Nguyên tắc giao tiếp - Hướng dẫn nhanh

Từ giao tiếp phát sinh từ từ tiếng Latinh “commūnicāre”, có nghĩa là “chia sẻ”. Giao tiếp là bước cơ bản để trao đổi thông tin.

Ví dụ, một em bé trong nôi, giao tiếp bằng tiếng khóc rằng em cần mẹ. Một con bò kêu to khi gặp nguy hiểm. Một người giao tiếp với sự trợ giúp của một ngôn ngữ. Giao tiếp là cầu nối để chia sẻ.

Communication có thể được định nghĩa là quá trình trao đổi thông tin thông qua các phương tiện như lời nói, hành động, dấu hiệu, v.v. giữa hai hoặc nhiều cá nhân.

Cần giao tiếp

Đối với bất kỳ sinh vật nào, khi cùng tồn tại, luôn có sự cần thiết của việc trao đổi một số thông tin. Bất cứ khi nào phát sinh nhu cầu trao đổi thông tin, cần có một số phương tiện giao tiếp. Trong khi các phương tiện giao tiếp, có thể là bất cứ thứ gì như cử chỉ, dấu hiệu, ký hiệu hoặc một ngôn ngữ, nhu cầu giao tiếp là tất yếu.

Ngôn ngữ và cử chỉ đóng một vai trò quan trọng trong giao tiếp của con người, trong khi âm thanh và hành động quan trọng đối với giao tiếp của động vật. Tuy nhiên, khi một thông điệp nào đó phải được truyền tải, thì một cuộc giao tiếp phải được thiết lập.

Các bộ phận của hệ thống thông tin liên lạc

Bất kỳ hệ thống nào cung cấp thông tin liên lạc, bao gồm ba phần quan trọng và cơ bản như thể hiện trong hình sau.

• Các Senderlà người gửi tin nhắn. Nó có thể là một trạm phát từ nơi tín hiệu được truyền đi.

• Các Channel là phương tiện mà thông điệp phát đi tín hiệu để đến đích.

• Các Receiverlà người nhận tin nhắn. Nó có thể là một trạm thu nơi nhận tín hiệu được truyền đi.

Tín hiệu là gì?

Truyền tải thông tin bằng một số phương tiện như cử chỉ, âm thanh, hành động, v.v., có thể được gọi là signaling. Do đó, một tín hiệu có thể làsource of energy which transmits some information. Tín hiệu này giúp thiết lập giao tiếp giữa người gửi và người nhận.

Xung điện hoặc sóng điện từ truyền đi một khoảng cách để truyền tải một thông điệp, có thể được gọi là signal trong các hệ thống thông tin liên lạc.

Tùy thuộc vào đặc tính của chúng, tín hiệu chủ yếu được phân thành hai loại: Analog và Digital. Tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số được phân loại thêm, như thể hiện trong hình sau.

Tín hiệu tương tự

Một tín hiệu thay đổi thời gian liên tục, biểu thị một số lượng thay đổi theo thời gian có thể được gọi là Analog Signal. Tín hiệu này liên tục thay đổi theo thời gian, theo các giá trị tức thời của đại lượng đại diện cho nó.

Thí dụ

Ta hãy xem xét, một vòi chảy đầy bể có dung tích 100 lít trong một giờ (6 giờ đến 7 giờ sáng). Phần làm đầy bể thay đổi theo thời gian khác nhau. Có nghĩa là, sau 15 phút (6:15 sáng), một phần tư của bể chứa đầy, trong khi lúc 6:45 sáng, 3/4 bể được lấp đầy.

Nếu bạn cố gắng vẽ biểu đồ các phần nước trong bể thay đổi theo thời gian thay đổi, nó sẽ giống như hình sau.

Do kết quả hiển thị trong hình ảnh này thay đổi (tăng) theo thời gian, điều này time varying quantitycó thể hiểu là đại lượng Analog. Tín hiệu đại diện cho điều kiện này bằng một đường nghiêng trong hình, làAnalog Signal. Giao tiếp dựa trên tín hiệu tương tự và các giá trị tương tự được gọi làAnalog Communication.

Tín hiệu kĩ thuật số

Một tín hiệu có bản chất rời rạc hoặc không liên tục ở dạng có thể được gọi là Digital signal. Tín hiệu này có các giá trị riêng lẻ, được ký hiệu riêng biệt, không dựa trên các giá trị trước đó, như thể chúng được phát sinh tại thời điểm cụ thể đó.

Thí dụ

Chúng ta hãy xem xét một lớp học có 20 học sinh. Nếu sự tham dự của họ trong một tuần được lập biểu đồ, nó sẽ giống như hình sau.

Trong hình này, các giá trị được nêu riêng. Ví dụ: số người tham dự lớp học vào thứ Tư là 20 trong khi vào thứ Bảy là 15. Những giá trị này có thể được xem xét riêng lẻ và riêng biệt hoặc riêng biệt, do đó chúng được gọi làdiscrete values.

Các chữ số nhị phân chỉ có 1 và 0 chủ yếu được gọi là digital values. Do đó, các tín hiệu đại diện cho 1 và 0 cũng được gọi làdigital signals. Giao tiếp dựa trên tín hiệu kỹ thuật số và giá trị kỹ thuật số được gọi làDigital Communication.

Tín hiệu định kỳ

Bất kỳ tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số nào, lặp lại mẫu của nó trong một khoảng thời gian, được gọi là Periodic Signal. Tín hiệu này có mô hình lặp đi lặp lại và dễ được giả định hoặc tính toán.

Thí dụ

Nếu chúng ta xem xét một máy móc trong một ngành công nghiệp, quá trình diễn ra lần lượt là một quy trình lặp lại và liên tục. Ví dụ, thu mua và phân loại nguyên liệu thô, xử lý nguyên liệu theo lô, đóng gói từng sản phẩm một, v.v., lặp đi lặp lại một quy trình nhất định.

Quá trình như vậy dù được coi là tương tự hay kỹ thuật số, đều có thể được biểu diễn bằng đồ thị như sau.

Tín hiệu theo chu kỳ

Bất kỳ tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số nào, không lặp lại kiểu của nó trong một khoảng thời gian, được gọi là Aperiodic Signal. Tín hiệu này có mô hình tiếp tục nhưng mô hình không lặp lại và không dễ được giả định hoặc tính toán.

Thí dụ

Công việc hàng ngày của một người, nếu được xem xét, bao gồm nhiều loại công việc có khoảng thời gian khác nhau cho các công việc khác nhau. Khoảng thời gian hoặc công việc không liên tục lặp lại. Ví dụ, một người sẽ không đánh răng liên tục từ sáng đến tối mà cũng không đánh răng trong cùng một khoảng thời gian.

Quá trình như vậy dù được coi là tương tự hay kỹ thuật số, đều có thể được biểu diễn bằng đồ thị như sau.

Nói chung, các tín hiệu được sử dụng trong các hệ thống truyền thông có bản chất tương tự, được truyền dưới dạng tương tự hoặc chuyển đổi sang kỹ thuật số và sau đó được truyền đi, tùy theo yêu cầu.

Nhưng để một tín hiệu được truyền đi một khoảng cách xa mà không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ sự can thiệp bên ngoài hoặc nhiễu bổ sung nào và không bị mờ đi, nó phải trải qua một quá trình được gọi là Modulation, sẽ được thảo luận trong chương tiếp theo.

