Giáo trình Thông tin vi ba, vệ tinh - Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba số

 
thành tín hiệu ±1. Hai sóng mang đa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o. Tổng 
hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta đợc tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:
ttatM 01 cos).()( ω= ttbtM 02 sin).()( ω= với a(t) = ±1, b(t) = ±1.
Tín hiệu ra 4-PSK là: ttbttatP 00 sin).(.cos).()( ωω += (1.7)
10
s(t)
Bộ quay 
pha 90o P(t)
Sóng mang chuẩn f
0
(t) = cosϖ
0
t
b(t) = ±1
a(t) = ±1
SPC
a(t)
b(t)
P(t)
t
t
t
1
0
-1
1
0
-1
1
0
-1
Hình 1.9 Tín hiệu 4PSK
-1-1 1-1
11-11
Hình 1.10 Biểu đồ vector 
của điều chế QPSK
 Giải điều chế
Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha 4-PSK.
Giả sử tín hiệu thu đợc là: )](
4
cos[.2)( 0 tttP ϕ
pi
ω ++=
ttbtta 00 sin).(cos).( ωω +=
Với ϕ(t) = npi/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1.
Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:
 )
2
cos(.2)( 01
pi
ω
nttPref +=
 )
2
sin(.2)( 02
pi
ω
nttPref +=
Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:
2
1
2
)(]
24
)(cos[)(1 ±==−+=
tanttPLPF
pipiϕ (1.8.a)
2
1
2
)(]
24
)(sin[)(2 ±==−+=
tbnttPLPF
pipiϕ (1.8.b)
1.7.3.1.3 Điều chế pha 8 trạng thái 8-PSK
Từ biểu thức (1.2), với n = 8, ∆φ = pi/4 thì ta có sóng điều chế 8-PSK. Tín hiệu 
8-PSK có dạng: ]
8
).(cos[)( 0
piϕω tsttP ++= (1.9)
Tín hiệu băng gốc s(t) nhận 8 giá trị.
 Điều chế
Bộ điều chế 8-PSK là sự kết hợp tín hiệu của 2 bộ điều chế 4-PSK. Sóng mang 
của 2 bộ điều chế cos một sự sai pha 45o. Một bộ mã hoá biến đổi tín hiệu đợc tạo ra 
từ tín hiệu băng gốc s(t) sau khi đi qua bộ SPC thành các tín hiệu điều chế. 
11
P(t)
Bộ quay 
pha 90o
Sóng mang chuẩn f
0
(t) = cosϖ
0
t
LPF
LPF
Mạch
Logic
Tổng hợp các tín hiệu ra của hai bộ điều chế 4-PSK ta đợc tín hiệu 8-PSK.
Biểu đồ vector của điều chế pha 8 trạng thái 8-PSK
 Hình 1.13 Biểu đồ vector 8-PSK.
 Giải điều chế
12
111
001010
100
000
011
110
101
D
C
A
Bs(t)
 90o
Sóng mang 
chuẩn
 45o
 90o
Tín hiệu 
8-PSK
Codec
SPC
Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu 8-PSK.
LPF
LPF
90o
LPF
Mạch
Logic
135o
LPF
45o
Sóng mang chuẩn P
ref
P(t)
Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế tín hiệu 8-PSK.
Giả sử tín hiệu thu đợc là: )](
8
cos[.2)( 0 tttP ϕ
pi
ω ++=
 ttbtta 00 sin).(cos).( ωω +=
Với ϕ(t) = npi/2; n = 0,1,2,...,7. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1.
Tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:
)cos(.2)( 01 Rref ttP φω += , với: 8
2)( piφ ntR =
Tín hiệu đẫ đợc giải điều chế sau khi qua các bộ lọc thông thấp :
 ]
4
3
8
)(cos[)(1
piφpiϕ −−+= RLPF ttP (1.10.a)
 ]
4
2
8
)(cos[)(2
piφpiϕ −−+= RLPF ttP (1.10.b)
 ]
48
)(cos[)(3
piφpiϕ −−+= RLPF ttP (1.10.c)
 ]
8
)(cos[)(4 RLPF ttP φpiϕ −+= (1.10.d)
Sau bộ lọc thông thấp là các bộ so sánh nhằm xác định 4 tín hiệu nhị phân. Các 
mạch logic tạo ra 3 tín hiệu nhị phân từ 4 đờng vào bằng các xử lý logic thích hợp.
 Nhận xét:
+Khi số pha tăng lên thì tốc độ bit giảm, điều này sẽ làm giảm băng thông, 
tiết kiệm đợc đờng truyền dẫn, cho phép truyền đợc nhiều kênh thông tin.
