Nghiên cứu tín hiệu điều chế băng gốc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1
Đề tài: Nghiên cứu tín hiệu điều chế băng gốc

GVHD:
Nhóm thực hiện:

TS. Trần Trung Dũng
Nguyễn Ngọc Tân Hùng
Tào Văn Hùng
Lã Quý Hùng
Ninh Thị Nhài Huyền

Hà Nội, 5/2014
1

20111523
20112593
20111517
20111672


LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án thiết kế 1 là một trong những môn học quan trọng của sinh viên Viện Điện
tử - Viễn thông. Môn học giúp sinh viên có cơ hội được áp dụng những kiến thức đã
được học vào thực tiễn, thiết kế một sản phẩm hoàn chỉnh, từ đó nâng cao được kiến
thức chuyên môn cũng như kỹ năng học tập. Ngoài ra, môn học còn là một cơ hội để
mỗi sinh viên có thể luyện tập kỹ năng làm việc nhóm, thực hiện theo quy trình.

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và đóng góp
của thầy Trần Trung Dũng . Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy.
Nhóm thực hiện

2


TABLE OF CONTENTS
LỜi nói đẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ SỐ
I.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
1.

Lịch sử phát triển của truyền dẫn số

2.

Sơ đồ hệ thống thông tin số

II.
1.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ
Phân loại điều chế băng gốc

CHƯƠNG II: CÁC LOẠI ĐIỀU CHẾ BĂNG GỐC
I.

TÍN HIỆU Unipolar
1.

Unipolar NRZ

2.

Unipolar RZ

II.

TÍN HIỆU Polar

1.

Polar NRZ

2.

Polar RZ

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ SỐ

I.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
• Điều chế số gắn liền với sự phát triển của hệ thống truyền dẫn và là một

bộ phận của truyền dẫn thông tin.
1. Lịch sử phát triển của truyền dẫn số

Sự phát triển liên lạc viễn thông đã bắt đầu từ khi phát minh ra hệ thống điện tín
hoạt động theo chế độ chữ số. Nghĩa là khi Morse phát minh ra máy điện tín nǎm 1835
và việc liên lạc viễn thông số bắt đầu bằng phát dòng chấm và gạch ngang nǎm 1876,
việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minh điện thoại của A.G. Bell. Từ đó
công nghệ liên quan đã được phát triển khá mạnh mẽ.
Phương pháp truyền dẫn đa lộ cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn ba mạch thực
hiện ở Mỹ nǎm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch, hiện nay đã sử
dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 - 10.800 mạch, FDM
(Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba.
4


Mặt khác từ nǎm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độ xung) và
PWM (Điều chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến. Ngay sau đó A.H.
Reeves phát huy PCM (Điều chế mã xung). Nhưng phương pháp liên lạc viễn thông
mới kết hợp những phương pháp PCM cũng không được áp dụng thuận lợi. Nǎm
1948, ngay sau khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ hai, thiết bị PCM để thí nghiệm đã
được thiết kế và sản xuất ở Mỹ. Nhưng nó cũng không được thựchiện vì lúc đó ống
điện tử chỉ là một phần tử tích cực và ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề khi
thực hành. Sự phát minh kỹ thuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai
trò quyết định trong việc áp dụng PCM. Lúc đó việc ghép kênh cáp tiếng nói bởi
phương pháp PCM đã đánh dấu bước phát triển to lớn trong lịch sử liên lạc viễn thông.
Phương pháp PCM có tính thời đại đã ra đời khi có nhu cầu mạch sóng mang gần tǎng
lên và việc ghép không thể thực hiện được vì có khó khǎn trong việc thiết lập mới
hoặc thêm cáp trao đổi. Dĩ nhiên cũng có sẵn phương pháp sóng mang gần FDM
nhưng nó không thể so sánh được với phương pháp PCM về mặt kinh tế và chất lượng
truyền dẫn. Hơn nữa phương pháp FDM cũng không thể hoạt động được trong điều

