Nội dung chính của Bài giảng Truyền số liệu: Chương 5 trình bày tổng quan về chuyển đổi digital, chuyển đổi analog – digital và chuyển đổi số tương tự (điều chế số)...Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài giảng này.
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế CHƯƠNG 5: Mã Hóa & Điều Chế 5.1 CHUYỂN ĐỔI DIGITAL – DIGITAL + Khái niệm: chuyển đổi(Mã hóa) số-số phương pháp biểu diễn liệu số tín hiệu số Ví dụ: truyền liệu từ máy tính sang máy in, liệu gốc liệu truyền dạng số + Đặc điểm: bit ‘1’ ‘0’ chuyển đổi thành chuỗi xung điện áp để truyền qua đường dây + Sơ đồ khối: 01011101 Digital/Digital encoding + Phân loại: unipolar (Mã đơn cực), polar (Mã có cực), bipolar (Mã lưỡng cực) 5.1.1 Unipolar- Mã đơn cực: • Là dạng mã hóa đơn giản (nguyên thủy-ra đời đầu tiên) • Một mức điện áp biểu thị cho bit ‘0’ mức điện áp khác biểu thị cho bit ‘1’ Ví dụ: Bit ‘0’Ỉ volt ‘1’Ỉ+V volt (+5V, +9V…).; Tồn chu kỳ Bit Ví dụ: Cho chuỗi bit 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã Unipolar (đơn cực) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 42 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế Amplitude 0 1 5V Time Tbit • Ưu điểm : đơn giản chi phí thấp • Khuyết điểm: Tồn điện áp chiều (DC) toán đồng -Thành phần DC: Trị trung bình mã đơn cực khác khơng, tạo thành phần điện áp DC đường truyền Khi tín hiệu tồn thành phần DC, khơng thể xuyên qua môi trường truyền -Khả đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị khơng thay đổi, máy thu xác định thời gian tồn bit (Chu kỳ bit) Hướng giải dùng thêm dây dẫn để truyền tín hiệu đồng giúp máy thu biết chu kỳ bit 5.1.2 Polar: + Khái niệm: mã hóa polar dùng hai mức điện áp: mức có giá trị dương mức có giá trị âm, nhằm giảm thành phần DC + Phân loại: NRZ, RZ Biphase • NRZ: NRZ-L (nonreturn to zero–level: Cổng COM RS232) NRZ–I (nonreturn to zero – invert) • RZ (return to zero) • Biphase: Manchester (dùng mạng ethernet LAN), Manchester vi sai ( thường dùng Token Ring LAN) 5.1.2.1 NRZ + Đặc điểm: Tín hiệu có giá trị dương (+V) âm (-V) + Phân loại: NRZ – L (Cổng COM RS232) NRZ – I a NRZ – L: + Đặc điểm: Bit ‘0’Ỉ+V (+3V, +5V, +15V ); Bit ‘1’ Ỉ-V (-3V, -5V,- 15V…) Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã NRZ – L • Ưu điểm: Thành phần DC giảm so với mã đơn cực Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 43 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế • Khuyết điểm: Bài tốn đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi, máy thu xác định thời gian tồn bit (Chu kỳ bit) Hướng giải làm dùng thêm dây dẫn để truyền tín hiệu đồng giúp máy thu biết chu kỳ bit b NRZ – I: + c im: ã Gp bit ặ s o cc in ỏp trc ú ã Gp bit ặ khơng đảo cực điện áp trước (Bit giả sử dương âm) Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã NRZ – I Giả sử ban đầu điện áp dương • Ưu điểm NRZ – L vấn đề đồng giải gặp chuỗi bit liên tiếp 5.1.2.2 RZ : + Đặc điểm: • Bit ‘0’Ỉ Nửa chu kỳ đầu bit điện áp -V nửa chu kỳ sau bit l in ỏp 0V ã Bit 1ặ Na chu k đầu bit điện áp +V nửa chu kỳ sau bit điện áp 0V + Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã RZ Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 44 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế + Ưu điểm: Giải vấn đề đồng cho chuỗi bit ‘1’ chuỗi bit ‘0’ liên tiếp + Khuyết điểm: có băng thơng rộng (dải tần số lớn) Có mức điện áp Tuy nhiên, ta thấy phương pháp hiệu (Một phương pháp mã hóa tín hiệu số tốt phải có dự phịng cho chế độ đồng bộ) 