chương 3 Không gian tín hiệu và điều chế

Khi phát một luồng số trên vô tuyến, cần phải điều chế luồng số này cho một sóng mang (thường là hàm sin). Luồng số có thể là tín hiệu đầu ra của máy tính hay tiếng nói hoặc hình ảnh đã được số hóa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
chương 3 Không gian tín hiệu và điều chếChương 3. Không gian tín hiệu và điều chế Chương 3 KHÔNG GIAN TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU CHẾ3.1. GIỚI THIỆU CHUNG3.1.1. Các chủ đề được trình bầy trong chương • Các phương pháp điều chế số • Các khuôn dạng điều chế số • Không gian tín hiệu • Đáp ứng của các bô tương quan lên tạp âm • Bô tách sóng khả giống nhất • Tính toán xác suất lỗi trong kênh AWGN • Các kỹ thuật điều chế nhất quán: BPSK, QPSK, M-PSK, MSK, M-ASK và 16-QAM • Mật độ phổ công suất uả các kỹ thuật điều chế khác nhau • So sánh các kỹ thuật điều chế3.1.2. Hướng dẫn • Học kỹ các tư liệu đựơc trình bầy trong chương • Tham khảo thêm [1],[2], [7],[8]3.1.3. Mục đích chương • Hiểu được các kỹ thuật điều chế số được sử dụng phổ biến nhất trong thông tin vô tuyến số • Hiểu được phương pháp đánh giá chất lượng đường truyền và băng thông cần thiết cho từng kỹ thuật điều chế • So sánh các kỹ thuật điều chế. 41Chương 3. Không gian tín hiệu và điều chế3.2. ĐIỀU CHẾ SỐ Khi phát một luồng số trên kênh vô tuyến, cần phải điều chế luồng số nàycho một sóng mang (thường là hàm sin). Luồng số có thể là tín hiệu đầu ra củamáy tính hay tiếng nói hoặc hình ảnh đã được số hóa. Trong mọi trường hợp quátrình điều chế bao gồm khóa chuyển biên độ, tần số hay pha cho sóng mang theoluồng số vào. Vì vậy tồn tại ba phương pháp điều chế trong truyền dẫn số: điềuchế khóa chuyển biên (ASK: amplitude shift keying), điều chế khóa chuyển tần số(FSK: frequency shift keying) và điều chế khóa chuyển pha (PSK: phase shiftkeying). Có thể coi các phương pháp điều chế này như trường hợp đặc biệt cuảcác phương pháp điều chế biên độ, tần số và pha. Trong chương này ta sẽ xét các tính năng của các kỹ thuật điều chế số nóitrên: khả năng chống tạp âm, các tính chất phổ và các hạn chế của chúng cũngnhư các ứng dụng của chúng và các vấn đề khác. Ta bắt đầu phần này bằngtrình bày tổng quan các khuôn dạng điều chế khác nhau đối với các nhà thiết kếhệ thống số khác nhau.3.3. CÁC KHUÔN DẠNG ĐIỀU CHẾ SỐ Điều chế được xem như là quá trình mà trong đó một đặc tính nào đó củasóng mang được thay đổi theo một sóng điều chế. Chẳng hạn một sóng manghàm sin biểu thị theo công thức (3.1) có ba thông số sau đây có thể thay đổi: biênđộ, tần số và pha: S(t) = A cos(ω ct + θ) (3.1)trong đó ω c = 2πfc là tần số góc của sóng mang, fc là tần số sóng mang còn θ(t)là pha. Nếu sử dụng tín hiệu thông tin để thay đổi biên độ A, tần số sóng mang f cvà pha θ(t) ta được điều biên, điều tần và điều