Bài giảng Truyền thông số: Phần 2

Nối tiếp phần 1, Bài giảng Truyền thông số: Phần 2 tiếp tục cung cấp cho học viên những kiến thức về các kỹ thuật mã hóa dạng sóng; lý thuyết lấy mẫu; điều chế xung mã; điều chế PCM vi sai; điều chế delta thích nghi; mã hóa tiếng nói tốc độ thấp; kỹ thuật ghép kênh và đa truy nhập; các nguyên lý truyền dữ liệu số; giao thoa ký hiệu và tiêu chuẩn Nyquist để không có ISI;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG *************************** BÀI GIẢNG U N H N SỐ (Dùng cho sinh viên ngành Điện – Điện tử) Biên soạn: Ngô Đức Hà Thu Lan Bùi Thị Dân HÀ NỘI - 2014 CHƢƠNG CÁC KỸ THUẬT MÃ HÓA DẠNG SÓNG 3.1 LÝ THUYẾT LẤY MẪU Các tín hiệu tƣơng tự đƣợc biến đổi sang dạng số qua trình lấy mẫu lƣợng tử hóa Tốc độ lấy mẫu phải đủ lớn để tín hiệu tƣơng tự đƣợc phục hồi xác từ giá trị mẫu Định lý lấy mẫu sở để xác định tốc độ lấy mẫu xác với tín hiệu cho Định lý lấy mẫu đƣợc phát biểu nhƣ sau: Một tín hiệu x  t  liên tục có phổ hữu hạn với tần số f max hoàn toàn đƣợc xác định giá trị lấy mẫu chúng với tần số lấy mẫu fs  fmax Tín hiệu x  t  đƣợc phục hồi hoàn toàn xác cho tín hiệu lấy mẫu qua lọc thơng thấp lý tƣởng có dải thông B với fmax  B  fs  fmax (3.1) Theo phát biểu tổng giá trị lấy mẫu là: N T   fmax T  Ts (3.2) Với T khoảng thời gian tồn tín hiệu x  t  Tần số f s  f max đƣợc gọi tần số Nyquist 3.2 ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ (Pulse Code Modulation - PCM) Đối với tín hiệu tƣơng tự đƣợc lấy mẫu, bƣớc trình truyền số tạo dạng biểu diễn số tín hiệu PCM phƣơng pháp thực điều Nó phƣơng pháp đƣợc phát triển để mã hóa số dạng sóng Và ngày điều chế xung mã đƣợc sử dụng rộng rãi hầu hết hệ thống mã hóa số Hình 3-1 biểu diễn phần tử hệ thống PCM rộng nhau, biên độ xung giá trị tín hiệu tƣơng tự thời điểm lấy mẫu Dãy xung rời rạc cịn đƣợc gọi tín hiệu điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) Nếu tín hiệu PAM có tần số đủ lớn tức khoảng cách xung cạnh đủ nhỏ khơi phục lại tín hiệu tƣơng tự ban đầu từ tín hiệu PAM Định lý lấy mẫu đƣa giới hạn dƣới tần số fs  fmax Trƣờng hợp tín hiệu tƣơng tự tín hiệu thơng dải có phổ từ fL đến fH tần số lấy mẫu 2  f  H đƣợc chọn: n f H  f S  n  f L n  int  f  f  Ví dụ để lấy mẫu tín hiệu thoại L   H tƣơng tự có phổ từ 0,3-3,4kHz theo định lý lấy mẫu xác định đƣợc n 1, tức f S  6,8kHz Thực tế CCITT quy định f S  8kHz 46 Tín hiệu tƣơng tự Lƣợng tử hóa Lấy mẫu LPF Tín