Ky thuat truyen so lieu.doc

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

NGUYỄN QUỐC NAM

MÔN: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

ÔN TẬP I.

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. TỐC TỐC ĐỘ ĐỘ BIT BIT VÀ TỐC TỐC ĐỘ ĐỘ BAU BAUD D Tốc độ bit là số bit trong mỗi giây. Tốc độ baud là số đơn vị tín hiệu trong mỗi giây. Tốc độ baud thường bé hơn hay bằng tốc độ bit. Tốc độ baud xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. hiệu. Tốc độ bit = tốc độ baud . số bit trong một đơn vị tín hiệu R bit bit= R baud baud.n n = log2M R bit bit = log2M / Ts = m/ Ts = 1/ T b * Ts : chu kỳ tín hiệu * Tb : thời gian của mỗi bit Thí dụ 1: 1:

Một tín hiệu analog mang 4 bit trong mỗi phần tử tín hiệu. Nếu 1000 phần tử tín hiệu được gởi trong một giây, xác định tốc độ baud và tốc độ bit. Giải: Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu trong 1giây = 1000 baud/giây Tốc độ bit = tốc độ baud baud x số bit trong trong một đơn vị tín tín hiệu =1000 =1000 x 4 = 4000bps. Thí dụ 2: 2: Tốc độ bit của tín hiệu là 3000. Nếu mỗi phần tử tín hiệu mang 6 bit, cho biết tốc độ baud? Giải: Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây Ví dụ 3: Một tín hiệu số có 8 mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Số bit trong một mức = log2 8 = 3. Như thế mỗi mức tín hiệu có thể truyền được được 3 bit.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Ví dụ 4:

NGUYỄN QUỐC NAM

Một tín hiệu số có chín mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Giải: Số bit trong một mức = log29= 3,17. Mỗi mức tín hiệu truyền đi được 3,17 bit. Rõ ràng là kết quả này là không hiện thực. Số bit cần truyền đi cần là số nguyên là tương đương với số mũ 2. Trong trường hợp này thì nên dùng 4 bit cho mỗi mức tín tín hiêu truyền. Ví dụ 5: Một kênh thoại được rời rạc hóa, được cấu tạo từ một tín hiệu tương tự có băng thông tín hiệu thoại là 4 KHz. ta cần lấy mẫu tín hiệu với hai lần tần số cao nhất (hai mẫu trong mỗi Hz). Với giả sử mỗi mẫu cần 8 bit, hỏi tốc độ bit là bao nhiêu? Giải: Tốc độ bit được tính tính theo:

2 x 4000 x 8 = 64000 bps = 64 Kbps.

2. TỒN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN (TRANSMISSSION IMPAIRMENT)

Hình 4.1 Có 3 dạng tổn hao: hao: suy giảm, méo dạng, nhiễu. 3.1 Suy giảm (Attenuation): Là thất thoát năng lượng. -

Để bù suy suy hao hao,, dùng dùng bộ khuế khuếch ch đại đại tín tín hiệu. hiệu.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Ví dụ 4:

NGUYỄN QUỐC NAM

Một tín hiệu số có chín mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Giải: Số bit trong một mức = log29= 3,17. Mỗi mức tín hiệu truyền đi được 3,17 bit. Rõ ràng là kết quả này là không hiện thực. Số bit cần truyền đi cần là số nguyên là tương đương với số mũ 2. Trong trường hợp này thì nên dùng 4 bit cho mỗi mức tín tín hiêu truyền. Ví dụ 5: Một kênh thoại được rời rạc hóa, được cấu tạo từ một tín hiệu tương tự có băng thông tín hiệu thoại là 4 KHz. ta cần lấy mẫu tín hiệu với hai lần tần số cao nhất (hai mẫu trong mỗi Hz). Với giả sử mỗi mẫu cần 8 bit, hỏi tốc độ bit là bao nhiêu? Giải: Tốc độ bit được tính tính theo:

2 x 4000 x 8 = 64000 bps = 64 Kbps.

2. TỒN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN (TRANSMISSSION IMPAIRMENT)

Hình 4.1 Có 3 dạng tổn hao: hao: suy giảm, méo dạng, nhiễu. 3.1 Suy giảm (Attenuation): Là thất thoát năng lượng. -

Để bù suy suy hao hao,, dùng dùng bộ khuế khuếch ch đại đại tín tín hiệu. hiệu.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM - deciBel (d (dB): được dùng để đo độ mạnh tương đối của hai tín hiệu tại hai điểm khác nhau. •

Khi dB âm  tín hiệu bị suy giảm

•

Khi dB dương  tín hiệu được khuếch đại.

