__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -1
D
CHƯƠNG  7



TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ : MODEMS


 DẪN NHẬP
 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN
4 Modem FSK
4 Modem PSK
4 Một số vấn đề kỹ thuật khác

 MỘT SỐ MODEM THÔNG DỤNG
4 Modem bất đồng bộ
4 Modem đồng bộ
__________________________________________________________________________________________
_____
7.1 DẪN NHẬP

Để truyền dữ liệu từ một DTE đến một DTE khác, thay vì phải thiết lập các đường dây
riêng, người ta nghĩ đến viêc dùng đường dây điện thoại đã có sẵn. Tuy nhiên vì đường dây
điện thoại đã có từ rất lâu trước khi phương pháp truyền tín hiệu số ra đời và được dùng để
truyền thẳng âm hiệu trong phạm vi tần số từ 300 Hz đến 3000 Hz, nên để truyền được tín
hiệu số trên
đường dây thoại, người ta phải dùng một sóng mang có tần số tương thích với

đường dây thoại để chuyên chở tín hiệu số. Modem là một thiết bị được sản xuất cho mục
đích này.

(H 7.1) là sơ đồ khối của một modem


ĐIỀU CHẾ

Dữ liệu vào
(từ máy tính)




MẠCH
GIAO TIẾP





MẠCH
ĐIỀU CHẾ




LỌC & KĐ
CÔNG SUẤT



T.h.
tương tự ra

↑

↑


NGUỒN
⎯⎯ ⎯
⎯
⎯⎯
⎯⎯⎯⎯⎯
⎯⎯
⎯⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯⎯→
⎯⎯⎯⎯→
ĐIỀU KHIỂN
&
ĐỊNH THỜI


↓

↓

T.h. tương tự
vào


LỌC
&
KĐ VÀO





MẠCH GIẢI
ĐIỀU CHẾ





MẠCH
GIAO TIẾP

Dữ liệu ra



GIẢI ĐIỀU CHẾ

(H 7.1)
Một modem bao gồm hai bộ phận chính: điều chế và giải điều chế.
Bộ phận điều chế nhận tín hiệu số từ máy tính (hay một DTE) và biến đổi thành tín
hiệu tương tự để truyền trên kênh truyền, ở máy thu bộ phận giải điều chế của modem thứ hai
biến đổi ngược lại từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Có thể
xếp loại modem như sau :

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -2
- Modem tầm ngắn (Short haul modem) : là những modem hoạt động trong những
khoảng cách ngắn (<10 miles) . Trong vài trường hợp để truyền trên khoảng cách ngắn người
ta chỉ cần dùng các bộ phận thúc đường dây mà không cần đến modem.
- Modem băng tần rộng (Wideband modem) : là những modem vận hành trên phương
tiện thông tin điện thoại với vận tốc từ 19,2 kbps đến 230,4 kbps. Những modem này thường
dùng sóng mang có băng thông rộng từ 6 đến 60 lần băng thông củ
a tín hiệu âm thanh (voice
grade). Ví dụ họ modem 303B ; C; D của hảng Bell vận hành theo kiểu song công với vận tốc
tín hiệu lên đến 19,2 ; 50 và 230,4 kbps
- Modem âm tần (Voice grade modem) : là những modem được thiết kế để dùng trên
đường dây với băng thông âm tần của kênh thoại (từ 300 Hz dến 3000 Hz). Đây là môi trường
truyền khá thông dụng. Modem âm tần chia làm hai loại :
- Bất đồng bộ : vận hành với vận tốc tối đa là 1800 bps trên các đường điện thoại
sử d
ụng quay số và 2000 bps đối với các thuê bao có điều kiện.
- Đồng bộ : vận hành với vận tốc tối đa là 9600 bps.
Ngày nay việc dùng modem kết nối vào mạng điện thoại để thực hiện việc thông tin
liên lạc đã trở thành phổ biến. Tuy nhiên việc sử dụng phải tuân theo một số qui định của các
cơ quan chức năng quản lý mạng điện thoại kết hợ
p với sự kiểm soát của chính phủ. Ví dụ, cơ

