Cac ki thuat dieu che so

Các kĩ thuật điều chế số Tác giả: Fukin Xion Dịch giả: dungn-thành viên vntelecom.org Lời nói đầu Các kĩ thuật điều chế số điều thiết yếu số hệ thống thơng tin số, cho dù hệ thống thoại, hệ thống thông tin di động tế bào, hay hệ thống thông tin vệ tinh Trong khoảng 20 năm qua, nghiên cứu phát triển kĩ thuật điều chế số có nhiều hoạt động cho thấy số kết hứa hẹn Tuy nhiên, kết lại phân tán nhiều tài liệu Kết là, kĩ sư sinh viên lĩnh vực thường gặp khó khăn việc xác định kĩ thuật cụ thể cho ứng dụng hay đề tài nghiên cứu Cuốn sách cung cấp cho bạn đọc thông tin hoàn chỉnh, cập nhật tất cẩ kĩ thuật điều chế số hệ thống thông tin số Tồn số lượng khổng lồ sách tài liệu thông tin số, số chúng chứa hay nhiều chương kĩ thuật điều chế số bao gồm dạng điều chế, hay nguyên lí kĩ thuật Cũng có số đặc tả vài dạng điều chế Cuốn sách trình bày thơng tin ngun lí ứng dụng tất kĩ thuật điều chế số nay, kĩ thuật nghiên cứu với trình tự điều chế, chủ đề sau bao trùm: tảng lịch sử, nguyên lí hoạt động, tỉ lệ lỗi bit lỗi mẫu tín hiệu (hiệu dùng phổ), đặc tính phổ (hiệu dùng phổ), sơ đồ khối điều chế, giải điều chế, khơi phục sóng mang (nếu có), khơi phục xung đồng hồ, so sánh với trình tự điều chế khác, ứng dụng Sau ta hiểu đầy đủ kĩ thuật điều chế chất lượng chúng kênh AWGN, ta thảo luận chất lượng chúng kênh suy hao đa đường Cách xếp sách Cuốn sách chia thành 10 chương Chương lời giới thiệu kiến thức cần thiết hệ thống thông tin số, công cụ điều chế Chương nói điều chế tín hiệu băng gốc mà chưa kể tới sóng mang Đây cịn gọi định dạng tín hiệu băng gốc hay mã đường (line coding) Một cách truyền thống, ta định nghĩa thuật ngữ “điều chế” “nén thơng tin lên sóng mang”, nhiên, ta mở rộng định nghĩa thành “nén thơng tin lên trung gian truyền phát”, định dạng dạng điều chế Điều chế băng gốc quan trọng khơng sử dụng truyền liệu khoảng cách ngắn, ghi từ, ghi quang,(ND: nguyên tiếng anh “magnetic recording”, “optical recording”)…mà cịn đầu cuối phía trước điều chế thơng dải Các chương bao trùm kĩ thuật khóa dịch tần số FSK khóa dịch pha PSK bản, bao gồm coherent noncoherent Các kĩ thuật sử dụng nhiều hệ thống thông tin số, hệ thống điện thoại số dạng tế bào hệ thống thông tin vệ tinh Các chương 5-7 nói kĩ thuật điều chế pha nâng cao có khóa dịch tối thiểu (Minimum Shift Keying-MSK), điều chế pha nối tiếp (Continues Phase Modulation-CPM), multi-h phase modulation (MHSK) Các kĩ thuật kết nghiên cứu năm gần đây, số chúng sử dụng hệ thống chuyên sâu, chẳng hạn như, MSK NASA sử dụng Tên lửa công nghệ truyền thơng nâng cao (ACTS-Advanced Communications Technology Satellite) phóng vào năm 1993, tên lửa khác hoàn thiện cho ứng dụng tương lai Chương nói điều chế biên độ vuông (Quadrature amplitude modulationQAM) Các trình tự QAM sử dụng rộng rãi modem điện thoại di động Chẳng hạn, modem v.29 v.33 đề nghị CCITT (Consultative Committee for International Telephone and Telegraph) sử dụng 16- 128-QAM, cho tốc độ 9600 bps 14400 bps, đường điện thoại dây Chương bao trùm trình tự điều chế tiết kiệm băng thông đường bao không cố định Chúng ta nghiên cứu tám trình tự, gọi QBL, QORC, SQORC, QOSRC, IJFOQPSK, TIS-OQPSK, SQAM Q2PSK Các trình tự cải tiến mật