Tài liệu Chương 7: Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự pdf

__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -1
D CHƯƠNG7

TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ : MODEMS

 DẪN NHẬP
 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN
4 Modem FSK
4 Modem PSK
4 Một số vấn đề kỹ thuật khác
 MỘT SỐ MODEM THÔNG DỤNG
4 Modem bất đồng bộ
4 Modem đồng bộ
__________________________________________________________________________________________
_____
7.1 DẪN NHẬP
Để truyền dữ liệu từ một DTE đến một DTE khác, thay vì phải thiết lập các đường dây
riêng, người ta nghĩ đến viêc dùng đường dây điện thoại đã có sẵn. Tuy nhiên vì đường dây
điện thoại đã có từ rất lâu trước khi phương pháp truyền tín hiệu số ra đời và được dùng để
truyền thẳng âm hiệu trong phạm vi tần số từ 300 Hz đến 3000 Hz, nên để truyền được tín
hiệu số trên
đường dây thoại, người ta phải dùng một sóng mang có tần số tương thích với
đường dây thoại để chuyên chở tín hiệu số. Modem là một thiết bị được sản xuất cho mục
đích này.
(H 7.1) là sơ đồ khối của một modem


ĐIỀU CHẾ

Dữ liệu vào
(từ máy tính)

MẠCH
GIAO TIẾP





MẠCH
ĐIỀU CHẾ




LỌC & KĐ
CÔNG SUẤT


T.h.
tương tự ra

↑

↑


NGUỒN
⎯⎯ ⎯

⎯
⎯⎯
⎯⎯⎯⎯⎯
⎯⎯
⎯⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯⎯→
ĐIỀU KHIỂN
&
ĐỊNH THỜI


↓

↓

T.h. tương tự
vào

LỌC
&
KĐ VÀO





MẠCH GIẢI
ĐIỀU CHẾ

MẠCH
GIAO TIẾP

Dữ liệu ra



GIẢI ĐIỀU CHẾ

(H 7.1)
Một modem bao gồm hai bộ phận chính: điều chế và giải điều chế.
Bộ phận điều chế nhận tín hiệu số từ máy tính (hay một DTE) và biến đổi thành tín
hiệu tương tự để truyền trên kênh truyền, ở máy thu bộ phận giải điều chế của modem thứ hai
biến đổi ngược lại từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Có thể
xếp loại modem như sau :
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -2
- Modem tầm ngắn (Short haul modem) : là những modem hoạt động trong những
khoảng cách ngắn (<10 miles) . Trong vài trường hợp để truyền trên khoảng cách ngắn người
ta chỉ cần dùng các bộ phận thúc đường dây mà không cần đến modem.
- Modem băng tần rộng (Wideband modem) : là những modem vận hành trên phương
tiện thông tin điện thoại với vận tốc từ 19,2 kbps đến 230,4 kbps. Những modem này thường
dùng sóng mang có băng thông rộng từ 6 đến 60 lần băng thông củ

a tín hiệu âm thanh (voice
grade). Ví dụ họ modem 303B ; C; D của hảng Bell vận hành theo kiểu song công với vận tốc
tín hiệu lên đến 19,2 ; 50 và 230,4 kbps
- Modem âm tần (Voice grade modem) : là những modem được thiết kế để dùng trên
đường dây với băng thông âm tần của kênh thoại (từ 300 Hz dến 3000 Hz). Đây là môi trường
truyền khá thông dụng. Modem âm tần chia làm hai loại :
- Bất đồng bộ : vận hành với vận tốc tối đa là 1800 bps trên các đường điện thoại
sử d
ụng quay số và 2000 bps đối với các thuê bao có điều kiện.
- Đồng bộ : vận hành với vận tốc tối đa là 9600 bps.
Ngày nay việc dùng modem kết nối vào mạng điện thoại để thực hiện việc thông tin
liên lạc đã trở thành phổ biến. Tuy nhiên việc sử dụng phải tuân theo một số qui định của các
cơ quan chức năng quản lý mạng điện thoại kết hợ
p với sự kiểm soát của chính phủ. Ví dụ, cơ
quan FCC của Mỹ và DOC (Department of Communication) của Canada có một số qui định
cụ thể về mức tín hiệu phát (không được vượt quá -9 dBm ở 600Ω), các tín hiệu xung quay
số, bảo vệ quá áp, tổng trở, sự cân bằng, các mức tín hiệu nhiễu cho phép và các bộ kết nối.
7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN
Để truyền trên đường dây điện thoại các tín hiệu số được dùng để điều chế sóng mang
âm tần hình sin, tần số từ 300 Hz đến 3000 Hz
- Modem phát điều chế sóng mang âm tần với tín hiệu TxD (Transmit Data) và
modem thu giải điều chế sóng mang để phục hồi tín hiệu RxD (Receive Data)
- Modem là một thiết bị truyền tin (DCE) được dùng như một bộ giao tiếp giữa các
DTE (cụ thể là các USART hay UART) với mạng điệ
n thoại.
- Trong trường hợp truyền đồng bộ, ngoài việc phục hồi tín hiệu RxD, modem còn
phải khôi phục được thông tin về thời gian bit để tạo sự đồng bộ.
- Thông thường modem là một khối riêng rẽ và được nối với máy tính hay thiết bị đầu
cuối DTE bằng cách sử dụng chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA. Cũng có một số máy tính và
DTE chuyên dụng đã đặt bên trong chúng những modem bao gồm cả bộ phậ

n quay số tự động
mà không cần giao tiếp EIA (H 7.2)



(H 7.2)
- Trong modem tín hiệu dải nền dạng số
có thể được dùng để điều chế biên độ, tần số hoặc pha của một sóng mang âm tần. Tùy thuộc
vào vận tốc tín hiệu của kênh truyền, ba dạng điều chế này là ASK, FSK và PSK
- Các đường truyền cho vận tốc thấp tới trung bình (vài trăm đến 1800 bps) sử dụng
FSK và truyền bất đồng bộ.
- PSK đa pha và giao thức đồng bộ được dùng để
truyền với vận tốc cao hơn từ 2400
bps đến 4800 bps.
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -3
- ASK thường được dùng để truyền với vận tốc rất thấp <100 bps, do tính miễn nhiễu
kém của nó.
- Để truyền với vận tốc 9600 bps người ta kết hợp hai phương pháp PSK và ASK gọi
là điều chế biên độ vuông góc (Quadrature Amplitude Modulation, QAM ).