5.1.2.3 BIPHASE: + Đặc điểm: • Tồn điện áp +V -V bit • Thành phần DC zêrơ • Phương pháp đồng hóa tốt + Phân loại: Manchester Manchester vi sai - Manchester: • Bit ‘0’Ỉ Nửa chu kỳ đầu bit điện áp +V nửa chu kỳ lại in ỏp -V ã Bit 1ặ Na chu k u bit điện áp -V nửa chu kỳ lại điện áp + V - Manchester vi sai: • • • Gặp bit ‘0’ đảo cực điện áp trước Gặp bit ‘1’ giữ nguyên cực điện áp trước Ln ln có thay đổi điện áp chu kỳ bit + Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã Manchester Manchester vi sai Giả sử ban đầu điện áp dương + Ưu điểm: Các vị trí chu kỳ bit cho phép tạo đồng Thành phần DC triệt tiêu 5.1.3 BIPOLAR (Lưỡng cực) + Đặc điểm: Dùng ba mức điện áp: dương, âm, zêrô (0 volt) + Phân loại: AMI, B8ZS, HDB3 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 45 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế 5.1.3.1 AMI (Alternate Mark Inversion) + Đặc điểm: • Bit 0ặ Volt ã Bit 1ặ in ỏp -V + V luân phiên (Tồn chu kỳ bit) + Ví dụ: Cho chuỗi liệu 01001110, biểu diễn chuỗi bit dạng mã AMI Biến thể phương pháp gọi giả tam nguyên (pseudo-ternary) theo bit nhận giá trị điện áp dương âm + Ưu điểm : - AMI làm triệt tiêu thành phần DC tín hiệu - Đồng chuỗi giá trị bit “1” liên tiếp +Khuyết điểm : - Dễ đồng chuỗi giá trị bit “0” liên tiếp 5.1.3.2 B8ZS (Bipolar 8- Zero Substitution): + c im: ã Bit ặ in ỏp -V + V luân phiên (Tồn chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước • Bit ‘0’ Æ đếm số bit ‘0’ liên tiếp: Nếu nhóm bit ‘0’ liên tiếp mã hố Volt Nếu bit liên tiếp mã hố sau: + 00000000Ỉ + 000 + - - + (+Ỉ +V; - Ỉ -V) - 00000000 Ỉ - 000 - + +- (+Ỉ +V; - Ỉ -V) + Ví dụ: Cho chuỗi 10000000000100, biểu diễn chuỗi bit dạng mã B8ZS Giả sử bit ‘1’ có điện áp dương Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 46 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế 5.1.3.3 HDB3 (High-Density Bipolar) + Đặc điểm: • Bit Æ điện áp -V + V luân phiên (Tồn chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước ú ã Bit ặ m s bit Nu bit ‘0’ liên tiếp mã hoá Volt Nếu bit ‘0’ liên tiếp tính tổng số xung (+ -) Là số lẻ: +0000 Ỉ+000+ Là số chẵn: +0000 Ỉ+-00-0000 Ỉ-+00+ + Ví dụ: Dùng mã HDB3, mã hóa luồng bit 10000000000100, biết bit ‘1’ điện áp dương Ví dụ: Cho chuỗi nhị phân 10 bit ‘0’ liên tiếp, biểu diễn chuỗi bit dạng mã Unipolar, NRZ-I, NRZ-L, RZ, Manchester, Manchester vi sai, AMI, B8ZS, HDB3 Giả sử điện áp trước 10 bit dương số bit số chẵn Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 47 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế 5.2 CHUYỂN ĐỔI ANALOG – DIGITAL Khi ta cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự Ví dụ: gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt so với tín hiệu tương tự (analog) +Khái niệm: chuyển đổi tương tự - số (số hóa tín hiệu tương tự) q trình chuyển tín hiệu tương tự thành luồng tín hiệu số Hoặc (biểu diễn thơng tin có tín hiệu liên tục thành chuỗi tín hiệu số 1, 0) +Mục đích: • Giảm thiểu khối lượng lớn giá trị thơng tin tín hiệu tương tự để biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà khơng bị thất thơng tin codec (coder – decoder) • Chống nhiễu • Dễ xử lý +Sơ đồ khối: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 48 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế Chú ý: • Có thể sử dụng dạng tín hiệu số mục 5.1, • Khơng làm thất hay làm giảm chất lượng tin 5.2.1 PAM (Pulse Amplitude Modulation –Điều chế biên độ xung): + PAM : Lấy mẫu tạo chuỗi xung- Bước cho việc chuyển đổi