Chương 3 Điều chế tín hiệu số
3.4Khoá dịch pha PSK
Khoá dich pha (PSK – phase shift keying) là một dạng điều chế góc, biên độ khơng đổi. Khố dich pha cũng tương tự như điều chế pha thơng thường chỉ có khác là ở PSK thì tín hiệu cào là tín hiệu nhị phân và pha đầu ra là có số lượng giới hạn.
3.4.1. Khố dịch pha nhị phân, BPSK
Ở khóa dịch pha nhị phân (BPSK – binary phase shift keying) thì hai pha đầu ra có thể là với một tần số sóng mang đơn (nhị phân có nghĩa là 2).
Trong hai pha đó thì một pha tương ứng với logic 1 và một pha tương ứng với logic 0. Nếu như trạng thái của tín hiệu nhị phân đầu vào thay đổỉ thì hai góc pha ở đầu ra cũng biến đổi lệch pha nhau 1800. Cũng vì vậy mà tín hiệu BPSK cịn có tên gọi khác là khố dảo pha (PRK – phase reversal keying) hoặc điều chế nhị pha.
1. Bộ phát BPSK
Hình 3.12 mô tả sơ đồ khối đơn giản của một bộ phát BPSK. Ở đây, bộ điều chế cân bằng làm việc như một chuyển mạch đảo pha. Phụ thuộc vào logic của tín hiệu nhị phân ở đầu vào mà sóng mang được đưa đến đầu ra có sự lệch pha nhau 1800 so với sóng mang tham chiếu của bộ tạo sóng.
Hình 3.13a mơ tả sơ đồ khối bộ điều chế vịng cân bằng. Bộ điều chế cân bằng đó có hai đầu vào. Sóng mang đồng pha với bộ tạo sóng tham chiếu và dữ liệu số nhị phân. Để cho bộ điều chế cân bằng làm việc một cách chính xác thì điện áp nhị phân ở đầu vào cần phải lớn hơn điện áp đỉnh của sóng mang. Điều đó để đảm bảo cho các điện áp đầu vào điều khiển đóng - mở trạng thái làm việc các diơt D1-D4. Nếu tín hiệu nhị phân ở đầu vào là logic 1 (điện áp dương) thì
các diơt D1 và D2 được phân cực thuận và mở, cịn các diơt D3 và D4 phân cực ngược và đóng (hình 3.13b). Với phân cực như trên thì điện áp ở đầu ra của biến áp T2 sẽ đồng pha với điện áp đầu vào của biến áp T1.
Nếu như tín hiệu nhị phân đầu vào là logic 0 (điện áp âm), thì lúc đó các diơt D1 và D2 phân cực ngược và đóng, cịn các diơt D3 và D4 thì phân cực thuận và mở (hình 3.13c). Kết quả là điện áp đầu ra ở biến áp T2 sẽ lệch pha 1800 so với điẹn áp đầu vào T1.
Hình 3.14 mơ tả bảng chân lý, đồ thị pha và đồ thị không gian trang thái của một bộ điều chế BPSK.
2. Độ rộng dải tần của tín hiệu BPSK
Bộ điều chế cân bằng là một bộ điều chế tích và tín hiệu đầu ra là tích của hai tín hiệu đầu vào. Ở bộ điều chế BPSK thì tín hiệu sóng mang đầu vào được nhân với tín hiệu nhị phân. Nếu như +1 V đặc trưng cho logic 1 và – 1 đặc trưng cho logic 0 và sóng mang đầu vào (sinωct) được nhân với nhau có nghĩa là giá trị của sinωct sẽ được nhân với +1 và – 1. Giá trị thứ nhất đặc trưng cho tín hiệu đồng pha với sóng của bộ tạo sóng tham chiếu và giá trị thứ hai lệch pha 1800
với sóng của bộ tạo sóng tham chiếu.
Tại thời điểm mà ở đầu vào có sự chuyển đổi giá trị logic 0 và 1 thì tín hiệu ở đầu ra có sự chuyển đổi pha 0 và 1800. Như vậy với tín hiệu BPSK, tốc độ baud (ở đầu ra) bằng tốc độ chuyển đổi bit (bps) ở đầu vào, và độ rộng băng tần lớn nhất ở đầu ra xuất hiện khi dữ liệu nhị phân ở đầu vào là một dãy biến đổi 1/0. Tần số cơ bản (fs) của dãy biến đổi 1/0 đó bằng một nửa tốc độ bit (fb/2). Về toán học, đầu ra của BPSK tỷ lệ với giá trị:
đầu ra BPSK = [sin(2πfat)] x [sin(2πfct)] (3.10)
trong đó: fa là tần số cơ bản cực đại của tín hiệu nhị phân đầu vào (Hz); fc là tần số sóng mang tham chiếu (Hz).
Vế phải của (3.10) có thể viết:
( ) ( )
1 1
cos 2 cos 2
2 π fc − f ta −2 π fc + f ta
Như vậy, độ rộng dải tần Nyquist tối thiểu lấy cả hai bên của tín hiệu sẽ là: fc + fa – (fc – fa) = 2fa
và do fa = fb/2 trong đó fb là tốc độ bit đầu vào cho nên:
2 2 b b f B = = f (3.11)
Trong đó B là độ rộng băng tần Nyquist cả hai bên.
Hình 3.15 mô tả quan hệ pha theo thời gian đối với dạng sóng BPSK. Phổ tần đầu ra của bộ điều chế BPSK là dạng hai đơn biên có sóng mang bị triệt trong đó các tần số biên cao nhất và biên thấp nhất các sóng mang một giá trị là một nửa tốc độ bit. Như vậy, độ rộng băng tần tối thiểu (fN) cần đảm bảo để cho tín hiệu BPSK xấu nhất đi qua là bằng tốc độ bit đầu vào.
Ví dụ 3.4
Một bộ điều chế BPSK có tần số sóng mang là 70 MHz và tốc độ bit ở đầu vào là 10 Mbps. Hãy xác định các tần số cực đại và cực tiểu của biên trên và biên dưới, phổ tần đầu ra, độ rộng dải tần và giá trị baud.
Bài giải
Sử dụng biểu thức (3.10) ta có: Tín hiệu đầu ra = (sinωat)(sinωct)
= [sin2π(5MHz)t] [sin2π(70MHz)t] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
=1cos 2 (70 5 ) 1cos 2 (70 5 )
2 π MHz− MHz t−2 π MHz+ MHz t
Tần số biên dưới Tần số biên trên
Tần số cực tiểu biên dưới (LSF– lower side frequency) LSK = 70MHz – 5MHz = 65MHz
Tần số cực đại biên trên (USF – upper side frequency) USF = 70MHz + 5MHz = 75MHz
Phổ tần đầu ra trong điều kiện tín hiệu nhị phân đầu vào xấu nhất được biểu thị như sau:
Độ rộng băng tần Nyquist tối thiểu (fN)
fN = 75MHz – 65MHz = 10MHz và giá trị baud sẽ là:
baud = fb hoặc 10 Mbaud 3. Mã hoá M mức
B = 10 MHz
65MHz 70MHz 75MHz