Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba số
1
Ch¬ng 1
Tæng quan vÒ hÖ thèng vi ba sè
Giíi thiÖu ch¬ng
Ch¬ng nµy tr×nh bµy tæng quan vÒ c¸c vÊn ®Ò sau:
+ Kh¸i niÖm vµ ®Æc ®iÓm chung cña c¸c hÖ thèng vi ba sè
+ Ph©n lo¹i c¸c hÖ thèng Vi ba sè
+ C¸c u, nhîc ®iÓm cña hÖ thèng Vi ba sè
+ C¸c m¹ng Vi ba sè ®iÓm-®iÓm vµ ®iÓm-nhiÒu ®iÓm
+ §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ
+ Ph¬ng ph¸p gi¶m ®é réng b¨ng tÇn truyÒn trong hÖ thèng Vi ba sè
+ C¸c m· truyÒn dÉn phæ biÕn trong hÖ thèng
1.1 ®Æc ®iÓm
Th«ng tin vi ba sè lµ mét trong 3 ph¬ng tiÖn th«ng tin phæ biÕn hiÖn nay (bªn
c¹nh th«ng tin vÖ tin vµ th«ng tin quang). HÖ thèng vi ba sè sö dông sãng v« tuyÕn
vµ biÕn ®æi c¸c ®Æc tÝnh cña sãng mang v« tuyÕn b»ng nh÷ng biÕn ®æi gi¸n ®o¹n vµ
truyÒn trong kh«ng trung. Sãng mang v« tuyÕn ®îc truyÒn ®i cã tÝnh ®Þnh híng rÊt
cao nhê c¸c anten ®Þnh híng.
HÖ thèng Vi ba sè lµ hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn sè ®îc sö dông trong c¸c ®êng
truyÒn dÉn sè gi÷a c¸c phÇn tö kh¸c nhau cña m¹ng v« tuyÕn. HÖ thèng Vi ba sè cã
thÓ ®îc sö dông lµm:
+ C¸c ®êng trung kÕ sè nèi gi÷a c¸c tæng ®µi sè.
+ C¸c ®êng truyÒn dÉn nèi tæng ®µi chÝnh ®Õn c¸c tæng ®µi vÖ tinh.
+ C¸c ®êng truyÒn dÉn nèi c¸c thuª bao víi c¸c tæng ®µi chÝnh hoÆc c¸c tæng ®µi vÖ
tinh.
+ C¸c bé tËp trung thuª bao v« tuyÕn.
+ C¸c ®êng truyÒn dÉn trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng ®Ó kÕt nèi c¸c m¸y di
®éng víi m¹ng viÔn th«ng.
C¸c hÖ thèng truyÒn dÉn Vi ba sè lµ c¸c phÇn tö quan träng cña m¹ng viÔn
th«ng, tÇm quan träng nµy ngµy cµng ®îc kh¼ng ®Þnh khi c¸c c«ng nghÖ th«ng tin
2
v« tuyÕn míi nh th«ng tin di ®éng ®îc ®a vµo sö dông réng r·i trong m¹ng viÔn
th«ng.
1.2 M« h×nh hÖ thèng vi ba sè
FDM
Codec
Tho¹i
T-¬ng tù
Bé
M¸y Ph¸t
ADC
GhÐp sè
Nguån sè
§-êng truyÒn
FDM
Codec
Tho¹i
Bé
M¸yThu
DAC
T-¬ng tù
T¸ch sè
Nguån sè
H×nh 1.1 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè tiªu biÓu
Mét hÖ thèng vi ba sè bao gåm mét lo¹t c¸c khèi xö lý tÝn hiÖu. C¸c khèi nµy
cã thÓ ®îc ph©n lo¹i theo c¸c môc sau ®©y:
+ BiÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè
+ TËp hîp c¸c tÝn hiÖu sè tõ c¸c nguån kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc
+ Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc ®Ó truyÒn trªn kªnh th«ng tin
+ TruyÒn tÝn hiÖu b¨ng gèc trªn kªnh th«ng tin
+ Thu tÝn hiÖu b¨ng gèc tõ kªnh th«ng tin
+ Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc thu ®îc ®Ó ph©n thµnh c¸c nguån kh¸c nhau t¬ng øng
+ BiÕn ®æi tÝn hiÖu sè thµnh c¸c tÝn hiÖu t¬ng tù t¬ng øng
- BiÕn ®æi ADC vµ DAC cã thÓ ®îc thùc hiÖn b»ng mét trong c¸c ph¬ng ph¸p sau
®©y: §iÒu vµ gi¶i ®iÒu xung m· (PCM); xung m· Logarit (Log(PCM)); xung m· vi
sai (DPCM); xung m· vi sai tù thÝch nghi (ADPCM); §iÒu vµ gi¶i ®iÒu delta (DM);
Delta tù thÝch nghi (ADM).
- TËp hîp c¸c tÝn hiÖu sè tõ c¸c nguån kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu b¨ng gèc vµ ph©n
chia tÝn hiÖu sè tõ tÝn hiÖu b¨ng gèc ®îc thùc hiÖn nhê qu¸ tr×nh ghÐp-t¸ch. Cã hai
hÖ thèng ghÐp-t¸ch chñ yÕu: theo thêi gian TDM vµ theo tÇn sè FDM. Trong FDM
3
cã c¸c tËp hîp nhãm, siªu nhãm, chñ nhãm hoÆc 16 siªu nhãm. FDM cña c¸c kªnh
©m tÇn thêng cÇn thiÕt giao tiÕp víi hÖ thèng truyÒn dÉn sè (nhê c¸c bé Codec)
- ViÖc xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc thµnh d¹ng sãng v« tuyÕn thÝch hîp ®Ó truyÒn trªn
kªnh th«ng tin phô thuéc vµo m«i trêng truyÒn dÉn v× mçi m«i trêng truyÒn dÉn cã
®Æc tÝnh vµ h¹n chÕ riªng. ViÖc x¸c ®Þnh s¬ ®å ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ thÝch hîp
yªu cÇu ®é nh¹y cña thiÕt bÞ t¬ng øng víi tØ lÖ lçi bit BER cho tríc ë tèc ®é truyÒn
dÉn nhÊt ®Þnh, phô thuéc vµo ®é phøc t¹p còng nh gi¸ thµnh cña thiÕt bÞ.
