Nghiên Cứu Một Số Phương Pháp Mã Hóa Và Giải Mã Tín Hiệu Số

Tải bản đầy đủ (.docx) (48 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Điện - Điện tử - Viễn thông

Nghiên cứu một số phương pháp mã hóa và giải mã tín hiệu số

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.16 MB, 48 trang )

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐPHẦN 1. LÝ THUYẾTCHƯƠNG 1CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XUNG1.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ TRUYỀN THÔNGSơ đồ hệ truyền thông:Một hệ truyền thông gồm các bộ phận được mô tả như hình vẽ:Nguồnthông tinBộ phátKênhtruyềnBộ thuNơinhậnNguồntạp âmHình 1: Sơ đồ hệ truyền thôngNguồn thông tin: là nơi phát sinh ra tin tức như tiếng nói, ảnh truyền hình,điện tín…Nếu dữ liệu đó không phải là điện (như tiếng nói, hình ảnh…) thì nósẽ được biến đổi thành tín hiệu sóng điện và được coi là tín hiệu băng gốc haytín hiệu tin tức.Bộ phát: là bộ biến đổi băng gốc để việc truyền thông hiệu quả.Kênh truyền: là môi trường để truyền dẫn tín hiệu dữ liệu từ nơi phát đếnnơi thu. Kênh truyền có thể dùng bằng dây dẫn (như dây đồng, cáp đồng trục,cáp quang…) hoặc đường truyền sóng vô tuyến…Bộ thu: xử lý tín hiệu từ kênh truyền tới, thực hiện sự biến đổi ngược lạiso với biến đổi tại nơi phát. Tín hiệu sẽ đưa qua biến tử để biến đổi tín hiệuthành dạng dữ liệu gốc ban đầu (đó là tin tức).Nơi nhận: là nơi tin tức được truyền tới.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10011NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐKênh truyền có vai trò quan trọng như một mạch lọc, làm suy giảm tínhiệu và làm méo dạng sóng. Độ dài của kênh làm tăng suy giảm. Thay đổi ở mộtvài phần trăm ở khoảng cách ngắn tới cỡ khá lớn đối với các cuộc liên lạc hànhtinh. Dạng sóng bị méo là do những tổng số khác nhau của tín hiệu tạo nên.Kênh cũng có thể gây ra loại méo phi tuyến khi độ suy giảm thay đổi theobiên độ tần số. Loại méo này cũng có thể được sửa một phần nhờ bộ bù tại máy thu.Tín hiệu không chỉ bị méo do kênh mà còn bị ảnh hưởng bởi các tín hiệukhác trên đường truyền (được gọi chung là nhiễu). Nhiễu là những tín hiệu ngẫunhiên, không đoán trước được do các nguyên nhân bên trong và bên ngoài.Nhiễu ngoài là do sự can thiệp của tín hiệu phát ở gần kênh (như sự phát nhiễutừ các tiếp điểm xấu của thiết bị điện, sự bức xạ của Bugi oto, đèn huỳnhquang…) và nhiều tự nhiên từ chớp, bức xạ mặt trời, vũ trụ… Với sự khắc phụcđặc biệt, nhiễu ngoài có thể giảm tới mức tối thiểu, thậm chí có thể loại trừ.Nhiễu trong do chuyển động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn điện, do sựphát ngẫu nhiên, sự khuếch tán hoặc tái hợp của các phần tử mang điện trongcác bộ phận dẫn điện. Có nhiều cách làm giảm ảnh hưởng của nhiễu trongnhưng không bao giờ có thể loại trừ được nó. Nhiễu là một trong những nhân tốcơ bản làm hạn chế tốc độ truyền thông.Tỷ số tín hiệu trên tạp được định nghĩa là tỷ số của công suất tín hiệu trêncông suất tạp. Kênh làm méo tín hiệu và nhiễu tích lũy lại trên dọc đường truyền.Cường độ tín hiệu giảm đi trong khi nhiễu tăng theo khoảng cách từ bộ phát. Vì vậytỉ số tín hiệu trên tạp giảm không ngừng trên kênh. Khuếch tín hiệu thu để bù trừ sựsuy hao là không được vì nhiễu cũng được khuếch đại cùng một tỉ lệ.1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU XUNG1.2.1. Giới thiệu chungNhư đã trình bày ở trên, tín hiệu muốn truyền đi xa và muốn truyền nhiềunguồn thông tin từ một đài phát người ta phải điều chế tín hiệu đó với sóngmang. Một số phương pháp có bản nhất được dùng trong kỹ thuật Radio là điềuSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10012NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐbiên, điều tần. Trong điện thoại thường sử dụng điều chế xung, biến đổi tín hiệutừ dạng tương tự sang số.S(t)THBộ lấymẫuS(nT)Bộ lượng S’(nT) Bộ mã hóatử hóaSNTH sốTương tực)tHình 2. Sơ đồ mạch biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu sốa. Tín hiệu tương tựb. Tín hiệu đã lấy mẫuc. Tín hiệu sốTrong hình vẽ trên, tín hiệu tương tự S(t) được lấy mẫu tại từng thời điểm,khoảng thời gian giữa các lần lấy mẫu là bội số của số của T (chu kỳ lấy mẫu).Tín hiệu ở lối ra của bộ lấy mẫu S(nT) có thể được giải thích là kết quảcủa một quá trình điều chế biên độ xung sóng mang, tín hiệu điều chế S(t) điềuchế biên độ của sóng mang (có khoảng thời gian kéo dài τ ). Đây cũng là nguyênnhân tại sao hiện tượng này được gọi là: Điều chế biên độ xung (PulseAmplitude modulation - PAM).Tương tự như trên, tín hiệu số SN cũng có thể được coi là quá trình điềuchế mã, khi các xung mang được điều chế bởi tín hiệu mã. Vì thế người ta gọi là“Điều chế xung mã” (Pulse Code Modulation - PCM).Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10013NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ1.2.2. Điều chế và giải điều chế biên độ xung PAM (Pulse AmplitudeModulation)1.2.2.1. Khái niệmMột tín hiệu xung PAM là tín hiệu được tạo bởi một chuỗi các xung màbiên độ của chúng tỉ lệ với biên độ của tín hiệu tương tự.Trong điều chế biên độ PAM có hai phương pháp lấy mẫu: lấy mẫu tựnhiên và lấy mẫu bằng.Hình 3. Lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu bằngLấy mẫu tự nhiên: tín hiệu tương tự ban đầu kết hợp với các xung lấy mẫuvà cho ra tín hiệu lấy mẫu có cùng dạng tín hiệu tương tự ban đầu.Lấy mẫu bằng: tín hiệu tương tự ban đầu kết hợp với các xung lấy mẫu vàcho ra xung lấy mẫu có biên độ của các xung mô phỏng theo biên độ của tínhiệu tương tự tại thời điểm lấy mẫu.Lấy mẫu bằng gây ra sự biến dạng của tín hiệu ban đầu, sự sai lệch nàycàng tăng khi thời gian kéo dài xung τ càng tăng. Tuy nhiên sự lấy mẫu này trởnên cần thiết trong các hệ thống mà mẫu sau đó lại được chuyển đổi thành cácgiá trị số (như hệ PCM).Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10014NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ1.2.2.2. Các phương pháp điều chế1.2.2.2.1. Điều chế theo phương pháp lấy mẫu tự nhiênSơ đồ khối:TH vàoFILTERPAMMODULATERTIMINGPULSEGENERATORTH raHình 4. Điều chế theo phương pháp lấy mẫu tự nhiênTín hiệu tương tự lối vào đi qua bộ lọc (FILTER) nhằm loại bỏ hiện tượngBí danh (Aliasing). Sau đó tín hiệu đi vào bộ lấy mẫu. Tần số lấy mẫu sẽ đượcxác định trong khối định thời (TIMING). Độ rộng của xung lấy mẫu sẽ được xácđịnh trong khối phát xung lấy mẫu (PULSE GENERATOR). Kết quả của quátrình điều chế này sẽ cho ta tín hiệu PAM có dạng xung như tín hiệu tương tựban đầu.1.2.2.2.2. Điều chế theo phương pháp lấy mẫu bằngSơ đồ khối:TH vàoTH raFILTERS&HPAMMODULATERTIMINGPULSEGENERATORHình 5. Điều chế lấy mẫu bằngKhác với bộ lấy mẫu tự nhiên, bộ lấy mẫu bằng được bổ xung thêm mạchlấy mẫu và giữ mẫu (Sample & Hold). Mạch này có nhiệm vụ:+ Cố định tín hiệu biên độ ra.