Hiệu ứng ổn pha trong hệ thống truyền thông 256-QAM không dây
MỤC LỤC
Khoá dịch chuyển tần số FSK (Frequency Shift Keying)
Điều chế tín hiệu FSK
Điện thế lệch một chiều ở lối ra của bộ so pha theo dừi những sự dịch chuyển tần số này và cho ta hai mức (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK. Bộ giải điều chế PLL được kèm theo một mạch lọc thông thấp để lấy đi những thành phần còn dư của sóng mang và một mạch tạo lại dạng xung để tạo để khôi phục dạng xung chính xác nhất cho tín hiệu điều chế.
Khoá dịch chuyển pha PSK (Phase Shift Keying)
Điều chế 2PSK (BPSK)
Khi truyền thông tin, các bít tín hiệu cần truyền là “0” và “1”, mỗi bít ứng với một trạng thái pha của sóng mang và lệch pha giữa hai bít phải đạt cực đại. Tín hiệu vào ở dạng mã RZ đơn cực, trước khi đưa tới đầu vào của bộ trộn M thì nó được đưa qua bộ chuyển đổi sang mã lưỡng cực (mức -1 ứng với bít.
Giải điều chế 2PSK
Tín hiệu vào ở dạng mã RZ đơn cực, trước khi đưa tới đầu vào của bộ trộn M thì nó được đưa qua bộ chuyển đổi sang mã lưỡng cực (mức -1 ứng với bít. Mã lưỡng cực có hai mức điện áp là dương và âm sẽ tạo ra hai trạng thái pha cho dao động sóng mang 00 và 1800. Ở đầu ra bộ trộn ta được sóng mang đã điều chế 2PSK. Nhìn vào dạng sóng mang 2PSK ta thấy, điều chế pha 2PSK góc lệch pha giữa hai bít là 1800. Ứng với thời điểm chuyển đổi pha luôn có sự chuyển đổi biên độ trong một thời gian ngắn hay dài. Điều biên sinh ra khi thực hiện điều chế pha và điều biên này gọi điều biên ký sinh. sóng mang với tín hiệu điều chế, sau khi qua mạch lọc thông thấp ta thu được tín hiệu dữ liệu. Quá trình giải điều chế gồm hai bước:. - Khôi phục sóng mang. Hình 1.6 Bộ giải điều chế 2PSK Quá trình giải điều chế 2PSK:. Một cách toán học, quá trình điều chế như sau:. sinωct là tín hiệu sóng mang được phát lặp. Khi tín hiệu PSK là +sinωct, bộ giải điều chế cho:. 1) và một thành phần xoay chiều có tần số gấp hai lần tần số sóng mang cos2ωct. Thành phần xoay chiều có thể lọc bằng mạch lọc thông thấp và còn lại thế dương (+. Khi tín hiệu PSK là - sinωct, bộ giải điều chế cho:. 1) và một thành phần xoay chiều có tần số gấp hai lần tần số sóng mang cos2ωct.
Tín hiệu QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Một tín hiệu điều chế biên độ vuông góc QAM (Quadrture-Amplitude- Modulated signal) sử dụng hai sóng mang vuông góc là cos2πƒct và sin2πƒct, mỗi sóng mang được điều chế bởi một chuỗi độc lập các bít thông tin. Điều chế 8PSK cũng đáp ứng khả năng truyền bằng điều chế QAM, nhưng tín hiệu QAM có xác suất lỗi bít ít hơn tín hiệu 8PSK, do trong tín hiệu QAM chỉ sử dụng điều chế 4PSK cần 4 giá trị pha so với điều chế 8PSK cần sử dụng 8 mức pha khác nhau. Có nhiều tập hợp các điểm tín hiệu, và ta xét bốn tập hợp các điểm tín hiệu như trên hình 1.11, tất cả các loại tín hiệu đều có hai mức biên độ và khoảng cách nhỏ nhất giữa hai điểm tín hiệu là 2A.
Mặc dù chúng không phải là tín hiệu QAM với M ≥ 16 tốt nhất, công suất trung bình yêu cầu chỉ lớn hơn một chút so với tín hiệu tối ưu để cho một xác suất xác định sai (với cùng một khoảng cách cực tiểu). Do các tín hiệu trong các thành phần pha vuông góc có thể phân tỏch một cỏch rừ ràng tại bộ giải điều chế, xỏc suất xỏc định sai của tớn hiệu QAM có thể xác định dễ dàng từ xác suất xác định sai của tín hiệu PAM.
ỒN PHA
- Một số nguyên nhân gây ồn pha
(Lối ra của một bộ khuếch đại lý tưởng hạn chế được xác định theo điểm cắt zero của tín hiệu, và vì vậy không bị ảnh hưởng bởi ồn biên độ.) Ồn biên độ cũng bị làm mất đi một vài độ bởi một các bộ trộn sử dụng trong các hệ thống sóng vô tuyến (rađiô). Đa số các phép đo phần ồn pha hai bên dải biên, như cách một bộ dò tìm AM đơn giản kết hợp cả hai dải biên và do đó ồn được đo sẽ sẽ cao hơn khoảng 3dB so với ồn của một dải biên phụ thuộc vào độ liên kết của các dải biên. Sự suy giảm cao nhiều của các hoạ âm này có thể đạt được khi hoạ âm riêng biệt bị triệt tiêu trên một tần số tới hạn như trong độ nhạy của bộ nhận nhưng chú ý phải ngăn ngừa sự phát lại của các hoạ âm không ưa thích khi các tín hiệu của bộ dao động được xử lý bởi các mạch điện của người thiết kế.