Giao tiÕp
nh¸nh
ChuyÓn ®æi
tÇn sè
KhuÕch ®¹i
c«ng suÊt
§iÒu chÕ
Xö lý
b¨ng tÇn
gèc
Bé läc
nh¸nh
Dao ®éng
néi
LO
T¸ch vµ
KhuÕch ®¹i
©m thÊp
ghÐp kªnh
Kªnh
Gi¶i
ChuyÓn ®æi
tÇn sè
nghiÖp vô
®iÒu chÕ
Dao ®éng
néi
LO
Xö lý sè
Xö lý t-¬ng tù
H×nh 1.2 S¬ ®å khèi thiÕt bÞ thu ph¸t vi ba sè
1.3 Ph©n lo¹i
Phô thuéc vµo tèc ®é bÝt cña tÝn hiÖu PCM cÇn truyÒn, c¸c thiÕt bÞ v« tuyÕn ph¶i
®îc thiÕt kÕ, cÊu t¹o phï hîp ®Ó cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn c¸c tÝn hiÖu ®ã. Cã thÓ ph©n
lo¹i nh sau:
+ Vi ba sè b¨ng hÑp (tèc ®é thÊp): ®îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã tèc ®é
2Mbit/s, 4 Mbit/s vµ 8 Mbit/s, t¬ng øng víi dung lîng kªnh tho¹i lµ 30 kªnh, 60
kªnh vµ 120 kªnh. TÇn sè sãng v« tuyÕn (0,4 - 1,5)GHz.
+ Vi ba sè b¨ng trung b×nh (tèc ®é trung b×nh): ®îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã
tèc ®é tõ (8-34) Mbit/s, t¬ng øng víi dung lîng kªnh tho¹i lµ 120 ®Õn 480 kªnh. TÇn
sè sãng v« tuyÕn (2 - 6)GHz.
+ Vi ba sè b¨ng réng (tèc ®é cao): ®îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã tèc ®é tõ (34-
140) Mbit/s, t¬ng øng víi dung lîng kªnh tho¹i lµ 480 ®Õn 1920 kªnh. TÇn sè sãng
v« tuyÕn 4, 6, 8, 12GHz.
4
1.4 Mét sè u ®iÓm cña hÖ thèng vi ba sè
1. Nhê c¸c ph¬ng thøc m· ho¸ vµ ghÐp kªnh theo thêi gian dïng c¸c vi m¹ch tÝch
hîp cì lín nªn th«ng tin xuÊt ph¸t tõ c¸c nguån kh¸c nhau nh ®iÖn tho¹i, m¸y tÝnh,
facsimile, telex,video... ®îc tæng hîp thµnh luång bit sè liÖu tèc ®é cao ®Ó truyÒn
trªn cïng mét sãng mang v« tuyÕn.
2. Nhê sö dông c¸c bé lÆp t¸i sinh luång sè liÖu nªn tr¸nh ®îc nhiÔu tÝch luü trong
hÖ thèng sè. ViÖc t¸i sinh nµy cã thÓ ®îc tiÕn hµnh ë tèc ®é bit cao nhÊt cña b¨ng
tÇn gèc mµ kh«ng cÇn ®a xuèng tèc ®é bit ban ®Çu.
3. Nhê cã tÝnh chèng nhiÔu tèt, c¸c hÖ thèng vi ba sè cã thÓ ho¹t ®éng tèt víi tØ sè
sãng mang / nhiÔu (C/N)>15dB. Trong khi ®ã hÖ thèng vi ba t¬ng tù yªu cÇu (C/N)
lín h¬n nhiÒu (>30dB, theo khuyÕn nghÞ cña CCIR). §iÒu nµy cho phÐp sö dông l¹i
tÇn sè ®ã b»ng ph¬ng ph¸p ph©n cùc trùc giao, t¨ng phæ hiÖu dông vµ dung lîng
kªnh.
4. Cïng mét dung lîng truyÒn dÉn, c«ng suÊt ph¸t cÇn thiÕt nhá h¬n so víi hÖ thèng
t¬ng tù lµm gi¶m chi phÝ thiÕt bÞ, t¨ng ®é tin cËy, tiÕt kiÖm nguån. Ngoµi ra, c«ng
suÊt ph¸t nhá Ýt g©y nhiÔu cho c¸c hÖ thèng kh¸c.
1.5 Mét sè khuyÕt ®iÓm cña hÖ thèng vi ba sè
1. Khi ¸p dông hÖ thèng truyÒn dÉn sè, phæ tÇn tÝn hiÖu tho¹i réng h¬n so víi hÖ
thèng t¬ng tù.
