Cơ sở viễn thông: Phần 1

Cơ sở viễn thông: Phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Tin tức và hệ thống thông tin, phân tích tín hiệu, các hệ tuyến tính, biến điệu biên độ,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

CƠ SỞ VIỄN THÔNG PHẠM VĂN TẤN CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Chương I TIN TỨC VÀ HỆ THỐNG THƠNG TIN • • • • • • • • • LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG ĐIỆN TỬ PHÂN LOẠI CÁC NGUỒN TIN TỨC VÀ CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN SĨ NG XÁC ĐỊNH VÀ SÓNG NGẪU NHIÊN SƠ ĐỒ KHỐI MỘT HỆ VIỄN THÔNG SỰ PHÂN CHIA CÁC VÙNG TẦN SỐ (FREQUENCY ALLOCATIONS) SỰ TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ SỰ ĐO TIN TỨC CÁC HỆ THƠNG TIN LÝ TƯỞNG MÃ HĨA (CODING) Trang I.1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG ĐIỆN TỬ - Từ cuối kỹ 18 đầu kỹ 19, công nghệ phát truyền thông điện phát triển - Năm 1820, George Ohm đưa cơng thức phương trình tốn học để giải thích tín hiệu điện chạy qua dây dẫn thành cơng - Năm 1830 Michall Faraday tìm định luật dẫn điện từ trường - Có thể coi lịch sử thông tin liệu bắt đầu vào năm 1937 với phát minh điện tín Samuel F B.Morse Đó hệ thống truyền xung điện biểu diễn cho dấu chấm vạch (tương đương với số nhị phân 1, 0) đường dây đồng nhờ máy điện Các tổ hợp khác mã thay cho chữ, số, dấu, gọi mã Morse - Năm 1840, Morse đăng ký sáng kiến điện tín Mỹ - Năm 1844 đường điện tín thiết lập Baltimore Washington DC - Năm 1849, tin in với vận tốc chậm đến năm 1860 vận tốc in đạt 15 bps - Năm 1850, đại số Boole George Boole tạo móng cho logic học phát triển rờ le điện Trong khoảng thời gian gian này, đường cáp xuyên qua đại tây dương để lắp đặt hệ thống điện tín - James Clerk Maxwell đưa học thuyết điện từ trường cơng thức tốn học vào năm 1980 Căn vào học thuyết Henrich Hertz truyền nhận sóng vơ tuyến thành cơng cách dùng điện trường lần lịch sử - Tổng đài điện thoại thiết lập vào năm 1876 (ngay sau Alexander Grâhm Bell phát minh điện thoại) Năm năm sau Bell bắt đầu dịch vụ gọi đường dài New York Chocago Cùng khoảng thời gian đó, Guglieno Marconi Italia lắp đặt trạm phát sóng vơ tuyến để phát tín hiệu điện tín - Năm 1900, Einstein, nhà vật lý tiếng học thuyết tương đối viết nhiều tài liệu quan trọng vật lý chất rắn, thống kê học, điện từ trường học lượng tử Vào khoảng thờigian này, phịng thí nghiệm Bell Mỹ phát minh sáng chế ống phóng điện cực cho kính thiên văn xoay Tiếp theo đó, Le De Forest trở thành nguươì khởi xướng lĩnh vực vi mạch điện tử thông qua phát minh ông ống chân không ba cực Lúc này, hệ thống tổng đài tương tự tự động có khả hoạt động khơng cần bảng chuyển mạch - Năm 1910, Erwin Schrodinger thiết lập tảng cho học lượng tử thông qua công bố ơng cân sóng đẻ giải thích cấu tạo nguyên tử đặc điểm chúng Vào khảng thời gian này, phát công cộng bắt dầu cách phát sóng - Năm 1920, Harold S Black phịng thí nghiệm Bell phát minh máy khuếch đại phản hồi âm mà ngày cịn dùng lĩnh vực viễn thơng công ngệ máy điện đàm - V.K.Zworykin (Mỹ) phát minh đèn hình cho vơ tuyến truyền hình cáp đồng trục (phương tiện truyền dẫn hiệu dây đồng bình thường) - Cuối năm 1940, phịng thí nghiệm Bell đặt móng cho cho chất bán dẫn có độ tích hợp cao Howard Aiken đại học Harward cộng tác với IBM thành công việc lắp đặt máy điện tốn có kích thước 50 feets feets Và sau đó, J.Presper Ecker với Jonh Mauchly đại chọc Pénnylvania phát triển máy điện toán lên bậc gọi máy điện toán ENIAC Von Neuman dựa vào để phát triển máy điện toán có lưu giữ chương trình - Vào năm 1960, loại LSI (Large Scale Interated), máy điện toán mini, cáp quang máy phân chia thời gian phát