Thiết kế bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM trên FPGA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠ I HỌ C CÔNG NGHỆ
=====
O
O
O
=====








TRƯƠNG THỊ HIỀN




THIẾT KẾ BỘ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN
HIỆU 16-QAM TRÊN FPGA







LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠ I HỌ C CÔNG NGHỆ
=====
O
O
O
=====




TRƯƠNG THỊ HIỀN






THIẾT KẾ BỘ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU

16-QAM TRÊN FPGA





Ngành: Công nghệ điện tử - viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 70




LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Trịnh Anh Vũ




Hà Nội- 2009



LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan rằng bản luận văn này là tự thân nghiên cứu và viết

dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Trịnh Anh Vũ. Nếu có gì sai sót tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà nội, ngày 10 tháng 10 năm 2009
Tác giả luận văn


Trương Thị Hiền


i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết
tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
AWGN
Additive White Gaussianian Noise
Nhiễu cộng trắng chuẩn Gau-xơ
PLL
Phase Locked Loop
Vòng bám pha
DPLL
Digital Phase –Locked Loop
Vòng bám pha số
ISI
intersymbol Interference
Nhiễu xuyên ký tự
TCM
Trellis Coded Modulation

Điều chế mã lưới
M-QAM
Multilevel - Quandrature Amplitude
Modulation
Điều chế biên độ trực giao M mức
FPGA
Field Programmable Gate Array
Vi mạch dùng cấu trúc mảng phần
tử logic có thể lập trình được
FFT
Fast Fourier Transform
Thuật toán biến đổi nhanh Furie
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Thuật toán biến đổi nhanh ngược
Furie
M-PSK
M-aray Phase Shift Keying
Khóa dịch pha M mức
LOS
Line of Sight
Đường truyền theo tầm nhìn thẳng
SNR
Signal to Noise Rate
Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
BER
Bit-error Rate
Tốc độ lỗi bít
SER
Symbol error Ratio

Xác suất lỗi ký hiệu
DAC
Digital to analog converter
Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang
tương tự
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
BO
Back -off
Độ lùi công suất
APS
Additional Phase Shift
Góc quay pha phụ
OAPS
Optimum Additional Phase Shift
Góc quay pha tối ưu
IF
Intermediate Frequency
Tần số trung tần
CP
Cyclic Prefix
Tiền tố vòng


ii
Chữ viết
tắt

Tiếng Anh
Tiếng Việt
VCO
Voltage-controlled oscillator
Bộ dao động điều khiển bằng thế
LMS
Least mean square algorithm
Thuật toán bình phương trung bình
tối thiểu
PN
Pseudorandom Noise
Mã giả ngẫu nhiên

Roll- off factor (

)
Hệ số uốn lọc ()

Constellation
Giản đồ chòm sao ( các cụm điểm
trên mặt phẳng biểu diễn tín hiệu )
DSP
Digital signals processing
Xử lý tín hiệu số
ASIC
Application specific integrated
circuit
mạch tích hợp cho những ứng dụng
đặc biệt
LUT

Look-Up Table
Bảng tìm kiếm
VHDL
Very high speed integrated circuit
Hardware Description Language
Ngôn ngữ miêu tả phần cứng mạch
tích hợp tốc độ cao
MF
Matched Filter
Bộ lọc phối hợp
FIR
Finite impulse response
Bộ lọc đáp ứng xung có chiều dài
hữu hạn
IIR
Infinite impulse response
Bộ lọc đáp ứng xung có chiều dài
vô hạn
ALU
Arithmetic logic unit
Khối xử lý số học
DDS
Direct digital synthesizer
Khối đồng bộ số trực tiếp
FSE
Fractionally –spaced equalizer
Bộ cân bằng FSE
SRE
Symbol-rate equalizer
Bộ cân bằng SRE

CORDIC
coordinate rotation digital computer
arithmetic
Giải thuật CORDIC
RM
Rotation mode
Chế độ quay
VM
Vectoring mode
Chế độ véc tơ


iii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Phân loại các loại điều chế QAM …………………………………………… 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Biểu đồ chùm sao của tín hiệu 4-PSK…………… ………………………… 8
Hình 1.2: Biểu đồ chùm sao của tín hiệu 16-QAM……………………………………….8
Hình 1.3: Biểu đồ chùm sao của tín hiệu 16-QAM phân bố theo mã Gray……………….9
Hình 1.4: Xác suất lỗi bít (BER) cho M-QAM………………………………………… 10
Hình 1.5: Sơ đồ khối bộ điều chế M-QAM…………………………………………… 11
Hình 1.6: Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM…………………………………………12
Hình 1.7: Sơ đồ tương đương băng gốc của hệ thống M-QAM …………… 14
Hình 1.8 : Mở rộng phổ tín hiệu do méo phi tuyến…………………………………… 19
Hình 2.1: Sơ đồ khối vòng bám pha PLL……………………………………………… 23
Hình 2.2: Loại cổng sớm-muộn của bộ đồng bộ ký hiệu……………………………… 25
Hình 2.3: Các phần tử của bộ lọc thích nghi………………………………………… 26
Hình 2.4: Biểu diễn đồ thị tín hiệu của thuật toán LMS 29

