Bài giảng Chương 2: Điều chế tín hiệu (Data Encoding)

8/29/20081 Chương 2: ðiều chế tín hiệu (Data Encoding)
Khái niệm chung
ðiều chế dữ liệu số thành tín hiệu số
ðiều chế dữ liệu số thành tín hiệu liên tục
ðiều chế dữ liệu tương tự thành tín hiệu số
ðiều chế dữ liệu tương tự thành tín hiệu tương tự
ðiều chế phổ rộng 8/29/20082 Khái niệm chung
Dữ liệu mã hóa bằng tín hiệu số – dạng của x(t) phụ thuộc vào KT mã hóa – sử dụng tối ưu môi trường truyền tin
Dữ liệu mã hóa bằng tín hiệu liên tục – Sử dụng sóng mang có tần số phù hợp với môi truờng truyền tin – Thay ñổi các tính chất dữ liệu theo dữ liệu ñầu vào – sử dụng tối ưu môi trường truyền tin 4 dạng ñiều chế •Dữ liệu Số- tín hiệu Số •Dữ liệu số tín hiệu liên tục •Dữ liệu liên tục-tín hiệu số •Dữ liệu liên tục-tín hiệu liên tục 8/29/20083 Kỹ thuật ñiều chế/mã hóa 8/29/20084 4 dạng ñiều chế
Dữ liệu số- tín hiệu số – Giá thành thấp hơn các thiết bị ñiều chế khác
Dữ liệu số tín hiệu liên tục – Cho phép truyền tín hiệu số trên các ñường truyền chỉ hỗ trợ tín hiệu liên tục – Cho phép nâng cao giải thông của ñường truyền – Cần thiết ñể kết thúc một phân ñoạn truyền tin số
Dữ liệu liên tục-tín hiệu số – Cho phép sử dụng hệ thống truyền tin số cho các dịch vụ liên tục
Dữ liệu liên tục-tín hiệu liên tục – Các hệ thống truyền dữ liệu liên tục cổ ñiển 8/29/20085 1. Dữ liệu số- Tín hiệu số
ðơn vị dữ liệu: 1 bít
Tín hiệu số là một chuỗi các xung – Mỗi xung có thể coi là một ñơn vị tín hiệu. – Một ñơn vị tín hiệu có thể biểu thị 1 bít
Dữ liệu số ñược mã hóa bằng tín hiệu, ánh xạ các bít vào các ñơn vị tín hiệu
Ánh xạ này gọi là sơ ñồ mã hóa (Encoding scheme)
Mark:1, Space:0 8/29/20086 Các thông số trong ñiều chế số/số Tốc ñộ truyền các ñơn vị tín hiệu ðơn vị tín hiệu/s (baud) Tốc ñộ tín hiệu Tốc ñộ ñiều chế Phần tín hiệu tương ứng với thời gian nhỏ nhất của 1 ký hiệu xung chữ nhật xung hình sinðơn vị tín hiệu Tốc ñộ truyền các ñơn vị dữ liệubit/sTốc ñộ dữ liệu Một bít ñơn, giá trị 0 hoặc 1bitðơn vị dữ liệu ðnh nghĩaðn vThut ng 8/29/20087 Các phương pháp mã hóa
NRZ – NRZ-L,NRZI
Nhị phân ña mức – ða cực AMI – Pseudoternary
Hai pha – Manchester – Manchester vi sai
Kỹ thuật xáo trộn – B8ZS – HDB3 8/29/20088 NRZ-L Non Return to Zero Level
Trong thời gian của một bít, tín hiệu không trở về mức 0
Không có chuyển mức trong khoảng thời gian của một bít
NRZ-L Non return to zero level – Bít 1 tương ứng mức tín hiệu cao/thấp – Bít 0 tương ứng với mức tín hiệu thấp/cao 8/29/20089 NRZ-I Non return to zero invert
Bít 0 tương ứng với không chuyển mức ở ñầu thời gian bít
Bít 1 tương ứng với chuyển mức ở ñầu thời gian bít