triển thương mại hố thành cơng - Vào năm 1970, truyền hình ảnh qua vệ tinh, hệ thống tổng đài điện tử đời Trang I.2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Phân loẠi nguỒn tin tỨc hỆ thỐng thông tin - Một nguồn tin digital ( digital information sourse ) tạo tập hợp hữu hạn tin ( Message ) Ví dụ : Máy đánh chữ ; có số hữu hạn ký tự ( tin ) phát từ nguồn - Một nguồn tin tức analog tạo tin xác định liên tục Ví dụ micro: Điện diễn tả tin tức âm phân bố dãy liên tục nhiều trị giá - Hệ thống thông tin digital chuyển tin tức từ nguồn digital đến thiết bị thu ( Sink ) - Hệ thống thông tin analog chuyển tin tức từ nguồn analog đến Sink Nói cách chặt chẽ, sóng digital định nghĩa hàm theo thời gian có tập hợp trị giá rời rạc Nếu dạng sóng digital dạng sóng nhị phân, có hai trị giá Dạng sóng analog hàm theo thời gian có khoảng trị giá liên tục Một hệ thống thông tin digital điện tử thường có điện dịng điện với dạng sóng digital Tuy nhiên, có dạng sóng analog Thí dụ, tin tức từ nguồn nhị phân phát đến sink cách dùng sóng sin 1000Hz để diễn tả bit sóng sin 500Hz để diễn tả bit Ở nguồn tin tức digital phát đến sink cách dùng sóng analog, gọi hệ thống viễn thơng digital Xa nữa, sóng analog gọi tín hiệu digital mơ tả nguồn tin digital Tương tự, tín hiệu analog mô tả nguồn tin analog Từ quan điểm ta thấy kỹ sư Viễn thơng digital cần hiểu để phân tích mạch analog mạch digital Viễn thơng digital có lợi điểm: - Các mạch digital tương đối rẻ dùng - Khoảng tác động lớn ( Khoảng trị lớn nhỏ ) - Dữ liệu từ tiếng nói, hình nguồn liệu khác trộn lẫn truyền hệ truyền digital - Trong hệ truyền với khoảng cách xa, nhiễu không chồng chất từ repeater đến repeater ( Trạm phát lại ) - Sai số liệu phân tích nhỏ, dù có lượng nhiễu lớn tín hiệu thu - Nhiễu sửa chữa ( corrected ) cách dùng mã hóa Nhưng có bất lợi: - Thơng thường, cần hệ rộng dãy tần ( Band width ) lớn hệ analog - Cần đến đồng hóa Với nhiều ưu điểm, hệ digital trở nên ngày phổ biến Sóng xác đỊnh sóng ngẪu nhiên Trong hệ Viễn thơng, ta phân dạng sóng làm hai loại lớn: Xác định Ngẫu nhiên - Định nghĩa: Một dạng sóng xác định mơ hình hóa hàm hồn tồn riêng biệt thời gian Thí dụ: Nếu w(t) = A cos ( ω0t + ϕo ) Diễn tả dạng sóng , với A, ω0 , ϕo biết Thì dạng sóng w(t) nói xác định - Định nghĩa: Một dạng sóng ngẫu nhiên khơng thể chun biệt hóa hồn tồn nột hàm theo thời gian phải mơ hình hóa cách xác xuất Các dạng sóng biểu diễn nguồn khơng thể xác định Thí dụ, hệ viễn thơng digital, ta gửi tin tức ứng với mẫu tự - Mỗi mẫu tự biểu diễn dạng sóng xác định Nhưng ta xét dạng sóng phát từ nguồn ta thấy dạng sóng ngẫu nhiên, ta khơng biết xác ký tự phát Trang I.3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Do đó, ta thực cần thiết kế hệ viễn thơng dùng dạng sóng ngẫu nhiên tất nhiên nhiễu đưa vào mô tả dạng sóng ngẫu nhiên Kỹ thuật cần đến khái niệm vể xác suất thống kê ( Sẽ làm việc phân tích thiết kế phức tạp ) Nhưnng may thay , ta trình bày tín hiệu dạng sóng “ tiêu biểu “ xác định, ta hầu hết, không tất kết Sơ ĐỒ KHỐI MỘT HỆ THỐNG VIỄN THƠNG Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống viễn thơng Chủ đích hệ Viễn thông truyền tin tức từ nguồn, ký hiệu s(t), đến Sink Tin tức s (t); tin tức digital hay analog, tùy vào hệ dùng Nó có lấy từ Sink ký hiệu ~ thể tin tức Video, audio hay vài loại khác Trong hệ multiplex ( đa hợp ), có nhiều nguồn vào nhiều Sink Phổ s(t) ~ s (t) tập trung quanh f = Chúng gọi tín hiệu băng gốc ( base band ) Khối xử lý tín hiệu: Ở máy phát tùy điều kiện nguồn cho truyền có hiệu Thí dụ: Trong hệ digital, vi xử lý Trong hệ analog, khơng lọc hạ thơng Trong hệ lai, mạch lấy mẫu tin tức vào ( analog ) digital - hóa để có biến điệu mã xung ( Pulse code modulation ) PCM Tín hiệu khối XLTH máy phát tín hiệu băng gốc tần số tập trung gần f = Khối sóng mang: Ở máy phát đổi tín hiệu băng gốc xử lý thành băng tần để truyền đưa vào kênh truyền Thí dụ: Nếu kênh gồm cặp dây xoắn ( twisted - pair ) telephone, phổ sm(t) nằm dãy âm tần ( audio ), từ 300 -> 3.700Hz Nhưng kênh gồm cáp quang, phổ sm(t) tần số ánh sáng - Nếu kênh truyền tín hiệu băng gốc, khơng cần dùng khối sóng mang sm(t) tín hiệu khối XLTH - Khối sóng mang cần kênh truyền tần số thuộc băng xung quanh fc , với fc >> Trong trường hợp sm(t) gọi tín hiệu dãy thơng ( Band pass Signal ) Vì thiết kế để có tần số thuộc băng quanh fc Thí dụ, đài phát biến điệu AM với tần số kết hợp 850 KHz có sóng mang fc = 850 KHz Sự áp tín hiệu băng gốc dạng sóng s(t) thành tín hiệu dãy thơng sm(t) gọi biến điệu ( modulation ) ( s(t) tín hiệu audio đài phát AM ) Tín hiệu dãy thơng có dạng: sm(t0 = s (t) cos [ ωc(t) + θ(t) ] Với ωc = 2πfc, fc tần số sóng mang Nếu s(t) = θ(t) = sm(t) tín hiệu hình sin túy với f = fc băng tần Trang I.4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Trong biến điệu mạch sóng mang, sóng vào s(t) làm cho R (t) và/hoặc θ(t) thay đổi hàm s(t) Sự thay đổi R (t) θ(t) làm cho sm(t) có khổ băng phụ thuộc vào tính chất s(t0 vào hàm áp dùng để phát R (t) θ(t) Các kênh truyền: Có thể phân chia làm loại: dây mềm ( softwire ) dây cứng (hardwire) Vài loại kênh dây mềm tiêu biểu như: Khơng khí, chân khơng nước biển Vài loại kênh truyền dây cứng: Cặp dây xoắn telephone, cáp đồng trục, ống dẫn sóng cáp quang Một cách tổng quát, kênh truyền làm giảm tín hiệu, nhiễu kênh truyền / nhiễu máy thu khiến cho ~ s (t) bị xấu so với nguồn Nhiễu kênh có gia tăng từ nguồn điện, dây cao thế, đánh lửa nhiễu đóng ngắt computer Kênh chứa phận khuếch đại tác động, thí dụ: Hệ thống repeater telephone vệ tinh tiếp chuyển hệ thống viễn thông không gian Dĩ nhiên, phận cần thiết để giữ cho tín hiệu lớn nhiễu Kênh có nhiều đường ( multiple paths ) input output chúng có thời gian trễ ( time delay ), tính chất giảm biên ( attenuation ) khác Những tính chất thay đổi theo thời gian Sự thay đổi làm thay đổi bất thường ( fading ) tín hiệu ngõ kênh ( Ta quan sát fading nghe nghe đài sóng ngắn xa ) Máy thu nhận tín hiệu ngỏ kênh đổi thành tín hiệu băng gốc SỰ phân chia vùng tẦN sỐ (Frequency Allocations) Trong hệ thông tin dùng khơng khí làm kênh truyền, điều kiện giao thoa truyền sóng phụ thuộc chặt chẽ vào tần số truyền Về mặt lý thuyết, kiểu biến điệu (Am, Fm, băng cạnh - single sideband, phase shift keying, frequency shift keying ) dùng cho tần số truyền Tuy nhiên, theo qui ước quốc tế, kiểu biến điệu độ rộng băng, loại tin truyền cần xếp đặt cho băng tần Bảng sau cho danh sách băng tần, ký hiệu, điều kiện truyền công dụng tiêu biểu chúng Băng tần - 30KHz 30- 300KHz 3003000KHz - 30MHz 30- 300MHz 0.3 - GHz 1.0 - 2.0 GHz 2.0 - 4.0 GHz - 30 GHz Ký hiệu VLF very low frequency LF low frequency MF Medium frequency Đặt tính truyền Sóng đất Suy giảm ngày đêm Nhiểu khơng khí cao Tương tự VLF Ít tin cậy Bị hấp thu vào ban ngày Sóng đất sóng trời ban đêm Suy giảm vào ban nhiểu vào ban ngày Nhiểu khơng khí HF Sự phản xạ tần ion cần Hight frequency thay đổi theo thời gian ngày, theo mùa theo tần số Nhiểu khơng khí 30Mhz Gần với LOS Sự tán xạ gây VHF thay đổi nhiệt độ Very high Nhiễu không gian frequency Truyền LOS Nhiễu không UHF Ultra high gian frequency L S SHF Truyền LOS Suy giảm Những ứng dụng tiêu biểu Thông tin nước Hướng dẫn radio cho hải hành Radio hàng hải Tần số cấp cứu phát sống Am radio nghiệp dư Phát quốc tế Viễn thông quân Thông