kiện yếu kém của cáp địa phương và đưòng dài, nhưng phương pháp PCM có ưu điểm
lớn là có thể hoạt động được trong điều kiện như vậy. Do đó hệ thống T1 (bộ điện
thoại 1) dùng trong liên lạc viễn thông công cộng sử dụng phương pháp PCM ở
Chicago (Mỹ) trong nǎm 1962, phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật nǎm 1965,
phương pháp Châu Âu hiện nay (CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những nǎm
1970. Lúc đó ITU-T đã kiến nghị G.733 như là một phương pháp Bắc Mỹ (NAS) và
G.732 như là phương pháp Châu Âu. Mặt khác liên lạc quang cũng đánh dấu bước
phát triển về liên lạc viễn thông đã được tích cực nghiên cứu với việc phát minh laser
nǎm 1960. Khi đó, việc nghiên cứu sử dụng sóng không gian và ống dẫn chùm tia
quang học là phương tiện truyền dẫn rất sôi động, khả nǎng truyền dẫn quang học sử
dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn được phát huy nǎm 1966, phần chính của
nghiên cứu liên lạc quang học tập trung vào truyền dẫn sợi cáp quang sử dụng sợi
quang học làm phương tiện truyền dẫn qua việc bổ sung tổn hao truyền dẫn sợi cáp
quang 20 dB/km trong nǎm 1970. Hiện nay với việc phát triển phương pháp khả nǎng
siêu đại FT-1.7G, F-1.6G v.v. Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép
kênh và kỹ thuật liên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên
quan như truyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (khả
nǎng kênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ thuật UNI (giao tiếp mạng - người sử dụng) về
tiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh và kỹ thuật NNI (giao tiếp nút - mạng), kỹ thuật
tổ hợp siêu cao VLSI (tổ hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật mã hoá, kỹ
thuật truyền dẫn số đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng, mạng CCR (cấu
hình lại điều khiển khách hàng), IN (mạng thông minh) và v.v. để chuẩn bị cho dải hẹp
ISDN trong giai đoạn đã thực hiện một phần.
2. Sơ đồ hệ thống thông tin số
Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống thông tin số cơ bản được trình bày trên hình
5


Chức năng chung của 1 hệ thống thông tin là truyền dẫn các tin tức được sinh ra
từ nguồn tin (Source) đưa đến nơi nhận tin (End User) bằng cách nào chính xác nhất

có thể được, hay nói cách khác là tin tức tái tạo lại ở đầu ra khâu cuối cùng của hệ
thống phải đảm bảo là 1 bản sao đúng nhất có thể được của tin tức đưa vào đầu vào
khâu đầu tiên của hệ thống. Các nguồn tin tồn tại trên thực tế gồm 2 loại là nguồn tin
liên tục và nguồn tin rời rạc. Để truyền dẫn được các tin tức này, cần phải biến đổi
chúng thành các tín hiệu điện. Như vậy, tin tức liên tục được biến đổi thành tín hiệu
tương tự, còn tin tức rời rạc được biến đổi thành tín hiệu rời rạc. Các dạng tín hiệu này
tiếp tục được biến đổi thành tín hiệu số để có thể truyền dẫn số. Tín hiệu tương tự
được rời rạc hóa bằng cách tiến hành lấy mẫu, sau đó được lượng tử và điều chế xung
mã (PCM), còn gọi là lập mã nguồn, ta sẽ nhận được tín hiệu số. Đối với tín hiệu
tương tự, 3 bước: lấy mẫu, lượng tử và lập mã nguồn thường gọi gộp lại là khối biến
đổi tương tự – số (Analog Digital Converter – A/D Converter). Toàn bộ các quá trình
với đầu vào là tin tức, đầu ra là tín hiệu số được gọi là nguồn tín hiệu số.
Khối cuối cùng của nguồn tín hiệu số là khối lập mã nguồn, mà đầu ra của nó
cũng đồng thời là đầu ra của nguồn tín hiệu số. Tín hiệu ở đầu vào của khối lập mã
nguồn là dãy các xung rời rạc đã được lượng tử. Khối lập mã nguồn thực hiện mã hóa
từng xung một tương ứng với 1 từ mã và như vậy ở đầu ra ta có tín hiệu số phát chính
là dãy liên tục của các từ mã. Nếu gọi đơn vị mang tin của dãy từ mã là 1 bit (Binary
Digit), với thời gian kéo dài là Tb, thì tốc độ truyền tin được tính là Rb=1/Tb có đơn vị
đo là [bit/ s]. Khối lập mã nguồn có thể được xây dựng trên cơ sở của bộ xử lý số tín
hiệu.

