Kỹ thuật điều chế số

CH NG 3. K THU T ĐI U CH SƯƠ Ỹ Ậ Ề Ế Ố
3.1. KHÁI NI M VÀ PHÂN LO IỆ Ạ
Trong ph n tr c, chúng ta đã đ c làm quen v i các h th ng s băng t n c        
s , t i đó các tín hi u đ c truy n tr c ti p mà không c n ph i d ch chuy n t n s            
c a tín hi u. Do các tín hi u băng c s có công su t khá l n t i các thành ph n t n         
s th p, chúng ch thích h p cho truy n d n thông qua cáp hai s i, cáp đ ng tr c hay  +      
các s i quang. Tuy nhiên các tín hi u băng c s không th đ c truy n d n tr c ti p         
qua m t đ ng vô tuy n (radio link) tuy n hay gi a các v tinh (satellites) vì mu n "   '  
truy n d n qua các tuy n này yêu c u ph i s d ng các anten có kích th c r t l n         
đ phát x các tín hi u có ph t n th p. Vì v y c n ph i d ch chuy n ph t n s c a      %        
tín hi u băng c s t i vùng t n s ho t đ ng phù h p b ng cách s d ng k thu t            1 %
đi u chề ế sóng mang cao t n (có d ng hình sine:  
( )
c
cos tω
).
Vi c l a ch n ph ng pháp đi u ch nh h ng quy t đ nh đ n kh năng làm           
vi c d dàng, tính dung sai t p âm và đ r ng băng t n kênh làm vi c.      
Đi u ch s là quá trình s d ng tín hi u s (d li u: Data) đ làm thay đ i       '   
các thông s c a sóng mang cao t n (biên đ , t n s và pha). Khi d li u đ c phát      '  
làm thay đ i thông s v biên đ c a tín hi u sóng mang, ta có tr ng h p khóa d ch      "  
biên đ ( ASK-Amplitude Shift Key); D li u phát làm thay đ i thông s v t n s , ta'      
có tr ng h p khóa d ch t n ("    FSK-Frequency Shift Key) và n u d li u phát làm thay ' 
đ i thông s v pha thì ta có tr ng h p khóa d ch pha (   "   PSK-Phase Shift Key). Xét
theo tr ng thái mã hóa thì có th phân ra làm hai lo i đi u ch s đó là:       đi u ch nhề ế ị
phân và đi u ch h ng Mề ế ạ .
3.2. ĐI U CH NH PHÂNỀ Ế Ị
3.2.1. Khóa d ch biên ASK (Amplitude Shift Keying)ị
3.2.1.1. D ng sóng đi u ch ASK ạ ề ế
D ng đ n gi n nh t c a đi u ch d li u băng thông là khóa d ch biên (ASK).       '  
Các ký hi u đ c bi u di n b ng các giá tr biên đ r i r c c a sóng mang dao đ ng       "   

v i t n s c đ nh. Trong tr ng h p đi u ch ASK nh phân, ch có hai tr ng thái ký     "     + 
hi u, đó là tr ng thái có sóng mang hay không có sóng mang, quá trình này còn đ c  
g i là quá trình khóa đóng m (ON-OFF-Keying - OOK 
Hình 3.1. D ng tín hi u ASK 
3.2.1.2. Ph d li u ASKổ ữ ệ
N u bây gi ta gi thi t r ng g p t t c các thành ph n trong chu i d li u ký "         ' 
hi u băng t n c b n đ c tr n v i sóng mang, k t qu cho ta t ng và m t thành          
ph n khác, ph k t qu s đ i x ng qua t n s sóng mang, trong th c t nó có giá tr      $     
d ng và đ th ngh ch đ o ph hình sin c a tín hi u băng t n c b n đ i v i dùng            
d li u nh phân không l c.'   
Ph ASK còn đ c g i là ph song biên, v i m t biên trên và m t biên d i       
c a sóng mang (hình 3.2). Đi u đó cho th y đ r ng băng chi m d ng c a tín hi u        
đi u ch ASK g p hai l n đ r ng băng t n c a tín hi u c b n v i hi u su t s              
d ng băng t n c c đ i là: 1 bit/s/Hz.   
Hình 3.2: Ph đi u ch ASK   .
3.2.1.3. T o tín hi u đi u ch ASKạ ệ ề ế
Chúng ta đã th y m t tín hi u ASK có th có đ c b ng cách s d ng m t b         
tr n đ nhân lu ng tín hi u băng t n c s v i sóng mang. Qúa trình th c hi n đi u          
ch tín hi u ASK nh v y th ng đ c g i là đi u ch tuy n tính.   % "     
Hình 3.3: Nguyên t c đi u ch ASK s d ng b tr n      
Ngoài ra, m t l a ch n khác đ n gi n h n, đ c bi t đ i v i đi u ch ASK nh      #      
phân, s d ng chuy n m ch c ng có và không có sóng mang, chuy n m ch này đ c       
đi u khi n b ng chu i d li u đ u vào.    '  
Hình 3.4. S d ng khóa chuy n m ch cho đi u ch ASK     
3.2.1.4. Đ r ng gi i h n c a ASKộ ộ ớ ạ ủ
- Ph ng pháp l c băng thôngươ ọ
Đ t i thi u hóa đ r ng băng chi m d ng c a tín hi u đ c truy n d n           
ASK, yêu c u có b l c ho c b t o d ng xung phía tr c ho c sau, sau khi đi u   #      # 
ch sóng mang. Đ i v i ph ng pháp t o ra tín hi u đi u ch ASK b ng cách        
chuy n m ch, ph ng pháp này không ch p nh n b t kỳ m t quá trình l c tr c nào    %    