độ phổ với mát xác suất lỗi Chúng thiết kế trước tiên cho thông tin vệ tinh Chương 10 trước tiên giới thiệu sơ lược đặc tính kênh có suy hao phản hồi đa đường Sau tất dạng điều chế đề cập chương 2-8 kiểm chứng môi trường suy hao đa đường Các phụ chương A B kiến thức phổ tín hiệu lý thuyết dị ước lượng tín hiệu kinh điển Cuốn sách sử dụng làm sách tham khảo cho kĩ sư nhà nghiên cứu Nó sử dụng làm sách giáo khoa cho sinh viên tốt nghiệp Phần kiến thức sách học khóa học nửa năm Với khóa học ngắn, người hướng dẫn lựa chọn số chương thích hợp Lời cám ơn Trước tiên xin cám ơn nhà biên tập kiểm lược Artech House Ray Sperber, Mark Walsh, Barbara Lovenvirth Judi Stone, người có nhiều phê bình góp ý dựa xem xét kĩ lưỡng đóng góp cho cải tiến thảo Tơi muốn gửi lời cảm ơn tới trường đại học Cleveland State Fenn College of Engineering cho phép nghỉ phép suốt năm 1997 viết phần cốt yếu sách Tôi biết ơn hỗ trợ động viên nhiều cộng khoa Kĩ thuật điện máy tính …… Cuối cùng, ủng hộ giúp đỡ từ phía gia đình nguồn động viên sâu sắc Fuqin Xiong Chương 1: giới thiệu Trong chương thảo luận sơ lược vai trò điều chế hệ thống thông tin số điển hình, cơng cụ điều chế bản, tiêu chuẩn lựa chọn trình tự điều chế Thêm vào phần mô tả sơ lược kênh thông tin khác nhau, phục vụ tảng cho thảo luận sau trình tự điều chế 1.1 hệ thống truyền thơng số Hình 1.1 sơ đồ khối hệ thống thông tin số điển hình Thơng tin gửi từ nguồn tương tự (chẳng hạn giọng nói) hay từ nguồn số (dữ liệu máy tính) Bộ chuyển đổi tương tự-số (A/D) lấy mẫu lượng tử hóa tín hiệu tương tự biểu diễn mẫu dạng số (bit 0) Bộ mã hóa nguồn chấp nhận tín hiệu số mã hóa thành dạng tín hiệu số ngắn Đây gọi mã hóa nguồn, làm giảm dư thừa giảm tốc độ truyền cần thiết (ND: Chỗ tự ý thêm chút để làm rõ nghĩa câu) Điều để làm giảm băng thông yêu cầu hệ thống mã hóa kênh nhận tín hiệu mã hóa nguồn thực mã hóa thành tín hiệu số dài Sự dư thừa thêm vào cách có chủ đích lên tín hiệu số mã hóa nhờ số lỗi tạp âm nhiễu tạo suốt đường truyền qua kênh hiệu chỉnh lại máy thu Nói chung truyền phát thường tần số thơng dải cao, điều chế nén kí hiệu số mã hóa lên sóng mang Đơi truyền phát thực băng bản, điều chế điều chế băng gốc, hay gọi định dạng (formator), thực định dạng kí hiệu số mã hóa lên dạng sóng thích hợp để truyền Thơng thường, có khuếch đại công suất theo sau điều chế Với truyền phát tần số cao, điều chế giải điều chế thường thực tần số trung tần (IF) Nếu vào trường hợp này, nâng tần số chèn vào điều chế khuếch đại công suất Nếu tần số trung gian thấp so với tần số sóng mang, số tầng phiên tần số sóng mang yêu cầu Với hệ thống khơng dây, có anten tầng cuối máy phát Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống thông tin số Trung gian truyền phát thường gọi kênh, tạp âm cộng vào tín hiệu ảnh hưởng fading với suy hao xuất hệ số nhân lên tín hiệu Thuật ngữ tạp âm thuật ngữ nghĩa rộng, bao gồm tất nhiễu loạn điện ngẫu nhiên từ hệ thống Kênh nói chung có băng thơng tần số hữu hạn xem lọc Tại máy thu, việc xử lí tín hiệu ngược lại xảy Trước tiên, tín hiệu nhận yếu khuếch đại (và hạ tần cần thiết) sau giải điều chế Sau phần dư thừa loại bỏ giải mã kênh giải mã nguồn thực khôi phục tín hiệu dạng nguyên gốc