6


Cũng theo sơ đồ hình 1.1, công đoạn chủ chốt của hệ thống thông tin số là phần
truyền dẫn tín hiệu số. Phần này bao gồm 3 khối chính là lập mã kênh, đường truyền
số và giải mã kênh. Thực chất khối lập mã kênh chính là khối điều chế số và khối
giải mã kênh là khối giải điều chế sau khi nhận được tín hiệu.
Phần cốt lõi của công nghệ truyền dẫn số là đường truyền số. Đường truyền số
được chia thành 2 loại là đường truyền số dải thông thấp và đường truyền số dải thông

băng, tương ứng với kết cấu vật lý của môi trường truyền dẫn là dạng đôi dây hay cáp
đồng trục và dạng vô tuyến hay cáp quang. Khi đường truyền số là dải thông thấp, thì
ta có công nghệ truyền dẫn tín hiệu số băng gốc (Mạng 1260, 1269, …). Khi đường
truyền số là dải thông băng, thì ta có công nghệ truyền dẫn tín hiệu số thông qua điều
chế sóng mang (Mạng ADSL).

II.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SỐ

Thực chất điều chế là quá trình chuyển đổi tín hiệu dải nền sang một tín hiệu
khác sao cho không làm thay đổi về nội dung tin tức.
o Mục đích của điều chế là:

• Cho tín hiệu thích nghi với điều kiện truyền của môi trường, ngay cả khi
môi trường bị can nhiễu mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu muốn truyền
đi.

• Cho phép trộn nhiều kênh thông tin trên cùng một môi trường truyền.
• Giảm công suất phát.
• Xác suất lỗi thấp.

Có 2 phương pháp điều chế là điều chế tương tự và điều chế số. Truyền tin số
có nhiều ưu điểm hơn kỹ thuật tương tự, trong đó chỉ sử dung một số hữu hạn dạng
sóng (ký hiệu truyền tách biệt nhau) để truyền tin. Mỗi dạng sóng truyền trong một
khoảng thời gian xác định gọi là chu kỳ ký hiệu và là đại diện truyền của một dữ liệu
tin (hay một tổ hợp bit) còn gọi là báo hiệu (Signalings). Kỹ thuật này có ưu điểm nổi
bật là: chống nhiễu trên đường truyền tốt (vì nếu nhiễu không đủ mạnh sẽ không thể
làm méo dạng sóng này thành dạng sóng kia, gây nên nhầm lẫn ở nơi thu), song đòi
hỏi bản tin nguồn cũng phải được số hóa (biểu diễn chỉ bằng một số hữu hạn ký hiệu).

Ví dụ văn bản tiếng Việt dùng 24 chữ cái, bộ đếm dùng 10 số, bản nhạc dùng 7 nốt và
vài ký hiệu bổ sung.