tin đường dài cho không hành hải hành Điện thoại, điện tín, fax Truyền hình VHF Radio FM stereo Trợ giúp khơng hành Truyền hình VHF Radio FM Stereo Trợ giúp không hành Viễn thông vệ tinh Radar Trang I.5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Băng tần - 4.0 4.0 - 8.0 8.0 - 12.0 12.0 - 18.0 18.0 - 27.0 27.0-40.0 30 - 300 GHz 26.5 - 40 33.0 - 50.0 40.0 - 75.0 75.0 - 110.0 110 - 300 103 - 107 Phạm Văn Tấn Ký hiệu Đặt tính truyền Những ứng dụng tiêu biểu Supper high Oxi nước không microwave links frequency khí Sự hấp thụ nước cao S 22.2 GHz C X KU K Ka Tương tự Hơi nước hấp Radar, vệ tinh, thí nghiệm EHF Extremely high thụ mạnh 183GHz Oxy hấp thu 60 119 frequency GHz R Q V W Mm Viễn thông quang IR (Hồng ngoại Truyền LOS ) ánh sáng khả kiến UV ( Tử ngoại ) SỰ truyỀn sóng điỆn tỪ Các đặc tính truyền sóng điện từ truyền kênh truyền dây mềm phụ thc nhiều vào tần số Điều thấy từ bảng kê Phổ điện từ chia làm băng lớn: Sóng mặt đất ( Ground ware ), sóng trời ( Sky ware ) sóng truyền theo đường tầm mắt ( light of sight ) LOS Sự truyền tín hiệu (signal propagation) Anten phát (Transmit antenna) Anten thu (Recieve antenna) The Earth a Truyền sóng đất ` Sự truyền tín hiệu (signal propagation) Ion cầu Anten phát (Transmit antenna) Anten thu (Recieve antenna) The Earth b Truyền sóng trời Trang I.6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Sự truyền tín hiệu (signal propagation) Anten phát (Transmit antenna) Anten thu (Recieve antenna) The Earth c Truyền theo đường tầm mắt Hình 1.2: truyền sóng điện từ Tần số sóng đất nhỏ MHz Ở sóng điện từ có khuynh hướng truyền theo chu vi trái đất Kiểu truyền dùng đài AM Ở phủ sóng địa phương theo đường cong mặt đất tín hiệu truyền đường chân trời thấy Câu hỏi thường đặt ra: “ Tần số thấp sóng dùng ? Câu trả lời tần số tùy thuộc vào chiều dài anhten phát Để xạ có hiệu quả, antenna cần dài 1/10 bước sóng Ví dụ: Với sóng mang fC = 10KHz, bước sóng là: C λ= fC λ = ( 3.108m/s )/104Hz = 3.104 m Như vậy, anten dài 3.000m để xạ có hiệu sóng điện từ 10KHz! Khoảng tần số sóng trời đến 30 Mhz Sự truyền sóng dựa vào phản xạ tầng ion ( ion sphere - tầng điện ly ) mặt đất Nhờ đó, truyền khoảng xa Tầng ion có biểu đồ phân bố sau: Hình 1.3: Biểu đồ phân bố tầng ion Sự ion hóa xãy kích thích phân tử khí xạ vũ trụ từ mặt trời Tầng ion gồm lớp E, F1, F2, D Lớp D hình thành vào ban ngày lớp chủ yếu hấp thụ sóng trời Lớp F lớp chính, làm phản xạ sóng trời trái đất Thực tế, khúc xạ bậc qua lớp tầng ion khiến tầng tác dụng vật phản xạ làm sóng trời bị phản xạ trở lại trái đất Trang I.7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thơng Phạm Văn Tấn Hình 1.4: Sự phản xạ sóng trời bở tầng ion Chỉ số khúc xạ n thay đổi theo độ cao tầng ion, mật độ electron tự thay đổi 81n n = 1− f Trong đó: N: Mật độ electron tự ( số e-/m3 ) f: tần số sóng (Hz) - Dưới vùng ion hóa, n = - Trong vùng ion hóa, n < ( Vì N > ) Sóng bị khúc xạ theo định luật Snell: nsinϕr = sinϕi Trong đó: ϕI : Góc đến ϕr: Góc khúc xạ a Với sóng có tần số f < 2MHz : 81N > f2 nên n trở nên ảo Tầng ion làm giảm sóng đến b Với sóng có tần số từ - 30 MHz ( Sóng trời ), truyền sóng, góc phản xạ hao hụt tín hiệu điểm phản xạ tầng ion tùy thuộc vào f, vào thời gian ngày, theo mùa tác động vết đen mặt trời Ban ngày, N lớn làm n ảo Sóng bị hấp thu, có sóng trở lại trái đất Ban đêm, N nhỏ nên n < Khi đó, sóng truyền từ trái đất lên tầng ion ϕr > ϕI Sẽ xãy tượng khúc xạ bậc Do phản xạ nhiều lần tầng ion mặt đất, sóng trời truyền xa Vì thế, có sóng trời phát từ đài xa bên trái đất thu băng sóng ngắn Sự truyền LOS phương thức truyền cho tần số 30 MHz Ở đó, sóng điện từ truyền theo đường thẳng Trong trường hợp f2 >> 81N làm cho n ≈ có sóng bị khúc xạ tầng ion Sóng truyền ngang qua tầng Tính chất dùng cho thơng tin vệ tinh Cách truyền LOS bất lợi cho việc truyền thông tin trạm mặt đất, mà đường tín hiệu phải đường chân trời Độ cong mặt đất chặn đường truyền LOS Trang I.8 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thơng Phạm Văn Tấn Hình 1.5 Anten phát cần phải đặt cao, cho anten thu phải “ thấy “ d2 + r2 = ( r + h )2 d2 = 2rh + h2 h2 Hình 4.30 Ta biết, hồn điệu bình phương hiệu cho trường hợp nầy Hình 4.30: TCAM với A + s(t) > Ta nhắc lại, hình 4.26, output khối bình phương: [A + s(t)]2 cos22πfCt = [ [A + s(t)]2 + [A + s(t)]2 cos4πf C t ] Output LPF ( cho qua tần số lên đến 2fm) là: s(t) = [A + s(t)]2 Nếu ta giả sử A đủ lớn cho A + s(t) không âm, output khối hai là: so(t) = 0,707[ A + s(t) ] Và hoàn điệu hồn tất s(t) Hình 4.31: Tách sóng bình phương Trang IV.23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Tách sóng chỉnh lưu: Khối bình phương thay dạng phi tyến khác Trường hợp đặc biệt, xem mạch tách sóng chỉnh lưu ( Rectifier Detection ) hình 4.31 sm(t) Chỉnh lưu s1(t) LPF H (f ) -fm fm Hình 4.31: Bộ tách sóng chỉnh lưu Xem sóng DSBTCAM: s m ( t ) = [A + s( t )] cos 2πft Mạch chỉnh lưu sóng tồn sóng Ta xem loại mạch chỉnh lưu tồn sóng ( Full - Wave Rect ) Chỉnh lưu tồn sóng tương đương với thuật toán lấy trị tuyệt đối Vậy tín hiệu khối chỉnh lưu là: s1(t) = ⏐A + s(t)⏐⏐cos2πfCt⏐ Vì giả sử A + s(t) khơng âm, ta viết: s1(t) = [A + s(t) ] ⏐cos2πfCt⏐ Trị tuyệt đối cosine sóng tuần hồn, hình 4.32 cos(t ) Hình 4.32 Tần số 2fC Ta viết lại s1(t) cách khai triển F : s1(t) = [ A + s(t) ] [ ao + a1 cos4πfCt + a2 cos8πfCt + a3 cos12πfCt + ] Vậy output LPF là: so(t) = ao [ A + s(t) ] Và hoàn điệu hoàn tất * Bây giờ, ta xem chế mà khối tách sóng hồi phục lại sóng mang Hình 4.33 chỉnh lưu tồn sóng tương đương với phép nhân sóng với sóng vng (tại tần số fC ) Đó tiến trình lấy trị tuyệt đối phần âm sóng mang Nó tương đương với nhân cho -1 Vậy, mạch chỉnh lưu không cần biết tần số sóng mang xác, mà thực Trang IV.24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn thuật toán tương đương với nhân cho sóng vng ( có tần số xác fC ) pha sóng mang thu Có thể xem tập, chứng tỏ mạch tách sóng đồng hoạt động cách nhân sóng với ham cosine ( tần số fC ) với sóng vng có tần số fC Hình 4.33: Chỉnh lưu tồn sóng tương đương với phép nhân sóng vng Tách Sóng Bao Hình (Envelope Detection) Tách sóng cuối cúng mà ta khảo sát đơn giản Xem dạng sóng TCAM hình 4.34 Nếu A + s(t) khơng âm, đường biên hay bao hình sóng AM xác với A + s(t) Nếu ta thiết lập mạch để lấy đường biên nầy, ta thực mạch tách sóng bao hình * Trước hết, xem mạch tách sóng đỉnh ( peak detector ) hình 4.35 Hình 4.34: Dạng sóng TCAM với A < a Sự phân tích mạch tách sóng đỉnh dựa vào quan sát: (1) input lớn output ( với diode lý tưởng ) Và (2) output không giảm với t Quan sát thứ đúng, input vượt output diode có thêm điện dương phân cực thuận Quan sát thứ kiện tụ khơng có đường xã điện Nên output ln ln với trị đỉnh input trước thời điểm Trang IV.25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Hình 4.35: Tách sóng đỉnh * Bây ta đấu thêm điện trở xã điện cho tụ Mạch hình 4.36 mạch tách sóng bao hình Output có dạng expo đỉnh Nếu chọn lựa thời RC thích hợp, output xấp xĩ với bao hình Và mạch tác động mạch tách sóng Output có chứa sóng dư ( tần số fC) điều khơng gì, ta quan tâm đến tần số tần số fm Hình 4.36: Tách sóng bao hình Thời RC phải ngắn cho bao hình vạch thay đổi trị đỉnh sóng AM Các đỉnh cách khoảng với tần số sóng mang, lúc chiều cao theo biến đổi biên độ s(t) Ta xem trường hợp s(t) hàm sin ( tần số fC) Nó có khả thay đổi trị đỉnh nhanh Tại tần số nầy, đỉnh thay đổi từ trị max đến fm sec Mạch cần lần thời để đạt 0,7% trị cuối Vậy ta đặt thời RC đến 10% , Thì mạch tách sóng bao hình hoạt động tần số cao Ví dụ, với fm = 5kHz, fm m sec ( 20µs) thời chọn 50 Biến điệu Hoàn điệu IC Trang IV.26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Các mạch biến điệu hồn điệu dùng IC Các IC nầy có chứa mạch khuếch đại Visai để đưa vào vùng bảo hịa để mơ giao hốn điện tử ( Electronnic Commulator ) - Hình 4.37, IC MC1496 sử dụng biến điệu TCAM Mạch tương tự dùng để phát SCAM, cách chọn lại trị số điện trở mạch hiệu chỉnh sóng mang - Hình 4.38, dùng chip nầy để hồn điệu cho TCAM Sóng mang mạch thúc cách thúc tần khuếch đại cao tần vào vùng bảo hòa Như vậy, output tần nầy giống sóng vng tần số fC Sóng mang nầy đưa vào ngỏ vô MC 1496 Ngỏ phải LPF, để hồi phục tín hiệu chứa thơng tin +12V 1K 1K 1K 51 3,9K U3 0.1uF Carrier s(t) MC1496 51 10 6,8K 51 +8V Hình 4.37: Biến điệu AM Trang IV.27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3,9K +Sm(t) -Sm(t) Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn +12V +12V +12V 3,9K 1K U3 U3 3,9K 1K 600 Sm(t) +12V Amplifier/Limiter MC1496 10K 50K 10K 51 s(t) 51 10 6,8K +8V Hình 4.38: Hồn điệu cho TCAM TRUYỀN MỘT BĂNG CẠNH (single sideband) SSB: Trong hệ thống AM mà ta nói trên, khoảng tần số cần thiết để truyền tín hiệu băng fC - fm fC + fm khổ băng tổng cộng 2fm Trong việc khai thác đài phát AM, người ta xem tầng phổ “ tài nguyên thiên nhiên “ Việc bảo quản cho tiêu quan trọng Nếu khổ băng cần thiết cho kênh rộng q, Thì số đài phát sóng lúc Ta tìm phương pháp gởi thơng tin mà khổ băng nhỏ 2fm Truyền băng cạnh kỷ thuật cho phép truyền phân khổ băng cần thiết cho AM hai băng cạnh Hình 4.39: Định nghĩa cạnh băng Hình 4.39 định nghĩa băng cạnh Phần sm(t) nằm băng sóng mang gọi băng cạnh ( upper - sideband ) Và phần sóng mang gọi băng cạnh (lower sideband) Một sóng AM băng cạnh bao gồm băng cạnh băng cạnh Ta dùng tín chất biến đổi F để chứng tỏ băng cạnh nầy phụ thuộc lẫn Biến đổi F sóng AM tạo nên cách dời ( shifting ) S(f) lên xuống, biết Băng cạnh tạo nên phần f âm S(f); băng cạnh phần f dương S(f) Ta giã sữ tín tức s(t) hàm thực Vậy suất S(f) chẵn pha lẽ Phần f âm suy từ f dương cách lấy phức liên hợp Tương tự, băng cạnh sm(t) suy từ băng cạnh Vì băng cạnh khơng độc lập, ta truyền tất thơng tin cách gửi băng cạnh Trang IV.28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Hình 4.40: Biến đổi F băng cạnh Hình 4.40 biến đổi F băng cạnh băng cạnh sóng AM, ký hiệu susb(t) slsb(t) Sóng AM băng cạnh tổng băng cạnh sm(t) = susb(t) + sLsb(t) (4.22) Vì sóng SSB chiếm phần băng tần bị chiếm bỡi sóng DSB, thỏa yêu cầu hệ biến điệu Đó là, băng cạnh chọn tần số sóng mang riêng, ta chuyển sóng biến điệu thành khoản tần số, mà truyền cách hiệu qủa Ta dùng băng khác cho tín hiệu khác (tức fc khác nhau) Nên, lúc truyền nhiều tín hiệu (đa hợp) Chỉ cịn vấn đề cần chứng tỏ Đó là, thơng tin gốc hồi phực từ sóng biến điệu SSB Và sóng biến điệu tạo mạch tương đối đơn giãn Vậy ta xét đến khối biến điệu hoàn điệu Khối Biến Điệu Cho SSB: Vì băng cạnh băng cạnh tách biệt tần số, mạch lọc dùng để chọn băng cạnh mong muốn Hình 4.41, khối biến điệu cho băng cạnh (LSB) Có cách để tạo băng cạnh (USB) Ta thay đổi dãy thơng lọc BPF để nhận USB, lấy hệ số DSB LSB Hình 4.41: Khối biến điệu cho LSB, SSB Trang IV.29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Hình 4.42: Khối biến điệu cho USB, SSB Các mạch lọc hình bên phải thật xác, khơng có dãy tần bảo vệ băng cạnh băng cạnh * Một phương pháp khác tạo SSB Sơ đồ khối vẽ ỡ hình 43 ( dùng LSB - SSB ) Giã sữ s(t) Sinusoide túy Với trường hợp đơn giản nầy, phân tích cần đến lượng giác S(t) = cos2πfCt Sóng DSB Amcó dạng: sm(t) = cos2πfCt + cos2πfCt cos2π(f C − f m )t + cos2π(f C + f m )t = (4.23) Sự nhận dạng băng cạnh trường hợp đơn giãn nầy thật rỏ ràng: Số hạng thứ băng cạnh dưới, số hạng thứ nhì băng cạnh Hình 4.43: Biến điệu cho LSB, SSB Bây ta khai triển băng cạnh dưới: cos2π(f C − fm)t sLsb(t) = cos2πf C t.cos2 πf m t + sin2 πf C t.sin2 πf m t = Trang IV.30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (4.24) Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn SSB Vậy ta thấy sơ đồ khối hình 4.43 tạo LSB Số hạng thứ phương trình (4.24) sóng DSB AM Số hạng thứ nhì có dời pha 900 cho sóng Cosine Sơ đồ cải biến để tạo băng cạnh (USB) Chỉ cần thay phận tổng phận lấy hiệu số hai outputs mạch nhân Khối Hoàn Điệu Cho SSB: Khối hoàn điệu đồng hình 4.44 dùng để hồn điệu SSB Hình 4.44: Hoàn điệu đồng * Về phương diện tần số, ta biết nhân cho Sinusoide làm dời tần biến đổi F chiều lên chiều xuống - Hình 4.45, biến đổi F susb(t) nhân với Sinusoide tần số fC - Hình 4.46, kết tương tự tín hiệu sLsb(t) Trong trường hợp, lọc LPF hồi phục lại tín hiệu chứa thơng tin gốc SUSB(f) Hình 4.45: Biến đổi F hoàn điệu USB SSB Trang IV.31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn SLSB(f) fc -fc F sLSB(t).cos2πfc t 2fc -2fc Hình 4.46: Biến đổi F hoàn điệu LSB SSB * Về phương diện thời gian ta thấy: s(t)cos2 2πf C t ± s(t)sin2πf C t + cos2πf m t fSSB(t) cos2πfCt = Dấu + cho LSB dấu - cho USB Khai triển lượng giác s(t) + s(t)cos2 2πf C t ± s(t)sin4πf C t = Output LPF (với input ) s(t)/4 Và ta hoàn tất hoàn điệu * Ghi chú: Ŝ(t) biến đổi Hilbert s(t) ∞ (4.25) (4.26) ∧ s(τ) ∞ s(t) dτ s(t) Ŝ(t) = ∫ dτ Và s(t) = - ∫ − ∞ π −∞ t − τ t−τ π Biến đổi Hilbert hàm thời gian có cách quay tất thành phần tần số góc 900 Ví dụ: s(t)= cos(2πfCt+θ) →Ŝ(t)= sin(2πfCt+θ) BIẾN ĐIỆU ÂM TRỰC PHA: Ta chứng tỏ tín hiệu khơng phủ tần số thời gian tách khỏi DSBAM tách biệt tần số thời gian tách biệt tần số để kênh không bị giao thoa với Nhưng phải cần dùng khổ băng rộng gấp đơi SSBAM Tuy nhiên, trường hợp tín hiệu DSBAM gửi đồng thời mà có tần số thời gian phủ nhau, chúng tách máy thu Thực vậy, biến điệu biên độ trực pha thực việc ( Quadrature Amplitude Modulation QAM ) Trang IV.32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thơng Phạm Văn Tấn Hình 4.47: Máy thu QAM Giả sử, có tín hiệu s1(t) s2(t) có tần số giới hạn nhỏ fm Hai tín hiệu nầy biến điệu sóng mang có tần số s1m(t) = s1(t).cos2πfCt s2m(t) = s2(t).sin2πfCt Tổng sóng: AM = sm1(t) + sm2(t) = s1(t) cos2πfCt + s2(t).sin2πfCt Mặc dù hai sóng phủ lên nhau, chúng tách máy thu hình vẽ - Tín hiệu ngỏ vào LPF1: sa(t) = [s1(t) cos2πfCt + s2(t) sin2πfCt].cos2πfCt = s1(t).cos22πfCt + s2(t).sin2πfCt.cos2πfCt = [s1(t)+ s1(t) cos4πfCt + s2(t) sin4πfCt] Mạch lọc LPF1 cho qua số hạng thứ nhất, s1(t)/2 - Tín hiệu ngỏ vào LPF2: sb(t) = s1(t) cos2πfCt.sin2πfCt + s2(t) sin22πfCt = [s1(t) sin4πfCt + s2(t) - s2(t) cos4πfCt] Ngỏ LPF1 số hạng thứ hai, s2(t)/2 BIẾN ĐIỆU BĂNG CẠNH SÓT ( vestigial sideband ) VSB Biến điệu SSB có lợi DSB mặt sử dụng tần số Đó SSB dùng phân khổ băng cần thiết tương ứng DSB Nhưng SSB có bất lợi khó thiết kế máy phát máy thu có hiệu Một vấn đề bật SSB việc thiết kế mạch lọc để loại bỏ băng cạnh - Tính chất pha mạch lọc tạo nên sóng dư Việc nầy gây hậu xấu Ví dụ, truyền hình, khổ băng rộng truyền (tiếng nói) Sự méo pha tín hiệu video gây nên hiệu ứng offset lên hình ảnh quét, ( tạo bóng ma )- mắt người nhạy với dạng méo (hơn méo tương tự tiếng nói) Vậy ta có lý để nói đến kiểu biến điệu nằm SSB DSB Đó kiểu