Bài giảng môn: Thông tin số doc

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Bộ môn Điện tử Viễn thông-Khoa Điện tử

BÀI GiẢNG MÔN:
THÔNG TIN SỐ
1
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
BÀI GiẢNG MÔN:
THÔNG TIN SỐ
Giảng viên: Th.s. Bồ Quốc Bảo
Hµ néi 2007
Ch¬ng 7:Ch¬ng 7: ĐĐiÒu chÕ tÝn hiÖu sèiÒu chÕ tÝn hiÖu sè
2
Điều chế số
 Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ,
cần phải tiến hành điều chế số.
 Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động
hình sine (sóng mang), làm cho sóng mang có thể mang
thông tin cần truyền đi.
 Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin số
tác động lên các thông số của sóng mang, làm cho các
thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của
thông tin.
3
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
 Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ,
cần phải tiến hành điều chế số.
 Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động
hình sine (sóng mang), làm cho sóng mang có thể mang
thông tin cần truyền đi.

 Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin số
tác động lên các thông số của sóng mang, làm cho các
thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của
thông tin.
Ñieàu cheá soá
4
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Điều chế số
 Sóng mang hình sine có dạng:
x(t) = A cos(2πf
c
t + þ)
 Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin:là
biên độ (A), tần số (f
c
) và góc pha (þ).
 Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số
của sóng mang để có các phương pháp điều chế
tương ứng.
 Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông
số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết
hợp.
5
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
 Sóng mang hình sine có dạng:
x(t) = A cos(2πf
c
t + þ)
 Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin:là
biên độ (A), tần số (f

c
) và góc pha (þ).
 Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số
của sóng mang để có các phương pháp điều chế
tương ứng.
 Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông
số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết
hợp.
Có các phương pháp điều chế sau:
 Amplitude-shift keying (ASK): điều chế khoá –
dòch biên độ.
 Frequency-shift keying (FSK) : điều chế khoá –
dòch tần số.
 Phase-shift keying (PSK) : điều chế khoá – dòch
pha.
 Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Điều
chế biên độ cầu phương. Đây là phương pháp kết
hợp giữa ASK và PSK.
Các phương pháp điều chế số
6
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Có các phương pháp điều chế sau:
 Amplitude-shift keying (ASK): điều chế khoá –
dòch biên độ.
 Frequency-shift keying (FSK) : điều chế khoá –
dòch tần số.
 Phase-shift keying (PSK) : điều chế khoá – dòch
pha.
 Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Điều
chế biên độ cầu phương. Đây là phương pháp kết

hợp giữa ASK và PSK.
Caùc phöông phaùp ñieàu cheá soá
7
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Bit rate is the number of bits per
second. Baud rate is the number of
signal units per second. Baud rate is
less than or equal to the bit rate.
Note:Note:
8
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Bit rate is the number of bits per
second. Baud rate is the number of
signal units per second. Baud rate is
less than or equal to the bit rate.
Example 1Example 1
An analog signal carries 4 bits in each signal unit. If 1000
signal units are sent per second, find the baud rate and the
bit rate
SolutionSolution
9
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
SolutionSolution
Baud rate = 1000 bauds per second (baud/s)Baud rate = 1000 bauds per second (baud/s)
Bit rate = 1000 x 4 = 4000 bpsBit rate = 1000 x 4 = 4000 bps
Example 2Example 2
The bit rate of a signal is 3000. If each signal unit carries
6 bits, what is the baud rate?
SolutionSolution
10

GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Baud rate = 3000 / 6 = 500 baud/sBaud rate = 3000 / 6 = 500 baud/s
Điều chế ASK (2 ASK)
 Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK)
 Bit 1 nhò phân được biểu diễn bằng một sóng mang
có biên độ là hằng số.
 Bit 0 nhò phân: không xuất hiện sóng mang.
 Với tín hiệu sóng mang là Acos(2πf
c
t)
11
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
 Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK)
 Bit 1 nhò phân được biểu diễn bằng một sóng mang
có biên độ là hằng số.
 Bit 0 nhò phân: không xuất hiện sóng mang.
 Với tín hiệu sóng mang là Acos(2πf
c
t)
 





ts
 
tfA
c
2cos

0
1bit
0bit
Dạng tín hiệu 2-ASK
12
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Tín hiệu ASK hai mức
Ta có thể tạo ra được 4ASK, 16 ASK… Tuy nhiên các
loại điều chế này có khá năng chống nhiễu kém.
Figure 5.3 ASK
13
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Figure 5.4 Relationship between baud rate and bandwidth in ASK
14
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Example 3Example 3
Find the minimum bandwidth for an ASK signal
transmitting at 2000 bps. The transmission mode is half-
duplex.
SolutionSolution
15
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
SolutionSolution
In ASK the baud rate and bit rate are the same. The baud
rate is therefore 2000. An ASK signal requires a
minimum bandwidth equal to its baud rate. Therefore,
the minimum bandwidth is 2000 Hz.
Example 4Example 4
Given a bandwidth of 5000 Hz for an ASK signal, what
are the baud rate and bit rate?

SolutionSolution
16
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
In ASK the baud rate is the same as the bandwidth,
which means the baud rate is 5000. But because the baud
rate and the bit rate are also the same for ASK, the bit
rate is 5000 bps.
Example 5Example 5
Given a bandwidth of 10,000 Hz (1000 to 11,000 Hz),
draw the full-duplex ASK diagram of the system. Find the
carriers and the bandwidths in each direction. Assume
there is no gap between the bands in the two directions.
SolutionSolution
17
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
SolutionSolution
For full-duplex ASK, the bandwidth for each direction is
BW = 10000 / 2 = 5000 Hz
The carrier frequencies can be chosen at the middle of
each band (see Fig. 5.5).
fc (forward) = 1000 + 5000/2 = 3500 Hz
fc (backward) = 11000 – 5000/2 = 8500 Hz
Figure 5.5 Solution to Example 5
18
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Điều chế FSK (FSK hai mức)
 Mức thấp nhất là FSK hai mức (2 FSK, BFSK)
 Cả hai bit nhò phân 0 và 1 được biểu diễn ở hai tần số
sóng mang khác nhau:
 






ts
 
tfA
1
2cos 
1bit
19
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
 Mức thấp nhất là FSK hai mức (2 FSK, BFSK)
 Cả hai bit nhò phân 0 và 1 được biểu diễn ở hai tần số
sóng mang khác nhau:
 





ts
 
tfA
1
2cos 
 
tfA
2

2cos 
1bit
0bit
Daïng tín hieäu 2-FSK
20
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Tín hieäu FSK hai möùc
Figure 5.6 FSK
21
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Figure 5.7 Relationship between baud rate and bandwidth in FSK
22
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
Example 6Example 6
Find the minimum bandwidth for an FSK signal
transmitting at 2000 bps. Transmission is in half-duplex
mode, and the carriers are separated by 3000 Hz.
SolutionSolution
23
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
SolutionSolution
For FSK
BW = baud rate + fBW = baud rate + f
c1c1
−− ff
c0c0
BW = bit rate + fc1BW = bit rate + fc1 −− fc0 = 2000 + 3000 = 5000 Hzfc0 = 2000 + 3000 = 5000 Hz
Example 7Example 7
Find the maximum bit rates for an FSK signal if the
bandwidth of the medium is 12,000 Hz and the difference

between the two carriers is 2000 Hz. Transmission is in
full-duplex mode.
SolutionSolution
24
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
SolutionSolution
Because the transmission is full duplex, only 6000 Hz is
allocated for each direction.
BW = baud rate + fc1BW = baud rate + fc1 −− fc0fc0
Baud rate = BWBaud rate = BW −− (fc1(fc1 −− fc0 ) = 6000fc0 ) = 6000 −− 2000 = 40002000 = 4000
But because the baud rate is the same as the bit rate, the
bit rate is 4000 bps.
MFSK – FSK M mức
 Sử dụng M tần số sóng mang
 Hiệu quả hơn về sử dụng băng thông nhưng lỗi nhiều
hơn.
 f
i
= f
c
+ (2i – 1 – M)f
d
 f
c
= Tần số sóng mang
 f
d
= độ dời tần số
 M = Số trạng thái điều chế = 2
L

 L = Số bít trong mỗi trạng thái điều chế
 
tfAts
ii
2cos
Mi 1
25
GV: Bồ Quốc Bảo – BM ĐTVT - ĐH CNHN
 Sử dụng M tần số sóng mang
 Hiệu quả hơn về sử dụng băng thông nhưng lỗi nhiều
hơn.
 f
i
= f
c
+ (2i – 1 – M)f
d
 f
c
= Tần số sóng mang
 f
d
= độ dời tần số
 M = Số trạng thái điều chế = 2
L
 L = Số bít trong mỗi trạng thái điều chế