Hệ thống truyền thông số

Hệ thống truyền thông số, hệ thống số thực sự, dung lượng kênh truyền, thông tin, mối quan hệ của băng thông và dung lượng kênh, cao tần số...

9/12/2010 1 Digital Communications 9/12/2010 2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ • TRUYỀN THÔNG SỐ –HỆ THỐNG SỐ THỰC SỰ: CÁC XUNG SỐ (i.e. NRZ, AMI, MANCHESTER,HDB3) TRUYỀN QUA CÁP ĐỒNG/QUANG (KHÔNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ). THÔNG TIN CÓ THỂ BAO GỒM SỐ VÀ TƯƠNG TỰ (CẦN A/D và D/A). • CAO TẦN SỐ (DIGITAL RADIO): SÓNG MANG TƯƠNG TỰ ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ DẠNG SỐ (i.e. PAM, QAM, ASK, PSK, FSK, PWM). TRUYỀN THÔNG QUA CÁP ĐỒNG HOẶC CÁP QUANG HAY KHÔNG GIAN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ 9/12/2010 3 DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN/THÔNG TIN HARTLEY’S LAW (BELL LABS) DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN LÀ HÀM TUYẾN TÍNH: txBC ∝ C: DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN B: BĂNG THÔNG (Hz) t: THỜI GIAN TRUYỀN (secs) ĐO XEM CÓ BAO NHIÊU THÔNG TIN (i.e. SỐ MẪU ĐỘC LẬP) CÓ THỂ TRUYỀN QUA MỘT KÊNH TRUYỀN TRONG MỘT ĐƠN VỊ THỜI GIAN 9/12/2010 4 )1(log 2 N S BC += C: DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN (bps) / BIT RATE B: BĂNG THÔNG (Hz) S/N: TỶ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU )1(log 2 N S C B + = VỚI 1 KÊNH TRUYỀN CÓ NHIỄU, TỶ SỐ TÍN HiỆUTRÊN NHIỄU (S/N) LÀ TỶ SỐ CỦA CÔNG SUẤT TÍN HIỆU TRÊN CÔNG SUẤT NHIỄU, ĐƯỢC ĐO Ở ĐẦU THU MỐI QUAN HỆ CỦA BĂNG THÔNG VÀ DUNG LƯỢNG KÊNH ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = PowerNoise PowerSignal NS dB log10)/( SHANNON’S THEOREM (BELL LABS) 9/12/2010 5 DUNG LƯỢNG KÊNH VÍ DỤ DÙNG 1 KÊNH THOẠI ĐỂ TRUYỀN DỮ LiỆUSỐ QUA MODEM. B = 3100Hz, S/N = 30 dB = ratio of 1000:1 bps N S BC 894,30)10001(log3100)1(log 22 =+=+= TỐC ĐỘ BIT NÀY CHỈ LÀ TỐI ĐA THEO LÝ THUYẾT. NÓ KHÔNG THỂ ĐẠT ĐẾN VỚI MÃ HÓA NHỊ PHÂN. • GIỮ NGUYÊN CÁC GIÁ TRỊ KHÁC, TĂNG BĂNG THÔNG SẼ TĂNG TỐC ĐỘ DỮ LIỆU. 9/12/2010 6 BAUD RATE Vs BIT RATE BIT RATE = SỐ LƯỢNG BIT MỖI GIÂY (BIT = MOST BASIC SYMBOL) BAUD RATE = SỐ LƯỢNG MẪU (SYMBOLS) MỖI PER SECOND. USING MULTI-LEVEL ENCODING SCHEMES ARE NEEDED TO ACHIEVE THE SHANNON LIMIT. TRANSMISSION OF M SIGNAL SYMBOLS, N BITS EACH. • EXAMPLE: 2-LEVEL BINARY SYSTEM: M = 2, N = 1. ONE SIGNAL SYMBOL = 1 BIT. TRANSMISSION OF 1 SIGNAL SYMBOL = TRANSMISSION OF 1 BIT. (BAUD RATE = BIT RATE) • EXAMPLE: 16-QAM. M = 16, N = 4. ONE SIGNAL SYMBOL = 4 BITS. TRANSMISSION OF 1 SIGNAL SYMBOL = TRANSMISSION OF 4 BITS. THUS, 9600 BPS = 2400 BAUDS. N M 2 = 9/12/2010 7 COMMUNICATIONS SYSTEMS EXAMPLES DIGITAL TRANSMISSION DIGITAL TRANSMISSION DIGITAL RADIO DIGITAL RADIO NO ANALOG CARRIER NO ANALOG CARRIER ANALOG CARRIER ANALOG CARRIER TRUE DIGITAL SYSTEM: TRUE DIGITAL SYSTEM: 9/12/2010 8 CAO T CAO T Ầ Ầ N S N S Ố Ố (DIGITAL RADIO): (DIGITAL RADIO): • • THÔNG TIN C THÔNG TIN C Ó Ó TH TH Ể Ể L L À À TƯƠNG T TƯƠNG T Ự Ự Ho Ho Ặ Ặ C C S S Ố Ố • • Đi Đi Ề Ề U U CH CH Ế Ế S S Ố Ố : : • • T T Í Í N N Hi Hi Ệ Ệ U U Đi Đi Ề Ề U U CH CH Ế Ế D D Ạ Ạ NG S NG S Ố Ố • • S S Ó Ó NG MANG D NG MANG D Ạ Ạ NG TƯƠNG T NG TƯƠNG T Ự Ự 9/12/2010 9 H H Ệ Ệ TH TH Ố Ố NG CAO T NG CAO T Ầ Ầ N S N S Ố Ố ENCODER ENCODER PHASE LOCKED LOOP PHASE LOCKED LOOP CLOCKS HAVE TO BE SYNCHRONIZED CLOCKS HAVE TO BE SYNCHRONIZED 9/12/2010 10 DIGITAL MODULATION SCHEMES • • Đi Đi Ề Ề U U CH CH Ế Ế BIÊN Đ BIÊN Đ Ộ Ộ S S Ố Ố / ON / ON - - OFF OFF KEYING ( KEYING ( OOK OOK ) / AMPLITUDE SHIFT KEYING ( ) / AMPLITUDE SHIFT KEYING ( ASK ASK ) ) • • FREQUENCY SHIFT KEYING ( FREQUENCY SHIFT KEYING ( FSK FSK ) ) • • BINARY FSK ( BINARY FSK ( BFSK BFSK ) ) • • CONTINUOUS CONTINUOUS - - PHASE FSK ( PHASE FSK ( CP CP - - FSK FSK ) ) • • PHASE PHASE SHIFT KEYING ( SHIFT KEYING ( PSK PSK ) ) • • BINARY PSK ( BINARY PSK ( BPSK BPSK ) ) • • QUATERNARY PSK ( QUATERNARY PSK ( QPSK QPSK ) ) • • EIGHT EIGHT - - PHASE PSK ( PHASE PSK ( 8 8 - - PSK PSK ) ) • • QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION ( QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION ( QAM QAM ) ) • • EIGHT QAM ( EIGHT QAM ( 8 8 - - QAM QAM ) ) • • SIXTEEN QAM ( SIXTEEN QAM ( 16 16 - - QAM QAM ) ) • • DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING ( DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING ( DPSK, DBPSK DPSK, DBPSK ) ) [...]... ĐỘ SỐ 9/12/2010 11 ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ SỐ (OOK, ASK) • KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ ĐƠN GIẢN NHẤT • LÀ SÓNG LIÊN TỤC (CM), SINCE SÓNG MANG TRUYỀN (‘1’) CÓ BIÊN ĐỘ, TẦN SỐ VÀ PHA CỐ ĐỊNH • DSB-FC AM WAVE: TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ NGÕ VÀO LÀ DẠNG NHỊ PHÂN • KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHI PHÍ THẤP, CHẤT LƯỢNG THẤP, HIỆU SUẤT THẤP • HIẾM KHI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG HIỆU SUẤT VÀ DUNG LƯỢNG CAO 9/12/2010 12 ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ SỐ... KEYING (FSK, BFSK) • KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ ĐƠN GIẢN • KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CHI PHÍ THẤP, HIỆU SUẤT THẤP • BFSK TƯƠNG TỰ NHƯ FM (CONSTANT AMPLITUDE/ PHASE) NGOẠI TRỪ TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ LÀ NHỊ PHÂN (THAY ĐỔI GIỮA 2 MỨC RIÊNG BIỆT) • BFSK HIẾM KHI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG SỐ HIỆU SUẤT CAO SỬ DỤNG HẠN CHẾ TRONG MODEM BẤT ĐỒNG BỘ HIỆU SUẤT THẤP, CHI PHÍ THẤP DÙNG ĐỂ TRUYỀN DỮ LIỆU QUA ĐƯỜNG DÂY THOẠI TƯƠNG... (FSK, BFSK) • VỚI BPSK, TẦN SỐ SÓNG MANG BỊ DỊCH BỞI TÍN HiỆU NHỊ PHÂN NGÕ VÀO • fm ≡ fc + Δ f (SHIFT UP) MARK FREQUENCY = TẦN SỐ NGÕ RA VỚI LOGIC 1 NGÕ VÀO • fs ≡ fc − Δ f (SHIFT DOWN) SPACE FREQUENCY = TẦN SỐ NGÕ RA VỚI LOGIC 0 NGÕ VÀO • fm , fs GIÁ TRỊ DỰA VÀO THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9/12/2010 19 FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK) 2Δf Δf Δf fs = fc − Δ f LOGICAL 0 (SPACE) 9/12/2010 fc fm − fs Δf = 2 fm... [2π { f c + v m ( t ) Δ f }t ] f c ≡ TẦN SỐ SÓNG MANG TRUNG TÂM Δ f ≡ ĐỘ LỆCH TẦN SỐ ĐỈNH Vc ≡ BIÊN ĐỘ SÓNG MANG ĐỈNH ⎧+ 1V vm(t ) = ⎨ ⎩− 1V ⎧Vc cos[2π { fc + Δf }t ] vfsk (t ) = ⎨ ⎩Vc cos[2π { fc − Δf }t ] NORMALIZED INPUT SIGNAL 9/12/2010 = log ical 1 = log ical 0 ; log ical 1 input ; log ical 0 input 18 FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK) • VỚI BPSK, TẦN SỐ SÓNG MANG BỊ DỊCH BỞI TÍN HiỆU NHỊ PHÂN... BĂNG THÔNG TỐI THIỂU CỦA TÍN HiỆU FSK: B = 2 ( Δ f + fb ) 9/12/2010 25 BFSK - MODULATION INDEX Δf β = fa fb 1 fa = = 2 tb 2 2Δf β = fb THE REPETITION RATE fm − fs 2Δf SEPERATION IN ∴β = = MARK AND SPACE fb fb FREQUENCIES fm − fs • β = 1; = 1 ⇒ fm − fs = fb fb fm − fs fb • β = 5; = 5 ⇒ fm − fs = 2 fb fm − fs • β = 2; = 2 ⇒ fm − fs = 2 fb 9/12/2010 26 fb FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK) • HỆ SỐ ĐiỀU... LỆCH TẦN ĐỈNH fm − fs Δf = 2 51 kHz − 49 kHz Δf = 2 s = 1 kHz • BĂNG THÔNG TỐI THIỂU B = 2 ( Δ f + fb ) B = 2 (1 kHz + 2 kHz ) = 6 kHz • TỐC ĐỘ BAUD WITH BFSK, THE BIT RATE EQUALS THE BAUD RATE BAUD RATE = 2 kbps 9/12/2010 28 NONCOHERENT FSK RECEIVER KHÔNG CÓ TẦN SỐ ĐƯỢC THÊM VÀO TRONG QUÁ TRÌNH GIẢI ĐIỀU CHẾ ĐỂ ĐỒNG BỘ CẢ VỀ PHA, TẦN SỐ HAY CẢ HAI VỚI TÍN HIỆU VÀO FSK 0 OR 1 9/12/2010 29 COHERENT FSK... FREQUENCIES ĐƯỢC ĐỒNG BỘ TỐC ĐỘ BIT NHỊ PHÂN NGÕ VÀO • fm , fs ĐƯỢC CHỌN SAO CHO CHÚNG PHÂN BIỆT VỚI TẦN SỐ TRUNG TÂM BẰNG SỐ LẺ LẦN CỦA ½ TỐC ĐỘ BIT ⎡ fb ⎤ fm = n m ⎢ ⎥ ⎣2⎦ ⎡ f b ⎤ ⎧ n m odd ; n s odd fs = n s ⎢ ⎥ ⎨ ⎣ 2 ⎦ ⎩nm ≠ ns • ĐIỀU NÀY BẢO ĐẢM SỰ CHUYỂN PHA SUÔN SẺ Ở TÍN HIỆU NGÕ RA KHI THAY ĐỔI GIỮA 2 TẦN SỐ 9/12/2010 32 NON-CONTINUOUS FSK WAVEFORM EXAMPLE 0 1 9/12/2010 1 0 33 CONTINUOUS-PHASE FSK WAVEFORM... GIẢI ĐIỀU CHẾ ĐỂ ĐỒNG BỘ CẢ VỀ PHA, TẦN SỐ HAY CẢ HAI VỚI TÍN HIỆU VÀO FSK 0 OR 1 9/12/2010 29 COHERENT FSK RECEIVER TÍN HiỆU VÀO FSK ĐƯỢC NHÂN VỚI SÓNG MANG ĐƯỢC KHÔI PHỤC CHÍNH XÁC VỀ TẦN SỐ VÀ PHA NHƯ CỦA BỘ TRUYỀN 0 OR 1 HiẾM KHI SỬ DỤNG KỸ THUẬT: LÀ KHÔNG THỰC TẾ ĐỂ TÁI TẠO MỘT CÁI LOCAL REFERENCE CÓ THỂ LIÊN KẾT CẢ MARK AND SPACE FREQUENCIES 9/12/2010 30 PLL-BASED FSK RECEIVER FREQUENCY VARIES... RATE 2 tb 1/2tb = 9/12/2010 21 FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK) • VỚI BFSK, TỐC ĐỘ NGÕ RA BẰNG TỐC ĐỘ NGÕ VÀO (TẦN SỐ NGÕ RA THAY ĐỔI MỖI LẦN MỨC LOGIC NGÕ VÀO THAY ĐỔI) • VỚI BFSK, TỐC ĐỘ BIT BẰNG VỚI TỐC ĐỘ BAUD (A SIGNAL SYMBOL = A BIT) • BỘ ĐiỀU CHẾ FSK THƯỜNG LÀ 1 VCO VỚI 1 TẦN SỐ TRUNG TÂM: f osc fm − fs = 2 9/12/2010 } '1' input : f osc → f m '0 ' input : f osc → f s 22 BASK BFSK BPSK 9/12/2010 . BAUDS. N M 2 = 9 /12/ 2010 7 COMMUNICATIONS SYSTEMS EXAMPLES DIGITAL TRANSMISSION DIGITAL TRANSMISSION DIGITAL RADIO DIGITAL RADIO NO ANALOG CARRIER NO ANALOG CARRIER ANALOG CARRIER ANALOG CARRIER TRUE DIGITAL. 9 /12/ 2010 1 Digital Communications 9 /12/ 2010 2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ • TRUYỀN THÔNG SỐ –HỆ THỐNG SỐ THỰC SỰ: CÁC. CARRIER ANALOG CARRIER ANALOG CARRIER TRUE DIGITAL SYSTEM: TRUE DIGITAL SYSTEM: 9 /12/ 2010 8 CAO T CAO T Ầ Ầ N S N S Ố Ố (DIGITAL RADIO): (DIGITAL RADIO): • • THÔNG TIN C THÔNG TIN C Ó Ó TH TH Ể Ể L L À À