intTypePromotion=1

Nghiên cứu các phương pháp đồng bộ trong máy thu điều chế số trên công nghệ FPGA

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

0
18
lượt xem
4
download

Nghiên cứu các phương pháp đồng bộ trong máy thu điều chế số trên công nghệ FPGA

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

Bài báo trình bày các phương pháp đồng bộ trong máy thu điều chế số và ứng dụng trên công nghệ FPGA. Trong đó, tập trung vào đồng bộ sóng mang và đồng bộ xung đồng hồ trong máy thu điều chế số, vị trí và các phương pháp thực hiện. Kết quả đạt được là xây dựng được các mạch điều chế và giải điều chế số, đồng bộ sóng mang và đồng bộ xung đồng hồ trên nền phần mềm và phần cứng FPGA với tín hiệu BPSK, QPSK, 16-QAM, khảo sát ảnh hưởng của các tham số tới chất lượng của mạch đồng bộ sóng mang và đồng bộ xung đồng hồ qua đường cong xác suất lỗi bit (BER).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu các phương pháp đồng bộ trong máy thu điều chế số trên công nghệ FPGA

  1. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh NGHI£N CøU C¸C PH¦¥NG PH¸P §ång bé trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè trªn c«ng nghÖ FPGA L£ H¶I NAM, NGUYÔN H÷U THä Tãm t¾t: Bµi b¸o tr×nh bµy c¸c ph­¬ng ph¸p ®ång bé trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè vµ øng dông trªn c«ng nghÖ FPGA. Trong ®ã, tËp trung vµo ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè, vÞ trÝ vµ c¸c ph­¬ng ph¸p thùc hiÖn. KÕt qu¶ ®¹t ®­îc lµ x©y dùng ®­îc c¸c m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè, ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå trªn nÒn phÇn mÒm vµ phÇn cøng FPGA víi tÝn hiÖu BPSK, QPSK, 16-QAM, kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña c¸c tham sè tíi chÊt l­îng cña m¹ch ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå qua ®­êng cong x¸c suÊt lçi bit (BER). Tõ khãa: SDR, FPGA, BPSK, QPSK, 16-QAM, §ång bé sãng mang, §ång bé xung ®ång hå. 1. §ÆT VÊN §Ò Trong c¸c hệ thống th«ng tin kh«ng d©y do m¸y thu và m¸y ph¸t được dïng ở những vị trÝ độc lập nhau, kết hợp với sự kh«ng đồng nhất của kªnh v« tuyến và ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler do sù di chuyển của thiết bị làm cho tÝn hiệu ph¸t thay đổi, trong khi đã, c¸c mạch lọc thu và ph¸t được thiết kế cố định nªn sẽ dẫn đến tÝn hiệu thu kh«ng phối hợp hoàn toàn với mạch lọc, g©y nªn sự thay đổi của miền quyết định. Điều này là đặc biệt nghiªm trọng với m¸y thu kết hợp. V× vậy, c¸c m¸y thu kết hợp yªu cầu tÝn hiệu tham chiếu tại m¸y thu phải được đồng bộ về pha và tần số với tÝn hiệu thu được. Mặt kh¸c, bªn thu kh«ng thể biết chÝnh x¸c được tÝn hiệu mà ta cần thu khi nào đến, do vậy điều quan trọng ta cần phải x¸c định được là: tần số lấy mẫu là bao nhiªu và lấy mẫu ở đ©u trong chu kỳ của symbol đã để cã kết quả chÝnh x¸c nhất. V× vậy, mạch kh«i phục xung đồng hồ được thực hiện để điều chỉnh tần số lấy mẫu và pha lấy mẫu để đảm bảo m¸y thu sẽ quyết định chÝnh x¸c nhất symbol nào đ· được ph¸t đi ở bªn ph¸t. ChÝnh v× vËy, ®ång bé trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc quan träng, ®ãng vai trß then chèt trong viÖc quyÕt ®Þnh thu ®óng hoÆc sai tÝn hiÖu cña m¸y thu sè. C¸c m¹ch thùc hiÖn chøc n¨ng ®ång bé ®Æc tr­ng cho møc ®é phøc t¹p cña thiÕt bÞ v× vËy nã ¶nh h­ëng lín tíi gi¸ thµnh cña m¸y thu sè. Ngay tõ khi m¸y thu ®iÒu chÕ sè ra ®êi th× c¸c nhµ khoa häc ®· tËp trung vµo nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå. §Õn nay, viÖc nghiªn cøu lý thuyÕt víi vÊn ®Ò nµy ®· c¬ b¶n hoµn thiÖn, trong khi ®ã víi sù ra ®êi cña c«ng nghÖ FPGA - lµ c¬ së ®Ó x©y dùng c¸c m¸y thu ph¸t v« tuyÕn cÊu h×nh mÒn (SDR) th× mäi nghiªn cøu b©y giê tËp trung vµo c¸c gi¶i ph¸p thùc hiÖn chóng trªn phÇn cøng FPGA. Víi mçi c«ng ty, mçi h·ng kh¸c nhau sÏ cã nh÷ng gi¶i ph¸p thùc hiÖn kh¸c nhau, tuy nhiªn c¸c gi¶i ph¸p nµy kh«ng ®­îc c«ng bè réng r·i. C«ng tr×nh nghiªn cøu [4] tr×nh bµy vÒ kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå sö dông FPGA trong v« tuyÕn cÊu h×nh mÒm nh­ng m« h×nh ®­a ra l¹i trªn Matlab-Simulink, viÖc tr×nh bµy vÒ kh«i phôc xung ®ång hå vµ thùc hiÖn trªn FPGA rÊt s¬ sµi, kh«ng cã gi¶i ph¸p thùc hiÖn cô thÓ. C«ng tr×nh nghiªn cøu [3] tr×nh bµy kü h¬n vÒ thùc hiÖn ®ång bé sãng mang trªn FPGA cho tÝn hiÖu ®iÒu chÕ 16-QAM nh­ng kh«ng tr×nh bµy vÒ viÖc thùc hiÖn ®ång bé xung ®ång hå. C«ng tr×nh nghiªn cøu [5] chØ tr×nh bµy vÒ x©y dùng m¸y thu, m¸y ph¸t 16-QAM trªn FPGA mét c¸ch tæng qu¸t. H¬n n÷a c¸c nghiªn cøu nµy ch­a ®Ò cËp vµ ®¸nh gi¸ vÒ tØ lÖ lçi bit ë ®Çu ra m¸y thu. ChÝnh v× vËy, bµi b¸o tËp trung vµo nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p ®ång bé sãng mang, ®ång bé xung ®ång hå vµ x©y dùng c¸c m¹ch ®iÒu chÕ, gi¶i ®iÒu chÕ cho tÝn hiÖu BPSK, QPSK, 16-QAM trªn FPGA, kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña c¸c tham sè tíi chÊt l­îng cña c¸c m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå qua ®­êng cong x¸c suÊt lçi bit, qua ®ã b­íc ®Çu lµm chñ vÒ mÆt c«ng nghÖ trong thiÕt kÕ 62 L.H.Nam, N.H.Thä, “Nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p… c«ng nghÖ FPGA.”
