Transcript HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CHƯƠNG 3 NỘI DUNG Mô phỏng tín hiệu và hệ thống – – – – Giới thiệu về tín hiệu và hệ.

HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CHƯƠNG 3
NỘI DUNG
Mô phỏng tín hiệu và hệ thống
–
–
–
–
Giới thiệu về tín hiệu và hệ thống
Hệ thống tuyến tính thời gian
Điều chế số
Mô phỏng bằng Matlab
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TÍN HIỆU - PHÂN LOẠI TÍN HIỆU:
x(t)
x(n)
t
n
10
5
Tín hiệu liên tục
15
Tín hiệu rời rạc
xq(t)
xq(n)
n
t
Tín hiệu lượng tử hóa
Tín hiệu số
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG:


Độ dài: khoảng thời gian tồn tại của tín hiệu.
Trị trung bình:
1
s  t   lim
T  T
–
Tín hiệu tuần hoàn
1
s t  
T0
T 2
 s  t  dt
T 2
T0 2  a

T0 2  a
s  t  dt
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG:

Năng lượng của tín hiệu:
T 2
E  lim
T 


s  t  dt
2
T 2
Công suất của tín hiệu:
T 2
1
2
P  s  t   lim
s  t  dt

T  T
T 2
2
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Hệ thống tuyến tính
x(t)
Input
X(n)

Hệ thống
Tuyến tính
Trong đó thời gian t là rời rạc:
t = {0,TS,2TS,3TS,4TS,…}

Ta có thể viết:
x(t) = x(nTS) = X(n), với n = {0,1,2,…}

Ví dụ:
x(t) = sin(8t), với TS = 10-3
x(t) = sin(8nTS) , n = {0,1,2,…}
= sin(8.10-3n) = X(n)

Tương tự,
y(t) = y(nTS) = Y(n), với n = {0,1,2,…}
y(t) = F{x(t)}
Output
Y(n)
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
ĐIỀU CHẾ SỐ
TỔNG QUAN


Các phương pháp điều chế AM, FM, PM dùng cho
tín hiệu tin tức là tín hiệu tương tự.
Trong trường hợp tín hiệu tin tức là tín hiệu số, ta có
tương ứng các phương pháp điều chế là:
–
–
–
–
Khóa dịch biên độ (ASK)
Khóa dịch tần số (FSK)
Khóa dịch pha (PSK)
Ngoài ra còn có các phương pháp điều chế khác kết hợp
giữa điều chế pha và biên độ như QAM (Quadrature
Amplitude Modulation), CAP (Carrierless Amplitude
Phase),…
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch biên độ (ASK):

 A0 sin  2 f ct  , bit 0
xASK  t   

 A1 sin  2 f ct  , bit 1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch biên độ (ASK):
M-ary ASK:
x(t) = Acos(t)
 Trong đó giá trị của A:
–
Binary ASK:
Input
A
0
-1
1
1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch biên độ (ASK):
–
4-ary ASK
Input
A
8-ary ASK
Input
A
00
-1
000
-1
01
-1/3
001
-5/7
11
1/3
011
-3/7
10
1
010
-1/7
110
1/7
111
3/7
101
5/7
100
1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch biên độ (ASK):
1
A1cos(t+)
Sa (t)
A2cos(t+)
2
X(t)
OOK : Là trường hợp đặc biệt của ASK
Dang song ASK
2
1.5
1
Amplitude [v]

0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
1
2
3
4
Time [sec]
5
6
7
x 10
-3
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch tần số (FSK):

 Ac sin  2 f1t  , bit 0
xFSK  t   

 Ac sin  2 f 2t  , bit 1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch tần số (FSK):
1
Acos(1t+)
Sf (t)
Acos(2t+)
2
X(t)
Dang song FSK
2
1.5
Amplitude [v]
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
1
2
3
4
Time [sec]
5
6
7
8
x 10
-3
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch tần số (FSK):
M-ary FSK:
x(t) = Accos[2(fc+kf)t]
 Trong đó giá trị của k:
–
Binary FSK:
Input
k
0
-1
1
1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch tần số (FSK):
–
4-ary FSK
Input
k
8-ary FSK
Input
k
00
-1
000
-1
01
-1/3
001
-5/7
11
1/3
011
-3/7
10
1
010
-1/7
110
1/7
111
3/7
101
5/7
100
1
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch pha (PSK):

 Ac sin  2 f ct  1  ,
xPSK  t   

 Ac sin  2 f ct  2  ,
bit 0
bit 1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch pha (PSK):
1
Acos(t+1)
Sp (t)
Acos(t+2)
2
X(t)
Dang song PSK
1.5
Amplitude [v]
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
1
2
3
4
Time [sec]
5
6
7
8
x 10
-3
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch pha (PSK):
M-ary PSK:
x(t) = Accos(ct + )
 Trong đó giá trị của :
–
Binary PSK (BPSK):
- 4-ary PSK (QPSK)
Input

Input
0
0
00
/4
1

01
3/4
11
-3/4
10
-/4
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ SỐ
Khóa dịch pha (PSK):
–
8-ary PSK (8-PSK)
Input

- 16-ary PSK (16-PSK
Input
Input


000
0
0000
0
1100

001
/4
0001
/8
1101
-7/8
011
/2
0011
/4
1111
-3/4
010
3/4
0010
3/8
1110
-5/8
110

0110
/2
1010
-/2
111
-3/4
0111
5/8
1011
-3/8
101
-/2
0101
3/4
1001
-/4
100
-/4
0100
7/8
1000
-/8
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Điều chế QAM số:
x(t) = Acos(ct) + Bsin(ct)
 Trong đó giá trị của A và B:
–
4-QAM
Input
A
B
00
1/ 2
1/ 2
01
1/ 2
11
1/ 2
1/ 2
10
1/ 2
1/ 2
1/ 2
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
ĐIỀU CHẾ SỐ
Điều chế QAM số:
–
8-QAM
Input
- 16-QAM
b3b2
A
A
B
b1b0
B
000
-1
-1
00
-1
00
-1
001
-1
-1/3
01
-1/3
01
-1/3
011
-1/3
1/3
11
1/3
11
1/3
010
-1/3
1
10
1
10
1
110
1/3
1
111
1/3
1/3
101
1
-1/3
100
1
-1
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Xử lý tín hiệu ở băng gốc (base-band) Phương pháp đường bao phức (complex envelope)


Trong quá trình mô phỏng, ta thường gặp các tín hiệu đã
được điều chế đưa lên 1 tần số sóng mang nào đó.
Theo như định lý lấy mẫu đã trình bày ở phần 5, tần số lấy
mẫu phải bằng ít nhất 2 lần tần số max của tín hiệu. Có nghĩa
là, nếu 1 tín hiệu có dải tần [fC-B/2, fC+B/2] thì phải lấy mẫu ít
nhất với tần số lấy mẫu là 2fC + B.
B
0

fC-B/2 fC
fC+B/2
fS=2fC+B
f(Hz)
Việc lấy mẫu này vừa không cần thiết lại yêu cầu tài nguyên
xử lý rất lớn. Cách thức thường được sử dụng là xử lý tín hiệu
ở băng gốc (nghĩa là trong dải tần từ -B/2 -> B/2), như vậy tần
số lấy mẫu sẽ nhỏ hơn rất nhiều (B).
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
Xử lý tín hiệu ở băng gốc (base-band) Phương pháp đường bao phức (complex envelope)

Một tín hiệu tuần hoàn có thể biểu diễn ở dạng mũ phức:

Như vậy một tín hiệu đã được điều chế:

Có thể được biểu diễn:

Ta thấy
đã mang đầy đủ thông tin về
tín hiệu cần xử lý lại ở băng gốc. Nó được gọi là đường bao
phức của tín hiệu đã điều chế.
Phương pháp này gọi là đường bao phức (complex envelope)

HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Biểu diễn biến thời gian t:
>>t=[T0:TS:Tend];
T0: giá trị bắt đầu
TS: chu kỳ lấy mẫu
Tend: giá trị cuối
Ví dụ: >>t=[0:0.01:10];

Biểu diễn các hàm tuần hoàn:
>>x=f(t);
Ví dụ: x=sin(2*pi*50*t);
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Cộng/trừ hai tín hiệu:
>>z=x+y;
Hoặc >>z=x.+y;

Nhân hai tín hiệu (chuỗi):
>>z=x.*y;
Ví dụ:
>>t=[0:0.1:10];
>>x=10*sin(2*pi*100*t);
>>y=10*sin(2*pi*5*t);
>>z=x.*y
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Tích chập:
>>conv(x,y);
Ví dụ: >>z=conv(x,y);

Điều chế tín hiệu AM
>> y = ammod(x,Fc,Fs)
>> y = ammod(x,Fc,Fs,ini_phase)
>> y = ammod(x,Fc,Fs,ini_phase,carramp)
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Giải điều chế AM:
>> z = amdemod(y,Fc,Fs)
>> z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase)
>> z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,carramp)
>> z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,carramp,num,den)
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Điều chế FM
y = fmmod(x,Fc,Fs,freqdev)
y = fmmod(x,Fc,Fs,freqdev,ini_phase)

Giải điều chế FM
z = fmdemod(y,Fc,Fs,freqdev)
z = fmdemod(y,Fc,Fs,freqdev,ini_phase)
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Điều chế PM
y = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev)
y = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev,ini_phase)

Giải điều chế PM
z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev)
z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev,ini_phase)
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Điều chế và giải điều chế số:
–
–
–
–
–
–
–
–
modem.pskmod/ modem.pskdemod
and modem.qammod/ modem.qamdemod
modem.dpskmod/ modem.dpskdemod
modem.genqammod/ modem.genqamdemod
modem.mskmod/ modem.mskdemod
modem.oqpskmod/ modem.oqpskdemod
modem.pammod/ modem.pamdemod
…
HV CN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Biên soạn: Nguyễn Thanh Tâm
BIỂU DIỄN TÍN HIỆU BẰNG MATLAB

Ví dụ:
ASK:
Hbpsk = modem.askmod(M);
Hbpsk.inputtype = 'bit';
x = modulate(Hbpsk,Data);
M-PSK:
Hbpsk = modem.pskmod(M);
Hbpsk.inputtype = 'bit';
x = modulate(Hbpsk,Data);
FSK:
Hbpsk = modem.fskmod(M);
Hbpsk.inputtype = 'bit';
x = modulate(Hbpsk,Data);