Thực tập chuyên đề kỹ thuật điều chế xung số

Bài thực tập số

2

Điều chế số (Digital Modulations)

Bài 2.1 - Điều chế số
Nội dung:
- Giới thiệu điều chế số ASK, FSK, PSK, QAM.
- Miêu tả tại sao sử dụng điều chế số và sử dụng cho mục đích gì.
- Miêu tả sự khác biệt của tốc độ bit và tốc độ BAUD.

1.1. Lý thuyết
Trong nhiều hệ thống truyền thông số, dây dẫn (nh modem
truyền dữ liệu) hoặc tín hiệu vô tuyến (truyền thanh, hệ thống
điện thoại tổ ong GSM, TV số...), tín hiệu dữ liệu sẽ đợc điều chế
trên sóng mang dạng sin. Những kỹ thuật điều chế đợc sử dụng
phổ biến là:
- ASK (Amplitude Shift Keying): tín hiệu dữ liệu sẽ điều chế
biên độ của sóng mang.
- FSK (Frequency Shift Keying): tín hiệu dữ liệu sẽ điều chế
tần số của sóng mang.
- PSK (Phase Shift Keying): tín hiệu dữ liệu sẽ điều chế pha
của sóng mang. PSK có một số loại khác nhau:
+ pha hay cơ số 2 (2-PSK hoặc BPSK-binary).
+ pha hay vuông pha (4-PSK hoặc QPSK-quadrature).
+ 8 hoặc 16 pha (8-PSK, 16-PSK).
+ Tuyệt đối hoặc vi sai.
- QAM (Quadrature Amplitude Modulation): tín hiệu dữ liệu
sẽ điều chế cả pha và biên độ của sóng mang.

116


Hình 1.1- Các phơng pháp điều chế số

1.2. Mục đích của điều chế số
Tín hiệu NRZ
Trong hệ thống truyền thông số, các bit dữ liệu đợc thể
hiện dạng các tín hiệu điện. Cách thức đơn giản nhất là sử dụng
hai mức nhị phân 0 và 1, chẳng hạn +5V cho 1 và 0V cho 0.
Thông thờng, các mức điện thế này đợc giữ cố định trong thời
gian 1 bit. Trong trờng hợp này, tín hiệu đợc gọi là NRZ (Non
Return-to-Zero). Dạng sóng của tín hiệu NRZ là các chuỗi xung
chữ nhật, phổ năng lợng liên tục (hình 1.2).

Hình 1.2- Tín hiệu số NRZ

Kênh truyền băng thông giới hạn
Giả sử, xét sự truyền dữ liệu qua đờng điện thoại. Phổ dữ
liệu bắt đầu từ tần số 0 (thành phần DC) và khoảng 3400 Hz. Việc
truyền dẫn này không thực hiện đợc vì sự giới hạn của băng

117


thông kênh dẫn điện thoại (khoảng từ 300 đến 3400 Hz của dải
âm thanh).
Các tín hiệu điện tơng ứng chuỗi dữ liệu 1/0 tồn tại dới
dạng xung vuông có tần số bằng một nửa của tốc độ truyền dữ
liệu. Giả sử, bạn muốn truyền dữ liệu 1/0 tại tốc độ 9600 bit/s

(hình 1.3), bạn phải có xung vuông tần số 4800 Hz. Theo phân tích
Fourier, xung vuông đợc hợp thành bởi tổng các sóng sin: tần số
cơ bản và các họa ba bậc 3, 5... các họa ba bậc lẻ. Nếu tín hiệu dữ
liệu tại 9600 bit/s đợc đa trực tiếp vào đờng điện thoại công
cộng, sẽ không có tín hiệu đầu ra vì các thành phần phổ sẽ bị loại
trừ bởi hiệu ứng lọc của cùng đờng truyền. Kết nối sẽ không thực
hiện đợc nếu thông tin không đợc thiết lập trong dải âm thanh.

Hình 1.3- Truyền tín hiệu dữ liệu trên kênh truyền băng thông giới hạn

Các kỹ thuật điều chế khác nhau đợc sử dụng để thực hiện
việc phối hợp phổ (spectrum matching), với tín hiệu số phổ rất lớn
sẽ đợc biến đổi sáng tín hiệu tơng tự có phổ giới hạn hơn.
Khi truyền dữ liệu trên đờng điện thoại công cộng, thiết bị
để thực hiện nhiệm vụ này chính là Modem điện thoại, để dịch
phổ tần số tín hiệu dữ liệu vào băng thông của điện thoại. Các
phơng pháp điều chế đó là:
- ASK: những ứng dụng có tốc độ dữ liệu tần số thấp
- FSK: lên tới 1200 b/s
- PSK: lên tới 4800 b/s
- QAM: lên tới 9600 b/s trong mode thông thờng, và tới
33600 b/s với mã hóa TCM (Trellis Coded Modulation)

1.3. BIT/GIÂY và BAUD
Trong trờng hợp đơn giản nhất của điều chế số, mỗi bit nhị
phân tơng ứng với một trạng thái điều chế (modulation state).

118

Hình 1.4 chỉ ra ví dụ điều chế 2 pha 2-PSK, mỗi bit 0 tơng ứng
với tín hiệu tại một pha nào đấy, bit 1 tơng ứng với tín hiệu khác
ở pha đối ngợc.