Tín hiệu có thể là bất kỳ thứ gì giống như sóng âm thanh phát ra khi bạn hét lên. Tiếng hét này chỉ có thể được nghe thấy trong một khoảng cách nhất định. Nhưng để cùng một làn sóng truyền đi một khoảng cách xa, bạn sẽ cần một kỹ thuật bổ sung độ mạnh cho tín hiệu này mà không làm ảnh hưởng đến các thông số của tín hiệu gốc.

Điều chế tín hiệu là gì?

Một tín hiệu mang bản tin phải được truyền đi trên một khoảng cách xa và để thiết lập một liên lạc đáng tin cậy, nó cần phải có sự trợ giúp của tín hiệu tần số cao không được ảnh hưởng đến các đặc tính ban đầu của tín hiệu bản tin.

Các đặc tính của tín hiệu thông điệp, nếu thay đổi, thông điệp chứa trong nó cũng thay đổi theo. Do đó cần phải quan tâm đến tín hiệu tin nhắn. Tín hiệu tần số cao có thể truyền đi một khoảng cách xa hơn mà không bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài. Chúng tôi sử dụng sự trợ giúp của tín hiệu tần số cao được gọi làcarrier signalđể truyền tín hiệu thông điệp của chúng tôi. Một quá trình như vậy được gọi đơn giản là Điều chế.

Modulation là quá trình thay đổi các tham số của tín hiệu sóng mang, phù hợp với các giá trị tức thời của tín hiệu điều chế.

Cần điều chế

Các tín hiệu băng tần cơ sở không tương thích để truyền trực tiếp. Đối với một tín hiệu như vậy, để đi được khoảng cách xa hơn, cường độ của nó phải được tăng lên bằng cách điều chế với sóng mang tần số cao, điều này không ảnh hưởng đến các tham số của tín hiệu điều chế.

Ưu điểm của điều chế

Ăng ten được sử dụng để truyền dẫn, phải rất lớn, nếu không có điều chế. Phạm vi liên lạc bị hạn chế vì sóng không thể truyền đi xa mà không bị méo.

Sau đây là một số ưu điểm khi thực hiện điều chế trong hệ thống truyền thông.

• Kích thước ăng-ten bị giảm.
• Không xảy ra hiện tượng trộn tín hiệu.
• Phạm vi giao tiếp tăng lên.
• Quá trình ghép tín hiệu xảy ra.
• Các điều chỉnh trong băng thông được cho phép.
• Chất lượng lễ tân được cải thiện.

Tín hiệu trong quá trình điều chế

Sau đây là ba loại tín hiệu trong quá trình điều chế.

Tin nhắn hoặc tín hiệu điều chế

Tín hiệu chứa một thông điệp được truyền đi, được gọi là message signal. Nó là một tín hiệu băng tần cơ sở, phải trải qua quá trình điều chế, để được truyền đi. Do đó, nó còn được gọi làmodulating signal.

Tín hiệu nhà cung cấp dịch vụ

Tín hiệu tần số cao có pha, tần số và biên độ nhất định nhưng không chứa thông tin, được gọi là carrier signal. Đó là một tín hiệu trống rỗng. Nó chỉ được sử dụng để mang tín hiệu đến máy thu sau khi điều chế.

Tín hiệu điều chế

Tín hiệu kết quả sau quá trình điều chế, được gọi là modulated signal. Tín hiệu này là sự kết hợp của tín hiệu điều chế và tín hiệu sóng mang.

Các loại điều chế

Có nhiều kiểu điều chế. Tùy thuộc vào các kỹ thuật điều chế được sử dụng, chúng được phân loại như thể hiện trong hình sau.

Các loại điều chế được phân loại rộng rãi thành điều chế sóng liên tục và điều chế xung.

Điều chế sóng liên tục

Trong điều chế sóng liên tục, sóng sin tần số cao được sử dụng làm sóng mang. Điều này được chia thành điều chế biên độ và góc.

• Nếu biên độ của sóng mang tần số cao thay đổi theo biên độ tức thời của tín hiệu điều chế, thì kỹ thuật như vậy được gọi là Amplitude Modulation.

• Nếu góc của sóng mang thay đổi, phù hợp với giá trị tức thời của tín hiệu điều chế, thì kỹ thuật như vậy được gọi là Angle Modulation.

  Điều chế góc được chia thành điều chế tần số và pha.

  • Nếu tần số của sóng mang thay đổi, phù hợp với giá trị tức thời của tín hiệu điều chế, thì kỹ thuật như vậy được gọi là Frequency Modulation.

  • Nếu pha của sóng mang tần số cao thay đổi theo giá trị tức thời của tín hiệu điều chế, thì kỹ thuật như vậy được gọi là Phase Modulation.

Điều chế xung

Trong điều chế xung, một chuỗi tuần hoàn gồm các xung hình chữ nhật, được sử dụng làm sóng mang. Điều này được chia thành điều chế tương tự và kỹ thuật số.

Trong analog modulation kỹ thuật, nếu biên độ, thời lượng hoặc vị trí của xung thay đổi theo các giá trị tức thời của tín hiệu điều chế dải cơ sở, thì kỹ thuật như vậy được gọi là Pulse Amplitude Modulation (PAM) hoặc là Pulse Duration/Width Modulation (PDM/PWM), hoặc là Pulse Position Modulation (PPM).

Trong digital modulation, kỹ thuật điều chế được sử dụng là Pulse Code Modulation (PCM)trong đó tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành dạng số 1s và 0s. Vì kết quả là một chuỗi xung được mã hóa, nó được gọi là PCM. Điều này được phát triển thêm nhưDelta Modulation (DM), sẽ được thảo luận trong các chương tiếp theo. Do đó, PCM là một kỹ thuật mà tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành dạng kỹ thuật số.

Trong bất kỳ hệ thống thông tin liên lạc nào, trong quá trình truyền tín hiệu hoặc trong khi nhận tín hiệu, một số tín hiệu không mong muốn được đưa vào liên lạc, gây khó chịu cho người nhận, nghi ngờ chất lượng của liên lạc. Sự xáo trộn như vậy được gọi làNoise.

Tiếng ồn là gì?

Tiếng ồn là một unwanted signallàm nhiễu tín hiệu bản tin gốc và làm hỏng các tham số của tín hiệu bản tin. Sự thay đổi này trong quá trình giao tiếp, dẫn đến thông điệp bị thay đổi. Nó có nhiều khả năng được nhập tại kênh hoặc đầu thu.

Tín hiệu nhiễu có thể được hiểu bằng cách xem ví dụ sau.

Do đó, người ta hiểu rằng nhiễu là một số tín hiệu không có mẫu và không có tần số hoặc biên độ không đổi. Nó khá ngẫu nhiên và không thể đoán trước. Các biện pháp thường được thực hiện để giảm nó, mặc dù nó không thể được loại bỏ hoàn toàn.

Hầu hết các ví dụ phổ biến của tiếng ồn là -

• Hiss âm thanh trong máy thu thanh

• Buzz âm thanh giữa các cuộc trò chuyện điện thoại

• Flicker trong máy thu hình, v.v.

Ảnh hưởng của tiếng ồn

Tiếng ồn là một tính năng bất tiện ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Sau đây là những ảnh hưởng của tiếng ồn.

