XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PAM 8 MỨC (M=8)

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy , cô , bạn bè.
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo : PGS.TS:Lê Quốc Vượng đã giới thiệu, cung
cấp tài liệu và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Hàng Hải Việt Nam và
các thầy cô trong khoa Điện- Điện tử đã dạy dỗ em trong thời gian học tập tại
trường giúp em có được các cơ sở lý thuyết và đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong
quá trình học tập.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ,đã luôn tạo điều kiện quan tâm
,giúp đỡ , động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp.
Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

PGS.TS:Lê Quốc Vượng

Ngô Thị Hồng Nhung

Em xin chân thành cảm ơn

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam kết đây là đồ án độc lập của riêng em.Các số liệu sử dụng phân
tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng ,đã công bố theo đúng quy định .
1


Các kết qủa trong đồ án được phân tích một các trung thực, khách quan và phù hợp
với thực tiễn.

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hình
1.1

Tên Hình
Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin số
2

Trang
3


1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
3.1
3.2
3.3
3.4

3.5
3.6
3.7

tổng quát
Sơ đồ khối tiểu biểu của hệ thống thông tin số
Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK
Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK 2 trạng thái
Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK
Băng thông của tín hiệu FSK
Dạng sóng tín hiệu PSK
Băng thông tín hiệu PSK
Lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu bằng
Điều chế theo phương pháp lấy mẫu tự nhiên
Điều chế lấy mẫu bằng
Lấy mẫu bằng
Quá trình khôi phục lại tín hiệu tương tự
Sơ đồ giải điều chế tín hiệu PAM
Hệ truyền thông PAM với đường dây và nhiễu
Các ví dụ về các cặp tín hiệu đối cực
Máy thu tối tư đối với tín hiệu cực
Hàm mật độ xác suất đối với tín hiệu lối vào bộ tách tín
hiệu
Sơ đồ khối của PAM 4 mức để mô phỏng Monte- Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=4 thu được từ mô
phỏng Monter-Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=16 thu được từ
mô phỏng Monter-Carlo
Chất lượng của hệ thống PAM với M=8 thu được từ mô
phỏng Monter-Carlo

3

4
11
12
14
15
17
18
20
21
22
23
24
25
26
28
29
30
38
40
41
47


MỤC LỤC

4

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các hệ thống thông tin liên lạc đang phát triển rất chóng mặt.
Không chỉ trên thế giới mà ngay cả ở Việt Nam chúng ta cũng thấy được sự thay
đổi đáng kể các hệ thống thông tin liên lạc nên nó sẽ đóng vai trò chủ yếu cho việc
phát triển tương lai của xã hội thông tin. Với sự tiến bộ trong công nghệ đã hình
thành nên hệ thống thông tin số để đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày càng cao
của con người. Hệ thống thông tin số đã trở nên phổ biến ở mọi quốc gia với nhiều
ưu điểm và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong cuộc sống hàng
ngày v.v... thay cho hệ thống thông tin tương tự cổ điển và phức tạp trước đây. Ở
nước ta hiện nay các cơ cấu chuyển mạch cũng như các hệ thống truyền dẫn trong
một số ngành như bưu điện, di động... cũng đã được số hóa một cách hiện đại hơn.
Hệ thống thông tin số đã đáp ứng được khá nhiều mặt hạn chế của hệ thống thông
tin tương tự. Việc nghiên cứu về các hệ thống thông tin số đã trở thành nội dung cơ
bản trong việc đào tạo các kỹ sư trẻ.
Nhận thấy được sự nổi trội của hệ thống thông tin số nên em đã thực hiện đồ án “
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MONTE–CARLO ĐỂ ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PAM 8 MỨC (M=8)” dưới sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo LÊ QUỐC VƯỢNG. Do còn hạn chế về mặt kiến thức
nên không thể tránh được những sai sót và nhầm lẫn nên em mong muốn nhận
được các ý kiến đóng góp của các thầy/cô trong bộ môn Điện Tử Viễn Thông cũng
như các thầy/cô trong khoa Điện - Điện Tử của trường Đại học Hàng Hải Việt
Nam để giúp em hoàn thiện hơn về kiến thức của bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày tháng năm 2015
Sinh viên
Ngô Thị Hồng Nhung
5

CHƯƠNG 1:KHÁI QUÁT
1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ
1.1.1. Các đặc trưng của thông tin số
Các hệ thống thông tin được dùng để truyền thông tin từ nơi này đến nơi
khác. Tin tức sẽ được truyền đi từ nguồn tin cho đến nơi mà tin tức cần được
chuyển đến hay còn gọi là đích, là bộ nhận tin dưới dạng các bản tin. Bản tin chứa
đựng một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra từ các nguồn tin. Nguồn
tin có thể ở dạng lien tục hoặc rời rạc. Tín hiệu là dạng biểu diễn vật lý của một bản
tin nào đó. Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau như cường độ dòng điện, điện áp,
cường độ ánh sáng…
Như chúng ta đã biết, đối với nguồn tin liên tục thì tâp các bản tin là một tập
vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc

thì tập các bản tin có thể là một tập hữu hạn.

