NGHIÊN cứu về ỨNG DỤNG của MẠCH VÒNG KHÓA PHA TRONG hệ THỐNG THÔNG TIN số

LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, khoa học công nghệ phát triển vũ bão lĩnh vực với hàng loạt nghiên cứu, phát minh góp phần không nhỏ việc nâng cao trình độ sản xuất đời sống người Một lĩnh vực đánh giá có triển vọng coi mạnh Việt Nam phải kể đến viễn thông, làm cho người xích lại gần hơn, làm cho khoảng cách địa lý không ý nghĩa Trong phải kể đến PLL,vòng khóa pha PLL hệ thống vòng kín hồi tiếp dùng để khóa tần số pha tín hiệu theo tần số pha tín hiệu vào.Tín hiệu vào có dạng tương tự hình sine dạng số.Ứng dụng PLL vào năm 1932 việc tách sóng đồng bộ.Ngày nay,nhờ công nghệ tích hợp cao làm cho PLL có kích thước nhỏ,độ tin cậy cao,giá thành rẻ,dễ sử dụng.Kỹ thuật PLL ứng dụng rộng rãi mạch lọc,tổng hợp tần số,điều chế giải điều chế,điều khiển tự động, Có hàng chục kiểu vi mạch PLL khác nhau,một số chế tạo phổ thông đa dạng,một số ứng dụng đặc biệt tách âm,giải mã Stereo,tổng hợp tần số Trước đa phần PLL bao gồm mạch số lẫn tương tự.Hiện PLL trở nên phổ biến Sau thời gian học tập trường,được bảo hướng dẫn nhiệt tình thầy cô giáo ngành Điện tử viễn thông trường đại học Hàng Hải Việt Nam,em kết thúc khóa học tích lũy vốn kiến thức định.Đề tài đồ án tốt nghiệp em " NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CỦA MẠCH VÒNG KHÓA PHA TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ " Đồ án tốt nghiệp em gồm chương : Chương : Tổng quan đồng hệ thống thông tin số Chương : Mạch vòng khóa pha PLL Chương : Các ứng dụng PLL truyền dẫn số Bằng cố gắng nỗ lực thân đặc biệt giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo TH.S Nguyễn Đình Thạch,em hoàn thành đồ án thời hạn.Do thời gian làm đồ án có hạn trình độ nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót.Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện nữa.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TH.S Nguyễn Đình Thạch,các thầy cô giáo ngành Điện tử viễn thông trường Đại học Hàng Hải Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 1.1.SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Trong thực tế có nhiều loại hệ thống thông tin số khác nhau,phân biệt theo tần số công tác ,dạng loại môi trường truyền dẫn tùy theo loại hệ thống thông tin số thực tế,hàng loạt chức xử lý tín hiệu số khác sử dụng nhằm thực việc truyền đưa tín hiệu số cách hiệu phương diện băng tần chiếm công suất tín hiệu Trong sơ đồ khối 1.1,thực chất sơ đồ mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu,các thuật toán xử lý tín hiệu(không phải hệ thống thông tin số thiết phải thực đầy đủ thuật toán này).Chức xử lý tín hiệu khối sơ đồ sau: - Khối tạo dạng tín hiệu(format) thực biến đổi tin tức cần truyền thể dạng tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi bít nhị phân(thường tốc độ lớn) - Khối mã hóa nguồn giải mã nguồn thực nén giải nén tín hiệu giảm tốc độ bít để giảm phổ chiếm tín hiệu - Khối mã mật giải mã mật thực mã hóa giải mã chuỗi bít theo khóa xác định nhằm bảo mật thông tin cá nhân khách hàng giữ nguyên tốc độ chuỗi bít - Khối mã hóa kênh giải mã kênh nhằm tăng khả chống nhiễu.Tại thêm vào số bít dư thừa để kiểm tra lỗi sửa lỗi khắc phục tác động xấu kênh truyền - Khối ghép phân kênh nhằm thực việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác tới đích nhận tin khác hệ thống truyền dẫn - Điều chế giải điều chế số thực việc biến đổi từ chuỗi bít gọi tín hiệu băng gốc(base band) thành tín hiệu tần số cao hay gọi tín hiệu thông dải (bandpass signal) ngược lại Định dạng Mã hóa nguồn Mã mật Mã kênh Ghép kênh Điều chế Trải phổ Đa truy nhập Máy phát Định dạng Giải mã nguồn Giải mã mật Giải mã kênh Phân kênh Giải điều chế Giải trải phổ Đa truy nhập Máy thu Kênh truyền Đồng Hình 1.1.Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số Nguồn tin Nhận tin - Khối trải phổ giải trải phổ nhằm chống nhiễu bảo mật tin tức - Khối đa truy nhập cho phép nhiều đối tượng truy nhập vào mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu - Đồng bao gồm đồng nhịp đồng pha sóng mang hệ thống thông tin liên kết - Lọc thực máy thu,phát đầu cuối,bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần,chống tạp nhiễu lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây đường truyền - Kênh truyền hệ thống kênh analog Trên sơ đồ trên,các khối phía phần thu thực thuật toán xử lý ngược với khối tương ứng phần phát Trong số chức nói chức tạo khuôn tín hiệu số,điều chế giải điều chế số ,máy thu,máy phát thiếu loại hệ thống thông tin số 1.2.PHÂN LOẠI VỀ ĐỒNG BỘ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Đồng việc làm cho thiết bị khác hoạt động đồng với xếp tiến trình xử lý chúng theo thời gian cách Về mặt phần cứng,sự đồng thực việc xếp tín hiệu định thời chung cho tất khối hệ thống.Đồng có vai trò quan trọng phần tử khác hệ thống thông tin Việc tái tạo sóng mang tần số pha từ tín hiệu thu sở để giải điều chế kết hợp (gọi đồng sóng mang) Trong trường hợp việc giải điều chế số (không kể giải điều chế kết hợp) yêu cầu trình lấy mẫu định xác để khôi phục lại thông tin logic từ tín hiệu tương tự thu được.Việc thực khôi phục lại thông tin định thời (clock) từ tín hiệu thu gọi đồng đồng hồ hay đồng symbol (symbol synchronization),bước xác định khung tin chuỗi bít thu được.Việc làm gọi đồng khung (frame synchronization).Sự đồng khung cho phép thiết bị thu nhận biết vị trí byte khung tin thu Khi nguồn tin chia thành gói tin thông báo để phát hay gửi theo đường riêng tới nơi nhận tin,sự tranh chấp đường truyền xảy làm cho gói tin đến nơi nhận tin có độ trễ truyền khác nhau.Việc xếp lại gói tin nguyên gốc thực khôi phục tín hiệu định thời gốc từ chuỗi gói tin thu cách ghi thông tin định thời phần mào đầu gói tin gọi nhãn thời gian (time stamps).Việc làm gọi đồng gói tin (packet synchronization) Ngoài có khái niệm đồng mức độ cao đồng mạng (network synchronization) đồng đa phương tiện (multimedia synchronization) 1.2.1.Đồng sóng mang Trong hệ thống điều chế biên độ AM (amplitude modulation),việc điều chế thực cách nhân tín hiệu điều chế (mang tin) với sóng mang (không mang tin) cos 2π f 0t : x(t ) = s(t ).cos 2π f t = [ + ms(t ) ] cos 2π f 0t Trong trường hợp | m.s (t ) |≤ (1.1) đường bao tín hiệu điều chế x(t) tỷ lệ với s(t),điều cho phép dễ dàng thiết kế giải điều chế.Nếu | m.s (t ) |f việc giải điều chế thực cách nhân tín hiệu thu với dao động hình sin có tần số pha giống sóng mang phát (giải điều chế kết hợp) : x(t ).cos ω0t = s (t ).cos ω0t = s (t ) (1 + cos 2ω0t ) (1.2) sau cho qua mạch lọc thông thấp.Loại giải điều chế yêu cầu tín hiệu nhân máy thu tái tạo cos ω0t phải hoàn toàn giống với sóng mang điều chế tần số pha.Bất dịch pha { s(t ) / 2} cos