trước gửi tới người sử dụng Một biến đổi số-tương tự (D/A) sử dụng cho tín hiệu tương tự Sơ đồ khối cho trong hình 1.1 cấu hình hệ thống kinh điển Một cấu hình hệ thống thực phức tạp Với hệ thống nhiều người sử dụng, khối dồn kênh chèn vào trước khối điều chế Với hệ thống đa trạm, khối điều khiển đa truy nhập chèn vào trước máy phát Các thiết bị khác trải tần mữa hóa thêm vào hệ thống Một hệ thống thực đơn giản Mã hóa nguồn mã hóa kênh khơng cần thiết hệ thống đơn giản Trên thực tế, có khối điều chế, kênh, giải điều chế, khuếch đại thiết hệ thống truyền thông (với anten cho hệ thống không dây) Với mục đích mơ tả kĩ thuật điều chế giải điều chế phân tích chất lượng chúng, biểu đồ hệ thống đơn giản hóa hình 1.2 sử dụng thường xun Hình 2: Mơ hình hệ thống thông tin số cho việc điều chế giải điều chế Mơ hình loại trừ khối khơng hợp lí với quan điểm điều chế cho khối hợp lí thấy rõ ràng Tuy nhiên, kĩ thuật modem (điều chế giải điều chế) phát triển gần kết hợp điều chế mã hóa kênh lại với Trong trường hợp này, mã hóa kênh phần điều chế giải mã kênh phần giải điều chế Từ hình 1.2, tín hiệu nhận đầu vào giải điều chế viết sau: r (t ) = A(t ) [ s (t ) * h(t ) ] + n(t ) (1.1) Trong * phép chập Trong hình 1.2 kênh mơ tả yếu tố Thứ lọc kênh Do thực tế lọc s(t) từ điều chế phải qua máy phát, kênh (trung gian truyền phát) máy thu trước tới giải điều chế, lọc kênh lọc hỗn hợp với hàm truyền là: H ( f ) = HT ( f )H C ( f )H R ( f ) (1.2) Trong H T ( f ) , H C ( f ) , H R ( f ) hàm truyền máy phát, kênh máy thu Cũng vậy, đáp ứng xung lọc kênh là: h(t ) = hT (t )* hC (t ) * hR (t ) (1.3) Trong hT (t ) , hC (t ) hR (t ) đáp ứng xung máy phát, kênh máy thu Nhân tố thứ hai hệ số A(t) mà nói chung phức Hệ số biểu diễn fading số dạng kênh, kênh vô tuyến di động Nhân tố thứ ba nhiễu cộng số hạng nhiễu n(t) Chúng ta thảo luận fading nhiễu chi tiết mục sau Mơ hình kênh hình 1.2 mơ hình chung Nó đơn giản hóa số tình thấy mục 1.2 kênh truyền thơng Đặc tính kênh đóng vai trò quan trọng nghiên cứu, lựa chọn thiết kế trình tự điều chế Các trình tự điều chế nghiên cứu cho kênh khác để biết chất lượng chúng kênh Các trình tự điều chế lựa chọn thiết kế tương ứng với đặc tính kênh để tối ưu chất lượng chúng Trong mục ta thảo luận số mơ hình kênh quan trọng truyền thông 1.2.1 Kênh nhiễu trắng Gauss cộng (Additive White Gaussian Noise Channel-AWGN channel) Kênh AWGN mơ hình phổ biến để phân tích trình tự điều chế Trong mơ hình này, kênh khơng làm việc ngồi cộng thêm nhiễu Gauss trắng vào tín hiệu qua Điều nhấn mạnh đáp ứng tần số biên độ kênh phẳng (dù với băng thông giới hạn hay ko giới hạn) đáp ứng tần số pha kênh tuyến tính cho tần số cho tín hiệu điều chế qua mà khơng biên độ méo pha hay thành phần tần số Fading không tồn Méo tạo AWGN Tín hiệu nhận 1.1 đơn giản hóa còn: r (t ) = s (t ) + n(t ) (1.4) Với n(t) nhiễu AWGN Tính “trắng” n(t) nhấn mạnh có q trình ngẫu nhiên tĩnh với mật độ phổ công suất phẳng (PSD) cho tất tần số Có quy ước giả thiết PSD N ( f ) = N0 / −∞ < f < ∞ (1.6) Điều nhấn mạnh q trình trắng có cơng suất hữu hạn Điều dĩ nhiên mang tính lí tưởng mặt tốn học Ứng với định lí Wiener-Khinchine, hàm tự tương quan nhiễu AWGN R (τ ) = E{n(t )n(t − τ )} = ∞ ∫ N ( f )e j 2π f τ df (1.7) −∞ ∞ N j 2π f τ N e df = δ (τ ) 2 −∞ Trong δ (τ ) hàm delta Dirac Điều mẫu nhiễu không tự tương quan cho dù hiệu thời gian nhỏ tới đâu Các mẫu độc lập trình trình Gauss Tại điểm thời gian, biên độ n(t) tuân theo hàm mật độ xác suất Gauss cho bởi: η2 p (η ) = exp{− } (1.7) 2σ 2πσ Trong η dùng để biểu diễn giá trị trình ngẫu nhiên n(t) σ độ lệch trình ngẫu nhiên Có điểm thú vị cần lưu ý σ = ∞ với trình AWGN σ công suất nhiễu, bất định tính “trắng” Tuy nhiên, r(t) lấy tương quan với hàm trực giao φ (t) , nhiễu đầu có độ lệch hữu hạn Trên thực tế: = r= ∫ ∞ ∫ r (t )φ (t )dt = s + n −∞ Trong s= ∞ ∫ n(t )φ (t )dt −∞ Và n= ∞ ∫ s(t )φ (t )dt −∞ Độ lệch n bằng:   ∞   E{n } = E   ∫ n(t )φ (t ) dt       −∞ ∞ ∞  = E  ∫ ∫ n(t )φ (t )n(τ )φ (τ )dtdτ   −∞ −∞  = = ∞ ∞ ∫ ∫ E{n(t )φ (t )}n(τ )φ (τ )dtdτ −∞ −∞ ∞ ∞ N0 δ (t − τ )φ (t )φ (τ )dtdτ −∞ −∞ ∫∫ N = ∞ ∫φ −∞ (t )dt = N0 Khi hàm mật độ xác suất (PDF) n viết sau: n2 p ( n) = exp{− } N0 π N0 (1.18) (1.19) Kết sử dụng thường xuyên sách Nói cách khác, kênh AWGN khơng tồn khơng có kênh truyền có băng thơng vơ định Tuy nhiên, băng thơng tín hiệu nhỏ so với băng thơng kênh, số kênh thực tế xấp xỉ với kênh AWGN Chẳng hạn, kênh vô tuyến thẳng tuyến LOS (line of sight), bao gồm kết nối microwave (ND: sóng cực ngắn) mặt đất cố định kết nối vệ tinh cố định, xấp xỉ với kênh AWGN thời tiết tốt Các cáp đồng trục băng rộng xấp xỉ kênh AWGN khơng tồn nhiễu khác ngồi nhiễu Gauss Trong sách này, tất trình tự điều chế nghiên cứu kênh AWGN Có hai lí cho việc Thứ nhất, số kênh vốn xấp xỉ kênh AWGN, kết sử dụng trực tiếp Thứ hai, nhiễu Gauss cộng biểu diễn cho dù có tồn hay nhân tố làm suy yếu khác kênh băng thông hạn chế, fading, đa đường, nhiễu khác Vậy kênh AWGN kênh tốt mà hệ thống có Chất lượng trình tự điều chế xác định kênh biên chất lượng Khi có nhân tố suy giảm khác kênh, chất lượng hệ thống giảm Chất lượng AWGN sử dụng chuẩn định giá suy giảm tính hiệu kĩ thuật chống suy giảm chất lượng 1.2.2 Kênh giới hạn băng thông Khi băng thông kênh nhỏ băng thơng tín hiệu, kênh gọi có băng thông hạn chế Sự giới hạn băng thông phục vụ gây nên nhiễu liên kí hiệu ISI (chẳng hạn, xung số mở rộng thời gian truyền (chu kỳ kí hiệu Ts )) gây nhiễu lên kí hiệu tiếp theo, hay chí kí hiệu ISI gây tăng xác suất lỗi bit ( Pb ) hay tỉ lệ lỗi bit BER, gọi Khi việc tăng băng thơng kênh truyền điều không hiệu kinh tế, kĩ thuật cân kênh sử dụng để chống lại ISI Qua nhiều năm, số lượng lớn kĩ thuật cân phát minh sử dụng Các kĩ thuật cân xuất liên tục Chúng không bao trùm chúng sách Về hướng kĩ thuật cân kênh, bạn đọc khuyên xem [1.chương 6] hay sách hệ thống thơng tin 1.2.3 Kênh fading Fading tượng xảy biên độ pha tín hiệu vơ tuyến biến đổi nhanh khoảng thời gian ngắn hay khoảng lan truyền ngắn Fading tạo nên nhiễu hai hay nhiều phiên tín hiệu phát chúng tới máy thu thời điểm khác chút Các sóng này, gọi sóng đa đường, kết hợp với anten cho tín hiệu tổng mà biến đổi rộng biên độ tần số Nếu thời gian trễ tín hiệu đa đường dài chu kì kí hiệu (symbol) (ND: hay gọi mẫu tín hiệu), tín hiệu đa đường phải xem tín hiệu khác Trong trường hợp này, ta có tín hiệu đa đường độc lập Trong kênh thông tin di động, kênh di