7


Việc số hóa một bản tin tương tự phải trả giá bằng một sai số nào đó ( Gọi là sai
số lượng tử, tuy nhiên sai số này lại có thể điều khiển được). So sánh với kỹ thuật
truyền tin tương tự, ở đó bản tin không mắc sai số khi số hóa, song do dùng vô số dạng
sóng (tín hiệu liên tục) trên đường truyền nên can nhiễu sẽ làm thay đổi dạng sóng,
gây nên sai số khi quyết định tại nơi thu mà ở góc độ nào đó khó điều khiển được.
Ngoài ra việc số hóa kỹ thuật truyền tin còn tạo nên những tiêu chuẩn có thể thay đổi
linh hoạt bằng chương trình phần mềm và tạo ra những dịch vụ chưa từng có trong
truyền tin tương tự. Nói như vậy ta cũng không quên rằng, kỹ thuật truyền tin tương tự
đã có những đỉnh cao vĩ đại như tạo ra truyền hình màu hay điều khiển đưa người lên
mặt trăng và hiện nay trong một số kỹ thuật điều khiển tốc độ cực nhanh vẫn dùng đến
kỹ thuật tương tự.
Khi vận dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuật truyền tin số thường có những
vấn đề sau đây đặt ra:
• Bản tin phải được biểu diễn (mã nguồn) với một số it ký hiệu nhất, theo
mã nhị phân thì tức là cần ít bit nhất. Lý thuyết thông tin cho một giới
hạn dưới về số bít tối thiểu cần để biểu diễn. Tức là nếu ít hơn số bít tối
thiểu không thể biểu diễn đầy đủ bản tin (làm méo bản tin)
• Khi truyền tin mã nguồn cần được bổ sung thêm các bit (dư thừa), mà
điều này làm tăng tốc độ bit, để có thể giảm được lỗi truyền bản tin (gọi
là kỹ thuật mã kênh điều khiển lỗi), song có một giới hạn trên về tốc độ
truyền mà vượt qua nó không thể điều khiển lỗi được, đó là dung năng
kênh qui định bởi độ rộng băng tần kênh truyền và tỷ số tín hiệu /ồn.
C=Blog2(1+SNR) b/s
Ở đó B là độ rông băng tần kênh truyền, SNR là tỷ số công suất tín hiệu trên

công suất ồn và C chính là giới hạn trên đối với tốc độ truyền tin cậy tính bằng bit/
giây. Công thức này cho thấy có sự chuyển đổi giữa B và SNR. Đồng thời cả 3 yếu tố:
công suất, độ rộng băng tần và ồn kênh cùng tham gia qui định mức độ “nhanh” của
truyền tin như đã nói ở đầu. Đây là công thức rất điển hình (do Shannon tổng kết từ
năm 1948) đặc trưng cho một hệ thống truyền tin số.
Trong điều chế số thì các tín hiệu truyền dẫn và xử lý đều là tín hiệu số. Có 2
phương pháp điều chế số: điều chế số băng gốc (điều chế băng cơ bản) và điều chế
băng thông dải:
• Điều chế băng gốc ( base-band modulation) : thường được sử dụng trong
khoảng cách ngắn. Thường được truyền trên đường dây điện thoại. Về
nguyên tắc, điều chế là quá trình biến đổi tín hiệu thành dạng thích hợp để
có thể truyền dẫn trên các đường truyền vật lý. Nhưng trong truyền dẫn số
băng gốc, để tăng độ tin cậy khi truyền dãy liên tiếp các từ mã, mà thực
chất là các bit nhị phân rời rạc, người ta thường nhóm chúng lại thành từng
8


cụm. Mỗi cụm tương đương như 1 ký hiệu, hay 1 symbol và như vậy điều
chế số là làm tương ứng 1 symbol với 1 dạng sóng vật lý có thể truyền lan
được. Do cách làm “tương ứng” này mà quá trình điều chế băng gốc còn
được gọi là mã hóa đường dây (Line Coding).

• Điều chế băng thông (band-pass modulation ): sử dụng khi truyền tín hiệu
đi xa. Tín hiệu cần truyền được gắn vào một tín hiệu cao tần hình sin
( sóng mang) tạo thành tín hiệu thông dải do đó có thể truyền đi xa mà
thông tin không bị thay đổi. Băng tần của kênh có tần số trung tâm lớn hơn
nhiều tần số cao nhất của tín hiệu bản tin. Khi đó tín hiệu được phát đi là
tin hiệu băng thông dải (phù hợp với kênh truyền) mang thông tin của tín
hiệu bản tin. Việc tạo ra tín hiệu băng thông dải này goi là điều chế.

Trong nội dung nghiên cứu , chúng ta chỉ đề cập tới tín hiệu điều chế băng gốc.
1. Phân loại điều chế băng gốc

Như đã trình bày ở trên, tín hiệu điều chế băng gốc chỉ truyền được trong cự ly
ngắn. Như ta đã biết xung biểu diễn dữ liệu số (tín hiệu bản tin) tuy có phổ rộng song
thành phần tần thấp lớn (thể hiện tốc độ mã nguồn) nên truyền tin số băng cơ sở đòi
9


hỏi kênh thông thấp với độ rộng đủ để cho qua các tần số căn bản của dòng dữ liệu
(cáp đồng trục hay sợi quang đáp ứng yêu cầu này). Do kênh là không lý tưởng (băng
tần giới hạn) nên mỗi xung sau khi qua kênh sẽ kéo dài đuôi ảnh hưởng đến xung bên
canh (ISI) gây nên lỗi bit. Để khắc phục điều này cần phải tạo dạng xung một cách
thích hợp.
Ta có các cách mã hóa đường dây sau
• Điều biên xung (PAM): 1 symbol tương ứng 1 xung có biên độ xác định.
(Chú ý là còn các cách điều chế xung khác như PFM, PPM và PWM
nhưng không áp dụng cho điều chế số). Các sóng xung có biên độ khác
nhau không phải là trực giao với nhau;
•
Điều chế với các sóng trực giao nhiều chiều (Multidimensional
Orthogonal Signal): 1 symbol tương ứng 1 dạng sóng tín hiệu trực giao.
Một số dạng sóng trực giao nhiều chiều hay được sử dụng trong điều chế
số là :
 Dạng nhiều chiều – đóng ngắt (Multidimensional On-Off);
 Dạng nhiều chiều – đối cực (Multidimensional Bipolar);
 Các dạng trực giao khác: Trực giao đôi (Biorthogonal); Trực giao
co giãn ( Haar Orthogonal).
Các cách phân loại mã hóa đường dây như trên, nếu tiến hành kết hợp với nhau,
chúng sẽ tương ứng với các thuật ngữ mã hóa kinh điển như: RZ/NRZ; AMI; MLT-3;

HDB3;CMI;Biphase (Manchester); Quaternary (2B-1Q); Duobinary;… Việc chọn
cách mã hóa nào tùy thuộc vào các chỉ tiêu cơ bản: Điện áp truyền dẫn và thành phần
1 chiều; Tần số nhịp và dạng mã; Độ rộng dải tần của mã; Khả năng khôi phục định
thời; Khả năng phát hiện lỗi; Khả năng sửa lỗi và giải mã.
Dưới đây là một vài mã cơ bản :
i. RZ/NRZ đơn cực

Khi dữ liệu là 1 sẽ biểu diễn là một xung dương, dữ liệu là 0 sẽ không có xung.
Nếu xung chiếm đủ độ dài ký hiệu ta gọi là NRZ (non return zero), còn nếu chiếm chỉ
một phần độ dài ký hiệu (thường là một nửa) thì gọi là RZ (return zero). Cách biểu
diễn này thực hiện đơn giản song tín hiệu chứa thành phần một chiều. Do đó khi
truyền mã RZ hoặc NRZ qua các trạm lặp hoặc biến áp, sau một chu kỳ dài, thành
phần một chiều này sẽ bị khử và tín hiệu đơn cực thực chất sẽ bị biến thành tín hiệu
lưỡng cực. Mặt khác đối với tín hiệu NRZ, nếu xét trong một chu kỳ thời gian ngắn,
do biến áp và tụ điện tạo thành các bộ lọc thông cao nên nếu các bit ‘1’ được truyền
liên tục thì dòng một chiều và thành phần tần số thấp bị khử, làm cho dòng tín hiệu ‘1’

10


có dạng đường cong suy giảm theo hàm mũ. Như vậy có thể thấy việc truyền tín hiệu
một chiều trên đường truyền sẽ làm thay đổi dạng tín hiệu một cách đáng kể.

ii. RZ/NRZ lưỡng cực (polar)

NRZ

RZ
Tương tự mã đơn cực nhưng chỉ khác là ký hiệu ‘1’ có biên độ là V, ký hiệu ‘0’
có biên độ là –V. Đặc tính phổ của chúng cũng giống như mã đơn cực cũng có độ rộng

băng tần và chịu hiệu ứng suy giảm theo hàm mũ như mã đơn cực.
iii. Mã AMI (Alternate Mark Inversion)
Xung dương và âm dùng luân phiên để truyền 1. Trong khi dữ liệu 0 thì không
có xung nào truyền đi cả. Đặc tính hấp dẫn của loại này là không có dc cho dù dữ liệu
có nhiều 0 hay 1 liền nhau (tính chất này không có với 2 loại trên, và cho phép các bộ
lặp dùng biến thế). Ngoài ra loại này cho phép theo dõi lỗi cục bộ. Do đó loại lưỡng
cực được chấp nhận dùng cho đường truyền T1 ở điện thoại số . Cũng có 2 loại NRZ
và RZ.

11


iv. Manchester
Với 1 thì phát xung dương ½ độ dài ký hiệu, ½ còn lại phát xung âm. Với 0 thì
các xung trên đảo cực. Khác với kiểu NRZ của đơn cực, AMI và lưỡng cực đều chiếm
ít băng, tuy nhiên chúng không cho khả năng đồng bộ tốt. Ngược lại Manchester luôn
có khả năng đồng bộ nội tại (vì có sự chuyển trang thái trong mỗi khoảng bit). Song
giá phải trả là chiếm độ rộng băng tần 2 lần cao hơn.

CHƯƠNG II: CÁC LOẠI ĐIỀU CHẾ BĂNG GỐC
Như đã giới thiệu qua ở phần I về điều chế tín hiệu băng gốc , sau đây chúng
em xin trình bày rõ hơn về từng loại:
I.

TÍN HIỆU Unipolar

Tín hiệu Unipolar (còn gọi là on-off keying, OOK) là loại mã đường truyền
trong đó một ký hiệu nhị phân (ví dụ như 0) được biểu diễn là không có xung (tức là
một SPACE) và một ký hiệu nhị phân khác (được biểu thị là 1) biểu diễn bằng một
xung (tức là một MARK).

Có hai biến thể phổ biến của tín hiệu Unipolar là:
• Non Return to Zero (NRZ).
• Return to Zero (RZ).
1. Unipolar NRZ
o Định nghĩa: Trong dạng mã đường truyền này, bit 1 biểu diễn điện thế dương
(ví dụ +5V) và bit 0 là 0V. Các xung tương ứng với mức nhị phân 1 được
biểu diễn ở mức điện thế dương trong suốt chu kỳ bit (tức không trở về 0
trong suốt chu kì bit – gọi là NRZ).
12


o Đặc điểm:
• Trên quan điểm mạch: mã NRZ là dạng thông dụng nhất của tín hiệu số
(ON-OFF).
• Thành phần tần số cơ bản: f/2.
• Chỉ có hài bậc lẻ.
• Không có biên độ tín hiệu ở tần số clock (f) nên khó tách xung clock ở đầu
thu.
• Nếu có nhiễu tác động lên thì không thể tách được.
o Ưu điểm:
• Thực hiện đơn giản.
• Không đòi hỏi nhiều băng thông để truyền.
o Nhược điểm:
• Có sự xuất hiện của thành phần DC (hiển thị bằng quang phổ ở 0 Hz).
• Chứa các thành phần tần số thấp. Gây ra hiện tượng “Signal Droop“ (được
trình bày bên dưới).
• Không có khả năng sửa lỗi.
• Không có thành phần clocking để dễ dàng đồng bộ hóa.
• Tồn tại chuỗi bit 0 dài làm mất tính đồng bộ hóa.

 Phổ tín hiệu:

13


Bandwidth = pulse rate

 PSD (Power Spectral Density) of Unipolar NRZ
(Mật độ phổ công suất).

• Khi tín hiệu Unipolar NRZ được truyền qua liên kết với một trong hai biến áp
hoặc bộ lặp tụ điện ngẫu lực (AC), tín hiệu DC được lấy ra chuyển đổi chúng
thành dạng cực.
• Phần liên tục của PSD cũng không phải là 0 ở 0 Hz (tức là chứa các thành
phần tần số thấp). Điều này có nghĩa là ghép AC sẽ dẫn đến sự biến dạng của
14


dạng xung truyền đi. Đường truyền AC coupled thường được coi như lọc cao
qua RC và sự biến dạng có dạng của một phân rã theo hàm mũ của biên độ tín
hiệu sau mỗi sự chuyển tiếp. Hiệu ứng này được gọi là “Signal Droop" và
được minh họa trong hình bên dưới.

o Quy tắc chuyển mã
• Bit 1 -> xung dương(+V)
• Bit 0 -> xung 0
• Độ rộng xung: bằng độ rộng bit.
+ Ví dụ: Cho chuỗi bit sau: 1011001010
Hãy vẽ dạng xung của chuỗi số trên nếu mã thành mã NRZ.

o Ứng dụng:
• Thường dùng trong mã hóa dạng từ trường
• Mã NRZ được sử dụng trong thiết bị ghép kênh, viba số, truyền dẫn quang,
dùng trong giao tiếp RS232.
• Mã NRZ không phù hợp cho đường truyền cáp đồng.
• Mã NRZ được sử dụng cho hệ thống tốc độ cao như SONET/SDH (155Mbps
hoặc cao hơn) nhưng phải được ngẫu nhiên hoá (Scrambled).
15


• NRZ-Inverted: ứng dụng trong giao thức FDDI (Fiber Distributed Data
Interface).

2. Unipolar RZ
o Đặc điểm
Cũng giống như mã NRZ nhưng độ rộng xung giảm bằng 1 nửa chu kì xung.

o Ưu điểm:
• Thực hiện đơn giản.
• Xuất hiện vạch phổ ở mức ký hiệu mà có thể được sử dụng như tín hiệu của
xung clock.
o Nhược điểm:
• Xuất hiện dòng 1 chiều DC (hiển thị bằng quang phổ ở 0 Hz).
• Phần liên tục là không bằng không tại 0 Hz. Gây ra "Signal Droop".
• Không có khả năng sửa lỗi khi xuất hiện nhiễu.
• Băng thông sử dụng gấp 2 lần so với Unipolar NRZ.
• Tính không trong suốt

16

 Phổ tín hiệu

Bandwidth = 2 x pulse rate
• Unipolar RZ chiếm băng thông gấp 2 lần mã Unipolar NRZ, nhưng có f =
1/T0 nên có thể khôi phục đồng hồ dễ dàng.

 PSD (Power Spectral Density) of Unipolar RZ
(Mật độ phổ công suất).

o Quy tắc chuyển mã
• Bit 1 trong mã gốc chuyển thành xung dương (+V) ở nửa chu kì đầu và
bằng xung 0 ở nửa chu kì còn lại của độ rộng bit.
• Bit 0 trong mã gốc chuyển thành xung 0.
17


+ Ví dụ: Cho chuỗi bit sau 1011001010.
Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên nếu mã thành Unipolar RZ.

II.

TÍN HIỆU Polar

1. Polar NRZ
• Bit 1 biểu diễn mức điện thế dương (ví dụ 5V).
• Bit 0 biểu diễn mức điện thế âm (–5V).

 PSD của mã Polar NRZ (Power Spectral Density)

• Polar NRZ và RZ có quang phổ gần giống như Unipolar NRZ và RZ. Tuy
nhiên, do sự phân cực đối diện ở mức 1 và 0, cả hai không chứa bất kỳ dòng
quang phổ nào.

18


 Băng thông

19


o So sánh giữa NRZ-L và NRZ-I:
• NRZ-L cần phân biệt cực tính của tín hiệu , ngược lại với NRZ-I
• NRZ-I tin cậy hơn : trong môi trường truyền có tạp âm, phát hiện sự
chuyển mức tín hiệu là dễ dàng hơn việc so sánh mức tín hiệu với một giá
trị ngưỡng (NRZ-L).
o Ưu điểm:
• Dễ thiết kế nhất.
• Sử dụng tối ưu dải tần (dải tần thấp).
• Không có thành phần DC.
20


o
•
•
•
•
•

•
III.

