Ky thuat truyen so lieu

 Đường dây có 2 hướng truyền nhưng không đồng thời (chế độ bán song công): băng thông của đường dây tối thiểu bằng băng thông của tín hiệu: BW hệ thống = BW đường dây = BWtín hiệu= B[r]

MÔN: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

ÔN TẬP

I.

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1 TỐC ĐỘ BIT VÀ TỐC ĐỘ BAUD Tốc độ bit số bit giây.

Tốc độ baud số đơn vị tín hiệu giây. Tốc độ baud thường bé hay tốc độ bit.

Tốc độ baud xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Tốc độ bit = tốc độ baud số bit đơn vị tín hiệu

Rbit= Rbaud.n n = log2M

Rbit = log2M / Ts = m/ Ts = 1/ Tb * Ts : chu kỳ tín hiệu * Tb : thời gian bit Thí dụ 1:

Một tín hiệu analog mang bit phần tử tín hiệu Nếu 1000 phần tử tín hiệu gởi giây, xác định tốc độ baud tốc độ bit

Giải:

Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu 1giây = 1000 baud/giây

Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit đơn vị tín hiệu =1000 x = 4000bps

Thí dụ 2:

Tốc độ bit tín hiệu 3000 Nếu phần tử tín hiệu mang bit, cho biết tốc độ baud?

Giải:

Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây Ví dụ 3:

Một tín hiệu số có mức Cho biết truyền bit cho mức? Số bit mức = log2 =

Ví dụ 4:

Một tín hiệu số có chín mức Cho biết truyền bit cho mức? Giải:

Số bit mức = log29= 3,17

Mỗi mức tín hiệu truyền 3,17 bit Rõ ràng kết không thực Số bit cần truyền cần số nguyên tương đương với số mũ

Trong trường hợp nên dùng bit cho mức tín hiêu truyền Ví dụ 5:

Một kênh thoại rời rạc hóa, cấu tạo từ tín hiệu tương tự có băng thơng tín hiệu thoại KHz ta cần lấy mẫu tín hiệu với hai lần tần số cao (hai mẫu Hz) Với giả sử mẫu cần bit, hỏi tốc độ bit bao nhiêu?

Giải:

Tốc độ bit tính theo: x 4000 x = 64000 bps = 64 Kbps

2 TỒN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN (TRANSMISSSION IMPAIRMENT)

Hình 4.1

Có dạng tổn hao: suy giảm, méo dạng, nhiễu 3.1 Suy giảm ( Attenuation): Là thất thoát lượng

- deciBel (dB): dùng để đo độ mạnh tương đối hai tín hiệu hai điểm khác

 Khi dB âm  tín hiệu bị suy giảm

 Khi dB dương  tín hiệu khuếch đại

+ Độ suy giảm (dB)=10 log10(P2/P1) Trong đó:

 P1 công suất phát (điểm 1)  P2 công suất thu (điểm 2)

+ Độ Khuếch đại (dB)=10 log10(P2/P1) Trong đó:

 P1 cơng suất vào khuếch đại (điểm 2)  P2 công suất khuếch đại (điểm 3)

Ví dụ : Cho tín hiệu qua mơi trường truyền, cơng suất bị giảm nửa Hãy tính độ suy giảm theo deciBel (dB)

Độ suy giảm (dB)=10 log10(P2/P1) =

10 log10(0,5P1/P1)=10 log10(0,5)=10(−0,3)=−3 dB (-3dB tức giảm dB, tức công suất giảm nửa)

Ví dụ : Tín hiệu khuếch đại 10 lần, tức P2 = 10P1

Độ khuếch đại 10 log10(P2/P1)=10 log10(10P1/P1)=10 log10(10)=10(1)=10 dB Ví dụ: Một yếu tố để sử dụng dB dùng phép tính cộng q trình tính tốn tổn hao nhiều điểm nối

Hình 4.2

Tổng deciBel đường truyền: 10 log10(P4/P1)=10 log10(

P2 P1 P3 P2 P4 P3

)=10[log10( P2 P1

)+log10(P3 P2

)+log10(P4 P3

)] 10 log10(P2

P1)+10 log10( P3

P2)+10 log10( P4

tín hiệu khuếch đại

+ DUNG LƯỢNG KÊNH SHANNON:

- Dung lượng kênh: Xác định tốc độ truyền liệu cực đại theo lý thuyết của kênh truyền C = B log2(1+S/N)

 Trong đó:

 C[bps]: Dung lượng kênh.

 B[Hz] : Băng thông kênh truyền

 S/N: Tỉ số cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu S[W]: Cơng suất tín hiệu; N[W]: Cơng suất nhiễu 

Ví dụ 1: Cho có kênh truyền nhiều nhiễu (N = ∞), tỉ số S/N gần 0, nhiễu mạnh làm yếu tín hiệu Như thế, dung lượng truyền lúc là:

C = B log2(1+S/N)= B log2(1+ 0)= B log2(1)= B . 0= 0

Điều tức dung lượng kênh truyền zêrô, băng thông, tức ta truyền tin qua kênh

Ví dụ 2: Tính tốc độ bit cao lý thuyết đường cáp UTP, với băng thông 3000Hz, tỉ số S/N 3162 lần (35 dB)

Như thế, dung lượng truyền lý thuyết cao là:

C=Blog2(1+S/N)=3000 log2(1+3162)=3000 log2(3163)= 3000 x11,62= 34.860bps =34,86kbps

Như thế, muốn tăng tốc độ truyền liệu đường dây UTP, phải tăng băng thơng hay cải thiện tỉ số S/N.