Hình 2.5: Minh họa hai pha hoạt động của bộ cân bằng thích nghi 30
Hình 2.6. Sơ đồ khối của bộ cân bằng phản hồi quyết định 32
Hình 3.1: Mô tả sơ đồ khối chức năng hệ thống thu phát 16-QAM 33
Hình 3.2: Mô hình thiết kế bộ thu phát tín hiệu 16-QAM 34
Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế khối 16-QAM data shaping & interpolation………………… 36


iv
Hình 3.3-1: Sơ đồ thiết kế bộ nguồn “QAM16 source”…………… ………………… 36
Hình 3.3-2: Sơ đồ nguồn phát QAM 36
Hình 3.3-3: Tín hiệu ngẫu nhiên tạo ra từ khối Source (I,Q) 37
Hình 3.3-4: Giản đồ chòm sao 38
Hình 3.3-5: Giản đồ chòm sao 16-QAM 38
Hình 3.3-6: Bộ lọc phối hợp 39
Hình 3.3-7: Tín hiệu thu được qua bộ lọc phối hợp 39
Hình 3.4: Sơ đồ khối tạo kênh truyền mô phỏng 40
Hình 3.4-1: Tín hiệu 16-QAM trước và sau khi qua kênh truyền…… 40
Hình 3.4-2: Sơ đồ khối dịch tần Doppler 41
Hình 3.4-3:Giản đồ chòm sao tín hiệu sau khi bị dịch tần Doppler 41
Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế khối cân bằng thích nghi 42
Hình 3.5-1: Sơ đồ thiết kế khối ALU 43
Hình 3.5-2: Sơ đồ thiết kế khối PE (PE
0
/PE
1
) 44
Hình 3.5-3: Sơ đồ thiết kế khối LMS update 45
Hình 3.5-4: Sơ đồ thiết kế khối MAC FIR 46
Hình 3.5-5: Sơ đồ thiết kế khối LMS-Error Calc 46
Hình 3.5-6: Lỗi ước lượng trong khối LMS Error Calc 47

Hình 3.6: Sơ đồ thiết kế khối khôi phục sóng mang 48
Hình 3.7:Sơ đồ khối bộ khôi phục sóng mang 49
Hình 3.6-1: Sơ đồ thiết kế bộ nhân phức 50
Hình 3.6-2: Tín hiệu Pi và Pr khi qua bộ nhân phức 50
Hình 3.6-3: Giản đồ chòm sao tín hiệu tại “received-constellation” 52


v
Hình 3.8: Sơ đồ khối vòng bám pha số (DPLL) 52
Hình 3.9: Sơ đồ thiết kế bộ tách pha… 53
Hình 3.9-1: Sơ đồ khối bộ tách pha 53
Hình 3.9-2: Xác định điểm trên giản đồ chòm sao dựa vào góc sai pha 54
Hình 3.9-3: Cấu tạo bộ định vị ký hiệu 16-QAM 54
Hình 3.9-4: Slicer…… 55
Hình 3.9-5: I (Q) Map…… 55
Hình 3.9-6: Tín hiệu Pi và Pr trước khối Slicer 56
Hình 3.9-7: Tín hiệu Det_I và Det_Q sau khối Slicer 56
Hình 3.9-8: Tín hiệu Pre_c_i và Pre_c_r trước khối Cordic 57
Hình 3.9-9: Sơ đồ thiết kế khối Cordic…… 59
Hình 3.10: Sơ đồ thiết kế bộ lọc lặp… 59
Hình 3.10-1: Tín hiệu sau khối PLL Loop Filter 60
Hình 3.11: Sơ đồ khối DDS 60
Hình 3.11-1: Cấu tạo khối con DDS………………………………………………………… 61
Hình 3.11-2: Sơ đồ thiết kế khối con DDS (DDS Subsystem) 61
Hình 3.11-3: Sơ đồ thiết kế khối DDS_TRUNC 62
Hình 3.11-4: Tín hiệu khởi tạo từ Counter…………… 62
Hình 3.11-5:Tín hiệu error trước khi thay đổi 63
Hình 3.11-6: Tín hiệu error sau khi thay đổi 63
Hình 3.12: Tín hiệu sau khi qua khối khôi phục sóng mang…………………………… 64
Hình 3.13: Tín hiệu ở bộ giải điều chế 16-QAM sau khi thay đổi độ trễ……………… 65

Hình 3.14: Sơ đồ thiết kế bổ sung bộ thu phát tín hiệu 16-QAM……………………… 67


vi
Hình 3.15 : Sơ đồ thiết kế bộ phát sóng mang………………………………….……… 68
Hình 3.15-1: Thông số bộ đếm Couter của bộ phát sóng mang…………………………….69
Hình 3.15-2: Tín hiệu P
i
và P
r
qua bộ nhân phức và trễ…………………………………….70
Hình 3.16: Sơ đồ hai tầng bộ lọc ……………………………………………………… 70
Hình 3.16-1: Tín hiệu sau khi hạ tốc 64 lần………………………………………………… 71
Hình 3.16-2: Tín hiệu sau khi tăng tốc 4 lần………………………………………………….72
Hình 3.16-3: Thông số thiết kế bộ lọc FIR “ee”…………………………………………… 73
Hình 3.16-4: Thông số thiết kế bộ lọc FIR “mm”…………………………………………….74
Hình 3.16-5: Export thông số bộ lọc đến sơ đồ thiết kế……………………… ……………73
Hình 3.17: Sơ đồ thiết kế khối “subsystem” …………………………………………….75
Hình 3.18: Thành phần tín hiệu I, Q sau khi ra khỏi bộ phát 76
Hình 3.19: Thành phần tín hiệu I, Q sau khi ra khỏi bộ thu 77
Hình 3.20: Giản đồ chòm sao tín hiệu 16-QAM quan sát trên osilo…………………….77
Hình 3.21: Tài nguyên sử dụng chíp FPGA của bộ giải điều chế 16-QAM 78
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
1
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƢƠNG 1 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ M-QAM 6
1.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ CƠ BẢN 6
1.2 ĐIỀU CHẾ M-QAM 8
1.2.1 Sơ đồ khối bộ điều chế M-QAM 10
1.2.2 Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM 12
1.3 SƠ ĐỒ KHỐI BĂNG GỐC TƢƠNG ĐƢƠNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN SỐ
M-QAM 13
1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN SỐ
M-QAM 17
1.4.1 Méo tuyến tính 17
1.4.2 Méo phi tuyến 18
1.4.3 Ảnh hƣởng do sai lệch tín hiệu đồng hồ 19
1.4.4 Ảnh hƣởng do sai lệch pha sóng mang 19
1.4.5 Nhiễu và tạp âm 20
CHƢƠNG 2 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ VÀ CÂN BẰNG THÍCH NGHI 21
2.1 KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ 21
2.1.1 Đồng bộ tần số sóng mang 22
2.1.2 Đồng bộ thời gian ký hiệu 23
2.2 KỸ THUẬT CÂN BẰNG THÍCH NGHI 25
2.2.1 Thuật toán bình phƣơng trung bình tối thiểu (LMS ) 26
2.2.2 Phép toán của bộ cân bằng 29
2.2.3 Phƣơng pháp thực hiện của bộ cân bằng 30
2.2.4 Cân bằng phản hồi quyết định 31
CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 16-QAM TRÊN FPGA 33
3.1 PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ THIẾT KẾ DEMO (có sẵn trong thƣ viện Xilinx) 33
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
2

3.1.1 Sơ đồ demo của hãng Xilinx 33
3.1.2 Sơ đồ khối phát 35
3.1.2.1 Nguồn phát QAM (I, Q là tương đương) 36
3.1.2.2 Giản đồ chòm sao 38
3.1.2.3 Bộ lọc phối hợp (Matched Filter) 38
3.1.3 Khối mô phỏng kênh truyền 39
3.1.4 Khối cân bằng thích nghi 41
3.1.4.1 Khối xử lý số học logic (ALU) 43
3.1.4.2 Khối LMS Error Calc 46
3.1.5 Khối khôi phục sóng mang 47
3.1.5.1 Bộ nhân phức (Cmplx Mult) 49
3.1.5.2 Bộ tách pha (Phase Detector) 53
3.1.5.3 Bộ lọc lặp (Loop Filter) 59
3.1.5.4 Hệ thống đồng bộ số trực tiếp (DDS - Direct digital synthesizer subsystem) 60
3.2 HẠN CHẾ CỦA SƠ ĐỒ DEMO HÃNG XILINX 64
3.3 THIẾT KẾ BỔ SUNG SƠ ĐỒ BỘ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 16-QAM NHẰM
ÁP DỤNG THỰC TẾ 66
3.3.1 Bộ phát sóng mang (Khối Carrier và Carrier1) 68
3.3.2 Các tầng bộ lọc 70
3.3.3 Khối subsystem 74
KẾT LUẬN 79





Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN

3

MỞ ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển nhƣ vũ bão của hệ thống viễn thông trong thời đại công nghệ
mới cùng những tiện ích vƣợt trội làm cho con ngƣời đến gần nhau hơn thông qua các
ứng dụng đa phƣơng tiện truyền thông, điện thoại, internet, truyền hình số, thông tin vệ
tinh…
Hệ thống vô tuyến số nói riêng tiếp tục khẳng định vai trò của nó trong hệ thống viễn
thông chất lƣợng cao với ƣu điểm đặc trƣng rất riêng, nhƣ về khả năng triển khai nhanh
chóng, linh hoạt, thậm chí ngay cả trên các địa hình tƣơng đối phức tạp, trong các điều
kiện cơ động hoặc di động. Các hệ thống này hiện nay đã giải quyết thành công vấn đề
mã nguồn (nén dữ liệu) chủ yếu nhằm giảm tốc độ bit với độ suy giảm chất lƣợng đến
mức có thể chấp nhận đƣợc, và mã kênh (ứng dụng các thuật toán sửa lỗi, các kỹ thuật
điều chế nhằm đạt đƣợc hiệu suất phổ tần tốt nhất. Khi quá trình mã nguồn và mã kênh
đƣợc thực hiện, chúng ta có một dòng dữ liệu đƣợc sử dụng để điều chế sóng mang tín
hiệu. Sau đó, tín hiệu truyền đi theo các phƣơng thức truyền dẫn tín hiệu (truyền qua vệ
tinh, truyền theo mạng cáp, truyền theo mạng mặt đất ). Do vậy, tín hiệu nó phải bao hàm
các đặc trƣng kỹ thuật nhƣ: tỷ số tín hiệu trên tạp âm, cƣờng độ trƣờng, hệ số sóng phản
xạ và nhiều chỉ tiêu kỹ thuật khác. Việc chọn tần số làm việc cho mỗi phƣơng thức đã
đƣợc quốc tế quy định. Muốn truyền dẫn đạt hiệu quả cao nhất thì mỗi phƣơng thức
truyền dẫn cần chọn cho mình một phƣơng thức điều chế sóng mang thích hợp sao cho tối
ƣu nhất. Để đƣa ra hệ thống vô tuyến số có tốc độ cao hơn, các nhà nghiên cứu trên khắp
thế giới vẫn liên tục đề ra các giải pháp kĩ thuật với những công nghệ khác nhau nhằm
đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về lƣu lƣợng và chất lƣợng dịch vụ của khách hàng. Hiện
nay, sơ đồ điều chế đƣợc sử dụng cho các hệ thống vô tuyến số tốc độ cao phổ biến là
điều chế biên độ trực giao nhiều mức M-QAM (Multilevel - Quadrature Amplitude
Modulation) và điều chế mã lƣới TCM (Trellis Coded Modulation). Đây là hai loại điều
chế tận dụng đƣợc hiệu quả sử dụng phổ và hiệu quả công suất cao (hay nói cách khác là
tăng hiệu quả kênh truyền và giúp cho truyền dữ liệu có thông lƣợng cực đại). TCM là 1
kĩ thuật khá mới, cho phép đạt đƣợc hiệu quả phổ lớn song khá phức tạp về quá trình xử

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
4
lý và độ trễ xử lý trong các hệ thống vô tuyến số. Còn điều chế M-QAM là hệ thống điều
chế không mã có ý nghĩa nhất hiện nay và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống
viễn thông số tốc độ cao. Chính vì ý nghĩa thực tiễn đó, trong đề tài luận văn này, tôi tập
trung nghiên cứu kĩ thuật điều chế M-QAM mà cụ thể là điều chế 16-QAM, kết hợp sử
dụng phần mềm mô phỏng nhƣ MATLAB, Simulink để thiết kế demo hệ thống thu phát
tín hiệu, từ đó thiết kế bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM để tích hợp vào chip FPGA
(Field Programmable Gate Array) – là loại chip bao gồm các khối logic khả trình cho
phép kết nối các linh kiện khác trong mạch, các khối logic đƣợc kết nối với nhau bởi chức
năng kết nối khả trình. Bằng việc kết nối các đầu vào, ra của các khối logic, các chân khả
trình, FPGA có thể cấu hình để thực thi bất kỳ sự hoạt động logic số nào. Đây là ƣu điểm
mà chip FPGA mang lại, dễ dàng trong thử nghiệm cấu hình thiết kế và mô phỏng hệ
thống thực.
Luận văn này gồm ba chương:
Chương 1: Giới thiệu khái quát về phương pháp điều chế tín hiệu M-QAM và các đặc
điểm của điều chế cùng các sơ đồ điều chế và giải điều chế tín hiệu M-QAM.
Chương 2: Phân tích hai kỹ thuật quan trọng trong thiết kế bộ giải điều chế tín hiệu 16-
QAM, là kỹ thuật đồng bộ và cân bằng thích nghi. Hai kỹ thuật này là cơ sở
kỹ thuật cho bộ giải điều chế ở bên thu khôi phục được chính xác tín hiệu ở
nguồn phát.
Chương 3: Phân tích thiết kế demo của hãng Xilinx, ưu nhược điểm của thiết kế để từ đó
thiết kế bổ sung cho bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM nhằm ứng dụng thực tế.
Thiết kế này sau đó sẽ sử dụng công nghệ FPGA để thử nghiệm và mô phỏng
hệ thống thực.
Phần cuối cùng là kết luận của cả luận văn và một số đề xuất hướng phát triển tiếp theo.
Qua ba chƣơng của đề tài nghiên cứu “Thiết kế bộ giải điều chế tín hiệu 16-QAM

trên FPGA”, bản thân tôi nhận thấy đây là một đề tài hay, có hƣớng nghiên cứu mở, và
ứng dụng cao trong thực tế bởi điều chế tín hiệu M-QAM là một phƣơng pháp điều chế sử
dụng phổ biến hiện nay nhằm đạt lợi ích về băng thông và tốc độ truyền dẫn. Ngoài ra, sử
dụng chip FPGA để thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM sẽ nhanh chóng và thuận tiện hơn
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
5
rất nhiều. Từ thiết kế bổ sung trên, tƣơng lai ta có thể mở rộng thiết kế cho hệ thống thu
phát với nhiều loại nhiễu khác nhau, trên các loại kênh truyền khác nhau cùng với sự
thăng giáng tín hiệu liên tục. Đây là hƣớng nghiên cứu tiếp theo trong tƣơng lai để hoàn
thiện thiết kế.
Do thời gian có hạn nên việc nghiên cứu còn hạn chế và không tránh khỏi những
thiếu sót. Tôi mong nhận đƣợc nhiều chỉ dẫn và góp ý quý báu của các thầy cô giáo, đồng
nghiệp để đạt chất lƣợng cao hơn.
Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy hƣớng dẫn
TS Trịnh Anh Vũ đã giúp đỡ tôi về mặt chuyên môn và kiến thức để tôi có thể hoàn thành
luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thành viên của phòng thông tin vô tuyến
cùng toàn thể giáo viên khoa Điện tử viễn thông- trƣờng Đại học Công Nghệ-Đại học
Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong quá trình nghiên cứu cũng nhƣ công cụ
làm việc để tôi có đƣợc kết quả nhƣ mong muốn.
Cuối cùng, xin cảm ơn những ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Hà Nội ngày 10 tháng 10 năm 2009
Học viên


Trương Thị Hiền

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
6
CHƢƠNG 1 CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ M-QAM
Một hệ thống vô tuyến số bao gồm phần băng tần gốc và phần băng tần vô tuyến, t
thƣờng có các khối: mã nguồn, mã bảo mật, mã kênh, điều chế số và các khối chức năng
tái tạo tƣơng ứng phía bên thu nhƣ khối khuếch đại, khối trộn tần, lọc dải thông, anten,
phi-đơ và môi trƣờng truyền. Trong đó, phƣơng pháp điều chế tín hiệu đóng vai trò rất
quan trọng, thể hiện đặc thù khác biệt của hệ thống. Chƣơng này nhằm trình bày các
phƣơng pháp điều chế số cơ bản đồng thời đƣa ra mô hình hệ thống vô tuyến số tốc độ
cao M-QAM kết hợp đánh giá một cách trực quan về các tác động ảnh hƣởng đến chất
lƣợng hệ thống này.
1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ CƠ BẢN
Tín hiệu số băng cơ sở là dòng các xung vuông biểu hiện giá trị bit "0" và "1". Để
tăng hiệu suất của điều chế, nhiều bit đƣợc ghép trong một ký hiệu. Số lƣợng bit trong
mỗi ký hiệu phụ thuộc vào đặc tính kênh truyền dẫn. Quá trình thực hiện này gọi là điều
chế tín hiệu. Theo lý thuyết, phổ tần của tín hiệu số là vô hạn, tức là ta cần có một dải tần
vô hạn cho việc truyền các tín hiệu số. Song kênh truyền lại chỉ có băng tần hữu hạn.
Chính vì thế ngƣời ta hạn chế phổ tần tín hiệu bằng cách lọc hợp lý. Tuy vậy việc này sẽ
làm tăng vô hạn đáp tuyến thời gian của chúng dẫn đến can nhiễu giữa các ký hiệu (ISI).
Trƣớc hết ta xem xét các kỹ thuật điều chế trƣớc khi lọc. Có thể liệt kê một số
phƣơng pháp điều chế cơ bản đƣợc sử dụng trong các hệ thống vô tuyến số nhƣ:
 Khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying)
 Khóa dịch tần số FSK ( Frequency Shift Keying)
 Khóa dịch pha PSK ( Phase Shift Keying)
 Điều chế biên độ trực giao nhiều mức (M-QAM: Multilevel-Quadrature
Amplitude Modulation)
Phƣơng thức điều chế trong các hệ thống vô tuyến thƣờng đƣợc lựa chọn trên cơ sở

phân tích hai tiêu chí cơ bản: hiệu quả sử dụng băng tần và hiệu suất công suất. Hiệu quả
sử dụng băng tần

của hệ thống vô tuyến số đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
7
 
Hzsbit
B
R
//

(1.1)
trong đó : R là tốc độ bít của tín hiệu mang thông tin ( bit/s)
B là độ rộng băng tần cần thiết (Hz)
Để nâng cao hiệu quả sử dụng băng tần (bandwidth efficiency) nhằm tận dụng tài
nguyên tần số, trong các hệ thống vô tuyến số dung lƣợng lớn ngƣời ta chủ yếu sử dụng
các sơ đồ điều chế nhiều mức. Các phƣơng pháp điều chế chủ yếu thƣờng đƣợc lựa chọn
là điều chế khoá dịch pha M mức (M-PSK: M-aray Phase Shift Keying), điều chế biên độ
trực giao nhiều mức (M-QAM: M-aray Quadrature Amplitude Modulation) và các dạng
phát sinh của chúng. Các hệ thống điều chế M-PSK về nguyên lý không tối ƣu bằng các
hệ thống M-QAM khi số mức điều chế vƣợt quá tám, còn hệ thống M-QAM với các biểu
đồ tín hiệu khác nhau đều có chung đặc điểm là quá trình quyết định trong xử lý tín hiệu ở
máy thu đều dựa trên các miền quyết định hình vuông và cơ sở để tính toán về cơ bản
giống QAM kinh điển. Nguyên lý của các phƣơng thức điều chế đó đƣợc minh họa thông
qua biểu đồ chùm sao tín hiệu trên hình 1.1 và hình 1.2.
Với một giá trị M, hiệu quả sử dụng băng tần


của các phƣơng thức điều chế nói trên có
thể xác định theo công thức:
 
Hzsbit
M
B
R
//
1
log
2




(1.2)
trong đó: M=2
m
với m là số bít của một ký hiệu ( m≥2),


là hệ số uốn lọc của các bộ lọc dạng tín hiệu.
Muốn so sánh hiệu suất giữa các phƣơng thức điều chế ngƣời ta thƣờng so sánh mức
công suất cần thiết để đảm bảo cùng một tỉ lệ lỗi bít BER (Bit-error Rate). Từ hình 1.1 và
1.2, ta có :
M
Ed
PP


sin2
(1.3)
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
8

1
2


M
E
d
Q
Q
(1.4)

Điều kiện để xác suất thu lỗi giống nhau là d
P
= d
Q
tức là:
 
M
M
E
E
P

Q

2
sin12 
(1.5)
Từ công thức (1.5) ta thấy:
 M=4, E
Q
/E
P
= 1, tức là sơ đồ điều chế 4-QAM và 4-PSK tƣơng đƣơng nhau.
 4<M<8 thì E
Q
/E
P
> 1, điều chế M-PSK hiệu quả hơn M-QAM về công suất.
 M>8 thì E
Q
/E
P
< 1, tức là điều chế M-QAM hiệu quả hơn so với M-PSK.
Khi cần đạt hiệu quả cao về sử dụng băng tần trong các hệ thống vô tuyến số dung
lƣợng lớn, M thƣờng đƣợc chọn lớn, vì thế điều chế M-QAM thƣờng đƣợc sử dụng.
1.2 ĐIỀU CHẾ M-QAM
Điều chế M-QAM là phƣơng pháp điều chế kết hợp giữa điều chế biên bộ và điều chế
pha. Tên gọi điều chế biên độ trực giao xuất phát từ thực tế là tín hiệu M-QAM đƣợc tạo
ra bằng cách cộng các tín hiệu điều chế biên độ
M
mức có các sóng mang trực giao
(vuông góc) với nhau.

I
Q
d
Q
Q
E


-3
-1
-3
-1
3
1
Chú thích: d
Q
: khoảng cách giữa 2 kí hiệu lân cận
E
Q
: năng lƣợng của tín hiệu M-QAM
Hình 1.2: Biểu đồ chòm sao của tín hiệu
16-QAM.


Q
I
d
P
P

E

Chú thích:
d
P
: khoảng cách giữa 2 kí hiệu lân cận
E
P
: năng lƣợng của tín hiệu M-PSK
Hình 1.1: Biểu đồ chòm sao của tín
hiệu 4-PSK

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
9
Quá trình điều chế M-QAM thực hiện nhƣ sau: dòng m bít vào vào đã mã hoá mang
m bit đƣợc chia thành hai dòng tín hiệu I (đồng pha) và Q (lệch pha 90
0
). Mỗi tín hiệu mã
hoá mang m/2 bit tƣơng ứng với 2
m/2
trạng thái. Các bậc trạng thái của tín hiệu I, Q đƣợc
biểu diễn trong giản đồ chòm sao. Sau khi chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tƣơng tự
(DAC- Digital to analog converter), hai tín hiệu đƣợc đƣa qua bộ điều chế. I và Q lệch
pha nhau 90
0
. Kết quả quá trình điều chế này sẽ tạo thành chùm các điểm gọi là chòm sao
(constellation). Giản đồ chòm sao mô tả bằng đồ thị nhằm quan sát trực quan chất lƣợng

và sự méo của một tín hiệu số, tức là giản đồ chòm sao biểu diễn biên độ và pha của sóng
mang đã đƣợc ánh xạ trong mặt phẳng phức. Hệ toạ độ I và Q thể hiện các giá trị khác
nhau của tín hiệu I và Q (hình 1.3). Trong giản đồ chòm sao, nhiễu biểu hiện dƣới dạng
hƣớng đi của con trỏ nhƣ là một vòng tròn với mỗi trạng thái tín hiệu. (Điều này không áp
dụng các điều kiện lỗi xảy ra cùng một thời điểm). Tóm lại, điều chế M-QAM là phƣơng
pháp điều chế tín hiệu hai chiều, trong đó tín hiệu mang thông tin đƣợc sử dụng để thay
đổi biên độ của hai sóng mang trực giao.
Ngƣời ta có thể thực hiện điều chế QAM theo nhiều loại khác nhau đƣợc liệt kê nhƣ
dƣới bảng 1.
Bảng 1: Phân loại các loại điều chế QAM







Ta nhận thấy, các điểm của chòm sao đƣợc phân bố theo mã Gray (các điểm sao lân
cận nhau chỉ có một bit khác nhau). Phân bố mã Gray này có ý nghĩa rất lớn vì hầu hết
các loại lỗi thông thƣờng xảy ra do ký hiệu đƣợc giải mã giống với ký hiệu gần nó. Trong
STT
Loại điều chế
Số
bit
I(Q)
Số bit/
ký hiệu
Số
trạng
thái

1
2
3
4
4QAM(QPSK)
16QAM
64QAM
256QAM
1
2
3
4
2
4
6
8
4
16
64
256


Hình 1.3: Biểu đồ chùm sao
của tín hiệu 16-QAM
phân bố theo mã Gray.

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN

10
trƣờng hợp này, dùng mã Gray sẽ chỉ dẫn đến một bit lỗi trong khi mã nhị phân có thể
gây ra nhiều bit lỗi.
Độ nhạy của chòm sao với các nhiễu đƣợc biểu diễn bởi khoảng cách giữa các điểm
sao. Trên hình 1.3 là mô hình phân bố chòm sao 16-QAM, ta nhận thấy, nếu điểm xa nhất
ở các chòm sao đều có cùng biên độ thì khoảng cách giữa các điểm chòm sao lân cận
giảm khi số điểm trong chòm sao tăng. Ý nghĩa này đúng với mọi loại điều chế tín hiệu
hai chiều. Điều này làm chòm sao có kích thƣớc lớn nhƣ 256-QAM dễ bị nhiễu hơn nhiều
so với các chòm sao có kích thƣớc nhỏ nhƣ 4-QAM. Hình 1.4 chỉ ra kết quả lý thuyết
BER cho điều chế M-QAM [6]. Đồ thị biểu diễn BER tƣơng đối cho mỗi chòm sao QAM
nhƣ một hàm của SNR mỗi bit và SNR bị chia bởi số bit trong mỗi ký hiệu. Kết quả này
đã chứng minh những nhận xét trên là chính xác và chỉ rõ rằng tỉ lệ SNR thay đổi khi
chòm sao thay đổi.


1.2.1 Sơ đồ khối bộ điều chế M-QAM
Sơ đồ khối bộ điều chế M-QAM đƣợc trình bày trên hình 1.5.
Hình 1.4: Xác suất lỗi bít (BER) cho điều chế M-QAM
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
11

Bộ biến đổi song song - nối tiếp (S/P) thực hiện biến đổi từng cụm bit (ký hiệu) lối
vào bộ điều chế gồm m= log
2
M bít thành hai cụm tín hiệu nhị phân không - về - không
(NRZ: Non Return to Zero) song song, mỗi cụm gồm m/2 xung. Các khối 2/L thực hiện
biến từng cụm NRZ đó thành các tín hiệu A

k
và B
k
, có thể nhận L=
M
trị biên độ. Các
mạch nhân đƣợc sử dụng sau mỗi mạch lọc nhằm thực hiện điều chế biên độ tuyến tính.
Dạng phổ tín hiệu đầu ra đƣợc hình thành nhờ các bộ lọc thông thấp phía trƣớc mạch
nhân. Trong thiết kế thực tế, các bộ lọc thông thấp thƣờng đƣợc làm gần đúng bằng mạch
lọc căn bậc hai cosine tăng (square- root raised cosine filter) có hệ số điều chỉnh đƣợc.
Bộ điều chế M-QAM nhƣ vậy đƣợc tạo ra từ hai bộ điều chế biên độ với sóng mang nén
Ngoài ra, nhờ bộ ánh xạ (Mapper) và phƣơng pháp điều chế M-QAM, sóng mang
sau khi điều chế M-QAM là một số phức và đƣợc xếp trên biểu đồ chòm sao theo quy luật
mã Gray trên 2 trục Re (thực) và Im (ảo). Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu
đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang.Tại lối ra của bộ
điều chế M-QAM, tín hiệu có thể viết nhƣ sau:
V(t)=A
k
a
T
(t)cos

c
t+ B
k
b
T
(t)sin

c

t (1.6)
trong đó: a
T
(t), b
T
(t) là đáp ứng xung của các bộ lọc thông thấp.
a
T
(t)
Dãy bit
lối vào
S/P
2/L
LPF
Xoay
pha

LPF
2/L
A
k
B
k
b
T
(t)
VCO

Tín hiệu
M-QAM

Chú thích: S/P : Biến đổi song song - nối tiếp
LPF : Bộ lọc thông thấp
2/L : Bộ biến đổi 2 mức thành L mức
VCO : tạo sóng mang cos

t
Hình 1.5: Sơ đồ khối bộ điều chế M-QAM


0
0
90
0
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
12
A
k
, B
k
=±1,±2,±3,….,±

