Thông tin vệ tinh: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 8PSK VÀ 8QAM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hệ thống thông tin vệ tinh ĐỀ TÀI: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 8-PSK VÀ 8-QAM GVHD: TS Lâm Hồng Thạch Hà nội, ngày tháng 11 năm 2019 MỤC LỤC PHỤ LỤC I TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Thái Hồng Nhị Hệ thống thông tin vệ tinh - tập PGS.TS Vũ Văn Yêm Hệ thống thông tin vệ tinh - tập A Lý thuyết Khóa dịch pha mức (8-PSK) 1.1 Bộ phát 8-PSK Hình 4.15 mơ tả sơ đồ khối điều chế 8-PSK Dòng bit nối tiếp có tốc độ fb đầu vào đưa đến chia (Splitter) để chuyển thành song song cho kênh đầu (Q, I, C) Tốc độ bit kênh Hình - Sơ đồ khối chức điều chế 8-PSK (1) Các bit kênh I kênh C đưa vào chuyển đổi kênh chuyển đổi mức thành mức Bốn mức tương ứng bốn mức điện áp đầu thông qua DAC, với đầu vào có khả điện áp đầu Thuật toán DAC đơn giản, bit I bit Q xác định cực điện áp tín hiệu áp tín hiệu tương tự đầu Như vậy, có hai biên độ hai cực tạo thành bốn trạng thái khác đầu Ở tín hiệu nghịch đảo nên đầu kênh chuyển đổi kênh I kênh Q khơng thể có mức biên độ có cực giống Tín hiệu đầu chuyển đổi thành mức dạng tín hiệu điều chế PAM với M = 4 Hình - Bảng chân lý mức tín hiệu chuyển đổi thành mức kênh I kênh Q a) Bảng chân lý kênh I; b) Bảng chân lý kênh Q; c) Các mức tín hiệu PAM (1) Ví dụ 4.7 Một nhóm mã tín hiệu đầu vào ba bit Q = 0; I = C = 0; (000) Hãy xác định pha đầu điều chế 8-PSK Giải: Các đầu vào đến N chuyển đổi thành mức kênh I I = C = Từ hình có mức đầu -0.541V Các đầu vào đến chuyển đổi thành mức kênh Q Q = Từ hình có mức đầu -1.307V Như đầu vào đến điều chế tích kênh I -0.541V , đầu là: đầu vào đến điều chế tích kênh Q -1.307V , đầu là: Các đầu điều chế tích kênh I Q đưa đến cộng tuyến tính đầu cộng tuyến tính là: = Với nhóm mã ba bit khác ta tính tốn tương tự Kết mơ tả hình Từ hình thấy rằng, cách biệt góc hai pha cạnh 45 tín hiệu QPSK nằm Như tín hiệu 8-PSK có cách pha 22.5 trình truyền dẫn giá trị ln trì Các pha có biên độ Trạng thái nhóm mã 3bit (thơng tin thực) tương ứng với pha tín hiệu Các mức 1.307 0.541 tín hiệu PAM giá trị tương đối Mội mức sử dụng giá trị độ dài tỷ số chúng 0.541/1.307 arctg chúng 22.5 Ví dụ, giá trị chúng nhân đơi kết góc pha khơng thay đổi giá trị biên độ pha tăng theo tỷ lệ Hình - Bảng chân lí, đồ thị pha biểu đồ không gian trạng thái điều chế 8-PSK a) Bảng chân lý; b) Đồ thị pha; c) Biểu đồ không gian trạng thái (1) Tại ta sử dụng mã Gray cho chòm Nếu tín hiệu chịu lệch pha q trình truyền tin bị lệch đến pha kế cận Việc sử dụng mã Gray phát bit sai thu Hình mơ tả quan hệ pha theo thời gian đầu điều chế 8-PSK Hình - Quan hệ pha theo thời gian đầu điều chế 8-PSK (1) 1.2 Độ rộng