Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

122

ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA BIÊN ĐỘ APSK

NGUYÊN QUỐC TRUNG *NGUYÊN THI PHƯƠNG HOA

ABSTRACT

In digital communications systems such as satellite broadband communication need the desired SNR. The satellite is very far from the earth so the signal level is very tiny, thus noise easily affects the quality of signal at the receiving system. In order to achieve high signal to noise ratio, the modulation systems combine both Amplitude-shift keying (ASK) and Phase-shift keying (PSK), which is called APSK.

Key words: modulation; ASK; PSK; QPSK; APSK; DVB; signal to noise ratio

1. Giơi thiêu

Nếu chỉ dùng PSK mà số bít mã hóa lớn dẫn đến số trạng thái pha sẽ lớn dẫn đến việc thực hiện chỉ điều chế PSK sẽ phức tạp hơn còn nếu ta kết hợp cả với AM thì số trạng thái pha sẽ giảm đi vì ta sẽ phân ra theo nhóm biên độ tức là cùng trạng thái pha nhưng có biên độ khác nhau và cùng biên độ nhưng có trạng thái pha khác nhau.

2. Điêu chế khóa dịch pha biên độ APSK

2.1. APSK.

Amplitude Phase Shift Keying - Điều chế khóa dịch pha biên độ tức là cả pha và biên độ của sóng mang thay đổi theo mức tín hiệu mang tin, còn tần số thì giữ nguyên không đổi.

-> APSK = ASK + PSK

Giả sử ta có sóng mang g(t) = Acos(ωct + φ)

Ta có:

gAPSK(t) = A(t)cos[ωct + φ(t)] (1)

Trong đó:

*PGS.TS, Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

123

A(t) = A + A.K.x(n) (2)

φ (t) = φ + K.x(n).Δ φ (3)

Giả sử có luồng PCM như sau: 0101110, sóng mang g(t) = Acos(ωct). Ta vẽ mã UNRZ và vẽ dạng sóng gAPSK(t) với Tc = Tb, K = 1, Δ φ = π, phân nhóm bít theo bít đơn như sau:

Công thức của APSK:

gAPSK(t) = A(t)cos[ωct + φ(t)]

Trong đó:

A(t) = A + A.K.x(n)

φ (t) = φ + K.x(n).Δ φ

Với K = 1 ta có:

x(n) = 0 à A(t) = A

x(n) = 1 à A(t) = 2A

Với φ = 0, K = 1, Δ φ = π

x(n) = 0 à φ (t) = 0

x(n) = 1 à φ (t) = π

Ta có dạng sóng như sau:

g(t)

t

A

-AgPSK(t)

t

A

-A

0 1 0 1 1 1 0

gPSK(t)

t

A

-A

2A

-2A

PCM

UNRZ

Gỉa sử có luồng PCM như sau: 011010, có sóng mang g(t) = Asinωct. Ta vẽ dạng UNRZ và vẽ dạng sóng gAPSK(t) với Tc = ½ Tb, K = 2, Δ φ = π/2 , phân nhóm bít theo bít đơn như sau:

Công thức của APSK:

gAPSK(t) = A(t)sin[ωct + φ(t)]

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

124

Với K = 2 ta có:

x(n) = 0 à A(t) = A

x(n) = 1 à A(t) = 3A

Với φ = 0, K = 2, Δ φ = π/2

x(n) = 0 à φ (t) = 0

x(n) = 1 à φ (t) = π

Ta có dạng sóng như sau:

g(t)

t

A

-A

0 1 0 1 1 1 0

gAPSK(t)

t

A

-A

2A

-2A

PCM

UNRZ

3A

-3A

Giả sử có luồng PCM như sau: 000110110110, có sóng mang g(t)= Asinωct. Ta vẽ dạng sóng gAPSK(t) với Tc = 2Tb, K=1, 4 trạng thái pha theo phương án 1, mã 8421, phân nhóm bít theo bít kép như sau:

Vì có 4 trạng thái pha nên ta ký hiệu là g4APSK(t) trong đó:

Trạng thái pha Trạng thái biên độ (quy ước)

00

Phương án 1

10

01

11

- 00 tương ứng với biên độ A/2- 01 tương ứng với biên độ A- 10 tương ứng với biên độ 3A/2- 11 tương ứng với biên độ 2A

Ta có dạng sóng 4APSK như sau:

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

125

g(t)

t

A

-A

00 01 10 11 01 10 01

g4APSK(t)

t

A

2A

PCM

UNRZ

3A/2

A/2

-A/2-A

-3A/2

-2A

Nhận xét:

Trong thực tế kỹ thuật thông thường người ta dùng điều chế APSK khi số trạng thái quá nhiều thì sẽ phân thành từng nhóm:

- Nhóm trạng thái pha

- Nhóm trạng thái biên độ.

Thông thường ta có luồng PCM gồm dãy dài các bít 0 và bít 1, chúng ta có thể phân thành các nhóm bít:

- Bít đơn: Mỗi bít một trạng thái.

- Bít kép: 2 bít một trạng thái.

- Nhóm 3 bít: Cứ 3 bít một trạng thái.

- Nhóm 4 bít: Cứ 4 bít một trạng thái.

- Nhóm n bít: Cứ n bít một trạng thái.

Dùng nhóm 3 bít là một trạng thái. Ta phân theo nhóm bít dùng PSK như sau:

Nếu dùng nhóm 3 bít ta sẽ có 23 = 8 trạng thái và chỉ dùng PSK nên ta sẽ có 8PSK.

Phương án 1:Mã 8421

Phương án 2:Mã 8421

000100

010

110

001011

111101

000

100

010

110

001

011

111

101

Mã Gray Mã Gray

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

126

000110

011

101

001010

100111

000

110

011

101

001

010

100

111

Nếu dùng nhóm 3 bít là một trạng thái, phân thành nhóm bít dùng APSK ta sẽ phân làm 2 nhóm: 4-4PSK

- 4 nhóm đầu có 4 trạng thái pha 4PSK có vòng biên độ nhỏ.

- 4 nhóm sau cũng có 4 trạng thái pha 4PSK có vòng biên độ lớn.

Chú ý: Vì ta phân nhóm 4 trạng thái nên ta gọi là 4-4APSK: 4 pha vòng tròn trong có biên độ nhỏ, 4 pha vòng tròn ngoài có biên độ lớn hoặc ngược lại.

Phương án 1:Mã 8421

Phương án 2:Mã 8421

000 100010110

001

011

111

101

000

100

010

110

001

011

111

101

Mã Gray Mã Gray

000 100011111

001

010

110

101

000

100

011

111

001

010

110

101

Giả sử có luồng PCM : 000100010111100. Có sóng mang g(t) =Asin ωct, phân nhóm bít theo nhóm 3 bít cho một trạng thái và ta vẽ g4-4APSK(t) với Tc = Tb, phương án 1, mã 8421 như sau:

Phân nhóm bít theo phương án 1, mã 8421, vòng tròn bé có biên độ A, vòng tròn lớn có biên độ 2A

000 100010110

001

011

111

101

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC

127

Ta có dạng sóng 4-4APSK như sau:

g(t)

t

A

-A

000

g4-4APSK(t)

t

A

-A

2A

-2A

100 010 111 100

2.2 Điều chế biên độ cầu phương QAM .

QAM: Quadrature Amplitude Modulation

QAM là trường hợp riêng của APSK khi PSK là QPSK nhưng có biên độ thay đổi theo mức tín hiệu mang tin.

Vậy ta có thể nói rằng QAM là sự kết hợp của ASK với QPSK.

Nếu ta có sóng mang: ( ) .cos1 ttg cωΑ= Và tín hiệu mang tin x(n). Ta sẽ có dạng sóng gQAM(t) như sau:

( ) ( ) [ ].)(cos... ttnxktg cQAM θω +Α= (4)

( ) ( ) ( )[ ]ttttg cQAM θω +Α= cos. (5)

Thông thường chọn mức biên độ như sau:

x(n) = 0 à A(t) = ±A/2

x(n) = 1 à A(t) = ±A

hoặc

x(n) = 0 à A(t) = ±A

x(n) = 1 à A(t) = ±2A

Giả sử có luồng PCM: 0101101100. Có sóng mang ( ) ).4/cos(1 πω +Α= ttg c Vẽ gQPSK(t) và gQAM(t) với Tc = 2Tb theo phương án 2, mã Gray, phân nhóm theo bít kép: 00 tương ứng với biên độ A, 01 tương ứng với biên độ 2A, 11 tương ứng với biên độ 3A, 10 tương ứng với biên độ 4A.

Phân nhóm bít theo cặp bít và mã Gray:

Bộ Giáo dục và Đào tạo - Trường Đại học Duy Tân

128

1000

1101

π/4

Ta có dạng sóng QPSK và QAM:

01 01 1110 00g(t)

t

A

-A

22A

22A-

gQPSK(t)

t

A

-A

22A

22A-

gQAM(t)

tA

-A

22A

22A-

2A

2A-

223A

224A

223A-

224A-

2A

3A

4A

-2A

-3A

-4A

3. Kết luân

APSK là kỹ thuật điều chế kết hợp cả điều chế biên độ và điều chế pha cho việc truyền dẫn số qua vệ tinh. Đặc biệt DVB-S2 sử dụng 16APSK và 32APSK để nâng cao tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR.