KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - Chương 16: Dữ liệu số, tín hiệu tương tự pdf

-
1
-
Chương 16:

Dữ liệu số, tín hiệu tương
tự
Để truyền dữ liệu số bằng cách sử dụng tín hiệu tương tự, thì
phương pháp
truyền
thường gặp là truyền dữ liệu số qua mạng
điện thoại công cộng. Mang điện thoại
được
thiết kế để nhận,
chuy
ển mạch và truyền các tín hiệu tượng tự trong dải tần số
tiếng
nói từ 300 -3400Hz. Dải tần này thì không thích hợp cho
vi
ệc truyền các tín hiệu
số.
Tuy nhiên, các thiết bị số đã được gắn
vào thông qua m
ột modem, để thực hiện
chuyển
đổi dữ liệu số
thành tín hiệu tương tự và ngược
lại.
Trong mạng điện thoại, các moem được sử dụng để sinh ra
các tín hi
ệu trong

dải
tần số âm thanh. Đây cũng là các công
ngh
ệ cơ bản để sinh ra các tín hiệu tại các
dải
tàn số cao( ví dụ
như vi
sóng).
Các công nghệ mã hóa: Có 3 công nghệ mã hóa hay điều
ch
ế được sử dụng
để
biến đổi dữ liệu số thành tín
hi
ệu tương
tự.
- Amplitude Shift
Keying
- Frequency Shift
Keying
- Phase Shift
Keying

Điều
biên(
ASK
)
Trong phương pháp điều biên thì ta có 2 giá trị nhị phân
được biểu diễn bởi
2

biên độ tần số khác nhau của sóng mang. Thông thường, một
giá tr
ị có biên độ là
0,
khác với sự vắng mặt của sóng mang, thì
giá tr
ị kia là một số nhị phân được biểu
diễn
bởi một giá trị với
biên
độ là một hằng của sóng mang. Tín hiệu nhận được
là
Acos(2πf
c
t)
bit
1
s(t) =
0
-
2
-
tại vị trí mà tín hiệu sóng mang bằng Acos(2πf
c
t). Phương pháp
điều chế ASK thì dễ
bị
ảnh hưởng với các thay đổi lớn bất
th
ường và nó là một kỹ thuật điều chế hơi

thiếu
hiệu quả. Trên
các
đường truyền âm thanh, tốc độ của tín hiệu chỉ đạt tới
1200bps.
Phương pháp điều chế ASK thường được sử dụng để truyền
d
ữ liệu số qua
đường
cáp quang. Đối với các máy phát diod, để
phương trình trên là hợp lệ. Lúc đó,
một
phần tử tín hiệu sẽ
được
biểu diễn bởi một xung ánh sáng trong khi phần tử còn
lại
được biểu diễn bởi sự vắng mặt của ánh
sáng.

Điều
tần(FSK)
Trong phương pháp điều biên, hai giá trị nhị phân được biểu
di
ễn hai tần số
khác
nhau của sóng mang. Tín hiệu
k
ết quả
là:
Acos(2πf

1
t)
bit
1
s(t)
=
Acos(2πf
2
t) bit
0
tại vị trí tần số f
1
và f
2,
đều đặt cách nhau một khoảng tần số f
c
b
ằng nhau và nằm
về
hai hướng ngược
nhau.
-
3
-
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1
0
ASK
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1
0
FSK

0 0 1 1 0 1 0 0 0 1
0
PSK
Figure 4.7 Modulation of analog signals for digital
data
Hình 4.8 cho thấy một ví dụ về việc sử dụng phương pháp
FSK
để mô tả
hoạt
động song công hoàn toàn qua đường âm
thanh. Hình minh h
ọa này là một kỹ
thuật
được sử dụng cho
modem BELL 108. Nh
ắc lại rằng đường truyền âm thanh thì
thuộc
dải tần số từ 300 đến 3400Hz và ý nghĩa của việc truyền
song công hoàn toàn là
tín
hiệu có thể truyền theo hai chiều cùng
m
ột thời điểm. Các điều kiện để thực hiện
song
công hoàn toàn
đối với các tín hiệu truyền, là băng thông của kênh thông tin được
tách
ra tại tần số 1700 Hz. Trong một hướng ( truyền hoặc nhận),
các t
ần số được sử

dụng
để biểu diễn 1 và 0 được đặt vào điểm
gi
ữa có tần số 1170Hz, với sự dịch chuyển
tần
số là 100Hz về
mỗi phía. Hoạt động xen kẽ giữa 2 tần số sẽ sinh ra tín hiệu có trải
-
4
-
phổ
được biểu thị là một vùng tối bên trái hình 4.8. Tương tự
như vậy, đối với
hướng
ngược lại ( nhận hoặc truyền) modem
s
ử dụng các tần số cách nhau là 100Hz về
mỗi
phía của trung
tâm t
ần số 2125 Hz. Trải phổ của tín hiệu này được biểu thị ở
vùng
tối
bên phải trên hình vẽ 4.8. Chú ý rằng là có hiện tượng
ch
ồng lấp không lớn về tần
số
và do đó có sự giao thoa
nhỏ.
-

5
-
Bài
gi
ảng
m
ôn
k
ỹ
th
u
ật
tr
u
y
ề
n
t
i
n
Tín hiệu FSK ít bị lỗi hơn so với tín hiệu ASK. Trên các
đường truyền âm
thanh,
tốc độ thường được sử dụng là 1200bps.
Ph
ương pháp này cũng thường được sử
dụng
để truyền sóng
radio cao t
ần(3-30MHz). Thậm chí nó còn được sử dụng ở các

t
ần
số
cao hơn trên các mạng cục bộ mà sử dụng cáp đồng
trục.

Điều
pha(PSK)
Trong phương pháp PSK, pha của tín hiệu sóng mang được
thay đổi để biểu
diễn
dữ liệu. Hình vẽ dưới cùng của hình 4.7 là một ví dụ về hệ thống
2 pha. trong hệ
thống
này, một số 0 nhị phân được biểu bằng
cách g
ửi đi một tín hiệu liên tục cùng pha
với
tín hiệu liên tục
trướ
c đó. Một số 1 nhị phân được biểu diễn bằng cách gửi đi
m
ột
tín
hiệu liên tục ngược pha với tín hiệu trước đó. Phương
pháp này
được gọi là PSK
vi
phân, như là sự thay đổi về pha
được tham chiểu tới một bit được truyền trước đó

hơn
là sự tham
chi
ếu tới một vài tín hiệu bất biến. Tín hiệu kết quả
là
s(t)
=
Acos(2πf
c
t +
π) bit
1
Acos(2πf
c
t) bit
0
liên quan đến pha đo được ở thời bit trước
đó.
Băng thông sử dụng có thể đạt được hiệu quả cao hơn nếu
m
ỗi một phần tử
tín
hiệu có thể biểu diễn nhiều hơn một bit.
Ch
ẳng hạn, thay vì một sự đổi pha 180
độ,
như cho phép trong
-
6
-

Bài
gi
ảng
m
ôn
k
ỹ
th
u
ật
tr
u
y
ề
n
t
i
n
PSK, một kỹ thuật mã hóa chung được biết đến như là sự dịch
pha
vuông góc(Quadrature -PSK) sử dụng các sự thay đổi pha với
nhi
ều góc 90
độ.
Acos(2πf
c
t + 45
0
) bit
11

0
s(t)
=
Acos(2πf
c
t +135 ) bit
10
Acos(2πf
c
t +225
0
) bit
00
Acos(2πf
c
t +315
0
) bit
01
Như vậy, mỗi phần tử tín hiệu sẽ đại diện cho 2
bit.
Lược đồ này có thể được mở rộng. Nó có khẳ năng truyền
3bit t
ại cùng một
thời
điểm với việc sử dụng 8 góc pha khác
nhau. H
ơn nữa, mỗi góc pha co thể có
nhiều
hơn một biên độ.

Chẳng hạn, một chuNn modem có tốc độ 9600bps sử dụng 12 pha,
thì
truyền được 4 bit với mỗi pha sẽ có 2 giá trị biên độ( hình
4.9
).
-
7
-
Bài
gi
ảng
m
ôn
k
ỹ
th
u
ật
tr
u
y
ề
n
t
i
n
Ví dụ vừa rồi chỉ ra sự khác nhau khá rõ gữa tốc độ dữ liệu
R(bps) và t
ốc độ
điều

chế D(baud) của một tín hiệu. Chúng ta giả
sử rằng lược đồ này được sử dụng cho
tín
hiệu vào là NRZ-L. Tốc
độ dữ liệu là R=1/t
b
, với t
b
là thời gian truyền của mỗi bit.
Tuy
nhiên tín hiệu được mã hóa chứa l=4 bit trên mỗi phần tử của
tín hi
ệu sử dụng
với
L=16 trạng thái kết hợp khác nhau của pha
và biên
độ. Tốc độ điều chế có thể
nhận
thấy là R/4, bởi vì mỗi
phần tử tín được truyền là 4 bit. Như vậy, với tốc độ dòng
tín
hiệu là 2400bps thì tốc độ dữ liệu là 9600bps. Đây là lý do mà tốc
độ bit đạt được
cao
hơn qua các đường âm thanh bằng việc sử
dụng các lược đồ điều chế phức tạp
hơn.
0111
0110
0010

0001
0101
0011
010
0
0000
110
0
111
1
100
1
100
0
Phase-
referenc
e signal
110
1
111
0
101
0
1011
-
8
-
Bài
gi
ảng

m
ôn
k
ỹ
th
u
ật
tr
u
y
ề
n
t
i
n
Figure 4.9 Phase angles for 9600bps
transmission