c a tín hi u băng t n c s , vì chuy n m ch này là quá trình không tuy n tính và       
không truy n d n thông tin d ng xung trên đ ng bao sóng mang. Đ i v i tr ng h p   "   " 
này, b t kỳ quá trình l c nào đ t p trung đ r ng băng đ u ph i đ c th c hi n   %       
trong băng thông tín hi u đ c đi u ch .    
Hình 3.5: L c băng thông tín hi u đi u ch   
Thí d : N u mu n l c tín hi u đi u ch đ r ng 30 Khz, sóng mang có t n          
s 900 MHz, s ph i dùng b l c có h s ch t l ng         
6 3
900 10 30 10 30.000Q = × × =
.
Hi n nay, h s ch t l ng Q này ch có đ c khi s d ng b l c tinh th , b l c     +        
này có biên đ g n sóng (không b ng ph ng) và méo tr nhóm r t x u trong băng   *   
thông. Chúng ch c ch n không cho phép nhà thi t k đ t đ c đáp ng băng thông b      $ 
l c cosin tăng nghi m mà giao thoa ký hi u b ng 0.   
- Ph ng pháp l c băng t n c sươ ọ ầ ơ ở
Các v n đ v i vi c l c băng thông m t tín hi u d li u đã đ c đi u ch cao       '    
t n có th đ c kh c ph c n u th c hi n s a xung chu i d li u đ u vào băng t n          '   
c s và quá trình tuy n tính đ c th c hi n đ duy trì biên đ c a tín hi u. Khi s          
d ng ph ng pháp tr n, lu ng d li u c s có th đ c l c tr c b ng b l c    '          
thông th p (l c cosin tăng nghi m) và thông tin s a d ng xung này đ t lên đ ng bao     # "
c a sóng mang. Trên th c t , đã có nhi u b tr n tích h p tuy n tính có kh năng        
ho t đ ng v i t n s sóng mang có th l n h n vài GHz đã có nhi u.        
Hình 3.6: Ph ng pháp l c băng t n c s    
3.2.1.5. Tách sóng ASK
a). Ph ng pháp không k t h p:ươ ế ợ
Trong ph ng pháp đi u ch ASK, tín hi u đ c truy n đi d i d ng các giá       
tr biên đ ho c là đ ng bao c a tín hi u sóng mang đ c đi u ch và tín hi u đ c  # "       
khôi ph c b ng cách tách tín hi u đ ng bao. M ch tách tín hi u đ ng bao đ n gi n   "   "  
nh t bao g m: m t đi- t tách sóng và b l c ph ng, s đ này th ng s d ng tách      *   "  
sóng không k t h p. S đ tách sóng này đ n gi n nh ng đi m y u c a nó là kh          