quan FCC của Mỹ và DOC (Department of Communication) của Canada có một số qui định
cụ thể về mức tín hiệu phát (không được vượt quá -9 dBm ở 600Ω), các tín hiệu xung quay
số, bảo vệ quá áp, tổng trở, sự cân bằng, các mức tín hiệu nhiễu cho phép và các bộ kết nối.
7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN
Để truyền trên đường dây điện thoại các tín hiệu số được dùng để điều chế sóng mang
âm tần hình sin, tần số từ 300 Hz đến 3000 Hz
- Modem phát điều chế sóng mang âm tần với tín hiệu TxD (Transmit Data) và
modem thu giải điều chế sóng mang để phục hồi tín hiệu RxD (Receive Data)
- Modem là một thiết bị truyền tin (DCE) được dùng như một bộ giao tiếp giữa các
DTE (cụ thể là các USART hay UART) với mạng điệ
n thoại.
- Trong trường hợp truyền đồng bộ, ngoài việc phục hồi tín hiệu RxD, modem còn
phải khôi phục được thông tin về thời gian bit để tạo sự đồng bộ.
- Thông thường modem là một khối riêng rẽ và được nối với máy tính hay thiết bị đầu
cuối DTE bằng cách sử dụng chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA. Cũng có một số máy tính và
DTE chuyên dụng đã đặt bên trong chúng những modem bao gồm cả bộ phậ
n quay số tự động
mà không cần giao tiếp EIA (H 7.2)



(H 7.2)
- Trong modem tín hiệu dải nền dạng số
có thể được dùng để điều chế biên độ, tần số hoặc pha của một sóng mang âm tần. Tùy thuộc
vào vận tốc tín hiệu của kênh truyền, ba dạng điều chế này là ASK, FSK và PSK
- Các đường truyền cho vận tốc thấp tới trung bình (vài trăm đến 1800 bps) sử dụng
FSK và truyền bất đồng bộ.
- PSK đa pha và giao thức đồng bộ được dùng để
truyền với vận tốc cao hơn từ 2400
bps đến 4800 bps.

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -3
- ASK thường được dùng để truyền với vận tốc rất thấp <100 bps, do tính miễn nhiễu
kém của nó.
- Để truyền với vận tốc 9600 bps người ta kết hợp hai phương pháp PSK và ASK gọi
là điều chế biên độ vuông góc (Quadrature Amplitude Modulation, QAM ).

7.2.1 Modem FSK
7.2.1.1 Mã hóa FSK
Việc mã hóa FSK khá đơn giản và giá thành rẻ, đây là một dạng của kỹ thuật FM,
trong đó tín hiệu điều chế là chuỗi xung DC biến đổi giữa hai giá trị cụ thể. Kết quả điều chế
sẽ cho sóng mang có một trong 2 giá trị f
m
, ứng với bit 1(mark) và f
s
ứng với bit 0 (space).
(H 7.3) cho ta dạng sóng tín hiệu điều chế FSK



(H 7.3)


Để có kết quả tốt , điều chế FSK phải có một số tính chất sau :
- Độ trôi dạt tần số không quá 50 ppm / °C (period per minuite / °C)
- Pha của tín hiệu phải liên tục khi tần số thay đổi từ f
m
sang f
s
và ngược lại.
- Biến dạng do họa tần của tín hiệu ra phải rất thấp
- Các tần số f
m
và f
s
phải được điều chỉnh riêng.
Các tính chất trên đều thực hiện được trong hầu hết các IC hiện nay.
7.2.1.2 Chỉ số biến điệu
Trong kỹ thuật FSK người ta định nghĩa hệ số h:


r
sm
b
ff
h
−
=
Thí dụ modem 202T là modem FSK có tần số giữa là 1700 Hz, f
m
= 1200 Hz và f
s
=

2200 Hz nếu tốc độ bit là 1200 bps thì:


0,83
1200
1000
1200
22001200
h ==
−
=
Ta có thể thấy hệ số h chính là chỉ số biến điệu (modulation index) m
f
trong kỹ thuật
FM cổ điển

a
f
f
∆f
m =

∆f là độ di tần cực đại; f
a
là tần số tín hiệu điều chế
Áp dụng vào trường hợp FSK