β β làm suy giảm tín hiệu đầu mạch lọc thông thấp ( β =π / tín hiệu không) Từ biểu thức ta thấy thực chất việc điều chế AM chuyển phổ tín hiệu điều chế (mang thông tin) lên tần số sóng mang sóng mang vào f0 cộng thêm Như trình bày trên,cơ sở việc giải điều chế kết hợp tái tạo lại sóng mang nghĩa khôi phục lại tín hiệu liên kết với sóng mang tần số pha.Việc làm hiểu đồng sóng mang Việc khôi phục lại sóng mang dễ dàng phổ tín hiệu thu có chứa vạch phổ tần số sóng mang f0 Trong trường hợp việc tách lấy sóng mang thực lọc dải hẹp thụ động (narrow passive band-pass filter) hay mạch vòng khóa pha PLL (phase locked loop).Mạch vòng thiết kế với băng tần hẹp cho phép dao động điều khiển điện áp VCO (Voltage Controlled Oscillator) khóa bám theo thăng dáng nhỏ xung quanh tần số danh định trường hợp vạch phổ tần số sóng mang f0 f0 Tuy nhiên,trong nhiều mặt.Điều lại làm cho việc đồng hệ thống phức tạp khôi phục tần số pha sóng mang Xem xét trường hợp truyền dẫn số khóa dịch pha nhị phân (BPSK),trong kí hiệu độc lập với nhau,có xác suất xuất mã hóa thành xung vuông đối cực nhau.Vì sóng điều biên có dạng phổ công suất liên tục,không có vạch rời rạc f0 đổi phi tuyến tạo vạch phổ f0 mong muốn từ tín hiệu thu được.Sơ Bộ lọc dải Tất nhiên phép biến đồ khối mạch đồng sóng mang hệ thống BPSK ( ) ± cos ω0t PLL chia tần S(t) f0 Hình 1.2.Đồng sóng mang hệ thống BPSK Trong trường hợp này,bình phương chia tần giải vấn đề : bình phương sóng điều chế để xóa bỏ điều chế tạo thành phần (1 + cos 2ω0t ) / có vạch phổ tần số f0 xuất thu sóng mang nhờ chia tần 1.2.2.Đồng symbol Trong truyền dẫn số thường sử dụng dãy xung đại diện cho ký hiệu cần R= truyền phát với tốc độ không đổi T ,trong T khoảng cách ký hiệu kề (chu kỳ) Trong trường hợp, phía thu giải điều chế kết hợp không kết hợp để biết định thời dãy, nghĩa vị trí thời gian ký hiệu tách thông tin logic từ tín hiệu analog thu được.Thông tin định thời dãy cho phép đọc ký hiệu thời điểm đúng.Khôi phục định thời dãy ký hiệu từ tín hiệu analog thu gọi đồng ký hiệu.Đôi liên quan đến khôi phục đồng hồ Hình 1.3 minh họa nguyên tắc thu băng gốc nhị phân.Tín hiệu analog thu r(t) lấy mẫu để tạo dãy giá trị thực t = kT ,từ tách dãy bit nhờ định logic.Bộ lấy mẫu điều khiển hệ thống đồng thích hợp.Hệ thống đánh giá thời điểm đọc t = kT Lọc san kênh cách kiểm tra r(t) Lấy mẫu Quyết định symbol r(t) 1001 Đồng hồ symbol(khôi phục đồng hồ) r( kT ) t = kT Hình 1.3.Đồng symbol máy thu tín hiệu nhị phân băng gốc Khi đồng ký hiệu thực sau chuyển đổi tín hiệu thành băng gốc,có thể sử dụng số kỹ thuật để khôi phục định thời ký hiệu giống kỹ thuật đồng sóng mang Xem xét truyền băng gốc nhiều mức : phổ tín hiệu truyền dẫn có dạng : s (t ) = ∑ ak g (t − kT ) k (1.3) Có đường phổ tần số ký hiệu 1/T nằm trung tâm lọc băng hẹp có khả khôi phục sóng hình sine,từ tách dãy xung định thời có tần số dãy ký hiệu.Nếu đường phổ tần số 1/T,vẫn có khả tạo cách chuyển đổi phi tuyến thích hợp.Thí dụ chuyển đổi bình phương u = s2 chỉnh lưu u =| s | Cũng đồng ký hiệu cách khôi phục trực tiếp từ tín hiệu lấy băng mà không cần khôi phục sóng mang chuyển đổi thành băng gốc Xét ví dụ,tín hiệu điều chế có dạng : s (t ) = ∑ ak g (t − kT ) cos ωot k (1.4) Là có đường bao bình phương tín hiệu để nhận đường phổ tần số ký hiệu 1/T.Sử dụng đường phổ để đọc thời gian ký hiệu.Tuy nhiên có kỹ thuật