Nhược điểm:
Phần liên tục không bằng không ở 0 Hz. Gây ra "Signal Droop".
Không có khả năng sửa lỗi.
Không có xung clock để dễ dàng đồng bộ hóa.
Là tín hiệu không trong suốt.
Ít được sử dụng cho việc truyền tín hiệu.
Chỉ sử dụng cho việc truyền ở khoảng cách ngắn.
Manchester

o Đặc điểm:
• Mã Manchester kết hợp tín hiệu xung clock với tín hiệu dữ liệu. Không
những tăng băng tần tín hiệu, nó cũng làm cho việc truyền tải dữ liệu dễ dàng
hơn và tin cậy hơn.
• Đặc tính quan trọng của mã Manchester là nó mã hoá tín hiệu clock bằng
chuyển mức ở giữa của chu kỳ bit. Chuyển mức này được dùng ở đầu thu để
phục hồi clock.
• Mã Manchester được sử dụng rộng rãi, ví dụ như :Ethernet hoặc cho RFID.
• Differential Manchester: dùng trong mạng Token-ring.
o Quy tắc chuyển mã:
• Mã Manchester ( dựa theo G.E Thomas) :
Bit 0 : Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit.
Bit 1 : Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit.
• Mã Manchester ( dựa theo IEEE 802.3) :
Bit 0 : Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit.
Bit 1 : Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit.
 Hai mã Manchester trên có cùng tính chất:
• Do mỗi bit được mã bởi 2 pha điện thế nên vận tốc điều chế của loại mã này

tăng gấp đôi so với các loại mã khác, cụ thể, giả sử thời gian của 1 bit là T thì
vận tốc điều chế tối đa (ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liên tiếp) là 2/T.
 PSD của mã Manchester

21


+ Ví dụ: Cho chuỗi bit sau: 10100111001
Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên theo mã Manchester

o Ưu điểm :
• Khả năng đồng bộ xung với xung clock hiện thời, khắc phục được nhược
điểm của NRZI trong việc giải mã và mã hóa.
• Không bị hiện tượng “Signal Droop” (phù hợp để truyền trên đường truyền
AC).
• Không chứa thành phần DC.
• Là tín hiệu trong suốt.
o Nhược điểm :
• Băng thông lớn.
• Không có khả năng phát hiện lỗi.
IV.
TÍN HIỆU Bipolar
22


• Còn được gọi là AMI (alternate mark inversion) sử dụng ba mức điện áp (+V,
0,-V) để đại diện cho hai biểu tượng nhị phân. Cũng như trong Unipolar,mức
0 là không có xung, và mức 1 (marks) biểu diễn luân phiên điện áp +V và –V.
• Luân phiên các mức điện áp đảm bảo rằng quang phổ lưỡng cực có mức 0 ở
DC. Và tránh hiện tượng “Signal Droop” trên đường AC.

• Khả năng phát hiện lỗi.
• Giống như trường hợp Unipolar and Polar, Bipolar cũng có các biến thể NRZ
và RZ.
1. Bipolar NRZ
• Bit 0: biên độ của tín hiệu là mức điện áp 0V.
• Khi dữ liệu là bit 1 thì biên độ của tín hiệu sẽ là luân mức điện áp dương hoặc
mức điện áp âm.

o Việc sử dụng luân phiên điện áp dương và điện áp âm giúp tiết
kiệm băng thông hơn, phát hiện lỗi dễ hơn
o Khuyết điểm:
• Khi dãy số 0 quá dài sẽ mất tín hiệu đồng hồ (clock).
• Bộ thu phát phải phân biệt được 3 mức điện áp +V, -V và 0.

23


Biểu diễn phổ của polar và bipolar NRZ
 PSD of Bipolar NRZ

o Ưu điểm:
• Không có thành phần DC.
• Chiếm ít băng thông hơn so với Unipolar NRZ và Polar NRZ.
• Không bị hiện tượng “Signal Droop” (phù hợp để truyền trên đường truyền
AC).
• Có khả năng phát hiện lỗi.
o Nhược điểm:
• Không có thành phần xung clock để dễ dàng đồng bộ hóa.
• Là tín hiệu không trong suốt.

24


2. Bipolar RZ (AMI: Alternate Mark Inversion)
o
•
•
•

Quy tắc chuyển mã:
Bit 1 trong mã gốc luân phiên chuyển thành các xung +V và –V.
Độ rộng xung: 50% (1/2 chu kì).
Bit 0 trong mã gốc chuyển thành 0 volt.

 Băng thông

 PSD của BiPolar RZ

o Ưu điểm:
25