intTypePromotion=1

Đề tài tiểu luận: Điều chế và giải điều chế BPSK

Chia sẻ: Huỳnh Thị Thùy Dương | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:19

0
258
lượt xem
56
download

Đề tài tiểu luận: Điều chế và giải điều chế BPSK

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giới thiệu sơ lược hệ thống thông tin số, điều chế số, điều chế và giải điều chế BPSK (binary phase shift keying) là những nội dung chính trong bài tiểu luận "Điều chế và giải điều chế BPSK. Với các bạn đang học chuyên ngành Điện - Điện tử thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đề tài tiểu luận: Điều chế và giải điều chế BPSK

  1. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Đề tài tiểu luận : ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BPSK Danh sách thành viên nhóm thực hiện :  Họ và tên  Chức danh  Nhận xét & đánh giá 1. Nguyễn   Thị   Cẩm  Nhóm trưởng Nhung 2. Hoàng Thị Phúc Thành viên 3. Lê Anh Quỳnh  Thành viên 4. Trần Văn Quang Thành viên 5. Triệu Hà Quảng  Thành viên 6. Nguyễn Đức Quốc  Thành viên 7. Nguyễn văn sơn Thành viên Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  1
  2. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK MỤC LỤC  Lời nói đầu Trong  kỹ  thuật  thông  tin  vô  tuyến  điện,  khi  muốn  truyền  thông  tin   đi  xa  người  ta  phải chuyển tần số của tín hiệu tin tức lên một tần số cao   hơn rất nhiều. Phương pháp để  thực hiện chuyển phổ  của tín hiệu tin tức   lên vùng có tần số cao hơn đó là điều chế (điều chế biên độ, điều tần, điều   pha),bằng cách sử  dụng  các mạch trộn tần. Ở  phía máy thu phải có một   quá trình chuyển đổi ngược lại, quá trình đó là tách sóng (giải điều chế). Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  2
  3. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Đó cũng là lý do mà tại sao ngày hôm nay tôi và các bạn cùng nhau thảo   luận về vấn đề  điều chế  và giải điều chế. Hơn thế, trong một khoảng thời   gian cho phép chúng ta không thể  nào trao đổi hết với nhau toàn bộ  kiến   thức về  lĩnh vực này , song hi vọng rằng nó phần nào giúp tôi và các bạn   hiểu hơn về  các vấn đề  xoay quanh bài tiểu luận về  điều chế  và giải điều   chế BPSK và vận dụng nó vào các đề tài khác tương tự và mở rộng!  1. Giới thiệu sơ lược 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  Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  3
  4. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK gồm có 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 , đồng thời 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:                                   Hình 1:  Sơ đồ khối cuả hệ thống thông tin số    Khối mã hóa nguồn :giảm số  bít nhị  phân yêu cầu để  truyền bản tin.Việc  này có thể xem như là loại bỏ các bit dư không cần thiết,giúp cho băng thông   truyền đạt hiệu quả hơn.      Khối mật mã hóa :làm nhiệm vụ mật mã hóa bải tin gốc nhằm mục đích  an ninh.Nó bao gồm cả sự riêng tư và xác thực      Khối mã hóa kênh :làm nhiệm vụ đưa thêm các bit dư vào các tín hiệu số  theo một quy luật nào đó ,nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chí  Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  4
  5. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK sửa 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   thời   gian(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. Điều chế số: 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 )  Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  5
  6. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK 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 . Để hiểu rõ hơn , xem hình minh họa sau : Điều chế số là quá trình một trong ba thông số biên độ, tần số và pha của   sóng 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.  Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  6
  7. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Tại sao phải điều chế số?  ĐCS 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.  Hình 2: mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số Giả sử có 1 sóng mang hình sin: x0(t)=A.cos(+φ) A: biên độ sóng mang =2 : tần số góc của sóng mang f0 : tần số dao động của sóng mang Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  7