+ Độ suy giảm

(dB)

=

10 log10 ( P 2 / P 1 )

Trong đó: •

P 1 là công suất phát (điểm 1)

•

P 2 là công suất thu (điểm 2)

+ Độ Khuếch đại

( dB)

=

10 log10 ( P 2 / P 1 )

Trong đó: •

P 1 là công suất vào bộ khuếch đại (điểm 2)

•

P 2 là công suất ra bộ khuếch đại (điểm 3)

Ví dụ : Cho một tín hiệu đi qua môi trường truyền, công suất bị giảm một nửa. nửa . Hãy tính độ suy giảm theo deciBel (dB). Độ suy giảm

( dB)

10 log10 (0,5 P 1 / P 1 )

=

10 log10 ( P 2 / P 1 ) = 10 log10 (0,5)

=

10( 0,3)

=

−

3dB

= −

(-3dB tức là giảm đi 3 dB, tức là công suất giảm đi một nửa) Ví dụ : Tín hiệu được khuếch đại 10 lần, lần, tức là P là P 2 = 10P 1. Độ khuếch đại 10 log 10 ( P 2 / P 1 ) = 10 log 10 ( 10 P 1 / P 1 ) = 10 log 10 ( 10 ) = 10( 1 ) = 10dB Ví dụ: Một trong những yếu tố để sử dụng dB là dùng phép tính cộng trong quá trình tính toán tổn hao tại nhiều điểm nối đuôi nhau.

Hình 4.2

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Tổng deciBel của đường truyền:

NGUYỄN QUỐC NAM

P P P P 10 log10 ( P 4 / P 1 ) = 10 log10 ( 2 3 4 ) = 10[log10 ( 2 ) P 1 P 2 P 3 P 1 =

P 10 log10 ( 2 ) P 1

+

P 10 log10 ( 3 ) P 2

+

+

P 10 log10 ( 4 ) = −3 P 3

P log10 ( 3 ) P 2

+

7

−

+

P log10 ( 4 )] P 3

3 = 1dB

tín hiệu được khuếch đại. + DUNG LƯỢNG KÊNH SHANNON: - Dung lượng kênh: Xác định tốc độ truyền dữ liệu cực đại theo lý thuyết của một kênh truyền C = B log2(1+S/N) Trong đó:

• •

C[bps]: Dung lượng kênh.

•

B[Hz] : Băng thông của kênh truyền.

•

S/N : Tỉ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu. • S[W]:

Công suất tín hiệu; N[W]: Công suất nhiễu.

•

Ví dụ 1: Cho có một kênh truyền rất nhiều nhiễu (N = ∞), tỉ số S/N gần bằng 0, nhiễu quá mạnh làm yếu tín hiệu. Như thế, dung lượng truyền lúc này là: C = B log 2(1+S/N)= B log 2(1+ 0)= B log 2(1)= B . 0= 0 Điều này tức là dung lượng kênh truyền là zêrô, bất kể băng thông, tức là ta không thể truyền tin qua kênh này. Ví dụ 2: Tính tốc độ bit cao nhất lý thuyết của một đường cáp UTP, với băng thông 3000Hz, tỉ số S/N là 3162 lần (35 dB). Như thế, dung lượng truyền lý thuyết cao nhất là: C=Blog 2(1+S/N)=3000 log 2(1+3162)=3000 log 2(3163)= 3000 x11,62= 34.860bps =34,86kbps Như thế, nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu trong đường dây UTP, thì phải một là tăng băng thông hay cải thiện tỉ số S/N . Đổi từ dB sang số lần hoặc ngược lại: S / N (dB) = 10 log10 ( S / N lan); S / N ( dB )

S / N lan = 10

10 S / N ( dB )

S / N lan = 10

10

35 ( dB )

=

10

10

=

103, 5

S / N (dB) = 10 log10 (3162) = 35dB

=

3162

lân


NGUYỄN QUỐC NAM

Ví dụ: (Sinh viên tự làm): 1. Đo lường hiệu năng của đường dây cáp UTP (băng thông 4 KHz), khi tín hiệu là 10 volt thì nhiễu là 5 volt. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là bao nhiêu ? 2. Một đường dây có tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) là 1000 lần và băng thông là 4000 Hz, tính tốc độ truyền dữ liệu tối đa theo Shannon? 3. Một tín hiệu đi từ điểm A đến điểm B. Tại điểm A, công suất của tín hiệu là 100 watt, tại điểm B công suất còn lại 90 watt, tính độ suy hao theo dB? 4. Một kênh truyền có độ suy hao là –10 dB. Khi cho tín hiệu 5 watt đi qua thì công suất thu bao nhiêu? 5. Một tín hiệu đi qua ba bộ khuếch đại nối đuôi nhau, mỗi bộ có độ lợi 4 dB. Hãy cho biết độ lợi tổng? Tín hiệu được khuếch đại bao nhiêu lần?

3. TÌM BĂNG THÔNG : Băng thông của tín hiệu hỗn hợp là sai biệt giữa tần số cao nhất và thấp nhất có trong tín hiệu này. Thí dụ 1: Nếu phân tích tín hiệu tuần hoàn thành 5 sóng hài sin có tần số lần lượt là 100, 300, 500, 700 và 900 Hz. Cho biết băng thông của tín hiệu? Vẽ phổ với giả sử là tất cả sóng hài đều có giá trị lớn nhất là 10V. Giải: Gọi f h là tần số cao nhất, f l là thấp nhất, và B là băng thông, thì B = f h - f l = 900 – 100 = 800 Hz Phổ chỉ gồm 5 gai nhọn xuất hiện tại các tần số 100, 300, 500, 700 và 900 Hz .

Thí dụ 2: Tín hiệu tuần hoàn có băng thông là 20 Hz. Tần số cao nhất là 60 Hz, tìm tần số thấp nhất? Vẽ phổ của tín hiệu sóng hài có biên độ giống nhau.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Giải:

NGUYỄN QUỐC NAM

Gọi f h là tần số cao nhất, f l là thấp nhất, và B lá khỗ sóng, thì B = f h - f l

⇒

20 = 60 – f l

⇒ f l

=60 – 20 = 40 Hz

Phổ chứa tất cả các tần số có giá trị nguyên.

Thí dụ 3: Một tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn có băng thông là 200 kHz, có tần số trung tâm là 140 kHz, và biên độ đỉnh là 20 V. Hai giá trị biên độ tại hai tần số cực trị là 0. Vẽ tín hiệu trong miền tần số. Giải: Tần số thấp nhất phải là 40 kHz và tần số cao nhất là 240 kHz.

a) Băng thông dùng cho ASK (amplitude shift keying):: Tín hiệu sóng mang (carrier signal): Trong truyền dẫn analog thì 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. Thiết bị thu được chỉnh định để thu tần số sóng mang trong đó có tín hiệu số được điều chế và tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế. Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ như hình vẽ trong đó có các yếu tố quan trọng là sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – N baud /2 và fc + N baud /2 ở hai biên.


NGUYỄN QUỐC NAM Hình 4.3

Băng thông cần thiết cho ASK được tính theo: BW = (1+d) . N baud = (1+d) . Rbaud ≈ Rbaud Trong đó: BW: băng thông Rbaud , N baud : tốc độ baud d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0) Ta sẽ thấy là băng thông tối thiểu cần cho quá trình truyền thì bằng tốc độ baud. Thí dụ 4 : Tìm băng thông của tín hiệu ASK truyền với tốc độ bit 2 kbps. Chế độ truyền bán song công.

Giải: Trong ASK, tốc độ bit bằng tốc độ baud. Tốc độ baud là 2000, nên tín hiệu ASK cần có băng thông tối thiểu bằng tốc độ baud. Như thế, băng thông tối thiểu là 2000 Hz. Thí dụ 5: Tín hiệu ASK có băng thông là 5000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? Giải: Trong ASK thì tốc độ baud bằng băng thông, tức là tốc độ baud là 5000, đồng thời do tốc độ bit bằng tốc độ baud nên tốc độ bit là 5000 bps. Thí dụ 10: Cho băng thông hệ thống truyền ASK 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), vẽ phổ ASK song công của hệ thống. Tìm tần số sóng mang và băng thông của mỗi hướng, giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng. Giải: Do hệ thống ASK song công nên băng thông trong mỗi chiều là BWmỗi hướng = (1/2). BWhệ thống = 10khz / 2 = 5khz = 5.000 Hz Tần số sóng mang là tần số giữa, như hình 5.26: fc thuận = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz fc nghịch = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz


NGUYỄN QUỐC NAM

b) Băng thông của FSK :

Băng thông cần thiết để truyền dẫn FSK chính là tốc độ baud của tín hiệu cộng với độ dịch tần số (sai biệt giữa hai tần số sóng mang hình vẽ BW = /f C0 - f C1/+ Nbaud = f + Nbaud Tuy chỉ có hai tần số sóng mang, nhưng quá trình điều chế cũng tạo ra tín hiệu hỗn hợp là tổ hợp của nhiều tín hiệu đơn giản, với các tần số khác nhau. Thí dụ 11: Tìm băng thông tối thiểu của tín hiệu FSK truyền với tốc độ bit 2kbps. Chế độ truyền dẫn bán song công và các sóng mang cách 3kHz. Giải: Tín hiệu FSK dùng hai tần số f C0 và f C1, nên; BW = (f C1 - f C0 )+ Tốc độ baud Do trong trường hợp này thì tốc độ bit bằng tốc độ baud, nên BW = (f C1 - f C0 )+ Tốc độ baud = (3.000) + 2.000 = 5.000 Hz Thí dụ 12: Tìm tốc độ bit lớn nhất của tín hiệu FSK nếu băng thông của môi trường là 12khz và sai biệt giữa hai sóng mang ít nhất là 2kHz, chế độ truyền song công. Giải: Với chế độ truyền song công, thì chỉ có 6.000 Hz là được truyền theo mỗi hướng (thu hay phát). Đối với FSK, khi có f C1 và f C0 là tần số sóng mang. BW = (f C1 - f C0 )+ Tốc độ baud Nên Tốc độ baud = BW - (f C1 - f C0 ) = 6.000 – 2.000 = 4.000 baud/s Đồng thời, do tốc độ baud bằng tốc độ bit nên tốc độ bit cũng là 4.000 bps

Khi truyền dẫn trên dải tần cơ sở thì băng thông cần thiết là tỉ lệ với tốc độ bit (bit rate); nếu ta muốn truyền bit nhanh hơn, thì cần phải có băng thông rộng hơn.


NGUYỄN QUỐC NAM

Thí dụ 5: Tìm băng thông cần có của kênh truyền thông tần số thấp nếu cần gởi với tốc độ 1 Mbps dùng phương pháp truyền trên dải tần cơ sở. Giải: Lời giải còn tùy theo mức chính xác cần có: a. Băng thông tối thiểu, là B = (tốc độ bit)/2, tức là 500 KHz b. Tốt hơn thì dùng hài bậc một và bậc ba, tức là B = 3 x 500KHz = 1,5 MHz c. Tốt hơn nữa là hài bậc một, bậc ba và bậc năm, B = 5 x 500 KHz = 2,5 MHz Thí dụ 6: Ta dùng hai kênh thông tần số thấp có băng thông là 100 KHz, cho biết tốc độ truyền bit tối đa là bao nhiêu? Giải: Tốc độ truyền bit tối đa có thể đạt được nếu ta dùng sóng hài bậc một. Tốc độ bit là 2 x (băng thông hiện có), tức là 200 Kbps. 4. MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 4.1 ASK (amplitude shift keying; điều chế số biên độ): + Khái niệm: Là qúa trình lấy các bit ‘1’ và ‘0’ làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang (tần số và pha không thay đổi).

Ví dụ: Giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πf ct + φ0); ‘0’ vc1(t)=Vcm1 sin(2πf ct + 1800)Tồn tại trong 1 chu kỳ bit; một loại đơn vị tín hiệu ‘1’ vc2(t)=Vcm2 sin(2πf ct + 1800)Tồn tại trong 1 chu kỳ bit; một loại đơn vị tín hiệu Giả sử Vcm2 > Vcm1; Ví dụ: Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 01010, biết tốc độ bit là 5 bps. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp ASK . Với tần số sóng mang là f c bằng 20Hz, biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V và pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Hãy 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.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM Giải: Cho: dữ liệu, Rb , ASK, f c , biên độ, pha ban đầu. a. Vẽ tín tín hiệu ASK. ‘0’ vc1(t)=2sin(2π.20t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit ‘1’ vc2(t)=5sin(2π.20t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit T b=1/ R b=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ f c =1/20 = 50ms Vậy T b= 4 Tc  1 chu kỳ bit chứa 4 chu kỳ sóng mang

b. Tín hiệu ASK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì có 2 biên độ. c. Tốc độ Baud: N baud = R baud= 5 baud/s (ASK  R bit = R baud) Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 110100000000, biết tốc độ bit là 5 kbps. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp ASK . Với tần số sóng mang là f c bằng 10 kHz, biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 0V và pha ban đầu của sóng mang là 00. a. Vẽ tín hiệu số trên theo các dạng mã: NRZ-L, Manchester và B8ZS b. Hãy vẽ tín hiệu ASK trong 5 bit đầu tiên.

c. Tính tốc độ Baud. + 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.


NGUYỄN QUỐC NAM

+ Băng thông ASK : Có vô số tần số (không tuần hoàn). Sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – N baud /2 và fc + N baud /2 ở hai biên.

Băng thông cần thiết để truyền tín hiệu ASK được tính theo công thức sau:: BW = fmax – fmin = ( fc + N baud /2) – ( fc – N baud /2) = N baud = Rbaud BWASK = Rbaud Trong đó:

BW: Băng thông [Hz] Rbaud , N baud : 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)

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 f c= 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.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM Tín hiệu ASK, Rbaud = Rbit =5 baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. ASK, BW = R baud=5 (Hz); c. Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên.

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 1101000011110, biết tốc độ bit là 5 kbps. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp ASK . Với tần số sóng mang là f c bằng 10 kHz, biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 0V và pha ban đầu của sóng mang là 900. a. b. c. d. e.

Vẽ tín hiệu số trên theo các dạng mã: NRZ-I, Manchester vi sai và HDB3. Hãy vẽ tín tín hiệu ASK trong 5 bit cuối. Tính tốc độ Baud. (5000 Baud/s) Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. (5 kHz) Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên.

+ Băng thông của 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 min = BWđường dây min = 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: . BWhệthống=BWđườngdâymin =BWhướng1 +BWhướng2+BW bảo vệ=2.BWtín hiệu+BW bảo vệ BW bảo vệ: dải tần số bảo vệ 2 hướng.(lý tưởng bằng 0)

Ví dụ: Tính băng thông hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit là 2 kbps. Chế độ truyền dẫn bán song công.