băng cạnh sót (VSB) [ Một băng cạnh bị loại trừ khơng hồn tồn mạch lọc để tránh méo ] Trang IV.33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thơng Phạm Văn Tấn VSB có xấp xĩ khổ băng tần với SSB khơng khó thiết kế mạch hồn điệu Như tên gọi, VSB có chứa phần sót lại băng cạnh thứ nhì (khơng loại bỏ hồn tồn SSB) Hình 4.48: Biến điệu VSB Mạch lọc dùng cho VSB không giống SSB - khơng chặt chẽ sm(f) -fc +fc H(f) -fc +fc Sm(f).H(f) -fc +fc Hình 4.48 biến đổi DSB, đặc tính mạch lọc biến đổi output Nếu SV(f) biến đổi F tín hiệu VSB, thì: SV(f) = Sm (f)H(f) = [ s(f + fC) + s(f - fC)]H(f) Output hoàn điệu đồng có biến đổi: S (f + f C ) + S V (f − f C ) S0(f) = V , f < fm Thay (4.27) vào (4.28), ta tìm được: S(f )[H(f − f C ) + H(f + f C ) Phương trình (4.29) dùng để đặt điều kiện cho mạch lọc Tổng nằm [ ] vẽ hình 4.49 Với H(f) tiên biểu S0(f) = Trang IV.34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (4.27) (4.28) (4.29) Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Hình 4.49: Lọc BPF cho VBS Giã sữ số hạng sóng mang cộng vào (TCAM) Sóng mang truyền VSB có dạng sv(t) + A cos2πfCt Số hạng sóng mang rút máy thu cách dùng lọc băng hẹp vịng khóa pha Nếu số hạng sóng mang đủ lớn, dùng tách sóng bao hình [ ta thấy điều SSB Ở đó, sóng mang lớn nhiều so với tín hiệu Cịn DSB, sóng mang cần lớn cở với tín hiệu Đối với VBS, Biên độ sóng mang nằm kiểu ] Khi cộng sóng mang vào, hiệu suất giảm Sự dễ dàng việc thiết kế mạch tách sóng bao hình khiến hệ nầy chọn dùng truyền hình AM STEREO Ta giới thiệu điểm chủ yếu AM stereo Sự phân giải sâu cần đến hiểu biết biến điệu pha, mà ta nói chương Nguyên lý AM Stereo gửi tín hiệu audio độc lập khổ băng 10kHz nằm đài phát thương mại Những hiệu chỉnh cần thiết để tương thích với máy thu mono hữu (nếu tín hiệu biểu diển cho kênh trái phải, máy thu mono phải hồi phục tổng tín hiệu nầy) Nếu tín hiệu kí hiệu sL(t) sR(t), tín hiệu tổng hợp viết : q(t) = sL(t) cos2πfCt + sR(t) sin2πfCt (4.30) Nếu tín hiệu sL(t) sR(t) tín hiệu aodio với tần số tối đa 5kHz, q(t) chiếm dãy tần fC - 5kHz đến fC+5KHz ( khổ băng tổng cộng 10kHz ) Tín hiệu tổng hợp viết lại Sinusoide nhất: q(t) = A(t) cos[2πfCt+θ(t)] (4.31) Trong đó: A(t) = s 2L (t) + s 2R (t) ⎡ s R (t) ⎤ θ(t) = -tan s (t) ⎥ ⎣ L ⎦ -1 ⎢ Mạch tách sóng bao hình máy thu mono tạo A(t) Đó phiên bị méo tỏng kênh không cần cho yêu cầu tương thích Hình 4.50 Chỉ sơ đồ khối biến điệu hồn điệu Khối vẽ chấm chấm vịng khóa pha, dùng để hồi phục sóng mang Output vịng khóa pha cos(2πfCt-450) Trang IV.35 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Các hàm thời gian khác ghi hình là: s1(t) = (2πfCt - 450) s2(t)= cos2πfCt s3(t)= sin2πfCt s4(t) = sL(t) cos22πfCt + sR(t) sin2πfCt + cos2πfCt s5(t)= sL(t) sin2πfCt cos2πfCt + sR(t) sin22πfCt s (t) s6(t)= L s (t) s7(t)= R Hình 4.50: Hệ thống AM STEREO =1/2sL(t) Trang IV.36 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ Sở Viễn Thông Phạm Văn Tấn Trang IV.37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... -1 1 -4.5 -1 ? ?1 -1 − -3.5 -1 -1 -1. 5 -1 -1 2.5 -1 -1 2 1 -.5 -.5 3.5 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -2 -1 -1 1.5 1 -2.5 1 -1 1 1 -1 -1 -3 1 1 -1 1 -1 -4 -1 -1 -.5 1 -.5 -1 1 −2 1 Diện tích -2 -3 τ) r(τ)s(t-... Trang II .15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Phạm Văn Tấn Hình 2 .13 Phép chồng đồ hình cho hai hàm ví dụ r(t) t -1 -4 s(t-? ?1) -6 -1 -5 -1 1 -4.5 -1 ? ?1 -1 − -3.5... https://fb.com/tailieudientucntt Cơ sở viễn thông Băng tần - 4.0 4.0 - 8.0 8.0 - 12 .0 12 .0 - 18 .0 18 .0 - 27.0 27.0-40.0 30 - 300 GHz 26.5 - 40 33.0 - 50.0 40.0 - 75.0 75.0 - 11 0.0 11 0 - 300 10 3 - 10 7 Phạm Văn Tấn