Đề tài Khái quát về truyền và xử lý tín hiệu trong các hệ thống thông tin viễn thông

g tiÕng nãi nh­ trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng, trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nguån ph¸t thanh truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c th«ng sè cña m« h×nh t¹o tiÕng nãi. Mét trong c¸c bé m· ho¸ c¬ b¶n vµ tiªu biÓu cho ph­¬ng ph¸p nµy lµ bé m· ho¸ dù b¸o tuyÕn tÝnh LPC (Linear Predictive Coder). - M· ho¸ lai (Hybrid Coder) lµ sù kÕt hîp cña hai ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng vµ m· ho¸ nguån ph¸t thanh. Trong ®ã, m« h×nh läc tæng hîp tiÕng nãi th× t­¬ng tù nh­ ®èi víi c¸c bé m· ho¸ nguån ph¸t thanh cßn tÝn hiÖu kÝch thÝch l¹i ®­îc m· ho¸ mét c¸ch hiÖu qu¶ b»ng kü thuËt m· d¹ng sãng. 2.1.2. §iÒu chÕ m· xung PCM (Pulse Code Modulation) Kh¸i niÖm: Lµ qu¸ tr×nh m· ho¸ tÝn hiÖu liªn tôc t¹o thµnh c¸c xung mang th«ng tin th«ng qua qu¸ tr×nh ®iÒu biÕn biªn ®é. §©y lµ d¹ng tiªu biÓu trong m· ho¸ d¹ng sãng, sö dông phæ biÕn trong c¶ tÝn hiÖu tho¹i, nhãm kªnh tho¹i ghÐp kªnh theo tÇn sè, tÝn hiÖu video… S¬ ®å ®iÒu chÕ: Läc LÊy mÉu L­îng tö M· ho¸ TÝn hiÖu liªn tôc TÝn hiÖu cã b¨ng h¹n chÕ C¸c xung PAM C¸c xung PAM l­îng tö ho¸ TÝn hiÖu PCM H×nh 2.1: §iÒu chÕ m· xung PCM §iÒu chÕ xung m· PCM thùc hiÖn theo bèn b­íc nh­ sau: a, Läc Läc nh»m h¹n chÕ phæ tÇn cña tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn. BiÕn ®æi Fourier cña tÝn hiÖu liªn tôc thùc tÕ lµ v« h¹n theo biÕn tÇn sè do thêi gian tån t¹i cña chóng lµ h÷u h¹n. ChÝnh v× vËy, c¸c tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn cÇn ph¶i h¹n chÕ vÒ phæ ®Ó ®¸p øng ®iÒu kiÖn b¨ng tÇn h¹n chÕ cña ®Þnh lý lÊu mÉu. Dïng bé läc h¹n b¨ng th«ng thÊp läc lÊy phæ cña tÝn hiÖu tho¹i trong kho¶ng 0,3-3,4 KHz. b, LÊy mÉu LÊy mÉu nhê chuçi xung nhÞp cã tÇn sè fS ®Ó cã ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu biªn xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation). TÇn sè lÊy mÉu fS = 8 KHz. Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh lÊy mÉu lµ nh©n tÝn hiÖu víi d·y xung lÊy mÉu cã tÇn sè b»ng tÇn sè lÊy mÉu vµ cã biªn ®é thÝch hîp. S¬ ®å khèi c¬ b¶n: Bé nh©n TÝn hiÖu t­¬ng tù D·y xung lÊy mÉu TÝn hiÖu lÊy mÉu H×nh 2.2: Qu¸ tr×nh lÊy mÉu BiÓu diÔn tÝn hiÖu: T. hiÖu audio t Biªn ®é Xung lÊy mÉu t Biªn ®é §iÒu chÕ biªn ®é TÝn hiÖu lÊy mÉu (PAM) Biªn ®é t H×nh 2.3: LÊy mÉu vµ ®iÒu chÕ biªn ®é trong miÒn thêi gian. c, L­îng tö ho¸ Kh¸i niÖm: L­îng tö ho¸ lµ qu¸ tr×nh lµm trßn c¸c gi¸ trÞ tÝn hiÖu rêi r¹c vÒ mét sè gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh gäi lµ møc l­îng tö. Sau khi lÊy mÉu, sè gi¸ trÞ cña tÝn hiÖu vÉn lµ v« h¹n. §Ó h¹n chÕ sè bit cÇn sö dông sau khi rêi r¹c ho¸, gi¸ trÞ xung PAM cÇn ®­îc lµm trßn thµnh mét trong c¸c gi¸ trÞ mÉu x¸c ®Þnh gäi lµ c¸c møc l­îng tö. §¬n gi¶n nhÊt lµ ta chia gi¶i ®éng tÝn hiÖu (gi¶i ®éng lµ gi¶i gi¸ trÞ cã thÓ cã cña tÝn hiÖu) thµnh Q møc c¸ch ®Òu nhau gäi lµ l­îng tö ho¸ ®Òu. S¬ ®å biÓu diÔn qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸ cã d¹ng nh­ sau: Biªn ®é Møc l­îng tö Q Q Q Q Q Q n+5 n+4 n+3 n+2 n+1 n Thêi gian T T T T T T T T T Q Lçi l­îng tö C¸c mÉu H×nh 2.4: Qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸. d, M· ho¸ - M· ho¸: C¸c gi¸ trÞ møc l­îng tö øng víi xung PAM ®­îc m· ho¸ b»ng c¸c tæ hîp m· nhÞ ph©n ®Ó truyÒn ®i trong hÖ thèng th«ng tin sè. §ã