Đ ti: điu ch v gii điu ch LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển công nghệ thông tin thì tín hiệu số ngày càng được sử dụng rộng rãi, và trong kỹ thuật thông tin vô tuyến khi muốn truyền tín hiệu số đi xa người ta phải chuyển tần số của tín hiệu ấy lên một mức tần số cao hơn rất nhiều. Công việc thực hiện chuyển phổ của tín hiệu số lên vùng có tần số cao hơn được gọi là điều chế bằng phương pháp sử dụng các mạch trộn tần, và ở phía thu phải có một quá trình chuyển đổi ngược lại, quá trình đó gọi là tách sóng hay giải điều chế. Và đó cũng là lý do mà hôm nay chúng em xin chọn đề tài “ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐ” để làm đề tài cho bài đồ án cuối kỳ môn truyền dẫn vô tuyến nhằm tìm hiểu thêm về vấn đề điều chế và giải điều chế trong tín hiệu số cũng như ứng dụng phần mềm MATLAB trong điều chế, giải điều chế số. Đồ án gồm có 3 phần: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chương 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ Chương 3: DÙNG MATLAB MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐ Do chúng em còn nhiều hạn chế về kiến thức và thực tiễn nên trong quá trình làm đề tài này chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em kính mong nhận được sự chỉ bảo của thầy và ý kiến đóng góp của các bạn để rút kinh nghiệm trong những lần sau. Chúng em xin được chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Vũ Anh Quang, người thầy đã trực tiếp giúp đỡ tận tình chúng em hoàn thành đồ án này. SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 1 Đ ti: điu ch v gii điu ch MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC BẢNG 4 DANH MỤC HÌNH 5 CHƯƠNG 1 6 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN 6 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 6 1.1.1 Khái niệm thông tin vô tuyến 6 1.1.2 Khái niệm hệ thống thông tin vi ba 6    !"# 1.2 CÁC KHÁI NIỆM ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ. 7 1.2.1 Khái niệm 7 $%&'# $%()*# &'# +,&'# 1.2.2 Phân loi 8 - !".!%/*!&'0 - !".!(1*234**(5()*0 1.2.3 So sánh điều chế tương tự và điều chế số 8 CHƯƠNG 2 9 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ 9 2.1 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (KHÓA DỊCH BIÊN ĐỘ ASK) 9 2.1.1 Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) 9 6 789:52; <!"=6 >/?6 2.1.2 Giải điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) 10 789:52; <!"=@ SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 2 Đ ti: điu ch v gii điu ch 2.2ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ FSK 11 2.2.1 Điều chế FSK (Fryquency Moducation) 11  A2;B&' &'C7D +,&'C7D 2.1.2 điều chế số theo phase tín hiệu PSK (Phase Shift Keying): 13 E*D &'*+"F,&'*+" 2.3 ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ VUÔNG GÓC QAM (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING): 15 LỜI CẢM ƠN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 3 Đ ti: điu ch v gii điu ch DANH MỤC BẢNG BẢNG 1.1: BẢNG SO SÁNH GIỮA ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ VÀ ĐIỀU CHẾ SỐ 8 BẢNG 2.1 TÍN HIỆU QPSK 15 SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 4 Đ ti: điu ch v gii điu ch DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA THÔNG TIN VÔ TUYẾN HAI CHIỀU 6 HÌNH 1.2: CẤU TRÚC GIẢ ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP CỐ ĐỊNH 6 HÌNH 2.1: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU CHẾ ASK 9 HÌNH 2.2: DẠNG SÓNG CỦA ĐIỀU CHẾ ASK 9 HÌNH 2.3: SƠ ĐỒ KHỐI GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK 10 HÌNH 2.4: DẠNG SÓNG CỦA GIẢI ĐIỀU CHẾ ASK 10 HÌNH 2.5: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU CHẾ 2FSK 11 HÌNH 2.6: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 2FSK 12 HÌNH 2.7 PHƯƠNG PHÁP GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK 13 HÌNH 2.8: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU QPSK 14 HÌNH 2.9: TÍN HIỆU 4-PSK 14 HÌNH 2.10: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU CHẾ PSK 4-PHA 14 HÌNH 2.11: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ GIẢI ĐIỀU CHẾ PHA 4-PSK 15 HÌNH 2.12: MẠCH GIÃI MÃ PSK 4-PHA 15 HÌNH 2.13: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU M-QAM 16 HÌNH 2.14: SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU CHẾ QAM 8 PHA 16 SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 5 GHD4*5I 2'2'5 Đ ti: điu ch v gii điu ch Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Khái niệm thông tin vô tuyến Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn bằng phương pháp là phía phát bức xạ các tín hiệu thông tin bằng sóng điện từ ra không gian tự do, phía thu nhận sóng điện từ bên phát gửi tới trong không gian và tách lấy tín hiệu gốc. 1.1.2 Khái niệm hệ thống thông tin vi ba  Thông tin vi ba là thông tin vô tuyến ở giải sóng cực ngắn và thực hiện thông tin nhiều kênh.  Trạm đầu cuối có nhiệm vụ: ở hướng phát nhận thông tin từ trung tâm truyền hình, truyền số liệu, tổng đài hoặc thuê bao sau đó ghép kênh tạo ra một luồng số tốc độ cao và điều chế với sóng mang siêu cao tần để phát sang phía thu sau đó ở hướng thu sẽ thu nhận thông tin từ phía phát, giải điều chế tạo lại luồng số nguyên thuỷ sau đó phân kênh xử lý thành các tín hiệu riêng biệt để đưa về các trung tâm truyền truyền hình, truyền số liệu, tổng đài và thuê bao. Trạm trung gian có nhiệm vụ thu nhận thông tin là từ trạm phía trước, giải điều chế tạo lại luồng số nguyên thuỷ và đưa tới máy phát để phát tiếp sang trạm phía sau. Trạm rẽ xen có hai máy phát, hai máy thu, các máy ghép tách kênh và hai anten để thông tin với hai phía khác nhau. Trạm rẽ xen có nhiệm vụ thu nhận thông tin từ SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 6 GHD$J8K4*II 2'*& Đ ti: điu ch v gii điu ch trạm phía trước và giải điều chế để tạo lại luồng số nguyên thuỷ và đưa tới máy ghép xen kênh để lấy ra và/hoặc xen vào một số kênh sau đó đưa tới máy phát để phát tiếp sang trạm phía sau.  !" - Có dải tần rộng. - Thông tin ổn định. - Có thể áp dụng công nghệ anten và tăng tần số công tác để giảm nhỏ công suất máy phát. - Chỉ thực hiện thông tin trong tầm nhìn thẳng. 1.2 Các khái niệm điều chế và giải điều chế. 1.2.1 Khái niệm $%&' Là các tín hiệu tin tức cần truyền đi có tần số thấp. $%()* Là các tín hiệu điện cao tần có thể mang được thông tin, biểu thức toán học là: U(t) = A sin (ωt + ϕ) Trong đó: - A là biên độ của sóng mang - ω = 2πf là tần số góc của sóng mang (f là tần số sóng mang) - ϕ: pha của sóng mang - Các tham số A, f và ϕ đều có thể mang thông tin. &' Điều chế là quá trình đưa tín hiệu điều chế tác động vào sóng mang làm cho một hoặc nhiều tham số của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu điều chế. +,&' Quá trình tách tín hiệu tin tức cần truyền ra khỏi sóng mang đã điều chế ở bên phát được gọi là giải điều chế. SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 7 Đ ti: điu ch v gii điu ch 1.2.2 Phân loi - !".!%/*!&' - Điều chế tương tự: tín hiệu điều chế là tín hiệu tương tự. - Điều chế số: tín hiệu điều chế là tín hiệu số. - !".!(1*234**(5()* - Điều chế biên độ: Điều chế biên độ tương tự AM LM N.O!N *!P và điều chế biên độ số ASK LM N.7Q.2P - Điều chế tần số: Điều chế tần số tương tự FM LC.R.2O!N *!P, điều chế tần số số FSK LC.R.27Q.2P - Điều chế pha: Điều chế pha tương tự PML-*(.O!N *!PSĐiều chế pha số được gọi là PSK L-*(.7Q.2P. - Điều chế QAM LT*.M N.O!N *!PD là phương pháp điều chế kết hợp cả điều chế biên độ ASK và điều chế pha PSK. 1.2.3 So sánh điều chế tương tự và điều chế số UDU(!(V*&'/81&'(5 Điều chế tương tự Điều chế số Băng thông nhỏ (thuận lợi) Băng thông lớn (bất lợi). Khả năng chống lại tiếng ồn thấp (bất thuận lợi) Khả năng chống lại tiếng ồn cao (rất thuận tiện) Mức bảo mật thấp Mức bảo mật cao và có thể sử dụng mã hóa và xác thực Mức QoS thấp Mức QoS cao Chỉ sử dụng công nghệ FDM Có thể sử dụng các công nghệ FDM, TDM, CDM và OFDM Trong truyền thông di động chỉ hỗ trợ dịch vụ thoại Trong truyền thông di động có thể hỗ trợ dịch vụ thoại, SMS, dữ liệu, thông tin, cuộc gọi video… Khó thiết kế bằng phần mềm Dễ dàng thiết kế bằng phần mềm SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 8 Đ ti: điu ch v gii điu ch Chương 2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ 2.1 Điều chế và giải điều chế biên độ (khóa dịch biên độ ASK) 2.1.1 Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying)  Điều chế biên độ ASK là tác động tín hiệu số điều chế vào sóng mang và làm thay đổi biên độ của sóng mang theo quy luật của tín hiệu điều chế. 789:52; <!"= Tín hiệu số điều chế S(t) đưa vào đầu thứ nhất của bộ nhân M. Sóng mang A.sinωt được tạo ra từ bộ dao động LO (Local Oscillator) sẽ đưa đến đầu vào thứ hai của bộ nhân. Bộ nhân sẽ nhân tín hiệu điều chế với tín hiệu sóng mang tạo ra tín hiệu với thành phần cơ bản là S(t).Asinωt và một số thành phần khác. Tín hiệu này được đưa qua bộ lọc thông băng (BPF: Band Pass Filter) để loại bỏ các thành phần không mong muốn. Kết quả ta thu được tín hiệu đã điều chế biên độ (ASK) là S(t).Asinωt. >/? F>D là mạch điện điều chế và giải điều chế đều rất đơn giản. - A/?D là khả năng chống nhiễu thấp. SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 9 GHDW"()4*&'M7 GHD789:5"&'M7 Đ ti: điu ch v gii điu ch 2.1.2 Giải điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) 789:52; <!"= - Biến áp T 1 kết hợp với tụ C 1 tạo thành biến áp cộng hưởng. - D là diode nắn cao tần. - R và C 2 tạo thành tải của mạch giải điều chế. - N là bộ khuếch đại thuật toán. - U chuẩn là điện áp lớn hơn 0V. Khi không có sóng mang: điện áp đặt vào chân (+) của N là 0V (điện áp chân (+) âm hơn điện áp ở chân (-)) nên ngõ ra của N có mức 0. Khi có sóng mang: tín hiệu được diode D nắn nửa chu kỳ và tụ C 2 lọc san bằng tạo ra một điện áp tương đối bằng phẳng trên điện trở tải R để được đặt vào chân (+) của N làm cho điện áp ở chân (+) của N dương hơn điện áp ở chân (-) nên ngõ ra của N có mức cao. Kết quả là ở ngõ ra của mạch so sánh N ta thu được tín hiệu điều chế.  SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 10 GH+DW"()4*&'M7 GHD789:5&'M7 [...]... hiệu sóng mang có tần số f 0 đưa đến ngõ vào cổng M 0 và mạch LO1 tạo ra sóng mang f1 đưa vào cổng M1 Tín hiệu điều chế được đưa vào điều khiển cổng M0 và M1 Khi tín hiệu điều chế là bit 0 thì cổng M1 không được điều khiển nên không cho tín hiệu sóng mang f1 đi qua, cổng M0 được điều khiển nên cho tín hiệu sóng mang f0 đi qua Khi tín hiệu điều chế là bit 1 thì cổng M 0 không được điều khiển nên không... chế 2.2.1.3 Điều chế 2FSK:  Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của điều chế 2FSK - Là điều chế tần số mà sau khi điều chế sóng mang chỉ có hai tần số + LO1 và LO0: hai bộ dao động tạo sóng mang f1 và f0 tương ứng + M0 và M1: cổng truyền dẫn được điều khiển bởi tín hiệu điều chế + Σ: bộ cộng để kết hợp sóng mang f0 và f1 tạo thành tín hiệu 2 FSK  Nguyên lý hoạt động Mạch LO0 tạo ra tín hiệu sóng mang... pháp giải điều chế FSK 2.1.2 điều chế số theo phase tín hiệu PSK (Phase Shift Keying): 2.1.2.1 Định nghĩa:  Điều chế PSK: Khoá dich pha (PSK – phase shift keying) là một dạng điều chế góc, biên độ không đổi Khoá dịch pha cũng tương tự như điều chế pha thông thường chỉ có khác là ở PSK thì tín hiệu vào là tín hiệu nhị phân và pha đầu ra là có số lượng giới hạn Điều chế PSK là một phương pháp hiệu quả... dịch chuyển tần số này và cho ta hai mức (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK Bộ giải điều chế PLL được kèm theo một mạch lọc thông thấp để lấy đi những thành phần còn dư của sóng mang và một mạch tạo lại dạng xung để khôi phục dạng xung chính xác nhất cho tín hiệu điều chế Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên cơ sở hình 2 .Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số được giải điều chế bằng sơ... truyền tín hiệu số Có thể nói phương pháp PSK là phương pháp điều chế triệt để sóng mang do đó băng thông của tín hiệu PSK nhỏ hơn băng thông của tín hiệu FSK nếu dùng cùng một tín hiệu dải nền Nhưng ở máy thu phải có mạch dao động tạo sóng mang để thực hiện việc giải điều chế; tín hiệu dao động này phải có cùng tần số và pha của sóng mang ở máy phát 2.1.2.2 Điều chế pha 4 trạng thái - Giải điều chế pha... Tổng hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn: Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK Tín hiệu ra 4-PSK là : Mạch chia bit (bit splitter) : chuyển dòng dữ liệu vào theo hai ngã I (Inphase) và Q (Quadrature) Những bit vào ngã I sẽ điều chế sóng mang có pha ban đầu và những bit vào ngã Q sẽ điều chế sóng mang đã được làm lệch pha 90° Hình 2.9: Tín hiệu 4-PSK... điều chế 2.2 Điều chế và giải điều chế tần số FSK 2.2.1 Điều chế FSK (Fryquency Moducation) 2.2.1.1 Khái niệm Là phương pháp điều chế làm thay đổi tần số của tín hiệu cao tần theo biên độ của tín hiệu âm tần, khoảng tần số biến đổi là 150KHz 2.2.1.2 Nguyên tắc điều chế Giả sử có sóng mang: x(t) = acos (ωct +φ) = acos[θ(t)] với θ(t) =ωct+φ Ta giữ nguyên biên độ, pha và chỉ thay đổi tần số: ωi = dθ’/dt... điều chế  Định nghĩa: Điều chế biên độ vuông góc QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế biên độ ASK và điều chế pha PSK Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc 900 Tín hiệu tổng cử 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha: Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và được biểu diễn như... có hệ số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số chia M, tạo chuỗi xung ra có tần số SVTH: Nguyễn Kim Hải – Lương Thị Quỳnh Vy 12 Đề tài: điều chế và giải điều chế 2.2.1.4 Giải điều chế FSK:  Sơ đồ giải điều chế: Mạch phổ biến nhất của bộ giải điều chế các tín hiệu FSK là vòng khoá pha (PLL) Tín hiệu FSK ở lối vào của vòng khoá pha lấy hai giá trị tần số Điện... qua, cổng M1 được điều khiển cho sóng mang f1 đi qua Mạch cộng Σ kết hợp các tín hiệu ở ngõ ra của các cổng truyền dẫn M 0 và M1 và ta thu được sóng mang đã điều chế 2 FSK gồm hai tần số f 0 và f1 ứng với các bit số liệu đưa vào điều chế  Phương pháp điều chế 2FSK Trên hình 2.6.a Khi Data bit = 1, điều khiển khoá K ở vị trí nối sóng mang tần số F1 với lối ra FSK Khi Data bit = 0, điều khiển khoá K . !".!(1*234**(5()*0 1.2.3 So sánh điều chế tương tự và điều chế số 8 CHƯƠNG 2 9 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ 9 2.1 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (KHÓA DỊCH BIÊN ĐỘ ASK) 9 2.1.1 Điều chế ASK (Amplitude. !".!%/*!&' - Điều chế tương tự: tín hiệu điều chế là tín hiệu tương tự. - Điều chế số: tín hiệu điều chế là tín hiệu số. - !".!(1*234**(5()* - Điều chế biên. 2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ 2.1 Điều chế và giải điều chế biên độ (khóa dịch biên độ ASK) 2.1.1 Điều chế ASK (Amplitude Shift Keying)  Điều chế biên độ ASK là tác động tín hiệu