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập


Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -4

2
br
ff
2
ff
∆f
fa
sm
==
−
=

Vậy h = m
f


Nhắc lại, phổ tần của tín hiệu điều chế FM tùy thuộc vào hệ số Bessel, tức tùy thuộc
vào chỉ số biến điệu. Một cách tổng quát, h càng lớn thì xuất hiện càng nhiều hệ số Bessel,
phổ tần chứa càng nhiều họa tần, nhưng điều này xảy ra khi br nhỏ, tức tần số cơ bản nhỏ, như
vậy các họa tầ
n sẽ nằm sát lại nhau nên băng thông của tín hiệu không những không tăng mà
còn có thể giảm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao người ta thường chọn h < 1

Trở lại modem 202T, với br = 1200 bps, h = 0,83 (khoảng cách f
m
và f
s
là 1000Hz), có
2 hệ số Bessel có nghĩa, trong phổ tần xuất hiện hai tần số trong mỗi băng cạnh, khoảng cách
các tần số là 600 Hz (H 7.4)



(H 7.4)

Bây giờ giả sử tốc độ truyền bit là 500 bps, chỉ số biến điệu là:

h
ff
b
ms
r
=
-
==
1000
500
2


Trong trường hợp này có 4 hệ số Bessel có nghĩa và phổ tần có dạng (H 7.5)




(H 7.5)

7.2.1.3 Băng thông FSK Gọi T
b

là thời gian của một bit của tín hiệu
truyền (dải nền), tốc độ bit br là:
br

=
1
T
b

Tần số lớn nhất của tín hiệu, tương ứng với biến đổi liên tục giữa bit 1 và bit 0, là:
f
f

=
1
2T
b
=
2
br


Vậy tần số cơ bản lớn nhất của tín hiệu dải nền bằng 1/2 tốc độ truyền bit
Tín hiệu FSK tức thời có thể viết :

V
FSK
=
V
sin (2πf
b
m
t) +
V
b
sin (2πf
s
t)

________________________________________________________________
Trong đó V
b
đặc trưng cho tín hiệu hình vuông có tần số cơ bản f
f

biên độ 0 hoặc 1 tùy
thuộc trạng thái dữ liệu điều chế.
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem


VII -5
Nhắc lại phổ tần của tín hiệu chữ nhật chứa các họa tần bậc lẻ của f
f

. Do đó ta có thể
vẽ phổ tần của tín hiệu FSK (H 7.6)


(H 7.6)
Người ta thường chọn băng thông FSK như sau :
BW
FSK
= (f
m
+ 2f
f
) - (f
s

- 2 f
f
) = f
m
- f
s
+ 4f
f


BW

FSK
= f
m
- f
s
+ 2br
Ngoài ra để thiết kế bộ giải điều chế có lợi về mặt kinh tế người ta chọn tần số trung
tâm của FSK và khoảng cách của hai tần số f
m
và f
s
như sau :
f
FSK
=
ff
ms
+
2
≥ 3br


⏐ f
m
- f
s
⏐ > 2br/3

Thí dụ :
(a) Một modem FSK vận tốc 600 bps sử dụng tần số mark là 1500 Hz và tần số space

là 2000 Hz. Tính tần số f
FSK
và băng thông của kênh FSK

f
FSK
là tần số trung tâm giữa f
m
và f
s
:
f
FSK
= (1500 + 2000) / 2 = 1750 Hz
Băng thông BW xác định bởi :

BW
FSK
= f
m
- f
s
+ 2br = (2000 -1500) + 2(600) = 1700 Hz.

(b) Những giá trị của f
m
và f
s
này có làm cho việc thiết kế bộ giải điều chế kinh tế
không ?

Điều kiện đầu tiên là f
FSK
≥ 3br , điều này không thỏa vì 1750 Hz < 3(600) = 1800 Hz
Điều kiện thứ hai là ⏐ f
m
- f
s
⏐ > 2br/3 thỏa vì 500 Hz > 2/3(600) = 400 Hz

7.2.1.4 Vòng khóa pha (Phase Lock Loop, PLL) Để giải mã FSK người
ta phải dùng một vòng khóa pha. (H 7.7) là sơ đồ khối một vòng khóa pha
đơn giản


(H 7.7)
Tổng quát, một PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm 3 bộ phận chính : một mạch so pha,
một lọc hạ thông và một VCO. PLL là một vòng kín, tín hiệu ra từ VCO tự động khóa bởi tín
hiệu vào. Bằng cách so sánh pha của tín hiệu ra từ mạch VCO và tín hiệu vào, sự sai pha sẽ
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -6
được biến đổi thành điện thế một chiều, điện thế này sẽ điều khiển VCO để tạo một tín hiệu
ra luôn luôn có pha và tần số của tín hiệu vào

Xem tín hiệu vào là một hình sin có pha bất kỳ :
v
i
(t) =A
1
sin( ω
i

t + θ
i

)
Tín hiệu ra ở VCO : v
o
(t) = A
2
sin( ω
o

t + θ
o
) Tín hiệu ra của
mạch so pha là tích của hai tín hiệu này v
d
= A
1

A
2


k
m
sin(ω
i
t + θ
i
).sin(
ω
o
t + θ
o
)
k
m

là độ lợi của mạch nhân
Triển khai biểu thức v
d
, ta được các số hạng là các tín hiệu hình sin có tần số là tổng
và hiệu của các tần số tín hiệu vào ω
i

và tần số tín hiệu dao động ω
o
; cho tín hiệu này qua
mạch lọc hạ thông, tín hiệu còn lại là :
v
f
=
2

AA
21

k
m

sin(ω
i

t - ω
o

t + θ
i
- θ
o
) Ở vòng khóa pha hai
trường hợp có thể xảy ra:
- Nếu tần số tín hiệu vào ω
i

thay đổi ngoài tầm kiểm soát của mạch thì PLL là một
mạch giải điều chế FM
- Nếu tần số tín hiệu vào thay đổi ít, còn trong phạm vi kiểm soát của mạch thì PLL là
mạch tạo tín hiệu có tần số và pha ổn định.

Trong mạch giải điều chế FSK, ngã vào mạch PLL là tín hiệu có hai tần số f
m
và f
s

nên
hiệu thế ra từ mạch lọc sẽ thay đổi trong khoảng V
om
và V
os
, những hiệu thế này được so sánh
với một hiệu thế chuẩn (FSK comparator) để cho dữ liệu FSK ở ngã ra


Nếu PLL được khóa ở tín hiệu vào, nghĩa là ω
o

= ω
i

thì phương trình thành
v
f
=
2
AA
21


k
m

sin( θ
i
- θ

o


)
θ
i
- θ
o
là độ sai pha. v
f
= 0 khi θ
i
- θ
o
= 0 hay 2π
Hiệu thế v
f
này

được dùng để điều khiển mạch dao động


7.2.1.5 Minimum Shift-Keying FSK
Minimum Shift-keying FSK (MSK) là một dạng của kỹ thuật điều chế FSK có pha
liên tục. MSK chính là FSK trong đó tần số mark và space được đồng bộ với vận tốc bit.
Đồng bộ ở đây có nghĩa là có một quan hệ thời gian chính xác của hai tín hiệu. Hai tần số này
được chọn sao cho cách tần số giữa đúng bằng các bội số lẻ của phân nửa vận tốc bit [f
m
và f
s


= n(br/2); n là số lẻ], điều này tạo ra một sự thay đổi liên tục về pha khi tín hiệu chuyển đổi
giữa bit 1 và 0 (H 7.8)


(H 7.8)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -7
7.2.2 Modem PSK
Điều chế PSK là một phương pháp hiệu quả nhất để truyền tín hiệu số. Có thể nói
phương pháp PSK là phương pháp điều chế triệt sóng mang do đó băng thông của tín hiệu
PSK nhỏ hơn băng thông của FSK nếu dùng cùng một tín hiệu dải nền. Nhưng ở máy thu
phải có mạch dao động tạo sóng mang để thực hiện việc giải điều chế; tín hiệu dao động này
ph
ải có cùng tần số và pha của sóng mang ở máy phát.
Các điều nói trên có thể thực hiện bởi một vòng khóa pha biến thể gọi là vòng Costas
mà ta sẽ đề cập đến trong phần sau

7.2.2.1 Băng thông
Ta xét trường hợp đơn giản nhất là PSK nhị phân (Biphase PSK) được minh họa trong
(H 7.9). (Nếu là PSK đa pha thì thay tốc độ bit bởi tốc độ baud)