+Tuy nhiên, khi số pha tăng lên các tổ hợp bit sẽ càng gần nhau hơn, nghĩa 
là tăng khả năng mắc lỗi của hệ thống.
Do vậy, trong thông tin số tốc độ cao số trạng thái pha nhiều, để giảm khả 
năng mắc lỗi có thể sử dụng phơng pháp điều chế biên độ cầu phơng QAM. 
1.7.3.2. Điều chế biên độ cầu phơng QAM
Điều chế biên độ cầu phơng QAM là phơng pháp điều chế kết hợp giữa điều 
chế biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phơng thức điều chế này, ta thực hiện 
điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này đợc dịch pha 1 góc 
90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:
 )](.cos[).()( 11 tttatQ o ϕω += và )](.sin[).()( 22 tttbtQ o ϕω +=
Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và đợc biểu diễn nh sau:
13
 )()()( 21 tQtQtQ += )](sin[).()](cos[).( 21 tttbttta oo ϕωϕω +++= (1.11)
Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa 
nhau, do vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là u điểm của QAM.
 Điều chế
Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu M-QAM.
Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành 2 chuỗi tín hiệu 
NRZ song song. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi NRZ thành chuỗi 
tín hiệu có ML = mức. Với L = 4 thì M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L = 
8 thì M = 64, ta có điều chế 64-QAM.
Hình 1.17. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái.
14
2/L LPF
2/L LPF
SPC
Bộ quay 
pha 90o
s(t)
Sóng mang
Tín hiệu 
M-QAM
L2 - QAM
Các 
mức
Các mức
Hình 1.16. Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM
 Giải điều chế
Tín hiệu M-QAM vào: ttbttatQ 00 sin).(cos).()( ωω +=
Tín hiệu chuẩn: ttQref 01 cos.2)( ω= và ttQref 02 sin.2)( ω=
Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:
 )()(1 tatQLPF = và )()(2 tbtQLPF =
Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM.
Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = M mức, trong đó M là số trạng thái 
tín hiệu. Tín hiệu L mức đợc biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức, 
trong đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6, 
L = 8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế.
1.8 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phơng pháp điều chế 
nhiều mức. 
Theo định lý Nyquist: Độ rộng băng tần của kênh truyền(B ) (kênh thông 
thấp) phải lớn hơn hoặc bằng tốc độ ký hiệu chia 2 )
2
( S
r
 để không có hiện tợng giao 
thoa giữa các ký hiệu. 
2
SrB ≥ (1.12)
Trong hệ thống PCM, bfr SS = (1.13) 
 bf S , : lần lợt là tần số lấy mẫu, số bit trong từ mã. 
Thay (1.23) vào (1.22) ta đợc biểu thức về độ rộng băng tần cần thiết của kênh 
truyền để tránh hiện tợng giao thoa giữa các ký hiệu nh sau: 
22
bfr
B SS =≥ (1.14)
15
Q(t)
Sóng mang chuẩn 
LPF
LPF
Bộ quay 
pha 90o
ADC
ADC
s(t)
PSC
Giả sử ta sử dụng phơng pháp điều chế pha M trạng thái. Lúc đó tốc độ ký hiệu 
giảm M2log lần. Do đó, độ rộng băng tần cần thiết của kênh truyền cũng giảm 
M2log lần so với điều chế nhị phân hai mứcnh biểu thức: 
 M
bf
B S
2log2
≥ (1.15)
Ví dụ: Mã hoá PCM một kênh thoại KHzf S 8= với số bit trong từ mã: b = 8bit thì 
băng tần tối thiểu là: 
2
8.8
22min
===
bfrB SS = 32KHz. Trong khi đó, phơng pháp 
truyền dẫn tín hiệu tơng tự yêu cầu băng tần thoại 3,1KHz (0,3-3,4) KHz. Suy ra, 
phơng pháp truyền dẫn tín hiệu số có băng tần xấp xĩ 10 lần so với phơng pháp tơng 
tự. Nếu sử dụng phơng pháp điều chế 16-PSK có M=16 mức thì băng thông yêu cầu 
giảm 416loglog 22 ==M lần và tơng đơng 8 KHz. 
1.9 Các mã truyền dẫn
Nếu cùng các số liệu đợc truyền đi liên tục, lỗi có thể phát sinh khi nhận 
chúng. Vì thế việc phục hồi số liệu cực kỳ khó khăn . Do đó, các tín hiệu nhị phân từ 
thiết bị ghép kênh đợc biến đổi thành các mã truyền dẫn để giảm lỗi tín hiệu trong 
quá trình truyền. 