7.2.1 Modem FSK
7.2.1.1 Mã hóa FSK
Việc mã hóa FSK khá đơn giản và giá thành rẻ, đây là một dạng của kỹ thuật FM,
trong đó tín hiệu điều chế là chuỗi xung DC biến đổi giữa hai giá trị cụ thể. Kết quả điều chế
sẽ cho sóng mang có một trong 2 giá trị f
m

, ứng với bit 1(mark) và f
s
ứng với bit 0 (space).
(H 7.3) cho ta dạng sóng tín hiệu điều chế FSK



(H 7.3)
Để có kết quả tốt , điều chế FSK phải có một số tính chất sau :
- Độ trôi dạt tần số không quá 50 ppm / °C (period per minuite / °C)
- Pha của tín hiệu phải liên tục khi tần số thay đổi từ f
m
sang f
s
và ngược lại.
- Biến dạng do họa tần của tín hiệu ra phải rất thấp
- Các tần số f
m
và f
s
phải được điều chỉnh riêng.
Các tính chất trên đều thực hiện được trong hầu hết các IC hiện nay.
7.2.1.2 Chỉ số biến điệu
Trong kỹ thuật FSK người ta định nghĩa hệ số h:


r
sm
b
ff

h
−
=
Thí dụ modem 202T là modem FSK có tần số giữa là 1700 Hz, f
m
= 1200 Hz và f
s
=
2200 Hz nếu tốc độ bit là 1200 bps thì:


0,8
3
1200
1000
1200
22001200
h ==
−
=
Ta có thể thấy hệ số h chính là chỉ số biến điệu (modulation index) m
f
trong kỹ thuật
FM cổ điển

a
f
f
∆f
m =

∆f là độ di tần cực đại; f
a
là tần số tín hiệu điều chế
Áp dụng vào trường hợp FSK

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -4

2
br
ff
2
ff
∆f
fa
sm
==
−
=

Vậy h = m
f


Nhắc lại, phổ tần của tín hiệu điều chế FM tùy thuộc vào hệ số Bessel, tức tùy thuộc
vào chỉ số biến điệu. Một cách tổng quát, h càng lớn thì xuất hiện càng nhiều hệ số Bessel,

phổ tần chứa càng nhiều họa tần, nhưng điều này xảy ra khi br nhỏ, tức tần số cơ bản nhỏ, như
vậy các họa tầ
n sẽ nằm sát lại nhau nên băng thông của tín hiệu không những không tăng mà
còn có thể giảm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao người ta thường chọn h < 1
Trở lại modem 202T, với br = 1200 bps, h = 0,83 (khoảng cách f
m
và f
s
là 1000Hz), có
2 hệ số Bessel có nghĩa, trong phổ tần xuất hiện hai tần số trong mỗi băng cạnh, khoảng cách
các tần số là 600 Hz (H 7.4)



(H 7.4)
Bây giờ giả sử tốc độ truyền bit là 500 bps, chỉ số biến điệu là:

h
ff
b
ms
r
=
-
==
1000
500
2

Trong trường hợp này có 4 hệ số Bessel có nghĩa và phổ tần có dạng (H 7.5)

(H 7.5)

7.2.1.3 Băng thông FSK Gọi T
b

là thời gian của một bit của tín hiệu
truyền (dải nền), tốc độ bit br là:
br

=
1
T
b

Tần số lớn nhất của tín hiệu, tương ứng với biến đổi liên tục giữa bit 1 và bit 0, là:
f
f

=
1
2T
b
=
2
br

Vậy tần số cơ bản lớn nhất của tín hiệu dải nền bằng 1/2 tốc độ truyền bit
Tín hiệu FSK tức thời có thể viết :
V
FSK
=
V
sin (2πf
b
m
t) +
Vb
sin (2πf
s
t)

________________________________________________________________
Trong đó V
b
đặc trưng cho tín hiệu hình vuông có tần số cơ bản f
f

biên độ 0 hoặc 1 tùy
thuộc trạng thái dữ liệu điều chế.
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -5
Nhắc lại phổ tần của tín hiệu chữ nhật chứa các họa tần bậc lẻ của f
f

. Do đó ta có thể
vẽ phổ tần của tín hiệu FSK (H 7.6)


(H 7.6)
Người ta thường chọn băng thông FSK như sau :
BW
FSK
= (f
m
+ 2f
f
) - (f
s

- 2 f
f
) = f
m
- f
s
+ 4f
f

BW
FSK
= f
m
- f
s

+ 2br
Ngoài ra để thiết kế bộ giải điều chế có lợi về mặt kinh tế người ta chọn tần số trung
tâm của FSK và khoảng cách của hai tần số f
m
và f
s
như sau :
f
FSK
=
ffms+
2
≥ 3br

⏐ f
m
- f
s
⏐ > 2br/3

Thí dụ :
(a) Một modem FSK vận tốc 600 bps sử dụng tần số mark là 1500 Hz và tần số space
là 2000 Hz. Tính tần số f
FSK
và băng thông của kênh FSK
f
FSK
là tần số trung tâm giữa f
m
và f

s
:
f
FSK
= (1500 + 2000) / 2 = 1750 Hz
Băng thông BW xác định bởi :
BW
FSK
= f
m
- f
s
+ 2br = (2000 -1500) + 2(600) = 1700 Hz.

(b) Những giá trị của f
m
và f
s
này có làm cho việc thiết kế bộ giải điều chế kinh tế
không ?
Điều kiện đầu tiên là f
FSK
≥ 3br , điều này không thỏa vì 1750 Hz < 3(600) = 1800 Hz
Điều kiện thứ hai là ⏐ f
m
- f
s
⏐ > 2br/3 thỏa vì 500 Hz > 2/3(600) = 400 Hz

7.2.1.4 Vòng khóa pha (Phase Lock Loop, PLL) Để giải mã FSK người

ta phải dùng một vòng khóa pha. (H 7.7) là sơ đồ khối một vòng khóa pha
đơn giản


(H 7.7) Tổng quát, một PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm 3 bộ phận chính : một mạch so pha,
một lọc hạ thông và một VCO. PLL là một vòng kín, tín hiệu ra từ VCO tự động khóa bởi tín
hiệu vào. Bằng cách so sánh pha của tín hiệu ra từ mạch VCO và tín hiệu vào, sự sai pha sẽ
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -6
được biến đổi thành điện thế một chiều, điện thế này sẽ điều khiển VCO để tạo một tín hiệu
ra luôn luôn có pha và tần số của tín hiệu vào
Xem tín hiệu vào là một hình sin có pha bất kỳ :
v
i
(t) =A
1
sin( ω
i

t + θ
i

)
Tín hiệu ra ở VCO : v
o
(t) = A
2

sin( ω
o

t + θ
o
) Tín hiệu ra của
mạch so pha là tích của hai tín hiệu này v
d
= A
1

A
2

k
m
sin(ω
i
t + θ
i
).sin(
ω
o
t + θ
o
)
k
m

là độ lợi của mạch nhân

Triển khai biểu thức v
d
, ta được các số hạng là các tín hiệu hình sin có tần số là tổng
và hiệu của các tần số tín hiệu vào ω
i

và tần số tín hiệu dao động ω
o
; cho tín hiệu này qua
mạch lọc hạ thông, tín hiệu còn lại là :
v
f
=
2
AA
21

k
m

sin(ω
i

t - ω
o

t + θ
i
- θ
o

) Ở vòng khóa pha hai
trường hợp có thể xảy ra:
- Nếu tần số tín hiệu vào ω
i

thay đổi ngoài tầm kiểm soát của mạch thì PLL là một
mạch giải điều chế FM
- Nếu tần số tín hiệu vào thay đổi ít, còn trong phạm vi kiểm soát của mạch thì PLL là
mạch tạo tín hiệu có tần số và pha ổn định.

