon Hon Hoac Bang 1');

end

% Kiem Tra Tong So Bit Cua Chuoi Co Phai La So Chan Hay Khong

a=l/2;

b=ceil(a);

c=b-a;

if c~=0;

Thong Bao: ('Tong So Bit Nhi Phan Dau Vao Phai La Mot So Chan'); end

% Khai Bao Bien Thoi Gian t Va Cac Ma Tran Su Dung Trong Bai Toan t=0:2*pi/99:2*pi;

AI=[];

AQ=[];

carrierI=[];

carrierQ=[];

bit=[];

bitI=[];

bitQ=[];

% Lay Gia Tri Cac Bit O Vi Tri Le Cho Nhanh I

for n=1:length(chuoibit)/2;

if chuoibit(2*n-1)==0;

i=zeros(1,100);

else chuoibit(2*n-1)==1;

i=ones(1,100);

end

bitI=[bitI i];

end

% Lay Gia Tri Cac Bit O Vi Tri Chan Cho Nhanh Q

for n=1:length(chuoibit)/2;

if chuoibit(2*n)==0;

q=zeros(1,100);

else chuoibit(2*n)==1;

q=ones(1,100);

end

bitQ=[bitQ q];

end

% Dung 2 Bit Cho 1 Symbol Trong Dieu Che QPSK

for n=1:2:length(chuoibit);

% Dat Trang Thai Goc Pha Cho Cac Ky Tu

% Goc pha cho Symbol 11 la pi/4, bien do la (sqrt(2)/2;sqrt(2)/2)

if chuoibit(n)==1 && chuoibit(n+1)==1;

I=sqrt(2)/2*ones(1,100);

Q=sqrt(2)/2*ones(1,100);

se=[ones(1,50) ones(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 01 la 3pi/4, bien do la (-sqrt(2)/2;sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==0 && chuoibit(n+1)==1;

I=-sqrt(2)/2*ones(1,100);

Q=sqrt(2)/2*ones(1,100);

se=[ones(1,50) zeros(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 00 la 5pi/4, bien do la (-sqrt(2)/2;-sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==0 && chuoibit(n+1)==0;

I=-sqrt(2)/2*ones(1,100);

Q=-sqrt(2)/2*ones(1,100);

se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 10 la 7pi/4, bien do la (sqrt(2)/2;-sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==1 && chuoibit(n+1)==0;

I=sqrt(2)/2*ones(1,100); %Q: die, chuyen thanh I

Q=-sqrt(2)/2*ones(1,100); %I: die1

se=[zeros(1,50) ones(1,50)];

end

% Khai Bao Cac Thanh Phan Song Mang Dua Vao Dieu Che c=cos(f*t); % Khai bao ham Cos

s=sin(f*t); % Khai bao ham Sin

AI=[AI I]; %Gia tri bien do cua song hinh Cos

AQ=[AQ Q]; %Gia tri bien do cua song hinh Sin

carrierI=[carrierI c]; %Song mang hinh Cos cho nhanh I

carrierQ=[carrierQ s]; %Song mang hinh Sin cho nhanh Q bit=[bit se];

end

% VE HINH MO PHONG

% Tin hieu nhi phan dau vao

subplot(6,1,1);

plot(bit,'linewidth',3)

grid on;

title('Hinh 1: Tin Hieu Nhi Phan Duoc Dua Vao Dieu Che')

axis([0 25*length(chuoibit) -1.5 2]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc tach ra lam thanh phan nhanh 1 subplot(6,1,2);

plot(bitI,'r','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 2: Tin Hieu Nhi Phan O Nhanh I') axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc tach ra lam thanh phan nhanh 2 subplot(6,1,3);

plot(bitQ,'g','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 3: Tin Hieu Nhi Phan O Nhanh Q') axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu nhanh I sau dieu che

I=AI.*carrierI;

subplot(6,1,4);

plot(I,'r','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 4: Song Hinh Sin O Nhanh I')

axis([0 25*length(chuoibit) -1.5 2]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