Đổi từ dB sang số lần ngược lại: S/N(dB)=10 log10(S/Nlan);

S/Nlan=10

S/N(dB) 10

S/Nlan=10

S/N(dB) 10 =10

35(dB) 10 =103,5

=3162 lân S/N(dB)=10 log10(3162)=35 dB

Ví dụ: (Sinh viên tự làm):

1 Đo lường hiệu đường dây cáp UTP (băng thông KHz), tín hiệu 10 volt nhiễu volt Tốc độ truyền liệu tối đa ?

3 Một tín hiệu từ điểm A đến điểm B Tại điểm A, cơng suất tín hiệu 100 watt, điểm B cơng suất cịn lại 90 watt, tính độ suy hao theo dB?

4 Một kênh truyền có độ suy hao –10 dB Khi cho tín hiệu watt qua cơng suất thu bao nhiêu?

5 Một tín hiệu qua ba khuếch đại nối nhau, có độ lợi dB Hãy cho biết độ lợi tổng? Tín hiệu khuếch đại lần?

3 TÌM BĂNG THƠNG :

Băng thơng tín hiệu hỗn hợp là sai biệt tần số cao thấp nhất có tín hiệu

Thí dụ 1:

Nếu phân tích tín hiệu tuần hồn thành 5 sóng hài sin có tần số 100, 300,500, 700 900 Hz Cho biết băng thơng của tín hiệu? Vẽ phổ với giả sử tất sóng hài có giá trị lớn 10V

Giải:

Gọi fh tần số cao nhất, fl thấp nhất, B băng thơng, B = fh - fl = 900 – 100 = 800 Hz

Phổ gồm gai nhọn xuất tần số 100, 300, 500, 700 900 Hz

Thí dụ 2: Tín hiệu tuần hồn có băng thơng 20 Hz Tần số cao 60 Hz, tìm tần số thấp nhất? Vẽ phổ tín hiệu sóng hài có biên độ giống

Giải:

Thí dụ 3: Một tín hiệu hỗn hợp khơng tuần hồn có băng thơng 200 kHz, có tần số trung tâm 140 kHz, biên độ đỉnh 20 V Hai giá trị biên độ hai tần số cực trị Vẽ tín hiệu miền tần số

Giải: Tần số thấp phải 40 kHz tần số cao 240 kHz

a) Băng thơng dùng cho ASK(amplitude shift keying):: Tín hiệu sóng mang (carrier signal):

Trong truyền dẫn analog thiết bị phát tạo tần số sóng cao tần làm cho tín hiệu thơng tin Tín hiệu gọi sóng mang hay tần số sóng mang Thiết bị thu chỉnh định để thu tần số sóng mang có tín hiệu số điều chế tín hiệu mang thơng tin gọi tín hiệu điều chế

Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ hình vẽ có yếu tố quan trọng sóng mang fc ở giữa, giá trị fc – Nbaud/2 fc + Nbaud/2 hai biên

Hình 4.3

Băng thơng cần thiết cho ASK tính theo:

BW = (1+d) Nbaud= (1+d) Rbaud ≈ Rbaud Trong đó:

Rbaud, Nbaud: tốc độ baud

d: thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé 0)

Ta thấy băng thông tối thiểu cần cho trình truyền tốc độ baud.

Thí dụ : Tìm băng thơng tín hiệu ASK truyền với tốc độ bit kbps Chế độ truyền bán song công

Giải: Trong ASK, tốc độ bit tốc độ baud Tốc độ baud 2000, nên tín hiệu ASK cần có băng thông tối thiểu tốc độ baud Như thế, băng thơng tối thiểu 2000 Hz

Thí dụ : Tín hiệu ASK có băng thơng 5000 Hz, tìm tốc độ bit tốc độ baud?

Giải: Trong ASK tốc độ baud băng thơng, độ baud 5000, đồng thời tốc độ bit tốc độ baud nên tốc độ bit 5000 bps

Thí dụ 10 : Cho băng thông hệ thống truyền ASK 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), vẽ phổ ASK song công hệ thống Tìm tần số sóng mang băng thơng hướng, giả sử khơng có khoảng trống tần số hai hướng

Giải: Do hệ thống ASK song công nên băng thông chiều BWmỗi hướng = (1/2) BWhệ thống = 10khz / = 5khz = 5.000 Hz

Tần số sóng mang tần số giữa, hình 5.26: fc thuận = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz fc nghịch = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz

Băng thông cần thiết để truyền dẫn FSK tốc độ baud tín hiệu cộng với độ dịch tần số (sai biệt hai tần số sóng mang hình vẽ

BW =

/

fC0 - fC1

/

+ Nbaud = f + Nbaud

Tuy có hai tần số sóng mang, q trình điều chế tạo tín hiệu hỗn hợp tổ hợp nhiều tín hiệu đơn giản, với tần số khác

Thí dụ 11 : Tìm băng thơng tối thiểu tín hiệu FSK truyền với tốc độ bit 2kbps Chế độ truyền dẫn bán song cơng sóng mang cách 3kHz

Giải: Tín hiệu FSK dùng hai tần số fC0 fC1, nên; BW = (fC1 -fC0 )+ Tốc độ baud Do trường hợp tốc độ bit tốc độ baud, nên

BW = (fC1 -fC0 )+ Tốc độ baud = (3.000) + 2.000 = 5.000 Hz

Thí dụ 12 : Tìm tốc độ bit lớn tín hiệu FSK băng thông môi trường là 12khz sai biệt hai sóng mang 2kHz, chế độ truyền song công

Giải: Với chế độ truyền song cơng, có 6.000 Hz truyền theo hướng (thu hay phát) Đối với FSK, có fC1 fC0 tần số sóng mang.