Trong mạch giải điều chế FSK, ngã vào mạch PLL là tín hiệu có hai tần số f
m
và f
s
nên
hiệu thế ra từ mạch lọc sẽ thay đổi trong khoảng V
om
và V
os
, những hiệu thế này được so sánh
với một hiệu thế chuẩn (FSK comparator) để cho dữ liệu FSK ở ngã ra

Nếu PLL được khóa ở tín hiệu vào, nghĩa là ω
o

= ω
i

thì phương trình thành
v

f
=
2
AA
21


k
m

sin( θ
i
- θ
o


)
θ
i
- θ
o
là độ sai pha. v
f
= 0 khi θ
i
- θ
o
= 0 hay 2π
Hiệu thế v
f

này

được dùng để điều khiển mạch dao động


7.2.1.5 Minimum Shift-Keying FSK
Minimum Shift-keying FSK (MSK) là một dạng của kỹ thuật điều chế FSK có pha
liên tục. MSK chính là FSK trong đó tần số mark và space được đồng bộ với vận tốc bit.
Đồng bộ ở đây có nghĩa là có một quan hệ thời gian chính xác của hai tín hiệu. Hai tần số này
được chọn sao cho cách tần số giữa đúng bằng các bội số lẻ của phân nửa vận tốc bit [f
m
và f
s

= n(br/2); n là số lẻ], điều này tạo ra một sự thay đổi liên tục về pha khi tín hiệu chuyển đổi
giữa bit 1 và 0 (H 7.8)


(H 7.8)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -7
7.2.2 Modem PSK
Điều chế PSK là một phương pháp hiệu quả nhất để truyền tín hiệu số. Có thể nói
phương pháp PSK là phương pháp điều chế triệt sóng mang do đó băng thông của tín hiệu
PSK nhỏ hơn băng thông của FSK nếu dùng cùng một tín hiệu dải nền. Nhưng ở máy thu
phải có mạch dao động tạo sóng mang để thực hiện việc giải điều chế; tín hiệu dao động này
ph

ải có cùng tần số và pha của sóng mang ở máy phát.
Các điều nói trên có thể thực hiện bởi một vòng khóa pha biến thể gọi là vòng Costas
mà ta sẽ đề cập đến trong phần sau

7.2.2.1 Băng thông
Ta xét trường hợp đơn giản nhất là PSK nhị phân (Biphase PSK) được minh họa trong
(H 7.9). (Nếu là PSK đa pha thì thay tốc độ bit bởi tốc độ baud)

(H 7.9)

Trong PSK pha của sóng mang thay đổi giữa hai trị số 0° và 180° , hiệu thế tức thời
PSK có thể viết :
V
PSK
=
V
sin (2πf
b
c
t) +
Vb
sin (2πf
c
t)

Biểu thức V
PSK
tương tự như V
FSK

nhưng hai tần số

f
m
và f
s
được thay bởi f
c
nên băng
thông là: BW
= (f
c
+ 2f
f
) - (f
c

- 2 f
f
) = 4f
fPSK
BW
PSK
= 2br
Như vậy BW
PSK
< BW
FSK
nếu điều chế cùng tín hiệu dải nền. (H 7.9) cho phổ của tín hiệu
PSK

7.2.2.2 PSK 2 - pha (BPSK: Binary phase shift keying)
Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta có tín hiệu
ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180°
(H 7.10) là sơ đồ khối mạch điều chế và giải điều chế BPSK




(a) Điều chế BPSK (H 7.10) (b) Giải điều chế BPSK
Giả sử logic 1 đưọc đặc trưng bởi điện thế +V
dc
và logic 0 bởi -V
dc
bộ phận chính của
mạch điều chế gồm một mạch nhân và một mạch dao động tạo sóng mang cosω
c
t. Tín hiệu
logic và sóng mang được đưa vào mạch nhân và ta được tín hiệu +cosω
c
t hoặc -cosω
c
t ở ngã
ra của mạch này.
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -8
Ở máy thu, sóng mang đuợc tách từ tín hiệu vào, sau đó trộn với tín hiệu vào để cho ra

tín hiệu có dạng cos
2
ω
c
t hoặc -cos
2
ω
c
t. Phân tích các tín hiệu này ta thấy chúng gồm thành
phần một chiều và họa tần bậc hai :
cos
2
ω
c
t = (1/2)(1+ cos2ω
c
t)
- cos
2
ω
c
t = - (1/2)(1+ cos2ω
c
t)
Cho vào mạch lọc hạ thông, ta được ở ngã ra các thành phần dc có cùng cực tính với
dữ liệu vào.
Mạch điều chế vòng (ring modulator) là một kiểu mẫu của mạch nhân được mô tả ở
(H 7.11)
Các diod A, B, C, D dẫn hay ngưng tùy thuộc hiệu thế đặt vào ngã X,Y trong lúc tín
hiệu vào ngã RS chỉ khiến các diod dẫn mạnh hay yếu mà thôi.

Sóng mang được đưa vào ngã RS, dữ liệu được đưa vào ngã XY. Giả sử bit 1 khiến X
dương hơn Y và ngượ
c lại cho bit 0
- Khi dữ liệu là bit 1 diod A và D dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod
A dẫn mạnh hơn diod D, dòng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn, ta được tín
hiệu ra cùng pha sóng mang vào.
- Khi dữ liệu là bit 0 diod B và C dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod
B dẫn mạnh hơn diod C, dòng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn như
ng có
chiều ngược lại (từ dưới lên), ta được tín hiệu ra ngược pha sóng mang vào.
- Khi không có sóng mang hoặc không có dữ liệu vào sẽ không có dòng điện ở ngã ra.


(H 7.11)
7.2.2.3 PSK 4 - pha (4 - PSK)
PSK 4 pha còn gọi là PSK vuông góc (QPSK : Quadrature PSK) là mạch điều chế cho
tín hiệu ra có 1 trong 4 pha tùy theo trạng thái của một cặp bit (dibit) dữ liệu vào, độ lệch pha
của các tín hiệu ra là 90°. (H 7.12) là sơ đồ khối mạch điều chế PSK 4 - pha



________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -9

(H 7.12)

- Mạch chia bit (bit splitter) : chuyển dòng dữ liệu vào theo hai ngã I (In-phase) và Q

(Quadrature). Những bit vào ngã I sẽ điều chế sóng mang có pha ban đầu và những bit vào
ngã Q sẽ điều chế sóng mang đã được làm lệch pha 90°
- Vì các dữ liệu vào có thể là bit 1 hoặc 0, nên tín hiệu ở ngã ra mạch nhân I có thể là
sinω
c
t hoặc - sinω
c
t và ở ngã ra Q có thể là cosω
c
t hoặc -cosω
c
t, các tín hiệu này được tổng
hợp ở mạch tổng để cho ra 1 trong 4 tín hiệu mô tả ở (H 7.13)
Thí dụ, với các bit ở ngã vào ab=01, tín hiệu ở ngã ra là - sinω
c
t + cosω
c
t, tín hiệu
này có thể thay thế bởi tín hiệu duy nhất có pha là 135°.


