) (2.4 Với α là phần tử cơ bản của trƣờng GF(2 m
2.4. Các phƣơng thức điều chế tín hiệu
2.4.1Tổng quan về kỹ thuật điều chế trong viễn thông.
Bộ điều chế số và giải điều chế số là một phần của máy phát và máy thu, kỹ thuật điều chế liên quan đến việc truyền dẫn trên cáp bọc, cáp đồng trục. Trong chƣơng này ta sẽ điểm lại các kỹ thuật điều chế khác nhau đã có, cùng với việc tính toán xác suất lỗi đối với phần lớn các trƣờng hợp và phƣơng pháp giảm xác suất lỗi.
Kỹ thuật điều chế số đƣợc dùng để điều chế sóng mang, có thể làm thay đổi biên độ, pha, tần số của sóng mang thành từng mức gián đoạn. Dƣới tác động của
tín hiệu mang thông tin. Về nguyên lý có thể thực hiện đƣợc cả điều chế số và điều chế tƣơng tự, nhƣng trong thực tế việc điều chế số cho hệ thống là rất phổ biến, còn điều chế tƣơng tự rất ít đƣợc áp dụng. Hiện nay chỉ sử dụng trong một số phòng thí nghiệm. Mặc dù có nhiều phƣơng thức điều chế, nhƣng việc phân tích các phƣơng thức điều chế này tuỳ thuộc chủ yếu vào kiểu điều chế và tách sóng.
Quá trình điều chế, lƣợng tin của nguồn tín hiệu đƣợc bảo toàn, chỉ thay đổi mối tƣơng quan về tần số và công suất của tín hiệu truyền đi.
Việc phân tích chất lƣợng của các kỹ thuật điều chế và giải điều chế khác nhau, các tín hiệu băng thông và các kênh trong một số loại có thể chuyển đổi một cách đơn giản theo toán học thành dạng băng thấp tƣơng đƣơng. Điều chế này cho phép phân tích độc lập các tần số sóng mang và băng tần kênh.
Điều biên - AM : Dạng điều chế này tạo ra bằng cách cho tín hiệu thông tin tác động vào biên độ với sóng mang có tần số cao hơn và lọc sang băng mong muốn để truyền đi.
Điều tần - FM: Tín hiệu thông tin tác động vào tần số đầu ra của nó biến đổi phù hợp với quy luật của tín hiệu.
Điều pha – PM: Tín hiệu thông tin tác động vào pha của sóng mang tạo lên độ lệch pha theo quy luật của tín hiệu cần điều chế.
Việc chọn tần số sóng mang phụ thuộc vào độ rộng băng tần của tín hiệu điều chế và phƣơng pháp tách sóng sau đó. Chọn phƣơng pháp điều chế phụ thuộc vào
1 0 1 0 1 0 1 TÝn hiÖu nhÞ ph©n ASK FSK PSK H×nh 5.1 C¸c d¹ng tÝn hiÖu ®uîc ®iÒu chÕ ASK, FSK, PSK.
sự mong muốn cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR đối với băng tần bị chiếm và các yếu tố khác nhƣ giá thành, độ phức tạp của hệ thống.
Trong hệ thống thông tin, có ba dạng điều chế là: điều chế khoá dịch biên độ ASK, điều chế dịch tần FSK và điều chế khoá dịch pha PSK hình 2.23 mô tả các dạng tín hiệu điều chế này. Sau đây, ta sẽ đi vào phân tích cụ thể các dạng điều chế.
2.4.2 Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK.
Khoá dịch biên độ ASK hay còn gọi là khoá đóng mở OOK (on/off Keying). Đây là cách điều chế sóng mang đơn giản nhất.
Trƣờng sóng tín hiệu có thể viết nhƣ sau:
Es(t) = E0m(t)cos[0t+s(t)] (2.6)
Trong đó As = E0m(t) là biên độ đƣợc điều chế thông qua tín hiệu điều chế m(t), trong khi đó phải giữ cho 0 và s là hằng số. Vì là điều chế số nên m(t) chỉ có 2 giá trị 0 và 1 tuỳ thuộc vào các bít 0 hay 1 cần đƣợc phát đi. Trong hầu hết các trƣờng
P(dB) t fIF+2B fIF+B fIF-B fIF-2B fIF (a) (b) P(dB) (c) P(dB) (d) P(dB) t t fIF fIF-B fIF+B t fIF-0.75B fIF fIF+0.75B fIF fIF+Be fIF-Be a) ASK, b) MSK, c) FSK, d) PSK.
hợp thì As có giá trị bằng 0 khi truyền các bit 0. Dạng phổ tín hiệu của ASK đƣợc biểu thị trong hình 2.24
2.4.3 Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK.
Trong dạng điều chế FSK, thông tin đƣợc mã hoá trên sóng mang bằng cách dịch tần số sóng mang 0 . Với dạng tín hiệu số ở dạng điều chế này, đƣờng bao sóng mang giữ không đổi, còn tần số 0 có 2 giá trị là (0-) và (0+), tuỳ thuộc vào tín hiệu phát đi là bit 0 hay 1. Sự dịch f = /2 đƣợc gọi là lệch tần. Đại lƣợng 2f đôi khi đƣợc gọi là khoảng cách TONE vì nó là biểu hiện khoảng cách giữa các bit 0 và 1.
Trƣờng của dạng điều chế FSK đƣợc viết nhƣ sau:
Es(t) = E0cos[(0t+m(t) 2f)+s] (2.7)
Với m(t) có thể nhận 2 giá trị ±1. Nếu 2f là độ lệch tần đỉnh- đỉnh thì tham số = 2f/B đƣợc gọi là chỉ số điều chế tần số. Tƣơng ứng với các khác nhau sẽ có các sơ đồ khác nhau.
Khi = 0.5 thì đƣợc coi là điều chế khoá dịch tần tối thiểu MSK (Minimum Shift Keying), dạng phổ công suất nén rất chặt làm cho sơ đồ này rất hấp dẫn đối với các hệ thống tốc độ cao, độ rộng băng tần giữa các điểm không ở thực tế 1.5B Khi (0,5 0, 7) thì đƣợc coi là điều chế khoá dịch tần pha liên tục CPFSK (Continuous Phase Frequency Shift Keying) hoặc là độ lệch tần hẹp, và dạng phổ của nó bị nén rất chặt, nhƣ vậy có thể coi MSK là trƣờng hợp riêng của CPFSK. Giải điều chế tại tầng IF có thể đƣợc thực hiện bằng bộ phân biệt tần số đƣờng dây trễ.
Khi >> 1 thì đƣợc coi là điều chế FSK lệch tần rộng và phổ của nó đƣợc phân thành 2 thành phần tập chung quanh fs- f và fs+f tƣơng ứng, mỗi thành phần đƣợc coi giống nhƣ phổ của tín hiệu điều chế ASK nếu đủ lớn xem hình 2.31. Nhƣ vậy độ rộng băng tần tổng cộng rất rộng, vì thế sơ đồ này không thích hợp cho hệ thống tốc độ cao, nhƣng có thể dùng cho các hệ thống đơn giản và rẻ tiền. Có thể điều chế tín hiệu IF bằng phƣơng pháp đƣờng bao hoặc đồng bộ.
Các trƣờng hợp trung bình 1 thực tế không quan tâm. Vì tần số của tín hiệu không phải là hằng số trong khi điều chế, sơ đồ FSK không thể thực hiện đƣợc cho dù là hệ thống đồng tần số.