tương tự - số + Điều kiện lấy mẫu (sampling rate) Theo định lý Nyquist, tốc độ lấy mẫu phải lớn hai lần tần số cao tín hiệu fs ≥ fimax Chu kỳ lấy mẫu: Ts=1/fs PAM không dùng thông tin số với lý rời rạc hóa tín hiệu PAM chứa nhiều thành phần biên độ với giá trị khác (vẫn dạng tương tự) 5.2.2 PCM (Pulse Coded Modulation-Điều chế xung mã): + Khái niệm: PCM trình chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số + Các bước thực PCM: bước: • Lấy mẫu giữ (PAM) • Lượng tử hóa • Mã hóa nhị phân • Mã hóa số - số - PAM: lấy mẫu giữ (theo định lý Nyquist) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 49 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế - Lượng tử hóa (quantilization): phương thức gán giá trị tín hiệu (sau lấy mẫu) mức định sẵn Amplitude +127 +127 +125 +110 +100 +90 +75 +50 +25 +24 +38 +48 +88 +77 +52 +39 +26 −25 Time − 15 −50 − 50 −75 − 80 −100 Tín hiệu PAM lượng tử −125 Amplitude Amplitude Time a Time Tương tự b PAM signal - Mã hoá nhị phân: Chuyển mẫu lượng tử thành tổ hợp nhị phân Số bit cho mức= log2[tổng số mức lượng tử) Ví dụ: Có 256 mức lượng tử, suy Số bit cho mức: log2[256]=8 Ví dụ: Mỗi giá trị chuyển sang giá trị bảy bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu Amplitude +127 +127 +125 +110 +100 +90 +75 +50 +24 +25 +38 +48 +88 +77 +52 +39 +26 −25 Time − 15 −50 − 50 −75 − 80 −100 −125 +024 +038 +048 +039 +026 00011000 00100110 00110000 00100111 00011010 −015 −080 −050 +052 +127 10001111 11010000 10110010 00110110 01111111 +125 +110 +090 +088 +077 01111101 01101110 01011010 01011000 01001101 Sign bit + is − is Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 50 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế - Mã hoá số- số: Chuyển bit nhị phân thành tín hiệu số (mã đơn cực, lưỡng cực….) Ví dụ : phương pháp điều chế xung mã PCM tín hiệu số chuyển theo mã unipolar, hình vẽ giá trị mẫu đầu + PCM phương pháp lấy mẫu tín hiệu dùng số hóa tín hiệu thoại truyền dẫn T-line hệ thống viễn thông Bắc Mỹ, E -line hệ thống viễn thông Châu Âu Ví dụ 3: Tính tốc độ lấy mẫu (tần số lấy mẫu) tín hiệu có băng thơng 10kHz ( từ 1khz đến 11khz)? Giải: fs ≥ fimax Tốc độ lấy mẫu phải hai lần tần số cao tín hiệu, Tốc độ lấy mẫu = (11.000) = 22.000 mẫu/ giây + Số bit mẫu Log2(Tổng số mức) n = Log2(M); n: số bit mẫu (nguyên) M: tổng số mức Ví dụ 4: Lấy mẫu tín hiệu, có 12 mức Hỏi cần bit mẫu? Giải: Số bit cần mẫu là: n = Log2(M)= Log2(12)= 3,17 làm trịn Ỉ4 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 51 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế b Tín hiệu ASK khơng phải tín hiệu điều hồ.Vì có biên độ c Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= baud/s + 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 Phương pháp ASK thông dụng gọi OOK (on-off keying) Trong OOK, có giá trị bit tương đương với khơng có điện áp Điều cho phép tiết kiệm đáng kể lượng truyền tin + Băng thơng ASK: Có vơ số tần số (Khơng tuần hồn) Sóng mang fc giữa, giá trị fc – Nbaud/2 fc + Nbaud/2 hai biên Băng thơng cần thiết để truyền tín hiệu ASK tính theo cơng thức sau:: BW = fmax – fmin = (fc + Nbaud/2) – (fc – Nbaud/2 = Nbaud= Rbaud Trong đó: BW: băng thơng [Hz] Rbaud, Nbaud: tốc độ baud [baud/s] Vậy băng thông 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: thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé 0) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 55 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế 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: a Tính tốc độ Baud 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 + Băng thơng hệ thống truyền tín hiệu thay đổi theo chế độ truyền: • Đường dây có hướng truyền (chế độ đơn cơng): băng thông đường dây tối thiểu băng thông tín hiệu: BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu • Đường dây có hướng truyền khơng 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 công): băng thông đường dây tối thiểu: BWhệ thống = BWđường dây = 2.BWtín hiệu + BWbảo vệ BWbảo vệ: dải tần số bảo vệ hướng.(lý tưởng 0) Ví dụ 8: Tính băng thơng hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit kbps Chế độ truyền dẫn bán song công Giải: Vì hệ thống bán song cơng nên: BWhệ thống = BWmỗi hướng Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 56 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud Suy BWmỗi hướng = Rbaud = Rbit = 2000Hz Băng thông tối thiểu hệ thống BWhệ thống =2kHz Ví dụ 9: Cho tín hiệu ASK có băng thơng 5kHz, tính tốc độ bit tốc độ baud Giải: Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud Mà BWASK = Rbaud ; Suy tốc độ bit Rbit =5000 bps; Suy tốc độ baud Rbaud =5000 baud/s; Ví dụ 10: Cho băng thông hệ thống truyền ASK 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), hệ thống truyền song cơng Giả sử khơng có khoảng trống tần số hai hướng (BWbảo vệ=0) a Tính băng thơng hướng b Tính tần số sóng mang hướng (Hướng thuận hướng nghịch) c Vẽ phổ ASK hệ thống Giải: a Tính băng thơng hướng Do hệ thống ASK song công nên BWhệ thống = BWmỗi hướng Suy BWmỗi hướng = (1/2) BWhệ thống = 10khz / = 5khz = 5.000 Hz b Tính tần số sóng mang hướng (Hướng thuận hướng nghịch) Tần số sóng mang tần số giữa: + Hướng nghịch (tần số thấp): Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC – Nbaud/2 fC fC + Nbaud/2 fchướng nghịch = fmin+ (1/2) BWmỗi hướng = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz + Hướng thuận (tần số cao): fc hướng thuận = fmax - (1/2) BWmỗi hướng = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz c Vẽ phổ ASK hệ thống Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 57 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế Amplitude fC(backward) 1000 3500 fC(forward) 6000 8500 Frequency 11.000 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: Bit ‘0’Ỉ ứng với sóng mang vc1(t) = Vcm sin(2πfc1t+1800); Tồn chu kỳ bit Bit ‘1’Ỉ 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’Ỉ vc1(t)=5sin(2π.10t+1800) V; Tồn chu kỳ bit ‘1’Ỉ vc2(t)=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 = 100ms Chu kỳ sóng mang bit ‘1’; Tc2=1/ fc2=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc1 =4Tc2 Ỉ chu kỳ bit chứa chu kỳ sóng mang fc1 chứa chu kỳ sóng mang fc2 Amplitude bit Bit rate : bit Baud rate : bit 1 bit bit Time baud baud baud baud baud second b Tín hiệu FSK khơng phải tín hiệu điều hồ.Vì tần số thay đổi c Tốc độ Baud: Một đơn vị tín hiệu mang bit nên Rbit = Rbaud Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 58 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế Suy Rbaud= baud/s + Băng thơng FSK: Phổ FSK tổ hợp hai phổ ASK tập trung quanh tần số: fC1 (bit 0) fC2 (bit 1) BW = fmax – fmin BW = fC2 + (1/2)Rbaud -[ fC1- (1/2)Rbaud ] BW = /fC2 - fC1/+ Rbaud = Δf + Nbaud = Δf + Rbaud BWFSK = Δf + Rbaud ; BWASK =Rbaud ; Δf: Độ lệch tần số sóng mang Nbaud = Rbaud: Tốc độ baud Rbit = Rbaud 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 = Δf + Rbaud = 20-10+5 = 15Hz c Vẽ phổ tín hiệu