BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Môn: Thí nghiệm hệ thống viễn thông

Bài: QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

Nhóm 3:

- Trương Như Tổng- Phương Tiến Hưng- Đặng Dàu Liên- Y Tuân Kbuôr- Y KnápI. Các Modules chính thực hiên hệ thống: - Sequence Generator, Quarature Utilities, Phase Shifter Multiplier, Tuneable

LPF.II. Nội dung thực hành:

Thực hành và tìm hiểu 2 nội dung chính sau:

Câu 1: QPSK là gì?

Câu 2: Vẽ sơ đồ khối hệ thống đang đo?

Câu 3: Nhẫn xét tín hiệu tại điểm đo số 4? (tần số, biên độ). Giải thích tại sao thu được dạng sóng như thế?

Câu 4: Tác dụng của bộ dịch pha?

Câu 5: Khảo sát tần số cắt của bộ lọc LPF?

Câu 6: So sánh QPSK và BPSK về tốc độ, băng thông và lỗi bít?

Câu 7: Nhận xét tín hiệu ở điểm đo số 7?

Bài Thực Hành:

Câu 1 : : QPSK (Quadrature Phase Shift Keying): điều chế pha cầu phương (hay điều chế pha vuông góc).

1

Kỹ thuật điều chế pha là kỹ thuật điều chế trong đó pha của sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin tức. Điều chế pha là kỹ thuật điều chế đảm bảo mức lỗi thấp nhất với một mức thu đã nhận trước

Hình 1. Điều chế QPSK

Để thực hiện điều chế pha QPSK (4PSK) người ta chia luồng số đầu vào thành hai luồng số bằng cách cho luồng tín hiệu đi qua bộ biến đổi nối tiếp – song song.

S(t) 00011111 A 0 0 1 1

B 0 1 1 1

Hình 2. Bộ biến đổi nối tiếp song song

Và mỗi tổ hợp bit gôm hai bit sẽ được gán với một trạng thái pha của sóng

mang như: π4 ,

3π4 ,

5π4 ,

7π4 .

Symbol Phase Shift00 0o

01 90o

10 180o

11 270o

2

Bộ biến đổi nối

tiếp – song song

3

Ta có biểu thức điều chế QPSK

U00 (t) = A cos(ωot + π4 + ϕo)

U01 (t) = A cos(ωot + 3π4 + ϕo)

U11 (t) = A cos(ωot + 5π4 + ϕo)

U10 (t) = A cos(ωot + 7π4 + ϕo)

Như vậy độ dịch pha giữa hai trạng thái pha là 900 vì vậy điều chế QPSK còn được gọi là điều chế pha vuông góc.

Biểu đồ tín hiệu QPSK:

Hình 3. Biểu đồ tín

hiệu

QPSK

Xem bảng ta thấy, mức '1' thay đổi vào -√E, còn logic '0' thì biến đổi vào √E. Vì cùng một lúc phát đi một symbol nên luồng vào phải phân thành hai tương ứng và được biến đổi mức rồi nhân rồi nhân với hai hàm trực giao tương ứng.

4

Câu 2: Vẽ sơ đồ khối:

LPF

Sin(wt) QPSK

OUT

Hình 4. Sơ đồ khối của hệ thống đang đo

Câu3: Nhận xét tín hiệu ở điểm 4:

- Là tín hiệu ban đầu đã qua quá trình điều chế QPSK. Tín hiệu này có tần số 100kHz (xem hình 6), biên độ bằng biên độ của 2 xung tạo ra bởi tín hiệu gốc sin(ut) (xem hình 5). Dựa vào hình 5 ta thấy rằng: có những điểm mà pha của tín hiệu điều chế khác nhau, hay nói cụ thể là chúng bị lệch đi các góc pha là 00, 900, 1800, 2700. Thu được kết quả này là do sự cộng hợp của 2 tín hiệu A và B ( 2 xung được tao ra bởi xung điều chế ban đầu, 2 xung này lệch nhau 900).

5

2kHz

sinut

Sin wt

Cos wt Sin wt

Signal output

Hình 5. Dạng sóng của tín hiệu đo được tại điểm 4

6

Những điểm dịch pha trong quá trình điều chế QPSK

Hình 6. Tần số của tín hiệu đo được ở điểm 6.

Câu 4: Tác dụng của bộ dịch pha

- Đảm bảo cho bộ giải điều chế chắc chắn thu được đúng tín hiệu có biên dạng như tín hiệu đã được truyền đi. Nó giúp tạo ra một vòng khóa pha để loại bỏ đi yếu tố ngẫu nhiên trong chuỗi dữ liệu gửi đi trước đó. Do tín hiệu ban đầu được tách làm 2 xung có pha lệch nhau 900 nên yếu tố ngẫu nhiên trong quá trình giải điều chế là không thể tránh khỏi. Bộ dịch pha có tác dụng rất quan trọng.

- Để có thể hồi phục được tín hiệu một cách tốt nhất, ta cần phải cân chỉnh bộ dịch pha sao cho tín hiệu sóng mang sau khi bị dịch phải lệch pha so với tín hiệu sóng mang ban đầu 1 góc 900. Ta cân chỉnh như sau: đặt que đo kênh A tại điểm số 2, kênh B tại điểm số 5 và chỉnh như sau: Gạt công tắt HI –LO sang bị trí HI (do đang sử dụng ở tần số cao), công tắt chọn chế độ pha gạt và mức 00. Sau đó vặn

7

núm COARSE lên mức giữa và chỉnh núm FINE sao cho 2 dạng sóng đo được tại 2 điểm 2 và 5 lệch nhau 900 là được.

Câu 5: Khảo sát tần số cắt của bộ LPF:

+ Fcắt=200Hz => Không khôi phục được tín hiệu gốc. Hình 7

Hình 7. Không khôi phục được tín hiệu do tần số cắt quá nhỏ.

8

+ Fcắt = 2.5kHz: Biên dạng của tín hiệu dần được khôi phục nhưng vẫn chưa được tốt do vẫn còn những nhiễu không mong muốn. Hình 8:

Hình 8. Tín hiệu dần được khôi phục

+ Fcắt = 6kHz tín hiệu được khôi phục tốt nhất. Hình 9:

9

Hình 8. Chỉnh tần số cắt khoảng 6kHz thì ta thu được tín hiệu phục hồi tốt nhất.

+Fcắt = 8.5 kHz. Tín hiệu hồi phục vẫn tốt nhưng ta thấy bắt đầu xuất hiện các nhiễu do nhiễm tần số của các tín hiệu khác. Hình 9:

10

Hình 8. Nhiễu do nhiếm tần số của các tín hiệu khác.

+ Fcắt = 12kHz. Nhiễu trong tín hiệu giải điều chế càng nhiều khi tần số cắt tăng lên quá lớn so vơi tần số sóng truyền. Hình 10:

11

Nhiễu

Hình 10. Số lượng nhiệu tăng khi tăng tần số cắt.

Nhận xét: Tần số cắt của bộ LPF không nên để quá lớn vì tín hiệu truyền đi có tần số 2kHz, nếu tần số cắt lớn quá thì sẽ dễ nhiễm tần số của các tín hiệu tạp khác. Do đó, tần số cắt này nên chỉnh trong khoảng 4kHz – 6kHz là tốt nhất.

Câu 6: So sánh QPSK vơi BPSK:

Đặc điểm QPSK BPSK

Tốc độTruyền 2 bít/ symbol (hay truyền dibit), Ts = 2Tb do đó tốc độ nhanh gấp đôi BPSK

Truyền 1 từng bít, có tốc độ: Rb = Rs (baud/s_bit/s)

Băng thôngTs = 2Tb gấp đôi BPSK. Băng thông của QPSK xấp sỉ Rb.

Bằng ½ băng thông của QPSK.

12

Tỉ lệ lỗi bítPE=

12erfc (√ 2 Eb

N 0) giống

BPSK

PE=12erfc (√ 2 Eb

N 0)giống QPSK

Câu 7: Nhận xét tín hiệu ở điểm đo số 7:

- Là tín hiệu khôi phục của 1 trong 2 luồng tín hiệu đã được tách ra bởi tín hiệu ban đầu. Có thể là tín hiệu I cũng có thể là tín hiệu Q. Tần số khoảng 2kHz, biên độ bằng biên độ của tín hiệu ban đầu. Pha lệch 900 so với tín hiệu ở điểm 1 và đồng pha với tín hiệu ở điểm 2. Để thu được tín hiệu gốc, ta cần gắn thêm 1 bộ giải điều chế nữa, lấy tín hiệu từ điểm 4, sau đó cộng với tín hiệu ở điểm 7 thì mới có khả năng khôi phục được tín hiệu đã truyền đi. Dựa vào hình 11, ta thấy có những chu kỳ, biên dạng của tín hiệu khác với tín hiệu đo ở điểm 1 do yếu tố ngẫu nhiên của luồng dữ liệu truyền đi. Ta hiểu rằng những điểm khác đó là tín hiệu của luồng dữ liệu còn lại.

13

Hình 11. Dạng xung ở điểm đo số 7

14

Biên dạng xung khác nhau

Biên dạng xung khác nhau

15

16