Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng kỹ thuật nối tiếp tín hiệu điều biên p8 pptx

nhằm mục đích so sánh, độ rộng băng phải hạ tỷ lệ xuống, và cả tỷ số sóng mang trên tạp âm và Pe cũng điều hạ tỷ lệ xuống với cùng một lượng. - Đối với trường hợp “kết hợp”:   24.1 N C . r W . 1M2 1 . 1M 1 . 4 3 erfc. M 1M Pe 2 1 S ASK                kếthợp Trong đó M là hệ số méo của biên độ sóng mang mà tín hiệu số đã mã vào đó. Với tín hiệu nhò phân M = 2 và phương trình (1.24) rút ngắn lại như (1.17a). Trong (1.24) N C là tỷ số giữa sóng mang chưa điều chế với tạp âm có độ rộng băng Nyquyts song biên và không phải là một trò số logarit. Nếu cho theo trò số logarit cần phải sử dụng biểu thức:        10 dB . N C loganti N C để chuyển thành một tỷ số. Như đã nói ở trước, trong hình 1.5, công suất tạp âm song biên được sử dụng vì kì vọng rằng sóng mang sẽ nằm ở giữa băng của bộ lọc thông băng thu, và có độ rộng băng bằng hai lần băng tín hiệu tin tức, đó là: Mlog r rW 2 s s  - Đối với trường hợp không kết hợp:                                        2 1 s N C r W 1M 1 4 3 exp P e ASK không kết hợp P e ASK không kết hợp >   2 1 s N C r W 1M 1 4 3 exp M 1                                           Với A c >> (1.25) Trở lại với trường hợp nhò phân ở đó M = 2, phương trình 1.25 rút ngắn như ở phương trình 1.23. V. Ví dụ minh họa 1.Cho một chuỗi bit nhò phân với 5 bit đầu tiên b = [ 10010 ]. Dữ liệu bit nhò phân có tốc độ bit bằng 1Kbps và biên độ đỉnh - đỉnh của dạng sóng điều chế là 1V. a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK với 500 mẫu đầu tiên đại diện cho chuỗi nhò phân b với tần số sóng mang là 8Khz. Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhò phân b là: Unipolar_nrz b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0,20Khz]. Giải: a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK: start b=[1 0 0 1 0 binary(5)]; x=wave_gen(b,'unipolar_nrz'); xa=mixer(x,osc(8000)); t=[1:500]; subplot(211),waveplot(x(t)) subplot(212),waveplot(xa(t)) b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu start b=[1 0 0 1 0 binary(5)]; x=wave_gen(b,'unipolar_nrz'); xa=mixer(x,osc(8000)); f=[0,20000]; subplot(211),psd(x,f) subplot(212),psd(xa,f) 0 5 10 15 20 25 10 -10 10 -5 10 0 PSD Function 2. Cho một chuỗi bit nhò phân với 5 bit đầu tiên b = [ 11010 ]. Dữ liệu bit nhò phân có tốc độ bit bằng 1Kbps và biên độ đỉnh - đỉnh của dạng sóng điều chế là 1V. a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK với 300 mẫu đầu tiên đại diện cho chuỗi nhò phân b với tần số sóng mang là 5Khz. Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhò phân b là: Manchester. b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0, 10Khz]. Giải: a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK: start b=[1 1 0 1 0 binary(5)]; x=wave_gen(b,'manchester'); xa=mixer(x,osc(5000)); t=[1:300]; subplot(211),waveplot(x(t)) subplot(212),waveplot(xa(t)) b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu b=[1 1 0 1 0 binary(5)]; x=wave_gen(b,'manchester'); xa=mixer(x,osc(5000)); f=[0,10000]; subplot(211),psd(x,f) subplot(212),psd(xa,f) 