  8. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK φ: pha của sóng mang Tùy theo các thông số được sử dụng để mang tin có thể là : biên độ A , tần số  f0  , pha    φ    hay tổ  hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế  khác nhau :  ASK,FSK,PSK,QAM… Điều chế khoá dịch biên độ ASK(Ampitude Shift Keying) : sóng điều biên  được tạo ra bằng cách thay đổi biên độ  sóng mang theo biên độ  tín hiệu  băng gốc. Điều chế  khoá dịch tần số  FSK(Frequency Shift Keying) : sóng điều tần   được tạo ra bằng cách thay đổi tần số  sóng mang theo biên độ  tín hiệu  băng gốc. Điều chế khoá dịch pha PSK(Phase Shift Keying) : sóng điều tần được tạo  ra bằng cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. Điều chế  vừa kết hợp biên độ  và pha hay điều chế  cầu phương QAM   (Quadrature Amplitude Modulation). Giải điều chế số: Giải điều chế là quá trình ngược lại với quá trình điều chế  .Trong quá   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   thông tin cần thiết. 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. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  8
  9. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Khóa dịch pha nhị phân­BPSK,ở  khóa dịch pha nhị phân thì hai pha đầu   ra có thể là với một tần số sóng mang đơn .Trong hai pha đó thì một trong   hai pha tương  ứng với mức logic 1 và một pha tương  ứng với mức logic   0.Nếu như  trạng thái của tín hiệu nhị phân đầu vào có sự  thay đổi thì hai   góc pha  ở  đầu ra cũng biến đổi lệch pha nhau 180 0  .Cũng vì vậy mà tín   hiệu BPSK còn được gọi là khóa đảo pha (PRK­phase reversal keying )   hoặc điều chế nhị pha. Sau đây chúng ta sẽ đi sâu vào chi tiết của vấn đề   cần nghiên cứu. 3. Điều chế và giải điều chế BPSK(binary phase shift keying): Giả sử có sóng mang được biểu diễn: x0(t)=A.cos(+φ) . Biểu thức tín hiệu gốc :s(t) là tín hiệu nhị phân (0,1) hay là chuỗi NRZ . Do đó ta có :  Khi s(t)=0: P(t)= Acos Khi s(t)=1: P(t)=  A.cos(+1800) Đối với khóa dịch pha PSK,thông tin chứa trong pha tức thời của sóng  mang điều chế.Thường thì pha  này được  ấn định và so sánh tương thích  với sóng mang của pha đã biết­PSK kết hợp. Đối với PSK  nhị  phân ,các  trạng thái pha 00 và 1800 sẽ được sử dụng. 3.1.Nguyên tắc khóa dịch pha nhị phân : Nguyên tắc: các tín hiệu nhị phân tác  dụng lên sóng mang làm thay  đổi pha của sóng mang . Cụ thể là : Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  9
  10. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK  Bít 1: pha của sóng mang là 0  Bít 0: pha của sóng mang là 1800 Các giá trị  này có thể  ngược lại nhưng nguyên tắc chung là khi có sự  đảo bít thì pha của sóng mang lệch đi 1800 . Bảng chân lý của tín hiệu điều chế BPSK: Nhị phân đầu vào Pha đầu ra Logic 0 1800 Logic 1 00 Có thể  thấy rõ ràng hơn trong cách biểu diễn trên đồ  thị  thời gian và  trạng thái của tín hiệu BPSK. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  10
  11. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK                                  Hình3:  Đồ thị thời gian và trạng thái  3.2. Quá trình điều chế và giải điều chế BPSK      Điều chế khoá dịch pha nhị phân BPSK:   Với n=2 ,  =, thì ta có kiểu điều chế 2­PSK hay BPSK P(t)= cos(+φ+ s(t) ) Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  11
  12. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 4. sơ đồ khối thực hiện điều chế PSK Phương   pháp   điều   chế   2­PSK   hay   BPSK   (Binary   PSK)   hay   điều   chế  ngược pha PRK (Phase Reversal Keying) được giới thiệu trên hình 4. Sơ đồ tạo  tín hiệu BPSK dạng sin với hai giá trị pha tuỳ thuộc giá trị Data : Khi Data bit = 1, tín hiệu BPSK cùng pha với sóng mang. Khi Data bit = 0, tín hiệu  BPSK ngược pha (1800) với sóng mang. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  12
  13. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 5: Quan hệ pha /thời gian ở đầu ra bộ điều chế BPSK theo tín hiệu   vào  Đó là điều chế, vậy quá trình giải điều chế sẽ được làm rõ cả về phương   pháp và sơ đồ khối thực hiện như sau : Giải điều chế BPSK có thể thực hiện trên sơ đồ  Hình 6. Sơ đồ gồm bộ  tái lập sóng mang và bộ nhân. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  13
