Kỹ Thuật điều Chế Tín Hiệu Trong Các Hệ Thống Truyền Tin Số Hiện đại

Tải bản đầy đủ (.doc) (57 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Kinh tế - Quản lý

kỹ thuật điều chế tín hiệu trong các hệ thống truyền tin số hiện đại

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (409.93 KB, 57 trang )

Đồ án học kỳ 9===================================================================TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNGKHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN---------------o0o--------------CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc--------------o0o--------------ĐỒ ÁN HỌC KỲ 9Tên đề tài: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG CÁC HỆ THỐNGTRUYỀN TIN SỐ HIỆN ĐẠIHọ và tênLớpKhóaNgành::::PHẠM TRẦN HỒN5041022004 – 2009Điện tử - Viễn thơngNgàythángnăm 2008===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪNĐiểm :(Bằng chữ :)Ngàythángnăm 2008Giáo viên hướng dẫnPGS . TS. THÁI HỒNG NHỊ===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của đất nước, những năm gân đây, các ngành côngnghiệp đều phát triển mạnh mẽ và ngành công nghiệp viễn thơng cũng khơngngoại lệ. Ngày càng có nhiều dịch vụ truyền thông mới và chất lượng truyềnthông cũng yêu cầu cao hơn đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi nâng cấpđường truyền.Đứng trước xu hướng như vậy, việc tìm hiểu về các vấn đề truyền tintrong các hệ thống viễn thông hiện đại trở nên quan trọng đối với sinh viên.Nhận thức được điều đó, đồ án tốt nghiệp “Kỹ thuật điều chế tín hiệu trong cáchệ thống truyền tin số hiện đại” sẽ giới thiệu tổng quan về các hệ thống truyềntin số, tìm hiểu về các vấn đề kỹ thuật điều chế tín hiệu. Bố cục của đồ án baogồm các chương: Chương 1 : Tổng quan về hệ thống truyền tin số Chương 2 : Các đặc điểm của truyền dẫn số và điều chế xung mã Chương 3 : Điều chế tín hiệu sốĐiều chế tín hiệu số là kỹ thuật ngày nay khơng cịn mới mẻ, song việctìm hiểu các vấn đề điều chế là cần thiết, địi hỏi phải có kiến thức sâu rộng, vàlâu dài. Do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sựphê bình, góp ý của các thầy cơ giáo và các bạn.Xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới PSG.TS. Thái Hồng Nhị, ngườiđã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này.Xin cảm ơn chân thành các thầy cô giáo trong khoa CNTT đã giúp đỡ emtrong thời gian qua.===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================MỤC LỤCLời nói đầu.......................................................................................................Chương 1. Tổng quan về hệ thống truyền tin số.............................................1.1 Khái quát về hệ thống truyền tin điện tử...................................................1.2 Nguồn tin và tín hiệu nguồn......................................................................1.3 Điều chế và giải điều chế trong các hệ thống truyền tin............................1.4 Phân tích tín hiệu.......................................................................................Chương 2. Các đặc điểm của truyền tín số và điều chế mã xung....................2.1 Đặc điểm của truyền tin số........................................................................2.2 Các dạng điều chế xung.............................................................................2.3 Điều chế mã xung......................................................................................-Tổng quan ......................................................................................................-Lấy mẫu PCM................................................................................................-Tốc độ lấy mẫu,lượng tử hoá và mã hoá........................................................-Dải động.........................................................................................................