Đồ án HCMUTE: Phục hồi pha sóng mang thích nghi cho các hệ thống QAM

Khám phá đồ án HCMUTE về phục hồi pha sóng mang thích nghi cho hệ thống QAM, ứng dụng trong truyền thông hiện đại và tối ưu hóa hiệu suất.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hùng
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Minh Thành
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Phục Hồi Pha Sóng Mang Thích Nghi Cho Các Hệ Thống QAM
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Kỹ thuật điều chế QAM
• 2.2. Chòm sao QAM
• 2.3. Điều chế QAM
• 2.4. Giải điều chế QAM
• 2.5. Xác suất lỗi QAM
• 2.6. Kỹ thuật điều chế QPSK
• 2.7. Nhiễu và ảnh hưởng của nó
• 2.8. Tạp âm nhiệt AWGN
• 2.9. Hiện tượng đa đường. Nhiễu liên ký tự
• 2.10. Fading và ảnh hưởng của nó trong hệ thống truyền thông
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỤC HỒI PHA SÓNG MANG
• 3.1. Xây dựng vấn đề
• 3.2. Phương pháp phục hồi pha truyền thống
• 3.3. Phương pháp phân vùng QAM
• 3.4. Phương pháp chuyển đổi QAM thành QPSK
• 3.4.1. Đối với QAM vuông
• 3.4.2. Đối với QAM chéo
• 3.4.3. Lấy trọng tâm
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
• 4.1. Thiết kế chương trình mô phỏng
• 4.2. Lưu đồ giải thuật các phương pháp mô phỏng
• 4.3. Lưu đồ giải thuật hệ thống chính
• 4.4. Lưu đồ giải thuật chương trình con phục hồi pha
• 4.5. Lưu đồ giải thuật chương trình con giải điều chế dùng phân vùng QAM
• 4.6. Lưu đồ giải thuật chương trình con giải điều chế dùng chuyển đổi QAM thành QPSK
• 4.7. Kết quả mô phỏng và nhận xét
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Đề tài 'Phục hồi pha sóng cho hệ thống QAM tại HCMUTE' tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp phục hồi pha sóng mang trong các hệ thống điều chế biên độ cầu phương (QAM). QAM là một kỹ thuật điều chế phổ biến trong truyền thông kỹ thuật số, cho phép truyền tải nhiều bit thông tin trên một ký tự. Tuy nhiên, việc phục hồi pha chính xác là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng tín hiệu và giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit (BER). Đặc biệt, trong môi trường truyền thông không dây, các yếu tố như nhiễu trắng Gaussian, lệch tần và can nhiễu giữa các ký tự có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp phục hồi pha sóng mang là cần thiết để cải thiện hiệu suất của hệ thống QAM.

1.1. Tình hình nghiên cứu

Trong lĩnh vực truyền thông, việc phục hồi pha sóng mang là một thách thức lớn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các phương pháp phục hồi pha truyền thống thường không đủ hiệu quả trong các điều kiện kênh truyền phức tạp. Đề tài này sẽ xem xét các phương pháp mới như thuật toán phục hồi pha bậc bốn (FP-PRA) và các cải tiến của nó, bao gồm thuật toán Stop-and-Go (SGD-PRA) và thuật toán chuyển về trọng tâm (CSFP-PRA). Những phương pháp này hứa hẹn sẽ cải thiện khả năng phục hồi pha trong các hệ thống QAM, đặc biệt là trong môi trường có nhiễu và biến đổi tần số.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về điều chế QAM và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Điều chế QAM sử dụng hai tín hiệu tin tức để điều chế biên độ và pha, cho phép truyền tải nhiều thông tin hơn so với các phương pháp điều chế khác. Tuy nhiên, QAM cũng nhạy cảm với các yếu tố như nhiễu và biến đổi tần số. Việc hiểu rõ về các đặc tính của chòm sao QAM và cách thức hoạt động của nó là rất quan trọng để phát triển các phương pháp phục hồi pha hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc phân vùng chòm sao QAM thành các vùng tương tự như QPSK có thể giúp cải thiện khả năng phục hồi pha, từ đó giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit.

2.1. Kỹ thuật điều chế QAM

Kỹ thuật điều chế QAM cho phép truyền tải thông tin bằng cách thay đổi biên độ và pha của sóng mang. Điều này giúp tăng cường hiệu suất băng thông và khả năng truyền tải dữ liệu. Tuy nhiên, QAM cũng gặp phải nhiều thách thức trong việc phục hồi pha, đặc biệt là trong các điều kiện kênh truyền không ổn định. Việc nghiên cứu các phương pháp phục hồi pha mới, như FP-PRA và các cải tiến của nó, là cần thiết để đảm bảo rằng hệ thống QAM có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế.

III. Các phương pháp phục hồi pha sóng mang

Chương này sẽ trình bày chi tiết về các phương pháp phục hồi pha sóng mang, bao gồm phương pháp truyền thống FP-PRA và các cải tiến mới. Phương pháp FP-PRA đã được sử dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế trong việc xử lý nhiễu và biến đổi tần số. Các phương pháp mới như SGD-PRA và CSFP-PRA được đề xuất nhằm cải thiện khả năng phục hồi pha trong các điều kiện kênh truyền phức tạp. Việc phân tích và so sánh hiệu suất của các phương pháp này sẽ giúp xác định phương pháp tối ưu cho hệ thống QAM.

3.1. Phương pháp FP PRA

Phương pháp FP-PRA là một trong những phương pháp phục hồi pha truyền thống, sử dụng thuật toán bậc bốn để ước lượng pha. Mặc dù phương pháp này đã cho thấy hiệu quả trong nhiều trường hợp, nhưng vẫn gặp khó khăn khi phải xử lý các loại nhiễu khác nhau. Việc cải tiến thuật toán này để tăng cường khả năng phục hồi pha trong các điều kiện kênh truyền không ổn định là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu.