2. Khi c¸c th«ng sè ®êng truyÒn dÉn nh trÞ sè BER, S/N thay ®æi kh«ng ®¹t gi¸ trÞ
cho phÐp th× th«ng tin sÏ gi¸n ®o¹n, kh¸c víi hÖ thèng t¬ng tù th«ng tin vÉn tån t¹i
tuy chÊt lîng kÐm
3. HÖ thèng nµy dÔ bÞ ¶nh hëng cña mÐo phi tuyÕn do c¸c ®Æc tÝnh b·o hoµ, do c¸c
linh kiÖn b¸n dÉn g©y nªn, ®Æc tÝnh nµy kh«ng x¶y ra cho hÖ thèng t¬ng tù FM
C¸c vÊn ®Ò trªn ®· ®îc kh¾c phôc nhê ¸p dông c¸c tiÕn bé kü thuËt míi nh
®iÒu chÕ sè nhiÒu møc, dïng thiÕt bÞ dù phßng (1+n) vµ sö dông c¸c m¹ch b¶o vÖ.
1.6 C¸c m¹ng vi ba sè
Thêng c¸c m¹ng vi ba sè ®îc nèi cïng víi c¸c tr¹m chuyÓn m¹ch nh lµ mét bé
phËn cña m¹ng trung kÕ quèc gia hoÆc trung kÕ riªng, hoÆc lµ nèi c¸c tuyÕn nh¸nh
xuÊt ph¸t tõ trung t©m thu thËp th«ng tin kh¸c nhau ®Õn tr¹m chÝnh. (øng dông trong
c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch hoÆc tæ chøc c¸c m¹ng Internet)
5
1.6.1 Vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm
M¹ng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm hiÖn nay ®îc sö dông phæ biÕn. Trong c¸c m¹ng
®êng dµi thêng dïng c¸p sîi quang cßn c¸c m¹ng quy m« nhá h¬n nh tõ tØnh ®Õn
c¸c huyÖn hoÆc c¸c ngµnh kinh tÕ kh¸c ngêi ta thêng sö dông cÊu h×nh vi ba sè
®iÓm-®iÓm dung lîng trung b×nh hoÆc cao nh»m tho¶ m·n nhu cÇu cña c¸c th«ng
tin vµ ®Æc biÖt lµ dÞch vô truyÒn sè liÖu. Ngoµi ra, trong mét sè trêng hîp vi ba dung
lîng thÊp lµ gi¶i ph¸p hÊp dÉn ®Ó cung cÊp trung kÕ cho c¸c m¹ng néi h¹t, m¹ng
th«ng tin di ®éng.
RX/TX
RX/TX
MUX/
DEMUX
MUX/
DEMUX
H×nh 1.3 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm tiªu biÓu.
1.6.2 Vi ba sè ®iÓm nèi ®Õn nhiÒu ®iÓm
M¹ng vi ba sè nµy ngµy cµng trë thµnh phæ biÕn, nã bao gåm mét tr¹m trung
t©m ph¸t th«ng tin trªn mét an ten ®¼ng híng phôc vô cho mét sè tr¹m ngo¹i vi bao
quanh. NÕu c¸c tr¹m ngo¹i vi nµy n»m trong ph¹m vi (b¸n kÝnh) truyÒn dÉn cho
phÐp th× kh«ng cÇn dïng c¸c tr¹m lÆp, nÕu kho¶ng c¸ch xa h¬n th× sÏ sö dông c¸c
tr¹m lÆp ®Ó ®a tÝn hiÖu ®Õn c¸c tr¹m ngo¹i vi. Tõ ®©y, th«ng tin sÏ ®îc truyÔn ®Õn
c¸c thuª bao. ThiÕt bÞ vi ba tr¹m ngo¹i vi cã thÓ ®Æt ngoµi trêi, trªn cét.v.v... mçi
tr¹m ngo¹i vi cã thÓ ®îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ cho nhiÒu trung kÕ. Khi mËt ®é cao cã thÓ
bæ sung thªm thiÕt bÞ; ®îc thiÕt kÕ ®Ó ho¹t ®éng trong c¸c b¨ng tÇn 1,5GHz -1,8GHz
vµ 2,4GHz sö dông mét sãng mang cho hÖ thèng hoµn chØnh.
HiÖn nay c¸c hÖ thèng ®iÓm nèi ®Õn ®a ®iÓm 19GHz ®· ®îc chÕ t¹o vµ l¾p
®Æt ë Ch©u ¢u ®Ó cung cÊp c¸c dÞch vô sè liÖu (Kbit/s) Internet trong m¹ng néi h¹t
kho¶ng c¸ch 10Km. Tr¹m trung t©m ph¸t tèc ®é bit kho¶ng 8,2Mb/s vµ mçi tr¹m
sö dông kü thuËt TDMA.
6
Sóng vi ba
Sóng vi ba
Sóng vi ba
Tr¹m ngo¹i vi 3
RX/TX
Tr¹m ngo¹i vi 1
RX/TX
MUX/
DEMUX
MUX/
DEMUX
Tr¹m trung t©m
TX/RX
MW
RX/TX
MUX/
DEMUX
Trung kÕ
Tr¹m ngo¹i vi 2
Néi h¹t
H×nh 1.3 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm tiªu biÓu.
1.7 §iÒu chÕ vµ gi¶I §iÒu chÕ sè
1.7.1 §iÒu chÕ sè
§iÒu chÕ sè lµ ph¬ng thøc ®iÒu chÕ ®èi víi tÝn hiÖu sè mµ trong ®ã 1 hay nhiÒu
th«ng sè cña sãng mang ®îc thay ®æi theo sãng ®iÒu chÕ. Hay nãi c¸ch kh¸c, ®ã lµ
qu¸ tr×nh g¾n tin tøc (sãng ®iÒu chÕ) vµo mét dao ®éng cao tÇn (sãng mang) nhê
biÕn ®æi 1 hay nhiÒu h¬n 1 th«ng sè nµo ®ã cña dao ®éng cao tÇn theo tin tøc. Th«ng
qua qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ sè, tin tøc ë vïng tÇn sè thÊp sÏ ®îc chuyÓn lªn vïng tÇn sè
cao ®Ó cã thÓ truyÒn ®i xa.
