Mục Lục
1.2.3. Xác suất lỗi tín hiệu ASK: 8
1
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ
viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều
các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt các
yêu cầu của khách hàng.
Thế kỷ 21 sẽ chứng kiến sự bùng nổ của thông tin vô tuyến trong đó tin tức di
động đóng vai trò rất quan trọng. Nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng,
chất lượng và các loại hình dịch vụ, điều này sẽ thúc đẩy thế giới phải tìm kiếm những
phương thức thông tin mới, những công nghệ mới.
Hiện nay,có 1 loại phương pháp điều chế số có tính ưu việt cao, vượt trội hơn
các phương thức điều chế cũ đó là GMSK. GMSK đã được đề xuất đầu tiên bởi Murota
và Hirade cho điện thoại vô tuyến di động số. Ngày nay GMSK được sử dụng hệ thống
GSM (hệ thống di động toàn cầu). Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã
chọn đề tài: “Phương pháp điều chế GMSK và ứng dụng của nó trong thông tin di
động.”
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng do
trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được
sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Phương Lâm cùng các
thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, tháng 2 năm 2011
Sinh viên
Nguyễn Văn Quang
2
Chương I
Các phương pháp điều chế số cơ bản.

Trong trường hợp điều chế số tín hiệu thông tin làm thay đổi biên độ, tần số, hay pha
của sóng mang các tên gọi tương ứng là điều chế khoá chuyển biên (ASK), điều chế
khoá chuyển tần (FSK), và điều chế khoá chuyển pha (PSK). Dạng sóng các kiểu điều
chế mô tả như hình vẽ:
Hình 1.1 – Các dạng sóng điều chế. a)ASK. b)PSK .c)FSK.
3
Như ở hình 1.1 ta thấy các dạng sóng PSK và FSK có đường bao biên độ không
đổi, đặc điểm này cho phép chúng không bị ảnh hưởng của tính phi tuyến thường gặp ở
đường truyền vi ba số và vệ tinh. Vì vậy FSK và PSK thường được sử dụng hơn ASK.
Tuy nhiên để có thể tăng dung lượng đường truyền dẫn số khi băng thông của kênh
truyền có hạn người ta sử dụng điều chế PSK và ASK kết hợp, phương pháp điều chế
này được gọi là điều chế biên độ vuông góc QAM.
Trong trường hợp điều chế M trạng thái tổng quát, bộ điều chế tạo ra một tập
hợp M=2
m
tuỳ theo tổ hợp m bit của luồng dữ liệu vào. Điều chế 2 trạng thái là trường
hợp đặc biệt với M = 2.
Có thể phân loại các kĩ thuật điều chế số như sau:
Điều chế đồng bộ gồm:
- đồng bộ nhị phân có: ASK (ít được dùng), PSK, FSK.
- đồng bộ hạng M có: ASK hạng M, PSK hạng M, FSK hạng M.ví dụ: QPSK,QAM…
Điều chế không đồng bộ có:
- không đồng bộ nhị phân: ASK không đồng bộ, FSK không đồng bộ, với PSK không
có không đồng bộ (vì không đồng bộ nghĩa là không có thông tin về pha nên cũng
không có PSK), nhưng thay vào đó ta có DPSK không đồng bộ.
Dưới đây chúng ta sẽ lần lượt giới thiệu về các loại điều chế số thường gặp.
4
1.2. Phương pháp điều chế ASK.
1.2.1.Điều chế ASK:
Tín hiệu ASK có thể được xác định bởi công thức:

( )
i
S t
theo kiểu khóa dịch biên độ sẽ là:
S
i
(t) = A
0
.m
i
(t). cos
ω
0
t (1.3)
Trong đó m
i
(t) là mức thứ i của dạng sóng nhiều mức có độ rộng T. Giả sử số mức giới
hạn là 2 và như vậy tần số sóng mang tương quan đến độ rộng T của dạng sóng vuông
nhị phân như sau:
0
2n
T
π
ω
=
(1.4)
Dẫn tới mật độ phổ công suất (psd) có biểu thức:
2 2
2
0 0