  2. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ c¸c m¸y thu ph¸t v« tuyÕn cÊu h×nh mÒm, lµm tiÒn ®Ò vµ c¬ së cho c¸c nghiªn cøu tiÕp theo ®Ó x©y dùng m¸y thu ph¸t v« tuyÕn cÊu h×nh mÒm trªn nÒn c«ng nghÖ FPGA. 2. §ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè VÞ trÝ cña m¹ch ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1. H×nh 1. VÞ trÝ m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå trong m¸y thu sè. Tõ h×nh 1,ta thấy rằng tÝn hiệu thu được t¹i m¸y thu đầu tiªn được giải điều chế phối hợp khi nh©n nã với tÝn hiệu tạo ra từ bộ kh«i phục sãng mang và được lọc th«ng thấp để kh«i phục c¸c tÝn hiệu băng gốc trªn c¸c kªnh đồng pha và vu«ng pha. Bước tiếp theo cần thực hiện là lấy mẫu c¸c tÝn hiệu bản tin với tốc độ symbol và quyết định symbol nào đ· được nhËn. 2.1. §ång bé sãng mang §ång bé sãng mang ®­îc gi¶i quyÕt b»ng mét bé PLL ®Ó t¹o ra mét sãng h×nh sin khãa pha víi tÝn hiÖu h×nh sin bªn ngoµi kh«ng biÕt tr­íc vÒ tÇn sè vµ pha. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña PLL gåm mét bé t¸ch sãng pha, mét bé läc vßng vµ mét bé t¹o dao ®éng ®iÒu khiÓn sè nh­ chØ ra trªn h×nh 2. Sai pha  (t ) §Çu ra läc vßng Bé läc Bé läc  loop (t ) TÝn hiÖu thu th«ng d¶i vßng ®­îc x(t) TÝn hiÖu néi t¹i y(t) NCO H×nh 2. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña bé PLL. Nguyªn lý lµm viÖc cña PLL nh­ sau: - TÝn hiÖu x(t) lµ mét tÝn hiÖu h×nh sin ë bªn ngoµi m¸y thu: ( )= ( ) víi ( ) = + , nh­ vËy x(t) cã tÇn sè vµ pha . - PLL t¹o ra mét h×nh néi t¹i y(t), ( ) = ( ( )) víi ( )= + . - NhiÖm vô cña PLL lµ ®iÒu chØnh ( ) sao cho = vµ = . Khi tháa m·n hai ®iÒu kiÖn nµy th× tÝn hiÖu h×nh sin néi t¹i ®­îc khãa víi tÝn hiÖu h×nh sin bªn ngoµi. Cã ba ph­¬ng ph¸p kh«i phôc sãng mang chñ yÕu lµ: (1) göi kÌm theo tÝn hiÖu ph¸t mét tÝn hiÖu sãng mang pilot, (2) Kh«i phôc sãng mang b»ng vßng lÆp lòy thõa bËc M, (3) Kh«i phôc sãng mang b»ng vßng lÆp Costas. Tuy nhiªn trong thùc tÕ th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p 3. Mét vßng lÆp Costas kh«i phôc sãng mang cho tÝn hiÖu QPSK nh­ h×nh 3. T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 63
  3. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh  I  t  cos  Q  t  sin      I t   cos (2 f ct   ) I  t  Q  t  cos - sin r (t) Ksin 2sin   I  t  Q  t  cos  sin 2  sin(2 f ct   )   Q t   I  t  sin  Q  t  cos     H×nh 3. Kh«i phôc sãng mang b»ng vßng lÆp Costas cho QPSK. 2.2. §ång bé xung ®ång hå CÊu tróc phæ biÕn cña vßng lÆp kh«i phôc xung ®ång hå nh­ trªn h×nh 4. H×nh 4. CÊu tróc vßng lÆp kh«i phôc xung ®ång hå. Môc ®Ých cña vßng lÆp kh«i phôc xung ®ång hå lµ ®iÒu chØnh tÇn sè lÊy mÉu vµ pha lÊy mÉu ®Ó lÊy mÉu ®Çu ra bé läc phèi hîp t¹i c¸c ®Ønh cña nã, ®¶m b¶o cho lçi ®Þnh thêi lµ nhá nhÊt. Mçi ph­¬ng ph¸p tÝnh lçi ®Þnh thêi t­¬ng øng víi mét ph­¬ng ph¸p kh«i phôc xung ®ång hå, cã 3 ph­¬ng ph¸p kh«i phôc xung ®ång hå chÝnh: - ThuËt to¸n cæng sím muén: ThuËt to¸n kh«i phôc xung ®ång hå cæng sím muén tÝnh lçi cña nã b»ng c¸ch sö dông c¸c mÉu sím vµ muén so s¸nh víi ®iÓm lÊy mÉu lý t­ëng. ViÖc tÝnh to¸n lçi nµy cÇn cã Ýt nhÊt 3 mÉu trªn mét H×nh 5. Ph­¬ng ph¸p tÝnh lçi thuËt to¸n symbol nh­ trªn h×nh 5. cæng sím muén. Lỗi timing được tÝnh theo c«ng thức: = − (1) trong ®ã, lµ biªn ®é cña mÉu sím, lµ biªn ®é cña mÉu muén, c¸c mẫu sớm và muộn cã biªn độ kh¸c nhau. Sự kh¸c nhau về biªn độ được dïng để điều khiển lỗi cho vßng lặp kh«i phục xung ®ång hå. Khi vßng lặp kh«i phục xung ®ång hå hội tụ th× c¸c mẫu sớm và mẫu muộn sẽ cã biªn độ bằng nhau. - ThuËt to¸n Mueller vµ Muller: ThuËt to¸n Mueller and Muller chØ yªu cÇu mét mÉu trªn mét symbol. Lçi timing được tÝnh theo c«ng thức sau: =( )−( ) (2) trong đã yn là mẫu của symbol hiện tại và yn-1 là mẫu của symbol trước đã. Bộ quyết định cho ra c¸c đầu ra tương ứng của mẫu hiện tại và mẫu trước đã là và . VÝ dụ về việc tÝnh gi¸ trị 64 L.H.Nam, N.H.Thä, “Nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p… c«ng nghÖ FPGA.”
  4. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ lỗi timing theo thuật to¸n Mueller and Muller cho c¸c trường hợp độ lệch định thời kh¸c nhau được thể hiện trªn h×nh 6(a), h×nh 6(b) và h×nh 6(c). t H×nh 6a. §Þnh thêi ®óng: en = (-0.8 . 1) - (-1 . 0.5) = -0.3. t t H×nh 6b. §Þnh thêi sím: H×nh 6c. §Þnh thêi muén: en = (-1 . 1) - (-1 . 1) = 0. en = (-0.5 . 1) - (-1 . 0.8) = 0.3. - ThuËt to¸n Gardner: ThuËt to¸n nµy dïng 2 mÉu trªn mét symbol vµ cã ­u ®iÓm lµ Ýt nh¹y c¶m víi ®é lÖch sãng mang. ThuËt to¸n Gardner tÝnh lçi theo biÓu thøc sau: =( − ). (3) Trong ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÉu yn vµ yn-2 lµ T gi©y, vµ kho¶ng c¸ch gi÷a yn vµ yn-1 lµ T/2 gi©y. VÝ dụ về việc tÝnh gi¸ trị lỗi timing theo thuật to¸n Gardner cho c¸c trường hợp lÊy mÉu ®óng, sím vµ muén được thể hiện trªn h×nh 7(a), h×nh 7(b) và h×nh 7(c). t t H×nh 7a. §Þnh thêi ®óng: H×nh 7b. §Þnh thêi muén: en=(-1-1) . 0=0. en=(-0.8 - 0.8) . (-0.2) = 0.32. t H×nh 7c. §Þnh thêi sím: en=(-0.8-0.8). 0.2=-0.32. 3. X¢Y DùNG C¸C M¹CH §IÒU CHÕ, GI¶I §IÒU CHÕ Sè Vµ §ång bé sãng mang, ®ång bé xung ®ång hå TR£N PHÇN CøNG FPGA 3.1. M« h×nh thiÕt kÕ vµ kiÓm tra C¸c m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ BPSK, QPSK, 16-QAM ®­îc x©y dùng trªn ISE cña Xilinx víi m« h×nh nh­ m« t¶ trªn h×nh 8, h×nh 9. H×nh 8. S¬ ®å x©y dùng m¸y ph¸t sè BPSK/ QPSK/ 16-QAM. - M¸y ph¸t sè BPSK, QPSK, 16-QAM ®­îc x©y dùng víi c¸c khèi chøc n¨ng chÝnh: (1) Khèi t¹o chuçi tÝn hiÖu chuÈn ®Ó truyÒn; (2) Khèi ¸nh x¹ chuçi tÝn hiÖu chuÈn lªn hai kªnh I vµ Q; (3) Khèi bé läc ph¸t: sö dông bé läc Cosine n©ng; (4) T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 65
  5. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh Khèi DDS: t¹o ra tÇn sè sãng mang ®iÒu chÕ; (5) Khèi kÕt hîp: t¹o tÝn hiÖu ®iÒu chÕ BPSK/ QPSK/ 16-QAM vµ t¨ng tèc ®é lÊy mÉu tÝn hiÖu. H×nh 9. S¬ ®å x©y dùng m¸y thu sè BPSK/ QPSK/ 16-QAM. - M¸y thu sè BPSK, QPSK, 16-QAM ®­îc x©y dùng víi c¸c thµnh phÇn chÝnh: (1) Khèi DDC: chuyÓn h¹ d¶i tÇn cña tÝn hiÖu tõ d¶i trung tÇn vÒ d¶i c¬ së vµ gi¶m tèc ®é lÊy mÉu cña tÝn hiÖu; (2) Khèi bé läc thu: sö dông bé läc Cosine n©ng; (3) Khèi kh«i phôc sãng mang: sö dông vßng lÆp Costas; (4) Khèi kh«i phôc xung ®ång hå: sö dông thuËt to¸n Gardner; (5) Bé quyÕt ®Þnh sÏ ®­a ra quyÕt ®Þnh bit nµo ®· ®­îc nhËn. M« h×nh kiÓm tra bao gåm bé ®iÒu chÕ, bé t¹o t¹p ©m AWGN, bé gi¶i ®iÒu chÕ vµ bé ®o x¸c suÊt lçi bit nh­ trªn h×nh 10. Khèi ®o x¸c Khèi gi¶i ®iÒu Khèi t¹o kªnh Khèi t¹o tÝn hiÖu suÊt lçi bit chÕ tÝn hiÖu t¹p ©m AWGN truyÒn vµ ®iÒu chÕ tÝn hiÖu H×nh 10. M« h×nh kiÓm tra trªn FPGA. 3.2. KÕt qu¶ x©y dùng c¸c m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè, ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå trªn phÇn cøng FPGA C¸c m¹ch ®iÒu chÕ BPSK, QPSK, 16-QAM, t¹o kªnh t¹p ©m AWGN, gi¶i ®iÒu chÕ BPSK, QPSK, 16-QAM vµ ®o tØ lÖ lçi bit ®­îc x©y dùng trªn phÇn cøng FPGA víi c¸c tham sè chÝnh: Xung ®ång hå cña hÖ thèng: fclk = 90MHz; TÇn sè trung tÇn: fc = 30MHz; Tèc ®é symbol: Rs = 9900000 baud; Cöa sæ lçi lµ 1000000 bits; HÖ sè uèn cña bé läc Cosine n©ng lµ: anpha = 0.2, anpha = 0.25 vµ anpha = 0.35. 3.2.1. KÕt qu¶ x©y dùng m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ BPSK, QPSK, 16-QAM §Ó ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ x©y dùng c¸c m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ BPSK, QPSK, 16- QAM, th× ngoµi viÖc kiÓm tra chøc n¨ng, chÊt l­îng c¸c khèi trong m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ, ta sÏ thay ®æi hÖ sè uèn anpha cña bé läc Cosine n©ng ®Ó thu ®­îc c¸c kÕt qu¶ BER kh¸c nhau. Víi tÝn hiÖu BPSK: 66 L.H.Nam, N.H.Thä, “Nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p… c«ng nghÖ FPGA.”