Hình 1.4- Mỗi bit tơng ứng với một đơn vị tín hiệu (Baud = Bit/s)

Khi dòng dữ liệu tăng, để giữ phổ của tín hiệu đã điều chế
(modulated signal) nằm trong băng tần của điện thoại, bạn phải
giảm tần số của tín hiệu dùng để điều chế (modulating signal), có
nghĩa là giảm tốc độ mà tín hiệu dữ liệu điều chế sóng mang.
Một trong các kỹ thuật đợc sử dụng là chia dòng dữ liệu
thành các nhóm nhiều bit (2, 3, 4...) trớc khi điều chế, và không
thực hiện việc điều chế đối với đơn bit mà với cả nhóm bit (kỹ
thuật này gọi là điều chế đa mức - Multi-level Modulation). Mỗi
trạng thái điều chế sẽ đại diện cho một nhóm bit. Hình 1.5 đa ra
ví dụ về điều chế 4-PSK, trong đó 4 biểu tợng tơng tự (4 trạng
thái điều chế tơng ứng pha 00, 900, 1800, 2700) tơng ứng các
nhóm bit 00, 01, 11, 10.

Hình 1.5- Truyền 2 bit / 1 trạng thái (Baud Bit/s)

119


Nh vậy, thật dễ hiểu là trong trờng hợp này, tần số của tín
hiệu dùng để điều chế (modulating signal) thấp hơn, làm giảm
phổ tần số của tín hiệu sau khi điều chế (modulated signal). Hai
khái niệm khác nhau là: tốc độ thông tin số (dữ liệu) và tốc độ
thông tin tơng tự (các trạng thái tín hiệu điện sau khi qua điều
chế). Những tốc độ này đợc biểu diễn với các thuật ngữ:

- Bit/s: tốc độ truyền của thông tin nhị phân, là số bit nhị
phân truyền trong một đơn vị thời gian (1 giây).
- BAUD: tốc độ điều chế, đợc định nghĩa là số các trạng thái
của tín hiệu sau khi điều chế gửi đi trong một đơn vị thời gian.
Tốc độ BAUD sẽ bằng tốc độ dòng dữ liệu Fb đợc chia bởi n
bit của một nhóm (Fb/n). Nếu n = 1 thì BAUD = bit/s.
Q1 Điều chế nào đợc sử dụng để truyền dữ liệu số thông

qua sóng mang tơng tự?
a. FSK; PSK; ASK; TCM (Trellis Coded Modulation); QAM
b. FSK; PSK; ASK; TCM; QAM; PCM (Pulse Code
Modulation); PAM (Pulse Amplitude Modulation)
c. ASK; FSK; PSK; TCM; QAM
d. FSK; PSK; ASK; TCM; QAM
e. FSK; PSK; ASK; TCM; QAM
Q2 Mục đích chính của điều chế số là gì?
a. Để tơng thích phổ tín hiệu số (phổ dữ liệu) với khối
khuếch đại phát; để dịch phổ tín hiệu số vào trong băng
thông của kênh truyền.
b. Để dịch phổ tín hiệu số vào trong băng thông của kênh
truyền; để phù hợp phổ tín hiệu số vào kênh truyền.
c. Để khuếch đại tín hiệu số trớc khi truyền; để dịch phổ
tín hiệu số vào trong băng thông của kênh truyền.
d. Để tơng thích biên độ tín hiệu số vào trong vùng nhạy
của khối khuếch đại phát; để dịch phổ tín hiệu số vào
trong băng thông của kênh truyền.
e. Để dịch phổ tín hiệu số vào trong băng thông của kênh
truyền; loại trừ các sai số trong quá trình nhận.

120

Q3 Độ rộng bit của tín hiệu dữ liệu số NRZ là 104às. Tốc độ

truyền sẽ là bao nhiêu?

a. 10400 bit/s
b. 4800 bit/s
c. 10400 Baud
d. 9600 Baud
e. 14000 bit/s
Q4 Câu nào dới đây đề cập đến tốc độ Baud? Câu nào

là đúng?

a. Nó cho biết tốc độ truyền dữ liệu (Baud rate); trong hệ
2-PSK, đó cũng là tốc độ dữ liệu (bit/s); nếu tốc độ
truyền là 9600 bit/s và dữ liệu đợc chia thành nhóm
2 bit, tốc độ Baud là 2400 Baud.
b. Nó cho biết tốc độ truyền dữ liệu (Baud rate); trong hệ
n-PSK, đó cũng là tốc độ dữ liệu (bit/s); nó cho biết tốc
độ điều chế; nếu tốc độ truyền là 9600 bit/s và dữ liệu
đợc chia thành nhóm 2 bit, tốc độ Baud là 2400 Baud.
c. Nó cho biết tốc độ symbol; nó cũng cho biết tốc độ điều
chế; nếu tốc độ truyền là 9600 bit/s và dữ liệu đợc chia
thành nhóm 4 bit, tốc độ Baud là 2400 Baud.
d. Nó cho biết tốc độ symbol; trong hệ n-PSK, đó cũng là tốc
độ dữ liệu (bit/s); nếu tốc độ truyền là 9600 bit/s và dữ
liệu đợc chia thành nhóm 4 bit, tốc độ Baud là 2400 Baud.
Q5 Dòng dữ liệu 4800 bit/s đợc truyền đi với điều chế

8-PSK (8 trạng thái điều chế). Có bao nhiêu bit đợc
truyền trong mỗi symbol, và tốc độ symbol (Baud) là
bao nhiêu?

a. 600 bit/symbol, 8 Baud
b. Baud, 1200 bit/symbol
c. bit/symbol, 1200 Baud
d. Baud, 1600 bit/symbol
e. 3 bit/symbol, 1600 Baud.

