Vi ba số DM 2G -1000

có tín hiệu ra có mức lớn hơn mức ra của bộ chuyển đổi 2 mức thấp (đáy) thành 4 mức. Các tín hiệu băng gốc 4 trạng thái sau đó dùng để đưa vào bộ điều chế cân bằng. Sóng mang của các bộ điều chế lấy từ một bộ dao động nội có đầu ra đối ngẫu. Mỗi đầu ra lệch pha nhau ± 450 cho phép hình sao ra như ở đồ thị. Các tín hiệu ra của bộ điều chế nén sóng mang cùng pha I và cầu phương pha Q được tổ hợp lại để chọn ra một IF là sóng mang đã điều chế với tín hiệu 8 PSK. Phổ của 8 PSK sau đó được lọc để cho đầu ra của bộ lọc băng thông một phổ cosin tăng với hệ số uốn khoảng 0,6. Bộ giải điều chế thường gồm các mạch sau: - Một bộ cân bằng thích ứng IF dùng để bù lại sự tổn thất (tiêu tán) biên độ do hiệu ứng pha đinh chọn lọc. - Khôi phục sóng mang IF qua việc sử lý băng gốc số. - Khôi phục đồng hồ nhịp qua tách sóng hình bao IF và lọc băng hẹp. - Giải mã vi sai (nếu có) và chuyển đổi song song - nối tiếp để cho ra băng gốc nguyên thuỷ có tốc độ rb. Các hệ 8 PSK xuất hiện đã được sử dụng trong vi ba có tốc độ đến 100 Mbit/s(70 Mbit/GTE và 90 Mbit/s - rockwell collins) . 2.3.4 Các bộ giám sát chất lượng. Việc đánh giá tỷ số lỗi của máy thu có thể được thực hiện bằng các thiết bị như các khối giám sát chất lượng (PMU). Những bộ này sẽ xác định tỷ số lỗi mà không cần dùng đến những truyền dẫn đặc biệt, không cần biết số liệu đang được truyền đi và không cần dùng đến nguồn lưu lượng. Như là một phần tử của hệ thống thông tin thích ứng PMU có thể dùng dể xác định khi cần có thay đổi để thích ứng bằng cách so sánh các tỷ số có lỗi do kết quả từ các lần chọn khác nhau, chọn sự thay đổi tốt nhất có thể tiến hành bất cứ lúc nào. Tỷ lệ lỗi đánh giá chính xác trong phạm vi một hệ số của 3 lần xuất hiện là đủ thoả nãm trong hầu hết ứng dụng. Kỹ thuật đơn giản nhất là đếm trực tiếp các lỗi. Điều đó yêu cầu trong truyền dẫn có chứa dư hoặc dưới dạng tín hiệu đo được, máy thu nhận dạng hoặc bằng những dilinh kiểm tra chẵn lẻ trong mã phát hiện lỗi. Nhược điểm của phương pháp này là một khoảng thời gian dài quá mức để đém đủ các lỗi mới đánh giá tin cậy các tỷ số lỗi thực nếu như tỷ số lỗi rất thấp. Một kỹ thuật chung khác được sử dụng có thể mở rộng đối với phần lớn các loại điều chế số thường gặp (PSK, QPSK, FSK) kỹ thuật này bao hàm việc ngoại suy tỷ số lỗi với giám sát chất lượng thông qua việc sử dụng hai hoặc nhiều hơn các ngưỡng quyết định để cải biến với một máy thu số để tạo ra một tỷ lệ lỗi ngẫu nhiên lớn hơn máy thu thực và đo tỷ lệ lỗi ngẫu nhiên này. Sau đó giám sát sẽ ngoại suy từ tỷ lệ lỗi ngẫu nhiên để được một lượng mà từ đó có thể suy ra tỷ số sẽ đạt được với một tiêu chuẩn quyết định chưa cải biến. Kỹ thuật này được sử dụng trong PMU cho cả PSK kết hợp với số lượng M trạng thái pha tùy chọn. Khối này làm việc theo cách xem xét sự lệch pha giữa xung tín hiệu thu và chuẩn pha rồi so sánh với ngưỡng quyết định để cải biến. Từ so sánh một lỗi ngẫu nhiên được ghi lại nếu độ lệch pha có những giá trị nhất định. 2.3.5 Quan hệ giữa tạp âm song biên C/N và Eb/h. Năng lượng trung bình của Eb bit được xác định: Eb = Sav = A2 T/2 ( trừ trường hợp ASK--> Eb = A2 cT/4 ) = Sav /rb Trong đó: - T là thời điểm kéo dài của bit = 1/rb - Sav là công suất sóng mang trung bình. Mật độ phổ công suất tạp âm songbiên h/2 được đưa ra dưới dạng công suất tạp âm song biên N hoặc sự biến thiên của phân bố Gaussian s2 là : N = s2 = B - (h/2) ( 2B ) = h/2 w Trong đó N là độ rộng băng tạp âm của ký hiệu song biên đang được xem xét. Mật độ phổ công suất tạp âm h/2 là đối với độ rộng băng tạp âm song biên 2B. Phương trình trên chứng tỏ rằng mức sử dụng mật độ rộng băng tạp âm đơn biên, mật độ phổ tạp âm sẽ là h hoặc gấp hai lần trong trường hợp song biên. Vì công suất sóng mang chưa điều chế C chỉ được xét trong các phương trình Pe nhằm mục đích so sánh các cơ sở điều chế với nhau. Sav lại được xác định theo C. C = Sav =A2 /2 = Ebrb = Esrs Vì Es = Eblog2M và rb = rs log2M, wb = w log2 M Trong đó A là biên độ điện áp sóng mang hình sin. Tỷ số Eb /h đối với hệ thống M trạng thái có thể liên quan đến C/N. Eb /h = (C/N) (w/rb) = (C/N) [w/ (rs log2M)] = 1/log2 M (Es/h ) Trong đó s biểu thị cho ký hiệu, rs là ký hiệu ttốc độ Baud và w là độ rộng băng của tín hiệu. Để cho sóng mang thu không bị méo, độ rộng băng IF được tăng lên bởi hệ số uốn (đối với bộ lọc cosin - tăng) trùm lên độ rộng băng truyền Nyquist rs /2. Sự tăng này được thể hiện do tạp âm song biên nhận được vì độ rộng băng của bộ lọc IF thu có độ rộng của bộ lọc IF thu. Bộ lọc thu IF thu có độ rộng băng gấp đôi độ rộng băng truyền máy phát. Các phương trình đối với Pe mong muốn đối với tín hiệu thu, vì một cách lý tưởng độ rộng băng gấp đôi của máu thu sẽ đưa một méo nhỏ (ISI) và độ rộng băng đơn biên của tín hiệu nguồn nguyên thuỷ IF, độ rộng băng tạp âm hoặc độ rộng băng ký hiệu w của máy thu được biểu thị theo rb và a như sau: ws = rs (1+ a ) = [rb (1 + a )]/ log2 M Thay vào phương trình trên ta có: C/N = (Eb/ h)log2 M/1 + a a là hệ số uốn của cosin-tăng. 2.3.6 DPSK M trạng thái. Sét sơ đồ PSK vi sai M trạng thái với M = 4 từ phương trình: Sk(t) = A1 cosw0t - AQ sinw0 t Các tín hiệu PSk có thể xem như 2 tín hiệu nhị phân PSK dùng sóng mang cầu phương. Sự mã hoá vi sai 4 có thể quan niệm là mã hoá vi sai của 2 sóng mang PSK nhị phân và máy thu, 4 DPSK gồm có hai bộ tách sóng hai pha được mịnh hoạ trên hình vẽ. Với M = 8 có thể áp dụng nguyên tắc như thế trong cấu trúc và sẽ mở rộng ngay trong trường hợp 4 pha. Đối với máy thu như vậy, sử dụng việc đảo có trễ tín hiệu thu cũng như gốc pha của chúng. Nét khác biệt của hệ thống DPSK là có miền tách sóng định trước trong khoảng cách tín hiệu tương ứng với một tín hiệu riêng biệt được phát đi. Hơn nữa sự quyết định dựa vào góc pha giữa các tín hiệu thu kế tiếp. Với 4 DPSK độ dịch pha tương đối giữa các khoảng kế tiếp nhau là l, l+p/2; l+p và l+3 p/2. Hai hình sao tín hiệu thường dùng tương ứng với l và l+p/4 được minh hoạ trên hình vẽ. l = 0 hệ giả điều chế sẽ có dịch pha 450 định vị trong mỗi đường trễ và bộ nhân cân bằng. So sánh với PSK 2 pha khi C/N lớn. Vì DPSK không cần đến một phương pháp phức tạp để đánh giá sóng mang nên thường được sử