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

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