BW = (fC1 -fC0 )+ Tốc độ baud

Nên Tốc độ baud = BW - (fC1 -fC0 ) = 6.000 – 2.000 = 4.000 baud/s

Đồng thời, tốc độ baud tốc độ bit nên tốc độ bit 4.000 bps

Khi truyền dẫn dải tần sở băng thơng cần thiết tỉ lệ với tốc độ bit (bit rate); ta muốn truyền bit nhanh hơn, cần phải có băng thông rộng

Giải:

Lời giải cịn tùy theo mức xác cần có:

a Băng thông tối thiểu, B = (tốc độ bit)/2, tức 500 KHz

b Tốt dùng hài bậc bậc ba, tức B = x 500KHz = 1,5 MHz c Tốt hài bậc một, bậc ba bậc năm, B = x 500 KHz = 2,5

MHz

Thí dụ 6: Ta dùng hai kênh thơng tần số thấp có băng thơng 100 KHz, cho biết tốc độ truyền bit tối đa bao nhiêu?

Giải: Tốc độ truyền bit tối đa đạt ta dùng sóng hài bậc Tốc độ bit x (băng thơng có), tức 200 Kbps

4 MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ

4.1 ASK (amplitude shift keying; điều chế số biên độ):

+ Khái niệm: Là qúa trình lấy bit ‘1’ ‘0’ làm thay đổi biên độ tín hiệu sóng mang (tần số pha khơng thay đổi)

Ví dụ: Giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πfct + φ0);

‘0’ vc1(t)=Vcm1 sin(2πfct + 1800)Tồn chu kỳ bit; loại đơn vị tín hiệu

‘1’vc2(t)=Vcm2 sin(2πfct + 1800)Tồn chu kỳ bit; loại đơn vị tín hiệu Giả sử Vcm2 > Vcm1;

Ví dụ: Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau: 01010, biết tốc độ bit bps Tín hiệu số điều chế phương pháp ASK Với tần số sóng mang fc bằng 20Hz, biên độ bit ‘1’ 5V, biên độ bit ‘0’ 2V pha ban đầu sóng mang 1800.

a Hãy vẽ tín tín hiệu ASK

b Tín hiệu ASK có phải tín hiệu điều hồ hay khơng? Giải thích c Tính tốc độ Baud

Giải:

Cho: liệu, Rb, ASK, fc, biên độ, pha ban đầu.

a. Vẽ tín tín hiệu ASK.

Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms

Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc =1/20 = 50ms

Vậy Tb= Tc chu kỳ bit chứa chu kỳ sóng mang

b. Tín hiệu ASK khơng phải tín hiệu điều hồ.Vì có biên độ. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= baud/s

(ASKRbit = Rbaud)

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau:

110100000000, biết tốc độ bit kbps Tín hiệu số điều chế phương pháp ASK Với tần số sóng mang fc 10 kHz, biên độ bit ‘1’ 5V, biên độ đối với bit ‘0’ 0V pha ban đầu sóng mang 00.

a Vẽ tín hiệu số theo dạng mã: NRZ-L, Manchester B8ZS b Hãy vẽ tín hiệu ASK bit

c. Tính tốc độ Baud

+ Khuyết điểm: ASK thường nhạy cảm với nhiễu biên độ

Nhiễu thường tín hiệu điện áp xuất đường dây từ nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng lên biên độ tín hiệu ASK.

+ Băng thông ASK : Có vơ số tần số (khơng tuần hồn) Sóng mang fc ở giữa, giá trị fc – Nbaud/2 fc + Nbaud/2 hai biên

Băng thơng cần thiết để truyền tín hiệu ASK tính theo công thức sau:: BW = fmax – fmin = (fc + Nbaud/2) – (fc – Nbaud/2) = Nbaud= Rbaud

BWASK = Rbaud

Trong đó: BW: Băng thơng [Hz] Rbaud, Nbaud: tốc độ baud [baud/s]

Vậy băng thơng tối thiểu cần cho q trình truyền tín hiệu ASK tốc độ baud (1 hướng-trên đường dây).

Thực tế BW =(1+d)Nbaud; d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất 0)

Ví dụ: Cho tín hiệu số 01010, tốc độ bit bps, điều chế phương pháp ASK Tần số sóng mang fc= 20Hz Biên độ bit ‘1’ 5V, biên độ bit ‘0’ 2V Pha ban đầu sóng mang 1800.

a Tính tốc độ Baud

b Tính băng thơng tín hiệu ASK c Vẽ phổ tín hiệu ASK

Giải:

Tín hiệu ASK, Rbaud= Rbit=5 baud/s

b Tính băng thơng tín hiệu ASK ASK, BW = Rbaud=5 (Hz);

c Vẽ phổ tín hiệu ASK

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau: 1101000011110, biết tốc độ bit kbps Tín hiệu số điều chế phương pháp ASK Với tần số sóng mang fc 10 kHz, biên độ bit ‘1’ 5V, biên độ đối với bit ‘0’ 0V pha ban đầu sóng mang 900.

a Vẽ tín hiệu số theo dạng mã: NRZ-I, Manchester vi sai HDB3. b Hãy vẽ tín tín hiệu ASK bit cuối.

c Tính tốc độ Baud (5000 Baud/s)

d. Tính băng thơng tín hiệu ASK (5 kHz)

e. Vẽ phổ tín hiệu ASK

+ Băng thơng hệ thống truyền tín hiệu thay đổi theo chế độ truyền:

 Đường dây có hướng truyền (chế độ đơn công): băng thông đường dây tối thiểu băng thơng tín hiệu: BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu

 Đường dây có hướng truyền không đồng thời (chế độ bán song công): băng thông đường dây tối thiểu băng thơng tín hiệu: BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu= BWmỗi hướng

 Đường dây có hướng truyền đồng thời (chế độ song cơng): băng thông đường dây tối thiểu:

BWhệthống=BWđườngdâymin =BWhướng1+BWhướng2+BWbảo vệ=2.BWtín hiệu+BWbảo vệ BWbảo vệ: dải tần số bảo vệ hướng.(lý tưởng 0)

Giải:

Vì hệ thống bán song cơng nên: BWhệ thống = BWmỗi hướng Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud

Suy BWmỗi hướng = BWASK = Rbaud = Rbit = 2000Hz Băng thông tối thiểu hệ thống BWhệ thống =2kHz

Ví dụ (Sinh viên tự làm) : Tính băng thơng hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit kbps Chế độ truyền dẫn song công

Ví dụ : Cho tín hiệu ASK có băng thơng 5kHz, tính tốc độ bit tốc độ baud. Giải: 5kHz=5000Hz;

Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x n = Rbaud x 1= Rbaud Mà BWASK = Rbaud ;

Suy tốc độ baud Rbaud = BWASK =5000 baud/s; Suy tốc độ bit Rbit = Rbaud =5000 bps;

(Có BWASK tính Rbit , Rbaud )

Ví dụ : Cho băng thơng hệ thống truyền liệu ASK 10 kHz (fmin=1 kHz đến fmax=11 kHz), chế độ truyền song công Giả sử khơng có khoảng trống tần số hai hướng (BWbảo vệ=0)

a Vẽ phổ hệ thống ASK trên. b Tính băng thơng hướng

c Tính tần số sóng mang hướng (Hướng thuận hướng nghịch) Giải:

Cho BWhệ thống = 10kHz; fmax = 11kHz =11.000 Hz; fmin = 1kHz = 1000Hz ; song công; BWbảo vệ = 0

a. Vẽ phổ ASK hệ thống song công

Do hệ thống ASK song công nên BWhệ thống = BWmỗi hướng + BWbảo vệ

Suy BWmỗi hướng = BWtín hiệu ASK = (1/2) BWhệ thống = 10kHz / = 5kHz = 5.000 Hz c. Tính tần số sóng mang hướng (fc2=Hướng thuận fc1= hướng nghịch) Tần số sóng mang tần số giữa:

+ fc1 Hướng nghịch (tần số thấp):

fmin= fc1 – Rbaud /2 = fc1 – BWASK/2 = fc1 – BWmỗi hướng /2

Suy fchướng nghịch = fc1 = fmin+ (1/2) BWmỗi hướng = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz + fc2 Hướng thuận (tần số cao):

fmax= fc2 + Rbaud /2 = fc2 + BWASK/2 = fc2 + BWmỗi hướng /2

Suy fchướng thuận = fc2 = fmax - (1/2) BWmỗi hướng = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau: 1101000011110 Tín hiệu số điều chế phương pháp ASK Hệ thống truyền song công với băng thông 10 kHz (fmin=2,5 kHz đến fmax=12,5 kHz) Giả sử khoảng trống tần số hai hướng (BWbảo vệ=0) Biết biên độ bit ‘1’ 5V, biên độ bit ‘0’ 0V pha ban đầu sóng mang 900.

a Vẽ tín hiệu số theo dạng mã: Manchester vi sai AMI Các dạng mã hố dạng tín hiệu có khả đồng thành phần DC zêrô b Vẽ phổ hệ thống ASK

c Tính băng thơng hướng (5000Hz)

e Hãy vẽ tín hiệu ASK bit cuối cho hướng thuận.( fc2=10kHz) 5.3.2 FSK (frequency shift keying):

+Khái niệm: Là phương pháp mà tần số tín hiệu sóng mang thay đổi để biểu diễn bit ‘1’ ‘0’ (biên độ góc pha khơng thay đổi)

Ví dụ: giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πfct + φ0);

Bit ‘0’ ứng với sóng mang vc1(t) = Vcm sin(2πfc1t+1800); Tồn chu kỳ bit Bit ‘1’ ứng với sóng mang vc2(t) = Vcm sin(2πfc2t+1800): Tồn chu kỳ bit Giả sử fc2 > fc1;

Ví dụ: Cho tín hiệu số 01101, tốc độ bit bps, điều chế phương pháp FSK Biên độ sóng mang 5V, tần số bit ‘1’ 20Hz, tần số bit ‘0’ 10Hz pha ban đầu sóng mang 1800.

a Vẽ tín tín hiệu FSK

b Tín hiệu FSK có phải tín hiệu điều hồ hay khơng? Giải thích c Tính tốc độ Baud

Giải:

a. Vẽ tín tín hiệu FSK

‘0’ vc1(t) = Vcm sin(2πfc1t+1800)=5sin(2π.10t+1800) V; Tồn chu kỳ bit ‘1’ vc2(t) = Vcm sin(2πfc2t+1800)=5sin(2π.20t+1800) V; Tồn chu kỳ bit

Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms

Chu kỳ sóng mang bit ‘0’; Tc1=1/ fc1=1/10 =0,1s= 100ms Chu kỳ sóng mang bit ‘1’; Tc2=1/ fc2=1/20 = =0,05s= 50ms

b. Tín hiệu FSK khơng phải tín hiệu điều hồ.Vì tần số thay đổi. Tổng qt: FSK tín hiệu tương tự khơng tuần hoàn

c. Tốc độ Baud:

Một đơn vị tín hiệu mang bit nên Rbit = Rbaud Suy Rbaud= baud/s

Tín hiệu FSK : Rbit = Rbaud

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau:

110100000000, biết tốc độ bit kbps Tín hiệu số điều chế phương pháp FSK Biên độ sóng mang 5V, tần số bit ‘1’ 20kHz, tần số bit ‘0’ là 10kHz pha ban đầu sóng mang 00.

a Vẽ tín hiệu số theo dạng mã: NRZ-L, Manchester B8ZS (5.1) b Hãy vẽ tín tín hiệu FSK bit

c Tính tốc độ Baud.( Rbit = Rbaud)

d Tín hiệu FSK có phải tín hiệu tuần hồn hay khơng? Giải thích

+ Băng thơng tín hiệu FSK:

Phổ FSK tổ hợp hai phổ ASK tập trung quanh tần số: fC1 (bit 0) fC2 (bit 1).

Băng thông tín hiệu FSK: BWFSK = fmax – fmin

BWFSK = /fC2 - fC1/+ Rbaud = f + Nbaud = f + Rbaud

BWFSK = f + Rbaud ; ( so sánh Băng thơng tín hiệu ASK BWASK =Rbaud ); f =

/fC2 - fC1/

: Độ lệch tần số sóng mang

Nbaud = Rbaud: Tốc độ baud Rbit = Rbaud

Vậy biết Độ lệch tần số sóng mang tốc độ baud ta xác định băng thơng tín hiệu FSK.

Ví dụ: Cho tín hiệu số 01101, tốc độ bit bps, điều chế phương pháp FSK Biên độ sóng mang 5V, tần số bit ‘1’ 20Hz, tần số bit ‘0’ 10Hz pha ban đầu sóng mang 1800.

a Tính tốc độ Baud

b Tính băng thơng tín hiệu FSK c Vẽ phổ tín hiệu FSK

Giải:

a Tính tốc độ Baud FSK, Rbaud = Rbit = 5baud/s

b Tính băng thơng tín hiệu FSK BWFSK = f + Rbaud = /20 – 10/ + = 15Hz c Vẽ phổ tín hiệu FSK

+ Ưu điểm FSK so với ASK : FSK tránh hầu hết dạng nhiễu biên độ

+ Khuyết điểm FSK so với ASK: Nếu tốc độ bit Băng thơng FSK lớn hơn Băng thơng ASK.

Ví dụ 11 : Tính băng thơng nhỏ hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn bán song cơng sóng mang cách 3kHz (Độ lệch tần số)

Giải: Tóm tắt:

 Rbit = 2kbps= 2000bps ;  f = 3kHz = 3000Hz;

 Chế độ truyền bán song công;  Tính BWhệ thống min= ?

Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống min= BWmỗi hướng= BWFSK =f + Rbaud

 Trong FSK, Rbit =Rbaud ; suy Rbaud = 2000 baud/s

Suy BWhệ thống = f + Rbaud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz = kHz; Vậy băng thông nhỏ hệ thống FSK kHz

Ví dụ (SV tự làm) : Tính băng thơng nhỏ hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song cơng sóng mang cách 3kHz (Độ lệch tần số) Ví dụ (SV tự làm) : Tính băng thơng lớn hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song cơng sóng mang cách 3kHz (Độ lệch tần số) Ví dụ (SV tự làm) : Tính băng thơng nhỏ hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song công sóng mang cách 3kHz (Độ lệch tần số), băng thơng bảo vệ 1kHz.

Ví dụ 12 : Tính tốc độ bit cực đại tín hiệu FSK băng thông hệ thống 12kHz độ lệch tần số hai sóng mang 2kHz, chế độ truyền song công

+ Tóm tắt:

 Hệ thống FSK; Chế độ truyền song công;  fmin = 2kHz= 2000Hz;

 BWhệ thống = 12khz=12.000Hz;  Tính Rbit max ?

+ Giải:

 Xác định BWFSK= BWmỗi hướng

Vì hệ thống truyền song cơng nên BWhệ thống= 2.BWmỗi hướng + BWbảo vệ (BWbảo vệ=0)

Suy ra: BWmỗi hướng= BWFSK =(1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz

 Xác định Rbit

Suy Rbit= BWmỗi hướng - f (1) Theo (1) Khi fmin Rbit Max

Suy Rbit Max = BWmỗi hướng - fmin= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = kbps Vậy tốc độ bit cực đại tín hiệu FSK kbps

Ví dụ (Sinh viên tự làm) : Tính tốc độ bit nhỏ tín hiệu FSK băng thơng của hệ thống 12kHz độ lệch tần số hai sóng mang lớn 2kHz, chế độ truyền song cơng

Ví dụ (Sinh viên tự làm) : Tính tốc độ bit nhỏ tín hiệu FSK băng thông của hệ thống 12kHz độ lệch tần số hai sóng mang lớn 2kHz, chế độ truyền bán song cơng

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho tín hiệu số có dạng nhị phân sau: 1101000011110 Tín hiệu số điều chế phương pháp FSK, độ lệch tần số là 5kHz Hệ thống truyền song công với băng thông 22,5 kHz (fmin=2,5 kHz đến fmax=25 kHz) Giả sử khoảng trống tần số hai hướng 2,5 kHz (BWbảo vệ=2,5 kHz) Biên độ sóng mang 5V, pha ban đầu sóng mang 900.

a Vẽ tín hiệu số theo dạng mã: RZ, Manchester vi sai AMI Các dạng mã hoá dạng tín hiệu có khả đồng thành phần DC zêrô

b Vẽ phổ hệ thống FSK

c Tính băng thơng hướng (10kHz)

d Tính tần số sóng mang hướng (Hướng thuận hướng nghịch)

e Hãy vẽ tín tín hiệu FSK bit cuối cho hướng tần số thấp, tần số bit ‘1’ 10kHz, tần số bit ‘0’ 5kHz

f Vẽ phổ đầy đủ hệ thống FSK 5.3.3 PSK (phase shift keying):