(H 7.13)

Bảng 7.1 Tín hiệu điều chế 4 pha
Kênh Giá trị nhị phân Hiệu thế Tín hiệu ra từ mạch cân bằng
I

Q
1
0

1
0
+
-
+
-
sinω
c
t-sinω
c
t sin(ω
c
t + π/2) =
cosω
c
t
-sin(ω
c
t + π/2) =-cosω
c
t
(H 7.14) là mạch giải mã PSK 4-pha

(H 7.14)

Mạch phục hồi sóng mang sẽ cho lại sóng mang sinω
c
t từ tín hiệu nhận được, tín hiệu
này được cho thẳng vào mạch nhân ngã I và được làm lệch pha 90° trước khi vào mạch nhân
ngã Q, tín hiệu ra ở các mạch nhân được đưa vào mạch lọc hạ thông để loại bỏ thành phần tần

số cao, các thành phần DC sẽ được tổng hợp ở mạch tổng để cho lại dòng dữ liệu.
Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu nhận được trong thí dụ trên: cosω
c
t - sinω
c
t
Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã I là:
sinω
c
t ( cosω
c
t - sinω
c
t) = 1/2sin2ω
c
t - 1/2(1-cos2ω
c
t)
Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc -, tương ứng bit 0
Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã Q là:
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -10
cosω
c
t ( cosω
c
t - sinω

c
t) = -1/2sin2ω
c
t + 1/2(1+cos2ω
c
t)
Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc+, tương ứng bit 1,
Mạch tổ hợp bit sẽ cho lại dữ liệu như đã phát : 01 (viết theo thứ tự ab)
Tốc độ truyền thông thường của QPSK là 2400 bps vì vậy ở mạch điều chế tốc độ của
kênh I và Q là 1200 bps. Tốc độ biến đổi lớn nhất của tín hiệu tương ứng với chuỗi liên tiếp
các bit 1 và 0, chuỗ
i này được biểu diễn bởi tín hiệu hình vuông tần số 600 Hz, tín hiệu hình
vuông bao gồm tần số cơ bản và các họa tần bậc lẻ. Trong quá trình điều chế xuất hiện các
băng cạnh chứa các họa tần này, mạch lọc BPF có nhiệm vụ loại bỏ thành phần tần số này.

7.2.2.4 OFFSET QPSK (OQPSK)
Trong thực tế người ta thường dùng cách điều chế dựa trên nguyên tắc của QPSK
nhưng tạo sự lệch pha của hai tín hiệu trên hai kênh I và Q bằng cách cho một tín hiệu trễ một
bit so với tín hiệu kia, gọi là điều chế OQPSK. Việc làm này khiến cho sự chuyển trạng thái
của tín hiệu ở kênh này (thí dụ kênh I) luôn luôn xảy ra ở ngay điểm giữa của tín hiệu của
kênh kia (kênh Q), như vậy trong một cặp bit IQ b
ất kỳ chỉ có sự thay đổi của một bit duy
nhất và điều này đưa đến kết quả là các tín hiệu ở ngã ra tổng hợp chỉ lệch pha 0° hoặc ±90°
chứ không phải 180° như ở QPSK. Vậy điểm thuận lợi của OQPSK là giới hạn được sự lệch
pha của tín hiệu ra và tránh được các xung đột biến khi phục hồi tín hiệu nhị phân.
Để có thể so sánh các tín hiệu ở các ngã ra tổng hợp, ta xét chuỗi tín hiệu vào như (H
7.15a) và chuỗi tín hiệu của 2 kênh I và Q trong hai trường hợp QPSK (H 7.15b) và OQPSK
(H 7.15c)

(a)

(b) (c)
(H 7.15)

Và tín hiệu tổng hợp ở ngã ra tương ứng (H 7.16a) và (H 7.16b)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -11

(H 7.16)
Có thể hiểu (H 7.16a) và (H 7.16b) như sau:
- Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q khác nhau hoàn toàn thì các tín hiệu tương tự tương ứng
khác nhau 180
o
- Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q chỉ khác nhau một bit thì các tín hiệu tương tự tương
ứng khác nhau +90
o
hoặc -90
o
.
Điểm bất lợi của phương pháp OQPSK là sự thay đổi pha của tín hiệu ra xảy ra trong
từng khoảng thời gian T (chứ không phải 2T), do đó vận tốc điều chế (baud rate) và băng
thông tối thiểu của kênh truyền tăng gấp đôi so với phương pháp QPSK .

Hiệu suất băng thông: là tỉ số vận tốc bit (bps) trên băng thông yêu cầu (Hz). Thông
thường khi vận tốc bit tăng thì băng thông tăng, tuy nhiên trong các cách
điều chế khác nhau

tỉ số hai đại lượng này có thể khác nhau, do đó người ta dùng hiệu suất băng thông để đánh
giá chất lượng của hệ thống (hiệu suất cao đồng nghĩa với tận dụng được băng thông)
Với cách điều chế ASK, giả sử vận tốc bit là 2400bps, tần số cơ bản là 1200Hz, băng
thông cần thiết là 2400 Hz vậy
Hiệu suất băng thông =
1bps/Hz
2400Hz
2400bps
=

Với cách điều chế PSK 4 - pha nếu vận tốc bit là 2400bps, ở mạch điều chế vận tốc
của kênh I và Q là 1200 bps, tần số cơ bản là 600Hz, băng thông cần thiết là 1200 Hz vậy
Hiệu suất băng thông =
2bps/Hz
1200Hz
2400bps
=


7.2.2.5 PSK 8 - pha
PSK - 8 pha là mạch điều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của
tổ hợp 3 bit vào (tribits)
Sơ đồ khối của mạch điều chế PSK - 8 pha cho ở (H 7.17)

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -12

(H 7.17)

Mạch chia bit chia tổ hợp 3 bít theo 3 kênh khác nhau. Các bit a và b theo kênh I và Q
xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 ra 4 mức, trong khi bit c xác định biên
độ của điện thế dc. Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và 0,821V. Khi a và b là bit 1 ngã ra
mạch biến đổi có trị dương, ngược lại khi a và b là bit 0. Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến
đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c (hay
c
) để cho ra tín hiệu
có biên độ là 0,821 (0,34) thì mạch kia nhận tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là
0,34 (0,821)
Vì 3 bit abc độc lập với nhau nên ± 0,821 và ± 0,344 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở
ngã ra các mạch biến đổi.
Ở kênh I mạch điều chế trên sóng mang ban đầu (không làm lệch pha) nên 4 giá trị
ngã ra là ± 0,821cosω
c
t và ± 0,34 cosω
c
t trong khi ở ngã ra Q đó là các giá trị ± 0,821sinω
c
t
và ± 0,34sinω
c
t. Mạch tổng sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh để cho ra một tín hiệu duy
nhất. Tùy theo các tín hiệu vào các tín hiệu ra sẽ có các pha khác nhau (H 7.16). Trong hình
này góc A xác định bởi
A = tan
-1
034

0 821
,
,
= 22,5°
Như vậy các tín hiệu điều chế của các tribit có pha khác nhau từng 45°



(H 7.18)

Thí dụ các bit cba ở ngã vào là 101, ta có:
Mạch biến đổi ở kênh I cho: +0,821 V
Mạch biến đổi ở kênh Q cho: -0,34 V
Mạch điều chế ở kênh I cho: +0,821cosω
c
t
Mạch điều chế ở kênh Q cho: -0,34 sinω
c
t
Tín hiệu ra sau cùng: 0,821cosω
c
t -0,34 sinω
c
t
Góc pha của tín hiệu này xác định bởi dấu X trên (H 7.18)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -13

Với cách điều chế 8-PSK, 3 bit ứng với một pha của tín hiệu ra nên vận tốc baud bằng
1/3 vận tốc bit nên để thỏa điều kiện của đường truyền, người ta chọn vận tốc bit là 4800 bps,
vận tốc baud là 1600 baud/s và băng thông kênh truyền là 1600 Hz và hiệu suất băng thông là
3bps/Hz. Với f
c
=1700 Hz, băng thông chiếm một khoảng từ (f
c
- 800) =1700-800 = 900 Hz
đến (f
c
+ 800) = 1700+800 = 2500 Hz, phù hợp với đường truyền của kênh thoại.

7.2.2.6 Điều chế biên độ vuông góc (Quadrature Amplitude Modulation,
QAM)
Trong điều chế biên độ vuông góc cả biên độ và pha của sóng mang đều thay đổi
a. Mạch điều chế QAM 8 pha (H 7.19)


(H 7.19)
Trong mạch điều chế này a,b xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi, riêng
bit c đuợc đưa thẳng vào hai mạch biến đổi mà không qua mạch đảo như ở PSK 8 pha, nếu c
=1 cả hai ngã ra có biên độ cao và nếu c =0 cả hai ngã ra có biên độ thấp. Như vậy, với QAM
8 pha, các tín hiệu ở các ngã ra của mạch biến đổi luôn có cùng biên độ, giản đồ vị trí các
điểm đặc trưng các tribit cho ở (H 7.20)


(H 7.20)
Các tín hiệu ra của QAM 8 pha có 2 biên độ và 4 pha khác nhau.
So sánh các cách điều chế QAM và PSK người ta thấy QAM tốt hơn về mặt tỉ số tín
hiệu nhiễu. Thí dụ với hệ thống QAM 16 pha xác suất lỗi là 10

-8


trong lúc PSK 16 pha xác
suất này là 10
-4
. Do đó trong các hệ thống truyền với vận tốc cao người ta thường dùng cách
điều chế QAM hơn

b. Mạch điều chế QAM 16 pha (H 7.21)

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -14


(H 7.21)
Trong sơ đồ, mạch chia bit chia tổ hợp 4 bit theo hai kênh vào hai mạch biến đổi 2 ra 4
mức, các bit a,b xác định cực tính tín hiệu ra và các bit c,d xác định biên độ
a,b = 0, tín hiệu ra âm c,d = 0 biên độ = 0,22 V
a,b = 1 tín hiệu ra dương c,d = 1 biên độ = 0,821 V
Mỗi ngã ra của mạch biến đổi có thể có 1 trong 4 tín hiệu ±0,22 hoặc ±0,821. Mạch
LPF loại bỏ các họa tần. Các tín hiệu sau đó vào mạch điều chế cân bằng như trong các phần
trước và ở ngã ra ta có 1 trong 16 tín hiệu, các tín hiệ
u này nhận 3 giá trị biên độ và 12 góc
pha khác nhau, khoảng cách các góc pha là 30° (H 7.22)
Với cách điều chế QAM 16 pha, mỗi 4 bit tương ứng một tín hiệu ra nên vận tốc bit
bằng 4 lần vận tốc baud. Nếu chọn vận tốc baud là 2400 baud/s để thỏa băng thông của kênh

thoại thì vận tốc bit là 9600 bps và hiệu suất băng thông là 4 bps/Hz. Trong trường hợp này
băng thông tín hiệu trong khoảng từ 500 Hz (1700 Hz - 1200 Hz) đến 2900 Hz (1700 Hz +
1200 Hz)


(H 7.22)

Trong giản đồ trên góc A xác định bởi:
A= tan
-1
022
0 821
,
,
= 15°
Thí dụ với tổ hợp các bit ở ngã vào như trong (H 6.18), 1001, ta được các kết quả sau:
Ngã ra kênh I : +0,22 V
Ngã ra kênh Q : -0,821 V
Ngã ra mạch điều chế kênh I : +0,22 cosω
c
t
Ngã ra mạch điều chế kênh Q : -0,821sinω
c
t
Ngã ra mạch lọc dải thông : 0,22 cosω
c
t -0,821sinω
c
t
Tín hiệu ra tương ứng được xác định trên giản đồ bởi dấu X

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -15
7.2.2.7 Phục hồi sóng mang
Với kỹ thuật điều chế FSK việc phục hồi sóng mang không cần thiết.
Tuy nhiên, điều chế PSK hay QAM tương tự với kỹ thuật điều chế triệt sóng mang, do
đó cần thiết phải có mạch phục hồi sóng mang ở máy thu. Hơn nữa, sóng mang được phục hồi
phải có tần số và pha giống như ở máy phát để mạch giải điều chế ở máy thu ho
ạt động hữu
hiệu.
Sơ đồ khối một mạch phục hồi sóng mang cho trường hợp điều chế BPSK cho ở (H
7.23 )

________________________________________________________________

Mạch
Chi t
ầ
Vòng khóa
pha (PLL)
Mạch bình
phương
Lọc dải
thông
(H 7.23)
Tín hiệu nhận được ở máy thu là +cosω
c

t hoặc -cosω
c
t, sau khi qua mạch lọc dải thông
(để hạn chế dải tần) sẽ qua mạch bình phương để cho ở ngã ra cos
2
ω
c
t. Dùng biến đổi lượng
gíác ta được:
cos
2
ω
c
t =(1/2)(1+cos2ω
c
t)
Tín hiệu này lại qua mạch lọc để loại bỏ thành phần một chiều, còn lại tín hiệu tần số
2ω
c
, tín hiệu này lại qua mạch chia tần để được sóng mang. Vòng khóa pha trong mạch có
tác dụng giữ pha của tín hiệu ra không bị lệch so với tín hiệu vào.
Đối với các tín hiệu điều chế PSK bậc cao hơn (4-PSK, 8-PSK, 16-QAM . . .) thì ở
mạch giải điều chế sẽ nâng tín hiệu vào lên theo các lũy thừa bậc cao hơn. Dĩ nhiên mạch sẽ
phức tạp hơn.

7.2.2.8 PSK vi phân (Differential PSK, DPSK)
Giải điều chế PSK yêu cầu phục hồi tín hiệu dữ liệu ở máy thu dựa vào sóng mang có
pha tuyệt đối đã biết. Điều này đòi hỏi máy phát phải gửi một tín hiệu để máy thu tham khảo
pha. Mặt khác dùng giải điều chế vòng Costas ở máy thu có thể nhận được một tín hiệu
nghịch pha. Để khắc phục các khuyết điểm này người ta dùng phương pháp điều chế

PSK vi
phân.

Nguyên tắc của PSK vi phân là dùng sự thay đổi của dữ liệu để điều chế sóng mang
chứ không phải chính dữ liệu. Để thực hiện việc này người ta so sánh dữ liệu hiện hành với
dữ liệu vào trước đó, nếu hai tín hiệu này giống nhau ta được một pha của sóng mang và nếu
chúng khác nhau ta được một pha ngược lại. Nơi thu và phát phải thỏa thuận với nhau về bit
tham khảo đầu tiên trướ
c khi phát dữ liệu để tín hiệu được phục hồi đúng như đã phát đi. (H
7.24) cho ta sơ đồ khối của một mạch DPSK.





(H 7.24)
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -16
Ngã ra của cổng EX-NOR là 1 khi hai tín hiệu vào có cùng logic 1 hoặc 0 và là 0 khi
hai tín hiệu vào khác logic. Mạch Flipflop D tạo thời gian trễ đúng 1 bit
Bảng 7.2 cho kết quả điều chế DPSK với bit tham khảo là 1.

Bảng 7.2 Điều chế DPSK

Dữ liệuvào 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0

⊕Ì ⊕Ì . . . . . . . . . . . . . . . . ⊕Ì . . . . . . ⊕Ì
Tín hiệu mã hóa 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1

Bít tham khảo
⎯⎯ ↑
Pha truyền 0 0 0 π π π π 0 π π π 0

(H 7.25) là mạch giải điều chế DPSK và kết quả giải điều chế tín hiệu ra trong bảng
7.2 cho ta lại tín hiệu đã truyền ở bảng 7.3



(H 7.25)
Bảng 7.3 Tín hiệu giải mã DPSK
Bản tin mã hóa 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Bản tin đã dời 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Dữ liệu ra 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0

7.2.3 Một số vấn đề kỹ thuật khác trong modem
7.2.3.1 Đồng bộ hóa Modem
Để hệ thống truyền tín hiệu qua modem hoạt động tốt, modem phát và thu phải đồng
bộ với nhau, công việc này gọi là đồng bộ hóa modem.
Trong thời gian trễ giữa RTS và CTS, máy phát phát đi chuỗi tín hiệu để thiết lập sự
đồng bộ gọi là chuỗi training sequence. Tùy theo loại điều chế, tốc độ bit và mức độ phức tạp
của modem mà chuỗi training sequence sẽ hoàn thành một số trong các nhiệm vụ sau:
- Xác định (verify) s
ự liên tục của sóng mang (kích hoạt RLSD)
- Khởi động mạch ngẫu nhiên hóa.
- Khởi động mạch cân bằng tự động.
- Đồng bộ tín hiệu sóng mang thu phát.
- Đồng bộ xung đồng hồ thu phát.
- Ngắt mạch triệt tiếng dội trên đường dây thoại.
- Thiết lập độ lợi cho mạch AGC

Modem vận tốc thấp
Thường là loại không đồng bộ và dùng FSK nên không cần các mạch phục hồi sóng
mang, ngẫu nhiên hóa. Các mạch cân bằng được điều chỉnh bằng tay và không cần khởi động.
Chuỗi training là các bit nghỉ.

Modem vận tốc trung bình và cao
Đó là các modem có tốc độ trên 2400 bps, thường dùng điều chế PSK hoặc QAM nên
phải có mạch phục hồi sóng mang. Các modem này là loại đồng bộ nên phải có mạch phục
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -17
hồi xung đồng hồ. Yêu cầu có mạch ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên cùng mạch cân bằng
tự động (automatic equalizers)
Thí dụ modem Bell 208 là loại đồng bộ, vận tốc 4800-bps dùng kỹ thuật 8-DPSK có
chuỗi traning gồm 78 ký hiệu, mỗi ký hiệu gồm 3 bit (tribit, chiếm 0.625 ms). Vậy thời gian
của chuỗi training khoảng 48,75 ms. Đây là khoảng thời trễ giữa RTS và CTS như ta đã thấy
trước đây.

7.2.3.2 Phục hồi xung đồng hồ
Để phục hồi xung đồng hồ, người ta dùng tín hiệu ra từ một kênh (I hoặc Q) EX-OR
với chính nó sau khi làm trễ 1/2 bit (H 7.26). Tín hiệu ra có tần số gấp đôi tín hiệu ở mỗi kênh
được đưa vào mạch PLL để khóa pha của tín hiệu dao động ở máy thu, để bảo đảm mạch PLL
hoạt động tốt yêu cầu tín hiệu phải có sự thay đổi trạng thái thường xuyên, đó là lý do phải sử
dụng mạch scrambler.


(H 7.26)

7.2.3.3 Mạch ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên (scrambler và descrambler)
Để có thể phục hồi xung đồng hồ, dữ liệu phải thường xuyên thay đổi giữa 2 trạng thái
1 và 0. Để bảo đảm được điều kiện này, người ta dùng biện pháp ngẫu nhiên hóa (scrambler)
chuỗi dữ liệu ở máy phát và dĩ nhiên phải dùng mạch giải ngẫu nhiên để tái tạo chuỗi dữ liệu
nhận được ở máy thu (descrambler). (H 7.27) là mạch scrambler và descrambler.


