Các kĩ thuật điều chế số

ASK đầy đủ. Có 3 cách tính hiệu quả phổ trong các tài liệu như liệt kê sau đây: Hiệu quả phổ Nyquist-giả thiết hệ thống sử dụng bộ lọc Nyquist (đáp ứng xung chữ nhật lí tưởng) tại băng gốc, có băng thông yêu cầu tối thiểu cho truyền phát nhiễu ISI tự do của các tín hiệu số, thì băng thông tại băng gốc là , là tốc độ kí hiệu, và băng thông tại tần số sóng mang là . Do , =tốc độ bit, với điều chế M-ary (ND: M ở đây là số điểm có thể thấy khi xem biểu đồ chòm điểm), hiệu quả phổ là (1.12) Hiệu quả phổ null-null (ND: hay ở trên vừa dịch là 0-0)-với các trình tự điều chế có các điểm 0 phổ mật độ công suất như của ASK trong hình 1.5, định nghĩa băng thông như độ rọng của búp sóng chính là cách thích hợp để định nghĩa băng thông. Hiệu quả phổ phần trăm-nếu phổ của một tín hiệu điều chế không có các điểm không, như điều chế pha liên tiếp nói chung (CPM), băng thông null-null không tồn tại. Trong trường hợp này, băng thông phần trăm có thể được sử dụng. Thông thường 99% được sử dụng, cho dù một số số phần trăm khác (như 90%, 95%) cũng được dùng. Độ phức tạp hệ thống Độ phức tạp của hệ thống ý nói tới tổng số dây dẫn trong nó và độ khó kĩ thuật của hệ thống. Liên hệ với độ phức tạp của hệ thống là giá thành sản xuất, dĩ nhiên là mối băn khoăn chính trong việc lựa chọn một kĩ thuật điều chế. Thông thường, bộ giải điều chế phức tạp hơn bộ điều chế. Bộ giải điều chế thích ứng thì phức tạp hơn nhiều so với bộ giải điều chế không thích ứng do sự khôi phục sóng mang được yêu cầu trong nó. Với một số phương pháp giải điều chế, các thuật toán phức tạp như Viterbi cần sử dụng. Tất cả là nền tảng cho so sánh phức tạp hơn. Do hiệu quả về công suất, hiệu quả phổ vả độ phức tạp hệ thống là tiêu chuẩn chính khi lựa chọn một kĩ thuật điều chế, ta sẽ luôn chú ý tới chúng khi phân tích các kĩ thuật điều chế trong phần còn lại của cuốn sách. Tổng quan các trình tự điều chế số Để cung cấp cho bạn đọc một cái nhìn tổng quan, chúng tôi liệt kê một số viết tắt và tên mô tả của các điều chế số khác nhau sẽ có trong bảng 1.1 và sắp xếp chúng theo sơ đồ cây như trong hình 1.6. Một số trình tự có thể thu được từ nhiều hơn một trình tự cha. Các trình tự trong đó mã hóa vi sai có thể được sử dụng sẽ được đánh nhãn D và những trình tự có thể được giải điều chế không thích ứng sẽ được đánh nhãn N. Tất cả các trình tự đều có thể được giải điều chế thích ứng. Các trình tự điều chế liệt kê trong bảng và cây được phân loại thành hai phân nhóm lớn: biên cố định và biên không cố định. Trong lớp biên cố định, có 3 lớp con: FSK, PSK và CPM. Trong lớp biên không cố định, cũng có 3 lớp con: ASK, QAM và các điều chế biên không cố định khác nữa, Trong các trình tự đã được liệt kê, ASK, PSK và FSK là các điều chế cơ bản, còn MSK, GMSK, CPM, MHPM và QAM, v.v. là các trình tự nâng cao. Các trình tự điều chế nâng cao là các biến thể và kết hợp của các trình tự cơ bản. Lớp có biên cố định nói chung phù hợp với các hệ thống thông tin có các bộ khuếch đại công suất hoạt động trong vùng phi tuyến của đặc tuyến đầu vào-đầu ra để thu được hiệu