1 Truyền dẫn ở băng tần cơ sở BaseBand

Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để giảm độ rộng băng

tần. Loại mã hóa này quan trọng khi cần truyền số liệu tốc độ cao trên đờng

truyền có băng tần hạn chế. Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết của kênh

hoặc tăng tốc độ bit với một độ rộng băng tần đã cho sẽ cần phải tăng tỉ số tín

hiệu trên tạp âm S/N để đạt đợc xác suất lỗi bít Ber cho trớc.

Bảo mật tin tức cho thông tin trên đờng truyền. Không liên quan đến chất

lợng truyền dẫn, nhng tính bảo mật thông tin là một đặc tính rất quan trọng

của mã đờng truyền.

Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho những mục đích nh tách xung đồng

hồ, giảm thành phần biên độ ở tần số 0Hz đến không, hoặc giảm các thành

phần tần số cao và thấp trớc khi lọc.



1.1.2 Mã đờng dây Line Code

Các số nhị phân 0 và 1 truyền dẫn trên đờng truyền dới dạng tín

hiệu xung nối tiếp đợc gọi là mã đờng dây.

Các loại mã đờng dây có các đặc điểm sau:

- Chuyển mức về không ở giữa bit

+ Không chuyển mức NRZ (Non Return to Zero)

+ Có chuyển mức RZ (Return to Zero)

- Cực tính

+ Đơn cực UniPolar

+ Phân cực BiPolar



4



Đồ án tốt nghiệp

Binary



Phần 1 Mở đầu

1



1



0



1



0



0



1

P w (f)



+V

t



Unipolar NRZ



First Null Bandwidth



0.5



f

P w (f)



+V



R



2R



t



Unipolar RZ



0.25

1



+V

t



Bipolar NRZ



f

R



2R



0.5



-V

R



2R



+V

t



Bipolar RZ



0.5



-V

R



2R



R



2R



+V

t



Manchester



0.5



-V



Hình 1- Các mã đờng dây cơ bản

Do đó ta có các loại tín hiệu trên đờng truyền với dạng tín hiệu và phổ

của chúng nh trên.

Nhận xét:

- Để truyền đi xa cần công suất lớn.

- Để tách đợc tín hiệu Clk cần mật độ phổ khác 0 tại tần số f = R.

- Dải thông của kênh truyền tối thiểu bằng tần số đầu tiên mà tại

đó mật độ phổ bằng 0 (First Null Bandwidth).

Dựa vào các đặc điểm trên ngời ta tạo ra các loại mã đờng truyền thích

hợp với tốc độ dữ liệu và môi trờng truyền dẫn (cáp đối xứng, cáp đồng trục

hay cáp quang).

5



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Dới đây là các loại mã đờng dây sử dụng trong hệ thống phân cấp số của

ITU:

Tốc độ (Mbps)

2.048



Mã đờng dây

HDB3



8.448



HDB3



34.368



HDB3



139.264



CMI



564.992

1.544



CMI

AMI, B8ZS



6.312



B6ZS, B8ZS



32.064



AMI (Scrambled)



44.736



B3ZS



1.1.2.1 Mã AMI (Alternate Mark Inversion)

Mã AMI sử dụng mã 3 mức còn gọi là mã tam phân, trong đó mức giữa

của tín hiệu đợc ứng dụng rộng rãi là điện áp 0. Mã có các mức điện áp ra là

+V (ký hiệu là +), -V (ký hiệu là -) và mức điện áp 0 tơng ứng với mức

đất của hệ thống. Ngời ta gọi mã tam phân này là mã đảo dấu luân phiên AMI.

Đây là một mã lỡng cực, không trở về 0 hoặc có trở về 0 (NRZ hoặc RZ). Dãy

mã thu đợc bằng cách: bit 0 tơng ứng với mức điện áp 0 còn bit 1 tơng ứng với

mức + và - một cách luân phiên bất chấp số bít 0 giữa chúng.



6



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu

Binary



1



1



0



1



0



0



1



+V

t



AMI Non Return Zero

-V

+V



t



AMI Return Zero

-V



Hình 1-2 Dạng tín hiệu AMI

Mã AMI có đặc điểm mật độ phổ rất nhỏ ở tần số thấp, mật độ phổ cực

đại ở 1/2 tốc độ bit. Trong mã AMI các xung dơng luân phiên nhau, do đó nếu

có lỗi sinh ra trong hệ thống truyền dẫn do tạp âm xung hoặc xuyên âm sẽ gây

ra bỏ sót một xung hoặc thêm một xung vào, cả hai trờng hợp đó sẽ xuất hiện

hai xung kề nhau cùng cực tính vi phạm luật lỡng cực và hệ thống có thể dễ

dàng phát hiện ra lỗi đó. Tuy nhiên với mã AMI, một dãy bit 0 liên tiếp có thể

gây mất đồng bộ. Để khắc phục ngời ta phải ngẫu nhiên hóa (Scramble) trớc

khi truyền. Ngẫu nhiên hóa chuỗi bit đợc thực hiện bằng cách cộng modul-2

với một chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo random bit sequence). Phía thu sẽ

thực hiện giải ngẫu nhiên hóa (De-scramble) cũng bằng cách cộng modul-2

chuỗi bit thu đợc với chuỗi PRBS một cách đồng bộ.

