Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ -  ĐỒ ÁN MÔN TRUYỀN SỐ LIỆU “ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QPSK (4PSK) (có nhiễu)” GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIEN THỰC HIỆN LỚP HỆ HàNội Nội1/2014 1/2014 Hà : Th.S Tống Văn Luyên : Nguyễn Đình Quyết Trần Đình Sơn Trịnh Hoàng Trung : DHCNKT Điện Tử 4- k5 : Đại học Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN SỐ LIỆU ( Điều chế giải điều chế QPSK (có nhiễu)) STT Họ tên sinh viên Nguyễn Đình Quyết Trần Đình Sơn Trịnh Hồng Trung Giáo viên hướng dẫn : Th.S Tống Văn Luyên Lớp/Khóa DT4_k5 DT4_k5 DT4_k5 Khoa Điện Tử Điện Tử Điện Tử NỘI DUNG Điều chế giải điều chế QPSK Yêu cầu: - Mô tả sơ lược nguyên lý điều chế giải điều chế Trình bày điều chế giải điều chế QPSK Trình bày sở tốn học mơ điều chế giải điều chế QPSK Viết báo cáo nội dung tập lớn Yêu cầu: - Số trang: Từ 20 đến 30 trang giấy khổ A4 Nội dung báo cáo gồm phần: + Phần 1: Cơ sở lý thuyết: Trình bày sở lý thuyết liên quan tới sản phẩm + Phần 2: Nội dung: Trình bày trình tự nội dung thiết kế + Phần 3: Kết luận: Đánh giá ưu, nhược điểm, tính thực tế sản phẩm thiết kế hướng cải tiến, phát triển Phần Thuyết Minh - Đại diện nhóm vận hành thuyết minh sản phẩm 02 giảng viên chuyên môn chất vấn chấm điểm sinh viên nhóm Thời gian tối đa (dành cho hỏi trả lời): 10 phút/1 sinh viên Ngày giao đề : ………………………………… Ngày hồn thành : ………………………………… TRƯỞNG BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Tổng quát chuyên đề: Tổng quan hệ thống thông tin số Nguyên lý điều chế số giải điều chế Phương thức điều chế số giải điều chế QPSK (có nhiễu) Cơ sở tốn học ,đoạn mã chương trình mơ phỏng,hình mơ Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011 Giảng viên đọc duyệt LỜI GIỚI THIỆU Trong tập chúng em viết đoạn chương trình dùng MatLab để mơ điều chế giải điều khóa dịch pha QPSK Nội dung gồm phần sau: Giới thiệu sơ lược hệ thống thông tin số Nguyên lý điều chế số giải điều chế Phương thức điều chế số giải điều chế QPSK Cơ sở tốn học ,đoạn mã chương trình mơ phỏng,hình mơ Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Với thời gian kiến thức có hạn, q tìm hiểu trình bày, dù cố gắng không tránh thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy để chuyên đề sau Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy – Th.S Tống Văn Luyên giảng dạy, cung cấp tài liệu hướng dẫn em hoàn thành chuyên đề Rất mong góp ý, hướng dẫn thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng năm 2014 Học viên thực Nguyễn Đình Quyết Trần Đình Sơn Trịnh Hồng Trung Chương trình mơ điều chế khóa dịch pha 4PSK GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN SỐ Hệ thống thơng tin hệ thống xây dựng nên nhằm mục đích truyền tin tức từ bên phát đến bên thu Một hệ thống thơng tin tổng qt gồm khâu : nguồn tin ,kênh tin, nhận tin Nguồn tin nơi sản sinh hay chứa tin cần truyền đi.Kênh tin môi trường truyền lan thông tin , đồngthời sản sinh nhiễu phá hủy tin Nhận tin cấu khôi phục lại thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy đầu kênh tin Hầu hết tín hiệu đưa vào hệ thống thơng tin số tín hiệu tương tự.Ta có sơ đồ khối chức hệ thống thơng tin số đầy đủ là: Khối mã hóa nguồn:giảm số bít nhị phân yêu cầu để truyền tin.Việc nàycó thể xem loại bỏ bit dư không cần thiết,giúp cho băng thông truyềnđạt hiệu Khối mật mã hóa:làm nhiệm vụ mật mã hóa bải tin gốc nhằm mục đích anninh.Nó bao gồm riêng tư xác thực Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Khối mã hóa kênh:làm nhiệm vụ đưa thêm bit dư vào tín hiệu sốtheo quy luật ,nhằm giúp cho