Kỹ thuật điều chế số

CH NG 3. K THU T ĐI U CH SƯƠ Ỹ Ậ Ề Ế Ố 3.1. KHÁI NI M VÀ PHÂN LO IỆ Ạ Trong ph n tr c, chúng ta đã đ c làm quen v i các h th ng s băng t n c         s , t i đó các tín hi u đ c truy n tr c ti p mà không c n ph i d ch chuy n t n s             c a tín hi u. Do các tín hi u băng c s có công su t khá l n t i các thành ph n t n          s th p, chúng ch thích h p cho truy n d n thông qua cáp hai s i, cáp đ ng tr c hay  +       các s i quang. Tuy nhiên các tín hi u băng c s không th đ c truy n d n tr c ti p          qua m t đ ng vô tuy n (radio link) tuy n hay gi a các v tinh (satellites) vì mu n "   '   truy n d n qua các tuy n này yêu c u ph i s d ng các anten có kích th c r t l n          đ phát x các tín hi u có ph t n th p. Vì v y c n ph i d ch chuy n ph t n s c a      %         tín hi u băng c s t i vùng t n s ho t đ ng phù h p b ng cách s d ng k thu t            1 % đi u chề ế sóng mang cao t n (có d ng hình sine:   ( ) c cos tω ). Vi c l a ch n ph ng pháp đi u ch nh h ng quy t đ nh đ n kh năng làm            vi c d dàng, tính dung sai t p âm và đ r ng băng t n kênh làm vi c.       Đi u ch s là quá trình s d ng tín hi u s (d li u: Data) đ làm thay đ i       '    các thông s c a sóng mang cao t n (biên đ , t n s và pha). Khi d li u đ c phát      '   làm thay đ i thông s v biên đ c a tín hi u sóng mang, ta có tr ng h p khóa d ch      "   biên đ ( ASK-Amplitude Shift Key); D li u phát làm thay đ i thông s v t n s , ta'       có tr ng h p khóa d ch t n ("    FSK-Frequency Shift Key) và n u d li u phát làm thay '  đ i thông s v pha thì ta có tr ng h p khóa d ch pha (   "   PSK-Phase Shift Key). Xét theo tr ng thái mã hóa thì có th phân ra làm hai lo i đi u ch s đó là:       đi u ch nhề ế ị phân và đi u ch h ng Mề ế ạ . 3.2. ĐI U CH NH PHÂNỀ Ế Ị 3.2.1. Khóa d ch biên ASK (Amplitude Shift Keying)ị 3.2.1.1. D ng sóng đi u ch ASK ạ ề ế D ng đ n gi n nh t c a đi u ch d li u băng thông là khóa d ch biên (ASK).       '   Các ký hi u đ c bi u di n b ng các giá tr biên đ r i r c c a sóng mang dao đ ng       "    v i t n s c đ nh. Trong tr ng h p đi u ch ASK nh phân, ch có hai tr ng thái ký     "     +  hi u, đó là tr ng thái có sóng mang hay không có sóng mang, quá trình này còn đ c   g i là quá trình khóa đóng m (ON-OFF-Keying - OOK  Hình 3.1. D ng tín hi u ASK  3.2.1.2. Ph d li u ASKổ ữ ệ N u bây gi ta gi thi t r ng g p t t c các thành ph n trong chu i d li u ký "         '  hi u băng t n c b n đ c tr n v i sóng mang, k t qu cho ta t ng và m t thành           ph n khác, ph k t qu s đ i x ng qua t n s sóng mang, trong th c t nó có giá tr      $      d ng và đ th ngh ch đ o ph hình sin c a tín hi u băng t n c b n đ i v i dùng             d li u nh phân không l c.'    