dụng trong hệ thống thông tin số. Nhưng DPSK 4 pha về chất lượng kém hơn DPSK khoảng 2,3 dB yêu cầu đối với 4 DPSK phải được xét trong mối liên quan với việc giảm độ phức tạp của mạch. Biểu thức của xác suất lỗi đối với DPSK M trạng thái và với M=4 được minh họa trong hình vẽ khi w=rs . Pe M DPSK= erfc [(C/N) (w/rs) sin2 (p)/M1/ệ2)]2 Với M³4 . Tính chất lỗ của hệ DPSK M trạng thái có tạp âm và nhiễu đã được Rosenbaum đánh giá. Phân tích nhị phân dẫn đến giới hạn trên và dưới đối với xác suất lỗi ký hiệu. 00 f2 01 11 18 l = p/4 f2 11 00 10 0 Định thời Lọc băng thấp So sánh mức ngưỡng Chuỗi số liệu đã tách Chuỗi số liệu đã tách Khôi phục Lọc kênh tần số Lọc băng thông phối hợp Lọc băng thông phối hợp Trễ một bit Lọc băng thấp So sánh mức ngưỡng Dịch pha 900 Hình 2.12 (a) - Đồ thị hình sao , (b) - Máy thu 4-DPSK (b) 2.3.7 Điều chế pha cầu phương lệch (OK- QPSK hay OQPSK) (điều chế hai trạng thái pha kép). Như đã nói ở trên, thông tin số của tín hiệu QPSK được đưa vào trong các sóng mang cầu phương đồng thời qua các bộ điều chế cân bằng. Trong điều chế pha cầu phương lệch, tin tức số được đưa vào các sóng mang ở những cố định của thời điểm khác nhau. Điều đó được thực hiện nhờ có bộ trễ thời gian 1 bit của tín hiệu vào nhị phân trong đường truyền băng gốc của điều chế cầu phương máy phát và trong đường truyền băng gốc của bộ điều chế đồng pha (I) máy thu. Mật độ công suất phổ chưa lọc được biểu thị: P(f) OQPSK = 2CT [ sin(2pfT)/2pfT ]2 Trong đó: C là công suất sóng mang (A2/2) T là thời gian bit của thông tin vào. Hình vẽ minh hoạ phổ của OQPSK hay OK- QPSK cùng với sơ đồ khối của bộ điều chế phát và giải điều chế thu. Sử dụng OK-QPSK qua QPSK có ưu việt là đặc tính phổ hẹp dễ dàng lấy đồng bộ từ tín hiệu thu. Phổ ra các bộ điều chế cân bằng có độ rộng gấp đôi phổ băng gốc vì phổ song biênđược tạo nên trong quá trình nhân. Cần thiết phải lọc để đạt được C/N thấp nhất. Với một Pe đã cho cũng như để duy trì điều kiện của tạp âm giữa các ký hiệu zero và dùng bộ lọc cosin - với hệ số uốn bằng một. Hệ số sử dụng phổ là 2 bit/s/Hz hoặc log2M. Xác suất lỗi đối với tách sóng tin tức trong hệ thống OQPSK kết hợp dùng bộ lọc cosin - tăng với độ rộng băng 2rb hoặc hệ số uốn bằng một tốt hơn loại QPSK qnen thuộc là 1dB. Như vậy cần để có một tỷ lệ lỗi đã cho C/N cần phải nhỏ hơn 1dB Xác suất lỗi: Trong tín hiệu OK QPSK những chuyển tiếp bit đối với một kênh nhị phân là ở giữa các khoảng bit đối với kênh khác. Do tính độc lập, bình đẳng nên hầu như việc lựa chọn cực dương hay cực âm đối với mỗi bit đều có xác suất chuyển tiếp bằng một nửa. Khi có chuyển tiếp xảy ra, sự ghép - chéo (xuyên âm chéo) biến đổi giữa các bit của kênh nhị phân khác và sự xuyên âm giữa các kênh trong thời gian nửa đầu của khoảng bit sẽ bị xoá do ảnh hưởng của cực đối ngịch trong khoảng thời gian nửa sau của khoảng bit ( tạp âm ) do đó khi chuyển tiếp một bit, chất lượng tách sóng cũng giống như đối với tín hiệu BPSK. Nếu không xảy ra chuyển tiếp tạp âm xuyên âm sẽ không đổi trong suốt khoảng bit đã được tách sóng. Xuyên âm chéo này có xác suất thiết lập và huỷ bỏ bằng nhau tương ứng với các cực dương âm xuất hiện bằng nhau đối với hệ số xuyên âm sin f. Như vậy khi không có chuyển tiếp bitchất lượng tách sóng cũng giống như tín hiệu QPSK. Do đó chất lượng tách sóng của OQPSK đạt được vào khoảng giữa chất lượng của BPSK và QPSK . Lọc phát Nối tiếp s.song Trễ bù Lọc phát Bộ dịch pha 900 ~ ồ Bộ dịch pha 900 ~ Lọc thu Lọc thu Ngưỡng q.định Ngưỡng q.định Trễ bù Nối tiếp s.song Vào số liệu rb = 1/T 1/2T Tạp âm trắng S(t) Lọc phát ồ Hình 2.13 (a) Bộ điều chế và giải điều chế OQPSK 3/2T 1/T 1/2T fc 1/2T 1/T 3/2T Mật độ phổ công suất OQPSK fc tần số trung tâm Hình 2.13 (b) Phổ Ta có: 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 Điều chế khoá dịch tần số (FSK). FSK có thể xem như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ chủ yếu đều được sử dụng cho truyền số liệu tốc độ thấp. Lý do để dùng rộng rãi các modem số liệu là tương đối dễ dàng tạo tín hiệu và dùng giải điều chế không kết hợp. Nhưng các sơ đồ FSK không có hiệu quả như sơ đồ PSK về mặt công suất và độ rộng băng sử dụng. Như tên gọi, tin tức được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóng mang một lượng nhất định tương ứng với mức nhị phân 1 và 0. Hình vẽ là quá trình điều tầnmột sóng mang với tín hiệu nhị phân 10101101. Trong FSK hai trạng thái hai dạng tín hiệu có thể biểu thị bởi: S1(t) = A cos(w0+wd)t ; S0(t) = A cos(w0-wd)t Giống như dạng sóng PSK, biên độ sóng mang A không đổi còn tần số bị dịch đi giữa các giá trị (w0+wd) và (w0-wd). Trong khi xét đặc tính phổ của FSK phân biệt hai trường hợp xuất phát từ hành vi của góc pha l trong biểu thức của tín hiệu S1(t) vào máy thu: S1(t) = A cosw0 t + wd S ak ũ g (t-kT) dt +l Trong đó ak là hệ số đối trọng số đối với khoảng thứ k và là các biến số ngẫu nhiên giai đoạn. Nếu giả sử l là ngẫu nhiên và phân bố đồng đều trong 2 p thì không có quan hệ với điều chế và có thể ở những chuyển tiếp tín hiệu lấy bất kỳ một giá trị ngẫu nhiên nào đó. Điều đó dẫn đến khả năng pha không liên tục như hình (b) và điều chế được hiểu là FSK pha không liên tục. FSK pha liên tục có thể đạt được bằng cách bắt l phải có một tương quan nhất định với tín hiệu điều chế. Truyền dẫn số liệu nhị phân có độ ổn định cao và nhiễu giữa các ký hiệu không đáng kể là một điều khó đạt được trong hệ thống FM hai trạng thái liên tục. Lý do là FSK hai trạng thái yêu cầu có hai tần số phải biểu thị hai trạng thái nhị phân và xây dựng một hệ thống pha - liên tục sử dụng hai bộ dao động riêng biệt, yêu cầu về mạch rất phức tạp. Phương án chọn là FM khoá chỉ dùng một bộ dao động điều khiển bằng điện áp, trong khi một hệ thống với pha liên tục ở những điểm chuyển tiếp bit, độ chính xác tần số tương đối thấap và tốc độ bit sẽ không bị khoá ở một trong hai tần số đại diện cho các trạng thái logic 1 và 0. Môi trường truyền dẫn Hình 2.14 Các hệ thống tách sóng kết hợp vi sai không kết hợp và kết hợp Máy phát đồng bộ Bộ lọc thông băng Tách sóng hình bao Bộ lọc thông băng Tách sóng hình bao ồ Mạch q.định AVG Đường dây trễ 2 bit Điều chế Bộ lọc thấp Bộ chia cắt nhị phân AVG Đường dây trễ 2 bit Điều chế Bộ lọc thấp Bộ chia cắt nhị phân Đường dây trễ 2 bit Điều chế Bộ lọc thấp Số liệu ra Số liệu ra Số liệu ra Vào số liệu nhị phân Một hệ thống FM hai trạng thái lý tưởng đã được công nhận trong đó sự chênh lệch giữa các tần số 1 và 0 tức là độ di tần (đỉnh - đỉnh) là 2f d bằng tốc độ bit rb.. Hơn nữa các tần số 1 và 0 đã bị khoá theo tốc độ bit. Một hệ thống đã được công nhận, trong đó chỉ có một nguồn tần số điều khiển hệ thống và cung cấp cho ra các tín hiệu 1 và 0 theo tốc độ bit. Biểu thị phổ FSK gồm một chuỗi bằng dạng đồ thị tốt hơn là toán học. 2.4.1 FSK kết hợp (CFSK). Tách sóng tương quan FSK đạt được khoảng cách dùng bộ giải mã điều chế tối ưu có hàm tương quan - chéo. Loại tchs sóng này ít dùng trong thực tế do khó khăn về liên kết với các tần số rẽ ở máy thu giống như ở máy phát. Khoảng cách biệt tần số tối thiểu hay độ di tần đỉnh - đỉnh cực tiểu: 2fd khi trực giao (tương quan - chéo = 0) với tách sóng kết hợp là 2fd = rb/2 *Xác suất lỗi của CFSK hai trạng thái. Biểu thức xác suất lỗi Pe : Pe FSK = 1/2 erfc [(1/2)(w/rb) (C/N)]1/2 So sánh xác suất lỗi của FSK theo phương trình trên với PSK trong phương trình: Pe PSK = 1/2 erfc [(w/rb) (C/N)]1/2 Ta thấy xác suất lỗi bằng nhau nếu như công suất sóng mang của FSK tăng thêm 3 dB. Với FSK kết hợp 99% độ rộng băng yêu cầu tuân theo qui luật ‘Carlson‘ tức là bằng hai lần độ di tần đỉnh - đỉnh cộng với hai lần tần số điều chế cao nhất. Nếu tần số điều chế cao nhất tính từ 0 (từ DC) có thể xem bằng một nửa độ rộng băng trung tần W. Độ di tần đỉnh - đỉnh chia hết cho tần số điều chế cao nhất được định nghĩa là chỉ số điều chế m và có thể xem là độ di tần đỉnh - đỉnh chia hết cho độ rộng băng w.99% độ rộng băng truyền dẫn là 2(1+m)w. Bảng bên nêu lên các chỉ số điều chế m ứng với các trị số 99% độ rộng băng truyền dẫn có tốc độ bit tiêu chuẩn hoá rb với các bộ lọc có đặc tuyến dốc. Ta có thể chọn được độ di tần càng nhỏ càng tốt nhưng xác suất lỗi Pe cũng là một hàm của độ di tần. Giảm độ di tần, Pe sẽ tăng lên, gía trị tối ưu của độ di tần sẽ được xác định ằ 0,7 và giảm độ di tần xuống 0,5sẽ dẫn đến C/N chịu thiệt đi 1,6 dB khi Pe = 10-6 và w = rb. Độ rộng băng w = rb cũng là tối ưu trong trường hợp này. Hình vẽ sơ đồ khối của máy thu FSK kết hợp như mô tả, trong đó đầu ra của bộ lọc băng thông sẽ chứa mức âm có quan hệ kết hợp với các tần số sóng mang thông tin. Mức âm này sẽ xuất hiện chính xác ở các tần số 1 và 0. Hơn nữa chúng chiếm một nửa công suất tổng và độ chênh lệch của chúngcung cấp tần số nhịp bit với pha phù hợp. 2.4.2 FSK không kết hợp (NCFSK) Phổ tần của FSK khi độ di tần đỉnh - đỉnh 2fb = k.rb,trong đó k là số nguyên xuất hiện như hai lần phổ ASK có các tần số mang là (f0-fd) và (f0+fd). Điều đó nói lên rằng tín hiệu mang tin dưới những điều kiện như vậy sẽ có thể tách ra nhờ hai bộ lọc thông băng với tần số trung tâm là (f0-fd) và (f0+fd). Mạch tách sóng điển hình minh hoạ trong hình vẽ, khi giữa tần số mang và tốc độ bit có quan hệ đơn trị như f0 = nrb thì có nghiã là sóng mang có quan hệ kết hợp (duy nhất) với tốc độ bit của tín hiệu mang