›
›

Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 9: Điều chế và giải điều chế số

Download
230  
Chöông 9  
Chöông 9  
ÑIEÀU CHEÁ VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ SOÁ  
Tín hieäu soá nhò phaân baêng goác laøm bieán ñoåi moät trong caùc thoâng soá  
soùng cao taàn (bieân ñoä, hoaëc taàn soá, hoaëc pha) - ta coù ñieàu cheá soá (ASK,  
FSK, PSK, QAM). Ñieàu cheá xung, PCM, DM ñeà caäp trong taøi lieäu khaùc.  
ASK - amplitude shift keying  
FSK - frequanecy shift keying  
PSK - phase shift keying  
QAM - quadrature amplitude modulation.  
ASK : Ñeà caäp ôû muïc AM.  
9.1 FSK VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ FSK  
Taïo FSK  
Analog FSK output  
Binary input  
FSK  
modulator (VCO)  
Hình 9.1  
FSK - tröôøng hôïp rieâng cuûa FM. Tín hieäu FSK coù daïng:  
  
2
  
v(t) Vc cos    
   
t
c
   
  
vôùi: c - laø taàn soá soùng mang trung taâm;  
/2 - laø ñoä di taàn, tyû leä vôùi bieân ñoä vaø cöïc tính tín hieäu nhò  
phaân ngoõ vaøo. Ví duï bit 1 laø +1V, bit 0 laø –1V, taïo neân ñoä di taàn  
töông öùng +/2 vaø –/2.  
Toác ñoä dòch taàn soùng mang baèng toác ñoä bit vaøo (bps)  
fM (taàn soá fMark) öùng vôùi logic 1 nhoû hôn fS (fSpace) öùng vôùi logic 0.  
Toác ñoä thay ñoåi taàn soá ra goïi laø baud. Trong FSK taàn soá bit vaøo  
baèng toác ñoä baud ra.  
1
0
1
0
1
0
1
0
Binary input (bps)  
Analog output (baud)  
fm  
fs fm  
fs  
Hình 9.2  
231  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
FSK - moät daïng FM, chæ soá ñieàu cheá  
fS fM  
fS fM  
2
fb  
mFSK  
fb  
2
trong ñoù: fS fM/2 - laø ñoä di taàn; f - laø toác ñoä bit vaøo  
b
fb/2 - taàn soá cô baûn tín hieäu nhò phaân vaøo.  
Thoâng thöôøng mFSK < 1, ta coù NBFM.  
Ví duï: fb = 20Mbps; fS = 80MHz; fM = 60MHz; fc = 70kHz.  
Tính baêng thoâng Nyquist toái thieåu (baêng thoâng IF toái thieåu).  
fS fM  
fb  
2
80 60  
mFSK  
1;  
10 MHz; BIF 60 MHz  
fb  
20  
vôùi FSK laø moät daïng NBFM coù 0,5 mFSK 1.  
Phoå ví duï treân coù daïng:  
0,77Vc  
0,44Vc  
0,11Vc  
0,02Vc  
100  
40  
50  
60  
70  
80  
90  
fMHz  
BIF = 60MHz  
Hình 9.3  
Giaûi ñieàu cheá FSK  
Analog FSK in  
Binary data out  
Vo  
PD  
LPF  
>
PLL  
VCO  
Hình 9.4  
Taùch soùng FSK duøng PLL töông töï. Taùch soùng FM duøng PLL. Taàn  
soá vaøo laø fS vaø fM töông öùng vôùi ñieän aùp ra Vo möùc logic 1 vaø 0.  
fM laø taàn soá dao ñoäng töï do cuûa PLL naèm giöõa fS vaø fM. Chaát  
löôïng thoâng tin duøng FSK keùm hôn PSK, QAM, duøng trong ñieàu cheá soá  
toác ñoä thaáp nhö MODEM.  
MSK (minimum shift keying FSK) - moät daïng FSK coù pha lieân  
232  
Chöông 9  
tuïc (CPFSK - continuous phase FSK). Taàn soá fS vaø fM ñoàng boä vôùi tín  
hieäu naøo sao cho pha lieân tuïc baèng caùch choïn fM vaø fS baèng (2n+1)  
fb/2, töùc laø fM vaø fS baèng boäi soá leû taàn soá cô baûn.  
Neáu pha ñoät bieán, boä giaûi ñieàu cheá seõ khoâng nhaän daïng ñöôïc ñoä  
dòch taàn sau, sai soá xaûy ra, MSK coù BER toát hôn so vôùi FSK vôùi cuøng tyû  
soá S/N. Nhöôïc ñieåm MSK - caàn ñoàng boä, do ñoù maïch phöùc taïp hôn,  
möùc hôn.  
Ví duï: fb = 1Kbps; fb/2 = 0,5Kbps; choïn fM = 3fb/2 = 1500Hz.  
fb = 5fb/2 = 2500Hz.  
9.2 PSK VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ PSK  
PSK laø moät daïng ñieàu cheá pha PM - coù moät soá kieåu ñieàu cheá pha.  
