Các kỹ thuật điều chế trong GSM

Kỹ thuật điều chế: Định nghĩa điều chế: Điều chế là chuyển đổi tín hiệu dải nền sang một tín hiệu khác sao cho không làm thay đổi về nội dung tin tức. Mục đích của điều chế: Cho phép tín hiệu thích nghi với điều kiện truyền của môi trường, ngay cả khi môi trường bị can nhiễu mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu muốn truyền đi. Cho phép trộn nhiều kênh thông tin trên cùng một môi trường truyền. Giảm công suất phát. Xác suất lỗi thấp Các kỹ thuật điều chế trong GSM: PCM - Pulse Code Modulation: điều chế xung mã BPSK – Binary Phase Shift Keying: khóa dịch pha nhị phân QPSK – Quadrature Phase Shift Keying: khóa dịch pha cầu phương FSK - Frequence Shift Keying: khóa dịch tần GMSK -Gaussian Minimum Shift Keying: Khóa dịch cực tiểu Gaussơ FM: Điều chế tần số được sử dụng vào hệ thống thông tin di động đầu tiên nhưng không an toàn vì nó có thể bị chặn và giải mã một cách dễ dàng. Điều chế PCM: Lọc thông thấp Mã hóa Tín hiệu PCM Tín hiệu tương tự Lấy mẫu Lượng tử hóa Bộ điều chế PCM cơ bản Chức năng từng khối: Tín hiệu tương tự: lời nói, nhạc, video… Lọc thông thấp: nhằm chóng chồng lấn về phổ. Lấy mẫu: nhằm rời rạc hóa tín hiệu theo thời gian, theo định lý lấy mẫu Nyquist : fs ≥ 2fmax. Lượng tử hóa: tạo ra các mức lượng tử của tín hiệu. Mã hóa: các mức lượng tử của tín hiệu được mã hóa thành các từ mã PCM (dưới dạng các bit nhị phân). Tốc độ của tín hiệu PCM: => R= n.fs Trong đó: fs : tần số lấy mẫu n: số bit của một từ mã PCM R: số bit truyền đi trong 1 giây Trong mạng điên thoại cố định, số bit của một từ mã là n=8, và tần số lấy mẫu fs=8 Khz => tốc độ truyền dữ liệu là R= 64 Kbps Ưu điểm của điều chế PCM: Có thể sử dụng các mạch số không đắt lắm trong hệ thống. Khi truyền tin qua khoảng cách xa, tín hiệu PCM có thể khôi phục hoàn toàn tại mỗi trạm lặp trung gian. Do đó ảnh hưởng của nhiễu không bị tích lũy, mà chỉ cần quan tâm đến nhiễu truyền dẫn giữa hai trạm lặp cạnh nhau. Tín hiệu PCM dễ lưu trữ Khuyết điểm: đòi hỏi băng thông truyền dẫn rộng. Điều chế BPSK - Khóa dịch pha nhị phân: Hai trạng thái pha được chọn là 2 trạng thái pha ngược nhau ( lệch pha nhau 1 góc 1800 ) Bộ điều chế có thể dùng LM1496. Sóng mang data BPSK 0 1 0 1 1 0 Điều chế QPSK - Khóa dịch pha cầu phương: QPSK thực chất là 2 BPSK, dịch pha 900 giữa chúng. Trong kỹ thuật này, dữ liệu cần truyền sẽ được truyền đi từng bộ 2 bit, mỗi bộ 2 bit này được gọi là một ký hiệu ( symbol). Mỗi vị trí pha là một symbol. data I Sóng mang Bộ quay pha 900 Bộ chuyển nối tiếp sang song song data QPSK I Q data Q Mạch điều chế: Bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song chia data thành 2 luồng tín hiệu có tốc độ bằng một nửa tốc độ data. Mỗi luồng tín hiệu dùng 2 bit để biểu diễn một symbol. Do sóng mang đến 2 bộ điều chế lệch pha nhau 900 nên hai thành phần I và Q vuông góc với nhau và sau khi qua bộ cộng sẽ tạo nên giản đồ 4 trạng thái pha. Thành phần I: pha 0 và 180 độ Thành phần Q: pha 90 và 270 độ symbol pha 11 450 01 1350 00 2250 10 3150 Giản đồ pha: Ví dụ về điều chế QPSK: Điều chế FSK- khóa dịch tần Tần số của sóng mang thay đổi tùy thuộc vào dữ liệu. Ở đây 2 tần số được sử dụng để biểu diễn 2 mức logic 0 và 1. Sử dụng chuyển mạch: khi data bit = 1 khóa chuyển mạch nối vị trí sóng mang tần số fc1 khi data bit = 0 khóa chuyển mạch nối vị trí sóng mang tần số fc2 kết quả là tín hiệu FSK có tần số thay đổi khi dữ liệu thay đổi Sử dụng VCO - Voltage Control Oscillator VCO sẽ phát ra hai tần số fc1 hoặc fc2 tương ứng với data bit 0 hoặc 1 1 0 1 0 fc1 fc2 data VFSK Ví dụ về điều chế FSK: Ưu điểm: Ít bị ảnh hưởng của nhiễu môi trường Sử dụng chủ yếu trong truyền số liệu tốc độ thấp Nhược điểm: do băng thông của tín hiệu rộng nên FSK không được sử dụng trong đường truyền tốc độ bit cao Điều chế GMSK- Khóa dịch cực tiểu Gaussơ ( Gaussian Minimum Shift Keying ) Đây là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịch pha. Thực chất đây là điều chế MSK nhưng tín hiệu được đưa vào bộ lọc Gaussơ rồi sau đó qua mạch điều chế MSK, nhằm thu hẹp phổ tần của tín hiệu điều chế. Mục đích của điều chế GMSK: tạo ra tín hiệu băng thông nhỏ, độ dịch tần nhỏ. Bộ lọc Guassơ Điều chế MSK Điều chế GMSK data GMSK