Các kĩ thuật điều chế số

ế ố

ề : Fukin Xion

ậ Các kĩ thu t đi u ch  s ả Tác gi ả

ị D ch gi : dungn­thành viên vntelecom.org

ầ

L i nói đ u

ờ ề

ề ế ố ế ế ế ệ ố Các kĩ thu t  đi u ch  s  là đi u thi ạ ữ ấ ạ ộ ể ả ứ ấ ạ ề ế ị ặ ườ ệ ệ ố ứ ẹ ư ậ ụ ể ọ ạ ậ ề ậ ố i m t s  l ố ế ố ậ ủ ậ ậ ủ ấ ẩ ổ ộ ố ượ ng kh ng l ươ ộ ề ề ỉ ộ ạ ặ ả ộ ế ề ố ứ ậ ệ ậ ớ ỗ ử c bao trùm: n n t ng l ch s , các nguyên lí ho t đ ng, t  l ẽ ế ố ệ ế ỉ ệ ỗ  l ổ ệ ặ ổ ụ ụ ả ể ể ế ư ủ ổ ế ự ề  đi u ch  khác, và các  ng d ng. Sau khi ta có th  hi u đ y đ  v ế ủ ề ề ấ ượ ườ ậ ậ ố   ộ ố ệ ố t y u trong  m t s  h  th ng thông tin s , ộ ệ ố ệ ố cho dù đó là h  th ng tho i, h  th ng thông tin di đ ng t    bào, hay h  th ng thông tin ứ ả ậ   ệ v  tinh. Trong kho ng 20 năm qua, nh ng nghiên c u và phát tri n trong các kĩ thu t ộ ố ế ế ố ề ề   đi u ch  s  có nhi u ho t đ ng và đã cho th y m t s  k t qu  h a h n. Tuy nhiên, ả ả ế   i phân tán trên r t nhi u tài li u. K t qu  là, các kĩ s  và sinh viên các k t qu  này l ữ ự   ng g p khó khăn trong vi c xác đ nh nh ng kĩ thu t c  th  cho trong lĩnh v c này th ấ ữ   ứ ề ụ các  ng d ng hay các đ  tài nghiên c u. Cu n sách này cung c p cho b n đ c nh ng ệ ố   ế ố ỉ t c  các kĩ thu t đi u ch  s  trong các h  th ng thông tin hoàn ch nh, c p nh t c a t ỗ   ố ề ệ ồ ồ ạ  các sách tài li u v  thông tin s , m i thông tin s . T n t ả  ồ ề ề ứ trong s  chúng ch a m t hay nhi u ch ng v  các kĩ thu t đi u ch  s  bao g m c ộ ố  ơ ả ủ ạ các d ng c  b n c a đi u ch , hay ch  m t nguyên lí c a các kĩ thu t. Cũng có m t s ề  ế ố  m t vài d ng đi u ch  nào đó. Cu n sách này s  trình bày thông tin v cu n đ c t ư  ề ủ ấ ả ụ t c  các kĩ thu t đi u ch  s  hi n nay, cũng nh các nguyên lí và các  ng d ng c a t ẽ  ủ ề ự ề ứ ượ các kĩ thu t hi n đang đ  đi u ch , các ch  đ  sau s c nghiên c u. v i m i trình t ượ ẫ ỗ ề ả ạ ộ ị i m u tín i bit và l đ   ệ ố ủ ộ  ơ ồ ệ ả ả hi u (hi u qu  dùng ph ), đ c tính ph  (hi u qu  dùng ph ), các s  đ  kh i c a b ồ ồ ế ề ế ề i đi u ch , khôi ph c sóng mang (n u có), khôi ph c xung đ ng h , so đi u ch , gi   ầ ủ ề  ụ ớ ứ sánh v i các trình t ẽ ả   ậ các kĩ thu t đi u ch  cũng nh  ch t l ng c a chúng trong kênh AWGN, ta s  th o lu n v  ch t l ấ ượ ng c a chúng trong các kênh suy hao đa đ ng.

ươ ươ Cu n sách này đ c chia thành 10 ch ế   i thi u các ki n ế ề

ắ ế ủ Cách s p x p c a sách ệ ượ ng. Ch ng 1 là l ế ố t v  các h  th ng thông tin s , và các công c  đi u ch .

ớ ờ i gi ụ ề ể ớ ố ố ứ ơ ả ầ th c c  b n c n thi Ch ệ ng 2 nói v  đi u ch  tín hi u băng g c mà ch a k  t ệ ố ế ệ ị ộ ố ườ ượ ươ ọ ề ề ạ ị ế ề ữ c g i là đ nh d ng tín hi u băng g c hay mã đ ố ế ậ ị ộ ị ề ộ ạ ề ề ế ở ộ ạ ỉ ở ượ ử ụ ả ọ ừ ế ,   ghi   quang, ế ầ ố c trong đi u ch  thông d i.  ị ề ầ ố ươ ậ Các ch ơ ả ậ

ả coherent  và  noncoherent. Các kĩ thu t này đ ư ệ ố ệ ố ệ ệ ư   i sóng mang. Đây   ng (line coding). M t cách còn đ ộ ề   truy n th ng, ta đ nh nghĩa thu t ng  “đi u ch ” là “nén thông tin lên m t sóng mang”, tuy nhiên, n u ta m  r ng đ nh nghĩa này thành “nén thông tin lên m t trung gian   ố   ế truy n phát”, thì đ nh d ng này cũng chính là m t d ng đi u ch . Đi u ch  băng g c ắ   ề ữ ệ ấ c s  d ng trong truy n d  li u kho ng cách ng n, r t quan tr ng không ch  b i nó đ ả (ND:   nguyên   b n   ti ng   anh   là   “magnetic   recording”,   “optical   ghi   t ả ướ recording”)…mà còn vì nó chính là đ u cu i phía tr ị ng 3 và 4 bao trùm các kĩ thu t khóa d ch t n s  FSK và khóa d ch pha   ượ ử ụ   c s  d ng ế  ạ ố ạ ệ ồ PSK c  b n, bao g m c   ố ề hi n nay trong nhi u h  th ng thông tin s , nh  các h  th ng đi n tho i s  d ng t bào và các h  th ng thông tin v  tinh. ệ ố ươ ậ ế ề ố ề ế ố ế ậ ả ữ ộ ố ạ ư ượ ệ ứ ệ ố ử ượ ử ươ ng lai. ề ề ươ ế ộ ộ ệ ạ ộ QAM đ ượ ề ị ở ẳ ố ộ ườ ệ ử ụ ng đi n tho i 4 dây. ế ế ườ ệ ươ Ch ố ị ự ọ ẽ ự ả ế  này c i ti n m t đ ấ ỗ ượ ấ t ki m băng thông đ ng bao   , g i là QBL, QORC, SQORC, ậ ộ    c tiên cho thông tin i. Chúng đ c thi ề   ng 5­7 nói v  các kĩ thu t đi u ch  pha nâng cao trong đó có   khóa Các ch ể ị i thi u (Minimum Shift Keying­MSK), đi u ch  pha n i ti p (Continues Phase d ch t   ế   Modulation­CPM), và multi­h phase modulation (MHSK). Các kĩ thu t này là các k t ượ ử ụ   ầ qu  nghiên c u trong nh ng năm g n đây, và m t s  trong chúng đang đ c s  d ng ử ụ   ẳ c NASA s  d ng trong các h  th ng chuyên sâu, ch ng h n nh , MSK đã đang đ ề trong Tên l a công ngh  truy n thông nâng cao (ACTS­Advanced Communications   ệ   Technology Satellite) phóng vào năm 1993, và các tên l a khác đang đ c hoàn thi n ụ ứ cho các  ng d ng t ng 8 nói v  đi u ch  biên đ  vuông (Quadrature amplitude modulation­ Ch ượ ử ụ ự QAM). Các trình t c s  d ng r ng rãi trong các modem đi n tho i di đ ng. ạ Ch ng h n, các modem v.29 và v.33 đ c đ  ngh  b i CCITT (Consultative Committee for International Telephone and Telegraph)  s  d ng 16­ và 128­QAM, cho t c đ  9600 ạ bps và 14400 bps, trên các đ ự ề ng 9 bao trùm các trình t  đi u ch  ti ứ không c  đ nh. Chúng ta s  nghiên c u tám trình t QOSRC, IJF­OQPSK, TIS­OQPSK, SQAM và Q2PSK. Các trình t ế ế ướ ổ ớ ấ ph  v i r t ít m t mát trong xác su t l t k  tr ệ v  tinh. ớ ượ ề ậ ề ươ ứ ườ ủ ề ệ ơ ượ c v  các đ c tính c a các kênh có suy   ạ t c  các d ng đi u ch  đã đ   c đ  c p trong các ng. i thi u s  l c tiên gi ấ ả ng. Sau đó t c ki m ch ng trong môi tr ế ặ ế ng suy hao đa đ ứ ơ ả ườ ổ ề ệ ế Các ph  ch ng A và B là các ki n th c c  b n v  ph  tín hi u và lý thuy t dò và ướ ượ ng tín hi u kinh đi n. c l ố ể ượ ử ụ ư ả ướ ươ ng 10 tr Ch ồ ả ườ hao và ph n h i đa đ ượ ể ng 2­8 đ ch ụ ươ ể ệ Cu n sách này có th  đ ứ ọ ử ệ ọ ớ c s  d ng làm sách tham kh o cho các kĩ s  và các   ố   t c s  d ng làm sách giáo khoa cho các sinh viên t   c h c trong khóa h c n a năm. V i các ọ ộ ố ươ ầ ắ ẫ ọ ợ ể ượ ử ụ nhà nghiên c u. Nó cũng có th  đ ứ ế nghi p. Ph n ki n th c trong sách có th  đ ể ự ườ ướ i h khóa h c ng n, ng ể ượ ng d n có th  l a ch n m t s  ch ng thích h p.

L i cám  n

ơ ậ

ờ ơ

ướ ượ ể Tr c tiên tôi xin đ c cám  n nhà biên t p và ki m l ườ ưỡ ữ ự c c a Artech House.   ề   i đã có nhi u ự ả ế ủ ả   ng đóng góp cho s  c i ti n c a b n ượ ủ ữ Ray Sperber, Mark Walsh, Barbara Lovenvirth và Judi Stone, nh ng ng phê bình và góp ý d a trên nh ng xem xét kĩ l th o.ả ố ườ Tôi cũng mu n g i l i c m  n t i tr ử ờ ả ơ ớ ỉ ạ ọ ố ế ơ ự ỗ ợ ế ề ộ ủ ộ t  n s  h  tr  và đ ng viên c a nhi u c ng s ng  đ i h c Cleveland State và Fenn   ầ   t ph n ự ố ậ College of Engineering đã cho phép tôi ngh  phép trong su t năm 1997 khi tôi vi ấ ố ế ủ c t y u c a cu n sách. Tôi cũng r t bi ệ ạ i khoa Kĩ thu t đi n và máy tính. t

ự ủ ộ ỡ ừ ộ ồ ộ    phía gia đình cũng là m t ngu n đ ng ……. ố Cu i cùng, là s   ng h  và giúp đ  t viên sâu s c.ắ Fuqin Xiong

ươ

Ch

ng 1: gi

ệ i thi u ề

ươ ủ ề ả Trong ch ố ể

ớ ơ ượ ng này chúng ta th o lu n s  l ụ ề ả ơ ượ ề

ự ề ế đi u ch . Thêm vào đó là ph n mô t s  l ụ ụ ư ề ả ự ề ậ ế ậ c v  vai trò c a đi u ch  trong   ẩ ự   ộ ệ ố ế ơ ả m t h  th ng thông tin s  đi n hình, các công c  đi u ch  c  b n, và tiêu chu n l a ầ ọ   c v  các kênh thông tin khác ch n trình t ề ả ữ nhau, ph c v  nh  n n t ng cho nh ng th o lu n sau này v  các trình t ế  đi u ch .

ố ệ ố

ố ể ộ ệ ố ẳ ạ ự ố ư ọ ấ ố ặ ự ọ ố ệ ố ộ ể ệ ố ả t ộ ề ể ự ộ ự ồ ủ ặ

ng truy n qua kênh có th  đ ơ ờ ậ ể ượ ả ở ầ ố ườ ệ ố ề ng ệ ộ ề ự ệ ố ế ệ ở ề ơ ả ệ ự ạ ố ọ ộ ạ ề ế ề ả ự ượ ố ượ ộ ề ạ ầ ố ế ế ộ ố ầ ấ ệ ố ủ ộ ở ầ ượ ầ ớ

ề 1.1 các h  th ng truy n thông s ố ủ ơ ồ Hình 1.1 là s  đ  kh i c a m t h  th ng thông tin s  đi n hình. Thông tin có   ồ   ừ ộ ự ừ ộ ể ượ ử ồ ươ  (ch ng h n nh  gi ng nói) hay t  m t ngu n c g i đi t ng t th  đ  m t ngu n t ử ượ ẫ ổ ươ ố ữ ệ ể ộ    hóa tín ng t ng t ­s  (A/D) l y m u và l s  (d  li u máy tính). B  chuy n đ i t ồ   ướ ạ ộ ẫ ễ ệ ươ i d ng s  (bit 1 ho c 0). B  mã hóa ngu n ng t hi u t  và bi u di n các m u d ắ ậ ạ ấ ơ ch p nh n tín hi u s  và mã hóa nó thành d ng tín hi u s  ng n h n. Đây g i là mã   ầ ế (ND: Chỗ  ề ồ ả ự ư ừ hóa ngu n, làm gi m s  d  th a do đó cũng gi m t c đ  truy n c n thi ả ể này t  ý thêm m t chút đ  làm rõ nghĩa câu).    Đi u này đ  làm gi m băng thông yêu ệ   ậ ủ ộ ệ ầ ủ ệ ố c u c a h  th ng. b  mã hóa kênh nh n tín hi u ra c a b  mã hóa ngu n và th c hi n ự ư ừ ượ ộ ệ ố c thêm vào m t cách có ch  đích mã hóa nó thành tín hi u s  dài h n. S  d  th a đ   ố   ễ ạ ạ ộ ố ỗ i do t p âm ho c nhi u t o ra trên su t lên tín hi u s  đã mã hóa nh  v y m t s  l ề   ạ ạ ỉ ườ c hi u ch nh l đ i máy thu. Nói chung thì truy n i t ế  t n s  thông d i cao, b  đi u ch  do đó nén các kí hi u s  mã hóa lên phát th   ộ ề ế  ộ ề m t sóng mang. Đôi khi truy n phát th c hi n   băng c  b n, b  đi u ch  là đi u ch ệ ố  ạ ị ộ ị băng g c, hay cũng g i là b  đ nh d ng (formator), th c hi n đ nh d ng các kí hi u s ộ ộ ợ ế   ườ ể ng, có m t b  khu ch đã mã hóa lên m t d ng sóng thích h p đ  truy n. Thông th ề ộ ề ạ ấ ề   ế ớ i đi u đ i công su t theo sau b  đi u ch . V i truy n phát t n s  cao, đi u ch  và gi ườ ệ ở ầ ố ộ ộ  ợ ế ườ ng h p này, m t b c th c hi n   t n s  trung gian (IF). N u vào tr ng đ ch  th ế ầ ữ ố  ấ ế ầ nâng t n s  đ c chèn vào gi a b  đi u ch  và khu ch đ i công su t. N u t n s ả ầ ố  ớ ầ ố trung gian là quá th p so v i t n s  sóng mang, m t s  t ng c a các phiên b n t n s ố ủ   sóng mang đ  t ng cu i c a c yêu c u. V i các h  th ng không dây, có m t anten  máy phát.