dải tần tín hiệu 8-PSK Ở tín hiệu 8-PSK, liệu chia thành ba kênh nên tốc độ bit kênh I, Q C Hình - Độ rộng dải tần điều chế 8-PSK (1) Hình mơ tả quan hệ thời gian bit liệu đầu vào: liệu kênh I, kênh Q kênh C: với tín hiệu PAM kênh Q I Ở thấy rằng, tần số lớn kênh I, Q hoăc C Ở điều chế 8-PSK có chuyển đổi đồng pha đầu ba bit đầu vào Như baud tín hiệu độ rộng dải tần tối thiểu Các điều chế cân điều chế tích đầu tích tín hiệu sóng mang tín hiệu PAM Tín hiệu đầu biểu thị biểu thức tốn học sau: Trong đó: X = ±1.307 ± 0.541 vậy: )t Phổ tần đầu trải rộng từ đến độ rộng dải tần là: Ví dụ: Một điều chế 8-PSK có tốc độ liệu đầu vào ( fN ) 10 Mbit/s tần số song mang 70 MHz - Hãy xác định dải tần Nyquist tổi thiểu với biên baud So sánh kết tính với độ điều chế BPSK QPSK Giải Tốc độ bit kênh I, Q, C 1/3 tốc độ bit đầu vào: f bC = fbQ = fbI = 10Mbit / s = 3.33Mbit / s Tốc độ chuyển đổi nhanh số lớn đặc trung cho điều chế cân bằng: fa = f f bC f 3,33Mbit / s or bQ or bI = = 1, 667Mbit / s 2 2 Sóng đầu từ điều chế cân bằng: ( sin 2π f a t ) ( sin 2π fct ) = 1 cos 2π ( f c − f a ) t − cos 2π ( f c + f a ) t 2 = 1 cos 2π (70 − 1.667)MHz)t − cos 2π (70 + 1.667)MHz)t 2 = 1 cos 2π (70 − 1.667)MHz)t − cos 2π (70 + 1.667)MHz)t 2 Độ rộng dải tần Nyquist tổi hiểu là: f N = (71, 667 − 68,333)MHz = 3,333MHz Độ rộng dải tần tối thiểu tín hiệu 8-PSK xác định theo: B= f b 10Mbil / s = = 3,333MHz N Giá trị baud giá trị độ rộng dải tần: baud = 3.333 Megabaud Phổ tần đầu biểu thị sau: 10 1.3 Bộ thu 8-PSK (1) Hình - Bộ thu tín hiệu 8-PSK (1) Tín hiệu vào tín hiệu 8-PSK qua lọc thơng dải đến chia công suất theo kênh I kênh Q, sau đưa đến tách sóng tích kênh I kênh Q Bộ hồi phục song mang có nhiệm vụ tạo lại sóng mang phía phát đưa đến tách sóng tích kênh I kênh Q (lệch 90o) Ở tách sóng tích tín hiệu 8-PSK chia trộn với sóng mang hồi phục Đầu tách sóng tích tín hiệu PAM mức Bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi mức tương tự thành mức số Đầu chuyển đổi A/D kênh I bit I &C Đầu chuyển đổi A/D kênh Q bit Q Mạch logic Q/I/C chuyển đổi cặp I/C Q/ thành bit nối tiếp Q I, C đầu dãy liệu thu 11 Biên độ - pha 8-QAM 2.1 Bộ phát 8-QAM Sơ đồ khối: Hình - Bộ phát 8-QAM Từ sơ đồ khối ta thấy khác mạch điện phát 8QAM phát 8-PSK khơng có đảo kênh C tách sóng tích kênh Q Ở điều chế 8-QAM, bit C cung cấp đồng thời không đảo cho hai chuyển đổi mức thành mức kênh I kênh Q, nên tín hiệu QPAM ln ln Cực tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái logic bit Q, chúng khác I/Q 0 C Đầu -0.541v -1.037v 1 +0.541v +1.037v Ví dụ 4.9: Với mã nhóm 3bit đầu vào Q = = C = 0: (000) Hãy xác định biên độ pha đầu phát 8-QAM có sơ đồ khối trên: Giải: 12 - Các đầu vào chuyển đổi mức thành mức kênh I là: = C = - Theo hàng chân lý đầu -0,541 V Các đầu vào chuyển đổi mức thành mức kênh Q là: Q = 0, C = - Cũng theo bảng chân lý đầu -0,541 V Hai đầu vào điều chế tích kênh -0,541 Đầu ra: I = (-0,541).() = -0,541 Hai đầu vào điều chế tích kênh Q -0,541 Đầu ra: Q = (-0,541).() = -0,541 Dữ liệu nhị phân đầu vào Q I 0 0 1 1 1 1 C 1 1 Tín hiệu 8-QAM đầu Biên độ (V) Pha (độ) 0,767 -135 1.848 -135 0,765 -45 1,848 -45 0,765 +135 1,848 +135 0,765 +45 1,848 +45 Hình - Đồ thị pha biểu đồ không gian trạng thái (1) Các đầu điều chế tích kênh I kênh Q hỗn hợp cộng tuyến tính đầu điều chế cộng là: Đầu cộng: -0,541 - 0,541 = 0,765) 13 Hình - Quan hệ biên độ pha theo thời gian tín hiệu 8-QAM (1) 2.2 Bộ thu 8-QAM Hình 10 - Bộ thu tín hiệu 8-QAM (1) Nguyên lí thu 8-QAM tương tự với thu 8-PSK, chúng có khác là: Tín hiệu 8-QAM đầu vào có mức biên độ khác Đầu chuyển đổi ADC kênh Q 8-QAM Q C Ưu nhược điểm so sánh 8-PSK 8-QAM 3.1 Ưu nhược điểm 8-PSK 8-QAM Ưu nhược điểm 8PSK - - Ưu điểm: 8PSK có 8bit liệu ký hiệu, có khả có nhiều liệu khoảng thời gian định, giúp truyền tải lượng liệu lớn hơn, đó, đài truyền hình hiệu chi phí để sử dụng điều chế 8PSK 14 - Nhược điểm: Nó có hiệu suất băng thông thấp Dữ liệu nhị phân giải mã cách ước tính trạng thái pha tín hiệu Các thuật tốn phát phục hồi phức tạp Ưu nhược điểm 8QAM - Ưu điểm: điều chế 8QAM cho phép tăng dung lượng bit kênh truyền không làm tăng dải thông kênh truyền Do 8QAM thích hợp cho ứng dụng tốc độ cao Tốc độ điều chế 8QAM cung cấp tốc độ liệu nhanh nhiều mức hiệu suất phổ cao cho hệ - thống; khả phục hồi nhiễu đáng kể Nhược điểm: Khi công suất phát tăng mức điều chế tăng thêm lỗi; tốn lượng 3.2 So sánh 8-PSK 8-QAM - Tín hiệu đầu điều chế 8QAM tín hiệu có biên độ - số, khác với 8PSK tín hiệu có biên độ số Bộ phát 8QAM khơng có đảo kênh C tách sóng tích - kênh Q Ở thu, tín hiệu 8QAM có khả biên độ khả tín hiệu đầu ra, 8PSK có mức PAM điều chế với khả tín - hiệu đầu Góc lệch pha pha liền kề phương pháp điều chế 8PSK nhỏ phương pháp 8QAM nên điều chế pha phương pháp 8PSK có tỉ lệ lỗi bit lớn 15 B Bài tập 16 Hình 11: Bài tập 2, trang 123, sách Hệ thống viễn thông – thầy Vũ Văn Yêm 17 ... 8QAM có khả biên độ khả tín hiệu đầu ra, 8PSK có mức PAM điều chế với khả tín - hiệu đầu Góc lệch pha pha liền kề phương pháp điều chế 8PSK nhỏ phương pháp 8QAM nên điều chế pha phương pháp 8PSK. .. Hồng Nhị Hệ thống thông tin vệ tinh - tập PGS.TS Vũ Văn Yêm Hệ thống thông tin vệ tinh - tập A Lý thuyết Khóa dịch pha mức (8-PSK) 1.1 Bộ phát 8-PSK Hình 4.15 mơ tả sơ đồ khối điều chế 8-PSK Dòng... phát tăng mức điều chế tăng thêm lỗi; tốn lượng 3.2 So sánh 8-PSK 8-QAM - Tín hiệu đầu điều chế 8QAM tín hiệu có biên độ khơng phải - số, khác với 8PSK tín hiệu có biên độ số Bộ phát 8QAM khơng