FSK Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 59 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế + 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 Băng thơng ASK Ví dụ 11: Tính băng thông nhỏ hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn bán song công sóng mang cách 3kHz Giải: Rbit = 2kbps ; Δf = 3kHz; bán song cơng Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống= BWmỗi hướng=Δf + Rbaud • Trong FSK, Rbit =Rbaud ; suy Rbaud = 2000 baud/s • BWhệ thống = Δf + Rbaud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz =5 kHz 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 Giải: Cho FSK; Δfmin = 2kHz; song công; BWhệ thống = 12khz Tính Rbit max ? Vì hệ thống truyền song cơng nên: BWhệ thống= 2.BWmỗi hướng Suy ra: BWmỗi hướng= (1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz Mà FSK, băng thơng tính theo cơng thức BWFSK = BWmỗi hướng = Δf + Rbaud ; Trong FSK, Rbit = Rbaud Suy Rbit= BWmỗi hướng - Δf Rbit Max = BWmỗi hướng - Δfmin= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = kbps Vậy tốc độ bit cực đại tín hiệu FSK kbps 5.3.3 PSK (phase shift keying): +Khái niệm: Pha sóng mang thay đổi để biểu diễn bit ‘1’ ‘0’ (biên độ tần số khơng đổi) Ví dụ: ‘0’Ỉ vc1(t)=Vcm sin(2πfct+00) ; Tồn chu kỳ bit ‘1’Ỉ vc2(t)=Vcm sin(2πfct+1800) ; Tồn chu kỳ bit Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 60 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế 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’Ỉ vc1(t)= sin(2π.20t+00) V ; Tồn chu kỳ bit ‘1’Ỉ vc2(t)= 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 Ỉ chu 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 + Băng thông PSK: Giống băng thông ASK Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC – Nbaud/2 fC fC + Nbaud/2 BW2-PSK = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud + Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Băng thông hẹp (nhỏ băng thông FSK) BWASK = Rbaud ; nhiễu biên độ BWFSK = Δf + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ BWPSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ + Giản đồ trạng thái pha: ‘0’Ỉ vc1(t)= sin(2π.20t+00) V ; ‘1’Ỉ vc2(t)= sin(2π.20t+1800) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 61 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế PSK không 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): pha, pha biểu diễn bit Ví dụ: Cho tín hiệu số 0110101100, tốc độ bit 10 bps, điều chế phương pháp 4-PSK(QPSK) Biên độ 5V Tần số sóng mang 20Hz Pha biểu diễn sau: ‘00’ pha 00 ; ‘01’ pha 900 ; ‘10’ pha 1800 ; ‘11’ pha 2700 (-900) a Vẽ tín tín hiệu QPSK b Tín hiệu QPSK có phải tín hiệu điều hồ hay khơng? Giải thích c Tính tốc độ Baud Giải: a Vẽ tín tín hiệu QPSK ‘00’Ỉ vc1(t)= sin(2π.20t+00) V ; Tồn chu kỳ bit ‘01’Ỉ vc2(t)= sin(2π.20t+900)V; Tồn chu kỳ bit ‘10’Ỉ vc3(t)= sin(2π.20t+1800)V ; Tồn chu kỳ bit ‘11’Ỉ vc4(t)= sin(2π.20t -900); V Tồn chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/10 =100ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc Ỉ chu bit chứa chu kỳ sóng mang fc Vậy 2Tb= 4Tc Ỉ chu bit chứa chu kỳ sóng mang fc Cho tín hiệu số 0110101100 b Tín hiệu QPSK khơng phải tín hiệu điều hịa Vì có pha c Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= (1/2)Rbit =5 baud/s + Băng thông QPSK: Giống băng thông ASK Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 62 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC – Nbaud/2 fC fC + Nbaud/2 BW = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud + Ưu điểm QPSK(2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Nếu băng thông cho trước tốc độ liệu lớn tốc độ phuơng pháp điều chế khác + Giản đồ trạng thái pha QPSK: + Tương tự, ta có phương pháp điều chế pha khác 2n - PSK, có n bit biểu diễn 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 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 Hình 5.1 + Băng thơng dùng cho 2n -PSK: Băng thơng tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK tương tự ASK (Bằng tốc độ Baud) Băng thơng tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK tương tự ASK, nhiên tốc độ bit tối đa lớn nhiều lần Tức có tốc độ baud tối đa ASK PSK, nhung tốc độ bit PSK dùng băng thơng lớn hai hay nhiều lần minh họa hình 5.34 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 63 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế Hình 5.2 Ví dụ 13: Tìm băng thơng tín hiệu QPSK(4 – PSK), với tốc độ 2kbps theo chế độ bán song cơng Giải: Vì hệ thống bán song cơng 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 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) 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 Ví dụ: Cho tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit 24 bps, tần số 16Hz, điều chế phương pháp 8-QAM (8 loại đơn vị tín hiệu) 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 d Tính băng thơng 8-QAM Giải: a.Vẽ tín tín hiệu 8-QAM Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/24 Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/16 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 64 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế Ta có Tb = Tc, suy chu bit tồn chu kỳ sóng mang tín hiệu số 101100001000010011110111 Amplitude Bit rate : 24 Baud rate : 011 bits bits bits 001 100 101 bits bits bits 000 010 011 bits bits 110 111 010 000 Time 101 100 001 110 111 baud baud baud baud baud baud baud baud second 8-QAM amplitude, phases 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 thông ASK tốc độ baud BWQAM = BWASK = Rbaud; Suy BWQAM = 8Hz + Tương tự ta có dạng điều chế 2n-QAM Với n số bit chứa đơn vị tín hiệu, 2n : số loại đơn vị tín hiệu Quan hệ hình học QAM thể nhiều dạng khác hình sau, minh họa cấu hình thường gặp 16-QAM 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, bốn biên độ pha, theo u cầu mơ hình OSI, quan sát kỹ, ta thấy cấu hình theo dạng đồng trục, không 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) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 65 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế + Băng thông QAM: Băng thông 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 đến 1200 bit giây, tức có tốc độ bit 1200 bps Mỗi tần số thay đổi biểu diễn bit; cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1200 bit Trong tốc độ baud, 1200 bps Mỗi thay đổi tín hiệu hệ thống – 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 phần ba tốc độ bit, trường hợp quabit tốc độ baud cịn 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 Số bit đơn vị tín hiệu Bits/Baud Tốc độ Baud Tốc độ Bit ASK, FSK, 2-PSK Bit N N 4-PSK, 4-QAM Bit N 2N 8-PSK, 8-QAM Bit N 3N 16-QAM Bit N 4N 32-QAM Bit N 5N 64-QAM Bit N 6N 128-QAM Bit N 7N 256-QAM Bit N 8N Dạng điều chế Ví dụ 15: Giản đồ pha trạng thái gồm điểm cách vòng tròn Biết tốc độ bit 4800 bps, tính tốc độ baud Giải: • Đây dạng –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 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 