NGUYỄN QUỐC NAM

Giải: Vì hệ thống bán song công nên: BWhệ thống = BWmỗi hướng Vì điều chế ASK nên R bit = R baud x 1= R baud Suy ra BWmỗi hướng = BWASK = R baud = R bit = 2000Hz Băng thông tối thiểu của hệ thống là BWhệ thống =2kHz. Ví dụ (Sinh viên tự làm): Tính băng thông hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit là 2 kbps. Chế độ truyền dẫn song công. Ví dụ : Cho tín hiệu ASK có băng thông 5kHz, tính tốc độ bit và tốc độ baud. Giải: 5kHz=5000Hz; Vì điều chế ASK nên R bit = R baud x n = R baud x 1= R baud. Mà BWASK = R baud ; Suy ra tốc độ baud R baud = BWASK =5000 baud/s; Suy ra tốc độ bit R bit = R baud =5000 bps; (Có BWASK

tính được R bit , R baud )

Ví dụ: Cho băng thông của hệ thống truyền dữ liệu ASK là 10 kHz (fmin=1 kHz đến fmax=11 kHz), chế độ truyền song công. Giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng (BW bảo vệ=0). a. Vẽ phổ của hệ thống ASK trên. b. Tính băng thông của mỗi hướng. c. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). Giải: Cho BWhệ thống = 10kHz; f max = 11kHz =11.000 Hz; f min = 1kHz = 1000Hz ; song công; BW bảo vệ = 0 a. Vẽ phổ ASK của hệ thống song công

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU b. Tính băng thông của mỗi hướng.

NGUYỄN QUỐC NAM

Do hệ thống ASK song công nên BWhệ thống = 2. BWmỗi hướng + BW bảo vệ Suy ra BWmỗi hướng = BWtín hiệu ASK = (1/2). BWhệ thống = 10kHz / 2 = 5kHz = 5.000 Hz c. Tính tần số sóng mang mỗi hướng ( fc2= Hướng thuận và fc1= hướng nghịch). Tần số sóng mang là tần số giữa: + f c1 Hướng nghịch (tần số thấp):

f min = f c1 – R baud /2 = f c1 – BWASK /2 = f c1 – BWmỗi hướng /2 Suy ra fchướng nghịch = f c1 = f min+ (1/2). BWmỗi hướng = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz + fc2 Hướng thuận (tần số cao):

f max = f c2 + R baud /2 = f c2 + BWASK /2 = f c2 + BWmỗi hướng /2 Suy ra fchướng thuận = f c2 = f max - (1/2). BWmỗi hướng = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz

Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 1101000011110. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp ASK . Hệ thống truyền song công với băng thông là 10 kHz (fmin=2,5 kHz đến fmax=12,5 kHz). Giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng (BW bảo vệ =0). Biết biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 0V và pha ban đầu của sóng mang là 900. a. Vẽ tín hiệu số trên theo các dạng mã: Manchester vi sai và AMI. Các dạng mã hoá trên dạng tín hiệu nào có khả năng đồng bộ và thành phần DC bằng zêrô. b. Vẽ phổ của hệ thống ASK trên.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM c. Tính băng thông của mỗi hướng. (5000Hz) d. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). e. Hãy vẽ tín hiệu ASK trong 5 bit cuối cho hướng thuận.( fc2=10kHz) 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: giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πf ct + φ0); Bit ‘0’ ứng với sóng mang vc1(t) = Vcm sin(2πf c1t+1800); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Bit ‘1’ ứng với sóng mang vc2(t) = Vcm sin(2πf c2t+1800): Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Giả sử f c2 > f c1; 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’ vc1(t) = Vcm sin(2πf c1t+1800)=5sin(2π.10t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit ‘1’ vc2(t) = Vcm sin(2πf c2t+1800)=5sin(2π.20t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit T b=1/ R b=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang bit ‘0’; Tc1=1/ f c1=1/10 =0,1s= 100ms Chu kỳ sóng mang bit ‘1’; Tc2=1/ f c2=1/20 = =0,05s= 50ms Vậy T b= 2Tc1 =4Tc2  1 chu kỳ bit chứa 2 chu kỳ sóng mang f c1 và chứa 4 chu kỳ sóng mang f c2.


NGUYỄN QUỐC NAM

b. Tín hiệu FSK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì tần số thay đổi. Tổng quát: FSK là tín hiệu tương tự không tuần hoàn c. Tốc độ Baud: Một đơn vị tín hiệu mang 1 bit nên R bit = R baud Suy ra R baud= 5 baud/s Tín hiệu FSK : Rbit = Rbaud Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 110100000000, biết tốc độ bit là 5 kbps. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp FSK . Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20kHz, tần số đối với bit ‘0’ là 10kHz và pha ban đầu của sóng mang là 00. a. b. c. d.

Vẽ tín hiệu số trên theo các dạng mã: NRZ-L, Manchester và B8ZS. (5.1) Hãy vẽ tín tín hiệu FSK trong 5 bit đầu tiên. Tính tốc độ Baud.( Rbit = Rbaud ) Tín hiệu FSK có phải là tín hiệu tuần hoàn hay không? Giải thích.

+ Băng thông của tín hiệu FSK : Phổ FSK là tổ hợp của hai phổ ASK tập trung quanh 2 tần số: f C1 (bit 0) và f C2 (bit 1).

Băng thông của tín hiệu FSK : BWFSK = f max – f min BWFSK = f max – f min = f C2 + (1/2)R baud -[ f C1- (1/2)R baud ]

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM BWFSK = /f C2 - f C1/+ R baud = f + Nbaud = f + R baud BWFSK = f + R baud ; ( so sánh Băng thông của tín hiệu ASK BWASK =R baud ); ∆f

=/f C2 - f C1/ : Độ lệch tần số của 2 sóng mang

N baud = R baud: Tốc độ baud R bit = R baud Vậy nếu biết Độ lệch tần số của 2 sóng mang và tốc độ baud thì ta có thể xác định băng thông của tín hiệu FSK. 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, R baud = R bit = 5baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. BWFSK = f + R baud = /20 – 10/ + 5 = 15Hz c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên.

So sánh dạng phổ của ASK và FSK:

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM + 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 nhau 3kHz (Độ lệch tần số). Giải: Tóm tắt: R bit = 2kbps= 2000bps ; • f = 3kHz = 3000Hz; • Chế độ truyền bán song công; • Tính BWhệ thống min= ? Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống min= BWmỗi hướng = BW FSK = f + R baud • Trong FSK, R bit =R baud ; suy ra R baud = 2000 baud/s Suy ra BWhệ thống min = f + R baud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz = 5 kHz; Vậy băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK trên là 5 kHz. •

Ví dụ (SV tự làm): Tính băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song công và các sóng mang cách nhau 3kHz (Độ lệch tần số). Ví dụ (SV tự làm): Tính băng thông lớn nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song công và các sóng mang cách nhau 3kHz (Độ lệch tần số). Ví dụ (SV tự làm): Tính băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn song công và các sóng mang cách nhau 3kHz (Độ lệch tần số), băng thông bảo vệ là 1kHz. 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. + Tóm tắt: •

Hệ thống FSK; Chế độ truyền song công; f min = 2kHz= 2000Hz;

• •

BW hệ thống = 12khz=12.000Hz;

•

Tính Rbit max ?

+ Giải: •

Xác định BW FSK = BWmỗi hướng Vì hệ thống truyền song công nên BWhệ thống = 2.BWmỗi hướng + BWbảo vệ ( BWbảo vệ=0) Suy ra: BWmỗi hướng = BW FSK =(1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU • Xác định R bit

NGUYỄN QUỐC NAM

Trong FSK: BW FSK = BWmỗi hướng = f + R baud ; R bit = R baud. Suy ra R bit= BWmỗi hướng - f (1) Theo (1) Khi f min

R bit Max

Suy ra R bit Max = BWmỗi hướng - f min= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = 4 kbps Vậy tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK là 4 kbps. Ví dụ (Sinh viên tự làm): Tính tốc độ bit nhỏ nhất của tín hiệu FSK nếu băng thông của hệ thống là 12kHz và độ lệch tần số của giữa hai sóng mang lớn nhất là 2kHz, chế độ truyền song công. Ví dụ (Sinh viên tự làm): Tính tốc độ bit nhỏ nhất của tín hiệu FSK nếu băng thông của hệ thống là 12kHz và độ lệch tần số của giữa hai sóng mang lớn nhất là 2kHz, chế độ truyền bán song công. Ví dụ: (Sinh viên tự làm) Cho một tín hiệu số có dạng nhị phân như sau: 1101000011110. Tín hiệu số được điều chế bằng phương pháp FSK , độ lệch tần số là 5kHz. Hệ thống truyền song công với băng thông là 22,5 kHz (fmin=2,5 kHz đến fmax=25 kHz). Giả sử khoảng trống tần số giữa hai hướng là 2,5 kHz (BW bảo vệ=2,5 kHz). Biên độ sóng mang là 5V, pha ban đầu của sóng mang là 900. a. Vẽ tín hiệu số trên theo các dạng mã: RZ, Manchester vi sai và AMI. Các dạng mã hoá trên dạng tín hiệu nào có khả năng đồng bộ và thành phần DC bằng zêrô. b. Vẽ phổ của hệ thống FSK trên. c. Tính băng thông của mỗi hướng. (10kHz) d. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). e. Hãy vẽ tín tín hiệu FSK trong 5 bit cuối cho hướng tần số thấp, tần số đối với bit ‘1’ là 10kHz, tần số đối với bit ‘0’ là 5kHz. f. Vẽ phổ đầy đủ hệ thống FSK trên. 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: giả sử có sóng mang vc(t)=Vcmsin(2πf ct + φ0); ‘0’ vc1(t)=Vcm sin(2πf ct+ φ01) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit ‘1’ vc2(t)=Vcm sin(2πf ct+ φ02) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM Thông thường ta chọn φ02 , φ01 sao cho độ lệch pha của 2 tín hiệu là lớn nhất ∆φmax

= /φ02 - φ01/= 1800

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’ vc1(t) = Vcm sin(2πf ct + φ01) =5 sin(2π.20t + 00) V ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit ‘1’ vc2(t) = Vcm sin(2πf ct + φ02) = 5 sin(2π.20t + 1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit T b=1/ R b=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ f c=1/20 = 50ms Vậy T b= 4Tc  1 chu kỳ bit chứa 4 chu kỳ sóng mang f c.