M¸y ph¸t
M¸y thu
Bé ®iÒu chÕ
Bé gi¶i ®iÒu chÕ
TÝn hiÖu b¨ng
tÇn gèc
TÝn hiÖu b¨ng
tÇn gèc
TÝn hiÖu b¨ng tÇn
v« tuyÕn
Sãng mang
H×nh 1.4 S¬ ®å m« t¶ qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè.
Gi¶ sö cã 1 sãng mang h×nh sin nh sau:
f0 (t) A.cos(
=
ω 0t + ϕ )
(1.1)
7
Trong ®ã:
+ A : biªn ®é cña sãng mang
+ ωo = 2πfo : tÇn sè gãc cña sãng mang
+ fo : tÇn sè cña sãng mang
+ ϕ(t) : pha cña sãng mang
Tuú theo tham sè ®îc sö dông ®Ó mang tin: cã thÓ lµ biªn ®é A, tÇn sè fo, pha ϕ
(t) hay tæ hîp gi÷a chóng mµ ta cã c¸c kiÓu ®iÒu chÕ kh¸c nhau:
+§iÒu chÕ khãa dÞch biªn ®é ASK (Amplitude Shift Keying): Sãng ®iÒu
biªn ®îc t¹o ra b»ng c¸ch thay ®æi biªn ®é cña sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu
b¨ng gèc.
+§iÒu chÕ khãa dÞch tÇn sè FSK (Frequency Shift Keying): Sãng ®iÒu tÇn ®-
îc t¹o ra b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu b¨ng gèc.
+§iÒu chÕ khãa dÞch pha PSK (Phase Shift Keying): : Sãng ®iÒu pha ®îc t¹o
ra b»ng c¸ch thay ®æi pha sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu b¨ng gèc.
+§iÒu chÕ biªn ®é vµ pha kÕt hîp hay ®iÒu chÕ cÇu ph¬ng QAM
(Quadrature Amplitude Modulation).
1.7.2 Gi¶i ®iÒu chÕ sè
Gi¶i ®iÒu chÕ lµ qu¸ tr×nh ngîc l¹i víi qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ, trong qu¸ tr×nh
thu ®îc cã mét trong nh÷ng tham sè: biªn ®é, tÇn sè, pha cña tÝn hiÖu sãng mang ®-
îc biÕn ®æi theo tÝn hiÖu ®iÒu chÕ vµ tuú theo ph¬ng thøc ®iÒu chÕ mµ ta cã c¸c ph-
¬ng thøc gi¶i ®iÒu chÕ thÝch hîp ®Ó lÊy l¹i th«ng tin cÇn thiÕt.
1.7.3 C¸c ph¬ng thøc ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ
HiÖn nay hÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ vi ba sè ®Òu sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ pha
(PSK) vµ ®iÒu chÕ cÇu ph¬ng (QAM), do vËy ch¬ng nµy tËp trung tr×nh bµy vÒ hai
lo¹i ®iÒu chÕ liªn quan ®Õn PSK vµ QAM.
1.7.3.1 Ph¬ng thøc ®iÒu chÕ PSK
C¬ së to¸n häc
PSK lµ ph¬ng thøc ®iÒu chÕ mµ pha cña tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn biÕn ®æi
theo tÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc.
f0 (t)
= cos(ω 0t + ϕ )
Gi¶ sö tÝn hiÖu sãng mang ®îc biÓu diÔn:
8
BiÓu thøc tÝn hiÖu b¨ng gèc: s(t) lµ tÝn hiÖu ë d¹ng nhÞ ph©n (0,1) hay lµ mét
d·y NRZ (Non-Return Zero).
P(t)
= cos{ω 0t + ϕ + [s(t).∆ φ ]/ 2}
Khi ®ã, tÝn hiÖu ®iÒu pha PSK cã d¹ng:
(1.2)
Trong ®ã: ∆φ = 2π/n lµ sù sai pha gi÷a c¸c pha l©n cËn cña tÝn hiÖu.
BiÔu diÔn tÝn hiÖu theo kiÓu cÇu ph¬ng:
P(t)
=
cos{ω 0t + ϕ + [s(t).∆ φ ]/ 2}
=
cos{[s(t).∆ φ ]/ 2}.cos(ω 0t + ϕ ) − sin{[s(t).∆ φ ]/ 2}.sin(ω 0t + ϕ )
a(t)
b(t)
=
=
cos{[s(t).∆ φ ]/ 2}
sin{[s(t).∆ φ ]/ 2}
§Æt
−
P(t)
= a(t).cos(ω 0t + ϕ ) + b(t).sin(ω 0t + ϕ )
(1.3)
VËy, tÝn hiÖu ®iÒu pha lµ tæng cña hai tÝn hiÖu ®iÒu biªn vu«ng gãc nhau.
1.7.3.1.1 §iÒu chÕ pha 2 møc 2-PSK
Tõ biÓu thøc (1.2), víi n = 2, ∆φ = π th× ta cã kiÓu ®iÒu chÕ 2-PSK hay cßn gäi
lµ PSK nhÞ ph©n BPSK. TÝn hiÖu 2-PSK cã d¹ng:
P(t)
=
cos{
ω
0t + ϕ
+
s(t).π }
(1.4)
2
Sãng mang
1
t
0
-1
Xung vµo
1
0
t
-1
D¹ng sãng
®· ®iÒu chÕ
1
0
t
-1
H×nh 1.5 TÝn hiÖu 2PSK
§iÒu chÕ
9
TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) lµ xung NRZ lìng cùc vµ s¬ ®å ®iÒu chÕ nµy sö dông
mét trong hai pha lÖch nhau 180o vµ ®îc gäi lµ PSK nhÞ ph©n (BPSK).