  6. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ -2 10 -3 10 BER -4 10 -5 10 BPSK qua kenh AWGN ly thuyet BPSK qua kenh AWGN thuc te voi anpha=0.35 BPSK qua kenh AWGN thuc te voi anpha=0.25 -6 BPSK qua kenh AWGN thuc te voi anpha=0.2 10 5 6 7 8 9 10 11 Eb/No H×nh 11. Chßm sao tÝn hiÖu BPSK trªn H×nh 12. §­êng cong x¸c suÊt lçi bit m¸y ph©n tÝch vector. cña BPSK qua kªnh AWGN. Víi tÝn hiÖu QPSK: -1 10 -2 10 -3 10 BER -4 10 -5 10 QPSK qua kenh AWGN ly t huyet QPSK qua kenh AWGN t huc te voi anpha=0.35 QPSK qua kenh AWGN t huc te voi anpha=0.25 -6 QPSK qua kenh AWGN t huc te voi anpha=0.2 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eb/No H×nh 13. Chßm sao tÝn hiÖu QPSK trªn H×nh 14. §­êng cong x¸c suÊt lçi m¸y ph©n tÝch vector. bit cña QPSK qua kªnh AWGN. Víi tÝn hiÖu 16-QAM: 0 10 16QAM qua kenh AW GN thuc te voi anpha=0.35 16QAM qua kenh AW GN thuc te voi anpha=0.2 16QAM qua kenh AW GN ly thuyet -1 10 -2 10 BER -3 10 -4 10 -5 10 0 2 4 6 8 10 12 14 Eb/No H×nh 15. Chßm sao tÝn hiÖu 16-QAM H×nh 16. §­êng cong x¸c suÊt lçi bit trªn m¸y ph©n tÝch vector. cña 16-QAM qua kªnh AWGN. Tõ kÕt qu¶ BER cña BPSK, QPSK vµ 16-QAM qua kªnh AWGN trªn h×nh 12, 14 vµ 16 ta thÊy: - §­êng cong BER cña BPSK/ QPSK/ 16-QAM qua kªnh AWGN thùc tÕ b¸m theo ®­êng cong BER cña BPSK/ QPSK / 16-QAM qua kªnh AWGN lý thuyÕt, cô thÓ: víi hÖ sè uèn cña bé läc Cosine n©ng anpha = 0.35 th× BER cña BPSK thiÖt so víi lý thuyÕt 0.4dB, QPSK thiÖt so víi lý thuyÕt 0.5dB, 16-QAM thiÖt so víi lý thuyÕt 1dB; khi anpha = 0.2 th× BER cña BPSK thiÖt so víi lý thuyÕt 0.8dB, QPSK thiÖt so víi lý thuyÕt 1.2dB, 16-QAM thiÖt 2dB. §iÒu nµy lµ do sù phèi hîp kh«ng hoµn toµn gi÷a bé läc thu vµ ph¸t, vµ viÖc thùc hiÖn ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå kh«ng hoµn h¶o. - BER cña BPSK/ QPSK / 16-QAM t¨ng theo hÖ sè uèn anpha cña bé läc Cosine n©ng (BER khi anpha = 0.2 lín h¬n khi anpha = 0.25 vµ lín h¬n khi anpha = 0.35). §iÒu nµy lµ do khi anpha nhá sÏ dÉn ®Õn x¸c suÊt x¶y ra nhiÔu xuyªn symbol lín v× ISI tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè uèn läc anpha cña bé läc Cosine n©ng, ®ång thêi yªu cÇu ®ång bé xung ®ång hå ngÆt nghÌo h¬n, cÇn ®é chÝnh x¸c cao h¬n. T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 67
