1. Phương pháp điều chế và giải điều chế khĩa dịch tần số FSK:
Đối với phương pháp điều chế này, người ta thay đổi tần số sĩng mang theo dải tín hiệu số cần truyền đi. Khi truyền dẫn tín hiệu số nhị phân, tần số sĩng mang được thay đổi thành f0(tần số thấp) và f1(tần số cao) tương ứng với hai giá trị “0” và “1” của luồng số vào.
Trong FSK, biên độ của sĩng mang khơng thay đổi trong quá trình điều chế nên khơng gây lãng phí cơng suất và tạo khả năng loại trừ đối với tạp âm. Hệ thống FSK cĩ tỉ lệ lỗi ít hơn ASK và giá trị C/N nhỏ.Tuy nhiên hệ thống FSK khơng hiệu quả bằng hệ thống PSK về mặt cơng suất và độ rộng băng sử dụng.
1.1. Sơ đồ khối bộ điều chế FSK:
Bộ điều chế FSK thực chất là một bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO (Voltage Control Oscillator). Luồng tín hiệu số vào sẽ được đưa qua bộ chuyển đổi các mức logic thành các mức điện áp để điều khiển bộ VCO tạo ra sĩng mang thay đổi theo các mức điện áp đầu vào của nĩ.
- Nguyên lý:
Tín hiệu FSK cần tạo ra là tín hiệu sĩng mang ở đầu ra cĩ tần số thay đổi theo luồng tín hiệu số vào.
Với sơ đồ trên, dạng tín hiệu đầu ra FSK như sau:
S(t)=Vc* Cos[(ωc ±∆ω/2)t]
Với:
c
ω :Tần số sĩng mang trung tâm.
2/ /
ω
∆ :Độ di tần tỉ lệ với biên độ và cực tính của tín hiệu nhị phân ngõ vào. bit 1 là +V, bit 0 là -0V tạo nên độ di tần tương ứng là +∆ω/2 và-∆ω/2.
Output (FSK) Input
Binary
VCO
- Sơ đồ khối của bộ giải điều chế FSK như sau:
I.3. Đặc điểm:
Do hệ thống CDMA thực hiện truyền qua mơi trường vơ tuyến, nên việc sử dụng tần số phải bảo đảm theo quy hoạch. Vì thế, điều chế FSK ít được dùng trong thơng tin vơ tuyến, nhưng nĩ cĩ thể kết hợp với điều chế mã để tạo ra tính năng hữu dụng của nĩ. Ở đây, do thực hiện truyền qua mơi trường vơ tuyến nên mọi phương pháp tách sĩng phải thực hiện theo phương pháp tách sĩng khơng liên kết là nhiều hơn tách sĩng liên kết.
- Giải điều chế FSK liên kết:
Đối với phương pháp này, người ta căn cứ vào tín hiệu thu được để khơi phục sĩng mang(đồng bộ sĩng mang). Loại tách sĩng này ít dùng trong thực tế, do khĩ khăn trong việc liên kết tần số. Khoảng cách biệt tần số tối thiểu hay độ di tần đỉnh tới đỉnh cực tiểu là: 2fd, khi trực giao (tương quan chéo bằng 0) với tách sĩng kết hợp là: 2fd = rb/2 (với rb là tốc độ bit tiêu chuẩn hĩa) và xác suất lỗi Pe xác định theo cơng thức sau:
PeFSK = ½ erfc[(1/2)* (W/rb)* (C/N)]1/2
FSK nếu so sánh với PSK về mặt xác suất lỗi thì ta thấy rằng xác suất lỗi bằng nhau nếu như cơng suất sĩng mang của FSK tăng thêm 3dB. FSK kết hợp 99% độ rộng băng tần yêu cầu tuân theo quy luật Carlson, tức là 2 băng 2 lần di tần đỉnh đến đỉnh cộng với hai lần tần số điều chế cao nhất nếu tần số điều chế cao
Output Binary Input FSK PD LPF AP VCO
nhất được tính từ 0, cĩ thể xem bằng một nữa độ rộng băng trung tần W. Độ di tần đỉnh tới đỉnh chia hết cho tần số điều chế cao nhất được định nghĩa là chỉ số điều chế m và cĩ thể xem là độ di tần đỉnh tới đỉnh chia hết cho độ rộng băng W, và 99% độ rộng băng tần truyền dẫn là 2(1+m)W. Đối với phương pháp điều chế FSK kết hợp thì cĩ độ di tần càng nhỏ càng tốt và xác suất lỗi Pe cũng là một hàm của độ di tần. Giảm độ di tần, Pe sẽ tăng lên. Giá trị tối ưu của độ di tần được xác định xấp xỉ bằng 0,7.
- Giải điều chế FSK khơng liên kết:
Phổ tần của điều chế FSK khi độ di tần từ đỉnh tới đỉnh là 2fd=krb (k là số nguyên) cĩ các tần số sĩng mang f0 - fd và f0 + fd.Từ phổ tần này, ta cĩ thể dễ dàng tách ra tín hiệu mang tin nhờ hai bộ lọc băng thơng với tần số trung tâm là f0 –fd và f0 + fd. Khi tần số sĩng mang và tốc độ bit cĩ quan hệ đơn trị như f0 =nrb, thì cĩ nghĩa là sĩng mang cĩ quan hệ với tốc độ bit của tín hiệu mang tin. Tách sĩng khơng liên kết sẽ là phương pháp thích hợp nhất trong việc truyền dẫn ở mơi trường vơ tuyến như trong thơng tin di động CDMA (phương pháp thơng dụng nhất).