  14. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 6. Phương pháp giải điều chế PSK. Bộ giải điều chế BPSK bao gồm : Sơ đồ lấy bình phương ( )2 để chuyển các tín hiệu khác pha về cùng  1 pha. Vòng giữ pha PLL phát lại nhịp với tần số gấp đôi tần số mang Bộ dịch pha   để hiệu chỉnh pha. Bộ chia hai để đưa tần số tín hiệu tái lập về bằng tần số sóng mang. Bộ nhân tín hiệu thực hiện nhân sóng điều chế BPSK với sóng mang  tái lập. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  14
  15. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Giả sử tần số sóng mang là fC,  C = 2 fC, ta có hai trường hợp: Khi tín hiệu BPSK là +sin( t)  ứng với Data bit = 1, sóng mang tái lập là  C sin( C t), sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu . sin( C t) sin( C t) = sin2( t) = ½(1­cos(2  C C t) = ½ ­ ½cos(2 t). C Trong biểu thức trên thành phần thứ hai là xoay chiều, có tần số gấp đôi  tần số sóng mang. Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần   số  sóng mang, có thể  khử  bỏ  thành phần xoay chiều và thế  dương của   thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ  lại sẽ  biểu diễn trạng thái “1” của  Data bit. Khi tín hiệu BPSK là ­sin( Ct) ứng với Data bit =0, sơ đồ nhân sẽ cho tín  hiệu : ­sin( Ct) sin( Ct) = ­sin2( C t) = ­½(1­cos(2  t) = ­½ + ½cos(2 C t). C Trong biểu thức trên thành phần thứ  hai là xoay chiều, có tần số  gấp   đôi tần số  sóng mang.  Khi sử  dụng bộ  lọc thông thấp với tần số  cắt   bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏ thành phần xoay chiều và thế âm  của thành phần một chiều thứ nhất (­1/2)được giữ  lại sẽ  biểu diễn trạng  thái “0” của Data bit. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  15
  16. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK 3.3.Giản đồ  xung tín hiệu điều chế  và giải điều chế  BPSK( mô phỏng   bằng   matlab): Hình 5 Tín hiệu BPSK với tín hiệu điều chế dạng nhị phân : [0 0 1 1 0 0 0 1 1 0   0 ] Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  16
  17. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK Hình 6 Dạng tín hiệu BPSK với tín hiệu dạng nhị phân vào  : [1 0 1 1 0101 1 1  0 ] 3.4. Nhận xét : Sơ đồ  điều chế PSK có độ  phức tạp trung bình, được sử dụng chủ  yếu trong kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp FSK. Phổ   cực   tiểu   của   tín   hiệu   điều   chế   (FW)   bằng   tốc   độ  truyền bit (Fb). Hiệu suất truyền = 1 (xác định bằng (Fb/ FW) = 1). Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  17
  18. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK “Tốc độ  Baud” được định nghĩa như  tốc độ  điều chế  bằng  tốc độ truyền Fb. Kỹ thuật điều chế BPSK mã hóa các bít đơn độc và chúng chỉ có hai  trạng thái đầu ra , ở kỹ  thuật điều chế  số  , người ta thường tận dụng mã  hóa ở mức cao hơn (M>2). Số các trạng thái pha đầu ra là hệ thống M mức  trong đó M=4 tức có 4 trạng thái pha đầu ra, …khi đó:  N=4,8,16,…  N=log2M  Trong đó N: số bít được mã hóa   M : số các trạng thái pha đầu ra với N bit  Ta lại có: B=fb/log2M  Trong đó fb : là tốc độ bít đầu vào(Hz)   B: độ rộng băng tần tối thiểu(bps)   M là số các trạng thái đầu ra . Ứng dụng : Điều chế khóa dịch pha hiện nay được sử dụng rộng dãi trong các   hệ thống thông tin quân sự , thương mại , các hệ thống vi ba số . Phương   thức điều chế  này có thể  xem là một phương thức điều chế  hiệu quả  cho các ứng dụng truyền tin bằng vô tuyến vì nó đảm bảo xác suất lỗi  thấp nhất đối với một mức tín hiệu thu đã định khi đo trên một chu kỳ tín  hiệu. Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  18
  19. September 28, 2010 Điều chế và giải điều chế BPSK 4. Tài liệu tham khảo : 1. Vi ba số _NXB bưu điện­TS Bùi Thiện Minh 2. Bài giảng kỹ thuật thông tin số 3. Digital_Modulation 4.  http://www.mathworks.com  5.  http://sinhvienvt.net  6.  http://en.wikipedia.org/wiki/Phase­shift_keying  Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Ngân  19
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2