lµ c¸c d·y bit 0 vµ 1 ®­îc s¾p xÕp theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh. VÝ dô: Gi¸ trÞ U = 5 V cña tÝn hiÖu ®­îc m· b»ng tæ hîp m· 0101. e, Kh«i phôc tÝn hiÖu Qu¸ tr×nh kh«i phôc tÝn hiÖu ë phÇn thu ®­îc thùc hiÖn nh­ sau: Gi¶i m· ®Ó ®­îc chuçi xung PAM l­îng tö ho¸ råi cho qua läc th«ng thÊp cã tÇn sè fc c¾t b»ng mét nöa tÇn sè lÊy mÉu flm. TÝn hiÖu kh«i phôc ë phÇn thu chØ lµ mét phiªn b¶n gÇn ®óng cña tÝn hiÖu liªn tôc cÇn truyÒn ®i ë phÇn ph¸t, nguyªn nh©n sai sè gi÷a tÝn hiÖu liªn tôc t¸i t¹o vµ tÝn hiÖu gèc lµ do: ViÖc lÊy mÉu kh«ng thÓ tiÕn hµnh trong thêi gian dµi v« h¹n. Sai sè l­îng tö ho¸. §Æc tÝnh läc kh«ng lý t­ëng. TÝn hiÖu t¸i t¹o cã phæ h¹n chÕ cßn tÝn hiÖu gèc cã phæ v« h¹n. 2.1.3. §iÒu chÕ m· xung vi sai (DPCM- Differentical Pulse Code Modulation) a, Kh¸i niÖm Kh¸i niÖm: DPCM lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ sai lÖch gi÷a c¸c mÉu tiÕng nãi liªn tiÕp thay v× m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ mÉu tiÕng nãi. Do c¸c mÉu tiÕng nãi cã sù t­¬ng quan víi nhau nªn sai lÖch tiÕng nãi gi÷a 2 mÉu kÒ nhau th­êng kh¸ nhá so víi gi¸ trÞ cña tõng mÉu. Thay v× m· ho¸ c¸c gi¸ trÞ mÉu tiÕng nãi nh­ cña PCM, ta chØ cÇn m· ho¸ sai lÖch gi÷a c¸c mÉu tiÕng nãi liªn tiÕp vµ chØ cÇn mét sè bit Ýt h¬n ®Ó m·. §©y chÝnh lµ nguyªn t¾c cña ®iÒu chÕ m· xung vi sai DPCM (Differential Pulse Code Modulaion). b, S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n cña bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai nh­ sau: M· ho¸ PCM Gi¶i m· PCM TH vµo TH nhÞp Gi¶i m· PCM TH kh«i phôc TH nhÞp kh«i phôc H×nh 2.5: S¬ ®å khèi bé ®iÒu chÕ m· xung vi sai DPCM Ngoµi ra, ta cßn cã mét sè ph­¬ng ph¸p m· ho¸ lµ: a. §iÒu chÕ m· xung vi sai víi bé dù ®o¸n b. §iÒu chÕ m· xung vi sai tù thÝch nghi ADPCM (Adative DPCM) 2.1.4. M· ho¸ dù ®o¸n ph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi (bé m· ho¸ nguån) Kh¸i niÖm: M· ho¸ nguån ph¸t thanh lµ m· ho¸ c¸c th«ng sè kÝch thÝch vµ läc cña m« h×nh tiÕng nãi thµnh c¸c tÝn hiÖu sè. Thay v× truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c gi¸ trÞ mÉu d¹ng sãng tiÕng nãi nh­ trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ d¹ng sãng, trong ph­¬ng ph¸p m· ho¸ nguån ph¸t thanh truyÒn ®i c¸c chuçi bit m· c¸c th«ng sè cña m« h×nh t¹o tiÕng nãi. a, Bé m· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh LPC (Linear Pulse Code) §©y lµ d¹ng ban ®Çu cña kiÓu m· ho¸ nguån ph¸t thanh, ®­îc øng dông trong qu©n sù, chÊt l­îng thÊp. ViÖc ®­a ra m« h×nh kÝch thÝch ®a xung (ban ®Çu lµ m« h×nh kÝch thÝch 1 xung) lµ ®iÓm khëi ®Çu cña mét thÕ hÖ míi c¸c bé m· ho¸ tiÕng nãi míi, ®­îc gäi lµ m· ho¸ tiÕng nãi dù ®o¸n ph©n tÝch nhê tæng hîp, chÊt l­îng tiÕng nãi tæng hîp cao. M« h×nh tæng qu¸t bé m· ho¸ LPC ph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi: Bé t¹o kÝch thÝch Bé läc tæng hîp Läc träng sè sai sè Tèi thiÓu ho¸ sai sè TiÕng nãi gèc lèi vµo H×nh 2.6: Bé m· ho¸ LPCph©n tÝch b»ng tæng hîp tiÕng nãi Bé t¹o kÝch thÝch Bé läc tæng hîp TiÕng nãi tæng hîp H×nh 2.7: Bé gi¶i m· LPCph©n tÝch b»ng tæng hîp 2.2. GhÐp kªnh a, Kh¸i niÖm GhÐp kªnh lµ viÖc chia sÎ ®­êng truyÒn thµnh nhiÒu kªnh liªn l¹c cho nhiÒu nguån tin cïng sö dông. b, Ph©n lo¹i Cã hai ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh c¬ b¶n lµ: - GhÐp kªnh theo tÇn sè (FDM: Frequency Division Multiplexing) trong ®ã b¨ng