(a) (H 7.27) (b)
Dữ liệu ra khỏi mạch scrambler có giá trị xác định bởi:
)D.C.B.A(A.B.C.Dff
dm
+⊕=

Khi chuỗi dữ liệu thay đổi giữa 2 trạng thái 0 và 1 bình thường, ngã ra cổng OR ở mức
0, chuỗi dữ liệu qua mạch và không thay đổi
Khi chuỗi dữ liệu liên tiếp là 4 bit 0 hoặc 1, ngã ra cổng OR lên 1 và dữ liệu đến từ
DTE qua cổng EX-OR sẽ bị đảo :
ddm
f1ff =⊕=
. Như vậy, ở ngã ra mạch không bao giờ
vượt quá 4 bit cùng loại.
Ở máy thu, tín hiệu ra từ mạch descrambler thỏa:
)D.C.B.A(A.B.C.Dff
mr
+⊕=

Thay f
m
từ biểu thức trên:

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -18
)D.C.B.A(A.B.C.D)D.C.B.A(A.B.C.Dff
dr
+⊕+⊕=

ddr
f0ff
=
⊕=

Như vậy tín hiệu ban đầu đã được phục hồi.
7.2.3.4 Mạch lọc dùng tụ khóa (Switched capacitor)
Lọc là một chức năng rất cơ bản trong thông tin. Trước đây các mạch lọc tác động
thường sử dụng các OPAMP là các IC sản xuất từ công nghệ chế tạo BJT như 709 và 741.
Tuy nhiên các loại linh kiện này tiêu thụ một năng lượng đáng kể.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ MOS, người ta chế tạo các OPAMP tiêu
thụ năng lượng rất ít nên được sử dụng rộng rãi.
Một tiế
n bộ quan trọng khác là sự phát hiện các tụ khóa có thể thay cho các điện trở.
Các OPAMP MOS và các tụ khóa đã được kết hợp để chế tạo các mạch lọc rất chính
xác
(H 7.28) cho dạng căn bản của tụ khóa.

(H 7.28)

Khi khóa K ở vị trí 1 tụ C nạp đến hiệu thế V
1
, cho khóa K sang vị trí 2, lượng điện
tích chạy qua tụ C là : Q = C(V
1
-V
2
). Nếu khóa K được chuyển qua lại với tần số f
s
, dòng điện
trung bình chạy từ V
1
đến V
2
(giả sử V
1

>

V
2
) là :

i =
Q
T

c
= C(V
1
- V
2
).f
s
Biểu thức cho thấy mạch trên tương đương với một điện trở R xác định bởi :
s
Cf
1
R =

f
s
được gọi là tần số khóa (switching frequency), phải rất lớn hơn tần số của tín hiệu
lọc.
Trong mạch trên V
1
và V
2
là các nguồn hiệu thế có giá trị không bị ảnh hưởng do sự
chuyển khóa K.
So sánh với một mạch lọc hạ thông đơn giản dùng RC (H 7.31a), băng thông của một
mạch lọc dùng tụ khóa (H 7.31b) cho bởi :

2
1
s
21

3dB
C
C
f
CR
1
==
−
ω


Biểu thức cho thấy tần số ngắt ở 3 dB được xác định một cách chính xác bởi tần số f
s
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -19


(a) (b)

(H 7.29)
Mạch lọc cơ bản dùng tụ khóa là mạch tích phân (H 7.30):
∫
= dtv
C
C
fv
i

2
1
so



(H 7.30)

Nhắc lại, hiệu thế ra của mạch lọc dùng tụ khóa chỉ tùy thuộc vào f
s
và tỉ số các điện
dung, nếu f
s
được xác định một cách chính xác, thì tính chất của mạch lọc chỉ tùy thuộc tỉ số
các điện dung.
Các giá trị tần số cắt f
c
, hệ số phẩm Q và độ lợi của mạch lọc có thể xác định đuợc đến
độ chính xác 0,1 %. Bảng 7.4 cho một số giá trị mẫu

Bảng 7.4 Khả năng của mạch lọc dùng tụ khóa



Thông số Giá trị
Tần số khóa (đồng hồ) f
s
Tần số ngắt của mạch lọc f
Hệ số phẩm Q tối đa
Độ lợi của băng thông

Độ chính xác
Nhiễu
Số mạch trong một IC
Độ ổn định nhiệt
Biên độ tín hiệu ra
Cấp nguồn
1 - 500 kHz
f
s
/1000 - f
s
/4
75
(-30) - (+ 30) dB
0,2 %
-100 dB V/
Hz
80
5 ppm/°C
2V đỉnh-đỉnh
2-15V

(H 7.31) cho các mẫu mạch lọc dùng tụ khóa : (a) là mạch lọc hạ thông, (b) là mạch
lọc thượng thông, (c) là mạch lọc dải thông và (d) là mạch lọc dải loại.

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -20

(H 7.31)

7.3 MỘT SỐ MODEM BẤT ĐỒNG BỘ VÀ ĐỒNG BỘ
7.3.1 Modem bất đồng bộ
Là những modem truyền với vận tốc tương đối thấp. Modem bất đồng bộ tiêu biểu là
loạt (serie) 103 của hảng Bell. Vận tốc truyền của loạt 103 là 300 bps trên kênh điện thoại,
điều chế FSK, vận tốc này tương đương với 27 ký tự/s (giả sử mỗi ký tự gồm 7 bit của mã
ASCII thêm 1 bit start, 2 bit stop và 1 bit parity). Chuẩn giao tiếp dùng cho các modem này là
dòng điện vòng 20 mA hoặc RS-232 đã bàn đến trong chương trước. Loạ
t 103 có thể truyền
song công vơi 2 đường dây, như vậy hệ thống dùng phương pháp phân chia tần số cho kênh
truyền (FDM). Khoảng tần số từ 300 đến 3000 Hz chia làm hai dải : từ 300 đến 1700 Hz và từ
1700 đến 3000 Hz. Phổ tần cho ở (H 7.32)

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -21

(H 7.32)
Trong mỗi dải tần đều có tần số mark và space : trong dải tần thấp các tần số đó là
1270 Hz và 1070 Hz và trong dải tần cao là 2225 Hz và 2025 Hz. Tần số trung tâm là 1170
Hz và 2125 Hz. Khoảng cách tần số mark và space là 200 Hz, vận tốc truyền bít là 300 bps
nên băng thông của tín hiệu là 800 Hz. Ta thấy :
F
FSK1

= 1170 Hz và f
FSK2
= 2125 Hz

; 3 br = 900
f
m
- f
s
= 200 = (2/3) br = (2/3).300
Có thể nói các tần số f
m
và f
s
chọn trong loạt 103 thỏa các điều kiện về tính kinh tế
Hệ số h trong hai dải tần cao và thấp đều bằng 0,67 và cho hai hệ số Bessel

7.3.2 Sơ đồ khối một Modem FSK (bất đồng bộ)
Trước khi liên lạc người ta phải thỏa thuận với nhau bên nào sẽ phát và thu dải tần nào
- cao hay thấp - Điều này thực hiện bằng cách giả định một bên phát sinh cuộc gọi và bên kia
trả lời. Modem của người gọi là originate modem và modem kia là answer modem. Thông
thường originate modem phát trên băng tần thấp và thu trên băng tần cao và ngược lại cho
answer modem.
(H 7.33) cho sơ đồ khối của hệ thống modem 103, bên phát là một thiết bị đầu cuối và
bên thu là mộ
t máy tính

(H 7.33)

Vận hành của modem và các khối chức năng được mô tả dưới đây :
- Giao tiếp đường dây (Line interface) : phối hợp tổng trở modem và đường dây điện
thoại (thường là 600Ω) đồng thời biến đổi cân bằng ↔ không cân bằng. Phần tử chính của
mạch giao tiếp đường dây là một biến thế gọi là hybrid (H 7.34).
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -22
- Bộ song công (Duplexer) : tạo sự ghép nối có tính định hướng và cách ly tín hiệu để
thực hiện đồng thời hai chức năng thu phát .(H 7.36) là sơ đồ một bộ song công với mạch giao
tiếp đường dây


(H 7.34)

Phần chính của bộ song công là một OPAMP dùng như một mạch khuếch đại vi sai,
khuếch đại tín hiệu thu từ bộ lọc thu và ngăn không cho tín hiệu phát đi qua, tín hiệu này được
đưa ra mạch ngoài từ mạch lọc phát qua biến thế hybrid để ra đường dây điện thoại.

- Bộ lọc thu Rx : như đã nói trên, originate modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần cao và
answer modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần thấp nên bộ
lọc thu ở hai modem phải cho dạng đáp
tuyến như đã thấy ở (H 7.35). người ta thường dùng các bộ lọc tích cực dùng OPAMP để tạo
một mạch lọc dải thông. Mạch lọc thu thường gồm từ 4 tới 7 mạch lọc như ở (H 7.37) để có
độ lợi từ 20 đến 30dB.

(H 7.35)

- Bộ giải điều chế (Demodulator) : bộ giải điều chế FSK là một mạch tách sóng FM,
có thể dùng kiểu tách sóng phân biệt, nhưng với sự phát triển của công nghệ chế tạo IC người
ta thường dùng vòng khóa pha để thực hiện việc giải điều chế. (H 7.36) là một mạch giải điều
chế dùng vòng khóa pha.

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -23

(H 7.36)

- Bộ phát hiện mức ngưỡng (Threshold detect) : Đây là một mạch so sánh và cho ở
ngã ra một tín hiệu HIGH hoặc LOW tùy theo mức tín hiệu thu được. Khi tín hiệu thu vào có
biên độ quá nhỏ đường RxD sẽ ghim ở mức HIGH và đường CD (Carrier Detect) ở OFF

- Bộ điều chế (Modulator) : (H 7.37)
Mạch FSK cơ bản bao gồm một VCO điều khiển bởi điện thế ứng với bit 1 và 0 của
tín hiệu vào. Các bit 1 và 0 của dữ li
ệu điều khiển một khóa điện tử cho phép mạch VCO nối
với một trong 2 điện trở bên ngoài. Ta được ở ngã ra là các tín hiệu có tần số f
s
hoặc f
m
tùy
điện trở nối vào mạch là R

s
hay R
m
.

(H 7.37)

- Bộ lọc phát Tx : Quyết định băng thông của tín hiệu phát FSK đồng thời giới hạn
các tín hiệu nhiễu và họa tần tạo bởi mạch giải điều chế ở bộ phận thu.
Mạch lọc phát còn có nhiệm vụ ghim mức tín hiệu ra không vượt quá -9 dBm là mức
công suất cho phép của đường dây điện thoại.

- Tín hiệu bắt tay hoặc điều khiển : Khố
i logic này điều khiển hoạt động của modem
và chuyển trạng thái của modem từ hoặc tới DTE bằng cách dùng các tín hiệu RST, CTS,
DTR, DSR và CD như mô tả trong chương trước (các chuẩn giao tiếp).

Trong nhiều trường hợp một thiết bị ở xa có thể yêu cầu truy xuất dữ liệu gốc (data
base) từ một máy tính chủ. Người yêu cầu dùng bàn phím để nhập dữ liệu nên chỉ cần vận tốc
truyền th
ấp trong khi máy tính chủ truyền dữ liệu đến đầu cuối có thể truyền với vận tốc cao
hơn.
Các modem loạt 202 của Bell đáp ứng yêu cầu này : các modem này có vận tốc truyền
từ máy tính chủ đến thiết bị đầu cuối (gọi là kênh sơ cấp) là 1200 bps và vận tốc truyền từ
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -24
thiết bị đầu cuối đến máy tính chủ (gọi là kênh thứ cấp) là 75 bps. Cách truyền 2 kênh có vận

tốc khác nhau gọi là cách truyền song công bất đối xứng (Asymetrical full-duplex
communication).


(H 7.38)
(H 7.38) là phổ tần của modem 202, lưu ý là kênh sơ cấp dùng phương pháp điều chế
FSK với tần số f
m
và f
s
lần lượt là 1200 Hz và 2200 Hz và kênh thứ cấp thì điều chế ASK, tần
số sóng mang là 387 Hz.


Một ứng dụng điển hình của hệ thống truyền song công bất đối xứng là Videotex. Đây
là một dịch vụ mà qua đó người sử dụng (vai trò một thiết bị đầu cuối) có thể truy xuất dữ liệu
từ một cơ sở dữ liệu trung tâm (máy tính chủ) qua mạng điện thoại.
Cơ sở dữ liệu của Videotex có thể chứa rất nhiề
u thông tin khác nhau, thông qua bàn
phím người sử dụng có thể đặt một cuộc gọi đến máy tính chủ và yêu cầu những thông tin cần
thiết trong Videotex. Các lệnh của người sử dụng truyền tới máy tính chủ với vận tốc thấp và
các file văn bản, đồ họa gọi chung là các trang Videotex truyền tới nơi yêu cầu với vận tốc
cao hơn
Với sự cải tiến thiết bị nhập dữ liệ
u (bàn phím) vận tốc truyền của kênh thứ cấp có thể
cao hơn và modem 202C ra đời thỏa mản yêu cầu này. (H 7.39) cho phổ tần của modem 202C

(H 7.39)
Modem 202C chỉ khác với Modem 202 ở cách điều chế kênh thứ cấp là FSK chứ
không phải ASK, hai tần số mark và space là 390 Hz và 490 Hz, và vận tốc truyền của kênh

này là 150bps.

7.3.3 Modem đồng bộ
Một số modem đồng bộ được hảng Bell chế tạo để truyền dữ liệu với vận tốc cao hơn.
Như đã nói trên, để truyền vận tốc cao các modem phải điều chế nhiều pha PSK (4
hoặc 8 pha) hoặc kết hợp PSK và ASK để cho 16 pha, gọi là QAM.
Bảng 7.5 giới thiệu một số modem đồng bộ

Bảng 7.5 Một số Modem đồng bộ
Loạt
Đường dây Điều chế Vận tốc Mode
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu
__________Chương 7 Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem VII -25
201B
201C

208A
208B
209A
4
2 dây chuyển mạch
4 dây riêng
4 dây riêng
2 dây chuyển mạch
4 dây
4 pha PSK
4 pha PSK

4 pha PSK
8 pha PSK
8 pha PSK
16pha QAM
2400 bps
2400
2400
4800
4800
9600
Songcông/B.song công Đồng bộ
Bán song công đồng bộ
Song công đồng bộ
Song công đồng bộ
Bán song công đồng bộ
Song công đồng bộ




7.3.4 Sơ đồ khối một modem PSK tiêu biểu
(H 7.40) là sơ đồ khối của một modem dùng kỹ thuật PSK tiêu biểu

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập
Truyền dữ liệu