%Tin hieu nhanh Q sau dieu che

Q=AQ.*carrierQ;

subplot(6,1,5);

plot(Q,'g','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 5: Song Hinh Sin O Nhanh Q')

axis([0 25*length(chuoibit) -1.5 2]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc dieu che QPSK o dau ra

qpsk=AI.*carrierI+AQ.*carrierQ;

subplot(6,1,6);

plot(qpsk,'linewidth',3);

grid on;

title('Hinh 6: Song Hinh Sin Sau Khi Duoc Dieu Che QPSK') axis([0 25*length(chuoibit) -1.5 3]);

xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

3 HÌNH MÔ PHỎNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Hồng Liên, “MatLab và ứng dụng trong viễn thông”, ĐH Quốc gia Tp

Hồ Chí Minh, 2006

[2] Phan Thanh Tao, “Giáo trình MatLab”, ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2004

[3] Haykin, Simon (1988), “Digital Communications”, John Wiley & Sons Toronto, Canada, 1988

function qpsk(g,f)

if nargin > 2

%error('ban da dua nhieu tham so

chi duoc dua 2 tham so dau vao');

elseif nargin==1

f=1;

end

if f<1;

error('tan so phai lon hon 1');

end

%*-*-*-*-*-*

l=length(g);

r=l/2;

re=ceil(r);

val=re-r;

if val~=0;

error('so bit nhi phan nhap vao phai

la chan');

function qpsk(chuoibit,f)

if nargin > 2;

Thong bao('Tham ….Tri');

elseif nargin==1 f=1;

end

if f<1;

Thong bao('Tan ….1');

end

% Kiem Tra Tong So Bit Cua Chuoi Co Phai La So Chan Hay Khong

l=length(chuoibit);

a=l/2;

b=ceil(a);

c=b-a;

if c~=0;

Thong Bao: ('Tong So Bit Nhi Phan

%*-*-*-*-*-*

t=0:2*pi/199:2*pi;

cp=[];

sp=[];

mod=[];

mod1=[];

bit=[];

bit1=[];

bit2=[];

bit0=[];

for n=1:length(g)/2;

if g(2*n-1)==0;

se1=zeros(1,200);

else g(2*n-1)==1;

se1=ones(1,200);

end

bit1=[bit1 se1];

end

for n=1:length(g)/2;

if g(2*n)==0;

se2=zeros(1,200);

else g(2*n)==1;

se2=ones(1,200);

end

bit2=[bit2 se2];

end

for n=1:2:length(g);

if g(n)==0 && g(n+1)==1;

die=sqrt(2)/2*ones(1,200);

die1=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[zeros(1,50) ones(1,50)];

elseif g(n)==0 && g(n+1)==0;

die=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

die1=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];

elseif g(n)==1 && g(n+1)==0;

die=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

die1=sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[ones(1,50) zeros(1,50)];

elseif g(n)==1 && g(n+1)==1;

die=sqrt(2)/2*ones(1,200);

die1=sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[ones(1,50) ones(1,50)];

end

c=cos(f*t);

Dau Vao Phai La Mot So Chan'); end

% Khai Bao Bien Thoi Gian t Va Cac

Ma Tran Su Dung Trong Bai Toan t=0:2*pi/199:2*pi;

AI=[];

AQ=[];

carrierI=[];

carrierQ=[];

bit=[];

bitI=[];

bitQ=[];

% Lay Gia Tri Cac Bit O Vi Tri Le Cho Nhanh I

for n=1:length(chuoibit)/2;

if chuoibit(2*n-1)==0;

i=zeros(1,200);

else chuoibit(2*n-1)==1;

i=ones(1,200);

end bitI=[bitI i];

end for n=1:length(chuoibit)/2;

if chuoibit(2*n)==0;

q=zeros(1,200);

else chuoibit(2*n)==1;

q=ones(1,200);

end bitQ=[bitQ q];

end

for n=1:2:length(chuoibit);

if chuoibit(n)==1 &&

chuoibit(n+1)==1;