hiệu PCM Mã hoá (a) P P Bộ lặp Bộ lặp CM CM (b) Đƣờng tru ền P CM Bộ tạo lại Tín hiệu tƣơng tự LPF Giải mã (c) Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống PCM Lấ mẫu tự nhiên Lấy mẫu tự nhiên việc tạo tín hiệu PAM có đỉnh phẳng nhƣ Hình 3-1, lấy mẫu tự nhiên q trình nhân tín hiệu tƣơng tự với dãy xung lấy mẫu p T(t) Dãy xung lấy mẫu pT(t) dãy xung vuông tuần hoàn với chu kỳ T=1/fS, độ rộng xung , chiều cao xung h = Khai triển Fourier cho dãy xung lấy mẫu: pT (t )  T    sin k k  k 2 T e  jk T  t (3.3) T Tín hiệu lấy mẫu có dạng: f S  f  t  pT  t  Mật độ phổ tín hiệu lấy mẫu là:   FS    F    P     2 k  T sin k  T F    k 2     T   k T (3.4) Hình 3-2 mơ tả tín hiệu tƣơng tự, dãy xung lấy mẫu, tín hiệu lấy mẫu phổ chúng Ta thấy đỉnh tín hiệu lấy mẫu bám theo biến thiên tín hiệu tƣơng tự Hình 3.2 a, c, e lần lƣợt đồ thị tín hiệu tƣơng tự, dãy xung lấy mẫu tín hiệu lấy mẫu Ví dụ tín hiệu tƣơng tự tín hiệu thơng thấp với phổ có dạng nhƣ hình 3.2b Dãy xung lấy mẫu tuần hồn nên phổ dãy xung lấy mẫu hình 3.2d phổ rời rạc, bao gồm xung Dirac cách 1/T Dãy xung lấy mẫu dãy xung vng tuần hồn nên đƣờng bao xung Dirac phổ xung vuông đơn dạng (sinx)/x Theo tính chất ph p biến đổi Fourier phép nhân miền thời gian tƣơng đƣơng với ph p chập miền tần số nên phổ tín hiệu lấy mẫu nhƣ hình vẽ Phổ tín hiệu lấy mẫu bao gồm vơ số phiên phổ tín hiệu 47 tƣơng tự nằm cách 2 T Nếu tần số lấy mẫu không thoả mãn định lý lấy mẫu fs  fmax xả tƣợng phiên phổ chồng lấn lên Ngƣời ta gọi tƣợng chồng phổ (aliasing) Hình 3-2 Tín hiệu lấ mẫu tự nhiên phổ Hình 3-3 Các trƣờng hợp lấ mẫu 48 Việc thực lấy mẫu tự nhiên dễ dàng, cần chuyển mạch hai đầu vào đầu tƣơng tự nhƣ Hình 3-4 Chẳng hạn loại chuyển mạch 4016 có sẵn phần cứng CMOS Hình 3-4 Mạch tạo tín hiệu PAM lấ mẫu tự nhiên Lấ mẫu tức thời Ngoài cách lấy mẫu tự nhiên, ngƣời ta cịn tạo tín hiệu flat-top PAM Việc lấy mẫu kiểu đƣợc gọi lấy mẫu tức thời, giá trị tín hiệu flat-top PAM với giá trị tín hiệu tƣơng tự thời điểm lấy mẫu giữ nguyên nhƣ suốt thời gian độ rộng xung lấy mẫu Hình 3-5 Tín hiệu lấ mẫu tức thời phổ 49 Để tạo tín hiệu flat-top PAM, sử dụng lấy mẫu giữ mẫu (sampler & holder) nhƣ Hình 3-6 Hình 3-6 Mạch lấ mẫu giữ mẫu Vào thời điểm lấy mẫu, khóa đóng lại Tụ C đƣợc nạp nhanh rC nhỏ Tụ C nạp đến điện áp với giá trị điện áp tín hiệu tƣơng tự vào Q trình lấy mẫu Sau khóa mở Do RC lớn nên điện áp tụ C gần nhƣ không thay đổi Đây giai