Copie y pegue este script de incrustación en el lugar en el que desea incrustar
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIHệ thống thông tin vệ tinhĐỀ TÀI: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 8-PSK VÀ 8-QAMGVHD: TS Lâm Hồng ThạchHà nội, ngày 4 tháng 11 năm 20191MỤC LỤC2PHỤ LỤCI.TÀI LIỆU THAM KHẢO1. PGS.TS Thái Hồng Nhị. Hệ thống thông tin vệ tinh - tập 1.2. PGS.TS Vũ Văn Yêm. Hệ thống thông tin vệ tinh - tập 1.3A. Lý thuyết1. Khóa dịch pha 8 mức [8-PSK]1.1. Bộ phát 8-PSKHình 4.15 mô tả sơ đồ khối một bộ điều chế 8-PSK. Dòng các bit nối tiếp có tốcđộ fb ở đầu vào được đưa đến bộ chia [Splitter] để chuyển thành song song cho 3 kênhđầu ra [Q, I, C]. Tốc độ bit của mỗi một trong 3 kênh này là .Hình 1 - Sơ đồ khối chức năng bộ điều chế 8-PSK [1]Các bit kênh I và kênh C được đưa vào bộ chuyển đổi của kênh chuyển đổi 2mức thành 4 mức. Bốn mức này tương ứng bốn mức điện áp đầu ra thông qua bộDAC, với 2 bộ đầu vào sẽ có 4 khả năng điện áp đầu ra. Thuật toán của bộ DAC kháđơn giản, bit I hoặc bit Q xác định cực của điện áp tín hiệu áp tín hiệu tương tự ở đầura. Như vậy, có hai biên độ và hai cực tạo thành bốn trạng thái khác nhau ở đầu ra.Ở đây tín hiệu và là nghịch đảo của nhau nên ở các đầu ra của bộ kênh chuyểnđổi kênh I và kênh Q không thể có mức biên độ bằng nhau nhưng có thể có cực giốngnhau. Tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi 2 thành 4 mức là một dạng tín hiệu điều chếPAM với M = 4.4Hình 2 - Bảng chân lý và mức tín hiệu của bộ chuyển đổi 2 thành 4 mức của kênhI và kênh Qa] Bảng chân lý kênh I; b] Bảng chân lý kênh Q; c] Các mức tín hiệu PAM [1]Ví dụ 4.7Một nhóm mã tín hiệu đầu vào ba bit là Q = 0; I = 0 và C = 0; [000]. Hãy xác định phađầu ra của bộ điều chế 8-PSK.Giải:Các đầu vào đến N chuyển đổi 2 thành 4 mức của kênh I là I = 0 và C = 0. Từ hình 2có mức đầu ra là -0.541V.Các đầu vào đến bộ chuyển đổi 2 thành 4 mức của kênh Q là Q = 0 và . Từ hình 2 cómức đầu ra là -1.307V.Như vậy 2 đầu vào đến bộ điều chế tích của kênh I là -0.541V và , đầu ra là:2 đầu vào đến bộ điều chế tích của kênh Q là -1.307V và , đầu ra là:Các đầu ra của bộ điều chế tích của kênh I và Q được đưa đến bộ cộng tuyến tính vàđầu ra của bộ cộng tuyến tính là:=Với các nhóm mã ba bit khác thì ta tính toán tương tự. Kết quả được mô tả ở hình 3.5Từ hình 3 thấy rằng, sự cách biệt về góc giữa hai pha cạnh nhau là 45 và các tín hiệuQPSK nằm ở giữa. Như vậy một tín hiệu 8-PSK sẽ có sự cách pha 22.5 trong quá trìnhtruyền dẫn và giá trị đó luôn được duy trì. Các pha có biên độ bằng nhau. Trạng tháicủa mỗi nhóm mã 3bit [thông tin thực] tương ứng với mỗi pha của tín hiệu. Các mức1.307 và 0.541 của tín hiệu PAM là các giá trị tương đối. Mội một mức có thể được sửdụng hoặc bởi giá trị độ dài hoặc bởi tỷ số của chúng là 0.541/1.307 và arctg củachúng là 22.5.Ví dụ, các giá trị của chúng được nhân đôi thì kết quả về các góc pha không thay đổivà giá trị biên độ của các pha cũng tăng theo tỷ lệ.Hình 3 - Bảng chân lí, đồ thị pha và biểu đồ không gian trạng thái của bộ điềuchế 8-PSKa]Bảng chân lý; b] Đồ thị pha; c] Biểu đồ không gian trạng thái [1]6Tại đây ta sử dụng mã Gray cho các chòm sao. Nếu một tín