IV. Mô phỏng và kết quả

Chương này sẽ trình bày các kết quả mô phỏng cho các phương pháp phục hồi pha đã được đề xuất. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để đánh giá hiệu suất của từng phương pháp trong các điều kiện kênh truyền khác nhau. Kết quả mô phỏng sẽ được phân tích để xác định hiệu quả của các phương pháp phục hồi pha trong việc giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit và cải thiện chất lượng tín hiệu. Những phát hiện này sẽ cung cấp cơ sở cho việc phát triển các ứng dụng thực tế trong lĩnh vực truyền thông kỹ thuật số.

4.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng các phương pháp phục hồi pha mới như SGD-PRA và CSFP-PRA có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống QAM so với phương pháp FP-PRA truyền thống. Các thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ lỗi bit giảm rõ rệt khi áp dụng các phương pháp này trong các điều kiện kênh truyền có nhiễu và biến đổi tần số. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong lý thuyết mà còn có thể được áp dụng trong thực tế để nâng cao hiệu suất của các hệ thống truyền thông hiện đại.

V. Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng sẽ tóm tắt những kết quả chính của nghiên cứu và đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho đề tài. Việc phục hồi pha sóng mang trong hệ thống QAM là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của các hệ thống truyền thông kỹ thuật số. Các phương pháp phục hồi pha mới được đề xuất trong nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện tỷ lệ lỗi bit mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

5.1. Hướng phát triển

Hướng phát triển tiếp theo cho đề tài này có thể bao gồm việc áp dụng các phương pháp phục hồi pha mới cho các hệ thống QAM chéo và thiết kế bộ thu thích nghi thực tế bằng FPGA. Những nghiên cứu này sẽ giúp làm rõ hơn tính thực tiễn của các phương pháp phục hồi pha và mở rộng khả năng ứng dụng của chúng trong các hệ thống truyền thông hiện đại.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng hiện đại, việc tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ tần số là một yêu cầu kỹ thuật mang tính sống còn. Điều chế biên độ cầu phương (Quadrature Amplitude Modulation - QAM) là một kỹ thuật truyền dẫn băng thông hiệu quả cao, cho phép mang nhiều bit thông tin trên một ký tự tín hiệu bằng cách thay đổi đồng thời cả biên độ và pha trên hai sóng mang trực giao. Tuy nhiên, các cấu trúc chòm sao QAM nhiều mức (đặc biệt là các bậc điều chế cao như 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM) có độ nhạy cảm rất lớn đối với các sai lệch trên kênh truyền, bao gồm tạp âm nhiệt Gauss, hiện tượng fading đa đường, nhiễu liên ký tự (ISI), độ lệch pha sóng mang và độ lệch tần số do hiệu ứng Doppler.

Tại bộ thu, quá trình giải điều chế kết hợp đòi hỏi phải khôi phục chính xác pha sóng mang và tần số sóng mang. Việc phục hồi pha mà không cần sử dụng chuỗi tín hiệu huấn luyện (phục hồi pha mù thích nghi - blind adaptive carrier phase recovery) đóng vai trò then chốt trong việc giảm thiểu tiêu hao băng thông và duy trì thông lượng dữ liệu cực đại. Dù vậy, thuật toán phục hồi pha bậc bốn truyền thống (Fourth-Power Phase Recovery Algorithm - FP-PRA) và các thuật toán hướng quyết định cổ điển thường bộc lộ những nhược điểm cố hữu như tốc độ hội tụ chậm, phạm vi bắt pha hẹp và nguy cơ rơi vào các trạng thái khóa sai (false locks), đặc biệt khi mở rộng sang các dạng chòm sao QAM chéo hoặc khi kênh truyền biến đổi nhanh.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Phục hồi pha sóng mang thích nghi cho các hệ thống QAM" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Thanh Hùng và Trần Trung Tâm, dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Minh Thành tại Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 07 năm 2016).

Đề tài xác định rõ các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các phương pháp điều chế và giải điều chế số QPSK và QAM, đồng thời khảo sát bản chất của các loại nhiễu và hiện tượng suy hao trên kênh truyền vô tuyến (tạp âm trắng AWGN, suy hao không gian tự do, hiện tượng che chắn, truyền sóng đa đường, nhiễu liên ký tự ISI, fading phẳng, fading chọn lọc tần số và dịch tần Doppler).
2. Nghiên cứu mô hình toán học và cơ chế hoạt động của các phương pháp phục hồi pha sóng mang thích nghi tại bộ thu, nhằm đạt được tỷ lệ lỗi bit (BER) tối ưu.
3. Khảo sát, phân tích và mô phỏng hai giải pháp cải tiến từ thuật toán FP-PRA truyền thống: phương pháp phục hồi pha dựa trên đường chéo Stop-and-Go (SGD-PRA) và phương pháp phục hồi pha chuyển về trọng tâm (CSFP-PRA).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là tín hiệu điều chế QAM và các giải thuật xử lý tín hiệu số dùng để ước lượng, khôi phục pha sóng mang thích nghi tại bộ thu giải điều chế. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào việc mô phỏng xử lý tín hiệu băng tần cơ sở trên máy tính dưới tác động của kênh truyền giả lập; phạm vi về kỹ thuật giới hạn ở việc mô phỏng thực nghiệm cho các chòm sao QAM vuông (trọng tâm là 16-QAM), khảo sát lý thuyết mở rộng cho 64-QAM và các dạng QAM chéo (32-QAM, 128-QAM), đồng thời chưa triển khai kiểm chứng trên phần cứng thực tế FPGA.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Văn bản đồ án xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết và mô hình giải tích dựa trên các khái niệm chuẩn mực của kỹ thuật truyền thông số và lý thuyết mạch vòng khóa pha thích nghi:

• Kỹ thuật điều chế QAM và QPSK: Tín hiệu QAM được biểu diễn toán học dưới dạng tổ hợp tuyến tính của hai sóng mang trực giao: $s_i(t) = A_{i1} p(t) \cos(2\pi f_c t) - A_{i2} p(t) \sin(2\pi f_c t)$, với $A_{i1} = A_i \cos \theta_i$ và $A_{i2} = A_i \sin \theta_i$. Văn bản phân tích chi tiết cấu trúc chòm sao Square-QAM dạng lưới ma trận $L \times L$ ($L = \sqrt{M}$), trong đó các điểm tín hiệu $(I_i, Q_i)$ nhận các giá trị nguyên lẻ độc lập. Đồ án thiết lập công thức tính xác suất lỗi ký tự $P_s = 2 P_M - P_M^2$ và xác suất lỗi bit $P_b \approx P_s / \log_2 M$ thông qua mã hóa Gray. Đối với điều chế QPSK, tín hiệu gồm 4 trạng thái pha với năng lượng ký tự $E = 2E_b$, xác suất lỗi ký tự tính qua hàm bù lỗi $P_e \approx 2Q(\sqrt{2E_b/N_0})$.
• Mô hình kênh truyền và nhiễu: Đồ án tổng hợp tác động của tạp âm cộng trắng chuẩn Gauss (AWGN) với mật độ phổ công suất hai phía $N_0/2$; phương trình suy hao lan truyền không gian tự do $P_r = P_t G_t G_r \lambda^2 / (4\pi d)^2$ cùng mô hình suy hao kinh nghiệm với số mũ suy hao $\gamma$; hiện tượng che chắn (shadowing); mô hình lan truyền đa đường sinh ra giao thoa giữa các ký tự (ISI); các dạng fading và hiệu ứng dịch tần Doppler $\Delta f$ do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu.
• Mô hình bộ đồng bộ pha mù thích nghi: Tín hiệu nhận được tại đầu ra bộ lọc phù hợp được mô tả bởi $y_k = x_k \exp(j\theta) + w_k$, trong đó $x_k$ là ký tự phát, $\theta$ là góc lệch pha chưa biết, $w_k$ là nhiễu Gauss. Tín hiệu hiệu chỉnh là $z_k = y_k \exp(-j\hat{\theta}_k) = x_k \exp(j\phi_k) + e_k$, với $\hat{\theta}_k$ là ước lượng pha và $\phi_k = \theta - \hat{\theta}k$ là sai pha dư. Thuật toán cập nhật pha tổng quát có dạng: $\hat{\theta}{k+1} = \hat{\theta}_k + \mu \cdot \psi(z_k)$, trong đó $\mu$ là độ lợi vòng lặp (kích thước bước), và $\psi(\cdot)$ là hàm phát hiện sai pha (hàm độ nhạy).
• Các thuật toán phục hồi pha khảo sát:
  • Thuật toán hướng quyết định (Decision-Directed): Thuật toán Kobayashi, Simon và Smith: $\hat{\theta}_{k+1} = \hat{\theta}_k + \mu \cdot \text{Im}[z_k \hat{x}k^*]$ với góc tới hạn $\theta_c = \tan^{-1}(1 / (2 L_M - 1))$; thuật toán Falconer chuẩn hóa biên độ: $\hat{\theta}{k+1} = \hat{\theta}_k + \mu \cdot \text{Im}[z_k \hat{x}_k^*] / |z_k \hat{x}_k|$; các biến thể hàm dấu của Leclert, Vandamme và Moridi. Điểm hạn chế lớn của các thuật toán này là dễ bị khóa sai sâu khi sai pha ban đầu vượt quá ngưỡng tới hạn $\theta_c$.
  • Thuật toán phục hồi pha bậc bốn truyền thống (FP-PRA): Thuật toán mù không phụ thuộc quyết định ký tự, cập nhật theo công thức: $\hat{\theta}{k+1} = \hat{\theta}k + \mu (z{k,I}^2 - z{k,R}^2) z_{k,I} z_{k,R} = \hat{\theta}_k - \frac{\mu}{4} \text{Im}[z_k^4]$, được chứng minh hội tụ toàn diện nhưng có nhược điểm về tốc độ bắt pha và độ gợn trạng thái xác lập.
  • Thuật toán phân vùng Stop-and-Go (SGD-PRA / SGFP-PRA): Phân chia chòm sao QAM thành các vùng hình khuyên giống QPSK (nơi các điểm tín hiệu nằm trên đường chéo có độ nhạy pha cao) và các vùng không giống QPSK. Vòng lặp cập nhật pha chỉ hoạt động khi ký tự rơi vào vùng giống QPSK, nếu không thì tạm dừng cập nhật.
  • Thuật toán chuyển về trọng tâm (CSFP-PRA): Ánh xạ các điểm chòm sao QAM thành chòm sao QPSK tương đương và theo dõi sự chuyển dịch góc của trọng tâm hình học (centroid steering) sau khi bị xoay để ước tính sai pha chính xác.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả sử dụng là phân tích lý thuyết giải tích kết hợp với phương pháp mô phỏng số thông qua việc lập trình giải thuật trên máy tính, khảo sát sự biến thiên của chòm sao tín hiệu và vẽ đặc tính tỷ lệ lỗi bit (BER) theo từng điều kiện kênh truyền.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu tổng quan bối cảnh phát triển của kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu số, nhấn mạnh ưu thế vượt trội của tín hiệu số so với tương tự trong việc chống lại méo dạng đường truyền. Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc phục hồi pha sóng mang tại bộ thu thích nghi mà không cần tín hiệu huấn luyện trong các hệ thống điều chế QAM. Chương này xác định rõ 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, chỉ ra giới hạn của đề tài là tập trung vào mô phỏng QAM vuông (16-QAM và mở rộng lý thuyết 64-QAM), chưa thực nghiệm QAM chéo (32-QAM, 128-QAM) cũng như chưa hiện thực hóa phần cứng trên FPGA, và cuối cùng phác thảo cấu trúc 5 chương của đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết nền tảng toán học của hai kỹ thuật điều chế số là QPSK và M-QAM. Tác giả phân tích cấu trúc chòm sao tín hiệu, sơ đồ khối bộ điều chế, sơ đồ khối bộ giải điều chế và dẫn xuất các công thức giải tích tính xác suất lỗi ký tự ($P_s$) và lỗi bit ($P_b$) cho Square-QAM cũng như QPSK dựa trên phân bố Gauss và hàm lỗi bù erfc / hàm Q. Bảng véc-tơ không gian tín hiệu của QPSK được lập chi tiết với 4 điểm tin tương ứng các cặp bit "00", "01", "11", "10". Phần tiếp theo phân tích các yếu tố gây suy thoái trên kênh truyền vô tuyến bao gồm: mô hình toán học của tạp âm nhiệt AWGN và quan hệ $N_0 = 2\sigma^2$, công thức suy hao lan truyền không gian tự do, hiện tượng che chắn (shadowing), hiện tượng truyền dẫn đa đường dẫn đến can nhiễu giữa các ký tự (ISI), các dạng fading (fading phẳng và fading chọn lọc tần số), và hiệu ứng dịch tần Doppler ($\Delta f$) do sự chuyển động tương đối của máy thu/phát.

