<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

1 Điều chế và giải điều chế khóa biên độ

1.1 Cơ sở lý thuyết và ý tưởng . . . . 4

1.1.1 Amplitude Shift Keying(ASK) . . . . 4

2.1.1 Binary Phase Shift Keying(BPSK) . . . 13

3.1.1 Binary Frequency Shift Keying(BFSK) . . . 19

4.2 Mơ hình kênh AWGN . . . 28

4.3 Tỷ lệ lỗi ký hiệu theo lý thuyết . . . 29

2

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

1.1.2 Bộ giả điều chế ASK không đồng bộ . . . . 6

1.1.3 Bộ giả điều chế ASK đồng bộ . . . . 6

2.1.1 Bộ truyền BPSK . . . 14

2.1.2 Thiết bị phát hiện tương đồng theo kiểu tương quan của BPSK . . . 14

3.1.1 Mơ hình tương đương thời gian rời rạc . . . 21

3.1.2 Mơ hình tương đương thời gian rời rạc cho giải điều chế BFSK nhất quán 224.2.1 Mơ hình kênh AWGN - Tính tốn và thêm véc tơ nhiễu white Gaussianvào trong một giá trị SNR đã cho . . . 284.3.1 Tỷ lệ lỗi ký hiệu đối với các sơ đồ điều chế khác nhau trên kênh AWGN . 29

3

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

biểu thị dữ liệu số dưới dạng các biến của biên độ trong sóng mang, tức là biên độ của tínhiệu điều chế được đặt chồng lên biên độ của sóng mang và do đó biên độ của sóng mangthay đổi theo biên độ của tín hiệu điều chế.

Trong hệ thống ASK, mỗi bit được đặc trưng bởi biên độ khác nhau của tín hiệu. Vídụ: Tín hiệu ASK có tần số 100 KHz, biên độ tín hiệu bằng 0 cho bit 0 và biên độ tín hiệubằng 1 cho bit 1.

Biểu thức của tín hiệu ASK:

Tốc độ truyền tín hiệu ASK bị giới hạn bởi các đặc tính vật lý của mơi trường truyền.Truyền dẫn ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu .Nhiễu này thường là các tín hiệu điệnáp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên độ củatín hiệu ASK.

Có một phương pháp ASK thông dụng được gọi là OOK( on-off keying). Trong OOKthì có một giá trị bit tương đương với khơng có điện áp. Điều này cho phép tiết kiệm đángkể năng lượng truyền tin.

4

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

signal) được biến đổi để cho đầu ra đơn cực chỉ gồm giá trị năng lượng cao hoặc thấp. Bộtạo sóng mang gửi một sóng mang liên tục. Khi tín hiệu cao, đóng cơng tắc cho phép sóngmang đi qua nên đầu ra sẽ là tín hiệu sóng mang ở đầu vào cao. Khi năng lượng tín hiệuđầu vào thấp, cơng tắc đóng, khơng cho phép xuất hiện điện áp. Do đó, giá trị đầu ra làthấp.

→Bit nhị phân 1 được thay thế cho một sóng mang trong một thời gian xen giữa cụthể

phức tạp nhưng chống nhiễu tốt, trong trường hợp thứ hai thì mạch đơn giản và thường sửdụng mạch tách sóng hình bao.

• Giải điều chế ASK khơng đồng bộ:

Bộ giải điều chế ASK không đồng bộ gồm: Mạch chỉnh lưu, Bộ lọc thơng thấp,Mạch so sánh. Tín hiệu ASK đã điều chế được cấp cho bộ chỉnh lưu nửa sóng, chođầu ra nửa dương. Bộ lọc thơng thấp triệt tiêu các tần số cao hơn và cho đầu ra theodạng đường bao mà từ đó bộ so sánh có thể cung cấp đầu ra của tín hiệu kỹ thuậtsố.

5

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Bộ giải điều chế ASK đồng bộ gồm: Square-law detector, bộ lọc thông thấp, mạchso sánh, cơng cụ giới hạn điện áp.

Tín hiệu đầu vào đã điều chế ASK được cấp cho Square-law detector. Square-lawdetector là thiết bị có điện áp đầu ra tỉ lệ với bình phương của điện áp đầu vào đượcđiều biến biên độ. Bộ lọc thông thấp giảm thiểu tần số cao hơn. Bộ so sánh và bộgiới hạn điện áp giúp có được đầu ra kỹ thuật số rõ ràng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

trị bit, bit rate(tốc độ bit là số bit được truyền đi hoặc xử lý trong mỗi đơn vị thờigian) và data rate để tính tần số f, signal time là từ lúc truyền đi tín hiệu số đầu tiênnoise.

• Lập 2 trường hợp bit 0 và 1 để có được sóng y từ sóng mang sau đó biểu diễn sóngy theo t(thời gian truyền hết bit được nhập vào).