Tiếng ồn giới hạn phạm vi hoạt động của hệ thống

Tiếng ồn gián tiếp đặt giới hạn cho tín hiệu yếu nhất có thể được khuếch đại bởi bộ khuếch đại. Bộ dao động trong mạch trộn có thể giới hạn tần số của nó vì nhiễu. Hoạt động của một hệ thống phụ thuộc vào hoạt động của các mạch của nó. Tiếng ồn giới hạn tín hiệu nhỏ nhất mà bộ thu có thể xử lý.

Nhiễu ảnh hưởng đến độ nhạy của máy thu

Độ nhạy là lượng tín hiệu đầu vào tối thiểu cần thiết để có được đầu ra chất lượng xác định. Nhiễu ảnh hưởng đến độ nhạy của hệ thống thu, cuối cùng ảnh hưởng đến đầu ra.

Các loại tiếng ồn

Việc phân loại nhiễu được thực hiện tùy thuộc vào loại nguồn phát, hiệu ứng mà nó thể hiện hoặc mối quan hệ của nó với máy thu, v.v.

Có hai cách chính để tạo ra tiếng ồn. Một là thông qua một sốexternal source trong khi cái kia được tạo ra bởi một internal source, trong phần người nhận.

Nguồn bên ngoài

Tiếng ồn này được tạo ra bởi các nguồn bên ngoài, thông thường có thể xảy ra trong phương tiện hoặc kênh liên lạc. Tiếng ồn này không thể được loại bỏ hoàn toàn. Cách tốt nhất là tránh để nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu.

Ví dụ

Hầu hết các ví dụ phổ biến của loại tiếng ồn này là -

• Tiếng ồn khí quyển (do sự bất thường trong khí quyển).

• Tiếng ồn ngoài trái đất, chẳng hạn như tiếng ồn mặt trời và tiếng ồn vũ trụ.

• Tiếng ồn công nghiệp.

Nguồn nội bộ

Tiếng ồn này được tạo ra bởi các thành phần máy thu khi hoạt động. Các thành phần trong mạch, do hoạt động liên tục, có thể tạo ra một số loại nhiễu. Tiếng ồn này có thể định lượng được. Thiết kế bộ thu thích hợp có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu bên trong này.

Ví dụ

Hầu hết các ví dụ phổ biến của loại tiếng ồn này là -

• Tiếng ồn kích động nhiệt (Tiếng ồn Johnson hoặc Tiếng ồn điện).

• Nhiễu bắn (do chuyển động ngẫu nhiên của các electron và lỗ trống).

• Tiếng ồn thời gian chuyển tuyến (trong quá trình chuyển đổi).

• Tiếng ồn khác là một loại tiếng ồn khác bao gồm nhấp nháy, hiệu ứng điện trở và tiếng ồn do bộ trộn tạo ra, v.v.

Tỷ lệ tín hiệu trên tiếng ồn

Signal-to-Noise Ratio (SNR) là ratio of the signal power to the noise power. Giá trị của SNR càng cao thì chất lượng của đầu ra nhận được càng lớn.

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tại các điểm khác nhau có thể được tính bằng cách sử dụng các công thức sau:

$$ Input \: SNR = (SNR) _I = \ frac {Average \: power \: of \: modulation \: signal} {Average \: power \: of \: noise \: at \: input} $$

$$ Đầu ra \: SNR = (SNR) _O = \ frac {Trung bình \: power \: of \: demodulated \: signal} {Average \: power \: of \: noise \: at \: output} $$

Hình bằng khen

Tỷ lệ của output SNR to the input SNR có thể được gọi là Figure of merit (F). Nó được ký hiệu làF. Nó mô tả hiệu suất của một thiết bị.

$$ F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _I} $$

Hình công của một máy thu là -

$$ F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _C} $$

Nó là như vậy bởi vì đối với một máy thu, kênh là đầu vào.

Để phân tích một tín hiệu, nó phải được biểu diễn. Biểu diễn này trong hệ thống truyền thông có hai loại:

• Biểu diễn miền tần số và
• Biểu diễn miền thời gian.

Xét hai tín hiệu có tần số 1 kHz và 2 kHz. Cả hai đều được biểu diễn trong miền thời gian và tần số như trong hình sau.

Phân tích miền thời gian, đưa ra hành vi tín hiệu trong một khoảng thời gian nhất định. Trong miền tần số, tín hiệu được phân tích như một hàm toán học đối với tần số.

Biểu diễn miền tần số là cần thiết để xử lý tín hiệu như lọc, khuếch đại và trộn.

Ví dụ, nếu một tín hiệu như sau được xem xét, người ta hiểu rằng có tiếng ồn trong đó.

Tần số của tín hiệu ban đầu có thể là 1 kHz, nhưng tiếng ồn của tần số nhất định, làm hỏng tín hiệu này là không xác định. Tuy nhiên, khi cùng một tín hiệu được biểu diễn trong miền tần số, sử dụng máy phân tích phổ, nó được biểu diễn như trong hình sau.

Ở đây, chúng ta có thể quan sát thấy một số hài, đại diện cho tiếng ồn được đưa vào tín hiệu ban đầu. Do đó, biểu diễn tín hiệu giúp phân tích các tín hiệu.

Phân tích miền tần số giúp tạo ra các mẫu sóng mong muốn. Ví dụ, các mẫu bit nhị phân trong máy tính, các mẫu Lissajous trong CRO, v.v. Phân tích miền thời gian giúp hiểu các mẫu bit như vậy.

Trong số các loại kỹ thuật điều chế, phân loại chính là Điều chế sóng liên tục và Điều chế xung. Các kỹ thuật điều chế sóng liên tục được chia thànhAmplitude Modulation và Angle Modulation.

Một sóng liên tục diễn ra liên tục không có khoảng thời gian nào và đó là tín hiệu bản tin băng tần cơ sở, chứa thông tin. Sóng này phải được điều chế.

Theo định nghĩa tiêu chuẩn, "Biên độ của tín hiệu sóng mang thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế." Có nghĩa là, biên độ của tín hiệu sóng mang không chứa thông tin thay đổi tùy theo biên độ của tín hiệu, tại mỗi thời điểm, có chứa thông tin. Điều này có thể được giải thích bởi các số liệu sau đây.

Sóng điều biến được hiển thị đầu tiên là tín hiệu bản tin. Sóng tiếp theo là sóng mang, chỉ là tín hiệu tần số cao và không chứa thông tin. Trong khi sóng cuối cùng là sóng điều biến kết quả.

Có thể quan sát thấy rằng các đỉnh âm và dương của sóng mang được nối với nhau bằng một đường tưởng tượng. Đường này giúp tạo lại hình dạng chính xác của tín hiệu điều chế. Đường tưởng tượng này trên sóng mang được gọi làEnvelope. Nó cũng giống như tín hiệu tin nhắn.

Biểu thức toán học

Sau đây là biểu thức toán học cho các sóng này.