Chương 3: Các phương pháp phục hồi pha sóng mang

Chương 3 là phần trọng tâm về giải thuật của đồ án, bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình băng tần cơ sở của hệ thống và 5 tính chất kỹ thuật mà một hàm độ nhạy lý tưởng $\psi(\phi)$ phải thỏa mãn để đảm bảo bộ đồng bộ mù hội tụ ổn định, tránh các điểm cực tiểu tạp nhiễu và triệt tiêu hiện tượng khóa sai trong phạm vi $|\phi| \le \pi/4$. Tác giả tổng hợp lịch sử phát triển của các thuật toán hướng quyết định (Kobayashi, Simon, Smith, Falconer, Sari-Moridi, Leclert-Vandamme) và chỉ rõ góc tới hạn $\theta_c$ gây ra hiện tượng khóa sai sâu.

Tiếp đó, chương luận giải chi tiết cơ chế hoạt động của thuật toán phục hồi pha bậc bốn (FP-PRA) thông qua việc cực tiểu hóa hàm chi phí $J(z_k) = \min_{\hat{\theta}k} E[|z_k^4 - 1|^2]$ hoặc $E(z{k,R}^4 - z_{k,I}^4)$. Tác giả đề xuất và phân tích hai phương pháp cải tiến:

1. Phương pháp phân vùng QAM (SGD-PRA): Sử dụng các vùng hình khuyên Stop-and-Go của Sari-Moridi cho 16-QAM, 64-QAM và 256-QAM để chỉ cho phép vòng lặp cập nhật khi ký tự nằm ở vùng giống QPSK.
2. Phương pháp chuyển đổi QAM thành QPSK và lấy trọng tâm (CSFP-PRA): Phân tích quỹ đạo tọa độ trọng tâm $(a_c, b_c)$ như một hàm sai pha $\phi$ trong góc phần tư thứ nhất của hình vuông kín và hình chữ thập kín đồng nhất, chỉ ra sự xuất hiện của các điểm khóa sai trong phạm vi $33^\circ \le \phi \le 45^\circ$ đối với QAM chéo và cách thức ánh xạ chòm sao về tâm trong môi trường không nhiễu.

Chương 4: Mô phỏng và kết quả

Chương 4 thiết kế chương trình mô phỏng hoàn chỉnh, cung cấp 5 lưu đồ giải thuật chi tiết: mô hình hệ thống chính, chương trình con phục hồi pha, chương trình con phân vùng QAM, chương trình con chuyển đổi QAM thành QPSK và lưu đồ giải điều chế. Tác giả thực hiện khảo sát trên cấu trúc 16-QAM và đưa ra 9 nhóm kết quả mô phỏng bằng đồ thị chòm sao tín hiệu và đường cong BER tương ứng với các tham số kênh truyền:

• Ảnh hưởng của AWGN đơn thuần với hệ số công suất bằng 1 và bằng 2.
• Ảnh hưởng của AWGN kết hợp dịch tần Doppler: $\Delta f = \pm 30\text{ kHz}$ (hệ số khuếch đại 1) và $\Delta f = \pm 45\text{ kHz}$ (hệ số khuếch đại 2) trên tần số sóng mang $f = 1\text{ MHz}$.
• Ảnh hưởng của AWGN kết hợp lệch pha tĩnh: $\phi = 12.3^\circ$ và $\phi = 37^\circ$ với hệ số khuếch đại 1, so sánh chòm sao trước và sau khi ước lượng, xoay pha khôi phục.
• Ảnh hưởng đồng thời của AWGN, lệch tần Doppler và lệch pha: tổ hợp $(\Delta f = \pm 35\text{ kHz}, \phi = 18^\circ)$, tổ hợp $(\Delta f = \pm 45\text{ kHz}, \phi = 12.3^\circ)$ và tổ hợp $(\Delta f = \pm 20\text{ kHz}, \phi = 12.3^\circ)$ trên tần số sóng mang $f = 1\text{ MHz}$.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được về mặt lý thuyết và mô phỏng, khẳng định tính hiệu quả của các giải thuật phục hồi pha trong việc bù trừ sai pha và dịch tần trên hệ thống 16-QAM. Tác giả thẳng thắn chỉ ra các giới hạn nghiên cứu chưa thực hiện được và vạch ra 3 hướng phát triển trọng tâm tiếp theo của đề tài.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp các phát hiện lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng trên cấu trúc 16-QAM dưới các tác động sai lệch kênh truyền. Dưới đây là bảng tổng hợp các kịch bản mô phỏng kiểm thử được tác giả thiết lập và đánh giá trong Chương 4:

Kịch bản kiểm thử	Tần số sóng mang ($f$)	Độ lệch tần Doppler ($\Delta f$)	Góc lệch pha ($\phi$)	Hệ số khuếch đại / công suất	Đại lượng đánh giá trong văn bản
Kịch bản 1	-	Không	Không	Hệ số 1	Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đường đặc tính BER theo AWGN
Kịch bản 2	-	Không	Không	Hệ số 2	Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đường đặc tính BER theo AWGN
Kịch bản 3	$1\text{ MHz}$	$\pm 30\text{ kHz}$	Không	Hệ số 1	Chòm sao 16-QAM bị xoay do Doppler và đường đặc tính BER
Kịch bản 4	$1\text{ MHz}$	$\pm 45\text{ kHz}$	Không	Hệ số 2	Chòm sao 16-QAM biến dạng do Doppler lớn và đặc tính BER
Kịch bản 5	-	Không	$12.3^\circ$	Hệ số 1	Chòm sao lệch pha, chòm sao sau phục hồi pha và đặc tính BER
Kịch bản 6	-	Không	$37^\circ$	Hệ số 1	Khả năng ước lượng và xoay chòm sao về gốc khi lệch pha lớn
Kịch bản 7	$1\text{ MHz}$	$\pm 35\text{ kHz}$	$18^\circ$	Hệ số 1	Bù sai lệch kết hợp pha/tần số và đường đặc tính BER
Kịch bản 8	$1\text{ MHz}$	$\pm 45\text{ kHz}$	$12.3^\circ$	Hệ số 1	Bù sai lệch khi dịch tần cực đại $\pm 45\text{ kHz}$ và đặc tính BER
Kịch bản 9	$1\text{ MHz}$	$\pm 20\text{ kHz}$	$12.3^\circ$	Hệ số 1	Bù sai lệch khi dịch tần $\pm 20\text{ kHz}$ và đặc tính BER

Các kết quả và đóng góp chính mà tác giả đã rút ra bao gồm:

• Khẳng định tính chính xác của mô hình lý thuyết: Kết quả phân tích toán học về hàm độ nhạy và cơ chế ước lượng pha thích nghi ăn khớp chặt chẽ với các đồ thị mô phỏng số. Thuật toán cải tiến thể hiện khả năng triệt tiêu góc lệch pha tĩnh (như các trường hợp $\phi = 12.3^\circ, 18^\circ, 37^\circ$) và bám sát sự dịch pha động do hiệu ứng dịch tần Doppler (trong các dải $\Delta f$ từ $\pm 20\text{ kHz}$ đến $\pm 45\text{ kHz}$).
• Cải thiện thuật toán phục hồi pha bậc bốn (FP-PRA): Đồ án làm rõ hai hướng cải tiến quan trọng. Thứ nhất, phương pháp phân vùng Stop-and-Go (SGD-PRA) giúp loại bỏ các điểm ký tự gây nhiễu nằm ngoài đường chéo, chỉ kích hoạt cập nhật khi điểm tín hiệu có tính chất giống QPSK, từ đó giảm thiểu đáng kể phương sai sai số pha ở trạng thái ổn định. Thứ hai, phương pháp chuyển đổi QAM thành QPSK và lái trọng tâm (CSFP-PRA) mang lại cách tiếp cận mới trong việc ước tính pha bị lệch thông qua trọng tâm hình học của các chòm sao đã xoay.
• Làm rõ hiện tượng khóa sai trên QAM chéo: Đồ án xác định và xác minh sự hiện hữu của các điểm khóa sai trong phạm vi góc lệch $33^\circ \le \phi \le 45^\circ$ đối với cấu trúc QAM chéo, giải thích nguyên nhân hình học dẫn đến việc thuật toán cổ điển bị hội tụ sai lệch.
• Đóng góp giải pháp kiến trúc: Tác giả thảo luận về khả năng sửa đổi các thuật toán phục hồi pha đề xuất sang dạng xử lý theo khối (block-based processing), giúp tăng tính tương thích cho các hệ thống thông tin truyền dẫn tốc độ dữ liệu cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo tự đánh giá của nhóm tác giả trong văn bản đồ án, công trình còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật cụ thể:

• Phạm vi mô phỏng thực nghiệm chưa bao quát QAM chéo: Phương pháp chuyển đổi chòm sao QAM thành QPSK mới chỉ được kiểm chứng và mô phỏng số cho các cấu trúc QAM vuông (16-QAM, 64-QAM). Đối với các cấu trúc QAM chéo (như 32-QAM, 128-QAM,...), tác giả chưa thể triển khai lập trình mô phỏng do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức chuyên sâu tại thời điểm thực hiện.
• Chưa hiện thực hóa phần cứng: Toàn bộ các kết quả của đồ án đều dừng lại ở mức độ mô phỏng thuật toán trên máy tính. Đề tài chưa thiết kế và kiểm nghiệm bộ thu thích nghi trên phần cứng thực tế như vi mạch FPGA (Field-Programmable Gate Array) để đánh giá tài nguyên logic, tốc độ xung nhịp và độ trễ xử lý thực tế.