• Truyền nhiễu vào sóng y có 2 cách như trong mã code.• Giải tín hiệu điều chế:

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

sin về tín hiệu digital.Một vài hàm cần thiết như trapz(trapezoidal) để tính gần đúngtích phân xác định.Vì khi chuyển từ digital bit thành tín hiệu sin, từ mỗi 1 bit emtạo ra 100 giá trị gần kề từ hàm y để vẽ biểu đồ. Sau khi tính gần đúng các cụm giátrị thì tính chính xác giá trị digital bit bằng cách xét logic giá trị với 0 và 1.• Thể hiện trên biểu đồ tương tự như điều chế ASK.

• Cuối cùng là tạo sóng mang( Carrier sine wave )

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Tính xác suất lỗi em phải làm thành 1 phần riêng vì khi lập hàm demodulation tạo raquá nhiều biến ฀Khi thêm nhiễu Gauss vào không thể thay đổi được giá trị của digital bitnên phải lập chương trình mới thêm nhiễu Gauss từ digital input. Sau khi nhiễu, tính sốlượng bit lỗi bằng hàm logic xor. Lấy số bit lỗi chia cho tổng số bit truyền.

Tính BER trên lý thuyết thì em sử dụng cơng thức:

Thay vì chọn EbN0 thì cho EbN0 chạy trên khoảng để thu được đường BER trên biểu đồ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

12

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

0 và 1 trong dãy bít đầu vào đại diện cho hai trạng thái pha khác nhau của sóng mang: bit1 ứng với pha bằng 0 và bit 0 ứng với pha bằng 180 .<small>◦</small>

Trong các kỹ thuật điều chế số, tập các hàm nền tảng được chọn cho một phương phápđiều chế nhất định. Thông thường các hàm nền tảng này trực giao lẫn nhau. Các hàm nàythì được suy ra dựa vào quy tắc trực chuẩn hóa Graham Schmidt. Một khi các hàm nềntảng đã được lựa chọn, bất kỳ véc tơ nào trong khơng gian tín hiệu đều có thể được xemnhư là một sự kết hợp tuyến tính của chúng. Trong BPSK, chỉ có một được xét để làm làmhàm nền tảng. Việc điều chế được thực hiện bằng cách xét giá trị pha của đường hình sinmang được đại diện như sau:

13

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

các bit đầu vào sử dụng mã hóa NRZ(Non-return Zero) (1 đại diện cho điện áp dương và0 đại diện cho điện áp âm) và nhân kết quả đầu ra với một dao động tham chiếu chạy tần

được sử dụng cho việc triển khai bộ nhận. Trong kỹ thuật phát hiện tương đồng, việc biếtvề tần số sóng mang và pha phải được biết đến bộ nhận. Điều này có thể đạt được bằngcách sử dụng một vòng lặp Costas hoặc một vòng lặp Phase Lock Loop (PLL) tại bộ nhận.Đối với mục đích mơ phỏng, chúng ta chỉ giả định rằng việc phục hồi pha của sóng mangđã hồn thành và vì vậy chúng ta trực tiếp sử dụng tần số tham chiếu được tạo ra tại bộ

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

sử dụng điều chế BPSK, bổ sung nhiễu AWGN theo tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm đã chọn vàgiải điều chế tín hiệu nhiễu sử dụng máy thu kết hợp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

của hàm là băng tần cơ sở và có thể tùy chọn nhân với tần số sóng mang bên ngồi hàm.Để có được các đường cong liên tục tốt, nhân tố gia tăng kích thước mẫu (L) trong mơphỏng phải được chọn thích hợp. Nếu tín hiệu sóng mang được sử dụng, thì sẽ thuận tiện

Đối với mơ phỏng dạng sóng băng tần cơ sở, nhân tố gia tăng kích thước mẫu có thể đơnkì lấy mẫu phải đủ nhỏ so với chu kỳ bit.

tần số sóng mang như PLL hoặc Costas loop. Ở đây, giả sử rằng PLL/Costas loop đang

16

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

có sẵn và đầu ra được đồng bộ hoàn toàn. Đầu ra được tích lũy trong một chu kỳ bit bằngcách sử dụng một bộ tích lũy. Một bộ quét ngưỡng quyết định cho mỗi bit tích lũy dựa trênmột ngưỡng. Vì sử dụng định dạng tín hiệu NRZ trong bộ phát, ngưỡng cho bộ quét sẽđược đặt là 0. Hàm bpsk_demod thực hiện bộ thu băng tần cơ sở BPSK theo Hình 2.1.2.Để sử dụng hàm này trong mơ phỏng dạng sóng, trước tiên, tín hiệu nhận được phải đượcchuyển đổi xuống băng tần cơ sở và sau đó hàm có thể được gọi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

18

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

thiên tần số của tín hiệu sóng mang. Cấu hình FSK đơn giản nhất, gọi là BFSK (BinaryFSK), sử dụng hai tần số riêng biệt để biểu diễn dữ liệu nhị phân, một tần số để biểu diễnsố nhị phân 0 và một tần số khác để biểu diễn số nhị phân 1.