1- BPSK (binary phase shift keying) BPSK coøn goïi laø ñieàu cheá hai  
pha. Neáu logic 1 öùng vôùi moät pha soùng mang cao taàn, logic 0 töông öùng  
vôùi ñaûo pha cuûa möùc logic 1. Do ñoù BPSK coøn goïi laø PRK (phase  
reversal keying). BPSK laø moät daïng ñieàu cheá trieät soùng mang.  
Taïo BPSK  
Analog PSK output  
Binary data in  
Balanced  
BPF  
Mod  
fc  
1
2
+V  
0
t
t
3
+
+
+
+
output  
-V  
fc  
BPSK  
4
0
0
0
radian  
+
V
(-V)  
Hình 9.5  
Khi tín hieäu soá ôû möùc logic 1(+V); D1,2 daãn; D3,4 taét, ngoõ ra cuøng pha  
vôùi soùng mang ngoõ vaøo. Khi tín hieäu soá möùc logic 0(-V)D1,2 taét, D3,4 daãn,  
ngoõ ra coù pha ngöôïc vôùi pha tín hieäu soùng mang ta coù ñieàu cheá BPSK.  
Maïch ñieàu cheá caân baèng treân coù toác ñoä thay ñoåi pha ngoõ ra baèng  
toác ñoä bít vaøo. Baêng thoâng tín hieäu ngoõ ra lôùn nhaát khi chuoãi bít vaøo thay  
233  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
ñoåi möùc logic 0 vaø 1 tuaàn töï. Taàn soá cô baûn cuûa chuoãi ñoù laø fa = fb/2. Baêng  
thoâng cao taàn toái thieåu laø B = 2fa = fb.  
Phoå BPSK goàm hai bieân, trieät soùng mang. Moãi bieân coù ñoä roäng phoå laø  
fb/2. Vaäy baêng thoâng toái thieåu BPSK trong tröôøng hôïp xaáu nhaát baèng fb.  
Ví duï 9.1 Ñieàu cheá BPSK coù fc = 70MHz; fb = 10Mbps; xaùc ñònh taàn soá  
thaáp nhaát vaø cao nhaát, baêng thoâng BPSK.  
Giaûi: Ta coù tín hieäu BPSK ngoõ ra = sin at.sinct.  
sin2(5MHz)t.sin2(70MHz)t  
1
2
cos2(70MHz 5MHz)t cos2(70MHz (5MHz)t  
   
bieândöôùi  
bieântreân  
Taàn soá thaáp nhaát BPSK = 70 – 5 = 65MHz  
Taàn soá cao nhaát BPSK = 70 + 5 = 75MHz.  
Phoå BPSK  
BIF = 60MHz  
65  
70  
75  
fMHz  
Baêng thoâng BPSK toái thieåu B = 75 – 65 = 10MHz = fb.  
Baûng söï thaät BPSK.  
cosct(+90o)  
Binary input  
Logic 0  
Pha ngoõ ra  
180o  
-sinct(180o)  
sinct(0o)  
0o  
Logic 1  
Logic 0  
Logic 1  
-cosct(-90o)  
Binary data output  
sinct  
BPSK input  
Balanced  
modulator  
LPF  
sinc  
t
Phuïc hoài soùng  
mang nhaát quaùn  
Hình 9.6  
Giaûi ñieàu cheá BPSK.  
Tín hieäu BPSK ngoõ vaøo daïng sinct. Soùng mang phuïc hoài sinct.  
Giaû söû: tín hieäu BPSK vaøo + sinct (logic 1)  
234  
Chöông 9  
Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng:  
(sinct).(sinct) = sin2ct = 1/2 – 1/2cos2ct  
Thaønh phaàn taàn soá cao 2c - bò loaïi khoûi LPP, chæ coøn thaønh  
phaàn moät chieàu Vdc/2 töông öùng möùc logic 1.  
Töông töï neáu ngoõ vaøo laø – sinct (logic 0); ngoõ ra LPF laø –Vdc/2  
laø möùc (logic 0).  
2- M-ary encoding  
M-ary laø thuaät ngöõ coù ñöôïc töø chöõ “binary”. M coù nghóa laø soá bit  
bieåu dieãn soá traïng thaùi coù theå. Ví duï, BPSK, FSK coù hai traïng thaùi ngoõ  
ra töông öùng vôùi möùc logic 1 vaø 0 ngoõ vaøo, do ñoù M-ary cuûa heä thoáng  
laø M = 2. Trong ñieàu cheá soá thöôøng duøng öu theá cuûa maõ hoùa cao hôn  
nhò phaân (binary). Ví duï, maãu ñieàu cheá PSK coù boán traïng thaùi pha ngoõ  
ra (M = 4) hoaëc 8 traïng thaùi pha (M = 8).  
Goïi N laø soá bit. M laø soá traïng thaùi ngoõ ra cuûa N bit vaøo, ta coù  
coâng thöùc: N = log2M  
Ví duï 9.2: 2 bit ñeán ngoõ vaøo boä ñieàu cheá 2 = log2 M M = 4 töùc laø  
vôùi 2 bit, coù theå coù 4 traïng thaùi ngoõ ra. Töông töï N = 3 coù: M = 23 = 8.  
