Giáo trình Điều chế biên độ xung (Pulse amplitude modualation) - Điều chế tương tự cho tín hiệu số

Chia sẻ: Truong Van Suu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của giáo trình gồm: hệ thực hành về điện tử thông tin; điều chế tương tự cho tín hiệu số hệ thực hành về điện tử thông tin; điều chế tương tự cho tín hiệu số ASK, FSK, PSK, QPSK, Qam modulation-demolation; các phương pháp điều chế tương tự cho tín hiệu số; mã truyền và tái lập tín hiệu nhịp; máy phát nhịp tài liệu; các sơ đồ tạo mã tài liệu; bộ hình thành sóng mang, Qam modulation-demolation; các phương pháp điều chế tương tự cho tín hiệu số; mã truyền và tái lập tín hiệu nhịp; máy phát nhịp tài liệu; các sơ đồ tạo mã tài liệu; bộ hình thành sóng mang...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điều chế biên độ xung (Pulse amplitude modualation) - Điều chế tương tự cho tín hiệu số

MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU CHUNG.................................................................................................2 2. ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ CHO TÍN HIỆU SỐ ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM MODULATION-DEMOLATION..................................................................................... 5 2.1. Thiết bị sử dụng..................................................................................................5 2.2. Lý thuyết............................................................................................................. 5 2.2.1 Các phương pháp điều chế tương tự cho tín hiệu số .................................. 5 2.2.1.1. Phương pháp điều chế - Giải điều chế biên độ ASK (Amplitude Shift Keying)................................................................................................................5 2.2.1.2. Phương pháp điều chế - Giải điều chế biên độ FSK (Frequency Shift Keying)................................................................................................................6 2.2.1.3. Phương pháp điều chế - Giải điều chế pha PSK (Phase Shift Keying) 8 2.2.1.4. Phương pháp điều chế - Giải điều chế hỗn hợp pha và biên độ QAM (Quadrature Amplitude Modulation)................................................................. 12 2.2.1.5. Phương pháp điều chế - Giải điều chế pha vi phân DPSK (Differential Phase Shift Keying)..........................................................................................14 2.2.1.6. Mã truyền và tái lập tín hiệu nhịp........................................................ 16 2.2.2 Sơ đồ thí nghiệm........................................................................................17 2.2.2.1. Bộ điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM.........................................17 2.2.2.2. Bộ Giải điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK........................................... 24 2.3. Cấp nguồn và nối dây.......................................................................................28 2.4. Các bài thực hành............................................................................................ 29 2.4.1 Khảo sát các phần chức năng....................................................................29 2.4.1.1. Máy phát nhịp tài liệu (Data Sequence Generator) .............................29 2.4.1.2. Các sơ đồ tạo mã tài liệu.................................................................... 29 2.4.1.3. Bộ hình thành sóng mang (carrier generator).....................................32 2.4.1.4. Bộ tái lập tín hiệu nhịp và giải mã tài liệu (DECODER & CLOCK RECOVERY).................................................................................................... 