-Hiệu suất mã hố............................................................................................Chương 3. Điều chế tín hiệu số.......................................................................3.1 Tổng quan về một số hệ thống truyền tin số..............................................3.2 Khoá dịch biên ASK..................................................................................3.3 Khoá dịch tầnFSK.....................................................................................3.4 Khoá dịch pha PSK....................................................................................3.5 Điều chế biên độ cầu phương QAM..........................................................3.6 Khoá dịch pha vi phân DPSK....................................................................3.7 Hồi phục sóng mang..................................................................................3.8 Xác suất bit và tỷ lệ lỗi bit.........................................................................===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================Chương 1TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TIN SỐ1.1.Khái quát về hệ thống truyền tin điện tử:Hệ thống truyền tin điện tử là một hệ thống sử dụng các mạch điện và cácthiết bị điện tử để thực hiện công việc truyền tin từ nơi này đến nơi khác,gọi tắtlà hệ thống truyền tin.Thông tin nguồn nguyên thuỷ được truyền trong các hệthống truyền tin có thể dưới dạng tương tự,ví dụ : tiếng nói con người , âm nhạchoặc có thể dưới dạng số,rời rạc như những chữ cái hoặc chữ số được mã hoádưới dạng nhị phân.Thông tin truyền và xử lý trong các hệ thống truyền tin điện tử được biểuthị dưới dạng các tín hiệu. Tín hiệu là đại lượng vật lý mang thông tin và thườngđược biểu thị dưới hai dạng : tín hiệu tương tự và tín hiệu số.Hệ thống truyền tin truyền các tín hiệu tương tự được gọi là hệ thốngtruyền tin tương tự. Hệ thống truyền tin truyền các tín hiệu số là hệ thống truyềntin số.Trong các hệ thống truyền tin có sự tham gia của các máy tính, tin tứchoặc thơng tin được biểu thị dưới dạng dữ liệu. Hệ thống hoặc mạng truyền tinđó được gọi là hệ thống hoặc mạng truyền dữ liệu.Một hệ thống truyền tin bất kỳ nào cũng có thể được biểu thị theo sơ đồkhối sau:NguồntinXử lýtínhiệuphátMạchsóngmangMơitrườnghoặc kênhtruyền dẫnMạch sóngmangXử lý tínhiệu thuĐầu cuốinhận tin===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================Các ký hiệu trong sơ đồ:m(t) Dữ liệu nguồn tin đưa vào thiết bị pháts(t) Dữ liệu đầu ra của máy phát sau khi đã được xử lí, mã hố, điều chế và khuếch đại đểđưa vào đường truyềnn(t) Tạp nhiễu tác động vào thiết bị thu. Do có tạp nhiễu nên r(t) = s(t) + n(t) ≠ s(t)%%m(t ) Tín hiệu đầu ra thiết bị thu (nhận tin) ; m(t ) ≠ m(t )Hình 1.1 Mô tả sơ đồ khối tổng quát một hệ thống truyền tinBất kỳ một hệ thống truyền tin nào cũng bao gồm ba khối chức năng chủyếu : phát, môi trường truyền dẫn và thu.Khối phát là một tập hợp gồm một hoặc nhiều thiết bị hoặc mạch điện tửđể chuyển đổi thơng tin nguồn ngun thuỷ thành tín hiệu thích ứng với mơitrường truyền dẫn. Khối phát có hai chức năng chủ yếu là xử lý tin hiệu phát vàtạo sóng mang phát. Xử lý tín hiệu phát tức xử lý tín hiệu nguồn sao cho thíchứng với các yêu cầu truyền tin. Các phương pháp xử lý có thể là: nén, lọc, mãhoá, số hoá, điều chế, truyền tin cụ thể. Mạch sóng mang phát có nhiệm vụ biếnđổi tín hiệu sau xử lý tín hiệu phát sao cho thích ứng với kênh truyền dẫn vàkhoảng cách cần truyền dẫn.Kênh truyền dẫn (môi trường truyền dẫn) thường được nhóm vào hainhóm: nhóm kênh cứng và nhóm kênh mềm. Kênh cứng ví dụ các đường dâyđiện thoại, cáp song hành, cáp đồng trục,…Kênh mềm ví dụ khơng khí, chânkhơng, nước…Nói chung, kênh truyền gây suy giảm tín hiệu và bị tác động củatạp nhiễu làm tổn hao và sai lạc tín hiệu truyền trên kênh. Tạp nhiễu có thể do===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================các nhiễu từ các nguồn nhiễu ngồi (nhiễu khí quyển, nhiễu cơng nghiệp,..) vàcác tạp âm bên trong bản thân hệ thống truyền tin (tạp âm nội bộ hệ thống) gâynên. Ngoài tác động của tạp nhiễu, kênh truyền còn chịu tác động của các hiệntượng trễ, tín hiệu vọng,…Mạch sóng mang và xử lý tín hiệu thu là các quá trình ngược lại của xử lýtín hiệu phát và mạch sóng mang phát để tái tạo lại nguồn tín hiệu nguyên thuỷđược truyền. Do tác động của nhiễu n(t) trong quá trình truyền nên ở bộ thu cầncó bộ lọc và loại trừ nhiễu.1.2. Nguồn tin và tín hiệu nguồn:Nguồn tin trong hệ thống truyền tin là nơi tạo ra hoặc chứa các tin cầntruyền đi. Nguồn tin có thể là số hoặc tương tự.Một nguồn tin số tạo ra một tập hữu hạn các đoạn tin có thể có.VD: máychữ.Một nguồn tin tương tự tạo ra các đoạn tin đựoc xác định trên một dãyliên tục.VD: microphon.Một hệ thống truyền tin số là một hệ thống truyền tin tức từ một nguồn sốhoặc một nguồn tương tự được rời rạc hoá, số hoá tới bộ thu.Một hệ thống truyền tin tương tự là một hệ thống truyền tin tức từ mộtnguồn tương tự tới bộ thu.Trong các hệ thống truyền tin điện tử, tín hiệu là đại lượng vật lý mangthông tin và thường được biểu thị dưới hai dạng: tín hiệu tương tự và tín hiệu số.Thực chất, một tín hiệu số hoặc một dạng sóng số được định nghĩa nhưmột hàm thời gian có một tập rời rạc các giá trị và một tín hiệu tương tự hoặcmột dạng sóng tương tự là một hàm thời gian có liên tục các giá trị.Giá trị tin tức trong các hệ thống truyền tin điện tử thường được biểu thịdưới dạng điện áp u(t), hoặc dòng điện i(t), liên tục hoặc gián đoạn.===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================Hình 1.2. Mơ tả dạng tín hiệu tương tự và sốKhi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồn tin đến nơinhận, một dãy các phần tử cơ sở của nguồn tin sẽ được truyền đi với một phânbố xác suất nào đó, dãy này được gọi là đoạn tin.S maxNguồn tin có thể là nguồn tin nguyên thuỷ hoặc đã được sơ bộ xử lí. Cácnguồn tin nguyên thuỷ phần lớn là những hàm liên tục theo thời gian f(t) hoặc làhàm biến đổi theo thời gian cùng các thông số khác. Phần lớn các tin nguyênthuỷ mang tính liên tục theo thời gian và mức, nghĩa là có thể biểu diễn mộtthơng tin nào đó dưới dạng một hàm số s(t) tồn tại trong khoảng thời gian (t1 , t2 )với các giá trị bất kỳ trong phạm vi (Smin,Smax) như hình 1.3.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================s(t)Các nguồn tin nguyên thuỷ có thể được đưa trực tiếp vào kênh để truyềnSđi hoặc có thể quamax phép biến đổi xử lý trước khi đưa vào kênh truyền tin sốcácphải được số hoá hoặc mã hố. Phép biến đổi tín hiệu nguồn tương thích vớikênh truyền được gọi là phép điều chế.Smint1.3.Điều chế và giải điều chế trong các hệ thống truyền tin:t2t1Hình 1.3. Hàm s(t) của nguồn tin nguyên thuỷ liên tụcTrong thực tế, các tín hiệu thơng tin ngun thuỷ khơng thể truyền đượcxa trên các đường truyền dẫn cáp kim loại, sợi cáp quang hoặc trong tầng khơnggian khí quyển, do đó cần phải điều chế tín hiệu thơng tin ngun thuỷ đó vớimột tín hiệu tương tự có tần số cao hơn gọi là sóng mang. Tín hiệu sóng mangcó nhiệm vụ mang thông tin trong hệ thống truyền tin. Tín hiệu thơng tin có thểđiều chế với sóng mang hoặc theo biên độ, theo tân số hoặc theo góc pha. Việcđiều chế được hiểu đơn giản là quá trình biến đổi một hoặc nhiều đặc tính củasóng mang theo sự biến đổi của tín hiệu thơng tin.Trong các hệ thống truyền tin có hai dạng điều chế cơ bản, đó là điều chếtương tự và điều chế số.Một hệ thống truyền tin trong đó năng lượng được truyền và thu dướidạng sóng tương tự (tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian) được gọi là hệthống truyền tin tương tự.Thuật ngữ truyền tin số (digital communication) trong thực tế kỹ thuậtbao gồm cả truyền dẫn số và radio số.Truyền dẫn số (digital transmission) là hệ thống truyền dẫn trong đó cácxung số được truyền giữa hai hoặc nhiều điểm trong hệ thống truyền tin. Với===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================truyền dẫn số thì khơng cần có sóng mang và các thơng tin nguồn có thể là dạngsố hoặc tương tự. Nếu thông tin là dạng tương tự thì cần phải chuyển đổi thànhdạng số trước khi truyền và được chuyển đổi trở lại dạng tương tự ở phía đầuthu. Các hệ thống truyền