HỆ THỰC HÀNH VỀ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN

Phương pháp điều chế - Giải điều chế biên độ FSK Frequency Shift Keying Phương pháp điều chế FSK Hình 2-3 cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với hai tần số.. Sơ đồ tái lập sóng mang cho

Trang 1

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) 7

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 23

2.3 Cấp nguồn và nối dây 27

2.4 Các bài thực hành 28

2.4.1 Khảo sát các phần chức năng 28

2.4.1.1 Máy phát nhịp tài liệu (Data Sequence Generator) 28

2.4.1.2 Các sơ đồ tạo mã tài liệu 28

2.4.1.3 Bộ hình thành sóng mang (carrier generator) 31

2.4.1.4 Bộ tái lập tín hiệu nhịp và giải mã tài liệu (DECODER & CLOCK RECOVERY) 31

2.4.2 Điều chế & giải điều chế tương tự cho tín hiệu số 34

2.4.2.1 Điều chế & giải điều chế ASK 34

2.4.2.2 Điều chế & giải điều chế FSK 39

2.4.2.3 Điều chế và giải điều chế BPSK 43

2.4.2.4 Điều chế & giải điều chế QPSK (hình 2-34) 47

2.4.2.5 Điều chế và giải điều chế D-QPSK (Hình 2-35) 48

2.4.2.6 Điều chế QAM (hình 2-36) 52

Trang 2

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 TCPS-900

Các khối thí nghiệm chức năng cho phép tiến hành các bài thực hành về điện tử thôngtin 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 TCPS-900 (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 cácmodule 297 mm x aM (M = 100mm, a = 1; 2; 3; 4)

 Nguồn chuẩn TCPS-900, cung cấp thế chuẩn:

- Nguồn 1 chiều (DC) +12V/2A, -12V/0.75A, +5V/2A, -5V/0.75A Sử dụng đểnuôi các Module thí nghiệm

- Nguồn AC 220V với công tắc tự động, dùng để cấp điện cho các thiết bị khác nhưdao 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 vàđiều 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

Trang 3

Bảng 1

Trang 4

Hình 1 Thiết bị chính TCPS-900

Trang 5

2 ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ CHO TÍN HIỆU SỐ ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM MODULATION-DEMOLATION.

2.1 Thiết bị sử dụng

1 Khung chính cho thực tập điện tử viễn thông cơ bản TCPS-900

2 Các khối thí nghiệm TC-946M, TC-946D cho bài thực tập về điều chế tương tự cho

tín hiệu số (Hình 2-17 & 2-23).

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 2-1) cho phép tạo tín hiệu ASK dạng sin với haibiên độ Biên độ tín hiệu ASK tuỳ thuộc giá trị bit tài liệu:

- Khi Data bit = 1 sẽ điều khiển khoá K đóng (Hình 2-1a), 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 Tínhiệu ASK có biên độ = 0

Hình 2-1 Phương pháp điều chế ASK

Giải điều chế ASK điều chế thực hiện theo các sơ đồ trên Hình 2-2.

Ở sơ đồ kiểu 2-2a, bộ thu nhận có tái lập sóng mang (Carrier Regenerator) và nhân sóngnày với tín hiệu thu Bộ lọc thông thấp và sơ đồ ngưỡng cho phép tái lập tài liệu số đượctruyền

Sơ đồ 2-2b đơn giản hơn, thường được sử dụng trong thực tế Tín hiệu được tách sóngtrực 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:

- 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)<1)

- “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng tốc độ truyền Fb

Trang 6

Hình 2-2 Phương pháp giải điều chế ASK

2.2.1.2 Phương pháp điều chế - Giải điều chế biên độ FSK (Frequency Shift Keying)

Phương pháp điều chế FSK (Hình 2-3) cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với hai tần

số Giá trị tần số của tín hiệu ASK tuỳ thuộc giá trị bit tài liệu Ví dụ sử dụng kiểu sơ đồ 2-3a:

- Khi Data bit = 1, điều khiển khoá K ở vị trí nối sóng mang tần số F1 với lối ra FSK

- Khi Data bit = 0, điều khiển khoá K ở vị trí nối sóng mang tần số F2 với lối ra FSK

- Giản đồ tín hiệu FSK cho trên hình 2-3D

Hình 2-3 Phương pháp điều chế FSK

Ở sơ đồ điều chế FSK kiểu 2-3b, sử dụng máy phát điều khiển bằng thế VCO (VoltageControl Oscillator) Ứng dụng trạng thái “0” hoặc “1” của tài liệu, VCO sẽ phát hai tần số

F1 và F2 tương ứng

Trang 7

số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số F1 = f Clock /N còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ sốchia M, tạo chuỗi xung ra có tần số F2 = f Clock /M.

Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên cơ sở Hình 2-4 Tín hiệu FSK chứa hai thànhphần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL)

Hình 2-4 Phương pháp giải điều chế FSK

Phương pháp FSK có sơ đồ phức tạp hơn ASK, được sử dụng chủ yếu trong modemtruyền số liệu (kiểu CCITT V21, CCITT V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202) vàtrong 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)<1)

- “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng tốc độ truyền Fb

2.2.1.3 Phương pháp điều chế - Giải điều chế pha PSK (Phase Shift Keying)

a Điều chế - Giải điều chế pha kiểu 2-PSK (BPSK)

Phương pháp điều chế 2-PSK hay BPSK (Binary PSK) hay điều chế ngược pha PRK

(Phase Reversal Keying) được giới thiệu trên Hình 2-5 Sơ đồ tạo tín hiệu BPSK dạng sinvới 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 tínhiệu và giản đồ poha BPSK cho trên Hình 2-5.

Hình 2-5 Phương pháp điều chế PSK

Trang 8

Giải điều chế BPSK có thể thực hiện trên sơ đồ Hình 2-6 Sơ đồ gồm bộ tái lập sóng

mang và bộ nhân

Hình 2-6 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

Giả sử tần số sóng mang là fC, C = 2fC, ta có hai trường hợp:

- 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(1-cos(2

Ct) = ½ - ½cos(2Ct)

Trong biểu thức trên thành phần thứ hai là xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóngmang Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏthành phần xoay chiều và thế dương của thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ lại sẽ biểu diễntrạng thái “1” của Data bit

- Khi tín hiệu BPSK là -sin(Ct) ứng với Data bit =1, sơ đồ nhân sẽ cho tín hiệu :

-sin(Ct) sin(Ct) = -sin2(Ct) = -½(1-cos(2 Ct) = -½ + ½cos(2Ct)

Trong biểu thức trên thành phần thứ hai là xoay chiều, có tần số gấp đôi tần số sóngmang Khi sử dụng bộ lọc thông thấp với tần số cắt bằng tần số sóng mang, có thể khử bỏthành phần xoay chiều và thế âm của thành phần 1 chiều thứ nhất được giữ lại sẽ biểu diễntrạng thái “0” của Data bit

Sơ đồ điều chế PSK có độ phức tạp trung bình, được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuậtradio 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)

Trang 9

Phương pháp điều chế 4-PSK hay QPSK (Quadrature PSK) được giới thiệu trên Hình 2-7 Sơ đồ tạo tín hiệu QPSK dạng sin với bốn giá trị pha, xác định bởi tổ hợp (cặp) 2 bit liềnnhau của tài liệu nhị phân Tổ hợp 2 bit liền nhau này được gọi là Dibit có độ dài 2 khoảngbit.

Tài liệu nhị phân trước khi đưa vào sơ đồ điều chế được tạo mã Dibit nhờ trigger đếmđôi 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 củacặp bit khảo sát

- Tín hiệu tài liệu Q (bậc 2 – Quadrature) gồm các mức thế ứng với giá trị bit thứ haicủa cặp bit khảo sát

Hình 2-7 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 2-7, 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 2-7 Trên đồ thị cho thấy với 4 giá trị của Dibit (I-Q), tín hiệu QPSK

có 4 pha khác nhau

Giải điều chế QPSK có thể thực hiện trên sơ đồ Hình 2-8 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 tháitài liệu thông thường

Trang 10

Hình 2-8 Phương pháp giải điều chế QPSK

Bộ tái lập sóng mang (hình 2-9) bao gồm:

Hình 2-9 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 2chung) 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 lệchpha 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)

- “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng nửa tốc độ truyền(=Fb/2)

Trang 11

Phương pháp điều chế 8-PSK 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

Sơ đồ điều chế 8-PSK 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)

- “Tốc độ Baud” được định nghĩa như tốc độ điều chế bằng 1/3 tốc độ truyền (=Fb/3)

Hình 2-10 Giản đồ “chòm sao cho điều chế 8-PSK và 16-PSK

d Điều chế - Giải điều chế pha kiểu 16-PSK

Phương pháp điều chế 16-PSK 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

Trang 12

- 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 vàbiên độ tín hiệu truyền Các giá trị tín hiệu điều chế có dạng sin với pha và biên độ được xácđịnh bởi tổ hợp các bit liên nhau của tài liệu nhị phân

Hệ thống 8-QAM điều chế tín hiệu trên cơ sở tổ hợp Tribit của tài liệu Một nhóm trongchúng 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 2-1).