Nhưng trong trường hợp nguồn tin chỉ có một số hữu hạn các tin thì các bản tin này
cũng đánh số được. Do đó, thay vì truyền đi cả bản tin thì ta chỉ cần truyền đi các
ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với bản tin đó. Tín hiệu lúc này chỉ biểu
diễn các con số nên được gọi là tín hiệu số. Tín hiệu số có các đặc điểm cơ bản sau:
● Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị
● Tín hiệu số sẽ có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu
là Ts
Một số ưu điểm cơ bản của hệ thống thông tin số so với hệ thống thông tin
tương tự là:
-Do có khả năng tái sinh lại tín hiệu theo ngưỡng qua từng cự ly nhất định
nên tín hiệu số khỏe hơn đối với tạp âm so với tín hiệu tương tự
-Kỹ thuật mới, điều chế và giải điều chế theo phương thức cải tiến tương
thích với các hệ thống xử lý và điều khiển hiện đại nên có khả năng quản lý, khai
thác và bảo trì hệ thống một cách tự động
-Có khả năng chống nhiễu cao

6


-Tín hiệu số dễ dàng sửa được khi có lỗi xảy ra
-Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, không có nhiều bộ lọc cồng kềnh
-Giá cả của các mạch số tương đối phải chăng do sử dụng các mạch tích hợp
nhiều tính năng
-Tín hiệu số có thể truyền đi dễ dàng mọi loại bản tin
-Thông tin được bảo mật an toàn do sử dụng các loại mã mật
Tuy nhiên nhược điểm của các hệ thống thông tin số là:
- Băng thông của nó rộng hơn so với các hệ thống thông tin tương tự trước
đây. Vì thế cần phải dùng các biện pháp nén bang tần thể thu hẹp phổ lại.
- Việc đồng bộ trong thông tin số thực hiện khó khăn
Những nhược điểm của hệ thống thông tin số là không đáng kể so với nhiều
ưu điểm quan trọng của nó vì vậy trong một thời gian tới, mạng viễn thông sẽ trở
nên số hóa hoàn toàn .
1.1.2. Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số điển hình
Trước tiên ta xét đến sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số tổng quát. Hệ
thống tổng quát gồm có 3 phần chính là: Nguồn tin, kênh tin và nhận tin

Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống thông tin số tổng quát
Nguồn tin là nơi chứa hay sản sinh ra các tin truyền đi, vì thế nguồn tin có
thể là con người hay các thiết bị thu phát tiếng nói, hình ảnh, âm thanh, các thiết bị
lưu trữ và thu nhận thông tin để truyền đi. Hay nói cách khác, nguồn tin là tập hợp
các tin tạo thành bản tin mà hệ thống thông tin truyền đi. Nếu các tin tức là vô hạn
thì nguồn tin sinh ra nó là nguồn rời rạc, nếu các tin tức là hữu hạn thì nguồn sinh
ra nó là nguồn liên tục.
7

Kênh tin là môi trường truyền dẫn vật lý từ nơi phát đến nơi thu tín hiệu. Để
có thể truyền được trong một môi trường vật lý xác định thì thông tin cần phải được
biến đổi thành dạng tín hiệu thích hợp với môi trường truyền đó. Hay nói cách khác
kênh tin vừa là nơi hình thành cũng đồng thời là nơi truyền tín hiệu mang tin và nó
cũng có thể sinh ra nhiễu trong quá trình truyền tin nhằm phá hủy thông tin hoặc
làm cho thông tin bị mất năng lượng, không được chuẩn xác như từ nguồn tin phát
đi.
Nhận tin là nơi lưu trữ tin, khôi phục lại thông tin ban đầu giống như ở
nguồn tin từ đầu ra của tín hiệu ở kênh tin
Dưới đây là Sơ đồ khối tiêu biểu cho các hệ thống thông tin số, trong thực tế
có thể có nhiều hơn hoặc ít hơn hoặc có thể được thay thế bởi một vài khối khác,
nhưng nhìn chung vẫn thực hiện được các chức năng của hệ thống thông tin số

