Sơ đồ điều chế giải điều chế 16-QAM potx

HOC VI N CÔNG NGH B U CHÍNH VI N THÔNGỆ Ệ Ư Ễ
HOC VI N CÔNG NGH B U CHÍNH VI N THÔNGỆ Ệ Ư Ễ
S đ đi u ch gi i đi u ch 16-QAMơ ồ ề ế ả ề ế




N
N
iộ
iộ
dung
dung
1.
1.
T
T
óm
óm
t
t
tắ
tắ
qu
qu
á
á

tr
tr
ình
ình
bi
bi
uể
uể
di
di
nễ
nễ
t
t
ín
ín


hi
hi
uệ
uệ
trong kh
trong kh
ô
ô
ng gian t
ng gian t
ín
ín

hi
hi
uệ
uệ
2.
2.
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
M-QAM
M-QAM
3.
3.
K t lu nế ậ
K t lu nế ậ




N
N
iộ
iộ
dung
dung
1.
1.
T
T
óm
óm

t
t
tắ
tắ
qu
qu
á
á
tr
tr
ình
ình
bi
bi
uể
uể
di
di
nễ
nễ
t
t
ín
ín


hi
hi
uệ
uệ

trong kh
trong kh
ô
ô
ng gian t
ng gian t
ín
ín
hi
hi
uệ
uệ
2.
2.
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
M-QAM
M-QAM
3.
3.
K t lu nế ậ
K t lu nế ậ

Không gian tín hiệu
Được xây dựng dựa trên N hàm trực giao cơ sở
thoả mãn điều kiện:
M tín hiệu năng lượng thực được biểu diễn trong
không gian tín hiệu như sau:
Trong đó

Với 0<t<T; i=1,2…,M và j=1,2,…,N

( ) ( ) ( )
ttt
N
ΦΦΦ
, ,,
21
( ) ( )
∫
=ΦΦ
T
ijji
dttt
0
.
δ
( ) ( ) ( )
tStStS
M
, ,
21
( ) ( )
tStS
j
N
j
iji
Φ=
∑

=
.
1
( ) ( )
∫
Φ=
T
jiij
dtttSS
0
.




N
N
iộ
iộ
dung
dung
1.
1.
T
T
óm
óm
t
t
tắ

tắ
qu
qu
á
á
tr
tr
ình
ình
bi
bi
uể
uể
di
di
nễ
nễ
t
t
ín
ín


hi
hi
uệ
uệ
trong kh
trong kh
ô

ô
ng gian t
ng gian t
ín
ín
hi
hi
uệ
uệ
2.
2.
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
S đ đi u ch t ng quát ơ ồ ề ế ổ
M-QAM(16-QAM)
M-QAM(16-QAM)
3.
3.
K t lu nế ậ
K t lu nế ậ

Khái niệm về điều chế M-QAM

Sơ đồ điều chế M-QAM (Quadrature Amplitude
Modulation) hay còn gọi là điều chế biên độ vuông
góc ( hay cầu phương).

Ở sơ đồ này thì sóng mang được điều chế cả biên độ
và pha.

Các thành phần đồng pha và pha vuông góc là độc

lập với nhau.

Biu din tớn hiu

Tớn hiu M-QAM :
trong đó: E
0
là năng l ợng của tín hiệu
có biên độ thấp nhất ;
ai và bi là cặp số nguyên độc lập đ ợc
chọn tuỳ theo vị trí của điểm bản tin;
i=1,2,.,L.
( )
( )
Tt,tfcosa
T
E
tfsinb
T
E
)t(s
ci
cii
+
=
02
2
2
2
0

0

Biểu diễn tín hiệu

2 hàm trực giao cơ sở:

Tọa độ các điểm bản tin là và với :
( )
Tttf
T
t
c
≤≤π−=Φ 0,2sin
2
)(
1
( )
Tttf
T
t
c
≤≤π=Φ 0,2cos
2
)(
2
0
Ea
i
0
Eb

i
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
















+−−−+−+−+−
−−−+−−+−
−−−+−−+−
=
113311
313331
111311
L,L L,LL,L

L,L L,LL,L
L,L L,LL,L
b,a
ii

Biểu diễn tín hiệu
Đối với 16-QAM ta có L=4
( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )












−−−−−−
−−−−−−
−−
−−
=

33313133
13111113
13111113
33313133
,,,,
,,,,
,,,,
,,,,
b,a
ii

Thành phần đồng pha và
vuông pha trong 16-QAM

Chùm tín hi u c a 16-QAMệ ủ

Sơ đồ điều chế và giải điều
chế M-QAM


0
0
0
0
00 3 / 2
10 1 / 2
11 1 / 2
01 3 / 2
E
E

E
E
→
→
→ −
→−
c
2
os(2 f )c t
T
π
TLO
Tín hi u đi u ệ ề
ch ế 16-QAM
b(t)
a)
Demux
Mapping
Mapping
/ 2
π
c
2
sin(2 f )t
T
π
−
∑
b
1