M
-1;


c

là tần số góc của sóng mang;
k là chỉ số khe thời gian của ký hiệu đƣợc truyền.
1.2.2 Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM
Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM đƣợc trình bày trên hình 1.6. Tín hiệu lối vào bộ
giải điều chế M-QAM có dạng:
V
r
(t)=A
k
a
T
(t)cos

c
t+ B
k
b
T
(t)sin

c
t +n(t) (1.7)
trong đó: n(t) là tạp nhiễu cộng.
Trong trƣờng hợp đồng bộ sóng mang lý tƣởng, các sóng mang giải điều chế có dạng:
V
1
(t)=2cos

c
t , V

2
(t)=2sin

c
t

(1.8)








Sau khi thực hiện nhân và loại bỏ thành phần tín hiệu hài bậc hai, hai tín hiệu giải
điều chế có dạng:
V
d1
(t)=A
k
a
T
(t)*a
R
(t) +n
1
(t) (1.9a)
V
d2

(t)=B
k
b
T
(t)* a
R
(t) +n
2
(t) (1.9b)
trong đó: a
R
(t), a
R
(t) là đáp ứng xung của các bộ lọc thông thấp của bộ giải điều chế
thu, thƣờng đƣợc làm gần đúng bằng bộ lọc căn bậc hai cosine tăng; n
1
(t), n
2
(t) là các
thành phần tạp âm tƣơng hợp sau lọc.
A/D và
giải mã
LPF
90
0
LPF
V
2
(t)
Sóng mang

P/S
Tín hiệu
lối vào
V
1
(t)
V
d2
(t)
V
d1
(t)
A/D và
giải mã
Dãy bít
lối ra
Chú thích: A/D : biến đổi tƣơng tự- số
P/S : Biến đổi song song- nối tiếp
LPF: Bộ lọc thông thấp
Hình 1.6: Sơ đồ khối bộ giải điều chế M-QAM

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
13
Các tín hiệu V

d1
(t), V
d2
(t) đƣợc lấy mẫu theo nhịp ký hiệu và đƣợc biến đổi tƣơng ứng
thành các tín hiệu
k
A
ˆ
và
k
B
ˆ
với L trị biên độ có thể có rồi đƣợc giải mã thành các tổ hợp
nhị phân có m/2 bit. Hai nhánh tín hiệu đƣợc đƣa tới bộ biến đổi song song – nối tiếp
(P/S) để tạo thành cụm m bít lối ra.
1.3 SƠ ĐỒ KHỐI BĂNG GỐC TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA HỆ THỐNG VÔ
TUYẾN SỐ M-QAM
Hệ thống vô tuyến số M-QAM là tổ hợp phức tạp của các khối khác nhau làm việc ở
băng tần gốc, tần số trung tần và tần số vô tuyến (tần số công tác trên đƣờng vô tuyến rất
cao, có thể lên tới vài ba chục GHz). Tuy vậy, hoạt động và đặc tính cơ bản của hệ thống
số này hoàn toàn có thể phân tích và đánh giá theo sơ đồ băng gốc tƣơng đƣơng [7],[13]
Điều này có thể quan sát một cách trực quan nhƣ sau:
Tín hiệu dải thông x(t) có thể biểu diễn dƣới dạng:
x(t)=r(t). cos[2

f
c
t+

(t) ]= Re [r(t).e

j.

[2

fct+

(t) ]
]=

Re [r(t).e
j.

2

fct
.e
j.

(t)
] (1.10)
trong đó : Re(.) là ký hiệu phần thực;
r(t) : là tín hiệu thực hiện điều chế biên độ;


(t) : là tín hiệu thực hiện điều chế pha của sóng mang.
Do e
j.

2


fct
không mang thông tin hữu ích mà chỉ biểu thị một sóng mang không điều chế,
toàn bộ thông tin của x(t) nằm ở thành phần điều biên r(t) và điều pha

(t) nên thay vì xét
với x(t), ta có thể xét tín hiệu:
)(exp[).()(
~
tjtrtx
L


(1.11)
Tín hiệu này hiển nhiên mang mọi thông tin trên tín hiệu dải thông. Mặt khác nó là tín
hiệu băng gốc vì không chứa sóng mang. Tín hiệu
)(
~
tx
L
theo công thức (1.11) thƣờng
đƣợc gọi là tín hiệu tƣơng đƣơng thông thấp (tức tín hiệu băng gốc tương đương) hay
đƣờng bao phức của tín hiệu dải thông x(t). Đối với các hệ thống dải thông, thay vì nghiên
cứu hệ thống với đặc tính dải thông có tần số trung tâm thƣờng rất cao (trong các hệ thống
thông tin thông thƣờng, tần số này trùng với tần số sóng mang của hệ thống), ta có thể
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
14
xem xét hệ thống bằng cách qui đặc tính dải thông của hệ thống về đặc tính thông thấp

tƣơng đƣơng. Việc qui hệ thống và tín hiệu dải thông về thông thấp tƣơng đƣơng dựa trên
biến đổi Hilbert [7]. Khi đó việc nghiên cứu hệ thống dải thông với tín hiệu dải thông có
thể quy về nghiên cứu hệ thống tƣơng đƣơng băng gốc với các tín hiệu băng gốc tƣơng
đƣơng.

Sơ đồ khối tƣơng đƣơng băng gốc của hệ thống vô tuyến số M-QAM đƣợc trình bày
trên hình 1.7. Mọi dạng sóng thời gian là tín hiệu băng gốc hoặc là các tín hiệu băng gốc
tƣơng đƣơng, mọi đáp ứng tần số là các hàm thông thấp hoặc là các hàm thông thấp tƣơng
đƣơng của các hàm dải thông.
Số liệu đầu vào của hệ thống vô tuyến số M-QAM có sơ đồ khối nhƣ hình 1.5 là
chuỗi liên tiếp các giá trị số liệu phức M mức {c
k
}, trong đó k là chỉ số của khe thời gian
số liệu. Mỗi ký hiệu c
k
đƣợc tạo ra từ một bảng chữ cái M điểm {

m
} với m =1,2,…,M.
Tập tất cả M điểm này khi biểu diễn trên mặt phẳng pha (không gian tín hiệu) gọi là biểu
đồ chòm sao (constellation) của tín hiệu. Đối với M-QAM truyền thống, M điểm của
Nguồn
symbol
s

Bộ
điều chế
Bộ
lọc phát
MT

truyền
c
k
s(t)

(t)

Bộ
lọc thu
Bộ
cân bằng
Bộ giải
điều chế
Khôi phục
sóng mang
Thiết bị
quyết định
Khôi phục
đồng hồ
w(t)

Hình 1.7: Sơ đồ tương đương băng gốc của hệ thống viễn thông M-QAM

KĐCS

Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
15

chùm sao đƣợc sắp xếp theo một lƣới vuông góc nhƣ trên hình 1.2. Ký hiệu c
k
khi đó có
thể biểu diễn:
c
k
=a
k
+jb
k
a
k
,b
k
=±1, ±3, …, ±(
M
-1) (1.12)
trong đó: a
k
,b
k
lần lƣợt là thành phần đồng pha và vuông pha của ký hiệu c
k
.
Dƣới dạng véc tơ, ký hiệu c
k
có thể biểu diễn đƣợc theo:









k
k
k
b
a
c
(1.13)
Tại lối ra của bộ điều chế, tín hiệu là:

 
 
kTtjbats
k
kk



)(
(1.14)
trong đó:T là khoảng thời gian của một ký hiệu.


(t) là hàm xung Dirac đƣợc định nghĩa :

(t)=0


t

0 và



b
a
dtt 1)(

với a, b dƣơng.
Tại các thời điểm lấy mẫu, tại lối ra của mạch lấy mẫu, tín hiệu thu đƣợc là dãy
}
~
{
k
c
.
Tƣơng tự,
}
~
{
k
c
có thể biểu diễn đƣợc theo:
kkk
bjac
~
~

}
~
{ 
và ở dạng véc- tơ.







k
k
k
b
a
c
~
~
~
(1.15)
Tín hiệu thu đƣợc tại lối ra bộ cân bằng (equalizer) w(t) có thể viết đƣợc:
w(t)=s(t)*h(t) +n(t) (1.16)
trong đó: h(t)=h
c
(t)+jh
s
(t), là đáp ứng xung tổng cộng của hệ thống bao gồm lọc phát,
kênh vô tuyến, lọc thu, và bộ cân bằng:
n(t)=


(t)*h
R
(t) = n
c
(t) +jn
s
(t) (1.17)
với h
R
(t) là đáp ứng xung tổng cộng của bộ lọc thu và bộ cân bằng.
Biểu diễn dƣới dạng ma trận và véc-tơ, w(t) có thể biểu diễn theo:
Thiết kế bộ giải điều chế 16-QAM trên FPGA


Trương Thị Hiền Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN
16

















s
c
k
k
k
k
n
n
b
a
thtw )()(
(1.18)
trong đó :









)()(
)()(
)(
thth
thth

th
cksk
skck
k
, với
)()( kTthth
cck


và n
c
=n
c
(t)

)()( kTthth
ssk


n
s
=n
s
(t)
Từ công thức (1.18), tại thời điểm lấy mẫu tín hiệu thứ không, t=t
0
=0, véc-tơ thu
đƣợc tại lối ra mạch lấy mẫu là:































)0(
)0(

)0()0(
~
~
~
'
0
0
0
0
0
0
s
c
k
k
k
k
n
n
b
a
h
b
a
h
b
a
c
(1.19)
Trong công thức trên, dấu phẩy sau dấu  có nghĩa là tổng bỏ qua số hạng thứ không, số

hạng thứ hai biểu thị sự tác động từ các ký hiệu trƣớc và sau ký hiệu thứ không đang xét
và đƣợc gọi là nhiễu xuyên ký tự ISI (intersymbol Interference ).
Trong sơ đồ hình 1.7, bộ lọc phát cần phải có đáp ứng tuyến tính nhằm tạo phổ công
suất bức xạ nhất định, trong khi đó bộ lọc thu phải thỏa mãn yêu cầu lọc chế áp nhiễu, và
do vậy đóng vai trò bộ lọc phối hợp (matched filter). Để loại bỏ ISI gây bởi tính chất hạn
chế phổ tần (mà nguyên nhân gây ra ISI là do bề rộng phổ của tín hiệu phát lớn hơn bề
rộng kênh truyền cho phép), thì đáp ứng xung toàn phần của kênh truyền từ đầu vào bộ
lọc phát tới lối ra bộ lọc thu phải thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất. Do đó, tín hiệu
trƣớc khi truyền đi đều đƣợc nhân với xung cơ bản để giới hạn phổ của tín hiệu phát sao
cho phù hợp với bề rộng kênh truyền cho phép. Xung cơ bản đơn giản nhất chính là xung
vuông. Tuy nhiên trong thực tế, để đạt mục đích kể trên, các bộ lọc phát và thu thƣờng
đƣợc thực hiện bằng các bộ lọc căn bậc hai cosine tăng với hệ số uốn lọc

(roll-off
factor) thích hợp. Về mặt lý thuyết, hệ số uốn  nhận các giá trị từ 0 đến 1 song trong
thiết kế hiện nay

ở khoảng ngƣỡng (0.20.75) là dễ thực hiện và độ chính xác chấp
nhận đƣợc bởi vì trong khoảng này méo phi tuyến thay đổi không đáng kể (sai khác chỉ
khoảng 0.1 dB). Đặc biệt, trong hệ thống vô tuyến số 16-QAM chúng ta không cần quan
tâm đến giá trị

. Do tín hiệu tại lối ra của bộ điều chế là một dãy các xung vuông NRZ