121


Bài 2.2 - Bộ phát và bộ mã hóa
Nội dung:
- Miêu tả các nguồn dữ liệu có trong module.
- Miêu tả quá trình mã hóa.
- Miêu tả việc phân chia bit sang Dibít và Tribít.
- Miêu tả mã hóa Manchester.

Dụng cụ:
- Bộ nguồn PS1-PSU/EV.
- Module thí nghiệm: MCM31.
- Dao động ký.

2.1. Lý thuyết
2.1.1. Khối phát chuỗi dữ liệu

Đồng hồ phát

Các bit dữ liệu đợc tuần tự phát ra tại tốc độ cho bởi đồng hồ
phát (Transmission Clock) (TXCK, tại chốt 3). Đây là xung vuông,
đồng bộ với tín hiệu dữ liệu, và có sờn âm của xung tại chính giữa
của khoảng bit (hình 2.1). Tốc độ dữ liệu phụ thuộc vào phơng
pháp điều chế (Manchester, Bit, Dibít, Tribít), đợc lựa chọn bởi
jump J1. 300 bit/s cho mã Manchester, 600 bit/s trong mode Bit,
1200 bit/s trong mode Dibít, 1800 bit/s trong mode TriBít. Tốc độ
bit đợc thay đổi để giữ cùng tốc độ Baud (600 Baud).

Hình 2.1- Xung đồng hồ và chuỗi dữ liệu

122


Chuỗi dữ liệu 24 bit
Khối phát cung cấp chuỗi dữ liệu 24 bit NRZ (chốt 4) (dạng
tín hiệu trên hình 2.1). Dữ liệu này đợc đồng bộ với đồng hồ
(chốt 3). Các bit cũng có thể lập trình từng bit một nhờ các khóa từ
1-24. Chuỗi bắt đầu khi nhấn START, và thực hiện lặp đi lặp lại.
Chuỗi 64 bit giả ngẫu nhiên (Pseudocasual)
Khối phát cung cấp chuỗi NRZ gọi là giả ngẫu nhiên, chứa
đựng 32 bit 0 và 32 bit 1. Dạng sóng của chuỗi 64 bit chỉ ra trên
hình 2.1. Các bit đợc đồng bộ với đồng hồ truyền. Chuỗi dữ liệu
đợc bắt đầu bằng nhấn START, và thực hiện lặp đi lặp lại.
Dữ liệu ngoài
Có thể lựa chọn nguồn dữ liệu ngoài:
- Đồng bộ: dữ liệu vào chốt 2, dạng TTL, chúng phải đợc
đồng bộ hóa với đồng hồ Clock từ chốt 1.
- Dị bộ: dữ liệu vào chốt 2, dạng TTL, hoặc qua đầu nối
RS232 (dạng V24/RS232C).

2.1.2. Mã hóa dữ liệu

Trong hệ thống truyền thông số chuẩn, dữ liệu (thông tin) từ
nguồn cung cấp có thể phải qua một số xử lý (mã hóa) trớc khi
đa vào bộ điều chế và truyền đi (hình 2.2). Lí do để phải điều chế
tín hiệu dữ liệu là:
- Dễ dàng cho việc giải điều chế, đặc biệt là PSK và QAM.
- Phân tách dòng dữ liệu thành các nhóm nhiều bit (Dibít,
Tribít...) trớc khi thực hiện việc điều chế nhiều mức (PSK có ít
nhất 4 pha, QAM).
- Đảm bảo việc khôi phục bit thời gian tại nơi nhận.
- Đa vào thuật toán nén dữ liệu và kiểm tra lỗi.
- Khai thác băng thông kênh truyền một cách tốt nhất.
Chúng ta sẽ xem xét một số trờng hợp sau:
- Mã hóa 1 bit vi sai, thuận tiện cho giải điều chế tín hiệu PSK.
- Chia nhỏ dòng dữ liệu thành nhóm 2 bit (Dibít), và 3 bit
(Tribít), thực hiện 4-PSK và 8- mức-QAM, ở dạng tuyệt đối hay vi sai.
- Mã hóa Manchester: là một trong các dạng mã hóa đợc sử
dụng để đảm bảo việc hồi phục của tín hiệu clock nhận.

123


Hình 2.2- Hệ thống truyền thông số chuẩn

2.1.3. Mã hóa 1 bit vi sai

Trong hệ thống PSK, việc giải điều chế đợc thực hiện bằng
cách so sánh pha tức thời của tín hiệu PSK với một pha tham chiếu
tuyệt đối đã khôi phục trong khối thu nhận. Cách điều chế này

đợc gọi là PSK tuyệt đối (Absolutely PSK). Khó khăn lớn nhất
trong hệ thống này nằm ở chỗ cần phải giữ pha đã khôi phục (pha
tuyệt đối) hoàn toàn không thay đổi. Vấn đề đợc giải quyết bằng
việc sử dụng phơng pháp điều chế PSK vi sai (Differential PSK),
vì thông tin không nằm trong pha tuyệt đối của sóng mang đã
điều chế mà trong sự sai khác về pha giữa hai khoảng điều chế kế
tiếp. Trớc khi vào bộ điều chế PSK, các bit dữ liệu đợc mã hóa
nh sau:
Bit lối vào = 1 đầu ra đổi mức.
Bit lối vào = 0 giữ nguyên mức lối ra.
Nói cách khác, bit 1 đợc mã hóa bằng sự biến đổi của dữ
liệu lối ra. Ví dụ đợc chỉ ra trên hình 2.3.

Hình 2.3- Mã hóa 1 bit vi sai

124


2.1.4. Phân chia thành Dibít và Tribít

Dibít. Trong các hệ thống 4-PSK, sóng mang sin có 4 giá trị
pha, cách nhau 900 và xác định bằng tổ hợp các cặp bit nhị phân
(Dibít) (hình 2.4).
- Tín hiệu dữ liệu I (Đồng pha, In-phase): các mức điện thế
tơng ứng với giá trị của bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong
khoảng thời gian của cả 2 bit.
- Tín hiệu dữ liệu Q (Vuông góc, In-quadrature): các mức
điện thế tơng ứng với giá trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài
trong khoảng thời gian 2 bit.

Hình 2.4- Dibít

Tribít. Trong các hệ thống 8-QAM, sóng mang sin có 4 giá
trị pha và 2 giá trị biên độ, tổ hợp nên các nhóm 3 bit (Tribít)
(hình 2.5).
- Tín hiệu dữ liệu I: các mức điện thế tơng ứng với giá trị bit
đầu tiên trong nhóm 3 bit, kéo dài trong thời khoảng 3 bit.
- Tín hiệu dữ liệu Q: các mức điện thế tơng ứng với giá trị
bit thứ hai trong nhóm 3 bit, kéo dài trong thời khoảng 3 bit.
- Tín hiệu dữ liệu C (Điều khiển - Control): các mức điện thế
tơng ứng với giá trị bit thứ ba trong nhóm 3 bit, kéo dài trong
thời khoảng 3 bit.

Hình 2.5- Tribít

125


Tín hiệu I và Q xác định pha của sóng mang, tín hiệu C
xác định biên độ.
Dibít vi sai
Trong các hệ thống 4-PSK, pha của sóng mang sin đợc thay
đổi 0 , 900, 1800, 2700 nh là hàm của các cặp bit dữ liệu (Dibít). Bộ
điều chế đợc sử dụng cho loại mã hóa này cũng gọi là 4-PSK
tuyệt đối. Trớc khi đi vào điều chế, dữ liệu đợc mã hóa, sẽ phát
ra hai tín hiệu vi sai là ID và QD.
0

2.1.5. Mã hóa Manchester

Trong hệ thống truyền thông số, các bit dữ liệu thờng có
dạng NRZ. Tại nơi nhận, tín hiệu đợc nhận diện để xem dữ liệu
đến là 0 hay 1. Việc đọc, lấy mẫu phải đợc thực hiện trong
khoảng thời gian của mỗi bit, và phải đợc đồng bộ với tín hiệu
dữ liệu. Tín hiệu đồng bộ đợc truyền độc lập với dữ liệu, trong
hầu hết các trờng hợp nó đợc tách ra từ cùng một tín hiệu dữ
liệu khi sử dụng mạch điện khôi phục nhịp clock (chẳng hạn thực
hiện với vòng khóa pha PLL - Phasse Locked Loop).
Nếu dữ liệu truyền đi chứa những chuỗi dài 0 và 1 liên
tiếp, sẽ rất khó khăn, gần nh không thể khôi phục xung nhịp vì
rằng các thành phần phổ khởi động PLL không có trong tín hiệu
dữ liệu (hình 2.6a). Để khắc phục, dữ liệu NRZ phải đợc mã hóa
trớc khi truyền đi, mục đích là tạo ra sự thay đổi trong dạng sóng
của tín hiệu (hình 2.6b).

Hình 2.6- a) Dữ liệu NRZ, b) Dữ liệu mã hóa của Khối phát / Khối thu

Một trong các mã đợc sử dụng cho mục đích này là mã
Manchester. Mã này sẽ chèn một sự chuyển mức vào chính giữa
mỗi khoảng bit.
Chuyển mức từ (H) (L): đại diện cho bit 1

126


Chuyển mức từ (L) (H): đại diện cho bit 0 (hình 2.7)

Hình 2.7- Mã Manchester

2.1.6. Khôi phục nhịp (Clock Extraction) - Đồng bộ lại thời

gian (Retiming) - Giải mã (Decode)

Tách Clock
Tại nơi nhận, nhịp clock sử dụng để định lại thời gian (đồng
bộ thời gian) cho tín hiệu dữ liệu đã giải điều chế đợc lấy từ
mạch hồi phục nhịp (hình 2.8). Tùy theo loại điều chế và tốc độ
truyền bit, phần Clock Recovery cung cấp ba tần số:
- 600 Hz (CK600, chốt 32)
- 1200Hz (CK1200, chốt 33)
- 1800Hz (CK1800, chốt 34)

Hình 2.8- Hồi phục nhịp và đồng bộ thời gian dữ liệu

127


Retiming
Nhịp 600 Hz lấy từ mạch hồi phục nhịp đợc sử dụng để
chỉnh lại thời gian cho các đơn vị tín hiệu nhận (I, Q, C, tùy
theo loại điều chế). Trong module này, tốc độ đợc giữ cố định là
600 Baud. Trong trờng hợp truyền không đồng bộ, dữ liệu nhận
không đợc đồng bộ mà chỉ đợc làm cho phù hợp bởi mạch điện
ngỡng (chốt 29, trong bài số 3 và 4).
Decoding
Giải mã dữ liệu, quá trình ngợc với mã hóa nơi phát, đợc
thực hiện trong phần Giải mã dữ liệu. Dữ liệu sau khi giải mã qua
chốt 9, với clock tơng ứng ở chốt 10.

2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Các chuỗi dữ liệu

- Cấp nguồn cho module.
- Thiết lập mạch điện: J1 = c, SW2 = Normal, SW3 = 24bit.
- Đặt chuỗi dữ liệu tuần hoàn 11001000 (lặp lại trên cả 3 Dip
Switch) và ấn START.
- Nối dao động ký vào chốt 4 (chuỗi dữ liệu) và chốt 3 (xung
đồng hồ).
- Kiểm tra dạng sóng chuỗi dữ liệu và tín hiệu đồng hồ.
Q1 Bạn nhận thấy cái gì?
a. Dữ liệu đợc đồng bộ với Clock; có 2 chu kỳ xung nhịp
cho mỗi bit; các bit đợc tách rời bởi các khoảng thời
gian rất ngắn có mức điện áp 0.
b. Dữ liệu không đồng bộ với xung nhịp Clock; có 1 chu kỳ
clock cho mỗi bit; không có sự tách rời giữa các bit kế
tiếp nhau.
c. Dữ liệu đợc đồng bộ với Clock; có 1 chu kỳ clock cho
mỗi bit; sờn xuống của clock ở giữa mỗi khoảng bit;
không có sự tách rời giữa các bit kế tiếp nhau.
d. Dữ liệu đợc đồng bộ với Clock; có 1 chu kỳ clock cho
mỗi bit; sờn lên của clock ở giữa mỗi khoảng bit; không
có sự tách rời giữa các bit kế tiếp nhau.

128


Q2
a.
b.
c.
d.

e.
f.

Tốc độ dòng dữ liệu là bao nhiêu?
1.2kbit/s, tơng ứng với khoảng bit là 1667às
9600bit/s, tơng ứng với khoảng bit là 104às
19200bit/s, tơng ứng với khoảng bit là 52às
60000bit/s, tơng ứng với khoảng bit là 16às
64kbit/s, tơng ứng với khoảng bit là 16às
600bit/s, tơng ứng với khoảng bit là 1667às

2.2.2. Khối mã hóa Manchester

- Thiết lập mạch điện cho mode Manchester: J1 = d, SW2 =
Normal, SW3 = 24bit.
- Đặt chuỗi dữ liệu tuần hoàn 11000000 (lặp lại trên cả 3 Dip
Switch) và ấn START.
- Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3), chuỗi
dữ liệu (chốt 4), và tín hiệu mã hóa (chốt 6).
Q3 Từ những quan sát trên, chúng ta có thể chỉ ra rằng:
a. Bit 0 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp trực tiếp, bit
1 đợc mã hóa với một xung nhịp âm.
b. Bit 0 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp (trực tiếp
hoặc âm), bit 1 đợc mã hóa bằng sự chuyển đổi cao
thấp trong khoảng thời gian bit.
c. Bit 1 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp (trực tiếp
hoặc âm), bit 0 đợc mã hóa bằng sự chuyển đổi cao
thấp trong khoảng thời gian bit.
d. Bit 1 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp trực tiếp, bit
0 đợc mã hóa với một xung nhịp âm.

2.2.3. Khối mã hóa vi sai 1 bit

- Thiết lập mạch điện cho mode Bit and Difference: J1 = d,
SW2 = Differential, SW3 = 24bit.
- Đặt chuỗi dữ liệu tất cả 0 và ấn START. Kiểm tra dạng
sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3), chuỗi dữ liệu (chốt 4), và tín
hiệu mã hóa (chốt 6).
- Tiếp theo thay đổi chuỗi dữ liệu tất cả 1, ấn xung START.
Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3), chuỗi dữ liệu
(chốt 4), và tín hiệu mã hóa (chốt 6).

129


Q4 Từ những quan sát trên, chúng ta có thể chỉ ra rằng:
a. Bit 1 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp trực tiếp, bit
0 đợc mã hóa với một xung nhịp âm.
b. Bit 0 đợc mã hóa với 1 chu kỳ xung nhịp, bit 1 đợc
mã hóa bằng sự chuyển đổi cao thấp trong khoảng thời
gian bit.
c. Bit 0 đợc mã hóa với 1 mức thấp, bit 1 đợc mã hóa
bằng sự chuyển đổi cao thấp trong khoảng thời gian bit.
d. Bit 1 đợc mã hóa với 1 mức cao, bit 0 đợc mã hóa
bằng sự chuyển đổi cao thấp trong khoảng thời gian bit.
2.2.4. Khối mã hóa Dibít

- Thiết lập mạch điện cho mode Dibít and Normal: J1 = b,
SW2 = Normal, SW3 = 24bit.
- Đặt chuỗi dữ liệu tuần hoàn 10101010 (lặp lại trên cả 3 Dip
Switch) và ấn START.

- Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3), chuỗi
dữ liệu (chốt 4), tín hiệu I (chốt 6), tín hiệu Q (chốt 7). Tín hiệu
I luôn mức cao và tín hiệu Q luôn mức thấp.
- Tiếp theo đặt chuỗi dữ liệu: 10010000.00000000.00000000, ấn
xung START. Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3),
chuỗi dữ liệu (chốt 4), tín hiệu I (chốt 6), tín hiệu Q (chốt 7). Tín
hiệu I và Q bị trễ 3,5 xung nhịp so với tín hiệu dữ liệu.
Q5 Từ những quan sát trên, chúng ta có thể chỉ ra rằng:
a. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong khoảng thời gian
2 bit. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng với giá
trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài trong khoảng
thời gian 2 bit.
b. Bit 0 đợc mã hóa với một xung nhịp (trực tiếp hoặc
âm), bit 1 đợc mã hóa bằng sự chuyển đổi cao thấp
trong khoảng thời gian bit.
c. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng với giá trị
của bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong khoảng thời
gian 2 bit. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với

130


giá trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài trong khoảng
thời gian 2 bit.
d. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong khoảng thời gian
3 bit. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng với giá
trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài trong khoảng
thời gian 3 bit.

2.2.5. Khối mã hóa Tribít

- Thiết lập mạch điện cho mode Tribít and Normal: J1 = a,
SW2 = Normal, SW3 = 24bit.
- Đặt chuỗi dữ liệu tuần hoàn 101.101.101.101.101.101.101.101
và ấn START.
- Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3), chuỗi
dữ liệu (chốt 4), tín hiệu I (chốt 6), tín hiệu Q (chốt 7) và tín hiệu
C (chốt 8). Tín hiệu I và C luôn mức cao và tín hiệu Q luôn
mức thấp.
- Tiếp theo đặt chuỗi dữ liệu: 10101000.00000000.00000000, ấn
xung START. Kiểm tra dạng sóng của xung nhịp clock (tại chốt 3),
chuỗi dữ liệu (chốt 4), tín hiệu I (chốt 6), tín hiệu Q (chốt 7) và
tín hiệu C (chốt 8). Tín hiệu I, Q và C bị trễ 5,5 xung nhịp so
với tín hiệu dữ liệu.
Q6 Từ những quan sát trên, chúng ta có thể chỉ ra rằng:
a. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong khoảng thời gian
2 bit. Tín hiệu C có các mức điện thế tơng ứng với giá
trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài trong khoảng
thời gian 2 bit.
b. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong nhóm 3 bit, kéo dài trong khoảng thời
gian 2 bit. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng
với giá trị của bit thứ hai trong nhóm 3 bit, kéo dài trong
khoảng thời gian 2 bit. Tín hiệu C có các mức điện thế
tơng ứng với giá trị của bit thứ ba trong nhóm 3 bit, kéo
dài trong khoảng thời gian 2 bit.
c. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng với giá trị
của bit đầu tiên trong cặp bit, kéo dài trong khoảng thời

131


gian 2 bit. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với
giá trị của bit thứ hai trong cặp bit, kéo dài trong khoảng
thời gian 2 bit.
d. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong nhóm 3 bit, kéo dài trong khoảng thời
gian 3 bit. Tín hiệu C có các mức điện thế tơng ứng
với giá trị của bit thứ hai, kéo dài trong khoảng thời gian
3 bit.
e. Tín hiệu I có các mức điện thế tơng ứng với giá trị của
bit đầu tiên trong nhóm 3 bit, kéo dài trong khoảng thời
gian 3 bit. Tín hiệu Q có các mức điện thế tơng ứng
với giá trị của bit thứ hai trong nhóm 3 bit, kéo dài trong
khoảng thời gian 3 bit. Tín hiệu C có các mức điện thế
tơng ứng với giá trị của bit thứ ba trong nhóm 3 bit, kéo
dài trong khoảng thời gian 3 bit.
Q7 Điều chế nào có dữ liệu có thể đợc chia thành Dibít

và Tribít?

a. FSK
b. 16-QAM (Tribít) and 2-PSK (Dibít)
c. 8-QAM (Tribít) and 2-PSK (Dibít)
d. ASK
e. 8-QAM hoặc 8-PSK (Tribít); 4-PSK (Dibít)
f. 8-QAM hoặc 8-PSK (Dibít); 4-PSK (Tribít)
Q8 Đâu là điều khác biệt giữa PSK vi sai và PSK tuyệt đối?

a. Trong điều chế PSK tuyệt đối, thông tin đợc truyền đi
với sự biến đổi pha của sóng mang đợc so sánh với một
pha tham chiếu tuyệt đối. Trong PSK vi sai, thông tin
đợc truyền đi có sự biến đổi pha đợc so sánh với pha
kế tiếp.
b. Không có sự khác biệt.
c. Trong PSK tuyệt đối, các bit dữ liệu đợc chia thành
Dibít, trong PSK vi sai, chúng đợc chia thành Tribít.
d. Trong điều chế PSK tuyệt đối, thông tin đợc truyền đi
với sự biến đổi pha của sóng mang đợc so sánh với một
pha tham chiếu tuyệt đối. Trong PSK vi sai, thông tin

132


®−îc truyÒn ®i cã sù biÕn ®æi pha ®−îc so s¸nh víi pha
tr−íc ®ã.
Q9 D¹ng sãng nµo d−íi ®©y lµ m· Manchester cña d÷ liÖu

00110110?

a. a)
b. b)
c. c)
d. d)

133


Bài 2.3 - Điều chế ASK

Nội dung:
- Miêu tả điều chế và giải điều chế khóa dịch biên ASK.
- Thực hiện kết nối ASK, có và không có mã hóa dữ liệu
Manchester.
- Kiểm tra ảnh hởng của nhiễu trên kết nối.