+Khái niệm: Pha sóng mang thay đổi để biểu diễn bit ‘1’ ‘0’ (biên độ tần số không đổi)

Ví dụ: giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πfct + φ0); ‘0’ vc1(t)=Vcm sin(2πfct+ φ01) ; Tồn chu kỳ bit ‘1’ vc2(t)=Vcm sin(2πfct+ φ02) ; Tồn chu kỳ bit

Ví dụ: Cho tín hiệu số 01101, tốc độ bit bps, điều chế phương pháp PSK Biên độ 5V Tần số sóng mang 20Hz Pha bit ‘1’ 1800, pha bit ‘0’ 00.

a Vẽ tín tín hiệu PSK

b Tín hiệu PSK có phải tín hiệu điều hồ hay khơng? Giải thích c Tính tốc độ Baud

Giải:

a. Vẽ tín tín hiệu PSK

‘0’ vc1(t) = Vcm sin(2πfct + φ01) =5 sin(2π.20t + 00) V ; Tồn chu kỳ bit ‘1’ vc2(t) = Vcm sin(2πfct + φ02) = sin(2π.20t + 1800) V; Tồn chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms

Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms

Vậy Tb= 4Tc  chu kỳ bit chứa chu kỳ sóng mang fc

b. Tín hiệu PSK khơng phải tín hiệu điều hịa.Vì có pha. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= Rbit =5 baud/s

Vậy PSK 2-PSK tốc độ bit tốc độ baud; Rbaud= Rbit

2-PSK (BPSK; Binary): Tín hiệu PSK có pha ( có loại tín hiệu, loại chứa 1 bit)

2n-PSK : Tín hiệu PSK có 2n pha ( có 2n loại tín hiệu, loại chứa n bit)

Ví dụ:

Tín hiệu –PSK (22 –PSK) : Tín hiệu PSK có 22 =4 pha ( có loại tín hiệu, loại chứa 2

bit)

Tín hiệu –PSK (23 –PSK) : Tín hiệu PSK có 23 =8 pha ( có loại tín hiệu, loại chứa 3

bit)

+ Băng thông PSK :

BW2-PSK = Rbaud ;Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud Tổng quát: BW2n -PSK = Rbaud

+ Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK):  Không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ

 Băng thông hẹp (nhỏ băng thông FSK)

+ So sánh băng thông ảnh hưởng nhiễu biên độ lên tín hiệu PSK, ASK, FSK:

 BWASK = Rbaud ; nhiễu biên độ;

 BWFSK = f + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ;

 BWPSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ

Vậy tín hiệu PSK khơng bị ảnh hưởng nhiễu biên độ có băng thơng nhỏ nhất

Tín hiệu PSK khó điều chế ASK FSK

+ Giản đồ trạng thái pha: ‘0’ vc1(t)= 5sin(2π.20t+00) V ; ‘1’ vc2(t)= 5sin(2π.20t+1800)

Vậy tín hiệu PSK khơng bị ảnh hưởng dạng nhiễu tác động ASK, đồng thời không bị ảnh hưởng yếu tố băng thông rộng FSK Điều có nghĩa thay đổi nhỏ tín hiệu máy thu phát hiện, thay dùng hai thay đổi tín hiệu từ bit, ta dùng với bốn thay đổi thông qua dịch pha hai bit

+ 4-PSK (QPSK- Quadrature- cầu phương):

Tín hiệu –PSK (22 –PSK) : Tín hiệu 4-PSK có 22 =4 pha ( có loại tín hiệu, loại chứa 2

bit)

Ví dụ: Cho tín hiệu số 0110101100, tốc độ bit 10 bps, điều chế bằng phương pháp 4-PSK(QPSK) Biết sóng mang có biên độ 5V, tần số 20Hz pha biểu diễn sau: ‘00’ pha  00 ; ‘01’ pha 900 ; ‘10’ pha  1800 ; ‘11’ pha 2700 (-900).

a Vẽ tín tín hiệu QPSK

c Tính tốc độ Baud

d Vẽ giản đồ trạng thái pha tín hiệu QPSK Giải:

a. Vẽ tín tín hiệu QPSK

Tín hiệu QPSK ( 4-PSK) có pha ( có loại tín hiệu), pha mang thơng tin bit. Theo đề ta có loại tín hiệu QPSK sau:

‘00’ vc1(t)= Vcm sin(2πfct + φ01) = sin(2π.20t+00) V ; Tồn chu kỳ bit ‘01’ vc2(t)= Vcm sin(2πfct + φ02) = sin(2π.20t+900)V; Tồn chu kỳ bit ‘10’ vc3(t)= Vcm sin(2πfct + φ03) = sin(2π.20t+1800)V ; Tồn chu kỳ bit ‘11’ vc4(t)= Vcm sin(2πfct + φ04) = sin(2π.20t -900); V Tồn chu kỳ bit

Chu kỳ bit Tb=1/Rb=1/10 =0,1s=100ms

Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 =0,05s= 50ms Vậy Tb= 2Tc  chu bit chứa chu kỳ sóng mang fc Vậy 2Tb= 4Tc  chu bit chứa chu kỳ sóng mang fc Vậy tín hiệu QPSK tín hiệu số 0110101100 sau:

b. Tín hiệu QPSK khơng phải tín hiệu điều hịa Vì có pha thay đổi

c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= (1/2)Rbit =5 baud/s Vậy 4-PSK (QPSK) Rbit= 2.Rbaud Tổng quát hệ thống 2n-PSK, R

Tổng quát hệ thống 2n-PSK, pha cách 3600/2n

+ Băng thông QPSK: Giống băng thông ASK

BW = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud

+ Ưu điểm QPSK: không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, băng thông cho trước tốc độ liệu lớn tốc độ phương pháp điều chế khác (2-PSK, ASK, FSK)

+ Tương tự, ta có phương pháp điều chế pha khác 2n - PSK, có n bit biểu diễn 1

pha, khoảng cách pha 3600/2n.