  7. Kü thuËt ®iÖn tö & Khoa häc m¸y tÝnh 3.2.2. §¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi chÊt l­îng m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå C¸c m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå ®Òu sö dông bé läc vßng bËc hai ®Ó b¸m lçi pha vµ lçi tÇn sè cña tÇn sè sãng mang vµ tÇn sè lÊy mÉu tÝn hiÖu. Trong ®ã, hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng quyÕt ®Þnh b¨ng th«ng cña vßng khãa pha, hay ¶nh h­ëng tíi chÊt l­îng cña viÖc b¸m pha vµ tÇn sè. V× vËy, trong bµi b¸o nµy, ta ®i ®¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi chÊt l­îng cña m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå b»ng c¸ch thay ®æi c¸c gi¸ trÞ cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng trong tõng m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå sau ®ã ®¸nh gi¸ th«ng qua ®­êng cong x¸c suÊt lçi bit ë ®Çu ra m¸y thu víi tÝn hiÖu QPSK. a. ¶nh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi m¹ch kh«i phôc sãng mang §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng (K) tíi m¹ch kh«i phôc sãng mang tr­íc tiªn ta cè ®Þnh hÖ sè anpha = 0.35 vµ cè ®Þnh m¹ch kh«i phôc xung ®ång hå, sau ®ã ta thay ®æi hÖ sè K víi c¸c gi¸ trÞ K=1, K=2, K=4, K=8 ®Ó thu ®­îc c¸c kÕt qu¶ kh¸c nhau nh­ trªn h×nh 17: 0 10 QPSK qua kenh AWGN ly thuyet K=1 10 -1 K=2 K=4 K=8 -2 10 BER -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 0 2 4 6 8 10 12 Eb/No H×nh 17. Ảnh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi m¹ch kh«i phôc sãng mang. Tõ kÕt qu¶ trªn h×nh 17 ta thÊy r»ng, chÊt l­îng cña m¹ch kh«i phôc sãng mang ®¹t tèt nhÊt víi K=1 vµ gi¶m dÇn khi K t¨ng lªn, sù gi¶m nµy kh«ng ®Òu mµ nã gi¶m nhanh theo sù t¨ng cña K. Tøc lµ m¹ch vßng khãa pha sÏ mÊt æn ®Þnh khi K lín. §iÒu nµy lµ do khi K lín th× tÝn hiÖu lçi ®­a tíi ®iÒu khiÓn NCO sÏ cã nhiÒu thµnh phÇn nhiÔu vµ t¹p ©m h¬n dÉn tíi viÖc b¸m theo lçi tÇn sè vµ lçi pha sÏ kh«ng chÝnh x¸c. b. ¶nh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi m¹ch kh«i phôc xung ®ång hå §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña hÖ sè K tíi m¹ch kh«i phôc xung ®ång hå, tr­íc tiªn ta còng cè ®Þnh hÖ sè anpha = 0.35 vµ cè ®Þnh m¹ch kh«i phôc sãng mang, sau ®ã ta thay ®æi hÖ sè K víi c¸c gi¸ trÞ K=2, K=2-1, K=2-3,K=2-5, K=2-7, K=2-9 ®Ó thu ®­îc c¸c kÕt qu¶ kh¸c nhau nh­ trªn h×nh 18: 0 10 -1 10 -2 10 BER -3 10 QPSK qua kenh AWGN ly thuyet -4 K=2 10 K=1/21 K=1/23 -5 10 K=1/25 K=1/27 -6 K=1/29 10 0 2 4 6 8 10 12 Eb/No H×nh 18. Ảnh h­ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i bé läc vßng tíi m¹ch kh«i phôc xung ®ång hå. 68 L.H.Nam, N.H.Thä, “Nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p… c«ng nghÖ FPGA.”