Hình 1.2: Sơ đồ khối tiểu biểu của hệ thống thông tin số
Hầu hết các tín hiệu đưa vào hệ thống thông tin số (hình ảnh, âm thanh, tiếng
nói...) là tín hiệu tương tự Analog
Khối định dạng (Format) thực hiện biến đổi tín hiệu đưa vào ở dạng tương tự
thành tín hiệu dạng số. Việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang số được thực hiện
bởi phương pháp điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulator)

8


Khối giải định dạng (De-format) thực hiện biến đổi ngược lại đó là chuyển
đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự như dạng tín hiệu ban đầu
Khối mã hóa nguồn (Source Encode) làm nhiệm vụ giảm số bit dư không cần
thiết để giảm phổ chiếm của tín hiệu số làm cho việc truyền và lưu trữ thông tin
được hiệu quả hơn
Khối mật mã hóa (Encryption) nhằm mật mã hóa bản tin gốc ban đầu bằng
một thuật toán cho phép làm mờ đi nội dung của tin để phục vụ cho việc bảo mật

thông tin. Nếu các đối tượng không có mã giải thuật toán đó thì sẽ không thể xem
được nội dung thông tin
Khối mã hóa kênh (Channel Encode) để đưa thêm vào tín hiệu số một số bit
dư theo một quy luật nhất định giúp cho bên thu có thể dễ dàng phát hiện và có thể
sửa được lỗi xảy ra trên kênh truyền, ngoài ra còn để chống nhiễu và các tác động
xấu của đường truyền dẫn
Giải mã nguồn, giải mật mã và giải mã kênh được thực hiện ở bên thu và các
quá trình này sẽ ngược lại với các quá trình mã hóa tương ứng
Khối ghép kênh (Multiplex) nhằm giúp tăng dung lượng cho hệ thống thông
tin, nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung, làm
cho việc truyền tin trên nhiều nguồn tin khác nhau có thể đến các đích nhận tin
khác nhau trên cùng một tuyến truyền dẫn. Các phương pháp ghép kênh là TDM
(ghép kênh phân chia theo thời gian), FDM (ghép kênh phân chia theo tần số),
CDM (ghép kênh phân chia theo mã). Trong thông tin số thường dùng kiểu ghép
kênh phân chia theo thời gian TDM là chủ yếu.
Khối điều chế (Digital Modulation) làm nhiệm vụ biến đổi đặc tính của tín
hiệu sang tín hiệu khác. Khối điều chế có thể làm thay đổi tần số và hình dạng xung
của tín hiệu. Điều chế có xu hướng làm cho tín hiệu có tần số cao hơn để có thể
truyền đi xa. Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc, còn đầu ra là tín hiệu
9


thông dải. Các dạng điều chế là: Điều chế tương tự (AM, FM, PM), Điều chế số
(ASK, FSK, PSK), Điều chế xung (PCM, PAM, PWM)
Khối giải điều chế (Digital Demodulator) bên thu là quá trình ngược lại so
với điều chế. Nó sẽ chuyển tín hiệu thu được thành tín hiệu băng gốc ban đầu.
Khối đa truy nhập (Multiple Access) cho phép nhiều đối tượng cùng sử dụng
một phương tiện vật lý chung để cùng chia sẻ thông tin với nhau theo nhu cầu giúp
hạn chế việc sử dụng nhiều phương tiện truyền dẫn khác. Một số dạng đa truy nhập
là: TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian), FDMA (đa truy nhập phân chia

theo tần số), CDMA (đa truy nhập phân chia theo mã)
1.1.3 Các tham số chất lượng của hệ thống thông tin số
Trong hệ thống thông tin số, khi truyền thông tin đi sẽ có 2 hạn chế. Thứ
nhất là cần phải có băng thông đủ rộng để có thể truyền được nhiều thông tin trong
một thời gian ngắn nhất. Tuy nhiên, nếu dải thông quá lớn sẽ gây lãng phí, tốn kém
băng tần. Ngoài ra, các yếu tố tác động đến đường truyền như nhiễu, méo, suy
hao... cũng luôn xảy ra trên kênh truyền
Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống thông tin số là tốc độ truyền tin và độ
chính xác của việc truyền tin. Hệ thống thông tin số có 2 yêu cầu cơ bản trong việc
truyền tin là nhanh chóng và chính xác. Tuy nhiên, 2 yêu cầu này trên thực tế lại
mâu thuẫn với nhau vì nếu muốn đạt được độ chính xác cao của thông tin thì cần
phải giảm tốc độ truyền, ngược lại, nếu tốc độ truyền tin càng nhanh thì độ chính
xác kém, khả năng xảy ra lỗi nhiều hơn.
Trong hệ thống thông tin số, tham số dùng để đánh giá độ chính xác
của việc truyền tin là tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit – Error Ratio) thường được hiểu là tỷ lệ
giữa số bit nhận bị lỗi so với tổng số bit đã được truyền đi trong một khoảng thời
gian quan sát nào đó. Khi thời gian tiến đến vô hạn thì thì tỷ lệ này tiến tới xác suất
lỗi bit PE. Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ lệ lỗi bit chỉ
10


xấp xỉ với xác suất lỗi bit. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp người ta cũng coi như
tỷ lệ lỗi bit là xác suất lỗi bit.
Ta có bảng so sánh giữa tỷ lệ lỗi bit BER với xác suất lỗi bit PE
Tỷ lệ lỗi bit BER
Xác suất lỗi bit PE
BER dựa vào việc thực hiện K lần thí nghiệm: mỗi Xác suất lỗi bit là dựa
lần truyền qua kênh N ký hiệu, mỗi lần đếm được N E vào việc truyền vô hạn
lỗi trong số N ký hiệu được phát, giá trị của N E tại các ký hiệu qua hệ
mỗi lần trong số K lần thực hiện thí nghiệm đều khác thống:

nhau (do tính ngẫu nhiên của kênh gây ra)

lim

Hay nói các khác, tái tạo lại thí nghiệm ngẫu nhiên PE =

N →∞

NE
N

bằng cách phát N ký hiệu qua kênh tạp âm (ngẫu
nhiên) K lần, thường nhận được K kết quả đếm lỗi
NE khác nhau
Phát hữu hạn các ký hiệu qua hệ thống (N hữu hạn)

Phát vô hạn các ký hiệu

qua hệ thống (N→∞)
Tỷ lệ lỗi bit BER là một biến ngẫu nhiên (ngẫu nhiên Xác suất lỗi bit PE là một
là do giá trị NE tại mỗi lần đếm lỗi khác nhau)

con số xác định

Tỷ số lỗi bit được xác định như sau:
BER = jbnmnm
BER là một ước tính của xác suất lỗi bit
Bảng 1.2: So sánh sự khác nhau giữa BER và PE
• Đối với hệ thống truyền tín hiệu thoại thì yêu cầu BER < 10-6
• Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã PCM thì BER

cũng đòi hỏi như với hệ thống truyền tín hiệu thoại nhưng cần chú ý là tốc độ
truyền của truyền hình khá cao. Khi sử dụng điều chế ADPCM (điều chế xung mã
vi sai tự thích nghi) thì yêu cầu BER < 10-9 thậm chí có lúc yêu cầu BER < 10-12
• Đối với truyền số liệu thì BER trong khoảng từ 10-11 ÷ 10-13
Nếu BER > 10-3 hệ thống coi như bị gián đoạn, không truyền được nữa
11


Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ thống thông tin số thường được đánh
giá qua dung lượng tổng cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thông tin (đơn vị là
b/s) tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho. Nói chung, dung
lượng của một hệ thống tùy thuộc vào băng tần truyền dẫn của hệ thống, sơ đồ điều
chế số, mức độ tạp nhiễu, suy hao... "

12


CHƯƠNG 2: ĐIỀU CHẾ SỐ VÀ MÃ HÓA TÍN HIỆU BĂNG GỐC
2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ SỐ
Trong hệ thống thông tin, tin tức, hình ảnh, dữ liệu, âm thanh và các số liệu...
được đưa từ nguồn tin để phát đi hay nhận được từ bên phía thu. Tín hiệu là tin tức
đã được xử lý để có thể truyền đi từ bên phát sang bên thu trên hệ thống thông tin.
Việc xử lý tin tức thành tín hiệu trải qua quá trình mã hóa, biến đổi và điều chế.
Trong đó, quá trình điều chế cũng là một bước xử lý tín hiệu quan trọng. Điều chế
là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi thông số của một tín hiệu nào đó, tín
hiệu này sẽ mang tín hiệu muốn truyền đến nơi thu, nơi giải điều chế để khôi phục
lại tin tức ban đầu. Tín hiệu được nói tới ở đây là sóng mang (Carrier Wave). Thực
hiện gải điều chế ở phía thu co stheer dùng tách sóng kết hợp hoặc không kết hợp.
Trên thực té, tồn tại rất nhiều sơ đồ tách sóng để phù hợp với việc người dùng hệ
thống thông tin số để truyền trên kênh thông dải. Mỗi sơ đồ sẽ có những mặt tích