động mặt đất kênh di động vệ tinh, nhiễu fading đa đường tạo nên phản hồi từ cơng trình bao quanh địa hình Thêm vào đó, di chuyển tương đối máy phát máy thu cho kết điều chế tần số ngẫu nhiên tín hiệu mức dịch tần Doppler khác thành phần đa đường Sự di động đối lượng bao quanh, xe tải, tạo nên mức dịch tần Doppler thành phần đa đường Tuy nhiên, đối tượng bao quanh di chuyển tốc độ nhỏ tốc độ di động, hiệu ứng chúng bỏ qua Nhiễu fading đa đường tồn kết nối microwave LOS (ND: nói trên, LOS=tuyến thẳng) [3] Trong buổi hè trời êm, hỗn loạn áp suất thông thường nhỏ Tầng đối lưu xếp thành tầng với phân phối nhiệt độ ẩm không đồng Sự phân lớp tầng áp suất thấp tạo nên gradien số khúc xạ đột ngột để tạo nên đường đa tín hiệu với biên độ trễ khác Fading tạo nên biến đổi nhanh biên độ độ lệch pha tín hiệu nhận Đa đường tạo nên nhiễu liên kí hiệu Dịch tần Doppler tạo nên trôi tần số sóng mang trải băng thơng tín hiệu Tất điều dẫn tới suy hao chất lượng điều chế Việc phân tích chất lượng điều chế kênh fading thảo luận chi tiết 1.3 Các công cụ điều chế vơ Điều chế số q trình nén kí hiệu số lên tín hiệu thích hợp để truyền phát Với truyền phát khoảng cách ngắn, điều chế băng gốc thường sử dụng Điều chế băng gốc thường gọi mã đường Một chuỗi kí hiệu số thường sử dụng để tạo nên dạng sóng xung vng với số đặc điểm để biểu diễn dạng kí hiệu mà khơng có nhập nhằng cho chúng khơi phục lúc thu Hình 1.3 cho số dạng sóng điều chế băng gốc Dạng điều chế nonreturn zero-level (NRZ-L) thực biểu diễn kí hiệu xung vuông dương với độ dài T kí hiệu xung vng âm với độ dài T Hình 3: Các thí dụ điều chế số băng gốc Dạng thứ hai dạng điều chế unipolar return to zero với xung dương độ dài T/2 biểu diễn kí hiệu giá trị biểu diễn cho kí hiệu Dạng thứ dạng mức pha (biphase level) hay gọi Manchester, sau phát minh dạng này, việc điều chế sử dụng dạng sóng gồm xung T/2 dương xung T/2 âm cho dạng sóng đảo ngược cho Trình tự điều chế trình tự khác thảo luận chi tiết chương Với truyền phát đường dài không dây, điều chế thông dải thường sử dụng Điều chế thơng dải gọi điều chế sóng mang Một chuỗi kí hiệu số sử dụng để làm thay đổi thơng số tín hiệu hình sin tần số cao gọi sóng mang Nói chung, tín hiệu hình sin có thơng số: biên độ, tần số pha Vậy điều chế biên độ, điều chế tần số, diều chế pha ba công cụ điều chế điều chế thơng dải Hình 1.4 cho ba dạng điều chế sóng mang nhị phân Đó khóa dịch biên độ (ASK), khóa dịch tần số (FSK), khóa dịch pha (PSK) Trong ASK, điều chế đẩy bó sóng mang cho kí hiệu 1, khơng tín hiệu cho kí hiệu Trình tự gọi khóa bật-tắt (OOK) Trong khóa ASK thơng thường, biên độ cho kí hiệu khơng thực Trong FSK, với kí hiệu 1, bó sóng mang tần số cao phát với kí hiệu bó sóng mang tần số thấp phát ra, hay ngược lại Hình 4: ba trình tự điều chế thơng dải Trong PSK, kí hiệu phát bó sóng mang với lần đảo pha kí hiệu phát bó sóng mang với pha đảo 180° Dựa ba trình tự điều chế đó, loạt trình tự điều chế tìm thấy từ kết hợp chúng Chẳng hạn, cách kết hợp hai tín hiệu PSK (BPSK) với sóng mang trực giao, trình tự gọi khóa dịch pha cầu phương (QPSK) tạo Bằng cách điều chế biên độ pha sóng mang, ta thu trình tự gọi điều chế biên độ cầu phương (QAM),v.v 1.4 Tiêu chuẩn lựa