Khái quát về truyền và xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin viễn thông

vµ th­ tÝn ®iÖn tö (e-mail). C¸c yªu cÇu chÊt l­îng: Th«ng l­îng m¹ng vµ sè gi©y kh«ng bÞ lçi. 3- Vi deo øng dông trong truyÒn h×nh, trong kü thuËt truyÒn h×nh ¶nh trong th«ng tin di ®éng. TruyÒn tÝn hiÖu video sè ¸p dông c¸c ph­¬ng ph¸p nÐn tÝn hiÖu mµu ®éng vµ ©m thanh (theo c¸c chuÈn MPEG vµ JPEG) nh»m môc ®Ých gi¶m tèc ®é bit trªn kªnh truyÒn dùa trªn c¬ së lîi dông ®é d­ thõa tÝn hiÖu trong c¸c tÝn hiÖu vi deo. Tiªu chuÈn ch©u ¢u sö dông bé m· ho¸ tèc ®é bit suy gi¶m, tiªu chuÈn hÖ Mü sö dông ®iÒu chÕ m· xung vi sai (DPCM: Differential Pulsse Code Modulation) kÕt hîp víi m· söa lçi. c, M¹ng viÔn th«ng CÊu h×nh mét m¹ng viÔn th«ng sè: H×nh 1.7: CÊu h×nh m¹ng viÔn th«ng HÖ thèng qu¶n trÞ m¹ng M¹ng viÔn th«ng M¹ng ng­êi sö dông HÖ thèng chuyÓn m¹ch HÖ thèng truyÒn dÉn HÖ thèng b¸o hiÖu HÖ thèng ®ång bé m¹ng C¸c bé phËn chÝnh: M¹ng ng­êi sö dông (kh¸ch hµng). HÖ thèng chuyÓn m¹ch. HÖ thèng truyÒn dÉn. HÖ thèng b¸o hiÖu. HÖ thèng qu¶n trÞ m¹ng. HÖ thèng ®ång bé m¹ng. Mét sè ®Æc ®iÓm vµ xu h­íng. C¸c hÖ thèng viÔn th«ng quèc tÕ cã xu h­íng liªn tôc më réng kho¶ng c¸ch liªn l¹c ®Õn hµng ngµn Km b»ng c¸ch sö dông nhiÒu m«i tr­êng truyÒn dÉn kh¸c nhau: C¸p ®ång trôc; c¸p sîi quang (hÖ thèng th«ng tin quang TAT8 xuyªn lôc ®Þa dµi 7500 km), vÖ tinh viÔn th«ng (Intelsat) vµ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp tõ võa ®Õn lín. C¸c hÖ thèng trong m¹ng quèc gia gi÷a c¸c tæng ®µi néi h¹t víi nhau vµ víi tæng ®µi cæng quèc tÕ cã thÓ c«ng t¸c t¹i c¸c tèc ®é truyÒn dÉn tõ thÊp tíi cao. C¸c m¹ng nµy th­êng bao gåm nhiÒu nhiÒu tæ hîp kh¸c nhau cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn c¸p (c¸p xo¾n ®«i, c¸p ®ång trôc, c¸p quang) vµ c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn v« tuyÕn. M¹ng néi h¹t: Gåm c¸c kÕt nèi ë cù ly ng¾n h¬n 10 km, viÖc truyÒn dÉn trong m¹ng néi h¹t ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸c ®«i d©y kim lo¹i vµ xuyªn nhiÔu gi÷a chóng lµm gi¶m tèc ®é còng nh­ chÊt l­îng truyÒn dÉn mét khi c¸c ®«i d©y ®ã ®­îc t¸i sö dông ®Ó truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. d, M«i tr­êng truyÒn dÉn tÝn hiÖu C¸c lo¹i m«i tr­êng truyÒn dÉn sè sÏ chiÕm ­u thÕ trong c¸c m¹ng truyÒn dÉn t­¬ng lai lµ: C¸p sîi quang ®¬n mode: ChÊt l­îng tèt, gi¸ thµnh ngµy cµng gi¶m, dung l­îng ngµy cµng t¨ng, ®Æc tÝnh truyÒn dÉn Ýt biÕn ®æi trong mét thêi gian kh¸ lín, chÊt l­îng ®ång ®Òu. V« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè mÆt ®Êt: Quan träng trong m¹ng quèc gia, tuy nhiªn møc dù tr÷ pha ®inh lín dÉn ®Õn suy gi¶m chÊt l­îng. V« tuyÕn vÖ tinh: ChÊt l­îng truyÒn dÉn cã xu h­íng ®­îc ®Æc tr­ng bëi tû lÖ lçi nÒn thÊp xuÊt hiÖn trong phÇn lín thêi gian truyÒn dÉn vµ cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc th«ng qua tû sè sãng mang trªn t¹p ©m cña tuyÕn vÖ tinh. Sù suy biÕn cña tû sè nµy lµ do sù suy hao tÝn hiÖu lín qu¸ møc (pha ®inh do m­a) vµ trong c¸c ®iÒu kiÖn truyÒn sãng bÊt th­êng, khi møc nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp hay c¸c hÖ thèng vÖ tinh kh¸c t¨ng lªn. Ch­¬ng 2 C¸c thuËt to¸n vµ kü thuËt c¬ b¶n trong C¸c hÖ thèng th«ng tin sè 2.1. M· ho¸ 2.1.1. Më ®Çu a, Kh¸i niÖm m· ho¸ nguån Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin, nguån tin lµ c¸c tÝn hiÖu liªn tôc nh­ tiÕng nãi, ©m thanh hay h×nh ¶nh…Th«ng tin d­íi d¹ng sè th× dÔ dµng h¬n cho viÖc xö lý, truyÒn vµ l­u tr÷, v× vËy yªu cÇu ®Æt ra lµ cÇn sè ho¸ vµ biÕn ®æi tÝn hiÖu thµnh c¸c d·y bit yªu cÇu. Kh¸i niÖm: M· ho¸ nguån lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu liªn tôc thµnh chuçi tÝn hiÖu sè (chuçi bit) hiÖu qu¶ vÒ mÆt tèc ®é bit, môc ®Ých cña m· ho¸ nguån lµ gãp phÇn c¶i thiÖn chÊt l­îng liªn l¹c vµ n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn. D¹ng tiªu biÓu cña m· ho¸ nguån lµ c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi (biÕn ®æi tÝn hiÖu tho¹i t­¬ng tù thµnh c¸c tÝn hiÖu sè). b, Ph©n lo¹i c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi C¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi bao gåm hai lo¹i sau: - M· ho¸ d¹ng sãng (Waveform Coder). Néi dung cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ tÝn hiÖu d¹ng sãng tiÕng nãi liªn tôc ®­îc rêi r¹c ho¸ nhê lÊy mÉu vµ sau ®ã ®­îc sè ho¸ nhê m· nhÞ ph©n theo c¸c møc tÝn hiÖu. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nµy lµ ®Þnh lý lÊy mÉu, tiªu biÓu lµ bé ®iÒu chÕ xung m· PCM (Pulse Code Modulation). - M· ho¸ d¹ng nguån ph¸t thanh (Vocoder). C¬ së cña ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nµy lµ viÖc ph©n tÝch c¬ quan ph¸t ©m cña con ng­êi vµ qu¸ tr×nh t¹o ra ©m thanh tiÕng nãi. Qu¸ tr×nh t¹o ra ©m thanh tiÕng nãi cña bé m¸y ph¸t ©m cã thÓ m« h×nh ho¸ b»ng hai yÕu tè chñ yÕu: 1- C¸c dao ®éng chuÈn chu kú cña thanh huyÒn t¹o nªn c¸c rung ®éng kh¸c nhau cña luång khÝ ®­îc m« h×nh ho¸ bëi mét xung hoÆc mét chuçi xung (c¸c ©m h÷u thanh) hay mét t¹p ©m (®èi víi v« thanh), gäi chung lµ mét kÝch thÝch. 2- Hép céng h­ëng biÕn ®æi, h×nh thµnh tõ khoang miÖng, mòi vµ sù biÕn ®æi cña m«i, l­ìi ®­îc m« h×nh ho¸ bëi mét m¹ch läc cã tham sè biÕn ®æi. §Æc tr­ng m· ho¸ nguån ph¸t thanh: M· ho¸ nguån ph¸t thanh lµ m· ho¸ c¸c th«ng sè kÝch thÝch vµ läc cña m« h×nh tiÕng nãi ®· dÉn ra ë trªn thµnh c¸c tÝn hiÖu sè. Thay v× truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c gi¸ trÞ mÉu d¹ng sãng tiÕng nãi nh­ trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng, trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nguån ph¸t thanh truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c th«ng sè cña m« h×nh t¹o tiÕng nãi. Mét trong c¸c bé m· ho¸ c¬ b¶n vµ tiªu biÓu cho ph­¬ng ph¸p nµy lµ bé m· ho¸ dù b¸o tuyÕn tÝnh LPC (Linear Predictive Coder). - M· ho¸ lai (Hybrid Coder) lµ sù kÕt hîp cña hai ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng vµ m· ho¸ nguån ph¸t thanh. Trong ®ã, m« h×nh läc tæng hîp tiÕng nãi th× t­¬ng tù nh­ ®èi víi c¸c bé m· ho¸ nguån ph¸t thanh cßn tÝn hiÖu kÝch thÝch l¹i ®­îc m· ho¸ mét c¸ch hiÖu qu¶ b»ng kü thuËt m· d¹ng sãng. 2.1.2. §iÒu chÕ m· xung PCM (Pulse Code Modulation) Kh¸i niÖm: Lµ qu¸ tr×nh m· ho¸ tÝn hiÖu liªn tôc t¹o thµnh c¸c xung mang th«ng tin th«ng qua qu¸ tr×nh ®iÒu biÕn biªn ®é. §©y lµ d¹ng tiªu biÓu trong m· ho¸ d¹ng sãng, sö dông phæ biÕn trong c¶ tÝn hiÖu tho¹i, nhãm kªnh tho¹i ghÐp kªnh theo tÇn sè, tÝn hiÖu video… S¬ ®å ®iÒu chÕ: Läc LÊy mÉu L­îng tö M· ho¸ TÝn hiÖu liªn tôc TÝn hiÖu cã b¨ng h¹n chÕ C¸c xung PAM C¸c xung PAM l­îng tö ho¸ TÝn hiÖu PCM H×nh 2.1: §iÒu chÕ m· xung PCM §iÒu chÕ xung m· PCM thùc hiÖn theo bèn b­íc nh­ sau: a, Läc Läc nh»m h¹n chÕ phæ tÇn cña tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn. BiÕn ®æi Fourier cña tÝn hiÖu liªn tôc thùc tÕ lµ v« h¹n theo biÕn tÇn sè do thêi gian tån t¹i cña chóng lµ h÷u h¹n. ChÝnh v× vËy, c¸c tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn cÇn ph¶i h¹n chÕ vÒ phæ ®Ó ®¸p øng ®iÒu kiÖn b¨ng tÇn h¹n chÕ cña ®Þnh lý lÊu mÉu. Dïng bé läc h¹n b¨ng th«ng thÊp läc lÊy phæ cña tÝn hiÖu tho¹i trong kho¶ng 0,3-3,4 KHz. b, LÊy mÉu LÊy mÉu nhê chuçi xung nhÞp cã tÇn sè fS ®Ó cã ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu biªn xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation). TÇn sè lÊy mÉu fS = 8 KHz. Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh lÊy mÉu lµ nh©n tÝn hiÖu víi d·y xung lÊy mÉu cã tÇn sè b»ng tÇn sè lÊy mÉu vµ cã biªn ®é thÝch hîp. S¬ ®å khèi c¬ b¶n: Bé nh©n TÝn hiÖu t­¬ng tù D·y xung lÊy mÉu TÝn hiÖu lÊy mÉu H×nh 2.2: Qu¸ tr×nh lÊy mÉu BiÓu diÔn tÝn hiÖu: T. hiÖu audio t Biªn ®é Xung lÊy mÉu t Biªn ®é §iÒu chÕ biªn ®é TÝn hiÖu lÊy mÉu (PAM) Biªn ®é t H×nh 2.3: LÊy mÉu vµ ®iÒu chÕ biªn ®é trong miÒn thêi gian. c, L­îng tö ho¸ Kh¸i niÖm: L­îng tö ho¸ lµ qu¸ tr×nh lµm trßn c¸c gi¸ trÞ tÝn hiÖu rêi r¹c vÒ mét sè gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh gäi lµ møc l­îng tö. Sau khi lÊy mÉu, sè gi¸ trÞ cña tÝn hiÖu vÉn lµ v« h¹n. §Ó h¹n chÕ sè bit cÇn sö dông sau khi rêi r¹c ho¸, gi¸ trÞ xung PAM cÇn ®­îc lµm trßn thµnh mét trong c¸c gi¸ trÞ mÉu x¸c ®Þnh gäi lµ c¸c møc l­îng tö. §¬n gi¶n nhÊt lµ ta chia gi¶i ®éng tÝn hiÖu (gi¶i ®éng lµ gi¶i gi¸ trÞ cã thÓ cã cña tÝn hiÖu) thµnh Q møc c¸ch ®Òu nhau gäi lµ l­îng tö ho¸ ®Òu. S¬ ®å biÓu diÔn qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸ cã d¹ng nh­ sau: Biªn ®é Møc l­îng tö Q Q Q Q Q Q n+5 n+4 n+3 n+2 n+1 n Thêi gian T T T T T T T T T Q Lçi l­îng tö C¸c mÉu H×nh 2.4: Qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸. d, M· ho¸ - M· ho¸: C¸c gi¸ trÞ møc l­îng tö øng víi xung PAM ®­îc m· ho¸ b»ng c¸c tæ hîp m· nhÞ ph©n ®Ó truyÒn ®i trong hÖ thèng th«ng tin sè. §ã lµ c¸c d·y bit 0 vµ 1 ®­îc s¾p xÕp theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh. VÝ dô: Gi¸ trÞ U = 5 V cña tÝn hiÖu ®­îc m· b»ng tæ hîp m· 0101. e, Kh«i phôc tÝn hiÖu Qu¸ tr×nh kh«i phôc tÝn hiÖu ë phÇn thu ®­îc thùc hiÖn nh­ sau: Gi¶i m· ®Ó ®­îc chuçi xung PAM l­îng tö ho¸ råi cho qua läc th«ng thÊp cã tÇn sè fc c¾t b»ng mét nöa tÇn sè lÊy mÉu flm. TÝn hiÖu kh«i phôc ë phÇn thu chØ lµ mét phiªn b¶n gÇn ®óng cña tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn ®i ë phÇn ph¸t, nguyªn nh©n sai sè gi÷a tÝn hiÖu liªn tôc t¸i t¹o vµ tÝn hiÖu gèc lµ do: ViÖc lÊy mÉu kh«ng thÓ tiÕn hµnh trong thêi gian dµi v« h¹n. Sai sè l­îng tö ho¸. §Æc tÝnh läc kh«ng lý t­ëng. TÝn hiÖu t¸i t¹o cã phæ h¹n chÕ cßn tÝn hiÖu gèc cã phæ v« h¹n. 2.1.3. §iÒu chÕ m· xung vi sai (DPCM- Differentical Pulse Code Modulation) a, Kh¸i niÖm Kh¸i niÖm: DPCM lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ sai lÖch gi÷a c¸c mÉu tiÕng nãi liªn tiÕp thay v× m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ mÉu tiÕng nãi. Do c¸c mÉu tiÕng nãi cã sù t­¬ng quan víi nhau nªn sai lÖch tiÕng nãi gi÷a 2 mÉu kÒ nhau th­êng kh¸ nhá so víi gi¸ trÞ cña tõng mÉu. Thay v× m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ mÉu tiÕng nãi nh­ cña PCM, ta chØ cÇn m· ho¸ sai lÖch gi÷a c¸c mÉu tiÕng nãi liªn tiÕp vµ chØ cÇn mét sè bit Ýt h¬n ®Ó m·. §©y chÝnh lµ nguyªn t¾c cña ®iÒu chÕ m· xung vi sai DPCM (Differential Pulse Code Modulaion). b, S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n cña bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai nh­ sau: M· ho¸ PCM Gi¶i m· PCM TH vµo TH nhÞp Gi¶i m· PCM TH kh«i phôc TH nhÞp kh«i phôc H×nh 2.5: S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai DPCM Ngoµi ra, ta cßn cã mét sè ph­¬ng ph¸p m· ho¸ lµ: a. §iÒu chÕ m· xung vi sai víi bé dù ®o¸n b. §iÒu chÕ m· xung vi sai tù thÝch nghi ADPCM (Adative DPCM) 2.1.4. M· ho¸ dù ®o¸n ph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi (bé m· ho¸ nguån) Kh¸i niÖm: M· ho¸ nguån ph¸t thanh lµ m· ho¸ c¸c th«ng sè kÝch thÝch vµ läc cña m« h×nh tiÕng nãi thµnh c¸c tÝn hiÖu sè. Thay v× truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c gi¸ trÞ mÉu d¹ng sãng tiÕng nãi nh­ trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng, trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nguån ph¸t thanh truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c th«ng sè cña m« h×nh t¹o tiÕng nãi. a, Bé m· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh LPC (Linear Pulse Code) §©y lµ d¹ng ban ®Çu cña kiÓu m· ho¸ nguån ph¸t thanh, ®­îc øng dông trong qu©n sù, chÊt l­îng thÊp. ViÖc ®­a ra m« h×nh kÝch thÝch ®a xung (ban ®Çu lµ m« h×nh kÝch thÝch 1 xung) lµ ®iÓm khëi ®Çu cña mét thÕ hÖ míi c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi míi, ®­îc gäi lµ m· ho¸ tiÕng nãi dù ®o¸n ph©n tÝch nhê tæng hîp, chÊt l­îng tiÕng nãi tæng hîp cao. M« h×nh tæng qu¸t bé m· ho¸ LPC ph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi: Bé t¹o kÝch thÝch Bé läc tæng hîp Läc träng sè sai sè Tèi thiÓu ho¸ sai sè TiÕng nãi gèc lèi vµo H×nh 2.6: Bé m· ho¸ LPCph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi Bé t¹o kÝch thÝch Bé läc tæng hîp TiÕng nãi tæng hîp H×nh 2.7: Bé gi¶i m· LPCph©n tÝch b»ng tæng hîp 2.2. GhÐp kªnh a, Kh¸i niÖm GhÐp kªnh lµ viÖc chia sÎ ®­êng truyÒn thµnh nhiÒu kªnh liªn l¹c cho nhiÒu nguån tin cïng sö dông. b, Ph©n lo¹i Cã hai ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh c¬ b¶n lµ: - GhÐp kªnh theo tÇn sè (FDM: Frequency Division Multiplexing) trong ®ã b¨ng tÇn truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®­îc chia thµnh nhiÒu b¨ng con h×nh thµnh nhiÒu kªnh liªn l¹c ph©n biÖt víi nhau vÒ tÇn sè. - GhÐp kªnh theo thêi gian (TDM: Time Division Multiplexing) trong ®ã thêi gian sö dông ®­êng truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®­îc chia thµnh c¸c phÇn kh¸c nhau gäi lµ c¸c khe thêi gian vµ viÖc truyÒn ®­a tin tøc tõ c¸c nguån tin kh¸c nhau ®­îc thùc hiÖn trong c¸c khe thêi gian riªng biÖt. Trong c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn analog, ghÐp kªnh ®­îc thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo tÇn sè v× c¸c tÝn hiÖu t­¬ng tù lÊp ®Çy c¸c d¶i liªn tôc theo thêi gian. H×nh 2.8: GhÐp kªnh theo tÇn sè ®èi víi tÝn hiÖu t­¬ng tù t t f Hzf TÝn hiÖu sè cã mét ®Æc ®iÓm c¬ b¶n lµ c¸c phÇn tö tÝn hiÖu (xung tÝn hiÖu) cã thêi gian tån t¹i h÷u h¹n. §é réng xung tÝn hiÖu lµ kh¸ nhá so víi ®é dµi khung cña tÝn hiÖu (kho¶ng thêi gian kh«ng cã xung trong mét chu kú). Ta cã thÓ chia khung tÝn hiÖu thµnh mét sè khe thêi gian vµ ghÐp mét sè xung tÝn hiÖu tõ mét sè nguån tin sè vµo cïng mét khung tÝn hiÖu. TÝn hiÖu tõ mçi mét nguån tin ®­îc truyÒn ®i trªn mét khe thêi gian riªng, víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè, viÖc ghÐp kªnh theo thêi gian lµ rÊt phæ biÕn. H×nh 2.9: GhÐp kªnh theo thêi gian ®èi víi tÝn hiÖu sè 0 t t10 t20 t30 t11 t21 t31 2.3. Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc a, Kh¸i niÖm Kh¸i niÖm: Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc lµ mét lo¹t c¸c kü thuËt nh»m thu ®­îc quan hÖ tèi ­u gi÷a nguån sè vµ bé ®iÒu chÕ sè, gi÷a bé gi¶i ®iÒu chÕ sè vµ bé nhËn tin. C¸c thuËt to¸n ®­îc thùc hiÖn ®ång thêi ë c¶ phÇn ph¸t vµ phÇn thu. C¸c thuËt to¸n ë phÇn ph¸t vµ phÇn thu vÒ c¬ b¶n tr¸i ng­îc víi nhau nh»m kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu ban ®Çu. Tuy nhiªn ë phÇn thu cßn cã c¸c thuËt to¸n t¸i t¹o l¹i tÝn hiÖu sè tõ c¸c tÝn hiÖu bÞ mÐo vµ kh«i phôc l¹i c¸c tÝn hiÖu ®ång hå. b, S¬ ®å khèi S¬ ®å khèi xö lý c¬ b¶n cã d¹ng nh­ h×nh vÏ. Kh«i phôc ®ång hå Nguån tin Giao tiÕp X¸o trén BiÕn ®æi S/P M· ho¸ §iÒu chÕ sè NhËn tin Giao tiÕp Gi¶i x¸o trén BiÕn ®æi P/S Gi¶i m· T¸i sinh tÝn hiÖu Gi¶i ®iÒu chÕ sè T¹o th«ng tin phô T¹o tÝn hiÖu ®ång hå T¹o th«ng tin phô H×nh 2.10: S¬ ®å bé xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc c, Chøc n¨ng c¸c bé phËn: - Giao tiÕp: Lµ khèi ghÐp nèi kü thuËt bè trÝ tuú thuéc vµo ®Æc tÝnh kü thuËt cña nguån tin vµ bé nhËn tin sè. - M¹ch x¸o trén: N©ng cao tÝnh ngÉu nhiªn cña chuçi bit ph¸t nh»m b¶o mËt tin tøc vµ gi¶m x¸c suÊt lçi bit. - BiÕn ®æi S/P: BiÕn ®æi chuçi bit nèi tiÕp lèi vµo thµnh chuçi tÝn hiÖu 2 bit (dibit), 3 bit (tribit),… song song víi nhau nh»m n©ng cao tèc ®é truyÒn tin. - M¹ch m· ho¸: Lµm gi¶m lçi béi g©y ra do m· ho¸/®iÒu chÕ nhiÒu møc (ch¼ng h¹n m· Gray). M· vi sai: Lo¹i bá hiÖn t­îng lÉn pha cè h÷u trong ®iÒu chÕ. M· mËt: T¸c dông b¶o mËt tin tøc. - §iÒu chÕ sè: T¹o tÝn hiÖu d¹ng sãng thÝch hîp cho viÖc Th­êng sö dông ®iÒu chÕ nhiÒu møc. - T¹o tÝn hiÖu ®ång hå: T¹o c¸c tÝn hiÖu ®ång hå ®iÒu khiÓn viÖc ®Þnh thêi c¸c m¹ch xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc. - M· ho¸ chèng nhiÔu: Cã t¸c dông ®¶m b¶o chÊt l­îng tin tøc (chèng t¹p nhiÔu, mÐo, tæn hao ®­êng truyÒn…). 2.4. TruyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c kªnh thùc 2.4.1. TruyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c kªnh cã b¨ng tÇn h¹n chÕ a, Xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Interference) Kh¸i niÖm: ISI lµ hiÖn t­îng tÝn hiÖu kh«i phôc tr¶i ra v« h¹n vÒ thêi gian dÉn ®Õn c¸c symbol kÒ nhau cã thÓ chång lÊn lªn nhau vµ dÉn ®Õn mÐo tÝn hiÖu vµ cã thÓ quyÕt ®Þnh sai tÝn hiÖu khi kh«i phôc. Ta xÐt viÖc truyÒn c¸c tÝn hiÖu sè (symbol) trªn c¸c kªnh cã b¨ng tÇn h÷u h¹n. Mçi symbol ®­îc h×nh thµnh tõ k bit cã thêi gian tån t¹i b»ng k lÇn thêi gian tån t¹i cña 1 bit, do vËy c¸c d¹ng sãng ®iÒu chÕ t­¬ng øng còng cã ®é dµi h÷u h¹n b»ng k bit: TS = k.Tb, trong ®ã TS vµ Tb lµ ®é dµi cña mét symbol vµ 1 bit. Do c¸c d¹ng sãng cã ®é dµi h÷u h¹n nªn phæ cña chóng (nhËn ®­îc qua biÕn ®æi Fourier) cã ®é réng v« h¹n trªn miÒn tÇn sè. Trªn thùc tÕ, b¨ng tÇn truyÒn tÝn hiÖu cã ®é réng h÷u h¹n, tÝn hiÖu cÇn truyÒn cã phæ réng v« h¹n. Yªu cÇu cÇn truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã phæ v« h¹n trªn c¸c kªnh truyÒn cã b¨ng tÇn h÷u h¹n ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn. Gi¶i ph¸p thùc hiÖn yªu cÇu trªn lµ sö dông c¸c m¹ch läc h¹n tÇn. f 0 f1 f 0 f1 f 0 f1 f2 H×nh 2.11a: Bé läc d¶i thÊp b, Bé läc d¶i cao c, Bé läc d¶i chÆn §Çu ra, phæ tÝn hiÖu kh«i phôc sÏ bÞ h¹n chÕ theo ®Æc tÝnh cña bé läc, do vËy tÝn hiÖu sÏ tr¶i ra v« h¹n vÒ thêi gian dÉn ®Õn c¸c symbol kÒ nhau cã thÓ chång lÊn lªn nhau vµ dÉn ®Õn mÐo tÝn hiÖu vµ cã thÓ quyÕt ®Þnh sai tÝn hiÖu, ®ã lµ hiÖn t­îng xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Interference). TÝn hiÖu ph¸t t t H×nh 2.12: HiÖn t­îng xuyªn nhiÔu g÷a c¸c dÊu ISI TÝn hiÖu thu PhÇn trïm lÊn b, H¹n chÕ ISI: Sö dông c¸c m¹ch läc cã ®Æc tr­ng ®Æc biÖt mµ ®Çu ra cña chóng sÏ cho ra tÝn hiÖu kh«ng cã ISI. Gi¶i ph¸p: Do tÝn hiÖu thay ®æi lµ ngÉu nhiªn nªn m¸y thu cÇn thiÕt kÕ ®Ó chèng l¹i c¸c t¸c ®éng cña t¹p ©m vµ ISI ph¶i cã tÝnh tù thÝch nghi, tøc lµ cã c¸c tham sè tù ®éng ®iÒu chØnh tèi ­u ®Ó b¸m theo c¸c thay ®æi cña kªnh truyÒn. Mét trong c¸c gi¶i ph¸p h¹n chÕ ISI lµ sö dông c¸c m¹ch san b»ng. Víi hÖ thèng ch­a cã san b»ng, hµm truyÒn tæng céng lµ: (2.1) C(ω): HÖ thèng kh«ng cã ISI. H(ω,t): Nh÷ng t¸c ®éng kh«ng mong muèn. B¶n chÊt bé san b»ng: B¶n chÊt lµ mét m¹ch ®iÖn m¾c vµo lèi ra cña m¹ch läc thu nh»m bï c¸c sai lÖch cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi hµm truyÒn cho phÐp truyÒn kh«ng cã ISI. M¹ch san b»ng cã t¸c dông “lµ ph¼ng” ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè cña H(ω) còng nh­ duy tr× tÝnh tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh pha- tÇn sè. M¹ch san b»ng E(ω) ph¶i cã d¹ng . Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn sè cã tèc ®é lín, do c¸c kªnh v« tuyÕn cã ®Æc tÝnh biÕn ®æi râ rÖt theo thêi gian nªn H(ω) cã thÓ cã c¸c d¹ng kh¸c nhau theo thêi gian. Do vËy, c¸c m¹ch san b»ng cßn cÇn ph¶i ho¹t ®éng theo mét thuËt to¸n cã ®Æc tÝnh thÝch nghi, b¸m theo c¸c thay ®æi cña H(ω). M¸y thu cã c¸c bé c©n b»ng cã ®Æc tÝnh thÝch nghi gäi lµ m¸y thu thÝch nghi. 2.4.2. C¸c ¶nh h­ëng cña kªnh liªn tôc. C¸c yÕu tè c¬ b¶n t¸c ®éng tíi qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c lo¹i kªnh truyÒn dÉn bao gåm: - MÐo tÝn hiÖu. - Can nhiÔu. - TruyÒn sãng ®a ®­êng. - HiÖu øng Doppler. - Sù biÕn ®æi c¸c tham sè theo thêi gian cña kªnh truyÒn… a, MÐo tÝn hiÖu - Nguån gèc: Ph¸t sinh do sai lÖch gi÷a ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè hoÆc ®Æc tÝnh pha- tÇn sè cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi ®Æc tÝnh thiÕt kÕ nh»m triÖt tiªu ISI trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. HËu qu¶ ®Çu ra cã hiÖn t­îng ISI (xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu) dÉn ®Õn BER- Bit Error Rate (tû lÖ lçi bit) sÏ t¨ng. MÐo biªn ®é: C«ng suÊt tÝn hiÖu ra quan hÖ kh«ng tuyÕn tÝnh víi biªn ®é tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é- biªn ®é hay mÐo biªn ®é. MÐo pha: L­îng dÞch pha cña tÝn hiÖu ra phô thuéc vµo biªn ®é cña tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é – pha. 1- MÐo tuyÕn tÝnh MÐo tuyÕn tÝnh ®­îc ®¸nh gi¸ th«ng qua sai lÖch gi÷a ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè hoÆc ®Æc tÝnh pha- tÇn cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi ®Æc tÝnh ®­îc thiÕt kÕ nh»m triÖt tiªu ISI trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. MÐo tuyÕn tÝnh cã ®Æc tÝnh kh«ng phô thuéc vµo biªn ®é tÝn hiÖu ®­îc truyÒn. Nguyªn nh©n: - ChÕ t¹o c¸c m¹ch läc kh«ng hoµn h¶o. - §Æc tÝnh tÇn sè cña m«i tr­êng truyÒn kh«ng b»ng ph¼ng trªn suèt ®é réng b¨ng tÝn hiÖu do c¸c hiÖn t­îng: Pha ®inh ®a ®­êng. Tiªu hao phô thuéc vµo tÇn sè cña khÝ quyÓn do sù hÊp thô cña kh«ng khÝ vµ h¬i n­íc ®èi víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn. Tiªu hao phô thuéc vµo tÇn sè cña ®­êng d©y. C¸c biÖn ph¸p kh¾c phôc mÐo tuyÕn tÝnh - T¨ng c«ng suÊt ph¸t hay ®¶m b¶o ®é dù tr÷ pha ®inh ®ñ lín: Mét trong c¸c nguyªn nh©n g©y mÐo tuyÕn tÝnh lµ pha ®inh ®a ®­êng, trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn sè dung l­îng thÊp vµ trung b×nh, ta coi nã lµ pha ®inh ph¼ng vµ kh¾c phôc b»ng c¸ch t¨ng c«ng suÊt ph¸t hay ®¶m b¶o ®é dù tr÷ pha ®inh ®ñ lín. Víi c¸c pha ®inh ®a tia chän läc theo tÇn sè trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, ngoµi sö dông c¸c bé san b»ng thÝch nghi theo thêi gian ATDE (Adaptive Time Domain Equalizer) cßn cã thÓ ¸p dông c¸c biÖn ph¸p bæ trî kh¸c nh­: + Lùa chän sö dông c¸c tÝn hiÖu kh«ng bÞ mÐo nhê ph©n tËp víi ®¶o m¹ch hoÆc bé tæ hîp tÝn hiÖu. - Ph©n tËp theo kh«ng gian: Sö dông 2 anten ®Æt xa nhau, khi ®ã pha ®inh ®a tia t¸c ®éng lªn c¸c anten lµ ®éc lËp. §©y lµ biÖn ph¸p kh¸ hiÖu qu¶ song cã c¸c nh­îc ®iÓm lµ: CÇn sö dông hai ¨ng ten, hai m¹ch thu siªu cao tÇn vµ ph¶i xö lý trung tÇn cho viÖc tæ hîp tÝn hiÖu. - Ph©n tËp theo tÇn sè: TuyÕn v« tuyÕn cã mét kªnh dù phßng, cã t¸c dông gi¶m mÐo lín vµ hai tÇn sè ph©n tËp cµng gÇn nhau th× hiÖu qu¶ ph©n tËp cµng cao. - Ph©n tËp gãc: Trªn cïng mét anten bè trÝ nhiÒu ®Çu thu ®Ó thu nhiÒu tÝn hiÖu sãng truyÒn tíi ¨ng ten theo c¸c gãc kh¸c nhau. + Sö dông c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn nhiÒu sãng mang Víi hÖ thèng cã phæ qu¸ réng dÉn ®Õn khã ®¶m b¶o ®é b»ng ph¼ng cña ®Æc tÝnh ®­êng truyÒn, ta ¸p dông biÖn ph¸p truyÒn dÉn nhiÒu sãng mang. Luång bit cÇn truyÒn ®­îc biÕn ®æi thµnh nhiÒu luång con song song vµ mçi luång con ®­îc ®iÒu chÕ b»ng mét sãng mang riªng biÖt. Nhê vËy, b¨ng tÇn tÝn hiÖu ®­îc t¸ch thµnh nhiÒu b¨ng con vµ ®Æc tÝnh tÇn sè b»ng ph¼ng h¬n. Nh­îc ®iÓm: H¹n chÕ vÒ tÝnh kinh tÕ do ph¶i cã c¸c hÖ thèng con øng víi c¸c luång con, h¬n n÷a phæ chiÕm cña tÝn hiÖu trong tr­êng hîp nµy lín. + Sö dông m· chèng nhiÔu nh»m gi¶m x¸c suÊt lçi g©y ra bëi mÐo tÝn hiÖu M· chèng nhiÔu lµ viÖc biÕn ®æi tËp c¸c tõ m· cÇn truyÒn thµnh mét tËp c¸c tõ m· chèng nhiÔu víi c¸c phÇn tö d­ dïng ®Ó ph¸t hiÖn vµ söa c¸c bit lçi. BiÖn ph¸p nµy dÉn ®Õn t¨ng tèc ®é bit truyÒn vµ më réng phæ chiÕm cña tÝn hiÖu. BiÖn ph¸p nµy Ýt sö dông do khã kh¨n vÒ mÆt c«ng nghÖ. 2- MÐo phi tuyÕn Nguån gèc: MÐo phi tuyÕn x¶y ra trªn kªnh truyÒn do tÝnh phi tuyÕn cña c¸c phÇn tö hÖ thèng nh­ nh­ c¸c bé khuÕch ®¹i, trén tÇn…®Æc biÖt lµ c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt m¸y ph¸t cã c«ng suÊt lín g©y ra nh÷ng mÐo phi tuyÕn ®¸ng kÓ. T¸c h¹i: - Thay ®æi tû lÖ lçi bit BER (Bit Error Rate). - Thay ®æi (më réng) phæ tÝn hiÖu. Thay ®æi nµy do mÐo phi tuyÕn dÉn ®Õn sù thay ®æi can nhiÔu gi÷a c¸c kªnh v« tuyÕn l©n cËn trong 1 tuyÕn truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. T¸c ®éng cña mÐo phi tuyÕn trong c¸c hÖ thèng víi tÝn hiÖu cã ®­êng bao kh«ng ®æi (FSK hay PSK) trong thùc tÕ lµ kh«ng qu¸ lín. Trong c¸c hÖ thèng víi tÝn hiÖu cã ®­êng bao thay ®æi (M- QAM), tû lÖ lçi bit BER t¨ng ®¸ng kÓ d­íi t¸c ®éng cña mÐo phi tuyÕn trªn kªnh. MÐo phi tuyÕn g©y ra bëi bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt biÓu hiÖn qua: - C«ng suÊt tÝn hiÖu ra quan hÖ kh«ng tuyÕn tÝnh víi biªn ®é tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é- biªn ®é hay mÐo biªn ®é. - L­îng dÞch pha cña tÝn hiÖu ra phô thuéc vµo biªn ®é cña tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é – pha, gäi t¾t lµ mÐo pha. C¸c biÖn ph¸p kh¾c phôc mÐo phi tuyÕn Nguån gèc mÐo phi tuyÕn: G©y ra trong c¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña m¸y ph¸t, ®Æc ®iÓm cña mÐo phi tuyÕn lµ møc ®é mÐo tÝn hiÖu kh¸c nhau víi c¸c tÝn hiÖu cã c«ng suÊt (biªn ®é) kh¸c nhau. BiÖn ph¸p kh¾c phôc: - Lïi c«ng suÊt: Chän ®iÓm lµm viÖc ë møc tÝn hiÖu t­¬ng ®èi thÊp, chÊp nhËn lïi c«ng suÊt ®ñ lín tÝnh tõ c«ng suÊt b·o hoµ cña bé khuÕch ®¹i. Ta ph¶i dïng c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt cång kÒnh, ®¾t tiÒn. Tuy nhiªn, ta còng kh«ng thÓ t¨ng ®é lïi c«ng suÊt BO qu¸ lín v× sÏ dÉn ®Õn viÖc gi¶m c«ng suÊt ph¸t, tû sè tÝn/t¹p gi¶m sÏ lµm t¨ng x¸c suÊt lçi. - §iÒu chÕ sãng mang víi ®­êng bao kh«ng ®æi (Ýt nh¹y c¶m víi mÐo phi tuyÕn) (dïng trong th«ng tin vÖ tinh). - Sö dông c¸c bé mÐo tr­íc: Gi¶m mÐo phi tuyÕn cña c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt. 2.4.3. Pha ®inh a, Pha ®inh trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn Kh¸i niÖm: Pha ®inh lµ hiÖn t­îng th¨ng gi¸ng c¸c tÝn hiÖu thu ®ét ngét do t¸c ®éng cña m«i tr­êng truyÒn dÉn. Nguyªn nh©n: Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn, sãng v« tuyÕn ®­îc truyÒn dÉn trong c¸c m«i tr­êng khÝ quyÓn gÇn bÒ mÆt tr¸i ®Êt chÞu t¸c ®éng cña nhiÒu yÕu tè g©y nªn hiÖn t­îng pha ®inh: - Sù th¨ng gi¸ng cña tÇng ®iÖn ly ®èi víi c¸c hÖ thèng sãng ng¾n. - Sù hÊp thô g©y ra bëi c¸c phÇn tö khÝ, h¬i n­íc, m­a…phô thuéc vµo tÇn sè c«ng t¸c. - Sù thay ®æi khóc x¹ kh«ng khÝ do tÝnh kh«ng ®ång ®Òu cña mËt ®é kh«ng khÝ lµm cong tia sãng cã thÓ dÉn ®Õn hiÖn t­îng truyÒn sãng ®a tia nguy hiÓm ®èi víi c¸c tr¹m v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè mÆt ®Êt. - Do sù ph¶n x¹ sãng tõ bÒ mÆt tr¸i ®Êt dÉn ®Õn ®a tia. - Sù ph¶n x¹, t¸n x¹ vµ nhiÔu x¹ tõ c¸c ch­íng ng¹i vËt trªn ®­êng truyÒn lan sãng ®iÖn tõ g©y nªn hiÖn t­îng tr¶i trÔ vµ vµ giao thoa sãng t¹i ®iÓm thu. HÖ sè suy hao ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh truyÒn sãng. (2.2) a(t,f): HÖ sè suy hao sãng v« tuyÕn trong khÝ quyÓn. A(t,f): HÖ sè suy hao pha ®inh ®Æc tr­ng cho sù phô thuéc cña suy hao n¨ng l­îng sãng ®iÖn tõ vµo c¸c hiÖn t­îng khÝ quyÓn. afs : HÖ sè suy hao trong kh«ng gian tù do. HÖ sè suy hao pha ®inh A(t,f) lµ hµm cña biÕn thêi gian t vµ tÇn sè f. NÕu A(t,f) lµ h»ng sè trªn toµn bé trôc tÇn sè th× ta cã pha ®inh ph¼ng, ng­îc l¹i ta gäi lµ pha ®inh chän läc theo tÇn sè. Pha ®inh nhanh: Møc ®é phô thuéc vµo thêi gian cña hÖ sè suy gi¶m pha ®inh A(t,f) so víi thêi gian cña 1 bit hay mét symbol lµ lín. Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, do tèc ®é bit nhá nªn ta cã pha ®inh nhanh. Pha ®inh chËm: Møc ®é phô thuéc vµo thêi gian cña hÖ sè suy gi¶m pha ®inh so víi thêi gian cña 1 bit hay mét symbol lµ nhá. Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè mÆt ®Êt, do thêi gian cña mét bit (hay symbol) kh¸ nhá nªn ta cã pha ®inh chËm. b. Pha ®inh ®a ®­êng chän läc theo tÇn sè Nguyªn nh©n do ®é khóc x¹ thay ®æi râ rÖt theo ®é cao, n¨ng l­îng tõ ¨ng ten ph¸t tíi ¨ng ten thu truyÒn lan theo mét sè tia t¸ch biÖt vÒ kh«ng gian. Sù truyÒn dÉn nh­ vËy cã thÓ dÉn ®Õn tæn hao tÝn hiÖu phô thuéc theo tÇn sè, ta gäi ®ã lµ pha ®inh suy hao theo tÇn sè. MÐo tuyÕn tÝnh x¶y ra dÉn ®Õn ISI vµ lµm gi¶m chÊt l­îng cña hÖ thèng, nã lµ nguyªn nh©n g©y ra gi¸n ®o¹n liªn l¹c mµ lo¹i gi¸n ®o¹n nµy kh«ng thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch t¨ng c«ng suÊt ph¸t ®­îc. 2.4.4. Can nhiÔu vµ c¸c t¸c ®éng kh¸c cña ®­êng truyÒn Can nhiÔu trªn kªnh lµm gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn, chóng ph¸t sinh tõ c¸c nguån kh¸c nhau nh­: NhiÔu vò trô. NhiÔu c«ng nghiÖp. NhiÔu tõ c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn kh¸c. NhiÔu tõ c¸c kªnh liªn tôc l©n cËn trªn cïng mét tuyÕn. NhiÔu tõ c¸c kªnh sö dông cïng tÇn sè. Ngoµi ra, do c¸c thiÕt bÞ cã ®Æc tÝnh kh«ng hoµn h¶o nªn cßn cã mét sè c¸c nhiÔu kh¸c nh­ c¸c hµi cña nguån nu«i, c¸c s¶n phÈm xuyªn ®iÒu chÕ (Inter Modulation) do mÐo phi tuyÕn… còng t¸c ®éng lµm gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn. Trong c¸c lo¹i can nhiÔu kÓ trªn, lo¹i quan träng nhÊt lµ: Can nhiÔu tõ c¸c kªnh l©n cËn, can nhiÔu tõ c¸c kªnh cïng tÇn sè vµ c¸c s¶n phÈm xuyªn ®iÒu chÕ. Can nhiÔu tõ kªnh cïng tÇn sè th× kh«ng gièng nhau ®èi víi c¸c hÖ thèng kh¸c nhau. Víi c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn, ng­êi ta thùc hiÖn t¸i dông tÇn sè. T¸i dông tÇn sè lµ viÖc mét m¸y thu sö dông mét tÇn sè sau khi ngõng ho¹t ®éng th× m¸y thu kh¸c cã thÓ sö dông tÇn sè ®ã. §èi víi c¸c hÖ thèng kh«ng tr¶i phæ (nh­ hÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu GMS - Global System for Mobile Communication), sö dông gi¶i ph¸p lµ c¸c tÇn sè sãng mang sö dông t¹i c¸c tÕ bµo c¸ch nhau ®ñ xa. Víi c¸c hÖ thèng cã ¸p dông kü thuËt tr¶i phæ (nh­ CDMA – Code Division Multiple Access), c¸c tÕ bµo kh¸c nhau cã thÓ sö dông cïng mét tÇn sè sãng mang nh­ nhau nªn c¸c kªnh c«ng t¸c sö dông cïng tÇn sè cã thÓ g©y nhiÔu cho nhau. §èi víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè, tÇn sè sãng mang cã thÓ t¸i sö dông b»ng c¸ch sö dông ph©n cùc sãng kh¸c víi sù hç trî cña bé triÖt xuyªn nhiÔu ph©n cùc chÐo (XPIC) cã ®é ph©n biÖt ph©n cùc (XPD) lín. Tuy nhiªn, d­íi t¸c ®éng cña pha ®inh m¹nh, XPD th­êng gi¶m kh¸ m¹nh dÉn ®Õn xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c tÝn hiÖu cïng tÇn sè kh¸c ph©n cùc cã thÓ trë lªn rÊt ®¸ng kÓ. BiÖn ph¸p h¹n chÕ can nhiÔu: - Dïng c¸c m¹ch läc: H¹n chÕ can nhiÔu vò trô, tõ hÖ thèng kh¸c, tõ c¸c kªnh l©n cËn. - TuyÕn tÝnh ho¸ c¸c phÇn tö phi tuyÕn: H¹n chÕ nhiÔu thiÕt bÞ (c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt). - Ph©n bæ tÇn sè hîp lý trong c¸c tr¹m di ®éng tÕ bµo (Cell) vµ c¸c bé triÖt xuyªn nhiÔu ph©n cùc chÐo cã ®é ph©n biÖt ph©n cùc lín ®Ó h¹n chÕ nhiÔu ë c¸c kªnh cïng tÇn sè. b, Mét sè t¸c ®éng kh¸c cña ®­êng truyÒn Kªnh truyÒn phøc t¹p nhÊt ®èi víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè lµ hÖ thèng th«ng tin di ®éng mµ nguyªn nh©n lµ sù thay ®æi ngÉu nhiªn c¸c tham sè cña kªnh truyÒn theo thêi gian do sù di ®éng cña c¸c m¸y cÇm tay (MS: Mobile Station) so víi tr¹m gèc. C¸c t¸c ®éng chñ yÕu g©y ra lµ: - Pha ®inh ®a ®­êng. - HiÖu øng §èp le. - HiÖn t­îng tr¶i trÔ. Møc ®é thay ®æi ngÉu nhiªn c¸c tham sè cña kªnh truyÒn theo thêi gian trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng lín h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng kh¸c do hai nguyªn nh©n: Do sù di ®éng cña MS vµ do ®é dµi bit trong th«ng tin di ®éng kh¸ lín (tèc ®é bit kh¸ nhá). Sè tia sãng lan truyÒn tíi ¨ng ten m¸y thu di ®éng còng lín h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp. * Pha ®inh trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Kh¸i niÖm: Lµ hiÖn t­îng c­êng ®é tÝn hiÖu thu th¨ng gi¸ng ngÉu nhiªn t¹i c¸c gi¸ trÞ tøc thêi do c¸c t¸c ®éng cña ®­êng truyÒn. Nguyªn nh©n: Do sù truyÒn lan theo nhiÒu ®­êng cña sãng v« tuyÕn trong m«i tr­êng di ®éng (do ph¶n x¹, nhiÔu x¹ vµ t¸n x¹ tõ c¸c ch­íng ng¹i). V× vËy, pha ®inh nµy cßn gäi lµ pha ®inh ®a tia. Pha ®inh ®­îc gäi lµ ph¼ng nÕu nã x¶y ra nh­ nhau ®èi víi mäi tÇn sè trong b¨ng tÇn cña kªnh. Pha ®inh chän läc theo tÇn sè khi gi¸ trÞ cña nã thay ®æi trªn d¶i tÇn sè trong b¨ng tÇn cña kªnh. * HiÖu øng §èp le Kh¸i niÖm: HiÖu øng §èp le lµ hiÖn t­îng tÇn sè tÝn hiÖu thu thay ®æi khi m¸y thu di chuyÓn so víi tr¹m ph¸t BS. Trong th«ng tin di ®éng, khi MS di ®éng so víi BS hoÆc khi c¸c ch­íng ng¹i di ®éng th× c¸c tia sãng tíi m¸y thu MS cßn chÞu t¸c ®éng cña hiÖu øng §èp le. XÐt tr­êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi BS ph¸t 1 sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ. Sãng mang v« tuyÕn nµy truyÒn tíi BS theo nhiÒu tia. XÐt tia thø i ta cã: ai MS Tia sãng thø i MS: ChuyÓn ®éng víi tèc ®é V C: Tèc ®é ¸nh s¸ng H×nh 2.13: HiÖu øng §«p le Khi ®ã, tÝn hiÖu thu ®­îc theo tia sãng thø i cã tÇn sè bÞ dÞch chuyÓn ®i mét l­îng dÞch tÇn §èp le: f§ = fm cos a víi fm = fC.v/c. TÇn sè tÝn hiÖu thu ®­îc lµ: (2.3) L­îng dÞch tÇn §èp le f§ cùc ®¹i khi ai = 0 hay 1800 vµ cµng lín khi V cµng lín. HiÖn t­îng nµy xÊu nhÊt khi MS ch¹y trªn xe trªn xa lé, trong ®ã c¸c anten tr¹m gèc ®­îc bè trÝ trªn cÇu v­ît xa lé vµ ph¸t däc theo xa lé. * Tr¶i trÔ Kh¸i niÖm: Tr¶i trÔ lµ hiÖn t­îng ®é dµi cña xung thu bÞ kÐo dµi khi xung cùc hÑp ®­îc ph¸t ®i. §èi víi th«ng tin di ®éng sè, viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu theo nhiÒu tia sãng trong m«i tr­êng di ®éng sÏ dÉn ®Õn sù tr¶i trÔ. Sù tr¶i trÔ ®­îc minh ho¹ nh­ sau: T BS D ΔD MS t t H×nh 2.14: HiÖn t­îng tr¶i trÔ trong ®ã: T: Chu kú xung ph¸t. ΔD: L­îng tr¶i trÔ. HiÖn t­îng tr¶i trÔ lµm h¹n chÕ tèc ®é truyÒn tin: Tèc ®é truyÒn tin (tèc ®é bit) ë thÝ dô trªn lµ 1/T. §Ó kh«ng x¶y ra xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Inference) th× yªu cÇu tøc lµ . V× vËy, nÕu ΔD cµng lín th× tèc ®é truyÒn tin cµng nhá. - Víi th«ng tin di ®éng trong nhµ, ΔD th­êng nªn tèc ®é tèi ®a cã thÓ ®¹t ®­îc lµ 2Mbit/s mµ cã thÓ kh«ng cÇn san b»ng kªnh. - Víi th«ng tin di ®éng tÕ bµo lín ΔD cã thÓ lªn tíi nªn ®Ó truyÒn tin víi tèc ®é cao nhÊt thiÕt ph¶i cã san b»ng kªnh. 2.5. C¸c hÖ thèng tr¶i phæ a, Kh¸i niÖm Kh¸i niÖm: Tr¶i phæ lµ qu¸ tr×nh tr¶i réng phæ cña tÝn hiÖu ph¸t nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ vµ chÊt l­îng cña qu¸ tr×nh truyÒn tÝn hiÖu. ¦u ®iÓm cña hÖ thèng tr¶i phæ: Chèng nhiÔu tÝch cùc. B¶o mËt th«ng tin. Chèng pha ®inh ®a tia. b, C¬ së lý thuyÕt C¬ së lý thuyÕt cña c¸c hÖ thèng tr¶i phæ lµ ®Þnh lý thø 3 cña Shanon: “Víi mét kªnh cã t¹p ©m tr¾ng chuÈn céng tÝnh (AWGN: Additive White Gaussian Noise), t­¬ng quan gi÷a dung l­îng kªnh, c«ng suÊt, ®é réng d¶i tÇn vµ chÊt l­îng ®­îc cho bëi: (2.4) Nh­ vËy, víi cïng mét th«ng l­îng x¸c ®Þnh C, ta cã thÓ truyÒn ®­îc tÝn hiÖu víi tû sè S/N thÊp nÕu tÝn hiÖu cã phæ B rÊt réng vµ nÕu cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi mäi t¹p nhiÔu vÒ cã d¹ng AWGN. §iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn nhê tr¶i réng phæ tÝn hiÖu cÇn truyÒn ë phÇn ph¸t vµ nÐn phæ tÝn hiÖu ë phÇn thu. Nhê vËy, hÖ thèng vÉn liªn l¹c tèt trong ®iÒu kiÖn cã nhiÔu m¹nh, ®ång thêi che tÝn hiÖu trong nÒn nhiÔu lµm ®èi ph­¬ng kh«ng thÓ ph¸t hiÖn. Nhê viÖc sö dông c¸c d·y gi¶ ngÉu nhiªn PN (Pseudo Noise) ®Ó tr¶i phæ nªn vÒ mÆt thùc tÕ ®èi ph­¬ng hÇu nh­ kh«ng thÓ gi¶i m· ®­îc th«ng tin. Mét hÖ thèng th«ng tin ®­îc ®Þnh nghÜa lµ tr¶i phæ nÕu nã tho¶ m·n 3 yªu cÇu sau: - §é réng b¨ng tÇn truyÒn dÉn lín h¬n rÊt nhiÒu lÇn ®é réng b¨ng tÇn tèi thiÓu ®Ó cã thÓ truyÒn th«ng tin. - ViÖc tr¶i phæ tÝn hiÖu ®­îc thùc hiÖn nhê tÝn hiÖu tr¶i phæ (d·y gi¶ ngÉu nhiªn PN-Pseudo Noise) vµ th­êng ®­îc gäi lµ m· tr¶i phæ ®éc lËp víi d÷ liÖu cÇn truyÒn. TÝn hiÖu sau khi tr¶i cã phæ tæng céng gÇn gièng t¹p ©m. - Qu¸ tr×nh nÐn phæ ®­îc thùc hiÖn nhê tÝnh t­¬ng quan gi÷a tÝn hiÖu thu vµ tÝn hiÖu gi¶i tr¶i. HiÖu qu¶ cña hÖ thèng tr¶i phæ ®­îc ®¸nh gi¸ qua hÖ sè t¨ng Ých, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: (2.5) ViÖc tr¶i phæ ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nh©n chuçi sè liÖu cÇn truyÒn víi chuçi gi¶ ngÉu nhiªn. c, Ph©n lo¹i: - HÖ thèng tr¶i phæ nh¶y tÇn (FH: Frequency Hopping): TÝn hiÖu gi¶ ngÉu nhiªn PN ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn tÇn sè sãng mang. - HÖ thèng tr¶i phæ chuçi trùc tiÕp (DS: Direct Sequence): Chuçi sè liÖu ®­îc nh©n trùc tiÕp víi chuçi gi¶ ngÉu nhiªn PN. 2.6. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ sè 2.6.1. Më ®Çu a, §iÒu chÕ Vai trß ®iÒu chÕ: Trong c¸c hÖ thèng truyÒn tin liªn tôc, c¸c tin h×nh thµnh tõ nguån tin liªn tôc ®­îc biÕn ®æi thµnh c¸c ®¹i l­îng ®iÖn (¸p, dßng) vµ chuyÓn vµo kªnh. Khi muèn chuyÓn c¸c tin qua mét cù ly lín ph¶i cho qua mét phÐp biÕn ®æi gäi lµ ®iÒu chÕ. Kh¸i niÖm: §iÒu chÕ lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu sè thµnh d¹ng sãng thÝch hîp cho viÖc truyÒn tÝn hiÖu ®i xa. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ chuyÓn th«ng tin thµnh mét d¹ng n¨ng l­îng thÝch hîp víi m«i tr­êng truyÒn lan, trong ®ã d¹ng n¨ng l­îng ®­îc dïng Ýt bÞ tæn hao vµ Ýt bÞ biÕn d¹ng do t¸c ®éng cña nhiÔu. §Æc tr­ng: Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ ®­îc ®Æc tr­ng bëi 3 tÝn hiÖu: - TÝn hiÖu sè m(t): Lµ c¸c xung tÝn hiÖu cÇn truyÒn. - TÝn hiÖu sãng mang mSM(t): TÝn hiÖu cao tÇn h×nh sin dïng ®Ó ®iÒu chÕ. - TÝn hiÖu ®iÒu chÕ s(t): TÝn hiÖu sau khi ®iÒu chÕ. BiÓu diÔn c¸c tÝn hiÖu: H×nh 2.6.1: §Æc tr­ng tÝn hiÖu ®iÒu chÕ 0 m(t) 0 0 mS(t) s(t) B¶n chÊt: Thùc chÊt cña phÐp ®iÒu chÕ lµ biÕn ®æi mét hoÆc nhiÒu th«ng sè cña tÝn hiÖu sãng mang (biªn ®é, pha, tÇn sè) theo quy luËt ®Æc tr­ng cho th«ng tin. PhÐp ®iÒu chÕ, ngoµi viÖc chän n¨ng l­îng thÝch hîp víi sù truyÒn lan trong m«i tr­êng (sãng ®iÖn tõ) cßn cã nhiÖm vô lµ tuú theo tÝnh chÊt cña t¹p nhiÔu trong kªnh mµ x©y dùng hÖ thèng tÝn hiÖu cã ®é ph©n biÖt víi nhau râ rµng, ®Ó qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ cã thÓ dÔ dµng nhËn d¹ng ®­îc dï cã bÞ t¹p nhiÔu biÕn d¹ng ®i phÇn nµo. b, Gi¶i ®iÒu chÕ Kh¸i niÖm: Gi¶i ®iÒu chÕ lµ phÐp biÕn ®æi ng­îc cña ®iÒu chÕ ®­îc thùc hiÖn ë phÇn thu nh»m kh«i phôc tÝn hiÖu ban ®Çu. Do c¸c t¸c ®éng cña kªnh truyÒn, tÝn hiÖu ®Çu vµo cña thiÕt bÞ gi¶i ®iÒu chÕ kh«ng ph¶i chØ lµ tÝn hiÖu ®Çu ra cña thiÕt bÞ ®iÒu chÕ, mµ lµ mét hçn hîp tÝn hiÖu ®iÒu chÕ vµ t¹p nhiÔu. NhiÖm vô: Läc lÊy th«ng tin d­íi d¹ng mét hµm ®iÖn ¸p liªn tôc hoÆc lµ mét d·y xung ®iÖn rêi r¹c gièng nh­ th«ng tin ë ®Çu vµo thiÕt bÞ ®iÒu chÕ, víi sai sè trong ph¹m vi cho phÐp. Ph­¬ng ph¸p: Tuú theo hçn hîp tÝn hiÖu nhiÔu vµ c¸c chØ tiªu tèi ­u vÒ sai sè (®é chÝnh x¸c) ph¶i ®¹t ®­îc, chóng ta cã: - Ph­¬ng ph¸p läc tin th«ng th­êng: T¸ch sãng biªn ®é, t¸ch sãng tÇn sè, t¸ch sãng pha, t¸ch sãng ®ång bé. - Läc tin kÕt hîp (coherent), läc tin t­¬ng quan, läc tèi ­u… 0 H×nh 2.6.2: T¸ch sãng biªn ®é m(t) 0 s(t) ViÖc ®iÒu chÕ ®­îc thùc hiÖn ë phÝa ph¸t ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu cã d¶i tÇn h÷u h¹n vµ qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ ®­îc thùc hiÖn ë phÝa thu ®Ó kh«i phôc l¹i th«ng tin. c, §iÒu chÕ t­¬ng tù Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin t­¬ng tù ta cã c¸c phÐp ®iÒu chÕ: - §iÒu chÕ biªn ®é (AM: Amplitude Modulation): §iÒu chÕ biªn ®é lµ lµ hä c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ trong ®ã biªn ®é cña mét sãng mang cao tÇn h×nh sin bÞ biÕn ®æi nh­ mét hµm cña cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. §iÒu chÕ biªn ®é hai biªn (DSB). §iÒu chÕ biªn ®é ®¬n biªn (SSB). H×nh 2.6.3: TÝn hiÖu ®iÒu chÕ hai biªn m(t) 0 0 mS(t) - §iÒu chÕ gãc: §iÒu chÕ gãc lµ lµ hä c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ trong ®ã tham sè gãc cña mét sãng mang cao tÇn h×nh sin bÞ biÕn ®æi nh­ mét hµm cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. §iÒu chÕ tÇn sè: §iÒu chÕ tÇn sè lµ hä c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ trong ®ã tÇn sè cña mét sãng mang cao tÇn h×nh sin bÞ biÕn ®æi nh­ mét hµm cña cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. 0 0 H×nh 2.6.4: §iÒu chÕ tÇn sè §iÒu chÕ pha: §iÒu chÕ pha lµ hä c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ trong ®ã pha cña mét sãng mang cao tÇn h×nh sin bÞ biÕn ®æi nh­ mét hµm cña cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. d, §iÒu chÕ sè Kh¸i niÖm: §iÒu chÕ sè lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi c¸c tÝn hiÖu sè thuÇn tuý b¨ng gèc thµnh c¸c tÝn hiÖu d¹ng sãng liªn tôc ®Ó truyÒn ®i xa trªn kªnh liªn tôc. §iÒu chÕ lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu sè thµnh c¸c d¹ng sãng phï hîp. §Ó gi¶m bÒ réng phæ tÝn hiÖu (nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn), trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ng­êi ta th­êng hay thùc hiÖn ®iÒu chÕ sè nhiÒu møc (M møc). §iÒu chÕ sè M møc lµ viÖc ghÐp thµnh tõng côm k bÝt (k=2: dibit, M=4; k=3: tribit, M=8; k=4: tetrabit, M=16…) råi ¸nh x¹ c¸c côm bÝt vµo c¸c d¹ng sãng thÝch hîp. Mçi mét côm bÝt nh­ thÕ ®­îc gäi lµ mét ký hiÖu hay dÊu (symbol), nhËn c¸c gi¸ trÞ tõ mét tËp h÷u h¹n gåm M=2k phÇn tö. Nh­ vËy, ®iÒu chÕ M møc lµ viÖc ghÐp tõng k bÝt thµnh symbol råi biÕn c¸c symbol thµnh c¸c d¹ng sãng thÝch hîp. HÖ thèng ®iÒu chÕ M møc do ®ã cã tÊt c¶ M d¹ng sãng cho M symbol, ®­îc biÓu diÔn nh­ c¸c ®iÓm cña constellation. TÝn hiÖu ®iÒu chÕ sè thùc chÊt lµ c¸c tÝn hiÖu d¹ng sãng liªn tôc chø kh«ng ph¶i lµ c¸c con sè thuÇn tuý mÆc dï c¸c tÝn hiÖu nh­ thÕ vÉn lµ c¸c tÝn hiÖu sè do ®é dµi thêi gian cña tõng tÝn hiÖu lµ h÷u h¹n vµ sè c¸c d¹ng sãng cã thÓ ®­îc ph¸t ®i còng lµ h÷u h¹n. TÝn hiÖu sau ®iÒu chÕ sè d­íi t¸c ®éng cña m«i tr­êng truyÒn sÏ lµm suy gi¶m, mÐo tÝn hiÖu thªm vµo ®ã lu«n cã c¸c tÝn hiÖu kh«ng mong muèn can thiÖp vµo qu¸ tr×nh truyÒn dÉn vµ xö lý tÝn hiÖu. C¸c tÝn hiÖu kh«ng mong muèn nµy gäi lµ t¹p ©m vµ can nhiÔu. PhÇn thu sÏ cã qu¸ tr×nh gi¶i ®iÒu chÕ sè ®Ó kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu sè ban ®Çu. 2.6.2. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ sè tiªu biÓu Ta t×m hiÓu c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ nhiÒu møc th­êng sö dông bao gåm: ®iÒu chÕ khãa dÞch biªn ®é nhÞ ph©n BASK (Binary Amplitude Shift Keying) hay M møc M-ASK (M-ary Amplitude Shift Keying), ®iÒu chÕ pha nhÞ ph©n BPSK (Binary Phase Shift Keying) hay M møc M-PSK (M-ary Phase Shift Keying), ®iÒu chÕ tÇn sè FSK (Frequency Shift Keying) vµ ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc M-QAM (M-ary Quadrature Amplitude Modulation), M = 4; 16; 64; 256... còng nh­ ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm cña mçi s¬ ®å ®iÒu chÕ sè nhiÒu møc. Mçi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ta xÐt mét sè néi dung sau: - BiÓu thøc tÝn hiÖu. - H×nh vÏ m« t¶ tÝn hiÖu. - S¬ ®å ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ. 1. Kho¸ dÞch biªn ®é M møc M-ASK a, Khãa dÞch biªn ®é nhÞ ph©n BASK - BiÓu thøc tÝn hiÖu: (2.6.1) trong ®ã: A: lµ h»ng sè, biªn ®é tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. m(t): TÝn hiÖu sè nhËn gi¸ trÞ b»ng 1 hoÆc 0 fc: lµ tÇn sè sãng mang. T: lµ thêi gian tån t¹i cña mét bÝt - H×nh vÏ minh ho¹ d¹ng cña tÝn hiÖu BASK ®­îc t¹o ra tõ chuçi bÝt nhÞ ph©n 0101001. Biªn ®é cña sãng mang RF ®­îc ®ãng më bëi tÝn hiÖu nhÞ ph©n m(t), do ®ã tÝn hiÖu BASK cßn ®­îc gäi lµ OOK (On-Off Keying). 0 1 0 A -A 0 1 0 1 0 0 1 H×nh 2.6.5: D¹ng tÝn hiÖu BASK - S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BASK nh­ sau: ´ ´ LPF LPF (LowPass Filter): M¹ch läc th«ng thÊp H×nh 2.6.6: (a) S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ, (b) S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BASK a b Nh­ vËy, ®Ó t¹o lµ tÝn hiÖu BASK ta chØ cÇn cho chuçi bÝt qua mét m¹ch nh©n ®Ó nh©n víi thµnh phÇn sãng mang . T¹i ®Çu thu, tÝn hiÖu ®­îc cho qua mét m¹ch nh©n ®Ó nh©n víi thµnh phÇn sãng mang . TÝn hiÖu ra sau m¹ch nh©n ®­îc cho qua mét m¹ch läc th«ng thÊp ®Ó lo¹i bá tÝn hiÖu cao tÇn. TÝn hiÖu ra sau m¹ch läc th«ng thÊp qua m¹ch quyÕt ®Þnh vµ so ng­ìng nh»m kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu gèc ®· ®­îc ph¸t ®i. b, Khãa dÞch biªn ®é M-ASK - BiÓu thøc tÝn hiÖu M-ASK: (2.6.2) trong ®ã: víi i = 0, 1, …., M-1 vµ M ³ 4 A: lµ mét h»ng sè, fc: lµ tÇn sè sãng mang, T: lµ thêi gian tån t¹i cña mét symbol - D¹ng tÝn hiÖu 4-ASK ®­îc t¹o ra bëi chuçi nhÞ ph©n 00011011 nh­ h×nh 2.7. 0 (a) Chuçi nhÞ ph©n (b) TÝn hiÖu 4 møc (c) TÝn hiÖu 4-ASK H×nh 2.6.7: D¹ng tÝn hiÖu 4-ASK - S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-ASK: Chuçi bÝt nhÞ ph©n Comp ´ LPF A/D Converter S/P Converter … D/A Converter ´ Chuçi bÝt nhÞ ph©n a, b, H×nh 2.6.8: (a) S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ (b) gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-ASK Chó gi¶i: S/P converter: Bé biÕn ®æi nèi tiÕp song song D/A converter: Bé biÕn ®æi sè/t­¬ng tù A/D converter: Bé biÕn ®æi t­¬ng tù/sè LPF (Low Pass Filter): M¹ch läc th«ng thÊp Comp: M¹ch so s¸nh NhËn xÐt: §èi víi ph­¬ng ph¸p ASK, ®Ó t¨ng tèc ®é truyÒn ta t¨ng sè møc ®iÒu chÕ M, ®ång thêi ph¶i t¨ng c«ng suÊt cña tÝn hiÖu lªn rÊt nhiÒu nÕu muèn duy tr× mét tû lÖ lçi bÝt BER nµo ®ã. §iÒu nµy kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ, v× ®Ó thiÕt kÕ mét bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt cã hÖ sè khuÕch ®¹i lín, tuyÕn tÝnh lµ rÊt khã thùc hiÖn. H¬n n÷a, víi tÝn hiÖu ASK tin tøc ph¶n ¶nh qua biªn ®é cña tÝn hiÖu v× vËy kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cña bé tÝn hiÖu sÏ rÊt kÐm do biªn ®é cña tÝn hiÖu bÞ ¶nh h­ëng bëi can nhiÔu, t¹p ©m vµ hiÖn t­îng ®iÒu biªn ký sinh dÉn tíi x¸c suÊt thu lçi cña hÖ thèng t¨ng lªn. V× vËy, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kho¸ dÞch biªn ®é ASK kh«ng ®­îc ¸p dông réng r·i nhiÒu trong c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn vµ chØ ®­îc ¸p dông trong c¸c hÖ thèng truyÒn sè liÖu tèc ®é thÊp. 2. Khãa dÞch tÇn sè M møc M-FSK a, Khãa dÞch tÇn nhÞ ph©n BFSK - BiÓu thøc tÝn hiÖu BFSK: Víi gi¸ trÞ kh¸c cña t (2.6.3) trong ®ã - A lµ h»ng sè - lµ c¸c tÇn sè sãng mang ®­îc ph¸t ®i; T lµ thêi gian tån t¹i cña mét bÝt. - D¹ng sãng tÝn hiÖu BFSK tõ chuçi bÝt nhÞ ph©n 0101001: 0 1 0 A -A (a) (b) 0 1 0 1 0 0 1 H×nh 2.6.9: (a) Chuçi bÝt nhÞ ph©n vµ (b) d¹ng tÝn hiÖu BFSK m(t) Tõ h×nh 2.10 ta nhËn thÊy sù liªn tôc vÒ pha cña sãng mang RF ®­îc duy tr× trong qu¸ tr×nh chuyÓn tiÕp, h¬n n÷a tÝn hiÖu BFSK lµ tæng cña hai tÝn hiÖu BASK ®­îc t¹o ra bëi hai tÝn hiÖu vµ nh­ h×nh 2.11. -A 0 1 0 A 0 1 0 A -A 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 H×nh 2.6.10: D¹ng tÝn hiÖu BASK cña hai chuçi nhÞ ph©n m0(t) vµ m1(t) - S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BFSK: ´ ´ + (a) H×nh 2.6.11: S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ BPSK ´ LPF + ´ LPF · - + hoÆc (b) H×nh 2.6.12: Gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BFSK b, Khãa dÞch tÇn M møc M-FSK - BiÓu thøc tÝn hiÖu khãa dÞch tÇn sè M møc M- FSK: , víi (2.6.4) Trong ®ã: A lµ h»ng sè, lµ tÇn sè sãng mang ®­îc ph¸t ®i, lµ gãc pha ban ®Çu, T lµ thêi gian tån t¹i cña mét symbol. - D¹ng sãng cña tÝn hiÖu 4-FSK khi chuçi bÝt nhÞ ph©n 00011011 ®­îc ®­a vµo ®iÒu chÕ nh­ h×nh 2.15. (a) Chuçi nhÞ ph©n (b) TÝn hiÖu 4-FSK f0 f1 f2 f3 H×nh 2.6.13: Chuçi bÝt nhÞ ph©n vµ (b) d¹ng tÝn hiÖu 4-FSK S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-FSK: S/P Converter … D/A Converter Chuçi bÝt nhÞ ph©n Frequency MOD H×nh 2.6.14: S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ M-FSK Chó gi¶i: - SP converter: Bé biÕn ®æi nèi tiÕp/song song - D/A converter: Bé biÕn ®æi sè/t­¬ng tù - Frequency MOD: Bé ®iÒu chÕ tÇn sè C¸c m¹ch läc c¸c tÇn sè f0¸fM-1 Gi¶i m· … Chuçi bÝt nhÞ ph©n H×nh 2.6.15: S¬ ®å gi¶i ®iÒu chÕ M-FSK 3. Khãa dÞch pha M møc M-PSK a, Khãa dÞch pha nhÞ ph©n BPSK - BiÓu thøc tÝn hiÖu khãa dÞch pha nhÞ ph©n BPSK: (2.6.5) Trong ®ã A lµ h»ng sè, hoÆc –1, fc lµ tÇn sè sãng mang, T lµ thêi gian tån t¹i cña mét bÝt. - D¹ng sãng cña tÝn hiÖu BPSK khi ®iÒu chÕ chuçi tÝn hiÖu nhÞ ph©n lµ 0101001. 