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10015NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ+ Ổn định giá trị biên độ nhận vào trong thời gian lấy mẫu.Sau đó bộ lấy mẫu tạo ra các xung đỉnh bằng mà biên độ của nó tỉ lệ vớibiên độ của tín hiệu tương tự.Ta có dạng tín hiệu PAM được lấy mẫu bằng như sau:Hình 6. Lấy mẫu bằng1.2.2.2.3. Khôi phục lại tín hiệu tương tự.Quá trình khôi phục lại tín hiệu tương tự được thực hiện bằng bộ lọcthông thấp.Hình7. Quá trình khôi phục lại tín hiệu tương tựSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10016NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐMạch lọc thông thấp lý tưởng sẽ cho phép một tần số nào đó đi qua vàkhử những tần số còn lại.Ta thấy, khi tần số lấy mẫu là 2B, một bộ lọc thông thấp lý tưởng có dảithông F/2 có thể cho ra một phổ hoàn thiên giống như tín hiệu gốc, do đó phụchồi được tín hiệu s(t).Nếu tần số lẫy mẫu tăng, quá trình lọc sẽ trở lên dễ dàng hơn với sự lặp lạicủa tín hiệu s(t) thưa hơn.Nếu tần số lấy mẫu giảm, hiện tượng bí danh (aliasing) có thể xảy ra.1.2.2.3. Giải điều chế tín hiệu PAM.Như ta xét ở trên, để giải điều chế tín hiệu xung PAM cần một bộ lọcthông thấp là đủ. Thực tế phương pháp đơn giản này không đảm bảo chất lượngliên kết tôt và không thể dùng trong trường hợp PAM hợp kênh phân chia theothời gian TDM (Time Division Multiplexing).Do đó người ta đưa thêm vào mạch giải điều chế bộ nhận tín hiệu PAM.Các xung PAM đến từ đường truyền dẫn được lấy mẫu bởi tín hiệu lấymẫu , tín hiệu này được phát ngay trong bộ thu. Tín hiệu lối ra của bộ lấy mẫuđược giữ ở mức độ ổn định cho tới khi có mẫu tiếp theo tới, do vậy phát tín hiệunhẩy bậc là tín hiệu xấp xỉ với tín hiệu ban đầu. Tín hiệu tái tạo là tín hiệu nhẩybậc có độ rộng lớn hơn tín hiệu được tái tạo trực tiếp từ các xung PAM, làm choviệc lọc được dễ dàng hơn.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10017NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐSơ đồ khối:PAM inTH raKhuếchđạiGiới hạnS&HLọcthông giảiPLLLọc thôngthấpChỉnhPhaHình 8. Sơ đồ giải điều chế tín hiệu PAMNguyên lý hoạt động:Quá trình giải điều chế được thực hiện như sau:- Tínhiệu PAM đến từ đường truyền sau khi được khuếch đại sẽ được đưa vào 2phần: bộ giải điều biến (S & H) và bộ phát lại xung mẫu.- Việcphát lại các xung mẫu được thực hiện như sau: Tín hiệu sau khi được khuếchđại được đưa vào mạch hạn chế (Limiter), mạch này có nhiệm vụ làm giảm sựthay đổi biên độ của tín hiệu. Bộ giải thông tiếp theo có nhiệm vụ tách riêng cácphần liên quan đến tần số lấy mẫu. Sau đó tín hiệu được đưa tới mạch PLL(Vòng bấm pha ), mạch này sẽ phát một tín hiệu lấy mẫu đồng bộ với nhữngxung của tín hiệu PAM mà nó nhận được. Tiếp theo là đưa vào mạch chỉnh phađể điều chỉnh pha của các xung đến từ mạch PLL tới sao cho chúng trùng vớiđiểm cực đại của các xung PAM đến từ bộ giải điều biến (S & H).- Tínhiệu lối ra của mạch giải điều biến sẽ được lọc qua bộ lọc thông thấp, nó tạo ramột tín hiệu tương tự như tín hiệu gốc ban đầu.1.2.2.4. Hệ truyền thông PAM với đường dây và nhiễu.Transmitter SignalPAMTransmitterReceiver SignalCHANELPAMReceiverNOISEHình 9. Hệ truyền thông PAM với đường dây và nhiễuSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10018NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐThông tin do tín hiệu PAM mang đi được ẩn chứa trong biên độ xung củanó, trạng thái bất kì chồng lên các xung có thể làm thay đổi xung gốc. Do vậymà tại đầu ra của các bộ giải điều biến PAM tín hiệu sẽ bị méo so với tín hiệugốc ban đầu được truyền đi.Trong trường hợp có nhiễu, dải thông của kênh truyền cũng ảnh hưởngđến chất lượng của tín hiệu được nhận.Nếu dải kênh truyền có độ rộng không tương xứng có thể làm méo cácxung PAM từ đó làm ảnh hưởng xấu tới tỉ lệ tín hiệu / tạp ở đầu vào bộ thu vàgiảm chất lượng của tín hiệu nhận được.1.2.3. ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PWM / PPMMột xung mang có thể điều chế theo biên độ hay theo thời gian của nó. Tanghiên cứu hai trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế xung theo thờigian (Pulse Time Modulation - PTM) là: Điều chế độ rộng xung (Pulse widthModulation - PWM) và Điều chế vị trí xung (Pulse Poisition Modulation PPM).Hình 10. Tín hiệu PAM / PWM / PPMSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT10019NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐMột tín hiệu PWM có dạng xung mà độ rộng của nó tỷ lệ với biên độ vớibiên độ của tín hiệu tương tự đem điều chế.Tín hiệu PWM còn được dùng để tạo ra tín hiệu PPM. Tín hiệu PPM làmột xung mà vị trí của nó tỷ lệ với biên độ với biên độ tín hiệu tương tự đượcđiều chế. Các xung PPM thường được khởi phát bởi sườn của các xung PWM.Ta xét quá trình điều chế của hai phương pháp này:1.2.3.1. Bộ điều chế độ rộng xung (PWM)1.2.3.1.1 Sơ đồ khốiTH vàoLọcthôngthấpS&HĐiều chếPWMPhát xungrăng cưaTIMINGBộ phátPPM/PWMPPM/PWM raHình 11. Sơ đồ khối bộ điều chế PWMSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100110NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐHình 12. Các dạng sóng của bộ điều chếPWM/PPM 1.2.3.1.2. Nguyên lý hoạt độngBộ điều chế PWM có các khối như ở trong bộ điều chế PAM nhưng nó cóthêm tầng so sánh nó được so sánh biên độ của tín hiệu PAM nhận được bằngcác lấy mẫu tín hiệu tương tự lối vào với biên độ của tín hiệu xung răng cưađược đồng bộ bởi xung lấy mẫu.Bộ so sánh sẽ chuyển mạch lối ra khi biên độ của tín hiệu PAM vượt quábiên độ xung răng cưa. Kết quả là tại lối ra của bộ so sánh có một tín hiệu xungmà khoảng thời gian kéo dài của nó phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu tương tựlối vào.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100111NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐTừ hình vẽ ta thấy dạng sóng của bộ điều chế ta thấy sườn âm của xungPWM tương ứng với sườn dương của xung lấy mẫu, còn sườn dương của nótương ứng với sự chuyển mạch của bộ so sánh.1.2.3.2. Bộ điều chế PPM1.2.3.2.1. Sơ đồ khốiTH vàoLọcthôngthấpS&HPhát xungrăng cưaTIMINGĐiều chếPWMĐiều chếPPMBộ phátPPM/PWMPPM/PWM raHình 13. Sơ đồ khối bộ điều chế PPM1.2.3.2.2. Nguyên lý hoạt độngQuá trình điều chế tín hiệu PPM tương tự như quá trình điều chế tín hiệuPWM. Tín hiệu PPM này được nhận từ tín hiệu PWM bằng cách phát các xungcó độ kéo dài cố định, là những xung tương ứng với sườn lên của xung tín hiệuPWM. Cuối cùng sẽ có một chuỗi xung mà vị trí của nó phụ thuộc vào tín hiệutương tự lối vào.1.2.3.3. Giải điều chế PWM/ PPMCũng như với tín hiệu PAM, các tín hiệu PWM và PPM cũng dùng bộ lọcthông thấp để thực hiện quá trình giải điều chế.Thực tế, độ rộng trung bình của xung PWM và vị trí trung bình của xungPPM tỷ lệ với biên độ của tín hiệu tương tự điều chế. Bộ lọc thông thấp lọc phầntử này từ tín hiệu PWM/ PPM và cho ra một tín hiệu đã được giải điều chế, là tínhiệu tương ứng với tín hiệu gốc điều chế.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100112NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐTH PWM/ PPMTH giải điều chếLọc thông thấpHình 14. Bộ giải điều chế bằng mạch lọc thông thấpPhương pháp giải điều chế trực tiếp này có thể áp dụng cho cả hai loạiđiều chế PWM và PPM. Trong trường hợp PPM, tín hiệu sau khi được giải điềuchế có biên độ rất thấp, còn các xung PPM thì hẹp và nhiều khoảng trống. Cómột cách giải điều chế đạt hiệu quả cao hơn bằng cách chuyển đổi tín hiệu PPMthành tín hiệu PWM và được lọc bằng bộ lọc thông thấp.T/H PPMPPMPWMLọc thôngthấpT/H giải điều chếBộ đồng bộHình 15. Bộ giải điều chế có sự chuyển đổi tín hiệu PPM/ PWM1.2.3.3.1. Bộ giải điều chế PWMT/HT/H raVàoKhuếch đạiLọc thôngthấpHình 16. Bộ giải điều chế PWMTín hiệu từ đường truyền được khuếch đại và sau đó đưa qua hai phần: Bộphát lại xung lấy mẫu và bộ chuyển đổi tín hiệu PPM thành tín hiệu PWM. Tínhiệu từ đầu ra của bộ chuyển đổi được lọc qua bộ lọc thông thấp, cho ra tín hiệuđ.chế.