Trên sơ đồ hình 2-11 là giản đồ “chòm sao” tài liệu được mã ở dạng Tribit cho điều chế

8-QAM

Hệ thống 16-QAM 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 2-2).

Trang 13

STT LỐI VÀO NHỊ PHÂN LỐI RA 16-QAM

- 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, n-3 cho 8-QAM, n=4 cho 16-QAM

- 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 phatuyệt đối còn được gọi là PSK tuyệt đối Khó khăn của hệ thống này là cần giữ pha của sóngmang tái lập không đổi

Trang 14

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 2-12 và 2-13 Trong đó tài

liệu đầu tiên được chuyển thành mã vi phân, sau đó sử dụng bộ BPSK để điều chế pha

Sơ đồ EX-OR (hoặc - loại trừ) đã được làm chậm đi 1 khoảng bit Lối ra EX-OR sẽđảo 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 2-12 Giản đồ mã vi phân.

Bộ giải điều chế BPSK vi phân có hai phần: giải điều chế BPSK thông thường để nhậnlại mã vi phân Sau đó bộ giải mã vi phân chứa sơ đồ EX-OR và bộ làm chậm 1 khoảng bit sẽtái lập lại tài liệu

Hình 2-13 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 2-14 Trong đó tài liệu đầu

tiên được chuyển thành mã vi phân dạng Dibit cho tín hiệu D-I và D-Q, sau đó sử dụng bộ viphân Dibit để điều chế pha vi phân là các sóng sin lệnh pha nhau 00, 900, 1800 và 2700

Sơ đồ EX-OR (hoặc - loại trừ) được sử dụng làm bộ so sánh tài liệu NRZ lối vào vớitài liệu lối ra bộ so sánh (EX-OR) đã được làm chậm đi một khoảng bit Lối ra EX-OR sẽđảo bit ra thứ (n+1) nếu bít thứ (n) là “1” và giữ lối ra không đổi nếu bit (n)= “0”

Trang 15

Hình 2-14 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 =

Mã NRZ (Non Return-to-Zero) 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 thườngđược chia thành 2 loại NRZ-L (Non Return to Zero-level) và NRZ-I (Non Return toZero-inverted)

Trong thí nghiệm, sử dụng trường hợp đặc biệt của mã NRZ-L (Hình 5-5a):

- NRZ - Data có phân cực ngược với tài liệu xác lập bằng các công tắc Dip-Switch

Đó chính là dạng mã NRZ-L

- 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 Tínhiệu đồng bộ có thể gửi theo đường truyền riêng Tuy nhiên, thường tín hiệu đồng bộ đượctách từ chuỗi tín hiệu tài liệu nhờ sơ đồ có vòng giữ pha (PLL)

Trang 16

Hình 2-15 Giản đồ mã NRZ và mã Manchester

b Tái lập tín hiệu nhịp

Sơ đồ tái lập xung nhịp được mô tả trên Hình 2-16.

Sơ đồ EX-OR được sử dụng để so sánh giữa tín hiệu tài liệu với tín hiệu tài liệu đượclàm trễ (thường là khoảng ½ độ dài khoảng bit) Lối ra EX-OR có tín hiệu với thành phầnphổ tần số gấp đôi tín hiệu tài liệu Sơ đồ vòng giữ pha PLL sẽ nhận phát lại tín hiệu này vớitần số nhịp tái lập bằng đúng tín hiệu nhịp sóng mang Tín hiệu nhịp tái lập được sử dụng đểtạo nhịp cho các sơ đồ giải điều chế

Hình 2-16 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 thểvượt ra ngoài khoảng đồng bộ, vì vậy chuỗi xung nhịp lối ra được tái lập có thể sẽ không cònchính xác Để tránh sai lệch này có thể biểu diễn tài liệu dưới dạng mã Manchester, trong đóbit 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 2-15 mô tả giản đồ hình thành xung Manchester từxung 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 TC-946M để điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM được

trình bày trên Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý cho trong phần phụ lục (Hình PL2-1PL2-4).

Trang 17

Hình 2-17 Khối điều chế tương tự cho tín hiệu số TC-946D.

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 thínghiệm 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 R-S trên cổng U4A,D (74LS00) và nút nhấn START tạo tín hiệu xoá vàkhởi 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) vàchuyển mạch MODE (S2A) chọn kiểu làm việc (hình PL2-1) 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

- Khi nhấn nút START, bộ ghi dịch được xoá và xác lập trạng thái ban đầu từ các lốivào song song (A = “1”, B, C = “0”) theo nhịp CK

Trang 18

- Khi chuyển mạch S2A ở vị trí Dibit, lối ra song song QC được đưa về lối vào nốitiếp (SER).

- Tín hiệu lối vào CK sẽ dịch trạng thái ghi trong U3 và chạy theo vòng, hình thànhtín hiệu CKI và CKQ (giản đồ Dibit trên Hình 2-18) 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 nốitiếp (SER)

- Tín hiệu lối vào CK sẽ dịch trạng thái ghi trong U3 và chạy theo vòng, hình thànhtín hiệu CKI, CKQ và CKC (giản đồ Tribit trên Hình 2-18) Các tín hiệu này lệch

nhau một chu kỳ xung nhịp, được sử dụng cho thí nghiệm điều chế QAM

Hình 2-18 Giản đồ thời gian tín hiệu mẫu CK I , CK Q và CK C

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 PL2-1).

- Bộ ghi dịch tạo chuỗi xung 24 bit gồm 3 tầng được nối theo vòng: lối ra nối tiếp tầngtrước nối với lối vào nối tiếp tầng sau Vì vậy khi dịch số liệu, chuỗi tài liệu 24 đượclặp lại

- Lối vào song song của 3 bộ ghi dịch nối với 24 công tắc Với việc đặt các công tắcnày (ON = 1, OFF=0), nhờ tín hiệu START và CK có thể nạp số liệu ban đầu lựachọn từ công tắc vào bộ ghi để dịch thành chuỗi tài liệu DATA tương ứng

- Trên Hình 2-18 là ví dụ một chuỗi xung tài liệu NRZ tương ứng với cấu hình côngtắc lựa chọn

b Các sơ đồ tạo mã tài liệu.

Bộ tạo mã Manchester (Biphase Coder):

Trang 19

Bộ tạo mã Manchester từ tài liệu DATA được xây dựng trên vi mạch U8D,C (Hình PL2-2), thực hiện so sánh mã tài liệu DATA với CK bằng sơ đồ EX-OR Tín hiệu ra sẽ làxung nhịp CK trực tiếp nếu Data bit = 1 và là CK nếu Data bit = 0 (Hình 2-19).

Hình 2-19 Hình thành mã Manchester.

Bộ tạo mã vi phân 1-bit:

- Mã vi phân bit được tạo khi chuyển mạch S2B và S2D/MODE (Hình PL2-2) ở vị

trí Bit (1) Mã tài liệu DATA qua chuyển mạch này vào sơ đồ EX-OR/U8A để sosánh với tín hiệu lối ra bộ so sánh (EX-OR) đã được làm chậm đi một khoản bit

(xem sơ đồ khối Hình 2-13) Bộ làm trễ một khoảng bit là trigger D/ U2B làm việctheo nhịp CK Tín hiệu trễ truyền không đảo qua U9C đưa trở về lối vào bộ so sánh

Trang 20

Hình 2-21 Hình thành mã Dibit

Bộ tạo mã Dibit vi phân:

- Trong hệ điều chế QPSK vi phân, pha của các sóng sin mang có các giá trị 00, 900,

1800 và 2700, được xác định như hàm của tài liệu Dibit (xem Hình 2-14).

- Bộ tạo mã Dibit vi phân lấy các tín hiệu I và Q ở bộ tạo mã Dibit (đã trình bày ởphần trên) để tạo mã Dibit vi phân với các lối ra DIFF.I và DIFF.Q

- Để tạo mã Dibit vi phân, cần đặt chuyển mạch S2/MODE ở vị trí Dibit (2)

- Tín hiệu I và Q được đưa vào hai bộ mã vi phân 1-bit để hình thành tín hiệu ra:

- Tín hiệu DIFF.I hình thành trên bộ so sánh U8A, trigger D làm trễ U2B (Hình PL2-2)

- Tín hiệu DIFF.Q hình thành trên bộ so sánh U8B, trigger D làm trễ U2A

- Trong Bảng 2-4 cho các trạng thái mã ra I&Q, DIFF.I và DIFF.Q ứng với mã Dibitthứ (n) và (n+1)

Bảng 2-4

0011

0110

0011

0110

0011

1001

Trang 21

1 0

0011

0110

1100

0110

tương ứng với bit thứ nhất của Tribit với độ dài bằng 3 khoảng bit (Hình 2-22).

- Tín hiệu Q được tạo nhờ 2 trigger D mắc nối tiếp (U11A,B) Trigger U11A đượcđiều khiển bởi nhịp CKQ còn trigger U11B- bằng nhịp CKC Lối ra Q sẽ có các

mức tương ứng với bit thứ hai của Tribit với độ dài bằng 3 khoảng bit (Hình 2-22).

- Tín hiệu C được tạo nhờ 2 trigger D - U12B được điều khiển bởi nhịp CKC Lối ra

C sẽ có các mức tương ứng với bit thứ ba của Tribit với độ dài bằng 3 khoảng bit

(Hình 2-22).

Hình 2-22 Hình thành mã Tribit

Máy phát sóng mang (Carrier Generator):

Bộ tạo sóng mang dạng sin sử dụng cho điều chế là các bộ lọc thông thấp xây dựng trên

U14 & U15 (Hình PL2-3) Sơ đồ biến đổi các sóng vuông 1200Hz và 2400Hz từ máy phátnhịp thành sóng son Sơ đồ dịch pha (Phase Adj.) nhờ các mạch RC (P1-C7, P3-C14, P5-C20) mắc ở lối vào các tầng khuếch đại tương ứng cho phép hiệu chỉnh pha của sóng mang.Nhánh 1200Hz có hai bộ dịch pha được hiệu chỉnh lệch nhau 900 cho tín hiệu sin ra

1200Hz-0 và 1200Hz-90

Trang 22

Các phương pháp điều chế được khảo sát tiến hành trên sơ đồ điều chế cân bằng U17 và

U18 (Hình PL2-4) có bổ sung bộ cộng U19B và bộ suy giảm 6dB-R49, R53, Q1

Điều chế ASK:

- Chỉ sử dụng 1 trong hai bộ điều chế cân bằng U17 và U18

- Khi đưa mã tài liệu tới lối vào DATA và sóng mang tới lối vào CARRIER, bộ điềuchế cân bằng sẽ thực hiện nhân hai tín hiệu này

- Nếu điều chỉnh biến trở cân bằng sóng mang CARRIER NULL sao cho hệ mất cânbằng, lối vào DATA sẽ tác động điều khiển đóng ngắt khoá cho tín hiệu sóng mangtruyền qua Sơ đồ trong chế độ này hoạt động theo kiểu điều chế ASK

Điều chế FSK:

- Chỉ sử dụng cả hai bộ điều chế cân bằng U17 và U18

- Mã tài liệu được đưa tới lối vào DATA cho cả hai bộ điều chế

- Sóng mang 1200Hz cấp cho lối vào CARRIER của U17, còn sóng 2400Hz – cholối vào CARRIER của U18

- Mỗi bộ điều chế cân bằng sẽ thực hiện hai tín hiệu DATA và CARRIER ở các lốivào tương ứng

- Khi điều chỉnh biến trở cân bằng sóng mang CARRIER NULL sao cho U17 chotín hiệu ra 1200Hz ứng với DATA bit = 0, còn U18 cho tín hiệu ra 2400Hz ứngvới DATA bit = 1

- Các tín hiệu này được lấy tổng trên U19B và cho tín hiệu FSK ở lối ra OUT

Điều chế BPSK:

- Chỉ sử dụng 1 trong hai bộ điều chế cân bằng U17 và U18

- Khi đưa mã tài liệu tới lối vào DATA và sóng mang tới lối vào CARRIER, bộ điềuchế cân bằng sẽ thực hiện nhân hai tín hiệu này

- Nếu điều chỉnh biến trở cân bằng sóng mang CARRIER NULL sao cho hệ cânbằng, lối vào DATA sẽ tác động điều khiển pha cho tín hiệu sóng mang truyền qua

Sơ đồ trong chế độ này hoạt động theo kiểu điều chế BPSK

- Nếu cấp tín hiệu dạng vi phân 1-bit, tài liệu điều chế sẽ là BPSK vi phân (BPSK)

D-Điều chế QPSK:

- Trong kiểu điều chế QPSK, các sóng mang lệch nhau 1200Hz-0 và 1200Hz-90

từ máy phát sóng mang được đưa tới lối vào CARRIER của hai bộ điều chế cânbằng Tín hiệu Dibit I và Q từ bộ tạo mã Dibit được cấp cho các lối vào DATA của

sơ đồ điều chế

- Bộ điều chế cân bằng sẽ cấp sóng ra trực tiếp nếu DATA bit = 1 và cấp sóng ra đảopha nếu DATA bit = 0 Bộ lấy tổng sẽ hình thành tín hiệu 1200Hz với 4 pha lệchnhau 900 (Hình 2-7).

Trang 23

2.2.2.2 Bộ Giải điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK.

Sơ đồ khối thí nghiệm TC-946D để giải điều chế ASK, FSK, PSK, QPSK được trình

bày trên Hình 2-23 Sơ đồ nguyên lý cho trong phần phụ lục (Hình OL2-5Pl2-8).

Hình 2-23 Khối giải điều chế TC-946D.

1 Bộ giải điều chế ASK

Bộ giải điều chế ASK là tập hợp các sơ đồ (Hình 2-2) sau:

Bộ thu tín hiệu ASK trong mảng DEMODULATORS / TC-946D (Hình PL2-5).

Bộ lọc thông thấp (tần số cắt ở 1200Hz) trên U7-U8 (Hình PL2-6) và bộ hình thành

xung trên U9 và EX-OR – U10 trong mảng DECODER & CLOCK RECOVERY /

Trang 24

- Bộ thu tín hiệu FSK (U2-PLL) trong mảng DEMODULATORS / TC-946D

(Hình PL2-5).

- Bộ lọc thông thấp (tần số cắt ở 1200Hz) trên U7-U8 (Hình PL2-6) và bộ hình

thành xung trên U9 và EX-OR – U10 trong mảng DECODER & CLOCK

RECOVERY / TC-946D

3 Bộ giải điều chế BPSK

Bộ giải điều chế BPSK là tập hợp các sơ đồ tương ứng với Hình 2-6 như sau:

 Bộ thu tín hiệu PSK/QPSK (U3 và U4) trong mảng DEMODULATORS / 946D (Hình PL2-5).

TC- Bộ tái lập sóng mang (CARRIER RECOVERY) bao gồm:

- Các sơ đồ lấy bình phương sử dụng bộ nhân U5 và U6 cho lối ra SQR4 (Hình 5).

PL2 Vòng giữ pha PLL (U15) phát lại tín hiệu vuông góc Chuyển mạch S2 ở vị trí

QPSK cho phép chọn tần số trung tâm của PLL ứng với lối ra nhân bốn của 2 sơ đồbình phương

- Bộ dịch pha (U4, P4-C28)

- Các sơ đồ chia 2 trên U2B, U2A và U5A Các tín hiệu sóng mang tái lập lối ra lệchnhau 900 lấy ở 0 và 90 Các tín hiệu này được đưa điều khiển khoá U4 ở sơ đồ

 Bộ lọc thông thấp (tần số cắt ở 1200Hz) trên U7-U8 (Hình PL2-6) và bộ hình thành

xung trên U9 và EX-OR – U10 trong mảng DECODER & CLOCK RECOVERY /

TC-946D.

Tài liệu hình thành ở lối ra U4 (I và Q) tương ứng với Dibit

4 Bộ giải điều chế QPSK

Bộ giải điều chế QPSK là tập hợp các sơ đồ tương ứng với Hình 2-9 như sau:

 Bộ thu tín hiệu PSK/QPSK (U3 và U4) trong mảng DEMODULATORS /

TC-946D (Hình PL2-5).

 Bộ tái lập sóng mang (CARRIER RECOVERY) bao gồm:

- Các sơ đồ lấy bình phương sử dụng bộ nhân U5 và U6 cho lối ra SQR4 (Hình 5).

