Giáo trình nguyên lý thông tin tương tự - số

ĐẠI HỌC QUỐC G ĨA T P H ồ C H Í MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁ C H KH OA

Vữ Đ inh T hành

GIÁO TRÌN H

NGUYÊN LÝ THÔNG TIN

TƯƠNG T ự - SỐ

(Tái bản lầỉUthứ ìiai)

NHẢ XUẤT B Ả N P Ạ I H Ọ C Q tlổ C G IA

TP HÔ C H Í M IN H - 2012

GT.03.TH(V) -J 55-2012/CXB/150-08 TH.GT.286-12(lf

ĐHQG.HCM-12--------- --------- r-——------------------------------------------- :-y

• • - • . I

M Ụ C L Ụ C

Lời nói đ ầ u ............................................................................................................5

Chương 1. TỔNG Q U Á T VỀ H Ệ T H Ố N G T H Ô N G T I N ---------------- 7

1.1 Các yếu tố tủa một hệ thống th ôn g tin .................................................7

1.2 Điều chế và mã h ó a..................................................................................12

Chương 2. T ÍN H IỆ U VÀ PH Ổ ............. ...................................................... 17

2.1 Phổ tuyến tính và chuỗi Fourier............................................................ 17

2.2 Tích phân fourier và phổ liên tụ c .........................................................22

2.3 Khối lọc tín hiệu tuyến tính b ất b i ế n .................................................25

2.4 Hàm tương quan và m ật độ p h ổ ............................................................27

2.5 Biến ngẫu nhiên và hàm xác s u ấ t........................................................ 31

2.6 Giá trị thống k ê .........................................................................................33

2.7 Mô hình xác su ấ t.................. ................................................................... 36

2.7 Tín hiệu ngẫu nhiên và n h iễ u ...............................................................39

Bài tập chựơng 2. Tín hiệu và p h ổ ..............................................................47

Chương 3. THÔNG T IN TƯƠNG T ự ........................................................51

3.1 Điều chế tuyến tín h .................................................................................. 51

3.2 Điều chế hàm m ũ..................................................................................... .75

3.3 Hệ thống thông tin tương tự.............................................................'....92

Bài tập chương 3. Thông tin tương t ự .................................................... 106

Chương 4. X Ử L Ý T R U Y Ề N T H Ô N G T Ư Ơ N G T ự - s ố . ................ 108

4.1 Lấy mẫu tín hiệu có băng tần giới h ạ n ........................................... 108

4.2 Điều bìẽn xung và ghép kênh thờ i g ia n ........................................111

• 4.3 Băng thông tín hiệu ghép kênh T D M ............................................. 113

4.4 Phổ của tín hiệu đã lấy m ẫ u ................................................................115

4.5 Lượng tử hóa tín hiệu................................. .......................................... 122

4.6 Hệ thống điều chế xung mà (PCM)..................................................124

4.7 Hệ thống ghép kênh PCM................................................................. 128

4.8 Điềư chế xung mã vi sai (DPCM)..................................................... 134

4.9 Điều chế Delta (AM)............................................................................136

Chương 5. THÔNG T IN s ố .....................................................................138

5.1 Điều chế dịch biên ASK..................................................................... 139

5.2 Điều chế dịch pha P S K ...................................................................... 142

5.3 Điều chế dịch tần FSK...................................................................... 167

5.4 Điều biên trực pha QAM.................................................................... 177

5.5 Điều chế dịch pha tối thiểu MSK.....................................................181

5.6 Kỹ thuật điều chế OFDM..................................................................189

Bài tập chương 5. Thông tin s ố .............................................................. 218

Chương 6. K Ỹ T ắ V Ậ T T R Ả I P H Ổ........................................................ 220

6.1 Chuỗi tín hiệu nhị Ỹ>hân giả ngẫu nhiên (PRBS)......................... 221

6.2 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp..................225

6.3 Kỹ thuật trải phổ bằng phương ph^p nhảy tần số.......................239

6.4 Hệ thống thông tin MC-CDMA........................................................ 244

Giải bài tập chương 2. T ÍN HIỆU VÀ PHỔ......................................255

Giải bài tập chương 3. THÔNG T IN TƯƠNG T ự .......................... 268

Giải bài tập chương 5: THÔNG T IN S Ô ............................................272