đồng sóng mang đồng ký hiệu khác dựa vào nguyên tắc khác để tạo đường phổ.Ba kiểu lĩnh vực đồng ký hiệu : (1)Dựa vào bám lỗi; (2)Dựa vào tìm kiếm cực đại lọc; (3)Dựa vào chuyển đổi phi tuyến lọc; Lĩnh vực thứ sử dụng hệ thống PLL.Lĩnh vực thứ hai so sánh dãy ký hiệu phát ban đầu với ký hiệu lặp lưu trữ để đánh giá dịch pha.Lĩnh vực thứ ba xét Tóm lại,đối với hệ thống thông tin số nói chung hệ thống truyền dẫn số nói riêng,cần phải thực việc đồng bộ.Có nhiều mức đồng khác nhau,đồng mức thấp (mức sở) đồng sóng mang hệ thống thông tin kết hợp,đồng symbol (hay đồng nhịp) hệ thống thông tin kết hợp không kết hợp;các mức đồng cao đồng khung,đồng gói dựa sở đồng sóng mang đồng nhịp thực hiện.Chất lượng truyền dẫn,cụ thể tỉ lệ lỗi bít bên thu ảnh hưởng kênh truyền phụ thuộc nhiều vào chất lượng mạch đồng bộ.Hạt nhân kỹ thuật đồng mạch vòng khóa pha PLL(phase locked loop) mà ta nghiên cứu kỹ chương hai Chương 10 kênh truyền không đổi tần số đồng hồ phát không bị trôi theo thời gian.Trường hợp độ trễ kênh truyền hay đồng hồ phát thay đổi theo thời gian dải thông mạch vòng cần tăng lên để đảm bảo việc bám nhanh theo thay đổi nhịp symbol Sơ đồ hình 3.7 hoàn toàn tương đương với sơ đồ hình 3.6a nhằm đơn giản mặt thiết bị.Tín hiệu đồng hồ từ VCC làm tăng nên trễ δ giây tín hiệu sử dụng để lấy mẫu đầu hai tương quan Tín hiệu đồng hồ khôi phục Hình 3.7 Sơ đồ khối mạch đồng đồng hồ cổng sớm muộn r(t) Tín hiệu thu VCC Mạch lọc vòng Sớm pha δ Trễ phaδ τ ∫ (.)dt τ ∫ (.)dt Lấy mẫu Lấy mẫu Tạo dạng sóng symbol (.)2 (.)2 Với thiết kế tối ưu,sai lệch định thời mạch nhỏ đến 5dB so với khôi phục đồng hồ vòng hở : τ ∆T ≈ T BL / 3R (3.9) Biểu thức (3.8) (3.9) trường hợp chuyển đổi bít diễn liên tục,tuy nhiên thực tế tập tín hiệu có dãy dài số phương sai sai số định thời tăng lên.Có hai hướng khắc phục nâng cao chất lượng mạch khôi phục cải tiến nhằm tăng số chuyển đổi tín hiệu phát 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA SAI LỆCH PHA SÓNG MANG TRONG TRUYỀN DẪN SỐ 50 Trong hệ thống thông tin số kết hợp,để giải điều chế cần có sóng mang nội xấp xỉ với pha sóng mang thu được.Trong mục 3.1.1 trình bày phương pháp khôi phục.Chất lượng khôi phục sóng mang có ảnh hưởng chất lượng hệ thống truyền dẫn? Hệ thốngtruyền dẫn số bao gồm nhiều khối chức năng,mỗi chức hệ thống con,chất lượng truyền dẫn phụ thuộc vào tham số chất lượng hệ thống Để phân tích ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang tới chất lượng truyền dẫn hệ thống,ta giả sử khôi phục sóng mang chức mà không quan tâm đến loại mạch cụ thể,trong hệ thống sai lệch đồng hồ khối chức khác hoàn toàn lý tưởng.Tham số để đánh giá chất lượng hệ thống độ thiệt hại tỷ số tín tạp SNRD (Signal to Noise Degradation) tính giá trị xác định BER (Bit Error Ratio),ví dụ BER= 10−6 3.3.1.Phân tích ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang Để phân tích ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang,ngoài giả thiết nêu ta xem xét vấn đề với hệ thống truyền dẫn số điển hình hệ thống điều chế M-QAM.Bộ khôi phục sóng mang tạo lại sóng mang dựa ) c (t ) ,trong trường hợp lý tưởng thực tế ) c (t ) ) c (t ) = c(t) với c(t) sóng mang tới, , sai lệch pha với c(t) góc ) θ ,nên biểu diễn: ) ) ) e (t ) = cos(2π f c t + θ ) (3.10) Sóng mang tái tạo dùng để giải điều chế kết hợp , tín hiệu giải điều chế M-QAM có dạng : s1 (t ) = ∞ ∑ k =−∞ ) Ak cos θ p(t − kT) ∗ h c (t ) + ∞ ∑B k =−∞ k 51 ) sin θ p(t − kT ) ∗ hc (t ) + n1 (t ) (3.11) s2 (t ) = với hc (.) ∞ ∑ k =−∞ { Ak } { Bk } , ) Bk cos θ p(t − kT) ∗ h c (t ) − ) ∞ ∑ A sin θ p(t − kT ) ∗ h (t ) + n (t ) k =−∞ k c (3.12) giá trị tín hiệu điều chế luồng đồng pha vuông pha, phản ứng xung tương đương thông thấp hệ thống tính từ đầu khối điều chế tới đầu vào mạch lấy mẫu định;p(.) hàm tạo dạng xung không không NRZ (Non Return to Zero); n1 (t ) n2 (t ) tạp âm tương hợp với thành phần đồng pha vuông pha tín hiệu thu Từ biểu thức trên,ta thấy thời điểm lấy mẫu symbol thứ (k=0) thành phần đầu giải điều chế : ) s1 (0) = A0 cos θ s(0) + ) s2 (0) = B0 cos θ s(0) + ∞ ∑ Trong k =−∞ ′ ′ ∞ ∑ k =−∞ ∞ ∑ k =−∞ ) ) Ak cos θ s(− kT) + B0 sin θ + ) ) Bk cos θ s(− kT) − A sin θ − ∞ ∑ ′ k =−∞ ′ ∞ ∑ k =−∞ (.) tổng bỏ qua số hạng k=0 ) Bk sin θ s( − kT ) + n1 (3.13) ) Ak sin θ s( − kT ) + n2 (3.14) s (t ) = p (t − kT ) * h c (t ) Như giả thiết,đặc tính hệ thống thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nên s(0)=1 s(-Kt)=0 với ∀k ≠ ,do tín hiệu lấy mẫu symbol thứ : ) ) s1 (0) = A0 cos θ + B0 sin θ + n1 (3.15) ) ) s1 (0) = B0 cos θ − A0 sin θ + n2 (3.16) 52 Từ biểu thức (3.15) (3.16),ta thấy sai khác pha,tín hiệu sau lấy mẫu bị suy giảm độ lớn hệ số đồng pha vuông pha ) sin θ ) cos θ xuyên nhiễu luồng Sự suy lạc tín hiệu làm tăng xác suất lỗi BER SER toàn hệ thống 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang đến chất lượng hệ thống truyền dẫn Nguồn symbol Bộ điều chế Bộ lọc phát Bộ lọc thu AGC Thiết bị định Bộ giải điều chế Khôi phục đồng hồ Khôi phục sóng mang Tạp âm Ck Hình 3.8 Sơ đồ tương đương băng gốc hệ thống mô a Các giả thiết để đánh giá Giả sử hệ thống truyền dẫn số sử dụng điều chế 64-QAM,truyền dẫn SDH với luồng STM1 tốc độ 155,52 Mb/s.Sơ đồ khối hệ thống tương đương băng gốc dùng mô trình bày hình 3.8.Các lọc phát thu lọc bậc hai cosine tăng.Để tạo dạng xung,trước lọc phát có mạch sửa dạng X/sinX nằm khối lọc phát sơ đồ mô phỏng.Với mục đích đánh giá ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang nên bỏ qua ảnh hưởng méo phi tuyến méo tuyến tính hệ thống.Sai lệch pha sóng mang cho tăng dần lên gián đoạn liên lạc,từ xác định quan hệ SNRD hệ thống với sai lệch pha sóng mang b.Kết mô nhận xét Kết mô với giá trị sai lệch pha sóng mang SNRD tương ứng cho bảng 3.1,từ kết nhận đó,có thể biểu diễn đồ thị Hình 3.9.Các hình 3.9a,3.9b,3.9c số kết mô điển hình minh 53 họa tác động sai lệch pha sóng mang đến chất lượng truyền dẫn hệ thống truyền dẫn Bảng 3.1.SNRD gây sai lệch pha sóng mang Sai pha sóng θ0 mang [độ] 0.4 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 8.1 SNRD[dB] BER = 10 SNRD[dB] −3 BER = 10 0.1 0.25 1.2 2.1 3.6 6.0 8.6 14 35.2 0.2 0.4 1.4 3.2 5.0 7.5 11 16.3 ∞ ∞ −6 ∞ Độ mở mẫu mắt[%] 94.7 87.4 75.2 62.9 50.7 38.4 26.0 13.6 1.3 đóng θ0(deg) SNRD(dB) 10 11 12 10 12 14 16 18 BER=10-6 BER=10-3 Hình 3.9 SNRD theo sai lệch pha sóng mang Hình 3.9a Đáp ứng xung hệ thống hai trường hợp: a)Sai pha sóng mang 00 a 54 ;b)Sai pha sóng mang 8,10 b θˆ = 8.1 θˆ = Hình 3.9b Đồ thị xác suất lỗi bít hệ thống 8.10 Hình 3.9c Constellation tín hiệu thu sai lệch pha sóng mang Từ kết nhận qua mô phỏng,ta rút đánh sau: • Tác động sai lệch pha sóng mang chất lượng hệ thống MQAM nói riêng hệ thống truyền dẫn nói chung lớn.Với giả thiết khối hệ thống lý tưởng,thì với sai lệch chưa tới 10 hệ thống gián đoạn liên lạc • Từ bảng 3.1và đồ thị Hình 3.9 cho thấy SNRD hệ thống tăng θ0 nhanh theo tăng sai pha sóng mang • Constellation tín hiệu thu trường hợp (với giả thiết mô phỏng) bị quay so với constellation tín hiệu bên phát góc θ0 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SAI LỆCH ĐỒNG HỒ TRONG TRUYỀN DẪN SỐ 3.4.1.Phân tích ảnh hưởng sai lệch đồng hồ Giả thiết sai lệch pha sóng mang hệ thống ) θ =0 khối khác hệ thống lý tưởng.Tín hiệu đầu giải điều chế M-QAM qua lọc phối hợp có dạng : 55 s1 (t ) = s2 (t ) = (3.17) ∞ ∑ A s(t − kT ) + n (t ) k =−∞ k (3.18) ∞ ∑ B s(t − kT ) + n (t ) k =−∞ k Bộ khôi phục định thời tạo tín hiệu đồng hồ với tần số trường hợp lý tưởng f clock = 1/ T Tuy nhiên thực tế có sai lệch đồng hồ tái tạo nên thời điểm lấy mẫu lệch so với thời điểm lấy mẫu lý tưởng lượng δT (với δT < T ).Thời điểm lấy mẫu với symbol thứ k : tk = kT + δ T Với symbol thứ 0,giá trị mẫu thành phần s1 (0) s2 (0) t0 = 0.T + δ T : s1 (t ) = A0 s(δ T ) + ∑ ′ Ak s(δ T − kT ) + n1 (3.19) s1 (t ) = B0 s(δ T ) + ∑ ′ Bk s(δ T − kT ) + n2 (3.20) k k Các số hạng A0 s(δ T ) B0 s ( δ T ) ISI (InterSymbol Interference), n1 ∑ tín hiệu hữu ích số hạng n2 ′ (.) k là tạp âm tương hợp với thành phần đồng pha vuông pha thời điểm lấy mẫu Từ biểu thức (3.19) (3.20) ta thấy sai lệch đồng hồ δT = (∑ ′ (.) ≠ 0) ,thì ISI không k Nếu sai lệch đồng hồ 56 δT ≠ ,thì ISI khác (∑ ′ (.) ≠ 0) không k , điều có nghĩa có sai lệch đồng hồ tồn ISI phần tử khác hệ thống lý tưởng.Sự tạo thành ISI dẫn đến làm tăng xác suất lỗi BER hệ thống , sai lệch đồng hồ lớn dẫn đến BER lớn giá trị định lượng đánh giá qua quy mô Mục 3.2 trình bày giải pháp khôi phục đồng hồ hệ thống truyền dẫn số ,thông thường PLL số (cũng PLL tương tự)được sử dụng.Dưới tác động tập nhiễu,sai lệch đồng hồ tái tạo đồng hồ tín hiệu thu δT trình ngẫu nhiên.Tuy nhiên,các mạch khôi phục đồng hồ đặc trưng sai số định thời tĩnh τ0 , giá trị sai lệch cho PLL đảm bảo đồng hồ tạo có sai lệch tuyệt đối so với nhịp tín hiệu thu không vượt giá trị này.Trong trường hợp này,tác động xấu sai lệch đồng hồ δT giá trị τ0 Việc mô tính toán đơn giản hiệu với trường hợp xấu 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng sai lệch đồng hồ hệ thống truyền dẫn a Các giả thiết đánh giá Để khảo sát ảnh hưởng sai lệch đồng hồ chất lượng hệ thống truyền dẫn số,ta sử dụng giả thiết hệ thống mục 3.3.Với mục đích đánh giá ảnh hưởng sai lệch đồng hồ nên bỏ qua ảnh hưởng sai lệch pha sóng mang,méo phi tuyến méo tuyến tính hệ thống.Sai lệch đồng hồ cho tăng dần lên gián đoạn liên lạc, từ xác định quan hệ SNRD hệ thống với sai lệch đồng hồ b Kết mô nhận xét Kết mô ASTRASNL với giá trị sai lệch đồng hồ SNRD tương ứng cho bảng 3.2.Biểu diễn đồ thị mối quan hệ 57 SNRD với sai lệch đồng hồ hình 3.10.Các hình 3.11,3.12 số kết mô điển hình minh họa tác động sai lệch đồng hồ đến chất lượng truyền dẫn hệ thống truyền dẫn Bảng 3.2 SNRD gây sai lệch đồng hồ hệ thống M-QAM SNRD[dB] 0.008Ts 0.016Ts 0.024Ts 0.032Ts 0.04Ts 0.048Ts 0.056Ts 0.062Ts 10−3 0.1 0.53 1.46 2.99 5.4 10.44 15.87 ∞ 10−6 0.3 1.45 3.11 5.6 9.33 16.96 ∞ ∞ BER τ0/TS SNRD(dB) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 10 12 14 16 18 Hình 3.10 SNRD theo sai lệch đồng hồ BER=10 BER=10-6 -3 Hình 3.12 Constellation tín hiệu thu sai