Biểu diễn miền thời gian của Sóng

Hãy để tín hiệu điều chế là -

$$ m (t) = A_mcos (2 \ pi f_mt) $$

Hãy để tín hiệu sóng mang là -

$$ c (t) = A_ccos (2 \ pi f_ct) $$

Ở đâu A_m = biên độ tối đa của tín hiệu điều chế

A_c = biên độ tối đa của tín hiệu sóng mang

Dạng chuẩn của sóng điều chế biên độ được định nghĩa là:

$$ S (t) = A_c [1 + K_am (t)] cos (2 \ pi f_ct) $$

$$ S (t) = A_c [1+ \ mu cos (2 \ pi f_mt)] cos (2 \ pi f_ct) $$

$$ Ở đâu, \ mu = K_aA_m $$

Chỉ số điều chế

Một sóng mang, sau khi được điều chế, nếu mức điều chế được tính toán, thì nỗ lực đó được gọi là Modulation Index hoặc là Modulation Depth. Nó cho biết mức độ điều chế mà sóng mang trải qua.

Các giá trị cực đại và cực tiểu của đường bao của sóng điều chế được biểu diễn lần lượt bằng A _max và A _min .

Hãy để chúng tôi cố gắng phát triển một phương trình cho Chỉ số điều chế.

$$ A_ {max} = A_c (1+ \ mu) $$

Kể từ đó, tại A _max giá trị của cos θ là 1

$$ A_ {min} = A_c (1- \ mu) $$

Vì tại A _min , giá trị của cos θ là -1

$$ \ frac {A_ {max}} {A_ {min}} = \ frac {1+ \ mu} {1- \ mu} $$

$$ A_ {max} - \ mu A_ {max} = A_ {min} + \ mu A_ {min} $$

$$ - \ mu (A_ {max} + A_ {min}) = A_ {min} -A_ {max} $$

$$ \ mu = \ frac {A_ {max} -A_ {min}} {A_ {max} + A_ {min}} $$

Do đó, phương trình cho Chỉ số điều chế thu được. µbiểu thị chỉ số điều chế hoặc độ sâu điều chế. Điều này thường được biểu thị bằng phần trăm được gọi làPercentage Modulation. Nó là mức độ điều chế được biểu thị bằng phần trăm và được biểu thị bằngm.

Đối với một điều chế hoàn hảo, giá trị của chỉ số điều chế phải là 1, có nghĩa là độ sâu điều chế phải là 100%.

Ví dụ, nếu giá trị này nhỏ hơn 1, tức là, chỉ số điều chế là 0,5, thì đầu ra được điều chế sẽ giống như hình sau. Nó được gọi là Điều chế dưới. Một làn sóng như vậy được gọi làunder-modulated wave.

Nếu giá trị của chỉ số điều chế lớn hơn 1, tức là 1,5 hoặc hơn, thì sóng sẽ là over-modulated wave. Nó sẽ giống như hình sau.

Khi giá trị của chỉ số điều chế tăng lên, sóng mang bị đảo pha 180 °, gây ra các dải biên bổ sung và do đó, sóng bị méo. Sóng điều chế quá mức như vậy gây ra nhiễu, không thể loại bỏ được.

Băng thông của điều chế biên độ

Băng thông là sự khác biệt giữa tần số thấp nhất và cao nhất của tín hiệu.

Đối với sóng điều chế biên độ, băng thông được cho bởi

$$ BW = f_ {USB} -f_ {LSB} $$

$$ (f_c + f_m) - (f_c-f_m) $$

$$ = 2f_m = 2W $$

Ở đâu W là băng thông tin nhắn

Do đó chúng ta biết rằng băng thông cần thiết cho sóng điều chế biên độ gấp đôi tần số của tín hiệu điều chế.

Trong quá trình Điều chế biên độ hoặc Điều chế pha, sóng điều chế bao gồm sóng mang và hai dải biên. Tín hiệu điều chế có thông tin trong toàn băng tần ngoại trừ ở tần số sóng mang.

Dải biên

A Sidebandlà một dải tần số, chứa công suất, là tần số thấp hơn và cao hơn của tần số sóng mang. Cả hai dải bên đều chứa thông tin giống nhau. Biểu diễn của sóng điều biến biên độ trong miền tần số như hình dưới đây.

Cả hai dải bên trong hình ảnh đều chứa thông tin giống nhau. Việc truyền tín hiệu như vậy có chứa sóng mang cùng với hai dải biên, có thể được gọi làDouble Sideband Full Carrier hệ thống, hoặc đơn giản DSB-FC. Nó được vẽ như trong hình sau.

Tuy nhiên, việc truyền tải như vậy là không hiệu quả. Hai phần ba năng lượng đang bị lãng phí trong tàu sân bay, không mang theo thông tin.

Nếu sóng mang này bị triệt tiêu và công suất tiết kiệm được phân phối đến hai dải biên, quá trình như vậy được gọi là Double Sideband Suppressed Carrier hệ thống, hoặc đơn giản DSBSC. Nó được vẽ như trong hình sau.

Bây giờ, chúng tôi có một ý tưởng rằng, vì hai dải biên mang cùng một thông tin hai lần, tại sao chúng ta không thể ngăn chặn một dải biên. Có, điều này là có thể.

Quá trình triệt tiêu một trong các dải biên, cùng với sóng mang và truyền một dải biên duy nhất được gọi là Single Sideband Suppressed Carrier hệ thống, hoặc đơn giản SSB-SC hoặc là SSB. Nó được vẽ như trong hình sau.

Hệ thống SSB-SC hoặc SSB này, truyền một dải bên duy nhất có công suất cao, vì công suất được phân bổ cho cả sóng mang và dải bên kia được sử dụng để truyền Single Sideband (SSB).

Do đó, điều chế được thực hiện bằng kỹ thuật SSB này được gọi là SSB Modulation.

Điều chế dải bên - Ưu điểm

Ưu điểm của điều chế SSB là -

• Băng thông hoặc không gian phổ chiếm ít hơn tín hiệu AM và DSB.

• Cho phép truyền nhiều tín hiệu hơn.

• Nguồn được tiết kiệm.

• Có thể truyền tín hiệu công suất cao.

• Ít tiếng ồn hơn.

• Hiện tượng mờ tín hiệu ít xảy ra hơn.

Điều chế dải bên - Nhược điểm

Nhược điểm của điều chế SSB là -

• Việc tạo và phát hiện tín hiệu SSB là một quá trình phức tạp.

• Chất lượng tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng trừ khi bộ phát và bộ thu SSB có độ ổn định tần số tuyệt vời.

Điều chế dải bên - Ứng dụng

Các ứng dụng của điều chế SSB là:

• Đối với yêu cầu tiết kiệm điện và yêu cầu băng thông thấp.

• Trong thông tin liên lạc di động trên bộ, hàng không và hàng hải.

• Trong giao tiếp điểm-điểm.

• Trong thông tin liên lạc vô tuyến.

• Trong thông tin liên lạc truyền hình, đo từ xa và radar.

• Trong thông tin liên lạc quân sự, chẳng hạn như đài nghiệp dư, v.v.

Trong trường hợp điều chế SSB, khi một dải biên đi qua các bộ lọc, bộ lọc thông dải có thể không hoạt động hoàn hảo trong thực tế. Do đó, một số thông tin có thể bị mất.

Do đó, để tránh tổn thất này, một kỹ thuật được lựa chọn, đó là sự thỏa hiệp giữa DSB-SC và SSB, được gọi là Vestigial Sideband (VSB)kỹ thuật. Từ di tích có nghĩa là "một bộ phận" mà từ đó tên được bắt nguồn.

Vestigial Sideband

Cả hai dải biên đều không cần thiết cho quá trình truyền tải, vì nó rất lãng phí. Nhưng một băng tần nếu truyền đi sẽ dẫn đến mất thông tin. Do đó, kỹ thuật này đã phát triển.

Vestigial Sideband Modulation hoặc là VSB Modulation là quá trình mà một phần của tín hiệu được gọi là vestigeđược điều chế, cùng với một dải biên. Một tín hiệu VSB có thể được vẽ như trong hình sau.

Cùng với dải biên trên, một phần của dải biên dưới cũng được truyền trong kỹ thuật này. Một dải bảo vệ có chiều rộng rất nhỏ được đặt ở hai bên của VSB để tránh nhiễu. Điều chế VSB chủ yếu được sử dụng trong truyền dẫn truyền hình.

Băng thông truyền dẫn

Băng thông truyền của sóng điều chế VSB được biểu diễn là:

$$ B = (f_ {m} + f_ {v}) Hz $$

Ở đâu,

f_m = Băng thông tin nhắn

f_v = Chiều rộng của dải biên tiền đình

Điều chế VSB - Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm của VSB -

• Hiệu quả cao.

• Giảm băng thông.

• Thiết kế bộ lọc dễ dàng vì không cần độ chính xác cao.

• Việc truyền các thành phần tần số thấp có thể thực hiện được mà không gặp khó khăn gì.

• Sở hữu đặc tính pha tốt.

Điều chế VSB - Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của VSB -

• Băng thông khi so sánh với SSB lớn hơn.

• Giải điều chế rất phức tạp.

Điều chế VSB - Ứng dụng

Ứng dụng tiêu chuẩn và nổi bật nhất của VSB là để truyền tải television signals. Ngoài ra, đây là kỹ thuật thuận tiện và hiệu quả nhất khi xem xét việc sử dụng băng thông.

Loại điều chế khác trong điều chế sóng liên tục là Angle Modulation. Điều chế góc là quá trình trong đó tần số hoặc pha của sóng mang thay đổi theo tín hiệu bản tin. Điều này được chia thành điều chế tần số và pha.

• Điều chế tần số là quá trình thay đổi tuyến tính tần số của tín hiệu sóng mang với tín hiệu bản tin.

• Điều chế pha là quá trình thay đổi tuyến tính pha của tín hiệu sóng mang với tín hiệu bản tin.

Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết hơn về những chủ đề này.

Điều chế tần số

Trong điều chế biên độ, biên độ của hạt tải điện thay đổi. Nhưng trong Điều chế tần số (FM), tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế.

Biên độ và pha của tín hiệu sóng mang không đổi trong khi tần số của sóng mang thay đổi. Điều này có thể được hiểu rõ hơn bằng cách quan sát các hình sau.

Tần số của sóng điều chế không đổi như tần số sóng mang khi tín hiệu bản tin bằng không. Tần số tăng khi tín hiệu tin nhắn đạt đến biên độ cực đại.

Có nghĩa là, với sự gia tăng biên độ của tín hiệu điều chế hoặc bản tin, tần số sóng mang sẽ tăng lên. Tương tự như vậy, với sự giảm biên độ của tín hiệu điều chế, tần số cũng giảm theo.

Biểu diễn toán học

Hãy để tần số sóng mang là f_c

Tần số ở biên độ cực đại của tín hiệu tin nhắn = f_c + Δf

Tần số ở biên độ nhỏ nhất của tín hiệu tin nhắn = f_c - Δf

Sự khác biệt giữa tần số điều chế FM và tần số bình thường được gọi là Frequency Deviation và được ký hiệu bởi Δf.

Độ lệch tần số của tín hiệu sóng mang từ cao xuống thấp hoặc thấp đến cao có thể được gọi là Carrier Swing.

Carrier Swing = 2 × độ lệch tần số

= 2 × Δf

Phương trình cho SÓNG FM

Phương trình của sóng FM là -

$$ s (t) = A_ccos [W_ct + 2 \ pi k_fm (t)] $$

Ở đâu,

A_c = biên độ của sóng mang

w_c = tần số góc của sóng mang = 2πf_c

m(t) = tín hiệu tin nhắn

FM có thể được chia thành Narrowband FM và Wideband FM.

FM băng thông hẹp

Các tính năng của FM băng thông hẹp như sau:

• Điều chế tần số này có băng thông nhỏ.

• Chỉ số điều chế là nhỏ.

• Phổ của nó bao gồm sóng mang, USB và LSB.

• Điều này được sử dụng trong thông tin liên lạc di động như không dây của cảnh sát, xe cứu thương, taxi, v.v.

FM băng rộng

Các tính năng của Wideband FM như sau:

• Điều chế tần số này có băng thông vô hạn.

• Chỉ số điều chế lớn, tức là cao hơn 1.

• Quang phổ của nó bao gồm một sóng mang và vô số dải biên nằm xung quanh nó.

• Điều này được sử dụng trong các ứng dụng phát sóng giải trí như đài FM, TV, v.v.

Điều chế pha

Trong điều chế tần số, tần số của sóng mang thay đổi. Nhưng trongPhase Modulation (PM), pha của tín hiệu sóng mang thay đổi theo biên độ tức thời của tín hiệu điều chế.

Biên độ và tần số của tín hiệu sóng mang không đổi trong khi pha của sóng mang thay đổi. Điều này có thể được hiểu rõ hơn bằng cách quan sát các hình sau.

Pha của sóng điều biến có những điểm vô hạn tại đó sự dịch pha của sóng có thể diễn ra. Biên độ tức thời của tín hiệu điều biến, thay đổi pha của sóng mang. Khi biên độ dương thì pha thay đổi theo một hướng và nếu biên độ âm thì pha thay đổi theo hướng ngược lại.

Mối quan hệ giữa PM và FM

Sự thay đổi trong pha, thay đổi tần số của sóng điều chế. Tần số của sóng cũng làm thay đổi pha của sóng. Mặc dù họ có liên quan với nhau, nhưng mối quan hệ của họ không phải là tuyến tính. Điều chế pha là một phương pháp gián tiếp sản xuất FM. Lượng dịch tần do bộ điều biến pha tạo ra sẽ tăng theo tần số điều biến. Một bộ cân bằng âm thanh được sử dụng để bù đắp điều này.

Phương trình cho sóng PM

Phương trình của sóng PM là -

$$ s (t) = A_ccos [W_ct + k_pm (t)] $$

Ở đâu,

A_c = biên độ của sóng mang

w_c = tần số góc của sóng mang = 2πf_c

m(t) = tín hiệu tin nhắn

Điều chế pha được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động, trong khi điều chế tần số được sử dụng chủ yếu để phát sóng FM.

Multiplexing là quá trình kết hợp nhiều tín hiệu thành một tín hiệu, trên một phương tiện dùng chung.

• Quá trình này được gọi là analog multiplexing nếu các tín hiệu này có bản chất tương tự.

• Nếu tín hiệu kỹ thuật số được ghép kênh, nó được gọi là digital multiplexing.

Ghép kênh lần đầu tiên được phát triển trong điện thoại. Một số tín hiệu đã được kết hợp để gửi qua một sợi cáp. Quá trình ghép kênh chia một kênh truyền thông thành một số kênh logic, phân bổ mỗi kênh cho một tín hiệu bản tin khác nhau hoặc một luồng dữ liệu sẽ được chuyển. Thiết bị ghép kênh, có thể được gọi làMUX.

