GTVT bài giảng hệ thống viễn thông 1 phan văn ca, 169 trang

ng m ch b'c hai 5.4 I U CH 1N BIÊN 5.4.1 Tín hi u SSB ph 5.4.2 Tín hi u VSB ph 5.5 I T N VÀ GIng ph ng pháp thông th &ng Gi i h n b:ng thông c a kênh cho phép t:ng tJ s S/N, nghHa ch t l ng thông tin c a kênh t:ng b:ng thông b! h n ch (n u không gây méo d ng n tín hi u) !nh lý Shannon xác !nh m i liên quan gi a b:ng thông B c a kênh v i tJ s S/N thông qua m+t h>ng s thông s c a kênh, g.i thông l ng kênh C (channel capacity) C = B log + S N v i C h>ng s , B t:ng S/N gi m ng (1.1) c l i 1.2 I U CH VÀ MÃ HOÁ i u ch (modulation) mã hoá (coding) hai ph ng th c c:n b n % nâng cao ch t l ng + tin c'y c a trình thông tin ây cMng v n c a tài li u này: ph ng th c xD lý, i u ch tín hi u t ng t0, tín hi u s ánh giá v u nh c i%m c a m i ph ng th c 1.2.1 Các ph ng pháp i!u ch" i u ch c'p n hai d ng sóng: tín hi u i u ch mang thông i p sóng mang phù h p v i ng d ng c th% S0 i u ch làm thay i sóng mang m+t cách có h th ng t ng ng v i s0 bi n i c a tín hi u i u ch B>ng cách này, sóng c i u ch “mang” thông tin c a thông i p Ta th &ng yêu c u i u ch Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM Bài gi ng: H th ng vi n thông m+t trình thu'n ngh!ch, th , thông i p có th% c khôi ph c l i b/i m+t ti n trình gi i i u ch b sung Trong trình i u ch , c n có m+t sóng mang (carrier) (th &ng tín hi u hình sin ho,c tín hi u xung t n s cao) có t n s c !nh cao h n nhi u l n so v i t n s tín hi u i u ch (modulation signal) Tín hi u i u ch có th% tín hi u g c phát t6 ngu$n tin, ho,c có th% tín hi u ã c bi n i t6 tín hi u g c b/i phép l.c, mã hoá, tr+n kênh,… th &ng c xem / d i t n s th p, ó g.i tín hi u d i n n (baseband) Tín hi u i u ch (Tín hi u d i n n) M ch i u ch Sóng mang ã i u ch Tín hi u ã i u ch (Phát) Sóng mang (Thu) M ch gi i i u ch Tín hi u i u ch (Tín hi u d i n n) Tái t o sóng mang (Thu k t h p) Hình 1.3: Mô hình kh i i u ch (n i phát) kh i gi i i u ch (n i thu) i u ch th0c hi n s0 thay i thông s c a sóng mang nh biên +, pha, t n s ,…theo s0 bi n thiên c a tín hi u i u ch (Hình 1.3) D ng sóng lo i tín hi u m i liên quan gi a chúng i u ch biên + / hình 1.4 m+t ví d a) b) c) Hình 1.4: D ng sóng tín hi u i u ch , sóng mang sin sóng mang xung sau i u ch biên Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 10 Bài gi ng: H th ng vi n thông Ta nh'n th y t6 (11.111) nh sau: + N u (ωH -ωL)Tb = 2π(m-n)fb.Tb = 2π(m-n), nghHa quan h gi a ωH ωL sin (ω H − ω L )Tb = , bi%u th c d / (11.111) b+i t n c a t c + bit fb, ta có (ω H − ω L )Tb tr/ thành d = Eb , ta có l i (11.97) c a kho ng cách tín hi u BFSK tr0c giao sin (ω H − ω L )Tb có giá tr! âm nhi u nh t, (ω H − ω L )Tb t giá tr! c0c i: + N u (ωH - ωL)Tb = 3π/2, hàm ó, (11.111) sN cho d d max = Eb + 3π = 2.4 Eb (11.112) Gi i i u ch tín hi u BFSK Tín hi u vBFSK(t) v b n ch t c xem nh tín hi u i u ch t n s nên có th% dùng ph ng pháp gi i i u t n (chIng h n, dùng vòng khoá PLL); m,t khác, v hình th c, nh ã trình bày / (11.92), vBFSK(t) có th% c xem nh t ng h p c a hai tín hi u ASK / hai sóng mang ωH ωL khác nhau, ó, có th% dùng ph ng pháp tách sóng biên + ho,c tách sóng nhân k t h p % gi i i u ch Hình 11.21 gi i thi u s $ kh i c a m ch gi i i u ch BFSK ki%u k t h p không k t h p (tách sóng biên +) ki%u dùng vòng khoá pha BPF Tách sóng biên + B=2fb vBFSK(t) fH=f0+fb So sánh BPF d'(t) Tách sóng biên + B=2fb fL=f0-fb a) Nhân vBFSK(t) So sánh pha LPF f0 M ch VCO d'(t) LPF cosωH(t) vBFSK(t) cosωL(t) Nhân b) Quy t !nh d'(t) m c Logic LPF c) Hình 11.21: S kh i b gi i u ch BFSK ki u không k t h p (a) dùng vòng khoá pha (b) ki u k t h p (c) Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 155 Bài gi ng: H th ng vi n thông nh h ng c a nhi u Khi có nhi8u c+ng AWGN có m't + ph công su t η tác +ng vào tín hi u vBFSK(t), ta cMng dùng ph ng pháp tính xác su t thu sai Pe d0a kho ng cách d c a hai tr ng thái tín hi u Ta cMng nh'n c k t qu t ng t0 nh i v i ki%u i u ch BPSK cho / (11.73): Pe = erfc d2 4η (11.113) V i BFSK tr0c giao, thay th giá tr! d / (11.97) vào (11.113), ta có: Pe = 11.3.2 erfc PS Tb 2η = erfc Eb 2η (11.114) i!u ch" d+ch t n b1c M (M-ary FSK) Trong i u ch d!ch t n b'c M, ta dùng M = 2N t n s sóng mang, ,c tr ng cho M tr ng thái t ng ng v i N bit nh! phân c a lu$ng s li u BPF f0 d0 d1 DAC N bit dN-1 i u ch vMFSK(t) t ns vMFSK(t) a) Tách sóng bi n + BPF f1 Tách sóng bi n + BPF fN-1 Tách sóng bi n + Ch.n biên + l n nh t d0 ADC N bit d1 dN-1 b) Hình 11.22: Kh i i u ch M-ary FSK(a) kh i gi i i u ch M-ary FSK dùng M b l c thông d i (b) Hình 11.22a gi i thi u kh i i u ch M-ary FSK, ó N bit s li u nh! phân c chuy%n i D → A thành m c i n th i u khi%n t n s b+ dao +ng sóng mang, ó ta nh'n c tín hi u vMFSK(t) / M = 2N t n s khác Hình 11.22b gi i thi u kh i gi i i u ch M-ary FSK, ó dùng M = 2N b+ l.c thông d i / M t n s khác c a vMFSK(t), m i b+ có d i thông 2fS (fS t n s phát c a m i ký hi u s M m c) Tín hi u / ngõ m i b+ l.c c tách sóng biên +, ch.n l0a thành ph n biên + l n nh t % a vào b+ chuy%n i A → D, ta nh'n c N bits s li u t ng ng v i N bits s li u t i n i phát % t c i u ki n tr0c giao c a M t n s sóng mang, chúng ph i c ch.n cách kho ng 2fS = 2fb/N ph i b+i s nguyên l n c a fS Trong i u ki n này, ph t n s c a tín hi u vMFSK(t) c xem t ng h p c a M tín c vN / hình hi u i u ch ASK riêng bi t / t n s t ng ng 2kfS, nh Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 156 Bài gi ng: H th ng vi n thông 11.23 Chú ý r>ng % t n s tr0c giao v i nhau, i%m tri t tiêu c a hàm m't + ph công su t c a hai sóng mang k ph i trùng nhau, ó, kho ng cách t n s gi a hai sóng mang k ph i 2fS kfs (k+4)fs (k+2)fs (k+6)fs 2fs Hình 11.23: Ph c a tín hi u i u ch M-ary FSK D i t n s c a vMFSK(t) là: fb (11.115) N V i M-ary FSK tr0c giao, tr ng thái tín hi u ph i c bi%u di8n không gian M chi u ChIng h n i v i i u ch 3-FSK (M = 3), vN không gian tín hi u chi u / hình 11.24, vector tr ng thái u có module E S , v i ES BMFSK = Mf S = N +1 n:ng l ng ký hi u c a m i N bits ES = NEb Ta có th% suy kho ng cách d gi a hai tr ng thái k là: d = E S = NE b (11.116) (11.117) u3 (t ) = cos ω3t TS d = ES ES u1 (t ) = cos ω1t TS ES ES u2 (t ) = cos ω21t TS Hình 11.24: Kho ng cách tín hi u c a hai tr ng thái i u ch 3-FSK 11.4 I U CH TR C PHA QAM i u ch tr0c pha QAM (Quadrature Amplitude Modulation) hay g.i i u ch QASK (Quadrature Amplitude Shift Keying) s0 k t h p gi a i u pha i u biên c a sóng mang i v i chu i s Trong ph ng pháp i u ch M-ary PSK, % t:ng hi u su t sD d ng b:ng t n v i m+t t c + bits fb, ta c n ph i t:ng b'c i u ch pha, có nghHa t:ng M =2N Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 157 Bài gi ng: H th ng vi n thông Tuy nhiên, theo (11.88) (11.89), t:ng M (và t:ng N), kho ng cách d gi a hai tr ng thái k sN gi m xác su t thu sai Pe sN t:ng lên % kh9c ph c khó kh:n này, ta dùng ph ng pháp i u ch QAM thay cho ki%u i u ch M-ary PSK truy n s li u m+t d i b:ng t n v i t c + bits không i Trong ph n này, % thu'n ti n cho vi c minh ho , ta sN kh o sát m+t d ng QAM tiêu c dùng % bi%u tín hi u 16-QAM, ó 16 tr ng thái c a tín hi u vQAM(t) bi%u th! 16 tr ng thái c a bits s nh! phân Nh v'y, v i 16-QAM, m i kí hi u ho,c m i tr ng thái c truy n i sN t ng ng v i m+t chu i s li u dài 4-bits Các tr ng thái tín hi u c a 16-QAM không gian tín hi u c vN / hình 11.25 Hai tr c to + I Q bi%u th! tr ng thái $ng pha vuông pha c a sóng mang cosωot sin(ωot +π) Sin(ω0t+π) d=2a 3a d=2a a cos(ω0t) -a -3a Hình 11.25: Các i m tr ng thái pha c a tín hi u 16-QAM Các i%m tr ng thái QAM không phân b u vòng tròn nh i u ch M-ary PSK, mà phân b cách u m,t phIng to + vuông Kho ng cách d gi a hai i%m k 2a 11.4.1 Bi/u th#c c a tín hi u 16-QAM V i tr ng thái tín hi u khác / hình 11.25, ta th y r>ng n:ng l ng chuPn hoá c a m i kí hi u ES bình ph ng kho ng cách t6 g c to + n v! trí c a i%m tr ng thái t ng ng Nh v'y, n u xác su t xu t hi n tr ng thái tín hi u 16 tr ng thái b>ng (nghHa xác su t xu t hi n tr &ng h p khác c a t h p 4-bits b>ng nhau), ta có th% tính c n:ng l ng trung bình chuPn hóa c a m i tr ng thái là: ES = a + a + 9a + a 16 [( ( + a + 9a ) ( )+ 4(9a + 9a ) )] (11.118) = 10a Ta suy ra, kho ng cách d gi a hai tr ng thái k là: d = 2a = 0,1E S Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM (11.119) 158 Bài gi ng: H th ng vi n thông Do m i ký hi u t ng ng 4-bits nh! phân, ó ES=4Eb , v'y: d = 0,4 Eb (11.120) Kho ng cách d ph thu+c n:ng l ng bit Eb Khi n:ng l ng bit Eb t:ng (t ng ng công su t phát t:ng ho,c t c + bit gi m), kho ng cách d sN t:ng ó xác su t thu sai Pe sN gi m T6 hình 11.25, ta có th% vi t bi%u th c c a 16-QAM nh sau: vQAM (t ) = k1 a.u1 (t ) + k a.u (t ) (11.121) Trong ó: u1 (t ) = cos ω t TS (11.122a) u (t ) = sin (ω t + π ) TS (11.122b) Là vector n v! tr0c chuPn t ng ng v i thành ph n I Q; k1 k2 có th% nh'n giá tr! l n l t ±1 ±3 K t h p (11.119) (11.121), ta có th% vi t l i: vQAM (t ) = k1 0,2 ES E cos ω t + k 0,2 S sin (ω t + π ) TS TS (11.123) = k1 0,2 PS cos ω t + k 0,2 PS sin (ω t + π ) v i PS = ES / TS công su t tín hi u 11.4.2 Ph( c a tín hi u QAM Do bi%u th c c a vQAM(t) / (11.123) hoàn toàn $ng d ng v i bi%u th c vM(t) c a M-ary PSK / (11.63), ta có th% phân tích hoàn toàn t ng t0 nh tr &ng h p c a i u ch M-ary PSK (chJ khác r>ng tr &ng h p QAM, h s k1 k1 bi n ng5u nhiên b n tr ng thái), ta suy bi%u th c m't + ph công su t c a QAM là: PT GQAM ( f ) = S S + sin π ( f − f )TS π ( f − f )TS sin π ( f + f )TS π ( f + f )TS 2 (11.124) Trong ó TS = NTb = 4Tb (v i 16-QAM) + r+ng ph t n cMng suy t f B=2 b N ng t0 (11.69): (11.125) 11.4.3 M ch i!u ch" gi&i i!u ch" 16-QAM Hình 11.26 gi i thi u s $ kh i m ch i u ch 16-QAM (m i tr ng thái t ng ng 4-bits) Kh i chuy%n i n i ti p/song song (S/P) có ch c n:ng thu nh'n Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 159 Bài gi ng: H th ng vi n thông ghi d!ch m i bits liên ti p c a chu i s , sau ó xu t song song chuy%n i D → A n hai b+ Sin(ω0t+π) DAC d(t) Chuy%n i N i ti p/ Song song (S/P) Nhân C+ng DAC vQAM(t) Nhân Cosω0t Hình 5.26: S kh i m ch i u ch 16-QAM Các m c i n th / ngõ (t ng ng v i b n tr ng thái khác c a m i h s k1 k2 (11.121)) sN c nhân v i hai sóng mang vuông pha cos ω t sin (ω t + π ) , sau ó t ng h p l i thành vQAM(t) nh bi%u th c (11.121) vQAM(t) M ch luS th6a X4 Nhân LPF ADC Chuy%n i d'(t) Song song/ N i ti p (P/S) BPF 4f0 Cosω0t Chia t ns 4f0/4 Sin(ω0t+π) Nhân Hình 11.27: S LPF ADC kh i m ch gi i i u ch 16-QAM Hình 11.27 gi i thi u s $ kh i m ch gi i i u ch 16-QAM T6 tín hi u vQAM(t) có bi%u th c (11.123) c truy n n n i thu, ta có th% tái l'p hai sóng mang vuông góc pha cos ω t sin (ω t + π ) b>ng cách dùng b+ luS th6a b'c 4, b+ thông d i 4f0 chia t n s Th't v'y luS th6a b'c c a vQAM(t) / (11.123) sN cho: (t ) = 0,04 PS2 (k1 cos ω t + k sin (ω t + π )) vQAM (11.126) (t ) qua m ch l.c thông d i có t n s trung tâm 4f0, ta l i: Cho vQAM Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 160 Bài gi ng: H th ng vi n thông 0,04 PS2 ( ) k14 + k 24 − 6k1k k k k − k 22 cos 4ω t + sin 4ω t (11.127) Giá tr! trung bình c a (11.127) theo th&i gian sN cho k12 − k 22 = (do xác su t x y tr ng thái c a k1 k2 u gi ng nhau), ó chJ t$n t i thành ph n s h ng c a hàm cos 4ω t B+ chia t n s cho phép ta nh'n c hai tín hi u vuông pha cos ω t sin (ω t + π ) / t n s ω v i sóng mang t i n i phát Các kh i nhân, l.c thông th p, chuy%n i A → D chuy%n i song song/n i ti p b c ng c l i c a b c khâu i u ch K t qu , ta nh'n c chu i s d’(t) t