3- DPSK  
Taïo DPSK:  
XNOR  
Bal mod  
X
Data input  
DPSK output  
t
sinc  
1bit delay  
Hình 9.7  
DPSK (differential PSK) - moät daïng BPSK, trong ñoù döõ lieäu nhò  
phaân ngoõ vaøo ñieàu cheá caân baèng chöùa ñöïng söï khaùc nhau giöõa hai tín  
hieäu lieân tieáp. Baûn thaân tín hieäu DPSK laø soùng mang pha chuaån. Giaûi  
ñieàu cheá DPSK khoâng caàn phuïc hoài soùng mang.  
Input Xnor  
Output Xnor  
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
235  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
Binary  
date input  
XNOR  
output  
Pha DPSK  
0o  
180o 180o 0o 180o  
0o 180o 180o 180o  
Boä ñieàu cheá caân baèng töông töï ôû BPSK. Khi ngoõ vaøo cuûa noù ôû  
möùc logic 1 taïo neân tín hieäu sinct ngoõ ra, khi ngoõ vaøo ôû logic 0 taïo  
neân ngoõ ra tín hieäu -sinct.  
Giaûi ñieàu cheá DPSK  
Bal mol  
DPSK input  
LPF  
Shapor  
X
1 bit  
delay  
Hình 9.8  
Tín hieäu ngoõ ra boä treã moät bit so saùnh vôùi tín hieäu ñeán sau ôû boä  
ñieàu cheá caân baèng (ÑCCB).  
Ngoõ ra ÑCCB:  
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
(+ sint) (+ sint) =  
cos2t  
c
c
c
(– sint) (– sint) =  
cos2t  
c
c
c
(– sint) (+ sint) =  
cos2t  
c
c
c
(+ sint) (– sint) =  
cos2t  
c
c
c
1
2
1
2
Sau LPF, möùc  
öùng vôùi logic 1; möùc  
öùng vôùi logic 0.  
Neáu coù söï sai pha chuaån thì chæ coù moät bit bò sai.  
Öu ñieåm DPSK: thöïc hieän ñôn giaûn, khoâng caàn phuïc hoài soùng mang.  
Nhöôïc ñieåm DPSK: ñeå coù sai soá nhö BPSK, yeâu caàu S/N ngoõ vaøo  
giaûi ñieàu cheá DPSK lôùn hôn so vôùi BPSK töø 1 ñeán 3dB.  
Toác ñoä truyeàn DPSK vaø BPSK bò giôùi haïn trong baêng thoâng cho  
tröôùc. Ñieàu cheá soá duøng trong vi ba, thoâng tin veä tinh, thoâng tin di  
ñoäng, MODEM, truyeàn hình soá, phaùt thanh soá,...  
236  
Chöông 9  
9.3 QPSK VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ QPSK  
QPSK (quarature PSK) coù 4 möùc pha ngoõ ra (M = 4) cuûa moät  
soùng mang öùng vôùi hai bit ngoõ vaøo, hai bit naøy coù boán traïng thaùi 00,  
01, 10, 11 (coøn goïi laø dibits) töông öùng boán traïng thaùi pha ngoõ ra.  
Taïo QPSK  
I
channel fb/2  
Balanced  
mod  
Binary input data fd  
Logic 1=+1V  
Logic 0=-1V  
osc sinc  
t
sinct  
QPSK  
output  
Input  
I
+
BPF  
90o  
cosc  
Buffer  
Q
t
Logic 1=+1V  
Logic 0=-1V  
:2  
Balanced  
mod  
Bit clock  
Q channel fb/2  
cosct  
Hình 9.9  
Chuoãi bit ngoõ vaøo ñöôïc taùch thaønh hai chuoãi bit song song. Neáu  
moät bit vaøo keânh I, bit khaùc vaøo keânh Q. Caùc bit keânh I ñöôïc ñieàu cheá  
cuøng pha vôùi dao ñoäng noäi (I nghóa laø imphase). Caùc bit keânh Q ñieàu  
cheá bôûi soùng mang dòch pha 90so vôùi dao ñoäng noäi (Q nghóa laø  
quadrature).  
QPSK goàm 2 BPSK maéc toå hôïp song song. Hai traïng thaùi pha  
ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng I (sinct) vaø hai traïng thaùi pha ngoõ ra  
boä ñieàu cheá caân baèng Q (cosct) ñeán boä coäng tuyeán tính, taïo neân boán  
toå hôïp pha ngoõ ra töông öùng vôùi caùc traïng thaùi:  
(+sinct+cosct), (+sinct–cosct), (–sinct+cosct), (–sinct–cosct)  
Caùc pha ñoù dòch pha 90.  
Baûng chaân lyù QPSK vaø giaûn ñoà pha QPSK:  
Binary input  
QPSK output phase  
Q
0
I
0
1
0
1
– 135  
– 45  
0
1
+ 135  
+ 45  
1
237  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
cosc  
t
Q
I
Q
I
cosct - sinc  
t
cosc  
t
+
sinc  
t
1
0
1
1
sinc  
t
+
135o  
sinc  
t
+
45o  
-sinc  
t
sinct (0o)  
Q
I
Q
I
-cosct - sinc  
t
-cosct - sinc  
t
0
0
1
0
sinct - 135o  
sinct - 45o  
-cosc  
t
Ví duï 9.3 Chöùng minh baûng chaân lyù treân cuûa QPSK.  
