mô phỏng điều CHẾ DỊCH PHA 4 TRẠNG THÁI (QPSK)

1. Điều chế QPSK (4PSK)
a. Sơ đồ nguyên lý
- Nguyên lý điều chế số
Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số.
Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động hình Sin (sóng mang), làm cho sóng
mang có thể mang thông tin cần truyền đi.
Ta cũng có thể hiểu: Điều chế số là sử dụng thông tin số tác động lên các thông số của sóng
mang, làm cho các thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của thông tin.
Sóng mang hình Sin có dạng:
x(t) = A cos(2Πf
c
t + ø)
Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin:là biên độ (A), tần số (f
c
) và góc pha (ø).
Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số của sóng mang để có các phương pháp
điều chế tương ứng.
Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có phương pháp
điều chế kết hợp.
- Điều chế 2PSK
Mo phong Page 1
0
- Điều chế QPSK (PSK 4 mức)
Mỗi trạng thái sóng mang mang thông tin 2 bit
Mo phong Page 2
PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ PSK
Cơ sở toán học của điều chế PSK:
PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đối theo
tín hiệu băng gốc.
Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn: f
0

(t) = cos(ɷ
0
t
+
φ)
Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân 0 hoặc 1, hay là một dãy
tín hiệu dạng NRZ.
Khi đó tín hiệu được điều chế dịch pha PSK sẽ có dạng :
P(t) = cos[ɷ
0
t
+
φ + s(t).]
Trong đó: Δø = : là sự lệch pha giữa các pha lân cận của tín hiệu
Biểu diễn tín hiệu theo kiểu cầu phương:
P(t) = cos[ɷ
0
t
+
φ + s(t).]
= cos[ s(t).].cos(ɷ
0
t
+
φ) – sin[ s(t).].sin(ɷ
0
t
+
φ)
Đặt

Suy ra: P(t) = a(t).cos(ɷ
0
t
+
φ) + b(t). sin(ɷ
0
t
+
φ)
Như vậy, tín hiệu điều chế dịch pha là tổng của hai tín hiệu điều biên vuông góc
nhau.
Mo phong Page 3
ĐIỀU CHẾ DỊCH PHA 4 TRẠNG THÁI (QPSK)
Với n = 4 suy ra Δø = =
Khi đó ta có tín hiệu điểu chế QPSK có dạng:
P(t) = cos[(ɷ
0
t
+
φ + s(t) ]
Tín hiệu băng gốc s(t) là xung nhị phân NRZ lưỡng cực nhận 4 giá trị.
Sơ đồ điều chế:
Sơ đồ nguyên lý điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90
0
Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ta được hai luồng tín
hiệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời tín hiệu đơn cực RZ (Return-Zero: dạng tín hiệu
mức 0 hoặc 1) được biến đổi thành tín hiệu lưỡng cực NRZ (Non Return Zero: dạng tín hiệu mức
+1 hoặc -1). Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90
0
. Tổng hợp tín hiệu đầu ra

ở của hai bộ trộn ta được tín hiệu QPSK.
Tín hiệu đầu ra hai bộ trộn
M1(t) = a(t).cosɷ
0
t
M2(t) = b(t).sinɷ
0
t
Mo phong Page 4
I
Trộn
f
0
(t) = cosɷ
0
t
b(t)
Chuyển đổi
nối tiếp sang
song song
s(t)
P(t)
∑
a(t)
Tín hiệu sau
điều chế
Tín hiệu nhị
phân nhập vào
90
0

Q
Trộn
Với a(t) = +1 hoặc -1; b(t) = +1 hoặc -1
Tín hiệu tổng QPSK ở ngõ ra:
P(t) = a(t).cosɷ
0
t + b(t).sinɷ
0
t
HỆ THỐNG VÔ TUYẾN
Sóng mang hình sin được biểu thị theo công thức chung như sau:
S(t) = A.cos(ɷ
c
t
+
θ)
Trong đó:
+ A là biên độ sóng mang
+ ɷ
c
= 2πf
c
là tần số góc của sóng mang
+ f
c
là tần số sóng mang.
+ θ là pha sóng mang
Ta có thể viết công thức cho sóng mang được điều chế QPSK như sau:
S
i

(t) =
Với θ(t) = (2i – 1).; và E = A
2
.T
Trong đó:
i= 1, 2, 3 và 4 tương ứng với phát đi các ký hiệu gồm 2 bit: 00, 01, 11 và 10
E là năng lượng tín hiệu phát trên một ký hiệu
T = 2T
b
là thời gian tồn tại một ký hiệu
T
b
là thời gian tồn tại một bit
f
c
là tần số sóng mang
θ(t) là góc pha được điều chế
θ là góc pha ban đầu của tín hiệu
Mỗi giá trị của pha tương tứng với hai bit duy nhất của tín hiệu được gọi là
cặp bit, như vậy ta có thể lập các giá trị pha để biểu diễn tập các cặp bit như
sau: 00, 01, 11 và 10.
Góc pha ban đầu θ là một hằng số, nó nhận giá trị bất kỳ trong khoảng từ 0
đến 2π, vì góc pha này không ảnh hưởng đến quá trình phân tích tín hiệu được
điều chế nên ta đặt giá trị pha ban đầu θ bằng không. (θ = 0)
Hay: S
i
(t) = =
Mo phong Page 5
Qua biến đổi lượng giác, ta có thể viết lại biểu thức của sóng mang như sau:
S

i
(t) =
Trong đó: θ(t) = (2i – 1).; ( i=1, 2, 3, 4)
Theo công thức trên, ta có nhận xét:
+ Có hai hàm cơ sở trong biểu thức s
i
(t), ta định nghĩa như sau:
Ø
1
(t) = sin(2πf
c
t), khi 0 ≤ t ≤ T
Ø
2
(t) = cos(2πf
c
t), khi 0 ≤ t ≤ T
Khi đó ta viết lại:
S
i
(t) = . Ø
1
(t) + Ø
2
(t)
+ Tồn tại 4 điểm tương ứng với các Vectơ được xác định như sau:
S
i
= (Với i = 1, 2, 3, 4)
Các phần tử của các Vectơ tín hiệu là S

i1
và S
i2
có các giá trị được tổng kết ở
bảng dưới đây. Hai cột đầu tiên biểu diễn các cặp Bit và pha tương ứng của tín
hiệu QPSK ở ngõ ra của bộ điều chế, trong đó bit 0 tương ứng với điện áp
và bit 1 tương ứng với điện áp
Bảng: Các Vectơ không gian tín hiệu QPSK
Cặp bit Pha của tín hiệu QPSK Tọa độ của các điểm bản tin
S
i1
S
i2
11 π/4
01 3π/4
00 5π/4
10 7π/4
Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu QPSK được đặc trưng bởi không gian
2 chiều và bốn điểm bản tin như hình vẽ
Mo phong Page 6
Chuyển mã
NRZ
Chuyển mã
NRZ
900
c(t)
Hình: Giản đồ chòm sao của tín hiệu QPSK
(Mỗi ký hiệu kề nhau chỉ khác nhau 1 bit)
Mo phong Page 7
I

1 0 1 0
cos(2πf
c
t)
bitI
Chuyển
đổi nối tiếp
sang song
song
chuoibit
∑
y(t)
Tín hiệu nhị
phân nhập vào
1 1 0 0 0 1 1 0
Tín hiệu sau
điều chế
bitQ
sin(2πf
c
t)
Q
1 0 0 1
Hình: Sơ đồ khối điều chế QPSK
Hình: Sơ đồ khối điều chế QPSK
Mo phong Page 8
i(t)
2PSK
bitI
Chuyển đổi

nối tiếp sang
song song
Chuoibit
c(t)
y(t)
∑
bitQ
Tín hiệu sau
điều chế
Tín hiệu nhị
phân nhập vào
90
0
q(t)
2PSK
Mo phong Page 9
Phase-shift keying
Cho dãy bit đầu vào là: 01010101101010110110010111011101010100.
Tần số sóng mang là: f
c
=2MHz
Tín hiệu nhị phân này qua khối chuyển đổi nối tiếp sang song song, được 2 dòng bit
riêng biệt x
1
và x
2.
Dòng bit x
1
đi qua khối điều chế PSK 2 mức (2PSK) với sóng mang là c(t)=
Biểu thức toán học

y(t) =
Sơ đồ khối điều chế
Biểu đồ chòm sao
Mo phong Page 10
I
2PSK
x
1
(t)
Chuyển đổi
nối tiếp sang
song song
c(t)
x(t)
y(t)
∑
x
2
(t)
Tín hiệu sau
điều chế
Tín hiệu nhị
phân nhập vào
90
0
Q
2PSK
Dạng sóng mô phỏng được
Đoạn mã chương trình
Tài liệu tham khảo

- Sơ đồ nguyên lý điều chế QPSK
Mo phong Page 11
Mo phong Page 12
Mo phong Page 13
Mo phong Page 14
Mo phong Page 15
Mo phong Page 16
-
b. Mô phỏng bằng MatLab
Mo phong Page 17
1. Tập lệnh chương trình
function qpsk(g,f) % g: la chuoi bit nhi phan dau vao, ta có the thay "g" băng "sobit" f: la tan so
f0, ta co the thay f bang f0
%dieu che QPSK
%tu cua so lenh ban hay go:
%qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1],2):
%[1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1] la so bit nhi phan dau vao
%[1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1] co the thay doi theo y ban
Mo phong Page 18
% Khi ta xoa di tat ca cac dong tu 9 den 19 (IF NARGIN > 2 den END) thi do thi ket qua mo
phong khong
% thay doi
if nargin > 2 % Neu so bien so dau vao > 2
error('ban da dua nhieu tham so, chi duoc dua 2 tham so dau vao');
elseif nargin==1 % So sanh so bien dau vao va 1
f=1;
end
if f<1;
error('tan so phai lon hon 1');
end

% Khi ta xoa tat ca cac dong tu 9 den 19 thi ket qua mo phong khong thay doi
%*-*-*-*-*-*
% Bai toan thuc hien kiem tra tong so bit nhap vao la so chan (de thuc hien
% tach thanh 2 nhanh
l=length(g);
r=l/2;
re=ceil(r); % thuc hien chuyen cac phan tu cua r ve so nguyen
val=re-r;
if val~=0;
error('so bit nhi phan nhap vao phai la chan');
end
%*-*-*-*-*-*
% Gan cac gia tri dau vao
t=0:2*pi/99:2*pi; % cho gia tri t chay tu 0 den 2pi, buoc nhay la 2pi/99
% Khai bao cac ma tran dung trong chuong trinh
cp=[];
sp=[]; % hu hu, khong hieu
mod=[];
mod1=[];
bit=[]; % Hu hu, khong hieu
bit1=[];
bit2=[];bit0=[]; % hu hu, khong hieu
for n=1:length(g)/2; % cho gia tri n chay tu 1 den length(g)/2
if g(2*n-1)==0; %
se1=zeros(1,100); % tao ma tran 1x100 (gom 1 hang,100 cot,tat ca cac gia tri =0)
else g(2*n-1)==1;
se1=ones(1,100); % tao ma tran 1x100 (gom 1 hang, 100 cot,tat ca cac gia tri = 1)
end
bit1=[bit1 se1];

end
for n=1:length(g)/2; %cho gia tri n chay tu 1 den length(g)/2
if g(2*n)==0;
Mo phong Page 19
se2=zeros(1,100); %tao ma tran 1x100 (gom 1 hang,100 cot,tat ca cac gia tri =0)
else g(2*n)==1;
se2=ones(1,100); %tao ma tran 1x100 (gom 1 hang,100 cot,tat ca cac gia tri =1)
end
bit2=[bit2 se2];

end
for n=1:2:length(g); % cho gia tri n chay tu 1 den length(g),buoc nhay la 2
if g(n)==0 && g(n+1)==1; %Trang thai 01,goc pha 3pi/4
die=sqrt(2)/2*ones(1,100); % die: tuong ung voi truc tung
die1=-sqrt(2)/2*ones(1,100); % die1: tuong ung voi truc hoanh
se=[zeros(1,50) ones(1,50)];
elseif g(n)==0 && g(n+1)==0; % Trang thai 00, goc pha 5pi/4
die=-sqrt(2)/2*ones(1,100);
die1=-sqrt(2)/2*ones(1,100);
se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];
elseif g(n)==1 && g(n+1)==0; % Trang thai 10, goc pha 7pi/4
die=-sqrt(2)/2*ones(1,100);
die1=sqrt(2)/2*ones(1,100);
se=[ones(1,50) zeros(1,50)];
elseif g(n)==1 && g(n+1)==1; % Trang thai 11, goc pha pi/4
die=sqrt(2)/2*ones(1,100);
die1=sqrt(2)/2*ones(1,100);
se=[ones(1,50) ones(1,50)];
end
c=cos(f*t); % Tin hieu song mang cho I, dong pha voi tin hieu ban dau

s=sin(f*t); % Tin hieu song mang cho Q, lech 90 do so voi tin hieu ban dau
cp=[cp die]; %Amplitude cosino, bien do cua song Coos
sp=[sp die1]; %Amplitude sino, bien do cua song Sin
mod=[mod c]; %cosino carrier (Q)
mod1=[mod1 s]; %sino carrier (I)
bit=[bit se];
end
% cac lenh ve do thi
qpsk=cp.*mod+sp.*mod1;
subplot(4,1,1);plot(bit,'LineWidth',1.5);grid on;
title('tin hieu dua vao dieu che')
axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);
subplot(4,1,2);plot(bit1,'LineWidth',1.5);grid on;
title('tin hieu nhanh 1')
axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);
subplot(4,1,3);plot(bit2,'LineWidth',1.5);grid on;
title('tin hieu nhanh 2')
axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);
subplot(4,1,4);plot(qpsk,'LineWidth',1.5);grid on;
title('tin hieu dieu che qpsk')
axis([0 50*length(g) -1.5 1.5]);
Mo phong Page 20
2. Mô phỏng
Hình 1: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1],2)
Mo phong Page 21
Hình 2: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1],4)
Hình 3: qpsk([1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1],2)
c.
Mo phong Page 22
2. Điều chế 8PSK

a. Sơ đồ nguyên lý
b. Mô phỏng bằng MatLab
c. d
Mo phong Page 23
Mo phong Page 24
Mo phong Page 25