Điều chế - Modulator

Điều chế là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hoà làm biến đổi một thông số nào đó (biên độ, tần số hoặc góc pha) của tín hiệu cao tần theo tin tức. Trong trường hợp này, tin tức được gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là sóng mang, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Sóng được điều chế nhằm 2 mục đích:

Xem thêm các bộ điều chế số tín hiệu qam

1. Sóng đã điều chế thỏa mãn điều kiện truyền của môi trường truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc. Sóng truyền được tin tức (thông tin) gọi là sóng mang.

2. Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường.

Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền. Có nhiều phương pháp để điều chế như PSK,ASK, QAM. Và trong bài viết này  Công ty AVA Việt Nam xin trình bày về phương pháp điều chế QAM.

QUAM MODULATION - Điều chế QAM.

Phương pháp điều chế QAM

Định nghĩa QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Phương pháp điều chế M QAM là phương pháp nâng cao hiệu quả của một kênh truyền mà không cần tang công suất pháp hay nâng cao độ rộng của băng thông.

Việc điều chế hai thành phần đồng pha và vuông góc một cách độc lập với nhau cho ra một hệ / sơ đồ điều chế mới gọi là điều chế biên độ vuông góc (hay có thể gọi là cầu phương.) M trạng thái (QAM - Quadrature Amplitude Modulation).

Vậy Qam là hệ điều chế với sóng mang bị điều chế cả về biên độ cùng với pha.

Điều chế QAM:

Trong hệ thống PSK, các thành phần đồng pha và vuông pha được kết hợp với nhau tạo thành một tín hiệu đường bao không đổi. Tuy nhiên, nếu loại bỏ loại này và để cho các thành phần đồng pha và vuông pha có thể độc lập với nhau thì ta được một sơ đồ điều mới gọi là điều biên cầu phương điều chế biên độ sóng mang QAM (điều chế biên độ gốc) . Ở sơ đồ điều chế này, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn pha. Điều chế QAM là có ưu điểm là tăng dung lượng truyền dẫn số.

Dạng tổng quát của điều chế QAM, 14 mức (m-QAM) được xác định như sau:

Trong đó,

E₀      :   năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất

a_i , b_i:  cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí bản tin. i=1,2…L.

Dạng cơ sở của chùm tín hiệu M – QAM là dạng của hai loại tín hiệu ASK có L trạng thái.

Vậy, tín hiệu S_i(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông dọc được điều chế bởi 1 cặp tín hiệu độc lập, rời rạc nên có tên là điều chế biên độ vuông góc.

Có thể phân tích S_i(t) thành cặp hàm cơ sở:

Thànhphần đồng pha và vuông pha trong 16-QAM

Chùm tín hiệu của 16-QAM

Sơ đồ điều chế và giải điều chế M-QAM

Hoạt động của bộ điều chế 

Bộ phân luồng (demux) chuyển đổi luồng nhị phân b(t) tốc bit Rb=1/Tb đầu vào thành bốn luồng độc lập, trong đó hai bit lẻ được đưa đến bộ chuyển đổi mức ở nhánh trên còn hai bit chẵn được đưa đến bộ chuyển đổi mức nhánhdưới. Tốc độ ký hiệu trong trường hợp này sẽ bằng Rs=Rb/4.

Các bộ biến đổi mức chuyển đổi 2 mức vào L mức () tạo ra các tín hiệu L mức tương ứng với các đầu vào đồng pha và pha vuông góc.

Sau khi nhân hai tín hiệu L mức với hai sóng mang có pha vuông góc được tạo tử bộ dao động nội phát TLO (Transmitter Local Oscillator) rồi cộng lại ta được tín hiệu M-QAM.

Bộ giải điều chế

Hoạt động của bộ giải điều chế 

Tín hiệu thu được đưa lên 2 nhánh đồng pha và vuông pha, sau đó được nhân với 2 hàm trực giao giống phía phát được tạo ra từ bộ dao động nội thu RLO (Receiver Local Oscillator). Nhờ tính chất trực giao mà ta tách được 2 thành phần tín hiệu.