1 -1 0 1 0 1 0 0 1 -A A H×nh 2.6.16: (a) TÝn hiÖu m(t) vµ (b) d¹ng tÝn hiÖu BPSK a b - S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BPSK nh­ h×nh 2.20. ´ ´ LPF a b lµ chuçi nhÞ ph©n ±1; LPF (Low pass filter): M¹ch läc th«ng thÊp H×nh 2.6.17: (a) S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ (b) gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BPSK b, Khãa dÞch pha M møc M-PSK - BiÓu thøc tÝn hiÖu ®iÒu chÕ pha M-PSK: (2.6.6) trong ®ã: , víi ; A lµ h»ng sè, fc lµ tÇn sè sãng mang, lµ gãc pha ban ®Çu, T lµ thêi gian tån t¹i cña mét symbol. TÝn hiÖu MPSK gåm 2 chiÒu, khi M4 th× ®iÒu chÕ cã thÓ thùc hiÖn b»ng phÐp ®iÒu chÕ cÇu ph­¬ng (quadrature modulator). - S¬ ®å ®iÒu chÕ MPSK: H×nh 2.6.18: S¬ ®å ®iÒu chÕ MPSK Mçi vect¬ chiÒu dµi n cña d·y bÝt ®Çu vµo ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn møc ph¸t. Nã cung cÊp cho kªnh ®ång pha I (inphase) vµ kªnh vu«ng pha Q (quadrature) nh÷ng tÝn hiÖu ®Æc biÖt vµ møc tÝn hiÖu trªn trôc to¹ ®é n»m ngang vµ th¼ng ®øng mét c¸ch t­¬ng øng. Trong ®iÒu chÕ QPSK th× møc ph¸t cô thÓ chØ lµ bé biÕn ®æi nèi tiÕp- song song (serial-to-parallel). Víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc c«ng nghÖ ®· dÇn sö dông c¸c thiÕt bÞ sè hoµn thiÖn. Trªn m«i tr­êng nhÊt ®Þnh, tÝn hiÖu MPSK lµ c¸c tÝn hiÖu sè kÕt hîp vµ ®­îc ®­a vµo bé biÕn ®æi sè/t­¬ng tù (D/A) kÕt qu¶ ®Çu ra lµ tÝn hiÖu ®iÒu chÕ pha mong muèn. Bé gi¶i ®iÒu chÕ kÕt hîp cña MPSK cã thÓ lµ mét trong c¸c bé t¸ch sãng kÕt hîp cña tÝn hiÖu M møc. TÝn hiÖu MPSK lµ tËp hîp cña 2 chøc n¨ng c¬ b¶n, phÇn thu sö dông 2 bé t­¬ng quan. Trong viÖc gi¶i tÝn hiÖu ®iÒu chÕ PSK, ta gi¶ thiÕt r»ng bé gi¶i ®iÒu chÕ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vËt mang pha. Thùc tÕ, vËt mang pha ®­îc tÝnh tõ tÝn hiÖu nhËn ®­îc qua mét vµi phÐp xö lý phi tuyÕn vµ t¹o nªn ®é xª dÞch vÒ pha. Ch¼ng h¹n, víi tÝn hiÖu PSK nhÞ ph©n th× tÝn hiÖu th­êng ®­îc b×nh ph­¬ng ®Ó lo¹i bá sù ®iÒu chÕ vµ thµnh phÇn tÇn sè gÊp ®«i ®­îc läc vµ chia ®«i tÇn sè ®Ó x¸c ®Þnh tÇn sè vËt mang pha vµ gãc pha . C¸c phÐp biÕn ®æi ®ã t¹o nªn sù xª dÞch vÒ pha 1800 trong pha vËt mang. Cã thÓ lo¹i bá vÊn ®Ò xª dÞch vÒ pha b»ng c¸ch m· ho¸ trong c¸c pha kh¸c nhau gi÷a c¸c tÝn hiÖu liªn tiÕp. Víi m· PSK nhÞ ph©n, bÝt th«ng tin 1 t¹o nªn dÞch pha vËt mang 1800 so víi pha cña tÝn hiÖu tr­íc ®ã vµ bÝt th«ng tin 0 kh«ng t¹o nªn sù dÞch pha ®èi víi tÝn hiÖu ®· ph¸t tr­íc ®ã. TÝn hiÖu PSK ®­îc x©y dùng tõ viÖc m· ho¸ nh­ thÕ gäi lµ m· ho¸ vi sai. 4. §iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc M-QAM a, S¬ ®å ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-QAM §iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc M-QAM cã thÓ xem nh­ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kÕt hîp gi÷a ®iÒu chÕ biªn ®é vµ ®iÒu chÕ pha. Tªn gäi ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc xuÊt ph¸t tõ thùc tÕ lµ tÝn hiÖu M- QAM ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch céng hai tÝn hiÖu ®iÒu chÕ biªn ®é møc cã c¸c sãng mang vu«ng pha víi nhau. - BiÓu thøc tÝn hiÖu ®iÒu chÕ M-QAM: s(t)= .a(t).cos2pfct – .b(t).sin2pfct (2.6.7) Trong ®ã a(t)= ± 1, ± 3; b(t)= ± 1, ± 3 víi M=16 vµ a(t)= ± 1, ± 3, ± 5, ± 7; b(t)= ± 1, ± 3, ± 5, ± 7 víi M=64,... - S¬ ®å ®iÒu chÕ M- QAM ®­îc thùc hiÖn theo s¬ ®å khèi. Data 2/L LPF s(t) 2/L LPF a(t) b(t) (L =) Dao ®éng cos2pfct S/P ´ ´ + H×nh 2.6.19: S¬ ®å ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-QAM. ×nh 2.20: (a) S¬ ®å m¹ch ®iÒu chÕ vµ (b) gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu BPSK Quay pha 900 Trong s¬ ®å ®iÒu chÕ M- QAM, bé biÕn ®æi nèi tiÕp - song song (S/P) thùc hiÖn biÕn ®æi tõng côm k = log2M bÝt lèi vµo bé ®iÒu chÕ thµnh hai côm xung kh«ng vÒ kh«ng NRZ (Non-Return to Zero) song song víi nhau, mçi côm gåm k/2 xung. Khèi 2/L thùc hiÖn biÕn tõng côm NRZ thµnh tÝn hiÖu cã L = tr¹ng th¸i. VÝ dô L = 4 víi M = 16, v× vËy trong ®iÒu chÕ 16- QAM, c¶ hai bé läc th«ng thÊp ®Òu cã ®Çu vµo lµ c¸c tÝn hiÖu 4 biªn ®é. Bé ®iÒu chÕ nh­ vËy ®­îc t¹o ra tõ hai bé ®iÒu chÕ biªn ®é víi sãng mang bÞ nÐn. M¹ch nh©n ®­îc sö dông sau mçi m¹ch läc nh»m thùc hiÖn ®iÒu chÕ tuyÕn tÝnh. Khi bé ®iÒu chÕ thùc sù tuyÕn tÝnh, phæ tÝn hiÖu ®Çu ra ®­îc h×nh thµnh nhê c¸c bé läc th«ng thÊp phÝa tr­íc m¹ch nh©n, mµ trong thùc tÕ thiÕt kÕ chóng th­êng ®­îc lµm gÇn ®óng b»ng m¹ch läc c¨n bËc hai cosine n©ng. b, S¬ ®å m¹ch gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-QAM lµ chuçi nhÞ ph©n ±1; LPF (Low pass filter): M¹ch läc th«ng thÊp H×nh 2.6.20: S¬ ®å gi¶i ®iÒu tÝn hiÖu M-QAM Chuçi bÝt lèi ra LPF A/D s(t) S/P LPF A/D V1(t) V2 (t) Vd1 Vd2 (b) Quay pha 90o Sãng mang dùa ´ ´ P/S: Bé biÕn ®æi song song/nèi tiÕp LPF: Läc th«ng thÊp A/D: Bé biÕn ®æi t­¬ng tù/sè Chó gi¶i: S/P: BiÕn ®æi nèi tiÕp/song song BPF: Bé läc th«ng gi¶i 2/L: BiÕn côm NRZ nhÞ ph©n thµnh tÝn hiÖu cã L = biªn ®é ¹ nhau TÝn hiÖu M-QAM lèi vµo cã d¹ng nh­ ®· nªu trong biÓu thøc (2.19) trong tr­êng hîp lý t­ëng, c¸c sãng mang gi¶i ®iÒu chÕ cã d¹ng: V1(t) = (2.6.8) vµ V2(t) = (2.6.9) Sau khi thùc hiÖn nh©n vµ lo¹i bá thµnh phÇn bËc hai, hai tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ cã d¹ng: Vd1(t) = a(t) (2.6.10) Vd2(t) = b(t) (2.6.11) C¸c biªn ®é cña a(t) vµ b(t) cã thÓ cã L = gi¸ trÞ. TÝn hiÖu víi L gi¸ trÞ biªn ®é ®­îc biÕn ®æi t¹i bé biÕn ®æi A/D thµnh tÝn hiÖu nhÞ ph©n cã k/2 bÝt. Hai nh¸nh tÝn hiÖu ®­îc ®­a tíi bé biÕn ®æi song song- nèi tiÕp ®Ó t¹o thµnh côm k bÝt lèi ra. NhËn xÐt - HiÖu qu¶ phæ cña tÝn hiÖu ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng tèc ®é truyÒn tin cho phÐp trªn mét ®¬n vÞ bÒ réng phæ tÇn sè (cã ®¬n vÞ lµ b/s/Hz). ViÖc ®iÒu chÕ M møc sÏ lµm t¨ng Ts (Ts lµ ®é réng cña mét symbol) lªn log2M lÇn so víi ®é réng mét bÝt, cho phÐp gi¶m m¹nh phæ chiÕm cña tÝn hiÖu, do vËy t¨ng ®­îc hiÖu qu¶ phæ so víi tr­êng hîp nhÞ ph©n. - Víi ®iÒu chÕ FSK, mÆc dï viÖc thùc hiÖn lµ rÊt ®¬n gi¶n vµ cã nh÷ng ­u ®iÓm nhÊt ®Þnh do lµ tÝn hiÖu cã ®­êng bao kh«ng ®æi nªn Ýt nh¹y c¶m víi c¸c mÐo phi tuyÕn trªn kªnh, song kh«ng cho hiÖu qu¶ phæ tèt (kh«ng n©ng ®­îc hiÖu qu¶ sö dông phæ so víi tr­êng hîp nhÞ ph©n). V× thÕ, trong thùc tÕ chóng chØ ®­îc sö dông víi M kh¸ nhá (th­êng kh«ng qu¸ 4) vµ th­êng chØ ¸p dông trong nh÷ng tr­êng hîp khi hiÖu qu¶ phæ kh«ng ph¶i lµ yªu cÇu tèi th­îng trong khi ®ã c¸c yªu cÇu vÒ kh¶ n¨ng chÞu mÐo phi tuyÕn, møc ®é ®¬n gi¶n thiÕt bÞ l¹i lµ nh÷ng yªu cÇu hµng ®Çu. - §èi víi c¸c hÖ thèng ®ßi hái hiÖu qu¶ phæ lín nh­ c¸c hÖ thèng dung l­îng võa vµ lín ch¼ng h¹n, c¸c lo¹i ®iÒu chÕ th­êng ®­îc sö dông lµ M-PSK hay M-QAM v× ®èi víi c¸c lo¹i tÝn hiÖu nµy hiÖu qu¶ phæ t¨ng log2M lÇn so víi tÝn hiÖu nhÞ ph©n. + Khi M=4, c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ 4-PSK vµ 4-QAM hoµn toµn t­¬ng ®­¬ng nhau v× lóc nµy constellation cña hai tÝn hiÖu lµ nh­ nhau. + Khi M £ 8, s¬ ®å ®iÒu chÕ PSK lîi c«ng suÊt h¬n QAM; + Khi M > 8, t¹i M = 16 tõ ®å thÞ ta nhËn thÊy hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ 16-PSK vµ 16-QAM ®Òu cho chóng ta mét hiÖu qu¶ phæ nh­ nhau, tuy nhiªn s¬ ®å ®iÒu chÕ 16-QAM lîi c«ng suÊt h¬n 16-PSK. §iÒu nµy cã thÓ rót ra mét c¸ch dÔ dµng nÕu sö dông c¸ch tÝnh sau: ®Ó ®¹t ®­îc cïng mét BER, c¶ s¬ ®å ®iÒu chÕ PSK lÉn QAM cÇn ph¶i cã cïng kho¶ng c¸ch d, tøc lµ ph¶i cã dP=dQ. KÕt luËn Víi c¸c hÖ thèng dung l­îng lín (cã tèc ®é bÝt lín) ®Ó tiÕt kiÖm phæ tÇn, ng­êi ta th­êng sö dông c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ víi M cao vµ do hÖ thèng M-QAM lµ hÖ thèng lîi h¬n vÒ c«ng suÊt nªn th­êng ®­îc sö dông trong thùc tÕ. Khi dung l­îng cña hÖ thèng võa hoÆc nhá, sè møc ®iÒu chÕ M kh«ng cÇn lín th× ng­êi ta sö dông s¬ ®å ®iÒu chÕ PSK võa lîi vÒ c«ng suÊt, võa Ýt nh¹y c¶m víi mÐo phi tuyÕn g©y ra bëi bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt ph¸t.