1/T. Phổ
của xung cosin-tăng có búp sóng chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK.
Đối với phương pháp ASK, để tăng tốc độ truyền ta tăng số mức điều chế M,
đồng thời phải tăng công suất của tín hiệu lên rất nhiều nếu muốn duy trì một tỷ lệ lỗi
bit nào đó. Điều này không mang lại hiệu quả kinh tế, vì để thiết kế một bộ khuếch đại
công suất có hệ số khuếch đại lớn, tuyến tính là rất khó thực hiện. Hơn nữa, với tín
6
hiệu ASK tin tức phản ánh qua biên độ của tín hiệu, vì vậy khả năng chống nhiễu sẽ rất
kém do biên độ của tín hiệu bị ảnh hưởng của can nhiễu, tạp âm và hiện tượng điều
biên kí sinh dẫn tới xác xuất thu lỗi của hệ thống tăng lên. Vì vậy, phương pháp điều
chế ASK không được áp dụng rộng rãi nhiều trong các hệ thống truyền dẫn và chỉ được
áp dụng trong các hệ thống truyền số liệu thấp.
1.2.2. Giải điều chế ASK:
Hình 1.4 – Bộ giải điều chế kết hợp ASK 2 trạng thái.
Với một tín hiệu ASK hai trạng thái, máy thu trên hình trên có thể dùng để tách
sóng kết hợp. Ta có u
1
và u
0
là những mức đi vào mạch quyết định với đầu vào “1”
hoặc “0”. Trị số của u
1
:
2
1 1 0 1
0 0
( ). ( ). ( ).
T T
u s t dt s t s t dt= −
∫ ∫

0
t
s
0
(t) = A
0
cos
ω
0
t (1.8)
Phân biệt những sóng này ở đàu ra của bộ tích phân, xác định độ chênh lệch
∆
về mức
cũng giống như xác định độ chênh lệch các mức lượng tử.
7
Như vậy:
[ ]
2
1 0 1 0
0
( ) ( )
T
u u s t s t dt∆ = − = −
∫
(1.9)
Trị số u
1
vượt quá ngưỡng
∆
/2 và u

A T
u u+ = = ∆
(1.11)
Vì tín hiệu s
1
(t) có ở đầu vào máy thu trung bình chỉ một nửa thời gian, công
suất tín hiệu thu trung bình:
S
av
= A
c
2
/4 (1.12)
1.2.3. Xác suất lỗi tín hiệu ASK:
Khi tạp âm Gauss có phương sai
2
σ
được đưa vào mạch quyết định, một mức
sai có thể được tách ra. Ta có xác suất như sau:
P
e
= P(1).P(0/1) + P(0).P(1/0) (1.13)
Nên:
P
e
= P(1).P(n<-
∆
/2) + P(0).P(n>
∆
/2) (1.14)

η
/4).
∆
⇒
P
e
= (1/2)erfc[(
∆
/2
η
)
1/2
] (1.16)
Lại có: C/N =
∆
/
η
.W/r
b
=
∆
/
η
2
∆
/
η

≤
r

2
( ) os2 f
b
b
E
u t c t
T
π
=
;
0 t T
≤ ≤
(1.18)

2 2
2
( ) os2 f
b
b
E
u t c t
T
π
=
;
0 t T≤ ≤
Trong đó E
b
là năng lượng trên một bit, còn T
b

b
và là năng lượng tính trên một symbol
T = kT
b
là khoảng thời gian một symbol và
f∆
là khoảng tần số giữa hai tần số
sóng mang gần nhau.

1.3.2. Giải điều chế và tách tín hiệu FSK:
Tín hiệu thu được tại lối vào của bộ giải điều chế có dạng sau :

c
2
( ) os(2 f 2 ) ( )
s
m
E
r t c t m ft n t
T
π π θ
= + ∆ + +
(1.20)
m
θ
là lượng dịch pha của tín hiệu thứ m do trễ trong quá trình truyền dẫn, còn n(t) biểu
thị tạp âm cộng thông dải mà nó có thể biểu diễn được theo :

c c
( ) ( ) os2 f ( )sin 2 f

hiệu FSK trở nên phức tạp hơn.
Sơ đồ khối minh họa kiểu giải điều chế này được trình bày trên hình 1.7.
11
Hình 1.7 - Giải điều chế pha kết hợp về pha đối với tín hiệu FSK M mức.