cực và mặt hạn chế nhưng ta nên chọn những loại có xác suất lỗi symbol cực tiểu,
tốc độ truyền nhanh chóng, công suất phát nhỏ, băng thông hẹp, khả năng chống
nhiễu tốt, mức độ đơn giản của hệ thống cao.... Tuy nhiên, một số tham số lại đối
nghịch nhau nên ta cần lựa chọn kỹ càng các phương pháp điều chế sao cho phù
hợp nhất, thỏa mãn càng nhiều các yêu cầu trên càng tốt. Mục đích của việc điều
chế là di chuyển phổ tần của tín hiệu cần truyền đến vùng phổ tần khác mà thích
hợp với tính chất đường truyền và đặc biệt là có thể truyền đi được nhiều kênh một
lúc.
Điều chế số là quá trình dùng tín hiệu số để làm thay đổi các thông số của
sóng mang, đó là Biên độ, Tần số và Pha thành từng mức gián đoạn. Các dạng điều
chế số đó là:
Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Key)
Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Key)
Khóa dịch pha (PSK - Phase Shift Key)
13


Ngoài ra còn có còn có dạng điều chế tổ hợp như QAM
2.2. Các phương pháp điều chế số
2.2.1. Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Keyimg)
ASK là dạng điều chế dữ liệu băng thông đơn giản nhất. Tín hiệu ASK có
thể được xác định bởi công thức:
s ( t ) = A.m ( t ) cos2π f ct

0≤t ≤T

(2.1)

Trong đó:
A: là hằng số

m(t): nhận giá trị bằng “1” hoặc “0”
fc : tần số sóng mang
T: thời gian tồn tại một bit
Bản chất của phương pháp điều chế biên độ là biên độ của sóng mang được
chuyển đổi giữa 2 mức đó là mức “0” và “1” theo biên độ của tín hiệu cần truyền đi
với tốc độ được xác định trước bởi tốc độ bit của tín hiệu nhị phân được truyền.
Điều chế ASK chính là việc nhân tín hiệu sóng mang với tín hiệu nhị phân

14


Hình 2.1: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế ASK
Hình 2.1 minh họa quá trình điều chế biên độ một sóng mang với tín hiệu nhị
phân 101100010. Nếu nguồn số có M trạng thái hoặc mức, và mỗi một mức đại
diện cho một chu kỳ T, thì dạng sóng đã điều chế tương ứng với trạng thái thứ i là
Si ( t )

theo kiểu khóa dịch biên độ sẽ là:
Si ( t )

= Di(t).A0.cosω0t

(2.2)

Trong đó Di(t) là mức thứ i của dạng sóng nhiều mức có độ rộng T. Giả sử số
mức giới hạn là 2, như là đối với tín hiệu số nhị phân và như vậy tần số sóng mang
tương quan đến độ rộng T của dạng sóng vuông nhị phân như sau:
ω0 = 2nπ / t

(2.3)

Mật độ phổ công suất có biểu thức như sau:
sin 2 π T ( f − f 0 ) sin 2 π T ( f + f 0 )
P = A2 / 16 . δ ( f − f 0 ) + δ ( f + f 0 )  +
+
π 2T ( f − f 0 )
π 2T ( f + f 0 )

(

)

15

(2.4)


Phổ gồm có 2 thành phần. Phần thứ nhất gồm các hàm Delta Dirac bao hàm
các thành phần phổ gián đoạn cách nhau những khoảng tần số 1/T. Những thành
phần tần số gián đoạn này biến mất nếu như chuỗi nhị phân có giá trị trung bình
bằng 0, hoặc với tín hiệu M mức khi mỗi mức M hầu như bằng nhau. Điều đó cho
phép phổ của tín hiệu điều chế số được chọn trong khi thiết kế hệ thống bằng cách
chọn thích hợp chuỗi tin được truyền đi. Phần thứ hai là phổ liên tục mà dạng của
nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính phổ của xung tín hiệu. Đối với trường hợp đơn giản,
số nhị phân được biểu thị trong phương trình (2.4), xung của thành phần phổ gián
đoạn chỉ tồn tại ở tần số sóng mang do có các điểm 0 của phổ cách nhau những
khoảng tần số 1/T.