66 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hố điều chế 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 ANALOG –ANALOG (Điều chế tương tự) + Khái niệm: Là trình thay đổi thơng số sóng mang cao tần (Dạng điều hồ) tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự) + Sơ đồ khối: Analog/Analog conversion + Sóng mang cao tần (Dạng điều hồ) có thông số : Biên độ, tần số pha nên ta có phương pháp điều chế tương tự là: • AM (Amplitude Modulation): Điều biên (Điều chế biên độ) • FM (Frequency Modulation) ): Điều tần (Điều chế 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 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 67 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế + Băng thơng tín hiệu AM: BWAM = Fi max= BWi Với Fi max tần số cực đại tin tức Với BWi = BWm Băng thơng tin tức Ví dụ: Băng thơng tín hiệu thoại thường KHz Như đài phát AM cần băng thông tối đa 10 KHz Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép đài AM có băng thơng 10 KHz + Các đài AM phát tần số sóng mang từ 530 kHz đến 1700 KHz (1,7 MHz) Tuy nhiên tần số phát phải phân cách với 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 khơng phép bé 1110 KHz Ví dụ 18: Cho tín hiệu với băng thơng KHz, tìm băng thơng tín hiệu AM Giả sử khơng tính đến qui định FCC Giải: Tín hiệu AM có băng thơng hai lần băng thơng tín hiệu gốc: BW = x 4KHz = KHz 5.4.2 FM (Điều tần): + Khái niệm: Là trình mà tần số sóng mang biến thiên theo biên độ tín hiệu tin tức, biên độ pha sóng mang không đổi Amplitude Modulating signal (audio) Time Amplitude Carrier frequency Time Amplitude FM signal Time + Băng thơng tín hiệu FM: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 68 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế BWFM = (Fi max+ ∆fm ) = 10 BWi Với : Fi max tần số cực đại tin tức ∆fm độ di tần cực đại BWi Băng thơng tin tức • Băng thơng tín hiệu audio phát theo chế độ stereo thường 15 KHz • Mỗi đài phát FM cần băng thơng tối thiểu 150 KHz • Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho đài nhằm dự phòng dải tần bảo vệ (guard band) Các chương trình phát FM phát dải tần từ 88 MHz đến 108 MHz, đài phải phân cách 200 KHz để tránh trùng lắp sóng Trong tầm từ 88 MHz đến 108 MHz, có khả có 100 kênh FM, dùng lúc 50 kênh Ví dụ 19: Cho tín hiệu với băng thơng MHz, điều chế FM, tìm băng thơng tín hiệu FM đó, khơng tính đến qui định FCC Giải: Tín hiệu FM cần 10 lần băng thơng tín hiệu gốc: BW = 10 x MHz = 40 MHz 5.4.3 PM (Phase Modulation): Nhằm đơn giản hóa yêu cầu phần cứng, PM dùng thay FM số hệ thống, theo góc pha sóng mang điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế, biên độ tần số sóng mang giữ khơng đổi Phương pháp phân tích tương tự FM không bàn Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 69 https://fb.com/tailieudientucntt ... +1 25 +110 +100 +90 + 75 +50 +24 + 25 +38 +48 +88 +77 +52 +39 +26 − 25 Time − 15 ? ?50 − 50 − 75 − 80 −100 −1 25 +024 +038 +048 +039 +026 00011000 00100110 00110000 00100111 00011010 −0 15 −080 − 050 + 052 ... + - - + (+Ỉ +V; - Ỉ -V) - 00000000 Ỉ - 000 - + +- (+Ỉ +V; - Ỉ -V) + Ví dụ: Cho chuỗi 10000000000100, biểu diễn chuỗi bit dạng mã B8ZS Giả sử bit ‘1’ có điện áp dương Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng. .. = Δf + Rbaud = 2 0-1 0 +5 = 15Hz c Vẽ phổ tín hiệu FSK Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng CuuDuongThanCong.com Trang 59 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá điều chế