Với phương thức giải điều chế và tách tín hiệu mà không đòi hỏi về pha của
sóng mang được thể hiện trên hình 1.7. Ở đây sử dụng hai bộ tương quan trên một dạng
sóng thích hợp, như vậy sẽ cần 2M bộ tương quan. Tín hiệu thu được tính tương quan
với các hàm cơ sở ( các sóng mang trực giao) là :

c
2
os(2 f 2c t m ft
T
π π
+ ∆
) và
c
2
sin(2 f 2 )t m ft
T
π π
+ ∆
(1.22)
Với m = 0, 1, 2, ,M-1. Tín hiệu ra ở 2M bộ tương quan được lấy mẫu tai cuối
khoảng tín hiệu và đưa tới bộ tách tín hiệu , nếu tín hiệu thứ m được truyền đi thì 2M
giá trị lấy mẫu tới bộ tách tín hiệu có dạng :

sin2 (k-m) cos2 (k-m) 1
os sin

∆ ∆
 
; k = 0, 1, ,m. (1.23)

ks
n
và
kc
n
là ký hiệu của hai thành phần tạp âm trong các tín hiệu lối ra đã được lấy
mẫu
- Khi k = m thì các tín hiệu đã lấy mẫu đưa tới bộ tách tín hiệu là :

os
mc s m mc
r E c n
θ
= +sin
ms s m ms
r E n
θ
= +
(1.24)
*
c 1
os(2 f )c t
π θ

+ ∆ +
*
c
os(2 f 2 ( 1) )
M
c t M ft
π π θ
+ − ∆ +
r(t)
Lấy mẫu
tại t =T
Quyết
định lối ra
12
- Khi k
≠
m thì các thành phần tín hiệu trong các mẫu
kc
r
và
ks
r
sẽ bị triệt tiêu
bất luận các giá trị của lượng dịch pha
m
θ
là như thế nào, miễn là phân cách tần số giữa
hai tần số cạnh nhau là
1/f T∆ =
và như vậy đầu ra của 2(M – 1) bộ tương quan khác

(1.26)
r
1c
c
2
cos2 f t
T
π
0
(.)
t
dt
∫
c
2
cos2 (f )f t
T
π
+ ∆
c
2
sin2 (f )f t
T
π
+ ∆
c
2
cos2 (f ( 1) )M f t
T
π

t
dt
∫
0
(.)
t
dt
∫
Tín
hiệu
thu
được
r
1s
r
2c
r
2s
r
Mc
r
Ms
Bộ
tách
tín
hiệu
Quyết
định
lối ra
13

là năng lượng bit trung bình của tín hiệu FSK.
Với điều chế NCBFSK (FSK không kết hợp) thì ta có xác suất lỗi bít cho bởi công
thức:
0
/2
( )
1
2
b
E N
b NCBFSK
P e
−
=
(1.28)
Hình 1.9 – Xác suất lỗi tín hiệu CBSFK và NCBFSK.
14
1.4. Phương pháp điều chế PSK.
1.4.1. Điều chế PSK:
Hình dưới minh họa quá trình điều chế pha sóng mang với tín hiệu nhị phân
1011001. Trong PSK 2 trạng thái (BPSK), có hai loại sóng có thể biểu thị bằng:
1 0
0 0 0
( ) . os
( ) . os . os( )
s t Ac t
s t A c t A c t
ω
ω ω π
=