Quá trình ngược lại, tức là, trích xuất số kênh từ một, được thực hiện ở bộ thu được gọi là demultiplexing. Thiết bị phân kênh được gọi làDEMUX.

Các hình sau minh họa khái niệm MUX và DEMUX. Công dụng chính của chúng là trong lĩnh vực truyền thông.

Các loại bộ ghép kênh

Chủ yếu có hai loại bộ ghép kênh, đó là tương tự và kỹ thuật số. Chúng được chia thành FDM, WDM và TDM. Hình sau đây cho ta một ý tưởng chi tiết về cách phân loại này.

Có nhiều loại kỹ thuật ghép kênh. Trong số chúng, chúng tôi có các loại chính với phân loại chung, được đề cập trong hình trên. Hãy để chúng tôi xem xét từng cá nhân.

Ghép kênh tương tự

Các kỹ thuật ghép kênh tương tự liên quan đến các tín hiệu có bản chất tương tự. Các tín hiệu tương tự được ghép theo tần số (FDM) hoặc bước sóng (WDM) của chúng.

Ghép kênh tần số

Trong ghép kênh tương tự, kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất là Frequency Division Multiplexing (FDM). Kỹ thuật này sử dụng các tần số khác nhau để kết hợp các luồng dữ liệu, để gửi chúng trên một phương tiện truyền thông, dưới dạng một tín hiệu duy nhất.

Example - Một máy phát truyền hình truyền thống, truyền một số kênh qua một sợi cáp duy nhất sử dụng FDM.

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) là một kỹ thuật tương tự, trong đó nhiều luồng dữ liệu có bước sóng khác nhau được truyền trong quang phổ ánh sáng. Nếu bước sóng tăng thì tần số của tín hiệu giảm. Một lăng kính có thể biến các bước sóng khác nhau thành một đường thẳng, có thể được sử dụng ở đầu ra của MUX và đầu vào của DEMUX.

Example - Truyền thông cáp quang sử dụng kỹ thuật WDM, để hợp nhất các bước sóng khác nhau thành một ánh sáng duy nhất để truyền thông.

Ghép kênh kỹ thuật số

Thuật ngữ kỹ thuật số đại diện cho các bit thông tin rời rạc. Do đó, dữ liệu có sẵn ở dạng khung hoặc gói, chúng rời rạc.

Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)

Trong TDM, khung thời gian được chia thành các khe. Kỹ thuật này được sử dụng để truyền tín hiệu qua một kênh truyền thông đơn lẻ, bằng cách phân bổ một vị trí cho mỗi bản tin.

Trong tất cả các loại TDM, loại chính là TDM đồng bộ và không đồng bộ.

TDM đồng bộ

Trong TDM đồng bộ, đầu vào được kết nối với một khung. Nếu có 'n' số kết nối, thì khung được chia thành 'n' khe thời gian. Một vị trí được phân bổ cho mỗi dòng đầu vào.

Trong kỹ thuật này, tốc độ lấy mẫu là chung cho tất cả các tín hiệu và do đó cùng một đầu vào xung nhịp được đưa ra. MUX phân bổsame slot cho mỗi thiết bị mọi lúc.

TDM không đồng bộ

Trong TDM không đồng bộ, tốc độ lấy mẫu khác nhau đối với từng tín hiệu và không cần đồng hồ chung. Nếu thiết bị được phân bổ, trong một khe thời gian không truyền tải gì và không hoạt động, thì khe đó sẽallotted to another thiết bị, không giống như đồng bộ.

Loại TDM này được sử dụng trong các mạng chế độ truyền không đồng bộ.

Bộ phân kênh

Bộ phân kênh được sử dụng để kết nối một nguồn với nhiều điểm đến. Quá trình này là mặt trái của ghép kênh. Như đã đề cập trước đây, nó được sử dụng chủ yếu ở các đầu thu. DEMUX có nhiều ứng dụng. Nó được sử dụng trong máy thu trong hệ thống thông tin liên lạc. Nó được sử dụng trong đơn vị số học và logic trong máy tính để cung cấp năng lượng và truyền thông tin liên lạc, v.v.

Bộ phân kênh được sử dụng như bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song. Dữ liệu nối tiếp được cung cấp làm đầu vào cho DEMUX theo khoảng thời gian đều đặn và một bộ đếm được gắn vào nó để điều khiển đầu ra của bộ phân kênh.

Cả bộ ghép kênh và bộ phân kênh đều đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống truyền thông, ở cả phần phát và phần thu.

Ghép kênh phân chia tần số được sử dụng trong máy thu thanh và truyền hình. Việc sử dụng chính của FM là để liên lạc vô tuyến. Hãy cùng chúng tôi xem qua cấu tạo của máy phát FM và máy thu FM cùng với sơ đồ khối và cách làm việc của chúng.

Máy phát FM

Máy phát FM là toàn bộ thiết bị lấy tín hiệu âm thanh làm đầu vào và đưa sóng điều chế FM đến ăng-ten làm đầu ra để truyền. Máy phát FM gồm 6 giai đoạn chính. Chúng được minh họa trong hình sau.

Hoạt động của máy phát FM có thể được giải thích như sau.

• Tín hiệu âm thanh từ đầu ra của micrô được đưa đến bộ khuếch đại trước để tăng mức tín hiệu điều chế.

• Tín hiệu này sau đó được đưa đến bộ lọc thông cao, bộ lọc này hoạt động như một mạng lưới nhấn mạnh trước để lọc nhiễu và cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.

• Tín hiệu này được tiếp tục chuyển tới mạch điều chế FM.

• Mạch dao động tạo ra sóng mang tần số cao, sóng mang này được đưa đến bộ điều chế cùng với tín hiệu điều chế.

• Một số giai đoạn của hệ số nhân tần số được sử dụng để tăng tần số hoạt động. Ngay cả khi đó, sức mạnh của tín hiệu không đủ để truyền tải. Do đó, một bộ khuếch đại công suất RF được sử dụng ở cuối để tăng công suất của tín hiệu được điều chế. Đầu ra điều chế FM này cuối cùng được đưa đến ăng-ten để được truyền.

Yêu cầu của người nhận

Máy thu thanh được sử dụng để nhận cả tín hiệu băng tần AM và băng tần FM. Việc phát hiệnAM được thực hiện bởi phương thức được gọi là Envelope Detection và việc phát hiện FM được thực hiện bởi phương thức được gọi là Frequency Discrimination.

Một máy thu thanh như vậy có các yêu cầu sau.

• Nó phải được hiệu quả về chi phí.

• Nó sẽ nhận được cả tín hiệu AM và FM.

• Bộ thu phải có thể điều chỉnh và khuếch đại kênh mong muốn.

• Nó phải có khả năng từ chối các trạm không mong muốn.

• Giải điều chế phải được thực hiện đối với tất cả các tín hiệu trạm, bất kể tần số sóng mang là gì.

Để thực hiện được những yêu cầu này, mạch bộ chỉnh và mạch trộn phải rất hiệu quả. Quy trình trộn RF là một hiện tượng thú vị.

Trộn RF

Bộ trộn RF phát triển một Intermediate Frequency (IF) mà bất kỳ tín hiệu nhận được nào cũng được chuyển đổi để xử lý tín hiệu một cách hiệu quả.