π
P (t)
=
cos{
ω
0t + ϕ
+
}
+Víi c¸c bit 1:
+Víi c¸c bit -1:
1
2
π
P (t)
=
cos{
ω
0t + ϕ
−
}
−
1
2
Nh vËy, biªn ®é cña cña tÝn hiÖu BPSK kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn,
nhng bÞ chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i.
sinω t
o
cosω t
o
-1
1
H×nh 1.6. BiÓu ®å vector BPSK,
Gi¶i ®iÒu chÕ
TÝn hiÖu 2-PSK ®îc tæng hîp víi sãng mang chuÈn th«ng qua bé läc th«ng
thÊp ®Ó lo¹i bá thµnh phÇn hµi bËc cao cho ta thu ®îc tÝn hiÖu ban ®Çu.
BPSK
s(t)
LPF
Sãng mang chuÈn
H×nh 1.7. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 2-PSK.
Pha cña tÝn hiÖu sãng mang chuÈn b»ng víi pha cña tÝn hiÖu thu nhËn ®îc, nªn
nÕu tÝn hiÖu thu lµ:
P(t)
π
=
2.cos(
ω
0t
±
)
=
2.s(t).sinω 0t
víi s(t) = ±1
(1.5)
2
±
2.sinω 0t
th× tÝn hiÖu chuÈn lµ:
vµ tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ lµ: ±s(t).
1.7.3.1.2 §iÒu chÕ pha 4 tr¹ng th¸i 4-PSK
Tõ biÓu thøc (1.2), víi n = 4, ∆φ = π/2 th× ta cã kiÓu ®iÒu chÕ 4-PSK hay PSK
cÇu ph¬ng (QPSK). TÝn hiÖu 4-PSK cã d¹ng:
P(t)
=
cos{
ω
0t + ϕ
+
s(t).π }
(1.6)
4
10
TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) lµ xung NRZ lìng cùc nhËn 4 gi¸ trÞ.
§iÒu chÕ
S¬ ®å nguyªn lý bé ®iÒu chÕ 4-PSK sö dông mét trong 4 pha lÖch nhau 90o, ®-
îc gäi lµ 4-PSK hay PSK cÇu ph¬ng (QPSK).
b(t) = ±1
Bé quay
pha 90o
s(t)
P(t)
SPC
a(t) = ±1
Sãng mang chuÈn f (t) = cosϖ t
0
0
H×nh 1.8. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu QPSK.
TÝn hiÖu b¨ng gèc ®îc ®a vµo bé biÕn ®æi nèi tiÕp thµnh song song, ®Çu ra ®îc
hai luång sè liÖu cã tèc ®é bit gi¶m ®i mét nöa, ®ång thêi biÕn ®æi tÝn hiÖu ®¬n cùc
thµnh tÝn hiÖu ±1. Hai sãng mang ®a tíi hai bé trén lµm lÖch pha nhau 90o. Tæng
hîp tÝn hiÖu ®Çu ra 2 bé trén ta ®îc tÝn hiÖu 4-PSK. TÝn hiÖu ra ë 2 bé trén:
M1 (t)
=
a(t).cos
ω
0t M2 (t)
=
b(t).sin
ω 0t
víi a(t) = ±1, b(t) = ±1.
P(t)
=
a(t).cos
ω
0 .t
+
b(t).sinω 0t
TÝn hiÖu ra 4-PSK lµ:
(1.7)
a(t)
1
0
t
-1
1-1
-1-1
b(t)
1
0
t
-11
11
-1
P(t)
1
H×nh 1.10 BiÓu ®å vector
cña ®iÒu chÕ QPSK
0
t
-1
H×nh 1.9 TÝn hiÖu 4PSK
11
Gi¶i ®iÒu chÕ
LPF
P(t)
Bé quay
pha 90o
M¹ch
Logic
LPF
Sãng mang chuÈn f (t) = cosϖ t
0
0
H×nh 1.11 S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ pha 4-PSK.
π
P(t)
=
2.cos[
ω
0t
+
+ ϕ (t)]
Gi¶ sö tÝn hiÖu thu ®îc lµ:
4
=
a(t).cos
ω
0t
+ b(t).sinω 0t
Víi ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3. Vµ a(t) = ±1, b(t) = ±1.
Hai tÝn hiÖu chuÈn vµo bé trén:
n
π
P (t)
=
2.cos(
ω
0t
0t
+
+
)
)
ref 1
2
nπ
Pref 2 (t)
=
2.sin(ω
2
TÝn hiÖu sau khi qua c¸c bé läc:
a(t)
π
n
π
1
PLPF1 (t)
PLPF 2 (t)
=
cos[
ϕ
(t)
(t)
+
+
]
=
=
=
±
±
4 −
2
(1.8.a)
(1.8.b)
2
2
π
n
π
b(t)
1
=
sin[
ϕ
−
] =
4
2
2
2
1.7.3.1.3 §iÒu chÕ pha 8 tr¹ng th¸i 8-PSK
Tõ biÓu thøc (1.2), víi n = 8, ∆φ = π/4 th× ta cã sãng ®iÒu chÕ 8-PSK. TÝn hiÖu
P(t)
=
cos[
ω
0t + ϕ
+
s(t).π ]
8-PSK cã d¹ng:
(1.9)
8
TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) nhËn 8 gi¸ trÞ.