b. Tín hiệu PSK không phải là tín hiệu điều hòa.Vì có 2 pha. c. Tốc độ Baud: N baud = R baud= R bit =5 baud/s Vậy trong PSK hoặc 2-PSK tốc độ bit bằng tốc độ baud; Rbaud = Rbit 2-PSK (BPSK; Binary): Tín hiệu PSK có 2 pha. ( có 2 loại tín hiệu, mỗi loại chứa 1 bit) 2n-PSK : Tín hiệu PSK có 2n pha. ( có 2n loại tín hiệu, mỗi loại chứa n bit) Ví dụ: Tín hiệu 4 –PSK (2 2 –PSK) : Tín hiệu PSK có 2 2 =4 pha. ( có 4 loại tín hiệu, mỗi loại chứa 2 bit) Tín hiệu 8 –PSK (2 3 –PSK) : Tín hiệu PSK có 2 3 =8 pha. ( có 8 loại tín hiệu, mỗi loại chứa 3 bit)

+ Băng thông của PSK : Dạng phổ của PSK giống ASK nên Băng thông của PSK giống băng thông ASK


NGUYỄN QUỐC NAM

BW2-PSK = R baud ; N baud=R baud: Tốc độ baud Tổng quát: BW2n -PSK = R baud + Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK): •

K hông bị ảnh hưởng nhiễu biên độ

•

Băng thông hẹp (nhỏ hơn băng thông của FSK)

+ So sánh băng thông và ảnh hưởng của nhiễu biên độ lên các tín hiệu PSK, ASK, FSK: BW ASK = Rbaud ; nhiễu biên độ; • BW FSK = f + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ; • BW PSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ Vậy tín hiệu PSK không bị ảnh hưởng của nhiễu biên độ và có băng thông nhỏ nhất Tín hiệu PSK khó điều chế hơn ASK và FSK •

+ Giản đồ trạng thái pha: ‘0’ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+00) V ; ‘1’ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+1800)

Vậy tín hiệu 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- Quadrature- cầu phương): Tín hiệu 4 –PSK (2 2 –PSK) : Tín hiệu 4-PSK có 2 2 =4 pha. ( có 4 loại tín hiệu, mỗi loại chứa 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). Biết sóng mang có biên độ 5V, tần số 20Hz và pha được biểu diễn như sau: ‘00’ pha  00 ; ‘01’ pha 900 ; ‘10’ pha  1800 ; ‘11’ pha 2700 (900).

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU a. Vẽ tín tín hiệu QPSK.

NGUYỄN QUỐC NAM

b. Tín hiệu QPSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. d. Vẽ giản đồ trạng thái pha của tín hiệu QPSK. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu QPSK Tín hiệu QPSK ( 4-PSK) có 4 pha. ( có 4 loại tín hiệu), mỗi pha mang thông tin 2 bit.

Theo đề bài ta có các loại tín hiệu trong QPSK như sau: ‘00’ vc1(t)= Vcm sin(2πf ct + φ01) = 5 sin(2π.20t+00) V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit ‘01’ vc2(t)= Vcm sin(2πf ct + φ02) = 5 sin(2π.20t+900)V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit ‘10’ vc3(t)= Vcm sin(2πf ct + φ03) = 5 sin(2π.20t+1800)V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit ‘11’ vc4(t)= Vcm sin(2πf ct + φ04) = 5 sin(2π.20t -900); V Tồn tại trong 2 chu kỳ bit Chu kỳ bit T b=1/R b=1/10 =0,1s=100ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ f c=1/20 =0,05s= 50ms Vậy T b= 2Tc  1 chu bit chứa 2 chu kỳ sóng mang f c. Vậy 2T b= 4Tc  2 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang f c. Vậy tín hiệu QPSK của tín hiệu số 0110101100 như sau:

b. Tín hiệu QPSK không phải là tín hiệu điều hòa. Vì có pha thay đổi. c. Tốc độ Baud: N baud = R baud= (1/2)R bit =5 baud/s Vậy trong 4-PSK (QPSK) R bit= 2.R baud Tổng quát hệ thống 2n-PSK, R bit= n.R baud

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM d. Giản đồ trạng thái pha QPSK:

Tổng quát hệ thống 2n-PSK, các pha cách nhau 3600 /2n + Băng thông của QPSK : Giống băng thông ASK

BW = R baud N baud=R baud: Tốc độ baud + Ưu điểm QPSK: 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 phương pháp điều chế khác (2-PSK, ASK, FSK). + 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 90 0, 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.

+ 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 2 n -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

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM 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.

Hình 4.4 Ví dụ 13: Tìm băng thông của hệ thống 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, R bit = 2x R baud ; Suy ra R baud = (1/2). R bit=1000 baud/s; Mà

BWPSK = R baud ; Suy ra BWQPSK = 1000Hz.