Mixer RF là một khâu quan trọng trong đầu thu. Hai tín hiệu có tần số khác nhau được lấy trong đó một mức tín hiệu ảnh hưởng đến mức của tín hiệu kia, để tạo ra kết quả đầu ra hỗn hợp. Các tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ trộn kết quả được minh họa trong các hình sau.

Khi hai tín hiệu đi vào bộ trộn RF,

• Tần số tín hiệu đầu tiên = F₁

• Tần số tín hiệu thứ hai = F₂

Sau đó, tần số tín hiệu kết quả = (F₁ + F₂) và (F₁ - F₂)

Một bộ trộn hai tín hiệu có tần số khác nhau được tạo ra ở đầu ra.

Nếu điều này được quan sát trong miền tần số, mô hình sẽ giống như hình sau.

Biểu tượng của bộ trộn RF trông giống như hình sau.

Hai tín hiệu được trộn lẫn để tạo ra một tín hiệu kết quả, trong đó tác động của một tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu khác và cả hai đều tạo ra một mẫu khác như đã thấy trước đó.

Máy thu FM

Máy thu FM là toàn bộ thiết bị lấy tín hiệu đã điều chế làm đầu vào và tạo ra tín hiệu âm thanh gốc làm đầu ra. Đài nghiệp dư là những máy thu thanh ban đầu. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là độ nhạy và độ chọn lọc kém.

Selectivity là lựa chọn một tín hiệu cụ thể trong khi từ chối những tín hiệu khác. Sensitivity là khả năng phát hiện tín hiệu RF và giải điều chế tín hiệu đó, trong khi ở mức công suất thấp nhất.

Để khắc phục những nhược điểm này, super heterodynemáy thu được phát minh. Máy thu FM này bao gồm 5 giai đoạn chính. Chúng được hiển thị trong hình sau.

Phần bộ dò sóng RF

Tín hiệu điều chế nhận được bởi ăng-ten đầu tiên được chuyển đến tuner circuitthông qua một máy biến áp. Mạch điều chỉnh không là gì ngoài mạch LC, còn được gọi làresonant hoặc là tank circuit. Nó chọn tần số, mong muốn của máy thu radio. Nó cũng điều chỉnh bộ dao động cục bộ và bộ lọc RF cùng một lúc.

Máy trộn RF

Tín hiệu từ đầu ra của bộ chỉnh được cấp cho RF-IF converter, hoạt động như một máy trộn. Nó có một bộ dao động cục bộ, tạo ra một tần số không đổi. Quá trình trộn được thực hiện ở đây, có tín hiệu nhận được là một đầu vào và tần số dao động cục bộ là đầu vào kia. Đầu ra kết quả là hỗn hợp của hai tần số [(f ₁ + f ₂ ), (f ₁ - f ₂ )] được tạo ra bởi bộ trộn, được gọi làIntermediate Frequency (IF).

Việc sản xuất IF giúp giải điều chế bất kỳ tín hiệu trạm nào có bất kỳ tần số sóng mang nào. Do đó, tất cả các tín hiệu được dịch sang một tần số sóng mang cố định để có đủ độ chọn lọc.

Bộ lọc NẾU

Bộ lọc tần số trung gian là bộ lọc thông dải, vượt qua tần số mong muốn. Nó loại bỏ bất kỳ thành phần tần số cao không mong muốn nào có trong nó cũng như tiếng ồn. Bộ lọc IF giúp cải thiệnSignal to Noise Ratio (SNR).

Bộ giải điều chế

Tín hiệu điều chế nhận được bây giờ được giải điều chế với cùng một quá trình được sử dụng ở phía máy phát. Sự phân biệt tần số thường được sử dụng để phát hiện FM.

Bộ khuếch đại âm thanh

Đây là giai đoạn khuếch đại công suất được sử dụng để khuếch đại tín hiệu âm thanh được phát hiện. Tín hiệu đã xử lý được cung cấp cường độ để có hiệu quả. Tín hiệu này được truyền đến loa để lấy tín hiệu âm thanh ban đầu.

Máy thu super heterodyne này được sử dụng tốt vì những ưu điểm của nó như SNR, độ nhạy và độ chọn lọc tốt hơn.

Nhiễu trong FM

Sự hiện diện của tiếng ồn cũng là một vấn đề trong FM. Bất cứ khi nào một tín hiệu nhiễu mạnh có tần số gần hơn với tín hiệu mong muốn đến, bộ thu sẽ khóa tín hiệu nhiễu đó. Một hiện tượng như vậy được gọi làCapture effect.

Để tăng SNR ở tần số điều chế cao hơn, một mạch thông cao được gọi là preemphasis, được sử dụng tại máy phát. Một mạch khác được gọi làde-emphasis, quá trình nghịch đảo của sự nhấn mạnh trước được sử dụng ở máy thu, là mạch thông thấp. Mạch nhấn mạnh trước và mạch khử nhấn mạnh được sử dụng rộng rãi trong máy phát và máy thu FM để tăng hiệu quả SNR đầu ra.

Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về điều chế sóng liên tục. Bây giờ là lúc cho các tín hiệu rời rạc. CácPulse modulationkỹ thuật, xử lý các tín hiệu rời rạc. Hãy để chúng tôi xem cách chuyển đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc. Quá trình được gọi là Lấy mẫu giúp chúng tôi thực hiện điều này.

Lấy mẫu

Quá trình chuyển đổi tín hiệu thời gian liên tục thành tín hiệu thời gian rời rạc tương đương, có thể được gọi là Sampling. Một thời điểm nhất định của dữ liệu liên tục được lấy mẫu trong quá trình lấy mẫu.

Hình sau cho biết tín hiệu thời gian liên tục x(t) và một tín hiệu được lấy mẫu x_s(t). Khi nàox(t) được nhân với một tàu xung lực định kỳ, tín hiệu được lấy mẫu x_s(t) thu được.

A sampling signal là một chuyến tàu tuần hoàn của các xung, có unit amplitude, được lấy mẫu trong những khoảng thời gian bằng nhau T_s, được gọi là Sampling time. Dữ liệu này được truyền vào các phiên bản thời gianT_s và tín hiệu sóng mang được truyền vào thời gian còn lại.

Tỷ lệ lấy mẫu

Để loại bỏ các tín hiệu, khoảng cách giữa các mẫu phải được cố định. Khoảng cách đó có thể được gọi làsampling period T_s.

$$ Lấy mẫu \: Tần số = \ frac {1} {T_s} = f_s $$

Ở đâu,

T_s = thời gian lấy mẫu

f_s = tần số lấy mẫu hoặc tốc độ lấy mẫu

Định lý lấy mẫu

Trong khi xem xét tỷ lệ lấy mẫu, một điểm quan trọng liên quan đến tỷ lệ phải là bao nhiêu, cần được xem xét. Cácrate of sampling phải sao cho dữ liệu trong tín hiệu tin nhắn không bị mất cũng như không bị chồng chéo.

Các sampling theorem nói rằng, “một tín hiệu có thể được tái tạo chính xác nếu nó được lấy mẫu ở tốc độ f_s lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cực đại W. ”

Nói một cách đơn giản hơn, để tái tạo hiệu quả tín hiệu gốc, tốc độ lấy mẫu phải gấp đôi tần số cao nhất.

Nghĩa là,

$$ f_s \ geq 2W $$

Ở đâu,

f_s = tần số lấy mẫu

W là tần số cao nhất

Tỷ lệ lấy mẫu này được gọi là Nyquist rate.