Là một phương pháp ñiều chế vi sai: – 0 và 1 tương ứng với chuyển mức, không phải với mức giá trị – Tin cậy/ðơn giản hơn ñiều chế theo mức – Không phụ thuộc vào cực của tín hiệu 8/29/200810 NRZ-L và NRZ-I 8/29/200811 NRZ
Ưu ñiểm – ðơn giản, sử dụng tối ña ñường truyền – Giải tần số tập trung từ 0 ñến ½ tốc ñộ dữ liệu
Vd 9600bps->4800khz
Nhược ñiểm – Khó ñồng bộ bằng tín hiệu
Vd với NRZ-L khi có nhiều 0 hoặc 1 liên tiếp, tín hiệu giữ một mức trong khoảng thời gian dài, dễ mất ñồng bộ. Với NRZ-I, một chuỗi 0 cũng gây ra tình trạng như vậy – Thành phần một chiều
Ứng dụng – Lưu trữ dữ liệu trên các vật liệu từ tính – Ít dùng trong truyền số liệu 8/29/200812 ðiều chế nhị phân ña mức
Sử dụng nhiều hơn 2 mức tín hiệu cho một bít
Bipolar alternate mark inversion. Lưỡng cực ñảo mức 1 – 0 Tương ứng với không có tín hiệu – 1 tương ứng với có tín hiệu. Tín hiệu ñảo cực giữa hai bít 1 liên tiếp
Giả tam phân (pseudoternary) – 1 Tương ứng với không có tín hiệu – 0 tương ứng với có tín hiệu. Tín hiệu ñảo cực giữa hai bít 0 liên tiếp 8/29/200813 ðiều chế nhị phân ña mức 8/29/200814 ðiều chế nhị phân ña mức
Thành phần một chiều=0
Có khả năng phát hiện lỗi
ðồng bộ khi có nhiều bít 1(0), không ñồng bộ khi có nhiều bít 0(1)
Giải thông thấp hơn
3 mức tín hiệu cho một bít: – Không sử dụng tối ưu ñường truyền – Tăng tỉ lệ lỗi (ñích cần phân biệt 3 mức tín hiệu) 8/29/200815 ðiều chế hai pha: Manchester
Luôn luôn có chuyển mức ở giữa thời gian của một bít – Thấp lên cao: 1, cao xuống thấp 0 – Chuyển mức cung cấp cơ chế ñồng bộ
Manchester – Luôn có chuyển mức ở giữa bít – 0-sườn âm, 1-sườn dương
Manchester visai – 0: có chuyển mức ở ñầu bít, 1 không có chuyển mức – Chuyển mức ở giữa bít chỉ phục vụ cho ñồng bộ 8/29/200816 ðiều chế hai pha 8/29/200817 ðiều chế Manchester 8/29/200818 Tốc ñộ ñiều chế
Số lượng chuyển mức trong thời gian một bit
Có bao nhiêu tín hiệu dùng cho 1 bít trong mã hóa manchester? 8/29/200819 ðiều chế số số 8/29/200820 2. ðiều chế số-liên tục
Ví dụ: truyền số liệu thông qua hệ thống ñiện thoại – Hệ thống ñiện thoại truyền, chuyển tiếp tín hiệu ñiện có tần số 300Hz ñến 3400Hz – Tại nguồn và ñích, dữ liệu số cần ñược ñiều chế thành tín hiệu liên tục ñể truyền trên ñường ñiện thoại
Căn cứ vào tính chất của tín hiệu, chúng ta có 3 kỹ thuật ñiều chế – ðiều chế khóa dịch biên ñộ – ðiều chế khóa dịch pha – ðiều chế khóa dịch tần số 8/29/200821 ðiều chế khóa dịch biên ñộ (ASK)
0 và 1 tương ứng với hai biên ñộ tín hiệu, thông thường một trong hai biên ñộ=0
Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu (1200bps cho ñường thoại)
Khó ñồng bộ
Thường ñược dùng trong cáp quang (LED hoặc laser) cos(2 ) 1( ) 0 0 A ft cho s t cho pi =   8/29/200822 ðiều chế khóa dịch tần số (FSK)
Hai giá trị nhị phân ñược biểu diễn bởi hai tín hiệu tần số khác nhau
Ví dụ về ñiều tần song công
Tỷ suất lỗi thấp hơn
Dùng trong truyền số liệu qua ñường ñiện thoại (tần số thấp), hoặc trong mạng không dây (tần số cao) 8/29/200823 ðiều chế khóa dịch pha (PSK)
0,1 tương ứng với hai ñộ lệch pha khác nhau
0,1 tương ứng với chuyển pha (vi sai)
Có thể sử dụng giải thông một cách hiệu quả hơn khi mã hóa cùng lúc nhiều bít
Có thể kết hợp với ñiều biên
Nếu tốc ñộ dữ liệu là 9600 bps, tốc ñộ ñiều chế là ? 8/29/200824 Kết hợp với ñiều biên 8/29/200825 ðiều chế số/liên tục 8/29/200826 3. ðiều chế dữ liệu liên tục- số
ðiều chế dữ liệu liên tục thành dữ liệu số, sau ñó – ðiều chế thành tín hiệu số
Mã hóa trực tiếp bằng NRZ-L
Sử dụng phương pháp mã hóa tín hiệu số khác – ðiều chế thành tín hiệu liên tục
Sử dụng các biện pháp ñiều chế số-liên tục ñã học
Có hai phương pháp chính ñiều chế dữ liệu liên tục thành dữ liệu số – ðiều chế mã xung – ðiều chế Delta 8/29/200827 ðiều chế mã xung (PCM)
Pulse Code Modulation
Lấy mẫu tín hiệu dựa trên ñịnh luật lấy mẫu của Shannon – Nếu tần số lấy mẫu >= 2 lần tần số (có ý nghĩa) cao nhất của tín hiệu, phép lấy mẫu bảo toàn thông tin của tín hiệu – Vd: Tiếng nói tần số tối ña 4300Hz, cần lấy mẫu với tần số min 8600Hz
Tiến hành theo hai bước – Lấy mẫu (PAM) – Lượng tử hóa 8/29/200828 ðiều chế delta (Delta Modulation)
Sử dụng hàm bậc thang – Khi hàm số tăng, xung=1 – Khi hàm số giảm, xung=0
Tổng quát – Biểu diễn giá trị của ñạo hàm theo bít
Tham số – Bậc thang – Tốc ñộ lấy mẫu
Sai số – Khi tín hiệu thay ñổi chậm: nhiễu lượng tử – Khi tín hiệu thay ñổi nhanh: nhiễu tràn 8/29/200829 8/29/200830 Dữ liệu liên tục tín hiệu liên tục
Kết hợp tín hiệu m(t) và sóng mang có tần số Fc thành một tín hiệu tập trung xung quanh Fc
Cho phép chuyển tín hiệu trên một tần số khác phù hợp với kênh truyền
Cho phép dồn kênh bằng các tần số sóng mang khác nhau
3 phương pháp chính dựa vào ñặc ñiểm của tín hiệu – ðiều biên – ðiều tần – ðiều chế góc pha 8/29/200831 ðiều biên
Biến ñổi biên ñộ sóng mang theo ñầu vào
Nếu ñầu vào cũng là hình sin – Tín hiệu ñầu ra sẽ có hai thành phần lệch với tần số sóng mang một khoảng bằng tần số ñầu vào – Na<1 ñiều biên hợp lệ – Na>1 mất thông tin
Giải thông=2 lần giải thông ñầu vào
ðiều biên một chiều: 1 lần giải thông 8/29/200832 Bài tập-01
Biểu diễn các tín hiệu mã hóa chuỗi dữ liệu sau ñây bằng các phương pháp mã hóa ñã học – 11000000 00000010 11001101 01010101 8/29/200833 Bài tập-02
Dữ liệu mã hóa bằng mã manchester (không vi sai) cho tín hiệu – Xác ñịnh thời gian của từng bít – Xác ñịnh dữ liệu ban ñầu 8/29/200834 Bài tập-04
Biểu diễn phương pháp ñiều chế pha-biên ñộ sau bằng công thức
Tốc ñộ ký hiệu là 2400 baud. Tốc ñộ dữ liệu là bao nhiêu?