BWhệ thống = BWmỗi hướng = 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, R bit = 3x R baud ; Mà BW8-PSK = R baud ; Suy ra R baud =5000 baud/s ; Suy ra R bit = 3x R baud =15.0000 bps=15kbps ; 5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ cầ u phương) 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. (QAM là quá trình lấy dữ liệu số làm thay đổi biên độ và pha của sóng mang, tần số không thay đổi) Ví dụ: Cho một tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit là 24 bps, được điều chế bằng phương pháp 8-QAM (8 loại đơn vị tín hiệu), tần số sóng mang 16Hz, 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.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU c. Tính tốc độ Baud.

NGUYỄN QUỐC NAM

d. Tính băng thông 8-QAM.

Giải: a.Vẽ tín tín hiệu 8-QAM. ‘000’ vc1(t)= Vcm1 sin(2πf ct + φ01) = 2 sin(2π.16t+00) V ; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘001’ vc2(t)= Vcm2 sin(2πf ct + φ01) = 5 sin(2π.16t+00)V; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘010’ vc3(t)= Vcm1 sin(2πf ct + φ02) = 2 sin(2π.16t +900)V ; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘011’ vc4(t)= Vcm2 sin(2πf ct + φ02) = 5 sin(2π.16t +900); V Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘100’vc5(t)= Vcm1 sin(2πf ct + φ03) = 2sin(2π.16t+1800) V ; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘101’ vc6(t)= Vcm2 sin(2πf ct + φ03) = 5 sin(2π.16t+1800)V; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘110’ vc7(t)= Vcm1 sin(2πf ct + φ04) = 2 sin(2π.16t-900)V ; Tồn tại trong 3 chu kỳ bit ‘111’ vc8(t)= Vcm2 sin(2πf ct + φ04) = 5 sin(2π.16t -900); V Tồn tại trong 3 chu kỳ bit Chu kỳ bit T b=1/ R b=1/24 (s); Chu kỳ sóng mang Tc=1/ f c=1/16 (s); Ta có 3T b = 2Tc, suy ra 3 chu bit sẽ tồn tại 2 chu kỳ sóng mang

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM Tín hiệu số 101100001000010011110111 Amplitude

Bit rate : 24

3 bits 3 bits

3 bits

100

101

001

Baud rate : 8

3 bits 3 bits 3 bits 000

010

011

3 bits 3 bits 110

011

111

010 000

Time

001

101 100 110 1 baud

1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud

3Tb=2Tc

111

1 second 8-QAM 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. R baud = (1/3)R bit = 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 = R baud; 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, 4biên 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

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM 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) + 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 1200 bit trong một giây (1200 bps). Mỗi tần số thay đổi biểu diễn một bit; như thế thì cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền trong 1s. 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. Số bit trong một đơn vị tín hiệu

Bits/Baud

Tốc độ Baud

Tốc độ 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

Dạng điều chế

Ví dụ 15: Giản đồ trạng thái pha gồm 8 điểm cách đều nhau trên một vòng tròn. Biết tốc độ bit là 4800 bps, hãy 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.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM • Như thế tốc độ baud là R baud = (1/3)R bit = 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)

•


•

Như thế tốc độ bit là R bit= 4 R baud = 1.000 x 4 = 4.000 bps.

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)

•


•

Như thế tốc độ baud là R baud = (1/6)R bit = 72.000/6 = 12.000 baud. 5.4 CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - TƯƠNG TỰ (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:

+ Sóng mang cao tần (Dạng điều hòa) 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 tần 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.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM - Tín hiệu điều chế (tin tức) trở thành hình bao của sóng mang. •

Tín hiệu AM có biên độ thay đổi theo tín hiệu tin tức.

+ Băng thông của tín hiệu AM: BWAM = 2 Fi max= 2 BWi

Với Fi max: là tần số cực đại của tin tức. BWi (BWm): là băng thông của tin tức. + Chuẩn AM trong truyền thanh: •

Băng thông của tín hiệu thoại thường là 5 KHz.

•

Băng thông cực đại của 1 kênh AM là 10 KHz.

•

FCC (Federal Communication Commission- Tiểu ban thông tin liên bang-chuẩn Mỹ) mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz.

+ Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530 kHz đến 1700 KHz (540 kHz đến 1600 KHz). Các tần số phát này phải cách với ít nhất là 10 KHz (một băng thông AM) nhằm tránh giao thoa.

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU NGUYỄN QUỐC NAM +Ví dụ: Nếu một đài phát dùng tần số 1100 KHz thì tần số sóng mang kế không được phép nhỏ hơn 1110 KHz.

Ví dụ 18: Cho tín hiệu tin tức với băng thông 4KHz, hãy tìm băng thông của tín hiệu AM. Giả sử không xét theo qui định của FCC. Giải: BWi= 4KHz Tín hiệu AM có băng thông BWAM = 2 BWi= 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.

+ Băng thông tín hiệu FM: BWt = BWFM = 2 (Fi max+ ∆f m ) = 10. BWi Với :

Fi max là tần số cực đại của tin tức. ∆f m : là độ di tần cực đại. BWi = BWm : là Băng thông của tin tức.

Ky thuat truyen so lieu.doc

Recommend Documents