tin số có đường truyền vật lý giữa phát và thu là dâykim loại hoặc sợi cáp quang.Radio số là việc truyền các sóng mang tương tự được điều chế số giữa haihoặc nhiều điểm trong hệ thống truyền tin. Ở radio số, tín hiệu điều chế và tínhiệu được điều chế là các xung số. Các xung số có thể từ một hệ thống truyềndẫn số, từ một nguồn số VD: từ một máy tính hoặc từ một tín hiệu được mã hốnhị phân. Ở các hệ thống radio số thì mơi trường truyền dẫn có thể là cácphương tiện vật lý hoặc khơng gian tự do (tầng khí quyển). Các hệ thống truyềntin tương tự được phát triển trước và ngày nay đang được thay thế bởi các hệthống truyền tin số do những điểm lợi thế của nó.Biểu thức (1.1) là biểu thức tổng quát của một sóng điện áp hình sin biếnđổi theo thời gian của một tín hiệu sóng mang cao tần :u (t ) = U sin(2Πft + θ )(1.1)Trong đó :u(t)Ulà biên độ (V);fθlà sóng điện áp hình sin biến đổi theo thời gian;là tần số (Hz);là góc lệch pha (rad).Các kỹ thuật điều chế có thể được mơ tả như sau:===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================Tín hiệu điều chếTương tựSốDạng điều chế đượctạo thànhAMFM PMASKFSK PSKQAMNếu tín hiệu thơng tin là tương tự và biên độ (U) của sóng mang đượcbiến đổi tỷ lệ với tín hiệu thơng tin thì điều chế biên độ AM (amplitudemodulation) được tạo ra; Nếu như tan số (f) của sóng mang biến đổi tỷ lệ với tínhiệu thơng tin thì điều chế tần số FM (frequency modulation) được tạo ra và nếugóc pha (θ ) của sóng mang biến đổi tỷ lệ với tin hiệu thơng tin thì điều chế phaPM (phase modulation) được tạo ra.Nếu tín hiệu thơng tin là số và biên độ (U) của sóng mang biến đổi tỷ lệvới tín hiệu thơng tin thì tín hiệu được điều chế số đó được gọi là khóa dịch biênASK (amplitude shift keying); Nếu tần số (f) của sóng mang biến đổi tỷ lệ vớitín hiệu thơng tin thì điều chế được gọi là khố dịch tần FSK (frequency shiftkeying) và nếu góc pha (θ ) của sóng mang biến đổi tỷ lệ với tín hiệu thơng tinthì điều chế được gọi là khóa dịch pha PSK (phase shift keying). Nếu như cảbiên độ và góc pha cùng biến đổi tỷ lệ với tín hiệu thơng tin thì điều chế là biênđộ cầu phương QAM (quadrature amplitude modulation).Việc điều chế được thực hiện ở phía phát bởi mạch được gọi là bộ điềuchế. Sóng mang được tác động bởi một tín hiệu thơng tin được gọi là sóng đượcđiều chế hoặc tín hiệu được điều chế. Việc giải điều chế là quá trình ngược lạicủa điều chế để chuyển đổi sóng mang được điều chế thành thông tin ban đầu.Giải điều chế được thực hiện ở phía thu bởi mạch giải điều chế.===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================Có hai nguyên nhân cần phải thực hiện việc điều chế trong các hệ thốngtruyền tin điện tử đó là:1.Các tần số thấp khó bức xạ từ anten dưới dạng sóng điện từ.2.Các tín hiệu thơng tin thường có dải tần giống nhau và nếu như các tínhiệu từ hai hoặc nhiều nguồn phát cùng thời gian thì chúng sẽ can nhiễu lẫnnhau. VD: các đài phát thanh thoại và phát thanh âm nhạc có giải tần audiotrong khoảng từ 300Hz đến 15000Hz, để chúng không can nhiễu lẫn nhau thìphải chuyển đổi thơng tin của chúng thành các băng tần khác nhau hoặc kênhkhác nhau.Hình 1.4 mơ tả sơ dồ khơi đơn giản hố quan hệ của tín hiệu điều chế,sóng mang tần số cao và sóng được điều chế trong một hệ thống truyền tin điệntử.Mơi trườngtruyền dẫnThơng tintín hiệuđiềuchế(tần sốthấp)Bộ điềuchế(chuyểnđổi lên)Tạo sóngmang(tầnsố cao)Khuếchđại(chuyểnđổi xuống)Giải điềuchếTín hiệuđược giảiđiềuchế,thơngtin(tần sốthấp)Tạo sóngnội(tần sốcao)Hình 1.4 Sơ đồ khối đơn giản hố một hệ truyền tin có sóng mang được điều chế===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================1.4. Phân tích tín hiệu:Khi thiết kế các mạch của hệ thống truyền tin điện tử thường cần phảiphân tích dự đốn hiệu năng của mạch dựa trên cơ sở phân bố công suất và hỗnhợp tần số của tín hiệu thơng tin. Việc làm đó thuận lợi nhất là nhờ vào việcphân tích tín hiệu qua các biểu thức tốn học.1.4.1. Các tín hiệu hình sinPhân tích tín hiệu là việc phân tích tốn học các tham số như tần số, độrộng