I=sqrt(2)/2*ones(1,200);

Q=sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[ones(1,50) ones(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 01 la 3pi/4, bien do la (-sqrt(2)/2;sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==0 &&

chuoibit(n+1)==1;

I=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

Q=sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[ones(1,50) zeros(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 00 la 5pi/4,

s=sin(f*t);

cp=[cp die]; %Amplitude cosino

sp=[sp die1]; %Amplitude sino

mod=[mod c]; %cosino carrier

(Q)

mod1=[mod1 s]; %sino carrier (I)

bit=[bit se];

end

bpsk=cp.*mod+sp.*mod1;

subplot(4,1,1);

plot(bit,'LineWidth',1.5);

grid on;

title('tin hieu dua vao dieu che')

axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);

subplot(4,1,2);

plot(bit1,'LineWidth',1.5);

grid on;

title('tin hieu nhanh 1')

axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);

subplot(4,1,3);

plot(bit2,'LineWidth',1.5);

grid on;

title('tin hieu nhanh 2')

axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);

subplot(4,1,4);

plot(bpsk,'LineWidth',1.5);

grid on;

title('tin hieu dieu che qpsk')

axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);

bien do la (-sqrt(2)/2;-sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==0 &&

chuoibit(n+1)==0;

I=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

Q=-sqrt(2)/2*ones(1,200);

se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];

% Goc pha cho Symbol 10 la 7pi/4, bien do la (sqrt(2)/2;-sqrt(2)/2) elseif chuoibit(n)==1 &&

chuoibit(n+1)==0;

I=sqrt(2)/2*ones(1,200); %Q: die, chuyen thanh I

Q=-sqrt(2)/2*ones(1,200); %I: die1

se=[zeros(1,50) ones(1,50)]; end

% Khai Bao Cac Thanh Phan Song Mang Dua Vao Dieu Che

c=cos(f*t); % Khai bao ham Cos s=sin(f*t); % Khai bao ham Sin AI=[AI I]; %Gia tri bien do cua song hinh Cos

AQ=[AQ Q]; %Gia tri bien do cua song hinh Sin

carrierI=[carrierI c]; %Song mang hinh Cos cho nhanh I

carrierQ=[carrierQ s]; %Song mang hinh Sin cho nhanh Q

bit=[bit se];

end

% VE HINH MO PHONG

% Tin hieu nhi phan dau vao subplot(6,1,1);

plot(bit,'linewidth',3) grid on;

title('Hinh 1: Tin Hieu Nhi Phan Duoc Dua Vao Dieu Che')

axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc tach ra lam thanh phan nhanh 1

subplot(6,1,2);

plot(bitI,'r','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 2: Tin Hieu Nhi Phan Nhanh I')

axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc tach ra lam thanh phan nhanh 2

subplot(6,1,3);

plot(bitQ,'g','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 3: Tin Hieu Nhi Phan Nhanh Q')

axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu nhanh I sau dieu che

I=AI.*carrierI;

subplot(6,1,4);

plot(I,'r','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 4: Song Hinh Sin Nhanh I') axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

%Tin hieu nhanh Q sau dieu che

Q=AQ.*carrierQ;

subplot(6,1,5);

plot(Q,'g','linewidth',2);

grid on;

title('Hinh 5: Song Hinh Sin Nhanh Q') axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 2]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')

% Tin hieu duoc dieu che QPSK o dau ra

qpsk=AI.*carrierI+AQ.*carrierQ; subplot(6,1,6);

plot(qpsk,'linewidth',3);

grid on;

title('Hinh 6: Song Hinh Sin Sau Khi Duoc Dieu Che QPSK')

axis([0 50*length(chuoibit) -1.5 3]); xlabel('Thoi gian (t)')

ylabel('Bien do (A)')