lệch đồng hồ τ = 0.062Ts 58 τ = 0.062Ts τ0≈ 0.05TS τ0 = Hình 3.11 Đồ thị xác suất lỗi bit có sai lệch đồng hồ 59 Từ kết nhận qua mô phỏng, ta rút kết luận sau: • Tác động sai lệch đồng hồ chất lượng hệ thống hệ thống M-QAM nói riêng hệ thống truyền dẫn nói chung lớn.Với giả thiết khối hệ thống lý tưởng ,thì với sai lệch chưa tới vài phần trăm mà hệ thống gián đoạn liên lạc • Từ bảng 3.2 đồ thị hình 3.11 cho thấy SNRD hệ thống tăng nhanh theo tăng sai lệch đồng hồ 60 τ0 • Constellation tín hiệu thu (trong trường hợp cụ thể với Ts τ0 =0.066 ) cho thấy khác với sai lệch pha sóng mang, điểm tín hiệu bị sai lệch cách ngẫu nhiên xung quanh vị trí xác • Sai lệch tín hiệu đồng hồ phụ thuộc mạnh vào độ rộng băng tần hệ thống Nếu hệ thống sử dụng lọc chặt hiều sử dụng phổ tần cao yêu cầu động đồng hồ ngặt nghèo 61 KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp trình bày vấn đề mạch vòng khóa pha số ứng dụng điển hình hệ thống thông tin số nói chung hệ thống truyền dẫn số nói riêng.Đã hệ thống cách chung hệ thống thông tin số giải pháp khác để thực việc đồng hệ thống thông tin số,từ cho thấy mạch vòng khóa pha hạt nhân dùng cho đồng hệ thống.Đã phân tích chi tiết chức nguyên tắc hoạt động loại mạch vòng khóa pha tương tự mạch vòng khóa pha số.Đồng thời xây dựng chương trình mô mạch vòng khóa pha môi trường Matlab dùng cho khảo sát đánh giá,chứng minh phân tích lý thuyết.Do khuôn khổ đồ án,chỉ trình bày ứng dụng mạch vòng khóa pha khôi phục sóng mang khôi phục đồng hồ.Các phương pháp khôi phục sóng mang khôi phục đồng hồ dùng PLL phân tích chi tiết.Cũng phần này,ảnh hưởng sai lệch đồng hồ sai lệch pha sóng mang đến chất lượng hệ thống truyền dẫn số phân tích tương đối kỹ lưỡng.Một công cụ mạnh phần mềm mô hệ thống thông tin số ASTRAS sử dụng để khảo sát đánh giá.Các kết mô giúp chứng minh phân tích lý thuyết phần Nhìn chung đồ án hoàn thành nhiệm vụ đề ra,các vấn đề đồ án sở cho sinh viên trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: 1.Nguyễn Quốc Bình, Kỹ thuật truyền dẫn số,nhà xuất QĐND,2001 62 2.Nguyễn Quốc Bình, Mô hệ thống thông tin số,Nhà xuất QĐND, 2002 3.Nguyễn Quốc Bình , Các hệ thống thông tin trình bày thông qua sử dụng Matlab,HVKTQS, 2003 Tiếng Anh: 1.Bernard Sklar, Digital communications (fundamentals and applications), second edition, Prentice – Hall International, USA,2001 2.John G Proakis, Digital communications, McGraw-Hill,New york,1995 3.Paul V Brennan, Phase locked loops (Principles and Practice), McGrawHill,New york, 1996 63 MỤC LỤC 64 [...]...MẠCH VÒNG KHÓA PHA PLL ( Phase locked loop) 2.1.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH VÒNG KHÓA PHA Mạch vòng khóa pha (PLL:Phase Locked Loop) được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật viễn thông, điều khiển,đo lường và nhiều lĩnh vực khác trong kỹ thuật điện tử và có một vai trò đáng kể trong truyền dẫn số PLL là một hệ thống đặc biệt được dùng để bám theo một hệ thống khác,chính xác hơn nữa,là một mạch điện... 2.2.MẠCH VÒNG KHÓA PHA SỐ DPLL (Digital PLL) Trong thiết bị số, các PLL được áp dụng cho một loạt các mục đích .Trong một vài thập kỷ gần đây,cấu trúc và ứng dụng của PLL số (DPLL:Digital PhaseLocked Loop) trong các bộ tổng hợp tần số và trong vô số các dụng cụ đo lường Một PLL số bao gồm các khối chức năng hoàn toàn số và các tín hiệu bên trong nó cũng là tín hiệu số 2.2.1.Các phần tử mạch - Cấu trúc mạch. .. 