4 truyền dữ liệu chương 4 mã hóa và điều chế

Giảng viên: Lê Văn Dũng  Khái niệm mã hóa điều chế + Mã hóa điều chế hai kỹ thuật sử dụng để cung cấp phương tiện ánh xạ thông tin liệu thành dạng sóng khác để máy thu khơi phục thơng tin đáng tin cậy  Mã hóa (Coding) + Mã hóa q trình liệu chuyển đổi sang định dạng kỹ thuật số để truyền lưu trữ hiệu + Mã hóa chủ yếu sử dụng máy tính bao gồm việc xếp chuỗi ký tự chữ cái, dấu câu, số số ký hiệu khác thành định dạng chuyên biệt nhằm mục đích truyền lưu trữ hiệu Đây hoạt động phổ biến thực hầu hết hệ thống truyền thông không dây  Điều chế (Modulation) + Điều chế cách tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền thơng tin qua phương tiện định Ví dụ, âm truyền qua khơng khí truyền khoảng cách giới hạn tùy thuộc vào lượng điện tiêu thụ + Để kéo dài khoảng cách, cần có phương tiện thích hợp đường dây điện thoại đài (không dây) Điều chế chia thành hai loại phụ dựa q trình điều chế: - Điều chế sóng liên tục: AM, FM, PM - Điều chế mã xung (PCM)  Phân biệt mã hóa điều chế + Điều chế thay đổi tín hiệu cịn mã hóa biểu diễn tín hiệu + Mã hóa chuyển đổi liệu kỹ thuật số tương tự sang tín hiệu kỹ thuật số, điều chế chuyển đổi liệu kỹ thuật số tương tự sang tín hiệu tương tự + Mã hóa sử dụng để đảm bảo truyền lưu trữ hiệu quả, điều chế sử dụng để gửi tín hiệu qng đường dài + Mã hóa chủ yếu sử dụng máy tính ứng dụng đa phương tiện, điều chế sử dụng phương tiện truyền thông đường dây điện thoại sợi quang + Mã hóa việc gán mã nhị phân khác theo thuật toán cụ thể, điều chế thay đổi thuộc tính tín hiệu theo đặc tính định (Biên độ, Tần số Pha) tín hiệu khác Conversion methods Digital / Digital Analog / Digital Digital / Analog Analog / Analog  Chuyển đổi liệu số - tín hiệu số  Chuyển đổi liệu tương tự - tín hiệu số  Chuyển đổi liệu số - tín hiệu tương tự  Chuyển đổi liệu tương tự - tín hiệu tương tự Tổng quan + Chuyển đổi Digital – Digital đề cập đến kỹ thuật chuyển đổi liệu số thành tín hiệu số + Các kỹ thuật chuyển đổi gồm: + Mã hóa đường truyền (Line Coding) + Mã khối (Block Coding) + Xáo trộn (Scrambling) + Trong kỹ thuật kỹ thuật mã hóa đường truyền cần thiết Kỹ thuật mã hóa đường truyền + Là q trình chuyển đổi chuỗi bit thành tín hiệu số (digital signal) + Tại máy phát (sender), liệu số mã hóa thành tín hiệu số Tại máy thu (receiver), liệu số tái tạo lại cách giải mã tín hiệu kỹ thuật số Kỹ thuật mã hóa đường truyền  Đơn vị liệu đơn vị tín hiệu + Đơn vị liệu (Data element): Là thành phần nhỏ mang thơng tin Nó bit + Đơn vị tín hiệu (Signal element): Là đơn vị ngắn (theo thời gian) thể tín hiệu số Như vậy: Dữ liệu thứ cần gửi đi, tín hiệu thứ thực gửi Một đơn vị tín hiệu mang nhiều đơn vị liệu Ví dụ: Ta hiểu, đơn vị liệu giống hành khánh Đơn vị tín hiệu giống xe cộ Một xe mang nhiều hành khách  Đơn vị liệu đơn vị tín hiệu + Ta định nghĩa số tỉ lệ r: Là số đơn vị liệu mang đơn vị tín hiệu + TH1 (a): Một đơn vị tín hiệu mang đơn vị liệu + TH2 (b): Hai đơn vị tín hiệu mang đơn vị liệu + TH3 (c): Một đơn vị tín hiệu mang hai đơn vị liệu + TH4 (d): Ba đơn vị tín hiệu mang bốn đơn vị liệu  Tốc độ liệu tốc độ tín hiệu + Tốc độ liệu: Là số đơn vị liệu (số bit) gửi giây Đơn vị bit per second (bps) + Tốc độ tín hiệu: Là số đơn vị tín hiệu gửi giây Đơn vị baud (bd) Mục tiêu truyền liệu: tăng tốc độ liệu giảm tốc độ tín hiệu Tăng tốc độ liệu làm tăng tốc độ truyền; giảm tốc độ tín hiệu làm giảm yêu cầu băng thơng Ví dụ: Trong mối quan hệ hành khách phương tiện, cần chở nhiều hành khách với phương tiện để tránh tắc đường kích thước đường (băng thơng) hạn chế  Q – PSK (4 – PSK)  Băng thông QPSK: Giống băng thông ASK BQPSK  (1  d)  S  R baud  Ưu điểm QPSK: Không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, băng thơng cho trước tốc độ liệu lớn tốc độ phương pháp điều chế khác  Giản đồ trạng thái pha QPSK: 01 DiBit Phase 00 01 90 10 180 11 270 00 10 11 Giản đồ trạng thái pha  Phương pháp điều chế pha: 2n – PSK  Điều chế 2n-PSK phương pháp điều chế tổng quát có n bit biểu diễn pha Khoảng cách pha 3600/2n  Như vậy, ta phát triển lên 8-PSK Với góc pha khác nhau, dùng ba bit (tribit), theo quan hệ số bit tạo với góc pha luỹ thừa Dùng 8-PSK cho phép truyền nhanh gấp lần so với 2-PSK  Giản đồ trạng thái pha 8-PSK: TriBit Phase 000 001 45 010 90 011 135 100 180 101 225 110 270 111 315 Giản đồ trạng thái pha 010 001 011 100 000 101 111 110 d QAM (Quadrature Amplitude Modulation) + Đây phương pháp điều chế kết hợp ASK PSK (Cả biên độ pha sóng mang thay đổi theo liệu vào) + Mục đích việc kết hợp ASK PSK để khai thác tối đa khác biệt đơn vị tín hiệu  Băng thông: Băng thông tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM giống ASK PSK, đồng thời QAM thừa hưởng ưu điểm PSK so với ASK Ví dụ 1: Cho tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit 24 bps, tần số 16Hz, điều chế phương pháp 8QAM (8 loại đơn vị tín hiệu) Giản đồ pha hình vẽ a Vẽ tín hiệu 8-QAM b Tính tốc độ baud c Tính băng thơng 8-QAM d QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Ví dụ 1: Cho tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit 24 bps, tần số 16Hz, điều chế phương pháp 8QAM (8 loại đơn vị tín hiệu) Giản đồ pha hình vẽ +Ta có: Chu kỳ bit Tb =1/Rb = 1/24; Chu kỳ sóng mang Tc = 1/fc =1/16 Như vậy: 3Tb=2Tc  chu kỳ bit tồn chu kỳ sóng mang + Tốc độ baud: Rbaud = (1/3) Rbit = baud/s + Băng thông 8-QAM băng thông ASK = Rbaud = Hz d QAM (Quadrature Amplitude Modulation)  Phương pháp điều chế pha: 2n – QAM  Điều chế 2n-QAM phương pháp điều chế tổng quát với n số bit chứa đơn vị tín hiệu 2n số loại đơn vị tín hiệu  Quan hệ hình học QAM thể nhiều dạng khác Ba cấu hình thường gặp 16-QAM a amplitudes, 12 phases b amplitudes, phases c amplitudes, phases e So sánh tốc độ bit - tốc độ baud phương pháp  Bảng so sánh tốc độ bit baud nhiều phương pháp điều chế số - tương tự Dạng điều chế Số bit đvth Bits/Baud Tốc độ baud Tốc độ bit ASK, FSK, 2-PSK bit N N 4-PSK, 4-QAM bit N 2N 8-PSK, 8-QAM bit N 3N 16-QAM bit N 4N 32-QAM bit N 5N 64-QAM bit N 6N 128-QAM bit N 7N 256-QAM bit N 8N e So sánh tốc độ bit - tốc độ baud phương pháp  Ví dụ 1: Tính tốc độ bit tín hiệu 16-QAM, biết tốc độ baud 1000 Ta thấy, dạng điều chế 16-QAM (24=16) Như vậy, đơn vị tín hiệu chứa bit Vậy tốc độ bit: Rbit = Rbaud = 4000bps = kbps  Ví dụ 2: Tìm tốc độ baud tín hiệu 64-QAM biết tốc độ bit 72000 bps Đây dạng điều chế 64-QAM (26=16) Như vậy, đơn vị tín hiệu chứa bit Vậy tốc độ bit: Rbit = Rbaud.6  Rbaud = Rbit / = 12000 baud/s Tổng quan  Điều chế tương tự - tương tự biểu diễn thơng tin (dữ liệu) tương tự tín hiệu tương tự  Lý do: Dữ liệu tương tự thường thông thấp (tần số thấp) cần chuyển lên tần số cao để truyền qua kênh thông dải  Thực hiện: Việc chuyển đổi thực thông qua việc thay đổi hay nhiều tham số sóng mang (Biên độ, tần số, pha) theo tín hiệu đầu vào Các phương pháp điều chế tương tự - tương tự a Điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation)  Khái niệm: Là phương pháp mà biên độ sóng mang thay đổi theo tín hiệu điều chế (tin tức) Tần số pha không thay đổi  Trong AM, tín hiệu điều chế trở thành hình bao sóng mang a Điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation)  Băng thông AM + Điều chế AM tạo băng thông gấp hai lần băng thơng tín hiệu điều chế bao phủ dải tập trung vào tần số sóng mang  Băng thông chuẩn cho phát AM + Băng thơng tín hiệu âm hay tiếng nói thường kHz Do băng thơng tín hiệu điều chế AM chọn 10 kHz cho kênh Các kênh AM phát sóng mang có tần số từ 530 kHz đến 1700 kHz nhiên chúng phải phân cách 10 kHz nhằm tránh giao thoa b Điều chế tần số (FM – Frequency Modulation)  Khái niệm: Là phương pháp điều chế mà tần số sóng mang thay đổi theo tín hiệu điều chế (tin tức) Biên độ pha không thay đổi b Điều chế tần số (FM – Frequency Modulation)  Băng thông FM: Thực tế khó để xác định băng thơng FM theo kinh nghiệm gấp vài lần băng thơng tín hiệu điều chế B FM   (1  b)  B Trong đó, b hệ số phụ thuộc kỹ thuật điều chế b có giá trị chung BFM = 10 x B Băng thơng tín hiệu Audio phát theo chế độ stereo thường 15 kHz Do đài FM cần có băng thơng tối thiểu 150 kHz Cơ quan FCC (Ủy ban truyền thông liên bang Hoa kỳ) cho phép 200 kHz (0,2 MHz) cho đài nhằm dự phòng dải tần bảo vệ b Điều chế tần số (FM – Frequency Modulation) Ví dụ 1: Dải tần số dành cho phát FM từ 88 MHz đến 108 MHz Các đài phải cách 200 kHz để băng thơng chúng không bị chồng lên Với phạm vi này, có 100 băng thơng FM tiềm khu vực Trong đó, 50 băng thơng hoạt động lúc Ví dụ 2: Cho tín hiệu với băng thơng MHz, điều chế FM Tìm băng thơng tín hiệu FM (Khơng tính đến quy định FCC) Theo cơng thức xác định băng thơng băng thơng tín hiệu FM: B FM  10  B  40 MHz c Điều chế pha (PM – Phase Modulation)  Khái niệm: Là phương pháp điều chế mà góc pha sóng mang điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế Biên độ tần số sóng mang khơng thay đổi  Băng thơng PM: Tương tự băng thông FM ... hết hệ thống truyền thông không dây  Điều chế (Modulation) + Điều chế cách tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền thông tin qua phương tiện định Ví dụ, âm truyền qua khơng khí truyền khoảng... PM - Điều chế mã xung (PCM)  Phân biệt mã hóa điều chế + Điều chế thay đổi tín hiệu cịn mã hóa biểu diễn tín hiệu + Mã hóa chuyển đổi liệu kỹ thuật số tương tự sang tín hiệu kỹ thuật số, điều. .. mã hóa điều chế + Mã hóa điều chế hai kỹ thuật sử dụng để cung cấp phương tiện ánh xạ thông tin liệu thành dạng sóng khác để máy thu khơi phục thơng tin đáng tin cậy  Mã hóa (Coding) + Mã hóa