dải tần và mức điện áp của tín hiệu. Các tín hiệu điện là các điện áp hoặcdòng điện biến đổi theo thời gian và nó có thể được biểu thị bởi một dải cácsóng sin hoặc cosin.u (t ) = U sin(2π ft + θ ) hoặc u (t ) = U cos(2π ft + θ )(1.2)i (t ) = I sin(2π ft + θ ) hoặc i (t ) = I cos(2π ft + θ )(1.3)trong đó:u(t) là điện áp hình sin biến đổi theo thời gian;i(t) là dịng điện hình sin biến đổi theo thời gian;U là điện áp đỉnh (V);f là tần số (Hz);θ là góc lệch pha (rad);I là dòng điện đỉnh (A);2π ft = ω là tốc độ góc (rad/s).Hàm sin và cosin được sử dụng tuỳ ý phụ thuộc vào điểm tham chiếu củatín hiệu.Các biểu thức trên là đối với dạng sóng tần số đơn, có chu kỳ lặp lại vàthường được gọi là sóng tuần hồn. Các sóng tuần hồn có thể được phân tíchtrong miền thời gian hoặc miền tần số.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================1.4.2. Các sóng tuần hồn khơng sinMột sóng tuần hồn nào đó mà nó bao gồm nhiều hơn một sóng sin hoặccosin là dạng sóng khơng sin hoặc gọi là sóng phức hợp. Để phân tích các sóngphức hợp thường sử dụng chuỗi tốn học Fuorier.Chuỗi Fuorier được sử dụng trong phân tích tín hiệu để biểu thị các thànhphần sin của một dạng sóng khơng sin (có nghĩa là biến đổi tín hiệu theo miềnthời gian thành tín hiệu theo miền tần số). Nói chung, các chuỗi Fuorier cho mộthàm tuần hồn nào đó như một dãy số các số hạng các hàm số lượng giác theobiểu thức sau:f (t ) = A0 + A1 cos α + A2 cos 2α + ... + An cos nα + B1 sin β + B2 sin 2 β + ... + Bn sin nβtrong đó α = β(1.4)Biểu thức (1.4) biểu thị dạng sóng f(t) bao gồm một giá trị một chiều (dc)là A0, một chuỗi các hàm cosin và sin trong đó các hạng sau có tần số là bội sốcủa tần số ở số hạng thứ nhất. Biểu thức cũng nói lên rằng, một dạng sóng tuầnhồn nào đó bao gồm một thành phần một chiều và một chuỗi các sóng hài dạngsin và cosin. Sóng hài có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản. Tần số cơbản là sóng hài bậc nhất và bằng tần số của dạng sóng. Bội số bậc hai của tần sốcơ bản được gọi là hài bậc hai, bội số bậc ba được gọi là hài bậc ba, …Như vậy,biểu thức (1.4) có thể viết:f(t) = dc + sóng cơ bản + hài bậc 2 + hài bậc 3 + …+ hài bậc1.4.3. Chuỗi Fuorier của dạng sóng chữ nhậtKhi phân tích các mạch truyền tin điện tử thường gặp các dạng sung chữnhật. Hình 1.5 mơ tả một dạng sóng xung chữ nhật với độ rộng xungτvà chukỳ xung T. Chuỗi Fuorier đối với một xung chữ nhật đối xứng chẵn có dạng nhưsau:u (t ) =U t 2U t  sin xsin 2 xsin nx+( cos ωt ) +( cos 2ωt ) + ... +( cos nωt )  (1.5)TT  x2xnx===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================τUtTHinh 1.5. Dạng sóng xung chữ nhậttrong đó:u(t) là sóng điện áp biến đổi theo thời gian:τlà độ rộng của xung chữ nhật (s);T là chu kỳ của song xung chữ nhật;x là π ( τ / T );n là hài bậc n;U là biên độ đỉnh của xung.Xung có độ rộng xung càng hẹp thì thành phần một chiều dc trong chuỗiFuorier càng bé, do đó biên độ của hài bậc n trong biểu thức (1.5) sẽ là:2Uτ sin nx×Tnx(1.6a)2Uτ sin  ( nπτ ) T × T( nπτ ) T(1.6b)Un =hoặc:Un =trong đó:Un là biên độ đỉnh của hài bậc n;n là hài bậc n;U là biên độ đỉnh của sóng chữ nhật;T là chu kỳ xung chữ nhật.Hàm (sinx)/x được sử dụng để biểu thị các dạng sóng xung tuần hồn.Hàm (sinx)/x là một sóng hình sin tắt dần trong đó đỉnh kế tiếp sau có giá trị béhơn đỉnh trước nó. Hình 1.6 mơ tả hàm (sinx)/x.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================(sinx)/xxHình 1.6. Mơ tả hàm (sinx)/x.1.4.4. Cơng suất và phổ năng lượngMục đích của kênh truyền tin là truyền năng lượng điện từ, từ nguồn đếnnơi nhận. Như vậy mối quan hệ giữa năng lượng được truyền đi và năng lượngthu được là yếu tố quan trong. Điều đó dẫn đến việc xem xét mối quan hệ giữanăng lượng và công suất theo tần số.Công suất điện là tốc độ mà ở đó năng lượng được phát tán, cung cấphoặc được sử dụng và nó là hàm mũ bậc hai của điện áp hoặc của dòng điện(P=E2/R hoặc P=I2R). Theo quan hệ về cơng suất đó thì với biểu thức Fuorier f(t)sẽ được biểu thị là [f (t) ] 2.Hình 1.7 mơ tả phổ cơng suất của một dạng sóng chữ nhật với tỷ số τ Tlà 0,25. Giống như phổ điện áp theo tần số, nó cịn nhiều múi con và một múichính rộng hơn.Từ hình 1.7 thấy rằng, cơng suất trong một xung được phân tán trong mộtphổ tần tương đối rộng và phần lớn cơng suất nằm trong múi chính. Do đó, nếuđộ rộng dải tần của kênh truyền tin đủ rộng có thể cho qua các tần số nằm trongmúi chính thì nó cũng đã truyền được phần lớn năng lượng chứa trong xung đếnphía thu.