Định nghĩa về tín hiệu số

Định nghĩa về tín hiệu số

A. Một số khái niệm cơ bản: I/ T ín hiệu số: 1. Định nghĩa: Tín hiệu số làA signal in which the original information is converted into a string of bits before being transmitted. một tín hiệu trong đó các thông tin ban đầu được chuyển đổi thành một chuỗi các bit trước khi được truyền. A radio signal, for example, will be either on or off. Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả với ON hay OFF hoặc là 0 hay 1. Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu analog. Hình 1: Tín hiệu số 2. Đặc trưng: Tín hiệu số có 2 đặc trưng cơ bản: - Có số mức (hay trạng thái) có thể có là một số hữu hạn, ví dụ ký hiêu là M. nếu M=2 ta có tín hiệu số nhị phân hay hai mức (trạng thái) , nếu M=3, ta có tín hiệu số tam phân hay ba mức (trạng thái). Tổng quát là tín hiệu M-ary. - Có thời gian tồn tại, thường ký hiệ là Ts (Symbol Time-interval). II/ Nguồn tin và tín hiệu nguồn: Nguồn tin trong hệ thống truyền tin là nơi tạo ra hoặc chứa các tin cần truyền đi. Nguồn tin có thể là số hoặc tương tự. Một nguồn tin số tạo ra một tập hữu hạn các đoạn tin có thể có.Vd: máy chữ. Một nguồn tin tương tự tạo ra các đoạn tin được xác định trên một dãy liên tục.Vd: microphon. Một hệ thống truyền tin số là một hệ thống truyền tin tức từ một nguồn số hoặc một nguồn tương tự được rời rạc hoá, số hoá tới bộ thu. Một hệ thống truyền tin tương tự là một hệ thống truyền tin tức từ một nguồn tương tự tới bộ thu. Trong các hệ thống truyền tin điện tử, tín hiệu là đại lượng vật lý mang thông tin và thường được biểu thị dưới hai dạng: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Thực chất, một tín hiệu số hoặc một dạng sóng số được định nghĩa như một hàm thời gian có một tập rời rạc các giá trị và một tín hiệu tương tự hoặc một dạng sóng tương tự là một hàm thời gian có liên tục các giá trị. Giá trị tin tức trong các hệ thống truyền tin điện tử thường được biểu thị dưới dạng điện áp u(t), hoặc dòng điện i(t), liên tục hoặc gián đoạn. Hình 2: Mô tả dạng tín hiệu tương tự và số Khi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồn tin đến nơi nhận, một dãy các phần tử cơ sở của nguồn tin sẽ được truyền đi với một phân bố xác suất nào đó, dãy này được gọi là đoạn tin. S max Nguồn tin có thể là nguồn tin nguyên thuỷ hoặc đã được sơ bộ xử lí. Các nguồn tin nguyên thuỷ phần lớn là những hàm liên tục theo thời gian f(t) hoặc là hàm biến đổi theo thời gian cùng các thông số khác. Phần lớn các tin nguyên thuỷ mang tính liên tục theo thời gian và mức, nghĩa là có thể biểu diễn một thông tin nào đó dưới dạng một hàm số s(t) tồn tại trong khoảng thời gian (t 1 ; t 2 ) với các giá trị bất kỳ trong phạm vi (S min ; S max ) như hình 1.3. Hình 3: Hàm s(t) của nguồn tin nguyên thuỷ liên tục Các nguồn tin nguyên thuỷ có thể được đưa trực tiếp vào kênh để truyền đi hoặc có thể qua các phép biến đổi xử lý trước khi đưa vào kênh truyền tin số phải được số hoá hoặc mã hoá. Phép biến đổi tín hiệu nguồn tương thích với kênh truyền được gọi là phép điều chế. III/ Điều chế và giải điều chế: 1. Điều chế: Điều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệu tuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa. Tín hiệu tuần hoàn gọi là sóng mang. Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế. Ở đầu thu bộ giải điều chế sẽ dựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tín hiệu mang thông tin ban đầu. Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trình điều chế có thể là biên độ, pha, tần số. Ví dụ: tín hiệu tiếng nói có tần số thấp, không thể truyền đi xa được. Người ta dùng một tín hiệu hình sin có tần số cao (để có thể truyền đi xa được) làm sóng mang. Biến đổi biên độ của tần số sin đó theo tín hiệu tiếng nói. Ở đầu thu người ta dựa vào sự thay đổi biên độ của tín hiệu thu được để tái tạo lại tín hiệu tiếng nói ban đầu. Các phương pháp điều chế: Các phương pháp điều chế cao tần thường dùng với tín hiệu liên tục • Điều chế biên độ AM (Amplitude Modulation) • Điều chế đơn biên SSB (Single Side Bande) • Điều tần FM (Frequency Modulation) • Điều pha PM (Phase Modulation) Vói tín hiệu rời rạc, các phương pháp điều chế cao tần cũng giống như trường hợp thông tin liên tục, nhưng làm việc gián đoạn theo thời gian gọi là manip hay khóa dịch. Gồm các phương pháp sau: • Manip biên độ ASK (Amplitude Shift Key) • Manip tần số FSK (Frequency Shift Key) • Manip pha PSK (Phase Shift Key) Hình 4: Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số. Giả sử có 1 mang hình sin như sau: f0t=A.cos⁡(ω0t+φ) (2.1) Trong đó: + A: biên độ của sóng mang + ω0=2πf0 : tần số góc của sóng mang + f0: tần số sóng mang + φ(t) : pha của sóng mang Tùy theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A., tần số f0, pha φ(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau. 2. Giải điều chế: Giải điều chế là quá trình ngược lại với quá trình điều chế .Trong quá trình thu được có một trong các tham số : biên độ, tần số,pha của tín hiệu sóng mang được biến đổi theo tín hiệu điều chế và tùy theo phương thức điều chế mà ta có được các phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết. Các phương pháp giải điều chế: Về phương pháp giải điều chế nói cách khác là phép lọc tin, tùy theo hỗn hợp tín hiệu và các chỉ tiêu tối ưu ve sai số (độ chính xác) phải đạt ddeocj mà chúng ta có thể có các phương pháp lọc tin thông thường như: • Tách sóng biên độ • Tách sóng tần số • Tách sóng pha B.Điều chế số: II / Điều chế số theo tần số tín hiệu FSK ( Frequency Shift Keying) : 1.Điều chế : a) Khái niệm : FSK ( viết tắt của Frequency Shift Keying), tiếng Việt gọi là điều chế số theo tần số tín hiệu. Tín hiệu FSK có dạng sóng dao động với tần số khác nhau, mỗi bit được đặc trưng bởi tần số khác nhau này của tín hiệu. FSK có thể xem như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều sử dụng cho truyền số liệu số tốc độ thấp, lý do để dùng rộng rãi các Modem số liệu là tương đối dễ dàng tạo tín hiệu và dùng giải điều chế không kết hợp. Như tên gọi, tin tức số được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóng mang đi một lượng nhất định tương ứng với mức nhị phân 1 và 0. b) Nguyên tắc điều chế FSK: Giả sử có sóng mang: x(t) = a.cos[ω c t +φ(t)] = a.cos[θ(t)] với θ(t) =ω c t+φ(t) Ta giữ nguyên biênđộ, pha và chỉ thayđổi tần số: ωi=dθ'(t)dt=ωc+dφ(t)dt Trong đó : ω i là tần số tức thời dφ(t)dt là sự thayđổi tần số với tần số sóng mang. Ta gọi là điều tần khi dφtdt=kf.st s(t) là tín hiệu sin kf là hệ số điều tần Suy ra: φt=0tkf.s(λ).dλ Suy ra: y(t)= a.cos[ωc.t+0tkf.s(λ).dλ ] Trong trường hợp điều chế số FSK thì s(t)=1 bit '1'-1 bit '0' Khi đó y(t) = a.cos(ωc.t±kf.t) = a.cos(ωc±kf).t Tần số ứng với một bit nào đó: -Đối với bít “0” tần số sóng mang là f1, ta có ω1=ωc-∆ω -Đối với bít “1” tần sồ sóng mang làf2, ta có ω2=ωc+∆ω Độ rộng băng tần khi điều chế FSK được tính là: BW=f1+2πTP-f2-2πTP=f1-f2+2πTP=2π∆f-1TP Trong đó: BW là độ rộng băng tần. TPlà độ rộng xung Độ rộng băng tần khi điều chế FSK phụ thuộc vào độ dịch tần ∆f, tức là khoảng cách giữa hai tần số f1 và f2 và độ rộng bit số liệu TP c) FSK- một dạng FM, chỉ số điều chế ( chỉ số biến điệu) : Trong kỹ thuật FSK người ta định nghĩa hệ số h: h=fm-fs2 Ta có thể thấy hệ số h chính là chỉ số biến điệu (modulation index) m f trong kỹ thuật FM cổ điển. mf=∆ffa ∆f là độ di tần cực đại; fa là tần số tín hiệu điều chế Áp dụng vào trường hợp FSK ∆f=fm-fs2 fa=ff=br2 Vậy h=mf Nhắc lại, phổ tần của tín hiệu điều chế FM tùy thuộc vào hệ số Bessel, tức tùy thuộc vào chỉ số biến điệu. Một cách tổng quát, h càng lớn thì xuất hiện càng nhiều hệ số Bessel, phổ tần chứa càng nhiều họa tần, nhưng điều này xảy ra khi br nhỏ, tức tần số cơ bản nhỏ, như vậy các họa tần sẽ nằm sát lại vói nhau nên băng thông của tín hiêu không những không tăng mà còn có thể giảm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao người ta thường chọn h<1. d) Băng thông FSK: br=1Tb Trong đó: br là tốc độ bit Tb là thời gian của một bit của tín hiệu truyền (dải nền). Tần số lớn nhất của tín hiệu, tương ướng với biến đổi liên tục giữa bit 1 và bit 0, là: ff=12Tb=br2 Vậy tần số cơ bản lớn nhât của tín hiệu dải nền bằng ½ tốc độ truyền bit. Tín hiệu FSK tức thời có thể viết: VFSK=Vbsin2πfmt+Vbsin2πfst Trong đó Vb đặc trưng cho tín hiệu hình vuông có tần số cơ bản ff biên độ 0 hoặc 1 tùy thuộc trạng thái dữ liệu điều chế. Hình 2.1: Phổ tần của tín hiệu FSK Người ta thường chọn băng thông FSK như sau: BWFSK=fm+2ff-fs-2ff=fm-fs+4ff BWFSK=fm-fs+2br Ngoài ra để thiết kế bộ giải điều chế có lợi về mặt kinh tế người ta chọn tần số trung tâm của FSK và khoảng cách cảu hai tần số fm và fs như sau: fFSK=fm+fs2≥3br fm-fs≥2br3 Thí dụ: Một modem FSK vận tốc 600 bps sử dụng tần số mark là 1500 Hz và tần số space là 2000 Hz. Tính tần số f FSK và băng thông của kênh FSK f FSK là tần số trung tâm giữa fm và fs : fFSK= (1500 + 2000) / 2 = 1750 Hz Băng thông BW xác định bởi : BWFSK=fm-fs+2br = (2000 -1500) + 2(600) = 1700 Hz. Những giá trị của ff và fs này có làm cho việc thiết kế bộ giải điều chế kinh tế không ? Điều kiện đầu tiên là fFSK≥3br, điều này không thỏa vì 1750 Hz < 3(600) = 1800 Hz Điều kiện thứ hai là fm-fs>2br3 thỏa vì 500 Hz > 2/3(600) = 400 Hz e) Sơ đồ điều chế: FSK- trường hợp riêng của FM. Tín hiệu FSK có dạng: vt=Vccosωc±∆ω2t với ωc- là tần số sóng mang trung tâm. [...]... Giải điều chế Tín hiệu 2-PSK được tổng hợp với sóng mang chuẩn thông qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ thành phần hài bậc cao cho ta thu được tín hiệu ban đầu Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý giả điều chế tín hiệu 2-PSK Pha của tín hiệu sóng mang chaane bằng với pha của tín hiệu thu nhân được, nên nếu tín hiệu thu là: Pt=2.cosω0t±π2=2.st.sinω0t với st=±1 Thì tín hiệu chuẩn là: ±2.sinω0t và tín hiệu giải điều... nên tín hiệu ở ngã ra mạch nhân I có thể là sinωct hoặc - sinωct và ở ngã ra Q có thể là cosωct hoặc -cosωct, các tín hiệu này được tổng hợp ở mạch tổng để cho ra 1 trong 4 tín hiệu mô tả ở (hình 3.7) Thí dụ: với các bit ở ngã vào ab=01, tín hiệu ở ngã ra là - sinω ct + cosωct, tín hiệu này có thể thay thế bởi tín hiệu duy nhất có pha là 135° Kênh I Q Giá trị nhị Hiệu phân thế 1 + 0 1 + 0 - Tín hiệu. .. luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực thành tín hiệu ±1 Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o Tổng hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn: M1t=at.cosω0t M2t=bt.sinω0t Tín hiệu ra 4-PSK là : với at=±1, bt=±1 Pt=at.cosω0t+bt.sinω0t Hình : Tín hiệu 4-PSK Hình: Sơ đồ khối mạch điều chế PSK 4-pha Mạch chia bit... số cao, các thành phần DC sẽ được tổng hợp ở mạch tổng để cho lại dòng dữ liệu Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu nhận được trong thí dụ trên: cosωct - sinωct Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã I là: sinωct ( cosωct - sinωct) = 1/2sin2ωct - 1/2(1-cos2ωct) Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc -, tương ứng bit 0 Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã Q là: cosωct ( cosωct - sinωct) = -1/2sin2ωct + 1/2(1+cos2ωct) Tín hiệu. .. b theo kênh I và Q xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 ra 4 mức, trong khi bit c xác định biên độ của điện thế dc Khi a và b là bit 1 ngã ra mạch biến đổi có trị dương, ngược lại khi a và b là bit 0 Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c (hay c) để cho ra tín hiệu có biên độ thì mạch kia nhận tín hiệu đảo lại Vì 3 bit... tần số Điện thế lệch một chiều ở lối ra của bộ so pha theo dõi những sự dịch chuyển tần số này và cho ta hai mức (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK Tổng quát, bộ PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm 3 bộ phận chính: một mạch so pha, một lọc hạ thông và một VCO PLL là một vòng kín, tín hiệu ra từ VCO tự đôngh khóa bởi tín hiệu vào Bằng cách so sánh pha của tín hiệu ra từ mạch VCO và tín hiệu. .. thần biến đổi theo tín hiệu băng tần gốc Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn: f0(t)=cosω0t+ φ Biểu thức của tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy NRZ (Non-Return Zero) Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng: Pt=cosω0+φ+s(t)∆ϕ/2 (3.1) Trong đó: ∆ϕ=2πn là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu Biểu diễn tín hiệu: Pt=cosω0+φ+s(t)∆ϕ/2 =cosst.∆ϕ2.cosω0t+φ-sinst.∆ϕ2.sin⁡(ω0t+φ)... mạch điều chế gồm một mạch nhân và một mạch dao động tạo sóng mang cosωct Tín hiệu logic và sóng mang được đưa vào mạch nhân và ta được tín hiệu +cosωct hoặc -cosωct ở ngã ra của mạch này Ở máy thu, sóng mang đuợc tách từ tín hiệu vào, sau đó trộn với tín hiệu vào để cho ra tín hiệu có dạng cos2ωct hoặc –cos2ωct Phân tích các tín hiệu này ta thấy chúng gồm thành phần một chiều và họa tần bậc hai: cos2ωct=(12)1+cos2ωct... tín hiệu điều chế 4-PSK Sóng mang của 2 bộ điều chế có một sự sai pha 45 o Một bộ mã hóa biến đổi tín hiệu được tạo ra từ tín hiệu băng gốc s(t) sau khi đi qua bộ SPC thành các tín hiệu điều chế Tổng hợp các tín hiệu ra của hai bộ điều chế 4-PSK ta được tín hiệu 8-PSK Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu 8-PSK Biểu đồ vector của điều chế pha 8 trạng thái 8-PSK Hình 3.11: Biểu đồ vector 8-PSK... hệ số chia khác nhau: N và: M Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia Ví dụ, khi Data bit = 1, bộ chia có hệ số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số f1=fclockN còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số chia M, tạo chuỗi xung ra có tần số f2=fclockM -Giản đồ tín hiệu FSK cho trên hình (2.3.d) 2 Giải điều chế: Mạch phổ biến nhất của bộ giải điều chế các tín hiệu FSK là vòng khoá pha (PLL) Tín hiệu . 1. Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu analog. Hình 1: Tín hiệu số 2. Đặc trưng: Tín hiệu số có 2 đặc trưng cơ bản: - Có số mức (hay trạng thái) có thể có là một số hữu. điện tử, tín hiệu là đại lượng vật lý mang thông tin và thường được biểu thị dưới hai dạng: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Thực chất, một tín hiệu số hoặc một dạng sóng số được định nghĩa như. là điều chế số theo tần số tín hiệu. Tín hiệu FSK có dạng sóng dao động với tần số khác nhau, mỗi bit được đặc trưng bởi tần số khác nhau này của tín hiệu. FSK có thể xem như tín hiệu trực