40 Ch-ơng 3: biến đổi dữ liệu thành tín hiệu
3.2.2. Ph-ơng pháp điều chế dịch tần FSK
Trong ph-ơng thức FSK, tham số của sóng mang bị điều chế là tần số. T-ơng ứng với các logic khác nhau là các tần số khác nhau. Ký hiệu khoảng cách giữa 2 tần số góc này là 2 và tần số trung tâm của chúng là 0 , ta có thể biểu diễn:
fFSK(t) = A.Cos{[0+s(t). ].t + } = A.Cos[(0 )t + ].
Trong biểu thức trên, để thuận tiện ta hiểu s(t) nh- tín hiệu nhị phân l-ỡng cực nhận giá trị -1 hoặc +1.
Hình 3.7 : Ph-ơng thức FSK
Tỷ số giữa đại l-ợng đặc tr-ng cho độ dịch tần số f với tần số của dữ liệu tới điều chế F = 1/T = 1/2 tx đ-ợc gọi là chỉ số điều chế m
m = f / F = f . T = 2. f tx = 2 f / Vx
Dẫy bit vào
Dữ liệu số
Tín hiệu FSK
48 Ch-ơng 3: biến đổi dữ liệu thành tín hiệu
Trong điều chế dịch tần số, chỉ số điều chế m là hằng số và th-ờng nhận giá trị (12), nh- vậy tốc độ số liệu Vx bị ràng buộc chặt chẽ với độ dịch tần 2f, nên không thể đạt tốc độ cao và khó thay đổi. Trong thực tế, các modem FSK th-ờng có các tốc độ 300 bit/s, 600 bit/s và 1200 bit/s.
Hình 3.8. Mạch giải điều chế FSK đơn giản
Thực hiện điều chế dịch tần có thể thực hiện t-ơng tự nh- ở ph-ơng thức ASK, khi dùng khoá điện tử để chọn tín hiệu của một trong hai bộ dao động t-ơng ứng. Song ph-ơng pháp tốt hơn là dùng khóa điều khiển để mắc hay ngắt một nhóm phần tử kháng vào mạch dao động của một bộ dao động, nhờ vậy làm thay đổi tần số của nó. Tại mạch thu, việc kết hợp hai nhánh giải điều chế ASK với tần số thích hợp sẽ cho ta lấy ra dẫy số liệu (hình 3.8)
Các modem FSK coherent cũng đ-ợc sử dụng. Khi này phần thu dùng bộ phân biệt tần số t-ơng tự nhu một máy thu FM. Cách thức phổ biến nhất là dùng mạch vịng khố pha làm mục đích này
Modem dịch tần FSK có tốt hơn song khơng nhiều so với dịch biên ASK (do nhiễu tác động lên biên độ nhiều hơn so với lên tần số). Ngồi ra, ng-ời ta có thể dùng nhiều cặp tần số hơn để liên lạc song cơng theo hai h-ớng. Trên hình 3.9 là phân bố tần số cho modem Bell System series 108. Giải phổ thoại đ-ợc chia làm 2 phần tại tần số trung tâm 1700 Hz. Liên lạc trên một h-ớng dùng 2 tần số: 1070 Hz và 1270 Hz, trên h-ớng kia là 2025 Hz và 2225 Hz. Đặc tuyến lọc cho hai h-ớng bị chờm nhau một vùng nhỏ, ít nhiều gây nhiễu xuyên âm lẫn nhau.
Bộ lọc cho qua f1 Tách sóng đ-ờng bao ASK Bộ lọc cho qua f2 Tách sóng đ-ờng bao ASK + quyết định Mạch + - Xung nhịp
Ch-ơng 3: biến đổi dữ liệu thành tín hiệu 49
Hình 3.9. Truyền FSK song công trên đ-ờng thoại 3. 2.3. Ph-ơng pháp điều chế dịch pha (PSK).
Trong ph-ơng thức PSK, tham số của sóng mang bị điều chế là pha. T-ơng ứng với các logic khác nhau là các pha khác nhau.
Hình 3.10. Điều chế pha PSK
Với điều chế hai pha, các pha này sẽ khác nhau một l-ợng là 2/2 = , nếu
một góc là 0 thì góc kia sẽ là . Tín hiệu nh- vậy đ-ợc biểu diễn một cách thuận lợi hơn qua giá trị biên độ và góc pha trong toạ độ cực nh- hình 3.11.
C-ờng độ tín hiệu 1070 1270 1700 1025 2225 3000 Tần số (Hz) Phổ tín hiệu phát theo một h-ớng Phổ tín hiệu phát theo h-ớng ng-ợc lại
Dẫy bit vào
Dữ liệu số Tín hiệu BPSK
50 Ch-ơng 3: biến đổi dữ liệu thành tín hiệu
Về biểu thức, tín hiệu điều chế pha nhị phân BPSK đ-ợc biểu diễn:
fPSK(t) = A.Cos[0t + s(t). ] = A.Cos (0t) (s(t) nhận giá trị 0 hay 1) Mạch điều chế đ-ợc thực hiện bằng cách nhân sóng mang A.Cos (0t) với tín hiệu số dạng l-ỡng cực s(t). Bộ điều chế mạch vịng là một ví dụ cho mạch nhân nh- vậy.
Hình 3.11
Việc tách sóng ở đầu thu t-ởng chừng đơn giản, tín hiệu thu sau khi nhân với sóng mang đ-ợc hồi phục
A.Cos (0t) .Cos (0t) = A.(1/2 + 1/2 .Cos 20t)
sẽ đi qua mạch lọc tần thấp để loại bỏ thành phần tần số cao 20t, vì vậy đ-a ra tín hiệu số dạng l-ỡng cực thích hợp.
Song khó khăn ở đây là đòi hỏi sự đồng bộ chặt chẽ, đầu thu phải có sóng mang 0t đúng nh- bên phát. Nếu có sự sai lạc so với sóng mang gốc, ví dụ là
(0+ ), thì :
A.Cos (0t) .Cos (0+)t = A.[Cost + Cos (20t+.t)] /2
Khi này đầu thu sẽ đ-a ra tín hiệu = A/2.Cost thay đổi trong dải từ -1
đến +1, thậm chí có lúc triệt tiêu, khơng theo quy luật của tín hiệu số l-ỡng cực bên phát.
Bộ tách sóng bên thu địi hỏi có sóng mang đồng bộ hồn tồn với bên phát nh- vậy gọi là tách sóng Coherent (tách sóng hợp nhất). Đây là nh-ợc điểm chủ yếu của điều chế dịch pha PSK.
Bù lại, PSK cho hiệu quả cao, tính chống nhiễu tốt vì vậy có thể truyền số liệu với tốc độ cao. Nh- quan sát trên hình 3.11, phần trái của mặt phẳng ứng với logic1, phần phải ứng với lo gic 0. Tạp âm và nhiễu loạn trên đ-ờng truyền dù có xẩy ra, nh-ng chừng nào ch-a đủ lớn để dời điểm thu từ nửa mặt phẳng này sang nửa mặt phẳng khác, thì ch-a gây đ-ợc sai lỗi cho hệ thống PSK 2 pha.
(1, ) (1,0)
Ch-ơng 3: biến đổi dữ liệu thành tín hiệu 51
Hình 3.12
Ng-ời ta có thể dùng nhiều góc pha hơn để tăng tốc độ truyền mà độ phức tạp của thiết bị khơng tăng thêm nhiều. Khi này, một góc pha sẽ t-ơng ứng với một cặp 2 hay nhiều bit. Ví dụ, với PSK 4 pha, mỗi góc pha ứng với một cặp 2 bit, gọi là một Dibit. Tốc độ truyền khi này sẽ tăng 2 lần, nh-ng phải trả giá bằng việc giảm tính chống nhiễu. Tín hiệu PSK-4P đ-ợc mơ tả trên hình 3.12
Tín hiệu điều chế pha tổng quát cịn hay đ-ợc mơ tả d-ới dạng tổng của hai tín hiệu điều biên vng góc:
fPSK(t) = A.Cos{0t + 0 + [s(t)]}.
= A.Cos [s(t)]. Cos (0t + 0) - A. Sin [s(t)]. Sin (0t + 0) = A1. Cos (0t + 0) + A2 . Sin (0t + 0)
Trong đó, A1 và A2 là các tín hiệu điều biên t-ơng ứng: A1 = A . Cos [s(t)]
A2 = - A . Sin [s(t)]