tÇn truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®­îc chia thµnh nhiÒu b¨ng con h×nh thµnh nhiÒu kªnh liªn l¹c ph©n biÖt víi nhau vÒ tÇn sè. - GhÐp kªnh theo thêi gian (TDM: Time Division Multiplexing) trong ®ã thêi gian sö dông ®­êng truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®­îc chia thµnh c¸c phÇn kh¸c nhau gäi lµ c¸c khe thêi gian vµ viÖc truyÒn ®­a tin tøc tõ c¸c nguån tin kh¸c nhau ®­îc thùc hiÖn trong c¸c khe thêi gian riªng biÖt. Trong c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn analog, ghÐp kªnh ®­îc thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo tÇn sè v× c¸c tÝn hiÖu t­¬ng tù lÊp ®Çy c¸c d¶i liªn tôc theo thêi gian. H×nh 2.8: GhÐp kªnh theo tÇn sè ®èi víi tÝn hiÖu t­¬ng tù t t f Hzf TÝn hiÖu sè cã mét ®Æc ®iÓm c¬ b¶n lµ c¸c phÇn tö tÝn hiÖu (xung tÝn hiÖu) cã thêi gian tån t¹i h÷u h¹n. §é réng xung tÝn hiÖu lµ kh¸ nhá so víi ®é dµi khung cña tÝn hiÖu (kho¶ng thêi gian kh«ng cã xung trong mét chu kú). Ta cã thÓ chia khung tÝn hiÖu thµnh mét sè khe thêi gian vµ ghÐp mét sè xung tÝn hiÖu tõ mét sè nguån tin sè vµo cïng mét khung tÝn hiÖu. TÝn hiÖu tõ mçi mét nguån tin ®­îc truyÒn ®i trªn mét khe thêi gian riªng, víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè, viÖc ghÐp kªnh theo thêi gian lµ rÊt phæ biÕn. H×nh 2.9: GhÐp kªnh theo thêi gian ®èi víi tÝn hiÖu sè 0 t t10 t20 t30 t11 t21 t31 2.3. Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc a, Kh¸i niÖm Kh¸i niÖm: Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc lµ mét lo¹t c¸c kü thuËt nh»m thu ®­îc quan hÖ tèi ­u gi÷a nguån sè vµ bé ®iÒu chÕ sè, gi÷a bé gi¶i ®iÒu chÕ sè vµ bé nhËn tin. C¸c thuËt to¸n ®­îc thùc hiÖn ®ång thêi ë c¶ phÇn ph¸t vµ phÇn thu. C¸c thuËt to¸n ë phÇn ph¸t vµ phÇn thu vÒ c¬ b¶n tr¸i ng­îc víi nhau nh»m kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu ban ®Çu. Tuy nhiªn ë phÇn thu cßn cã c¸c thuËt to¸n t¸i t¹o l¹i tÝn hiÖu sè tõ c¸c tÝn hiÖu bÞ mÐo vµ kh«i phôc l¹i c¸c tÝn hiÖu ®ång hå. b, S¬ ®å khèi S¬ ®å khèi xö lý c¬ b¶n cã d¹ng nh­ h×nh vÏ. Kh«i phôc ®ång hå Nguån tin Giao tiÕp X¸o trén BiÕn ®æi S/P M· ho¸ §iÒu chÕ sè NhËn tin Giao tiÕp Gi¶i x¸o trén BiÕn ®æi P/S Gi¶i m· T¸i sinh tÝn hiÖu Gi¶i ®iÒu chÕ sè T¹o th«ng tin phô T¹o tÝn hiÖu ®ång hå T¹o th«ng tin phô H×nh 2.10: S¬ ®å bé xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc c, Chøc n¨ng c¸c bé phËn: - Giao tiÕp: Lµ khèi ghÐp nèi kü thuËt bè trÝ tuú thuéc vµo ®Æc tÝnh kü thuËt cña nguån tin vµ bé nhËn tin sè. - M¹ch x¸o trén: N©ng cao tÝnh ngÉu nhiªn cña chuçi bit ph¸t nh»m b¶o mËt tin tøc vµ gi¶m x¸c suÊt lçi bit. - BiÕn ®æi S/P: BiÕn ®æi chuçi bit nèi tiÕp lèi vµo thµnh chuçi tÝn hiÖu 2 bit (dibit), 3 bit (tribit),… song song víi nhau nh»m n©ng cao tèc ®é truyÒn tin. - M¹ch m· ho¸: Lµm gi¶m lçi béi g©y ra do m· ho¸/®iÒu chÕ nhiÒu møc (ch¼ng h¹n m· Gray). M· vi sai: Lo¹i bá hiÖn t­îng lÉn pha cè h÷u trong ®iÒu chÕ. M· mËt: T¸c dông b¶o mËt tin tøc. - §iÒu chÕ sè: T¹o tÝn hiÖu d¹ng sãng thÝch hîp cho viÖc Th­êng sö dông ®iÒu chÕ nhiÒu møc. - T¹o tÝn hiÖu ®ång hå: T¹o c¸c tÝn hiÖu ®ång hå ®iÒu khiÓn viÖc ®Þnh thêi c¸c m¹ch xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc. - M· ho¸ chèng nhiÔu: Cã t¸c dông ®¶m b¶o chÊt l­îng tin tøc (chèng t¹p nhiÔu, mÐo, tæn hao ®­êng truyÒn…). 2.4. TruyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c kªnh thùc 2.4.1. TruyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c kªnh cã b¨ng tÇn h¹n chÕ a, Xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Interference) Kh¸i niÖm: ISI lµ hiÖn t­îng tÝn hiÖu kh«i phôc tr¶i ra v« h¹n vÒ thêi gian dÉn ®Õn c¸c symbol kÒ nhau cã thÓ chång lÊn lªn nhau vµ dÉn ®Õn mÐo tÝn hiÖu vµ cã thÓ quyÕt ®Þnh sai tÝn hiÖu khi kh«i phôc. Ta xÐt viÖc truyÒn c¸c tÝn hiÖu sè (symbol) trªn c¸c kªnh cã b¨ng tÇn h÷u h¹n. Mçi symbol ®­îc h×nh thµnh tõ k bit cã thêi gian tån t¹i b»ng k lÇn thêi gian tån t¹i cña 1 bit, do vËy c¸c d¹ng sãng ®iÒu chÕ t­¬ng øng còng cã ®é dµi h÷u h¹n b»ng k bit: TS = k.Tb, trong ®ã TS vµ Tb lµ ®é dµi cña mét symbol vµ 1 bit. Do c¸c d¹ng sãng cã ®é dµi h÷u h¹n nªn phæ cña chóng (nhËn ®­îc qua biÕn ®æi Fourier) cã ®é réng v« h¹n trªn miÒn tÇn sè. Trªn thùc tÕ, b¨ng tÇn truyÒn tÝn hiÖu cã ®é réng h÷u h¹n, tÝn hiÖu cÇn truyÒn cã phæ réng v« h¹n. Yªu cÇu cÇn truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã phæ v« h¹n trªn c¸c kªnh truyÒn cã b¨ng tÇn h÷u h¹n ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn. Gi¶i ph¸p thùc hiÖn yªu cÇu trªn lµ sö dông c¸c m¹ch läc h¹n tÇn. f 0 f1 f 0 f1 f 0 f1 f2 H×nh 2.11a: Bé läc d¶i thÊp b, Bé läc d¶i cao c, Bé läc d¶i chÆn §Çu ra, phæ tÝn hiÖu kh«i phôc sÏ bÞ h¹n chÕ theo ®Æc tÝnh cña bé läc, do vËy tÝn hiÖu sÏ tr¶i ra v« h¹n vÒ thêi gian dÉn ®Õn c¸c symbol kÒ nhau cã thÓ chång lÊn lªn nhau vµ dÉn ®Õn mÐo tÝn hiÖu vµ cã thÓ quyÕt ®Þnh sai tÝn hiÖu, ®ã lµ hiÖn t­îng xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu ISI (Inter Symbol Interference). TÝn hiÖu ph¸t t t H×nh 2.12: HiÖn t­îng xuyªn nhiÔu g÷a c¸c dÊu ISI TÝn hiÖu thu PhÇn trïm lÊn b, H¹n chÕ ISI: Sö dông c¸c m¹ch läc cã ®Æc tr­ng ®Æc biÖt mµ ®Çu ra cña chóng sÏ cho ra tÝn hiÖu kh«ng cã ISI. Gi¶i ph¸p: Do tÝn hiÖu thay ®æi lµ ngÉu nhiªn nªn m¸y thu cÇn thiÕt kÕ ®Ó chèng l¹i c¸c t¸c ®éng cña t¹p ©m vµ ISI ph¶i cã tÝnh tù thÝch nghi, tøc lµ cã c¸c tham sè tù ®éng ®iÒu chØnh tèi ­u ®Ó b¸m theo c¸c thay ®æi cña kªnh truyÒn. Mét trong c¸c gi¶i ph¸p h¹n chÕ ISI lµ sö dông c¸c m¹ch san b»ng. Víi hÖ thèng ch­a cã san b»ng, hµm truyÒn tæng céng lµ: (2.1) C(ω): HÖ thèng kh«ng cã ISI. H(ω,t): Nh÷ng t¸c ®éng kh«ng mong muèn. B¶n chÊt bé san b»ng: B¶n chÊt lµ mét m¹ch ®iÖn m¾c vµo lèi ra cña m¹ch läc thu nh»m bï c¸c sai lÖch cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi hµm truyÒn cho phÐp truyÒn kh«ng cã ISI. M¹ch san b»ng cã t¸c dông “lµ ph¼ng” ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè cña H(ω) còng nh­ duy tr× tÝnh tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh pha- tÇn sè. M¹ch san b»ng E(ω) ph¶i cã d¹ng . Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn sè cã tèc ®é lín, do c¸c kªnh v« tuyÕn cã ®Æc tÝnh biÕn ®æi râ rÖt theo thêi gian nªn H(ω) cã thÓ cã c¸c d¹ng kh¸c nhau theo thêi gian. Do vËy, c¸c m¹ch san b»ng cßn cÇn ph¶i ho¹t ®éng theo mét thuËt to¸n cã ®Æc tÝnh thÝch nghi, b¸m theo c¸c thay ®æi cña H(ω). M¸y thu cã c¸c bé c©n b»ng cã ®Æc tÝnh thÝch nghi gäi lµ m¸y thu thÝch nghi. 2.4.2. C¸c ¶nh h­ëng cña kªnh liªn tôc. C¸c yÕu tè c¬ b¶n t¸c ®éng tíi qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè trªn c¸c lo¹i kªnh truyÒn dÉn bao gåm: - MÐo tÝn hiÖu. - Can nhiÔu. - TruyÒn sãng ®a ®­êng. - HiÖu øng Doppler. - Sù biÕn ®æi c¸c tham sè theo thêi gian cña kªnh truyÒn… a, MÐo tÝn hiÖu - Nguån gèc: Ph¸t sinh do sai lÖch gi÷a ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè hoÆc ®Æc tÝnh pha- tÇn sè cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi ®Æc tÝnh thiÕt kÕ nh»m triÖt tiªu ISI trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. HËu qu¶ ®Çu ra cã hiÖn t­îng ISI (xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c dÊu) dÉn ®Õn BER- Bit Error Rate (tû lÖ lçi bit) sÏ t¨ng. MÐo biªn ®é: C«ng suÊt tÝn hiÖu ra quan hÖ kh«ng tuyÕn tÝnh víi biªn ®é tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é- biªn ®é hay mÐo biªn ®é. MÐo pha: L­îng dÞch pha cña tÝn hiÖu ra phô thuéc vµo biªn ®é cña tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é – pha. 1- MÐo tuyÕn tÝnh MÐo tuyÕn tÝnh ®­îc ®¸nh gi¸ th«ng qua sai lÖch gi÷a ®Æc tÝnh biªn ®é- tÇn sè hoÆc ®Æc tÝnh pha- tÇn cña hµm truyÒn tæng céng cña hÖ thèng so víi ®Æc tÝnh ®­îc thiÕt kÕ nh»m triÖt tiªu ISI trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. MÐo tuyÕn tÝnh cã ®Æc tÝnh kh«ng phô thuéc vµo biªn ®é tÝn hiÖu ®­îc truyÒn. Nguyªn nh©n: - ChÕ t¹o c¸c m¹ch läc kh«ng hoµn h¶o. - §Æc tÝnh tÇn sè cña m«i tr­êng truyÒn kh«ng b»ng ph¼ng trªn suèt ®é réng b¨ng tÝn hiÖu do c¸c hiÖn t­îng: Pha ®inh ®a ®­êng. Tiªu hao phô thuéc vµo tÇn sè cña khÝ quyÓn do sù hÊp thô cña kh«ng khÝ vµ h¬i n­íc ®èi víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn. Tiªu hao phô thuéc vµo tÇn sè cña ®­êng d©y. C¸c biÖn ph¸p kh¾c phôc mÐo tuyÕn tÝnh - T¨ng c«ng suÊt ph¸t hay ®¶m b¶o ®é dù tr÷ pha ®inh ®ñ lín: Mét trong c¸c nguyªn nh©n g©y mÐo tuyÕn tÝnh lµ pha ®inh ®a ®­êng, trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn sè dung l­îng thÊp vµ trung b×nh, ta coi nã lµ pha ®inh ph¼ng vµ kh¾c phôc b»ng c¸ch t¨ng c«ng suÊt ph¸t hay ®¶m b¶o ®é dù tr÷ pha ®inh ®ñ lín. Víi c¸c pha ®inh ®a tia chän läc theo tÇn sè trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, ngoµi sö dông c¸c bé san b»ng thÝch nghi theo thêi gian ATDE (Adaptive Time Domain Equalizer) cßn cã thÓ ¸p dông c¸c biÖn ph¸p bæ trî kh¸c nh­: + Lùa chän sö dông c¸c tÝn hiÖu kh«ng bÞ mÐo nhê ph©n tËp víi ®¶o m¹ch hoÆc bé tæ hîp tÝn hiÖu. - Ph©n tËp theo kh«ng gian: Sö dông 2 anten ®Æt xa nhau, khi ®ã pha ®inh ®a tia t¸c ®éng lªn c¸c anten lµ ®éc lËp. §©y lµ biÖn ph¸p kh¸ hiÖu qu¶ song cã c¸c nh­îc ®iÓm lµ: CÇn sö dông hai ¨ng ten, hai m¹ch thu siªu cao tÇn vµ ph¶i xö lý trung tÇn cho viÖc tæ hîp tÝn hiÖu. - Ph©n tËp theo tÇn sè: TuyÕn v« tuyÕn cã mét kªnh dù phßng, cã t¸c dông gi¶m mÐo lín vµ hai tÇn sè ph©n tËp cµng gÇn nhau th× hiÖu qu¶ ph©n tËp cµng cao. - Ph©n tËp gãc: Trªn cïng mét anten bè trÝ nhiÒu ®Çu thu ®Ó thu nhiÒu tÝn hiÖu sãng truyÒn tíi ¨ng ten theo c¸c gãc kh¸c nhau. + Sö dông c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn nhiÒu sãng mang Víi hÖ thèng cã phæ qu¸ réng dÉn ®Õn khã ®¶m b¶o ®é b»ng ph¼ng cña ®Æc tÝnh ®­êng truyÒn, ta ¸p dông biÖn ph¸p truyÒn dÉn nhiÒu sãng mang. Luång bit cÇn truyÒn ®­îc biÕn ®æi thµnh nhiÒu luång con song song vµ mçi luång con ®­îc ®iÒu chÕ b»ng mét sãng mang riªng biÖt. Nhê vËy, b¨ng tÇn tÝn hiÖu ®­îc t¸ch thµnh nhiÒu b¨ng con vµ ®Æc tÝnh tÇn sè b»ng ph¼ng h¬n. Nh­îc ®iÓm: H¹n chÕ vÒ tÝnh kinh tÕ do ph¶i cã c¸c hÖ thèng con øng víi c¸c luång con, h¬n n÷a phæ chiÕm cña tÝn hiÖu trong tr­êng hîp nµy lín. + Sö dông m· chèng nhiÔu nh»m gi¶m x¸c suÊt lçi g©y ra bëi mÐo tÝn hiÖu M· chèng nhiÔu lµ viÖc biÕn ®æi tËp c¸c tõ m· cÇn truyÒn thµnh mét tËp c¸c tõ m· chèng nhiÔu víi c¸c phÇn tö d­ dïng ®Ó ph¸t hiÖn vµ söa c¸c bit lçi. BiÖn ph¸p nµy dÉn ®Õn t¨ng tèc ®é bit truyÒn vµ më réng phæ chiÕm cña tÝn hiÖu. BiÖn ph¸p nµy Ýt sö dông do khã kh¨n vÒ mÆt c«ng nghÖ. 2- MÐo phi tuyÕn Nguån gèc: MÐo phi tuyÕn x¶y ra trªn kªnh truyÒn do tÝnh phi tuyÕn cña c¸c phÇn tö hÖ thèng nh­ nh­ c¸c bé khuÕch ®¹i, trén tÇn…®Æc biÖt lµ c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt m¸y ph¸t cã c«ng suÊt lín g©y ra nh÷ng mÐo phi tuyÕn ®¸ng kÓ. T¸c h¹i: - Thay ®æi tû lÖ lçi bit BER (Bit Error Rate). - Thay ®æi (më réng) phæ tÝn hiÖu. Thay ®æi nµy do mÐo phi tuyÕn dÉn ®Õn sù thay ®æi can nhiÔu gi÷a c¸c kªnh v« tuyÕn l©n cËn trong 1 tuyÕn truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè. T¸c ®éng cña mÐo phi tuyÕn trong c¸c hÖ thèng víi tÝn hiÖu cã ®­êng bao kh«ng ®æi (FSK hay PSK) trong thùc tÕ lµ kh«ng qu¸ lín. Trong c¸c hÖ thèng víi tÝn hiÖu cã ®­êng bao thay ®æi (M- QAM), tû lÖ lçi bit BER t¨ng ®¸ng kÓ d­íi t¸c ®éng cña mÐo phi tuyÕn trªn kªnh. MÐo phi tuyÕn g©y ra bëi bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt biÓu hiÖn qua: - C«ng suÊt tÝn hiÖu ra quan hÖ kh«ng tuyÕn tÝnh víi biªn ®é tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é- biªn ®é hay mÐo biªn ®é. - L­îng dÞch pha cña tÝn hiÖu ra phô thuéc vµo biªn ®é cña tÝn hiÖu lèi vµo vµ ®­îc gäi lµ biÕn ®iÖu biªn ®é – pha, gäi t¾t lµ mÐo pha. C¸c biÖn ph¸p kh¾c phôc mÐo phi tuyÕn Nguån gèc mÐo phi tuyÕn: G©y ra trong c¸c m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña m¸y ph¸t, ®Æc ®iÓm cña mÐo phi tuyÕn lµ møc ®é mÐo tÝn hiÖu kh¸c nhau víi c¸c tÝn hiÖu cã c«ng suÊt (biªn ®é) kh¸c nhau. BiÖn ph¸p kh¾c phôc: - Lïi c«ng suÊt: Chän ®iÓm lµm viÖc ë møc tÝn hiÖu t­¬ng ®èi thÊp, chÊp nhËn lïi c«ng suÊt ®ñ lín tÝnh tõ c«ng suÊt b·o hoµ cña bé khuÕch ®¹i. Ta ph¶i dïng c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt cång kÒnh, ®¾t tiÒn. Tuy nhiªn, ta còng kh«ng thÓ t¨ng ®é lïi c«ng suÊt BO qu¸ lín v× sÏ dÉn ®Õn viÖc gi¶m c«ng suÊt ph¸t, tû sè tÝn/t¹p gi¶m sÏ lµm t¨ng x¸c suÊt lçi. - §iÒu chÕ sãng mang víi ®­êng bao kh«ng ®æi (Ýt nh¹y c¶m víi mÐo phi tuyÕn) (dïng trong th«ng tin vÖ tinh). - Sö dông c¸c bé mÐo tr­íc: Gi¶m mÐo phi tuyÕn cña c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt. 2.4.3. Pha ®inh a, Pha ®inh trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn Kh¸i niÖm: Pha ®inh lµ hiÖn t­îng th¨ng gi¸ng c¸c tÝn hiÖu thu ®ét ngét do t¸c ®éng cña m«i tr­êng truyÒn dÉn. Nguyªn nh©n: Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn, sãng v« tuyÕn ®­îc truyÒn dÉn trong c¸c m«i tr­êng khÝ quyÓn gÇn bÒ mÆt tr¸i ®Êt chÞu t¸c ®éng cña nhiÒu yÕu tè g©y nªn hiÖn t­îng pha ®inh: - Sù th¨ng gi¸ng cña tÇng ®iÖn ly ®èi víi c¸c hÖ thèng sãng ng¾n. - Sù hÊp thô g©y ra bëi c¸c phÇn tö khÝ, h¬i n­íc, m­a…phô thuéc vµo tÇn sè c«ng t¸c. - Sù thay ®æi khóc x¹ kh«ng khÝ do tÝnh kh«ng ®ång ®Òu cña mËt ®é kh«ng khÝ lµm cong tia sãng cã thÓ dÉn ®Õn hiÖn t­îng truyÒn sãng ®a tia nguy hiÓm ®èi víi c¸c tr¹m v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè mÆt ®Êt. - Do sù ph¶n x¹ sãng tõ bÒ mÆt tr¸i ®Êt dÉn ®Õn ®a tia. - Sù ph¶n x¹, t¸n x¹ vµ nhiÔu x¹ tõ c¸c ch­íng ng¹i vËt trªn ®­êng truyÒn lan sãng ®iÖn tõ g©y nªn hiÖn t­îng tr¶i trÔ vµ vµ giao thoa sãng t¹i ®iÓm thu. HÖ sè suy hao ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh truyÒn sãng. (2.2) a(t,f): HÖ sè suy hao sãng v« tuyÕn trong khÝ quyÓn. A(t,f): HÖ sè suy hao pha ®inh ®Æc tr­ng cho sù phô thuéc cña suy hao n¨ng l­îng sãng ®iÖn tõ vµo c¸c hiÖn t­îng khÝ quyÓn. afs : HÖ sè suy hao trong kh«ng gian tù do. HÖ sè suy hao pha ®inh A(t,f) lµ hµm cña biÕn thêi gian t vµ tÇn sè f. NÕu A(t,f) lµ h»ng sè trªn toµn bé trôc tÇn sè th× ta cã pha ®inh ph¼ng, ng­îc l¹i ta gäi lµ pha ®inh chän läc theo tÇn sè. Pha ®inh nhanh: Møc ®é phô thuéc vµo thêi gian cña hÖ sè suy gi¶m pha ®inh A(t,f) so víi thêi gian cña 1 bit hay mét symbol lµ lín. Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, do tèc ®é bit nhá nªn ta cã pha ®inh nhanh. Pha ®inh chËm: Møc ®é phô thuéc vµo thêi gian cña hÖ sè suy gi¶m pha ®inh so víi thêi gian cña 1 bit hay mét symbol lµ nhá. Trong c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè mÆt ®Êt, do thêi gian cña mét bit (hay symbol) kh¸ nhá nªn ta cã pha ®inh chËm. b. Pha ®inh ®a ®­êng chän läc theo tÇn sè Nguyªn nh©n do ®é khóc x¹ thay ®æi râ rÖt theo ®é cao, n¨ng l­îng tõ ¨ng ten ph¸t tíi ¨ng ten thu truyÒn lan theo mét sè tia t¸ch biÖt vÒ kh«ng gian. Sù truyÒn dÉn nh­ vËy cã thÓ dÉn ®Õn tæn hao tÝn hiÖu phô thuéc theo tÇn sè, ta gäi ®ã lµ pha ®inh suy hao theo tÇn sè. MÐo tuyÕn tÝnh x¶y ra dÉn ®Õn ISI vµ lµm gi¶m chÊt l­îng cña hÖ thèng, nã lµ nguyªn nh©n g©y ra gi¸n ®o¹n liªn l¹c mµ lo¹i gi¸n ®o¹n nµy kh«ng thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch t¨ng c«ng suÊt ph¸t ®­îc. 2.4.4. Can nhiÔu vµ c¸c t¸c ®éng kh¸c cña ®­êng truyÒn Can nhiÔu trªn kªnh lµm gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn, chóng ph¸t sinh tõ c¸c nguån kh¸c nhau nh­: NhiÔu vò trô. NhiÔu c«ng nghiÖp. NhiÔu tõ c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn kh¸c. NhiÔu tõ c¸c kªnh liªn tôc l©n cËn trªn cïng mét tuyÕn. NhiÔu tõ c¸c kªnh sö dông cïng tÇn sè. Ngoµi ra, do c¸c thiÕt bÞ cã ®Æc tÝnh kh«ng hoµn h¶o nªn cßn cã mét sè c¸c nhiÔu kh¸c nh­ c¸c hµi cña nguån nu«i, c¸c s¶n phÈm xuyªn ®iÒu chÕ (Inter Modulation) do mÐo phi tuyÕn… còng t¸c ®éng lµm gi¶m chÊt l­îng truyÒn dÉn. Trong c¸c lo¹i can nhiÔu kÓ trªn, lo¹i quan träng nhÊt lµ: Can nhiÔu tõ c¸c kªnh l©n cËn, can nhiÔu tõ c¸c kªnh cïng tÇn sè vµ c¸c s¶n phÈm xuyªn ®iÒu chÕ. Can nhiÔu tõ kªnh cïng tÇn sè th× kh«ng gièng nhau ®èi víi c¸c hÖ thèng kh¸c nhau. Víi c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng, ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn, ng­êi ta thùc hiÖn t¸i dông tÇn sè. T¸i dông tÇn sè lµ viÖc mét m¸y thu sö dông mét tÇn sè sau khi ngõng ho¹t ®éng th× m¸y thu kh¸c cã thÓ sö dông tÇn sè ®ã. §èi víi c¸c hÖ thèng kh«ng tr¶i phæ (nh­ hÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu GMS - Global System for Mobile Communication), sö dông gi¶i ph¸p lµ c¸c tÇn sè sãng mang sö dông t¹i c¸c tÕ bµo c¸ch nhau ®ñ xa. Víi c¸c hÖ thèng cã ¸p dông kü thuËt tr¶i phæ (nh­ CDMA – Code Division Multiple Access), c¸c tÕ bµo kh¸c nhau cã thÓ sö dông cïng mét tÇn sè sãng mang nh­ nhau nªn c¸c kªnh c«ng t¸c sö dông cïng tÇn sè cã thÓ g©y nhiÔu cho nhau. §èi víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp sè, tÇn sè sãng mang cã thÓ t¸i sö dông b»ng c¸ch sö dông ph©n cùc sãng kh¸c víi sù hç trî cña bé triÖt xuyªn nhiÔu ph©n cùc chÐo (XPIC) cã ®é ph©n biÖt ph©n cùc (XPD) lín. Tuy nhiªn, d­íi t¸c ®éng cña pha ®inh m¹nh, XPD th­êng gi¶m kh¸ m¹nh dÉn ®Õn xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c tÝn hiÖu cïng tÇn sè kh¸c ph©n cùc cã thÓ trë lªn rÊt ®¸ng kÓ. BiÖn ph¸p h¹n chÕ can nhiÔu: - Dïng c¸c m¹ch läc: H¹n chÕ can nhiÔu vò trô, tõ hÖ thèng kh¸c, tõ c¸c kªnh l©n cËn. - TuyÕn tÝnh ho¸ c¸c phÇn tö phi tuyÕn: H¹n chÕ nhiÔu thiÕt bÞ (c¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt). - Ph©n bæ tÇn sè hîp lý trong c¸c tr¹m di ®éng tÕ bµo (Cell) vµ c¸c bé triÖt xuyªn nhiÔu ph©n cùc chÐo cã ®é ph©n biÖt ph©n cùc lín ®Ó h¹n chÕ nhiÔu ë c¸c kªnh cïng tÇn sè. b, Mét sè t¸c ®éng kh¸c cña ®­êng truyÒn Kªnh truyÒn phøc t¹p nhÊt ®èi víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn sè lµ hÖ thèng th«ng tin di ®éng mµ nguyªn nh©n lµ sù thay ®æi ngÉu nhiªn c¸c tham sè cña kªnh truyÒn theo thêi gian do sù di ®éng cña c¸c m¸y cÇm tay (MS: Mobile Station) so víi tr¹m gèc. C¸c t¸c ®éng chñ yÕu g©y ra lµ: - Pha ®inh ®a ®­êng. - HiÖu øng §èp le. - HiÖn t­îng tr¶i trÔ. Møc ®é thay ®æi ngÉu nhiªn c¸c tham sè cña kªnh truyÒn theo thêi gian trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng lín h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng kh¸c do hai nguyªn nh©n: Do sù di ®éng cña MS vµ do ®é dµi bit trong th«ng tin di ®éng kh¸ lín (tèc ®é bit kh¸ nhá). Sè tia sãng lan truyÒn tíi ¨ng ten m¸y thu di ®éng còng lín h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp. * Pha ®inh trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng. Kh¸i niÖm: Lµ hiÖn t­îng c­êng ®é tÝn hiÖu thu th¨ng gi¸ng ngÉu nhiªn t¹i c¸c gi¸ trÞ tøc thêi do c¸c t¸c ®éng cña ®­êng truyÒn. Nguyªn nh©n: Do sù truyÒn lan theo nhiÒu ®­êng cña sãng v« tuyÕn trong m«i tr­êng di ®éng (do ph¶n x¹, nhiÔu x¹ vµ t¸n x¹ tõ c¸c ch­íng ng¹i). V× vËy, pha ®inh nµy cßn gäi lµ pha ®inh ®a tia. Pha ®inh ®­îc gäi lµ ph¼ng nÕu nã x¶y ra nh­ nhau ®èi víi mäi tÇn sè trong b¨ng tÇn cña kªnh. Pha ®inh chän läc theo tÇn sè khi gi¸ trÞ cña nã thay ®æi trªn d¶i tÇn sè trong b¨ng tÇn cña kªnh. * HiÖu øng §èp le Kh¸i niÖm: HiÖu øng §èp le lµ hiÖn t­îng tÇn sè tÝn hiÖu thu thay ®æi khi m¸y thu di chuyÓn so víi tr¹m ph¸t BS. Trong th«ng tin di ®éng, khi MS di ®éng so víi BS hoÆc khi c¸c ch­íng ng¹i di ®éng th× c¸c tia sãng tíi m¸y thu MS cßn chÞu t¸c ®éng cña hiÖu øng §èp le. XÐt tr­êng hîp ®¬n gi¶n nhÊt khi BS ph¸t 1 sãng mang fC kh«ng ®iÒu chÕ. Sãng mang v« tuyÕn nµy truyÒn tíi BS theo nhiÒu tia. XÐt tia thø i ta cã: ai MS Tia sãng thø i MS: ChuyÓn ®éng víi tèc ®é V C: Tèc ®é ¸nh s¸ng H×nh 2.13: HiÖu øng §«p le Khi ®ã, tÝn hiÖu thu ®­îc theo tia sãng thø i cã tÇn sè bÞ dÞch chuyÓn ®i mét l­îng dÞch tÇn §èp le: f§ = fm cos a víi fm = fC.v/c. TÇn sè tÝn hiÖu thu ®­îc lµ: (2.3) L­îng dÞch tÇn §èp le f§ cùc ®¹i khi ai = 0 hay 1800 vµ cµng lín khi V cµng lín. HiÖn t­îng nµy xÊu nhÊt khi MS ch¹y trªn xe trªn xa lé, trong ®ã c¸c anten tr¹m gèc ®­îc bè trÝ trªn cÇu v­ît xa lé vµ ph¸t däc theo xa lé. * Tr¶i trÔ Kh¸i niÖm: Tr¶i trÔ lµ hiÖn t­îng ®é dµi cña xung thu bÞ kÐo dµi khi xung cùc hÑp ®­îc ph¸t ®i. §èi víi th«ng tin di ®éng sè, viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu theo nhiÒu tia sãng trong m«i tr­êng di ®éng sÏ dÉn ®Õn sù tr¶i trÔ. Sù tr¶i trÔ ®­îc minh ho¹ nh­ sau: T BS D ΔD MS t t H×nh 2.14: HiÖn t­îng tr¶i trÔ trong ®ã: T: Chu kú xung ph¸t. ΔD: L­îng tr¶i trÔ. HiÖn t­îng tr¶i trÔ lµm h¹n chÕ tèc ®é truyÒn tin: Tèc ®é truyÒn tin (tèc ®é bit) ë thÝ