3.1 ư ớ c l ư ợ n g đ ị n h thòi k ý h iệ u
Troim thông tin số, đầu ra của bộ giải điéu chẽ phái được lây mẫu theo chu kỳ với lóc đõ ký hiệu, tại những thời khắc lấy mẫu chính xác í m - m T + T . với '/' là k h o á n « thời gian ký hiệu và r là thời gian giữ chậm định mức khi tín hiệu lan truyền từ m áv phát tới máy thu. Để thực hiện việc lấy mẫu theo chu kỳ, chúng ta cán có một tín hiệu đồng hổ tại máy thu. Quá trình trích chọn một tín hiệu đồng hồ như thê ớ m áy thu thường được gọi là đồng bỏ ký hiệu hay khôi phục định thời .
Việc khôi phục định thời là một trong những cống việc quan trọng nhất được thực hiện tại m áy thu của hệ thống thông tin số đồng bộ. M áy thu không những phải biết tần số m à các bộ lọc hài hoà(hoặc các bộ tương quan) được lấy mẫu, mà nó còn phải biết thời khắc lấy mẫu trong mỗi khoảng thời gian ký hiệu. Thời khắc lựa chon để lấy mẫu trong khoảng thời gian ký hiệu được gọi là pha định thời.
Đ ồ n g bộ ký hiệu có thể được thực hiện băng một số phương pháp. Trong một số hệ thống thông tin, các đồng hồ của máy phát và máy thu được đồng bộ với một done hồ chủ có tín hiệu định thời rất chính xác. Trong trường hợp này, máy thu phái ước lượng và bù thời gian trễ tương đối giữa tín hiệu phát và tín hiệu thu. Đó chính là trường hợp của các hệ thống thông tin vô tuyến hoạt động ở băng tần rất thấp(V LF. dưới 30 kHz), ớ đây các tín hiệu đổng hồ chính xác được phát đi lừ một
trạm chủ.
Một phương pháp đồng bộ đồng hồ khác là máy phát sẽ phát đồng thời tín hiệu tán số dồng hồ 1/7 hoặc bội của 1/7 cùng với tín hiệu m ang thông tin, máy
thu c h i v i ệ c s ử d ụ n g m ộ t b ộ l ọ c b ă n g h ẹ p đ i ề u h ư ở n g vớ i tần s ô đ ồ n g h ồ đ ã phát đ ể
từ dó trích ra tín hiệu đồng hồ cho việc lây mẫu. Cách này đơn giản nhưng cũng có một số nhược điểm. Thứ nhất là máy phát phải dành một phần năng lượng đê truyền tín hiệu đồng hồ. Thứ hai là một phần nhỏ độ rộng băng của kênh phải sử dụng cho việc truyền tín hiệu đồng hồ. Tuv nhiên, phương pháp này vẫn được sử dung trong các hệ thõng điện thoại. Các hê thống này sử dụng những băng thông rõnu đê truyền tín hiệu cho nhiều người sử dụng. Khi đó việc phát một tín hiệu dồII11 hổ được chia se trong khi giải diều chế tín hiệu cho nhiều người sử dụng, ihỏng qua việc sử dụng chia sé tín hiệu đồng hồ này, sự trà giá vé công suấl phát và độ rộ n s băng sẽ được giảm đi tỉ lệ với sô người sử dụng.
M ột tín hiệu đồng hổ cũng có thể được trích chọn ra từ tín hiệu thu. Có một số phương pháp có thể được sử dụng tại máy thu để đạt được sự tự đồng bộ. Sau dây chúng ta sẽ xem xét các phương pháp quyết định trực tiếp và quyết định gián tiếp.
3.2 ư ớ c l ư ợ n g đ ị n h thời M L q u yế t đ ị n h trực tiếp
C húng ta hãy ước lượng M L thời gian trễ ĩ. Nếu tín hiệu có dạng sóng PAM băng gốc thì nó sẽ được biểu diễn như sau:
Cũng giống như trong trường hợp ước lượng M L pha, chúng ta sẽ có bộ ước lượng thời gian trực tiếp và bộ ước lượng thời gian gián tiếp. Các ký hiệu thông tin
ở đầu ra của bộ giải điều chế được xem như chuỗi phát đã được biết trước. Trong trường hợp này. hàm gần giống nhất logarit có dạng
Sơ đồ thực hiện vòng bám theo (3-6) trinh bày trên hình 3.1.
Chúng ta thây rằng phép lấy tổng trong vòng đóng vai trò như bộ lọc vòng mà độ rộne băng của nó phụ thuộc vào độ dài của cửa sổ trượt trong khi lấy tổng. Đầu ra của bộ lọc vòng dùng để điều khiển đồng hồ được điều khiển bằng điện áp(VCC) hoặc bộ dao dộng được điều khiển bằng điện áp và do vậy điều khiển thời gian lấy
r(t) = s ( r , ĩ ) + n( t) (3-1)
ừ đày
(3-2)
(3-3)
r
Nếu ta thay thế (3-2) vào (3-3) ta sẽ có
A /.(r ) = Q Z 7'- Jr (O g(í - n T - T)dt
(3-4)
ờ đây v„ ( r) được định nghĩa như
(3-5)
r
Điều kiện cần cho ĩ trở thành lượng ước đoán M L của r là
mẫu cho dầu vào cúa vòng. Do chuỗi thông tin phát hiện ụ n Ị dược sứ dụng trong việc ước lượng r, ước đoán này là quyết định trực tiếp.
Các kỹ thuật được m ô tả ở trên cho ước lượng định thời ML của các tín hiệu PAM
/„
Hì nh 3.1 Ước lượng thời gian M L quyết định trực tiếp cho PAM băng cơ bản
băng cơ bản có thể được mở rộng cho các dạng tín hiệu điều chê sóng mang như Ọ A M và PSK theo cách trực tiếp, bằng cách xem xét dạng thông thấp tương đương của tín hiệu. Như vậy vấn đề ước lượne ML thời gian ký hiệu cho các tín hiệu sóng mang cũng giỏng như với tín hiệu PAM băng cơ bản.
3.3 ư ớ c l ư ợ n g đ ị n h t h ò i q uyết đ ị n h gián tiếp
Lượng ước đoán quyết định gián tiếp có thể có được bằng cách lấy trung binh của
A ( ĩ ) theo hàm mật độ xác suất của các ký hiệu t h ô n g tin, để c ó được A ( r ) , sau đ ó
lây đạo hàm của hoặc A ( t ) hoặc của l n / l ( r ) = / l ; ( r ) đ ể nhận được điều kiện cho ước lượng ML f SIL.
Trong trường hợp PA M nhị phân (băng cơ bản) thì ỉ n = ±1 với xác suất bằng nhau, việc lây trung hình trên số liệu tạo ra
A, ( r ) = ^ l n c o s h C v „ ( r ) (3-7)
, 1 :
như trong trường hợp bộ ước lượng pha. Do In c o s h X ~ — -V với X nhỏ, ta c ó xâp
xi bậc hai
/1/ ừ ) v ; ( r )
n
(3-8)
là phù hợp cho SNR thấp. Cho PAM đa mức, chúng ta có thể lây xấp xi các đặc trưng thông kê của các ký hiệu thông t i n { / n }bằng pdf G auss có trung bình không và phương sai đơn vị. Khi lấy trung binh theo pdf Gauss, logarit của A ( ĩ ) gióng với Al(t) được cho trong (3-8). Hệ quả là ước lượng quyết định gián tiếp của r c ó thể nhận được bằng đạo hàm (3-8). Kết quả sẽ là xấp xỉ của ước lượng M L của thời gian trẻ. Đạo hàm của (3-8) là
ờ đây v„ ( r) được cho trong (3-5).
V òng bám trên cơ sớ đ ạo hàm của A ( r ) (3-7) được m ô tả trên hình 3.2 và một vòng bám khác trên cơ sở (3-9) được mô tả trên hình 3.3. Trong cả hai cấu trúc bộ tổng đều đóng vai trò bộ lọc vòng để điều khiển vcc. Chúng ta thấy có sự giống nhau của vòng thời gian trong hình 3.3 với vòng Costa cho ước lượng pha sóng mang. (3-9) h o à h ợ p --- ► bi phi — ► — (.) x ( - t ) tu y ế n cỉt Bộ lọc T h iế t L ấ y m ẫ u -O ' cr n T + 7 /i
Hình 3.2 Ước lượng thời gian quyết định gián tiếp cho PAM nhị phân băng gốc
Hì nh 3.3 ư ớ c lượng định thời quyết định gián tiếp cho PAM băng cơ bản
• Bỏ đ ồn g bộ cửa s ớm -m uộ n
Có một bộ ước lượng thời gian quyết định gián tiếp khác sử dụng các tính chất đối xứng của tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc hoà hợp hoặc hộ tương quan. Để mô tá phưưng pháp này, chúng ta xem xét xung vuông .v (/),0 < / < 7 như ở trên hình 3.4(a). Đầu ra của bộ lọc hoà hợp cho A’( / ) đ ạ t giá trị cực đại tại thời gian t =T như trình bày trên hình 3.4(b). N hư vậy đầu ra của bộ lọc hoà hợp là hàm tự tương quan theo thời gian của xung s ( t ) . Tất nhiên điều này cũng đúng cho dạng xung bất kỳ,
d o v ậ y p h ư ơ n g p h á p m à c h ú n g ta m ô tả s ẽ áp d ụ n g t ổ n g q u á t c h o x u n g tín h iệ u bất
kỳ. Chúng ta thấy rằng thời gian chính xác để lấy mẫu đầu ra bộ lọc hài hoà đạt giá trị cực đại là tại /= '/’, tức là tại đỉnh của hàm tương quan.
Khi có nhiễu, việc nhận ra giá trị đỉnh của tín hiệu nói chung là khó khăn. Thay vì lây mẫu tín hiệu tại đỉnh thì chúng ta lại lây mẫu sớm hơn, tại / = T - ổ ,
và muộn hưn. tại t = T + ổ . Các giá trị tuyệt đối của các mẫu sớm [ y ( m( T - íỹ))]và các mẫu muộn [ y ( m( T + <5))]sẽ nhỏ hơn(lấy trung bình khi có nhiễu) các mẫu của
ụiá trị dinh [v(/»7’)j. Do hàm tự lương quan là hàm chẩn so với thòi gian lấy mẫu tói ưu
Đ ầ u ra bộ loc hài h oà
ẶM â u