  8. Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ Tõ kÕt qu¶ trªn h×nh 18 ta thÊy r»ng, chÊt l­îng cña m¹ch kh«i phôc xung ®ång hå ®¹t tèt nhÊt víi K=2-3. ChÊt l­îng cña tÝn hiÖu thu víi K=2-1, K=2-3, K=2-5, K=2-7 cã sù chªnh lÖch Ýt, víi K=2-9, K=2 th× chÊt l­îng tÝn hiÖu thu suy gi¶m mét c¸ch râ rÖt, ®iÒu nµy lµ hoµn toµn t­¬ng tù nh­ trong tr­êng hîp m¹ch kh«i phôc sãng mang. 3. KÕt luËn Bµi b¸o ®· giíi thiÖu c¸c ph­¬ng ph¸p ®ång bé sãng mang vµ ®ång bé xung ®ång hå c¬ b¶n trong m¸y thu ®iÒu chÕ sè, x©y dùng c¸c m¹ch ®iÒu chÕ, gi¶i ®iÒu chÕ, kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå cho tÝn hiÖu BPSK, QPSK, 16-QAM trªn phÇn cøng FPGA, ®¸nh gi¸ vÒ chÊt l­îng cña c¸c m¹ch ®iÒu chÕ, gi¶i ®iÒu chÕ, ¶nh h­ëng cña c¸c tham sè tíi chÊt l­îng m¹ch kh«i phôc sãng mang vµ kh«i phôc xung ®ång hå khi truyÒn tÝn hiÖu qua kªnh AWGN qua ®­êng cong x¸c suÊt lçi bit, qua ®ã lµm chñ vÒ c«ng nghÖ thiÕt kÕ m¸y thu ph¸t v« tuyÕn cÊu h×nh mÒm. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Nguyễn Quốc B×nh, “Kỹ thuật truyền dẫn số”, NXB Qu©n đội, 2001, 245tr. [2]. Fuqin Xiong, “Digital Modulation Techniques", Boston, London, 2000, pag.686. [3]. Chris Dick, Fred Harris, Michael Rice, “FPGA Implemention of Carrier Synchronization for QAM Receivers", J. of VLSI Sig. Processing 36, pp. 57-71, Oct.2004. [4]. Chris Dick, Fred Harris, Michael Rice, “Synchronization in Software Radios - Carrier and Timing Recovery Using FPGAs”, Proceeding of 2000 IEEE Symposium on Field- Programmable Custom Computing Machines. [5]. Xuan-Thang Vu, Nguyen Anh Duc, Trinh Anh Vu, “16-QAM Transmitter and Receiver Design Based on FPGA”, IEEE Inter. Symposium on Elec.Design, Test and Appl., 2010. [6]. Mikio IWAMURA, Seizo SEKI, Kazuhiro MIYAUCHI, “Experiments on Decision Feedback Carrier Recovery Loop of QPSK", 1999, Vol.E82-B, no.6, pp. 974-977. [7]. J. G. Proakis, "Digital Communications", McGraw-Hill, NY, 1995. ABSTRACT STUDY OF SYNCHRONOUS IN DIGITAL RECEIVER BASE ON THE FPGA TECHNOLOGY In this paper provides the methods of synchronous in digital receiver and their applications on FPGA. In particular, the carrier synchronization, timing synchronization, the positions and methods of implementing them are presented. The modulation and demodulation based on FPGA platform with BPSK, QPSK and 16-QAM modulation signals are created. The quality of the modulation and demodulation, carrier synchronization and timing synchronization are also evaluated by BER (Bit Error Rate). Keywords: SDR, FPGA, BPSK, QPSK, 16-QAM, Carrier synchronization, Timing synchronization Nhận bài ngày 02 tháng 03 năm 2014 Hoàn thiện ngày 18 tháng 05 năm 2014 Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 05 năm 2014 §Þa chØ: Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù, §T: 01689050800. T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 69

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản