Mô phỏng các kỹ thuật điều chế số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
-----***-----

MÔ PHỎNG MẠNG
Đề tài : Viết chương trình giao diện người dùng (GUI)
mô phỏng các công nghệ điều chế số

Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện
:
Nhóm 3

Hà Nội - 2018

TS.Diêm Cơng Hồng


MỤC LỤC

CHƯƠNG I : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ
Điều chế số
Điều chế số: là quá trình biến đổi các thành phần của song mang như :tần
số, pha ,biên độ theo chuỗi tín hiệu đầu vào làm cho tín hiệu có thể được truyền
đi xa hơn,. Do đó ta có các điều chế như :ASK, FSK , PSK …
I.

Điều chế dịch biên ASK
II.1. Khái niệm

II.

Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo
tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc).
II.2.

Phương trình điều chế ASK

Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao:
xC(t) = VC cosωCt
Tín hiệu AM có dạng:
yAM(t) = [VC + m(t)].cosωCt
Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần:
m(t) = Vm.cosωmt. yAM(t) = [VC + Vmcosωmt].cosωCt
= VC[1 + Vm/VCcosωmt].cosωCt
= VC[1 + mAcosωmt].cosωCt
mA: hệ số điều chế (chỉ số điều chế). Để điều chế không méo thì ≤ 1 mA
Trong trường hợp m(t) là tổng các tín hiệu sin đơn tần:
m(t) = V1cosω1t + V2cosω2t + V3cosω3t + ……

2


Với

i = 1, 2, 3, …

Trong trường hợp tổng quát:
Dạng sóng của tín hiệu điều chế số ASK

Hình 1: Dạng sóng của tín hiệu ASK

II.3.

Sơ đồ điều chế ASK

Hình 2: Sơ đồ khối điều chế ASK

3


Hình 3: Dạng sóng điều chế ASK
Trong đó: là tín hiệu đầu vào
là tín hiệu sóng mang
là tín hiệu sau khi điều chế biên ASK


II.4.

Một số tính chất của điều chế biên:
• Tương đối rẻ
• Chất lượng thấp, hoạt động kém trong mơi trường nhiễu
• Được sử dụng phổ biến cho hệ thống phát thanh quảng bá
• Sử dụng cho hệ thống điện đàm (CB radio).

Các kiểu điều chế biên độ
 Có một số kiểu điều chế biên độ:
• DSB-SC (Double SideBand Suppress Carrier) : Điều chế biên độ
triệt tiêu sóng mang.
• DSB-FC (Double SideBand Full Carrier): Điều chế biên độ AM
• SSB-SC (Single SideBand Suppress Carrier): Điều chế đơn biên
triệt tiêu sóng mang.

• SSB-FC (Single SideBand Full Carrier): Điều chế đơn biên
II.5. Ưu điểm, nhược điểm
 Ưu điểm của điều chế ASK
• Chỉ dùng một sóng mang duy nhất .
• Phù hợp với truyền tốc độ thấp ,dễ thực hiện .
 Nhược điểm của điều chế ASK
• Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
• Khó đồng bộ, it dùng trong thực tế
4


Điều chế tần số (FSK)
III.1. Khái niệm
Điều chế tần số (hay biến điệu tần số, tiếng Anh: Frequency
modulation viết tắt là "FM") được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ
thuật xử lý tín hiệu. Người ta truyền thơng tin trên một sóng mang cao tần bằng
cách thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của
sóng mang cao tần khơng thay đổi, đó là kỹ thuật điều chế tần số.
III.

Dùng 2 tần số khác nhau của sóng mang để biểu diễn bit 1 và 0.
Tần số cao với mức 1 và thấp với mức 0

Về phạm vi băng sóng điều tần có những tiêu chuẩn khác nhau: Tiêu
chuẩn OIRT (tổ chức quốc tế về truyền thanh và truyền hình) có dải sóng từ
65,8 MHz đến 73 MHz. Tiêu chuẩn CCIR (hội đồng tư vấn quốc tế về vơ tuyến
điện) có giải tần 87,5 MHz đến 104 MHz. Mỹ và Nhật lại dùng dải rộng hơn là
từ 87,5 MHz đến 108 MHz
III.2. Cơng thức điều chế
Giả sử tín hiệu dữ liệu băng gốc (bản tin) cần được truyền là xm(t) và sóng

mang cao tần hình sin xc(t) = Accos(2fct), ở đây fc là tần số sóng mang cao tần
và Ac là biên độ sóng mang cao tần. Bộ điều chế kết hợp sóng mang với tín hiệu
băng gốc để có được tín hiệu truyền là:
y(t) = Ac cos (2)
= Ac cos (2)
= Ac cos (2)
Trong phương trình này, là tần số tức thời của bộ tạo dao động và là độ lệch
tần số đặc trưng cho độ lệch cực đại so với fc trên một hướng, giả sử xm(t) có giới
hạn trong khoảng (-1, +1).
Mặc dù có vẻ như điều này giới hạn tần số sử dụng trong khoảng fc ± fΔ, nó bỏ
qua sự khác biệt giữa tần số tức thời và phổ tần số. Phổ tần số của một tín hiệu
5


FM thực tế có phần mở rộng ra đến vơ cùng, chúng trở nên rất nhỏ khi vượt qua
một điểm.
III.3.