Hình 2.2: Mật độ phổ công suất của tín hiệu ASK 2 trạng thái
Phổ vẽ trên chứa 95% công suất của nó trong độ rộng băng 3/T (hoặc 3 nhân

với tốc độ bit). Độ rộng băng có thể giảm bằng cách dùng xung cosin-tăng. Kết quả
là các điểm 0 của phổ xuất hiện ở những khoảng f0 ± n/T, ở đây n = 1 ,2, .... Do đó
tất cả các thành phần phổ gián đoạn biến mất, trừ trường hợp f = f0 và f = f0 ± 1/T.
Phổ của xung cosin-tăng có búp sóng chính rộng hơn làm cho độ rộng băng ASK.
Việc khôi phục lại tín hiệu số được thực hiện bởi mạch giải điều chế. Tại đây tín
hiệu thu được lại được nhân một lần nữa với sóng mang cùng dạng.
Đối với phương pháp ASK, để tăng tốc độ truyền ta tăng số mức điều chế M,
đồng thời phải tăng công suất của tín hiệu lên rất nhiều nếu muốn duy trì một tỷ lệ
16


lỗi bit nào đó. Điều này không mang lại hiệu quả kinh tế, vì để thiết kế một bộ
khuếch đại công suất có hệ số khuếch đại lớn, tuyến tính là rất khó thực hiện. Hơn
nữa, với tín hiệu ASK tin tức phản ánh qua biên độ của tín hiệu, vì vậy khả năng
chống nhiễu sẽ rất kém do biên độ của tín hiệu bị ảnh hưởng của can nhiễu, tạp âm
và hiện tượng điều biên ký sinh dẫn tới xác suất thu lỗi của hệ thống tăng lên. Vì
vậy phương pháp điều chế ASK không được áp dụng rộng rãi nhiều trong các hệ
thống truyền dẫn và chỉ được áp dụng trong các hệ thống truyền số liệu tốc độ thấp.
Đánh giá các ưu nhược điểm của điều chế ASK:
* Ưu điểm:
- Cần dùng một sóng mang duy nhất
- Phù hợp với việc truyền số liệu ở tốc độ thấp (khoảng 1200bps trên kênh truyền)
- Nếu bit “0” được quy định ở mức 0V thì sẽ giảm được năng lượng cần truyền
* Nhược điểm
- Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu tạp âm
- Tốc độ truyền bị giới hạn do tính chất vật lý của môi trường
- Khả năng đồng bộ kém
- Ít được sử dụng trong thực tế
Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong cáp quang
2.2.2. Khóa dịch tần số (FSK – Frequency Shift Keying)

FSK có thể xem như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều được sử
dụng cho truyền số liệu tốc độ thấp. Lý do để dùng rộng rãi các modem số liệu là
tương đối dễ dàng tạo tín hiệu và dùng giải điều chế thích hợp. Như tên gọi, tin tức
số được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóng mang một lượng
nhất định tương ứng với mức nhị phân “1” và “0”.

17


Hình 2.3: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu điều chế FSK
Hình 2.3 minh họa quá trình điều chế tần số tín hiệu nhị phân 1001101. Để
tránh vấn đề thay đổi về biên độ, với FSK dùng hai tín hiệu sóng mang có cùng
biên tần và cố định, một cho bit “1” và một cho bit “0”. Sự khác biệt giữa hai sóng
mang là tần số. Hoạt động điều chế tương đương với sự tổng hợp các ngõ ra của hai
bộ điều chế ASK riêng biệt: Một thực hiên trên sóng mang thứ nhất dùng phần gốc
tín hiệu (mức “1”) và một thực hiện trên sóng mang thứ hai với phần bù của tín
hiệu dữ liệu (mức “0”)
Pha của tín hiệu FSK có thể liên tục hoặc không liên tục. FSK pha liên tuc có
thể đạt được bằng cách bắt trạng thái của góc pha phải có một tương quan nhất định
với tín hiệu điều chế. Về mặt toán học có thể suy ra yêu cầu băng thông với phương
pháp FSK như sau:
S FSK (t ) = cosω1t.S1 (t ) + cosω2t.S 2 (t )

Trong đó:

ω1

và

S2 (t )

ω2

(2.5)

là tần số góc của hai sóng mang

là phần bù của tín hiệu dữ liệu gốc
18

S1 (t )


S2 (t ) = 1 − S1 (t )

(2.6)

Nếu giả sử dữ liệu tuần hoàn với tần số cơ bản

ω0

thì:

S FSK (t ) = cosω1 ( t ) 1/ 2 + 2 / π ( cosω0t − 1/ 3cosω0t + ...) 

