Tiểu luận truyền dẫn số

Truyền dẫn số

M ỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.............................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................
I. ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ...............................................................
1.1. Tổng quan về điều chế số...............................................................................
1.2. Một số phương pháp điều chế số....................................................................
II.ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA PSK............................................................
2.1. Giới thiệu về khóa dịch pha PSK...........................................................................
2.2. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế BPSK..............................................................
2.3. Khóa dịch pha vi phân DPSK....................................................................................
2.4. Khóa dịch pha cầu phương (QPSK) và Khóa dịch pha M-ary(MPSK)....................
III. ĐIỀU BIÊN CẦU PHƯƠNG QAM................................................................
3.1. Giới thiệu về điều biên cầu phương QAM…………………………………………
3.2. Kỹ thuật điều chế QAM……………………………………………………………….
3.3. Sơ đồ điều chế và giải điều chế M-QAM.......................................................................
3.4. Ứng dụng QAM...................................................................................................
IV. KẾT LUẬN..............................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................

Nhóm 16

Page 1


Truyền dẫn số

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

ASK

Amplitude Shift Keying

Điều chế khóa dịch biên độ

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế pha nhị phân

PSK

Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha vuông góc

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

TLO

Transmitter Local Oscillator

Bộ dao động nội phát

RLO

Receiver Local Oscillator

Bộ dao động nội thu

Nhóm 16

Page 2


Truyền dẫn số
I.
I.1.

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ
Tổng quan về điều chế số

Điều chế số là quá trình xử lý mà các ký hiệu số được chuyển đổi sang dạng sóng

tương thích với các đặc tính của kênh truyền dẫn. Trong trường hợp điều chế băng tần cơ
sở (baseband modulation), dạng sóng đó thường là các khung định dạng .Nhưng trong
trường hợp điều chế thông dải (bandpass modulation), các xung định dạng điều chế mộ
đường hình sin gọi là sóng mang. Trong truyền đẫn vô tuyến thì sóng mang được biến đổi
thành trường điện từ (EM) để truyền đến nơi mong muốn. Một câu hỏi đặt ra rằng tại sao
cần thiết phải sử dụng sóng mang cho truyền dẫn vô tuyến của tín hiệu băng tần cơ sở ?.
Câu trả lời là do sự truyền đẫn của trường điện từ qua không gian dược thực hiện
cùng với việc sử dụng ăng ten. Kích thước của ăng ten phụ thuộc vào bước sóng lamda
và ứng dụng của nó. Đối với mạng điện thoại di dộng, kích thước ăng ten điển hình là /4,
với độ dài bước sóng = c/f và c là vận tốc ánh sáng cỡ 3.10 m/s .Xem xét việc truyền
một tín hiệu băng tần cơ sở (f=3000Hz) bằng cách kết nối nó trực tiếp với ăng ten mà
không có sóng mang. Khi đó kích thước của ăng ten sẽ phải lớn đến mức nào?.
Đối với tín hiệu băng tần cơ sở 3000Hz thì /4=25000 m ( 15 dặm) . Để truyền một
tín hiệu có tần số 3000Hz qua không gian mà không có điều chế sóng mang thì yêu cầu
ăng ten có độ rộng 25000m( 15 dặm ) là không khả thi. Tuy nhiên, nếu thông tin băng tần
cơ sở được điều chế lần thứ nhất ở sóng mang cao hơn, ví dụ 1 sóng mang 900 MHz, thì
đường kính ăng ten tương đương sẽ là 8 cm. Chính vì lí do này mà diều chế sóng mang
hay điều chế thông dải là một bước quan trọng cho tất cả hệ thống kể cả hệ thống truyền
dẫn vô tuyến .
Điều chế thông dải còn đem lại một số lợi ích khác trong truyền đẫn tín hiệu. Nếu
có nhiều hơn một tín hiệu cùng sử dụng kênh truyền đơn, điều chế có thể được sử dụng
để tách riêng các tín hiệu khác nhau qua việc ghép kênh phân chia theo tần số. Điều chế
có thể được sử dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu qua việc điều chế trải phổ, yêu
cầu băng thông hệ thống lớn hơn rất nhiều băng thông tối thiểu được sử dụng rong các
bản tin. Điều chế có thể được sử dụng để đặt một tín hiệu trong một băng tần theo yêu
cầu thiết kế như việc lọc và khuếch đại tín hiệu. Đây là trường hợp khi tín hiệu ở tần số
vô tuyến (RF) được chuyển đổi sang tần số trung tần (IF) ở máy thu.
Điều chế thông dải (số hoặc tương tự) là quá trình trong đó tín hiệu thông tin được
chuyển đổi sang một dạng sóng tín hiệu hình sin; Đối với điều chế số, chu kỳ tín hiệu
hình sin T tương đương với bề rộng của ký hiệu số .

Nhóm 16

Page 3


Truyền dẫn số

Tín hiệu hình sin có 3 đặc điểm để phân biệt tín hiệu hình sin này với tín hiệu
hình sin khác: biên dộ, tần số, pha. Do vậy , điều chế thông dải có thể được định nghĩa
như là một quá trình mà ở đó biên độ, tần số hay pha của sóng mang vô tuyến RF, hoặc
sự kết hợp của cả 3 yếu tố đó được biến dổi tương ứng với tín hiệu thông tin cần được
truyền đi. Dạng tổng quát của tín hiệu sóng mang là:

Ở đây, A(t) là biên độ biến đổi theo thời gian và là góc pha biến dổi theo thời
gian. có thể viết cụ thể hơn:

Khi đó:
]
Với là tần số góc của sóng mang và là pha. F và đều được sử dụng biểu thị cho
tân số. Khi f được sử dụng thì đơn vị là Hert z (HZ) còn khi được sử dụng thì đơn vị là
radian/s, giữa chúng có mối quan hệ : .
1.2 Một số phương pháp điều chế số
Các loại điều chế/giải diều chế thông dải cơ bản được minh họa ở hình vẽ 1. Khi
máy thu biết được pha của sóng mang để tách các tín hiệu thì quá trình xử lí đó gọi là
tách sóng kết hợp ( coherent detection); Khi máy tu không sử dụng thông tin tham khảo
về pha, thì quá trình xử lí được gọi là tách song không kết hợp ( noncohernt detection).
Trong truyền thông số, các thuật ngữ giải điêuù chế và tách song thường được dùng thay
thế cho nhau, mặc dù giải điêu chế nhấn mạnh sự tái tạo, khôi phục dạng sóng, còn tách
song liên quan tới quá trình đưa ra quyết định về ký hiệu thu được .

Trong tách sóng kết hợp lý tưởng, đã có sẵn ở máy thu một nguyên mẫu của mỗi
tín hiệu đến. Những dạng song nguyên mẫu đó cố gắng để sao chép nguyên tín hiệu ở
mọi khía cạnh , thậm chí cả pha của song vô tuyến . Máy thus au đó được khóa pha
(phase locked) với tín hiệu đến. Trong quá trình giải điều chế , máy thu nhân và kết hợp (
tương qua ) tín hiệu đến với mỗi bản sao nguyên mẫu của nó.
Điều chế/giải điều chế kết hợp được phân loại là: Khóa dịch pha (PSK), Khóa dịch
biên độ (ASK), Khóa dịch tần số (FSK), Điều chế pha liên tục (CPM) và lai ghép giữa
các phương pháp. Ví dụ về điều chế pha liên tục –CPM là Khóa dịch pha cầu phương bù
(OQPSK), khóa dịch nhỏ nhất/ tối thiểu (MSK), và điều chế lai ghép là điều biên cầu
phương (QAM).
Nhóm 16

Page 4


Truyền dẫn số

Giải điều chế không kết hợp có ở các hệ thống mà bộ giải điều chế được thiết kế
hoạt động không cần biết về giá rị tuyệt đối của pha tín hiệu vào; do vậy không yều cầu
việc ước lượng pha. Cho nên ưu điểm của hệ thống khoogn kết hợp so với kết hợp là
giảm được độ phức tạp, nhưng xác suất lỗi ( lại tăng lên.Ở hình 1 những loại điều
chế/giải điều chế được liệt kê trong cột không kết hợp là DPSK,FSK,ASK,CPM, và điều
chế lai.

Kết hợp (Coherent)

Không kết hợp (NonCoherent)

Khóa dịch pha - PSK

Khóa dịch pha vi phân-DPSK

Khóa dịch tần số-FSK

Khóa dịch tần số-FSK

Khóa dịch biên độ-ASK

Khóa dịch biên độ-ASK

Điều chế pha liên tục-CPM

Điều chế pha liên tục-CPM

Điều chế lai-Hybrid

Điều chế lai-Hybrid

II. ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA PSK (Phase Shift Keying)
2.1. Giới thiệu về khóa dịch pha PSK
Khóa dịch pha là một dạng điều chế góc, biên độ không đổi. Khóa dịch pha cũng
tương tự như điều chế pha thông thường, chỉ có khác là PSK có tín hiệu đầu vào là tín
hiệu nhị phân và pha đầu ra có số lượng giới hạn.
Điều chế PSK sử dụng bộ điều chế ngoài như bộ điều chế pha LiNbO3. Tại máy
thu, tín hiệu PSK được giải điều chế bằng hệ thống tách sóng đồng tần hoặc đổi tần, tín
hiệu trung tần IF được giải điều chế đồng bộ hoặc không đồng bộ.
Trong phương pháp điều chế PSK, tần số và biên độ của sóng mang được giữ
không đổi trong khi pha của nó dịch theo mỗi bit dòng truyền dữ liệu.

Phân loại

Có 2 loại PSK thường dùng:
Nhóm 16

Page 5


Truyền dẫn số

Loại thứ nhất dùng hai tín hiệu sóng mang đại diện cho bit “1” và
sóng mang này khác pha nhau 180º. Vì tín hiệu này chỉ là nghịch đảo của
nên loại này được gọi là PSK pha phối hợp. Điều bất tiện của loại này là
đòi hỏi phải có sóng mang tham chiếu để so pha với tín hiệu thu, do đó
thực hiện đồng bộ pha giữa máy thu và máy phát. Kết quả dẫn đến mạch
chế phức tạp hơn.

bit “0”, hai
tín hiệu kia
tại máy thu
cần phải
giải điều

Loại PSK thứ 2 gọi là PSK vi sai. Với loại này sự dịch chuyển pha
mỗi bit hay mỗi symbol, không cần quan tâm tới chuỗi bit “0” hay “1”
truyền. Giả sử với điều chế 2-PSK vi sai thì một sự dịch pha 90º tương ứng
hiện hành chỉ định “0” là bit kế tiếp, trong khi sự dịch pha 270º chỉ bit “1”
tiếp. Như vậy mạch giải điều chế chỉ cần xác định độ lớn của sự dịch pha
xác định giá trị tuyệt đối của từng pha. Ở mạch điều chế chỉ khi nào thay
thái của dữ liệu mới đổi pha của sóng mang

xảy ra tại

đang được
với tín hiệu
là bit kế
thay vì phải
đổi trạng

Về mặt toán học ta có thể xác định băng thông của PSK. Ở đây chúng ta trình bày
tín hiệu số nhị phân dưới dạng lưỡng cực vì mức âm của tín hiệu sẽ là kết quả đổi pha
180º của sóng mang. Tín hiệu dữ liệu biểu diễn dưới dạng chuối Fourier như sau:
S(t)=4/π[cosωₒt-1/3 cos3ωₒt +1/5cos5ωₒt-... ]
Từ đó suy ra:
SPSK=4/π[cosωct.cosωₒt-1/3 cosωct cos3ωₒt +...]

m(t)

s(t)

Nhóm 16

Page 6


Truyền dẫn số

SPSK (t)

Hình 2.1: Điều chế pha tín hiệu nhị phân 1011001
Năng lượng tín hiệu:

f1 -3f0

f1 -f0

f0

f1+ f0

f1+3f0

f0 -thành phần tần số cơ bản =1/2 tốc độ bit
Hình 2.2: Băng thông tín hiệu PSK
Yêu cầu về độ rộng băng đối với ASK và PSK là giống nhau thể hiện ở hàm mật
độ phổ công suất
PPSK = (A²/4)

Phổ của PSK không chứa các hàm Delta Dirac hay xung ở tần số mang, và do đó
là dạng điều chế nén sóng mang.
2.2. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế PSK hai trạng thái nhất quán, BPSK nhất
quán.
Khóa dịch pha nhị phân (BPSK) liên quan đến sự dịch pha của sóng mang hình
sin 0º hoặc 180º tương ứng với tín hiệu nhị phân đơn cực đầu vào. Sơ đồ tạo tín hiệu điều
chế BPSK được miêu tả ở hình...
Bản tin: m(t)
Sóng mang cos (2πfct)