i ngõ 11.5 I U CH DHCH PHA T I THIFU MSK Trong ph ng pháp i u ch s ã xét / ph n (ASK, FSK,PSK, QAM), thông s c a sóng mang (biên +, t n s ho,c pha) luôn bi n thiên +t bi n t i th&i i%m x y i tr ng thái c a chu i bits s (xem hình 11.1, 11.5 11.17) i u sN gây v ch ph ph ý mu n / vùng ph lân c'n c a d i t n s sóng mang, không gây tr/ ng i cho vi c truy n tín hi u t n s kênh ang xét nh ng l i có th% gây nhi8u cho kênh s lân c'n ChIng h n, nhi8u xuyên kênh c a h th ng QPSK th &ng m nh n y Ban Tiêu ChuPn Vi8n Thông Qu c T FCC CCIR ph i qui !nh b9t bu+c sD d ng b+ l.c d i t n s sóng mang % lo i bK h t nhi8u c búp ph ph (side lobes) % kh9c ph c nh c i%m trên, kS thu't i u ch d!ch pha t i thi%u (MSK: Minimum Shift Keying) c sD d ng, m c ích làm cho ph vùng có ích suy gi m r t nhanh không gây nh h /ng n kênh lân c'n KS thu't MSK có th% c xem nh m+t c i ti n c a kS thu't QPSK, ó s0 +t bi n v pha, th0c t sN d5n n +t bi n v biên + c a sóng mang, sN c lo i bK Hai s0 khác bi t gi a MSK QPSK là: + Trong QPSK, tín hi u / b:ng t n g c tín hi u xung (các m c lu'n lý), / MSK, tín hi u / b:ng t n g c tín hi u liên t c, c th0c hi n b>ng cách nhân tín hi u xung v i m+t tín hi u i u hoà t n s th p Ω i u làm cho búp ph (main lobe) c a MSK / b:ng t n g c sN r+ng h n 1,5 l n so v i búp ph c a QPSK, nh ng búp ph (side lobe) c a MSK sN b! suy gi m r t nhanh, ó không gây nhi8u kênh lân c'n ho,c giúp phép l.c d i t n c d8 h n + Pha sóng mang c a MSK liên t c, giúp tránh c nhi8u liên ký t0 tín hi u c khu ch i phi n 11.5.1 Bi/u th#c d ng sóng c a MSK Hình 11.28 gi i thi u d ng sóng bit s , tín hi u t n s th p Ω, d ng tín hi u b:ng t n g c tín hi u MSK G.i chu i bit s xu t hi n b(t) (Hình 11.28a), có th% phân chia thành chu i bit lQ bo(t) chu i bit chOn be(t) (Hình 11.28b,c) có chu kì bit TS = 2Tb Hai tín hi u i u hoà t n s th p vuông pha sin (2πt / 4Tb ) ) cos(2πt / 4Tb ) ) có chu kì 4Tb ( Hình11.28d) c kh/i t o l n l t nhân v i chu i bit chOn be(t) lQ bo(t), ta sN có tín hi u b:ng t n g c Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 161 Bài gi ng: H th ng vi n thông be (t ) sin (2πt / 4Tb ) bo (t ) cos(2πt / 4Tb ) / hình 11.28e, f Các tín hi u b:ng t n g c c dùng % i u ch hai sóng mang vuông pha cos ω t sin ω t , k t qu ta có tín hi u v MSK (t ) có bi%u th c: v MSK (t ) = PS b e (t)sin2π ( + PS t ) cos ω (t ) 4Tb (11.127) t ) sin ω (t ) b o (t) cos 2π ( 4Tb b(t) b1=1 b2=1 Tb -Tb 2Tb 3Tb b6=1 b7=1 b8=1 4Tb 5Tb 6Tb 7Tb a) b7 b) b3=-1 b4=-1 b5=-1 bo(t) b1 b3 b5 be(t) b8 b6 b2 b4 c) Cos2πt/4Tb d) 4T b(t)sin2πt/4Tb Sin2πt/4Tb b2 b4 b6 b8 e) b(t)cos2πt/4Tb b1 b3 b5 f) b7 fH=(ω0+Ω)/2π=(1,25+0,25)f0=1,5f0 g) fL=(ω0-Ω)/2π=(1,25-0,25)f0=1f0 h) vMSK(t) bo,be= 1,1 -1,1 -1,-1 -1,-1 -1,1 1,1 1,1 i) Hình 11.28: Các d ng sóng tín hi u i u ch MSK Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 162 Bài gi ng: H th ng vi n thông Áp d ng phép bi n il v MSK (t ) = PS ng giác, ta có th% vi t (11.127) thành: bo (t ) + be (t ) sin(ω + Ω)t (11.128) b (t) - b e (t) sin(ω − Ω)t + PS o Trong ó: Ω= f 2π = 2π b 4Tb (11.129) N u ta ,t: bo (t ) + be (t ) b (t ) − be (t ) C L (t ) = o ω H = ωo + Ω (11.130c) ω L = ωo − Ω (11.130d) (11.130a C H (t ) = Thì (11.128) (11.130b) c vi t l i: v MSK (t ) = PS C H (t ) sin ω H t + PS C L (t ) sin ω L t (11.131) Chú ý r>ng bo(t) be(t) m c lu'n lý nh! phân có giá tr! ±1, ó, theo (11.130), ta có th% thi t l'p b ng giá tr! c a CH(t) CL(t), xem b ng 5.3 B ng 5.3: Các giá tr! c a CH(t) CL(t) bo(t) be(t) CH(t) CL(t) +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 Ta nh'n th y r>ng: - N u bo = be CL = CH = bo = ±1 - N u bo = -be CH = CL = bo =±1 Nh v'y, tuL theo giá tr! lu'n lý c a bo(t) be(t) mà CH CL thay i d u, ó, không chJ có t n s c a sóng mang ωH ωL thay i mà c pha c a sóng mang cMng c dùng % chuy%n t i tin t c Nh& ,c tính mà MSK c g.i FSK nhanh (fast FSK) Các t n s ωH ωL c ch.n cho hai thành ph n tín hi u (11.131) tr0c giao v i kho ng th&i gian Tb, nói cách khác, ta ph i có: Tb sin ω H t sin ω L tdt = (11.132) Ph ng trình (11.132) ωH − ωL = Tr ng c tho mãn t n s ωH ωL là: nπ Tb i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM (11.133a) 163 Bài gi ng: H th ng vi n thông ωH + ωL = mπ Tb (11.133b) v i m n s nguyên d ng M,t khác t6 (11.129) (11.130c), (11.130d), ta suy ra: 2πf b (11.134a) ω H = ωo + 2πf b (11.134b) ω L = ωo − c ch.n nh sau: K t h p (11.133) (11.134), ta suy t n s 2πf b ωo = k (11.135a) 2πf ω H = (k + 1) b (11.135b) 2πf ω L = (k − 1) b (11.135c) 11.5.2 Gi&n vector c a MSK Gi n $ vector tr ng thái MSK không gian tín hi u Các vector n v! c a không gian c ch.n l n l t là: u1 (t ) = 2 sin ω H t , u (t ) = sin ω L t TS TS CL = CH = u2 (t ) = c vN / hình 11.29 (11.136) sin ω Lt TS d = ES PS TS = ES CL = CH = CL = CH = -1 u1 (t ) = sin ω H t TS CL = -1 CH = Hình 11.29: Gi n vector MSK không gian tín hi u So sánh bi%u th c c a BFSK / (11.92) v i bi%u th c c a MSK / (11.131), ta nh'n th y chúng $ng d ng v i nhau; i%m khác bi t nh t i v i BFSK, giá tr! pH pL / m c t ng ng v i bit nh! phân d(t), i v i MSK, giá tr! CH(t) CL(t) có m c 0, +1, -1, tuL theo c,p bit bobe i u có nghHa r>ng tín hi u MSK có th% c xem nh s0 m/ r+ng c a tín hi u Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 164 Bài gi ng: H th ng vi n thông BFSK, ó không nh ng t n s sóng mang thay i (gi a ω H ω L ) mà pha c a sóng mang cMng c dùng % chuy%n t i tin t c Do ó, không gian tín hi u MSK / hình 11.29 t ng t0 nh không gian tín hi u BFSK / hình 11.20a, nh ng có thêm i%m tr ng thái / phía âm c a tr c Vì vector / Ts nên thành ph n c a n v! u1(t) u2(t) có biên + PS vMSK(t) (11.131) có biên + c bi%u di8n b>ng vector có + dài PS TS = ES Nh v'y kho ng cách gi a hai tr ng thái tín hi u g n nh t