quả khuếch đại tối đa. Một ví dụ là TWTA (traveling wave tube amplifier)-bộ khuếch đại ống sóng chạy trong thông tin vệ tinh. Tuy nhiên, các trình tự FSK nói chung trong lớp này là không thích hợp với ứng dụng vệ tinh do chúng có hiệu quả phổ quá thấp so với các trình tự PSK. FSK nhị phân được sử dụng trong các kênh điều khiển tốc độ thấp của các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất, AMPS (advance mobile phone service of Ú) và ETACS (European total access communication system). Tốc độ truyền có thể là 10 Kbps với AMPS và 8 Kbps với ETATC. Các trình tự PSK, bao gồm BPSK, QPSK, OQPSK, và MSK đã được sử dụng trong các hệ thống thông tin vệ tinh. π/4-QPSK được quan tâm nhất bởi khả năng tránh di pha đột ngột 180° và cho phép giải điều chế vi sai. Trình tự này đã được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động số tế bào, như hệ thống số tế bào Mĩ (USDC)(United State digital cellular). Tên viết tắt Tên viết tắt tương đương Mô tả Frequency shift keying BFSK FSK Binary frequency shift keying MFSK M-ary frequency shift keying Phase shift keying BPSK PSK Binary phase shift keying QPSK 4PSK Quadrature phase shift keying OQPSK SQPSK Offset QPSK, Staggered QPSK π/4-QPSK π/4 Quadrature phase shift keying MPSK M-ary Phase shift keying Continuous phase modulation (CPM) SHPM Single-h (chỉ số điều chế) phase modulation MHPM Multi-h (chỉ số điều chế) phase modulation LREC Rectangular pulse of length L CPFSK Continuous phase shift keying MSK FFSK Minimum shift keying, fast FSK SMSK Serial minimum shift keying LRC Raised cosine pulse of length L LSRC Spectrally raised cosine pulse pff length L GMSK Gaussian minimum shift keying TFM Tamed frequency modulation Amplitude and amplitude/phase modulations ASK Amplitude phase shift keying (tên thông thường) OOK ASK Binary on-off keying MASK MAM M-ary ASK, M-ary amplitude modulation QAM Quadrature amplitude modulation Các điều chế biên không cố định QORC Quadrature overlapped raised cosine modulation SQORC Staggered QORC QOSRC Quadrature overlapped squared raised cosine modulation Q2PSK Quadrature quadrature phase shift keying IJF-OQPSK Intersymbol-interference/jitter-free OQPSK TSI-OQPSK Two-symbol-interval OQPSK SQAM Superposed-QAM XPSK Crosscorrelated QPSK Bảng 1 Các trình tự điều chế số Hình 6: cây điều chế số Các trình tự PSK có biên cố định nhưng chuyển pha không liên tục từ kí hiệu này sang kí hiệu khác. Các trình tự CPM không chỉ có biên cố định mà còn có sự chuyển pha liên tục. Vậy chúng có ít năng lượng búp biên trong phổ hơn so với các trình tự PSK. Lớp CPM bao gồm LREC, LRC, LSRC, GMSK và TFM. Sự khác nhau giữa chúng nằm ở các xung tần số khác nhau được thể hiện ở tên của chúng. Chẳng hạn, LREC có nghĩa là xung tần số là một xung hình chữ nhật với độ dài L các chu kì điều chế. MSK và GMSK là hai trình tự quan trọng trong lớp PCM. MSK là một trường hợp của CPFSK, nhưng nó cũng có thể nhận được từ OQPSK với dạng xung hình sin mở rộng, MSK có hiệu quả về công suất và hiệu quả về phổ rất tuyệt. Bộ điều chế và giải điều chế của chúng cũng không quá phức tạp. MSK đã được sử dụng trong tên lửa công nghệ truyền thông chuyên sâu của NASA (NASA's Advanced Communication Technology Satellite (ACTS)). GMSK có xung tần số Gauss. Vậy nó có thể có hiệu quả dùng phổ tốt hơn cả MSK. GMSK đơ]cj sử dụng trong hệ thống dữ liệu gói số dạng tế bào (CDPD) và hệ thống GSM châu Âu (global system for mobile communication). HMPM được chú ý đặc biệt từ khi có tỉ lệ lỗi tốt hơn so với single-h CPM bằng cách biến đổi có chu kì hệ số điều chế h. Các trình tự biên không cố định nói chung, như ASK và QAM, thường là không phù hợp với các hệ thống có các bộ khuếch đại công suất không tuyến tính. Tuy nhiên QAM, với biểu đồ chòm sao tín hiệu rộng, có thể thu được hiệu quả sử dụng phổ đặc biệt cao. QAM đã được sử dụng một cách rộng rãi trong các MODEM sử dụng trong các mạng điện thoại, như các modem máy tính. QAM còn được xem xét cho các hệ thống vệ tin. Trong trường hợp này, tuy nhiên, phản hồi trong công suất đầu vào và đầu ra của TWTA phải được cung cấp để đảm bảo tính tuyến tính của khuếch đại công suất. Chương 2: điều chế băng gốc (hay còn được gọi là line coding) Điều chế băng gốc được xác định như một truyền phát trực tiếp mà không chuyển đổi tần số. Đây là công nghệ biểu diễn các chuỗi số bằng các dạng sóng xung phù hợp cho việc truyền phát băng gốc. Một loạt các dạng sóng đã được đề ra trong cố gắng tìm ra những dạng có các đặc tính mong muốn, như hiệu quả dùng phổ và hiệu quả về công suất tốt, và thông tin định thời đầy đủ. Các dạng sóng điều chế băng gốc đó còn được gọi là mã đường truyền, định dạng băng gốc (hay định dạng dạng xung, dạng sóng PSM (hay định dạng, mã,...) (ND: nên biết thuật ngữ tiếng anh: line codes, baseband formats, baseband waveforms, PCM waveforms). PCM (pulse code modulation) là quá trình mà mỗi chuỗi nhị phân biểu diễn một tín hiệu tương tự đã số hóa được mã hóa vào một dạng sóng xung. Với tín hiệu dạng dữ liệu thì không cần PCM. Do đó thuật ngữ mã đường truyền và định dạng băng gốc (hay dạng sóng) thích hợp hơn và thường được sử dụng hơn. Các mã đường truyền được phát triển chủ yếu bắt đầu trong những năm 1960 bởi các kĩ sư tại AT&T, IBM hay RCA để truyền phát số trên các cáp điện thoại hay ghi số lên phương tiện từ [1-5]. Các phát triển gần đây trong mã đường truyền chủ yếu tập trung vào các hệ thống truyền phát lõi sợi quang [6-11]. Trong chương này trước tiên ta giới thiệu kĩ thuật mã hóa vi sai được sử dụng trong phần sau của chương, trong các mã đường truyền cấu trúc. Sau đó ta giới thiệu một số các mã đường truyền cơ bản trong mục 2.2. Các mật độ phổ công suất của chúng được thảo luận trong mục 2.3. Phần giải điều chế của các dạng sóng là vấn đề dò tín hiệu trong nhiễu. Trong mục 2.4 trước tiên ta mô tả bộ dò thích ứng của các tín hiệu nhị phân trong nhiễu AWGN và sau đó ứng dụng các công thức kết quả nói chung để thu các biểu thức về xác suất lỗi hay tỉ lệ lỗi bit (BER) của một số mã đường truyền. Các kết quả nói chung có thể được sử dụng cho bất kì tín hiệu nhị phân nào, bao gồm cả các tín hiệu thông dải sẽ được mô tả trong các chương sau.