tin. Có thể có ba loại quá trình tách sóng: Tách sóng kết hợp Tách sóng không kết hợp Tách sóng kết hợp vi sai dùng trễ *Xác suất lỗi Pe của FSK không kết hợp hai trạng thái: Biểu thức Pe = 1/2 erfc [-(1/2)(w/rb)(C/N)] Nó có thể có giá trị ở chỗ sau bộ tách sóng hình bao có các bộ lọc băng thông và một thiết bị quyết định, khoảng cách tần số 2fd phải bằng ít nhất là 1/T (hay m>1) để tránh băng thông của hai bộ lọc chồng lấn lên nhau. Có thể dùng bộ tách sóng tần số để chuyển đổi những biến thiên tần số thành những biến thiên biên độ sao cho tách sóng hình bao điều biên có thể thực hiện được.Phương pháp này hạn chế những nhược điểm đã nói ỏ trên với chỉ số điều chế m ³ 1. 2.4.3 Giải điều chế FSK kết hợp vi sai. Quá trình tách sóng không kết hợp (NC-FSK) phải chịu những biến đổi về tần số và dịch pha do môi trường truyền dẫn gây ra. Để khắc phục vấn đề này, nhất là khi C/N thấp quá trình kết hợp vi sai với đường dây trễ có thể giải quyết được. Quan trọng là thời gian trễ của đường dây trễ phải bằng một nửa thời gian bit. Với C/N rất thấp, hệ thống sẽ không chắc chắn vì tạp âm làm sai lạc chuẩn tần mang tương đối. Khi C/N thấp tận dụng những thành phần tin gián đoạn là một phần nguyên vẹn của dạng sóng thu và nó có thể cung cấp chuẩn kết hợp tuyệt đối, những thành phần này mang một nửa tổng công suất và dễ dàng lọc ra. Trong hệ thống thực tế, các bộ lọc băng với độ rộng băng 3 dB, tốc độ bit rb dao động khoảng 5% sẽ thoả mãn. Tần số nhịp kết hợp thu được từ sự chênh lệch của hai tần số phát, tránh được phải lấy nhịp từ các chuyển tiếp số liệu. Quá trình tách sóng kết hợp vi sai được minh hoạ trên hình vẽ. Như vậy khi mà hai tần số đồng nhất chúng sẽ đồng pha hoặc lệch pha 1800 và cho ra sau bộ lọc thông băng tín hiệu cực đại hoặc cực tiểu. Nếu chúng khác nhau trong suốt cả khoảng nửa bit sẽ xẩy ra chuyển tiếp giữa 1 và 0 hoặc ngược lại. 2.4.4 So sánh FSK và ASK Từ các đồ thị trên hình vẽ ta thấy FSK không tỷ lệ lỗi tốt hơn ASK, trừ khi với giá trị C/N nhỏ. Độ rộng băng cần thiết với FSK cũng rộng hơn đối với ASK nếu dùng bộ tách sóng hạn chế. Những ưu điểm FSK đối với ASK là: Tính chất biên độ không đổi của tín hiệu sóng mang không gây lãng phí công suất và tạo khả năng miễn trừ đối với tạp âm. Mức ngưỡng tối ưu của bộ tách sóng độc lập đối với biên độ A của sóng mang và C/N. Điều đó có nghĩa là ngưỡng không cần phải hiệu chỉnh khi thay đổi đặc tính kênh truyền dẫn. FSK hai trạng thái được sử dụng trong truyền số liệu tốc độ thấp, nhưng cũng được áp dụng trong các hệ thống thông tin phổ rộng hay các chặng tần số có các mức (tone) 1 và 0 không cần trực giao. 2.4.5 FSK M trạng thái. Tách sóng kết hợp. Xác suất lỗi trong các hệ thống ghépkênh FSK với tách sóng kết hợp không được biểu thị bằng ‘Hàm hiệu‘ đơn giản. Nói chung biểu thức chấp nhận được đối với xác suất lỗi như sau: Pe kết hợp Mary = (1/ệ2p) ũ {1-[1-(1/2)erfc(x/ệ2)]M-1} exp {-1/2[x-(w/rs)(2C/N)1/2]2}dx Trong đó M là số lượng tần số khoá và C/N là tỷ số tín hiệu trên tạp âm trong độ rộng băng tạp âm song biên. Những trị số Pe đối với các trị số M khác nhau đều cho trong hình vẽ. Vì M dạng sóng tín hiệu bất kỳ mỗi cái có tần số khác nhau hầu như bằng nhau. Biểu thức trên là xác suất trung bình của lỗi ký hiệu, như phương trình đã chỉ rõ: Eb/h = (C/N)(w/rb) = (C/N) [w/(rslog2M)] = 1/log2M(Es/h) C/N = (Eb/h)[log2M/(1+ a)] ( a là hệ số uốn cong cosin tăng ) Chất lượng của các sơ đồ điều chế khác nhau có thể so sánh theo Eb/h hơn là C/N, cho phép ta có một đánh giá giữa các sơ đồ điều chế M trạng thái khác nhau dùng các giá trị của M. Như đã nói ở trên đối với M trạng thái hoặc dạng sóng mỗi ký hiệu mã hoá cần có log2 M bit mã nhị phân, do đó từ phương trình đối với bộ lọc cosin tăng: Eb/h =[(1+ a)/log2M ](C/N) Để chuyển đổi xác suất lỗi ký hiệu đã cho trong phương trình thành xác suất tương đương của một lỗi bit nhị phân ta phải xét đến bằng cách các lỗi xuất hiện trong hệ thống lỗi trực giao. Số lượng tổ hợp của log2M Cn là số khả năng n bit nhị phân ngoài log2M bit có thể bị lỗi. Đối với các tín hiệu trực giao cùng khả năng tất cả các lỗi tín hiệu cùng đều cùng khả năng: Xác suất của lỗi ký hiệu xảy ra = Pe/(M-1) Do đó lỗi bit trên log2M là: ồn (log2M Cn).Pe/(M-1) = [Pe/(M-1)]n(log2M)!/(log2M-n)!.n! = (Pe/bit)FSK = Pe FSK M/2(M-1) = BER Khoảng cách tần số cần thiết đối với giải điều chế kết hợp được cho bởi 1/2Ts. Mỗi tín hiệu chiếm một độ rộng băng xấp xỉ 2fd nên độ rộng kênh yêu cầu để truyền dẫn các dạng sóng M được biểu thị: Độ rộng băng FSK kết hợp = 2Mfd = M/2Ts. Độ rộng băng hiệu dụng tính theo tốc độ tin bit/s [log2M/Ts] chia cho độ rộng băng yêu cầu. Độ rộng băng hiệu dụng FSK kết hợp = 2(log2M)/M Tách sóng không kết hợp. Xác suất lỗi trong các hệ thống FSK với tách sóng không kết hợp được biểu thị: Pe FSK không kết hợp = ũIo [2x2(w/rs)(C/N)]1/2 {1-[1- exp(-x2/2)]M-1} x.exp[-x2/2 + (w/rs)(C/N)]dx Trong đó Io(u) là hàm Bessel cải tến của loại đầu tiên thứ 0 trong phương trình ASK không kết hợp. Đồ thi xác suất lỗi Pe của FSK cho các trị số Pe ứng với các trị số M khác nhau và tỷ số C/N tạp âm song biên. So sánh xác suất lỗi giữa ccs hệ thống FSK kết hợp và không kết hợp ta thấy rõ ràng là tách sóng kết hợp luôn là hệ thống tách sóng trội hơn với trị số M nhỏ. Hai hệ thống sẽ không khác nhau mấy khi số lượng tần số khoá M tăng lên. Tính trực giao của các dạng sóng FSK tách sóng không kết hợp yêu cầu khoảng cách tần số là 2fd = 1/Ts. Do đó ta có độ rộng kênh yêu cầu để truyền dẫn là: Độ rộng băng FSK không kết hợp M trạng thái = M.2fs = M/(Ts) Điều này chứng tỏ là khi số lượng của mức M tăng lên độ rộng băng sẽ tăng lên, nhưng từ đồ thị C/N tiến đến một giới hạn, vì tốc độ truyền dẫn là (log2M)/Ts ta có: Hiệu dụng của độ rộng băng FSK không kết hợp = (log2M)/M bằng một nửa so với trường hợp tách sóng không kết hợp. Từ đồ thị ta thấy rằng nếu công suất tạp âm giữ nguyên công suất phát không tăng theo M tăng. Tỷ lệ lỗi bit tự do cực đại rbvới số liệu có thể được truyền đi theo sơ đồ tín hiệu FSK trực giao M trạng thái được cho bởi dung lượng kênh e của một Gaussian có độ rộng vô hạn: rb = w. C/N.log2e Điều này có nghĩa là nếu như tốc độ bit rb nhỏ hơn dung lượng kênh, xxác suất lỗi có thể xem như nhỏ. Biểu đồ hình sao của hệ thốnh FSK M trạng thái có thể biểu thị bằng M toạ độ vuông góc với đại lượng vectơ A/2. Với M = 3 ta dễ dàng nhận thấy hệ toạ độ 3 chiều vì các trục dương x,y,z, đại diện cho f1, f2 , f3. Một kỹ thuật FM khác đáng chý ý và có hiệu quả trong thiết bị đã có trên thị trường là MSK - khoá di tần cực tiểu (khoá di tần nhanh - FFSK). MSK - khoá di tần cực tiểu. MSK là một trường hợp đặc biệt của FSK pha liên tục (CP-FSK) với độ di tần 2fd = 0,5 và sử dụng tách sóng kết hợp. Kỹ thuật này đạt được chất lượng cũng như PSK kết hợp và có đặc tính phổ cao hơn. CP-FSK.MSK có ưu điểm là tự đồng bộ tương đối đơn giản CP-FSK kết hợp với độ di tần 0,7. Việc sử dụng MSK đã được xét đến trong vi ba số mặt đất và vệ tinh. Nếu các xung đi vào mạch máy phát đều được lọc để tạo ra các xung hình sin ‘độ dài toàn bộ‘. Trước khi điều chế với sóng mang MSK có thể coi như OQPSK cải biến. Người ta đã chứng minh rằng có thể cấu tạo một bộ tách sóng đơn giản và tối ưu với tính chất xác suất lỗi bằng bộ thu PSK hai trạng thái. Do tính chất xác suất lỗi Pe và hiệu dụng băng thông (2bit/s/Hz) nên kỹ thuật này đã được sử dụng trong thiết bịcó trên thị trường như vi ba số Telenokia 0,7;2 và 8 Mbit/s . Tách sóng kết hợp MSK hay FSK cũng như tách sóng kết hợp của tín hiệu PSK có sự suy giảm tính chất xác suất lỗi Pe so với lý tưởng vì pha giữa sóng mang tín hiệu thu và sóng mang chuẩn nội không đồng nhất. Trong các hệ thống PSK truyền thống, cả BPSK và QPSK hầu như đều có chất lượng Pe như nhau với cùng C/N trên bit với chuẩn pha hoàn chỉnh, với một chuẩn pha bị tạp âm, chất lượng của những hệ thống này bị xấu đi nhiều hơn QPSK vì sự ghép giữa các thành phần cầu phương. Người ta chứng minh rằng OQPSK có xác suất lỗi trong tách sóng nằm ở giữa chất lượng tách sóng của BPSK và QPSK. Vì tần số không ổn định trong hệ thống thông tin và các khó khăn kết hợp trong việc thu nhận đồng bộ sóng mang có trượt đủ thấp để ngăn ngừa các tổn thất tách sóng, OQPSK có ưu điểm hơn BPSK và QPSK là cho phép Hình 2.15 (a) Hệ thống điều chế và giải điều chế Máy phát Máy thu Lọc phát Nối tiếp s.song Trễ bù Lọc phát Bộ dịch pha 00 ~ Bộ dịch pha 00 ~ ồ Lọc thu Lọc thu Ngưỡng q.định Ngưỡng q.định Trễ bù Nối tiếp s.song Vào số liệu 1/Tb 1/2Tb Bộ tạo dạng Xung sin Bộ tạo dạng xung sin WGN ồ ồ 1/T 1/2T fc 1/2T 1/T Mật độ phổ công suất MSK fc tần số mang Hình 2.15 (b) Mật độ phổ công suất C/N thấp hơn 3 dB so với mức chuẩn pha đồng bộ so với mức chuẩn pha đồng bộ để thoả mãn một giá trị tổn hao tách sóng cho phép đã xác định. Trong khi MSK có cấu trúc tương tự như OQPSK, độ nhạy của nó đối với sai lỗi pha chuẩn thậm chí còn thấp hơn OQPSK cho phép mức chuẩn pha đồng bộ thấp hơn 2,5 dB mà vẫn có cùng độ tổn hao tách sóng cho phép đã xác định. Biểu thức của mật độ phổ công suất chưa lọc của MSK là: P(f) MSK = [8 CT(1+cos 4p fT)]/[p(1-16T2 f2)]2 Trong đó: f là tần số dịch so với sóng mang C là công suất sóng mang T là thời gian bit đơn vị trong máy thu So sánh phổ của MSK so với OQPSK hay OKQPSK, ta thấy rằng độ rộng của búp chín