3. Cho một chuỗi bit nhò phân với 5 bit đầu tiên b = [ 10111]. Dữ liệu bit nhò phân có tốc độ bit bằng 1Kbps và biên độ đỉnh - đỉnh của dạng sóng điều chế là 1V. a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK với 200 mẫu đầu tiên đại diện cho chuỗi nhò phân b với tần số sóng mang là 7Khz. Biết tín hiệu phát sinh từ chuỗi nhò phân b là: Manchester. b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu điều chế ,biết phạm vi tần số điều chế là[ 0, 10Khz]. 0 2 4 6 8 10 10 -10 10 -5 10 0 Giải: a. Mô phỏng dạng tín hiệu ASK: start b=[1 0 1 1 1 binary(5)]; x=wave_gen(b,'duobinary'); xa=mixer(x,osc(7000)); t=[1:200]; subplot(211),waveplot(x(t)) subplot(212),waveplot(xa(t)) b. Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu start b=[1 0 1 1 1 binary(5)]; x=wave_gen(b,'duobinary'); xa=mixer(x,osc(7000)); f=[0,15000]; subplot(211),psd(x,f) subplot(212),psd(xa,f) 0 5 10 15 20 x 10 -4 -2 0 2 4 6 8 CHƯƠNG 4 ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH TẦN FSK I. Điều chế khóa dòch tần số (FSK). Ta sẽ thảo luận hoàn chỉnh các dạng điều chế cơ bản, trước khi xét tổ hợp ASK và PSK và những sơ đồ điều chế đặc biệt hiện nay. FSK có thể xem như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều được 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. Nhưng các sơ đồ FSK không có hiệu quả như sơ đồ PSK về mặt công suất và độ rộng băng sử dụng. Như tên gọi, tin tức số được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dòch tần số sóng mang một lượng nhất đònh tương ứng với mức nhò phân 1 và 0. Hình 3-1. vẽ quá trình điều tần một sóng mang với tín hiệu nhò phân 10101101. Trong FSK hai trạng thái, hai dạng tín hiệu có thể được biểu thò bởi: S 1 (t) = A cos( 0 +  d )t S 0 (t) = A cos( 0 -  d )t (3.1) Giống như dạng sóng PSK, biên độ sóng mang A giữ không đổi còn tần số bò dòch đi giữa các giá trò  0 +  d và  0 -  d . Trong khi xét đặc tính phổ của FSK, phân biệt hai trường hợp xuất phát từ hành vi của góc pha  trong biểu thức của tín hiệu S 1 (t) vào máy thu:          t 0 kd01 2.3dtkTtgacosA)t(S Trong đó a k là hệ số đối trọng số đối với khoảng thứ k và là các biến số ngẫu nhiên gián đoạn. Nếu giả sử như  là ngẫu nhiên và phân bố đồng đều trong 2, thì không có quan hệ với điều chế và có thể ở những chuyển tiếp th lấy bất kỳ một giá trò ngẫu nhiên nào. Điều đó dẫn đến khả năng pha không liên tục như trên hình 6.17b, và điều chế được hiểu là FSK-pha không liên tục. FSK-pha liên tục có thể đạt được bằng cách bắt  phải có một tương quan nhất đònh với tín hiệu điều chế. Truyền dẫn số liệu nhò phân có độ ổn đònh cao và nhiễu giữa các ký hiệu không đáng kể là một điều khó đạt được trong hệ thống FM hai trạng thái pha liên tục. Lý do là FSK hai trạng thái yêu cầu vốn có hai tần số phải biểu thò hai trạng thái nhò phân, và để xây dựng một hệ thống pha liên tục sử dụng hai bộ dao động riêng biệt, yêu cầu về mạch rất phức tạp. Phương án chọn là FM khóa chỉ dùng một bộ dao động điều khiển bằng điện áp. Trong khi một hệ thống với pha liên tục ở những điểm chuyển tiếp bit, độ chính xác tần