Xác suất lỗi Pe được xác định như sau:
Pe = ½ exp[(1/2)* (W/rb)* (C/N)] Nĩ cĩ thể cĩ giá trị sau chỗ bộ tách sĩng hình bao, khoảng cách tần số 2fd
phải cĩ giá trị ít nhất là 1/T (m≥1). Ta cĩ thể dùng bộ tách sĩng tần số để chuyển những biến thiên tần số thành những biến thiên biên độ sao cho tách sĩng hình bao điều biên cĩ thể thực hiện được. Sở dĩ ta dùng bộ tách sĩng tần số là để tránh băng thơng của hai bộ lọc chồng lẫn lên nhau. Phương pháp này hạn chế được những nhược điểm như đã đề cập ở trên với chỉ số điều chế m≥1.
- So sánh:
Ta thấy FSK khơng cho tỉ lệ lỗi tốt hơn ASK trừ khi giá trị C/N nhỏ. Nếu dùng bộ tách sĩng hạn chế thì độ rộng băng tần cần thiết của FSK rộng hơn ASK, những ưu điểm của FSK so với ASK là:
+ Mức ngưỡng tối ưu của bộ tách sĩng độc lập đối với biên độ Vc của sĩng mang và C/N, nghĩa là khơng cần phải hiệu chỉnh ngưỡng khi thay đổi đặc tính kênh truyền dẫn.
FSK được sử dụng cho việc truyền số liệu tốc độ thấp nhưng nĩ được áp dụng trong hệ thống thơng tin trải phổ một cách tối ưu và truyền với tốc độ cao.
1.4. Nguyên lý:
Ta thấy rằng, khi khơng cĩ tín hiệu vào thì điện áp ngõ ra của bộ khuếch đại Vout = 0. Khi cĩ tín hiệu vào với điện áp Vin, tín hiệu này sẽ được đưa qua bộ tách sĩng pha PD (Phase Detector) để so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với pha và tần số của tín hiệu do bộ VCO tạo ra. Lúc này điện áp ngõ ra của bộ PD sẽ là điện áp tỉ lệ với sự sai biệt giữa hai tín hiệu (tức là sự sai biệt tần số tức thời giữa chúng). Giả sử tín hiệu sai biệt là Vd(t), tín hiệu này sẽ được đưa qua bộ lọc thơng thấp LPF để lọc lấy thành phần một chiều biến đổi chậm, đây chính là điện áp cần tách sĩng FSK. Tín hiệu ra bộ lọc LPF cĩ biên độ tỉ lệ với độ di tần ∆ω ngõ vào bộ tách sĩng pha PD. Sau đĩ tín hiệu này được đưa tới bộ khuếch đại DC để khuếch đại tín hiệu một chiều DC cần thu lên đến mức cần thiết. Đồng thời một phần của tín hiệu này cũng được đưa về bộ VCO để điều khiển tần số của tín hiệu ra bám theo tần số của tín hiệu vào.
1.5. Dạng sĩng của tín hiệu FSK:
Giả sử ta xét luồng tín hiệu nhị phân là: 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0. Lúc đĩ dạng của tín hiệu điều chế FSK là: Binary Input FSK Output Carrier 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1
2. Điều chế khĩa dịch pha hai trạng thái (BPSK) :
Đối với loại điều chế này thì tín hiệu sau khi điều chế cĩ hai loại sĩng mang được biểu thị như sau:
S1(t) = A* Cosωct
S0(t) = -A* Cosωct = - S1(t) = A* Cos(ωct-π)
Trong đĩ:
S1(t): đại diện cho mức nhị phân 1. S0(t): đại diện cho mức nhị phân 0.
Trong điều chế PSK hai trạng thái (BPSK), biên độ giữ nguyên trong quá trình truyền dẫn, nhưng cĩ sự chuyển đổi giữa hai trạng thái +A và –A, trạng thái – A cĩ thể xem như là thay đổi pha 1800.
Sơ đồ khối bộ điều chế BPSK:
- Nguyên lý:
Luồng tín hiệu nhị phân vào được đưa qua bộ chuyển đổi mức để chuyển thành các mức điện áp +V và –V, tín hiệu sau khi được chuyển đổi mức được đưa vào bộ điều chế cân bằng để nhân với sĩng mang cao tần sinωct. Tín hiệu sau khi
nhân được đưa qua bộ lọc thơng băng BPF (Band Pass Filter) để lọc lấy băng tần cần thiết để truyền đi. Sau bộ lọc thơng băng sẽ là tín hiệu điều chế BPSK, nĩ cĩ dạng như sau:
S(t) = Ak(t)* Vsin[2πfct + θ(t)]
Giả sử ở thời điểm ban đầu θ(t) = 0 thì ta được:
tSinωc Sinωc Output (FSK) Input Binary BPF
S(t) = Ak(t)* Vsin(2πfct)
Vì luồng bít vào là luồng bit nhị phân, nên Ak(t) cĩ giá trị ứng với các bit “0” và “1” là:
Ak(t) = 1V, lúc đĩ: S(t)= Vsin2πfct.
Ak(t) = -1V, luc đĩ: S(t)= Vsin(2πfct +π).
Từ đây ta thấy dạng sĩng của tín hiệu điều chế BPSK đảo pha 1800 mỗi khi luồng bit vào cĩ sự thay đổi từ bit 0 sang bit 1 và ngược lại.