Giaûi: Giaû söû Q = 0; I = 0. Ta coù:  
Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng:  
I = (–1) (sinct) = – sinct  
Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng:  
Q = (–1) cosct) = – 1 cosct  
Ngoõ ra boä coäng tuyeán tính = –1 cosct – 1 sinct  
= 1,414 sinct – 135  
Töông töï vôùi caùc caëp bit 01, 10, 11, ta coù caùc traïng thaùi pha  
töông öùng. Töø giaûn ñoà pha QPSK, ta thaáy boán traïng thaùi pha ngoõ ra  
QPSK coù cuøng bieân ñoä. Tín hieäu nhò phaân ngoõ vaøo ñöôïc maõ hoùa (ñieàu  
cheá) hoaøn toaøn baèng pha soùng mang cao taàn. Ñaây laø söï phaân bieät  
quan troïng giöõa PSK vaø QAM (trình baøy ôû phaàn sau).  
Pha cuûa QPSK coù daïng:  
Q
1
I
0
Q
0
I
1
Q
1
I
1
Q
0
I
0
Dibit input  
t
QPSK  
output phase  
+135o  
-45o  
+45o  
-135o  
Baêng thoâng QPSK  
Trong QPSK, tín hieäu nhò phaân ngoõ vaøo ñöôïc taùch ra laøm hai  
keânh song song I vaø Q vôùi toác ñoä nhö nhau baèng fb/2, ñoä daøi bit I vaø Q  
gaáp ñoâi ñoä daøi bit vaøo, taàn soá cô baûn cuûa döï lieäu keânh I vaø Q baèng  
fb/4, do ñoù ñoä roäng baêng thoâng Nyquist toái thieåu laø fb/2. Nhö vaäy baêng  
thoâng QPSK baèng fb/2 (trong khi cuûa BPSK laø fb).  
238  
Chöông 9  
sinct  
I
channel  
fb/2  
Bal mod  
1
Binary  
input data  
sinc  
t
I
Q
cosc  
t
fb  
cosc  
t
fb/2  
Q channel  
1
Bal mod  
Hình 9.10  
I
Q
1
I
Q
1
I
Q
0
I
Q
0
I
Q
Input data fb  
1
0
1
1
1
1
Keânh  
I fb/2  
Taàn soá cô baûn  
Keânh Q fb/2  
Ví duï 9.4 QPSK coù fb = 10Mbps; fc = 70MHz. Tính baêng thoâng toái thieåu  
tín hieäu QPSK, phoå QPSK.  
10Mbps  
Giaûi:  
fbQ fbI fb   
5 Mbps  
2
2
Taàn soá cô baûn keânh I vaø Q:  
fbQ  
2
fbI  
2
3Mbps  
fa   
2,5 MHz  
2
Tín hieäu ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng = (sin2fat) (sin2fct)  
1
2
1
2
=
cos2(67,5MHz)t  
cos2(72,5MHz)t  
Baêng thoâng toái thieåu QPSK = BNyq = (72,5 – 67,5)MHz = 5MHz  
Phoå ngoõ ra QPSK  
BNyq = 5MHz  
67,5  
70(neùn)  
72,5  
fMHz  
Giaûi ñieàu cheá QPSK  
239  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
I
channel  
Baldem  
LPF  
-sinct+cosc  
t
Input  
QPSK  
Power  
splitter  
Carrier recovery  
sinc  
sinc  
t
BPF  
Binary  
data out  
t
I
Q
-sinct+cosc  
t
90o  
cosc  
Baldem  
t
-sinct+cosc  
t
LPF  
Q channel  
Hình 9.11  
Ngoõ ra boä giaûi ñieàu cheá keânh I = (sinct) (– sinct + cosct)  
1
2
1
2
1
2
I   Vdc  
cos2ct sinct 0  
  
Loaïi khoûi LPF  
1
2
Sau LPF coøn laïi  
V
(logic 0)  
dc  
Töông töï, ngoõ ra boä giaûi ñieàu cheá keânh  
Q = (cosct) (– sinct + cosct)  
1
2
1
2
1
2
Q   Vdc  
cos2ct sin2ct 0  
  
Loaïi khoûi LPF  
1
2
Sau LPF coøn laïi  
V
(logic 1).  
dc  
9.4 8 PSK VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ 8-PSK  
8 PSK coù 8 traïng thaùi pha ngoõ ra (M = 8). Ñeå maõ hoùa taùm möùc  
pha ngoõ ra, caàn nhoùm ba bit ngoõ vaøo goïi laø tribits (23 = 8).  
I
channel  
PAM  
Ñoåi 2  
thaønh 4 möùc  
Bal mol  
fb/3  
Ref  
osc sinc  
fb/3  
C
sinc  
t
Q
I
C
t
8PSK out  
Input  
data fb  
+
90o  
fb/3  
C
cosct  
PAM  
Ñoåi 2  
thaønh 4 möùc  
Bal mol  
Q channel  
Hình 9.12  
240  
Chöông 9  
Caùc bit keânh I vaø C tôùi boä ñoåi DAC (digital to analog converters).  