Dụng cụ:
- Bộ nguồn PS1-PSU/EV.
- Module thí nghiệm: MCM31.
- Dao động ký.

3.1. Lý thuyết
3.1.1. Khóa dịch biên ASK (Amplitude Shift Keying)

Trong phơng pháp điều chế này, sóng mang hình sin có hai
giá trị biên độ, xác định theo các giá trị của tín hiệu nhị phân.
Thờng thì khối điều chế sẽ phát sóng mang khi bit dữ liệu là 1,
không phát khi bit dữ liệu bằng 0 (hình 3.1). Ngoài ra cũng có mã
ASK gọi là multi-level khi biên độ của tín hiệu điều chế không
chỉ có hai giá trị.
Việc giải điều chế có thể theo cách coherent hoặc noncoherent. Theo cách thứ nhất, mạch điện phức tạp hơn nhng hiệu
quả hơn trong việc chống nhiễu, thực hiện bằng cách qua khối giải
điều chế, nhân chính tín hiệu ASK với sóng mang khôi phục đợc.
Theo cách thứ hai, đờng bao hình biên độ của tín hiệu ASK đợc
phát hiện bởi diode. Trong cả hai trờng hợp, sau khối detector
luôn có khối lọc thông thấp để loại bỏ đi các thành phần sóng
mang d thừa, và có thêm mạch điện ngỡng để nắn tín hiệu dữ
liệu thành dạng xung vuông (hình 3.2).
Các yếu tố đặc trng của ASK là:
- Đợc sử dụng chủ yếu trong điện báo vô tuyến

(radiotelegraphy).
- Mạch điện không phức tạp.
- Bị ảnh hởng nhiều bởi các nhiễu loạn (khả năng sai số
rất lớn).

134


- Nếu gọi Fb là tốc độ truyền bit, thì bề rộng phổ nhỏ nhất Bw
của tín hiệu điều chế phải lớn hơn Fb.
- Hiệu suất truyền, định nghĩa là tỉ số giữa Fb và Bw, nhỏ hơn 1.
- Tốc độ Baud đợc định nghĩa là tốc độ truyền của một
nhóm bit, bằng với tốc độ truyền bit Fb.

Hình 3.1- Điều chế ASK

Hình 3.2- Giải điều chế ASK

Hình 3.3- Khối điều chế ASK

135


Hình 3.4- Khối giải điều chế ASK

3.1.2. Khối điều chế ASK

Sơ đồ khối của bộ điều chế ASK đợc chỉ ra trên hình 3.3.
Sóng mang (1200 hoặc 1800Hz) đa đến đầu vào của bộ điều chế
cân bằng 1 (balanced modulator 1); tín hiệu dữ liệu (ký hiệu là I)

đợc nối vào mạch điện khác. Mạch điều chế này thực hiện chức
năng điều chế cân bằng, và nhân hai tín hiệu đa đến các đầu vào.
Khối điều chế cân bằng 1 đợc đặt trong mode ASK khi đặt SW6 =
ASK/FSK. Tín hiệu đầu ra đợc đa đến bộ cộng (adder), chỉ để
dùng cho điều chế FSK/QPSK/QAM. Khối suy giảm 6dB cắt tín
hiệu còn một nửa, và cũng chỉ hoạt động trong mode QAM. Ngoài
ra, để khối điều chế cân bằng 2 hoạt động trong mode ASK, J3 = d.
3.1.3. Khối giải điều chế ASK

Bộ giải điều chế ASK gồm các phần đợc miêu tả trên hình 3.4.
- Khối phát hiện biên tín hiệu (ASK DEM).
- Khối lọc tần thấp.
- Mạch phát hiện ngỡng (đầu ra tại chốt 29) trong trờng hợp
tín hiệu không đồng bộ, không cần tính toán lại về mặt thời gian.
- Khối tách nhịp clock và tính toán lại thời gian (re-timing),
trong trờng hợp tín hiệu đồng bộ (đầu ra dữ liệu tại chốt 31,
clock tại chốt 32).
Khối lọc, khối tách clock, khối tính toán lại thời gian cũng
còn đợc sử dụng cho các loại tín hiệu khác.

136


3.2. Thực nghiệm
3.2.1. Dạng sóng của khối điều chế ASK

- Cấp nguồn cho module.
- Thiết lập mạch điện cho ASK mode, với nguồn phát dữ liệu
24 bit và không có dữ liệu mã hóa (nối J1c-J3d-J4-J5-J6a, SW2 = Normal,
SW3 = 24_bit, SW4 = 1200, SW6 = ASK, SW8 = BIT, ATT = min,

NOISE = min, hình 3.6).
- Đặt chuỗi dữ liệu xen kẽ 00/11 và ấn START.
- Quan sát dạng sóng lối vào (chốt 6) và tín hiệu điều chế
ASK (chốt 16). Dạng sóng tơng tự nh trên hình 3.5.
- Điều chỉnh pha của sóng mang (PHASE) để tín hiệu lối ra
bằng không tại bắt đầu các khoảng bit.
- Sử dụng sóng mang tần số 1800Hz (SW4 = 1800).
Q1 Bạn nhận thấy cái gì?
a. Tín hiệu ASK tăng.
b. Tần số dữ liệu phát tăng.
c. Tần số tín hiệu ASK, khi tín hiệu dữ liệu ở mức thấp, tăng.
d. Tần số tín hiệu ASK, khi tín hiệu dữ liệu ở mức cao, tăng.