− +
= +
 
− +
 
(1.30)
So sánh với phương trình phổ công suất của ASK ta thấy có sự khác biệt giữa
hai hàm với nhau, là PSK không chưa hàm Delta Dirac hay xung ở tần số mang, và do
đó là dạng điều chế nén sóng mang.
15
Hình 1.11 – Mật độ phổ công suất của tín hiệu PSK hai trạng thái.
1.4.2. Giải điều chế PSK:
Như với ASK, việc thu tín hiệu PSK đã được phát đi có thể đạt được bằng hai
cách. Cách thứ nhất là giải điều chế kết hợp, sử dụng mạch như trên sơ đồ khối dưới
đây, trong đó mạch hồi phục sóng mang đảm bảo tín hiệu gốc đồng bộ về pha với tín
hiệu tới. Cách thứ hai là mã hóa vi sai DPSK, trong đó đối vơi DPSK 2 trạng thái, nhị
phân 1 được phát đi bằng cách dịch pha sóng mang 180
0
tương đối so với pha sóng
mang trong khoảng tín hiệu trước đó. Giải điều chế thực hiện được nhờ so sánh pha
của tín hiệu thu ở hai khoảng thời gian liên tiếp. Ở đây ta xét tới cách giải điều chế thứ
nhất nêu ở trên.
Hình 1.12 – Sơ đồ khối bộ giải điều chế kết hợp PSK.
16
Tín hiệu S
i
(t) đi vào các mạch khôi phục sóng mang, lấy ra tín hiệu dao động
nội cùng pha với tín hiệu đến. Tín hiệu dao động này có thể biểu thị:
s
1

2
T = 2A
2
/r
b
(1.33)
Tính được ngưỡng tách sóng tối ưu:
(Ngưỡng tối ưu)
opt
= (U
1
+ U
0
)/2 = 0 là độc lập với cường độ sóng mang
ở đầu thu vào.
Vì sóng mang có mặt ở mọi thời điểm, nên công suất tín hiệu thu trung bình là:
S
av
= A
2
/2 = C (1.34)
1.4.3. Xác suất lỗi tín hiệu PSK:
Xác suất lỗi bit có thể được xác định từ công thức chung cho các tín hiệu nhị
phân là:
1 2 12 1 2
0
2
2
b
E E E E

 ÷
 ÷
 
( )
0
2
b
b BPSK
E
P Q
N
 
=
 ÷
 ÷
 
(1.36)
Hình 1.13 sẽ cho chúng ta thấy đường biểu diễn xác suất lỗi bit của BPSK được
vẽ cùng với NCBFSK và CFBFSK.
17
Hình 1.13 – Xác suất lỗi bit của BPSK so sánh cùng NCBFSK và CBFSK.
1.4.4. Điều chế QPSK:
Trong loại điều chế này gọi là điều chế 4-PSK, khoá dịch pha 90
0
hay điều chế
vuông pha. Khoá dịch pha 90
0
có hiệu suất độ rộng dải gấp hai lần BPSK vì 2 bit được
truyền đi trong một ký hiệu điều biến tin. Pha của sóng mang lấy 1 trong 4 giá trị cách
đều nhau như là 0,

, d
2
, d
4
, …
d
Q
(t) = d
1
, d
3
, d
3
, …
18
Tín hiệu sóng mang có thể định nghĩa là :
(1.37)
Hay có thể viết dưới dạng như sau :
(1.38)
Hai chuỗi cơ số hai được điều biến riêng rẽ bằng hai sóng mang d
I
(t), d
Q
(t)
chúng lệch pha nhau 90
0
. Hai tín hiệu điều biến, mỗi tín hiệu được coi là một tín hiệu
BPSK, được lấy tổng lại để sinh ra một tín hiệu QPSK. Vậy QPSK là sự kết hợp hai
BPSK vuông pha với nhau. Chuỗi xung d
I