(H 7.9)

Trong PSK pha của sóng mang thay đổi giữa hai trị số 0° và 180° , hiệu thế tức thời
PSK có thể viết :
V
PSK
=
V
sin (2πf
b
c
t) +
V
b
sin (2πf
c
t)

Biểu thức V
PSK
tương tự như V
FSK

nhưng hai tần số

f
m
và f
s
được thay bởi f

c
nên băng
thông là: BW
= (f
c
+ 2f
f
) - (f
c

- 2 f
f
) = 4f
fPSK

BW
PSK
= 2br
Như vậy BW
PSK
< BW
FSK
nếu điều chế cùng tín hiệu dải nền. (H 7.9) cho phổ của tín hiệu
PSK

7.2.2.2 PSK 2 - pha (BPSK: Binary phase shift keying)
Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta có tín hiệu
ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180°
(H 7.10) là sơ đồ khối mạch điều chế và giải điều chế BPSK





(a) Điều chế BPSK (H 7.10) (b) Giải điều chế BPSK

Giả sử logic 1 đưọc đặc trưng bởi điện thế +V
dc
và logic 0 bởi -V
dc
bộ phận chính của
mạch điều chế gồm một mạch nhân và một mạch dao động tạo sóng mang cosω
c
t. Tín hiệu
logic và sóng mang được đưa vào mạch nhân và ta được tín hiệu +cosω
c
t hoặc -cosω
c
t ở ngã
ra của mạch này.
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -8
Ở máy thu, sóng mang đuợc tách từ tín hiệu vào, sau đó trộn với tín hiệu vào để cho ra

tín hiệu có dạng cos
2
ω
c
t hoặc -cos
2
ω
c
t. Phân tích các tín hiệu này ta thấy chúng gồm thành
phần một chiều và họa tần bậc hai :
cos
2
ω
c
t = (1/2)(1+ cos2ω
c
t)
- cos
2
ω
c
t = - (1/2)(1+ cos2ω
c
t)
Cho vào mạch lọc hạ thông, ta được ở ngã ra các thành phần dc có cùng cực tính với
dữ liệu vào.
Mạch điều chế vòng (ring modulator) là một kiểu mẫu của mạch nhân được mô tả ở
(H 7.11)
Các diod A, B, C, D dẫn hay ngưng tùy thuộc hiệu thế đặt vào ngã X,Y trong lúc tín
hiệu vào ngã RS chỉ khiến các diod dẫn mạnh hay yếu mà thôi.

Sóng mang được đưa vào ngã RS, dữ liệu được đưa vào ngã XY. Giả sử bit 1 khiến X
dương hơn Y và ngượ
c lại cho bit 0
- Khi dữ liệu là bit 1 diod A và D dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod
A dẫn mạnh hơn diod D, dòng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn, ta được tín
hiệu ra cùng pha sóng mang vào.
- Khi dữ liệu là bit 0 diod B và C dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod
B dẫn mạnh hơn diod C, dòng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn như
ng có
chiều ngược lại (từ dưới lên), ta được tín hiệu ra ngược pha sóng mang vào.
- Khi không có sóng mang hoặc không có dữ liệu vào sẽ không có dòng điện ở ngã ra.


(H 7.11)

7.2.2.3 PSK 4 - pha (4 - PSK)
PSK 4 pha còn gọi là PSK vuông góc (QPSK : Quadrature PSK) là mạch điều chế cho
tín hiệu ra có 1 trong 4 pha tùy theo trạng thái của một cặp bit (dibit) dữ liệu vào, độ lệch pha
của các tín hiệu ra là 90°. (H 7.12) là sơ đồ khối mạch điều chế PSK 4 - pha



________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem


VII -9

(H 7.12)


- Mạch chia bit (bit splitter) : chuyển dòng dữ liệu vào theo hai ngã I (In-phase) và Q
(Quadrature). Những bit vào ngã I sẽ điều chế sóng mang có pha ban đầu và những bit vào
ngã Q sẽ điều chế sóng mang đã được làm lệch pha 90°
- Vì các dữ liệu vào có thể là bit 1 hoặc 0, nên tín hiệu ở ngã ra mạch nhân I có thể là
sinω
c
t hoặc - sinω
c
t và ở ngã ra Q có thể là cosω
c
t hoặc -cosω
c
t, các tín hiệu này được tổng
hợp ở mạch tổng để cho ra 1 trong 4 tín hiệu mô tả ở (H 7.13)
Thí dụ, với các bit ở ngã vào ab=01, tín hiệu ở ngã ra là - sinω
c
t + cosω
c
t, tín hiệu
này có thể thay thế bởi tín hiệu duy nhất có pha là 135°.


