3 NỘI DUNG:
3.2.3 Vòng Costas
1) Mục đích:
Ở phần này, ta sẽ tìm hiểu về:
- Sử dụng Vòng Costas để giải điều chế Khoá dịch tần.
- Áp dụng của Vòng Costas vào dịch pha +/- 900 trong Khoá dịch pha. - Sự không tương thích của Vòng Costas khi dịch pha nhỏ hơn +/- 900.
- Vấn đề nhập nhằng pha liên quan đến dịch pha +/- 900 trong Khoá dịch pha.
2) Cơ sở lý thuyết:
Vòng costas là 1 phương pháp giải điều chế tín hiệu truyền dẫn PSK.Nó sử dụng vòng khóa pha để tạo ra pha cố định của tần số sóng mang tham khả và sau đó ghép với tín hiệu đầu vào PSK tạo thành tín hiệu giải điều chế ở đầu ra.
Như hình vẽ ta thấy có 3 bộ điều chế và VCO từ vòng costas.Nếu VCO bị khóa thì khi đó sóng mang đi vào có dạng:
ωvco = ωc chỉ khác biệt 1 lượng nhỏ pha φe.
Hai đầu ra VCO khi đó là: 2cosωct cùng pha với nhau và vuông pha với sóng mang 2sinωct
Tín hiệu đầu vào PSK là:
s(t) = A cos [ωct + φ]
Trong đó φ = 0 hoặc π phụ thuộc vào 1 trong 2 trạng thái của tín hiệu đầu vào là 1 hay -1.Do đó nếu d(t) là trạng thái của tín hiệu đầu vào thì phương trình của tín hiệu vào có thể viết thành:
s(t) = A d(t) cos ωct Đầu ra là tổng hợp của 2 đầu vào có dạng:
[A d(t) cos ωct][2cos ωct] Và
= A d(t) + A d(t) cos 2ωct Phương trình này có 2 thành phần:
- Thành phần 1 chiều phụ thuộc vào pha của tín hiệu đầu vào.
- Thành phần gấp 2 lần tần số sóng mang. Thành phần gấp 2 lần tần số này có thể loại bỏ được thông qua bộ lọc sau điều chế.
3) Bài thực hành: Giải điều chế sử dụng Vòng Costas:
Khi vòng khóa, VCO sẽ bị khóa pha bởi bộ điều chế 2 và 3, làm cho tín hiệu đầu ra f90 của nó sớm pha hơn tín hiệu đầu vào 90o.
Bởi vì VCO cho ra tín hiệu khác đi 90o nên tín hiệu đầu ra f0 sẽ cùng pha với tín hiệu đầu vào PSK.
Quá trình ghép của bộ điều chế 1 sẽ cho ra 1 tín hiệu 1 chiều dương nếu cùng pha với tín hiệu đầu vào và cho ra tín hiệu 1 chiều âm nếu ngược pha.
Sau đó mạch phục hồi dữ liệu sẽ chuyển tín hiệu dạng lưỡng cực ở đầu ra vòng costas thành tín hiệu đơn cực NRZ.
Điều này cho thấy khi tín hiệu vào thay đổi trạng thái thì cả 2 tín hiệu đầu vào của bộ điều chế 3 cũng đồng thời thay đổi theo do đó tín hiệu đầu ra còn cố định và VCo sẽ khóa ở 1 pha cố định.
Ta sẽ không thể phân giải tín hiệu nếu không biết các thông tin khác của nó ngoại trừ +/-90o của tín hiệu PSK.
Các thông tin không xác định này có thể được giải quyết bằng cách dùng 1 mẫu văn bản đồng bộ được truyền dẫn trong những khoảng đều nhau.
Mẫu thử này được lựa chọn không chỉ cung cấp thông tin đồng bộ mà còn cho ra 1 chuỗi bit có thể xác định là đúng chiều hay bị đảo.Khi tín hiệu bit đảo được phát hiện thì các mạch logic trong thiết bị thu sẽ đảo lại lần nữa để thu được tín hiệu đúng chiều.
Quan sát:
- Chỉnh tất cả các nút vặn về mức giữa.
- Chỉnh MS bits switch (7) về A và LS bits switch (8) về A. - Quan sát tín hiệu trong toàn bộ mạch bằng máy nghiệm sóng. Nhận xét:
- Tại điểm 1 và 2 dạng sóng tương ứng với dạng được chọn. - Dạng sóng tại điểm 2 là tín hiệu PSK.
- Có tín hiệu giải điều chế tại điểm 10 nhưng đã bị đảo ngược. - Tại điểm 31 có tín hiệu giải điều chế lẫn với tạp âm.
- Tại điểm 31 để có tín hiệu yêu cầu ta cần thay đổi bộ lọc.
- Tại điểm 10 khi ta điều chỉnh PDF control thì dạng sóng được làm tròn. - Tại điểm 12 có sự thay đổi điện áp khi pha của dạng sóng thay đổi.
- Chỉnh MS bits switch (7) và LS bits switch (8) về 0 thì tín hiệu giải điều chế đầu ra vẫn tương ứng với đầu vào nhưng bị đảo ngược.
- Chỉnh MS bits switch (7) và LS bits switch (8) về 1 thì tín hiệu giải điều chế đầu ra vẫn tương ứng với đầu vào nhưng bị đảo ngược.
- Khi dạng tín hiệu giải điều chế là NRZ thì giải điều chế bằng vòng costas tốt hơn vòng khóa pha nhưng vẫn không xác định.
- Đổi sang dạng Split phase và chỉnh MS bits switch (7) và LS bits switch (8) về 0 thì tín hiệu giải điều chế đầu ra vẫn tương ứng với đầu vào nhưng bị đảo ngược.
- Chỉnh MS bits switch (7) và LS bits switch (8) về 1 thì tín hiệu giải điều chế đầu ra vẫn tương ứng với đầu vào nhưng bị đảo ngược.
- Xoay Phase control sang max và đặt dịch pha của PSK khỏi +/-90o,chỉnh LS bits switch (8) sang 9 thì tín hiệu giải điều chế đầu ra bị sai so với tín hiệu nguồn. - Với điều chỉnh như trên thì điều khiển điện áp của VCO bị biến đổi rất nhiều khi
tìm khóa.
- Xoay LS bits switch (8) về A thì tín hiệu giải điều chế đầu ra không đúng dạng. - Vòng costas ở chế độ khóa của tín hiệu PSK không bằng +/-90o.
- Chuyền sang dạng Split phase thì vòng costas vẫn không khóa.
- Vòng costas không phù hợp để giải điều chế với dịch pha khác +/-90o.
- Chuyền sang Var.Phase và chọn lại pha ở +/-90o thì vòng costas sẽ khóa và tín hiệu đầu ra đúng.