Vôùi hai bit vaøo, coù boán möùc ñieän aùp ra (PAM - pulse amplitude  
modulation). Töông töï boä ñoåi DAC cuûa keânh Q vaø . Caùc möùc logic  
keânh I vaø Q xaùc ñònh cöïc tính ngoõ ra tín hieäu töông töï. (logic 1 = +V;  
C
logic 0 = –V). Trong khi caùc bit keânh C vaø  
1 = 1,307V; logic 0 = 0,541V).  
C xaùc ñònh bieân ñoä (logic  
Nhö vaäy vôùi hai bieân ñoä, hai cöïc tính, coù boán traïng thaùi ngoõ ra.  
I
C
0
1
0
1
Output  
Q
0
0
1
1
C
1
0
1
0
Output  
0
0
1
1
– 0,541 V  
– 1,307 V  
+ 0,541 V  
+ 1,307 V  
– 1,307 V  
– 0,541 V  
+ 1,307 V  
+ 0,541 V  
+ 1,307 V  
+ 0,541 V  
0 V  
– 0,541 V  
– 1,307 V  
Ví duï 9.5 Tribit ngoõ vaøo Q = 0; I = 0; C = 0 (0, 0, 0). Xaùc ñònh pha ngoõ  
ra boä ñieàu cheá 8PSK.  
Giaûi: Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng keânh  
I = (– 0,541) (sinct) = – 0,541sinct  
Töông töï ôû keânh Q coù ngoõ ra = – 1,307cosct  
Ngoõ ra boä coäng tuyeán tính = – 0,541sinct – 1,307cosct  
= 1,41sinct – 112,5  
Töông töï coù baûng söï thaät 8PSK.  
Binary input  
8PSK out phase  
Q
0
0
0
0
1
1
1
1
I
C
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
– 112,5  
– 157,5  
– 67,5  
– 22,5  
+ 112,5  
+ 157,5  
+ 67,5  
+ 22,5  
241  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
+0,541sinct +1,307cosc  
t
+0,541sinct +1,307cosct  
Q
1
I
0
C
0
Q
1
I
1
C
0
+1,307sinct + 0,541cosc  
t
+1,307sinct + 0,541cosct  
Q
1
I
0
C
1
Q
1
I
1
C
1
-sinc  
t
sinct  
-1,307sinct - 0,541cosc  
t
+1,307sinct - 0,541cosc  
t
Q
0
I
0
C
1
Q
0
I
1
C
1
-0,541sinct -1,307cosc  
t
+0,541sinct -1,307cosct  
Q
0
I
0
C
0
Q
0
I
1
C
0
Toác ñoä bit keânh I, Q, C nhö nhau baèng fb/3. Baêng thoâng toái thieåu  
8PSK baèng fb/3.  
Q
0
Q
1
Q
0
Q
C
1
I
C
0
I
C
0
I
C
1
I
Input data fb  
1
0
1
1
0
C channel data fb/3  
Taàn soá cô baûn = fb/3  
I
channel data fb/3  
Q channel data fb/3  
channel  
+1,307V  
+0,541V  
-0,541V  
-1,307V  
I
PAM out  
I
channel  
Balanced  
modulator output  
+1,307  
sinc  
-0,541  
sinc  
+0,541  
sinc  
-1,307  
sinct  
t
t
t
Hình 9.13  
Ví duï 9.6: Cho 8PSK coù fb = 10Mbps; fc = 70MHz. Tính baêng thoâng 8PSK  
vaø so saùnh vôùi BPSK, QPSK.  
10Mbps  
Giaûi:  
fbC fbQ fbI  
3,33 Mbps  
3
- Taàn soá cô baûn moãi keânh:  
242  
Chöông 9  
fbQ  
2
fbC  
2
fbI  
2
3,33Mbps  
fa  
1,667 MHz  
2
- Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng = (sin2fat) (sin2fct)  
1
2
1
2
=
=
[cos2(70MHz – 1,667MHz)t – cos2(70MHz + 1,667MHz)t]  
[cos2(68,333MHz)t – cos2(71,667MHz)t]  
Baêng thoâng 8PSK = 71,667MHz – 68,333MHz = 3,333MHz  
fb  
3
=
= 3,333MHz  
fb  
2
Baêng thoâng 4PSK =  
= 5MHz  
fb  
1
Baêng thoâng 8PSK =  
= 10MHz  
Giaûi ñieàu cheá 8PSK  
PAM  
I
4 möùc  
X
ADC  
C
Parallel  
to serial  
converter  
Chia  
coâng suaát  
Phuïc hoài soùng  
mang sinc  
QIC  
t
sinc  
90o  
cosc  
t
output data  
8PSK  
input  
Q
I
C
t
C
Q
X
ADC  
PAM  
4 möùc  
Hình 9.14  
ADC - analog to digital converter  
Giaûi ñieàu cheá 8PSK - quaù trình ngöôïc laïi cuûa ñieàu cheá 8PSK.  
9.5 16PSK VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ 16PSK  
Töông töï 8PSK, moãi nhoùm boán bit (quadbits) cuûa tín hieäu soá ngoõ  
vaøo boä ñieàu cheá 16PSK töông öùng vôùi moät trong 16 traïng thaùi pha ngoõ  
ra. Toác ñoä bit moãi keânh laø fb/4 cuõng baèng baêng thoâng toái thieåu 16PSK.  
Ñoä sai bieät traïng thaùi pha ngoõ ra 22,5.  
Baûng chaân lyù vaø ñoà thò pha 16PSK.  
243  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
Bit code  
0 0 0 0  
0 0 0 1  
0 0 1 0  
0 0 1 1  
0 1 0 0  
0 1 0 1  
0 1 1 0  
0 1 1 1  
Phase  
Bit code  
1 0 0 0  
1 0 0 1  
1 0 1 0  
1 0 1 1  
1 1 0 0  
1 1 0 1  
1 1 1 0  
1 1 1 1  
Phase  
11,25  
33,75  
191,25  
213,75  
236,25  
258,75  
281,25  
303,75  
326,25  
348,75  
56,25  
78,75  
101,25  
123,75  
146,25  
168,75  
0011  
0100  
0010  
0101  
0001  
0110  
0111  
– sinct  
1000  
0000  
sinct  
1111  
1001  
1110  
1010  
1101  
1100  
1011  
9.6 QAM  
QAM (quadrature amplitude modulation) laø moät daïng ñieàu cheá soá  
maø döõ lieäu soá ngoõ vaøo chöùa ñöïng (taûi) trong bieân ñoä vaø pha cuûa soùng  
mang cao taàn.  
1- 8QAM: Laø moät kyõ thuaät maõ hoùa M = 8, nhöng khaùc vôùi 8PSK.  
ÔÛ ñaây tín hieäu ngoõ ra cuûa boä ñieàu cheá 8QAM coù bieân ñoä khoâng phaûi laø  
haèng soá, coù taùm möùc pha vaø hai maéc bieân ñoä ngoõ ra.  
244  
Chöông 9  
Taïo 8QAM  
Mol  
I
channel  
PAM  
DAC  
4 möùc  
X
2
fb/3  
8QAM  
output  
sinc  
t
osc  
Q
fb/3  
I
C
+
Input  
90o  
data fb  
fb/3  
cosc  
t
PAM  
DAC  
4 möùc  
X
2
Q channel  
Mol  
Hình 9.15  
Söï khaùc bieät 8QAM so vôùi 8PSK ôû choã keânh C khoâng coù boä ñaûo  
(C). Töông töï 8PSK, döï lieäu vaøo toác ñoä fb ñöôïc taùch laøm ba keânh Q, I,  
C töø moãi nhoùm 3 bit. Toác ñoä moãi keânh fb/3. Caùc bit keânh I, Q xaùc ñònh  
cöïc tính tín hieäu PAM ngoõ ra cuûa boä DAC, coøn keânh C xaùc ñònh bieân  
ñoä. Caùc bit keânh C, ñeán hai boä DAC nhö nhau, bieân ñoä PAM keânh I vaø  
Q baèng nhau, cöïc tính cuûa chuùng phuï thuoäc möùc logic keânh I vaø Q.  
Baûng söï thaät boä DAC keânh I vaø Q:  
I/Q  
0
C
0
1
0
1
Output (V)  
– 0,541  
– 1,307  
+ 0,541  
+ 1,307  
0
1
1
Ví duï 9.7 Cho nhoùm 3 bit Q = 0; I = 0; C = 0 (000). Xaùc ñònh bieân ñoä  
vaø pha boä 8QAM.  
Giaûi: Khi I = 0; C = 0; ngoõ ra DAC coù bieân ñoä –0,541V. Töông töï ôû  
keânh Q = 0; C = 0 coù ñieän aùp ngoõ ra boä DAC laø –0,541V. Ngoõ ra boä  
ñieàu cheá keânh I = (–0,541) sinct = –0,541sinct  
Ngoõ ra boä ñieàu cheá keânh Q = –0,541cosct.  
Ngoõ ra boä coäng tuyeán tính = –0,541sinct -0,541cosct  
= 0,765sinct – 135o  
Töông töï coù baûng söï thaät 8QAM vaø ñoà thò pha:  
245  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
Binary in put  
8QAM  
Bieân ñoä  
Q
I
C
Pha  
(1,848V)  
111  
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0,765 V  
1,848 V  
0,765 V  
1,848 V  
0,765 V  
1,848 V  
0,765 V  
1,848 v  
– 135o  
– 135o  
– 45o  
101  
X
X (0,765V)  
110  
100  
– 45o  
+ 135o  
+ 135o  
+ 45o  
+ 45o  
-sinc  
t
sinct  
010  
X
X
000  
001  
011  
Baêng thoâng 8QAM: ÔÛ 8QAM, toác ñoä bit keânh I vaø Q baèng fb/3  
töông töï 8PSK, do ñoù baêng thoâng toái thieåu 8QAM baèng baêng thoâng  
8PSK.  
Giaûi ñieàu cheá 8QAM: Töông töï giaûi ñieàu cheá 8PSK. Tuy nhieân  
coù söï khaùc bieät ôû choã 8QAM truyeàn hai möùc bieân ñoä, chæ soá ñoåi ADC  
seõ khaùc.  