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9==================================================================== 0,25Tần số-4f -3f -2f -ff 2f 3f 4fHình 1.7. Phổ cơng suất của một xung chữ nhật có tỷ số = 0,25Chương 2CÁC ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN DẪN SỐ VÀ ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ2.1. Đặc điểm của truyền dẫn sốTruyền dẫn số so với truyền dẫn tương tự có những ưu điểm sau:1. Truyền dẫn số có tính kháng nhiễu tốt hơn nhiều so với truyền dẫn tươngtự. Các xung số ít bị tác động của nhiễu làm thay đơir hoặc biến dạng so với tínhiệu tương tự. Ở đường truyền dẫn số thì các đặc tính về biên độ, tần số và gócpha khơng cần phải định ra một cách chính xác như ở kênh truyền tương tự. Cácxung ở truyền dẫn số sẽ được định ra theo khoảng thời gian mẫu hoặc mức trên,mức dưới của xung theo một ngưỡng nào đó. Độ chính xác về biên độ, tần số vàgóc pha ở truyền dẫn số khơng quan trọng lắm.2. Tín hiệu số thuận lợi và dễ dàng hơn nhiều trong các quá trình xử lý vàghép kênh so với tín hiệu tương tự. Việc xử lý tín hiệu số ở đây được hiểu là xửlý các tín hiệu tương tự theo các phương pháp số. Xử lý tín hiệu bao gồm lọc,cân bằng và chuyển dịch pha.Các xung số có thể được nhớ dễ dàng hơn tín hiệutương tự. Tốc độ truyền của các hệ thống số có thể thay đổi một cách dễ dàng để===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================thích ứng với các mơi trường khác nhau và thích nghi với các dạng thiết bị khácnhau.3. Ở các hệ thống truyền dẫn số dùng các bộ tái tạo tín hiệu trong khi ởtruyền dẫn tương tự dùng các bộ khuếch đại tín hiệu. Tạp âm trong các mạchkhuếch đại là tạp âm cộng, do đó tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở đầu ra bộ khuếchđại sẽ bị xấu hơn và nếu đường truyền dẫn tương tự dùng nhiều bộ khuếch đạithì tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) sẽ càng xấu. Trong khi ở truyền dẫn số sử dụngcác bộ tái tạo tín hiệu có tỷ số tín hiệu/tạp âm ở đầu ra bằng tỷ số tín hiệu/tạp âmở đầu vào bộ tái tạo. Cũng vì lý do đó mà khoảng cách truyền dẫn số có thể lớnhơn nhiều so với truyền dẫn tương tự.4. Việc đo lường và lượng giá các tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tínhiệu tương tự đặc biệt là khi cần so sánh hiệu năng các hệ thống.5. Các hệ thống số thích hợp hơn nhiều trong việc đánh giá hiệu năng lỗi.Lỗi truyền trong các tín hiệu số có thể được phát hiện và sửa lỗi một cách dễdàng, có khả năng chính xác hơn nhiều so với các hệ thống tương tự. Tuy vậy,truyền dẫn số cũng có những nhược điểm sau:a. Việc truyền dẫn các tín hiệu tương tự được số hố cần phải có độ rộngdải tần lớn hơn nhiều so với việc truyền tín hiệu tương tự đó khơng số hố.b. Các tín hiệu tương tự muốn truyền dẫn số thì trước khi truyền phải đượcchuyển đổi thành tín hiệu số và tại phía thu phải chuyển đổi ngược trở lại, cónghĩa là phải tốn thêm mạch mã hố và giải mã.c. Truyền dẫn số yêu cầu phải có sự đồng bộ thời gian chính xác giữa đồnghồ phát và thu. Như vậy, các hệ thống số cần phải có các mạch hồi phục đồng hồtrong tất cả các máy thu, gây thêm tốn kém.d. Các hệ thống truyền dẫn số là khơng tương thích với các phương tiệntruyền dẫn tương tự cổ điển.Hình 2.1 mơ tả so sánh chất lượng truyền tin cảu một tín hiệu tương tự vàmột tín hiệu số được truyền qua một kênh truyền co hàm truyền đạt H(f ), khơngtuyến tính.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================H(f )H(f )tUrafuUvàota) Tín hiệu ra tương tự bị méo dạngH(f )H(f )UratfuUvàob) Tín hiệu ra số khơng bị méo dạngHình 2.1. Tín hiệu tương tự và số qua kênh có hàm truyền đạt khơng tuyến tính.