Ph ASK còn đ c g i là ph song biên, v i m t biên trên và m t biên d i        c a sóng mang (hình 3.2). Đi u đó cho th y đ r ng băng chi m d ng c a tín hi u         đi u ch ASK g p hai l n đ r ng băng t n c a tín hi u c b n v i hi u su t s               d ng băng t n c c đ i là: 1 bit/s/Hz.    Hình 3.2: Ph đi u ch ASK   . 3.2.1.3. T o tín hi u đi u ch ASKạ ệ ề ế Chúng ta đã th y m t tín hi u ASK có th có đ c b ng cách s d ng m t b          tr n đ nhân lu ng tín hi u băng t n c s v i sóng mang. Qúa trình th c hi n đi u           ch tín hi u ASK nh v y th ng đ c g i là đi u ch tuy n tính.   % "      Hình 3.3: Nguyên t c đi u ch ASK s d ng b tr n       Ngoài ra, m t l a ch n khác đ n gi n h n, đ c bi t đ i v i đi u ch ASK nh      #       phân, s d ng chuy n m ch c ng có và không có sóng mang, chuy n m ch này đ c        đi u khi n b ng chu i d li u đ u vào.    '   Hình 3.4. S d ng khóa chuy n m ch cho đi u ch ASK      3.2.1.4. Đ r ng gi i h n c a ASKộ ộ ớ ạ ủ - Ph ng pháp l c băng thôngươ ọ Đ t i thi u hóa đ r ng băng chi m d ng c a tín hi u đ c truy n d n            ASK, yêu c u có b l c ho c b t o d ng xung phía tr c ho c sau, sau khi đi u   #      #  ch sóng mang. Đ i v i ph ng pháp t o ra tín hi u đi u ch ASK b ng cách         chuy n m ch, ph ng pháp này không ch p nh n b t kỳ m t quá trình l c tr c nào    %     c a tín hi u băng t n c s , vì chuy n m ch này là quá trình không tuy n tính và        không truy n d n thông tin d ng xung trên đ ng bao sóng mang. Đ i v i tr ng h p   "   "  này, b t kỳ quá trình l c nào đ t p trung đ r ng băng đ u ph i đ c th c hi n   %        trong băng thông tín hi u đ c đi u ch .     Hình 3.5: L c băng thông tín hi u đi u ch    Thí d : N u mu n l c tín hi u đi u ch đ r ng 30 Khz, sóng mang có t n           s 900 MHz, s ph i dùng b l c có h s ch t l ng          6 3 900 10 30 10 30.000Q = × × = . Hi n nay, h s ch t l ng Q này ch có đ c khi s d ng b l c tinh th , b l c     +         này có biên đ g n sóng (không b ng ph ng) và méo tr nhóm r t x u trong băng   *    thông. Chúng ch c ch n không cho phép nhà thi t k đ t đ c đáp ng băng thông b      $  l c cosin tăng nghi m mà giao thoa ký hi u b ng 0.    - Ph ng pháp l c băng t n c sươ ọ ầ ơ ở Các v n đ v i vi c l c băng thông m t tín hi u d li u đã đ c đi u ch cao       '     t n có th đ c kh c ph c n u th c hi n s a xung chu i d li u đ u vào băng t n          '    c s và quá trình tuy n tính đ c th c hi n đ duy trì biên đ c a tín hi u. Khi s           d ng ph ng pháp tr n, lu ng d li u c s có th đ c l c tr c b ng b l c    '           thông th p (l c cosin tăng nghi m) và thông tin s a d ng xung này đ t lên đ ng bao     # " c a sóng mang. Trên th c t , đã có nhi u b tr n tích h p tuy n tính có kh năng         ho t đ ng v i t n s sóng mang có th l n h n vài GHz đã có nhi u.         Hình 3.6: Ph ng pháp l c băng t n c s     3.2.1.5. Tách sóng ASK a). Ph ng pháp không k t h p:ươ ế ợ Trong ph ng pháp đi u ch ASK, tín hi u đ c truy n đi d i d ng các giá        tr biên đ ho c là đ ng bao c a tín hi u sóng mang đ c đi u ch và tín hi u đ c  # "        khôi ph c b ng cách tách tín hi u đ ng bao. M ch tách tín hi u đ ng bao đ n gi n   "   "   nh t bao g m: m t đi- t tách sóng và b l c ph ng, s đ này th ng s d ng tách      *   "   sóng không k t h p. S đ tách sóng này đ n gi n nh ng đi m y u c a nó là kh           năng phân bi t tín hi u c n thu t t p âm th p h n so v i tách sóng k t h p nh hình           3.7. a). b). Hình 3.7: S đ tách sóng không k t h p    . N u tín hi u đi u ch sóng mang thu đ c là hai tín hi u có d ng vuông góc       th hi n b ng công th c sau:    $ ( ) ( ) cos à a t sin c c a t t v t ω ω ⋅ ⋅ , trong đó a(t) là biên đ c a  sóng đi u ch . Ta có th tách đ ng bao c a sóng này sau khi hai sóng liên ti p vuông   "   góc này đi qua b c ng, b khai căn b c hai và cu i cùng ta thu đ c nghi m vuông.   %    Ta đ c ph ng trình sau:  ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 cos a t sin cos sin c c c c a t t t a t t t a t ω ω ω ω ⋅ + ⋅ = + = b). Ph g pháp k t h p:ươ ế ợ Ph ng pháp này đ c th c hi n b ng cách tr n tín hi u đã đi u ch đ u           vào v i tín hi u sóng mang chu n đ c t o ra t b dao đ ng n i và l a ch n các  .         thành ph n c u thành khác nhau t i đ u ra b tr n nh hình 3.8. Tín hi u d li u đã        '  đi u ch có d ng    ( ) cos c a t t ω , v y đ u ra b tr n s là:%     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) cos cos 0,5 cos 0,5 cos 2 . c c c a t t t a t a t t ω ω θ θ ω θ ⋅ ⋅ + = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + Hình 3.8: Tách sóng k t h p.  N u sóng mang có pha k t h p v i tín hi u sóng mang đ c đi u ch đ u          vào (nghĩa là sóng mang đã đi u ch đ u vào và sóng mang tham chi u không có s     sai khác nhau v pha và t n s :    0 θ = ). Đ u ra ta có các giá tr a(t) t ng ng.   $ N u  0 90 θ = , tín hi u đ u ra b ng 0. Nh t thi t ph i đ m b o r ng b dao          đ ng sóng mang trong máy thu ph i đ c đ ng pha v i b dao đ ng sóng mang trong       máy phát. M c dù ph ng pháp tách sóng k t h p đ a ra ph c t p h n ph ng pháp tách#     $    sóng không k t h p nh ng v i ph ng pháp này có th khôi ph c tín hi u chính xác        h n khi có t p âm xen vào.  3.2.2. Khóa d ch t n FSK (Frequency Shift Keying)ị ầ 3.2.2.1. D ng sóng FSKạ Ph ng pháp FSK đ n gi n trong vi c t o và tách tín hi u, nó có nhi u đ c       # đi m t i u không b nh h ng s thay đ i biên đ tín hi u. Ph ng pháp đi u t n             bi n đ i t n s sóng mang riêng bi t d i d ng các tr ng thái ký hi u, biên đ c a           sóng đã đi u ch không thay đ i.   Tr c h t ta xem xét tr ng h p tín hi u nh phân FSK không l c. D ng sóng  "      có th bi u di n nh hai lu ng d liêu riêng bi t ASK tr c khi truy n d n.     '     Hình 3.9: D ng sóng đi u ch FSK   . 