năng phân bi t tín hi u c n thu t t p âm th p h n so v i tách sóng k t h p nh hình          
3.7.
a).
b).
Hình 3.7: S đ tách sóng không k t h p    .
N u tín hi u đi u ch sóng mang thu đ c là hai tín hi u có d ng vuông góc      
th hi n b ng công th c sau:    $
( ) ( )
cos à a t sin
c c
a t t v t
ω ω
⋅ ⋅
, trong đó a(t) là biên đ c a 
sóng đi u ch . Ta có th tách đ ng bao c a sóng này sau khi hai sóng liên ti p vuông   "  
góc này đi qua b c ng, b khai căn b c hai và cu i cùng ta thu đ c nghi m vuông.   %   
Ta đ c ph ng trình sau: 
( ) ( ) ( )
( )
( )
2 2 2 2
2 2 2 2
cos a t sin cos sin
c c c c
a t t t a t t t a t
ω ω ω ω
⋅ + ⋅ = + =
b). Ph g pháp k t h p:ươ ế ợ
Ph ng pháp này đ c th c hi n b ng cách tr n tín hi u đã đi u ch đ u          
vào v i tín hi u sóng mang chu n đ c t o ra t b dao đ ng n i và l a ch n các  .        

thành ph n c u thành khác nhau t i đ u ra b tr n nh hình 3.8. Tín hi u d li u đã        ' 
đi u ch có d ng   
( )
cos
c
a t t
ω
, v y đ u ra b tr n s là:%    
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
cos cos 0,5 cos 0,5 cos 2 .
c c c
a t t t a t a t t
ω ω θ θ ω θ
⋅ ⋅ + = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ +
Hình 3.8: Tách sóng k t h p. 
N u sóng mang có pha k t h p v i tín hi u sóng mang đ c đi u ch đ u         
vào (nghĩa là sóng mang đã đi u ch đ u vào và sóng mang tham chi u không có s    
sai khác nhau v pha và t n s :   
0
θ
=
). Đ u ra ta có các giá tr a(t) t ng ng.   $
N u 
0
90
θ
=
, tín hi u đ u ra b ng 0. Nh t thi t ph i đ m b o r ng b dao         
đ ng sóng mang trong máy thu ph i đ c đ ng pha v i b dao đ ng sóng mang trong      
máy phát.

M c dù ph ng pháp tách sóng k t h p đ a ra ph c t p h n ph ng pháp tách#     $   
sóng không k t h p nh ng v i ph ng pháp này có th khôi ph c tín hi u chính xác       
h n khi có t p âm xen vào. 
3.2.2. Khóa d ch t n FSK (Frequency Shift Keying)ị ầ
3.2.2.1. D ng sóng FSKạ
Ph ng pháp FSK đ n gi n trong vi c t o và tách tín hi u, nó có nhi u đ c       #
đi m t i u không b nh h ng s thay đ i biên đ tín hi u. Ph ng pháp đi u t n            
bi n đ i t n s sóng mang riêng bi t d i d ng các tr ng thái ký hi u, biên đ c a          
sóng đã đi u ch không thay đ i.  
Tr c h t ta xem xét tr ng h p tín hi u nh phân FSK không l c. D ng sóng  "     
có th bi u di n nh hai lu ng d liêu riêng bi t ASK tr c khi truy n d n.     '    
Hình 3.9: D ng sóng đi u ch FSK   .
3.2.2.2. T o d ng sóng FSKạ ạ
Sóng đi u ch FSK có th t o ra b ng cách chuy n m ch gi a các ngu n tín       ' 
hi u có t n s khác nhau nh hình 3.10-a. Tuy nhiên nó có b c nh y pha r i r c      " 
gi a các tr ng thái ký hi u t i th i gian chuy n m ch. B t c giá tr pha r i r c nào'    "    $  " 
t i ranh gi i ký hi u s d n đ n ph cao h n t n s cao và đ r ng băng truy n             
d n r ng h n. Ngoài ra, FSK có th th c hi n b ng cách ghép vào tín hi u d li u        ' 
ch ng h n nh đi u khi n đi n áp c a b dao đ ng n i (VCO) nh hình 3.10-b. Vì*          
v y, chuy n đ i pha gi a các tr ng thái liên ti p là xem nh liên t c. Tín hi u FSK có%   '     
pha chuy n đ i không gián đo n gi a các tr ng thái ký hi u th ng đ c g i là   '   "  
d ng: Khóa d ch t n s pha liên t c (CPFSK).    
a).
b).
Hình 3.10: Nguyên t c t o d ng sóng FSK   .
3.2.2.3. Ph tín hi u đi u ch FSKổ ệ ể ế
a). Ph d li u FSKổ ữ ệ
Ph tín hi u FSK không d dàng thu đ c nh ph đi u ch ASK b i vì quá        
trình th c hi n đi u ch FSK là không tuy n tính. Ph FSK có th coi nh g n b ng         
hai ph đi u ch ASK và trung tâm là t n s sóng mang.    