Từ các hạn chế trên, văn bản đồ án nêu rõ các hướng phát triển tiếp theo bao gồm:

1. Nghiên cứu hoàn thiện giải thuật và xây dựng chương trình mô phỏng áp dụng phương pháp chuyển đổi chòm sao và phân vùng cho các định dạng QAM chéo (32-QAM, 128-QAM,...).
2. Thiết kế, tổng hợp và nạp cấu hình bộ thu thích nghi trên nền tảng phần cứng FPGA nhằm làm rõ tính khả thi thực tiễn của giải thuật trong môi trường thời gian thực.
3. Hoàn thiện việc chuyển đổi các thuật toán thích nghi nối tiếp sang dạng xử lý theo khối để ứng dụng cho các hệ thống truyền dẫn quang hoặc vô tuyến thế hệ mới có tốc độ dữ liệu cực cao.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo tốt cho:

• Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông: Tài liệu cung cấp bức tranh hoàn chỉnh và trực quan về chuỗi xử lý tín hiệu băng gốc, từ nguyên lý điều chế/giải điều chế QAM, mô hình hóa kênh truyền chịu tác động tổng hợp của tạp âm AWGN, fading và dịch tần Doppler.
• Người nghiên cứu về xử lý tín hiệu số trong truyền thông (DSP for Communications): Chương 3 và Chương 4 của đồ án là phần có giá trị tham khảo nổi bật nhất. Phần này cung cấp hệ thống công thức giải tích chặt chẽ về các hàm độ nhạy của bộ đồng bộ mù, phân tích chi tiết cơ chế hoạt động của thuật toán FP-PRA, giải thuật Stop-and-Go và giải thuật chuyển đổi trọng tâm. Hệ thống 5 lưu đồ giải thuật tại Chương 4 có thể dùng làm tài liệu tham khảo trực tiếp để xây dựng các khối mô phỏng bộ thu thích nghi trong các đồ án, luận văn cùng chuyên ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Mục đích chính của việc phân vùng chòm sao Stop-and-Go trong thuật toán SGD-PRA là gì?
Mục đích là chỉ cho phép vòng lặp đồng bộ pha cập nhật khi ký tự QAM đã xoay rơi vào vùng hình khuyên giống QPSK (các điểm nằm gần đường chéo, có pha xác định rõ ràng). Khi ký tự rơi vào vùng không giống QPSK, quá trình cập nhật sẽ tạm dừng (Stop) nhằm tránh các ước lượng sai lệch và giảm hiện tượng khóa sai.

2. Góc tới hạn $\theta_c$ trong các thuật toán phục hồi pha hướng quyết định cổ điển được tính như thế nào?
Theo công thức của Mathis được dẫn trong văn bản, góc tới hạn được tính bởi $\theta_c = \tan^{-1}[1 / (2L_M - 1)]$, với $L_M = \sqrt{M}/2$ đối với QAM vuông và $L_M = 3\sqrt{M/32}$ đối với QAM chéo. Khi góc sai pha vượt quá $\theta_c$, phần lớn bộ thu sẽ đưa ra quyết định sai và thuật toán rơi vào các điểm khóa sai sâu.

3. Phương pháp CSFP-PRA thực hiện việc ước lượng góc lệch pha dựa trên nguyên lý nào?
Phương pháp này chuyển đổi chòm sao QAM thành chòm sao QPSK tương đương và theo dõi sự dịch chuyển tọa độ trọng tâm $(a_c, b_c)$ của các cụm điểm tín hiệu trong góc phần tư thứ nhất sau khi bị xoay bởi góc sai pha $\phi$, từ đó ước lượng và bù trừ độ lệch pha sóng mang.

4. Trong trường hợp chòm sao QAM chéo, hiện tượng khóa sai xuất hiện trong phạm vi góc lệch pha nào?
Theo phân tích quỹ đạo tọa độ trọng tâm của hình chữ thập kín đồng nhất trong đồ án, hiện tượng khóa sai (false lock) được xác định xuất hiện nằm trong phạm vi góc sai pha từ $33^\circ$ đến $45^\circ$ ($33^\circ \le \phi \le 45^\circ$).

5. Các kịch bản mô phỏng trong Chương 4 đã kiểm thử hệ thống 16-QAM dưới những tham số sai lệch tần số Doppler và góc lệch pha cụ thể nào?
Các kịch bản mô phỏng kiểm thử trên tần số sóng mang $1\text{ MHz}$ với các độ lệch tần Doppler $\Delta f \in {\pm 20\text{ kHz}, \pm 30\text{ kHz}, \pm 35\text{ kHz}, \pm 45\text{ kHz}}$ kết hợp cùng các góc lệch pha sóng mang cố định $\phi \in {12.3^\circ, 18^\circ, 37^\circ}$ trong môi trường nhiễu AWGN.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Phục hồi pha sóng mang thích nghi cho các hệ thống QAM" của sinh viên Nguyễn Thanh Hùng và Trần Trung Tâm đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về điều chế số nhiều mức và kỹ thuật phục hồi pha mù trong truyền thông số. Công trình phân tích sâu sắc các hạn chế của thuật toán bậc bốn truyền thống (FP-PRA) và làm rõ cơ chế hoạt động của hai biến thể cải tiến là thuật toán Stop-and-Go dựa trên đường chéo (SGD-PRA) cùng thuật toán chuyển về trọng tâm (CSFP-PRA). Kết quả mô phỏng trên hệ thống 16-QAM đã chứng minh tính hiệu quả của các giải thuật trong việc khắc phục sai pha tĩnh và độ lệch tần Doppler lên đến $\pm 45\text{ kHz}$. Mặc dù chưa hoàn thiện mô phỏng cho QAM chéo và chưa nạp thực nghiệm trên phần cứng FPGA, đồ án vẫn cung cấp nền tảng toán học và lưu đồ thiết kế mẫu tin cậy cho các nghiên cứu tiếp theo về xử lý tín hiệu tại bộ thu thích nghi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG PHỤC HỒI PHA SÓNG MANG THÍCH NGHI CHO CÁC HỆ THỐNG QAM GVHD: GVC. TRẦN THANH MAI SVTH: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 12141092 SVTH: TRẦN TRUNG TÂM MSSV: 12141199 SKL 0 0 5 2 5 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 - 2016 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: PHỤC HỒI PHA SÓNG MANG THÍCH NGHI CHO CÁC HỆ THỐNG QAM NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG SVTH: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 12141092 TRẦN TRUNG TÂM MSSV: 12141199 TP. HỒ CHÍ MINH – 7/2016 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: PHỤC HỒI PHA SÓNG MANG THÍCH NGHI CHO CÁC HỆ THỐNG QAM NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Sinh viên: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 12141092 TRẦN TRUNG TÂM MSSV: 12141199 Hƣớng dẫn: ThS.

LÊ MINH THÀNH TP. HỒ CHÍ MINH – 7/2016 do an LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự phân công của Khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và sự đồng ý của Thầy giáo hƣớng dẫn ThS. Lê Minh Thành chúng tôi đã thực hiện đề tài “Phục hồi pha sóng mang thích nghi trong các hệ thống QAM”. Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô đã tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Lê Minh Thành, giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Máy tính – Viễn Thông, đã tận tình hƣớng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Con xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ba Mẹ đã có công sinh thành, nuôi dƣỡng và dạy bảo chúng con đƣợc nhƣ ngày hôm nay. Cuối cùng, chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! v do an TÓM TẮT Trong đề tài này đề cập đến vấn đề phục hồi pha thích nghi trong các hệ thống truyền thông dựa vào điều chế biên độ cầu phƣơng (QAM). Ở đây, ngƣời viết nghiên cứu về các phƣơng pháp sửa đổi thuật toán phục hồi pha bậc bốn (FP-PRA) đó là hai thuật toán cải tiến mới: thuật toán phục hồi pha dựa trên đƣờng chéo Stop-and-Go (SGD-PRA) và thuật toán phục hồi pha chuyển về trọng tâm (CSFP-PRA) rồi từ đó đi phân tích các đặc tính của chúng khi có thêm nhiễu trắng Gaussian, nhiễu pha, lệch tần và can nhiễu giữa các ký tự [1]. Đặc biệt, ngƣời viết thảo luận hai phƣơng pháp để cải thiện FP-PRA. Phƣơng pháp thứ nhất liên quan đến việc sử dụng ý tƣởng phân vùng chòm sao QAM thành các vùng hình khuyên giống chòm sao QPSK và không giống chòm sao QPSK.

Việc đồng bộ pha đƣợc cho phép cập nhật chỉ khi một ký tự QAM đã đƣợc xoay nằm trong vùng giống QPSK; mặt khác, quá trình cập nhật sẽ đƣợc dừng lại. Phƣơng pháp thứ hai khai thác một ý tƣởng đang đƣợc phát triển là chuyển đổi chòm sao QAM thành các chòm sao QPSK và việc sử dụng các ký tự đƣợc chuyển đổi để ƣớc tính pha bị lệch. Ngƣời viết cung cấp một sự giải thích mới về phƣơng pháp chuyển đổi này và liên hệ nó đến trọng tâm của các chòm đã đƣợc xoay. Hơn nữa, ngƣời viết cũng đƣa ra tính khả thi của phƣơng pháp này cho cả QAM vuông và QAM chéo và cũng xác định và xác minh số lƣợng hiện hữu của các khóa sai trong trƣờng hợp của QAM chéo.

Để cho dễ hiểu thì các ý tƣởng về phân vùng và chuyển đổi chòm sao đã không đƣợc đề cập trƣớc trong phạm vi của việc phục hồi pha thích nghi. Ngƣời viết đã bàn về việc ƣớc tính pha thích nghi của các ký tự tín hiệu tại bộ thu khi đƣợc truyền qua kênh truyền có nhiễu pha và lệch tần. Cuối cùng, ngƣời viết thảo luận về việc sửa đổi các phƣơng pháp phục hồi pha đã đƣợc đề xuất để chuyển chúng thành các thuật toán xử lý theo khối để làm chúng phù hợp hơn với các hệ thống tốc độ dữ liệu cao hơn. Các thí nghiệm bằng số đã chỉ ra rằng các thuật toán đƣợc đề xuất có thể làm tốt hơn thuật toán FP-PRA truyền thống cho một số các vi do an kích thƣớc QAM thực tế dƣới các điều kiện sai lệch khác nhau và các phát hiện trong phân tích của ngƣời viết đã ăn khớp chặt chẽ với các kết quả mô phỏng.

Tuy nhiên, ngƣời viết vẫn chƣa đáp ứng đƣợc các phƣơng pháp đã đề ra đó là ứng dụng các phƣơng pháp đã đƣợc sửa đổi cho cả QAM chéo (32-, 128-QAM,…) và thiết kế một bộ thu thích nghi thực tế bằng FPGA để làm rõ hơn tính thực tế của đề tài vii do an MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH. x DANH MỤC BẢNG. xiii CÁC TỪ VIẾT TẮT. xiv CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN.

Tình hình nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu. Giới hạn đề tài. Bố cục đề tài.

2 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Kỹ thuật điều chế QAM. Chòm sao QAM. Điều chế QAM.

Giải điều chế QAM. Xác suất lỗi QAM. Kỹ thuật điều chế QPSK. Nhiễu và ảnh hƣởng của nó.

Tạp âm nhiệt AWGN. Hiện tƣợng đa đƣờng. Nhiễu liên ký tự. Fading và ảnh hƣởng của nó trong hệ thống truyền thông.

29 CHƢƠNG 3 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỤC HỒI PHA SÓNG MANG. Xây dựng vấn đề. Phƣơng pháp phục hồi pha truyền thống. 35 viii do an 3.

Phƣơng pháp phân vùng QAM. Phƣơng pháp chuyển đổi QAM thành QPSK. Đối với QAM vuông. Đối với QAM chéo.

Lấy trọng tâm. 49 CHƢƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ. Thiết kế chƣơng trình mô phỏng. Lƣu đồ giải thuật các phƣơng pháp mô phỏng.

Lƣu đồ giải thuật hệ thống chính. Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con phục hồi pha. Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con giải điều chế dùng phân vùng QAM. Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con giải điều chế dùng chuyển đổi QAM thành QPSK.

Kết quả mô phỏng và nhận xét. 60 CHƢƠNG 5 ẾT UẬN V HƢ NG PHÁT TRIỂN ĐỀ T I. Hƣớng phát triển đề tài. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

72 ix do an DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Các dạng chòm sao tín hiệu 16-QAM .2: Các biểu đồ chòm sao tín hiệu QAM (a) là hình vuông; (b,c) là hình tròn .3: Biểu đồ chòm sao tín hiệu 16-QAM.4: Sơ đồ khối bộ điều chế QAM .5: Sơ đồ khối bộ giải điều chế QAM .6: Xác suất lỗi bit của từng M-QAM .7: Biểu đồ chòm sao tín hiệu cho hệ thống QPSK .8: Quá trình điều chế QPSK .9: Minh họa vùng quyết định đúng và quyết định sai khi tín hiệu s1(t) phát .10: Sơ đồ khối bộ điều chế QPSK .11: Sơ đồ khối bộ giải điều chế QPSK .12: Mô hình truyền sóng trong không gian .13: Hiện tƣợng đa đƣờng .14: Hiện tƣợng nhiễu liên ký tự ISI .15: Minh họa hiệu ứng Doppler .1: Sơ đồ khối bộ đồng bộ pha mù thích nghi .2: Hàm độ nhạy lý tƣởng cho việc đồng bộ pha .3: Các vùng stop-and-go của Sari-Moridi cho (a) 16-QAM, (b) 64-QAM .4: Các vùng hình khuyên stop-and-go cho (a) 16-QAM, (b) 64-QAM .5: Các vùng stop-and-go trong chòm sao 256-QAM .6: Sự chuyển đổi 16-QAM thành QPSK. Đĩa vuông đƣợc xoay với một góc  (ngƣợc chiều kim đồng hồ) và trọng tâm bị dời đi một góc . Dấu biểu thị vị trí trọng tâm gốc của hình vuông nét đứt và dấu  biểu thị vị trí trọng tâm sau khi xoay .8: (a) Quỹ đạo tọa độ trọng tâm (ac,bc) nhƣ một hàm sai pha  trong góc phần tƣ thứ nhất của một hình vuông kín đồng nhất. (b) Quỹ đạo tọa độ trọng tâm (ac,bc) nhƣ một x do an hàm sai pha  trong góc phần tƣ thứ nhất của một hình chữ thập kín đồng nhất.

Khóa sai có thể đƣợc quan sát nằm trong phạm vi 45o    33.9: Quan hệ giữa  và  .10: Quá trình ánh xạ về tâm trong môi trƣờng không nhiễu và không xoay pha. 11: Các dạng hình học của hình vuông và hình chữ thập đã đƣợc xoay .1: Mô hình mô phỏng .2: Lƣu đồ giải thuật hệ thống chính .3: Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con phục hồi pha .4: Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con phân vùng QAM .5: Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con chuyển đổi QAM thành QPSK .6: Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đặc tính BER khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi AWGN với hệ số công suất bằng 1 .7: Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đặc tính BER khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi AWGN với hệ số công suất bằng 2 .8: Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đặc tính BER khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN và lệch tần do Doppler với ∆f = ±30kHz, f = MHz, hệ số khuếch đại bằng 1 .9: Chòm sao tín hiệu 16-QAM và đặc tính BER khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN và lệch tần do Doppler với ∆f = ±45kHz, f = MHz, hệ số khuếch đại bằng 2 .10: Chòm sao tín hiệu 16-QAM khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN và lệch pha với góc lệch ϕ=12.3⁰, hệ số khuếch đại bằng 1 (a) khi bị lệch pha, (b) sau khi đƣợc chuẩn hóa, ƣớc lƣợng và khôi phục pha, (c) đặc tính BER .11: Chòm sao tín hiệu 16-QAM khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN và lệch pha với góc lệch ϕ=37⁰, hệ số khuếch đại bằng 1 (a) khi bị lệch pha, (b) sau khi đƣợc ƣớc lƣợng và xoay pha về, (c) đặc tính BER .12: Chòm sao tín hiệu 16-QAM khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN, lệch tần ∆f = ±35kHz, f = 1MHz và lệch pha với góc lệch ϕ=18⁰, hệ số khuếch đại bằng 1 (a) khi bị lệch pha và lệch tần, (b) sau khi đƣợc ƣớc lƣợng và xoay pha về, (c) đặc tính BER. 65 xi do an Hình 4.13: Chòm sao tín hiệu 16-QAM khi kênh truyền bị ảnh hƣởng bởi nhiễu AWGN, lệch tần ∆f = ±45kHz, f = 1MHz và lệch pha với góc lệch ϕ=12.