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100113NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ1.2.3.3.2. Bộ giải điều chế PPMKhuếchđạiBộ lọcthônggiảiGiớihạnPLLBộ phát lạixung lấymẫuChỉnhphaBộ chuyểnđổi PPM/PWMLọc thôngthấpHình 17. Bộ giải điều chế PPMTín hiệu từ đường truyền tới được khuếch đại và sau đó được đưa qua haiphần: Bộ phát lại xung lấy mẫu mà bộ chuyển đổi tín hiệu PPM thành tín hiệuPWM. Tín hiệu từ đẩu ra của bộ chuyển đổi sẽ được lọc qua bộ lọc thông thấp,cho ta tín hiệu điều chế.Quá trình phát lại xung lấy mẫu cho bộ giải điều chế được thực hiên nhưsau: Tín hiệu PPM đã được khuếch đại chuyển qua mạch hạn chế để làm giảmsự biến đổi của biên độ tín hiệu. Bộ lọc thông giải tiếp theo tách thành phần tầnsố lấy mẫu. Thành phần này đi tới mạch PLL, mạch này phát tín hiệu xung đồngbộ với xung của các tín hiệu PPM đã nhận được. Sau đó tín hiệu được đưa vàomạch chỉnh pha, tại đây các xung từ mạch PLL phát ra được điều chỉnh về phasao cho chúng thỏa mãn điều kiện là khi không có điều chế, các xung PPM nằmgiữa các xung đồng bộ.Bộ chuyển đổi PPM/ PWM sử dụng một mạch Triger hai trạng thái cânbằng (flip - flop) hoạt động như sau:-Xung đồng bộ gây ra sự dịch chuyển mức tín hiệu lối ra về mức thấp, trongkhi xung PPM xác lập chuyển mức của tín hiệu lên mức cao.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100114NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ-Do vị trí của các xung PPM thay đổi nên ở lối ra của Triger chúng ta sẽ nhậnđược các xung với độ kéo rộng thay đổi (PWM).Tín hiệu PWM nhận được qua sự chuyển đổi PPM được lọc lại lần nữabằng bộ lọc thông thấp, lọc lấy tín hiệu điều chế.Ta có dạng xung của giải điều chế PPM chuyển đổi sang PWM như sau:Hình 18. Dạng tín hiệu của bộ giải điều chế có sự chuyển đổi tín hiệuPPM/ PWMa.Xung đồng bộb.Tín hiệu PPMc.Tín hiệu PWM1.2.4. ĐIỀU CHẾ XUNG MÃ PCM1.2.4.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt độngT.rong định lý lấy mẫu, một tín hiệu Analog S(t) có thể được chuyển đổithành một chuỗi các xung, lấy mẫu các giá trị hiệu điện thế tức thời tại cáckhoảng không đổi bằng với chu kỳ lấy mẫu τ =1/ 2 f .f: Chỉ tần số cực đại của S(t).Như trên đã nhận xét thì tín hiệu PAM được thu theo cách này.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100115NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐNhờ có kỹ thuật điều chế PCM, thông tin về biên độ chứa trong mỗi mẫuPCM được chuyển thành giá trị nhị phân. Sau đây là sơ đồ khối đã được đơngiản hóa của hệ thông tin PCM một kênh: Tín hiệuvàoLọcthôngLấymẫuLượngtử hóaLọcthôngthấpAPDASKênhtruyềnPDST/H raHình 19. Sơ đồ khối bộ điều chế và giải điều chế PCMTín hiệu Analog lối vào đi qua bộ lọc thông, đưa tới bộ lấy mẫu. Bộ lượng tửhóa tiếp theo sẽ quy định một giá trị điện thế tới hạn (clear cut) đối với các xungmà biên độ của chúng được bao hàm trong một khoảng đã cho. Sau đó tín hiệu đãđược lượng tử hóa sẽ được đưa toiwas bộ chuyển đổi A/D để thực hiện việc mã hóanhị phân của mỗi một xung. Tín hiệu A/D song song sẽ được chuyển đổi nối tiếpnhờ một bộ chuyển đổi từ song song ra nối tiếp (P/S) theo sau.Mỗi bit sẽ được biểu thị bằng một kiểu dữ liệu số NR, có nghĩa là với mộtmức thế dương “1” hoặc “0”. Độ dài của mỗi bit bằng chu kỳ τ được chia ra bởicác bit n mà nhờ đó việc chuyển đổi A/D được thực hiện(Ví dụ nếuτ =125µsn = 8 bit, thì chiều dài của mỗi bit sẽ là: 125/8=15,625 µs ).Tín hiệu chuỗi PCM được truyền qua kênh truyền (cáp kim loại, cáp quang,song vô tuyến) và đến bộ chuyển đổi tín hiệu từ nối tiếp ra song song tại nơi thu.Sau đó được chuyển đổi thành giá trị Analog nhờ bộ chuyển đỗi D/A. Đầu ra củabộ chuyển đổi là một tín hiệu nhẩy bậc xấp xỉ với tín hiệu Analog ban đầu. Tín hiệuđược cho qua bộ lọc thông thấp để tạo ra tín hiệu Analog ban đầu.