Định lý lấy mẫu, còn được gọi là Nyquist theorem, đưa ra lý thuyết về tốc độ mẫu đủ về băng thông cho loại chức năng bị giới hạn băng thông.

Đối với tín hiệu thời gian liên tục x(t), tín hiệu giới hạn băng tần trong miền tần số, có thể được biểu diễn như trong hình sau.

Nếu tín hiệu được lấy mẫu trên tốc độ Nyquist, tín hiệu ban đầu có thể được khôi phục. Hình sau giải thích một tín hiệu, nếu được lấy mẫu ở tốc độ cao hơn 2w trong miền tần số.

Nếu cùng một tín hiệu được lấy mẫu với tốc độ nhỏ hơn 2w, thì tín hiệu được lấy mẫu sẽ giống như hình sau.

Từ mô hình trên, chúng ta có thể nhận thấy rằng việc chồng chéo thông tin được thực hiện, dẫn đến việc trộn lẫn và mất thông tin. Hiện tượng chồng chéo không mong muốn này được gọi làAliasing.

Aliasing có thể được gọi là "hiện tượng của một thành phần tần số cao trong phổ của tín hiệu, nhận dạng của thành phần tần số thấp hơn trong phổ của phiên bản được lấy mẫu của nó."

Do đó, việc lấy mẫu tín hiệu được chọn ở tốc độ Nyquist, như đã được nêu trong định lý lấy mẫu. Nếu tốc độ lấy mẫu bằng hai lần tần số cao nhất (2W).

Điều đó có nghĩa là,

$$ f_s = 2W $$

Ở đâu,

f_s = tần số lấy mẫu

W là tần số cao nhất

Kết quả sẽ như trong hình trên. Thông tin được thay thế mà không có bất kỳ mất mát. Do đó, đây là một tỷ lệ lấy mẫu tốt.

Sau điều chế sóng liên tục, bộ phận tiếp theo là Điều chế xung. Điều chế xung được chia thành điều chế tương tự và điều chế số. Các kỹ thuật điều chế tương tự chủ yếu được phân loại thành Điều chế biên độ xung, Điều chế thời lượng xung / Điều chế độ rộng xung và Điều chế vị trí xung.

Điều chế biên độ xung

Pulse Amplitude Modulation (PAM) là một sơ đồ điều chế tương tự trong đó biên độ của sóng mang xung thay đổi tỷ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu bản tin.

Tín hiệu điều chế biên độ xung, sẽ tuân theo biên độ của tín hiệu ban đầu, khi tín hiệu dò ra đường đi của toàn bộ sóng. Trong PAM tự nhiên, một tín hiệu được lấy mẫu ở tốc độ Nyquist được tái tạo lại, bằng cách chuyển nó qua mộtLow Pass Frequency (LPF) với tần số cắt chính xác

Các hình sau giải thích Điều chế biên độ xung.

Mặc dù tín hiệu PAM được truyền qua LPF, nó không thể khôi phục tín hiệu mà không bị méo. Do đó, để tránh nhiễu này, việc lấy mẫu đỉnh phẳng được thực hiện như trong hình sau.

Flat-top samplinglà quá trình trong đó tín hiệu được lấy mẫu có thể được biểu diễn bằng các xung mà biên độ của tín hiệu không thể thay đổi đối với tín hiệu tương tự, được lấy mẫu. Các đỉnh của biên độ vẫn bằng phẳng. Quá trình này đơn giản hóa thiết kế mạch.

Điều chế độ rộng xung

Pulse Width Modulation (PWM) hoặc là Pulse Duration Modulation (PDM) hoặc là Pulse Time Modulation (PTM) là một sơ đồ điều chế tương tự trong đó thời lượng hoặc độ rộng hoặc thời gian của sóng mang xung thay đổi tỷ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu bản tin.

Độ rộng của xung thay đổi trong phương pháp này, nhưng biên độ của tín hiệu không đổi. Bộ giới hạn biên độ được sử dụng để làm cho biên độ của tín hiệu không đổi. Các mạch này cắt giảm biên độ, đến mức mong muốn và do đó tiếng ồn được hạn chế.

Các hình sau giải thích các loại Điều chế độ rộng xung.

Có ba biến thể của PWM. Họ là -

• Cạnh đầu của xung không đổi, cạnh sau thay đổi theo tín hiệu bản tin.

• Cạnh sau của xung không đổi, cạnh dẫn thay đổi theo tín hiệu bản tin.

• Tâm của xung không đổi, cạnh đầu và cạnh sau thay đổi tùy theo tín hiệu bản tin.

Ba loại này được hiển thị trong hình bên trên, với các khe thời gian.

Điều chế vị trí xung

Pulse Position Modulation (PPM) là một sơ đồ điều chế tương tự trong đó biên độ và độ rộng của các xung được giữ không đổi, trong khi vị trí của mỗi xung, liên quan đến vị trí của xung tham chiếu thay đổi theo giá trị lấy mẫu tức thời của tín hiệu bản tin.

Máy phát phải gửi các xung đồng bộ hóa (hoặc đơn giản là xung đồng bộ hóa) để giữ cho máy phát và máy thu đồng bộ hóa. Các xung đồng bộ này giúp duy trì vị trí của các xung. Các hình sau giải thích Điều chế vị trí xung.

Điều chế vị trí xung được thực hiện phù hợp với tín hiệu điều chế độ rộng xung. Mỗi dấu của tín hiệu được điều chế độ rộng xung trở thành điểm bắt đầu cho các xung trong tín hiệu PPM. Do đó, vị trí của các xung này tỷ lệ với độ rộng của các xung PWM.

Lợi thế

Khi biên độ và độ rộng không đổi, công suất xử lý cũng không đổi.

Bất lợi

Sự đồng bộ giữa máy phát và máy thu là điều bắt buộc.

So sánh giữa PAM, PWM và PPM

Sự so sánh giữa các quá trình điều chế trên được trình bày trong một bảng duy nhất.

PAM	PWM	PPM
Biên độ rất đa dạng	Chiều rộng đa dạng	Vị trí rất đa dạng
Băng thông phụ thuộc vào độ rộng của xung	Băng thông phụ thuộc vào thời gian tăng của xung	Băng thông phụ thuộc vào thời gian tăng của xung
Công suất máy phát tức thời thay đổi theo biên độ của xung	Công suất máy phát tức thời thay đổi theo biên độ và độ rộng của xung	Công suất máy phát tức thời không đổi với độ rộng của xung
Hệ thống phức tạp cao	Độ phức tạp của hệ thống thấp	Độ phức tạp của hệ thống thấp
Nhiễu nhiễu cao	Nhiễu nhiễu thấp	Nhiễu nhiễu thấp
Nó tương tự như điều chế biên độ	Nó tương tự như điều chế tần số	Nó tương tự như điều chế pha

Cho đến nay chúng ta đã trải qua các kỹ thuật điều chế khác nhau. Còn lại làdigital modulation, thuộc phân loại điều chế xung. Điều chế kỹ thuật số có Điều chế mã xung (PCM) là phân loại chính. Nó tiếp tục được xử lý để điều chế delta và ADM.

Điều chế xung mã

Một tín hiệu được điều chế Mã xung để chuyển đổi thông tin tương tự của nó thành một chuỗi nhị phân, tức là 1s và 0s. