Giáo trình Kỹ thuật truyền dẫn số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SỐ
Hưng Yên 2015
(Tài liệu lưu hành nội bộ)
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN sự
KHOA VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ
KỸ THUẬT
TRUYỀN DAN số
LƯU HÀNH NỘI BỘ
NHÀ XUẤT BẢN QUÂN ĐỘI NHÂN DÂN
HÀ NỘI - 2001
NHÀ XUẤT BÂN MONG BAN ĐOC GÓP Ý KĩỂN, PHÊ BÌNH
CHỈ ĐẠO NỘI DUNG
BAN CHỈ ĐẠO NGHIÊN cúu, BIÊN SOẠN, HOÀN THIỆN HỆ THỐNG TÀI LIỆU
HUẤN LUỸỆN, GIÁO TRÌNH, GIÁO KHOA HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN sự
Trưởng ban:	PGS.TS Nguyễn Đức Luyện
BIÊN SOẠN:
Phó trưởng ban: PGS.TS Phạm Huy Chương Thư ký:	Ks Nguyễn Xuân Minh
Chủ biên:	TS Nguyễn Quốc Bình
Tham gia biên soạn:
Quyết định biên soạn:
Quyết định ban hành:
SỐ: 451/2001/QĐ-HV
Ngày 19 tháng 03 năm 2000
355-355.7
	 1412-2000
QĐND-2001
MỤC LỤC
Xác suất lỗi bít và xác suất ỈỖỈ symbol	132
Tổng hợp các tín hiệu dạng sóng-Một số sơ đồ điều chế
nhiều mức thường gặp	132
Điều chế tần số FSK	133
Điều chếM-PSK	133
Điều chế biên độ vuông góc M-QAM	134
Chương 6. TRUYỂN DẪN TÍN HIỆU số TRÊN CÁC KÊNH THỰC	136
Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh có băng tần hạn chế	136
Xuyên nhiễu giữa các dấu (IS1)	136
Các đặc tính lọc nhằm truyền dẫn không có ISI	138
Phân phối đặc tính lọc	144
Các tín hiệu phản ứng cục bộ: Các hệ thống có ISI kiểm
soát được	145
Các ảnh hữởng của kênh liên tục	752
Méo tín hiệu	152
Pha-đing và pha-đing đa đường chọn lọc tần số	163
Can nhiễu và một số tác động khác của đường truyền 183
Khắc phục các ảnh hưởng của kênh truyền	786
San bằng	186
Các biện pháp khác nhằm khắc phục méo tuyến tính 191
Khắc phục méo phi tuyến	195
Các hệ thống trải phổ	199
Chương 7. ĐỒNG BỘ TRONG TRUYỂN DÂN TÍN HIỆU số	205
Mở đầu	205
Các mạch vòng khoá pha (PLL)	206
Các PLL số (DPLL)	279
 Các phẫn tử mạch	220
Hoạt động của một DPLL	221
Các đặc trưng chủ yếu	226
Các loại mạch vòng	228
So sánh với PLL tương tự	230
Cải thiện hoạt động của DPLL bằng bộ lọc dãy	231
 Truyền dẫn thông tin về pha: Khôi phục sóng mang	236
Các hệ thống với tín hiệu tham chiếu được truyền	236
Khôi phục sóng mang từ một tín hiệu có sóng mang bị nén 240
Truyền dẫn thông tin định thời: Khôi phục đồng hồ	242
Các phương pháp khôi phục tín hiệu đồng hồ	242
Tài liệu tham khảo	246
LỜI NÓI ĐẦU
Các hệ thống thông tin số hiện đang phát triển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và đã thay thế hầu hết các hệ thôrig thông tin analog. Ở nước ta, có thể nói rằng hiện nay gần như tất cả các hệ thôrig chuyển mạch và truyền dẫn của ngành bưu điện đều đã được số hoá. Trong quân đội, tiến trình số hoá các hệ thống thông tin liên lạc hiện đang diễn ra một cách nhanh chóng, chí ít là đến năm 2000 các hệ thống đường trục và các hệ thống chuyển mạch cấp một và hai đều đã được số hoá. Việc nghiên cứu về các hệ thống thông tin số nói chung và các hê thống truyền dẫn số nói riêng vì thế đã trở thành một nội dung cơ bản của chương trình đào tạo kỹ sư thông tin quân sự.
Giáo trình này nhằm trình bày những vấn đề cơ bản nhất về kỹ thuật truyền dẫn số. Giáo trình gồm 7 chương. Những vấn đề chung về các hệ thống thông tin số được trình bày một cách khái quát trong chương đầu, xoay quanh sơ đồ khối chức năng tổng quát tiêu biểu của các hệ thống thông tin số. Chương hai trình bày các phương pháp mã hoá nguồn cơ bản trong các hệ thôrig thông tin số, trong đó đi sâu vào một số phương pháp mã hoá dạng sóng tiêu biểu như điều chế mã xung (PCM: Pulse Code Modulation), điều chế mã xung vi sai (DPCM: Differencial PCM) và điều chế mã xung vi sai tự thích nghi (ADPCM: Adaptive DPCM). Phương pháp mã hoá nguồn phát thanh cũng được giới thiêu một cách khái quát trong chương này. Những vấn đề liên quan đến ghép kênh trong thông tin số được trình bày trong chương ba, bao gồm ghép kênh sơ cấp, phân cấp tốc độ số cận đồng bộ (PDH: Plesiosynchronous Digital Hierarchy) và giới thiệu sơ bộ về phân cấp tốc độ số đổng bộ (SDH: Synchronous Digital Hierarchy). Chương bốn được sử dụng để trình bày một vài thuật toán xử lý tín hiệu băng gốc bao gồm mã truyền dẫn và kỹ thuật làm trắng phổ bằng xáo trộn chuỗi bít (scrambling). Những vấn đề trong truyền dẫn iín hiệu số trên các kênh liên tục được đề cập tới trong chương năm. Chương này trình bày: a) những nguyên lý cơ bản nhất về các hệ thống truyền dẫn số, bao gồm cấu trúc tối ưu có tính nguyên lý của một hệ thống truyền dân tín hiệu số với các tiêu chí tối ưu là hiệu quả sử dụng phổ và hiệu quả công suất cao nhất vói một độ chính xác truyền tin đã cho, trong điều kiện có tác động của tạp âm cộng tính trắng chuẩn; b) một số phương pháp điều chế số thông thường. Vấn đề đặc thù của truyền dẫn tín hiệu số trên các hệ thống truyền dẫn có băng tần hạn chế là xuyên nhiễu giữa các ký hiệu ISI (InterSymbol Interference)-, cơ chế hình thành, tác động, đặc tính của các loại ISI, các đặc tính tiêu chuẩn của hệ thống nhằm truyền dẫn không có ISI cũng như các biện pháp kỹ thuật nhằm hạn chế các tác động của nó được trình bày trong chương sáu. Chương sáu của giáo trình cũng được dành để trình bày các vấn đề gặp phải trong truyền dẫn tín hiệu số trên các kênh thực tế, các tác động gây suy giảm chất lượng liên lạc và các biện pháp khắc phục. Vấn đề đồng bộ trong các hệ thống truyền dân số được đề cập đến trong chương bảy, bao gồm nguyên lý cơ bản của các mạch vòng khoá pha tương tự và số, các biện pháp khôi phục sóng mang trong các hệ thống truyền dẫn kết hợp (coherent) và khôi phục tín hiệu đồng hồ.
Giáo trình được biên soạn dựa trên những tài liệu khá tiêu biểu về kỹ thuật truyền dẫn số và kinh nghiêm thu được qua nhiều năm giảng dạy về thông tin số cũng như từ những kết quả nghiên cứu của chính tác giả về lĩnh vực này. Giáo trình này có thể sử dụng như tài liệu tham khảo trong học tập cho học viên đào tạo cũng như học viên cao học chuyên ngành thông tin liên lạc, Học viện kỹ thuật quân sự.
Một vấn đề hết sức quan trọng trong các hệ thống truyền dẫn tín hiệu số là mã hoá chống nhiễu sẽ không được trình bày trong giáo trình này do khuôn khổ chương trình có hạn và tránh chồng chéo với nội dung của các chương trình Nguyên lý truyền tin và Kỹ thuật truyền số liệu.
Hiện tại, các thuật ngữ kỹ thuật trong các tài liệu ấn hành ở nước ta còn chưa thống nhất. Trong quá trình biên soạn, tác giả đã cố gắng tham khảo cách sử dụng các thuật ngữ kỹ thuật trong các tài liệu tiếng Việt khác và trong những trường hợp còn chưa hoàn toàn thống nhất, một số thuật ngữ kỹ thuật xuất xứ từ tiếng nước ngoài sử dụng trong cuốn sách này được chuyển nghĩa sang tiếng Việt theo các tự điển phổ thông và chuyên ngành đang được lưu hành rộng rãi trong nước. Để người đọc thuận tiện trong tra cứu, trong những trường hợp này các thuật ngữ kỹ thuật được chua thống nhất bằng tiếng Anh. Một số thuật ngữ đã Việt hoá hoàn toàn được dùng ở dạng phiên âm (như các từ bít, mô-đun, pha- đing, véc-tơ...), hoặc gần như đã Việt hoá thì được để nguyên theo tiếng Anh và in nghiêng (như constellation jitter, logic, mode, symbol...).
Do thời gian biên soạn khá eo hẹp, nhất định giáo trình còn có những điểm bất cập, mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: TS. Nguyễn Quốc Bình, Bộ môn thông tin - Học viên kỹ thuật quân sự, 100 Đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà nội.
Tác giả xin bày tỏ ở đây lòng biết ơn sâu sắc người thày lớn của mình, giáo sư, tiến sĩ khoa học Frigyes István thuộc Đại học kỹ thuật Budapest, Hungary. Tác giả cũng chân thành cảm ơn giáo sư, tiến sĩ khoa học Huỳnh Hữu Tuệ thuộc Đại học Laval, Quebec, Canada vì đã cung cấp nhiều tài liệu tham khảo bổ ích cũng như đã động viên tác giả rất nhiều trong quá trình biên soạn tài liệu này.
Hà nội, tháng 5 năm 2000.
Tác giả
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN số
CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN số
Các hệ thống thông tin được sử dụng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác. Tin tức được truyền đưa từ nguồn tin (là nơi sinh ra tin tức) tới bộ nhận tin (là đích mà tin tức cần được chuyển tói) dưới dạng các bản tin. Bản tin là dạng hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra từ nguồn có thể ở dạng liên tục hay rời rạc, tương ứng chúng ta có các nguồn tin liên tục hay rời rạc. Đối với nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin ròi rạc tập các bản tin có thể có là một tập hữu hạn.
Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, thí dụ như cường độ dòng điện, điện áp, cường độ ánh sáng... Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng để truyền tải tin tức trong các hệ thống truyền tin là các tín hiệu tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng sẽ có các hệ thống thông tin analog hay hệ thống thông tin số.
Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý được sử dụng làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự với bản tin như nó đã được sản sinh ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào đó. Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra. Tín hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tuỳ theo tín hiệu là một hàm liên tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là một thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói trên là một tín hiệu tương tự rời rạc.
Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi các ký hiệu {symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ biểu diễn các con số (các ký hiệu) và được gọi là tín hiệu số. Đặc trưng căn bản của tín hiệu số là: a) tín hiệu số chỉ nhân một số hữu hạn các giá trị; b) tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là Ts (viết tắt của Symbol Time-interval: Thời gian của một ký hiệu).
Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta có hệ thống thông tin số nhị phân còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có hệ thống M móc.
Sò với các hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu điểm cơ bản sau: thứ nhất, do có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng qua sau từng cự ly nhất định nên tạp âm tích luỹ có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số khoẻ hơn đối với tạp âm so với tín hiệu analog-, thứ hai, do sử dụng tín hiệu số, tương thích vói các hệ thống điều khiển và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M: Operation, Administration and Maintenance) hệ thống một cách tự động cao độ; thứ ba, tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền đưa khá dễ dàng mọi loại bản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc hợp nhất các mạng thông tin truyền đưa các loại dịch vụ thoại hay sô' liệu thành một mạng duy nhất. Nhược điểm căn bản của các hệ thống thông tin số so với các hê thống thông tin tương tự trước đây là phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn hơn so với phổ của tín hiệu analog. Cần phải nhấn mạnh thêm ở đây rằng điều này không nhất quyết vĩnh viễn đúng. Do các hạn chế về kỹ thuật hiện nay, phổ chiếm của các tín hiệu số còn tương đối lớn hơn phổ chiếm của tín hiệu analog khi truyền các bản tin liên tục, tuy nhiên trong tương lai khi các kỹ thuật số hoá tín hiệu liên tục tiên tiến hơn được áp dụng thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ của tín hiệu liên tục.
Sơ ĐỒ KHỐI TIÊU BlỂU CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN số
Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là: các tín hiệu được truyền đưa và xử lý bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần tử, thường được gọi là bảng chữ cái (alphabet). Các phần tử tín hiệu này có độ dài hữu hạn xác định Ts và trong các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài Ts là như nhau đối với mọi phần tử tín hiệu. Trong thực tế có rất nhiều loại hệ thống thông tin số khác nhau, phân biệt theo tần số công tác, dạng loại môi trường truyền dẫn... Tuỳ theo loại hệ thống thông tin số thực tế, hàng loạt chức năng xử lý tín hiệu số khác nhau có thể được sử dụng nhằm thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu số một cách hiệu quả về phương diện băng tần chiếm cũng như công suất tín hiệu. Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mô tả bởi các khối trong sơ đồ khối của hệ thống. Mỗi một khối mô tả một thuật toán xử lý tín hiệu. Sơ đồ khối tiêu biểu của một hệ thống thông tin số được mô tả trên hình 1.1 [A30], trong đó thể hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu chính nhất có thể có của các hệ thống thông tin số hiện nay.
Trong sơ đồ khối hình 1.1, thực chất là sơ đồ mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu, các thuật toán cơ bản xử lý tín hiệu (song không phải trong hệ thống thồng tin số nào cũng nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này) bao gồm:
Tạo khuôn dạng tín hiệu, thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân;
Mã hoá nguồn và giải mã nguồn tín hiệu, thực hiện nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít để giảm phổ chiếm của tín hiệu số;
Mã và giải mã mật, thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khoá xác định nhằm bảo mật tin tức;
Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đường truyền dẫn;
Ghép-phân kênh, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn;
Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là MODEM;
Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý gây ra để phá liên lạc) và bảo mật tin tức;
Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hê thống truyền dẫn theo nhu cầu;
Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ thống thông tin liên kết (coherent)',
Lọc (được thực hiện tại máy thu phát đầu cuối), bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, chống tạp nhiêu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền;
Tù CÁC NGUỒN KHÁC
TỚI CÁC ĐÍCH NHẬN TIN KHÁC
Hình 1.1. Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số.
Trên sơ đồ hình 1.1, các khối nhánh bên dưới (phần thu) thực hiện các thuật toán xử lý ngược với các khối tương ứng ở nhánh trên (phần phát).
Trong số các chức năng nói trên thì các chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điều chế và giải điều chế số là không thể thiếu đới với mọi loại hệ thống thông tin số. về mặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi xa. Máy phát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên tới tần số thích hợp, khuếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào môi trường truyền dẫn (bằng hệ thống ăng-ten và phi-đơ trong các hệ thống vô tuyến chẳng hạn). Đối vói một hệ thống thông tin số thì MODEM đóng vai trò như bộ não còn máy thu phát thì chỉ như cơ bắp mà thôi. Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộc đối với tất cả mọi hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trong từng loại hệ thống cụ thể và do vây trên hình 1.1 chúng được diễn tả bằng các khối đứt nét.
Các thuật toán xử lý tín hiệu trong sơ đồ khối hình 1.1 có thể phân thành hai nhóm chính: a) các thuật toán xử lý tín hiệu băng gốc (baseband) bao gồm các thuật toán từ t ... iệu có sóng mang bị nén.
Việc lấy luỹ thừa bậc 4 của một tín hiệu 4PSK tạo ra một sóng mang không bị điều chế nếu các điều kiện sau đây thỏa mãn: a) độ dịch pha điều chế là k.9(f (k=Q, 1, 2, 3); b) các tín hiệu dùng để điều chế là NRZ hoặc là tín hiệu nhị pha (biphase), và c) một độ rộng băng đủ lớn để chỉ gây méo nhỏ.
Tín hiệu lối vào khi dó có thể biểu diễn được theo:
s(t)=a[M(t) C0SCởct + Q(t) sin(Oct] M, Q=± 1	(7.45)
Lũy thừa bậc 4 của biểu thức này chứa thành phần một chiều và các thành phần tần số 2fc và 4fc. Biểu thức của thành phần 4fc được cho bởi.
M4 + Q4 3
4	2
3
- MQ cos 4ứự + — MQ(M2 -Q2)sin ũự
2	2
(7.46)
A 4 s4(t)= —
Do M2-Q2= 1, độc lập với điều chế nên
(7.46b)
A4,
s4(t) = ——. cos4ũ)ct
Từ (7.46b), có thể thấy rằng rằng thành phần tần số 4fc thì không bị điều chế và nó có thể sử dụng được để đồng bộ một PLL. Tín hiệu sóng mang tham chiếu cần thiết cho giải điều chế kết hợp một tín hiệu 4PSK có sóng mang bị nén có thể tạo ra được bằng mạch mô tả trên hình 7.18 (hãy chú ý rằng đối với các tín hiệu M-PSK thì luỹ thừa bậc M phải được thực hiện thay cho lũy thừa 4).
Hình 7.18. Mậch khôi phục sóng mang luỹ thừa bốn dùng cho QPSK.
TRUYỀN DẪN THÔNG TIN ĐỊNH THỜT. KHÔI PHỤC ĐồNG Hồ
Một trong các ưu thế của truyền dẫn tín hiệu số so với truyền dẫn tín hiệu liên tục là khả năng tái sinh tín hiệu số thu được. Việc tái sinh về bản chất là một thủ tục lấy mẫu tín hiệu thu được, thực hiện vào các thời điểm thích hợp. Tại thời điểm thích hợp này, tỷ số tín hiệu tạp là cao nhất và xác suất xuyên nhiễu là nhỏ nhất. Để máy thu biết được thời điểm này, thông tin thích hợp phải được truyền theo cách nào đó từ máy phát tới máy thu. Trong mục này, các phương pháp để có được thông tin định thời này hay là thông tin đồng hồ tại máy thu sẽ được trình bày.
Các phương pháp khôi phục tín hiệu đồng hồ.
Về mặt lý thuyết, thông tin đồng hồ có thể được truyền trên một kênh riêng biệt song phương pháp này rất hy hữu mới được sử dựng. Sau đây, các phương pháp được sử dụng rộng rãi để khôi phục tín hiệu đồng hổ từ chính tín hiệu thông tin số sẽ được trình bày.
Thông tin đồng hồ liên quan đến thời gian của một bit T, được chứa trong các chuyển đổi của tín hiệu số đã được phát đi. Tín hiệu phát trong thực tế chứa một số đủ lớn các chuyển đổi. Có điều là phổ của tín hiệu đã phát không chứa thành phần phổ vạch của tần số đồng hồ l/r nếu điều chế ngẫu nhiên được áp dụng; thành phần này do đó phải được tái tạo lại bằng một thuật toán phi tuyến nào đó. Các phương án về các mạch khôi phục đồng hồ với các phần tử phi tuyến được thể hiện trên hình 7.19. Khi chỉ tính đến một dòng bit ngẫu nhiên, trong đó xác suất chuyển đổi bằng 1/2, thì chỉ có vấn đề tái tạo một vạch phổ tần số đồng hồ là cần phải giải quyết. Trong trường hợp này một phép toán phi tuyến (bậc) chẵn được áp dụng như thể hiện trên hình 7.19a. Mạch lọc thông thấp ký hiệu bằng H((ữ) có thể thể hiện mạch lọc máy thu, chẳng hạn, nó có thể là một mạch lọc phối hợp. Bộ lọc thông thấp đằng sau mạch phi tuyến thực hiện được bởi một PLL còn đặc tính vào-ra tối ưu của phần tử phi tuyến được cho bởi y-lnịcoshx/. Thực ra, độ phi tuyến có thể thực hiện được không chỉ bởi một mạch có đặc tính vào-ra phi tuyến mà có thể thực hiện được theo nhiều cách khác. Các thí dụ cho các phương án khác được trình bày trong các hình 7.19b và hình 7.19c.
Từ bộ giải H(ío)
a)
b)
c)
Tín hiệu đồng hồ khôi phục
Từ bộ giải điều chế
Hình 7.19. Các vòng khôi phục tín hiệu đồng hồ: a) sử dụng độ phi tuyến chẵn; b) và c) sử dụng các dạng thuật toán phi tuyến khác.
Do tạp âm của tín hiệu thu được, các mạch đã mô tả trên hình 7.19 sẽ có một sai lệch thời gian AT mà nó có phương sai là [A14]:
r^T^;	R=E/N()	(7.47)
Một giải pháp tốt hơn nhận được bằng cách đặt độ phi tuyến vào bên trong một mạch vòng kín. Hình 7.20 thể hiện một mạch như vậy, gọi là "mạch cổng sớm-muộn”. Với thiết kế tối ưu, phương sai sai lệch định thòi của mạch này nhỏ hơn đến 5dB so với của các mạch cho trên hình 7.19 [A14]:
(7.48)
1 T'Bl
Ar 3 R
Trong khi đưa tới các biểu thức (7.47) và (7.48) ta đã giả sử rằng mỗi một bit chứa một chuyển đổi mức. Thực tế, điều này có thể đạt được nhờ áp dụng các tín hiệu RZ (Return-to-Zerò) đối cực, tức là các xung có độ dài nhỏ hơn T. Tuy nhiên, đối với các tín hiệu NRZ thì điều đó không đúng: các chuyển đổi mức xuất hiện chỉ tại các chuyển đổi bit l-»0 hay 0->l. Mạch khôi phục đồng hồ chỉ nhận được thông tin lối vào tại các chuyển đổi này. Tình trạng này thì tương tự như mạch khôi phục sóng mang ghép theo thời gian với tín hiệu tham chiếu được phát kèm như đã bàn đến trong mục 7.4. Hiện tượng này tạo ra một sai lệch định thời phụ, thậm chí ngay cả khi khổng có tạp âm.
Hình 7.20. Mạch khôi phục đồng hồ “cổng sớm-muộn”.
Theo những kết luận của phần trước, độ chính xác của khôi phục đồng hồ phụ thuộc chủ yếu vào thông tin được truyền đi. Chúng ta đã thấy rằng bản chất ngẫu nhiên trong tín hiệu tới gây nên một sự tăng phương sai của sai số định thời, và đồng bộ đồng hồ có thể thậm chí mất hoàn toàn đo tín hiệu có một dãy dài các số 0 hay 1. Do vậy, một vài biện pháp khắc phục nào đó đòi hỏi phải được áp dụng nếu xác suất xảy ra các dãy dài không có chuyển đổi trong tín hiệu tới là đáng kể: hoặc là mạch đồng bộ đồng hổ phải được thiết kế nhằm chịu được những 244
dãy dài không có chuyển đổi như thế với ĩ2 chấp nhận được, hoặc một số các chuyển đổi phải được tạo ra một cách nhân tạo. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách. Ví dụ, một cách điều chế thích hợp có chứa các chuyển đổi tại mọi khoảng bit là điều chế tựa SPSK thường được áp dụng trong truyền số liệu. Trong trường hợp này, pha tại thời điểm của symbol thứ ỉ sẽ là :
ộk=^-,k = o, 1,2,3	(7.49a)
và tại thời điểm của symbol tiếp theo (thứ l+l) sẽ là:
= (k+ỵ2)x_ k =	3	(7.49b)
Từ đó có thể thấy được rằng có một sự đổi pha bằng (2k+Ị)7ĩ!4 tại cuối từng symbol.
Một khả năng khác là thay vì tín hiệu NRZ, ta áp dụng tập tín hiệu đem điều chế gồm một chuyển đổi trong khoảng thời gian của một bit. Tập tín hiệu hai pha thỏa mãn các yêu cầu sau
Sj--S2--
r li Q<t<T/2
i U	'	(7.50)
0;	T/2<t<T
Một khả năng khác nữa là áp dụng bộ scrambler (bộ xáo trộn): tín hiệu cần truyền được kết hợp với một tín hiệu giả ngãu nhiên có tốc độ bằng tốc độ bit, do đó sẽ tạo thành một dòng bit gần như ngẫu nhiên với các chuyển đổi tưong đối dày (xem chương 4).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
VI. Beckenbach E. F. (chủ biên): Toán học hiện đại cho kỹ sư. Tập 1. Nxb. Đại học và trung học chuyên nghiệp. Hà nội, 1978.
V2. Nguyên Quốc Bình: Một số vấn đề về pha-đing chọn lọc trong các hệ thống vô tuyến tiếp sức số mặt đất. Tạp chí Khoa học và kỹ thuật số 83. Học viện kỹ thuật quân sự, 1998.
V3. Nguyên Quốc Bình và Nguyên Thị Hằng Nga,- Ảnh hưởng tạo dạng tín hiệu tới quay pha phụ tối ưu trong các hệ thống vô tưyến tiếp sức M-QAM phi tuyến. Tạp chí Khoa học và kỹ thuật số 81. Học viên kỹ thuật quân sự, 1997.
V4. Nguyên Quốc Bình và Trần Việt Tuấn: Biểu diễn các bộ khuếch đại công suất trong mồ phỏng các hệ thống vô tuyến tiếp sức M-QAM. Hội nghị toàn quốc lần thứ ba về tự động hoá (3th VICA). Hà nội, 9-11/4/1998.
V5. Bùi Minh Tiêu: Cơ sở lý thuyết truyền tin. Nxb. Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà nội, 1979.
V6. Trần Hồng Quân và các cộng tác viên: Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật SDH vào mạng viễn thông Việt nam. Đề tài nghiên cứu, Tổng Cty Bưu chính viễn thông Việt nam. Hà nội, 1996. Mã số: 039-95-TCT-RD.
V7. Lê Chí Quỳnh: Nghiên cứu dãy nhị phân phi tuyến và mạch ghi dịch tuyến tính dùng trong thông tin số. Luận án phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật. Trường Đại học bách khoa Hà nội, 1995.
V8. Các công nghệ viễn thông mới (New Telecommunication Technologies). Tổng cục bưu điện-TỔng Cty bưu chính viễn thông Việt nam và Ban đào tạo NTT. (Sách song ngữ Việt-Anh). Nxb. Khoa học và kỹ thuật. Hà nội, 1997.
V9. Giới thiệu chung về lý thuyết viễn thông (General Introduction of Telecommunication Theory). LG Information & Communications, Ltd. (Sách song ngữ Việt-Anh). Nxb. Thanh niên. Hà nội, 1995.
Tiếng Anh
Al. Agrawal p. G.: Fiber-Optic Communication Systems. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1992.
A2. Anderson B. J.: Digital Transmission Engineering. IEEE Press. New York, 1999.
A3. Benedetto s.: Optimization & Performance Evaluation of Digital Satellite Transmission Systems. 6th Summer Symposium on Circuit Theory. Prague, 1982.
A4. Benedetto S., Biglieri E., Castellani V.: Digital Transmission Theory. Prentice-Hall, Inc. New Jersey, 1987.
A5. Bingham A. c. J.: The Theory and Practice of Modem Design. John Wiley & Sons, Inc. New York, 1988.
A6. Bình N. Q.I STM-1 Transmission over about 30MHz Microwave Channels. Hungarian Academy of Sciences. Budapest, 1995. (Ph.D. Dissertation).
A7. Bình N. Q.: The Influence of the Pulse Shaping on the Signal-to-Noise Ratio Degradation Caused by Nonlinear Distortion in M-QAM Systems. TEMPUS Workshop. Technical University of Budapest, Jun. 8-10,1995.
A8. Bình N. Q., Bérces J., Frigyes I.: Estimation of the Effect of Nonlinear High Power Amplifier in M-QAM Radio Relay Systems. Periodica Polytechnica Electrical Engineering, Vol. 39, No.2,1995. Technical University of Budapest.
A9. Bình N. Q., Hải M. T., Nam L. H.: Probability Density Function of the Intersymbol Interference Caused by the High Power Amplifier in M-QAM RadioRelay Systems. Journal on Science and Technique, No. 84, 1998. Viet-namese Military Technical University (VMTU).
A10. Bình N. Q., Hải M. T., Nam L. H.: Extension and Application of the ASTRAS Program Package in VMTU. Seminar on Simulation, VMTU. Hanoi, Dec. 16-17, 1998.
All. Brennan V. P.: Phase-Locked Loops: Principles and Practice. McGraw- Hill. New York, 1996.
A12. Ferdo I. (Ed): Terrestrial Digital Microwave Communications. Artech House Inc., 1989.
Al3. Frigyes I.: Extension of Program Package “ASTRAS” for the Computation of Angle Diversity and Frequency Diversity Gain. COST 235, Oct. 1994.
A14. Frigyes I., Szabo z., Ványai p.: Digital Microwave Transmission. Elsevier. Amsterdam, 1989.
A15. Frigyes I., Benedek A., Molnar B.: Digital Microwave Systems: Theory and Applications. CEI-Europe/Elsevier, Annual International Courses on Microwave and Radar Technology. Pisa (Italy), Apr. 22-25,1991.
A16. Frigyes I., Benedek A., Molnar B.: Computer Simulation of Communication Links. Journal on Com., Mar. 1991. Budapest.
A17. Hoss J. R.: Fiber Optic Communications Handbook. Prentice Hall. New Jersey, 1990.
A18. Jeruchim M. c.: Techniques for Estimating the Bit Error Rate in the Simulation of Digital Communication Systems. IEEE, Journal on SAC, Jan. 1984.
A19. Jeruchim M. c., Balaban p., Shanmugan K. s.: Simulation of Communication Systems. Plenum Press, New York-London, 1994.
A20. Kasai H., Murase T., ưeda H.: Synchronous Digital Transmission Systems Based on CCĨTT SDH Standard. IEEE Com. Mag., Aug. 1990.
A21. Meyer H., Ascheid G.: Synchronization in Digital Communications. Vol.l.
John Wiley & Sons. New York, 1990.
A22. Nojima T., Murase T., Imai N.: The Design of a Predistortion Linearization Circuit for High Level Modulation Radio Systems. IEEE, ICC 85.
A23. Press w. H., Flannery B. p., Teukolsky S. A., Vetterling w. T.: Numerical Recipes in Pascal. Cambridge University Press. London, 1989.
A24. Press w. H., Flannery B. p., Teukolsky s. A., Vetterling w. T.: Numerical Recipes: Example Book. Cambridge University Press. London, 1989.
A25. Proakis G. J.: Digital Communications. McGraw-Hill. New York, 1989.
A26. Rappaport s. T.: Wireless Communications. Prentice Hall. New Jersey, 1996.
A27. Roddy D.: Satellite Communications. McGraw-Hill. New York, 1989.
A28. Rummler w. D., Courts R. p., Liniger M.: Multipath Fading Channel Models for Microwave Digital Radio. IEEE, Com. Mag., Nov. 1986.
A29. Saleh A. A. M.: Frequency-Independent and Frequency-Dependent Nonlinear Models of TWT Amplifiers. IEEE, Trans, on Com., Vol. COM-29, No.ll, Nov. 1981.
A30. Sklar B.: A Structured Overview of Digital Communications. IEEE, Com. Mag. Aug. - Oct. 1983.
A31. Stallings w.: Data and Computer Communications. Prentice-Hall of India. New Delhi, 1998.
A32. Steele R. (Ed): Mobile Radio Communications. Pentech Press. London, 1992.
A33. Townsend R. A. A.: Digital Line of Sight Radio Links. Prentice Hall. New Jersey, 1991.	,
A34. Ungar s.: Fiber Optics: Theory and Applications. John Wiley & Sons. New York, 1990.
A35. Viterbi J. A.: CDMA-Principles of spread Spectrum Communication. Addision-Wesley. Reading, Massachusetts, 1995.
A36. Winch G. R.: Telecommunication Transmission Systems: Microwave, Fiber Optic, Mobile Cellular Radio, Data, and Digital Multiplexing. McGraw-Hill. New York, 1993.
A37. Wozencraft J. M., Jacobs I. M.: Principles of Communication Engineering.
John Willey & Sons, Inc., New York-London-Sydney, 1965.
A38. CCIR Report AM/9: Radio-Relay Systems in a Synchronous Digital Network. XVIIth Plenary Assembly, Dusseldorf, 1990.
A39. CCIR Report 338-5: Propagation Data and Prediction Methods Required for Terrestrial Line-Of-Sight Systems. XVIIth Plenary Assembly, Dusseldorf, 1990.
A40. ETSI Recommendations CD ROM (I, II).
A41. ITU Recommendations CD ROM (I, II).
A42. Journal on SAC: Computer-Aided Modeling, Analysis, and Design of Communication Systems (II). IEEE, Vol.6, No 1, Jan. 1988.
A43. Journal on SAC: Computer-Aided Modeling, Analysis, and Design of Communication Links. IEEE, Vol. 15 , No 4, May. 1997.
A44. Siemens Training Center for Communication Networks: Introduction of SDH (CD ROM).
Tiếng Hung
HI. Bình N. Q.: Truyền tải STM-1 trên các kênh vô tuyến tiếp sức phân kênh 30 MHz. Híradástechnika, 4-1994. Budapest. (Tiếng Hung).
H2. Frigyes L: Các vấn đề về xử lý tín hiệu và mô hình hoá trong thông tin số. Viện hàn lâm khoa học Hungary, 1994 (Luận án tiến sĩ khoa học, tiếng Hung). H3. Frigyes I. (ed.): Thuyết minh và hướng dẫn sử dụng gói chương trình mô phỏng máy tính các hệ thống liên lạc vô tuyến ASTRAS. ĐH Kỹ thuật Budapest, 1989 (tiếng Hung).
H4. Molnár B.: Mô phỏng máy tính các hệ thống thông tin số. Hướng dẫn thực hành cho sinh viên modul A, ĐH Kỹ thuật Budapest, 1994. (tiếng Hung).
1) Bằng việc đề xuất một tham số mới dd (distance degradation) về độ phi tuyến của bộ KĐCS - là thiệt hại trung bình (tính trên toàn tập tín hiệu {Sị}) khoảng cách tính từ điểm tín hiệu lý tưởng tới biên quyết định gần nhất gây bởi méo phi tuyến trong điều kiện giả định tín hiệu lối vào bộ khuếch đại công suất là tín hiệu băng gốc NRZ - chúng tôi đã xác định được (thông qua mô phỏng máy tính) quan hệ gần đúng mang tính thực nghiêm giữa thiệt hại tỷ số tín/tạp (SNRD: Signal-to-Noise Ratio Degradation) gây bởi méo phi tuyến trong các hệ thống 64-QAM (tính tại một số mức giá trị khác nhau của BER) và dd như sau [A6]:
SNRD « a.dd + b.dd1 2
Giá trị cụ thể của các hệ số a và b (phụ thuộc vào mức BER mà tại đó tính SNRD) được trình bày trong [A6], Một vấn đề cũng cần được quan tâm là sự phụ thuộc giữa tác động của méo phi tuyến với bề rộng băng tín hiệu, cụ thể là vói hệ số uốn lọc a của các mạch lọc phát và thu. Cũng trong [A6], chúng tồi đã xác định được rằng SNRD gây bởi méo phi tuyến do KĐCS phát trong các hệ thống M-QAM hầu như không phụ thuộc vào giá trị hệ số uốn lọc a được sử dụng trong hệ thống do a thay đổi dẫn đến hai tác động, một làm tăng và một làm giảm SNRD.