chọn tiêu chuẩn điều chế Tinh thần việc thiết kế modem số để truyền cách hiệu bit số phục hồi chúng từ ảnh hưởng nhiễu tác động kênh Có tiêu chuẩn ưu tiên lựa chọn trình tự điều chế: hiệu công suất, hiệu phổ độ phức tạp hệ thống 1.4.1 Hiệu công suất Tỉ lệ lỗi bit, hay xác suất lỗi bit trình tự điều chế tỉ lệ nghịch với Eb / N , tỉ lệ lượng bit mật độ phổ nhiễu Chẳng hạn, Pb ASK kênh AWGN cho bởi:  Eb  Pb = Q  (1.10) ÷ ÷  N0  Trong Eb lượng bit trung bình, cịn N mật độ phổ nhiễu (PSD) Q(r) tích phân Gauss, biết tới hàm Q Hàm định nghĩa sau: ∞ −u2 Q( x) = ∫ e du (1.11) 2π x Hàm hàm giảm đơn điệu x Do hiệu cơng suất trình tự điều chế định nghĩa cách thẳng thắn tỉ lệ Eb / N cần thiết với xác suất lỗi −5 bit ( Pb ) tren kênh AWGN Pb = 10 thường sử dụng tỉ lệ lỗi bit tham chiếu 1.4.2 Hiệu phổ Việc xác định hiệu dùng phổ phức tạp chút Hiệu phổ định nghĩa số bit giây truyền Hert băng thơng hệ thống Ví dụ, mật độ phổ cơng suất dải tín hiệu ASK điều chế chuỗi bit ngẫu nhiên độc lập có xác suất ngang cho sau: A2T A2 ψs( f ) = sin c [T ( f − f c )] + δ ( f − fc ) 4 cho hình 1.5, T độ dài bit, A biên độ sóng mang, f c tần số sóng mang Từ hình ta thấy phổ tín hiệu trải từ −∞ tới ∞ Vậy để truyền cách hồn hảo tín hiệu, cần băng thông hệ thống không xác định, biến thiên dựa tiêu chuẩn khác Chẳng hạn, hình 1.5, hầu hết lượng tín hiệu tập trung dải hai điểm 0, yêu cầu băng thông 0-0 Hình 5: mật độ phổ cơng suất ASK đầy đủ Có cách tính hiệu phổ tài liệu liệt kê sau đây: Hiệu phổ Nyquist-giả thiết hệ thống sử dụng lọc Nyquist (đáp ứng xung chữ nhật lí tưởng) băng gốc, có băng thơng u cầu tối thiểu cho truyền phát nhiễu ISI tự tín hiệu số, băng thơng băng gốc 0.5 Rs , Rs tốc độ kí hiệu, băng thơng tần số sóng mang W = Rs Do Rs = Rb / log M , Rb =tốc độ bit, với điều chế M-ary (ND: M số điểm thấy xem biểu đồ chòm điểm), hiệu phổ Rb / W = log M (1.12) Hiệu phổ null-null (ND: hay vừa dịch 0-0)-với trình tự điều chế có điểm phổ mật độ cơng suất ASK hình 1.5, định nghĩa băng thơng độ rọng búp sóng cách thích hợp để định nghĩa băng thơng Hiệu phổ phần trăm-nếu phổ tín hiệu điều chế khơng có điểm khơng, điều chế pha liên tiếp nói chung (CPM), băng thơng null-null khơng tồn Trong trường hợp này, băng thơng phần trăm sử dụng Thông thường 99% sử dụng, cho dù số số phần trăm khác (như 90%, 95%) dùng 1.4.3 Độ phức tạp hệ thống Độ phức tạp hệ thống ý nói tới tổng số dây dẫn độ khó kĩ thuật hệ thống Liên hệ với độ phức tạp hệ thống giá thành sản xuất, dĩ nhiên mối băn khoăn việc lựa chọn kĩ thuật điều chế Thông thường, giải điều chế phức tạp điều chế Bộ giải điều chế thích ứng phức tạp nhiều so với giải điều chế khơng thích ứng khơi phục sóng mang yêu cầu Với số phương pháp giải điều chế, thuật toán phức tạp Viterbi cần sử dụng Tất tảng cho so sánh phức tạp Do hiệu công suất, hiệu phổ vả độ phức tạp hệ thống tiêu chuẩn lựa chọn kĩ thuật điều chế, ta ý tới chúng phân tích kĩ thuật điều chế phần cịn lại sách 1.5 Tổng quan trình tự điều chế số Để cung cấp cho bạn đọc nhìn tổng quan, chúng tơi liệt kê số viết tắt tên mô tả điều chế số khác có bảng 1.1 xếp chúng theo sơ đồ hình 1.6 Một số trình tự thu từ nhiều trình tự cha Các trình tự mã hóa vi sai sử dụng đánh nhãn