(H 7.13)


Bảng 7.1 Tín hiệu điều chế 4 pha
Kênh Giá trị nhị phân Hiệu thế Tín hiệu ra từ mạch cân bằng
I

Q
1
0
1
0
+
-
+
-
sinω
c
t-sinω
c
t sin(ω
c
t + π/2) =
cosω
c
t
-sin(ω
c
t + π/2) =-cosω
c
t
(H 7.14) là mạch giải mã PSK 4-pha



(H 7.14)


Mạch phục hồi sóng mang sẽ cho lại sóng mang sinω
c
t từ tín hiệu nhận được, tín hiệu
này được cho thẳng vào mạch nhân ngã I và được làm lệch pha 90° trước khi vào mạch nhân
ngã Q, tín hiệu ra ở các mạch nhân được đưa vào mạch lọc hạ thông để loại bỏ thành phần tần
số cao, các thành phần DC sẽ được tổng hợp ở mạch tổng để cho lại dòng dữ liệu.
Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu nhận được trong thí dụ trên: cosω
c
t - sinω
c
t
Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã I là:
sinω
c
t ( cosω
c
t - sinω
c
t) = 1/2sin2ω
c
t - 1/2(1-cos2ω
c
t)
Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc -, tương ứng bit 0
Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã Q là:
________________________________________________________________

______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -10
cosω
c
t ( cosω
c
t - sinω
c
t) = -1/2sin2ω
c
t + 1/2(1+cos2ω
c
t)
Tín hiệu ra sau mạch lọc là điện thế dc+, tương ứng bit 1,
Mạch tổ hợp bit sẽ cho lại dữ liệu như đã phát : 01 (viết theo thứ tự ab)
Tốc độ truyền thông thường của QPSK là 2400 bps vì vậy ở mạch điều chế tốc độ của
kênh I và Q là 1200 bps. Tốc độ biến đổi lớn nhất của tín hiệu tương ứng với chuỗi liên tiếp
các bit 1 và 0, chuỗ
i này được biểu diễn bởi tín hiệu hình vuông tần số 600 Hz, tín hiệu hình
vuông bao gồm tần số cơ bản và các họa tần bậc lẻ. Trong quá trình điều chế xuất hiện các
băng cạnh chứa các họa tần này, mạch lọc BPF có nhiệm vụ loại bỏ thành phần tần số này.

7.2.2.4 OFFSET QPSK (OQPSK)

Trong thực tế người ta thường dùng cách điều chế dựa trên nguyên tắc của QPSK
nhưng tạo sự lệch pha của hai tín hiệu trên hai kênh I và Q bằng cách cho một tín hiệu trễ một
bit so với tín hiệu kia, gọi là điều chế OQPSK. Việc làm này khiến cho sự chuyển trạng thái
của tín hiệu ở kênh này (thí dụ kênh I) luôn luôn xảy ra ở ngay điểm giữa của tín hiệu của
kênh kia (kênh Q), như vậy trong một cặp bit IQ b
ất kỳ chỉ có sự thay đổi của một bit duy
nhất và điều này đưa đến kết quả là các tín hiệu ở ngã ra tổng hợp chỉ lệch pha 0° hoặc ±90°
chứ không phải 180° như ở QPSK. Vậy điểm thuận lợi của OQPSK là giới hạn được sự lệch
pha của tín hiệu ra và tránh được các xung đột biến khi phục hồi tín hiệu nhị phân.
Để có thể so sánh các tín hiệu ở các ngã ra tổng hợp, ta xét chuỗi tín hiệu vào như (H
7.15a) và chuỗi tín hiệu của 2 kênh I và Q trong hai trường hợp QPSK (H 7.15b) và OQPSK
(H 7.15c)


(a)



(b) (c)
(H 7.15)

Và tín hiệu tổng hợp ở ngã ra tương ứng (H 7.16a) và (H 7.16b)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem


VII -11

(H 7.16)

Có thể hiểu (H 7.16a) và (H 7.16b) như sau:
- Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q khác nhau hoàn toàn thì các tín hiệu tương tự tương ứng
khác nhau 180
o
- Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q chỉ khác nhau một bit thì các tín hiệu tương tự tương
ứng khác nhau +90
o
hoặc -90
o
.
Điểm bất lợi của phương pháp OQPSK là sự thay đổi pha của tín hiệu ra xảy ra trong
từng khoảng thời gian T (chứ không phải 2T), do đó vận tốc điều chế (baud rate) và băng
thông tối thiểu của kênh truyền tăng gấp đôi so với phương pháp QPSK .

Hiệu suất băng thông: là tỉ số vận tốc bit (bps) trên băng thông yêu cầu (Hz). Thông
thường khi vận tốc bit tăng thì băng thông tăng, tuy nhiên trong các cách
điều chế khác nhau
tỉ số hai đại lượng này có thể khác nhau, do đó người ta dùng hiệu suất băng thông để đánh
giá chất lượng của hệ thống (hiệu suất cao đồng nghĩa với tận dụng được băng thông)

Với cách điều chế ASK, giả sử vận tốc bit là 2400bps, tần số cơ bản là 1200Hz, băng
thông cần thiết là 2400 Hz vậy
Hiệu suất băng thông =
1bps/Hz
2400Hz

2400bps
=

Với cách điều chế PSK 4 - pha nếu vận tốc bit là 2400bps, ở mạch điều chế vận tốc
của kênh I và Q là 1200 bps, tần số cơ bản là 600Hz, băng thông cần thiết là 1200 Hz vậy
Hiệu suất băng thông =
2bps/Hz
1200Hz
2400bps
=


7.2.2.5 PSK 8 - pha
PSK - 8 pha là mạch điều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của
tổ hợp 3 bit vào (tribits)
Sơ đồ khối của mạch điều chế PSK - 8 pha cho ở (H 7.17)

________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu

__________Chương 7
Truyền tín hiệu số bằng sóng mang tương tự: Modem

VII -12


(H 7.17)


Mạch chia bit chia tổ hợp 3 bít theo 3 kênh khác nhau. Các bit a và b theo kênh I và Q
xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 ra 4 mức, trong khi bit c xác định biên
độ của điện thế dc. Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và 0,821V. Khi a và b là bit 1 ngã ra
mạch biến đổi có trị dương, ngược lại khi a và b là bit 0. Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến
đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c (hay
c
) để cho ra tín hiệu
có biên độ là 0,821 (0,34) thì mạch kia nhận tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là
0,34 (0,821)
Vì 3 bit abc độc lập với nhau nên ± 0,821 và ± 0,344 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở
ngã ra các mạch biến đổi.
Ở kênh I mạch điều chế trên sóng mang ban đầu (không làm lệch pha) nên 4 giá trị
ngã ra là ± 0,821cosω
c
t và ± 0,34 cosω
c
t trong khi ở ngã ra Q đó là các giá trị ± 0,821sinω
c
t
và ± 0,34sinω
c
t. Mạch tổng sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh để cho ra một tín hiệu duy
nhất. Tùy theo các tín hiệu vào các tín hiệu ra sẽ có các pha khác nhau (H 7.16). Trong hình
này góc A xác định bởi
A = tan
-1
034
0 821
,

,
= 22,5°
Như vậy các tín hiệu điều chế của các tribit có pha khác nhau từng 45°



(H 7.18)

Thí dụ các bit cba ở ngã vào là 101, ta có:
Mạch biến đổi ở kênh I cho: +0,821 V
Mạch biến đổi ở kênh Q cho: -0,34 V
Mạch điều chế ở kênh I cho: +0,821cosω
c
t
Mạch điều chế ở kênh Q cho: -0,34 sinω
c
t
Tín hiệu ra sau cùng: 0,821cosω
c
t -0,34 sinω
c
t
Góc pha của tín hiệu này xác định bởi dấu X trên (H 7.18)
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập

Truyền dữ liệu