Bài giảng Truyền số liệu - Chương 5: Mã hóa và điều chế - Nguyễn Việt Hùng

Nội dung text: Bài giảng Truyền số liệu - Chương 5: Mã hóa và điều chế - Nguyễn Việt Hùng

1. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế CHƯƠNG 5: Mã Hóa & Điều Chế . 5.1 CHUYỂN ĐỔI DIGITAL – DIGITAL + Khái niệm: chuyển đổi(Mã hóa) số-số là phương pháp biểu diễn dữ liệu số bằng tín hiệu số. Ví dụ: khi truyền dữ liệu từ máy tính sang máy in, dữ liệu gốc và dữ liệu truyền đều ở dạng số. + Đặc điểm: các bit ‘1’ và ‘0’ được chuyển đổi thành chuỗi xung điện áp để có thể truyền qua đường dây. + Sơ đồ khối: 0 1 0 1 1 1 0 1 Digital/Digital encoding + Phân loại: unipolar (Mã đơn cực), polar (Mã có cực), bipolar (Mã lưỡng cực). 5.1.1 Unipolar- Mã đơn cực: • Là dạng mã hóa đơn giản nhất (nguyên thủy-ra đời đầu tiên). • Một mức điện áp biểu thị cho bit ‘0’ và một mức điện áp khác biểu thị cho bit ‘1’. Ví dụ: Bit ‘0’Æ 0 volt và ‘1’Æ+V volt (+5V, +9V ).; Tồn tại trong một chu kỳ Bit Ví dụ: Cho 1 chuỗi bit 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã Unipolar (đơn cực). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 42
2. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Amplitude 0 1 0 0 1 1 1 0 5V Time Tbit • Ưu điểm : đơn giản và chi phí thấp. • Khuyết điểm: Tồn tại điện áp một chiều (DC) và bài toán đồng bộ. -Thành phần DC: Trị trung bình của mã đơn cực khác không, tạo ra thành phần điện áp DC trên đường truyền. Khi tín hiệu tồn tại thành phần DC, không thể đi xuyên qua môi trường truyền. -Khả năng đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi, máy thu không thể xác định được thời gian tồn tại của một bit (Chu kỳ bit). Hướng giải quyết có thể dùng thêm một dây dẫn để truyền tín hiệu đồng bộ giúp máy thu biết về chu kỳ bit. 5.1.2 Polar: + Khái niệm: mã hóa polar dùng hai mức điện áp: một mức có giá trị dương và một mức có giá trị âm, nhằm giảm thành phần DC. + Phân loại: NRZ, RZ và Biphase. • NRZ: NRZ-L (nonreturn to zero–level: Cổng COM RS232) và NRZ–I (nonreturn to zero – invert) • RZ (return to zero). • Biphase: Manchester (dùng trong mạng ethernet LAN), Manchester vi sai ( thường được dùng trong Token Ring LAN) 5.1.2.1 NRZ + Đặc điểm: Tín hiệu có giá trị là dương (+V) hoặc âm (-V). + Phân loại: NRZ – L (Cổng COM RS232) và NRZ – I a. NRZ – L: + Đặc điểm: Bit ‘0’Æ+V (+3V, +5V, +15V ); Bit ‘1’ Æ-V (-3V, -5V,- 15V ) Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã NRZ – L. • Ưu điểm: Thành phần DC giảm hơn so với mã đơn cực. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 43
3. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế • Khuyết điểm: Bài toán đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi, máy thu không thể xác định được thời gian tồn tại của một bit (Chu kỳ bit). Hướng giải quyết có thể làm dùng thêm một dây dẫn để truyền tín hiệu đồng bộ giúp máy thu biết về chu kỳ bit b. NRZ – I: + Đặc điểm: • Gặp bit ‘1’ Æ sẽ đảo cực điện áp trước đó. • Gặp bit ‘0’ Æ sẽ không đảo cực điện áp trước đó. (Bit đầu tiên có thể giả sử dương hoặc âm) Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã NRZ – I. Giả sử ban đầu điện áp dương. • Ưu điểm hơn NRZ – L vấn đề đồng bộ đã được giải quyết khi gặp chuỗi bit 1 liên tiếp. 5.1.2.2 RZ : + Đặc điểm: • Bit ‘0’Æ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V. • Bit ‘1’Æ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V. + Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã RZ. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 44
4. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế + Ưu điểm: Giải quyết vấn đề đồng bộ cho chuỗi bit ‘1’ hoặc chuỗi bit ‘0’ liên tiếp. + Khuyết điểm: có băng thông rộng hơn (dải tần số lớn). Có 3 mức điện áp. Tuy nhiên, ta sẽ thấy đây là phương pháp hiệu quả nhất. (Một phương pháp mã hóa tín hiệu số tốt phải có dự phòng cho chế độ đồng bộ) 5.1.2.3 BIPHASE: + Đặc điểm: • Tồn tại điện áp +V và -V trong 1 bit. • Thành phần DC bằng zêrô. • Phương pháp đồng bộ hóa tốt. + Phân loại: Manchester và Manchester vi sai. - Manchester: • Bit ‘0’Æ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp -V • Bit ‘1’Æ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp + V - Manchester vi sai: • Gặp bit ‘0’ sẽ đảo cực điện áp trước đó. • Gặp bit ‘1’ sẽ giữ nguyên cực điện áp trước đó. • Luôn luôn có sự thay đổi điện áp tại giữa chu kỳ bit. + Ví dụ: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã Manchester và Manchester vi sai. Giả sử ban đầu điện áp dương. + Ưu điểm: Các vị trí giữa chu kỳ bit cho phép tạo đồng bộ. Thành phần DC triệt tiêu. 5.1.3 BIPOLAR (Lưỡng cực) + Đặc điểm: Dùng ba mức điện áp: dương, âm, và zêrô (0 volt). + Phân loại: AMI, B8ZS, và HDB3 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 45
5. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 5.1.3.1 AMI (Alternate Mark Inversion) + Đặc điểm: • Bit ‘0’Æ 0 Volt. • Bit ‘1’Æ điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit). + Ví dụ: Cho chuỗi dữ liệu 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã AMI. Biến thể của phương pháp này được gọi là giả tam nguyên (pseudo-ternary) theo đó các bit 0 lần lượt nhận các giá trị điện áp dương và âm. + Ưu điểm : - AMI làm triệt tiêu thành phần DC của tín hiệu - Đồng bộ đối với chuỗi các giá trị bit “1” liên tiếp. +Khuyết điểm : - Dễ mất đồng bộ đối với chuỗi các giá trị bit “0” liên tiếp. 5.1.3.2 B8ZS (Bipolar 8- Zero Substitution): + Đặc điểm: • Bit ‘1’ Æ điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước đó. • Bit ‘0’ Æ đếm số bit ‘0’ liên tiếp: Nếu không phải là nhóm 8 bit ‘0’ liên tiếp sẽ mã hoá là 0 Volt. Nếu là 8 bit 0 liên tiếp sẽ mã hoá như sau: + 00000000Æ + 000 + - 0 - + (+Æ +V; - Æ -V) - 00000000 Æ - 000 - + 0 +- (+Æ +V; - Æ -V) + Ví dụ: Cho chuỗi 10000000000100, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã B8ZS. Giả sử bit ‘1’ đầu tiên có điện áp dương. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 46
6. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 5.1.3.3 HDB3 (High-Density Bipolar) + Đặc điểm: • Bit 1 Æ điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước đó. • Bit 0 Æ đếm số bit 0 Nếu không phải là 4 bit ‘0’ liên tiếp sẽ mã hoá là 0 Volt. Nếu là 4 bit ‘0’ liên tiếp thì sẽ tính tổng số xung (+ hoặc -) Là số lẻ: +0000 Æ+000+ Là số chẵn: +0000 Æ+-00- -0000 Æ-+00+ + Ví dụ: Dùng mã HDB3, mã hóa luồng bit 10000000000100, biết bit ‘1’ đầu tiên là điện áp dương. Ví dụ: Cho 1 chuỗi nhị phân 10 bit ‘0’ liên tiếp, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng các mã Unipolar, NRZ-I, NRZ-L, RZ, Manchester, Manchester vi sai, AMI, B8ZS, HDB3. Giả sử điện áp trước 10 bit này là dương và số bit 1 là số chẵn. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 47
7. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 5.2 CHUYỂN ĐỔI ANALOG – DIGITAL Khi ta cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự. Ví dụ: như khi gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, do tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu tương tự (analog). +Khái niệm: chuyển đổi tương tự - số (số hóa tín hiệu tương tự) là quá trình chuyển tín hiệu tương tự thành luồng tín hiệu số. Hoặc (biểu diễn các thông tin có trong tín hiệu liên tục thành chuỗi các tín hiệu số 1, 0). +Mục đích: • Giảm thiểu khối lượng lớn các giá trị trong thông tin của tín hiệu tương tự để có thể được biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà không bị thất thoát thông tin. codec (coder – decoder). • Chống nhiễu. • Dễ xử lý. +Sơ đồ khối: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 48
8. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Chú ý: • Có thể sử dụng bất kỳ dạng tín hiệu số nào trong mục 5.1, • Không làm thất thoát hay làm giảm chất lượng tin. 5.2.1 PAM (Pulse Amplitude Modulation –Điều chế biên độ xung): + PAM : Lấy mẫu và tạo ra chuỗi xung- Bước đầu tiên cho việc chuyển đổi tương tự - số + Điều kiện lấy mẫu (sampling rate) Theo định lý Nyquist, tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu. fs ≥ 2 fimax Chu kỳ lấy mẫu: Ts=1/fs PAM không được dùng trong thông tin số với lý do là tuy đã rời rạc hóa nhưng tín hiệu PAM cũng chứa quá nhiều thành phần biên độ với các giá trị khác nhau (vẫn còn là dạng tương tự). 5.2.2 PCM (Pulse Coded Modulation-Điều chế xung mã): + Khái niệm: PCM là quá trình chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số. + Các bước thực hiện PCM: 4 bước: • Lấy mẫu và giữ (PAM). • Lượng tử hóa. • Mã hóa nhị phân. • Mã hóa số - số. - PAM: lấy mẫu và giữ (theo định lý Nyquist) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 49
9. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế - Lượng tử hóa (quantilization): là phương thức gán giá trị bất kỳ của tín hiệu (sau khi lấy mẫu) về một mức đã được định sẵn. Amplitude +127 +127 +125 +110 +100 +90 +88 +75 +77 +52 +50 +38 +48 +39 +24 +26 +25 Time −25 −15 −50 −50 −75 −80 −100 Tín hiệu PAM đã được −125 lượng tử Amplitude Amplitude Time Time a. Tương tự b . PAM signal - Mã hoá nhị phân: Chuyển mỗi mẫu lượng tử thành 1 tổ hợp nhị phân. Số bit cho 1 mức= log2[tổng số mức lượng tử) Ví dụ: Có 256 mức lượng tử, suy ra Số bit cho 1 mức: log2[256]=8 Ví dụ: Mỗi giá trị được chuyển sang giá trị bảy bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu. Amplitude +127 +127 +125 +110 +100 +90 +88 +75 +77 +52 +50 +38 +48 +39 +24 +26 +25 Time −25 −15 −50 −50 −75 −80 −100 −125 +024 00011000 −015 10001111 +125 01111101 +038 00100110 −080 11010000 +110 01101110 +048 00110000 −050 10110010 +090 01011010 +039 00100111 +052 00110110 +088 01011000 +026 00011010 +127 01111111 +077 01001101 Sign bit + is 0 − is 1 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 50
10. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế - Mã hoá số- số: Chuyển các bit nhị phân thành tín hiệu số (mã đơn cực, lưỡng cực .) Ví dụ : phương pháp điều chế xung mã PCM của một tín hiệu số được chuyển theo mã unipolar, trong hình chỉ vẽ giá trị 3 mẫu đầu. + PCM là phương pháp lấy mẫu tín hiệu được dùng trong số hóa tín hiệu thoại trong truyền dẫn T-line trong hệ thống viễn thông Bắc Mỹ, E -line trong hệ thống viễn thông Châu Âu. Ví dụ 3: Tính tốc độ lấy mẫu (tần số lấy mẫu) của tín hiệu có băng thông 10kHz ( từ 1khz đến 11khz)? Giải: fs ≥ 2 fimax Tốc độ lấy mẫu phải là hai lần tần số cao nhất của tín hiệu, Tốc độ lấy mẫu = 2 .(11.000) = 22.000 mẫu/ giây. + Số bit trong mỗi mẫu là Log2(Tổng số mức) n = Log2(M); n: là số bit trong mỗi mẫu. (nguyên) M: là tổng số mức Ví dụ 4: Lấy mẫu tín hiệu, có 12 mức. Hỏi cần bao nhiêu bit trong mỗi mẫu? Giải: Số bit cần trong mỗi mẫu là: n = Log2(M)= Log2(12)= 3,17 làm tròn Æ4 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 51
11. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế + Tốc độ bit (bit rate): Sau khi có được số bit trong mẫu, ta cần tính tốc độ bit dùng công thức sau: Tốc độ bit = tốc độ lấy mẫu x số bit trong mỗi mẫu. Rbit = fs x n (bps: bit per second) fs : Tần số lấy mẫu (tốc độ lấy mẫu) n: số bit trong mỗi mẫu. Ví dụ 5: Cần số hóa tín hiệu thoại, tính tốc độ bit, giả sử có 8 bit trong mỗi mẫu? Giả sử tín hiệu thoại có tần số cực đại là 4 KHz. Giải: Tốc độ lấy mẫu = 4000 x 2 = 8000 mẫu/giây. Tốc độ bit được tính theo: Tốc độ bit = Tốc độ lấy mẫu x số bit trong mỗi mẫu = 8000 x 8 = 64.000 bps =64Kbps Câu Hỏi: 1. Vẽ sơ đồ khối của kỹ thuật PCM, giải thích chức năng từng khối, nêu điều kiện lấy mẫu. 2. Tính tốc độ lấy mẫu, chu kỳ lấy mẫu, tốc độ bit của luồng PCM. 5.3 CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ (Điều chế số) +Khái niệm: Điều chế số là quá trình thay đổi một trong các đặc tính (Biên độ, Tần số, Pha) của tín hiệu sóng mang (điều hoà, sin) dựa trên thông tin của tín hiệu số (1 và 0). +Lý do điều chế số: • Khi truyền dữ liệu từ một thiết bị số A sang một thiết bị số B dùng đường dây điện thoại, vô tuyến. Hoặc khoảng cách truyền xa. Dây điện thoại lại mang tín hiệu tương tự, nên phải chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự. • Ghép kênh. + Sơ đồ khối + Phân loại: Tín hiệu sin được định nghĩa từ ba đặc tính: biên độ, tần số và góc pha. Trong truyền số liệu, ta quan tâm đến các phương pháp sau: • ASK (amplitude shift keying) ; điều chế số biên độ; khoá dịch biên độ • FSK (frequency shift keying) ; điều chế số tần số; khoá dịch tần số • PSK (phase shift keying) ; điều chế số pha; khoá dịch pha Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 52
12. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Ngoài ra còn có phương thức thứ tư là QAM (quadrature amplitude modulation) là phương thức điều chế rất hiệu quả dùng trong các modem. + Các yếu tố của điều chế số Có 2 yếu tố quan trọng điều chế số: Tốc độ bit/baud và Tín hiệu sóng mang (Sin). • Tốc độ bit (Rbit): là số bit được truyền trong một giây. (bps: bit per second) • Tốc độ baud (Rbaud=Nbaud): là số đơn vị tín hiệu truyền trong một giây. (baud/s) Đơn vị tín hiệu là một tín hiệu sóng mang (sin) đã chứa tín hiệu số (có thể mang 1bit, 2bit, 3 bit ) Ý nghĩa tốc độ baud nhằm xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Tốc độ bit = tốc độ baud . số bit trong một đơn vị tín hiệu Rbit= Rbaud.n + Ví dụ: • Baud tương tự như xe, còn bit tương tự như người trong xe. • Một chuyến xe chở một hoặc nhiều người. • Nếu 1000 xe di chuyển từ điểm này sang điểm khác chỉ chở một người (Ví dụ lái xe) thì mang được 1000 người. • Với số xe trên, mỗi xe chở 4 người, ta vận chuyển được 4000 người. • Số xe là đơn vị lưu thông trên đường, tức là tạo nhu cầu về độ rộng của con đường. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 53
13. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Nói cách khác, tốc độ baud xác định băng thông cần thiết, chứ không phải tốc độ bit. Ví dụ 6: Một tín hiệu tương tự (sóng mang) mang 4 bit trong đơn vị tín hiệu. Giả sử có 1000 đơn vị tín hiệu được truyền trong một giây, hãy xác định tốc độ baud và tốc độ bit. Giải: Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu = 1000 baud/giây Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu =1000 x 4 = 4000 bps. Ví dụ 7: Cho tốc độ bit của tín hiệu là 3000 bps. Giả sử mỗi phần tử tín hiệu mang 6 bit, hãy tính tốc độ baud. Giải: Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây + Tín hiệu sóng mang (carrier signal): • Trong truyền dẫn analog, thiết bị phát tạo ra tần số sóng cao tần làm nền cho tín hiệu thông tin. Tín hiệu nền này được gọi là sóng mang hay tần số sóng mang (dạng điều hoà, sin). • Thiết bị thu được chỉnh để thu tần số sóng mang, trong đó có tín hiệu số đã được điều chế. • Tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế. 5.3.1 ASK (amplitude shift keying; điều chế số biên độ): + Khái niệm: Là qúa trình các bit ‘1’ và ‘0’ làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang (tần số và pha không thay đổi). Ví dụ: 0 ‘0’Æ vc1(t)=Vcm1 sin(2πfct+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’Æ vc2(t)=Vcm2 sin(2πfct+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Giả sử Vcm2 > Vcm1; Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01010, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp ASK. Tần số sóng mang fc= 20Hz. Biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V. Pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Vẽ tín tín hiệu ASK. b. Tín hiệu ASK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu ASK. 0 ‘0’Æ vc1(t)=2. sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’Æ vc2(t)=5 sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 4 Tc Æ 1 chu kỳ bit chứa 4 chu kỳ sóng mang Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 54
14. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế b. Tín hiệu ASK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì có 2 biên độ. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= 5 baud/s + Khuyết điểm: ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu biên độ. Nhiễu này thường là các tín hiệu điện áp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên độ của tín hiệu ASK. Phương pháp ASK thông dụng và được gọi là OOK (on-off keying). Trong OOK, có một giá trị bit tương đương với không có điện áp. Điều này cho phép tiết kiệm đáng kể năng lượng truyền tin. + Băng thông ASK: Có vô số tần số (Không tuần hoàn). Sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2 ở hai biên. Băng thông cần thiết để truyền tín hiệu ASK được tính theo công thức sau:: BW = fmax – fmin = (fc + Nbaud/2) – (fc – Nbaud/2 = Nbaud= Rbaud Trong đó: BW: băng thông [Hz] Rbaud, Nbaud: tốc độ baud [baud/s] Vậy băng thông tối thiểu cần cho quá trình truyền tín hiệu ASK bằng tốc độ baud (1 hướng-trên đường dây). ; Thực tế BW =(1+d)Nbaud d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 55
15. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01010, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp ASK. Tần số sóng mang fc= 20Hz. Biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V. Pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Tính tốc độ Baud. b. Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. c. Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên. Giải: a. Tính tốc độ Baud. Tín hiệu ASK, Rbaud= Rbit=5 baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. ASK, BW = Rbaud=5 (Hz); c. Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên. + Băng thông hệ thống truyền tín hiệu thay đổi theo chế độ truyền: • Đường dây có 1 hướng truyền (chế độ đơn công): băng thông của đường dây tối thiểu bằng băng thông của tín hiệu: BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu. • Đường dây có 2 hướng truyền nhưng không đồng thời (chế độ bán song công): băng thông của đường dây tối thiểu bằng băng thông của tín hiệu: BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu= BWmỗi hướng . • Đường dây có 2 hướng truyền đồng thời (chế độ song công): băng thông của đường dây tối thiểu: BWhệ thống = BWđường dây min = 2.BWtín hiệu + BWbảo vệ. BWbảo vệ: dải tần số bảo vệ 2 hướng.(lý tưởng bằng 0) Ví dụ 8: Tính băng thông hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit là 2 kbps. Chế độ truyền dẫn bán song công. Giải: Vì hệ thống bán song công nên: BWhệ thống = BWmỗi hướng Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 56
16. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud Suy ra BWmỗi hướng = Rbaud = Rbit = 2000Hz Băng thông tối thiểu của hệ thống là BWhệ thống =2kHz. Ví dụ 9: Cho tín hiệu ASK có băng thông 5kHz, tính tốc độ bit và tốc độ baud. Giải: Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud. Mà BWASK = Rbaud ; Suy ra tốc độ bit Rbit =5000 bps; Suy ra tốc độ baud Rbaud =5000 baud/s; Ví dụ 10: Cho băng thông hệ thống truyền ASK là 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), hệ thống truyền song công. Giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng (BWbảo vệ=0). a. Tính băng thông của mỗi hướng. b. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). c. Vẽ phổ ASK của hệ thống. Giải: a. Tính băng thông của mỗi hướng. Do hệ thống ASK song công nên BWhệ thống = 2. BWmỗi hướng Suy ra BWmỗi hướng = (1/2). BWhệ thống = 10khz / 2 = 5khz = 5.000 Hz b. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). Tần số sóng mang là tần số giữa: + Hướng nghịch (tần số thấp): Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2 fchướng nghịch = fmin+ (1/2). BWmỗi hướng = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz + Hướng thuận (tần số cao): fc hướng thuận = fmax - (1/2). BWmỗi hướng = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz c. Vẽ phổ ASK của hệ thống Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 57
17. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Amplitude fC(backward) fC(forward) Frequency 1000 3500 6000 8500 11.000 5.3.2 FSK (frequency shift keying): +Khái niệm: Là phương pháp mà tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit ‘1’ và ‘0’ (biên độ và góc pha không thay đổi). Ví dụ: 0 Bit ‘0’Æ ứng với sóng mang vc1(t) = Vcm sin(2πfc1t+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 Bit ‘1’Æ ứng với sóng mang vc2(t) = Vcm sin(2πfc2t+180 ): Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Giả sử fc2 > fc1; Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp FSK. Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20Hz, tần số đối với bit ‘0’ là 10Hz và pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Vẽ tín tín hiệu FSK. b. Tín hiệu FSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu FSK 0 ‘0’Æ vc1(t)=5sin(2π.10t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’Æ vc2(t)=5sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang bit ‘0’; Tc1=1/ fc1=1/10 = 100ms Chu kỳ sóng mang bit ‘1’; Tc2=1/ fc2=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc1 =4Tc2 Æ 1 chu kỳ bit chứa 2 chu kỳ sóng mang fc1 và chứa 4 chu kỳ sóng mang fc2. Bit rate : 5 Baud rate : 5 Amplitude 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 0 1 1 0 1 Time 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 second b. Tín hiệu FSK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì tần số thay đổi. c. Tốc độ Baud: Một đơn vị tín hiệu mang 1 bit nên Rbit = Rbaud Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 58
18. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Suy ra Rbaud= 5 baud/s + Băng thông của FSK: Phổ FSK chính là tổ hợp của hai phổ ASK tập trung quanh 2 tần số: fC1 (bit 0) và fC2 (bit 1). BW = fmax – fmin BW = fC2 + (1/2)Rbaud -[ fC1- (1/2)Rbaud ] BW = /fC2 - fC1/+ Rbaud = Δf + Nbaud = Δf + Rbaud BWFSK = Δf + Rbaud ; BWASK =Rbaud ; Δf: Độ lệch tần số của 2 sóng mang Nbaud = Rbaud: Tốc độ baud Rbit = Rbaud Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp FSK. Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20Hz, tần số đối với bit ‘0’ là 10Hz và pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Tính tốc độ Baud. b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. Giải: a. Tính tốc độ Baud. FSK, Rbaud = Rbit = 5baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. BWFSK = Δf + Rbaud = 20-10+5 = 15Hz c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 59
19. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế + Ưu điểm FSK so với ASK : FSK tránh được hầu hết các dạng nhiễu biên độ. + Khuyết điểm FSK so với ASK: Nếu cùng một tốc độ bit thì Băng thông FSK lớn hơn Băng thông ASK. Ví dụ 11: Tính băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn bán song công và các sóng mang cách 3kHz. Giải: Rbit = 2kbps ; Δf = 3kHz; bán song công Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống= BWmỗi hướng=Δf + Rbaud • Trong FSK, Rbit =Rbaud ; suy ra Rbaud = 2000 baud/s • BWhệ thống = Δf + Rbaud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz =5 kHz Ví dụ 12: Tính tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK nếu băng thông của hệ thống là 12kHz và độ lệch tần số của giữa hai sóng mang ít nhất là 2kHz, chế độ truyền song công. Giải: Cho FSK; Δfmin = 2kHz; song công; BWhệ thống = 12khz Tính Rbit max ? Vì hệ thống truyền song công nên: BWhệ thống= 2.BWmỗi hướng Suy ra: BWmỗi hướng= (1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz Mà trong FSK, băng thông được tính theo công thức BWFSK = BWmỗi hướng = Δf + Rbaud ; Trong FSK, Rbit = Rbaud. Suy ra Rbit= BWmỗi hướng - Δf Rbit Max = BWmỗi hướng - Δfmin= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = 4 kbps Vậy tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK là 4 kbps. 5.3.3 PSK (phase shift keying): +Khái niệm: Pha của sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit ‘1’ và ‘0’ (biên độ và tần số không đổi). Ví dụ: 0 ‘0’Æ vc1(t)=Vcm sin(2πfct+0 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’Æ vc2(t)=Vcm sin(2πfct+180 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 60
20. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp PSK. Biên độ 5V. Tần số sóng mang 20Hz. Pha đối với bit ‘1’ là 1800, pha đối với bit ‘0’ là 00. a. Vẽ tín tín hiệu PSK. b. Tín hiệu PSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu PSK 0 ‘0’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 4Tc Æ 1 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. b. Tín hiệu PSK không phải là tín hiệu điều hòa.Vì có 2 pha. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= Rbit =5 baud/s + Băng thông của PSK: Giống băng thông ASK Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2 BW2-PSK = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud + Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Băng thông hẹp (nhỏ hơn băng thông của FSK) BWASK = Rbaud ; nhiễu biên độ BWFSK = Δf + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ BWPSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ 0 0 + Giản đồ trạng thái pha: ‘0’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; ‘1’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 61
21. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế PSK không bị ảnh hưởng của các dạng nhiễu tác động như ASK, đồng thời cũng không bị ảnh hưởng của yếu tố băng thông rộng như FSK. Điều này có nghĩa là một thay đổi nhỏ của tín hiệu cũng có thể được máy thu phát hiện, như thế thay vì chỉ dùng hai thay đổi của tín hiệu từ một bit, ta có thể dùng với bốn sự thay đổi thông qua dịch pha của hai bit. + 4-PSK: (QPSK): 4 pha, 1 pha được biểu diễn 2 bit. Ví dụ: Cho một tín hiệu số 0110101100, tốc độ bit là 10 bps, được điều chế bằng phương pháp 4-PSK(QPSK). Biên độ 5V. Tần số sóng mang 20Hz. Pha được biểu diễn như sau: ‘00’ pha là 00 ; ‘01’ pha là 900 ; ‘10’ pha là 1800 ; ‘11’ pha là 2700 (-900). a. Vẽ tín tín hiệu QPSK. b. Tín hiệu QPSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu QPSK 0 ‘00’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘01’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+90 )V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘10’Æ vc3(t)= 5 sin(2π.20t+180 )V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘11’Æ vc4(t)= 5 sin(2π.20t -90 ); V Tồn tại trong 2 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/10 =100ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc Æ 1 chu bit chứa 2 chu kỳ sóng mang fc. Vậy 2Tb= 4Tc Æ 2 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. Cho một tín hiệu số 0110101100 b. Tín hiệu QPSK không phải là tín hiệu điều hòa. Vì có 4 pha. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= (1/2)Rbit =5 baud/s + Băng thông của QPSK: Giống băng thông ASK Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 62
22. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2 BW = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud + Ưu điểm QPSK(2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Nếu cùng 1 băng thông cho trước thì tốc độ của dữ liệu lớn hơn tốc độ của các phuơng pháp điều chế khác. + Giản đồ trạng thái pha QPSK: + Tương tự, ta cũng có các phương pháp điều chế pha khác 2n - PSK, có n bit biểu diễn 1 pha, khoảng cách giữa các pha là 3600/2n. Từ đó, có thể phát triển lên 8–PSK. Thay vì dùng góc 900, ta thay đổi tín hiệu từ các góc pha 450. Với 8 góc pha khác nhau, dùng ba bit (một tribit), theo đó quan hệ giữa số bit tạo thay đổi với góc pha là lũy thừa của hai. Đồng thời 8–PSK cũng cho phép truyền nhanh gấp 3 lần so với 2 – PSK, như minh họa ở hình 33. Hình 5.1 + Băng thông dùng cho 2n -PSK: Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự như của ASK (Bằng tốc độ Baud). Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự như của ASK, tuy nhiên tốc độ bit tối đa thì lớn hơn nhiều lần. Tức là tuy có cùng tốc độ baud tối đa giữa ASK và PSK, nhung tốc độ bit của PSK dùng cùng băng thông này có thể lớn hơn hai hay nhiều lần như minh họa ở hình 5.34. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 63
23. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Hình 5.2 Ví dụ 13: Tìm băng thông của tín hiệu QPSK(4 – PSK), với tốc độ 2kbps theo chế độ bán song công. Giải: Vì hệ thống bán song công nên BWhệ thống= BWmỗi hướng= BWQPSK Phương pháp điều chế 4 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 2 bit, Rbit = 2x Rbaud ; Suy ra Rbaud = (1/2). Rbit=1000 baud/s; Mà BWPSK = Rbaud ; Suy ra BWQPSK = 1000Hz. Ví dụ 14: Cho tín hiệu 8–PSK có băng thông 5.000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? Giải: Phương pháp điều chế 8 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 3 bit, Rbit = 3x Rbaud ; Mà BW8-PSK = Rbaud ; Suy ra Rbaud =5000 baud/s ; Suy ra Rbit = 3x Rbaud =15.0000 bps=15kbps ; 5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation) PSK bị giới hạn từ khả năng phân biệt các thay đổi góc pha nhỏ của thiết bị, điều này làm giảm tốc độ bit. + Khái niệm: QAM là phương thức kết hợp giữa ASK và PSK sao cho ta khai thác được tối đa sự khác biệt giữa các đơn vị tín hiệu. Ví dụ: Cho một tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit là 24 bps, tần số 16Hz, được điều chế bằng phương pháp 8-QAM (8 loại đơn vị tín hiệu). Giản đồ pha như hình vẽ. a. Vẽ tín tín hiệu 8-QAM. b. Tín hiệu 8-QAM có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. d. Tính băng thông 8-QAM. Giải: a.Vẽ tín tín hiệu 8-QAM. Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/24 Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/16 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 64
24. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Ta có 3 Tb = 2 Tc, suy ra 3 chu bit sẽ tồn tại 2 chu kỳ sóng mang tín hiệu số 101100001000010011110111 Amplitude Bit rate : 24 Baud rate : 8 011 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 101 100 001 000 010 011 110 111 010 000 001 Time 101 100 110 111 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 8-QAM 1 second 2 amplitude, 4 phases b. Tín hiệu 8-QAM không phải là tín hiệu điều hoà, vì có nhiều biên độ và nhiều pha. c. Tính tốc độ Baud. Rbaud = (1/3)Rbit = 8 baud/s d. Tính băng thông 8-QAM. Băng thông của tín hiệu QAM bằng băng thông ASK và bằng tốc độ baud BWQAM = BWASK = Rbaud; Suy ra BWQAM = 8Hz. + Tương tự ta cũng có các dạng điều chế 2n-QAM. Với n là số bit chứa trong một đơn vị tín hiệu, 2n : là số loại đơn vị tín hiệu. Quan hệ hình học của QAM có thể thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau như trong hình sau, trong đó minh họa 3 cấu hình thường gặp của 16-QAM. Trường hợp đầu dùng 3 biên độ và 12 pha, giảm thiểu tốt nhiểu do có tỉ số giữa góc pha và biên độ lớn như ITU - đề nghị. Trường hợp thứ hai, bốn biên độ và 8 pha, theo yêu cầu của mô hình OSI, khi quan sát kỹ, ta sẽ thấy là cấu hình theo dạng đồng trục, không xuất hiện yếu tố giao nhau giữa các biên độ và pha. Thực ra, với 3 x 8 ta có đến 32 khả năng. Tuy nhiên khi mới sử dụng phân nửa khả năng này, thì sai biệt góc pha đo lường được đã gia tăng cho phép đọc tín hiệu tốt hơn rồi. Thông thường thì QAM cho thấy ít bị ảnh hưởng của nhiễu hơn so với ASK (do có yếu tố pha) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 65
25. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế + Băng thông của QAM: Băng thông tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM thì giống như của ASK và PSK, đồng thời QAM cũng thừa hưởng ưu điểm của PSK so với ASK. + So sánh tốc độ bit/tốc độ baud: Giả sử tín hiệu FSK được dùng truyền tín hiệu qua đường thoại có thể gởi đến 1200 bit trong một giây, tức có tốc độ bit là 1200 bps. Mỗi tần số thay đổi biểu diễn một bit; như thế thì cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1200 bit. Trong tốc độ baud, cũng là 1200 bps. Mỗi thay đổi của tín hiệu trong hệ thống 8 – QAM, được biểu diễn dùng ba bit, như thế với tốc độ bit là 1200 bps, thì tốc độ baud chỉ là 400. Trong hình 38, cho thấy hệ thống dibit có tốc độ baud chỉ bằng phân nửa tốc độ bit, và trong hệ tribit thì tốc độ baud chỉ còn một phần ba tốc độ bit, và trường hợp quabit thì tốc độ baud chỉ còn một phần tư tốc độ bit. Bảng B.1 nhằm so sánh