Bài giảng truyền thông số

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 LỜI MỞ ĐẦU Trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu lịch sử phát triển ngƣời, phần quan trọng kết cấu xã hội Ngày nay, với phát triển thành tựu khoa học kỹ thuật, làm thay đổi sống ngƣời, làm thay đổi thói quen nhƣ: học tập, làm việc, giao tiếp, buôn bán, xem phim, nghe nhạc,… Để có đƣợc thành phải kể đến phát triển ngành công nghiệp điện tử số đặc biệt quan trọng lĩnh vực truyền thơng số Có thể nói hầu hết thiết bị điện tử dùng có mặt truyền thông số Quyển sách bao gồm vấn đề hệ thống truyền thơng số nhằm mục đích phục vụ u cầu học tập nghiên cứu sinh viên Điện – Điện tử, Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thơng Nội dung giảng bao gồm chƣơng với nội dung: Chƣơng 1: Giới thiệu chung hệ thống truyền thơng số Chƣơng 2: Lý thuyết tín hiệu hệ thống Chƣơng 3: Các kỹ thuật mã hóa dạng sóng Chƣơng 4: Các kỹ thuật gh p kênh đa truy nhập Chƣơng 5: Các nguyên lý truyền liệu số Phần phụ lục: Một số hàm đặc biệt Bài giảng “Truyền thông số” lần đƣợc biên soạn dựa đề cƣơng môn học “Truyền thông số” Học viện Cơng nghệ BCVT, q trình biên soạn, chắn giảng có nhiều thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp bạn đọc Các ý kiến đóng góp xin gửi về: Ngơ Đức Thiện – Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học viện Công nghệ BCVT Email: Thiennd@ptit.edu.vn Hà Nội, tháng năm 2014 Nhóm tác giả MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN THÔNG SỐ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Hệ thống truyền thông 1.1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển truyền thông số 1.2 CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 11 1.3 CÁC KÊNH THƠNG TIN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KÊNH THÔNG TIN 15 1.3.1 Các kênh dây dẫn 15 1.3.2 Các kênh cáp quang 17 1.3.3 Các kênh vô tuyến 17 1.3.4 Các kênh truyền sóng âm dƣới nƣớc 20 1.3.5 Các kênh lƣu trữ liệu 21 1.3.6 Một số tác động kênh truyền 21 1.4 MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO CÁC KÊNH THƠNG TIN 22 1.4.1 Kênh nhiễu cộng 23 1.4.2 Kênh lọc tuyến tính 23 1.4.3 Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian 24 1.5 ƢU ĐIỂM CỦA TRUYỀN THÔNG SỐ 25 C U HỎI CUỐI CHƢƠNG 25 CHƢƠNG LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG 26 2.1 TÍN HIỆU VÀ BIỂU DIỄN TÍN HIỆU 26 2.1.1 Giới thiệu 26 2.1.2 Các tín hiệu tuần hoàn 28 2.1.3 Mật độ phổ n ng lƣợng mật độ phổ công suất 29 2.1.4 Chuỗi trực giao biểu diễn cho tín hiệu nhiễu 29 2.1.5 Các hàm tƣơng quan 30 2.2 TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN VÀ NHIỄU 31 2.2.1 Bản chất ngẫu nhiên tín hiệu nhiễu 31 2.2.2 Định nghĩa phân loại nhiễu 31 2.3 CÁC HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH 33 2.3.1 Tính chất hệ thống tuyến tính 33 2.3.2 Mô tả miền thời gian hệ thống tuyến tính 35 2.3.3 Mô tả miền tần số 39 2.3.4 Tín hiệu ngẫu nhiên hệ thống tuyến tính 40 C U HỎI CUỐI CHƢƠNG 42 CHƢƠNG CÁC KỸ THUẬT MÃ HÓA DẠNG SÓNG 46 3.1 LÝ THUYẾT LẤY MẪU 46 3.2 ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ (Pulse Code Modulation - PCM) 46 3.2.2 Lƣợng tử hoá 51 3.2.3 Mã hóa 55 3.2.4 Bộ tạo lại 56 3.2.5 Giải mã: 56 3.2.6 Khơi phục tín hiệu 56 3.2.7 Một số đặc điểm tín hiệu PCM 57 3.3 ĐIỀU CHẾ PCM VI SAI (DPCM) 57 3.4 ĐIỀU CHẾ DELTA (DM) 59 3.5 ĐIỀU CHẾ DELTA THÍCH NGHI (Adaptive DM - ADM) 62 3.6 NHIỄU KÊNH VÀ XÁC SUẤT LỖI 64 3.7 MÃ HÓA TIẾNG NÓI TỐC ĐỘ THẤP 67 3.7.1 Điều chế xung mã vi sai thích nghi (ADPCM) 67 3.7.2 Mã hóa b ng thích nghi 70 C U HỎI CUỐI CHƢƠNG 72 CHƢƠNG KỸ THUẬT GH P KÊNH VÀ ĐA TRUY CẬP 76 4.1 GIỚI THIỆU 76 4.2 GH P KÊNH PH N CHIA THEO TẦN SỐ FDM 76 4.3 GH P KÊNH PH N CHIA THEO THỜI GIAN TDM 77 4.4 ĐA TRUY CẬP 78 4.4.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA 79 4.4.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 80 4.4.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 81 4.4.4 Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA 82 C U HỎI CUỐI CHƢƠNG 82 CHƢƠNG CÁC NGUYÊN LÝ TRUYỀN DỮ LIỆU SỐ 83 5.1 MÃ ĐƢỜNG TRUYỀN 83 5.1.1 Khái niệm chung 83 5.1.2 Mã RZ NRZ 85 5.1.3 Mã AMI (Alternate Mark Inversion) 88 5.1.4 Mã HDB-3 (High-Density Bipolar) 90 5.2 GIAO THOA KÝ HIỆU VÀ TIÊU CHUẨN NYQUIST ĐỂ KHƠNG CĨ ISI 92 5.2.1 Giao thoa kí hiệu (Intersymbol interference - ISI) 92 5.2.2 Tiêu chuẩn Nyquist 93 5.3 CÁC DẠNG ĐIỀU CHẾ SỐ 97 5.3.1 Giới thiệu 97 5.3.2 Điều chế pha số nhị phân- PSK 98 5.3.3 Điều chế tần số nhị phân FSK 101 5.3.4 Điều chế biên độ số ASK 104 5.4 THÔNG TIN M MỨC 106 5.4.1 Khái niệm thông tin M mức 106 5.4.2 Điều chế pha số M mức (M-PSK) 107 5.4.3 Điều chế biên độ vng góc M mức (M-QAM) 108 5.4.4 Điều chế tần số M mức (M-FSK) 110 PHỤ LỤC I MỘT SỐ HÀM ĐẶC BIỆT 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều A/D ADC Analogue to Digital Converter Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ APK Amplitude /Phase keying Điều chế biên độ /pha ASK Amplitude Shift keying Khóa dịch chuyển (điều chế) biên độ ATM Asynchrous Transfer Mode Truyền không đồng BER Bit Error Ratio /Rate Tỷ lệ lỗi bit BFSK Binary Frequency Shift Keying Khóa dịch chuyển tần số nhị phân BPSK Binary Pha Shift Keying Khóa dịch chuyển pha nhị phân BRZ Bipolar Return to Zero Nhị phân trở CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CIR Carrier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang giao thoa CNR Carrier-to-Noise Ratio Tỷ số sóng mang nhiễu CMI Coded Mark Inversion Mã đảo dấu CODEC Coder /Decoder Bộ mã hóa /Giải mã CRC Cyclic Redundancy Check Mã cyclic kiểm tra dƣ DAC Digital to Analogue Converter Bộ chuyển đổi số - tƣơng tự DC Direct Current Dòng điện chiều DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DM Delta Modulation Điều chế Delta DPCM Differential Pulse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai DPSK Differential Phase Shift Keying Khóa dịch pha vi sai DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số FDM Frequency Division Multiplex Gh p kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FFT Fasst Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn FM Frequency Modulation Điều tần FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần FT Fourier Transform Biến đổi Fourier HF High Frequency Tần số cao IF Intermediate Frequency Trung tần ISI Inter-sysbol Interference Giao thoa ký tự LAN Local Area Network Mạng nội LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp MFSK Multiple Frequency Shift Keying Khóa dịch đa tần MODEM Modulatior/ Demodulatior Bộ điều chế /giải điều chế MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia ảnh động MPSK M – sysbol Phase Shift Keying Khóa dịch pha M-ký tự NRZ Non-Return to Zero Khơng trở OFDM Orthogonal Frequency Division Mutiplex Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OOK On- Off Keying Khóa On-off PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung PLL Phase Locked Loop Vịng khóa pha PM Phase Modulation Điều chế pha PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phƣơng QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phƣơng RX Receive Thu RZ Return to Zero Trở SNR Signal –to – Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu STR Symbol Timing Recovery Khơi phục thời gian ký hiệu TX Transmit Phát UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao VHF Very High Frequency Tần số cao CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN THÔNG SỐ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Hệ thống tru ền th ng Truyền thông đƣợc định nghĩa việc truyền thay đổi thông tin Viễn thông (một khái niệm hẹp hơn) việc truyền thông qua khoảng cách xa khoảng cách bình thƣờng mà khơng có tác động nhân tạo Các tác động bao gồm điện, điện tử, quang học, truyền dẫn tín hiệu qua dây dẫn, cáp quang không gian tự sóng điện từ Cuộc sống đại cần có nhu cầu truy nhập phƣơng tiện truyền thông cách tin cậy, kinh tế hiệu Chúng ta sử dụng hệ thống truyền thông, đơn giản nhƣ mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), để kết nối ngƣời giới Điện thoại ví dụ truyền thông điểm đển điểm thƣờng truyền theo hai chiều Một dạng truyền thông khác (chỉ truyền theo chiều) truyền hình phát quảng bá Trong hệ thống thông tin đƣợc truyền từ địa điểm nhƣng đƣợc thu nhiều điểm sử dụng thu độc lập Đây ví dụ truyền thơng điểm đến nhiều điểm Các hệ thống truyền thông ngày đƣợc sử dụng rộng rãi Ví dụ hệ thống dẫn đƣờng truyền tín hiệu máy phát máy thu để xác định vị trí xe tải, dẫn đƣờng điều khiển di chuyển Các hệ thống cảnh báo cho đƣờng sắt một ví dụ đơn giản hệ thống truyền thông Bảng 1.1 Các kiện quan trọng lịch sử phát triển tru ền th ng điện tử Năm Sự kiện Ngƣời phát minh Dạng thông tin Morse Số Bell Tƣơng tự 1837 Điện báo dây 1875 Điện thoại đƣợc phát minh 1897 Chuyển mạch tự động bƣớc Strowger 1901 Điện báo vô tuyến Marconi Số 1905 Điện thoại vô tuyến Fessenden Tƣơng tự 1907 Phát quảng bá USA Tƣơng tự 1918 Máy thu vô tuyến đổi tần đƣợc phát minh Armstrong Tƣơng tự 1928 Truyền hình đƣợc giới thiệu Farnsworth Tƣơng tự 1928 Lý thuyết truyền tín hiệu điện báo Nyquist Số 1928 Truyền dẫn thông tin Hartley Số 1933 FM đƣợc giới thiệu Armstrong Tƣơng tự 1934 Radar Kuhnold 1937 Đề xuất PCM Reeves Số 1939 Truyền hình quảng bá thƣơng mại BBC Tƣơng tự 1943 Bộ lọc tƣơng thích North Số 1945 Vệ tinh địa tĩnh đƣợc đề xuất Clarke 1948 Lý thuyết thông tin 1955 Vô tuyến mặt đất 1960 Laser đời 1962 Thông tin vệ tinh đƣợc thiết lập TELSTAR I Tƣơng tự 1963 Thông tin vệ tinh địa tĩnh SYNCOM II Tƣơng tự 1966 Đề xuất cáp quang 1966 Chuyễn mạch gói 1970 Mạng liệu kích thƣớc trung bình 1970 LAN, WAN MAN 1971 Đề xuất khái niệm ISDN 1974 Khái niệm Internet 1978 Vô tuyến tổ ong 1978 Hệ thống GPS Navstar hoạt động 1980 Mơ hình tham chiếu lớp OSI 1981 HDTV đƣợc giới thiệu 1985 Truy nhập ISDN tốc độ (UK) 1986 SONET/ SDH đƣợc giới thiệu 1991 Shannon RCA Tƣơng tự Maiman Kao & Hockman Số ARPA/TYMNET Số Số CCITT Số Cert & Kahn Số Tƣơng tự Global Số ISO Số NHK, Nhật Bản Số BT Số USA Số Hệ thống tổ ong GSM Châu Âu Số 1993 Khái niệm PCN Toàn cầu Số 1994 Tiêu chuẩn IS-95 CDMA Qualcom Số Nhu cầu gia t ng dịch vụ truyền thống (truyền thơng thoại tƣơng tự) đóng vai trị quan trọng phát triển cơng nghệ viễn thông Sự phát triển kết hợp với tiến điện tử máy tính, cho ph p tạo cung cấp dịch vụ truyền thông hồn tồn (chủ yếu dựa cơng nghệ số) Hình 1-1 mơ tả q khứ dự đốn tƣơng lai phát triển lƣu lƣợng viễn thông Dung lƣợng Giá thành 100.000.000.000 1000 1.000.000.000 10.000.000 100.000 Cáp quang Cáp đồng trục FDM Cáp đôi 100 Radio 1.000 10 PCM Cáp đồng trục 10 Điện báo dùng cáp Giá thành cho 100km truyền dẫn Khả n ng truyền bits/s WDM Điện báo 1840 1880 1920 1960 2000 2040 Hình 1-1 Quá khứ dự đoán tƣơng lai phát triển lƣu lƣợng viễn th ng 1.1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển tru ền th ng số Có thể thấy dạng thông tin điện đời sớm điện báo (telegraphy), dạng hệ thống thông tin số Thông tin điện báo đƣợc Samuel Morse phát triển vào n m 1837, Morse chia mã nhị phân có độ dài thay đổi mà ký tự alphabet tiếng Anh đƣợc biểu diễn dấu chấm dấu gạch (các từ mã) Với mã này, ký tự xuất nhiều đƣợc biểu diễn từ mã ngắn, ký tự xuất đƣợc biểu diễn từ mã dài Sau gần 40 n m, vào n m 1875, Emile Baudot sử dụng từ mã nhị phân có độ dài cố định để biểu diễn ký tự Trong mã Baudot, mã nhị phân có độ dài cố định đƣợc phân cách dấu chấm dấu cách Mặc dù Morse đƣợc coi ngƣời phát triển hệ thống truyền thơng số (điện báo), nhƣng coi bắt đầu hệ thống truyền thông số đại nhƣ ngày nghiên cứu Nyquist (1924), ông nghiên cứu đến vấn đề xác định tốc độ tín hiệu lớn truyền qua kênh điện báo với b ng tần cho trƣớc mà khơng có giao thoa ký tự Ơng xây dựng đƣợc mơ hình hệ thống điện báo truyền dẫn tín hiệu dạng tổng quát nhƣ sau: s t    an g t  nT  (1.1) n Trong g  t  dạng xung an  chuỗi liệu nhị phân dạng 1 truyền dẫn với tốc độ 1/T bits/ s Nyquist xác định đƣợc dạng xung tối ƣu có b ng tần giới hạn đến W Hz tốc độ bit tối đa với điều kiện xung không gây giao thoa ký tự thời gian lấy mẫu k / T , k  0, 1, 2, Các nghiên cứu ông cho thấy tốc độ xung tối đa 2W xung/s Tốc độ ngày gọi tốc độ Nyquist Ngoài ra, tốc độ xung tính 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 không 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 khơng 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 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 đôi 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 Bộ mã hóa đƣờng truyền Dãy liệu nhị phân 1  t   Bộ đảo cos  2 f1t  Tb  pt T/h FSK nhị phân cos  2 f 2t  Tb 2  t   (a)  Tb 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 thơng tin tƣơng đƣơng với k bit nhị phân Các hệ thông tin đƣợc gọi thông tin M mức Trong trƣờng hợp phải t ng công 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 -1 -2 t (ms) 1V 11 -1V 01 2V 10 -2V 00 (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 công 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 : với i i = 2i/M 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 /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    sin    Pe  erfc   N  M    M 4 (5.55) Bộ thu tối ƣu tín hiệu M-PSK đƣợc biểu diễn hình 5.25 Trong yêu cầu tần số pha sóng mang thu phải đồng xác với phía phát Độ rộng b ng thơng 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  011 001 010 01 00 11 000 1 110 1 10 100 111 101 M=4 M=8 Hình 5-24 Sơ đồ khơng gian tín hiệu tín hiệu M-PSK  Tb  Tb x(t) dt xI Bộ tách pha cos(2f0t) dt xQ Bộ biến đổi song song –nối tiếp Dãy liệu nhị phân 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 2 000 000 001 001 100 100 101 101 ri i 110 110 111 111 010 010 011 011 1 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 x(t) Bộ định dt cos(2f0t) (L-1)ngƣỡng  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 khơng ? 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    1,0 t  ,5 t  ,5 1, 1       0 t  ,5 -½ t T  /  1,0 t T  / 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    t Tín hiệu hàm mũ:  Ae at , t  t1 x t    t  t1 0 , 0