Hình 3.5

3.2.2. Dạng sóng của khối giải điều chế ASK

- Giữ nguyên trạng thái thiết lập mạch điện nh trên (J1cJ3d-J4-J5-J6a, SW2 = Normal, SW3 = 24_bit, SW4 = 1200, SW6 =
ASK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, hình 3.6).
- Đặt chuỗi dữ liệu xen kẽ 00/11 và ấn START.

137


Hình 3.6

- Quan sát dạng sóng tại chốt 16 và 20, kiểm tra dạng sóng
trớc và sau kênh truyền.
- Chú ý ảnh hởng của kênh truyền đối với tín hiệu ASK.
Khi kênh truyền băng thông giới hạn (đặc tuyến tần số giả sử là

lọc thông thấp), tín hiệu ASK bị lệch đi một chút. Hậu quả này sẽ

138


rõ ràng hơn khi tần số sóng mang là 1800Hz. Sau khi quan sát tại
tần số này xong, đa trả về vị trí 1200Hz.
Q2 Bạn phát hiện thấy tín hiệu loại gì tại chốt 23?
a. Tín hiệu dữ liệu, tơng tự với tín hiệu phát hiện tại chốt 6.
b. Tín hiệu ASK đợc chỉnh lu cả hai nửa sóng.
c. Tín hiệu ASK đợc chỉnh lu nửa chu kỳ dơng.
d. Tín hiệu clock tách ra từ khối giải điều chế.
- Tín hiệu cung cấp bởi khối giải điều chế ASK đợc lọc bởi
khối lọc thông thấp để lọc đi các thành phần sóng mang ASK. Đầu
ra khối lọc (chốt 24, hình 3.7), sẽ thu đợc tín hiệu dữ liệu có dạng
của đờng bao biên của sóng ASK.
- Trong truyền dữ liệu không đồng bộ, có nghĩa là không có
phần tái tạo clock và re-timing, khối lọc là đủ để nắn vuông lại tín
hiệu. Đầu ra của mạch tạo xung vuông (mạch phát hiện ngỡng)
có thể quan sát tại chốt 29. Chú ý tính tơng đơng của tín hiệu lối
vào tại chốt 6 và tín hiệu thu nhận đợc tại chốt 29.
- Đa vào suy giảm đờng truyền (ATT), sẽ thấy tín hiệu thu
nhận sẽ không bằng với tín hiệu phát nữa. Nhiễu (noise) thêm vào
cũng làm thay đổi tín hiệu thu nhận.

Hình 3.7- Dạng sóng ASK

139

Q3 Tại sao ASK rất nhạy với những biến thiên của biên độ

tín hiệu?

a. Bởi vì thông tin kết hợp trong tần số sóng mang.
b. Bởi vì thông tin kết hợp trong pha sóng mang.
c. Bởi vì kênh truyền có băng thông giới hạn.
d. Bởi vì thông tin kết hợp trong biên độ sóng mang.
- Đa ATT và NOISE về mức thấp nhất.
3.2.3. ASK với dữ liệu mã hóa Manchester

Trong trờng hợp kết nối đồng bộ, bộ thu nhận cần có thông
tin về xung nhịp clock, có nghĩa là xung vuông thu nhận đợc cần
có sự đồng bộ với dữ liệu thu nhận đợc. Việc tách thông tin clock
ra khỏi tín hiệu thu nhận sẽ trở nên khó khăn hoặc gần nh không
thể nếu tín hiệu dữ liệu chứa các chuỗi dài 0 hoặc 1. Lúc này,
các thành phần xen kẽ 0, 1 sẽ là các thành phần thiếu mà sẽ rất
cần cho mạch hồi phục (thờng dựa trên kỹ thuật PLL).
- Giữ nguyên trạng thái thiết lập mạch điện nh trên
(J1c-J3d-J4-J5-J6a, SW2 = Normal, SW3 = 24_bit, SW4 = 1200, SW6
= ASK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, hình 3.6).
- Đặt chuỗi dữ liệu xen kẽ 00/11 và ấn START.
- Việc tái tạo lại xung đồng hồ và tính toán lại thời gian
(retiming) là cần thiết trong truyền dữ liệu đồng bộ. Xung đồng hồ
tách ra từ tín hiệu sẽ có mặt tại chốt 32 (CK600). Cũng xung đồng hồ
này đợc dùng để sắp xếp lại thời gian, cũng sẽ có mặt tại chốt 31.
- Quan sát tại chốt 4 (dữ liệu phát), chốt 31 (dữ liệu nhận, sau
khi re-timing), chốt 32 (CK600, xung đồng hồ nhận), và chú ý rằng:
+ Tín hiệu clock (chốt 32) đồng bộ với dữ liệu nhận (chốt
31). Đây là chu kỳ clock cho các bit. Các xung đồng hồ

này đợc tách ra một cách chính xác vì chuỗi dữ liệu 0,
1 đợc sắp xếp xen kẽ, đủ khả năng để thực hiện chức
năng của mạch tái tạo xung đồng hồ (sẽ không đợc nếu
có một chuỗi dài các giá trị hoặc 0, hoặc 1).
+ Tín hiệu dữ liệu thu nhận đợc (chốt 31) bằng (mặc dù
có trễ) với tín hiệu phát (chốt 4).
- Bây giờ đặt chuỗi dữ liệu ít có sự xen kẽ, có nghĩa là tất cả
các bit là 1, chỉ có duy nhất một bit 0, ấn START.

140