(t) kết hợp lại theo nguyên lý biến đổi
song song - nối tiếp để khôi phục nguyên dạng dòng dữ liệu đã phát.
Biên độ của một tín hiệu QPSK là không đổi một cách lý tưởng. Tuy nhiên khi các tín
hiệu QPSK được tạo dạng xung, chúng mất đi tính chất hình bao không đổi. Sự dịch
pha ngẫu nhiên π radian có thể gây ra hình bao của tín hiệu đi qua số 0 vào chính lúc
đó. Bất kì loại khuyếch đại hạn chế bởi mạch cứng hay phi tuyến của việc qua điểm
không đều mang lại các búp bên đã được lọc trước đó, vì độ trung thực của tín hiệu ở
các mức điện thế nhỏ bị mất đi trong khi phát. Để ngăn cản việc phát lại các búp sóng
bên và mở rộng phổ thì bắt buộc là các tín hiệu QPSK được khuyếch đại chỉ dùng các
bộ khuyếch đại tuyến tính, mặc dù chúng có hiệu suất kém. Một dạng biến đổi của
QPSK gọi là QPSK lệch (OQPSK) ít nhậy với hiệu ứng có hại này và cho sự khuyếch
đại có hiệu suất lớn.
1.4.5. Điều chế OQPSK:
Tín hiệu OQPSK tương tự như QPSK với sự xắp đặt theo thời gian của dòng bit
chẵn và lẻ. Trong tín hiệu QPSK, sự chuyển dịch của các dòng bit chẵn và lẻ xảy ra tại
cùng thời điểm, nhưng trong báo hiệu OQPSK, các dòng bit chẵn và lẻ d
I
(t) và d
Q
(t) đã
20
lệch đi trong sự xắp đặt tương đối bởi một chu kì bit (nửa chu kì của kí hiệu). Do sự
xếp đặt của d
I
(t) và d
Q
(t) trong QPSK chuẩn, các sự chuyển pha xảy ra chỉ tại mỗi
Ts = 2T giây và sẽ cực đại khi 180
0
nếu có một sự thay đổi về giá trị của cả hai d

chiếm phổ giảm đi đáng kể, trong khi cho phép sự khuyếch đại RF hiệu quả hơn. Giải
điều chế OQPSK thì dòng d
I
(t) bị làm trễ T =T
s
/2 để trở lại có cùng trạng thái thời gian
gốc như d
Q
(t).
22
1.5. Phương pháp điều chế QAM.
1.5.1. Điều chế QAM:
Một tín hiệu điều chế biên độ vuông góc QAM sử dụng hai sóng mang vuông
góc là
c
os2 fc t
π
và
c
sin 2 f t
π
mỗi chúng được điều chế bởi một chuỗi độc lập các bit
thông tin. Dạng sóng truyền đi có dạng :

c c
( ) ( ) os2 f ( )sin 2 f
m mc T ms T
u t A g t c t A g t t
π π
= +

m m T n
u t A g t c t
π θ
= +
(1.40)
m = 1, 2, ,M
1
và n = 1, 2, ,M
2
với M
1
=
1
2
k
; M
2
=
2
2
k
Thì phương pháp điều chế biên độ và pha kết hợp dẫn đến việc truyền dẫn đồng
thời k
1
+ k
2
= log
2
M
1

π π
= −
(1.42)
( )
c
n t
và
( )
s
n t
là hai thành phần vuông góc của tạp âm.
Tín hiệu thu được được tính tương quan với các hai hàm trực giao cơ sở đã được
dịch pha:

1 c
( ) ( ) os(2 f )
T
t g t c t
ψ π φ
= +2 c
( ) ( )sin (2 f )
T
t g t t
ψ π φ
= +
(1.43)
c

Như được minh họa trên hình 1.20, còn các lối ra của các bộ tương quan được
lấy mẫu rồi đưa tới bộ tách tín hiệu. Mạch vòng khóa pha (PLL ) sẽ ước lượng lượng
dịch pha sóng mang
φ
của tín hiệu thu được và bù lượng dịch pha này bằng cách dịch
pha
1
( )t
ψ
và
2
( )t
ψ
. Đồng hồ trên hình 13 được đồng bộ với tín hiệu thu được sao cho
các lối ra của bộ tương quan được lấy mẫu tại các thời điểm chính xác. Như vậy lối ra
của hai bộ tương quan sẽ là :
os sin
c mc c s
r A n c n
φ φ
= + −
(1.44)
sin os
s ms c s
r A n n c
φ φ
= + +
Với
0
1

,
s
r
) và
(
m s mc
s E A=
,
s ms
E A
)
Hình 1.20 - Giải điều chế và tách tín hiệu QAM.
2
( )t
ψ
0
(.)dt
∫
0
(.)dt
∫
Lấy mẫu
Đồng hồ
Lấy mẫu
Tính
metric
khoảng
cách D()
( )
T