Điều chế và giải điều chế FSK 1

12 

Full text

(1)

1 Đề tài: Điều chế số theo tần số tín hiệu FSK

(Frequency Shift Keying)

1.Điều chế: a) Khái niệm:

FSK ( Frequency Shift Keying ), có nghĩa là điều chế số theo tần số tín hiệu. Tín hiệu FSK có dạng sóng dao động với tần số khác nhau, mỗi bit được đặc trưng bởi tần số khác nhau này của tín hiệu.

FSK có thể xem như tín hiệu trực giao. Các sơ đồ tín hiệu chủ yếu đều sử dụng cho truyền số liệu số tốc độ thấp, lý do để dùng rộng rãi các Modem số liệu là tương đối dễ dàng tạo tín hiệu và dùng giải điều chế không kết hợp. Như tên gọi, tin tức số được truyền đi một cách đơn giản bằng cách dịch tần số sóng mang đi một lượng nhất định tương ứng với mức nhị phân 1 và 0.

b) Nguyên tắc điều chế FSK:

Giả sử có sóng mang:

x(t) = a.cos[ωct +φ(t)] = a.cos[θ(t)] với θ(t) =ωct+φ(t)

Ta giữ nguyên biênđộ, pha và chỉ thayđổi tần số:

(2)

2

Trong đó :

ωi là tần số tức thời

là sự thayđổi tần số với tần số sóng mang.

Ta gọi là điều tần khi

s(t) là tín hiệu sin là hệ số điều tần Suy ra: ∫ Suy ra: y(t)= a.cos[ ∫ Trong trường hợp điều chế số FSK thì s(t)={ Khi đó

y(t) = a.cos( = a.cos( Tần số ứng với một bit nào đó:

-Đối với bít “0” tần số sóng mang là , ta có -Đối với bít “1” tần sồ sóng mang là , ta có

(3)

3

Độ rộng băng tần khi điều chế FSK được tính là:

( ) ( ) ( )

Trong đó: là độ rộng băng tần. là độ rộng xung

Độ rộng băng tần khi điều chế FSK phụ thuộc vào độ dịch tần , tức là khoảng cách giữa hai tần số và và độ rộng bit số liệu

c) FSK- một dạng FM, chỉ số điều chế ( chỉ số biến điệu):

Trong kỹ thuật FSK người ta định nghĩa hệ số h:

| |

Ta có thể thấy hệ số h chính là chỉ số biến điệu (modulation index) mf trong kỹ thuật FM

cổ điển.

là độ di tần cực đại; là tần số tín hiệu điều chế Áp dụng vào trường hợp FSK: | |

Vậy:

(4)

4

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 tần sẽ nằm sát lại vói nhau nên băng thông của tín hiêu không những không tăng mà còn có thể giảm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao người ta thường chọn h<1.

d) Băng thông FSK:

Trong đó: br là tốc độ bit

là thời gian của một bit của tín hiệu truyền (dải nền).

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

Vậy tần số cơ bản lớn nhât của tín hiệu dải nền bằng ½ tốc độ truyền bit.

Tín hiệu FSK tức thời có thể viết:

̅̅̅

Trong đó đặc trưng cho tín hiệu hình vuông có tần số cơ bản biên độ 0 hoặc 1 tùy thuộc trạng thái dữ liệu điều chế.

(5)

5

Phổ tần của tín hiệu FSK

Người ta thường chọn băng thông FSK như sau:

( ) ( )

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 cảu hai tần số và như sau:

| | ⁄ e) Sơ đồ điều chế:

FSK- trường hợp riêng của FM. Tín hiệu FSK có dạng:

[(

) ] với - là tần số sóng mang trung tâm.

⁄ - là độ di tần, tỷ lệ với biên độ và cực tính tín hiệu nhị phân ngõ vào. Ví dụ bit 1 là +1V, bit 0 là -1V, tạo nên độ di tần tương ứng + ⁄ và ⁄ .

(6)

6

Tốc độ dịch tần sóng mang bằng tốc độ bit vào (bps).

(tần số ) ứng với logic 1 nhỏ hơn ( ) ứng với logic 0.

Tốc độ thay đổi tần số ra gọi là baud. Trong FSK tần số bit vào bằng tốc độ baud ra.

(7)

7

Phương pháp điều chế FSK.

Phương pháp điều chế FSK cho phép tạo tín hiệu FSK dạng sin với hai tần số: -Khi Data bit = 1, điều khiển khoá K ở vị trí nối sóng mang tần số với lối ra FSK. -Khi Data bit = 0, điều khiển khoá K ở vị trí nối sóng mang tần số với lối ra FSK.

(8)

8

=> Sơ đồ:

Điều chế FSK.

Ở sơ đồ điều chế FSK kiểu, sử dụng máy phát điều khiển bằng thế VCO (Voltage Control Oscillator). Ứng dụng trạng thái “0” hoặc “1” của tài liệu, VCO sẽ phát hai tần số và

tương ứng.

-Trên hình là sơ đồ điều chế sử dụng các bộ chia với các hệ số chia khác nhau: N và: M. Data bit sử dụng để điều khiển chọn hệ số chia. Ví dụ, khi Data bit = 1, bộ chia có hệ số chia N, tạo chuỗi xung ra có tần số ⁄ . còn khi Data bit = 0, bộ chia có hệ số chia M, tạo chuỗi xung ra có tần số ⁄ .

(9)

9

2. Giải điều chế:

Mạch phổ biến nhất của bộ giải điều chế các tín hiệu FSK là vòng khoá pha (PLL). Tín hiệu FSK ở lối vào của vòng khoá pha lấy hai giá trị tần số. Điện thế lệch một chiều ở lối ra của bộ so pha theo dõi những sự dịch chuyển tần số này và cho ta hai mức (mức cao và mức thấp) của tín hiệu lối vào FSK.

Tổng quát, bộ 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 đôngh 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 được biến đổi thành điệ 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.

Bộ giải điều chế PLL được kèm theo một mạch lọc thông thấp để lấy đi những thành phần còn dư của sóng mang và một mạch tạo lại dạng xung để khôi phục dạng xung chính xác nhất cho tín hiệu điều chế.

Giải điều chế FSK có thể thực hiện trên cơ sở hình 2. Tín hiệu FSK chứa hai thành phần tần số được giải điều chế bằng sơ đồ vòng giữ pha (PLL).

(10)

10

Sơ đồ chung của điều chế và giải điều chế FSK

FSK được dùng rộng rãi trong truyền số liệu. Trong FSK bit 1 được truyền

đi bởi tần số f

m và bit 0 bởi tần số fs ví dụ, trong hệ thống truyền sử dụng tiêu chuẩn

của hảng Bell bit 1 được truyền bởi tần số 1070 Hz (f

m) và bit 0 bởi tần số 1270

Hz(f

(11)

11

3. Ưu điểm, nhược điểm của điều chế, giải điều chế FSK: a) Ưu điểm:

- Dùng nhiều hơn hai tần số.

- Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấp hơn trên mạng điện thoại - Băng thông được dùng hiệu quả hơn.

- Ít lỗi hơn so với ASK.

- Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên sóng radio hoặc cáp đồng trục. - Mỗi phần tử tín hiệu được biểu diễn nhiều hơn 1 bít dữ liệu.

- Chủ yếu dùng trong modem truyền dữ liệu và trong truyền vô tuyến số.

- Đòi hỏi độ phức tạp của mạch ở mức trung bình. b) Nhược điểm:

- Truyền số liệu tốc độ thấp.

- Tin tức số liệu được truyền đi đơn giản bằng các dịch tần số song mang một lượng nhất định tương ứng với mức nhị phân 1 và 0

- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn ASK. - Hiệu quả phổ thấp.

- Khả năng đáp ứng tần số của môi trường là một mặt hạn chế lớn của FSK.

- Tần số tín hiệu tương đối cao, điều này một mặt dẫn đến khả năng gây nhiễu mạnh đối với bên ngoài, mặt khác hạn chế việc tăng tốc độ truyền.

(12)

12 Chọn hàm cơ sở: √ ( thỏa thủ tục gram – schmit ) Chọn i= 1, 2 √ √ Giản đồ sao: ∫ ∫ Trong đó là năng lượng ht

Với giản đồ sao như hình vẽ trên ta có thể đặt ra vấn đề sửa lỗi sau nếu điểm quan sát thỏa điều kiện x1 > x2 thì đầu phát phát bit 1. Nếu điểm quan sát thỏa x1 < x2 thì đầu phát phát

Figure

Updating...

References

Updating...

Related subjects :