Các bộ giải điều chế sử dụng tại bộ thu đã được phân loại kết hợp hay không kết hợp (coherent or non-coherent) phụ thuộc vào chúng sử dụng sóng mang hay khộng và nếu lý tưởng là có pha và tần số bằng với pha và tần số tại bộ truyền, để giải điều chế tín hiệu tại bộ thu. Không để ý đến các ảnh hưởng đã xác định và loại bỏ sự trôi tần số thì mật độ phổ công suất của φj(t) gồm 5 thành phần như sau:. tần số ồn rung tần số ngẫu ồn rung ồn pha trắng ngẫu nhiên tần số nhiên hoặc ồn pha. Một hệ thống đơn giản thường sử dụng được cho bởi phương trình sau:. dBc là dB carrier, đó là nó trình bày công suất trạng thái của ồn pha, viết tắt. Additive noise and interference. là dB với chú ý là công suất trạng thái của tín hiệu mong muốn đã nhận trong dải thông. Hình 2.3 Mô hình đơn giản của phổ công suất ồn pha. 2.5 Hiệu ứng ồn pha trong hệ thống QAM. Những dịch nhỏ theo vị trí những điểm trên giản đồ chòm sao có thể chỉ ra BER của tín hiệu được giải điều chế. Hình 2.3a trình bày sự khác nhau giữa giản đồ chòm sao 16-QAM lý tưởng, và giản đồ chòm sao bị những ảnh hưởng ồn pha nhỏ trong hình 2.3 b. Thật vậy, với tín hiệu QAM mức nhỏ, xác suất gây ồn pha là rất bé vì muốn xảy ra hiện tượng nhiễu pha, thì góc pha phải dịch đi một góc khá lớn, điều này là rất khó khăn. Còn với tín hiệu QAM mức cao, thì chỉ cần dịch pha đi một góc nhỏ cũng đã có thể gây ra hiện tượng ồn pha. Chòm sao 16-QAM lý tưởng. Chòm sao QAM 16 với sự biến động tạp pha. Ồn pha ở một mức chấp nhận được với QPSK có thể gây ra những vấn đề khi việc sử dụng sơ đồ điều biến cao hơn. Chú ý rằng với 16-QAM, những điểm trong giản đồ chũm sao tốt trong cỏc vựng quyết định, trong khi 64-QAM chỉ rừ rằng những lỗi quyết định được gây ra bởi chỉ những ồn nhỏ.).
MÔ PHỎNG
Cấu trúc, chức năng và hoạt động các khối
Trong trường hợp lối vào là các bít dựa trên nguyên tắc lấy mẫu thì thời gian lấy mẫu lối ra bằng chu kỳ một kí hiệu chia cho số mẫu của một kí hiệu. Trong trường hợp lối vào là các bít dựa trên nguyên tắc lấy mẫu thì thời gian lấy mẫu lối vào bằng chu kỳ một kí hiệu chia cho số mẫu của một kí hiệu. Có thể xác định sự khác nhau của bộ tạo nhiễu bởi kênh AWGN tỷ số tín hiệu trên ồn Eb/N0 và Eb/N0 với tín hiệu lần lượt là bít và là symbol, hay tỷ lệ tín trên tạp SNR.
Ta sẽ minh hoạ giản đồ chòm sao trong trường hợp không có nhiễu, trường hợp chỉ có dịch tần mà không có dịch pha và trường hợp chỉ có dịch pha mà không có dịch tần. Nếu thiết lập Phase offset (deg) là 0 và Frequency offset (Hz) là 2 nghĩa là không có dịch pha mà chỉ có dịch tần thì góc quay của các điểm trên giản đồ chòm sao thay đổi một cách tuyến tính. Nó tính tỷ lệ lỗi dưới dạng những con số thay đổi liên tục, bằng cách chia tổng số cặp dữ liệu không bằng nhau cho tổng số dữ liệu lối vào của nguồn.
Giản đồ chòm sao mô tả sự phân bố của các điểm một cách rời rạc theo thời gian của một tín hiệu điều chế, thể hiện ra các đặc điểm như hình dạng xung hoặc sự méo của tín hiệu.
MÔ PHỎNG
Mặc dù ảnh hưởng của nhiễu này chưa làm cho các điểm trong giản đồ chòm sao lẫn vào nhau xong nó cũng gây ảnh hưởng đến quá trình truyền của hệ thống. Ta sử dụng công cụ bertool trong MATLAB 7.0, sử dụng mô phỏng Monte Carlo để mô phỏng hiệu ứng ồn pha trong hệ thống 256-QAM. Sau đó ta chọn sơ đồ phasenoise_sim theo đường dẫn sau: Blocksets/Communications/Channel Models and Impairments/Phase Noise Effect in 256-QAM và kích đúp vào open this model.
Kích đúp chuột vào khối Error Rate Calculation sau đó chọn stop simulation và thiết lập thông số Target Number of Errors là maxNumErrs, thông số Maxnumber of Symbols là maxNumBits rồi ấn OK. Ta thấy đường mô phỏng Monte Carlo và đường lý thuyết khác xa nhau, điều này chứng tỏ sự sai khác gây ra do ồn pha là rất lớn.