Đề tài Vi ba số dm2g -1000

hiÖu ra cã møc lín h¬n møc ra cña bé chuyÓn ®æi 2 møc thÊp (®¸y) thµnh 4 møc. C¸c tÝn hiÖu b¨ng gèc 4 tr¹ng th¸i sau ®ã dïng ®Ó ®­a vµo bé ®iÒu chÕ c©n b»ng. Sãng mang cña c¸c bé ®iÒu chÕ lÊy tõ mét bé dao ®éng néi cã ®Çu ra ®èi ngÉu. Mçi ®Çu ra lÖch pha nhau ± 450 cho phÐp h×nh sao ra nh­ ë ®å thÞ. C¸c tÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu chÕ nÐn sãng mang cïng pha I vµ cÇu ph­¬ng pha Q ®­îc tæ hîp l¹i ®Ó chän ra mét IF lµ sãng mang ®· ®iÒu chÕ víi tÝn hiÖu 8 PSK. Phæ cña 8 PSK sau ®ã ®­îc läc ®Ó cho ®Çu ra cña bé läc b¨ng th«ng mét phæ cosin t¨ng víi hÖ sè uèn kho¶ng 0,6. Bé gi¶i ®iÒu chÕ th­êng gåm c¸c m¹ch sau: - Mét bé c©n b»ng thÝch øng IF dïng ®Ó bï l¹i sù tæn thÊt (tiªu t¸n) biªn ®é do hiÖu øng pha ®inh chän läc. - Kh«i phôc sãng mang IF qua viÖc sö lý b¨ng gèc sè. - Kh«i phôc ®ång hå nhÞp qua t¸ch sãng h×nh bao IF vµ läc b¨ng hÑp. - Gi¶i m· vi sai (nÕu cã) vµ chuyÓn ®æi song song - nèi tiÕp ®Ó cho ra b¨ng gèc nguyªn thuû cã tèc ®é rb. C¸c hÖ 8 PSK xuÊt hiÖn ®· ®­îc sö dông trong vi ba cã tèc ®é ®Õn 100 Mbit/s(70 Mbit/GTE vµ 90 Mbit/s - rockwell collins) . 2.3.4 C¸c bé gi¸m s¸t chÊt l­îng. ViÖc ®¸nh gi¸ tû sè lçi cña m¸y thu cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸c thiÕt bÞ nh­ c¸c khèi gi¸m s¸t chÊt l­îng (PMU). Nh÷ng bé nµy sÏ x¸c ®Þnh tû sè lçi mµ kh«ng cÇn dïng ®Õn nh÷ng truyÒn dÉn ®Æc biÖt, kh«ng cÇn biÕt sè liÖu ®ang ®­îc truyÒn ®i vµ kh«ng cÇn dïng ®Õn nguån l­u l­îng. Nh­ lµ mét phÇn tö cña hÖ thèng th«ng tin thÝch øng PMU cã thÓ dïng dÓ x¸c ®Þnh khi cÇn cã thay ®æi ®Ó thÝch øng b»ng c¸ch so s¸nh c¸c tû sè cã lçi do kÕt qu¶ tõ c¸c lÇn chän kh¸c nhau, chän sù thay ®æi tèt nhÊt cã thÓ tiÕn hµnh bÊt cø lóc nµo. Tû lÖ lçi ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c trong ph¹m vi mét hÖ sè cña 3 lÇn xuÊt hiÖn lµ ®ñ tho¶ n·m trong hÇu hÕt øng dông. Kü thuËt ®¬n gi¶n nhÊt lµ ®Õm trùc tiÕp c¸c lçi. §iÒu ®ã yªu cÇu trong truyÒn dÉn cã chøa d­ hoÆc d­íi d¹ng tÝn hiÖu ®o ®­îc, m¸y thu nhËn d¹ng hoÆc b»ng nh÷ng dilinh kiÓm tra ch½n lÎ trong m· ph¸t hiÖn lçi. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ mét kho¶ng thêi gian dµi qu¸ møc ®Ó ®Ðm ®ñ c¸c lçi míi ®¸nh gi¸ tin cËy c¸c tû sè lçi thùc nÕu nh­ tû sè lçi rÊt thÊp. Mét kü thuËt chung kh¸c ®­îc sö dông cã thÓ më réng ®èi víi phÇn lín c¸c lo¹i ®iÒu chÕ sè th­êng gÆp (PSK, QPSK, FSK) kü thuËt nµy bao hµm viÖc ngo¹i suy tû sè lçi víi gi¸m s¸t chÊt l­îng th«ng qua viÖc sö dông hai hoÆc nhiÒu h¬n c¸c ng­ìng quyÕt ®Þnh ®Ó c¶i biÕn víi mét m¸y thu sè ®Ó t¹o ra mét tû lÖ lçi ngÉu nhiªn lín h¬n m¸y thu thùc vµ ®o tû lÖ lçi ngÉu nhiªn nµy. Sau ®ã gi¸m s¸t sÏ ngo¹i suy tõ tû lÖ lçi ngÉu nhiªn ®Ó ®­îc mét l­îng mµ tõ ®ã cã thÓ suy ra tû sè sÏ ®¹t ®­îc víi mét tiªu chuÈn quyÕt ®Þnh ch­a c¶i biÕn. Kü thuËt nµy ®­îc sö dông trong PMU cho c¶ PSK kÕt hîp víi sè l­îng M tr¹ng th¸i pha tïy chän. Khèi nµy lµm viÖc theo c¸ch xem xÐt sù lÖch pha gi÷a xung tÝn hiÖu thu vµ chuÈn pha råi so s¸nh víi ng­ìng quyÕt ®Þnh ®Ó c¶i biÕn. Tõ so s¸nh mét lçi ngÉu nhiªn ®­îc ghi l¹i nÕu ®é lÖch pha cã nh÷ng gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh. 2.3.5 Quan hÖ gi÷a t¹p ©m song biªn C/N vµ Eb/h. N¨ng l­îng trung b×nh cña Eb bit ®­îc x¸c ®Þnh: Eb = Sav = A2 T/2 ( trõ tr­êng hîp ASK--> Eb = A2 cT/4 ) = Sav /rb Trong ®ã: - T lµ thêi ®iÓm kÐo dµi cña bit = 1/rb - Sav lµ c«ng suÊt sãng mang trung b×nh. MËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m songbiªn h/2 ®­îc ®­a ra d­íi d¹ng c«ng suÊt t¹p ©m song biªn N hoÆc sù biÕn thiªn cña ph©n bè Gaussian s2 lµ : N = s2 = B - (h/2) ( 2B ) = h/2 w Trong ®ã N lµ ®é réng b¨ng t¹p ©m cña ký hiÖu song biªn ®ang ®­îc xem xÐt. MËt ®é phæ c«ng suÊt t¹p ©m h/2 lµ ®èi víi ®é réng b¨ng t¹p ©m song biªn 2B. Ph­¬ng tr×nh trªn chøng tá r»ng møc sö dông mËt ®é réng b¨ng t¹p ©m ®¬n biªn, mËt ®é phæ t¹p ©m sÏ lµ h hoÆc gÊp hai lÇn trong tr­êng hîp song biªn. V× c«ng suÊt sãng mang ch­a ®iÒu chÕ C chØ ®­îc xÐt trong c¸c ph­¬ng tr×nh Pe nh»m môc ®Ých so s¸nh c¸c c¬ së ®iÒu chÕ víi nhau. Sav l¹i ®­îc x¸c ®Þnh theo C. C = Sav =A2 /2 = Ebrb = Esrs V× Es = Eblog2M vµ rb = rs log2M, wb = w log2 M Trong ®ã A lµ biªn ®é ®iÖn ¸p sãng mang h×nh sin. Tû sè Eb /h ®èi víi hÖ thèng M tr¹ng th¸i cã thÓ liªn quan ®Õn C/N. Eb /h = (C/N) (w/rb) = (C/N) [w/ (rs log2M)] = 1/log2 M (Es/h ) Trong ®ã s biÓu thÞ cho ký hiÖu, rs lµ ký hiÖu ttèc ®é Baud vµ w lµ ®é réng b¨ng cña tÝn hiÖu. §Ó cho sãng mang thu kh«ng bÞ mÐo, ®é réng b¨ng IF ®­îc t¨ng lªn bëi hÖ sè uèn (®èi víi bé läc cosin - t¨ng) trïm lªn ®é réng b¨ng truyÒn Nyquist rs /2. Sù t¨ng nµy ®­îc thÓ hiÖn do t¹p ©m song biªn nhËn ®­îc v× ®é réng b¨ng cña bé läc IF thu cã ®é réng cña bé läc IF thu. Bé läc thu IF thu cã ®é réng b¨ng gÊp ®«i ®é réng b¨ng truyÒn m¸y ph¸t. C¸c ph­¬ng tr×nh ®èi víi Pe mong muèn ®èi víi tÝn hiÖu thu, v× mét c¸ch lý t­ëng ®é réng b¨ng gÊp ®«i cña m¸u thu sÏ ®­a mét mÐo nhá (ISI) vµ ®é réng b¨ng ®¬n biªn cña tÝn hiÖu nguån nguyªn thuû IF, ®é réng b¨ng t¹p ©m hoÆc ®é réng b¨ng ký hiÖu w cña m¸y thu ®­îc biÓu thÞ theo rb vµ a nh­ sau: ws = rs (1+ a ) = [rb (1 + a )]/ log2 M Thay vµo ph­¬ng tr×nh trªn ta cã: C/N = (Eb/ h)log2 M/1 + a a lµ hÖ sè uèn cña cosin-t¨ng. 2.3.6 DPSK M tr¹ng th¸i. SÐt s¬ ®å PSK vi sai M tr¹ng th¸i víi M = 4 tõ ph­¬ng tr×nh: Sk(t) = A1 cosw0t - AQ sinw0 t C¸c tÝn hiÖu PSk cã thÓ xem nh­ 2 tÝn hiÖu nhÞ ph©n PSK dïng sãng mang cÇu ph­¬ng. Sù m· ho¸ vi sai 4 cã thÓ quan niÖm lµ m· ho¸ vi sai cña 2 sãng mang PSK nhÞ ph©n vµ m¸y thu, 4 DPSK gåm cã hai bé t¸ch sãng hai pha ®­îc mÞnh ho¹ trªn h×nh vÏ. Víi M = 8 cã thÓ ¸p dông nguyªn t¾c nh­ thÕ trong cÊu tróc vµ sÏ më réng ngay trong tr­êng hîp 4 pha. §èi víi m¸y thu nh­ vËy, sö dông viÖc ®¶o cã trÔ tÝn hiÖu thu còng nh­ gèc pha cña chóng. NÐt kh¸c biÖt cña hÖ thèng DPSK lµ cã miÒn t¸ch sãng ®Þnh tr­íc trong kho¶ng c¸ch tÝn hiÖu t­¬ng øng víi mét tÝn hiÖu riªng biÖt ®­îc ph¸t ®i. H¬n n÷a sù quyÕt ®Þnh dùa vµo gãc pha gi÷a c¸c tÝn hiÖu thu kÕ tiÕp. Víi 4 DPSK ®é dÞch pha t­¬ng ®èi gi÷a c¸c kho¶ng kÕ tiÕp nhau lµ l, l+p/2; l+p vµ l+3 p/2. Hai h×nh sao tÝn hiÖu th­êng dïng t­¬ng øng víi l vµ l+p/4 ®­îc minh ho¹ trªn h×nh vÏ. l = 0 hÖ gi¶ ®iÒu chÕ sÏ cã dÞch pha 450 ®Þnh vÞ trong mçi ®­êng trÔ vµ bé nh©n c©n b»ng. So s¸nh víi PSK 2 pha khi C/N lín. V× DPSK kh«ng cÇn ®Õn mét ph­¬ng ph¸p phøc t¹p ®Ó ®¸nh gi¸ sãng mang nªn