pha tương ứng. Nếu tín hiệu đưa lên điều chế các thông số nói trên là tín hiệu liên tục thì tađược trường hợp điều chế tương tự. Nếu tín hiệu điều chế các thông số nói trênlà số thì điều chế được gọi là điều chế số.Ch¬ng 3. Kh«ng gian tÝn hiÖu vµ ®iÒu chÕ 42Chương 3. Không gian tín hiệu và điều chế3.1. §iÒu chÕ sè Khi ph¸t mét luång sè trªn kªnh v« tuyÕn, cÇn ph¶i ®iÒu chÕ luång sè nµy ëmét sãng mang (thêng lµ hµm sin) cã ®é réng b¨ng tÇn h÷u h¹n dµnh cho kªnh.Luång sè nµy cã thÓ lµ tÝn hiÖu ®Çu ra cña m¸y tÝnh hay luång sè PCM ®îc t¹ora tõ tiÕng nãi hay h×nh ¶nh ®· sè hãa. Trong mäi trêng hîp qu¸ tr×nh ®iÒu chÕsè bao gåm viÖc khãa chuyÓn biªn ®é, tÇn sè hay pha cña sãng mang theo luångsè vµo. V× vËy tån t¹i ba ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®Ó truyÒn dÉn sè: ®iÒu chÕkhãa chuyÓn biªn (ASK: Amplitude Shift Keying), ®iÒu chÕ khãa chuyÓn tÇn(FSK: Frequency Shift Keying) vµ ®iÒu chÕ khãa chuyÓn pha (PSK: Phase ShiftKeying); c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ nµy cã thÓ coi nh trêng hîp ®Æc biÖt cña ®iÒuchÕ biªn ®é, ®iÒu chÕ tÇn sè vµ ®iÒu chÕ pha. Trong ch¬ng nµy ta xÏ xÐt c¸c kü thuËt ®iÒu chÕ sè: kh¶ n¨ng chèng t¹p ©mcña chóng, c¸c tÝnh chÊt phæ, c¸c u ®iÓm vµ c¸c h¹n chÕ cña chóng, c¸c øngdông vµ c¸c vÊn ®Ò kh¸c.Ta b¾t ®Çu phÇn nµy b»ng tr×nh bÇy tæng quan c¸ckhu«n d¹ng ®iÒu chÕ kh¸c nhau dµnh cho c¸c nhµ thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng sè kh¸cnhau.C¸c khu«n d¹ng ®iÒu chÕ sè. §iÒu chÕ sè ®îc xem nh lµ qu¸ tr×nh mµ trong ®ã mét ®Æc tÝnh nµo ®ãcña sãng mang ®îc thay ®æi theo mét sãng ®iÒu chÕ. Ch¼ng h¹n mét sãngmang hµm sin biÓu thÞ theo c«ng thøc 4.1, cã ba th«ng sè sau ®©y cã thÓ thay®æi: biªn ®é, tÇn sè vµ pha: S(t) = A cos(ω ct + θ)trong ®ã: ω c = 2π fc lµ tÇn sè gãc cña sãng mang, fc lµ tÇn sè sãng mang cßn θ(t) lµpha. NÕu sö dông tÝn hiÖu th«ng tin ®Ó thay ®æi biªn ®é A, tÇn sè sãng mangfc vµ pha θ(t) ta ®îc ®iÒu biªn, ®iÒu tÇn vµ ®iÒu pha t¬ng øng. NÕu tÝn hiÖu ®a ®Õn ®iÒu chÕ c¸c th«ng sè nãi trªn lµ tÝn hiÖu liªn tôcth× ta ®îc trêng hîp ®iÒu chÕ t¬ng tù. NÕu tÝn hiÖu ®iÒu chÕ c¸c th«ng sè nãitrªn lµ sè th× ®iÒu chÕ ®îc gäi lµ ®iÒu chÕ sè. Trong thông tin số tín hiệu đưa lên điều chế là một luồng nhị phân haydạng được mã hóa vào M-mức của của luồng nhị phân này. Trong trường hợp 43Chương 3. Không gian tín hiệu và điều chếđiều chế số tín hiệu điều chế cũng làm thay đổi biên độ, tần số, hay pha củasóng mang với các tên gọi tương ứng là: điều chế khóa chuyển biên (ASK), điềuchế khóa chuyển tần (FSK), điều chế khóa chuyển pha (PSK) (xem thí dụ ở hình3.1). 0 1 1 0 1 0 1a) t b) t c) tHình 3.1. Các dạng sóng điều chế: a) Khóa chuyển biên độ (ASK); b) Khóachuyển pha (PSK); c) Khóa chuyển tần số (FSK). Như ta thấy ở hình 3.1, lý tưởng PSK và FSK có hình bao không đổi. ...