bên thu phát chísửa lỗi xảy kênh truyền.Việc mã hóa điều khiển lỗi,về quan điểm tin tức ,là tăng thêm độ dư Giải mã hóa nguồn , giải mật mã giải mã hóa kênh thực thu, trình ngược lại với q trình mã hóa bên phát Khối ghép kênh giúp cho nhiều tuyến thơng tin chia sẻ m ộ t đường truyền vật lý chung cáp , đường truyền vô tuyến…Trong thông tin số,kiểu ghép kênh thường ghép kênh phân chia theo thờigian (TDM) ,sắp xếp từ mã PCM nhánh vào khung TDM.Tốc độ ghép kênh gấp N lần tốc độ bt tín hiệu PCM nhánh Khối tách kênh bên thu phân chia dòng bit thu thành tín hiệu PCM nhánh Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số truyền qua phương tiện vật lý cụ thể theo tốc độ cho trước , với mức độ méo chấp nhận , yêu cầu băng thơng tần số cho phép.Khối điều chế thay đổi dạng xung ,dịch chuyển phổ tần số tín hiệu đến băng thông khác phù hợp Khối đa truy cập liên quan đến kỹ thuật nguyên tắc ,cho phép nhiều cặp thu phát chia sẻ phương tiện chung Chia sẻ tài nguyên thông tin hạn chế phương tiện truyền dẫn NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ SỐ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ Điều chế ( modulation) làm biến đổi tín hiệu theo tín hiệu điều khiển khác Cụ thể là, tín hiệu bị biến đổi gọi sóng mang (hay tín hiệu mang tin tức).Tín hiệu điều khiển sóng mang (gây biến đổi ) gọi tín hiệu mang tin (hay gọi tin tức) Có thể định nghĩa lại điều chế trình làm thay đổi thơng số sóng mang theo tín hiệu mang tin Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Điều chế số q trình ba thông số biên độ, tần số pha s ó n g m a n g đ ợ c t h a y đ ổ i t h e o t í n h i ệ u ( h a y l u n g s ố ) đ a v o đ i ề u c h ế đ ể thông tin sóng mang phù hợp với đường truyền - Điều chế số làm giảm băng thơng nên có hiệu sử dụng phổ cao (giảm băng thông, tăng số lượng kênh thông tin ghép vào luồng băng gốc số) - Phù hợp với hệ thống đòi hỏi hiệu phổ lớn nhờ điều chế nhiều mức Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Giả sử có sóng mang hình sin: Sóng mang hình sine có dạng: x(t) = A cos(2fct + ỵ) Coự ba thoõng soỏ sóng mang mang tin:là biên độ (A), tan soỏ (fc) vaứ goực pha (ỵ) Do ủoự, ta tác động lên thông số sóng mang để có phương pháp điều chế tương ứng Ngoài ra, ta tác động lên lúc thông số sóng mang để có phương pháp điều chế kết hợp Giải điều chế trình ngược lại với trình điều chế Trong q trình thu có tham số : biên độ, tần số,pha tín hiệu sóng mang biến Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí đổi theo tín hiệu điều chế tùy theo phương thức điều chế mà ta có phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thơng tin cần thiết Như điều chế giải điều chế khâu thiếu hệ thống thơng tin số.Trong tiểu luận , nhóm xin trình bày kiến thức mà nhóm thu sau thời gian tìm hiểu đề tài CÁC PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ SỐ Có phương thức điều chế số sau:  Amplitude-shift keying (ASK): điều chế khóa dịch biên độ  Frequency-shift keying (FSK) : điều chế khóa dịch tần số  Phase-shift keying (PSK) : điều chế khóa dịch pha  Quadrature Amplitude Modulation (QAM): điều chế biên độ cầu phương, phương pháp kết hợp ASK PSK Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ QPSK (có nhiễu) 4.1.Nhiễu trắng 4.1.1 Khái niệm nhiễu trắng (White noise ) Nhiễu trắng q trình xác suất có mật độ phổ cơng suất phẳng (khơng đổi) tồn dải tần Nhiễu trắng loại nhiễu có hàm mật độ xác xuất phân bố theo hàm Gauss Nhiễu trắng nhiều nguồn khác gây thời tiết, khuếch đại máy thu, nhiệt độ, người Tín hiệu thu đc viết lại sau : Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 