số tương đối thấp và tốc độ bit sẽ không bò khóa ở một trong hai tần số đại diện cho các trạng thái logit 1 và 0. Một hệ thống FM hai trạng thái lý tưởng đã được công nhận, trong đó sự chênh lệnh giữa các tầng số 1 và 0, tức là độ di tần đỉnh – đỉnh là 2f d , bằng tốc độ bit r b , tức 2f d =r b . Hơn nữa các tần số 1 và 0 đã được khóa theo tốc độ bit. Một hệ thống đã được công nhận, trong đó chỉ một nguồn tần số điều khiển hệ thống và cung cấp cho ra các tín hiệu 1 và 0 theo tốc độ bit. Biểu thò phổ FSK gồm một chuỗi (Serie) bằng dạng đồ thò tốt hơn là toán học. 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 Hình3-1: a) FSK pha liên tục (CPFSK) b) FSK pha không liên tục (NCFSK) a) b) II. FSK kết hợp (CFSK). Tách sóng tương quan FSK đạt được bằng cách dùng bộ giải mã điều chế tối ưu có hàm tương quan – chéo, minh họa cho hình 1.3-loại tách sóng này ít dùng trong thực tế, do khó không về liên kết với các tần số rẽ ở máy thu giống như ở máy phát. Khoảng cách biệt tần số tối thiểu hay độ di tần đỉnh – đỉnh cực tiểu: 2F d , khi trực giao (tương quan – chéo = 0) với tách sóng kết hợp là 2F d = r b /2.  Xác suất lỗi của CFSK hai trạng thái. Biểu thức xác suất lỗi Pe: Pe FSK = ½ erfc [(1/2) (W/r b ) (C/N)] 1/2 (3.3) Hình 3-12 là đồ thò của phương trình với độ rộng tạp âm song biên. So sánh xác suất lỗi của FSK theo phương trình 3.3 với PSK trong phương trình 2.7 ta thấy xác suất lỗi bằng nhau nếu như công suất sóng mang của FSK tăng thêm 3dB. Với FSK kết hợp, 99% độ rộng băng yêu cầu tuân theo quy luật “Carlson”, tức là bằng hai lần độ di tần đỉnh – đỉnh cộng với hai lần tần số điều chế cao nhất. Nếu tần số điều chế cao nhất tính từ 0 (từ DC), có thể xem bằng một nửa độ rộng băng trung tần W. Độ di tần đỉnh – đỉnh chia hết cho tần số điều chế cao nhất được đònh nghóa là chỉ số điều chế m, và có thể xem như là độ di tần đỉnh – đỉnh chia hết cho độ rộng băng W; 99% độ rộng băng truyền dẫn là 2(1+m)W. Bảng 1-2 dưới đây nêu lên các chỉ số điều chế m ứng với các chỉ số 99% độ rộng băng truyền dẫn có tốc độ bit tiêu chuẩn hóa r b , với các bộ lọc có đặc tuyến dốc. Bảng 1-2: Độ rộng băng FSK 99% ứng với các chỉ số điều chế khác nhau Chỉ số điều chế m Độ rộng băng r b ,2 ,78 ,3 ,00 ,4 ,10 0 ,5 1 ,17 0 ,6 1 ,25 0 ,7 1 ,80 0 ,8 1 ,94 0 ,9 1 2,05 )14.1()4/( 2  3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2 10 - 2 2 3 10 - 3 3 2 4 10 - 4 3 2 4 3 2 4 3 2 4 3 2 4 3 2 4 10 - 5 10 - 6 1 0 - 7 10 - 8 10 - 9 5 6 6 5 5 Xác suất lỗi ký hiệu Hình 3 - 2: Đồ thò xác suất lỗi NC: không kết hợp C: kết hợp Kết hợp Tạo tín hiệu vuông NC NC . là hệ số méo của biên độ sóng mang mà tín hiệu số đã mã vào đó. Với tín hiệu nhò phân M = 2 và phương trình (1.24) rút ngắn lại như (1.17a). Trong (1.24) N C là tỷ số giữa sóng mang chưa điều. như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều được 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. tương ứng với mức nhò phân 1 và 0. Hình 3-1. vẽ quá trình điều tần một sóng mang với tín hiệu nhò phân 10101101. Trong FSK hai trạng thái, hai dạng tín hiệu có thể được biểu thò bởi: S 1 (t)