Từ đó, phát triển lên 8–PSK Thay dùng góc 900, ta thay đổi tín hiệu từ góc pha 450 Với góc pha khác nhau, dùng ba bit (một tribit), theo quan hệ giữa số bit tạo thay đổi với góc pha lũy thừa hai Đồng thời 8–PSK cho phép truyền nhanh gấp lần so với – PSK, minh họa hình 33

+ Băng thông dùng cho 2n -PSK: Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự ASK (Bằng tốc độ Baud)

Hình 4.4

Ví dụ 13 : Tìm băng thông hệ thống QPSK(4 –PSK), với tốc độ 2kbps theo chế độ bán song cơng

Giải:

Vì hệ thống bán song công nên BWhệ thống= BWmỗi hướng= BWQPSK Phương pháp điều chế – PSK, pha (đơn vị tín hiệu) chứa bit, Rbit = 2x Rbaud ; Suy Rbaud = (1/2) Rbit=1000 baud/s;

Mà BWPSK = Rbaud ; Suy BWQPSK = 1000Hz. BWhệ thống= BWmỗi hướng= BWQPSK = 1000Hz.

Ví dụ 14 : Cho tín hiệu 8–PSK có băng thơng 5.000 Hz, tìm tốc độ bit tốc độ baud? Giải:

Phương pháp điều chế – PSK, pha (đơn vị tín hiệu) chứa bit, Rbit = 3x Rbaud ;

Mà BW8-PSK = Rbaud ; Suy Rbaud =5000 baud/s ; Suy Rbit = 3x Rbaud =15.0000 bps=15kbps ;

5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ cầu phương) PSK bị giới hạn từ khả phân biệt thay đổi góc pha nhỏ thiết bị, điều làm giảm tốc độ bit

+ Khái niệm: QAM phương thức kết hợp ASK PSK cho ta khai thác tối đa khác biệt đơn vị tín hiệu.

(QAM q trình lấy liệu số làm thay đổi biên độ pha sóng mang, tần số khơng thay đổi)

Ví dụ: Cho tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit 24 bps, điều chế phương pháp 8-QAM (8 loại đơn vị tín hiệu), tần số sóng mang 16Hz, giản đồ pha hình vẽ

a Vẽ tín tín hiệu 8-QAM

b Tín hiệu 8-QAM có phải tín hiệu điều hồ hay khơng? Giải thích c Tính tốc độ Baud

Giải:

a.Vẽ tín tín hiệu 8-QAM

‘000’ vc1(t)= Vcm1 sin(2πfct + φ01) = sin(2π.16t+00) V ; Tồn chu kỳ bit ‘001’ vc2(t)= Vcm2 sin(2πfct + φ01) = sin(2π.16t+00)V; Tồn chu kỳ bit ‘010’ vc3(t)= Vcm1 sin(2πfct + φ02) = sin(2π.16t +900)V ; Tồn chu kỳ bit

‘011’ vc4(t)= Vcm2 sin(2πfct + φ02) = sin(2π.16t +900); V Tồn chu kỳ bit

‘100’vc5(t)= Vcm1 sin(2πfct + φ03) = 2sin(2π.16t+1800) V ; Tồn chu kỳ bit

‘101’ vc6(t)= Vcm2 sin(2πfct + φ03) = sin(2π.16t+1800)V; Tồn chu kỳ bit

‘110’ vc7(t)= Vcm1 sin(2πfct + φ04) = sin(2π.16t-900)V ; Tồn chu kỳ bit ‘111’ vc8(t)= Vcm2 sin(2πfct + φ04) = sin(2π.16t -900); V Tồn chu kỳ bit

Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/24 (s); Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/16 (s);

Amplitude second bits 101 bits 100

Bit rate : 24 Baud rate : 8

Time

1 baud baud baud baud baud baud baud baud

3 bits 001 bits 000 bits 010 bits 011 bits 110 bits 111 3Tb=2Tc 8-QAM amplitude, phases

011 110 100 111 010 101 000 001

Tín hiệu số 101100001000010011110111

b Tín hiệu 8-QAM khơng phải tín hiệu điều hồ, có nhiều biên độ nhiều pha

c Tính tốc độ Baud

Rbaud = (1/3)Rbit = baud/s d Tính băng thơng 8-QAM

Băng thơng tín hiệu QAM băng thơng ASK tốc độ baud BWQAM = BWASK = Rbaud;

Suy BWQAM = 8Hz

+ Tương tự ta có dạng điều chế 2n-QAM Với n số bit chứa một đơn vị tín hiệu, 2n : số loại đơn vị tín hiệu.

Trường hợp đầu dùng biên độ 12 pha, giảm thiểu tốt nhiểu có tỉ số góc pha biên độ lớn ITU - đề nghị

Trường hợp thứ hai, 4biên độ pha, theo u cầu mơ hình OSI, quan sát kỹ, ta thấy cấu hình theo dạng đồng trục, khơng xuất yếu tố giao biên độ pha Thực ra, với x ta có đến 32 khả Tuy nhiên sử dụng phân nửa khả này, sai biệt góc pha đo lường gia tăng cho phép đọc tín hiệu tốt Thơng thường QAM cho thấy bị ảnh hưởng nhiễu so với ASK (do có yếu tố pha)

+ Băng thông QAM :

Băng thơng tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM giống ASK PSK, đồng thời QAM thừa hưởng ưu điểm PSK so với ASK

+ So sánh tốc độ bit/tốc độ baud :

Giả sử tín hiệu FSK dùng truyền tín hiệu qua đường thoại gởi 1200 bit giây (1200 bps) Mỗi tần số thay đổi biểu diễn bit; cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1s Trong tốc độ baud, 1200 bps Mỗi thay đổi tín hiệu hệ thống 8–QAM, biểu diễn dùng ba bit, với tốc độ bit 1200 bps, tốc độ baud 400 Trong hình 38, cho thấy hệ thống dibit có tốc độ baud phân nửa tốc độ bit, hệ tribit tốc độ baud cịn phần ba tốc độ bit, trường hợp quabit tốc độ baud phần tư tốc độ bit

Bảng B.1 nhằm so sánh tốc độ bit tốc độ baud nhiều phương pháp điều chế số - tương tự

Dạng điều chế Số bit đơn vị tín hiệu

Bits/Baud Tốc độ Baud

Tốc độ Bit ASK, FSK, 2-PSK

64-QAM 128-QAM 256-QAM

6 Bit Bit Bit

6

N N N

6N 7N 8N

Ví dụ 15 : Giản đồ trạng thái pha gồm điểm cách vòng tròn Biết tốc độ bit 4800 bps, tính tốc độ baud

Giải:

 Đây dạng 8–PSK (23 =8)  Các pha cách 3600/8 = 450  Một đơn vị tín hiệu chứa bit

 Như tốc độ baud Rbaud = (1/3)Rbit = 4.800/3 = 1600 baud/s

Ví dụ 16 : Tính tốc độ bit tín hiệu 16–QAM, biết tốc độ baud 1000. Giải:

 Đây dạng 16 – QAM (24 =16)  Một đơn vị tín hiệu chứa bit

 Như tốc độ bit Rbit= Rbaud = 1.000 x = 4.000 bps

Ví dụ 17 : Tìm tốc độ baud tín hiệu 64–QAM biết có tốc độ bit 72.000 bps. Giải:

 Đây dạng 64 – QAM (26 =64)  Một đơn vị tín hiệu chứa bit

 Như tốc độ baud Rbaud = (1/6)Rbit = 72.000/6 = 12.000 baud

5.4 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - TƯƠNG TỰ (Điều chế tương tự)

+ Khái niệm: Là q trình thay đổi thơng số sóng mang cao tần (Dạng điều hồ) tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự)

+ Sơ đồ khối:

+ Sóng mang cao tần (Dạng điều hịa) có thơng số : Biên độ, tần số pha nên ta có phương pháp điều chế tương tự là:

 FM (Frequency Modulation) ): Điều tần (Điều chế tần số)  PM (Phase Modulation) ): Điều pha (Điều chế pha)

5.4.1 Điều biên (AM) :

+ Khái niệm:Là phương pháp mà biên độ sóng mang thay đổi theo tín hiệu

điều chế (tin tức), tần số góc pha sóng mang khơng đổi

- Tín hiệu điều chế (tin tức) trở thành hình bao sóng mang

 Tín hiệu AM có biên độ thay đổi theo tín hiệu tin tức

+ Băng thơng tín hiệu AM: BWAM = Fi max= BWi

Với Fi max: tần số cực đại tin tức

+ Chuẩn AM truyền thanh:

 Băng thơng tín hiệu thoại thường KHz  Băng thông cực đại kênh AM 10 KHz

 FCC (Federal Communication Commission- Tiểu ban thông tin liên bang-chuẩn

Mỹ) đài AM có băng thơng 10 KHz

+ Các đài AM phát tần số sóng mang từ 530 kHz đến 1700 KHz (540 kHz đến 1600 KHz) Các tần số phát phải cách với ít 10 KHz (một băng thơng AM) nhằm tránh giao thoa

+Ví dụ: Nếu đài phát dùng tần số 1100 KHz tần số sóng mang kế không phép nhỏ 1110 KHz

Ví dụ 18 : Cho tín hiệu tin tức với băng thơng 4KHz, tìm băng thơng tín hiệu AM Giả sử không xét theo qui định FCC

Giải:

BWi= 4KHz

Tín hiệu AM có băng thơng

BWAM = BWi= x 4KHz = KHz

5.4.2 FM (Điều tần):

+ Khái niệm:Là q trình mà tần số sóng mang biến thiên theo biên độ tín hiệu tin tức, biên độ pha sóng mang khơng đổi

+ Băng thơng tín hiệu FM: BWt = BWFM = (Fi max+ ∆fm ) = 10 BWi

∆fm : độ di tần cực đại

BWi = BWm : Băng thông tin tức

 Băng thơng tín hiệu âm phát theo chế độ stereo thường 15 KHz.

 Mỗi đài phát FM cần băng thông tối thiểu 150 KHz + Chuẩn FM truyền thanh:

 Cơ quan FCC cho phép băng thông kênh FM 200 KHz (0,2 MHz)  Dải tần từ 88 MHz đến 108 MHz,

 Các đài phải phân cách 200 KHz để tránh trùng sóng mang  Tầm từ 88 MHz đến 108 MHz có khoảng 100 kênh FM, phát

lúc 50 kênh

Ví dụ 19 : Cho tín hiệu tin tức có băng thơng MHz, điều chế FM Hãy tìm băng thơng tín hiệu FM đó, khơng xét đến qui định FCC

Giải:

Theo cơng thức tính băng thơng FM:

BWt = BWFM = (Fi max+ ∆fm ) = 10 BWi Mà BWi = 4MHz