Chương trình mô phỏng điều chế khóa dịch pha 4PSK

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CỞ SỞ II
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
-------  --------
Chuyên Đề Mô Phỏng Hệ Thống Thông Tin
Đề Tài
Chương trình mô phỏng điều chế khóa dịch pha 4PSK


TP.Hồ Chí Minh– 1/2011
dsd Trang 1 ds
GVHD : TS. Trịnh Quang Khải
HVTH : Trần Quang Nhu
LỚP : Kỹ thuật Điện tử
HỆ : Cao học
KHOÁ : 18
dsd Trang 2 ds
1. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ SỐ
Điều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệu
tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa. Tín hiệu tuần
hoàn gọi là sóng mang. Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế. Ở đầu
thu bộ giải điều chế sẽ dựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín
hiệu mang thông tin ban đầu. Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trình
điều chế có thể là biên độ, pha, tần số.
Trong điều chế số, một sóng mang tương tự sẽ được biến đổi theo một chuỗi bit
có chiều dài cố định hoặc thay đổi. Đây cũng có thể được coi là một dạng biến đổi
tương tự-số. Hình dạng của sóng mang được lấy từ một tập hợp hữu hạn các symbol.
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.
2. PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ 4PSK

2.1. Cơ sở toán học của điều chế 4PSK
PSK là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đối
theo tín hiệu băng gốc.
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 4PSK như sau:
S
i
(t) =
√
2E
T
.
cos[2πf
c
t +
θ

(
t
)
+θ
]
Với: θ(t) = (2i – 1).
π
4
; và E =
1
2
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
dsd Trang 3 ds
 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) =
√
2E
T
.
cos[2πf
c
t +
θ
(
t
)
] =
√
2E
T
.
cos[2πf
c
t +
(
2i−1
)

π
4
]
Qua biến đổi lượng giác, ta có thể viết lại biểu thức như sau:
S
i
(t) =
−
√
2 E
T
. sin
[
(
2i−1
)
π
4
]
sin(2πf
c
t) +
√
2E
T
.cos
[
(
2i−1
)

π
4
]
cos(2πf
c
t)
Trong đó: θ(t) = (2i – 1).
π
4
; ( 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) =
√
2
T
.
cos(2πf
c
t)
Ø
2
(t) =
√
2
T

.
sin(2πf
c
t)
Khi đó ta viết lại:
S
i
(t) =
(
2i−1
)
.
π
4
[¿].
√
E .cos ¿
Ø
1
(t) –
(
2i−1
)
.
π
4
[¿]
√
E .sin ¿
. Ø

2
(t)
+ Tồn tại 4 điểm tương ứng với các Vectơ được xác định như sau:
S
i
=
(
2i−1
)
.
π
4
[¿]
(
2i−1
)
.
π
4
¿
√
E . cos¿
√
E .sin [¿ ]
¿
(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 4PSK
dsd Trang 4 ds
ở ngõ ra của bộ điều chế, trong đó bit 0 tương ứng với điện áp
–
√
E/2
và bit 1 tương
ứng với điện áp
+
√
E /2
Bảng: Các Vectơ không gian tín hiệu 4PSK
Cặp bit Pha của tín
hiệu 4PSK
Tọa độ của các điểm bản tin
S
i1
S
i2
11 π/4
+
√
E /2
+
√
E /2
01 3π/4
−
√

E /2
+
√
E /2
00 5π/4
−
√
E /2
−
√
E/2
10 7π/4
+
√
E/2
−
√
E/2
Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu 4PSK được đặc trưng bởi không gian 2
chiều và bốn điểm bản tin như hình vẽ
Hình: Giản đồ chòm sao của tín
hiệu 4PSK
(Mỗi ký hiệu kề nhau chỉ khác
nhau 1 bit)
2.2. Sơ đồ khối điều chế 4PSK
Chuyển mã
NRZ
Chuyển mã
NRZ
√

E
−
√
E
90
0
dsd Trang 5 ds
I
1 0 1 0
ø1
(
t
)
=
√
2
T
.
cos(2πf
c
t)
s(t)
√
E
−
√
E
Hình: Sơ đồ khối điều chế 4PSK
Tín hiệu nhị phân vào được chuyển đổi thành 2 thành phần song song nhau, mỗi nhánh
sẽ qua bộ chuyển từ mã RZ sang mã NRZ. Tín hiệu NRZ ở mỗi nhánh được nhân với hai

thành phần sóng mang lệch nhau 90
0

(
ø1
(
t
)
=
√
2
T
.
cos(2πf
c
t) và
ø2
(
t
)
=
√
2
T
.
sin(2πf
c
t) ).
Tính hiện 4PSK sau khi được điều chế là tổng hai thành phần
3. ĐOẠN MÃ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

dsd Trang 6 ds
bitI
Chuyển
đổi nối
tiếp sang
song
song
chuoibit
∑
s
i
(t)
Tín hiệu nhị phân
nhập vào
1 1 0 0 0 1 1 0
Tín hiệu sau điều
chế
bitQ
ø2
(
t
)
=
√
2
T
.
sin(2πf
c
t)

Q
1 0 0 1