4.1.1.2 Các phép biểu diễn toán học nhiễu trắng Về mặt tốn học nguồn nhiễu trắng n(t) mơ hình biến xác xuất Gauss với giá trị kì vọng µ= độ lệch chuẩn σ µ = E[x] = σ = E[(x-µ) 2] Nhiễu trắng có cơng suất khơng đổi σ Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 4.1.1.3 Phổ cơng suất nhiễu trắng có băng tần giới hạn Về mặt lý thuyết nhiễu trắng có băng tần vơ hạn công suất nhiễu đặn tần số Về mặt thực tế khơng có hệ có băng tần vô hạn mà bị giới hạn băng tần Do mật độ phổ cơng suất bị giới hạn Ta có tỷ số tín hiệu tạp âm SNR = Ps/Pn Với Ps công suất tín hiệu có ích, P n cơng suất tạp âm Tỷ số định chất lượng tín hiệu dung lượng kênh 4.2 Cơ sở toán học điều chế QPSK PSK phương thức điều chế mà pha tín hiệu sóng mang cao tần biến đối theo tín hiệu băng gốc Sóng mang hình sin biểu thị theo công thức chung sau: S(t) = A.cos(ɷct + θ) Trong     A biên độ sóng mang ɷc= 2πfc tần số góc sóng mang fc tần số sóng mang θ pha sóng mang Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Ta viết cơng thức cho sóng mang điều chế 4PSK sau: Si(t) = cos[2πfct + ] Với: θ(t) = (2i – 1) ; E = A2.T Trong đó:  i= 1, 2, tương ứng với phát ký hiệu gồm bit: 00, 01, 11 10  E lượng tín hiệu phát ký hiệu  T = 2Tb thời gian tồn ký hiệu  Tb thời gian tồn bit  fc tần số sóng mang  θ(t) góc pha điều chế  θ góc pha ban đầu tín hiệu Mỗi giá trị pha tương tứng với hai bit tín hiệu gọi cặp bit, ta lập giá trị pha để biểu diễn tập cặp bit sau: 00, 01, 11 10 Góc pha ban đầu θ số, nhận giá trị khoảng từ đến 2π, góc pha khơng ảnh hưởng đến q trình phân tích tín hiệu điều chế nên ta đặt giá trị pha ban đầu θ không (θ = 0) Hay: Si(t) = cos[2πfct + ]= cos[2πfct + ] Qua biến đổi lượng giác, ta viết lại biểu thức sau: Si(t) = sin(2πfct) + cos(2πfct) Trang Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Trong đó: θ(t) = (2i – 1) ; ( i=1, 2, 3, 4) Theo cơng thức trên, ta có nhận xét: + Có hai hàm sở biểu thức Si(t), ta định nghĩa sau: Ø1(t) = cos(2πfct) Ø2(t) = sin(2πfct) Khi ta viết lại: Si(t) = Ø1(t) – Ø2(t) + Tồn điểm tương ứng với Vectơ xác định sau: Si = (Với i = 1, 2, 3, 4) Các phần tử Vectơ tín hiệu S i1 Si2 có giá trị tổng kết bảng Hai cột biểu diễn cặp bit pha tương ứng tín hiệu 4PSK ngõ điều chế, bit tương ứng với điện áp bit tương ứng với điện áp Bảng: Các Vectơ khơng gian tín hiệu 4PSK Cặp bit Pha tín hiệu 4PSK Tọa độ điểm tin Si1 11 π/4 01 3π/4 Si2 Trang 10 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 00 5π/4 10 7π/4 Từ khảo sát ta thấy tín hiệu 4PSK đặc trưng khơng gian chiều bốn điểm tin hình vẽ sau Hình 1: Giản đồ chòm tín hiệu 4PSK (Mỗi ký hiệu kề khác bit) 4.3 Sơ đồ khối điều chế 4PSK QPSK (Quarature PSK) có mức pha ngỏ (M = 4) sóng mang ứng với bit ngỏ vào Hai bit có trạng thái 00, 01, 10, 11 (còn gọi dibits) tương ứng trạng thái pha ngó Trang 11 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí I channel fb/2 Logic = +1V Logic = -1V Binary input data fb Bit clock Input I Buffer Q :2 Balanced sin c t mod Osc sinct Logic = +1V Logic = -1V Q channel fb/2 sinct QPSK output + BPF 90o cosct Balanced cos c t mod Hình 9.9 Chuỗi bit ngỏ vào tách thành chuỗi bit song song Nếu bit vào kênh I, bit khác kênh Q, bit kênh I điều chế pha với dao dộng nội (I nghóa Im phase) Các bit kênh Q điều chế sóng mang dòch pha 90 o so với dao động nội (Q nghóa Quarature) QPSK gồm BPSK mắc tổ hợp song song Hai trạng thái pha ngỏ điều chế cân I (+ sinct) trạng thái pha ngỏ điều chế cân Q ( cosct) đến cộng tuyến tính, tạo nên tổ hợp pha ngỏ tương ứng với trạng thái (+ sinct + cosct), (+ sinct - cosct), (- sinct + cosct), (- sinct - cosct) Các pha dòch pha 90o Giải điều chế QPSK Trang 12 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí I channel -sinct + cosct Input QPSK BPF Bal dem Carrier recovery sinct Power splitter -sinct + cosct LPF Binary data out sinct Q I 90o cosct -sinct + cosct Bal dem Q channel LPF Hình 9.11 Ngõ giải điều chế kênh I = (sinct) (- sinct + cosct) I  1 Vdc  cos2ct  sinct  2      2     Loạikhỏi LPF Sau LPF lại - Vdc (logic 0) Tương tự,ngỏ giải điều chế kênh Q = (cosct) (- sinct + cosct) 1 Q  Vdc  cos2ct  2      sinct  2     Loạikhỏi LPF Sau LPF lại + Vdc (logic ĐOẠN MÃ CHƯƠNG TRÌNH VÀ HÌNH MƠ PHỎNG Trang 13 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí x=round(rand(1,40000)); N1= length(x); % hàm trả chiều dài mảng for n=1:2:N1 if (x(n)==0 &x(n+1)==0); S((n+1)/2)=exp(j*pi/4); elseif (x(n)==0 &x(n+1)==1); S((n+1)/2)=exp(j*pi*3/4); elseif (x(n)==1 &x(n+1)==1); S((n+1)/2)=exp(j*pi*5/4); elseif (x(n)==1 &x(n+1)==0); S((n+1)/2)=exp(j*pi*7/4); end end save ex5_1 S x; plot(S,'*'); hold on;% vẽ đồ thị đồ thị khác t=0:0.01:2*pi; plot(exp(j*t),'r '); xlabel('\phi(t)'); ylabel('S_m'); legend('the complex signal-space diagam for 4-pqsk'); Trang 14 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí clear ; load ex5_1 S x; SNR=6; Es=var(S); %energy of S signal lượng tín hiệu đỉnh Eb= Es/2; % bit energy lượng trung bình N0=Eb/10^(SNR/10);% phổ cơng suất N=sqrt(N0/2)*(randn(size(S))+j*randn(size(S)));%noise signal R=N+S; plot(R,'.'); hold on; plot(S,'rh'); hold on; t=0:0.01:2*pi; Trang 15 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí plot(exp(j*t),'r-'); hold off; % kết thúc việc vẽ hình title('the complex signal of pqsk in present of additive noise'); %Function of demodulation pqsk function y=cha(SNR_db,S,x) Es=var(S); Eb=Es/2; N_0=Eb/ 10^(SNR_db/ 10); N0=sqrt(N_0/2)*(randn(size(S))+j*randn(size(S))); NS=S+N0; Trang 16 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí theta_m=[pi/4,3*pi/4,5*pi/4,7*pi/4]; S_m=exp(j*theta_m); for i=1:length(S) d=abs(S_m-NS(i)); md=min(abs(S_m-NS(i))); if md==d( 1); R(2*i-1)=0; R(2*i)=0; elseif md==d(2) R(2*i-1)=0; R(2*i)=1; elseif md==d(3) R(2*i-1)=1; R(2*i)=1; elseif md==d(4) R(2*i-1)=1; R(2*i)=0; end end c=0; for i=1:length(x) if R(i)~=x(i); c=c+1; end end Trang 17 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí y=c; %Main program clear all; load ex5_1 S x; SNR_db=0:2:8; for i=1:length(SNR_db) c(i)=cha(SNR_db(i),S,x); end BEP=c/length(x); semilogy(SNR_db,BEP, '. ') title('the bit error probability' ); xlabel( 'SRN in dB' ); ylabel( 'P_b' ); legend( 'P_b' ); save ex6_1 c BEP; Trang 18 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đức, ” Các tập matlab thông tin vô tuyến ”, Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Phan Thanh Tao, “Giáo trình MatLab”, ĐH Bách khoa Đà Nẵng [3] Haykin, Simon , “Digital Communications”, John Wiley & Sons Toronto, Canada Trang 19 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí - The End - Trang 20 ... DUNG Điều chế giải điều chế QPSK Yêu cầu: - Mô tả sơ lược nguyên lý điều chế giải điều chế Trình bày điều chế giải điều chế QPSK Trình bày sở tốn học mô điều chế giải điều chế QPSK Viết báo cáo. .. MatLab để mơ điều chế giải điều khóa dịch pha QPSK Nội dung gồm phần sau: Giới thiệu sơ lược hệ thống thông tin số Nguyên lý điều chế số giải điều chế Phương thức điều chế số giải điều chế QPSK Cơ... miễn phí đổi theo tín hiệu điều chế tùy theo phương thức điều chế mà ta có phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thơng tin cần thiết Như điều chế giải điều chế khâu thiếu hệ thống thông