+ cosω2t 1 / 2 + 2 / π ( cosω0t − 1/ 3cosω0t + ...) 

(2.7)

Suy ra:

S FSK ( t ) = 1/ 2cosω1t + 1/ π cos ( ω1 − ω0 ) t + cos ( ω1 + ω0 ) t − 1 / 3...

+1/ 2cosω2t + 1 / π  cos ( ω2 − ω0 ) t + cos ( ω2 + ω0 ) t − 1/ 3...

(2.8)

Có thể suy ra băng thông của tín hiệu FSK một cách đơn giản là tổng hai
sóng mang điều chế ASK riêng biệt ở tần số góc ω1 và ω2.

Hình 2.4: Băng thông của tín hiệu FSK
Với FSK vì tín hiệu nhị phân “0” và “1” điều chế lên các sóng mang riêng rẽ,
nên băng thông tối thiểu cho mỗi sóng mang bằng một nửa tốc độ bit, nghĩa là
thành phần tần số cơ bản lớn nhất cho mỗi sóng mang bằng một nửa so với ASK.
Do đó, nếu chỉ thu thành phần tần số cơ bản thì băng thông tổng cộng của 4f 0 cộng
với khoảng dịch tần f0. Tuy nhiên vì f0 bằng một nửa so với ASK nên băng thông

19


tổng cộng bằng với băng thông tổng của ASK cộng với khoảng dịch tần. Tương tự,
nếu thu cả hài bậc 3 thì băng thông bằng 6f0 cộng với khoảng dịch tần fs
Những ưu điểm của FSK so với ASK là: Tính chất biên độ không đổi của tín
hiệu sóng mang không gây lãng phí công suất và tạo khả năng miễn trừ đối với tạp
âm.
Đánh giá các ưu, nhược điểm của điều chế FSK:
* Ưu điểm:
- Dễ dàng đồng bộ hơn ASK
- Tỷ lệ lỗi thấp hơn ASK
- Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu
- Bền

* Nhược điểm:
- Độ rộng băng rất lớn do khoảng cách giữa f1 và f2 lớn
- Tần số tín hiệu cao gây nhiễu ngoài, giảm khả năng truyền dẫn
Ứng dụng:
+ Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên cáp đồng trục hoặc sóng radio
+ Sử dụng rộng rãi trong mạng truyền số liệu
+ Dùng để truyền dữ liệu với tốc độ 1200bps hoặc thấp hơn trên mạng di động
2.2.3. Khóa dịch pha (PSK – Phase Shift Keying)
Trong phương pháp điều chế PSK, tần số và biên độ của sóng mang được giữ
không đổi trong khi pha của nó dịch theo mỗi bit dòng dữ liệu truyền.
Có 2 loại PSK thường được dùng, loại thứ nhất dùng hai tín hiệu sóng mang
đại diện cho bit “1” và bit “0”, hai sóng mang này khác pha nhau 180 0. Vì tín hiệu
này chỉ là nghịch đảo của tín hiệu kia nên loại này được gọi là phase-coherent PSK
(PSK phối hợp). Điều bất tiện của loại này là tại máy thu đòi hỏi phải có sóng
mang tham chiếu để so pha với tín hiệu thu, do đó cần phải thực hiện đòng bộ pha
giữa máy thu và máy phát. Kết quả dẫn đến mạch giải điều chế phức tạp hơn.
20


Loại PSK thứ 2 goi là PSK vi phân (differential PSK). Với loại này sự dịch
chuyển pha xảy ra tại mỗi bit hay mỗi symbol, không cần quan tâm tới chuỗi bit
“0” hay “1” đang được truyền. Gỉa sử với điều chế 2-PSK vi phân thì một sự dịch
pha 900 tương ứng với tín hiệu hiện hành chỉ định “0” là bit kế tiếp, trong khi sự
dịch pha 2700 chi bit “1” là bit kế tiếp. Như vậy, mạch giải điều chế chỉ cần xác
định độ lớn của sự dịch pha thay vì phải xác định giá trị tuyệt đối của từng pha. Ở
mạch điều chế, chỉ khi nào thay đổi trạng thái của dữ liệu mới đổi pha của sóng
mang.

Hình 2.5: Dạng sóng tín hiệu PSK
Về mặt toán học ta có thể xác định băng thông của PSK. Ở đây chúng ta

trình bày tín hiệu số nhị phân sưới dạng lưỡng cực vì mức âm của tín hiệu sẽ là kết
quả đổi pha 1800 của sóng mang. Tín hiệu dữ liệu biểu diễn dưới dạng Fourier như
sau:
S ( t ) = 4 / π [ cosω0t − 1/ 3cos3ω0 t + 1/ 5cos5ω0t − ...]

21

(2.9)


Từ đó suy ra:
S PSK = 4 / π [ cosωct.cosω0t − 1/ 3cosωct.cos3ω0t + ...]

(2.10)

= 2 / π  cos ( ωc − ω0 ) t + cos ( ωc + ω0 ) t − 1/ 3cos ( ωc − 3ω0 ) t − 1/ 3cos ( ωc + 3ω0 ) t + ...

Băng thông của nó như sau:

Hình 2.6: Băng thông tín hiệu PSK
Yêu cầu về độ rộng băng đối với ASK và PSK là giống nhau thể hiện rõ
trong hàm mật độ phân bố công suất:
PPSK

 sin 2 π T ( f − f 0 ) sin 2 π T ( f + f 0 ) 
= A / 4 . 2
+ 2
2
2 
π T ( f + f 0 ) 

 π T ( f − f 0 )

(

2

)

(2.11)

Phổ của PSK không chưa các hàm Delta Dirac hay xung ở tần số mang, và
do đó là dạng điều chế nén sóng mang.
Đánh giá các ưu, nhược điểm của điều chế PSK:
* Ưu điểm:
- Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu
- Công suất phát yêu cầu thấp hơn so với ASK và FSK với cùng một xác suất lỗi

22


- Càng điều chế ở nhiều mức thì tốc độ truyền càng tăng lên nhưng số mức vẫn bị
giới hạn
* Nhược điểm:
- Thiết bị thu phải tách sóng kết hợp, phải khôi phục lại sóng mang
nên sẽ phức tạp và khó thực hiện hơn
2.2.4. QAM – Quadrature Amplitude Modulation
Đối với một hệ thống thông tin có dung lượng lớn và vừa, khi tăng số
trạng thái điều chế nhằm tăng hiệu quả sử dụng phổ mà vẫn đảm bảo khoảng cách
giữa các ký hiệu đủ lớn để đảm bảo xác suất thu lỗi cho trước thì cần sử dụng
phương pháp điều chế biên độ vuông góc QAM. Một tín hiệu điều chế biên độ

vuông góc (QAM) sử dụng hai sóng mang vuông góc là

cos2π f ct

và

sin 2π f c t

, mỗi

một trong chúng được điều chế bởi một chuỗi độc lập các bit thông tin. Các dạng
sóng tín hiệu được truyền đi có dạng:
S m ( t ) = Amc g ( t ) cos 2π f c t + Ams g ( t ) sin 2π f c t

Trong đó

Amc

và

Ams

m=

1, 2, ..., M (2.12)

là tập các mức biên độ nhận được bằng cách ánh xạ các

chuỗi k bit thành các biên độ tín hiệu,

g ( t)

là xung xác định đặc tính phổ của tín

hiệu truyền.
Tổng quát hơn, QAM có thể được xem như một dạng hỗn hợp của điều chế
biên độ số và điều chế pha số.
Với 8-PSK dữ liệu được chia thành các gói gồm 3 bit (Tribit), Một bit biểu
diễn cho biên độ sóng mang, hai bit còn lại biểu diễn pha. Do đó tín hiệu điều chế
sẽ mang 4 giá trị pha khác nhau và 2 giá trị biên độ, tạo nên 8 trạng thái khác nhau.

23


Phổ của M-PSK và M-QAM đều đồng nhất như nhau, nhưng các hệ thống
PSK yêu cầu một công suất lớn hơn để phát đi cùng một lượng thông tin có xác
suất lỗi cho trước.

24


2.3 ĐIỀU CHẾ PAM
2.3.1 Khái niệm
Điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation) là 1 dạng
điều chế số mà tín hiệu được tạo bởi một chuỗi các xung mà biên 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 tự
nhiên và lấy mẫu bằng.

Hình 2.7 : Lấy mẫu tự nhiên và lấy mẫu bằng

Lấy mẫu tự nhiên: tín hiệu tương tự ban đầu kết hợp với các xung lấy mẫu và 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 và cho ra
xung lấy mẫu có biên độ của các xung mô phỏng theo biên độ của tín hiệu tương
tự tại thời điểm lấy mẫu.
Lấy mẫu bằng gây ra sự biến dạng của tín hiệu ban đầu, sự sai lệch này

25