9/12/2010
1
Digital Communications
9/12/2010 2
HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ
• TRUYỀN THÔNG SỐ –HỆ THỐNG SỐ THỰC SỰ:
CÁC XUNG SỐ (i.e. NRZ, AMI, MANCHESTER,HDB3) TRUYỀN QUA
CÁP ĐỒNG/QUANG (KHÔNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ). THÔNG TIN
CÓ THỂ BAO GỒM SỐ VÀ TƯƠNG TỰ (CẦN A/D và D/A).
• CAO TẦN SỐ (DIGITAL RADIO):
SÓNG MANG TƯƠNG TỰ ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ DẠNG SỐ (i.e. PAM, QAM,
ASK, PSK, FSK, PWM). TRUYỀN THÔNG QUA CÁP ĐỒNG HOẶC CÁP
QUANG HAY KHÔNG GIAN
HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ
9/12/2010 3
DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN/THÔNG TIN
HARTLEY’S LAW (BELL LABS)
DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN LÀ HÀM TUYẾN
TÍNH:
txBC ∝
C: DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN
B: BĂNG THÔNG (Hz)
t: THỜI GIAN TRUYỀN (secs)
ĐO XEM CÓ BAO NHIÊU THÔNG TIN (i.e. SỐ MẪU ĐỘC LẬP)
CÓ THỂ TRUYỀN QUA MỘT KÊNH TRUYỀN TRONG MỘT ĐƠN VỊ
THỜI GIAN
9/12/2010 4
)1(log 2
N
S
BC +=

C: DUNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN (bps) / BIT RATE
B: BĂNG THÔNG (Hz)
S/N: TỶ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU
)1(log 2
N
S
C
B
+
=
VỚI 1 KÊNH TRUYỀN CÓ NHIỄU, TỶ SỐ TÍN HiỆUTRÊN NHIỄU (S/N) LÀ TỶ SỐ
CỦA CÔNG SUẤT TÍN HIỆU TRÊN CÔNG SUẤT NHIỄU, ĐƯỢC ĐO Ở ĐẦU THU
MỐI QUAN HỆ CỦA BĂNG THÔNG VÀ DUNG LƯỢNG
KÊNH
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
=
PowerNoise
PowerSignal
NS dB log10)/(

SHANNON’S THEOREM (BELL LABS)
9/12/2010 5
DUNG LƯỢNG KÊNH
VÍ DỤ
DÙNG 1 KÊNH THOẠI ĐỂ TRUYỀN DỮ LiỆUSỐ QUA MODEM.
B = 3100Hz, S/N = 30 dB = ratio of 1000:1
bps
N
S
BC 894,30)10001(log3100)1(log 22 =+=+=
TỐC ĐỘ BIT NÀY CHỈ LÀ TỐI ĐA THEO LÝ THUYẾT.
NÓ KHÔNG THỂ ĐẠT ĐẾN VỚI MÃ HÓA NHỊ PHÂN.
• GIỮ NGUYÊN CÁC GIÁ TRỊ KHÁC, TĂNG BĂNG THÔNG
SẼ TĂNG TỐC ĐỘ DỮ LIỆU.
9/12/2010 6
BAUD RATE Vs BIT RATE
BIT RATE = SỐ LƯỢNG BIT MỖI GIÂY (BIT = MOST BASIC SYMBOL)
BAUD RATE = SỐ LƯỢNG MẪU (SYMBOLS) MỖI PER SECOND.
USING MULTI-LEVEL ENCODING SCHEMES ARE NEEDED TO ACHIEVE THE SHANNON
LIMIT.
TRANSMISSION OF M SIGNAL SYMBOLS, N BITS EACH.
• EXAMPLE: 2-LEVEL BINARY SYSTEM: M = 2, N = 1. ONE SIGNAL SYMBOL = 1 BIT.
TRANSMISSION OF 1 SIGNAL SYMBOL = TRANSMISSION OF 1 BIT.
(BAUD RATE = BIT RATE)
• EXAMPLE: 16-QAM. M = 16, N = 4. ONE SIGNAL SYMBOL = 4 BITS.
TRANSMISSION OF 1 SIGNAL SYMBOL = TRANSMISSION OF 4 BITS.
THUS, 9600 BPS = 2400 BAUDS.
N
M
2

=
9/12/2010 7
COMMUNICATIONS SYSTEMS EXAMPLES
DIGITAL TRANSMISSION
DIGITAL TRANSMISSION
DIGITAL RADIO
DIGITAL RADIO
NO ANALOG CARRIER
NO ANALOG CARRIER
ANALOG CARRIER
ANALOG CARRIER
TRUE DIGITAL SYSTEM:
TRUE DIGITAL SYSTEM:
9/12/2010 8
CAO T
CAO T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
(DIGITAL RADIO):
(DIGITAL RADIO):
•
•
THÔNG TIN C
THÔNG TIN C
Ó
Ó

TH
TH
Ể
Ể
L
L
À
À
TƯƠNG T
TƯƠNG T
Ự
Ự
Ho
Ho
Ặ
Ặ
C
C
S
S
Ố
Ố
•
•
Đi
Đi
Ề
Ề
U
U

CH
CH
Ế
Ế
S
S
Ố
Ố
:
:
•
•
T
T
Í
Í
N
N
Hi
Hi
Ệ
Ệ
U
U
Đi
Đi
Ề
Ề
U
U

CH
CH
Ế
Ế
D
D
Ạ
Ạ
NG S
NG S
Ố
Ố
•
•
S
S
Ó
Ó
NG MANG D
NG MANG D
Ạ
Ạ
NG TƯƠNG T
NG TƯƠNG T
Ự
Ự
9/12/2010 9
H
H
Ệ

Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG CAO T
NG CAO T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
ENCODER
ENCODER
PHASE LOCKED LOOP
PHASE LOCKED LOOP
CLOCKS HAVE TO BE SYNCHRONIZED
CLOCKS HAVE TO BE SYNCHRONIZED
9/12/2010 10
DIGITAL MODULATION SCHEMES
•
•
Đi
Đi
Ề
Ề
U
U
CH

CH
Ế
Ế
BIÊN Đ
BIÊN Đ
Ộ
Ộ
S
S
Ố
Ố
/ ON
/ ON
-
-
OFF
OFF
KEYING (
KEYING (
OOK
OOK
) / AMPLITUDE SHIFT KEYING (
) / AMPLITUDE SHIFT KEYING (
ASK
ASK
)
)
•
•
FREQUENCY SHIFT KEYING (

FREQUENCY SHIFT KEYING (
FSK
FSK
)
)
•
•
BINARY FSK (
BINARY FSK (
BFSK
BFSK
)
)
•
•
CONTINUOUS
CONTINUOUS
-
-
PHASE FSK (
PHASE FSK (
CP
CP
-
-
FSK
FSK
)
)
•

•
PHASE
PHASE
SHIFT KEYING (
SHIFT KEYING (
PSK
PSK
)
)
•
•
BINARY PSK (
BINARY PSK (
BPSK
BPSK
)
)
•
•
QUATERNARY PSK (
QUATERNARY PSK (
QPSK
QPSK
)
)
•
•
EIGHT
EIGHT
-

-
PHASE PSK (
PHASE PSK (
8
8
-
-
PSK
PSK
)
)
•
•
QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION (
QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION (
QAM
QAM
)
)
•
•
EIGHT QAM (
EIGHT QAM (
8
8
-
-
QAM
QAM
)

)
•
•
SIXTEEN QAM (
SIXTEEN QAM (
16
16
-
-
QAM
QAM
)
)
•
•
DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING (
DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING (
DPSK, DBPSK
DPSK, DBPSK
)
)
9/12/2010 11
ĐIỀU CHẾ
BIÊN ĐỘ
SỐ
9/12/2010 12
ĐI
ĐI
Ề
Ề

U CH
U CH
Ế
Ế
BIÊN Đ
BIÊN Đ
Ộ
Ộ
S
S
Ố
Ố
(OOK, ASK)
(OOK, ASK)
•
•
K
K
Ỹ
Ỹ
THU
THU
Ậ
Ậ
T ĐI
T ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH

Ế
Ế
S
S
Ố
Ố
ĐƠN GI
ĐƠN GI
Ả
Ả
N NH
N NH
Ấ
Ấ
T
T
•
•
L
L
À
À
S
S
Ó
Ó
NG LIÊN T
NG LIÊN T
Ụ
Ụ

C (CM), SINCE
C (CM), SINCE
S
S
Ó
Ó
NG MANG TRUY
NG MANG TRUY
Ề
Ề
N (
N (
‘
‘
1
1
’
’
) C
) C
Ó
Ó
BIÊN Đ
BIÊN Đ
Ộ
Ộ
, T
, T
Ầ
Ầ

N S
N S
Ố
Ố
V
V
À
À
PHA C
PHA C
Ố
Ố
Đ
Đ
Ị
Ị
NH
NH
•
•
DSB
DSB
-
-
FC AM WAVE: T
FC AM WAVE: T
Í
Í
N HI
N HI

Ệ
Ệ
U ĐI
U ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế
NGÕ V
NGÕ V
À
À
O
O
L
L
À
À
D
D
Ạ
Ạ
NG NH
NG NH
Ị
Ị
PHÂN
PHÂN

•
•
K
K
Ỹ
Ỹ
THU
THU
Ậ
Ậ
T ĐI
T ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế
CHI PH
CHI PH
Í
Í
TH
TH
Ấ
Ấ
P, CH
P, CH
Ấ
Ấ

T LƯ
T LƯ
Ợ
Ợ
NG
NG
TH
TH
Ấ
Ấ
P, HI
P, HI
Ệ
Ệ
U SU
U SU
Ấ
Ấ
T TH
T TH
Ấ
Ấ
P
P
•
•
HI
HI
Ế
Ế

M KHI ĐƯ
M KHI ĐƯ
Ợ
Ợ
C S
C S
Ử
Ử
D
D
Ụ
Ụ
NG TRONG H
NG TRONG H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG HI
NG HI
Ệ
Ệ
U
U
SU
SU
Ấ
Ấ

T V
T V
À
À
DUNG LƯ
DUNG LƯ
Ợ
Ợ
NG CAO
NG CAO
9/12/2010 13
ĐI
ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế
BIÊN Đ
BIÊN Đ
Ộ
Ộ
S
S
Ố
Ố
BINARY INPUT
BINARY INPUT
(BASEBAND SIGNAL)

(BASEBAND SIGNAL)
ON
ON
-
-
OFF KEYING
OFF KEYING
MODULATION
MODULATION
(OOK, ASK)
(OOK, ASK)
tb
tb
tb
tb
= BIT TIME
= BIT TIME
1/tb =
1/tb =
fb
fb
=BIT RATE
=BIT RATE
tb
tb
9/12/2010 14
DIGITAL AMPLITUDE MODULATION
DIGITAL AMPLITUDE MODULATION
[]
)cos(

2
)(1)( t
V
tvtv c
c
mam
ω
+=
⎩
⎨
⎧
=−
=+
=
0log1
1log1
)(
icalV
icalV
tv
m
⎩
⎨
⎧
=
inputical
inputicaltV
tv
cc
am

0log;0
1log);cos(
)(
ω
NORMALIZED
NORMALIZED
INPUT SIGNAL
INPUT SIGNAL
)cos(
2
)()cos(
2
)( t
V
tvt
V
tv c
c
mc
c
am
ωω
+=
9/12/2010 15
DIGITAL AMPLITUDE MODULATION
DIGITAL AMPLITUDE MODULATION
)(
ω
M
INPUT

SIGNAL
)(
ω
ϑ
DSB
DSB-FC
MODULATED SIGNAL
bt/1
c
ω
b
c
t
1
−
ω
0
0
bt/1
−
b
c
t
1
+
ω
b
b
f
t

=
1
B
B
bfB 2=
9/12/2010 16
FREQUENCY
SHIFT
KEYING
9/12/2010 17
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
•
•
K
K
Ỹ
Ỹ
THU
THU
Ậ
Ậ
T ĐI
T ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế

S
S
Ố
Ố
ĐƠN GI
ĐƠN GI
Ả
Ả
N
N
•
•
K
K
Ỹ
Ỹ
THU
THU
Ậ
Ậ
T ĐI
T ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế
CHI PH
CHI PH