Tài liệu tham k h ả o ................................................................................... 277

L ờ i n ó i đ ầ u

Trong những năm qua, kỹ thuật ưiễn thông đã có n h ữ n g

bước tiến không ngừng với tốc cĩộ cực nhanh. Nhiều kỹ thuật và công

nghệ mói đà ra đời và sau dó nhanh chóng trở nên lạc h ậ u khir

những kỹ thuật tiến bộ hơn, có nhiều ưu điểm hơn lại được p h á t

minh ra ngay sau đó. Đơn cử ví dụ ưề hệ thống diện thoại d i đ ộ n g

GSM, được phát m inh vù sử dụng chỉ trong vòng một chục n ă m trở

lại đáy, nay lại trở nên n h a n h chóng lạc hậu so ƯỞỈ hệ thống d i đ ộ n g

CDMA số vừa có số kên h liên lạc lớn, chất lượng tốt hơn vả k è m theo

nhiều dịch vụ hấp dẫn người sử dụng...

Trong lĩnh vực đào tạo về điện tử viển thông, song song với các

: nguyên lý thông tin tương tự hoặc số cổ điển dà dược khai thác và

nghiên cửu trong nhiều giáo trình kinh điển, các tài liệu k ỹ th u ậ t

vẫn phải luôn luôn được cập nliật bởi các nguyôn lý mới về đ iều ch ế

\ và truyền số, chẳng h ạ n kỹ thuật QAM, OFDM, kỹ thuật trải phổ,...

Giáo trình "N g u yê n lý t h ô n g tin tư ơ n g t ự • số* được biên soạn

nhầm mục đích cung cấp các kiến thức cơ sở về tín hiệu - p h ổ của

các phương thức đ iều c h ế cổ điển (điêu chế tương tự A M , F M , P M

hoặc điều chế sổ A SK , FSK, PSK) và của các phương thức đ iều ch ế

I mới (điều chịỊ và g hép kên h PCM, điều chế QAM, M S K...). N ội dung

của giáo trình không n h à m phân tích kỹ thuật điều chế dưới quan

I điềm mạch điện oà các thiết k ế chi tiết> m à có định hướng t ì m ra các

mô hình toán học tổng quát cho các loại tín hiệu và p h ổ trước và sau

điều chế, các ảnh hướng của nhiễu lên chất lượng thông tin , mối liên

Ị . quan giữa xác suất thu sai tín hiệu với tỉ số tín hiệulnhiễu. Mô hình

này có th ể dược sứ dụng cho nhiều kiểu điều chế và giải d iều chế

khác nhau mà không làm thay đổi tính chất tổng quát của phương

! pháp.

ỉ Giáo trình có t h ề được sử dụng làm tài liệu học tập, g iả n g d ạy

chuyên ngành viễn thông hoặc làm tài liệu cơ sở cho các nghièìì cứu

f chuyên sâu hơn. Giáo trình được xuất bản lần đầu tiẽn, có sự tham

ị khảo từ nhiều ĩXRiLồ n tài liệu k hác nhau, chắc chắn không tránh khôi

» các thiếu sót. Tác giả luôn mong muốn tiếp nhận được n h ữ n g p h ả n

hồi từ các nhà chuyên môn, nhà nghiên cứu, từ các giảng viên và

ị sinh viên, về nội d u n g và hình thức của giáo trình đ ể có t h ể h iệu

H chỉnh hoàn thiện hơn trong các lần xuất bần sau.

í • Ịy

Tác giở ch ân thành cảtn ơn các thầy cô cán bộ giảng dạy Bộ

môn Viễn T hông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Bách Khoa - I

ĐHQG TPH CM , đã trợ giúp nhiều tài liệu và đóng góp công sức cho

việc ỉìoàtì thành giáo trình này.

Địa ch ỉ liên hệ: Bộ môn Viễn Thông, Khoa Điện • Điện Từ, :

Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TPHCM, số 269 Lý Thường Kiệt

Q.10, ĐT: 08.8657296, Email: vdthanh@licmut.èdu.vn. s

Ị

Ị

Tác giả •

PGS-TS Vũ Đ ình T h àn h !