ộ ệ ố

ọ ạ ạ ề ệ ượ

ố ơ ả ộ

ệ ệ ủ

ơ ồ ố ủ ườ ng đ ớ

Hình  1: S  đ  kh i c a m t h  th ng thông tin s  c  b n c g i là kênh, t ấ

ồ ộ ậ ạ ễ ữ ữ ệ ố ầ ử ượ ạ ậ ấ ế ầ ề ư ộ ộ ọ ệ ế c tiên, tín hi u nh n r t y u đ ả i đi u ch . Sau đó ph n d  th a đ ồ ự ế ư ừ ượ ạ ỏ ằ c lo i b  b ng b ệ ệ ộ ộ ế ề ạ ự ổ ố ươ (D/A) đ ng t ườ ử ụ i s  d ng. M t b  bi n đ i s ­t ự . ng t i đó t p âm c ng vào tín hi u và   Trung gian truy n phát th ư ệ ố ậ   ưở ả ng c a fading v i suy hao xu t hi n nh  h  s  nhân lên tín hi u. Thu t các  nh h ệ   ấ ả ở ữ ạ t c  nh ng nhi u lo n đi n  đây là thu t ng  nghĩa r ng, bao g m t ng  t p âm  ầ ố ữ   ừ ẫ ng u nhiên t  ngoài và trong h  th ng. Kênh nói chung cũng có băng thông t n s  h u ể ượ ư ệ ạ c xem nh  m t b  l c. T i máy thu, h u nh  vi c x  lí tín h n do đó nó có th  đ   ạ ầ   ạ ướ ượ ạ ả ệ i x y ra. Tr c khu ch đ i (và h  t n c l hi u ng ộ  ế ầ ượ ế t) sau đó đ n u c n thi c gi ả ả ộ ố   ụ i mã ngu n th c hi n khôi ph c tín hi u v  d ng nguyên g c i mã kênh và b   gi gi ượ ử  ượ ử ớ ướ tr c s i ng c g i t c khi đ ệ ươ ụ d ng cho các tín hi u t ơ ồ ộ ệ ố ố ệ ố ộ ệ ố ấ ớ ể ề ớ ệ ố ướ ượ ế ố ứ ạ c chèn vào tr ề ướ ế ị ậ c chèn vào tr

ộ ệ ố ể ơ ầ ề ế ả ố ơ ả ấ ế ế ớ ỉ ể   S  đ  kh i cho trong  trong hình 1.1 ch  là c u hình m t h  th ng kinh đi n. ườ ử  ơ i s ạ   c kh i đi u ch . V i h  th ng đa tr m, t b  khác c máy phát. Các thi   ự   ệ ố c thêm vào h  th ng. M t h  th ng th c ế   t ế   ề ỉ , ch  có kh i đi u ch , kênh, gi i đi u ch , ề ọ ệ ố   t trong m i h  th ng truy n thông (v i các anten cho ự ộ ấ M t c u hình h  th ng th c có th  ph c t p h n. V i m t h  th ng nhi u ng ộ ụ ố ồ d ng, m t kh i d n kênh đ ượ ộ ể ề ố m t kh i đi u khi n đa truy nh p đ ể ượ ữ ư ả ầ nh  tr i t n và m a hóa cũng có th  đ ồ ả cũng có th  đ n gi n h n. Mã hóa ngu n và mã hóa kênh cũng có th  không c n thi ự ế trong m t h  th ng đ n gi n. Trên th c t ạ và các b  khu ch đ i là nh t thi các h  th ng không dây). ụ ề ề ế ế ả các kĩ thu t đi u ch  và gi ả ồ ệ ố ể ả ấ   i đi u ch  và phân tích ch t ẽ ượ ử ụ   c s  d ng ể ơ ộ ệ ố ộ ệ ố ớ ậ V i m c đích mô t ủ ơ ng c a chúng, bi u đ  h  th ng đ n gi n hóa trong hình 1.2 s  đ ng xuyên. ượ l ườ th

ệ ố

ố

ệ

ề

ế

ả

ề

Hình  2: Mô hình h  th ng thông tin s  cho vi c đi u ch  và gi

ố ạ ừ ể ế

ế i đi u ch . ề

ấ ượ ớ ậ ế ả ể ế ợ ế ề

ầ ủ ộ ề ệ i đi u ch . T  hình 1.2, tín hi u nh n đ c t ể ượ ố ợ kh i h p lí đ ầ ế ượ c phát tri n g n đây k t h p đi u ch  và mã hóa kênh l ch ) đ ộ ợ ườ tr ộ ầ ủ ộ ả kênh là m t ph n c a b  gi ế ề ủ ộ ả i đi u ch  có th  đ c a b  gi +

]

ợ Mô hình này lo i tr  các kh i không h p lí v i quan đi m đi u ch  sao cho các   ề   ề i đi u c th y rõ ràng. Tuy nhiên, các kĩ thu t modem (đi u ch  và gi ạ ớ   i v i nhau. Trong các ế ộ ả ộ   ng h p này, các b  mã hóa kênh là m t ph n c a b  đi u ch  và các b  gi i mã ế ừ ượ ạ ầ ậ   i đ u vào ư t nh  sau: [ A t ( ) ề ế c vi = r t ( ) h t s t ( ) * ( )

T

n t ( )   ượ ế ố ỉ b i 3 y u t ấ ộ ọ ậ Trong đó * ch  phép ch p. Trong hình 1.2 kênh đ ừ ộ ề ự ế ề ộ ọ  là b  l c s(t) t ướ (1.1) ứ  ả ở . Th    b  đi u ch  ph i qua máy phát, kênh ế ộ ọ   i đi u ch , b  l c c mô t ả ế ể ớ ộ ả i b  gi c khi nó có th  t ề = nh t là b  l c kênh. Do th c t ề (trung gian truy n phát) và máy thu tr ộ ộ ọ ỗ kênh do đó là m t b  l c h n h p v i hàm truy n là: ) ợ ớ H f ) ( ) ( ) (1.2) H f H f H f ( ( C

R ủ

TH f (

CH f ( ứ

) ề , , là các hàm truy n c a máy phát, kênh và máy thu.

RH f ( ) ủ ộ ọ h t ( )

ư ậ = ( )* ( ) * (1.3) ) Trong đó  Cũng nh  v y, đáp  ng xung c a b  l c kênh là: h t C h t T h t ( ) R

Th t ( )

Rh t ( )

ứ , và

Ch t ( ) ệ ố ư

ố ứ ủ ệ ố ứ ể ế ễ ễ  th  ba là nhi u c ng và s ụ ề ậ ế ơ ả là các đáp  ng xung c a máy phát, kênh và máy thu.  th  hai là h  s  A(t) mà nói chung là ph c. H  s  này bi u di n fading trong   ố  ộ ộ t h n trong m c sau.   ộ   c đ n gi n hóa trong m t ư ẽ ấ ụ ế ố Trong đó   Nhân t ố ứ ộ ố ạ m t s  d ng kênh, nh  là kênh vô tuy n di đ ng. Nhân t ễ ẽ ả ễ ạ h ng nhi u n(t). Chúng ta s  th o lu n v  fading và nhi u chi ti ể ượ ơ Mô hình kênh trong hình 1.2 là mô hình chung. Nó có th  đ ố s  tình hu ng nh  s  th y trong m c ti p theo.

ề 1.2 các kênh truy n thông ộ ặ ọ ọ ế ượ ự ề ế Đ c tính kênh đóng m t vai trò quan tr ng trong nghiên c u, l a ch n và thi  đi u ch  đ ứ ứ ng c a chúng trong các kênh này. Các trình t ự ề t ch t l đi u ch  đ ủ ự ề ấ ượ ọ ế   ự t   c nghiên c u cho các kênh khác ế ượ ự   c l a   ng c a chúng. i  u ch t l đi u ch . Các trình t ấ ượ ủ ế ế ươ t k  t ẽ ả ể ố ư ọ ớ ặ ộ ố ứ ậ ề ế k  các trình t ể ế nhau đ  bi ặ ch n ho c thi ng  ng v i đ c tính kênh đ  t ụ Trong m c này ta s  th o lu n m t s  mô hình kênh quan tr ng trong truy n thông.

ễ ắ ộ 1.2.1 Kênh nhi u tr ng Gauss c ng (Additive White Gaussian Noise Channel­AWGN

0

ộ ể ự ề channel) Kênh AWGN là m t mô hình ph  bi n đ  phân tích các trình t ệ ễ ộ ệ ứ ạ ộ ầ ố ứ ộ ủ ủ ầ ố ớ ạ ớ ọ ầ ố ẳ ế ế ề ố ượ ơ ở ế   ổ ế  đi u ch . ắ   Trong mô hình này, kênh không làm vi c gì ngoài c ng thêm m t nhi u Gauss tr ng ằ ề ấ   vào tín hi u đi qua nó. Đi u này nh n m nh r ng đáp  ng t n s  biên đ  c a kênh là ớ ạ i h n) và đáp  ng t n s  pha c a kênh là i h n hay ko gi ph ng (dù v i băng thông gi   ấ   ệ tuy n tính cho m i t n s  sao cho các tín hi u đã đi u ch  khi đi qua nó mà không m t ấ   ồ ạ ộ i. Méo duy nh t biên đ  và méo pha hay các thành ph n t n s . Fading không t n t ả ượ ạ c đ n gi n hóa còn: đ ầ ầ ậ ượ c t o ra b i AWGN. Tín hi u nh n đ + = s t ( ) c trong 1.1 đ n t ( ) ệ r t ( ) (1.4) ễ ớ V i n(t) là nhi u AWGN. ắ ủ ẫ ạ ấ ộ ầ ố ướ ả ộ ẳ ớ   Tính “tr ng” c a n(t) nh n m nh r ng có m t quá trình ng u nhiên tĩnh v i ế   t ằ ấ ả t c  các t n s . Có m t quy c gi thi ằ ổ ấ ậ ộ m t đ  ph  công su t ph ng (PSD) cho t ủ ằ r ng PSD c a nó b ng (cid:0) < - < (cid:0) f N f ( / 2

ấ ữ ề ắ ấ ạ N= ) ộ

p t f

2

j

p t f

2

2

(1.6)   ạ Đi u này nh n m nh r ng m t quá trình tr ng có công su t h u h n. Đi u này ưở ớ ị ọ Ứ ng v  m t toán h c.  ng v i đ nh lí Wiener­Khinchine, hàm ễ ủ ằ ề ặ ng quan c a nhi u AWGN là ề dĩ nhiên mang tính lí t ự ươ  t t (cid:0) = t - R df t ( ) E n t n t { ( ) ( ) j N f e ( (1.7) = (cid:0) )} - (cid:0) (cid:0) = = d t e df ( ) (cid:0) N 0 2 - (cid:0) d t N 0 2 ỉ ề ễ ẫ Trong đó ộ ậ ỏ ớ ờ ự  ẫ   i đâu chăng n a. Các m u cũng đ c l p do quá ( )  là hàm delta Dirac. Đi u này ch  ra các m u nhi u là không t ữ ệ ươ t ng quan cho dù hi u th i gian nh  t trình là quá trình Gauss. ậ ộ ộ ủ ể ạ ấ ỗ ờ T i m i đi m th i gian, biên đ  c a n(t) tuân theo hàm m t đ  xác su t Gauss cho b i:ở

2

2

= - p exp{ } h ( ) (1.7) h s 2

2s

2s

2s ủ

ượ ễ ẫ đ = (cid:0) 1 ps 2 ể ể ẫ ị ầ ư ộ là đ  l ch c a quá trình ng u nhiên. Có m t đi m thú v  c n l u ý là ị ủ   c dùng đ  bi u di n các giá tr  c a quá trình ng u nhiên n(t) và  v iớ

ễ Trong đó h ủ ộ ệ quá trình AWGN do f ắ (t) ự ớ Tuy nhiên, khi r(t) đ ễ , thì nhi u trong ữ ạ ộ ệ ấ ủ ượ ấ ươ c l y t ự ế ầ đ u ra có đ  l ch h u h n. Trên th c t ể ấ ị  là công su t c a nhi u, là b t đ nh do tính “tr ng” c a nó. ng quan v i hàm tr c giao  : (cid:0) = = + r t dt s n f r t ( ) ( ) (cid:0) - (cid:0)

Trong đó (cid:0)

s n t t dt f ( ) ( ) = (cid:0) - (cid:0)

Và

(cid:0)

n t dt f s t ( ) ( ) = (cid:0) - (cid:0)

ộ ệ ằ ủ Đ  l ch c a n b ng: (cid:0)

2{ }

2 � � �

2

E n t dt n t f ( ) ( ) (cid:0) - (cid:0) � � � � (cid:0) (cid:0) f t n dtd t t ft ( ) ( ) ( ) ( ) � � - (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) t ft f E n t dtd t t n { ( ) ( )} ( ) ( ) � � � = � E � � � � � = � �� E n t � = �� - (cid:0) - (cid:0) (cid:0) (cid:0) = t f t dtd ft t ) ( ) ( ) N -�� d 0 t ( 2 - (cid:0) - (cid:0) (cid:0) = f = t dt ( ) (1.18) (cid:0) N 0 2 N 0 2 - (cid:0)

2

ậ ộ ể ế ủ ấ Khi đó hàm m t đ  xác su t (PDF) c a n có th  vi ư t nh  sau:

0

= - p n ( ) exp{ } (1.19) n N

ố ế ẽ ượ ử ụ 1 Np 0 ườ ng xuyên trong cu n sách. c s  d ng th ề ồ ạ ả K t qu  này s  đ ộ Nói m t cách khác, kênh AWGN không h  t n t ị ể ề ệ ỉ ớ ể ấ ộ ố ự ế ỏ ơ ẳ ồ ẳ ế ế ố ấ ỉ ớ ồ ố ị ấ ỉ ế ặ ấ ố ị t t ờ ế ố ễ i  nhi u nào khác ngoài nhi u Gauss. ề   i do không h  có kênh truy n nào có th  có băng thông là vô đ nh. Tuy nhiên, khi băng thông tín hi u là nh  h n so   ạ   ớ  có th  x p x  v i kênh AWGN. Ch ng h n, v i băng thông kênh, m t s  kênh th c t   các kênh vô tuy n th ng tuy n LOS (line of sight), bao g m các k t n i microwave ế ố ệ ắ  m t đ t c  đ nh và các k t n i v  tinh c  đ nh, x p x  v i các ự (ND: sóng c c ng n)   ộ ụ   t. Các cáp đ ng tr c băng r ng cũng x p x  kênh AWGN kênh AWGN khi th i ti ồ ạ do đó không t n t ố ượ ứ Trong cu n sách này, t đi u ch  đ u đ ễ ự ề t c  các trình t ấ ứ ấ ả ệ ố ỉ ự ế ễ ả ộ ế ề ộ ố ứ c s  d ng tr c ti p. Th  hai, nhi u Gauss c ng đ ồ ạ ữ ủ ễ ể ế ố ể ượ ử ụ i hay không nh ng nhân t ườ ủ ể ế ấ ễ ng c a trình t ấ ượ ố

ệ ố ự ả ủ ẩ ả ệ ố c nghiên c u trong ấ kênh AWGN. Có hai lí do cho vi c này. Th  nh t, m t s  kênh v n x p x  kênh   ượ   ế AWGN, các k t qu  có th  đ c ư   làm suy y u khác c a kênh nh bi u di n cho dù có t n t ố   ậ ế ạ ng, và các nhi u khác. V y kênh AWGN là kênh t băng thông h n ch , fading, đa đ t ị ự ề ấ ượ ộ ệ ố    đi u ch  xác đ nh trong kênh nh t mà m t h  th ng có th  có. Ch t l ấ   ủ ả ủ ng. Khi có các nhân t này là biên trên c a ch t l  suy gi m khác c a kênh, ch t ể ử ụ ượ ư ấ ượ ẽ ả ng trong AWGN có th  s  d ng nh  chu n trong ng h  th ng s  gi m. Ch t l l   ấ   ậ ư ả ị đ nh giá s  suy gi m cũng nh  tính hi u qu  c a các kĩ thu t ch ng suy gi m ch t ượ l ng.

ớ ạ 1.2.2 Kênh gi i h n băng thông ỏ ơ ọ ệ ẳ

ụ ụ ề ễ ờ ỳ ệ   Khi băng thông kênh nh  h n băng thông tín hi u, kênh g i là có băng thông ế ự ớ ạ ạ   ễ ạ i h n băng thông ph c v  gây nên nhi u liên kí hi u ISI (ch ng h n, h n ch . S  gi ệ Ts )) và gây nhi u lên kí hi u ệ   ố ẽ ở ộ các xung s  s  m  r ng th i gian truy n (chu k  kí hi u

ả ậ ế ữ ấ ỗ

ư ệ ọ ỉ ệ ỗ  l ể ế ậ ằ ẫ ệ ề ạ ố ặ i ISI. Qua nhi u năm, m t s  l ử ụ ớ ấ ậ ụ ệ ậ c phát minh và s  d ng. Các kĩ thu t cân b ng m i xu t hi n liên t c. Chúng ra s ậ ằ Pb )  ế i bit ( ề c g i. Khi vi c tăng băng thông kênh truy n là   ượ ử  c s , các kĩ thu t cân b ng kênh đ ằ ộ ố ượ   ng l n các kĩ thu t cân b ng đã ẽ  ớ ạ   ng các kĩ thu t cân b ng kênh, b n ệ ố ươ ề ấ ệ ti p theo, hay th m chí là c  kí hi u ti p theo n a. ISI gây tăng xác su t l ượ hay t  l i bit BER, nh  nó v n đ ả ề đi u không th  ho c không hi u qu  kinh t ể ụ d ng đ  ch ng l ằ ượ đ ề ướ không bao trùm chúng trong cu n sách này. V  h ữ ọ ượ đ c đ ố ng 6] hay b t kì nh ng sách v  các h  th ng thông tin. c khuyên xem [1.ch