Nhóm 16

Tín hiệu BPSK
Page 7

Truyền dẫn số

Accos(2πfct+Dpm(t)

-90º
Dịch pha

Hình 2.3: Sơ đồ tạo tín hiệu điều chế BPSK
Tín hiệu BPSK được biểu diễn bởi:
s(t) = Accos [ωct+Dcm(t) ]
Trong đó m(t) là tín hiệu dữ liệu băng gốc lưỡng cực. Để thuận tiện, m(t) có giá
trị đỉnh là ±1 và là dạng xung chữ nhật.
Giờ ta sẽ chỉ ra rằng BPSK là một dạng tín hiệu AM khai triển biểu thức, ta được:
s(t) = Accos(Dpm(t))cosωct - Acsin(DPm(t))sinωct
Nhắc lại, m(t) có giá trị ±1 và cos(x) và sin(x) là hàm chẵn và lẻ của x, minh họa
cho tín hiệu rút gọn BPSK là:
=(AccosDp)cosωct - (AcsinDp)m(t)sinωct
Mức độ của sóng mang hoa tiêu được thiết lập bằng độ chênh lệch giá trị đỉnh,
θ=Dp.
Đối với tín hiệu số được điều chế góc, chỉ số điều chế số, h, được định nghĩa là:
h=
trong đó 2 là độ lệch pha lớn nhất từ đỉnh đến đích (rad) trong khoảng cách thời gian yêu
cầu gửi 1 ký tự, Ts. Đối với tín hiệu nhị phân, thời gian ký tự được tính bằng thời gian bit
Ts = Tb
Mức độ của sóng mang hoa tiêu được thiết lập bằng độ lệch giá trị đỉnh, = D, với
m(t) = ±1. N ếu Dp nhỏ, sóng mang hoa tiêu sẽ có biên độ tương đối lớn so sánh với dữ
liệu; do đó; có rất ít công suất trong dạng dữ liệu ( gồm thông tin nguồn). Để tối đa hiệu
su ất tín hiệu ( khả năng lỗi thấp), công suất của dạng tín hiệu cần được tối đa hóa. Điều
này đạt được bằng cách = DP=90º=π/2 rad, tương ứng để chỉ số điều chế số của h=1.

Trong trường hợp h=1, tín hiệu BPSK trở thành:
s(t) = -Acm(t)sinωct
Nhóm 16

Page 8


Truyền dẫn số

Chòm sao tín hiệu BPSK được minh họa cụ thể ở hình vẽ dưới đây:
Bit

Phase

0

0

1

180

1

2

Bits
Hình 2.4: Chòm sao tín hiệu điều chế BPSK
Trong suốt phần này, giả sử ∆θ = 90º, h=1 được sử dụng cho tín hiệu BPSK ( loại
trừ các giai đoạn khác). Biểu thức 6.9 chỉ ra rằng BPSK tương đương với tín hiệu DSBSC với dạng sóng dữ liệu băng gốc lưỡng cực. Đường bao dạng phức cho tín hiệu BPSK

là:
g(t)=jAcm(t) cho BPSK
Chúng ta có được mật độ phổ công suất – PSD cho đường bao phức là:
Pg(f) = Tb(

cho BPSK

Phổ của tín hiệu BPSK được minh họa ở hình..... Băng thông từ 0 đến 0 cho BPSK
là 2R, giống với ASK.

Hình 2.5: PSD của tín hiệu thông số dải BPSK
Để tách BPSK, bộ tách kết hợp được sử dụng như minh họa trong hình vẽ dưới
đây:
Tín hiệu vào BPSK

Nhóm 16

Bộ lọc thông thấp

Page 9

Tín hiệu ra nhị phân


Truyền dẫn số

cosωct

Hình 2.6: Bộ tách tín hiệu BPSK (tách kết hợp)

Quá trình điều chế:

Hình 2.7: Quá trình điều chế BPSK
Luồng nhị phân đơn cực đầu vào b(t) đi vào. Bộ chuyển đổi mức chuyển đổi các
ký hiệu “0” và “1” vào dạng lưỡng cực với + và -. Thấy rõ, ở mọi khoảng thời gian của
tín hiệu điều chế, đưa lên bộ nhân là si. Luồng này được sử dụng để điều chế sóng mang
Φ1(t)=-cos(2πfct) từ bộ dao động nội phát TLO. Ở đầu ra của bộ điều chế ta nhận được
sóng BPSK mong muốn.
Quá trình giải điều chế:

Nhóm 16

Page 10


Truyền dẫn số

Hình 2.8: Quá trình giải điều chế BPSK
Bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan và được cấp tại chỗ một cặp
tín hiệu chuẩn Φ1(t). Các sóng chuẩn này được tạo tao ra từ bộ khôi phục sóng mang.
Thời điểm khởi đầu tích phân cho một bit được đồng bộ bởi mạch khôi phục xung định
thời. Các đầu ra của bộ tương quan được so sánh với 1 ngưỡng 0V. Nếu y1>0 thì quyết
định được thực hiện thiên về ký hiệu 0, và nếu y1<0 thì quyết định thiên về kí hiệu 1. Quá
trình này được gọi là DEMAP: chuyển đổi luồng lưỡng cực vào đơn cực.
2.3. Khóa dịch pha vi phân (DPSK)
Tín hiệu khóa dịch pha không thế được tách sóng không kết hợp. Tuy nhiên, kỹ
thuật liên kết từng phần có thể được sử dụng khi mà chuẩn pha cho tín hiệu hiện tại được
cung cấp bởi phiên bản trễ của tín hiệu mà xảy ra trong suốt quá trình tín hiệu trước đó
Tin hiệu vào DPSK Giải mã tín hiệu nhị phân đầu ra

Bộ lọc
thông thấp
Trễ 1 bit

Hình 2.9: Bộ tách tín hiệu DPSK (tách kết hợp từng phần)
Điều này được minh họa bởi máy thu ở hình 2.9, nơi mà những bộ giải mã vi phân
được cung cấp bởi bộ trễ (1 bit) và bộ nhân. Cho nên, nếu dữ liệu trên tin hiệu BPSK
được mã hóa vi phân, dữ liệu mã hóa sẽ được phục hồi ở đầu ra của máy thu. Kỹ thuật tín
hiệu này bao gồm việc phát đi những tín hiệu mã hóa BPSK, vi phân được biết đến là
DPSK.
Trong thực tế, DPSK thường được dùng thay thế cho BPSK, vì bộ phận DPSK
không yêu cầu một mạch mang đồng bộ.
2.4. Khóa dịch pha cầu phương (QPSK) và Khóa dịch pha M-ary(MPSK)
Nếu máy phát là một máy phát PM với M=4, khóa dịch pha điều chế số 4 mức
MPSK được tạo thành ở đầu ra máy phát. Biểu đồ các giá trị cho phếp của đường bao
phức, g(t)=Ac, gồm 4 điểm cho bốn mức giá trị khác nhau, tương ứng với 4 pha θ cho
Nhóm 16

Page 11


Truyền dẫn số

phép. Ở đây, hai tập các giá trị khả năng của g(t) được minh họa trên hình...hình... là
những giá trị tương ứng với các góc pha 0º, 90º, 180º, 270º, còn ở hình b tương ứng với
góc pha 45º, 135º, 225º, 315º. Cả hai tập chòm sao biểu diễn tín hiệu này có bản chất
giống nhau ngoại trừ sự thay đổi pha sóng mang.
Thí dụ này của M-ary PSK khi M=4 được gọi là khóa dịch pha cầu phương
(QPSK).

Dibit

Phase

00

0

01

90

10

180

11

270

01

100

00

(a)

11

01

Dibit

Phase

00

45

01

135

10

225

11

315

10

11

(b)
Nhóm 16

Page 12

Truyền dẫn số

Hình 2.10: Chòm sao tín hiệu điều chế QPSK

Sơ đồ điều chế và giải điều chế QPSK
Bộ điều chế:

Hình 2.11: Quá trình điều chế QPSK
Luồng nhị phân đầu vào b(t) được bộ phân luồng DEMUX chia thành hai luồng
độc lập b1(t) và b2(t) chứa các bít chẵn và lẻ. Bộ chuyển đổi mức chuyển đổi các ký hiệu
“0” và “1” vào dạng lưỡng cực với + và -. Thấy rõ, ở mọi khoảng thời gian của tín hiệu
điều chế, đưa lên bộ nhân vào si1 và si2. Hai luồng này được sử dụng để điều chế cặp sóng
mang vuông góc hay các hàm cơ sỏ trực giao: Φ1(t)=- sin(2πfct) từ bộ dao động nội phát
TLO sau khi quay pha π/2, và Φ2(t)= sin(2πfct), từ bộ dao động nội phát TLO. Kết quả
nhận được cặp sóng mang điều chế 2-PSK, nhờ tính trực giao của Φ1(t) và Φ2(t) ta có thể
tách sóng độc lập cho hai sóng này. Sau đó hai sóng 2-PSK được cộng với nhau để tạo ra
sóng QPSK. Lưu ý rằng độ lâu ký hiệu T của sóng QPSK gấp hai lần độ lâu của một bit
T=2Tb. Vì vậy, khi cho trước tốc độ bit Rb=1/Tb, tín hiệu điều chế QPSK chỉ chiếm độ
rộng băng tần truyền dẫn bằng một nửa độ rộng băng tần của tín hiệu 2-PSK.
Quá trình giải điều chế:

Nhóm 16

Page 13


Truyền dẫn số

Hình 2.12: Quá trình giải điều chế QPSK
Bộ giải điều chế QPSK bao gồm một cặp các bộ tương quan có chung một đầu vào
và được cấp tại chỗ một cặp sóng mang chuẩn Φ1(t) và Φ2(t). Các sóng chuẩn này được
lấy từ bộ khôi phục sóng mang. Các đầu ra của bộ tương quan (y 1 và y2) được so sánh với
một ngưỡng 0V. Nếu y1 >0 thì quyết định được thực hiện thiên về ký hiệu 0 đối với đầu
ra của kênh đồng pha I phía trên, nhưng nếu y1<0 thì quyết định thiên về ký hiệu 1.
Tương tự nếu y2>0 thì quyết định thiên về ký hiệu 0 đối với đầu ra của kênh vuông góc
phía dưới, nhưng nếu y2<0 thì quyết định thiên về 1. Cuối cùng hai chuỗi nhị phân nói
trên ở đàu ra của các kênh đông pha và vuông góc được kết hợp ở bộ ghép luồng MUX
để tạo lại chuỗi nhị phân đầu vào bộ điều chế với xác suất lỗi ký hiệu cực tiểu
MPSK cũng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng 2 bộ biến điệu sóng mang
vuông góc xác định bởi thành phần x và y của đường bao phức hợp ( thay bằng việc sử
dụng một bộ điều biến pha):
g(t)=Ac =x(t) + jy(t)
trong đó giá trị có thể có của x và y là:
x1=Accosθ1
y1=Acsinθ1`
θi, i=1,2....M, là các góc pha cho phép của tín hiệu MPSK. Hình dưới đây minh họa chòm
sao tín hiệu điều chế 8PSK
Nhóm 16

Page 14


Truyền dẫn số

Tribit

Phase

000

0

001

45

010

90

011

135

100

180

101

225

110

270

111

315

001

0101

011

100

000

101

111
110

Hình 2.13: Chòm sao tín hiệu điều chế 8PSK
Bài tập ví dụ: Cho chòm sao tín hiệu 4-PSK và 8-PSK như hình vẽ. Xác định bán kính r 1
và r2 của vòng tròn biết rằng khoảng cách giữa 2 điểm trên chòm sao là d. Từ kết quả đó
hãy xác định cần tăng công suất phát của 8-PSK lên bao nhiêu lần so với 4-PSK để 2 hệ
thống có cùng xác suất lỗi bit ?
d

r2
r1

d

M=4

M=8

Giải:
Áp dụng định lý Pitago cho chòm sao tín hiệu 4-PSK, ta có:
+ =

=> =

Áp dụng định lý cosin cho chòm sao tín hiệu 8-PSK, ta có:
+ - 2cos(45º) = => =
Nhóm 16

Page 15


Truyền dẫn số

Từ đó, ta có công suất phát trung bình của 4-PSK và 8-PSK lần lượt là:
=

=
Công suất phát bổ sung đối với 8-PSK để đat được xác suất lỗi như nhau là:
P = 10 = 5,3392dB

Đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật điều chế:
Xác suất lỗi bit của điều chế BPSK kết hợp được xác định theo biêu thức dưới
đây:
Pe = erfc
với Eb là năng lượng xung và N0 đại diện cho mật độ phổ công suất nhiễu.
Hình.... biểu diễn xác suất lỗi bit (BEP) của các dạng điều chế M-PSK với

M=2,4,8,16,64.
Đối với hệ thống M- ary, xác suất lỗi bit là:
Pe=Q
Ở đây hàm Q(u) được xác định theo biểu thức:
Q(u)=dz

Quan hệ giữa hàm lỗi và hàm Q(u) được cho như sau:
Erfc(u) = 2Q(u; Q(u)= erfc(

Nhóm 16

Page 16


Truyền dẫn số

10

HiÖu n¨ng BER cña hÖ thèng M-QAM trong kªnh AWGN

0

B PSK
4QA M
16QAM
64QAM
10

-2

BER

10

-1

10

10

10

-3

-4

-5

0

5

10

15
SNR cña kªnh dB

20

25

30

Hình 2.14: Xác suất lỗi bit của điều chế M-PSK

Bài tập ví dụ: Cho hệ thống BPSK truyền qua kênh AWGN với mật độ phổ công suất
No/2 = W/Hz, Eb = T/2, T là chu kỳ của bít và A là biên độ tín hiệu. Xác định giá trị của A
để xác suất lỗi bit đạt được , nếu tốc độ dữ liệu là:
a.10kbps
b.100kbps
c.1Mbps
Giải:
Xác suất lỗi bit của điều chế BPSK kết hợp được xác định theo biểu thức:
Pe = erfc
Ta có:
Pe = erfc = erfc = Q
Với Pe=, chúng ta tra bảng :
Nhóm 16

Page 17


Truyền dẫn số

= 4,74 => = 44,9352.
a. Nếu tốc độ dữ liệu Rb=10kbps. Ta có : T = = s.

Khi đó biên độ tín hiệu:
A = = 6,7033.
b. Tương tự với tốc độ dữ liệu Rb = 100kbps

A = 2,12.
c. Tương tự với tốc độ dữ liệu Rb = 1Mbps
A = 6,703.
III. ĐIỀU BIÊN CẦU PHƯƠNG QAM.
Giới thiệu về điều biên cầu phương QAM.

3.1.

Phương pháp điều chế M-QAM là phương pháp nâng cao hiệu quả của một
kênh truyền mà không cần tăng công suất phát hay tăng độ rộng băng thông. Việc
điều chế hai thành phần đồng pha và pha vuông góc là một cách độc lập với nhau
cho ta một sơ đồ điều chế mới gọi là điều chế biên độ vuông góc (hay cầu phương)
M trạng thái (QAM). Như vậy, trong sơ đồ điều chế này sóng mang bị điều chế cả
về biên độ lẫn pha.
Kỹ thuật điều chế QAM:

3.2.

Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với
nhau tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ loại này
và để cho các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhau thì ta
được một sơ đồ điều mới gọi là điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang
QAM (điều chế biên độ gốc) . Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên
độ lẫn pha. Điều chế QAM là có ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số.
Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) được xác định như sau:

Trong đó,
E0
Nhóm 16

: năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất
Page 18


Truyền dẫn số

ai , bi : cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí bản tin.
i=1,2…L.
Dạng cơ sở của chùm tín hiệu M-QAM là dạng của hai tín hiệu ASK có L
trạng thái. Như vậy, tín hiệu S i(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông
góc được điều chế bởi một tập tín hiệu rời rạc nên có tên là “Điều chế biên độ
vuông góc”.
Có thể phân tích Si(t) thành cặp hàm cơ sở:

Nhóm 16

Page 19


Truyền dẫn số

Tọa độ các điểm bản tin là

và

Đối với 16-QAM ta có L=4

Nhóm 16

Page 20

với :


Truyền dẫn số

Thành phần đồng pha và vuông pha trong 16-QAM

Chùm tín hiệu của 16-QAM

Nhóm 16

Page 21


Truyền dẫn số

Hình 3.1: Chùm tín hiệu M-QAM
3.3 Sơ đồ điều chế và giải điều chế M-QAM
Bộ điều chế

Hình 3.2: Quá trình điều chế M-QAM
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
Nhóm 16

Page 22

Truyền dẫn số

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.
Bộ giải điều chế

Hình 3.3: Sơ đồ giải điều chế M-QAM
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
3.4.