PL2 Vòng giữ pha PLL (U15) phát lại tín hiệu vuông góc Chuyển mạch S2 ở vị trí

QPSK cho phép chọn tần số trung tâm của PLL ứng với lối ra nhân bốn của 2 sơ đồbình phương

- Bộ dịch pha (U4, P4-C28)

- Các sơ đồ chia 2 trên U2B, U2A và U5A Các tín hiệu sóng mang tái lập lối ra lệchnhau 900 lấy ở 0 và 90 Các tín hiệu này được đưa điều khiển khoá U4 ở sơ đồ

Trang 25

 Bộ lọc thông thấp (tần số cắt ở 1200Hz) trên U7-U8 (Hình PL2-6) và bộ hình thành

xung trên U9 và EX-OR – U10 trong mảng DECODER & CLOCK RECOVERY /

TC-946D.

Tài liệu hình thành ở lối ra U4 (I và Q) tương ứng với Dibit

5 Bộ giải mã tài liệu

Để khôi phục lại tài liệu NRZ, tín hiệu lối ra từ các sơ đồ giải điều chế như trình bày ởphần trên cần được giải mã

Bộ giải mã (DECODER & CLOCH RECOVERY) chứa các mảng sơ đồ:

 Bộ tái lập xung nhịp tài liệu (PLL & TIMING)

 Bộ giải mã Manchester (MANCHESTER DECODER)

 Bộ giải mã 1-bit vi phân (DIFFERENTIAL BIT DECODER)

 Bộ giải mã Dibit vi phân (DIFFERENTIAL DIBIT DECODER)

 Bộ giải mã Dibit (BIT COMBINER)

Bộ tái lập xung nhịp tài liệu (PLL & TIMING):

- Sơ đồ tái lập xung nhịp được xây dựng theo sơ đồ khối Hình 2-15, bao gồm bộ trễ

thời gian R88-C30 và cổng EX-OR để tạo xung có phổ tần số gấp đôi tín hiệu tàiliệu Vòng giữ pha PLL(U16 – Hình PL2-7) sẽ phát xung CK1 và CK 1 có tần sốbằng xung nhịp truyền Bộ chia 2 trên U17A tạo xung CK2 có chu kỳ gấp đôi CK1

- Chuyển mạch S1 cho phép xác lập tần số chuẩn của vòng giữ pha tương ứng với chế

độ giải mã Manchester hoặc BPSK hoặc QPSK

Bộ giải mã Manchester (MANCHESTER DECODER):

- Giải mã Manchester được thực hiện bằng cách lấy mẫu tín hiệu giải điều chế ở nửađầu của khoảng bit Bộ giải mã gồm Trigger U19 (Hình PL 2-7) ghi tài liệu mã

theo nhịp CK2 Tín hiệu từ các trigger U19 qua sơ đồ EX-OR U20D và đơn hàitrên U23B tạo các xung hẹp mỗi khi có sự thay đổi từ 0 -> 1 hoặc ngược lại của tàiliệu mã Các xung này đồng bộ với nhịp CK1 ở U21A để tạo tị ra có mặt dương ứngvới nửa đầu của khoảng bit Tín hiệu lấy mẫu này sẽ điều khiển U21B ghi nhận tínhiệu mã lối vào để tái lập mã NRZ từ mã Manchester

- Giản đồ thời gian của sơ đồ giải mã Manchester cho trên Hình 2-24.

Trang 26

Hình 2-24 Giản đồ thồi gian của sơ đồ giải mã Manchester.

Bộ giải mã 1-bit vi phân (DIFFERENTIAL BIT DECODER):

- Giải mã vi phân 1-bit được thực hiện bằng cách so sánh tín hiệu mã trực tiếp với tínhiệu làm trễ Nếu các tín hiệu này khác nhau, nghĩa là tồn tại Data bit = 1, còn nếuchúng giống nhau – Data bit = 0

- Trên sơ đồ PL2-7, U22A ghi tài liệu mã, còn U22B ghi tài liệu mã được làm trễtheo cùng nhịp CK 1 Trạng thái ra của các trigger này được so sánh trên EX-ORU20C Trigger U23A sử dụng để đồng bộ lại tài liệu với nhịp CK1

Bộ giải mã Dibit (BIT COMBINER):

- Bộ giải mã Dibit là bộ ghi dịch U27 (Hình PL2-8) Các tín hiệu I và Q được nạpvào bộ ghi qua các lối vào song song C và D theo nhịp đếm của chu kỳ Dibit –CK2 Số liệu được đọc theo chu kỳ xung nhịp tái lập CK1 Lối ra OUTPUT lấy ởlối song song QD

Bộ giải mã Dibit vi phân (DIFFERENTIAL DIBIT DECODER):

- Bộ giải mã Dibit vi phân nhận các tín hiệu I vi phân và Q vi phân từ bộ điều chế đểphát lại hai tín hiệu I và Q dạng Dibit

- Sơ đồ xây dựng trên các vi mạch U24, U25, U26, U18C,D (Hình PL2-8) Trạng

thái tín hiệu ra I và Q tuỳ thuộc trạng thái của hai cặp mã cuối cùng của Dibit viphân lối vào trong khoảng 2 bit

- Trong Bảng 2-5 cho các trạng thái ứng với mã Dibit vi phân thứ (n) và (n+1)

0110

0011

11

0110

0011

1001

0011

0110

0101

1000

11

0110

1100

0110

Trang 27

2.3 Cấp nguồn và nối dây

 Khối TC-946M và TC-946D sử dụng chốt nuôi chung 12V Khi sử dụng cần gắnkhối TC-946M và TC-946D lên khung chính TCPS-900 Chú ý đưa khối vào rãnhtrên trước rồi mới đặt theo rãnh dưới

 Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPLY của thiết bị TCPS-900 cung cấp các thếchuẩn +5V/2A, -5V/0.5A, 12V/2A, -12V/1A cố định

 Khi thực tập, cần nối dây từ chốt ra cần thiết và chốt đất của nguồn TCPS-900 tới trựctiếp sơ đồ

Chú ý cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

2.4.1.1 Máy phát nhịp tài liệu (Data Sequence Generator)

1 Đặt các công tắc SW DIP-8 ở vị trí ứng với Bảng 2-7 (1 = ON, 0 = OFF)

Bảng 2-7

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

5 Đặt chuyển mạch Mode ở vị trí Dribit Nhấn nút Start, quan sát và vẽ lại dạng xung

CKI, CKQ cùng giản đồ thời gian ở trên

6 Đặt chuyển mạch Mode ở vị trí Tribit Nhấn nút Start, quan sát và vẽ lại dạng xung

CKI, CKQ, CKC cùng giản đồ thời gian ở trên

7 Thay đổi cấu hình công tắc đặt số liệu cho bộ ghi dịch (SW DIP-8), quan sát tín hiệu

NRZ tương ứng ở lối ra Data của bộ ghi dịch

2.4.1.2 Các sơ đồ tạo mã tài liệu

Bộ tạo mã Manchester:

1 Đặt các công tắc SW DIP-8 (Máy phát nhịp DATA SEQUENCE GENERATOR) ở

vị trí ứng với Bảng 2-8 (1 = ON, 0 = OFF).

Trang 28

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

5 Vẽ giản đồ xung cho các tín hiệu CK và tín hiệu MANCHESTER vào cùng giản

đồ thời gian ở trên

6 Thay đổi cấu hình công tắc đặt số liệu cho bộ ghi dịch (SW DIP-8), lặp lại các bướcthí nghiệm nêu trên

Bộ tạo mã 1-bit vi phân:

Bảng 2-9

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1Nối lối ra DATA của máy phát nhịp với lối vào DATA của bộ tạo mã ENCODING

5 Đặt chuyển mạch Mode ở vị trí Bit Nhấn nút Start, quan sát và vẽ lại dạng xung

DIFF DATA cùng giản đồ thời gian xung CK và NRZ ở trên

Trang 29

Bảng 2-10

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

5 Đặt chuyển mạch Mode ở vị trí Dibit Nhấn nút Start, quan sát và vẽ lại dạng xung I,

Q vào cùng giản đồ thời gian ở trên

Bộ tạo mã Dibit vi phân:

Bảng 2-11

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Trang 30

DIFF DATA cùng giản đồ thời gian ở trên

Bộ tạo mã Tribit:

Bảng 2-12

SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

DIFF DATA cùng giản đồ thời gian với xung CK và NRZ ở trên

2.4.1.3 Bộ hình thành sóng mang (carrier generator)

1 Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu ở các chốt thử của bộ hình thành sóng mang(CSRRIER GENERATOR)

- Tín hiệu vào 1200Hz, 2400Hz dạng vuông

3 Vẽ lại giản đồ thời gian cho bộ hình thành sóng mang

2.4.1.4 Bộ tái lập tín hiệu nhịp và giải mã tài liệu (DECODER & CLOCK RECOVERY)

Bộ giải mã Manchester

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	3,09 MB