ộ ộ ả ệ ế ế ờ ộ ề ả ắ ở ễ ữ ả ủ ề ộ ể ộ ườ ơ ờ ễ ủ ể ọ ệ ệ , các tín hi u đa đ ườ ư ệ ợ ẫ ườ ng h p này, ta có các tín hi u đa đ ệ c xem nh  tín hi u khác. Trong tr 1.2.3 Kênh fading ệ ượ ổ   ủ Fading là m t hi n t ng x y ra khi biên đ  và pha c a tín hi u vô tuy n bi n đ i ắ ả ượ ạ   nhanh trong m t kho ng th i gian ng n hay kho ng lan truy n ng n. Fading đ c t o ớ ệ ở  nên b i nhi u gi a hai hay nhi u phiên b n c a tín hi u phát khi chúng t i máy thu  ế ợ   ườ ọ ờ ữ nh ng th i đi m khác nhau m t chút. Các sóng này, g i là các sóng đa đ ng, k t h p ộ ề ả ổ ấ ộ ể ế ệ ổ ạ ớ i anten cho m t tín hi u t ng mà có th  bi n đ i r t r ng v  c  biên đ  và v i nhau t   ệ   ệ ế ố ầ ng   dài   h n   chu  kì   kí   hi u t n   s .  N u  các   th i   gian   tr   c a   các   tín   hi u   đa   đ ả   (symbol)  (ND: hay cũng có th  g i là m u tín hi u) ng đó ph i ộ   ườ ượ đ ng đ c l p.ậ ộ ộ ư ườ ng đ ị ồ ừ ữ ộ ặ ấ Trong các kênh thông tin di đ ng, nh  kênh di đ ng m t đ t và kênh di đ ng v ượ ạ ữ ở ễ c t o nên b i nh ng ph n h i t ể ươ ự ố ầ ả ế ộ ự ả ố ệ ủ ứ ầ ộ ườ ể ở ố ầ i, cũng t o nên m t m c d ch t n Doppler trên thành ph n đa đ ộ ủ ộ ng bao quanh di chuy n

ồ ạ Nhi u fading và đa đ i trong các k t n i microwave LOS c b  qua. ng cũng t n t ữ ẳ ờ trên, LOS=tuy n th ng) ế ố ổ  [3]. Trong nh ng bu i hè tr i trong và êm, s ữ ớ ế ầ ớ ủ ầ ề ỏ ầ ồ ạ ộ ấ ớ ườ ệ     các công trình bao tinh, nhi u fading và đa đ   ng đ i gi a máy phát và máy thu quanh và các đ a hình. Thêm vào đó, s  di chuy n t ứ ẫ ề ị ế ầ   cho k t qu  là đi u ch  t n s  ng u nhiên trong tín hi u do m c d ch t n Doppler ố ượ ườ ỗ   ng. S  di đ ng c a các đ i l khác nhau trên m i thành ph n đa đ ng bao quanh, ạ ầ ị ả ư   ng. Tuy nh  xe t ộ ỏ ơ ố ố ượ ế    t c đ  nh  h n t c đ  c a di đ ng, nhiên, n u các đ i t ể ượ ỏ ủ ệ ứ thì hi u  ng c a chúng có th  đ ườ (ND:  ự  ế ố ư ấ ườ ng là nh . T ng đ i l u x p thành t ng v i nh ng phân   ơ   ấ ự ệ ộ t đ  và h i  m không đ ng đ u. S  phân l p c a t ng áp su t th p h n ệ ộ ể ạ   ng đa tín hi u v i các ộ ễ ở ư nh  đã nói  ỗ ạ h n lo n áp su t thông th ơ ẩ ố ủ ph i c a nhi ỉ ố ạ t o nên các gradien ch  s  khúc x  đ t ng t đ  t o nên các đ ễ biên đ  và các tr  khá khác nhau. ạ ộ ệ ế ề ổ ộ ữ ầ ườ ự ễ ệ ậ ạ ạ ẫ ớ ự ế ấ ả ề ề ng đi u ch  trong các kênh fading s ủ ả Fading t o nên các bi n đ i nhanh v  biên đ  và nh ng đ  l ch pha trong các ị ng t o nên nhi u liên kí hi u. D ch t n Doppler t o nên s  trôi   ấ   ệ ả i s  suy hao ch t ề ệ ẽ  ấ ượ ế ng c a đi u ch . Vi c phân tích ch t l ế ơ ậ t h n. c th o lu n chi ti ệ tín hi u nh n. Đa đ ầ ố t n s  sóng mang và tr i băng thông tín hi u. T t c  đi u đó d n t ượ l ượ đ

ế ơ ả ề ệ ộ ế ố ớ ợ ườ ề ố ể ng đ ườ ườ ệ ọ ệ ố ề ắ c g i là mã đ ả ượ ng đ ạ ộ ộ ố ặ ể ng đ ỗ ạ ớ ằ ệ ậ ụ ề 1.3 Các công c  đi u ch  v  b n ề   ộ ộ Đi u ch  s  là m t quá trình nén m t kí hi u s  lên m t tín hi u thích h p đ  truy n ượ ử  ế ữ phát. V i nh ng truy n phát kho ng cách ng n, đi u ch  băng g c th c s ố  ỗ ố ế ề ụ ng. M t chu i các kí hi u s d ng. Đi u ch  băng g c th ể ạ ượ ử ụ ườ c s  d ng đ  t o nên d ng sóng xung vuông v i m t s  đ c đi m nào đó th   ể  ự ễ ể ể đ  bi u di n m i d ng kí hi u mà không có s  nh p nh ng sao cho chúng có th

ộ ố ạ ề ế ự ễ ề ể ệ ộ ớ ộ ầ ở ươ ệ ở ộ ố   c khôi ph c trong lúc thu. Hình 1.3 cho m t s  d ng sóng đi u ch  băng g c. ế non­return zero­level (NRZ­L) th c hi n bi u di n m t kí     ng v i đ  dài T và kí hi u 0 b i m t xung vuông âm ụ ượ đ ạ D ng đ u tiên là đi u ch   ộ ệ hi u 1 b i m t xung vuông d ớ ộ v i đ  dài T.

ế ố

ố ụ ề ề Hình  3: Các thí d  v  đi u ch  s  băng g c. ộ ề

ớ ạ ị ạ ễ ể ạ ể ứ ễ ươ ạ ế unipolar return to zero v i m t xung d ệ ọ ệ ề ộ ạ ạ ả ế ự ẽ ượ khác s  đ ậ c th o lu n chi ti ồ ự ề  đi u ch  này và các trình t c cho 0. Trình t ng 2. ộ   ng đ  dài T/2 D ng th  hai là d ng đi u ch   ứ ệ ứ bi u di n kí hi u 1 và giá tr  0 bi u di n cho kí hi u 0. D ng th  3 là d ng m c 3 pha   ế  ạ (biphase level) hay còn g i là Manchester, sau khi phát minh ra d ng này, vi c đi u ch ử ụ ả   ươ ng và xung T/2 âm cho 1 và d ng sóng đ o s  d ng d ng sóng g m m t xung T/2 d ế ơ   ượ ng t h n trong ch ề ế ng dài và không dây, đi u ch  thông d i th ườ ng đ ỗ ả ộ ọ ề ế ố ủ ượ ổ ể ộ ệ ố ệ ộ ề ề ề ế ộ ế ề ế ề ậ ế ơ ả ơ ả ạ ầ ố ả ộ ị ị ế ị ộ ề ế ẩ ệ ậ ắ ượ ự ệ ọ ệ ườ ỗ c g i là khóa b t­t ự ự ớ ệ ệ ộ ộ ầ ố ấ ơ ượ ươ ượ   ườ ớ c V i các truy n phát đ ử ụ ề ề ả ế c g i đi u ch  sóng mang. M t chu i các kí   s  d ng. Đi u ch  thông d i cũng đ ầ ố  ệ ố ượ ử ụ hi u s  đ c s  d ng đ  làm thay đ i các thông s  c a m t tín hi u hình sin t n s ộ ầ ố  ọ cao g i là sóng mang. Nói chung, m t tín hi u hình sin có 3 thông s : biên đ , t n s ụ ề   ế ầ ố và pha. V y đi u ch  biên đ , đi u ch  t n s , và di u ch  pha và là ba công c  đi u ị  ch  c  b n trong đi u ch  thông d i. Hình 1.4 cho ba d ng đi u ch  sóng mang nh   phân c  b n. Đó là khóa d ch biên đ  (ASK), khóa d ch t n s  (FSK), và khóa d ch pha ộ   (PSK). Trong ASK, b  đi u ch  đ y ra m t bó sóng mang cho m i kí hi u 1, và không ỗ   tín hi u nào cho m i kí hi u 0. Trình t t (OOK).  này cũng đ ệ ộ   ng, biên đ  cho kí hi u 0 không th c s  là 0. Trong FSK, Trong khóa ASK thông th ượ ầ ố ớ   c phát ra và v i kí hi u 0 m t bó v i kí hi u 1, m t bó sóng mang t n s  cao h n đ ượ ạ c l i.  sóng mang t n s  th p h n đ ơ c phát ra, hay ng

ự ề

ả ơ ả

ế

Hình  4: ba trình t

đi u ch  thông d i c  b n.

ệ ư ộ ả ầ ớ ượ ư ộ c phát ra nh  m t bó sóng mang v i 0 l n đ o pha trong ả ế ơ ả ế c phát ra nh  m t bó sóng mang v i pha đ o 180°.  đi u ch  c  b n đó, m t lo t các trình t đi u ch  có th ự ề ế ợ ủ ẳ ộ ự ị ươ ộ Trong PSK, m t kí hi u 1 đ ệ ượ khi kí hi u 0 đ ự D a trên ba trình t ấ ừ c tìm th y t ớ ng (QPSK) có th  đ ể ằ ự ọ ộ ươ ộ ầ ượ ề ượ đ PSK (BPSK) v i các sóng mang tr c giao, m t trình t ể ượ ạ ph ộ mang, ta có th  thu đ ớ ự ề ạ ể  ộ ệ   ế ợ ằ ạ  các k t h p c a chúng. Ch ng h n, b ng cách k t h p hai tín hi u ầ   ự ớ ọ  m i g i là khóa d ch pha c u ủ ế ả   c t o ra. B ng cách đi u ch  c  biên đ  và pha c a sóng ng (QAM),v.v. ề ế  g i là đi u ch  biên đ  c u ph c m t trình t

ẩ ự ề ẩ ế ọ 1.4 Tiêu chu n l a ch n tiêu chu n đi u ch

ệ ệ ể ả ố ề t k  m t modem s  là đ  truy n m t cách hi u qu  các bit s ưở ủ ế ế ộ ả  các  nh h ủ ự ề ả ề ễ ế ệ ệ ấ ả ố  ộ ộ ng c a nhi u và các tác đ ng c a kênh. Có 3 tiêu   ổ   đi u ch : hi u qu  v  công su t, hi u qu  ph

ấ ỗ ủ ộ

ễ ạ ỉ ệ ế ự ề  đi u ch  là t  l i bit c a m t trình t ủ ẳ ổ ậ ộ ng bit trên m t đ  ph  nhi u. Ch ng h n, ớ   ị  ngh ch v i bP   c a ASK trong ở ầ ủ Tinh th n c a vi c thi ừ ồ ụ và ph c h i chúng t ự ọ ẩ ư chu n  u tiên khi l a ch n các trình t ộ ứ ạ ủ ệ ố và đ  ph c t p c a h  th ng. ệ ả ấ 1.4.1 Hi u qu  công su t ỉ ệ ỗ i bit, hay xác su t l  l T  l /bE N , t  l ỉ ệ  năng l 0 ượ kênh AWGN đ ượ c cho b i:

0

(1.10) P Q b E 2 b N � = � � � � � � �

bE  là năng l

ượ Trong đó ng bit trung bình, còn

0N  là m t đ  ph  nhi u (PSD)   ư

2

u

ượ ậ ộ ượ ổ ị c bi ế ớ t t ễ c đ nh nghĩa nh i là hàm Q. Hàm đ và Q(r) là tích phân Gauss, đôi khi đ sau: (cid:0) - du e Q x ( ) = (cid:0) (1.11) 1 p 2

ả

x ệ ủ ẳ c đ nh nghĩa m t cách th ng th n nh  t  l bP ) tren m t kênh AWGN.

bP

ề Hàm là hàm gi m đ n đi u c a x. Do đó hi u qu  công su t c a m t trình t ắ ế ượ ị ộ ế ớ ơ ộ ộ - ượ ử ụ ườ ộ ệ ư ỉ ệ = 510 ấ ủ ả /bE N  c n thi ầ 0 ng đ  th ự    t v i m t xác ư ỉ c s  d ng nh  t

đi u ch  đ ấ ỗ su t l ệ ỗ  l l i bit nào đó ( ế i bit tham chi u.

ả ổ ệ ả ơ ộ ổ ệ 1.4.2 Hi u qu  ph ị ệ ư ố ệ ộ ộ ả ộ ậ ộ ẫ ệ ố ế ở ượ ộ ổ ượ   c ủ ề c truy n đi trong m t Hert c a băng   ượ   ộ ả ủ c ư  ấ c cho nh ứ ạ Vi c xác đ nh hi u qu  dùng ph  ph c t p h n m t chút. Hi u qu  ph  đ ể ượ ị đ nh nghĩa nh  s  bit trên m t giây có th  đ ệ ấ ổ ụ thông h  th ng. Ví d , m t đ  ph  công su t m t d i c a m t tín hi u ASK đ ộ ậ ỗ ề đi u ch  b i m t chu i bit ng u nhiên đ c l p có xác su t ngang nhau đ sau:

2 c T f ( sin [

s

c

c

2 A T 4

2 A d 4

y = - - f f f f ( ) + )] ( )

ượ (cid:0) ừ ệ i ớ (cid:0)  t

và đ ầ ố ể ổ ộ ầ ả ộ ề ế ẳ ầ ộ ự ệ ậ ạ ậ ể ả ầ ộ

ộ ộ c cho trong hình 1.5, trong đó T là đ  dài bit, A là biên đ  sóng mang, và   ả ừ - cf  là t n s  sóng mang. T  hình ta có th  th y r ng ph  tín hi u tr i t ể ấ ằ .    ệ ố ệ ậ V y đ  truy n đi m t cách hoàn h o tín hi u, thì c n m t băng thông h  th ng không   ế   ẩ ị xác đ nh, bi n thiên d a trên m t tiêu chu n khác. Ch ng h n, trong hình 1.5, h u h t ữ ượ ng tín hi u t p trung trong d i gi a hai đi m 0, v y yêu c u m t băng thông năng l   ẻ ư 0­0 có v  nh  đã

ấ ủ ệ

Hình  5: m t đ  ph  công su t c a ASK ư ệ ệ ầ ủ đ y đ . Có 3 cách tính hi u qu  ph  trong các tài li u nh  li

t kê sau đây: ệ ử ụ ­gi ạ ổ ng) t

ự ễ

ả ả Hi u qu  ph  Nyquist ưở ữ xung ch  nh t lí t ủ nhi u ISI t ệ

ậ ộ ổ ổ ả  thi ậ ố ệ ố  do c a các tín hi u s , thì băng thông t ố

2

ạ ầ . Do , ạ W sR= i t n s  sóng mang là  ở ố ể ứ   ộ ọ ế ệ ố t h  th ng s  d ng b  l c Nyquist (đáp  ng ề ể ầ ố i thi u cho truy n phát   i băng g c, có băng thông yêu c u t sR  là t c đố 0.5 sR ,  ộ  ố i băng g c là  = bR =t cố   M R R / log s b ồ ể ể ấ    đây là s  đi m có th  th y khi xem bi u đ  chòm (ND: M ớ ệ ế ổ ả kí hi u, và băng thông t ề ộ đ  bit, v i đi u ch  M­ary  đi m)ể , hi u qu  ph  là

bR Hi u qu  ph  null­null

ả ệ ừ

ể ế M ị  trên v a d ch là 0­0)­ ư ủ ớ v i các trình t ị ư ộ ọ = / W log (1.12) 2 ự ề   ở  (ND: hay   đi u ấ ch  có các đi m 0 ph  m t đ  công su t nh  c a ASK trong hình 1.5, đ nh nghĩa băng   thông nh  đ  r ng c a búp sóng chính là cách thích h p đ  đ nh nghĩa băng thông. ợ ộ ổ ủ ệ ế ề ổ ổ ậ ộ ủ ổ Hi u qu  ph  ph n trăm ế ế ầ i. Trong tr ầ ế ợ ượ ử ụ

ể ị ả ệ ­n u ph  c a m t tín hi u đi u ch  không có các ư ề ể đi m không, nh  đi u ch  pha liên ti p nói chung (CPM), băng thông null­null không ườ ể ượ ử ụ ồ ạ c s  d ng. Thông ng h p này, băng thông ph n trăm có th  đ t n t ư ầ ộ ố ố ườ c s  d ng, cho dù m t s  s  ph n trăm khác (nh  90%, 95%) cũng th ượ đ ng 99% đ c dùng.

ộ ứ ạ 1.4.3 Đ  ph c t p h  th ng ứ ạ ộ ớ ổ ẫ ộ ệ ố ủ Đ  ph c t p c a h  th ng ý nói t ậ ủ ệ ố ệ ớ ộ ủ ả ấ ế ọ ề ế ậ ề ế ng, b  gi ệ ố ố ộ ả ơ ườ ứ ạ ộ ề ế ề ề ứ ụ ự ố   i t ng s  dây d n trong nó và đ  khó kĩ ứ ạ ệ ố   thu t c a h  th ng. Liên h  v i đ  ph c t p c a h  th ng là giá thành s n xu t, dĩ ệ ự ộ nhiên   là   m i   băn   khoăn   chính   trong   vi c   l a   ch n   m t   kĩ   thu t   đi u   ch .   Thông   ứ ạ ế ộ ả ơ   i đi u ch  thích  ng thì th i đi u ch  ph c t p h n b  đi u ch . B  gi ứ ề ớ ộ ả   i đi u ch  không thích  ng do s  khôi ph c sóng ph c t p h n nhi u so v i b  gi

ớ ầ ượ ề ả i đi u ch , các thu t toán ng pháp gi c yêu c u trong nó. V i m t s  ph ầ ử ụ ươ ề ả ế ứ ạ ơ ậ ộ ố mang đ ấ ả ứ ạ ph c t p nh  Viterbi c n s  d ng. T t c  là n n t ng cho so sánh ph c t p h n. ệ ư ệ ả ổ ả ộ ẽ ế ẩ ậ ộ ớ ệ ố Do hi u qu  v  công su t, hi u qu  ph  v  đ  ph c t p h  th ng là tiêu i chúng khi phân ả ề ọ ế ề ạ ủ ự ề ậ ứ ạ ấ chu n chính khi l a ch n m t kĩ thu t đi u ch , ta s  luôn chú ý t ầ tích các kĩ thu t đi u ch  trong ph n còn l ố i c a cu n sách.

ổ ế ố ổ ạ ệ ể ộ ố ế ắ t t t kê m t s  vi ắ ả ế ơ ư ể  có th  thu đ

ế ể ượ ề ữ ấ ả ạ ố ị ự ề 1.5 T ng quan các trình t  đi u ch  s ộ ọ ấ t và Đ  cung c p cho b n đ c m t cái nhìn t ng quan, chúng tôi li ẽ ế ố ề ả ủ tên mô t  c a các đi u ch  s  khác nhau s  có trong b ng 1.1 và s p x p chúng theo ộ ố ượ ừ ộ ề ự ơ ồ c t  nhi u h n m t trình s  đ  cây nh  trong hình 1.6. M t s  trình t ẽ ượ ự ự  trong đó mã hóa vi sai có th  đ c s  d ng s  đ  cha. Các trình t c đánh nhãn D t ả ẽ ượ ự c gi i đi u ch  không thích  ng s  đ  có th  đ và nh ng trình t c đánh nhãn N. ể ượ ự ề  đ u có th  đ T t c  các trình t c gi ự ề ế ệ Các trình t  đi u ch  li ố ị ớ ớ ố ị ớ ế ề ể ượ ử ụ ề ứ ứ ế ả i đi u ch  thích  ng. ượ ả t kê trong b ng và cây đ c phân lo i thành hai phân ớ ố ị nhóm l n: biên c  đ nh và biên không c  đ nh. Trong l p biên c  đ nh, có 3 l p con: FSK, PSK và CPM. Trong l p biên không c  đ nh, cũng có 3 l p con: ASK, QAM và các đi u ch  biên không c  đ nh khác n a, ự ệ ề Trong các trình t ớ ố ị  đã đ c li nâng cao. Các trình t ế ợ ủ ề ế ể ượ còn MSK, GMSK, CPM, MHPM và QAM, v.v. là các trình t đi u ch  nâng cao là các bi n th  và k t h p c a các trình t ố ị ớ ế ợ L p có biên c  đ nh nói chung phù h p v i các h  th ng thông tin có các b ế ấ ầ ầ ữ ế ơ ả   t kê, ASK, PSK và FSK là các đi u ch  c  b n, ự ự  ự ơ ả  c  b n. ệ ố ế ủ ặ ụ ạ ộ ế ớ ạ ượ ệ ả ộ ế ệ c hi u qu  khu ch đ i t ạ ố ộ ớ ợ ượ ử ụ ệ ổ ớ ụ  PSK. FSK nh  phân đ ớ ứ ị ế ệ ứ ấ ự ệ ố ả ề ế

ự ề ể ố ớ ớ ượ ử ụ ệ ố ộ  ế   khu ch đ i công su t ho t đ ng trong vùng phi tuy n c a đ c tuy n đ u vào­đ u ra ạ ố ể i đa. M t ví d  là TWTA (traveling wave tube đ  thu đ   ự  ạ amplifier)­b  khu ch đ i  ng sóng ch y trong thông tin v  tinh. Tuy nhiên, các trình t ệ   FSK nói chung trong l p này là không thích h p v i  ng d ng v  tinh do chúng có ấ   hi u qu  ph  quá th p so v i các trình t c s  d ng trong các ể ố ộ ấ ủ kênh đi u khi n t c đ  th p c a các h  th ng t    bào th  h  th  nh t, AMPS (advance mobile phone service of Ú) và ETACS (European total access communication system).  ộ    PSK, T c đ  truy n có th  là 10 Kbps v i AMPS và 8 Kbps v i ETATC. Các trình t ồ bao g m BPSK, QPSK, OQPSK, và MSK đã đ   c s  d ng trong các h  th ng thông ệ tin v  tinh.

ộ ộ ệ ố ượ ử ụ ả c quan tâm nh t b i kh  năng tránh di pha đ t ng t 180° và cho c s  d ng trong các h  th ng thông tin di ấ ở  này đã đ π ả phép gi ố ế ộ đ ng s  t ượ /4­QPSK đ ế ề ự i đi u ch  vi sai. Trình t ố ế ư ệ ố  bào, nh  h  th ng s  t bào Mĩ (USDC)(United State digital cellular).

Tên vi ế ắ t t t Mô tả ế ắ ươ   t t Tên vi ng t t ngươ đ Frequency shift keying FSK BFSK MFSK Binary frequency shift keying M­ary frequency shift keying Phase shift keying

BPSK QPSK OQPSK PSK 4PSK SQPSK Binary phase shift keying Quadrature phase shift keying Offset QPSK, Staggered QPSK

π

/4­QPSK MPSK π   /4 Quadrature phase shift keying M­ary Phase shift keying

Continuous phase modulation (CPM) ỉ ố ề ỉ ố ề ế ế

FFSK

SHPM MHPM LREC CPFSK MSK SMSK LRC LSRC GMSK TFM Single­h (ch  s  đi u ch ) phase modulation Multi­h (ch  s  đi u ch ) phase modulation Rectangular pulse of length L Continuous phase shift keying Minimum shift keying, fast FSK Serial minimum shift keying Raised cosine pulse of length L Spectrally raised cosine pulse pff length L Gaussian minimum shift keying Tamed frequency modulation

Amplitude and amplitude/phase modulations ASK th ng)

ASK MAM OOK MASK QAM Amplitude phase shift keying (tên thông  ườ Binary on­off keying M­ary ASK, M­ary amplitude modulation Quadrature amplitude modulation ố ị ế ề Các đi u ch  biên không c  đ nh QORC

SQORC QOSRC

Q2PSK IJF­OQPSK TSI­OQPSK SQAM XPSK Quadrature overlapped raised cosine  modulation Staggered QORC  Quadrature overlapped squared raised cosine  modulation Quadrature quadrature phase shift keying Intersymbol­interference/jitter­free OQPSK Two­symbol­interval OQPSK Superposed­QAM Crosscorrelated QPSK ế ố

ự ề

đi u ch  s

B ng ả 1 Các trình t

ế ố

ề

Hình  6: cây đi u ch  s

ể ư ụ ừ ệ ự PSK có biên c  đ nh nh ng chuy n pha không liên t c t ỉ ể ố ị  kí hi u này sang  ự  CPM không ch  có biên c  đ nh mà còn có s  chuy n pha liên ậ ượ ự ớ ố ị ổ ơ ng búp biên trong ph  h n so v i các trình t ự ượ ủ ẳ tên c a chúng. Ch ng h n, LREC có nghĩa c th  hi n ầ ố ế ợ ủ ộ ườ ớ ọ ự Các trình t ệ kí hi u khác. Các trình t ớ ụ  PSK. L p  t c. V y chúng có ít năng l ồ ằ ở CPM bao g m LREC, LRC, LSRC, GMSK và TFM. S  khác nhau gi a chúng n m    ầ ố ể ệ ở các xung t n s  khác nhau đ ộ ữ ậ ớ ộ là xung t n s  là m t xung hình ch  nh t v i đ  dài L các chu kì đi u ch . MSK và  ự  quan tr ng trong l p PCM. MSK là m t tr GMSK là hai trình t ữ ạ ề ng h p c a CPFSK,

ậ ượ ừ c t OQPSK v i d ng xung hình sin m  r ng, MSK có ể ấ ả ề ộ ề ề ế ượ ử ụ ứ ạ ủ ề ầ ố ể ậ ệ ố ệ ố ạ ữ ệ ử ụ ơ bào ệ ố ớ ạ ở ộ ư nh ng nó cũng có th  nh n đ ệ ế ả ổ ấ ả ề ệ ệ i đi u ch   hi u qu  v  công su t và hi u qu  v  ph  r t tuy t. B  đi u ch  và gi ệ ử ủ c a chúng cũng không quá ph c t p. MSK đã đ c s  d ng trong tên l a công ngh   truy n thông chuyên sâu c a NASA (NASA's Advanced Communication Technology  ả ổ Satellite (ACTS)). GMSK có xung t n s  Gauss. V y nó có th  có hi u qu  dùng ph   ế ố ơ ả t t h n c  MSK. GMSK đ ]cj s  d ng trong h  th ng d  li u gói s  d ng t (CDPD) và h  th ng GSM châu Âu (global system for mobile communication).

ượ ằ ớ khi có t  l ỉ ệ ỗ ố ơ i t t h n so v i single­h CPM b ng cách l ặ ệ ừ t t ệ ố ề ế ế ổ HMPM đ c chú ý đ c bi bi n đ i có chu kì h  s  đi u ch  h.

ự ư ố ị ộ ớ ườ  biên không c  đ nh nói chung, nh  ASK và QAM, th ế ấ ớ ượ ể ệ ệ ế ệ ộ ộ ộ c s  d ng m t cách r ng rãi trong các MODEM s  d ng trong ượ ệ ạ

ể ả ả ả ế ế ấ ạ Các trình t ng là không phù  ạ ợ ệ ố h p v i các h  th ng có các b  khu ch đ i công su t không tuy n tính. Tuy nhiên  ồ ể ả ử ụ ổ ặ   QAM, v i bi u đ  chòm sao tín hi u r ng, có th  thu đ c hi u qu  s  d ng ph  đ c ượ ử ụ ử ụ bi t cao. QAM đã đ ư ệ ạ c xem xét cho các h   các m ng đi n tho i, nh  các modem máy tính. QAM còn đ ấ ầ ườ ệ ồ ợ ố th ng v  tin. Trong tr ng h p này, tuy nhiên, ph n h i trong công su t đ u vào và  ủ ả ượ ủ ầ c cung c p đ  đ m b o tính tuy n tính c a khu ch đ i  đ u ra c a TWTA ph i đ công su t.ấ

ươ ề ế ố Ch ng 2: đi u ch  băng g c

ượ ọ (hay còn đ c g i là line coding)

ị ế ư ộ ố ượ

ạ ề ễ ộ ề ỗ ố ằ ạ ổ ố ạ ự ế ạ ượ ề ả ả ề ư ệ ạ ể ợ ố ắ ệ ố ờ ầ ủ ạ ổ   c xác đ nh nh  m t truy n phát tr c ti p mà không chuy n đ i ệ ể ố ặ ị ề ế ạ ạ ng truy n, đ nh d ng băng g c (hay đ nh d ng d ng xung, d ng  ậ ị ữ ế ế ề ạ ạ t thu t ng  ti ng anh: line codes, (ND: nên bi

ự ễ ể ỗ ộ ị ng t ố  đã s   ầ ữ ệ ượ ệ ớ c mã hóa vào m t d ng sóng xung. V i tín hi u d ng d  li u thì không c n  ị ề ạ ườ ữ ượ ử ụ ạ ườ ố ề ượ ng truy n đ ơ c s  d ng h n. Các mã đ ể ở ậ ườ ng đ ữ ệ ề ầ ể ạ ố ệ ừ ệ ố ủ ế ậ ườ ề ợ ạ ng truy n và đ nh d ng băng g c (hay d ng sóng) thích  ủ ế   ể c phát tri n ch  y u i AT&T, IBM hay RCA đ  truy n phát   [1­5]. Các phát tri n g n đây  ng ti n t ng truy n ch  y u t p trung vào các h  th ng truy n phát lõi s i quang ề Đi u ch  băng g c đ ầ ố t n s . Đây là công ngh  bi u di n các chu i s  b ng các d ng sóng xung phù h p  ệ cho vi c truy n phát băng g c. M t lo t các d ng sóng đã đ c đ  ra trong c  g ng  ữ tìm ra nh ng d ng có các đ c tính mong mu n, nh  hi u qu  dùng ph  và hi u qu  v ấ ố t, và thông tin đ nh th i đ y đ . Các d ng sóng đi u ch  băng g c đó còn  công su t t ố ị ườ ượ ọ c g i là mã đ đ ị sóng PSM (hay đ nh d ng, mã,...)  baseband formats, baseband waveforms, PCM waveforms). PCM (pulse code  ệ ươ ỗ modulation) là quá trình mà m i chu i nh  phân bi u di n m t tín hi u t ộ ạ hóa đ PCM. Do đó thu t ng  mã đ ơ ợ h p h n và th ư ạ ắ ầ b t đ u trong nh ng năm 1960 b i các kĩ s  t ươ ố s  trên các cáp đi n tho i hay ghi s  lên ph ề trong mã đ [6­11].

ớ ướ ượ ử ụ ươ ậ i thi u kĩ thu t mã hóa vi sai đ ề ấ ng truy n c u trúc. Sau đó ta gi c s  d ng trong  ệ i thi u m t s ộ ố c tiên ta gi ng, trong các mã đ ề ơ ả ớ ấ ủ ậ ộ ổ ụ ề ả ấ ạ ệ ườ ụ c th o lu n trong m c 2.3. Ph n gi i đi u ch  c a các d ng sóng là v n đ  dò tín ế ủ ả ộ ậ ễ ụ ệ

ễ ứ ề ườ ể ủ ụ ả ủ i bit (BER) c a m t s  mã đ ứ ứ ế ộ ố ị ế ả ả ẽ ượ ươ ệ ả ươ ng này tr Trong ch ủ ầ ph n sau c a ch ườ các mã đ ng truy n c  b n trong m c 2.2. Các m t đ  ph  công su t c a chúng  ầ ượ ả ề đ ướ ệ  b  dò thích  ng c a các tín hi u  c tiên ta mô t hi u trong nhi u. Trong m c 2.4 tr ứ ể ị nh  phân trong nhi u AWGN và sau đó  ng d ng các công th c k t qu  nói chung đ   ề ấ ỗ ỉ ệ ỗ thu các bi u th c v  xác su t l ng truy n.   l i hay t  l ồ ệ ể ượ ử ụ c s  d ng cho b t kì tín hi u nh  phân nào, bao g m  Các k t qu  nói chung có th  đ ả c  các tín hi u thông d i s  đ ng sau.  c mô t ấ  trong các ch