§iÒu chÕ
Bé ®iÒu chÕ 8-PSK lµ sù kÕt hîp tÝn hiÖu cña 2 bé ®iÒu chÕ 4-PSK. Sãng mang
cña 2 bé ®iÒu chÕ cos mét sù sai pha 45o. Mét bé m· ho¸ biÕn ®æi tÝn hiÖu ®îc t¹o ra
tõ tÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) sau khi ®i qua bé SPC thµnh c¸c tÝn hiÖu ®iÒu chÕ.
12
Tæng hîp c¸c tÝn hiÖu ra cña hai bé ®iÒu chÕ 4-PSK ta ®îc tÝn hiÖu 8-PSK.
A
90o
s(t)
B
TÝn hiÖu
8-PSK
D
SPC
90o
Codec
45o
C
Sãng mang
chuÈn
H×nh 1.12. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 8-PSK.
BiÓu ®å vector cña ®iÒu chÕ pha 8 tr¹ng th¸i 8-PSK
011
001
010
110
000
111
100
101
H×nh 1.13 BiÓu ®å vector 8-PSK.
Gi¶i ®iÒu chÕ
P(t)
LPF
LPF
LPF
LPF
M¹ch
Logic
135o 90o
45o
Sãng mang chuÈn P
ref
H×nh 1.14. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 8-PSK.
13
π
P(t)
=
2.cos[
ω
0t
+
+ ϕ (t)]
Gi¶ sö tÝn hiÖu thu ®îc lµ:
8
=
a(t).cos
ω
0t b(t).sin
+
ω
0t
Víi ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,...,7. Vµ a(t) = ±1, b(t) = ±1.
TÝn hiÖu chuÈn vµo bé trén:
n2
π
P (t)
=
2.cos(
ω
0t + φ
)
R
φ R (t) =
, víi:
ref 1
8
TÝn hiÖu ®É ®îc gi¶i ®iÒu chÕ sau khi qua c¸c bé läc th«ng thÊp :
π
3π
P
LPF1 (t)
=
cos[
ϕ
(t)
(t)
(t)
+
− φ
− φ
− φ
−
]
(1.10.a)
(1.10.b)
(1.10.c)
(1.10.d)
R
8
4
π
2π
PLPF 2 (t)
PLPF3 (t)
=
cos[
ϕ
+
−
]
R
8
4
π
π
=
cos[
ϕ
+
−
]
R
8
4
π
PLPF 4 (t)
=
cos[
ϕ
(t)
+
− φ ]
R
8
Sau bé läc th«ng thÊp lµ c¸c bé so s¸nh nh»m x¸c ®Þnh 4 tÝn hiÖu nhÞ ph©n. C¸c
m¹ch logic t¹o ra 3 tÝn hiÖu nhÞ ph©n tõ 4 ®êng vµo b»ng c¸c xö lý logic thÝch hîp.
NhËn xÐt:
+Khi sè pha t¨ng lªn th× tèc ®é bit gi¶m, ®iÒu nµy sÏ lµm gi¶m b¨ng th«ng,
tiÕt kiÖm ®îc ®êng truyÒn dÉn, cho phÐp truyÒn ®îc nhiÒu kªnh th«ng tin.
+Tuy nhiªn, khi sè pha t¨ng lªn c¸c tæ hîp bit sÏ cµng gÇn nhau h¬n, nghÜa
lµ t¨ng kh¶ n¨ng m¾c lçi cña hÖ thèng.
Do vËy, trong th«ng tin sè tèc ®é cao sè tr¹ng th¸i pha nhiÒu, ®Ó gi¶m kh¶
n¨ng m¾c lçi cã thÓ sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph¬ng QAM.
1.7.3.2. §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph¬ng QAM
§iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph¬ng QAM lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kÕt hîp gi÷a ®iÒu
chÕ biªn ®é ASK vµ ®iÒu chÕ pha PSK. Trong ph¬ng thøc ®iÒu chÕ nµy, ta thùc hiÖn
®iÒu chÕ biªn ®é nhiÒu møc 2 sãng mang mµ 2 sãng mang nµy ®îc dÞch pha 1 gãc
90o. TÝn hiÖu tæng cña 2 sãng mang nµy cã d¹ng võa ®iÒu biªn võa ®iÒu pha:
Q1 (t)
=
a(t).cos[
ω
o .t + ϕ (t)]
Q (t) = b(t).sin[ω o .t + ϕ 2 (t)]
2
vµ
1
TÝn hiÖu s(t) lµ tæng cña 2 thµnh phÇn ss(t) vµ sc(t) vµ ®îc biÓu diÔn nh sau:
14
=
a(t).cos[ω ot + ϕ 1(t)]+ b(t).sin[ω ot + ϕ 2 (t)]
(1.11)
Q(t)
=
Q1(t)
+
Q2 (t)
Nhê cã biªn ®é thay ®æi mµ c¸c tr¹ng th¸i pha cña sãng mang ®· c¸ch xa
nhau, do vËy kh¶ n¨ng m¾c lçi sÏ gi¶m, ®©y còng chÝnh lµ u ®iÓm cña QAM.
§iÒu chÕ
2/L
LPF
TÝn hiÖu
M-QAM
s(t)
Bé quay
pha 90o
SPC
2/L
LPF
Sãng mang
H×nh 1.15. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-QAM.
Bé chuyÓn ®æi SPC chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®iÒu chÕ vµo thµnh 2 chuçi tÝn hiÖu
NRZ song song. Bé biÕn ®æi 2/L cã chøc n¨ng chuyÓn ®æi chuçi NRZ thµnh chuçi
tÝn hiÖu cã
møc. Víi L = 4 th× M = 16, ta cã ®iÒu chÕ 16-QAM, vµ víi L =
M
L
8 th× M = 64, ta cã ®iÒu chÕ 64-QAM.
H×nh 1.16. BiÓu ®å kh«ng gian tÝn hiÖu 16QAM
L2 - QAM
C¸c
møc
C¸c møc
H×nh 1.17. BiÓu ®å kh«ng gian tÝn hiÖu QAM nhiÒu tr¹ng th¸i.
15
Gi¶i ®iÒu chÕ
Q(t)
=
a(t).cos
ω
0t
+
b(t).sin
ω 0t
TÝn hiÖu M-QAM vµo:
Q
ref 1 (t)
=
2.cos 0t
ω
Q
vµ
ref 2 (t)
=
2.sin
ω
0t
TÝn hiÖu chuÈn:
Sau khi lo¹i bá thµnh phÇn hµi bËc cao ë c¸c bé läc th«ng thÊp ta sÏ cã:
QLPF1 (t) a(t) QLPF 2 (t) b(t)
=
=
vµ
LPF
ADC
ADC
s(t)
Q(t)
Bé quay
pha 90o
PSC
LPF
Sãng mang chuÈn
H×nh 1.18. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ M-QAM.
Biªn ®é cña tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ cã L = møc, trong ®ã M lµ sè tr¹ng th¸i
M
tÝn hiÖu. TÝn hiÖu L møc ®îc biÕn ®æi bëi bé biÕn ®æi ADC thµnh n/2 tÝn hiÖu 2 møc,
trong ®ã L = 2n/2 vµ M = L2. Víi 16-QAM th× n = 4, L = 4 vµ víi 64-QAM th× n = 6,
L = 8. Tõ n tÝn hiÖu nµy, bé biÕn ®æi PSC sÏ t¹o nªn tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ.
1.8 Gi¶m ®é réng b¨ng tÇn truyÒn b»ng ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ
nhiÒu møc.
B
Theo ®Þnh lý Nyquist: §é réng b¨ng tÇn cña kªnh truyÒn( ) (kªnh th«ng
rS
( )
thÊp) ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng tèc ®é ký hiÖu chia 2
®Ó kh«ng cã hiÖn tîng giao
2
rS
B
≥
thoa gi÷a c¸c ký hiÖu.
Trong hÖ thèng PCM,
(1.12)
(1.13)
2
rS
= fS b
f ,b
: lÇn lît lµ tÇn sè lÊy mÉu, sè bit trong tõ m·.
S
Thay (1.23) vµo (1.22) ta ®îc biÓu thøc vÒ ®é réng b¨ng tÇn cÇn thiÕt cña kªnh
truyÒn ®Ó tr¸nh hiÖn tîng giao thoa gi÷a c¸c ký hiÖu nh sau:
rS
fS b
B
≥
=
(1.14)
2
2
16
Gi¶ sö ta sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ pha M tr¹ng th¸i. Lóc ®ã tèc ®é ký hiÖu
log2 M
gi¶m
log2 M
lÇn. Do ®ã, ®é réng b¨ng tÇn cÇn thiÕt cña kªnh truyÒn còng gi¶m
lÇn so víi ®iÒu chÕ nhÞ ph©n hai møcnh biÓu thøc:
fS b
B
≥
(1.15)
2log2 M
fS
=
8KHz
VÝ dô: M· ho¸ PCM mét kªnh tho¹i
víi sè bit trong tõ m·: b = 8bit th×
rS
fS b
8.8
2
Bmin
=
=
=
b¨ng tÇn tèi thiÓu lµ:
= 32KHz. Trong khi ®ã, ph¬ng ph¸p
2
2
truyÒn dÉn tÝn hiÖu t¬ng tù yªu cÇu b¨ng tÇn tho¹i 3,1KHz (0,3-3,4) KHz. Suy ra,
ph¬ng ph¸p truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè cã b¨ng tÇn xÊp xÜ 10 lÇn so víi ph¬ng ph¸p t¬ng
tù. NÕu sö dông ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ 16-PSK cã M=16 møc th× b¨ng th«ng yªu cÇu
log M
= log2 16 = 4
lÇn vµ t¬ng ®¬ng 8 KHz.
gi¶m
2
1.9 C¸c m· truyÒn dÉn
NÕu cïng c¸c sè liÖu ®îc truyÒn ®i liªn tôc, lçi cã thÓ ph¸t sinh khi nhËn
chóng. V× thÕ viÖc phôc håi sè liÖu cùc kú khã kh¨n . Do ®ã, c¸c tÝn hiÖu nhÞ ph©n tõ
thiÕt bÞ ghÐp kªnh ®îc biÕn ®æi thµnh c¸c m· truyÒn dÉn ®Ó gi¶m lçi tÝn hiÖu trong
qu¸ tr×nh truyÒn.
§Ó ®¹t ®îc ®iÒu ®ã, c¸c m· truyÒn dÉn ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau ®©y:
+ Ph¶i phèi hîp ®Æc tÝnh phæ cña tÝn hiÖu víi ®Æc tÝnh cña kªnh truyÒn.
+ §¶m b¶o c¸c d·y bit ph¶i ®éc lËp thèng kª víi nhau ®Ó gi¶m lîng trît, gi¶m sù
phô thuéc mÉu do c¸c mÉu lÆp g©y ra.
+ DÔ dµng t¸ch ®îc xung ®ång hå vµ t¸i sinh tÝn hiÖu
+ §¶m b¶o ®é d cÇn thiÕt ®Ó gi¸m s¸t lçi truyÒn dÉn vµ ph¸t hiÖn ®îc sù cè cña thiÕt
bÞ.
+ Ph¶i duy tr× ®é d thõa th«ng tin ë møc thÊp cã thÓ ®îc ®Ó gi¶m tèc ®é bÝt vµ gi¶m
®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu
+ Gi¶m thµnh phÇn mét chiÒu cña tÝn hiÖu ®Õn møc b»ng 0.
+ Gi¶m c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp ®Ó gi¶m xuyªn ©m vµ kÝch thíc cña bé phËn vµ
c¸c linh kiÖn trong m¹ch. TÝn hiÖu nhÞ ph©n ®¬n cùc cã thµnh phÇn mét chiÒu, cã
chøa n¨ng lîng lín trong trong phæ tÇn thÊp v× vËy kh«ng thÝch hîp cho viÖc truyÒn
17
dÉn. Trong thùc tÕ ngêi ta thêng sö dông c¸c m· lìng cùc ch¼ng h¹n nh m· truyÒn
dÉn HDB3 (m· nhÞ ph©n mËt ®é cao cã cùc ®¹i 3 sè 0 liªn tiÕp), CMI...
1.9.1 C¸c m· ®êng truyÒn
Trong hÖ thèng truyÒn dÉn th«ng tin Vi ba thêng sö dông c¸c lo¹i m· HDB3,
CMI, vµ do vËy ta chØ xem xÐt 2 lo¹i m· nµy.
M· HDBN (High Density Binary with maximum of 3 consecutive
Zeros)
M· HDBN lµ m· lìng cùc mËt ®é cao cã cùc ®¹i N sè 0, ®©y lµ lo¹i m· c¶i tiÕn
cña m· AMI thùc hiÖn viÖc thay thÕ N+1 sè 0 liªn tiÕp b»ng N+1 xung nhÞp chøa
xung ph¹m luËt V vµ xung ph¹m luËt nµy sÏ ë t¹i bit thø N+1 cña c¸c m· sè 0 liªn
tôc.
Víi lo¹i m· HDBN nµy th× d¹ng HDB3 thêng ®îc sö dông trong hÖ thèng
truyÒn ®Én th«ng tin vi ba sè.
M· HDB3
M· HDB3 lµ m· lìng cùc mËt ®é cao cã cùc ®¹i lµ 3 sè 0 liªn tiÕp.
Quy t¾c m· ho¸:
+Møc logic 1 ®îc m· ho¸ theo møc lìng cùc.
+Møc logic 0 ®îc m· ho¸ theo tr¹ng th¸i 0 th«ng thêng.
+§èi víi d·y 4 sè 0 liªn tiÕp th× ®îc m· ho¸ theo mét trong 2 trêng hîp sau:
OOOV hoÆc BOOV sao cho sè bit B gi÷a 2 bit V lµ lÎ.
Gi¸ trÞ
nhÞ ph©n
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
t
t
Quy luËt
m· ho¸
B
V
B
B
B
V
+V
0
TÝn hiÖu
HDB3
t
-V
H×nh 1.19. D¹ng sãng HDB3.
M· nµy kh¸ th«ng dông vµ ITU-T khuyÕn nghÞ sö dông ë tèc ®é bit
2,048Mbps; 8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiªu chuÈn ch©u ¢u (khuyÕn nghÞ G-
703).
18
M· CMI (Code Mark Inversion)
M· CMI lµ m· ®¶o dÊu m·, ®©y chÝnh lµ lo¹i NRZ 2 møc.
Quy t¾c m· ho¸:
+Møc logic 0 ®îc m· ho¸ thµnh c¸c sãng vu«ng d¬ng - ©m hoÆc ©m - d¬ng
nhng mçi møc chØ chiÕm 1 kho¶ng thêi gian T/2.
+Møc logic 1 ®îc m· ho¸ thµnh c¸c sãng vu«ng d¬ng - d¬ng hoÆc ©m - ©m
nhng mçi møc chØ chiÕm 1 kho¶ng thêi gian T theo luËt lu©n phiªn.
M· CMI ®îc ITU-T khuyÕn nghÞ sö dông ë tèc ®é bit 140Mbps theo tiªu
chuÈn ch©u ¢u (khuyÕn nghÞ G-703).
Ngoµi ra, cßn nhiÒu m· kh¸c nh: m· Wal1, m· Wal2, m· Manchester, m·
chuçi, m· 5B6B,... tuy nhiªn chóng kh«ng ®îc sö dông th«ng dông.
Theo khuyÕn nghÞ G703 vÒ c¸c giao tiÕp cña CCITT cho chi tiÕt trë kh¸ng,
lo¹i ®«i d©y dÉn møc tÝn hiÖu d¹ng khung, t¶i khung ph©n bè còng nh m· truyÒn dÉn
ë nh÷ng tèc ®é bit kh¸c nhau dïng cho hÖ Ch©u ¢u.
B¶ng 1.2 M· truyÒn dÉn dïng trong vi ba sè
Tèc ®é bit (Mb/s)
Lo¹i c¸p
2.048
S/C
120/75
HDB3
Vu«ng
8.448
C
75
34.368
C
75
139.246
C
75
Trë kh¸ng(Ω)
M· ®êng
D¹ng xung chuÈn
HDB3
Vu«ng
HDB3
Vu«ng
CMI
Vu«ng
S: c¸p ®èi xøng. C: C¸p ®ång trôc.
18 trang
27121
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_vi_ba_ve_tinh_chuong_1_tong_quan_ve_he_thong_vi_b.pdf