Í
Í
TH
TH
Ấ
Ấ
P, HI
P, HI
Ệ
Ệ
U SU
U SU
Ấ
Ấ
T TH
T TH
Ấ
Ấ
P
P
•
•
BFSK TƯƠNG T
BFSK TƯƠNG T
Ự
Ự
NHƯ FM
NHƯ FM
(CONSTANT AMPLITUDE/
(CONSTANT AMPLITUDE/

PHASE) NGO
PHASE) NGO
Ạ
Ạ
I TR
I TR
Ừ
Ừ
T
T
Í
Í
N HI
N HI
Ệ
Ệ
U ĐI
U ĐI
Ề
Ề
U CH
U CH
Ế
Ế
L
L
À
À
NH
NH

Ị
Ị
PHÂN
PHÂN
(
(
THAY Đ
THAY Đ
Ổ
Ổ
I GI
I GI
Ữ
Ữ
A 2 M
A 2 M
Ứ
Ứ
C RIÊNG BI
C RIÊNG BI
Ệ
Ệ
T)
T)
•
•
BFSK HI
BFSK HI
Ế
Ế

M KHI ĐƯ
M KHI ĐƯ
Ợ
Ợ
C S
C S
Ử
Ử
D
D
Ụ
Ụ
NG TRONG H
NG TRONG H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG
NG
S
S
Ố
Ố
HI
HI
Ệ
Ệ

U SU
U SU
Ấ
Ấ
T CAO. S
T CAO. S
Ử
Ử
D
D
Ụ
Ụ
NG H
NG H
Ạ
Ạ
N CH
N CH
Ế
Ế
TRONG
TRONG
MODEM B
MODEM B
Ấ
Ấ
T Đ
T Đ
Ồ
Ồ

NG B
NG B
Ộ
Ộ
HI
HI
Ệ
Ệ
U SU
U SU
Ấ
Ấ
T TH
T TH
Ấ
Ấ
P, CHI PH
P, CHI PH
Í
Í
TH
TH
Ấ
Ấ
P D
P D
Ù
Ù
NG Đ
NG Đ

Ể
Ể
TRUY
TRUY
Ề
Ề
N D
N D
Ữ
Ữ
LI
LI
Ệ
Ệ
U QUA ĐƯ
U QUA ĐƯ
Ờ
Ờ
NG DÂY
NG DÂY
THO
THO
Ạ
Ạ
I TƯƠNG T
I TƯƠNG T
Ự
Ự
.
.

9/12/2010 18
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
{
}
[
]
tftvfVtv mccfsk
Δ
+
= )(2cos)(
π
≡
≡Δ
≡
c
c
V
f
f
T
T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
S
S

Ó
Ó
NG MANG TRUNG TÂM
NG MANG TRUNG TÂM
Đ
Đ
Ộ
Ộ
L
L
Ệ
Ệ
CH T
CH T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
Đ
Đ
Ỉ
Ỉ
NH
NH
⎩
⎨
⎧
=−

=+
=
0log1
1log1
)(
icalV
icalV
tv
m
NORMALIZED
NORMALIZED
INPUT SIGNAL
INPUT SIGNAL
{
}
[
]
{}
[]
⎩
⎨
⎧
Δ−
Δ+
=
inputicaltffV
inputicaltffV
tv
cc
cc

fsk
0log;2cos
1log;2cos
)(
π
π
BIÊN Đ
BIÊN Đ
Ộ
Ộ
S
S
Ó
Ó
NG MANG Đ
NG MANG Đ
Ỉ
Ỉ
NH
NH
9/12/2010 19
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
•
•
V
V
Ớ
Ớ
I BPSK, T

I BPSK, T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
S
S
Ó
Ó
NG MANG B
NG MANG B
Ị
Ị
D
D
Ị
Ị
CH B
CH B
Ở
Ở
I T
I T
Í
Í
N
N
Hi

Hi
Ệ
Ệ
U
U
NH
NH
Ị
Ị
PHÂN NGÕ V
PHÂN NGÕ V
À
À
O
O
fcm ff Δ+≡•
MARK
MARK
FREQUENCY = T
FREQUENCY = T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
NGÕ RA V
NGÕ RA V
Ớ
Ớ

I
I
LOGIC 1 NGÕ V
LOGIC 1 NGÕ V
À
À
O
O
SPACE
SPACE
FREQUENCY = T
FREQUENCY = T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
NGÕ RA V
NGÕ RA V
Ớ
Ớ
I
I
LOGIC 0 NGÕ V
LOGIC 0 NGÕ V
À
À
O
O

fcs ff Δ−≡•
(SHIFT UP)
(SHIFT UP)
(SHIFT DOWN)
(SHIFT DOWN)
sm ff ,•
GI
GI
Á
Á
TR
TR
Ị
Ị
D
D
Ự
Ự
A V
A V
À
À
O THI
O THI
Ế
Ế
T K
T K
Ế
Ế

H
H
Ệ
Ệ
TH
TH
Ố
Ố
NG
NG
9/12/2010 20
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
fcm ff
Δ
+
=
fcs ff
Δ
−=
cf
fΔ
f
Δ
f
Δ
2
2
sm
f

ff
−
=Δ
LOGICAL 0
LOGICAL 0
(SPACE)
(SPACE)
LOGICAL 1
LOGICAL 1
(MARK)
(MARK)
9/12/2010 21
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
2
2
tb
tb
tb
tb
= BIT TIME
= BIT TIME
1/tb =
1/tb =
fb
fb
=BIT RATE
=BIT RATE
1/2tb =
1/2tb =

9/12/2010 22
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
•
•
V
V
Ớ
Ớ
I BFSK, T
I BFSK, T
Ố
Ố
C Đ
C Đ
Ộ
Ộ
NGÕ RA B
NGÕ RA B
Ằ
Ằ
NG T
NG T
Ố
Ố
C Đ
C Đ
Ộ
Ộ
NGÕ V

NGÕ V
À
À
O
O
(T
(T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
NGÕ RA THAY Đ
NGÕ RA THAY Đ
Ổ
Ổ
I M
I M
Ỗ
Ỗ
I L
I L
Ầ
Ầ
N M
N M
Ứ
Ứ
C LOGIC

C LOGIC
NGÕ V
NGÕ V
À
À
O THAY Đ
O THAY Đ
Ổ
Ổ
I)
I)
•
•
V
V
Ớ
Ớ
I BFSK, T
I BFSK, T
Ố
Ố
C Đ
C Đ
Ộ
Ộ
BIT B
BIT B
Ằ
Ằ
NG V

NG V
Ớ
Ớ
I T
I T
Ố
Ố
C Đ
C Đ
Ộ
Ộ
BAUD
BAUD
(A SIGNAL SYMBOL = A BIT)
(A SIGNAL SYMBOL = A BIT)
•
•
B
B
Ộ
Ộ
Đi
Đi
Ề
Ề
U
U
CH
CH
Ế

Ế
FSK THƯ
FSK THƯ
Ờ
Ờ
NG L
NG L
À
À
1 VCO V
1 VCO V
Ớ
Ớ
I 1 T
I 1 T
Ầ
Ầ
N S
N S
Ố
Ố
TRUNG TÂM:
TRUNG TÂM:
2
sm
osc
ff
f
−
=

mosc ffinput →:'1'
sosc ffinput →:'0'
}
9/12/2010 23
BASK
BASK
BFSK
BFSK
BPSK
BPSK
9/12/2010 24
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
)(
ω
I
INPUT
SIGNAL
)(
ω
ϑ
MODULATED SIGNAL
mf
0
0
sf cf
bt/1
bt/1
−
b

m
t
f
1
+
b
s
t
f
1
−
SIN X/X
SIN X/X
(PULSED SINUSOIDAL WAVES)
(PULSED SINUSOIDAL WAVES)
B
B
b
b
f
t
=
1
9/12/2010 25
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
FREQUENCY SHIFT KEYING (FSK, BFSK)
)(2
22
2)(
)()(

b
b
bsm
bsbm
ffB
ffB
fffB
ffffB
+Δ=
+Δ=
+−=
−
−
+
=
)(2 bffB
+
Δ
=
BĂNG THÔNG T
BĂNG THÔNG T
Ố
Ố
I THI
I THI
Ể
Ể
U C
U C
Ủ

Ủ
A T
A T
Í
Í
N
N
Hi
Hi
Ệ
Ệ
U
U
FSK:
FSK: