KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - Chương 16: Dữ liệu số, tín hiệu tương tự pdf

- 1 - Chương 16: Dữ liệu số, tín hiệu tương tự Để truyền dữ liệu số bằng cách sử dụng tín hiệu tương tự, thì phương pháp truyền thường gặp là truyền dữ liệu số qua mạng điện thoại công cộng. Mang điện thoại được thiết kế để nhận, chuy ển mạch và truyền các tín hiệu tượng tự trong dải tần số tiếng nói từ 300 -3400Hz. Dải tần này thì không thích hợp cho vi ệc truyền các tín hiệu số. Tuy nhiên, các thiết bị số đã được gắn vào thông qua m ột modem, để thực hiện chuyển đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại. Trong mạng điện thoại, các moem được sử dụng để sinh ra các tín hi ệu trong dải tần số âm thanh. Đây cũng là các công ngh ệ cơ bản để sinh ra các tín hiệu tại các dải tàn số cao( ví dụ như vi sóng). Các công nghệ mã hóa: Có 3 công nghệ mã hóa hay điều ch ế được sử dụng để biến đổi dữ liệu số thành tín hi ệu tương tự. - Amplitude Shift Keying - Frequency Shift Keying - Phase Shift Keying  Điều biên( ASK ) Trong phương pháp điều biên thì ta có 2 giá trị nhị phân được biểu diễn bởi 2 biên độ tần số khác nhau của sóng mang. Thông thường, một giá tr ị có biên độ là 0, khác với sự vắng mặt của sóng mang, thì giá tr ị kia là một số nhị phân được biểu diễn bởi một giá trị với biên độ là một hằng của sóng mang. Tín hiệu nhận được là Acos(2πf c t) bit 1 s(t) = 0 - 2 - tại vị trí mà tín hiệu sóng mang bằng Acos(2πf c t). Phương pháp điều chế ASK thì dễ bị ảnh hưởng với các thay đổi lớn bất th ường và nó là một kỹ thuật điều chế hơi thiếu hiệu quả. Trên các đường truyền âm thanh, tốc độ của tín hiệu chỉ đạt tới 1200bps. Phương pháp điều chế ASK thường được sử dụng để truyền d ữ liệu số qua đường cáp quang. Đối với các máy phát diod, để phương trình trên là hợp lệ. Lúc đó, một phần tử tín hiệu sẽ được biểu diễn bởi một xung ánh sáng trong khi phần tử còn lại được biểu diễn bởi sự vắng mặt của ánh sáng.  Điều tần(FSK) Trong phương pháp điều biên, hai giá trị nhị phân được biểu di ễn hai tần số khác nhau của sóng mang. Tín hiệu k ết quả là: Acos(2πf 1 t) bit 1 s(t) = Acos(2πf 2 t) bit 0 tại vị trí tần số f 1 và f 2, đều đặt cách nhau một khoảng tần số f c b ằng nhau và nằm về hai hướng ngược nhau. - 3 - 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 ASK 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 FSK 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 PSK Figure 4.7 Modulation of analog signals for digital data Hình 4.8 cho thấy một ví dụ về việc sử dụng phương pháp FSK để mô tả hoạt động song công hoàn toàn qua đường âm thanh. Hình minh h ọa này là một kỹ thuật được sử dụng cho modem BELL 108. Nh ắc lại rằng đường truyền âm thanh thì thuộc dải tần số từ 300 đến 3400Hz và ý nghĩa của việc truyền song công hoàn toàn là tín hiệu có thể truyền theo hai chiều cùng m ột thời điểm. Các điều kiện để thực hiện song công hoàn toàn đối với các tín hiệu truyền, là băng thông của kênh thông tin được tách ra tại tần số 1700 Hz. Trong một hướng ( truyền hoặc nhận), các t ần số được sử dụng để biểu diễn 1 và 0 được đặt vào điểm gi ữa có tần số 1170Hz, với sự dịch chuyển tần số là 100Hz về mỗi phía. Hoạt động xen kẽ giữa 2 tần số sẽ sinh ra tín hiệu có trải - 4 - phổ được biểu thị là một vùng tối bên trái hình 4.8. Tương tự như vậy, đối với hướng ngược lại ( nhận hoặc truyền) modem s ử dụng các tần số cách nhau là 100Hz về mỗi phía của trung tâm t ần số 2125 Hz. Trải phổ của tín hiệu này được biểu thị ở vùng tối bên phải trên hình vẽ 4.8. Chú ý rằng là có hiện tượng ch ồng lấp không lớn về tần số và do đó có sự giao thoa nhỏ. - 5 - Bài gi ảng m ôn k ỹ th u ật tr u y ề n t i n Tín hiệu FSK ít bị lỗi hơn so với tín hiệu ASK. Trên các đường truyền âm thanh, tốc độ thường được sử dụng là 1200bps. Ph ương pháp này cũng thường được sử dụng để truyền sóng radio cao t ần(3-30MHz). Thậm chí nó còn được sử dụng ở các t ần số cao hơn trên các mạng cục bộ mà sử dụng cáp đồng trục.  Điều pha(PSK) Trong phương pháp PSK, pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi để biểu diễn dữ liệu. Hình vẽ dưới cùng của hình 4.7 là một ví dụ về hệ thống 2 pha. trong hệ thống này, một số 0 nhị phân được biểu bằng cách g ửi đi một tín hiệu liên tục cùng pha với tín hiệu liên tục trướ c đó. Một số 1 nhị phân được biểu diễn bằng cách gửi đi m ột tín hiệu liên tục ngược pha với tín hiệu trước đó. Phương pháp này được gọi là PSK vi phân, như là sự thay đổi về pha được tham chiểu tới một bit được truyền trước đó hơn là sự tham chi ếu tới một vài tín hiệu bất biến. Tín hiệu kết quả là s(t) = Acos(2πf c t + π) bit 1 Acos(2πf c t) bit 0 liên quan đến pha đo được ở thời bit trước đó. Băng thông sử dụng có thể đạt được hiệu quả cao hơn nếu m ỗi một phần tử tín hiệu có thể biểu diễn nhiều hơn một bit. Ch ẳng hạn, thay vì một sự đổi pha 180 độ, như cho phép trong - 6 - Bài gi ảng m ôn k ỹ th u ật tr u y ề n t i n PSK, một kỹ thuật mã hóa chung được biết đến như là sự dịch pha vuông góc(Quadrature -PSK) sử dụng các sự thay đổi pha với nhi ều góc 90 độ. Acos(2πf c t + 45 0 ) bit 11 0 s(t) = Acos(2πf c t +135 ) bit 10 Acos(2πf c t +225 0 ) bit 00 Acos(2πf c t +315 0 ) bit 01 Như vậy, mỗi phần tử tín hiệu sẽ đại diện cho 2 bit. Lược đồ này có thể được mở rộng. Nó có khẳ năng truyền 3bit t ại cùng một thời điểm với việc sử dụng 8 góc pha khác nhau. H ơn nữa, mỗi góc pha co thể có nhiều hơn một biên độ. Chẳng hạn, một chuNn modem có tốc độ 9600bps sử dụng 12 pha, thì truyền được 4 bit với mỗi pha sẽ có 2 giá trị biên độ( hình 4.9 ). - 7 - Bài gi ảng m ôn k ỹ th u ật tr u y ề n t i n Ví dụ vừa rồi chỉ ra sự khác nhau khá rõ gữa tốc độ dữ liệu R(bps) và t ốc độ điều chế D(baud) của một tín hiệu. Chúng ta giả sử rằng lược đồ này được sử dụng cho tín hiệu vào là NRZ-L. Tốc độ dữ liệu là R=1/t b , với t b là thời gian truyền của mỗi bit. Tuy nhiên tín hiệu được mã hóa chứa l=4 bit trên mỗi phần tử của tín hi ệu sử dụng với L=16 trạng thái kết hợp khác nhau của pha và biên độ. Tốc độ điều chế có thể nhận thấy là R/4, bởi vì mỗi phần tử tín được truyền là 4 bit. Như vậy, với tốc độ dòng tín hiệu là 2400bps thì tốc độ dữ liệu là 9600bps. Đây là lý do mà tốc độ bit đạt được cao hơn qua các đường âm thanh bằng việc sử dụng các lược đồ điều chế phức tạp hơn. 0111 0110 0010 0001 0101 0011 010 0 0000 110 0 111 1 100 1 100 0 Phase- referenc e signal 110 1 111 0 101 0 1011 - 8 - Bài gi ảng m ôn k ỹ th u ật tr u y ề n t i n Figure 4.9 Phase angles for 9600bps transmission . - 1 - Chương 16: Dữ liệu số, tín hiệu tương tự Để truyền dữ liệu số bằng cách sử dụng tín hiệu tương tự, thì phương pháp truyền thường gặp là truyền dữ liệu số qua mạng điện. sinh ra các tín hiệu tại các dải tàn số cao( ví dụ như vi sóng). Các công nghệ mã hóa: Có 3 công nghệ mã hóa hay điều ch ế được sử dụng để biến đổi dữ liệu số thành tín hi ệu tương tự. - Amplitude. được sử dụng cho tín hiệu vào là NRZ-L. Tốc độ dữ liệu là R=1/t b , với t b là thời gian truyền của mỗi bit. Tuy nhiên tín hiệu được mã hóa chứa l=4 bit trên mỗi phần tử của tín hi ệu sử dụng với