hiệu chịu một sự lệch phatrong quá trình truyền tin thì nó có thể bị lệch đến một pha kế cận. Việc sử dụng mãGray cũng chỉ phát hiện được một bit sai thu được. Hình 4 mô tả quan hệ pha theo thờigian ở đầu ra của bộ điều chế 8-PSK.Hình 4 - Quan hệ pha theo thời gian ở đầu ra của bộ điều chế 8-PSK [1]1.2. Độ rộng dải tần của tín hiệu 8-PSKỞ tín hiệu 8-PSK, dữ liệu được chia thành ba kênh nên tốc độ bit trong các kênhI, Q hoặc C là .7Hình 5 - Độ rộng dải tần của bộ điều chế 8-PSK [1]Hình 5 mô tả quan hệ thời gian bit giữa dữ liệu đầu vào: dữ liệu kênh I, kênh Qvà kênh C: với các tín hiệu PAM của kênh Q và I. Ở đây có thể thấy rằng, tần số cơbản lớn nhất trong kênh I, Q hoăc C là .Ở bộ điều chế 8-PSK có một sự chuyển đổi đồng pha tại đầu ra đối với mỗi mộttrong ba bit đầu vào. Như vậy baud của tín hiệu là và độ rộng dải tần tối thiểu cũngnhư vậy. Các bộ điều chế cân bằng là các bộ điều chế tích cho nên đầu ra của nó là tích8của tín hiệu sóng mang và tín hiệu PAM. Tín hiệu đầu ra đó có thể được biểu thị bởibiểu thức toán học sau:Trong đó:vàX = ±1.307 hoặc ± 0.541như vậy:]tPhổ tần ở đầu ra trải rộng từ đến và độ rộng dải tần là:Ví dụ:Một bộ điều chế 8-PSK có tốc độ dữ liệu đầu vào[fN ]là 10 Mbit/s và tần số songmang là 70 MHz.-Hãy xác định dải tần Nyquist tổi thiểu với cả 2 biên và baud.So sánh kết quả tính được với độ điều chế BPSK và QPSKGiảiTốc độ bit trong các kênh I, Q, C là bằng 1/3 tốc độ bit đầu vào:f bC = fbQ = fbI =10Mbit / s= 3.33Mbit / s39Tốc độ chuyển đổi nhanh nhất và tấn số cơ bản lớn nhất đặc trung cho bộ điều chế cânbằng:fa =ff bCf3,33Mbit / sor bQ or bI == 1, 667Mbit / s2222Sóng đầu ra từ bộ điều chế cân bằng:[ sin 2π f a t ] [ sin 2π fct ] =11cos 2π [ f c − f a ] t − cos 2π [ f c + f a ] t22=11cos 2π [70 − 1.667]MHz]t − cos 2π [70 + 1.667]MHz]t22=11cos 2π [70 − 1.667]MHz]t − cos 2π [70 + 1.667]MHz]t22Độ rộng dải tần Nyquist tổi hiểu là:f N = [71, 667 − 68,333]MHz = 3,333MHzĐộ rộng dải tần tối thiểu của tín hiệu 8-PSK cũng có thể xác định theo:B=f b 10Mbil / s== 3,333MHzN3Giá trị baud bằng giá trị độ rộng dải tần:baud = 3.333 MegabaudPhổ tần ở đầu ra biểu thị như sau:101.3. Bộ thu 8-PSK [1]Hình 6 - Bộ thu tín hiệu 8-PSK [1]Tín hiệu vào là tín hiệu 8-PSK đi qua bộ lọc thông dải đến bộ chia công suấttheo kênh I và kênh Q, sau đó được đưa đến bộ tách sóng tích của kênh I và kênh QBộ hồi phục song mang có nhiệm vụ tạo lại sóng mang như ở phía phát rồi đưađến bộ tách sóng tích của kênh I và kênh Q [lệch 90o]Ở bộ tách sóng tích tín hiệu 8-PSK đã chia được trộn với sóng mang hồi phục.Đầu ra của bộ tách sóng tích là tín hiệu PAM 4 mức.Bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi 1 mức tương tự thành 2 mức sốĐầu ra bộ chuyển đổi A/D của kênh I là các bit I &CĐầu ra bộ chuyển đổi A/D của kênh Q là các bit Q vàMạch logic Q/I/C chuyển đổi các cặp I/C và Q/ thành các bit nối tiếp Q. I, C ởđầu ra của dãy dữ liệu thu.112. Biên độ - pha 8-QAM2.1. Bộ phát 8-QAMSơ đồ khối:Hình 7 - Bộ phát 8-QAMTừ sơ đồ khối ta có thể thấy rằng sự khác nhau giữa mạch điện của bộ phát 8QAM và bộ phát 8-PSK là không có bộ đảo giữa kênh C và bộ tách sóng tích của kênhQ.