Nhóm 16

phát (ước tính chuỗi phát ).
Ứng dụng QAM:

Các loại điều chế QAM.
Page 23


Truyền dẫn số

STT
1
2
3
4

LOẠI ĐIỀU
CHẾ
4QAM
(QPSK)
16QAM
256

SỐ BIT/I(Q)
1
2
3
4

SỐ
BIT/SYSMBOL
2
4
6

8

SỐ TRẠNG
THÁI
4
16
64
256

Như với nhiều đề án điều chế kỹ thuật số, biểu đồ chòm sao là một đại diện
hữu ích. Trong QAM, các điểm chòm sao này thường được bố trí trong một ô
vuông với khoảng cách dọc và ngang bằng nhau, mặc dù cấu hình khác là có thể
(ví dụ như Cross-QAM). Từ trong viễn thông kỹ thuật số dữ liệu thường nhị phân,
số lượng các điểm trong lưới điện thường là một sức mạnh của 2 (2, 4, 8 ...). Kể từ
khi QAM thường vuông, một số trong số này là hiếm các hình thức phổ biến nhất
là 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM và 256-QAM. Bằng cách di chuyển đến một
chòm sao bậc cao, có thể để truyền tải các bit trên mỗi ký hiệu. Tuy nhiên, nếu
năng lượng trung bình của chòm sao này là vẫn như cũ (bằng cách làm một so
sánh công bằng), các điểm phải được xích lại gần nhau và do đó dễ bị nhiễu và
tham nhũng khác, điều này dẫn đến một tỉ lệ lỗi bit cao hơn và do đó bậc cao
QAM có thể cung cấp nhiều dữ liệu hơn ít đáng tin cậy hơn so với dưới để QAM,
cho năng lượng liên tục có nghĩa là chòm sao.
Nếu dữ liệu, tỷ giá vượt ra ngoài những người được cung cấp bởi PSK-8
được yêu cầu, nó là nhiều hơn bình thường để di chuyển đến QAM kể từ khi nó
đạt được một khoảng cách lớn giữa các điểm lân cận trong mặt phẳng IQ do phân
phối các điểm đồng đều hơn. Các yếu tố phức tạp là những điểm không còn tất cả
các biên độ như nhau và do đó, bộ giải điều phải bây giờ chính xác phát hiện cả
hai pha và biên độ, hơn là chỉ giai đoạn.
64-QAM và 256 QAM-thường được sử dụng trong truyền hình cáp kỹ thuật
số và các ứng dụng modem cáp. Tại Hoa Kỳ, 64-QAM và 256-QAM là các đề án

điều chế uỷ quyền cho cáp kỹ thuật số (xem QAM tuner) theo tiêu chuẩn của
SCTE trong tiêu chuẩn ANSI / SCTE 07 năm 2000. Lưu ý rằng những người tiếp
thị nhiều người sẽ tham khảo những lúc QAM-64 và QAM-256. Tại Anh, 16Nhóm 16

Page 24


Truyền dẫn số

QAM và 64-QAM hiện đang được sử dụng cho truyền hình mặt đất kỹ thuật số
(Freeview và Top Up TV) và 256-QAM được lên kế hoạch cho Freeview-HD.
Hệ thống truyền thông được thiết kế để đạt được mức độ rất cao hiệu quả
quang phổ thông thường sử dụng các chòm sao QAM rất dày đặc. Một ví dụ là
G.hn ITU-T tiêu chuẩn cho nối mạng thông qua hệ thống dây điện hiện tại nhà
(cáp đồng trục, đường dây điện thoại và đường dây điện), trong đó sử dụng các
chòm sao lên tới 4096-QAM (12 bit / biểu tượng). Một ví dụ khác là công nghệ
VDSL2 cho cặp đồng xoắn, có chòm sao kích thước lên tới 32768 điểm.

KẾT LUẬN
 M-QAM là một trong những sơ đồ điều chế M trạnh thái thường được dùng

hơn so với sơ đồ 2 trạng thái để truyền số liệu trong kênh băng tần hạn chế.
 Việc sử dụng M-QAM sẽ giảm được độ rộng băng tần n= so với BPSK

Nhóm 16

Page 25