tốc độ bit và tốc độ baud trong nhiều phương pháp điều chế số - tương tự. Dạng điều chế Số bit trong Bits/Baud Tốc độ Tốc độ một đơn vị tín hiệu Baud Bit ASK, FSK, 2-PSK 1 Bit 1 N N 4-PSK, 4-QAM 2 Bit 2 N 2N 8-PSK, 8-QAM 3 Bit 3 N 3N 16-QAM 4 Bit 4 N 4N 32-QAM 5 Bit 5 N 5N 64-QAM 6 Bit 6 N 6N 128-QAM 7 Bit 7 N 7N 256-QAM 8 Bit 8 N 8N Ví dụ 15: Giản đồ pha trạng thái gồm 8 điểm cách đều nhau trên một vòng tròn. Biết tốc độ bit là 4800 bps, tính tốc độ baud . Giải: • Đây là dạng 8 –PSK (23 =8) • Các pha cách nhau 3600/8 = 450 • Một đơn vị tín hiệu chứa 3 bit. • Như thế tốc độ baud là Rbaud = (1/3)Rbit = 4.800/3 = 1600 baud/s Ví dụ 16: Tính tốc độ bit của tín hiệu 16 – QAM, biết tốc độ baud là 1000. Giải: • Đây là dạng 16 – QAM (24 =16) • Một đơn vị tín hiệu chứa 4 bit. • Như thế tốc độ bit là Rbit= 4 Rbaud = 1.000 x 4 = 4.000 bps. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 66
26. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế Ví dụ 17: Tìm tốc độ baud của tín hiệu 64–QAM biết có tốc độ bit 72.000 bps. Giải: • Đây là dạng 64 – QAM (26 =64) • Một đơn vị tín hiệu chứa 6 bit. • Như thế tốc độ baud là Rbaud = (1/6)Rbit = 72.000/6 = 12.000 baud. 5.4 CHUYỂN ĐỔI ANALOG –ANALOG (Điều chế tương tự) + Khái niệm: Là quá trình thay đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần (Dạng điều hoà) bởi tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự). + Sơ đồ khối: Analog/Analog conversion + Sóng mang cao tần (Dạng điều hoà) có 3 thông số : Biên độ, tần số và pha nên ta có 3 phương pháp điều chế tương tự là: • AM (Amplitude Modulation): Điều biên (Điều chế biên độ) • FM (Frequency Modulation) ): Điều tần (Điều chế tấn số) • PM (Phase Modulation) ): Điều pha (Điều chế pha) 5.4.1 Điều biên (AM): + Khái niệm: Là phương pháp mà biên độ sóng mang được thay đổi theo tín hiệu điều chế (tin tức), tần số và góc pha sóng mang không đổi. + Tín hiệu điều chế (tin tức) trở thành hình bao của sóng mang. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 67
27. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế + Băng thông của tín hiệu AM: BWAM = 2 Fi max= 2 BWi Với Fi max là tần số cực đại của tin tức. Với BWi = BWm là Băng thông của tin tức. Ví dụ: Băng thông của tín hiệu thoại thường là 5 KHz. Như thế các đài phát thanh AM cần băng thông tối đa là 10 KHz. Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz. + Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530 kHz đến 1700 KHz (1,7 MHz). Tuy nhiên các tần số phát này phải được phân cách với ít nhất là 10 KHz (một băng thông AM) nhằm tránh giao thoa. +Ví dụ: Nếu một đài phát dùng tần số 1100 KHz, thì tần số sóng mang kế không được phép bé hơn 1110 KHz. Ví dụ 18: Cho tín hiệu với băng thông 4 KHz, tìm băng thông của tín hiệu AM. Giả sử không tính đến các qui định của FCC. Giải: Tín hiệu AM có băng thông là hai lần băng thông tín hiệu gốc: BW = 2 x 4KHz = 8 KHz 5.4.2 FM (Điều tần): + Khái niệm: Là quá trình mà tần số sóng mang biến thiên theo biên độ tín hiệu tin tức, biên độ và pha của sóng mang không đổi. Amplitude Modulating signal (audio) Time Amplitude Carrier frequency Time Amplitude FM signal Time + Băng thông tín hiệu FM: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 68
28. Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế BWFM = 2 (Fi max+ ∆fm ) = 10. BWi Với : Fi max là tần số cực đại của tin tức. ∆fm là độ di tần cực đại. BWi là Băng thông của tin tức. • Băng thông của tín hiệu audio khi phát theo chế độ stereo thường là 15 KHz. • Mỗi đài phát FM cần một băng thông tối thiểu là 150 KHz. • Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho mỗi đài nhằm dự phòng các dải tần bảo vệ (guard band). Các chương trình phát FM phát trong dải tần từ 88 MHz đến 108 MHz, các đài phải được phân cách ít nhất 200 KHz để tránh trùng lắp sóng. Trong tầm từ 88 MHz đến 108 MHz, có khả năng có 100 kênh FM, trong đó có thể dùng cùng lúc 50 kênh. Ví dụ 19: Cho tín hiệu với băng thông 4 MHz, điều chế FM, tìm băng thông của tín hiệu FM đó, không tính đến qui định của FCC. Giải: Tín hiệu FM cần 10 lần băng thông của tín hiệu gốc: BW = 10 x 4 MHz = 40 MHz 5.4.3 PM (Phase Modulation): Nhằm đơn giản hóa yêu cầu của phần cứng, đôi khi PM được dùng thay thế FM trong một số hệ thống, theo đó góc pha của sóng mang được điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế, trong khi biên độ và tần số của sóng mang được giữ không đổi. Phương pháp phân tích thì tương tự như FM và không được bàn ở đây. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 69