ÔÛ 8QAM, tín hieäu nhò phaân töø ADC keânh I laø I vaø C bit, töø ADC  
keânh Q laø Q vaø C bit.  
2- 16 QAM  
Töông töï 16PSK, 16QAM coù 11 = 16. Boán bit vaøo taïo thaønh nhoùm  
boán laøm thay ñoåi bieân ñoä vaø pha cuûa tín hieäu 16QAM.  
Taïo 16 QAM:  
I
PAM  
DAC  
4 möùc  
Bal mol  
I’  
2
fb/4  
16QAM  
output  
sinc  
t
osc  
Binary input  
data  
Q
Q’  
I
I’  
+
+90o  
fb/4  
cosc  
t
Q’  
PAM  
DAC  
4 möùc  
Q
Bal mol  
2
Caùc bit keânh I, Q xaùc ñònh tính ngoõ ra DAC (logic 1 - cöïc tính  
döông; logic 0 - cöïc tính aâm). Keânh I’, Q’ xaùc ñònh bieân ñoä a DAC (logic  
1 = 0,821V; logic 0 = 0,22V). Hai cöïc tính, hai bieân ñoä taïo neân boán  
traïng thaùi ngoõ ra DAC laø  
0,22V vaø  
0,821V. Tín hieäu PAM ñieàu  
cheá cuøng pha hoaëc dòch 90o pha soùng mang.  
246  
Chöông 9  
Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng nhaùnh I coù boán traïng thaùi  
0,84sinct vaø 0,22sinct. Töông töï ngoõ ra boä ñieàu cheá nhaùnh Q coù  
boán traïng thaùi 0,821cosct vaø 0,22cosct. Ngoõ ra boä coäng tuyeán  
tính laø tín hieäu 16QAM vôùi baûng chaân lyù vaø giaûn ñoà pha nhö sau:  
I
I’  
0
1
0
1
Output  
– 0,22 V  
– 0,821 V  
+ 0,22 V  
+ 0,821 V  
Q
0
0
1
1
Q’  
0
Output  
– 0,22 V  
– 0,821 V  
+ 0,22 V  
+ 0,821 V  
0
0
1
1
1
0
1
Binary input  
16 QAM  
output  
0,311 V  
Q
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
Q’  
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
I
I’  
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
– 135o  
– 165o  
– 45o  
– 15o  
– 105o  
– 135o  
– 75o  
– 45o  
135o  
175o  
45o  
0,850 V  
0,311 V  
0,850 V  
0,850 V  
1,161 V  
0,850 V  
1,161 V  
0,311 V  
0,850 V  
0,850 V  
0,850 V  
0,850 V  
1,161 V  
0,850 V  
1,161 V  
0,850  
1,161  
0,311  
-Sino  
t
sinot  
15o  
105o  
135o  
75o  
45o  
,
,
fbI  
4
fbQ  
4
fbQ  
4
fbI  
4
fb  
4
Baêng thoâng 16QAM =  
Hieäu quaû baêng thoâng (hay coøn goïi laø maät ñoä döõ lieäu) duøng ñeå so  
saùnh chæ tieâu cuûa kieåu ñieàu cheá soá naøy so vôùi kieåu ñieàu cheá soá khaùc.  
Ñoù laø tyû soá giöõa toác ñoä bit truyeàn treân baêng thoâng ñieàu cheá toái thieåu.  
Toácñoätruyeàn(bps)  
Baêng thoâng toáithieåu(Hz)  
bHs  
Cycle  
Befficiency  
Ví duï 9.8  
Xaùc ñònh Beff cuûa BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM. Bieát fb = 10Mbps  
247  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
10Mbps  
10MHz Cycle  
1bit  
1bps  
Hz  
BPSK  
QPSK  
8PSK  
Beff  
Beff  
Beff  
Beff  
=
=
=
=
10Mbps  
5MHz  
2bit  
Cycle  
2bps  
Hz  
10Mbps  
3,33MHz Cycle  
3bit  
3bps  
Hz  
10Mbps 4bit  
2,5MHz Cycle  
4bps  
Hz  
16 QAM  
Baûng toùm taét ñieàu cheá soá:  
Hieäu quaû baêng  
Maõ hoùa  
(bit)  
Ñieàu cheá  
Baêng thoâng  
baud  
thoâng  
FSK  
BPSK  
1
fb  
fb  
fb  
1  
1
1
fb  
QPSK  
8 PSK  
8 QAM  
16 PSK  
16 QAM  
2
fb/2  
fb/3  
fb/3  
fb/4  
fb/4  
fb/2  
fb/3  
fb/3  
fb/4  
fb/4  
2
3
3
3
3
4
4
4
4
9.7 XAÙC SUAÁT LOÃI P(E) VAØ BER  
Xaùc suaát loãi P(e) (probabicitf of error) vaø BER (bit error rate) thöôøng  
duøng laãn nhau, tuy thöïc teá chuùng hôi khaùc nhau veà nghóa.  
P(e) laø bit loãi toác ñoä truyeàn döï tính veà lyù thuyeát cuûa heä thoáng  
cho tröôùc.  