V n đ này đ c th hi n rõ trong hình 3.11, đ r ng băng t n chi m d ng         
c a tín hi u đi u ch FSK ph thu c vào kho ng phân tách t n s gi a các tr ng thái         ' 
tín hi u.
Hình 3.11: Ph tín hi u đi u ch FSK    .
b). Ph d li u CPFSKổ ữ ệ
Ph tín hi u CPFSK cũng thay đ i tùy theo v trí t n s gi a hai tr ng thái ký      ' 
hi u và s thay đ i pha đ c đi u khi n nh th nào khi thay đ i t t n s này đ n            
t n s khác. 
Ph ng pháp đi u ch FSK c a Sunde đ c sinh ra khi kho ng cách gi a hai      '
t n s ký hi u b ng t c đ ký hi u. Trong ph ng pháp này ph ch bao g m hai ph         +  
r i r c t i hai t n s ký hi u. Ngoài ra ph còn tr i r ng ra. Ph này có th đ c s"            
d ng trong m ch tách FSK k t h p nh các ngu n sóng mang chu n, đ c trích ra      . 
b ng m ch vòng ch t pha.  
Ph ng pháp đi u ch khóa d ch t i thi u (MSK-Minimum Shift Keying) s      
d ng kho ng cách ký hi u b ng 1,5 l n t c đ ký hi u, ph ng pháp này có ph         
b ng ph ng, năng l ng t p trung búp chính h p và gi m năng l ng các búp ph . *  %  ,   
Ta th y búp chính nh có nghĩa là hi u su t ph cao h n tr ng h p đi u ch ASK -     "   
và PSK. Trong th c t , nó gi ng nh h đi u ch pha vuông góc QPSK, m ch này có       
giá thành cao so v i FSK c a Shunde. 
Hình 3.12: Ph tín hi u đi u ch CPFSK    .
3.2.2.4. L c tín hi u FSKọ ệ
Nh ph ng pháp đi u ch ASK đã đ c p tr c, có th đi u khi n chi m     %     
d ng ph b ng b l c CPFSK v i l c đ nh d ng xung tr c khi đi u ch . Trong           
ph ng pháp đi u ch FSK, không có ánh x m t - m t gi a ph d ng xung và ph      '   
đi u ch vì đây là quá trình đi u ch không tuy n tính.    
Các b l c th ng s d ng l c thông th p g i là l c Gauss. B l c th ng  "         "
phù h p v i ph công su t th p các búp ph . Thí d b l c th ng s d ng trong          "  
FSK nói chung là khóa d ch c c ti u Gauss th ng s d ng Châu Âu và B c M   "     1
trong h th ng t bào s (GSM).   
Hình 3.13: S d ng b l c tr c trong đi u ch FSK       .

3.2.2.5. Tách sóng FSK
a). Ph ng pháp tách FSK không k t h pươ ế ợ
M t trong nh ng ph ng pháp đ n gi n nh t đ tách tín hi u FSK nh phân là '       
đ a tín hi u qua hai b l c thông d i đ c hi u ch nh b ng hai t n s tín hi u khác       +    
nhau và l y ra tín hi u l n h n trung bình sau m t chu kỳ ký hi u. Đây th c ch t là       
b tách đ ng bao không k t h p, t ng đ ng hai lu ng d li u ASK v i b so "      '   
sánh t i đ u ra. Do không xét đ u pha c a các ký hi u, cho nên đây là ph ng pháp     
chúng ta đã đ c p tr c trong ph ng pháp tách ASK và nó không có nhi u u đi m %     
nh các h th ng tách k t h p FSK.    
Có m t ph ng pháp đ phân bi t các t n s tín hi u đ u vào. M t ph ng         
pháp s đ n gi n đ tính "đi m qua 0" c a sóng mang trong chu kỳ ký hi u và c       
tính t n s theo t ng ký hi u. Ph ng pháp th ba là s d ng m ch vòng khóa pha     $   
PLL.
Hình 3.14: S đ tách sóng FSK không k t h p    .
b). Tách sóng FSK không k t h p s d ng PLLế ợ ử ụ
M ch vòng khóa pha (PLL) là m ch khôi ph c sóng mang và ký hi u s d ng     
trong các h th ng thông tin s . Nguyên lý làm vi c c b n c a m ch PLL đ c miêu        
t nh hình 3.15. M ch vòng PLL g m 3 kh i ch c năng chính: B dao đ ng đi u     $   
khi n đi n áp có t n s đ u ra t l v i đi n áp đ u vào; B tách pha (th ng s     0      " 
d ng b ghép ho c c ng logic XOR), sinh ra đi n áp đ u ra t l v i sai pha c a hai  #    0   
tín hi u đ u vào; B l c vòng, s d ng đ đi u khi n d i đ ng c a m ch h i ti p.              
Hình 3.15: S đ vòng khóa pha PLL  .
PLL làm vi c b ng cách so sánh pha c a tín hi u đ u vào v i đi n áp l y ra t        
b VCO và s d ng đi n áp t o ra nh sai pha đ hi u ch nh t n s và pha c a tín     "   +   
hi u VCO t ng x ng v i tín hi u đ u vào. H th ng nà đ t t i đ n đ nh cao khi  $          
đ u ra trung bình t b tách pha là b ng 0, VCO khóa pha tín hi u đ u vào (tách pha     
b tr n c b n, khi tín hi u đ u vào và tín hi u VCO có pha sai khác nhau là 90      
0
trong
tr ng thái khóa pha). Vì đi n áp đi u khi n VCO ph i thay đ i đ m ch vòng PLL dò       

theo và ch t vào m t t n s m i đ u vào, cung c p giá tr đo l ng tr c ti p t n s         "    
tín hi u đ u vào m i ký hi u trong chu i d li u FSK và làm vi c nh b tách b c     '     %
nh t.
c). Tách sóng FSK theo ph ng pháp k t h pươ ế ợ
B tách k t h p FSK t ng t nh b tách k t h p ASK nh ng trong tr ng          "
h p FSK có hai b tách đ c hi u ch nh vào hai t n s sóng mang. Đ i v i ASK, tách    +    
k t h p và l c t ng x ng nh h ng t p âm trong máy thu đ c gi m xu ng th p    $       
nh t. Khôi ph c sóng mang chu n trong máy thu k t h p đ c đ n gi n hóa n u  .      
kho ng phân tách t n s gi a các ký hi u b ng t c đ ký hi u (ph ng pháp FSK   '      
c a Sunde), ph tín hi u đã đi u ch là ph r i r c t i các t n s sóng mang. Khuy t      "     
đi m c a FSK c a Sunde là đ r ng băng t n tín hi u đi u ch FSK g n b ng 1,5          
đ n 2 l n đ r ng băng t n tín hi u ASK v i l c t i u và PSK nh phân.          
Hình 3.16: S đ tách sóng FSK k t h p    .
3.2.2.6. Đ c tính BER đ i v i FSKặ ố ớ
Hình 3.17 d i đây th hi n đ ng đ c tính l i bit cho tr ng h p FSK k t   " #  "  
h p và FSK không k t h p có t p âm tr ng c ng Gauss đan xen.     
Hình 3.17: Đ c tính BER cho tr ng h p FSK# "  .
u đi m c a đi u ch FSKƯ ể ủ ề ế
- Đi u ch FSK là đi u ch có đ ng bao không đ i, s thay đ i biên đ    "    
không b nh h ng t i tín hi u đi u ch , ph ng pháp này t ng thích v i các h          
th ng máy thu và máy phát không tuy n tính. 
- Nguyên lý tách FSK có th d a vào quan h thay đ i t n s gi a các tr ng      ' 
thái ký hi u và không yêu c u t n s trong kênh ph i chính xác hoàn toàn (FSK có    
dung sai đ trôi c a b dao đ ng n i và d ch chuy n Doppler).      
Nh c đi m c a đi u ch FSKượ ể ủ ề ế
- Ph ng pháp đi u ch FSK có hi u su t s d ng băng t n nh h n m t chút        -  
so v i ASK ho c PSK. #
- Ph ng pháp đi u ch FSK có t s l i bit kém h n ph ng pháp đi u ch   0      
PSK.
3.2.3. Khóa d ch pha PSK (Phase Shift Keying)ị

3.2.3.1. Nguyên lý c a khóa d ch phaủ ị
Đ i v i khóa d ch pha (PSK), thông tin ch a trong pha t c th i c a sóng mang   $ $ " 
đi u ch . Th ng thì pha này đ c n đ nh và so sánh t ng thích v i sóng mang c a  "      
pha đã bi t - PSK k t h p. Đ i v i PSK nh phân, các tr ng thái pha 0      
0
và 180
0
s
đ c s d ng.  