Chỉ số điều chế

Như với các chỉ số điều chế, con số này chỉ ra biến điều chế thay đổi như thế
nào xung quanh mức khơng điều chế của nó. Nó liên quan tới các biến tần số
của tín hiệu sóng mang:
h= =
ở đây là thành phần tần số cao nhất có mặt trong tín hiệu điều chế , là độ lệch
tần số đỉnh, tức là độ lệch tối đa của tần số tức thời so với tần số sóng mang.
Nếu h << 1, điều chế tần số được gọi là FM băng hẹp, băng thơng của nó xấp xỉ
2
Nếu h >> 1, thì điều chế tần số được gọi là FM băng rộng và băng thơng của nó
xấp xỉ 2. Do FM băng rộng sử dụng thêm băng thơng, nó có thể cải thiện tỉ số tín

trên tạp một cách đáng kể.
Với một sóng FM điều chế âm tần, nếu tần số điều chế được giữ cố định
và chỉ số điều chế tăng lên, băng thông (không đáng kể) của tín hiệu FM sẽ tăng
lên, nhưng khoảng cách giữa các thành phần phổ vẫn như cũ; một số thành phần
phổ giảm trong khi thành phần khác tăng. Nếu độ lệch tần số được giữ không
đổi và tần số điều chế tăng, thì khoảng cách giữa các thành phần phổ sẽ tăng.
Điều chế tần số có thể được phân loại như băng hẹp nếu sự thay đổi trong
tần số sóng mang giống như tần số tín hiệu, hoặc phân loại như băng rộng nếu
sự thay đổi trong tần số sóng mang cao hơn nhiều (chỉ số điều chế >1) so với tần
số tín hiệu.[2] Ví dụ, FM băng hẹp được sử dụng cho các hệ thống vô tuyến hai
chiều như Dịch vụ vơ tuyến gia đình, ở đây sóng mang cho phép độ lệch chỉ là
2,5 kHz ở trên và dưới tần số trung tâm, mang các tín hiệu thoại khơng lớn hơn
băng thông 3,5 kHz. FM băng rộng được sử dụng cho phát thanh FM, trong loại
hình phát thanh này, tín hiệu âm nhạc và thoại được truyền với độ lệch tần số lên
tới 75 kHz so với tần số trung tâm, mang âm thanh trên băng thông lên tới
20 kHz.

6




Dạng sóng tín hiệu FSK

Hình 4: Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK
III.4. Phổ tín hiệu của FSK

7

Hình 5: Phổ tín hiệu của FSK

III.5. Ưu điểm, nhược điểm
 Ưu điểm :
o Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu và ít lỗi hơn so với ASK .
 Nhược điểm :
o Tần số cao dễ bị nhiễu và hạn chế tốc độ truyền .
o Khó đồng bộ.
III.6. Ứng dụng :
 Dùng rộng dãi trong truyền số liệu .
 Dùng để truyền dữ liệu tốc độ 1200bp hay thấp hơn trên mạng điện
thoại .
 Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền sóng radio hoặc cáp
đồng trục .
IV.

Điều chế pha PSK
IV.1. Khái niệm
 Pha của sóng mang hình sin tần số cao sẽ biến thiên theo mức logic 0
và 1 của chuỗi số .
N
 M = 2 là số pha trạng thái khác nhau của sóng mang với N số bit nhị
phân.Ta cóm các kiểu điều chế M-ary:BPSK, QPSK.

IV.2. Điều chế BPSK
Biểu thức của tín hiệu BPSK
Trong đó :
 A : là biên độ, ω0 tần số, φ là góc pha ban đầu của sóng mang .
 d(t) =+/-1: tùy theo mức luận lý của chuỗi số đầu vào .
8

IV.2.1.

Phổ của tín hiêu BPSK

Nếu ta đặt A = , trong đó là cơng suất song mang thì là năng lượng mỗi
bit.
Thì phổ của tín hiệu xung:
Suy ra phổ tín hiệu của BPSK

4.2.2. Sơ đồ điều chế BPSK

Hình 6:
chế
BPSK

Điều

Dạng
tín hiệu
BPSK

sóng
của

Hình 7: Dạng sóng tín hiệu BPSK

9

IV.3. Điều chế QPSK
IV.3.1. Khái niệm:
Điều chế QPSK là quá trình điều chế pha của sóng mang với 4
trạng thái khác nhau và vng góc với nhau .
IV.3.2. Biểu thức của tín hiệu

Giá trị của ϕ()t tương ứng với mỗi ký hiệu 2 bít, gọi b0(t) và be(t) là bit
chẵn và bít lẻ trong mỗi ký hiệu 2 bit
b0(t)
1
1
0
0
IV.3.3. Ưu nhược điểu của PSK
 Ưu điểm:
• Ít lỗi, ít nhạy với nhiễu

be(t)
1
0
0
1

do pha ít bị ảnh hưởng của mơi trường

và tần số .
 Nhược điểm:
• Khó thực hiện các mạch điều chế, dễ sai pha khi điều chế ở mức
cao

IV.3.4. Ứng dụng:
Sử dụng nhiều trong mạng không dây Wifi, di động CDMA .

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GUI MÔ
PHỎNG CÁC CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ SỐ

10