là: d = ES = 4E b v i ES = 2Eb (11.137) 11.5.3 Ph( c a tín hi u MSK T6 bi%u th c (11.127), ta có th% vi t l i nh sau: v MSK (t ) = p e (t ) cos ω (t ) + p o (t ) sin ω (t ) (11.138) Trong ó: π p e (t ) = PS be (t ) sin po (t ) = PS bo (t ) cos π (11.139a) f bt (11.139b) f bt Ta nh'n th y pe(t) po(t) l i tích c a chu i bit s be(t) b0(t) v i 2πf b πf b thành ph n i u hoà t n s th p = , ta có th% suy hàm m't + ph công su t c a pe(t) po(t) có d ng: Gp ( f ) = 32 PS Tb cos 2πf f b π2 4f 1− fb (11.140) Theo (11.138), ta suy hàm m't + ph công su t MSK là: G MSK ( f ) = PS Tb cos 2π ( f − f ) f b π2 4( f − f ) 1− fb 2 + (11.141) PS Tb cos 2π ( f + f ) f b π2 4( f + f ) 1− fb $ th! hàm m't + ph công su t c a MSK c vQ / hình 11.30 Ta nh'n th y búp ph c a MSK có + r+ng kho ng 1,5fb Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 165 Bài gi ng: H th ng vi n thông 0dB -20dB -40dB f0-fb f0 f0+fb Hình 11.30 : Ph m#t công su t c a MSK Hình 11.31 cho phép so sánh hàm m't + ph công su t c a MSK v i hàm m't + ph công su t c a QPSK (v i m+t n:ng l ng bit E b) Búp ph c a MSK có + r+ng 1,5fb thay 1,0fb nh i v i QPSK, nhiên búp ph ph c a MSK suy gi m r t nhanh N u i v i QPSK, t c + suy gi m kho ng 1/f2 i v i MSK, t c + suy gi m kho ng 1/f4 Do ó, i v i MSK, 99% công su t tín hi u 0oc t'p trung d i t n 1,2fb i v i QPSK, + t'p trung công su t n>m kho ng 8fb MSK QPSK Hình 11.31: So sánh ph c a MSK v i ph c a QPSK 11.5.4 4c tính pha liên t$c c a MSK B&ng 5.4: Các giá tr( pha c a vMSK(t) theo b0(t) be(t) bo(t) be(t) +1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 v MSK (t ) / PS sin( ω + Ω )t sin( ω − Ω )t -sin( ω − Ω )t -sin( ω + Ω )t T6 (11.128), ta có th% vi t giá tr! pha tr ng thái c a vMSK(t) ph thu+c vào c cho b ng 5.4 Ta nh'n xét r>ng: pha c a giá tr! bo(t) be(t) nh Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 166 Bài gi ng: H th ng vi n thông vMSK(t) ph thu+c vào d u c a bo(t), d u c a Ω ( nh h /ng n t n s sóng mang ω H ho,c ω L ) ph thu+c vào d u c a tích s bo(t).be(t) Nói cách khác, ta có th% vi t l i (11.128) theo d ng khác nh sau: v MSK (t ) = bo (t ) PS sin (ω o + bo (t ).be (t ).Ω )t Trong ó d u c a hàm sin d u c a bo(t) Pha c a hàm sin là: Φ(t ) = (ω o + bo (t ).be (t ).Ω )t (11.142) (11.143) TuL thu+c vào d u c a tích s bo(t).be(t) mà pha Φ (t) có giá tr! nh sau: Φ + (t ) = (ω o + Ω )t n u bo(t).be(t) = +1 (11.144a) Φ − (t ) = (ω o − Ω )t n u bo(t).be(t) = -1 (11.144b) Khi tích s b0(t).be(t) o d u, Φ (t) sN chuy%n t6 giá tr! Φ +(t) sang Φ -(t) ho,c ng c l i S0 i d u c a bo(t).be(t) chJ x y có m+t bit (chOn ho,c lQ) i tr ng thái, nghHa x y gi a th&i i%m k t thúc chu kì bit, t = kTb v i k s nguyên Nh v'y, + chênh l ch pha gi a Φ +(t) Φ -(t) t i th&i i%m là: ∆Φ = Φ + (t ) + Φ − (t ) = (ω o + Ω)t − (ω o − Ω)t = (ω o + Ω)kTb − (ω o − Ω)kTb (11.145) = 2ΩKTb M,t khác, theo (11.129) Ω = 2πf b / = π / 2Tb , ó, (11.145) thành: ∆Φ = kπ (11.146) + chênh l ch pha ∆Φ ph thu+c vào th&i i%m t = kTb, sN π ho,c 2π tuL theo k chOn hay k lQ + T i th&i i%m t ng ng k chOn (k = 2i), chJ có bit lu$ng bit chOn be(t) có th% thay i tr ng thái (các bit lQ bo(t) không thay i), ó l ng bi n thiên pha ∆Φ là: ∆Φ =2i π (11.147) Nh v'y d u c a hàm sin (11.142) không i (do bo(t) không i), + chênh l ch pha ∆Φ = 2iπ , ó, vMSK(t) không b! +t bi n v pha + T i th&i i%m t ng ng k lQ (k = 2i + 1), bit lu$ng bit lQ bo(t) có th% i tr ng thái (các bit chOn be(t) không i), ó l ng bi n thiên pha ∆Φ là: ∆Φ = (2i + 1)π (11.148) Nh v'y, d u c a hàm sin (11.142) i (do bo(t) i tr ng thái), + chênh l ch pha ∆Φ = (2i + 1)π , ó, vMSK(t) (11.142) cMng không b! +t bi n v pha Tóm l i, vMSK(t) hoàn toàn không b! +t bi n v pha m.i kh n:ng bi n thiên tr ng thái c a bo(t) be(t) 11.6 SO SÁNH CÁC H TH NG I U CH S Th0c hi n so sánh h th ng i u ch s nên xem xét nhi u nhân t , bao g$m: xác su t l i, b:ng thông truy n, tràn ph , yêu c u ph n c ng s0 khác bi t gi a Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 167 Bài gi ng: H th ng vi n thông tín hi u nh! phân M-ary % thi t l'p m+t n n t ng bình Ing vi c so sánh, ta th0c hi n m+t gi thi t th0c t thông tin n t6 ngu$n nh! phân v i t c + rb i u cho phép so sánh h th ng khía c nh t c + i u c xác su t l i m i ch rb/BT t; s n:ng l ng nhi8u c n thi t % có bit cho tr c Các k t qu tr c i v i h th ng i u ch nh! phân c áp d ng tr0c ti p vào vi c so sánh, ,c bi t &ng cong xác su t l i hình 14.3-4 B ng 14.4-1 mô t tóm t9t rút g.n γ b l n % tho mãn x p xJ thích h p (Vì th , tr &ng h p OOK không liên k t, h u h t t t c l i t ng ng v i tr ng thái “t9t” sóng mang) B ng sau bK qua OOK FSK liên k t v i nhi u giá tr! th0c ti8n nh ng l i bao g$m QAM QPSK c xem nh i u ch nh! phân h n i u ch m c tr ng thái (quaternari) Vi c li t kê nh n m nh r>ng t c + i u ch b+i liên quan ch,t chN v i vi c tách sóng mang c u ph ng liên k t i!u ch" Tách rb / BT Pbe OOK, hay FSK (fb = rb/2) DPSK PSK &ng bao So pha Liên k t 1 e − rb / / e − rb / Q( 2γ b ) MSK, QAM, hay QPSK C u ph Q( 2γ b ) ng liên k t Bây gi&, xét vi c truy n M-ary v i t c + ký t0 r n:ng l ng E m i ký t0 Ta l y M = 2k ,t h s o d li u: K = log2M b>ng v i s bit m i ký t0 M-ary t c + bit n:ng l ng t ng ng là: rb = Kr E b = E / K , v'y: γ b = E / Kη T c + i u ch c a PSK hay ASK M-ary là: rb / BT ≈ K Do BT ≈ r = rb / K Xác su t l i m i bit c cho b/i: Pbe ≈ Pe / K Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 168 Bài gi ng: H th ng vi n thông TÀI LI U THAM KH O [1] Principles of Communication systems, Herbert Taub – Donald L.Schilling, 2nd Edition, McGraw Hill, 1987 [2] Communication systems, A.Bruce Carlson, 3rd Edition, McGraw Hill, 1986 [3] Systems de Telecommunication, P.G Pontolliet, Dunod, 1985 Tr ng i h c Giao Thông V n T i Tp.HCM 169