Ở điều chế 8-QAM, do bit C được cung cấp đồng thời không đảo cho cả hai bộchuyển đổi 2 mức thành 4 mức của kênh I và kênh Q, nên các tín hiệu QPAM là luônluôn bằng nhau. Cực của các tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái logic của các bit 1 và Q,vì vậy chúng có thể khác nhau.I/Q00C01Đầu ra-0.541v-1.037v1101+0.541v+1.037vVí dụ 4.9: Với một mã nhóm 3bit ở đầu vào là Q = 0. 1 = 0 và C = 0: [000].Hãy xác định biên độ và pha ở đầu ra của bộ phát 8-QAM có sơ đồ khối trên:Giải:12-Các đầu vào của bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức của kênh I là: 1 = 0 và C =-0. Theo hàng chân lý thì đầu ra là -0,541 V.Các đầu vào của bộ chuyển đổi 2 mức thành 4 mức của kênh Q là: Q = 0, C = 0.-Cũng theo bảng chân lý thì đầu ra là -0,541 V.Hai đầu vào của bộ điều chế tích kênh 1 là -0,541 và . Đầu ra:I = [-0,541].[] = -0,541Hai đầu vào của bộ điều chế tích kênh Q là -0,541 và . Đầu ra:Q = [-0,541].[] = -0,541Dữ liệu nhị phân đầu vàoQI0000010110101111C01010101Tín hiệu 8-QAM đầu raBiên độ [V]Pha [độ]0,767-1351.848-1350,765-451,848-450,765+1351,848+1350,765+451,848+45Hình 8 - Đồ thị pha và biểu đồ không gian trạng thái [1]Các đầu ra của bộ điều chế tích của kênh I và kênh Q được hỗn hợp trong bộcộng tuyến tính và đầu ra được điều chế của bộ cộng đó là:Đầu ra bộ cộng: -0,541 - 0,541 = 0,765]13Hình 9 - Quan hệ biên độ và pha theo thời gian của tín hiệu 8-QAM [1]2.2. Bộ thu 8-QAMHình 10 - Bộ thu tín hiệu 8-QAM [1]Nguyên lí của bộ thu 8-QAM cũng tương tự với bộ thu 8-PSK, chúng chỉ có sự khácnhau là:Tín hiệu 8-QAM đầu vào có 2 mức biên độ khác nhau.Đầu ra bộ chuyển đổi ADC tại kênh Q của 8-QAM là Q và C3. Ưu nhược điểm và so sánh 8-PSK và 8-QAM3.1. Ưu nhược điểm của 8-PSK và 8-QAMƯu nhược điểm của 8PSK--Ưu điểm: 8PSK có 8bit dữ liệu trên mỗi ký hiệu, do đó có khả năng cónhiều dữ liệu hơn trong một khoảng thời gian nhất định, giúp truyền tảilượng dữ liệu lớn hơn, do đó, các đài truyền hình hiệu quả hơn và chi phíít hơn để sử dụng điều chế 8PSK.14-Nhược điểm: Nó có hiệu suất băng thông thấp hơn. Dữ liệu nhị phân đượcgiải mã bằng cách ước tính trạng thái pha của tín hiệu. Các thuật toán pháthiện và phục hồi là rất phức tạp.Ưu nhược điểm của 8QAM- Ưu điểm: điều chế 8QAM cho phép tăng dung lượng bit kênh truyềnnhưng không làm tăng dải thông của kênh truyền. Do đó 8QAM thích hợpcho các ứng dụng tốc độ cao. Tốc độ điều chế của 8QAM có thể cung cấptốc độ dữ liệu nhanh hơn nhiều và mức hiệu suất phổ cao hơn cho hệ-thống; khả năng phục hồi nhiễu đáng kể.Nhược điểm: Khi cùng công suất phát nếu tăng mức điều chế có thể tăngthêm lỗi; tốn năng lượng.3.2. So sánh 8-PSK và 8-QAM-Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế 8QAM là tín hiệu có biên độ không phải-là hằng số, khác với 8PSK tín hiệu có biên độ là hằng số.Bộ phát của 8QAM không có bộ đảo giữa kênh C và bộ tách sóng tích của-kênh Q.Ở bộ thu, tín hiệu 8QAM có 2 khả năng biên độ và 8 khả năng tín hiệuđầu ra, trong khi 8PSK có 4 mức PAM được điều chế với 8 khả năng tín-hiệu đầu raGóc lệch pha của 2 pha liền kề trong phương pháp điều chế 8PSK là nhỏhơn của phương pháp 8QAM là nên khi điều chế các pha của phươngpháp 8PSK có tỉ lệ lỗi bit lớn hơn.15B. Bài tập16Hình 11: Bài tập 2, trang 123, sách Hệ thống viễn thông – thầy Vũ Văn Yêm.17
Điều chế - Modulator
Điều chế là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hoà làm biến đổi một thông số nào đó [biên độ, tần số hoặc góc pha] của tín hiệu cao tần theo tin tức. Trong trường hợp này, tin tức được gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là sóng mang, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Sóng được điều chế nhằm 2 mục đích:
Xem thêm các bộ điều chế số tín hiệu qam
1. Sóng đã điều chế thỏa mãn điều kiện truyền của môi trường truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc. Sóng truyền được tin tức [thông tin] gọi là sóng mang.
2. Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường.
Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền. Có nhiều phương pháp để điều chế như PSK,ASK, QAM. Và trong bài viết này Công ty AVA Việt Nam xin trình bày về phương pháp điều chế QAM.
QUAM MODULATION - Điều chế QAM.
Định nghĩa QAM - Quadrature Amplitude Modulation
Phương pháp điều chế M QAM là phương pháp nâng cao hiệu quả của một kênh truyền mà không cần tang công suất pháp hay nâng cao độ rộng của băng thông.
Việc điều chế hai thành phần đồng pha và vuông góc một cách độc lập với nhau cho ra một hệ / sơ đồ điều chế mới gọi là điều chế biên độ vuông góc [hay có thể gọi là cầu phương.] M trạng thái [QAM - Quadrature Amplitude Modulation].
Vậy Qam là hệ điều chế với sóng mang bị điều chế cả về biên độ cùng với pha.
Điều chế QAM:
Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với nhau tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ loại này và để cho các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhau thì ta được một sơ đồ điều mới gọi là điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM [điều chế biên độ gốc] . Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn pha. Điều chế QAM là có ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số.
Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức [m-QAM] được xác định như sau:
Trong đó,
E0 : năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất
ai , bi: cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí bản tin. i=1,2…L.
Dạng cơ sở của chùm tín hiệu M – QAM là dạng của hai loại tín hiệu ASK có L trạng thái.
Vậy, tín hiệu Si[t] gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông dọc được điều chế bởi 1 cặp tín hiệu độc lập, rời rạc nên có tên là điều chế biên độ vuông góc.
Có thể phân tích Si[t] thành cặp hàm cơ sở:
Thànhphần đồng pha và vuông pha trong 16-QAM
Chùm tín hiệu của 16-QAM
Sơ đồ điều chế và giải điều chế M-QAM
Hoạt động của bộ điều chế
Bộ phân luồng [demux] chuyển đổi luồng nhị phân b[t] tốc bit Rb=1/Tb đầu vào thành bốn luồng độc lập, trong đó hai bit lẻ được đưa đến bộ chuyển đổi mức ở nhánh trên còn hai bit chẵn được đưa đến bộ chuyển đổi mức nhánhdưới. Tốc độ ký hiệu trong trường hợp này sẽ bằng Rs=Rb/4.
Các bộ biến đổi mức chuyển đổi 2 mức vào L mức [] tạo ra các tín hiệu L mức tương ứng với các đầu vào đồng pha và pha vuông góc.
Sau khi nhân hai tín hiệu L mức với hai sóng mang có pha vuông góc được tạo tử bộ dao động nội phát TLO [Transmitter Local Oscillator] rồi cộng lại ta được tín hiệu M-QAM.
Bộ giải điều chế
Hoạt động của bộ giải điều chế
Tín hiệu thu được đưa lên 2 nhánh đồng pha và vuông pha, sau đó được nhân với 2 hàm trực giao giống phía phát được tạo ra từ bộ dao động nội thu RLO [Receiver Local Oscillator]. Nhờ tính chất trực giao mà ta tách được 2 thành phần tín hiệu.
Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ tương quan lấy mẫu, đánh giá ngưỡng [so sánh với L-1 ngưỡng] để thu được kí hiệu.
Sau cùng hai chuỗi số nhị phân được tách ra nói trên sẽ kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song vào nốí tiếp để khôi phục lại chuỗi nhị phân phía phát [ước tính chuỗi phát ].
Ứng dụng QAM:
Các loại điều chế QAM.
Như với nhiều đề án điều chế kỹ thuật số, biểu đồ chòm sao là một đại diện hữu ích. Trong QAM, các điểm chòm sao này thường được bố trí trong một ô vuông với khoảng cách dọc và ngang bằng nhau, mặc dù cấu hình khác là có thể [ví dụ như Cross-QAM]. Từ trong viễn thông kỹ thuật số dữ liệu thường nhị phân, số lượng các điểm trong lưới điện thường là một sức mạnh của 2 [2, 4, 8 ...]. Kể từ khi QAM thường vuông, một số trong số này là hiếm các hình thức phổ biến nhất là 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM và 256-QAM.
Bằng cách di chuyển đến một chòm sao bậc cao, có thể để truyền tải các bit trên mỗi ký hiệu. Tuy nhiên, nếu năng lượng trung bình của chòm sao này là vẫn như cũ [bằng cách làm một so sánh công bằng], các điểm phải được xích lại gần nhau và do đó dễ bị nhiễu và tham nhũng khác, điều này dẫn đến một tỉ lệ lỗi bit cao hơn và do đó bậc cao QAM có thể cung cấp nhiều dữ liệu hơn ít đáng tin cậy hơn so với dưới để QAM, cho năng lượng liên tục có nghĩa là chòm sao.
Nếu dữ liệu, tỷ giá vượt ra ngoài những người được cung cấp bởi PSK-8 được yêu cầu, nó là nhiều hơn bình thường để di chuyển đến QAM kể từ khi nó đạt được một khoảng cách lớn giữa các điểm lân cận trong mặt phẳng IQ do phân phối các điểm đồng đều hơn. Các yếu tố phức tạp là những điểm không còn tất cả các biên độ như nhau và do đó, bộ giải điều phải bây giờ chính xác phát hiện cả hai pha và biên độ, hơn là chỉ giai đoạn.
64-QAM và 256 QAM-thường được sử dụng trong truyền hình cáp kỹ thuật số và các ứng dụng modem cáp. Tại Hoa Kỳ, 64-QAM và 256-QAM là các đề án điều chế uỷ quyền cho cáp kỹ thuật số [xem QAM tuner] theo tiêu chuẩn của SCTE trong tiêu chuẩn ANSI / SCTE 07 năm 2000. Lưu ý rằng những người tiếp thị nhiều người sẽ tham khảo những lúc QAM-64 và QAM-256. Tại Anh, 16-QAM và 64-QAM hiện đang được sử dụng cho truyền hình mặt đất kỹ thuật số [Freeview và Top Up TV] và 256-QAM được lên kế hoạch cho Freeview-HD.
Hệ thống truyền thông được thiết kế để đạt được mức độ rất cao hiệu quả quang phổ thông thường sử dụng các chòm sao QAM rất dày đặc. Một ví dụ là G.hn ITU-T tiêu chuẩn cho nối mạng thông qua hệ thống dây điện hiện tại nhà [cáp đồng trục, đường dây điện thoại và đường dây điện], trong đó sử dụng các chòm sao lên tới 4096-QAM [12 bit / biểu tượng]. Một ví dụ khác là công nghệ VDSL2 cho cặp đồng xoắn, có chòm sao kích thước lên tới 32768 điểm.
Tổng kết lại
M-QAM là một trong những sơ đồ điều chế M trạnh thái thường được dùng hơn so với sơ đồ 2 trạng thái để truyền số liệu trong kênh băng tần hạn chế.
Việc sử dụng M-QAM sẽ giảm được độ rộng băng tần n= Log2M so với BPSK
Bạn nên dành thời gian xem thêm các bàì viết về điều chế qam tại ĐÂY