===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================2.2. Các dạng điều chế xungĐiều chế xung là biến đổi các thơng tin tín hiệu từ dạng tương tự củanguồn tin nguyên thuỷ thành dạng các xung rời rạc để truyền trên kênh truyềntin số đến nơi nhận. Trong cơng nghệ kỹ thuật số có bốn dạng điều chế xungthường được sử dụng đó là: điều chế độ rộng xung PWM (pulse widthmodulation), điều chế vị trí xung PPM (pulse position modulation), điều chếbiên độ xung PAM (pulse amplitude modulation) và điều chế mã xung PCM===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================(pulse code modulation). Hình 2.2 mơ tả bốn dạng điều chế xung đó.a)b)c)d)e)f)Hình 2.2. Mơ tả các dạng điều chế xung:a) Tín hiệu tương tựd) Điều chế vị trí xung PPMb) Xung mẫue) Điều chế biên độ xung PAMc) Điều chế độ rộng xung PWMf) Điều chế mã xung PCM===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================1. PWM. Điều chế độ rộng xung PWM còn gọi là điều chế khoảng thờigian tồn tại xung PDM (pulse duration modulation) hoặc điều chế độ dài xungPLM (pulse length modulation). Ở đây, độ rộng của xung tỷ lệ với biên độ củatín hiệu tương tự.2. PPM. Điều chế vị trí xung là vị trí của các xung với độ rộng hằng sốtrong khe thời gian bắt buộc được biến đổi phù hợp với biên độ của tín hiệutương tự.3. PAM. Điều chế biên độ xung là biên độ của xung có độ rộng hằng số,vị trí hằng số, được biến đổi phù hợp với biên độ của tín hiệu tương tự.4. PCM. Điều chế mã xung thì tín hiệu tương tự được lấy mẫu và đượcchuyển đổi thành dãy số nhị phân nối tiếp, có chiều dài cố định để truyền. Sốcác nhị phân đó phù hợp với biên độ của tín hiệu tương tự.Điều chế biên độ xung PAM thường là một dạng điều chế trung gian củacác dạng điều chế khác, VD: PSK, QAM và PCM. Điều chế PAM ít khi đượcdùng riêng rẽ. Điều chế độ rộng xung PWM và điều chế vị trí xung PPM đượcdùng trong các hệ thống truyền tin đặc biệt (thường trong quân đội) và ít đượcdùng trong các hệ thống dân dụng. Điều chế mã xung PCM là một dạng điều chếđược dùng phổ biến trong truyền tin số.2.3. Điều chế mã xung2.3.1. Tổng quanĐiều chế mã xung PCM chỉ là một kỹ thuật điều chế được mã hố theo sốhố và được mơ tả ở hình 2.2. Thuật ngữ điều chế thực ra ở đây dùng khơng===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================được chính xác lắm, bởi vì thực chất đây khơng phải là điều chế tín hiệu như cácdạng điều chế khác mà nó là một dạng mã hóa nguồn tin. Ở PCM thì các xungcó biên độ và chiều dài cố định. PCM chỉ là một hệ thống nhị phân trong đó cóhoặc khơng có xung trong khe thời gían đã được xác định trước mà điều đótương ứng với trạng thái logic “1” hoặc trạng thái logic “0”. Các tín hiệu PWM,PPM và PAM nhiều khi chúng không là nhị phân và cũng không đặc trưng chomột đơn vị nhị phân (bit). Hình 2.3 mơ tả sơ đồ khối đơn giản hoá của một hệthống truyền dẫn PCM đơn cơng, đơn kênh.HÌNH 2.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐƠN GIẢN HOÁ MỘT HỆTHỐNG TRUYỀN DẪN PCM ĐƠN CƠNG ĐƠN KÊNHCác bộ lọc dải thơng có nhiệm vụ giới hạn tần số của tín hiệu tương tự ởđầu vào trong băng tần chuẩn là 300 – 3000 Hz. Bộ lấy mẫu và giữ có nhiệm vụlấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào theo chu kỳ và biến đổi nó thành tín hiệuPAM nhiều mức. Bộ chuyển đổi tương tự/số A/D hoặc ADC (analog – to –digital converter) có nhiệm vụ chuyển đổi các mẫu PAM thành các mã PCMsong song và sau đó tiếp tục chuyển đổi dữ liệu từ song song thành nối tiếp đểđưa ra đầu ra của đường truyền. Nếu đường truyền có khoảng cách lớn có thể cónhững bộ lặp để tái tạo lại các mã PCM.Bộ chuyển đổi số/tương tự D/A hoặc DAC (digital – to analog converter)có nhiệm vụ chuyển đổi mã PCM song song thành các tín hiệu PAM. Mạch giữ===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN Đồ án học kỳ 9===================================================================và bộ lọc thơng thấp có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu PAM ngược trở lại thànhtín