Để đạt đợc điều đó, các mã truyền dẫn phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
+ Phải phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với đặc tính của kênh truyền.
+ Đảm bảo các dãy bit phải độc lập thống kê với nhau để giảm lợng trợt, giảm sự 
phụ thuộc mẫu do các mẫu lặp gây ra.
+ Dễ dàng tách đợc xung đồng hồ và tái sinh tín hiệu
+ Đảm bảo độ d cần thiết để giám sát lỗi truyền dẫn và phát hiện đợc sự cố của thiết 
bị.
+ Phải duy trì độ d thừa thông tin ở mức thấp có thể đợc để giảm tốc độ bít và giảm 
độ rộng băng tần tín hiệu
+ Giảm thành phần một chiều của tín hiệu đến mức bằng 0.
+ Giảm các thành phần tần số thấp để giảm xuyên âm và kích thớc của bộ phận và 
các linh kiện trong mạch. Tín hiệu nhị phân đơn cực có thành phần một chiều, có 
chứa năng lợng lớn trong trong phổ tần thấp vì vậy không thích hợp cho việc truyền 
16
dẫn. Trong thực tế ngời ta thờng sử dụng các mã lỡng cực chẳng hạn nh mã truyền 
dẫn HDB3 (mã nhị phân mật độ cao có cực đại 3 số 0 liên tiếp), CMI...
1.9.1 Các mã đờng truyền
 Trong hệ thống truyền dẫn thông tin Vi ba thờng sử dụng các loại mã HDB3, 
CMI, và do vậy ta chỉ xem xét 2 loại mã này.
 Mã HDBN (High Density Binary with maximum of 3 consecutive 
Zeros)
Mã HDBN là mã lỡng cực mật độ cao có cực đại N số 0, đây là loại mã cải tiến 
của mã AMI thực hiện việc thay thế N+1 số 0 liên tiếp bằng N+1 xung nhịp chứa 
xung phạm luật V và xung phạm luật này sẽ ở tại bit thứ N+1 của các mã số 0 liên 
tục.
Với loại mã HDBN này thì dạng HDB3 thờng đợc sử dụng trong hệ thống 
truyền đẫn thông tin vi ba số.
 Mã HDB3
Mã HDB3 là mã lỡng cực mật độ cao có cực đại là 3 số 0 liên tiếp.
Quy tắc mã hoá:
+Mức logic 1 đợc mã hoá theo mức lỡng cực.
+Mức logic 0 đợc mã hoá theo trạng thái 0 thông thờng.
+Đối với dãy 4 số 0 liên tiếp thì đợc mã hoá theo một trong 2 trờng hợp sau: 
OOOV hoặc BOOV sao cho số bit B giữa 2 bit V là lẻ.
Hình 1.19. Dạng sóng HDB3.
Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 
2,048Mbps; 8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-
703). 
17
1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0
B 0 0 0 V B B B 0 0 V 0
t
t
t
Giá trị 
nhị phân
Quy luật 
mã hoá
Tín hiệu 
HDB3
+V
-V
0
 Mã CMI (Code Mark Inversion)
Mã CMI là mã đảo dấu mã, đây chính là loại NRZ 2 mức.
Quy tắc mã hoá:
+Mức logic 0 đợc mã hoá thành các sóng vuông dơng - âm hoặc âm - dơng 
nhng mỗi mức chỉ chiếm 1 khoảng thời gian T/2.
+Mức logic 1 đợc mã hoá thành các sóng vuông dơng - dơng hoặc âm - âm 
nhng mỗi mức chỉ chiếm 1 khoảng thời gian T theo luật luân phiên.
Mã CMI đợc ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu 
chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703). 
Ngoài ra, còn nhiều mã khác nh: mã Wal1, mã Wal2, mã Manchester, mã 
chuỗi, mã 5B6B,... tuy nhiên chúng không đợc sử dụng thông dụng. 
Theo khuyến nghị G703 về các giao tiếp của CCITT cho chi tiết trở kháng, 
loại đôi dây dẫn mức tín hiệu dạng khung, tải khung phân bố cũng nh mã truyền dẫn 
ở những tốc độ bit khác nhau dùng cho hệ Châu Âu.
Bảng 1.2 Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số
Tốc độ bit (Mb/s) 2.048 8.448 34.368 139.246
Loại cáp S/C C C C
Trở kháng(Ω) 120/75 75 75 75
Mã đờng HDB3 HDB3 HDB3 CMI
Dạng xung chuẩn Vuông Vuông Vuông Vuông
S: cáp đối xứng. C: Cáp đồng trục.
18