33 2.4.2 Điều chế & giải điều chế tương tự cho tín hiệu số .................................... 35 2.4.2.1. Điều chế & giải điều chế ASK............................................................. 35 2.4.2.2. Điều chế & giải điều chế FSK..............................................................41 2.4.2.3. Điều chế và giải điều chế BPSK......................................................... 45 2.4.2.4. Điều chế & giải điều chế QPSK (hình 2-34)........................................49 2.4.2.5. Điều chế và giải điều chế D-QPSK (Hình 2-35)..................................50 2.4.2.6. Điều chế QAM (hình 2-36).................................................................. 54 PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 1
HỆ THỰC HÀNH VỀ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN 1. GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống thiết bị thực hành điện tử viễn thông chuyên đề bao gồm các khối thí nghiệm, thiết kế theo khối chuẩn (Module), và thiết bị chính TCPS900. Các khối thí nghiệm chức năng cho phép tiến hành các bài thực hành về điện tử thông tin chuyên đề về cơ sở kỹ thuật truyền thông tin (xem mục lục đã liệt kê ở trên). Các khối thí nghiệm sử dụng chốt 2 ly để kết nối nguồn và tín hiệu. Trên bảng mặt khối có biểu thị trực quan sơ đồ nguyên lý và các chốt thử (Test Point) để kiểm tra tín hiệu. Thiết bị chính TCPS900 (Hình 1) dùng cho 1 bàn thí nghiệm, bao gồm: Khung gá có kích thước 1.200 x 750 mm chứa 2 tầng với rãnh trượt để gắn các module 297 mm x aM (M = 100mm, a = 1; 2; 3; 4) Nguồn chuẩn TCPS900, cung cấp thế chuẩn: Nguồn 1 chiều (DC) +12V/2A, 12V/0.75A, +5V/2A, 5V/0.75A. Sử dụng để nuôi các Module thí nghiệm. Nguồn AC 220V với công tắc tự động, dùng để cấp điện cho các thiết bị khác như dao động ký, máy phát,... Phân loại tổng quát các phương pháp điều chế giải điều chế phục vụ cho việc truyền thông tin được giới thiệu trong Bảng 1. Truyền các tín hiệu tương tự (lời nói, nhạc,...) theo phương pháp điều biên, điều tần và điều pha được thực hiện trong phần thực tập điện tử thông tin cơ sở. Các phương pháp cơ bản điều chế tín hiệu tương tự hoặc số còn lại trong Bảng 1 được thực hiện trong phần thực hành điện tử thông tin chuyên đề. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 2
Bảng 1 PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 3
Hình 1. Thiết bị chính TCPS900 PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 4
2. ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ CHO TÍN HIỆU SỐ ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM MODULATIONDEMOLATION. 2.1. Thiết bị sử dụng 1. Khung chính cho thực tập điện tử viễn thông cơ bản TCPS900. 2. Các khối thí nghiệm TC946M, TC946D cho bài thực tập về điều chế tương tự cho tín hiệu số (Hình 217 & 223). 3. Dao động ký 2 tia. 4. Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu. 2.2. Lý thuyết 2.2.1 Các phương pháp điều chế tương tự cho tín hiệu số 2.2.1.1. Phương pháp điều chế Giải điều chế biên độ ASK (Amplitude Shift Keying) Phương pháp điều chế ASK (Hình 21) cho phép tạo tín hiệu ASK dạng sin với hai biên độ. Biên độ tín hiệu ASK tuỳ thuộc giá trị bit tài liệu: Khi Data bit = 1 sẽ điều khiển khoá K đóng (Hình 21a), sóng ASK nhận được ở lối ra chính là sóng mang truyền qua, có biên độ bằng biên độ sóng mang (Hình 2 1b). Khi Data bit = 0 sẽ điều khiển khoá K ngắt, sóng mang không truyền qua khoá. Tín hiệu ASK có biên độ = 0. Hình 21. Phương pháp điều chế ASK Giải điều chế ASK điều chế thực hiện theo các sơ đồ trên Hình 22. Ở sơ đồ kiểu 22a, bộ thu nhận có tái lập sóng mang (Carrier Regenerator) và nhân sóng này với tín hiệu thu. Bộ lọc thông thấp và sơ đồ ngưỡng cho phép tái lập tài liệu số được truyền. Sơ đồ 22b đơn giản hơn, thường được sử dụng trong thực tế. Tín hiệu được tách sóng trực tiếp, sau đó lọc thông thấp và hình thành. Phương pháp ASK có sơ đồ rất đơn giản, được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật điện báo. Hệ thống có các đặc trưng sau: PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 5
Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) cao hơn tốc độ truyền bit (Fb). Hiệu suất truyền nhỏ hơn 1 (xác định bằng (Fb/ FW)
Hình 23. Phương pháp điều chế FSK Ở sơ đồ điều chế FSK kiểu 23b, sử dụng máy phát điều khiển bằng thế VCO (Voltage Control Oscillator). Ứng dụng trạng thái “0” hoặc “1” của tài liệu, VCO sẽ phát hai tần số F1 và F2 tương ứng. Trên hình 23c là sơ đồ điều chế sử dụng các bộ chia với các hệ số chia khác nhau: N và: M. Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia. Ví dụ, khi Data bit = 1, bộ chia có hệ số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số F1 = f Clock /N. còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số chia M, tạo chuỗi xung ra có tần số F2 = f Clock /M. Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên cơ sở Hình 24. Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL). Hình 24. Phương pháp giải điều chế FSK Phương pháp FSK có sơ đồ phức tạp hơn ASK, được sử dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu (kiểu CCITT V21, CCITT V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202 ) và trong kỹ thuật radio số. Sai số ít hơn phương pháp ASK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) cao hơn tốc độ truyền bit (Fb). Hiệu suất truyền nhỏ hơn 1 (xác định bằng (Fb/ FW)
2.2.1.3. Phương pháp điều chế Giải điều chế pha PSK (Phase Shift Keying) a. Điều chế Giải điều chế pha kiểu 2PSK (BPSK) Phương pháp điều chế 2PSK hay BPSK (Binary PSK) hay điều chế ngược pha PRK (Phase Reversal Keying) được giới thiệu trên Hình 25. Sơ đồ tạo tín hiệu BPSK dạng sin với hai giá trị pha tuỳ thuộc giá trị bit tài liệu: Khi Data bit = 1, điều khiển sơ đồ cho sóng BPSK cùng pha với sóng mang. Khi Data bit = 0, điều khiển sơ đồ cho sóng BPSK ngược pha (1800) với sóng mang. Sơ đồ điều chế thường được thực hiện trên bộ nhân sóng mang với Data bit. Giản đồ tín hiệu và giản đồ poha BPSK cho trên Hình 25. Hình 25. Phương pháp điều chế PSK Giải điều chế BPSK có thể thực hiện trên sơ đồ Hình 26. Sơ đồ gồm bộ tái lập sóng mang và bộ nhân. Hình 26. Phương pháp giải điều chế PSK. Bộ tái lập sóng mang bao gồm: Sơ đồ lấy bình phương ( )2 để chuyển các tín hiệu khác pha về cùng 1 pha. Vòng giữa pha PLL phát lại nhịp với tần số gấp đôi tần số mang Bộ dịch pha để hiệu chỉnh pha. Bộ chia hai để đưa tần số tín hiệu tái lập về bằng tần số sóng mang. Bộ nhân tín hiệu thực hiện nhân sóng điều chế BPSK với sóng mang tái lập. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 8
Giả sử tần số sóng mang là fC, = 2 fC, ta có hai trường hợp: C Khi tín hiệu BPSK là +sin( Ct) ứng với Data bit = 1, sóng mang tái lập là sin( Ct), sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu sin( Ct) sin( Ct) = sin2( Ct) = ½(1cos(2 Ct) = ½ ½cos(2 Ct). Trong biểu thức trên thành phần thứ hai là xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóng mang. Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏ thành phần xoay chiều và thế dương của thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ lại sẽ biểu diễn trạng thái “1” của Data bit. Khi tín hiệu BPSK là sin( C t) ứng với Data bit =1, sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu : sin( t) sin( C t) = sin2( C t) = ½(1cos(2 C Ct) = ½ + ½cos(2 Ct). Trong biểu thức trên thành phần thứ hai là xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóng mang. Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏ thành phần xoay chiều và thế âm của thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ lại sẽ biểu diễn trạng thái “0” của Data bit. Sơ đồ điều chế PSK có độ phức tạp trung bình, được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp FSK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng tốc độ truyền bit (Fb). Hiệu suất truyền = 1 (xác định bằng (Fb/ FW) = 1). “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng tốc độ truyền Fb. b. Điều chế Giải điều chế pha kiểu 4PSK (QPSK) Phương pháp điều chế 4PSK hay QPSK (Quadrature PSK) được giới thiệu trên Hình 27. Sơ đồ tạo tín hiệu QPSK dạng sin với bốn giá trị pha, xác định bởi tổ hợp (cặp) 2 bit liền nhau của tài liệu nhị phân. Tổ hợp 2 bit liền nhau này được gọi là Dibit có độ dài 2 khoảng bit. Tài liệu nhị phân trước khi đưa vào sơ đồ điều chế được tạo mã Dibit nhờ trigger đếm đôi đơn giản. Mã Dibit được biểu thị bằng tín hiệu I và Q: Tín hiệu tài liệu I (cùng pha – In Phase) gồm các mức thế ứng với giá trị bit đầu của cặp bit khảo sát. Tín hiệu tài liệu Q (bậc 2 – Quadrature) gồm các mức thế ứng với giá trị bit thứ hai của cặp bit khảo sát. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 9
Hình 27. Phương pháp điều chế QPSK Các tín hiệu I và Q được nhân với các sóng mang lệch pha nhau 900 (gọi là 0 = sin( Ct) và 90 = cos( Ct) ). Kết quả là khi lấy tổng tín hiệu ở cả hai nhánh của sơ đồ Hình 27, sẽ nhận được các tín hiệu 0 + 90; 0 + 90; 0 90; 0 90. Bộ điều chế QPSK như vậy được xây dựng trên hai bộ BPSK, tạo ra hai tín hiệu BPSKI và BPSKQ cho bộ lấy tổng để hình thành tín hiệu 4 pha. Giản đồ pha và dạng sóng QPSK cho trên Hình 27. Trên đồ thị cho thấy với 4 giá trị của Dibit (IQ), tín hiệu QPSK có 4 pha khác nhau. Giải điều chế QPSK có thể thực hiện trên sơ đồ Hình 28. Sơ đồ gồm bộ tái lập sóng mang và các bộ nhân để tái lập Dibit. Mã Dibit sau đó được giải mã để chuyển về trạng thái tài liệu thông thường. Hình 28. Phương pháp giải điều chế QPSK Bộ tái lập sóng mang (hình 29) bao gồm: PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 10
Hình 29. Sơ đồ tái lập sóng mang cho giải điều chế QPSK Hai sơ đồ lấy bình phương ( )2 để chuyển các tín hiệu khác pha về cùng 1 pha. Vòng giữ pha PLL phát lại nhịp với tần số gấp bốn tần số mang. Bộ dịch pha để hiệu chỉnh pha. Bộ chia hai chung để đưa tần số tín hiệu tái lập còn gấp đôi tần số sóng mang. Hai bộ chia hai với nhịp điều khiển đếm lệch pha 900 (lấy từ Q đến Q của bộ chia 2 chung) để tạo các sóng mang tái lập lệch pha nhau 900. Hai bộ nhân tín hiệu thực hiện nhân sóng điều chế QPSK với các sóng mang tái lập lệch pha. Tín hiệu giải điều chế được lọc thông thấp để tái lập tín hiệu Dibit. Qua sơ đồ trigger, chuyển mã Dibit về mã tài liệu nhị phân thông thường. Sơ đồ điều chế QPSK có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu (kiểu CCITT V22, CCITT V26, BELL 201) và trong kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp FSK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng nửa tốc độ truyền bit (=Fb/2). Hiệu suất truyền = 2 (xác định bằng (Fb/ FW) = 2). “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng nửa tốc độ truyền (=Fb/2). c. Điều chế Giải điều chế pha kiểu 8PSK Phương pháp điều chế 8PSK tạo tín hiệu dạng sin với tám giá trị pha lệch nhau 450, xác định bởi tổ hợp 3 bit liền nhau của tài liệu nhị phân. Tổ hợp 3 bit liền nhau này được gọi là Tribit. Tài liệu nhị phân trước khi đưa vào sơ đồ điều chế được tạo mã Tribit nhờ các trigger đếm đôi đơn giản. Mã Tribit được biểu thị bằng tín hiệu I, Q và C. Trên sơ đồ Hình 210 là giản đồ “chòm sao” tài liệu được mã ở dạng tribit tương ứng với các pha tín hiệu lệch so với nhau 450. Sơ đồ điều chế 8PSK có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu (kiểu CCITT V27, BELL 208) và trong kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp QPSK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng 1/3 tốc độ truyền bit (=Fb/3). PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 11
Hiệu suất truyền = 3 (xác định bằng (Fb/ FW) = 3). “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng 1/3 tốc độ truyền (=Fb/3). Hình 210. Giản đồ “chòm sao cho điều chế 8PSK và 16PSK d. Điều chế Giải điều chế pha kiểu 16PSK Phương pháp điều chế 16PSK tạo tín hiệu dạng sin với tám giá trị pha lệch nhau 22.50, xác định bởi tổ hợp 4 bit liền nhau của tài liệu nhị phân. Tổ hợp 4 bit liền nhau này được gọi là Quadbit. Tài liệu nhị phân trước khi đưa vào sơ đồ điều chế được tạo mã Quadbit nhờ các trigger đếm đôi đơn giản. Trên sơ đồ Hình 210 là giản đồ “chòm sao” tài liệu được mã ở dạng Quadbit tương ứng với các pha tín hiệu lệch so với nhau 22.50. Sơ đồ điều chế 16PSK có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ yếu kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp 8PSK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng 1/4 tốc độ truyền bit (=Fb/4). Hiệu suất truyền = 4 (xác định bằng (Fb/ FW) = 4). “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng 1/4 tốc độ truyền (=Fb/4). 2.2.1.4. Phương pháp điều chế Giải điều chế hỗn hợp pha và biên độ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Trong phương pháp điều chế QAM, thông tin số được điều chế chứa trong cả pha và biên độ tín hiệu truyền. Các giá trị tín hiệu điều chế có dạng sin với pha và biên độ được xác định bởi tổ hợp các bit liên nhau của tài liệu nhị phân. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 12
Hệ thống 8QAM điều chế tín hiệu trên cơ sở tổ hợp Tribit của tài liệu. Một nhóm trong chúng thay đổi biên độ và 2 nhóm còn lại thay đổi về phía pha. Tín hiệu điều chế sẽ nhận 4 pha và 2 biên độ khác nhau (xem Bảng 21). Trên sơ đồ hình 211 là giản đồ “chòm sao” tài liệu được mã ở dạng Tribit cho điều chế 8QAM. Hệ thống 16QAM điều chế tín hiệu trên cơ sở tổ hợp Quadbit của tài liệu. Tín hiệu điều chế sẽ nhận 16 trạng thái khác nhau về pha và biên độ (xem Bảng 22). Bảng 21 STT LỐI VÀO NHỊ PHÂN LỐI RA 8QAM 1 0 0 0 0.716V 1350 2 0 0 1 1.848V 1350 3 0 1 0 0.765V 450 4 0 1 1 1.848V 450 5 1 0 0 0.765V +1350 6 1 0 1 1.848V +1350 7 1 1 0 0.765V +450 8 1 1 1 1.848V +450 Hình 211. Giản đồ “chòm sao” cho điều chế 8QAM và 16QAM Bảng 2.2 STT LỐI VÀO NHỊ PHÂN LỐI RA 16QAM 1 0 0 0 0 0.311V 1350 2 0 0 0 1 0.850V 1750 3 0 0 1 0 0.311V 450 4 0 0 1 1 0.850V 150 5 0 1 0 0 0.850V 1050 PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 13
6 0 1 0 1 1.161V 1350 7 0 1 1 0 0.850V 750 8 0 1 1 1 1.161V 450 9 1 0 0 0 0.311V 1350 10 1 0 0 1 0.850V 1750 11 1 0 1 0 0.850V 450 12 1 0 1 1 0.850V 150 13 1 1 0 0 0.850V 1050 14 1 1 0 1 1.161V 1350 15 1 1 1 0 0.850V 750 16 1 1 1 1 1.161V 450 Trên sơ đồ Hình 211 là giản đồ “chòm sao” tài liệu được mã ở dạng Quadbit cho điều chế 16QAM. Sơ đồ điều chế QAM có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu (kiểu CCITT V22bis, CCITT V29, CCITT V32, CCITT V33, BELL 209) và trong kỹ thuật radio số. Hệ thống có các đặc trưng sau: Sai số ít hơn phương pháp PSK. Phổ cực tiểu của tín hiệu điều chế (FW) bằng 1/n tốc độ truyền bit (=Fb/n), với n là số bit khảo sát điều chế, ví dụ, n3 cho 8QAM, n=4 cho 16QAM. Hiệu suất truyền = n (xác định bằng (Fb/ FW) = n). “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng 1/n tốc độ truyền (=Fb/n). 2.2.1.5. Phương pháp điều chế Giải điều chế pha vi phân DPSK (Differential Phase Shift Keying) Trong hệ thống điều chế PSK, việc giải điều chế được thực hiện khi so pha tức thời của PSK với tín hiệu mang tái lập ở bộ thu. Hệ thống PSK với thông tin chứa trong giá trị pha tuyệt đối còn được gọi là PSK tuyệt đối. Khó khăn của hệ thống này là cần giữ pha của sóng mang tái lập không đổi. Hệ thống DPSK được xây dựng cho phép giải quyết khó khăn nêu trên. Thông tin trong hệ DSPK không chứa trong các giá trị tuyệt đối của pha sóng mang điều chế mà chứa trong sự lệch pha của hai khoảng điều chế liên tiếp. a. BPSK vi phân Phương pháp điều chế BPSK vi phân được mô tả trên Hình 212 và 213. Trong đó tài liệu đầu tiên được chuyển thành mã vi phân, sau đó sử dụng bộ BPSK để điều chế pha. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 14
Sơ đồ EXOR (hoặc loại trừ) đã được làm chậm đi 1 khoảng bit. Lối ra EXOR sẽ đảo bit ra thứ (n+1) nếu bit thứ (n) là “1” và giữ lối ra không đổi nếu bit (n) = “0”. Kết quả là ở lối ra bộ tạo mã vi phân có sự thay đổi pha 1800 ứng với mỗi bit tài liệu = “1”. Hình 212. Giản đồ mã vi phân. Bộ giải điều chế BPSK vi phân có hai phần: giải điều chế BPSK thông thường để nhận lại mã vi phân. Sau đó bộ giải mã vi phân chứa sơ đồ EXOR và bộ làm chậm 1 khoảng bit sẽ tái lập lại tài liệu. Hình 213. Phương pháp điều chế và giải điều chế BPSK vi phân b. QPSK vi phân. Phương pháp điều chế QPSK vi phân được mô tả trên Hình 214. Trong đó tài liệu đầu tiên được chuyển thành mã vi phân dạng Dibit cho tín hiệu DI và DQ, sau đó sử dụng bộ vi phân Dibit để điều chế pha vi phân là các sóng sin lệnh pha nhau 00, 900, 1800 và 2700. Sơ đồ EXOR (hoặc loại trừ) được sử dụng làm bộ so sánh tài liệu NRZ lối vào với tài liệu lối ra bộ so sánh (EXOR) đã được làm chậm đi một khoảng bit. Lối ra EX OR sẽ đảo bit ra thứ (n+1) nếu bít thứ (n) là “1” và giữ lối ra không đổi nếu bit (n)= “0”. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 15
Hình 214. Phương pháp điều chế và giải điều chế QPSK vi phân Kết quả là ở lối ra bộ tạo mã vi phân có sự thay đổi pha 1800 ứng với mỗi bit tài liệu = “1”. Bảng 23 mô tả sự tương ứng giữa tài liệu Dibit và sự dịch pha tín hiệu ra. Bảng 23 DIBIT DỊCH PHA 0 0 00 0 1 900 1 1 1800 1 0 2700 2.2.1.6. Mã truyền và tái lập tín hiệu nhịp a. Mã NRZ. Mã NRZ (Non ReturntoZero) là dạng mã nhị phân thể hiện bằng bít “0” và bit “1”, là xung chữ nhật, có mức “a” hoặc “+a” được giữ trong độ dài khoảng bit. Mã NRZ thường được chia thành 2 loại NRZL (Non Return to Zerolevel) và NRZI (Non Return to Zeroinverted). Trong thí nghiệm, sử dụng trường hợp đặc biệt của mã NRZL (Hình 55a): NRZ Data có phân cực ngược với tài liệu xác lập bằng các công tắc Dip Switch. Đó chính là dạng mã NRZL. Mức tín hiệu “+a” và “a” tương ứng với mức “1” và “0” tín hiệu TTL. Cách tạo mã trên sẽ làm đơn giản thí nghiệm khảo sát các phương pháp truyền số liệu. Ở phía thu nhận, các mức “0” và “1” được đọc lại tương ứng với tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu đồng bộ có thể gửi theo đường truyền riêng. Tuy nhiên, thường tín hiệu đồng bộ được tách từ chuỗi tín hiệu tài liệu nhờ sơ đồ có vòng giữ pha (PLL). PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 16
Hình 215. Giản đồ mã NRZ và mã Manchester b. Tái lập tín hiệu nhịp Sơ đồ tái lập xung nhịp được mô tả trên Hình 216. Sơ đồ EXOR được sử dụng để so sánh giữa tín hiệu tài liệu với tín hiệu tài liệu được làm trễ (thường là khoảng ½ độ dài khoảng bit). Lối ra EXOR có tín hiệu với thành phần phổ tần số gấp đôi tín hiệu tài liệu. Sơ đồ vòng giữ pha PLL sẽ nhận phát lại tín hiệu này với tần số nhịp tái lập bằng đúng tín hiệu nhịp sóng mang. Tín hiệu nhịp tái lập được sử dụng để tạo nhịp cho các sơ đồ giải điều chế. Hình 216. Sơ đồ tái lập tín hiệu nhịp c. Mã Manchester Khi chuỗi tín hiệu tài liệu có bit 0 hoặc 1 kéo dài liên tục, tần số tín hiệu vào PLL có thể vượt ra ngoài khoảng đồng bộ, vì vậy chuỗi xung nhịp lối ra được tái lập có thể sẽ không còn chính xác. Để tránh sai lệch này có thể biểu diễn tài liệu dưới dạng mã Manchester, trong đó bit 1 kéo dài được biểu diễn bằng chu kỳ xung nhịp trực tiếp, còn bit 0 kéo dài biểu diễn bằng chu kỳ xung ngược. Trên Hình 215 mô tả giản đồ hình thành xung Manchester từ xung NRZ. 2.2.2 Sơ đồ thí nghiệm 2.2.2.1. Bộ điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM Sơ đồ khối thí nghiệm TC946M để điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM được trình bày trên Hình 217. Sơ đồ nguyên lý cho trong phần phụ lục ( Hình PL2 1 PL24). PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 17
Hình 217. Khối điều chế tương tự cho tín hiệu số TC946D. a. Máy phát nhịp tài liệu (Data Sequence Generator) Máy phát xung đồng hồ (Clock Generator): Máy phát xung đồng hồ tạo tín hiệu nhịp chuẩn cho các bộ hình thành tài liệu thí nghiệm. Máy phát tạo trên U1 (NE555), phát xung vuông tần số 2400Hz. Biến trở P1 (Frequency Adjust) cho phép hiệu chỉnh chính xác tần số nhịp (Hình PL2 1). Bộ chia 2 trên trigger d U2A (74LS74) tạo xung nhịp chuẩn 1200Hz. Trigger RS trên cổng U4A,D (74LS00) và nút nhấn START tạo tín hiệu xoá và khởi động đồng bộ cho việc hình thành tài liệu. Sơ đồ tạo tín hiệu mẫ thời gian CKI, CKQ, CKC (Timing Circuit): Sơ đồ tạo các xung mẫu thời gian được xây dựng trên bộ ghi dịch U3(74LS96) và chuyển mạch MODE (S2A) chọn kiểu làm việc (hình PL21). Ở chế độ Dibit và Tribit, lối ra song song bộ ghi dịch (QB hoặc QC) được đưa trở về lối vào nối tiếp (Serial). Nhờ vậy, bộ ghi dịch U3 có thể phát chuỗi xung lặp lại. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 18
Khi nhấn nút START, bộ ghi dịch được xoá và xác lập trạng thái ban đầu từ các lối vào song song (A = “1”, B, C = “0”) theo nhịp CK . Khi chuyển mạch S2A ở vị trí Dibit, lối ra song song QC được đưa về lối vào nối tiếp (SER). Tín hiệu lối vào CK sẽ dịch trạng thái ghi trong U3 và chạy theo vòng, hình thành tín hiệu CKI và CKQ (giản đồ Dibit trên Hình 218). Các tín hiệu này lệch nhau một chu kỳ xung nhịp, được sử dụng cho thí nghiệm điều chế QPSK và DQPSK. Khi chuyển mạch S2A ở vị trí Tribit, lối ra song song QB được đưa về lối vào nối tiếp (SER). Tín hiệu lối vào CK sẽ dịch trạng thái ghi trong U3 và chạy theo vòng, hình thành tín hiệu CKI, CKQ và CKC (giản đồ Tribit trên Hình 218). Các tín hiệu này lệch nhau một chu kỳ xung nhịp, được sử dụng cho thí nghiệm điều chế QAM. Hình 218. Giản đồ thời gian tín hiệu mẫu CKI, CKQ và CKC Sơ đồ tạo chuỗi xung tài liệu (Data Sequence): Sơ đồ tạo chuỗi xung tài liệu được xây dựng trên các bộ ghi dịch U5 U7 (74LS165) và chuyển mạch SW1 SW24 đặc số liệu (Hình PL21). Bộ ghi dịch tạo chuỗi xung 24 bit gồm 3 tầng được nối theo vòng: lối ra nối tiếp tầng trước nối với lối vào nối tiếp tầng sau. Vì vậy khi dịch số liệu, chuỗi tài liệu 24 được lặp lại. Lối vào song song của 3 bộ ghi dịch nối với 24 công tắc. Với việc đặt các công tắc này (ON = 1, OFF=0), nhờ tín hiệu START và CK có thể nạp số liệu ban đầu lựa chọn từ công tắc vào bộ ghi để dịch thành chuỗi tài liệu DATA tương ứng. Trên Hình 218 là ví dụ một chuỗi xung tài liệu NRZ tương ứng với cấu hình công tắc lựa chọn. PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 19
b. Các sơ đồ tạo mã tài liệu. Bộ tạo mã Manchester (Biphase Coder): Bộ tạo mã Manchester từ tài liệu DATA được xây dựng trên vi mạch U8D,C (Hình PL22), thực hiện so sánh mã tài liệu DATA với CK bằng sơ đồ EXOR. Tín hiệu ra sẽ là xung nhịp CK trực tiếp nếu Data bit = 1 và là CK nếu Data bit = 0 (Hình 219). Hình 219. Hình thành mã Manchester. Bộ tạo mã vi phân 1bit: Mã vi phân bit được tạo khi chuyển mạch S2B và S2D/MODE (Hình PL22) ở vị trí Bit (1). Mã tài liệu DATA qua chuyển mạch này vào sơ đồ EXOR/U8A để so sánh với tín hiệu lối ra bộ so sánh (EXOR) đã được làm chậm đi một khoản bit (xem sơ đồ khối Hình 213). Bộ làm trễ một khoảng bit là trigger D/ U2B làm việc theo nhịp CK. Tín hiệu trễ truyền không đảo qua U9C đưa trở về lối vào bộ so sánh U8A. Kết quả là bộ tạo mã vi phân sẽ đảo ngược bit ra thứ (n+1) nếu bit vào thứ n = 1 và giữ lối ra không đổi nếu bit (n) = 0. Giản đồ tín hiệu mã vi phân 1 bit cho trên Hình 220. Hình 220. Hình thành mã vi phân 1bit Bộ tạo mã Dibit: Để tạo mã Dibit, cần đặt chuyển mạch S2/MODE ở vị trí Dibit (2). Sơ đồ tạo mã Dibit có lỗi ra I và Q, xây dựng trên các vi mạch U10A,B và U11A (Hình PL22). PULSE AMPLITUDE MODULATION (PAM) 20