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100116NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ1.2.4.2. Lấy mẫu và lượng tử hóa.Như đã trình bày ở phần trước, việc lấy mẫu là lấy những giá trị tức thờicủa tín hiệu Analog với chu kỳ lặp lại tùy thuộc vào phổ của tín hiệu.Việc lấy mẫu cung cấp các xung có biên độ khác nhau theo một cách liêntục. Lượng tử hóa sẽ xác định một giá trị chính xác cho các xung nằm trong mộtkhoảng nhất định. Một số hữu hạn các giá trị rời rạc cho bước mã hóa A/D tiếptheo do vậy cũng sẽ thu được. Các giá trị như vậy được gọi là mức lượng tử hóa.VHình 20. Sự lượng tử hóaTrong trường hợp lượng tử hóa tuyến tính, sự khác nhau giữa hai mức lâncận là như nhau dọc theo tín hiệu vào. Số các mức lượng tử hóa (N) phụ thuộcvào số các bit n của tín hiệu:N = 2nVí dụ N = 256 lá số mức lượng tử hóa của tín hiệu mã hóa có 8bit. V(QUANT)VPAMHình 21. Đường cong lượng tử hóaSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100117NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐĐường cong ở Hình 21 chỉ rõ ràng: tất cả các điện thế sai khác nhau mộtgiá trị là: = V maxV1281.2.4.3. Mã hóaCác mẫu xung được lượng tử hóa vẫn chưa phù hợp để truyền dẫn vì khócó các mạch điện tái tạo xung mà có thể phân biệt được một số lượng lớn cácbiên độ mẫu (thường là 256 mức để cần cho tín hiệu tiếng nói).Ta đã biết xung có hai mức như xung nhị phân, tiện để truyền dẫn vìchúng dễ tái tạo trên đường truyền. Các mạch điện thực hiện khả năng phân biệtđược trạng thái của một xung cũng dễ chế tạo.Ngày nay các hệ thống thực tế sử dụng mã nhị phân để mã hóa cho cácmẫu xung tiếng nói đã được lượng tử. Ví dụ trong kỹ thuật điện thoại, dung 256mức lượng tử nên mỗi mẫu xung được mã hóa bằng 1 nhóm mã hoặc gọi là từmã PCM, chứa 8 xung nhị phân (8 bit).1.2.5. Mã hóa PCM vi phânPhương pháp mã hóa vi phân với nguyên lý cơ bản là các quá trình lấy mẫu,lượng tử hóa, mã hóa sự biến đổi của tín hiệu chứ không phải chỉnh tín hiệu.PCM vi phân truyền mã số lien quan đến sự sai khác giữa hai mẫu lientiếp và không phải là mã số lien quan đến mẫu hiện tại. Vi sự sai khác giữa cácmẫu nhỏ hơn biên độ của bản than các mẫu cho nên vi phân PCM cần có số cácbit nhỏ hơn PCM thông thường.Sơ đồ khối mã hóa PCM vi phân:Analog inPCM outSo sánhTíchphânBộ mãA/DLấy mẫuBộ giảimã D/AHình 22. Sơ đồ khối mạch mã hóa PCM vi phânSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100118NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐMột chuỗi phản ứng bao gồm chuyển đổi D/A, một bộ lấy mẫu và bộ tíchphân sẽ tái tạo một giá trị tín hiệu xấp xỉ bằng giá trị tín hiệu vào tại thời điểmlấy mẫu lúc trước. Đại lượng này sẽ được so sánh với tín hiệu vào tại bộ so sánh.Lượng chênh lệch này được lượng tử và mã hóa.D.PCM inAnalog outD/ALấy mẫuTíchphânHình 23. Sơ đồ khối mạch giải mã D.PCM vi phânTại nơi thu tín hiệu D.PCM từ nơi phát tới cũng được biến đổi tái tạo lạithành các tín hiệu Analog bằng các khối như đã dung trong chuỗi phản ứng củabộ điều chế.Phương pháp D.PCM cho ta tỷ lệ tín hiệu / tạp âm tốt hơn so với phươngthức PCM khi cùng tốc độ bit đầu ra. Tuy nhiên thiết bị D.PCM không thích hợpvới phương thức ghép kênh theo thời gian vì phải lưu lại tín hiệu đã phát đi củatín hiệu vào.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100119NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐCHƯƠNG 2ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU SỐTrong nhiều hệ thống dùng dây dẫn hoặc vô tuyến (chẳng hạn modemtruyền dữ liệu) tín hiệu dữ liệu điều chế sóng mang hình Sin trước khi đượctruyền đi. Có một số loại điều chế thường dùng là:-Khóa dịch chuyển biên độ ASK.-Khóa dịch chuyển tần số FSK.-Khóa dịch chuyển về pha PSK. Có nhiều cách chuyển dịch pha khác nhau:+Pha chia 2 hay cơ số 2 (2.psk hay BPSK).+Pha chia 4 hay góc phần tư (4.PSK hay QPSK).+Pha chia 8 hay pha chia 16 (8.PSK hay 16.PSK) Tuyệt đối hoặc viphân.+ Điều chế biên độ góc phần tư QAM.2.1. Khóa dịch chuyển biên độ (ASK)2.1.1. Điều chếTrong loại điều chế này, sóng mang hình sin lấy hai giá trị biên độ, xácđịnh bởi tín hiệu dữ liệu cơ số 2. Thông thường, bộ điều chế truyền đi sóngmang khi bit dữ liệu là 1 và hoàn toàn khử tín hiệu khi dữ liệu la 0.Cũng có loại ASK gọi là đa mức, trong đó biên độ của tín hiệu điều chếlấy những giá trị nhiều hơn 2.Hình 24. Điều chế ASKSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100120NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ2.1.2. Giải điều chếTín hiệu đã được điều chế thành dạng ASK tới bộ giải điều chế sẽ đượctách lấy hình bao bằng bộ tách sóng sau đó tín hiệu qua bộ lọc thông thấp để lấyđi các thành phần sóng mang còn dư. Tín hiệu từ lối ra của mạch lọc thông thấpđược đưa đến mạch tạo xung vuông, tạo ra tín hiệu dữ liệu ban đầu.ASKTáchsóngLọcTạoxungDATAASKTách sóngLọcTạo xungHình 25. Giải điều chế ASK2.1.3. Các tính chất của mạch ASK-Dùng chủ yếu trong điện tín vô tuyến.-Yêu cầu các mạch đơn giản.-Khá nhạy với nhiễu (xác suất sai số lớn).-Hiệu suất truyền nhỏ hơn 1.2.2. Khóa dịch chuyển tần số (FSK)2.2.1. Điều chếTrong loại điều chế này, sóng mang lấy 2 giá trị tần số, xác định bởi dữliệu cơ số 2. Bộ điều chế có thể thực hiện thoe nhiều cách, trong đó có nhữngcách đáng lưu ý là:-Bộ dao động có điều khiển bằng điện thế.-Hệ phát một trong hai tần số là một hàm của tín hiệu dữ liệu.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100121NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ-Bộ chia tần điều khiển bằng tín hiệu dữ liệu.VCOĐiềuchếDataĐiềuchếCKLọcFSKDataHình 26. Điều chế FSK2.2.2. Giải điều chếBộ so phaLọcthôngVCOTạoxungLọcHình 27. Giải điều chế FSKMạch phổ biến nhất của bộ giải điều chế tín hiệu FSK là vòng khóa phaPLL. Tín hiệu ở mạch lối vào của mạch PLL lấy 2 giá trị tần số. Điện thế sai sốmột chiều ở lối ra của bộ so pha sẽ theo dõi sự dịch chuyển tần số này và cho tahai mức (cơ số 2) (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK.Tín hiệu lối ra của mạch PLL được đưa tới mạch lọc thông thấp để loại bỏnhững thành phần còn sót lại của sóng mang. Sau đó tín hiệu tới mạch tạo xungđể tạo ra tín hiệu dữ liệu chính xác.2.2.3. Tính chất chính của FSK-Dùng chủ yếu trong Modem truyền dữ liệu và trong truyền thông số.-Đòi hỏi các mạch có độ phức tạp trung bình.-Ít lỗi hơn ASK.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100122NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ-Hiệu suất truyền nhỏ hơn 1.2.3. Khóa dịch chuyển về pha PSK2.3.1. Khóa dịch chuyển về pha chia 2 (2.PSK)2.3.1.1. Điều chếTrong loại điều chế này gọi là pha chia 2 - pha cơ số 2 – (BPSK) – sóngmang hình sin lấy hai giá trị pha, được xác định bởi dữ liệu cơ số 2. Kỹ thuậtđiều chế là dùng bộ điều chế vòng cẩn bằng. Dạng sóng hình sin lối ra của bộđiều chế là giống hay ngược (nghĩa là lệch pha 180 0) của tín hiệu lối vào là mộthàm số của tín hiệu dữ liệu.Sơ đồ khối:CARRIERĐiềuchêPSKDATAHình 28. Tín hiệu điều chế 2.PSKSinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100123NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ2.3.1.2. Giải điều chếBộ giải diều chế được thực hiện thông qua bộ tách sóng tích số nhờ tínhiệu PSK và sóng mang phát lặp lại cục bộ. Nó có cùng một tần số và pha củatín hiệu phát và được tách sóng bởi tín hiệu PSK.PSK()2PLLDịchphaChia2TStíchLọcthôngTạoxungDataHình 29. Giải điều chế PSKMạch khôi phục sóng mang phải khôi phục một tín hiệu kết hợp (cùng tầnsố và pha với sóng mang) từ tín hiệu PSK. Phương pháp sử dụng như sau:-Một mạch dùng để nâng tín hiệu thành bậc 2, làm mất dịch pha 1800 cómặt trong sóng mang bị điều chế làm cho việc khôi phục sóng mang của mạchPLL tiếp theo được dễ dàng.-Mạch PLL phát ra tín hiệu xung vuông có tần số gấp 2 lần sóng mang-Một bộ dịch pha cho phép điều chỉnh pha chính xác của song mang phát-Bộ chia đôi tần số từ bộ PLL tới và như vậy thực hiên được việc phát lặpPSK.lặp.sóng mang.2.3.1.3. Những tính chất.- Dùng chủ yếu trong phát vô tuyến số.-Đòi hỏi mạch phức tạp trung bình.-Ít lỗi hơn FSK.-Hiệu suất truyền bằng 1.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100124NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ VÀ GIẢI MÃ TÍN HIỆU SỐ2.3.2. Một số phương pháp điều chế dịch chuyển về pha khác2.3.2.1. Pha chia 4 (4.PSK)Điều chế:Trong điều chế này, gọi là điều chế góc phần tư (QPSK), sóng mang hìnhsin lấy 4 giá trị pha cách nhau 90 0 và được xác định bởi tổ hợp 2 bit (Dibit) củatín hiệu dữ liệu.Hình 30. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSKTín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến nối tiếp thành song song, đầu rađược hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệuđơn cực thành tín hiệu. Hai sóng mang đa tới bộ trộn làm lệch nhau 900.Tổng hợp hai tín hiệu đầu ra bộ trộn được tín hiệu 4.PSK.Sinh viên: Phạm Quang TuyênLớp: ĐT100125

Tài liệu liên quan

• Nghiên cứu ứng dụng phương pháp thổi rửa và bơm phụt vữa xi măng nâng cao khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi.DOC
  • 44
  • 2
  • 5
• Nghiên cứu đề xuất phương pháp nhận dạng và phân loại vết dầu trên biển từ tư liệu viễn thám siêu cao tần
  • 148
  • 591
  • 0
• Nghiên cứu đề xuất phương pháp nhận dạng và phân loại vết dầu trên biển từ tư liệu viễn thám siêu cao tần
  • 148
  • 869
  • 1
• Góp phần nghiên cứu một vài phương pháp ứng dụng trong tổng hợp pregnan từ phytosterol thông qua androstendion
  • 24
  • 506
  • 0
• Tài liệu Nghiên cứu cải tiến phương pháp tẩy tơ và lụa tơ tằm pptx
  • 68
  • 630
  • 0
• Thiết kế nghiên cứu mô tả: Phương pháp điều tra và sai số ppt
  • 29
  • 1
  • 7
• Báo cáo " Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp kiến trúc và mô hình hóa hướng dịch vụ trong công nghệ phát triển phần mềm " pot
  • 3
  • 664
  • 0
• Nghiên cứu, phát triển phương pháp thiết kế và chế tạo chip vi xử lý kiểu risc
  • 591
  • 640
  • 3
• Báo cáo nghiên cứu khoa học: "PHƯƠNG PHÁP TẬP HỢP VÀ ÁNH XẠ GIẢI TOÁN TỔ HỢP" potx
  • 8
  • 662
  • 3
• Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Phương pháp chắn logarit gốc giải bài toán quy hoạch tuyến tính" potx
  • 11
  • 714
  • 0

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.89 MB - 48 trang) - Nghiên cứu một số phương pháp mã hóa và giải mã tín hiệu số Tải bản đầy đủ ngay ×