2.2.1.Các phần tử mạch - Cấu trúc mạch vòng khóa pha số tương tự với cấu trúc của mạch vòng khóa pha tương tự (analog) do mạch vòng khóa pha số cũng bao gồm một bộ so pha, một bộ lọc mạch vòng và một bộ dao động điều kiện được theo phương pháp số. Các PLL có thể phân loại theo bộ so pha được sử dụng - Bộ so pha loại FF (flip-flop) với đặc tính răng cưa : tín hiệu lối ra bộ so pha là một dãy xung điều rộng (Pluse... chuỗi xung dao động chủ tùy theo thông tin điều khiển.Cả hai phương án kể trên đều được đặc trưng bởi một tần số dao động chủ mà nó bằng bội của tần số chạy tựdo của mạch vòng. Trong hình 2.6c,tần số dao động chủ bằng với tần số của mạch vòng chạy tự do và một mạng chia pha được áp dụng để tạo một số chuỗi xung Có các pha tương đối khác nhau.Các chuỗi xung này đưa tới một mạch ghép được điều khiển bằng... một tín hiệu vào về tần số cũng như về pha. Trong trạng thái đã đồng bộ-thường gọi là đã khóa (locked) sai pha giữa tín hiệu ra của bộ dao động và tín hiệu tham chiếu bằng không hoặc rất nhỏ Nếu có sự sai pha, một cơ cấu điều khiển tác động vào bộ dao động sao cho sự sai pha được giảm nhỏ đến một giá trị cực tiểu .Trong mỗi hệ thống điều khiển ,pha của tín hiệu ra thực sự bị khóa với pha của tín hiệu tham... rằng sai pha của một mạch vòng khóa pha đối với một tín hiệu lối vào có tần số thay đổi một cách tuyến tính cũng sẽ biến đổi một cách tuyến tính (tức là sai pha sẽ tiến tới vô cùng) đối với một mạch vòng khóa pha bậc hai lý tưởng và chỉ tiến tới không đối với một vòng khóa pha bậc 3 PLL là một mạch có hổi tiếp,do đó cần phải xét đến các điều kiện ổn định.Theo lý thuyết tuyến tính,một mạch vòng sẽ ổn... phải của mặt phẳng s đối với các giá trị KA nhỏ.Tức là ,mạch vòng khóa pha bậc ba rất dễ không ổn định,điều này giải thích tại sao trong thực tế người ta thường chỉ sử dụng các mạch vòng khóa pha đến bậc hai.Thậm chí mạch vòng khóa pha bậc 2 có thể không phải ổn định một cách vô điều kiện nếu hàm truyền mạch vòng không phải là một hàm phân thức song cũng có một giữ chậm không thể loại trừ được trong. .. một hay nhiều xung trong đó bịxóa bỏ đi,và vì thế có dấu (-) Hình 2.8 Các đặc tính so pha : a)Không có vùng chết; b)Có vùng chết Hệ số chia bình thường 0 Các chuyển đổi muộn Các chuyển đổi sớm Sai pha Hệ số chia lớn hơn Hệ số chia nhỏ hơn 0 Sai pha Hệ số chia lớn hơn Hệ số chia nhỏ hơn Vùng chết b) a) Nếu không tồn tại một chuyển đổi nào trong tín hiệu thu được quanh chuyển đổi của tín hiệu đồng hồ... các cực của hàm truyền mạch vòng kín nằm trên nửa trái của mặt phẳng s.Biểu thức (2.10) cho thấy rằng việc các cực của hàm truyền nằm ở đâu thì phụ thuộc vào KA Có thể chỉ ra rằng các cực của mạch vòng bậc 1 và 2 thì luôn nằm bên nửa trái của mặt phẳng s (trong trường hợp giới hạn thì nằm tại điểm s=0) tức là các mạch vòng 17 đó đều ổn định (theo lý thuyết tuyến tính).Các điểm cực của một mạch vòng bậc... kéo của mạch vòng khóa pha bậc 1 là 2 WL / π Thời gian kéo vào pha cần thiết để đạt được trạng thái cân bằng phụ thuộc vào cả độ lệch điều hướng lẫn sai lệch pha ban đầu.Thời gian kéo vào pha sẽ là dài nhất nếu mạch vòng đang nằm ở gần một điểm cân bằng không bền khi đóng mạch Nếu tồn tại một điều kiện cân bằng thì điều kiện này sẽ đạt được trong mọi ϕ điều kiện.Ttong suốt thời gian kéo vào pha, sai pha