3.2.2.2. T o d ng sóng FSKạ ạ Sóng đi u ch FSK có th t o ra b ng cách chuy n m ch gi a các ngu n tín       '  hi u có t n s khác nhau nh hình 3.10-a. Tuy nhiên nó có b c nh y pha r i r c      "  gi a các tr ng thái ký hi u t i th i gian chuy n m ch. B t c giá tr pha r i r c nào'    "    $  "  t i ranh gi i ký hi u s d n đ n ph cao h n t n s cao và đ r ng băng truy n              d n r ng h n. Ngoài ra, FSK có th th c hi n b ng cách ghép vào tín hi u d li u        '  ch ng h n nh đi u khi n đi n áp c a b dao đ ng n i (VCO) nh hình 3.10-b. Vì*           v y, chuy n đ i pha gi a các tr ng thái liên ti p là xem nh liên t c. Tín hi u FSK có%   '      pha chuy n đ i không gián đo n gi a các tr ng thái ký hi u th ng đ c g i là   '   "   d ng: Khóa d ch t n s pha liên t c (CPFSK).     a). b). Hình 3.10: Nguyên t c t o d ng sóng FSK   . 3.2.2.3. Ph tín hi u đi u ch FSKổ ệ ể ế a). Ph d li u FSKổ ữ ệ Ph tín hi u FSK không d dàng thu đ c nh ph đi u ch ASK b i vì quá         trình th c hi n đi u ch FSK là không tuy n tính. Ph FSK có th coi nh g n b ng          hai ph đi u ch ASK và trung tâm là t n s sóng mang.     V n đ này đ c th hi n rõ trong hình 3.11, đ r ng băng t n chi m d ng          c a tín hi u đi u ch FSK ph thu c vào kho ng phân tách t n s gi a các tr ng thái         '  tín hi u. Hình 3.11: Ph tín hi u đi u ch FSK    . b). Ph d li u CPFSKổ ữ ệ Ph tín hi u CPFSK cũng thay đ i tùy theo v trí t n s gi a hai tr ng thái ký      '  hi u và s thay đ i pha đ c đi u khi n nh th nào khi thay đ i t t n s này đ n             t n s khác.  Ph ng pháp đi u ch FSK c a Sunde đ c sinh ra khi kho ng cách gi a hai      ' t n s ký hi u b ng t c đ ký hi u. Trong ph ng pháp này ph ch bao g m hai ph         +   r i r c t i hai t n s ký hi u. Ngoài ra ph còn tr i r ng ra. Ph này có th đ c s"             d ng trong m ch tách FSK k t h p nh các ngu n sóng mang chu n, đ c trích ra      .  b ng m ch vòng ch t pha.   Ph ng pháp đi u ch khóa d ch t i thi u (MSK-Minimum Shift Keying) s       d ng kho ng cách ký hi u b ng 1,5 l n t c đ ký hi u, ph ng pháp này có ph          b ng ph ng, năng l ng t p trung búp chính h p và gi m năng l ng các búp ph . *  %  ,    Ta th y búp chính nh có nghĩa là hi u su t ph cao h n tr ng h p đi u ch ASK -     "    và PSK. Trong th c t , nó gi ng nh h đi u ch pha vuông góc QPSK, m ch này có        giá thành cao so v i FSK c a Shunde.  Hình 3.12: Ph tín hi u đi u ch CPFSK    . 3.2.2.4. L c tín hi u FSKọ ệ Nh ph ng pháp đi u ch ASK đã đ c p tr c, có th đi u khi n chi m     %      d ng ph b ng b l c CPFSK v i l c đ nh d ng xung tr c khi đi u ch . Trong            ph ng pháp đi u ch FSK, không có ánh x m t - m t gi a ph d ng xung và ph      '    đi u ch vì đây là quá trình đi u ch không tuy n tính.     Các b l c th ng s d ng l c thông th p g i là l c Gauss. B l c th ng  "         " phù h p v i ph công su t th p các búp ph . Thí d b l c th ng s d ng trong          "   FSK nói chung là khóa d ch c c ti u Gauss th ng s d ng Châu Âu và B c M   "     1 trong h th ng t bào s (GSM).    Hình 3.13: S d ng b l c tr c trong đi u ch FSK       . 3.2.2.5. Tách sóng FSK a). Ph ng pháp tách FSK không k t h pươ ế ợ M t trong nh ng ph ng pháp đ n gi n nh t đ tách tín hi u FSK nh phân là '        đ a tín hi u qua hai b l c thông d i đ c hi u ch nh b ng hai t n s tín hi u khác       +     nhau và l y ra tín hi u l n h n trung bình sau m t chu kỳ ký hi u. Đây th c ch t là        b tách đ ng bao không k t h p, t ng đ ng hai lu ng d li u ASK v i b so "      '    sánh t i đ u ra. Do không xét đ u pha c a các ký hi u, cho nên đây là ph ng pháp      chúng ta đã đ c p tr c trong ph ng pháp tách ASK và nó không có nhi u u đi m %      nh các h th ng tách k t h p FSK.     Có m t ph ng pháp đ phân bi t các t n s tín hi u đ u vào. M t ph ng          pháp s đ n gi n đ tính "đi m qua 0" c a sóng mang trong chu kỳ ký hi u và c        tính t n s theo t ng ký hi u. Ph ng pháp th ba là s d ng m ch vòng khóa pha     $    PLL. Hình 3.14: S đ tách sóng FSK không k t h p    . b). Tách sóng FSK không k t h p s d ng PLLế ợ ử ụ M ch vòng khóa pha (PLL) là m ch khôi ph c sóng mang và ký hi u s d ng      trong các h th ng thông tin s . Nguyên lý làm vi c c b n c a m ch PLL đ c miêu         t nh hình 3.15. M ch vòng PLL g m 3 kh i ch c năng chính: B dao đ ng đi u     $    khi n đi n áp có t n s đ u ra t l v i đi n áp đ u vào; B tách pha (th ng s     0      "  d ng b ghép ho c c ng logic XOR), sinh ra đi n áp đ u ra t l v i sai pha c a hai  #    0    tín hi u đ u vào; B l c vòng, s d ng đ đi u khi n d i đ ng c a m ch h i ti p.               Hình 3.15: S đ vòng khóa pha PLL  . [...]... dòng số liệu được sửa dạng trước ở băng gốc trước khi tiến hành điều chế Bởi vì điều chế là quá trình tuyến tính, dạng bộ lọc băng gốc tác động trực tiếp lên tín hiệu điều chế băng dải Hình 3.20: Sơ đồ điều chế PSK Hiệu ứng lọc dạng sóng PSK Khi tín hiệu PSK không được lọc thì đường bao tín hiệu điều chế không đổi, việc đưa ra phương pháp lọc để hạn chế độ rộng băng tần điều chế làm cho tín hiệu điều chế. .. sơ đồ điều chế PSK này được gọi là điều chế cầu phương (QPSK) Đặc điểm nổi bật của phương pháp này so với phương pháp điều chế BPSK là có thể gửi thông tin có tốc độ gấp hai lần trong cùng một độ rộng băng tần Hình 3.34: Biểu đồ trạng thái của điều chế QPSK 3.3.3.2 Bộ điều chế QPSK Hình 3.35: Bộ điều chế QPSK Hình 3.35 thể hiện sơ đồ khối bộ điều chế QPSK, trong đó là sự kết hợp hai bộ điều chế BPSK... Hình 3.26 3.3 ĐIỀU CHẾ SỐ NHIỀU MỨC 3.3.1 Khóa dịch biên M-mức (ASK M-ARY) 3.3.1.1 Nguyên tắc điều chế Điều chế ASK nhiều mức là sự mở rộng từ điều chế ASK nhị phân với số trạng thái ký hiệu là M (lớn hơn 2) Quá trình giải điều chế và tách tín hiệu sẽ mở rộng thành yêu cầu so sánh nhiều mức của tín hiệu đường bao đã phục hồi cho việc tách kết hợp và không kết hợp Đối với phương pháp điều chế M-mức, việc... thiết sửa dạng của dạng sóng điều chế Hình 3.19: Phổ BPSK 3.2.3.3 Tạo sóng điều chế PSK Cách đơn giản nhất để điều chế PSK nhị phân không lọc là thay đổi tín hiệu sóng mang điều chế theo tín hiệu số liệu bằng cách dịch pha 00 và 1800 Giống như ASK, cách tạo sóng điều chế PSK này không thích hợp lắm để đạt được dạng sóng lọc Nyquist do khó khăn trong việc thực hiện tần số dải thông cao Nếu yêu cầu... trình điều chế QPSK cho phép trượt pha thấp hơn so với phương pháp điều chế BPSK khi khôi phực sóng mang Một đặc tính hấp dẫn của phương pháp điều chế QPSK đố với các nhà thiết kế là hiệu suất độ rộng băng tần của chuỗi dư liệu băng tần cơ bản nhị phân trong băng thông điều chế Hiệu suất độ rông băng tần cực đại của phương pháp điều chế QPSK là: 2 bit/s/Hz Hình 3.36: Phẩm chất BER trong điều chế QPSK... Cũng có thể điều chế bằng cách sử dụng tần số ký hiệu không trực giao, như trong điều chế FSK nhị phân Bằng cách đặt khoảng cách giưa các tần số rất gần nhau, có thể nén 4 ký hiệu trong một khoảng 2 ký hiệu và do đó tăng hiệu suất sử dụng băng tần qua phương pháp điều chế BPSK, trong trường hợp này khả năng chống tạp âm giảm so với hệ thống sử dụng điều chế FSK nhị phân, vì các ký hiệu tần số không còn... trình khôi phục sóng mang 3.2.3.6 Chất lượng BER trong điều chế PSK Lý thuyết thực hiện kết hợp và mã hóa vi sai PSK được trình bày ở đây với kênh có tạp âm trắng AWGN tham gia Xác suất tỷ số BER trong trường hợp điều chế PSK kết hợp tương tự như xác suất truyền dẫn băng tần cơ sở lưỡng cực Qúa trình điều chế và giải điều chế PSK có thể xem như kỹ thuật phù hợp để thu được băng thông tương đương từ nguồn... chuyển Doppler) Nhược điểm của điều chế FSK - Phương pháp điều chế FSK có hiệu suất sử dụng băng tần nhỏ hơn một chút so với ASK hoặc PSK - Phương pháp điều chế FSK có tỷ số lỗi bit kém hơn phương pháp điều chế PSK 3.2.3 Khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying) 3.2.3.1 Nguyên lý của khóa dịch pha Đối với khóa dịch pha (PSK), thông tin chứa trong pha tức thời của sóng mang điều chế Thường thì pha này được... không có một mạch chia rõ ràng 3.2.3.5 Điều chế và giải điều chế PSK vi sai Điều chế PSK vi sai (DPSK - Differential PSK) là phương pháp mã hóa và giải mã dựa vào thay đổi trạng thái như DEPSK nhưng nó có điểm nổi bật hơn là nó sử dụng phương pháp giải mã vi sai như là một phần giải điều chế luồng tín hiệu và đồng thời khôi phục sóng mang Khối mã hóa vi sai và bộ điều chế PSK nói chung thường là DPSK và... Đặc tính BER cho trường hợp FSK Ưu điểm của điều chế FSK - Điều chế FSK là điều chế có đường bao không đổi, sự thay đổi biên độ không bị ảnh hưởng tới tín hiệu điều chế, phương pháp này tương thích với các hệ thống máy thu và máy phát không tuyến tính - Nguyên lý tách FSK có thể dựa vào quan hệ thay đổi tần số giưa các trạng thái ký hiệu và không yêu cầu tần số trong kênh phải chính xác hoàn toàn (FSK