D trình tự giải điều chế khơng thích ứng đánh nhãn N Tất trình tự giải điều chế thích ứng Các trình tự điều chế liệt kê bảng phân loại thành hai phân nhóm lớn: biên cố định biên khơng cố định Trong lớp biên cố định, có lớp con: FSK, PSK CPM Trong lớp biên không cố định, có lớp con: ASK, QAM điều chế biên không cố định khác nữa, Trong trình tự liệt kê, ASK, PSK FSK điều chế bản, MSK, GMSK, CPM, MHPM QAM, v.v trình tự nâng cao Các trình tự điều chế nâng cao biến thể kết hợp trình tự Lớp có biên cố định nói chung phù hợp với hệ thống thơng tin có khuếch đại công suất hoạt động vùng phi tuyến đặc tuyến đầu vào-đầu để thu hiệu khuếch đại tối đa Một ví dụ TWTA (traveling wave tube amplifier)-bộ khuếch đại ống sóng chạy thơng tin vệ tinh Tuy nhiên, trình tự FSK nói chung lớp khơng thích hợp với ứng dụng vệ tinh chúng có hiệu phổ thấp so với trình tự PSK FSK nhị phân sử dụng kênh điều khiển tốc độ thấp hệ thống tế bào hệ thứ nhất, AMPS (advance mobile phone service of Ú) ETACS (European total access communication system) Tốc độ truyền 10 Kbps với AMPS Kbps với ETATC Các trình tự PSK, bao gồm BPSK, QPSK, OQPSK, MSK sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh π/4-QPSK quan tâm khả tránh di pha đột ngột 180° cho phép giải điều chế vi sai Trình tự sử dụng hệ thống thông tin di động số tế bào, hệ thống số tế bào Mĩ (USDC)(United State digital cellular) Tên viết tắt BFSK MFSK BPSK QPSK OQPSK π/4-QPSK MPSK SHPM MHPM LREC CPFSK MSK SMSK LRC LSRC GMSK TFM ASK OOK MASK QAM QORC SQORC QOSRC Q2PSK Tên viết tắt tương Mô tả đương Frequency shift keying FSK Binary frequency shift keying M-ary frequency shift keying Phase shift keying PSK Binary phase shift keying 4PSK Quadrature phase shift keying SQPSK Offset QPSK, Staggered QPSK π/4 Quadrature phase shift keying M-ary Phase shift keying Continuous phase modulation (CPM) Single-h (chỉ số điều chế) phase modulation Multi-h (chỉ số điều chế) phase modulation Rectangular pulse of length L Continuous phase shift keying FFSK Minimum shift keying, fast FSK Serial minimum shift keying Raised cosine pulse of length L Spectrally raised cosine pulse pff length L Gaussian minimum shift keying Tamed frequency modulation Amplitude and amplitude/phase modulations Amplitude phase shift keying (tên thông thường) ASK Binary on-off keying MAM M-ary ASK, M-ary amplitude modulation Quadrature amplitude modulation Các điều chế biên không cố định Quadrature overlapped raised cosine modulation Staggered QORC Quadrature overlapped squared raised cosine modulation Quadrature quadrature phase shift keying IJF-OQPSK TSI-OQPSK SQAM XPSK Intersymbol-interference/jitter-free OQPSK Two-symbol-interval OQPSK Superposed-QAM Crosscorrelated QPSK Bảng Các trình tự điều chế số Hình 6: điều chế số Các trình tự PSK có biên cố định chuyển pha khơng liên tục từ kí hiệu sang kí hiệu khác Các trình tự CPM khơng có biên cố định mà cịn có chuyển pha liên tục Vậy chúng có lượng búp biên phổ so với trình tự PSK Lớp CPM bao gồm LREC, LRC, LSRC, GMSK TFM Sự khác chúng nằm xung tần số khác thể tên chúng Chẳng hạn, LREC có nghĩa xung tần số xung hình chữ nhật với độ dài L chu kì điều chế MSK GMSK hai trình tự quan trọng lớp PCM MSK trường