đoạn giữ mẫu Trong thực tế ngƣời ta quan tâm đến kiểu lấy mẫu tức thời Lý khơng cần dùng hình dạng xung để chứa thơng tin truyền dễ tạo dạng xung chữ nhật Thông tin chứa biên độ xung thời điểm lấy mẫu Kết hợp lấ mẫu với ghép kênh phân chia theo thời gian TDM Nhƣ trình bày, tỷ số  Ts nhỏ tức khoảng cách hai xung PAM cạnh lớn Ngƣời ta lợi dụng khoảng cách lớn để gh p vào truyền xung PAM khác tín hiệu từ kênh khác Phƣơng pháp gọi gh p kênh phân chia theo thời gian TDM Hình 3-7 thực gh p kênh phân thời gian cho hai tín hiệu PAM f 1(t) f2(t) Khoảng cách hai xung PAM cạnh dịng tín hiệu gh p kênh khơng cịn T mà T/2 Hình 3-7 Ghép kênh theo thời gian cho hai tín hiệu PAM Hình 3-8 Sơ đồ thực ghép kênh theo thời gian cho hai tín hiệu PAM 50 Việc truyền tín hiệu lấy mẫu tự nhiên hay flat-top PAM qua kênh thông tin yêu cầu b ng thông rộng so với tín hiệu tƣơng tự ban đầu độ rộng xung hẹp Khả n ng chống nhiễu tín hiệu PAM không đƣợc cải thiện so với truyền trực tiếp tín hiệu tƣơng tự Điều dẫn đến PAM khơng thích hợp cho truyền dẫn qua khoảng cách xa Khi truyền xa, phải chuyển đổi PAM sang dạng số 3.2.2 Lƣợng tử hoá Hạn chế hệ thống truyền tin qua khoảng cách xa tích lũy nhiễu, suy giảm chất lƣợng gia t ng theo khoảng cách Vấn đề giảm bớt cách thực lƣợng tử hóa Đó xấp xỉ hóa giá trị mẫu tƣơng tự cách sử dụng số mức hữu hạn N Sau lƣợng tử hố, tín hiệu rời rạc biên độ thời gian đƣợc gọi tín hiệu lƣợng tử hoá x(t) Nx 4x  x t Ts Hình 3-9 Minh họa cho lƣợng tử hóa Giả sử có tín hiệu x  t  liên tục, thông tin xung muốn truyền tín hiệu x  t  ta truyền giá trị rời rạc nó, lấy thời điểm nTs x  nTs  , Ts đƣợc quy định định lý lấy mẫu Nếu trực tiếp phát xung có biên độ tỷ lệ với x  nTs  điều biên xung thơng thƣờng Trên đồ thị hàm x  t  ta chia trục tung thành khoảng x  S , từ đến N (N số nguyên dƣơng) Các khoảng x khác nhau, để đơn giản ta chia khoảng x Nhƣ biểu diễn trị số x  nTs  số từ  N thời điểm nTs Nếu khơng phát xung có biên độ tỷ lệ trực tiếp với x  nTs  , mà trƣớc hết tiến hành qui tròn số thành số nguyên xn gần với nhất, nghĩa thay số số nguyên theo qui luật: 51 1 xn1  x  xn  xn1  x 2 (3.5) Nhƣ thay việc phát giá trị rời rạc x  nTs  số ngun qui trịn xn, q trình đƣợc gọi q trình lƣợng tử hố việc phát xung có biên độ tỷ lệ với số nguyên xn gọi điều biên xung lƣợng tử hoá Do việc truyền tin tức liên tục x  t  đƣợc thay truyền tập hợp số nguyên Khoảng x chia trục tung đƣợc gọi bƣớc lƣợng tử hoá, suốt trục tung, gọi q trình lƣợng tử hố đều, biến thiên theo qui luật Tồn bƣớc lƣợng tử hoá từ  N gọi thang lƣợng tử hố Hình 3-10 a) Minh họa cho tín hiệu lƣợng tử hóa với nhiễu cộng; b) Tín hiệu sau tái lƣợng tử hóa * Mục đích lượng tử hoá:  Để thực điều xung mã: sử dụng tập hợp số nguyên để ký hiệu tin tức gọi mã hoá tin tức  Lƣợng tử hố có tác dụng t ng tính chống nhiễu Giả sử ta phát tín hiệu x  t  thu đƣợc tín hiệu y  t  Nếu thu lý tƣởng y t   x t  Nhƣng có tác động nhiễu, nên ta có: y t   x t    t  (3.6) Nếu ta thực lƣợng tử hố tín hiệu phát tập xn Giả thiết cƣờng độ lớn nhiễu max, ta chọn bƣớc lƣợng tử hoá : x   max Từ (3.4) (3.5) ta có tín hiệu thu đƣợc là: 52 (3.7) 1 xn  x  xn   max  yn  xn   max  xn  x 2 (3.8) Do tín hiệu phát tập số nguyên xn , nên tín hiệu thu đƣợc yn không bị lẫn với - mẫu gần với xn Tức cho phép khử đƣợc nhiễu ngẫu nhiên Tuy nhiên lƣợng tử hoá lại xuất vấn đề khác, sai số xuất - q trình qui trịn giá trị x  nTs  , gọi sai số lƣợng tử hoá Nhƣng nhiễu lƣợng tử hoá khác với nhiễu ngẫu nhiên chỗ biết qui luật nó, khắc phục đƣợc, chẳng hạn nhƣ sử dụng phƣơng pháp lƣợng tử hoá không - Một ƣu điểm lƣợng tử hóa khắc phục đƣợc tích lũy nhiễu thông tin đƣờng dài Ngƣời ta đặt trạm chuyển tiếp suốt dọc hệ thống thông tin đƣờng dài, trạm thu tín hiệu trạm trƣớc, lƣợng tử hóa phát tiếp đi, cách ngƣời ta loại bỏ đƣợc nhiễu tích lũy - Giả sử tín hiệu lƣợng tử hóa đƣợc truyền đến trạm lặp, chịu ảnh hƣởng nhiễu nên bị méo nhƣ vẽ Hình 3-10a Cho tín hiệu vào lƣợng tử hóa lần gọi tái lƣợng tử hóa (requantizer), đầu lúc đƣợc Hình 3-10b Quan sát hình ta thấy rõ ràng lỗi xuất biên độ nhiễu vƣợt nửa kích thƣớc bƣớc nhiễu hoàn toàn bị loại bỏ biên độ dƣới nửa kích thƣớc bƣớc Vậy cách t ng kích thƣớc bƣớc ta giảm bớt tích luỹ nhiễu Tuy nhiên t ng kích thƣớc bƣớc dẫn đến t ng sai khác tín hiệu gốc tín hiệu lƣợng tử hóa Sai khác gọi nhiễu lƣợng tử hóa (quantizing noise) Ta tính đƣợc cơng suất trung bình S2 P  nhiễu lƣợng tử hóa q 12 Rõ ràng nhiễu lƣợng tử hóa t ng kích thƣớc bƣớc t ng ngƣợc lại Lƣợng tử hóa kh ng Từ công thức xác định Pq ta thấy cơng suất trung bình nhiễu lƣợng tử hóa phụ thuộc vào kích thƣớc bƣớc S Nếu kích thƣớc bƣớc khơng thay đổi tỷ số S/N nhỏ tín hiệu có biên độ nhỏ lớn tín hiệu có biên độ lớn Để đạt đƣợc tỷ số S/N đồng mà không làm t ng số mức lƣợng tử hóa tiến hành lƣợng tử hóa khơng với kích thƣớc bƣớc lƣợng tử hóa thay đổi: kích thƣớc bƣớc nhỏ tín hiệu có biên độ nhỏ ngƣợc lại Sự thay đổi kích thƣớc bƣớc hữu hiệu tín hiệu thoại, tín hiệu có 50% thời gian tồn với biên độ nhỏ 1/4 giá trị hiệu dụng Hình 3-11 ví dụ thay đổi kích thƣớc bƣớc Để thực lƣợng tử hóa khơng đều, trƣớc hết cho tín hiệu tƣơng tự qua khuếch đại n n phi tuyến gọi nén (compressor), vào mã hóa PCM sử dụng lƣợng tử hóa Gọi tín hiệu vào n n s (t), tín hiệu nén s (t), quan hệ s (t) s (t) đƣợc Smith tìm vào n m 1957 nhƣ sau: s2  t    ln   s1  t  ln 1    53  (3.9) Ở giá trị đỉnh s (t) s (t) ±1, μ số dƣơng Phƣơng pháp n n nhƣ gọi n n luật μ Mạng điện thoại số nƣớc nhƣ Hoa Kỳ, Canada, Nhật sử dụng n n luật với μ= 255 Một luật n n khác gọi luật A, sử dụng chủ yếu châu u, Cattermole tìm n m 1969:  A s1  t    ln A  s2  t    1  ln A s1  t    ln A   Với A  s1  t    A (3.10) s1  t   A 87.6, Dunlop Smith chứng minh rằng: so với lƣợng tử hóa tỷ số (S/N) t ng đƣợc 24 dB x A t ng 38 dB x A Với luật μ, tỷ số (S/N) t ng chút so với luật A Cả luật n n A μ có quan hệ vào-ra quan hệ loga Do vậy, đặc tuyến n n luật A μ có dạng gần giống Đó đặc tuyến dạng loga Hình 3-11 Đặc tu ến nén – giãn: a) Đặc tu ến lƣợng tử hóa M=8 (b) Đặc tu ến luật A 54 sij   Tb 0 si  t   j  t  dt  Eb cos  2 fit  cos 2 f j t Tb Tb  E  b 0  (5.37) i j i j Do hệ thống FSK nhị phân đƣợc đặc trƣng khơng gian tín hiệu chiều, với điểm tín hiệu đƣợc xác định vectơ tín hiệu sau (hình 5.18):  E  s1   b    (5.38)   s2     Eb  (5.39) 2 Eb Z2 Eb 1 Z1 Hình 5-17 Sơ đồ khơng gian tín hiệu hệ thống FSK nhị phân Vectơ x biểu diễn tín hiệu thu x  t  có phần tử x1 , x2 ƣợc xác định nhƣ sau: x1  x2  Tb x  t  1  t  dt (5.40) Tb x  t  2  t  dt (5.41) 0 0 Khi tính đến ảnh hƣởng nhiễu trắng Gaussian n  t  , x  t   s1  t   n  t  x  t   s2  t   n  t  tùy thuộc vào bit phát hay Nguyên tắc định đƣợc thực theo cách sau: chia không gian tín hiệu thành vùng Z1 Z2 nhƣ hình 5.18 Bộ thu định bit 1, x1  x2 (tức vectơ x  Z1), ngƣợc lại bit 0, x1  x2 (tức vectơ x  Z2) 102 Tƣơng tự, ta xác định đƣợc xác suất lỗi có điều kiện phát bit là: Pe(0) Pe    P(l>0|phát bit 0)    Eb /2 N z   exp  z dz  Eb  erfc   2N  đó: (5.42) (5.43)    l  Eb N0 l  x1  x2 Và xác suẩt lỗi có điều kiện phát bit là: Pe 1   Eb erfc   2N     (5.44) Vậy xác suất lỗi trung bình hay cịn gọi tốc độ lỗi bit FSK nhị phân là: Pe   Eb erfc   2N     (5.45) Nhƣ để hệ thống FSK nhị phân có tốc độ lỗi bit nhƣ PSK, hệ thống FSK nhị phân cần t ng gấp đơi tỷ số Eb/N0  Phổ tín hiệu điều chế FSK Do tín hiệu FSK coi nhƣ tổng tín hiệu ASK xen kẽ, đƣợc điều chế với tần số sóng mang f1 f2 Vì thể phổ tín hiệu FSK tổng phổ tín hiệu ASK f1 f2, khơng có thành phần chiều PSD 2 1 Hình 5-18 PSD tín hiệu PSK  Tạo tách sóng tín hiệu FSK nhị phân Sơ đồ điều chế tín hiệu FSK nhị phân đƣợc biểu diễn hình 5.19a Dãy liệu vào đƣợc đƣa vào mã hóa đƣờng truyền đơn cực, đầu bit ứng với mức Eb V bit ứng với mức 0V Ở phía phát tạo dao động phải đồng để đảm bảo hàm 1(t) 2(t) trực giao 103 p (t) Bộ mã hóa đƣờng truyền Dãy liệu nhị phân 1  t   Bộ đảo cos  2 f1t  Tb  T/h FSK nhị phân pt cos  2 f 2t  Tb 2  t   (a)  Tb x dt  1(t) x(t)  Tb + Bộ định chọn l >0 chọn l Eb Chọn x1 < Eb Eb (b) Hình 5-22 Sơ đồ khối phát (a) thu (b) ASK nhị phân 5.4 THÔNG TIN M MỨC 5.4.1 Khái niệm th ng tin M mức Trong thông tin số ngƣời ta sử dụng số hữu hạn kí hiệu Chẳng hạn trƣờng hợp nhị phân ngƣời ta sử dụng kí hiệu Nhƣng biến đổi dãy tin thành khối tin k log2M bit nhị phân sử dụng M 2k kí hiệu để truyền thơng tin Nhƣ kí hiệu mang lƣợng thông tin tƣơng đƣơng với k bit nhị phân Các hệ thông tin đƣợc gọi thông tin M mức Trong trƣờng hợp phải t ng cơng suất phát độ rộng b ng thông kênh để đảm bảo có đƣợc một mức tiêu chất lƣợng Ví dụ: x t hệ thống M mức với M nhƣ hình 5.23 106 Biên độ 1V 11 -1V 01 2V 10 -2V 00 -1 -2 t (ms) 43 (a) (b) Hình 5-23 Tín hiệu xung có mức điện áp khác Ở ta sử dụng kí hiệu để truyền tin Mã hóa mức biên độ bit nhị phân (k log2M), với M k 2, nhƣ khối tin b ng bit nhị phân (hình 5.24b) Do để truyền dãy n bit liệu ta cần truyền n/2 xung 4- trị Nghĩa kí hiệu 4-trị truyền thơng tin bit nhị phân, tức t ng tốc độ truyền tin, ngƣợc lại phải trả giá cơng suất phát b ng thơng Khi tín hiệu đƣợc tạo cách thay đổi biên độ, pha tần số sóng mang thành M mức khác nhau, có sơ đồ điều chế số M-ASK, M-PSK MFSK tƣơng ứng 5.4.2 Điều chế pha số M mức (M-PSK) Trong hệ thống PSK M mức pha sóng mang M giá trị khác : i = 2i/M với i 0, 1, 2, , M-1 Do tín hiệu phát đƣợc biểu diễn dƣới dạng: si  t   đó: 2E 2 i   cos  2 f0t   T M   i  0,1, , M  (5.54) E n ng lƣợng kí hiệu T = nTb độ rộng kí hiệu Nhƣ pha xung lân cận khác 2/M Nên có tác động nhiễu, xung bị lệch q /M gây lỗi Tín hiệu M-PSK đƣợc biểu diễn khơng gian tín hiệu chiều nhƣ hình 5.24 Xác suất lỗi kí hiệu thu tín hiệu M-PSK là:  E    Pe  erfc  sin     N  M    M 4 (5.55) Bộ thu tối ƣu tín hiệu M-PSK đƣợc biểu diễn hình 5.25 Trong u cầu tần số pha sóng mang thu phải đồng xác với phía phát Độ rộng b ng thông kênh truyền đƣợc yêu cầu để truyền tín hiệu M-PSK là: B T 107 (5.56) B hay Rb log M (5.57) Do hiệu suất sử dụng b ng thơng kênh truyền tín hiệu M-PSK là:  Rb log M  B (5.58) 2  01 011 001 010 00 11 000 1 1 110 10 100 111 101 M=4 M=8 Hình 5-24 Sơ đồ khơng gian tín hiệu tín hiệu M-PSK  Tb x(t) dt xI Bộ tách pha cos(2f0t)  Tb dt Bộ biến đổi song song –nối tiếp Dãy liệu nhị phân xQ sin(2f0t) Hình 5-25 Sơ đồ khối thu tín hiệu M-PSK 5.4.3 Điều chế biên độ vu ng góc M mức (M-QAM) Điều chế biên độ vng góc M mức tổ hợp tín hiệu điều chế M-ASK MPSK Tín hiệu M-QAM đƣợc định nghĩa nhƣ sau: si  t    đó: E0  cos  2 f 0t   bi sin  2 f 0t   T  E0 ri cos  2 f 0t  i  T (5.59) i  1, 2, , M E0 n ng lƣơng tín hiệu với biên độ nhỏ ri  ai2  bi2 i   arctag 108 bi (5.60) (5.61) Với M-ASK i với i, ri khác Với M-PSK ri với i, i khác Các tín hiệu sở: 1  t   cos  2 f0t  T  t T (5.62) 2  t   sin  2 f0t  T  t T (5.63) Bộ tín hiệu nhƣ đƣợc biểu diễn khơng gian tín hiệu nhƣ hình 5.26 2 000 000 001 001 100 100 101 ri 101 i 1 110 110 111 111 010 010 011 011 Hình 5-26 Tín hiệu M-QAM với M = 16 Xác suất lỗi ký hiệu thông tin M-QAM là: Pe hay Pe  E0    1   erfc  N  M      3Ev   1  er fc     M  1 N0 M    (5.64)     (5.65) Ev giá trị trung bình n ng lƣợng phát Ev   M 1 E0 (5.66) Sơ đồ khối hệ thống M-QAM đƣợc biểu diễn hình 5.27 Bộ biến đổi nối tiếp – song song: từ dãy nhị phân có tốc độ bit Rb tạo dãy nhị phân song song có tốc độ bit Rb/2 Bộ biến đổi 2-L mức: tạo tín hiệu có L mức 109 Biến đổi 2-L Dãy liệu nhị phân Biến đổi nối tiếp – song song cos  2 f0t  T/h MQAM  Biến đổi 2-L sin  2 f0t  (a)  T Bộ định dt cos(2f0t) (L-1)ngƣỡng x(t)  T Bộ biến đổi song songnối tiếp Dữ liệu nhị phân Bộ định dt (L-1)ngƣỡng sin(2f0t) (b) Hình 5-27 Sơ đồ khối phát (a) thu (b) tín hiệu M-QAM 5.4.4 Điều chế tần số M mức (M-FSK) Trong hệ thống điều chế tần số M mức (M-FSK), tín hiệu phát đƣợc định nghĩa nhƣ sau: si  t   đó: 2E   cos   nc  i  t  T T   t T (5.67) i = 1,2, , M f0 = nc/2T tần số sóng mang E T n ng lƣợng độ rộng tín hiệu phát - Xác suất lỗi kí hiệu tách sóng khơng liên kết tín hiệu M-FSK là: Pe  M 1  k 1  1k 1 k 1  M  1! exp   kE     M   k !k !   k 1 N0  (5.68) Bộ thu tối ƣu tín hiệu M-FSK mở rộng thu tín hiệu FSK nhị phân - Hiệu suất b ng thông kênh truyền : Độ rộng b ng thông kênh truyền đƣợc yêu cầu để phát tín hiệu M-FSK là: B M 2T 110 (5.69) B hay Rb M log M (5.70) Do hiệu suất sử dụng b ng thơng kênh truyền tín hiệu M-FSK là:  Rb 2log M  B M 111 (5.71) C U HỎI CUỐI CHƢƠNG Câu hỏi 5.1: Nêu yếu tố cần xem x t chọn loại mã đƣờng Câu hỏi 5.2: Hãy so sánh đặc điểm loại mã đƣờng truyền Biplolar so với Unipolar Polar Câu hỏi 5.3.: Hãy so sánh đặc điểm loại mã đƣờng truyền Manchester HDB3 Câu hỏi 5.4: Hãy tạo vẽ đồ thị thời gian mã đƣờng truyền Unipolar RZ, Polar RZ, AMI, CMI cho chuỗi tín hiệu nhị phân sau : 101100001010011 Câu hỏi 5.5: Hãy tạo vẽ đồ thị thời gian mã đƣờng truyền Manchester, CMI, AMI cho chuỗi tín hiệu nhị phân sau : 101100001010011 Câu hỏi 5.6: Hãy tạo vẽ đồ thị thời gian mã đƣờng truyền HDB-3 cho chuỗi tín hiệu nhị phân sau (biết độ rộng xung 50% khe thời gian 1bit) : 011000000000101000011 Câu hỏi 5.7: Hãy nêu nguyên tắc, sơ đồ khối, vẽ dạng xung ứng với chuỗi liệu sau dạng điều chế BASK, BFSK, BPSK : 1 0 1 Câu hỏi 5.8: Hãy nêu nguyên tắc, sơ đồ khối, khơng gian tín hiệu dạng điều chế 8PSK, 4QAM Câu hỏi 5.9: Hãy nêu khái niệm tƣợng ISI Truyền liệu nhị phân sử dụng xung nhị phân k p, giá trị mẫu thu đƣợc : 0 -2 0 -2 0 -2 2 -2 a Hãy giải thích có lỗi định b Có thể đốn đƣợc chuỗi bit truyền không ? Hãy chuỗi có thể, giả sử có nhiều lỗi định Câu hỏi 5.10: Truyền liệu nhị phân sử dụng xung nhị phân k p, giá trị mẫu thu đƣợc : -2 -2 0 -2 0 0 -2 a Hãy giải thích xem có lỗi định khơng ? b Nếu khơng có lỗi định, xác định chuỗi bit thu đƣợc 112 PHỤ LỤC I MỘT SỐ HÀM ĐẶC BIỆT [ ] tích vơ hƣớng trung bình thời gian * Tích chập a* Liên hợp phức a I Một số tín hiệu  Tín hiệu (delta) Dirac   s  t    t  dt  s  0  với s  t  hàm liên tục t  Ngồi cịn có định nghĩa khác:     t  dt  (t)   , t  0 , t   t    Một số tính chất tín hiệu Dirac:   s  t    t  t  dt  s t  0    s  t  t   t  dt  s t  0  A  t   A  t  A  t   0, t  A  t  t0   B  t  t0    A+B    t  t0   Tín hiệu bƣớc nhả đơn vị 1,0,  u t     0 , 1,0,  sgn  t   0, 1,0  1,0 t 0 t 0 t t0 1,0 t 0 t 0 t0 t -1,0 Mối quan hệ tín hiệu Dirac tín hiệu bƣớc nhảy đơn vị: 113 du  t    t  dt t      d   u t  Và   Tín hiệu chữ nhật: 1,    t      0  t T    t  ,5 1,0 t  ,5 1, 1       0 t  ,5 -½ t T  /  t T  / 1,0 t T  /  T Tín hiệu tam giác 1  t ,  t    0, t   t +½ t 1,0 t  1,0 t  1,0  t  1  ,     0 , -1,0 t  +1,0 t 1,0 t  -  t  Tín hiệu dốc đơn vị (unit ramp): t, t  r t    0 , t  0  t Tín hiệu hàm mũ:  Ae at , t  t1 x t    t  t1 0 , 0