19

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Dạng sóng BFSK được tạo ra như sau

(3.2)được gọi là BFSK nhất quán (coherent BFSK), ngược lại thì nó được gọi là BFSK khơngnhất quán (non-coherent BFSK). Như ở trong bài này chúng em sẽ chỉ sử dụng mơ hìnhBFSK nhất qn. Từ các phương trình 3.1 và 3.2, mơ hình BFSK được biểu diễn như sau

Các hàm cơ sở của BFSK có thể được trực giao trong khơng gian tín hiệu bằng cách chọnchính xác các chỉ mục điều chế h hoặc độ rộng tầng số.

20

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

khiển Điện áp (VCO) là trong số những giải pháp phổ biến nhất. Giải điều chế cho FSKnhất quán cũng có thể được thực hiện chỉ với một liên kết, và mơ hình tương đương thờigian rời rạc của nó được hiển thị trong Hình 3.1.2. Tại đây, giải điều chế u cầu thơng tinNếu thơng tin này khơng được biết chính xác tại bộ nhận, giải mã sẽ hoàn toàn thất bại.

21

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

một tín hiệu BFSK nhất quán tại bộ truyền. Tín hiệu được tạo ra sau đó được truyền quamột kênh AWGN để tạo nhiễu. Tín hiệu đã nhận được sau đó được giải điều chế độc lậpbằng một bộ giải điều chế nhất quán. Hiệu suất tỷ lệ lỗi được đánh giá trên một phạm vi

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

BFSK, được hiển thị trong hình 3.1.1. Nó hỗ trợ tạo ra cả hai dạng BFSK nhất quán vàcả không nhất quán nhưng ở đây ta chỉ xét trường hợp nhất quán.Hàm trả về pha ban đầupha này quan trọng cho việc phát hiện sự nhất quán tại bộ nhận.

23

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

điều chế nhất quán (bfsk_coherent_demod)

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

26

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

lý thuyết thông tin để bắt chước tác động của nhiều quá trình ngẫu nhiên xảy ra trong tựnhiên. Được đặc trưng bởi các tính chất sau:

• Tính thêm vào (Additive) bởi vì nó được thêm vào bất kỳ nhiễu nào có sắn trong hệthống thơng tin.

• Tính trắng (White) đề cập đến ý tưởng rằng nó có cơng suất đồng đều trên dải tầncho hệ thống thơng tin. Nó tương tự như màu trắng có phát xạ đồng đều ở tất cả cáctần số trong quang phổ nhìn thấy được.

• Gaussian vì nó có phân phối chuẩn trong miền thời gian với giá trị miền thời giantrung bình bằng khơng.

hiệu, năng lượng tín hiệu trên mỗi ký hiệu đã điều chế được cho bởi công thức:

27

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

SNR trên mỗi ký hiệu được cho bởi công thức:

bộ truyền cần phải được thêm vào với nhiễu ngẫu nhiên với cường độ cụ thể. Độ mạnhcủa nhễu được tạo ra phụ thuộc vào mức SNR mong muốn thường là đầu vào trong cácmô phỏng như . Trong thực tế, SNR được chỉ định bằng dB.

độ phù hợp và thêm nó vào tín hiệu. Phương pháp được mơ tả có thể được áp dụng cho cả

1. Giả sử, s là một vectơ đại diện cho tín hiệu truyền đi. Ta muốn tạo ra một vectơ r đạidiện cho tín hiệu sau khi đi qua kênh AWGN. Lượng nhiễu do kênh AWGN thêm

2. Đối với mơ hình mơ phỏng dạng sóng, đặt tỷ lệ gia tăng kích thước lấy mẫu đã chođược ký hiệu là L.

3. Gọi N là độ dài của vectơ s. Công suất tín hiệu cho vectơ s có thể được đo bằng:

28

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

4. Mật độ phổ công suất cần thiết của vectơ nhiễu n được tính là:

5. Phương sai nhiễu cần thiết (công suất nhiễu) để tạo ra nhiễu ngẫu nhiên Gaussian

6. Cuối cùng, tạo vectơ nhiễu ngẫu nhiên Gaussian n có độ dài N có mẫu được lấy từGaussian phân phối với giá trị trung bình được đặt là 0 và độ lệch chuẩn như đượctính trong phương trình 4.6

7. Cuối cùng, thêm vectơ nhiễu được tạo vào tín hiệu s

được liệt kê trong hình 4.3.1. Tỷ lệ lỗi ký hiệu lý thuyết được mã hóa thành một hàm có

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Như vậy, từ hình 4.3.1 và phương trình 4.9 ta có thể suy ra được tỷ lệ lỗi theo lý thuyếtcủa các mơ hình điều chế nhị phân như BPSK là:

Đối với BFSK thì ta có:

Đối với ASK thì ta có:

30

</div>