1.1.2.2 Mã CMI (Coded Mark Inversion)

Mã CMI cũng tơng tự nh mã AMI Non return zero. Nhng để tránh mất

đồng bộ đo một dãy các bít 0 liên tiếp gây ra, mã CMI mã hóa bit 0 thành 2

mức điện áp - và + tơng ứng với mỗi nửa chu kỳ bit Tb.



7



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu

Binary



1



1



0



1



0



0



1



+V

t



Code Mark Inversion

-V



Hình 1-3 Dạng tín hiệu CMI

Nh vậy có thể coi mã CMI là mã phân cực NRZ có t CLK = 2tCLK đợc mã

hóa nh sau: bit 0 tơng ứng với 01 còn bit 1 tơng ứng với bit 00 và 11 luân

phiên nhau.

1.1.2.3 Mã HDB3 (High Density Bipolar-3)

Mã HDB3 tơng tự nh mã AMI Return Zero. Nhng để tránh mất đồng bộ

do dãy các bit 0 gây ra, mã HDB3 mã hóa 4 bits 0 liên tiếp (0000) thành tổ

hợp 000V hoặc B00V. Trong đó bit B (Balancing) tuân theo luật mã lỡng cực

sử dụng để chèn vào đầu 4 bits 0 liên tiếp để tránh 2 bit V kề nhau cùng cực

tính, còn bit V (Violation) vi phạm luật mã lỡng cực. Nh vậy trong dòng mã

HDB3 chỉ có tối đa 3 chu kỳ liên tiếp tín hiệu ở mức 0.

Binary

HDB3



0

0



1

B



0

0



0

0



0

0



0

V



0

B



0

0



0

0



0

V



0

0



0

0



0

0



1

B



+V

t



HDB3 Signal

-V



Hình 1-4 Dạng tín hiệu HDB3



8



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



1.1.2.4 Mã BnZS (Bipolar with n-Zeros Substitution)

Tơng tự nh HDB3, BnZS cũng là một cải tiến của AMI Return Zero để

tránh mất đồng bộ do dãy các bits 0 liên tiếp. Nhng cách thay thế các bit 0 của

BnZS khác với HDB3:

BnZS

B2ZS



Substitution

0V



B3ZS



000



0VB



B4ZS



0000



0V0B



B6ZS



000000



0VB0VB



B8ZS



1.2



Binary

00



00000000



000VB0VB



Truyền dẫn BroadBand

Nếu nh kênh truyền có dải thông cho phép nhất định, thì để phối hợp với



kênh truyền này tín hiệu số phải đợc điều chế vào sóng mang có tần số thích

hợp để cho phép truyền đợc qua băng thông của kênh. Kênh qua đó tín hiệu đợc truyền đi bị han chế về độ rộng băng đối với tần số trung tâm ở khoảng tần

số sóng mang nh trong điều chế song biên (DSB), hoặc ở bên cạnh sóng mang

nh trong điều chế đơn biên (SSB). Nếu độ rộng băng tần của các tín hiệu và

các kênh nhỏ hơn nhiều tần số sóng mang, chúng đợc hiểu là các tín hiệu băng

hẹp. Kỹ thuật điều chế số có thể làm thay đổi biên độ, pha, tần số của sóng

mang thành từng mức gián đoạn. Mặc dù có nhiều phơng thức điều chế, nhng

việc phân tích các phơng thức này tùy thuộc chủ yếu vào dạng kiểu điều chế

và tách sóng. Có hai dạng chính là: loại kết hợp và loại không kết hợp. Loại

kết hợp hay còn gọi là tách sóng đồng bộ đợc sử dụng trong điều chế dịch pha

PSK (Phase Shift Keying). Loại không kết hợp hay còn gọi là tách sóng đờng

bao đợc sử dụng trong điều chế dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying)

và điều chế dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying)



1.2.1 Amplitude Shift Keying

Điều chế khóa dịch biên độ ASK làm thay đổi biên độ của sóng mang

vc(t) theo tín hiệu số vd(t).

9



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )



Nếu:

vc ( t ) = cos( wc t )

0

vd ( t ) =

1



Thì:

0

vd ( t ) =

vc ( t )



Và ta có dạng tín hiệu ASK với tín hiệu nhị phân 1011001 nh sau:



Hình 1-5 Tín hiệu ASK

Theo biến đổi Fourier ta có:

vd ( t ) =



1

+

2 2



1

1





cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0t ...







v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )

v ASK ( t ) =



1



cos wc t +

2

2



1





cos w0 t cos wc t 3 cos 3w0 t cos wc t + ...







Mặt khác ta có

2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )



Do đó:

v ASK ( t ) =





1



cos wc t + {cos( wc w0 )t + cos( wc + w0 )t

2

2



1

[cos( wc 3w0 )t + cos( wc + 3w0 )t ] + ...

3



}

10



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Nh vậy phổ của tín hiệu ASK gồm thành phần sóng mang w c, thành phần

mang tin tức wc w0 và các thành phần hài bậc 3 , 5 , 7 ...



Hình 1-6 Phổ của tín hiệu ASK

ASK có thể đợc điều chế 2 hay M mức, gọi là M-ASK với M = 2k . Khi

đó mỗi trạng thái của tín hiệu đợc gọi là 1 baud.

ASK có thể giải điều chế kết hợp (tách sóng đồng bộ) hay giải điều chế

không kết hợp (tách sóng đờng bao). Kiểu điều chế này chỉ thích hợp với tốc

độ nhỏ.



1.2.2 Frequency Shift Keying

Điều chế khóa dịch tần số FSK đợc thực hiện bằng cách dịch tần số sóng

mang đi một lợng nhất định tơng ứng với tín hiệu số đa và điều chế. Trong

FSK hai trạng thái ta có hai sóng mang với tần số khác nhau:

v1 ( t ) = cos w1t

v2 ( t ) = cos w2t



Tín hiệu điều chế có dạng

1

vd ( t ) =

0



Do đó tín hiệu FSK tơng ứng có dạng sau:

cos w1t

vFSK ( t ) =

cos w2t



11



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Hình 1-7 Dạng tín hiệu FSK

Nh vậy:

v FSK ( t ) = cos w1t vd t + cos w2t (1 vd t )



ở trên ta đã có:

vd ( t ) =



1

+

2 2



1

1





cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0t ...







Do đó

1

1

1



vFSK ( t ) = cos w1t + cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ... +

3

5



2 2

1

1

1



+ cos w2t cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ...

3

5



2 2



Tơng tự trên, cuối cùng ta đợc:

v FSK ( t ) =



1

1

cos w1t + {cos( w1 w0 )t + cos( w1 + w0 )t

2





1

[ cos( w1 3w0 )t + cos( w1 + 3w0 )t ] + ... } +

3

1

1

+ cos w2t + {cos( w2 w0 )t + cos( w2 + w0 )t

2



1

[ cos( w2 3w0 )t + cos( w2 + 3w0 )t ] + ... }

3





12



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Nh vậy dạng phổ của tín hiệu FSK giống nh dạng phổ của tín hiệu ASK

nhng với hai thành phần sóng mang có tần số f1 và f2, và khoảng cách giữa

chúng là fs.



Hình 1-8 Phổ của tín hiệu FSK

FSK có thể đợc điều chế 2 hay M mức. Phơng pháp khóa dịch tần số FSK

đợc dùng khá rộng rãi trong các modem truyền số liệu tốc độ thấp theo các

chuẩn V21, V22, V24.



1.2.3 Phase Shift Keying

Phơng pháp điều chế khóa dịch pha PSK sử dụng đặc tính pha của sóng

mang để điều chế tin tức. Xét trờng hợp đơn giản với PSK hai trạng thái.

vc ( t ) = cos( wc t )



cos( wc t )

v (t)

1

vd ( t ) = v PSK =

or vPSK = c

0

cos( wc t + )

vc ( t )



Nh vậy nếu biểu diễn tín hiệu số vd(t) dới dạng lỡng cực ta có biểu thức:

vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t )



13



Đồ án tốt nghiệp



Phần 1 Mở đầu



Hình 1-9 Tín hiệu PSK

Biến đổi Fourier của tín hiệu số lỡng cực có dạng sau:

vd ( t ) =



4

1

1



cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0 t ...







Do đó:

vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t ) =



4

1



cos wc t cos w0t 3 cos wc t cos 3w0t + ...







Mặt khác ta có:

2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )



Suy ra:

v PSK ( t ) =





2







{cos( wc w0 )t + cos( wc + w0 )t



1

[ cos( wc 3w0 )t + cos( wc + 3w0 )t ] + ...

3



}



Nh vậy phổ của tín hiệu PSK chỉ chứa thành phần mang tin tức và các hài

bậc 3, 5, 7, ... mà không có thành phần sóng mang.

Dới đây là dạng phổ của tín hiệu PSK:



14