th­êng ®­îc sö dông trong hÖ thèng th«ng tin sè. Nh­ng DPSK 4 pha vÒ chÊt l­îng kÐm h¬n DPSK kho¶ng 2,3 dB yªu cÇu ®èi víi 4 DPSK ph¶i ®­îc xÐt trong mèi liªn quan víi viÖc gi¶m ®é phøc t¹p cña m¹ch. BiÓu thøc cña x¸c suÊt lçi ®èi víi DPSK M tr¹ng th¸i vµ víi M=4 ®­îc minh häa trong h×nh vÏ khi w=rs . Pe M DPSK= erfc [(C/N) (w/rs) sin2 (p)/M1/Ö2)]2 Víi M³4 . TÝnh chÊt lç cña hÖ DPSK M tr¹ng th¸i cã t¹p ©m vµ nhiÔu ®· ®­îc Rosenbaum ®¸nh gi¸. Ph©n tÝch nhÞ ph©n dÉn ®Õn giíi h¹n trªn vµ d­íi ®èi víi x¸c suÊt lçi ký hiÖu. 00 f2 01 11 18 l = p/4 f2 11 00 10 0 §Þnh thêi Läc b¨ng thÊp So s¸nh møc ng­ìng Chuçi sè liÖu ®· t¸ch Chuçi sè liÖu ®· t¸ch Kh«i phôc Läc kªnh tÇn sè Läc b¨ng th«ng phèi hîp Läc b¨ng th«ng phèi hîp TrÔ mét bit Läc b¨ng thÊp So s¸nh møc ng­ìng DÞch pha 900 H×nh 2.12 (a) - §å thÞ h×nh sao , (b) - M¸y thu 4-DPSK (b) 2.3.7 §iÒu chÕ pha cÇu ph­¬ng lÖch (OK- QPSK hay OQPSK) (®iÒu chÕ hai tr¹ng th¸i pha kÐp). Nh­ ®· nãi ë trªn, th«ng tin sè cña tÝn hiÖu QPSK ®­îc ®­a vµo trong c¸c sãng mang cÇu ph­¬ng ®ång thêi qua c¸c bé ®iÒu chÕ c©n b»ng. Trong ®iÒu chÕ pha cÇu ph­¬ng lÖch, tin tøc sè ®­îc ®­a vµo c¸c sãng mang ë nh÷ng cè ®Þnh cña thêi ®iÓm kh¸c nhau. §iÒu ®ã ®­îc thùc hiÖn nhê cã bé trÔ thêi gian 1 bit cña tÝn hiÖu vµo nhÞ ph©n trong ®­êng truyÒn b¨ng gèc cña ®iÒu chÕ cÇu ph­¬ng m¸y ph¸t vµ trong ®­êng truyÒn b¨ng gèc cña bé ®iÒu chÕ ®ång pha (I) m¸y thu. MËt ®é c«ng suÊt phæ ch­a läc ®­îc biÓu thÞ: P(f) OQPSK = 2CT [ sin(2pfT)/2pfT ]2 Trong ®ã: C lµ c«ng suÊt sãng mang (A2/2) T lµ thêi gian bit cña th«ng tin vµo. H×nh vÏ minh ho¹ phæ cña OQPSK hay OK- QPSK cïng víi s¬ ®å khèi cña bé ®iÒu chÕ ph¸t vµ gi¶i ®iÒu chÕ thu. Sö dông OK-QPSK qua QPSK cã ­u viÖt lµ ®Æc tÝnh phæ hÑp dÔ dµng lÊy ®ång bé tõ tÝn hiÖu thu. Phæ ra c¸c bé ®iÒu chÕ c©n b»ng cã ®é réng gÊp ®«i phæ b¨ng gèc v× phæ song biªn®­îc t¹o nªn trong qu¸ tr×nh nh©n. CÇn thiÕt ph¶i läc ®Ó ®¹t ®­îc C/N thÊp nhÊt. Víi mét Pe ®· cho còng nh­ ®Ó duy tr× ®iÒu kiÖn cña t¹p ©m gi÷a c¸c ký hiÖu zero vµ dïng bé läc cosin - víi hÖ sè uèn b»ng mét. HÖ sè sö dông phæ lµ 2 bit/s/Hz hoÆc log2M. X¸c suÊt lçi ®èi víi t¸ch sãng tin tøc trong hÖ thèng OQPSK kÕt hîp dïng bé läc cosin - t¨ng víi ®é réng b¨ng 2rb hoÆc hÖ sè uèn b»ng mét tèt h¬n lo¹i QPSK qnen thuéc lµ 1dB. Nh­ vËy cÇn ®Ó cã mét tû lÖ lçi ®· cho C/N cÇn ph¶i nhá h¬n 1dB X¸c suÊt lçi: Trong tÝn hiÖu OK QPSK nh÷ng chuyÓn tiÕp bit ®èi víi mét kªnh nhÞ ph©n lµ ë gi÷a c¸c kho¶ng bit ®èi víi kªnh kh¸c. Do tÝnh ®éc lËp, b×nh ®¼ng nªn hÇu nh­ viÖc lùa chän cùc d­¬ng hay cùc ©m ®èi víi mçi bit ®Òu cã x¸c suÊt chuyÓn tiÕp b»ng mét nöa. Khi cã chuyÓn tiÕp x¶y ra, sù ghÐp - chÐo (xuyªn ©m chÐo) biÕn ®æi gi÷a c¸c bit cña kªnh nhÞ ph©n kh¸c vµ sù xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh trong thêi gian nöa ®Çu cña kho¶ng bit sÏ bÞ xo¸ do ¶nh h­ëng cña cùc ®èi ngÞch trong kho¶ng thêi gian nöa sau cña kho¶ng bit ( t¹p ©m ) do ®ã khi chuyÓn tiÕp mét bit, chÊt l­îng t¸ch sãng còng gièng nh­ ®èi víi tÝn hiÖu BPSK. NÕu kh«ng x¶y ra chuyÓn tiÕp t¹p ©m xuyªn ©m sÏ kh«ng ®æi trong suèt kho¶ng bit ®· ®­îc t¸ch sãng. Xuyªn ©m chÐo nµy cã x¸c suÊt thiÕt lËp vµ huû bá b»ng nhau t­¬ng øng víi c¸c cùc d­¬ng ©m xuÊt hiÖn b»ng nhau ®èi víi hÖ sè xuyªn ©m sin f. Nh­ vËy khi kh«ng cã chuyÓn tiÕp bitchÊt l­îng t¸ch sãng còng gièng nh­ tÝn hiÖu QPSK. Do ®ã chÊt l­îng t¸ch sãng cña OQPSK ®¹t ®­îc vµo kho¶ng gi÷a chÊt l­îng cña BPSK vµ QPSK . Läc ph¸t Nèi tiÕp s.song TrÔ bï Läc ph¸t Bé dÞch pha 900 ~ å Bé dÞch pha 900 ~ Läc thu Läc thu Ng­ìng q.®Þnh Ng­ìng q.®Þnh TrÔ bï Nèi tiÕp s.song Vµo sè liÖu rb = 1/T 1/2T T¹p ©m tr¾ng S(t) Läc ph¸t å H×nh 2.13 (a) Bé ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ OQPSK 3/2T 1/T 1/2T fc 1/2T 1/T 3/2T MËt ®é phæ c«ng suÊt OQPSK fc tÇn sè trung t©m H×nh 2.13 (b) Phæ Ta cã: Pe (OK QPSK) = (1/4)erfc[C/N(w/rs)]1/2 + 1/2erfc [(1/2)(C/N)(w/rs)]1/2- - 1/8erfc2 (1/2.C/N.w/rs)1/2 2.4 §iÒu chÕ kho¸ dÞch tÇn sè (FSK). FSK cã thÓ xem nh­ tÝn hiÖu trùc giao. C¸c s¬ ®å chñ yÕu ®Òu ®­îc sö dông cho truyÒn sè liÖu tèc ®é thÊp. Lý do ®Ó dïng réng r·i c¸c modem sè liÖu lµ t­¬ng ®èi dÔ dµng t¹o tÝn hiÖu vµ dïng gi¶i ®iÒu chÕ kh«ng kÕt hîp. Nh­ng c¸c s¬ ®å FSK kh«ng cã hiÖu qu¶ nh­ s¬ ®å PSK vÒ mÆt c«ng suÊt vµ ®é réng b¨ng sö dông. Nh­ tªn gäi, tin tøc ®­îc truyÒn ®i mét c¸ch ®¬n gi¶n b»ng c¸ch dÞch tÇn sè sãng mang mét l­îng nhÊt ®Þnh t­¬ng øng víi møc nhÞ ph©n 1 vµ 0. H×nh vÏ lµ qu¸ tr×nh ®iÒu tÇnmét sãng mang víi tÝn hiÖu nhÞ ph©n 10101101. Trong FSK hai tr¹ng th¸i hai d¹ng tÝn hiÖu cã thÓ biÓu thÞ bëi: S1(t) = A cos(w0+wd)t ; S0(t) = A cos(w0-wd)t Gièng nh­ d¹ng sãng PSK, biªn ®é sãng mang A kh«ng ®æi cßn tÇn sè bÞ dÞch ®i gi÷a c¸c gi¸ trÞ (w0+wd) vµ (w0-wd). Trong khi xÐt ®Æc tÝnh phæ cña FSK ph©n biÖt hai tr­êng hîp xuÊt ph¸t tõ hµnh vi cña gãc pha l trong biÓu thøc cña tÝn hiÖu S1(t) vµo m¸y thu: S1(t) = A cosw0 t + wd S ak ò g (t-kT) dt +l Trong ®ã ak lµ hÖ sè ®èi träng sè ®èi víi kho¶ng thø k vµ lµ c¸c biÕn sè ngÉu nhiªn giai ®o¹n. NÕu gi¶ sö l lµ ngÉu nhiªn vµ ph©n bè ®ång ®Òu trong 2 p th× kh«ng cã quan hÖ víi ®iÒu chÕ vµ cã thÓ ë nh÷ng chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu lÊy bÊt kú mét gi¸ trÞ ngÉu nhiªn nµo ®ã. §iÒu ®ã dÉn ®Õn kh¶ n¨ng pha kh«ng liªn tôc nh­ h×nh (b) vµ ®iÒu chÕ ®­îc hiÓu lµ FSK pha kh«ng liªn tôc. FSK pha liªn tôc cã thÓ ®¹t ®­îc b»ng c¸ch b¾t l ph¶i cã mét t­¬ng quan nhÊt ®Þnh víi tÝn hiÖu ®iÒu chÕ. TruyÒn dÉn sè liÖu nhÞ ph©n cã ®é æn ®Þnh cao vµ nhiÔu gi÷a c¸c ký hiÖu kh«ng ®¸ng kÓ lµ mét ®iÒu khã ®¹t ®­îc trong hÖ thèng FM hai tr¹ng th¸i liªn tôc. Lý do lµ FSK hai tr¹ng th¸i yªu cÇu cã hai tÇn sè ph¶i biÓu thÞ hai tr¹ng th¸i nhÞ ph©n vµ x©y dùng mét hÖ thèng pha - liªn tôc sö dông hai bé dao ®éng riªng biÖt, yªu cÇu vÒ m¹ch rÊt phøc t¹p. Ph­¬ng ¸n chän lµ FM kho¸ chØ dïng mét bé dao ®éng ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p, trong khi mét hÖ thèng víi pha liªn tôc ë nh÷ng ®iÓm chuyÓn tiÕp bit, ®é chÝnh x¸c tÇn sè t­¬ng ®èi thÊap vµ tèc ®é bit sÏ kh«ng bÞ kho¸ ë mét trong hai tÇn sè ®¹i diÖn cho c¸c tr¹ng th¸i logic 1 vµ 0. M«i tr­êng truyÒn dÉn H×nh 2.14 C¸c hÖ thèng t¸ch sãng kÕt hîp vi sai kh«ng kÕt hîp vµ kÕt hîp M¸y ph¸t ®ång bé Bé läc th«ng b¨ng T¸ch sãng h×nh bao Bé läc th«ng b¨ng T¸ch sãng h×nh bao å M¹ch q.®Þnh AVG §­êng d©y trÔ 2 bit §iÒu chÕ Bé läc thÊp Bé chia c¾t nhÞ ph©n AVG §­êng d©y trÔ 2 bit §iÒu chÕ Bé läc thÊp Bé chia c¾t nhÞ ph©n §­êng d©y trÔ 2 bit §iÒu chÕ Bé läc thÊp Sè liÖu ra Sè liÖu ra Sè liÖu ra Vµo sè liÖu nhÞ ph©n Mét hÖ thèng FM hai tr¹ng th¸i lý t­ëng ®· ®­îc c«ng nhËn trong ®ã sù chªnh lÖch gi÷a c¸c tÇn sè 1 vµ 0 tøc lµ ®é di tÇn (®Ønh - ®Ønh) lµ 2f d b»ng tèc ®é bit rb.. H¬n n÷a c¸c tÇn sè 1 vµ 0 ®· bÞ kho¸ theo tèc ®é bit. Mét hÖ thèng ®· ®­îc c«ng nhËn, trong ®ã chØ cã mét nguån tÇn sè ®iÒu khiÓn hÖ thèng vµ cung cÊp cho ra c¸c tÝn hiÖu 1 vµ 0 theo tèc ®é bit. BiÓu thÞ phæ FSK gåm mét chuçi b»ng d¹ng ®å thÞ tèt h¬n lµ to¸n häc. 2.4.1 FSK kÕt hîp (CFSK). T¸ch sãng t­¬ng quan FSK ®¹t ®­îc kho¶ng c¸ch dïng bé gi¶i m· ®iÒu chÕ tèi ­u cã hµm t­¬ng quan - chÐo. Lo¹i tchs sãng nµy Ýt dïng trong thùc tÕ do khã kh¨n vÒ liªn kÕt víi c¸c tÇn sè rÏ ë m¸y thu gièng nh­ ë m¸y ph¸t. Kho¶ng c¸ch biÖt tÇn sè tèi thiÓu hay ®é di tÇn ®Ønh - ®Ønh cùc tiÓu: 2fd khi trùc giao (t­¬ng quan - chÐo = 0) víi t¸ch sãng kÕt hîp lµ 2fd = rb/2 *X¸c suÊt lçi cña CFSK hai tr¹ng th¸i. BiÓu thøc x¸c suÊt lçi Pe : Pe FSK = 1/2 erfc [(1/2)(w/rb) (C/N)]1/2 So s¸nh x¸c suÊt lçi cña FSK theo ph­¬ng tr×nh trªn víi PSK trong ph­¬ng tr×nh: Pe PSK = 1/2 erfc [(w/rb) (C/N)]1/2 Ta thÊy x¸c suÊt lçi b»ng nhau nÕu nh­ c«ng suÊt sãng mang cña FSK t¨ng thªm 3 dB. Víi FSK kÕt hîp 99% ®é réng b¨ng yªu cÇu tu©n theo qui luËt ‘Carlson‘ tøc lµ b»ng hai lÇn ®é di tÇn ®Ønh - ®Ønh céng víi hai lÇn tÇn sè ®iÒu chÕ cao nhÊt. NÕu tÇn sè ®iÒu chÕ cao nhÊt tÝnh tõ 0 (tõ DC) cã thÓ xem b»ng mét nöa ®é réng b¨ng trung tÇn W. §é di tÇn ®Ønh - ®Ønh chia hÕt cho tÇn sè ®iÒu chÕ cao nhÊt ®­îc ®Þnh nghÜa lµ chØ sè ®iÒu chÕ m vµ cã thÓ xem lµ ®é di tÇn ®Ønh - ®Ønh chia hÕt cho ®é réng b¨ng w.99% ®é réng b¨ng truyÒn dÉn lµ 2(1+m)w. B¶ng bªn nªu lªn c¸c chØ sè ®iÒu chÕ m øng víi c¸c trÞ sè 99% ®é réng b¨ng truyÒn dÉn cã tèc ®é bit tiªu chuÈn ho¸ rb víi c¸c bé läc cã ®Æc tuyÕn dèc. Ta cã thÓ chän ®­îc ®é di tÇn cµng nhá cµng tèt nh­ng x¸c suÊt lçi Pe còng lµ mét hµm cña ®é di tÇn. Gi¶m ®é di tÇn, Pe sÏ t¨ng lªn, gÝa trÞ tèi ­u cña ®é di tÇn sÏ ®­îc x¸c ®Þnh » 0,7 vµ gi¶m ®é di tÇn xuèng 0,5sÏ dÉn ®Õn C/N chÞu thiÖt ®i 1,6 dB khi Pe = 10-6 vµ w = rb. §é réng b¨ng w = rb còng lµ tèi ­u trong tr­êng hîp nµy. H×nh vÏ s¬ ®å khèi cña m¸y thu FSK kÕt hîp nh­ m« t¶, trong ®ã ®Çu ra cña bé läc b¨ng th«ng sÏ chøa møc ©m cã quan hÖ kÕt hîp víi c¸c tÇn sè sãng mang th«ng tin. Møc ©m nµy sÏ xuÊt hiÖn chÝnh x¸c ë c¸c tÇn sè 1 vµ 0. H¬n n÷a chóng chiÕm mét nöa c«ng suÊt tæng vµ ®é chªnh lÖch cña chóngcung cÊp tÇn sè nhÞp bit víi pha phï hîp. 2.4.2 FSK kh«ng kÕt hîp (NCFSK) Phæ tÇn cña FSK khi ®é di tÇn ®Ønh - ®Ønh 2fb = k.rb,trong ®ã k lµ sè nguyªn xuÊt hiÖn nh­ hai lÇn phæ ASK cã c¸c tÇn sè mang lµ (f0-fd) vµ (f0+fd). §iÒu ®ã nãi lªn r»ng tÝn hiÖu mang tin d­íi nh÷ng ®iÒu kiÖn nh­ vËy sÏ cã thÓ t¸ch ra nhê hai bé läc th«ng b¨ng víi tÇn sè trung t©m lµ (f0-fd) vµ (f0+fd). M¹ch t¸ch sãng ®iÓn h×nh minh ho¹ trong h×nh vÏ, khi gi÷a tÇn sè mang vµ tèc ®é bit cã quan hÖ ®¬n trÞ nh­ f0 = nrb th× cã nghi· lµ sãng mang cã quan hÖ kÕt hîp (duy nhÊt) víi tèc ®é bit cña tÝn hiÖu mang tin. Cã thÓ cã ba lo¹i qu¸ tr×nh t¸ch sãng: T¸ch sãng kÕt hîp T¸ch sãng kh«ng kÕt hîp T¸ch sãng kÕt hîp vi sai dïng trÔ *X¸c suÊt lçi Pe cña FSK kh«ng kÕt hîp hai tr¹ng th¸i: BiÓu thøc Pe = 1/2 erfc [-(1/2)(w/rb)(C/N)] Nã cã thÓ cã gi¸ trÞ ë chç sau bé t¸ch sãng h×nh bao cã c¸c bé läc b¨ng th«ng vµ mét thiÕt bÞ quyÕt ®Þnh, kho¶ng c¸ch tÇn sè 2fd ph¶i b»ng Ýt nhÊt lµ 1/T (hay m>1) ®Ó tr¸nh b¨ng th«ng cña hai bé läc chång lÊn lªn nhau. Cã thÓ dïng bé t¸ch sãng tÇn sè ®Ó chuyÓn ®æi nh÷ng biÕn thiªn tÇn sè thµnh nh÷ng biÕn thiªn biªn ®é sao cho t¸ch sãng h×nh bao ®iÒu biªn cã thÓ thùc hiÖn ®­îc.Ph­¬ng ph¸p nµy h¹n chÕ nh÷ng nh­îc ®iÓm ®· nãi á trªn víi chØ sè ®iÒu chÕ m ³ 1. 2.4.3 Gi¶i ®iÒu chÕ FSK kÕt hîp vi sai. Qu¸ tr×nh t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp (NC-FSK) ph¶i chÞu nh÷ng biÕn ®æi vÒ tÇn sè vµ dÞch pha do m«i tr­êng truyÒn dÉn g©y ra. §Ó kh¾c phôc vÊn ®Ò nµy, nhÊt lµ khi C/N thÊp qu¸ tr×nh kÕt hîp vi sai víi ®­êng d©y trÔ cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc. Quan träng lµ thêi gian trÔ cña ®­êng d©y trÔ ph¶i b»ng mét nöa thêi gian bit. Víi C/N rÊt thÊp, hÖ thèng sÏ kh«ng ch¾c ch¾n v× t¹p ©m lµm sai l¹c chuÈn tÇn mang t­¬ng ®èi. Khi C/N thÊp tËn dông nh÷ng thµnh phÇn tin gi¸n ®o¹n lµ mét phÇn nguyªn vÑn cña d¹ng sãng thu vµ nã cã thÓ cung cÊp chuÈn kÕt hîp tuyÖt ®èi, nh÷ng thµnh phÇn nµy mang mét nöa tæng c«ng suÊt vµ dÔ dµng läc ra. Trong hÖ thèng thùc tÕ, c¸c bé läc b¨ng víi ®é réng b¨ng 3 dB, tèc ®é bit rb dao ®éng kho¶ng 5% sÏ tho¶ m·n. TÇn sè nhÞp kÕt hîp thu ®­îc tõ sù chªnh lÖch cña hai tÇn sè ph¸t, tr¸nh ®­îc ph¶i lÊy nhÞp tõ c¸c chuyÓn tiÕp sè liÖu. Qu¸ tr×nh t¸ch sãng kÕt hîp vi sai ®­îc minh ho¹ trªn h×nh vÏ. Nh­ vËy khi mµ hai tÇn sè ®ång nhÊt chóng sÏ ®ång pha hoÆc lÖch pha 1800 vµ cho ra sau bé läc th«ng b¨ng tÝn hiÖu cùc ®¹i hoÆc cùc tiÓu. NÕu chóng kh¸c nhau trong suèt c¶ kho¶ng nöa bit sÏ xÈy ra chuyÓn tiÕp gi÷a 1 vµ 0 hoÆc ng­îc l¹i. 2.4.4 So s¸nh FSK vµ ASK Tõ c¸c ®å thÞ trªn h×nh vÏ ta thÊy FSK kh«ng tû lÖ lçi tèt h¬n ASK, trõ khi víi gi¸ trÞ C/N nhá. §é réng b¨ng cÇn thiÕt víi FSK còng réng h¬n ®èi víi ASK nÕu dïng bé t¸ch sãng h¹n chÕ. Nh÷ng ­u ®iÓm FSK ®èi víi ASK lµ: TÝnh chÊt biªn ®é kh«ng ®æi cña tÝn hiÖu sãng mang kh«ng g©y l·ng phÝ c«ng suÊt vµ t¹o kh¶ n¨ng miÔn trõ ®èi víi t¹p ©m. Møc ng­ìng tèi ­u cña bé t¸ch sãng ®éc lËp ®èi víi biªn ®é A cña sãng mang vµ C/N. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ ng­ìng kh«ng cÇn ph¶i hiÖu chØnh khi thay ®æi ®Æc tÝnh kªnh truyÒn dÉn. FSK hai tr¹ng th¸i ®­îc sö dông trong truyÒn sè liÖu tèc ®é thÊp, nh­ng còng ®­îc ¸p dông trong c¸c hÖ thèng th«ng tin phæ réng hay c¸c chÆng tÇn sè cã c¸c møc (tone) 1 vµ 0 kh«ng cÇn trùc giao. 2.4.5 FSK M tr¹ng th¸i. T¸ch sãng kÕt hîp. X¸c suÊt lçi trong c¸c hÖ thèng ghÐpkªnh FSK víi t¸ch sãng kÕt hîp kh«ng ®­îc biÓu thÞ b»ng ‘Hµm hiÖu‘ ®¬n gi¶n. Nãi chung biÓu thøc chÊp nhËn ®­îc ®èi víi x¸c suÊt lçi nh­ sau: Pe kÕt hîp Mary = (1/Ö2p) ò {1-[1-(1/2)erfc(x/Ö2)]M-1} exp {-1/2[x-(w/rs)(2C/N)1/2]2}dx Trong ®ã M lµ sè l­îng tÇn sè kho¸ vµ C/N lµ tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m trong ®é réng b¨ng t¹p ©m song biªn. Nh÷ng trÞ sè Pe ®èi víi c¸c trÞ sè M kh¸c nhau ®Òu cho trong h×nh vÏ. V× M d¹ng sãng tÝn hiÖu bÊt kú mçi c¸i cã tÇn sè kh¸c nhau hÇu nh­ b»ng nhau. BiÓu thøc trªn lµ x¸c suÊt trung b×nh cña lçi ký hiÖu, nh­ ph­¬ng tr×nh ®· chØ râ: Eb/h = (C/N)(w/rb) = (C/N) [w/(rslog2M)] = 1/log2M(Es/h) C/N = (Eb/h)[log2M/(1+ a)] ( a lµ hÖ sè uèn cong cosin t¨ng ) ChÊt l­îng cña c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ kh¸c nhau cã thÓ so s¸nh theo Eb/h h¬n lµ C/N, cho phÐp ta cã mét ®¸nh gi¸ gi÷a c¸c s¬ ®å ®iÒu chÕ M tr¹ng th¸i kh¸c nhau dïng c¸c gi¸ trÞ cña M. Nh­ ®· nãi ë trªn ®èi víi M tr¹ng th¸i hoÆc d¹ng sãng mçi ký hiÖu m· ho¸ cÇn cã log2 M bit m· nhÞ ph©n, do ®ã tõ ph­¬ng tr×nh ®èi víi bé läc cosin t¨ng: Eb/h =[(1+ a)/log2M ](C/N) §Ó chuyÓn ®æi x¸c suÊt lçi ký hiÖu ®· cho trong ph­¬ng tr×nh thµnh x¸c suÊt t­¬ng ®­¬ng cña mét lçi bit nhÞ ph©n ta ph¶i xÐt ®Õn b»ng c¸ch c¸c lçi xuÊt hiÖn trong hÖ thèng lçi trùc giao. Sè l­îng tæ hîp cña log2M Cn lµ sè kh¶ n¨ng n bit nhÞ ph©n ngoµi log2M bit cã thÓ bÞ lçi. §èi víi c¸c tÝn hiÖu trùc giao cïng kh¶ n¨ng tÊt c¶ c¸c lçi tÝn hiÖu cïng ®Òu cïng kh¶ n¨ng: X¸c suÊt cña lçi ký hiÖu x¶y ra = Pe/(M-1) Do ®ã lçi bit trªn log2M lµ: ån (log2M Cn).Pe/(M-1) = [Pe/(M-1)]n(log2M)!/(log2M-n)!.n! = (Pe/bit)FSK = Pe FSK M/2(M-1) = BER Kho¶ng c¸ch tÇn sè cÇn thiÕt ®èi víi gi¶i ®iÒu chÕ kÕt hîp ®­îc cho bëi 1/2Ts. Mçi tÝn hiÖu chiÕm mét ®é réng b¨ng xÊp xØ 2fd nªn ®é réng kªnh yªu cÇu ®Ó truyÒn dÉn c¸c d¹ng sãng M ®­îc biÓu thÞ: §é réng b¨ng FSK kÕt hîp = 2Mfd = M/2Ts. §é réng b¨ng hiÖu dông tÝnh theo tèc ®é tin bit/s [log2M/Ts] chia cho ®é réng b¨ng yªu cÇu. §é réng b¨ng hiÖu dông FSK kÕt hîp = 2(log2M)/M T¸ch sãng kh«ng kÕt hîp. X¸c suÊt lçi trong c¸c hÖ thèng FSK víi t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp ®­îc biÓu thÞ: Pe FSK kh«ng kÕt hîp = òIo [2x2(w/rs)(C/N)]1/2 {1-[1- exp(-x2/2)]M-1} x.exp[-x2/2 + (w/rs)(C/N)]dx Trong ®ã Io(u) lµ hµm Bessel c¶i tÕn cña lo¹i ®Çu tiªn thø 0 trong ph­¬ng tr×nh ASK kh«ng kÕt hîp. §å thi x¸c suÊt lçi Pe cña FSK cho c¸c trÞ sè Pe øng víi c¸c trÞ sè M kh¸c nhau vµ tû sè C/N t¹p ©m song biªn. So s¸nh x¸c suÊt lçi gi÷a ccs hÖ thèng FSK kÕt hîp vµ kh«ng kÕt hîp ta thÊy râ rµng lµ t¸ch sãng kÕt hîp lu«n lµ hÖ thèng t¸ch sãng tréi h¬n víi trÞ sè M nhá. Hai hÖ thèng sÏ kh«ng kh¸c nhau mÊy khi sè l­îng tÇn sè kho¸ M t¨ng lªn. TÝnh trùc giao cña c¸c d¹ng sãng FSK t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp yªu cÇu kho¶ng c¸ch tÇn sè lµ 2fd = 1/Ts. Do ®ã ta cã ®é réng kªnh yªu cÇu ®Ó truyÒn dÉn lµ: §é réng b¨ng FSK kh«ng kÕt hîp M tr¹ng th¸i = M.2fs = M/(Ts) §iÒu nµy chøng tá lµ khi sè l­îng cña møc M t¨ng lªn ®é réng b¨ng sÏ t¨ng lªn, nh­ng tõ ®å thÞ C/N tiÕn ®Õn mét giíi h¹n, v× tèc ®é truyÒn dÉn lµ (log2M)/Ts ta cã: HiÖu dông cña ®é réng b¨ng FSK kh«ng kÕt hîp = (log2M)/M b»ng mét nöa so víi tr­êng hîp t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp. Tõ ®å thÞ ta thÊy r»ng nÕu c«ng suÊt t¹p ©m gi÷ nguyªn c«ng suÊt ph¸t kh«ng t¨ng theo M t¨ng. Tû lÖ lçi bit tù do cùc ®¹i rbvíi sè liÖu cã thÓ ®­îc truyÒn ®i theo s¬ ®å tÝn hiÖu FSK trùc giao M tr¹ng th¸i ®­îc cho bëi dung l­îng kªnh e cña mét Gaussian cã ®é réng v« h¹n: rb = w. C/N.log2e §iÒu nµy cã nghÜa lµ nÕu nh­ tèc ®é bit rb nhá h¬n dung l­îng kªnh, xx¸c suÊt lçi cã thÓ xem nh­ nhá. BiÓu ®å h×nh sao cña hÖ thènh FSK M tr¹ng th¸i cã thÓ biÓu thÞ b»ng M to¹ ®é vu«ng gãc víi ®¹i l­îng vect¬ A/2. Víi M = 3 ta dÔ dµng nhËn thÊy hÖ to¹ ®é 3 chiÒu v× c¸c trôc d­¬ng x,y,z, ®¹i diÖn cho f1, f2 , f3. Mét kü thuËt FM kh¸c ®¸ng chý ý vµ cã hiÖu qu¶ trong thiÕt bÞ ®· cã trªn thÞ tr­êng lµ MSK - kho¸ di tÇn cùc tiÓu (kho¸ di tÇn nhanh - FFSK). MSK - kho¸ di tÇn cùc tiÓu. MSK lµ mét tr­êng hîp ®Æc biÖt cña FSK pha liªn tôc (CP-FSK) víi ®é di tÇn 2fd = 0,5 vµ sö dông t¸ch sãng kÕt hîp. Kü thuËt nµy ®¹t ®­îc chÊt l­îng còng nh­ PSK kÕt hîp vµ cã ®Æc tÝnh phæ cao h¬n. CP-FSK.MSK cã ­u ®iÓm lµ tù ®ång bé t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n CP-FSK kÕt hîp víi ®é di tÇn 0,7. ViÖc sö dông MSK ®· ®­îc xÐt ®Õn trong vi ba sè mÆt ®Êt vµ vÖ tinh. NÕu c¸c xung ®i vµo m¹ch m¸y ph¸t ®Òu ®­îc läc ®Ó t¹o ra c¸c xung h×nh sin ‘®é dµi toµn bé‘. Tr­íc khi ®iÒu chÕ víi sãng mang MSK cã thÓ coi nh­ OQPSK c¶i biÕn. Ng­êi ta ®· chøng minh r»ng cã thÓ cÊu t¹o mét bé t¸ch sãng ®¬n gi¶n vµ tèi ­u víi tÝnh chÊt x¸c suÊt lçi b»ng bé thu PSK hai tr¹ng th¸i. Do tÝnh chÊt x¸c suÊt lçi Pe vµ hiÖu dông b¨ng th«ng (2bit/s/Hz) nªn kü thuËt nµy ®· ®­îc sö dông trong thiÕt bÞcã trªn thÞ tr­êng nh­ vi ba sè Telenokia 0,7;2 vµ 8 Mbit/s . T¸ch sãng kÕt hîp MSK hay FSK còng nh­ t¸ch sãng kÕt hîp cña tÝn hiÖu PSK cã sù suy gi¶m tÝnh chÊt x¸c suÊt lçi Pe so víi lý t­ëng v× pha gi÷a sãng mang tÝn hiÖu thu vµ sãng mang chuÈn néi kh«ng ®ång nhÊt. Trong c¸c hÖ thèng PSK truyÒn thèng, c¶ BPSK vµ QPSK hÇu nh­ ®Òu cã chÊt l­îng Pe nh­ nhau víi cïng C/N trªn bit víi chuÈn pha hoµn chØnh, víi mét chuÈn pha bÞ t¹p ©m, chÊt l­îng cña nh÷ng hÖ thèng nµy bÞ xÊu ®i nhiÒu h¬n QPSK v× sù ghÐp gi÷a c¸c thµnh phÇn cÇu ph­¬ng. Ng­êi ta chøng minh r»ng OQPSK cã x¸c suÊt lçi trong t¸ch sãng n»m ë gi÷a chÊt l­îng t¸ch sãng cña BPSK vµ QPSK. V× tÇn sè kh«ng æn ®Þnh trong hÖ thèng th«ng tin vµ c¸c khã kh¨n kÕt hîp trong viÖc thu nhËn ®ång bé sãng mang cã tr­ît ®ñ thÊp ®Ó ng¨n ngõa c¸c tæn thÊt t¸ch sãng, OQPSK cã ­u ®iÓm h¬n BPSK vµ QPSK lµ cho phÐp H×nh 2.15 (a) HÖ thèng ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ M¸y ph¸t M¸y thu Läc ph¸t Nèi tiÕp s.song TrÔ bï Läc ph¸t Bé dÞch pha 00 ~ Bé dÞch pha 00 ~ å Läc thu Läc thu Ng­ìng q.®Þnh Ng­ìng q.®Þnh TrÔ bï Nèi tiÕp s.song Vµo sè liÖu 1/Tb 1/2Tb Bé t¹o d¹ng Xung sin Bé t¹o d¹ng xung sin WGN å å 1/T 1/2T fc 1/2T 1/T MËt ®é phæ c«ng suÊt MSK fc tÇn sè mang H×nh 2.15 (b) MËt ®é phæ c«ng suÊt C/N thÊp h¬n 3 dB so víi møc chuÈn pha ®ång bé so víi møc chuÈn pha ®ång bé ®Ó tho¶ m·n mét gi¸ trÞ tæn hao t¸ch sãng cho phÐp ®· x¸c ®Þnh. Trong khi MSK cã cÊu tróc t­¬ng tù nh­ OQPSK, ®é nh¹y cña nã ®èi víi sai lçi pha chuÈn thËm chÝ cßn thÊp h¬n OQPSK cho phÐp møc chuÈn pha ®ång bé thÊp h¬n 2,5 dB mµ vÉn cã cïng ®é tæn hao t¸ch sãng cho phÐp ®· x¸c ®Þnh. BiÓu thøc cña mËt ®é phæ c«ng suÊt ch­a läc cña MSK lµ: P(f) MSK = [8 CT(1+cos 4p fT)]/[p(1-16T2 f2)]2 Trong ®ã: f lµ tÇn sè dÞch so víi sãng mang C lµ c«ng suÊt sãng mang T lµ thêi gian bit ®¬n vÞ trong m¸y thu So s¸nh phæ cña MSK so víi OQPSK hay OKQPSK, ta thÊy r»ng ®é réng cña bóp chÝnh phæ M