(t)
b
2
(t)
b
3
(t)
b
4
(t)
RLO
c
2
os(2 f )c t
T
π
Timing
recovery
t
1
2
ˆ
( )b t
b)
t
2
1
1
(.)
t T

t
dt
+
∫
>
<
M ch quy t ạ ế
đ nhị
L y m uấ ẫ
1
1
(.)
t T
t
dt
+
∫
1
y
>
<
M ch quy t ạ ế
đ nhị
L y m uấ ẫ
/ 2
π
c
2
sin(2 f )t
T

π
−
y
1
y
2
y
2
1
ˆ
( )b t
Carrier
recovery
MUX
y(t)
ˆ
( )b t
3
ˆ
( )b t
4
ˆ
( )b t
i
γ
i
γ
0
0
0

0
00 3 / 2
10 1 / 2
11 1 / 2
01 3 / 2
E
E
E
E
→
→
→ −
→−
S đ m t h th ng 16-ơ ồ ộ ệ ố
QAM
a/ B đi u chộ ề ế
b/ B gi i đi u chộ ả ề ế

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 nhánh dưới. 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.

Ảnh hưởng của kênh AWGN

Xuất hiện thành phần tạp âm Gaussian trắng cộng n(t) có trung
bình bằng 0 và phương sai bằng No/2.

Trễ truyền lan

Suy hao đường truyền ;


Tín hiệu tại đầu vào giải điều chế:

τ
p
L
p
r
L
E
E
0
=
( )
( )
Tttfa
T

E
tfb
T
E
ty
ci
r
ci
r
≤≤−+
−−=
0,)(2cos
2
)(2sin
2
)(
τπ
τπ

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 ).

Hoạt động của bộ giải điều
chế

Để thực hiện giải điều chế thành công thì máy thu phải biết
được các thông số .Thông thường thì máy thu biết được
.

Quá trình nhận được được gọi là quá trình đồng bộ, thường
được thực hiện bởi 2 bước bắt và bám.

Quá trình nhận được được gọi là quá trình khôi phục định thời
kí hiệu.(Có thể dùng phương pháp mở cổng sớm muộn)

Quá trình nhận được được gọi là quá trình khôi phục sóng
mang. Có thể dùng phương pháp khoá pha vòng nhân pha
τ
i
t
'
θ
,c
f
τ
,c
f

'
θ
i
t
τ

Xác suất lỗi kí hiệu M-QAM
( )








−






−≅
0
12
3
1
12
NM

E
erfc
M
P
av
e
( )








−






−
0
1
3
1
14
NM
nE

Q
M
bav

Xác suất lỗi kí hiệu M-QAM

Trong đó Eav, Ebav là năng lượng ký hiệu và năng lượng bit trung
bình được xác định như sau:


N
0
là mật độ phổ công suất tạp âm.
2
0
av
0
(L 1)E
E
3
(M 1)E
3
-
=
-
=

Mặt phẳng hiệu suất sử dụng
băng tần
1

2
4
8
1/2
6
12
18
-6
24 30
36
16
E
b
/N
0
,dB-1,6
M=4
M=8
M=16
M=64
0
1/4
M = 256
M=2
M=8
M=16
Ký hiÖu:
M=32
Vùng băng
t n h n chầ ạ ế

Gi i h n dungớ ạ
l ng Rượ
b
=c
Vùng công
su t h n chấ ạ ế
Hi u su t sệ ấ ử
d ng băng t nụ ầ
Rb/B, bit/s/Hz
Gi i hanớ
Shannon
M-PSK nh t quán v iấ ớ
M-FSK nh t quán v iấ ớ
M-QAM nh t quán v iấ ớ
BPSK và 4-FSK nh t quán v iấ ớ
Vùng R
b
< c
-5
e
P =10
-5
e
P =10
-5
e
P =10
-5
e
P =10


Từ hình trên ta thấy, đối với M-PSK và M-QAM thì Eb/No≥ 1 và
khi M tăng thì Rb/B tăng tuy nhiên đòi hỏi tỷ số Eb/No tăng. Có
thể giải thích điều này như sau: khi M tăng, tốc độ ký hiệu Rs
giảm nên hiệu suất sử dụng băng thông tăng, nhưng đồng thời
khoảng cách Ơclit giữa các vectơ tín hiệu giảm khiến xác suất lỗi
ký hiệu tăng. Vì thế khi này để đạt được tỷ số Eb/No ta phải tăng
công suất.

Tóm lại, khi M tăng thì xác suất lỗi bít sẽ tăng nhưng hiệu quả sử
dụng băng thông cũng tăng theo.