Tín hiệu sau đó được đưa qua bộ tương quan lấy mẫu, đánh giá ngưỡng (so sánh với L-1 ngưỡng) để thu được kí hiệu.

Sau cùng hai chuỗi số nhị phân được tách ra nói trên sẽ kết hợp với nhau ở bộ biến đổi song song vào nốí tiếp để khôi phục lại chuỗi nhị phân phía phát (ước tính chuỗi phát ).

Ứng dụng QAM:

Các loại điều chế QAM.

Như với nhiều đề án điều chế kỹ thuật số, biểu đồ chòm sao là một đại diện hữu ích. Trong QAM, các điểm chòm sao này thường được bố trí trong một ô vuông với khoảng cách dọc và ngang bằng nhau, mặc dù cấu hình khác là có thể (ví dụ như Cross-QAM). Từ trong viễn thông kỹ thuật số dữ liệu thường nhị phân, số lượng các điểm trong lưới điện thường là một sức mạnh của 2 (2, 4, 8 ...). Kể từ khi QAM thường vuông, một số trong số này là hiếm các hình thức phổ biến nhất là 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM và 256-QAM. 

Bằng cách di chuyển đến một chòm sao bậc cao, có thể để truyền tải các bit trên mỗi ký hiệu. Tuy nhiên, nếu năng lượng trung bình của chòm sao này là vẫn như cũ (bằng cách làm một so sánh công bằng), các điểm phải được xích lại gần nhau và do đó dễ bị nhiễu và tham nhũng khác, điều này dẫn đến một tỉ lệ lỗi bit cao hơn và do đó bậc cao QAM có thể cung cấp nhiều dữ liệu hơn ít đáng tin cậy hơn so với dưới để QAM, cho năng lượng liên tục có nghĩa là chòm sao.

Nếu dữ liệu, tỷ giá vượt ra ngoài những người được cung cấp bởi PSK-8 được yêu cầu, nó là nhiều hơn bình thường để di chuyển đến QAM kể từ khi nó đạt được một khoảng cách lớn giữa các điểm lân cận trong mặt phẳng IQ do phân phối các điểm đồng đều hơn. Các yếu tố phức tạp là những điểm không còn tất cả các biên độ như nhau và do đó, bộ giải điều phải bây giờ chính xác phát hiện cả hai pha và biên độ, hơn là chỉ giai đoạn.

64-QAM và 256 QAM-thường được sử dụng trong truyền hình cáp kỹ thuật số và các ứng dụng modem cáp. Tại Hoa Kỳ, 64-QAM và 256-QAM là các đề án điều chế uỷ quyền cho cáp kỹ thuật số (xem QAM tuner) theo tiêu chuẩn của SCTE trong tiêu chuẩn ANSI / SCTE 07 năm 2000. Lưu ý rằng những người tiếp thị nhiều người sẽ tham khảo những lúc QAM-64 và QAM-256. Tại Anh, 16-QAM và 64-QAM hiện đang được sử dụng cho truyền hình mặt đất kỹ thuật số (Freeview và Top Up TV) và 256-QAM được lên kế hoạch cho Freeview-HD.

Hệ thống truyền thông được thiết kế để đạt được mức độ rất cao hiệu quả quang phổ thông thường sử dụng các chòm sao QAM rất dày đặc. Một ví dụ là G.hn ITU-T tiêu chuẩn cho nối mạng thông qua hệ thống dây điện hiện tại nhà (cáp đồng trục, đường dây điện thoại và đường dây điện), trong đó sử dụng các chòm sao lên tới 4096-QAM (12 bit / biểu tượng). Một ví dụ khác là công nghệ VDSL2 cho cặp đồng xoắn, có chòm sao kích thước lên tới 32768 điểm.

Tổng kết lại

M-QAM là một trong những sơ đồ điều chế M trạnh thái thường được dùng hơn so với sơ đồ 2 trạng thái để truyền số liệu trong kênh băng tần hạn chế.

Việc sử dụng M-QAM sẽ giảm được độ rộng băng tần n=  Log₂M  so với BPSK

Bạn nên dành thời gian xem thêm các bàì viết về điều chế qam tại ĐÂY