Ị

C hương 1

TÔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

Hệ thống thông tin được định nghĩa là hệ thống chuyển tải tin

tức từ nguồn phát tin đến nơi nhận tin ở một khoảng cách nào đó.

Nếu khoảng cách thông tin này là lớn so với kích thước cưa thiết bị

(cự ly thông tin xa), ta có một hệ thống viễn thông. Hệ thống thông

tin có th ể được thực hiện giữa một hay nhiều nguồn phát tin đồng

thời đến một hay nhiều nơi nhận tin, do đó ta có kiểu thông tin một

đường, đa đường, phương thức thông tin một chiều, hai chiều hoặc

nhiều chiều. Môi trường thồng tin có th ể ở dạng hữu tuyến hoặc vô

tuyến, chẳng hạn dùng dây truyền sóng, cable truyền tin hoặc sóng

điện từ vô tuyến.

*4

1.1 CÁC YẾU TỐ CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN

2- Tin tức và tín hiệu

Tin tức là yếu tô trung tâm của một hệ thống thông tin. Mục

tiêu của hệ thống lả chuyển tải và tái lập lại tin tức tại nơi nhận tin

sao cho nội dung cùa tin tức là không đổi so với nơi phát hoặc có thể

hiểu được, chấp nhận được.

Tin tức xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau, có thể được chia

thành hai loại: dạng tương tự và dạng số.

Tin tức dạng tương tự được thể hiện bằng các đại lượng vật lý

biên thiên liên tục và đều đặn theo thời gian, chẳng hạn tín hiệu âm

thanh, hình ảnh, tín hiệu đo lường về nhiệt độ, áp suất,... Tiêu chí

quan trọng của hệ thống thông tin tương tự là sự trung thực của tín

hiệu tại nơi nhận tin so với nơi phát tin.

Tin tức dạng số được thế hiện dưới dạn,' li.Ịt chuỗi các ký hiệu

ítược chọn từ một tập hợp hữu hạn các ký hiệu rời rạc, chăng hạn;

chuỗi các ký Ví chừ hoặc sô xuât hiện trên một văn bán, chuổi các

bit luận lý được đọc ra từ một file dừ liệu... Tiêu chí quan trọng của

hệ thông thông tin số là độ chinh xác cùa chuỗi ký tự nhận được

(hoặc là tị số lỗi bit nhận được) tính trong một khoảng thời gian

nhất_định cua quá trình thông tin.------------------------------------------------

Về mặt vật lý, tin tức xuất hiện dưới dạng các tín hiệu, thông

thường là tín hiệu điện. Trong mô hình hệ thống thông tin ở hình

1.1, tin tức được chuyển đổi thành tín hiệu điện hoặc ngược lại nhờ

các cảm biến phát và cám biến thu.

8________________________________________________________CHƯƠNG 1

H ình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin

Như vậy đối với hệ thông thông tin, tín hiệu vật lý được chuyển Ị

tải đi là tín hiệu. ,điện, được xử lý trên cơ sở các khối mạch điện tử.

Các cảm biến pí&t và thu, mặc dù chỉ là phần tử chuyển đổi dạng

thức vật lý cưa tin tứ£, nhưng ảnh hưởng rấ t lớn đến độ trung thực

hoăc độ tin cậy của hệ thống th ông tin. Việc kháo sát các đặc tính

phi tuyến hoặc các giới hạn về dải động, dái tần số hoạt động,... của

các cám biến không nằm trong nội dung trình bày của môn học này.

2- S ơ đồ k h ố i tổng q u á t của h ệ th ố n g th ô n g tin

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin

Hình 1.2 giđi thiệu một sơ đồ khối tổng quát của một hệ thốngii

thông tin, trong đó các tín hiệu p h át và thu lan truyền trQng môi*

trường đều được xem là ở dưới dạng tín hiệu điện (các khối cảm biếạl la&iầagì - ■ • ■-. .. -L

t ố n g q u a T v ế H Ệ THỐNG THÔNG TIN 9

p h á t v à cảm b iế n thu như ớ hình 1.1 được xem là thưậc về nguồn

p h á t tin hoăc nơi nhận tin). Sơ đồ khôi gồm ba p h ần chính:

• K hôi p h á t có chức năng xử lý tín hiệu tin tức và cung cấp vào

môi trư ờng th ô n g tin một tín hiệu có dạng thức phù hợp với đác tính

7 cua m ôi trường,"với đỉều kiệrrtA-nội đũiYg của tín tức được truyền đi

không th a y đẢ’i Khối phát có thế’ gồm các phần m á h ó a, điều ch ế và

ị khuếch đại pháv.

• Môi trường thông tin là một môi trường v ậ t lý cụ thể, cho

phép chuyển tả i tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu. M ôi trường thông

tin có th ể dưới dạng hữu tuyến (dây dẫn điện song h àn h , dây cable

• tín hiệu, sợi quang,...) hoặc có th ể dưới dạng vô tu y ế n (không gian tự

do, c h â n khô n g , môi trường chất lỏng,...). Môi trư ờ n g thông tin có

ị đặc tín h gây suy hao công suất tín hiệu và gây trễ p h a tín hiệu khi

tru y ền tin . Cự ly thông tin càng lđn thì độ suy hao và trề p h a càng

nhiều.

• Khôi th u có chức năng thu nhận tín hiệu tin tứ c từ môi trường

thông tin , tái tạo lại tin tức để cung cấp đến nơi n h ậ n tin. Khôi thu

có th ể gồm các phần khuếch đại tín hiệu điện (để bù trừ độ suy hao

trên môi trường thông tin), giải điều chế và giải m ã hóa (để khôi

phục lại tin tức gốc ban đầu ở nơi phát), khối chọn lọc k ênh thông

tin (để chọn* lựa đúng tín hiệu từ nguồn tin m à ta m uôn thu n h ận ,

tro n g k h i môi trường thông tin có th ể được sử dụng tru y ền tin đồng

thời cho nhiều nguồn tin khác nhaũ).

• M ột loại tín hiệu phụ nhưng luôn luôn xuất hiện và tồn tại

trong b ấ t kỳ hệ thống thông tin nào được th ể h iện bởi khôi nhiều,

can nhiễu và các tác nhân gây méo dạng. Đây là các tín hiệu m à

chúng ta không mong muôn nhận được tại nơi th u trong quá trìn h

tru yền tin . C húng có thể xuất hiện trong môi trư ờ n g thông tin dưđi

dạng nhiễu cộng hoặc nhiễu nhân. Do tính c h ấ t suy hao của môi

trường thông tin , tín hiệu tin tức m à ta muôn tru y ền đi có th ể bị suy

hao công suâ't đến mức bị xen lần với các tin hiệu nhiều trong môi

trường hoặc tạ i nơi thu. Lúc này, quá trình thông tin là th ất'b ại, nơi

^“ nhậrt tin k h ô n g th ể tái tạo lại tin tức từ nguồn p h á t tĩn nữa.

- N hiễu là các tín hiệu không mong muốn, x u â t hiện m ột cách

gfrigau nh iên tro n g môi trường thông tin hoặc từ các phần tử, linh

th iế t bị. Nhiễu cộng có th ể được loại bỏ hoặc giảm thiểu

hưởng n h ờ các bộ lọc tần sô", các bộ xử lý ngư ỡ ng tại nơi thu.

10 CHƯƠNG 1

ĐỸÌ với nhiễu nhân, quá trìn h xử lý phức tạp hơn nhiều, thường phái

sử (lụng các thuật to á n th ứ -v à-sai (chẳng hạn, thuật toán logic mờ,

n*ạng neural, chuổi M arkov,...)

- Can nhiẻu là n h iễu g ây ra bởi các tác nhân chủ quan của con

người, chăng hạn, n h iều do tín h iệ u từ nguồn phát khác, nhiễu do

nguồn cung cấp công suất, n h iễu do các thiết bị phụ trợ,... Can nhiều

xuất hiện ở các dải tầ n sỏ* k h á c với d ải.tầ n số muốn thu, có th ể được

loại bỏ dễ dàng nhờ các phép lọc tầ n sô thông thường. Tuy nhiên,

can nhiễu cùng dải tầ n r ấ t k h ó được loại trừ, người ta phải dùng các

phép mà hóa nguồn phù hợp.

- Tác n hân gây m éo d ạn g tín h iệ u thường xảy ra do các phần tử,

linv kiộn trong th iê t bị k h ô n g có đặc tính tuyến tính. Tuy nhiên,

điểm khác biệt giừa tá c n h ân m éo dạng này với nhiều, can'nhiễu là

sư méo dạng chi xảy ra khi có tín hiệu phát. Sự méo dạng có thể

được khắc phục nhờ các bộ sứa dạng (equalizer) trong hệ thống thông tin.

Trong mô hình hộ thống th ò n g tin ỏ hình 1.2, tin tức luôn được

truyền đi theo một chieu duy n h ỉít từ nguôn phrit tin đến nơi nhận

tin, ta có hệ thqtfg thòng tin đưn cùng <simplex). Ngược lại, hệ thông

thông tin cho phép truyền till tức thuo hai chiều đồng thời (mồi bên

vừa là nguồn p h ấ t tin , vừa là nơi n h ạn tin) dược gọi lã hộ thống

song công (full-duplex). Hệ th ô n g cho phép thông tin hai chiẻu tuần

tự nhau (tại m ột thời điểm , chí có m ộ t bôn phát và một bèn thu) gọi

là hộ thông bán song cồng (half-duplex).

3- Các giới h ạ n đ ặ c tr ư n g c ủ a hệ thống, thông tin

Đòì với bất kỳ h ệ th ò n g th ô n g tin nào, dù là hửu tuyên hoặc vô

tu vỏn, (1Ù có điều c h ế hay k h ô n g điều chế, dù ở tẩn số thấp hay

cao,... đều có hai giới h ạ n đặc trư n g về điện: băng thông (bandwidth)

và nhiều (ỉioisc) trong hệ th ô n g th ô n g tin.

* DAi.g thông lả đ ại lượng đo lường về tốc độ truyền tin. Đôì với

thông tin tương tự (analog), b ă n g th ô n g được thể hiện qua dải tần số

của tín hiệu hoặc dái tầ n sô của k ê n h . Đôi với thông tin số (digital),

bãng thông được th ể h iện q u a tố c độ b it tối đa của chuỗi sô' được

truyền đi. Bất k>r hệ th ôn g th ô n g tin nào cũng bị giới hạn về băng

thòng khi truyền tro n g thời g ia n thực. Nếu dùng kênh thông tin cỏ

bang thông nhỏ đé tru y ền tín h iệ u có dái tần sô rộng thì sẽ gây ra

méo clạng tín hiệu tạ i nưi th u . C h ă n g hạn, với tín hiệu âm thanh

yổhg q u à ĩ v ế h ệ th ô n g th ô n g tin 11

thoại, bảng thòng kênh truyền chi cần khoáng 'MỉHz đến 4kHz, trong

khi (tế truyền tín hiệu video dộng, báng thòng kênh truyền phái

rộng từ '\MHz đến 6MỈỈZ. Băng thòng kỏnh truyền càng rộng thì tốc

độ truvền tin cảng cao, chất lượng truyền tin tức càng tốt nhưng lại

gặp các vấn đề sau:

- Băng thông quá rộng sè làm hao phí dai tần sò có sẩn của

kênh truyền, do đó, số lượng luồng thông tin truyền đồng thời trên

kênh sè giảm, và hiệu suất sừ (lụng kênh truyền thấp.

- Băng thông rộng kóo theo sự ảnh hường cứa nlìỉễu môi trường

và các can nhiễu từ kênh truyền ỉân cạn lên kênh thông tin mong

muốn. Do đó, trong thực tế, tín hiệu dái nền trưđc khi được đưa vào

điều chế hoặc má hóa, thường phái được lọc thông tháp hoặc lọc

thông dải dể giới hạn lại dải tần số của tín hiệu. Như vậy, ờ nơi thu,

ta củng (lùng các bộ lọc thông thấp hoặc thông dái đổ chọn lọc lấy

riêng tín hiệu mong muốn (ở dái tần số định trước), tránh các can

nhiễu từ kênh khác và giảm thiểu ảnh hường cùa nhiễu nền môi

trường.

. * Nhiỗu là ảnh hưởng cố hừu, tồn tại trong bất kỳ hệ thống

thông tin thực tế nào. Bản thân vạt liệu môi trường, các phần tử

hoặc nguyên tử của vật liộu đều tạo các dao clộng ngầu nhiên hỗn

loạn sinh tà nhiễu, ta thường gọi lả nhiễu nhiệt. Các nguồn can

nhiễu từ các tác nhân do con người (các đài phát lân cận, các thiết bị

khác đặt trong môi trường thông tin,...) củng là nguồn nhiều cho kênh

thông tin.

Ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiộu tin tức được đánh giá thông

qua ti sô' tín hiệu trên nhiễu s/N t là đại lượng so sánh giữa công

suảt tín hiệu mong muốn với công suất nhiẻu. Khi cự ly thông tin

càng lớn, công suất tín hiệu tin tức càng bị suy giảm khi lan truyền

trong môi trường thông tin, có thể giảm đến mức ngang bằng công

suất nhiều môi trường. Lúc này, tin tức bị lẫn với nền nhiều và

chúng ta không thể khôi phục lại thông tin bằng các phương pháp

thông thường.

Giới hạn băng thông của kênh cho phép tăng ti sô' S/N, nghĩa là

chât lượng thông tin của kênh tổng do băng thông bị hạn chế (nếu

không gây móo dạng đến tín hiệu). Định lý Shannon xác định mối

liên quan giửa báng thông B của kônh với tỉ sô S/N thông qua một

12 CHƯƠNG 1

hằng số thông số của kênh, i{v)i lả thông lượng kênh c (channel

capacity):

' l + Ẽ-ì

N )

c = ổ log ( 1. 1)

với c là hằng số, khi B tăng thì S/N giảm và ngược lại.

1.2 ĐIỂU CHẾ VÀ MÃ HÓA

Điều chế (modulation) và mà hóa (coding) là hai phương thức

căn bản để nâng cao chất lượng và độ tin cậy của quá trình thông

tin. Đây cũng là vân đề chính của tài liệu này: phương thức xử lý,

điều chế tín hiệu tương tự, tín hiệu số và các đánh giá về ưu nhược

điểm của mỗi phương thức.

2- Nguyên lý điều chế

Trong quá trình điều chế, cần có một sóng mang (carrier)

(thường là tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung tần số cao) có tần số

cô định và cao JỊiơn nhiều lần so với tần sô" tín hiệu điều chế

(modulating signal). Tín hiệu điều chế này có thể là tín hiệu gốc

phát ra từ nguồn tín, hoặc có thể là tín hiệu đả được biến đổi từ tín

hiệu gốc bởi các phép lọc, mã hóa, trộn kênh,... thường được xem là

ỏ dải tần sô thâp, do đó còn được gọi là tín hiệu đâì nền [baseband).

Tín híộu

diốu chố

(Tin hiệu

dải nén)

Mạch

Sóng mn:vj

đã điổu chế

Tín hiệu

đả điéu chế Mạch giải

diéu chế

(Phải) (Thu)

diéu chế

Tín hiệu

tin tức

(Tín hiệu

dải nển)

Sõng mang Tái tạo sóng mang

(thu kết hợp)

Hình 1.3 Mô hình khối điều chế (nơi phát)

và khối giỏi điều chế (nơi thu)

Điều chê là thực hiện sự thay đối thông sỏ' của sổng mang như

biên độ, pha, tần số,... theo sự biến thiên của tín hiệu điều chế (H.1.3).

Dạng sóng các loại tín hiệu và mối liên quan giữa chúng trong điều

chế biên độ ơ hình 1.4 là một ví dụ.

I

í-

■

JONG QUÀ T VẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN 13

a)

^ — 111h úí Ỉlìỉỉíí í\/ĩìr----- ltĩ\1 I

b) «1«11 P

-ir"'ir>N ; ỵ"ị\ Tf'"ir

c) MJ II /

H ình 1.4 Dạng sóng tín hiệu điều chế, sóng mang sin

oà sóng mang xung sau khi điều chế biên độ

Quá trìn h điều chế phải là quá trìn h có th ể đảo ngược được, có

nghĩa là tồn tại quá trình khôi phục trỏ lại tín hiệu điều chế từ

sóng mang đã điều chế, để được tín hiệu dải nền chứa thông tin. Ta

gọi đó là quá trìn h giải điều chế (demodulating), có mô hình được vẽ

ở hình 1.3. Có hai kiểu giải điều chế: giải điều chế kết hợp

{coherent) và giải điều chế không kết hợp (non-coherent). Chi tiết về

các phương pháp giải điều chế sè được trình bày ở các chương sau.

Quá trình điều chế và giải điều chế cũng gây ra sự dịch chuyển

phổ tín hiệu trên thang tần số. Thông thường, khi tần sô' sóng m ang

lớn hơn nhiều lần so với tần sô tín hiệu điều chế, quá trìn h điều chê

sè dịch phổ tầ n lên cao và quá trình giải điều chế sê dịch phổ tần

xuống thấp.

2- Các lợi điểm của điều c h ế

* Điều chế cho phép tăng hiệu suất thông tin: Nhờ đặc tính dịch

chuyển phổ tần số lên cao, tín hiệu sóng mang đả điều chế .dễ dàng

được truyền đi xa hơn, các anten p h át và thu có kích thước nhỏ hơn.

ị7~ Chẳng hạn, nêu sóng m ang có tần số 100Hz thì anten phải có kích

I— thưđc 300km (!) t rong khi sóng Tnaiĩg~ử tần 5Ố~100M H z;antẽn~chỉ~ẽfr

ịi. kích thước dưới lm .

* Điểu chế cho phép tăng băng thông thông tin: Vì tần sô" sóng

niang thường rấ t cao nên tín hiệu sóng mang đã điều chế có dải

băng thông có thể rộng hơn nhiều lần so với dải tần sô" của tín hiệu

12 CHƯƠNG 1

hằng số thông số của kênh, i{v)i lả thông lượng kênh c (channel

capacity):

' l + Ẽ-ì

N )

c = ổ log ( 1. 1)

với c là hằng số, khi B tăng thì S/N giảm và ngược lại.

1.2 ĐIỂU CHẾ VÀ MÃ HÓA

Điều chế (modulation) và mà hóa (coding) là hai phương thức

căn bản để nâng cao chất lượng và độ tin cậy của quá trình thông

tin. Đây cũng là vân đề chính của tài liệu này: phương thức xử lý,

điều chế tín hiệu tương tự, tín hiệu số và các đánh giá về ưu nhược

điểm của mỗi phương thức.

2- Nguyên lý điều chế

Trong quá trình điều chế, cần có một sóng mang (carrier)

(thường là tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung tần số cao) có tần số

cô định và cao JỊiơn nhiều lần so với tần sô" tín hiệu điều chế

(modulating signal). Tín hiệu điều chế này có thể là tín hiệu gốc

phát ra từ nguồn tín, hoặc có thể là tín hiệu đả được biến đổi từ tín

hiệu gốc bởi các phép lọc, mã hóa, trộn kênh,... thường được xem là

ỏ dải tần sô thâp, do đó còn được gọi là tín hiệu đâì nền [baseband).

Tín híộu

diốu chố

(Tin hiệu

dải nén)

Mạch

Sóng mn:vj

đã điổu chế

Tín hiệu

đả điéu chế Mạch giải

diéu chế

(Phải) (Thu)

diéu chế

Tín hiệu

tin tức

(Tín hiệu

dải nển)

Sõng mang Tái tạo sóng mang

(thu kết hợp)

Hình 1.3 Mô hình khối điều chế (nơi phát)

và khối giỏi điều chế (nơi thu)

Điều chê là thực hiện sự thay đối thông sỏ' của sổng mang như

biên độ, pha, tần số,... theo sự biến thiên của tín hiệu điều chế (H.1.3).

Dạng sóng các loại tín hiệu và mối liên quan giữa chúng trong điều

chế biên độ ơ hình 1.4 là một ví dụ.

I

í-

■