hiệu tương tự nguyên thuỷ. Các vi mạch thực hiện các chức năng mã hố vàgiải mã tín hiệu PCM được gọi là bộ lọc Codec (coder/decoder).2.3.2. Lấy mẫu PCMChức năng của bộ lấy mẫu trong bộ phát PCM là lấy mẫu một cách theochu kỳ, các tín hiệu tương tự biến đổi liên tục theo thời gian ở đầu vào vàchuyển đổi các mẫu đó thành các dãy xung để có thể biến đổi chúng một cáchthuận lợi thành mã PCM nhị phân. Để cho bộ ADC có thể chuyển đổi một cáchchính xác tín hiệu tương tự thành mã PCM nhị phân thì tín hiệu cần độ ổn địnhtương đối. Nếu khơng có sự ổn định nào đó thì bộ ADC sẽ phải bám liên tụctheo sự khơng ổn định của tín hiệu tương tự và mã PCM khó có sự ổn định.HÌNH 2.4Hiện nay, thơng dụng có hai kỹ thuật cơ bản được sử dụng cho chức năngtạo mẫu và giữ, đó là lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu đỉnh phẳng.Lấy mẫu tự nhiên (hình 2.4) là dạng sóng tương tự được lấy mẫu giữnguyên hình dạng của tín hiệu tương tự. Ở hình 2.4a chuyển mạch tương tự FETsẽ nối đất dạng sóng đầu vào khi xung mẫu ở mức cao. Khi xung mẫu ở mứcthấp thì tín hiệu đầu vào được truyền khơng thay đổi hình dạng đến bộ khuếchđại đầu ra, sau đó đến bộ chuyển đổi A/D (tương tự thành số). Dạng sóng của===================================================================PHẠM TRẦN HỒN Đồ án học kỳ 9===================================================================lấy mẫu tự nhiên ở đầu ra là một dãy các xung có khoảng cách giống nhau và cóđỉnh khơng phẳng như hình 2.4b.Ở phương pháp lấy mẫu tự nhiên thì phổ tần của tín hiệu đầu ra được lấymẫu khác với phổ tần của một mẫu lý tưởng. Biên độ của các thành phần tần sốđược tạo ra bởi các xung hẹp, có độ rộng hữu hạn sẽ giảm so với các sóng hàicao hơn theo quan hệ (sinx)/x. Cũng vì vậy mà trong mạch cần phải dùng bộ lọcthông thấp trước khi hồi phục.Phương pháp thơng dụng nhất để lấy mẫu các tín hiệu thoại trong các hệthống PCM là lấy mẫu đỉnh phẳng trong đó kết hợp cả việc lấy mẫu và giữ. Mụcđích của mạch lấy mẫu và giữ ở đây là lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào theochu kỳ mẫu và chuyển đổi các mẫu đó thành dãy các mức PAM có biên độkhơng đổi. Lấy mẫu đỉnh phẳng làm thay đổi phổ tần và nó sẽ gây nên một saisố được gọi là sai số khẩu độ và sai số đó sẽ làm cho mạch hồi phục ở bộ thuPCM khơng thể hồi phục được chính xác tín hiệu tương tự ngun thuỷ ban đầu.Hình 2.5a mơ tả sơ đồ nguyên lý mạch lấy mẫu.Hinh 2.5Ở đây FET làm việc như một chuyển mạch tương tự đơn giản (trên sơ đồđược ký hiệu là Q1). Khi FET ở trạng thái trở kháng thấp, Q 1 đóng và điện ápmẫu tương tự qua Q1 đến tụ C1. Tụ C1 được nạp và thời gian Q1 đóng mạch được===================================================================PHẠM TRẦN HOÀN

Trích đoạn

• Khoá dịch biên ASK

Tài liệu liên quan

• NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TRỒNG TRỌT TẠI BẮC NINH
  • 27
  • 813
  • 2
• 043_Thể hiện tri thức qua các điều kiện toàn vẹn trong các hệ quản trị Cơ sở dữ
  • 3
  • 367
  • 0
• nghiên cứu đề xuất một số biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quá của hệ thống trồng trọt tại bắc ninh
  • 233
  • 553
  • 0
• Nghiên cứu một số kỹ thuật điều chế tín hiệu tốc độ cao trong hệ thống thông tin sợi quang
  • 26
  • 936
  • 1
• Tài liệu BÀI GIẢNG KỸ THUẬT VI XỬ LÝ " CHƯƠNG 1 CÁC HỆ THỐNG SỐ, MÃ HÓA, LINH KIỆN SỐ CƠ BẢN" pptx
  • 50
  • 912
  • 2
• Lý thuyết mạng hàng đợi và ứng dụng trong các hệ thống truyền tin. ppt
  • 5
  • 471
  • 0
• kỹ thuật điều chế tín hiệu trong các hệ thống truyền tin số hiện đại
  • 57
  • 896
  • 5
• tóm tắt nghiên cứu nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin đa người dùng
  • 24
  • 528
  • 1
• Khái quát về truyền và xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin viễn thông
  • 42
  • 339
  • 0
• Cân bằng tín hiệu điện ở đầu thu trong các hệ thống truyền đẫn quang đường dài
  • 112
  • 454
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(610 KB - 57 trang) - kỹ thuật điều chế tín hiệu trong các hệ thống truyền tin số hiện đại Tải bản đầy đủ ngay ×