Báo cáo điều chế và giải điều chế QPSK

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN MÔN TRUYỀN SỐ LIỆU “ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QPSK (4PSK) (có nhiễu)” Hà Nội 1/2014 Hà Nội 1/2014 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.S Tống Văn Luyên SINH VIEN THỰC HIỆN : Nguyễn Đình Quyết Trần Đình Sơn Trịnh Hoàng Trung LỚP : DHCNKT Điện Tử 4- k5 HỆ : Đại học BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN SỐ LIỆU ( Điều chế và giải điều chế QPSK (có nhiễu)) STT Họ và tên sinh viên Lớp/Khóa Khoa 1 Nguyễn Đình Quyết DT4_k5 Điện Tử 2 Trần Đình Sơn DT4_k5 Điện Tử 3 Trịnh Hoàng Trung DT4_k5 Điện Tử Giáo viên hướng dẫn : Th.S Tống Văn Luyên NỘI DUNG 1. Điều chế và giải điều chế QPSK . Yêu cầu: - Mô tả sơ lược về nguyên lý điều chế và giải điều chế - Trình bày về điều chế và giải điều chế QPSK - Trình bày cơ sở toán học và mô phỏng điều chế và giải điều chế QPSK 2. Viết báo cáo về nội dung bài tập lớn. Yêu cầu: - Số trang: Từ 20 đến 30 trang giấy khổ A4. - Nội dung báo cáo gồm 3 phần: + Phần 1: Cơ sở lý thuyết: Trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan tới sản phẩm + Phần 2: Nội dung: Trình bày trình tự và nội dung thiết kế + Phần 3: Kết luận: Đánh giá các ưu, nhược điểm, tính thực tế của sản phẩm đã thiết kế và hướng cải tiến, phát triển. Phần Thuyết Minh Đại diện nhóm vận hành và thuyết minh sản phẩm. - 02 giảng viên chuyên môn chất vấn và chấm điểm từng sinh viên trong nhóm. Thời gian tối đa (dành cho hỏi và trả lời): 10 phút/1 sinh viên. Ngày giao đề : …………………………………. Ngày hoàn thành : …………………………………. TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Tổng quát về chuyên đề: 1. Tổng quan về hệ thống thông tin số 2. Nguyên lý điều chế số và giải điều chế 3. Phương thức điều chế số và giải điều chế QPSK (có nhiễu) 4. Cơ sở toán học ,đoạn mã chương trình mô phỏng,hình mô phỏng Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011 Giảng viên đọc duyệt LỜI GIỚI THIỆU Trong bài tập này chúng em viết đoạn chương trình dùng MatLab để mô phỏng điều chế và giải điều khóa dịch pha QPSK. Nội dung bài gồm các phần sau: 1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống thông tin số 2. Nguyên lý điều chế số và giải điều chế 3. Phương thức điều chế số và giải điều chế QPSK 4. Cơ sở toán học ,đoạn mã chương trình mô phỏng,hình mô phỏng Với thời gian và kiến thức có hạn, trong quá tìm hiểu và trình bày, dù đã cố gắng nhưng sẽ không tránh được thiếu sót, em rất mong nhận được đóng góp ý kiến của thầy để những chuyên đề sau Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy – Th.S Tống Văn Luyên đã giảng dạy, cung cấp tài liệu và hướng dẫn em hoàn thành chuyên đề này. Rất mong góp ý, hướng dẫn của thầy. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày …. tháng 1 năm 2014 Học viên thực hiện Nguyễn Đình Quyết Trần Đình Sơn Trịnh Hoàng Trung Chương trình mô phỏng điều chế khóa dịch pha 4PSK 1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Hệ thống thông tin là hệ thống được xây dựng nên nhằm mục đích truyền tin tức từ bên phát đến bên thu. Một hệ thống thông tin tổng quát gồm 3 khâu chính : nguồn tin ,kênh tin, và nhận tin . Nguồn tin là nơi sản sinh ra hay chứa các tin cần truyền đi.Kênh tin là môi trường truyền lan thông tin , đồngthời cũng sản sinh ra nhiễu phá hủy tin. Nhận tin là cơ cấu khôi phục lại thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy ra ở đầu ra của kênh tin. Hầu hết các tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số là tín hiệu tương tự.Ta có sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin số đầy đủ là: Khối mã hóa nguồn:giảm số bít nhị phân yêu cầu để truyền bản tin.Việc nàycó thể xem như là loại bỏ các bit dư không cần thiết,giúp cho băng thông truyềnđạt hiệu quả hơn. Khối mật mã hóa:làm nhiệm vụ mật mã hóa bải tin gốc nhằm mục đích anninh.Nó bao gồm cả sự riêng tư và xác thực Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Khối mã hóa kênh:làm nhiệm vụ đưa thêm các bit dư vào các tín hiệu sốtheo một quy luật nào đó ,nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chísửa lỗi xảy ra trên kênh truyền.Việc này chính là mã hóa điều khiển lỗi,về quan điểm tin tức ,là tăng thêm độ dư. Giải mã hóa nguồn , giải mật mã và giải mã hóa kênh được thực hiện ở bộ thu, các quá trình này ngược lại với quá trình mã hóa bên phát. Khối ghép kênh có thể giúp cho nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung như là cáp , đường truyền vô tuyến…Trong thông tin số,kiểu ghép kênh thường là ghép kênh phân chia theo thờigian (TDM) ,sắp xếp các từ mã PCM nhánh vào trong một khung TDM.Tốc độ ghép kênh sẽ gấp N lần tốc độ bt của tín hiệu PCM nhánh .Khối tách kênh bên thu phân chia dòng bit thu thành các tín hiệu PCM nhánh. Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số có thể truyền đi qua một phương tiện vật lý cụ thể theo một tốc độ cho trước , với mức độ méo chấp nhận được ,yêu cầu một băng thông tần số cho phép.Khối điều chế có thể thay đổi dạng xung ,dịch chuyển phổ tần số của tín hiệu đến một băng thông khác phù hợp. Khối đa truy cập liên quan đến các kỹ thuật hoặc nguyên tắc nào đó ,cho phép nhiều cặp thu phát cùng chia sẻ một phương tiện chung .Chia sẻ tài nguyên thông tin hạn chế của các phương tiện truyền dẫn. 2. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ SỐ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ Điều chế ( modulation) là làm biến đổi một tín hiệu theo một tín hiệu điều khiển khác .Cụ thể là, tín hiệu bị biến đổi gọi là sóng mang (hay tín hiệu mang tin tức).Tín hiệu điều khiển sóng mang (gây ra sự biến đổi ) gọi là tín hiệu mang tin (hay còn gọi là tin tức). Có thể định nghĩa lại là điều chế là quá trình làm thay đổi các thông số của sóng mang theo tín hiệu mang tin . Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Điều chế số là quá trình một trong ba thông số biên độ, tần số và pha của són g mang được thay đổi theo tín hiệu (hay luồng số) đưa vào điều chế để thông tin của sóng mang phù hợp với đường truyền. - Điều chế số làm giảm băng thông nên có hiệu quả sử dụng phổ cao (giảm băng thông, tăng số lượng kênh thông tin được ghép vào luồng băng gốc số). - Phù hợp với các hệ thống đòi hỏi hiệu quả phổ lớn nhờ điều chế nhiều mức. Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Giả sử có 1 sóng mang hình sin: Sóng mang hình sine có dạng: x(t) = A cos(2πfct + þ) Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin:là biên độ (A), tần số (fc) và góc pha (þ). Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số của sóng mang để có các phương pháp điều chế tương ứng. Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết hợp. Giải điều chế là q trình ngược lại với q trình điều chế .Trong q trình thu được có một trong các tham số : biên độ, tần số,pha của tín hiệu sóng mang được biến đổi theo tín hiệu điều chế và tùy theo phương thức điều chế mà ta có được các phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thơng tin cần thiết. Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Như vậy điều chế và giải điều chế là khâu không thể thiếu trong một hệ thống thông tin số.Trong bài tiểu luận này , nhóm xin được trình bày kiến thức mà nhóm đã thu được sau một thời gian tìm hiểu về đề tài 3. CÁC PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ SỐ Có các phương thức điều chế số sau:  Amplitude-shift keying (ASK): điều chế khóa dịch biên độ  Frequency-shift keying (FSK) : điều chế khóa dịch tần số  Phase-shift keying (PSK) : điều chế khóa dịch pha  Quadrature Amplitude Modulation (QAM): điều chế biên độ cầu phương, đây là phương pháp kết hợp giữa ASK và PSK Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK 4. PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QPSK (có nhiễu) 4.1.Nhiễu trắng 4.1.1 Khái niệm về nhiễu trắng (White noise ) Nhiễu trắng là quá trình xác suất có mật độ phổ công suất phẳng (không đổi) trên toàn bộ dải tần Nhiễu trắng là loại nhiễu có hàm mật độ xác xuất phân bố theo hàm Gauss Nhiễu trắng có thể do nhiều nguồn khác nhau gây ra như thời tiết, do bộ khuếch đại ở máy thu, do nhiệt độ, do con người. Tín hiệu thu do vậy đc viết lại như sau : 4.1.1.2 Các phép biểu diễn toán học của nhiễu trắng Trang [...]... 9.9 Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Chuỗi bit ngỏ vào được tách thành 2 chuỗi bit song song Nếu 1 bit vào kênh I, bit khác nào kênh Q, các bit kênh I được điều chế cùng pha với dao dộng nội (I nghóa là Im phase) Các bit kênh Q điều chế bởi sóng mang dòch pha 90 o so với dao động nội (Q nghóa là Quarature) QPSK gồm 2 BPSK mắc tổ hợp song song Hai trạng thái pha ngỏ ra bộ điều chế cân... điều chế 4PSK như sau: Si(t) = cos[2πfct + ] Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK 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. .. in present of additive noise'); Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK %Function of demodulation pqsk function y=cha(SNR_db,S,x) Es=var(S); Eb=Es/2; N_0=Eb/10^(SNR_db/10); N0=sqrt(N_0/2)*(randn(size(S))+j*randn(size(S))); NS=S+N0; theta_m=[pi/4,3*pi/4,5*pi/4,7*pi/4]; S_m=exp(j*theta_m); for i=1:length(S) Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK d=abs(S_m-NS(i)); md=min(abs(S_m-NS(i)));... end end y=c; %Main program Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK clear all; load ex5_1 S x; SNR_db=0:2:8; for i=1:length(SNR_db) c(i)=cha(SNR_db(i),S,x); end BEP=c/length(x); semilogy(SNR_db,BEP,'. ') title( 'the bit error probability' ); xlabel( 'SRN in dB' ); ylabel( 'P_b' ); legend( 'P_b' ); save ex6_1 c BEP; Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn... băng tần nào đó Do vậy mật độ phổ cơng suất cũng bị giới hạn Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Ta có tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR = Ps/Pn Với Ps là cơng suất tín hiệu có ích, P n cơng suất của tạp âm Tỷ số này quyết định chất lượng tín hiệu và dung lượng kênh 4.2 Cơ sở tốn học của điều chế QPSK PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đối theo tín hiệu... Q I 90o cosωct -sinωct + cosωct Q channel Bal dem LPF Hình 9.11 Ngõ ra bộ giải điều chế kênh I = (sinωct) (- sinωct + cosωct) Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK 1 1 1 I = − Vdc + cos 2ωc t + sin ωc t − 0 2 2       2     Loại khỏi LPF 1 2 Sau LPF còn lại - Vdc (logic 0) Tương tự,ngỏ ra bộ giải điều chế kênh Q = (cosωct) (- sinωct + cosωct) 1 1 1 Q = + Vdc + cos 2ωc t − sin... 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 khơng gian tín hiệu 4PSK Cặp bit Pha của tín hiệu 4PSK Tọa độ của các điểm bản tin Si1 11 π/4 01 3π/4 00 5π/4 10 Si2 7π/4 Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu 4PSK được đặc trưng bởi khơng gian 2 chiều và bốn điểm bản tin như hình... định nghĩa như sau: Trang Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Ø1(t) = cos(2πfct) và 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) Các phần tử của các Vectơ tín hiệu là S i1 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.. .Điều chế và giải điều chế khóa dịch pha QPSK Về mặt tốn học nguồn nhiễu trắng n(t) có thể mơ hình bằng 1 biến xác xuất Gauss với giá trị kì vọng µ= 0 và độ lệch chuẩn σ µ = E[x] = 0 σ 2 = E[(x-µ) 2] Nhiễu trắng có cơng suất khơng đổi σ 4.1.1.3Phổ cơng suất của nhiễu trắng có băng tần giới hạn Về mặt lý thuyết nhiễu trắng có băng tần vơ hạn và cơng suất nhiễu là đều đặn... thái pha ngỏ ra bộ điều chế cân bằng I (+ sinωct) và 2 trạng thái pha ngỏ ra bộ điều chế cân bằng Q (± cosωct) đến bộ cộng tuyến tính, tạo nên 4 tổ hợp pha ngỏ ra tương ứng với các trạng thái (+ sinωct + cosωct), (+ sinωct - cosωct), (- sinωct + cosωct), (- sinωct - cosωct) Các pha đó dòch pha 90o Giải điều chế QPSK I channel -sinωct + cosωct Input QPSK BPF Power splitter Bal dem Carrier recovery sinωct . DUNG 1. Điều chế và giải điều chế QPSK . Yêu cầu: - Mô tả sơ lược về nguyên lý điều chế và giải điều chế - Trình bày về điều chế và giải điều chế QPSK. hệ thống thông tin số 2. Nguyên lý điều chế số và giải điều chế 3. Phương thức điều chế số và giải điều chế QPSK (có nhiễu) 4. Cơ sở toán học ,đoạn mã