hợp CPFSK, nhận từ OQPSK với dạng xung hình sin mở rộng, MSK có hiệu công suất hiệu phổ tuyệt Bộ điều chế giải điều chế chúng không phức tạp MSK sử dụng tên lửa công nghệ truyền thông chuyên sâu NASA (NASA's Advanced Communication Technology Satellite (ACTS)) GMSK có xung tần số Gauss Vậy có hiệu dùng phổ tốt MSK GMSK đơ]cj sử dụng hệ thống liệu gói số dạng tế bào (CDPD) hệ thống GSM châu Âu (global system for mobile communication) HMPM ý đặc biệt từ có tỉ lệ lỗi tốt so với single-h CPM cách biến đổi có chu kì hệ số điều chế h Các trình tự biên khơng cố định nói chung, ASK QAM, thường không phù hợp với hệ thống có khuếch đại cơng suất khơng tuyến tính Tuy nhiên QAM, với biểu đồ chịm tín hiệu rộng, thu hiệu sử dụng phổ đặc biệt cao QAM sử dụng cách rộng rãi MODEM sử dụng mạng điện thoại, modem máy tính QAM xem xét cho hệ thống vệ tin Trong trường hợp này, nhiên, phản hồi công suất đầu vào đầu TWTA phải cung cấp để đảm bảo tính tuyến tính khuếch đại công suất Chương 2: điều chế băng gốc (hay gọi line coding) Điều chế băng gốc xác định truyền phát trực tiếp mà không chuyển đổi tần số Đây công nghệ biểu diễn chuỗi số dạng sóng xung phù hợp cho việc truyền phát băng gốc Một loạt dạng sóng đề cố gắng tìm dạng có đặc tính mong muốn, hiệu dùng phổ hiệu công suất tốt, thông tin định thời đầy đủ Các dạng sóng điều chế băng gốc cịn gọi mã đường truyền, định dạng băng gốc (hay định dạng dạng xung, dạng sóng PSM (hay định dạng, mã, ) (ND: nên biết thuật ngữ tiếng anh: line codes, baseband formats, baseband waveforms, PCM waveforms) PCM (pulse code modulation) trình mà chuỗi nhị phân biểu diễn tín hiệu tương tự số hóa mã hóa vào dạng sóng xung Với tín hiệu dạng liệu khơng cần PCM Do thuật ngữ mã đường truyền định dạng băng gốc (hay dạng sóng) thích hợp thường sử dụng Các mã đường truyền phát triển chủ yếu bắt đầu năm 1960 kĩ sư AT&T, IBM hay RCA để truyền phát số cáp điện thoại hay ghi số lên phương tiện từ [1-5] Các phát triển gần mã đường truyền chủ yếu tập trung vào hệ thống truyền phát lõi sợi quang [6-11] Trong chương trước tiên ta giới thiệu kĩ thuật mã hóa vi sai sử dụng phần sau chương, mã đường truyền cấu trúc Sau ta giới thiệu số mã đường truyền mục 2.2 Các mật độ phổ công suất chúng thảo luận mục 2.3 Phần giải điều chế dạng sóng vấn đề dị tín hiệu nhiễu Trong mục 2.4 trước tiên ta mơ tả dị thích ứng tín hiệu nhị phân nhiễu AWGN sau ứng dụng cơng thức kết nói chung để thu biểu thức xác suất lỗi hay tỉ lệ lỗi bit (BER) số mã đường truyền Các kết nói chung sử dụng cho tín hiệu nhị phân nào, bao gồm tín hiệu thơng dải mô tả chương sau  ... Sau tất dạng điều chế đề cập chương 2-8 ki? ??m chứng môi trường suy hao đa đường Các phụ chương A B ki? ??n thức phổ tín hiệu lý thuyết dị ước lượng tín hiệu kinh điển Cuốn sách sử dụng làm sách tham... sinh viên tốt nghiệp Phần ki? ??n thức sách học khóa học nửa năm Với khóa học ngắn, người hướng dẫn lựa chọn số chương thích hợp Lời cám ơn Trước tiên xin cám ơn nhà biên tập ki? ??m lược Artech House... thích ứng phức tạp nhiều so với giải điều chế khơng thích ứng khơi phục sóng mang u cầu Với số phương pháp giải điều chế, thuật toán phức tạp Viterbi cần sử dụng Tất tảng cho so sánh phức tạp Do hiệu