BER laø bit loãi toác ñoä truyeàn cuûa heä thoáng thöïc teá.  
Ví duï, heä thoáng coù P(e) = 10-5 coù nghóa laø veà maët lyù thuyeát toaùn  
hoïc coù theå hy voïng coù moät bit loãi khi truyeàn 105 bit. Neáu BER = 10-5,  
coù nghóa laø heä thoáng ñaõ truyeàn 105 bit vaø coù 1 bit loãi. BER ñöôïc ño  
thöïc teá roài so saùnh vôùi P(e).  
P(e) laø haøm cuûa tyû soá coâng suaát soùng mang treân nhieãu (C/N) ngoõ  
vaøo maùy thu (hoaëc laø haøm naêng löôïng 1 bit treân maät ñoä coâng suaát  
nhieãu), noù phuï thuoäc vaøo soá traïng thaùi maõ hoùa (-ary).  
Coâng suaátsoùng mangvaø coâng suaátbieântaàn  
Coâng suaátnhieãunhieät  
Coâng suaátsoùng mang trungbình  
Coâng suaátnhieãunhieät  
C
N
248  
Chöông 9  
Cwatts  
0,001  
Coâng suaát soùng mang CdBm 10lg  
Coâng suaát nhieãu nhieät N = KTB (w)  
K = 1,38.10-23J/K; B = baêng thoâng (Hz)  
T = nhieät ñoä tuyeät ñoái = 273oK + toC (K).  
KTB  
0,001  
C
N
C
KTB  
N(dBm) 10lg  
;
C
N
C
N
(dB) 10lg  
C(dBm) N(dBm)  
Naêng löôïng moät bit tín hieäu; Eb = C. Tb (J/bit)  
vôùi: Tb - thôøi gian 1 bit = 1/fb; fb - toác ñoä bit.  
C
fb  
C
fb  
Eb   
hay Eb(dBJ) 10lg  
10lgC 10lg fb  
Maät ñoä coâng suaát nhieãu nhieät chuaån hoùa trong baêng thoâng 1Hz:  
N
B
No   
(W/Hz)  
N
0,001  
No(dBm) 10lg  
10lg B N(dBm) 10lg B  
Tyû soá Eb/No (naêng löôïng bit/maät ñoä coâng suaát nhieãu nhieät)  
thöôøng duøng ñeå so saùnh caùc kieåu ñieàu cheá soá vôùi caùc toác ñoä truyeàn  
khaùc nhau. (FSK, PSK, QAM) hoaëc maõ hoùa  
-ary.  
Eb  
No  
c/fb  
N/B  
C.B  
Nfb  
C
N fb  
B
.
Eb  
No  
C
N
B
fb  
(dB) 10lg  
10lg  
10lg Eb 10lg No  
Töø coâng thöùc treân cho thaáy khi baêng thoâng baèng toác ñoä bit thì  
Eb/No = C/N.  
Ví duï 9.9 Cho heä thoáng QPSK vôùi thoâng soá C = 10-12  
w
fb = 60Kbps; N = 1,210–14 W; B = 120kHz.  
Eb(dB)  
No  
C
N
C
N
Tính  
(dBm)? N(dBm) ? No(dBm) ? Eb(dBJ)  
?
(dB)?  
?
1012  
0,001  
Giaûi:  
C(dBm) 10lg  
  90 dBm  
1,21014  
N
(dBm) 10lg  
  109,2 dBm  
0,001  
No(dBm)   109,2 dBm 10lg120 kHz   160 dBm  
249  
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá soá  
1012  
60Kbps  
Eb(dBJ) 10lg  
  167,8 dBJ  
19,2 dB  
C
1012  
(dB) 10lg  
1,21014  
N
Eb  
No  
120kHz  
60Kbps  
(dB) 19,2 10lg  
22,2 dB  
1
Xaùc suaát loãi ñieàu cheá pha P  
erf(z)  
(e)  
log2 M  
vôùi: M - soá traïng thaùi pha PSK; erf - haøm sai soá.  
Eb  
No  
M
z sin  
( log2 M)  
P(e) cuûa M-PSK  
10-1  
10-2  
10-3  
32 pha  
10-4  
10-5  
16 pha  
8 pha  
10-6  
10-7  
2 vaø 4 pha  
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19  
Eb/No(dB)  
Hình 9.16  
Ví duï 9.10 Tìm baêng thoâng toái thieåu 8PSK vôùi  
C
N
P
107  
;
11,5 dB; fb 10 Mbps  
(e)  
Eb  
No  
Giaûi: Töø ñoà thò, vôùi P(e) = 10–7 coù  
14,7 dB  
B
fb  
10lg  
14,7dB 11,7 dB 3 dB 10lg2  
B
fb  
2 B 2. fb 20 Hz  
1
L 1  
L
Vôùi QAM coù:  
P(e)   
erfc(z)  
log2 L  
Tải về để xem bản đầy đủ
doc 22 trang baolam 26000 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 9: Điều chế và giải điều chế số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docgiao_trinh_mach_dien_tu_thong_tin_chuong_9_dieu_che_va_giai.doc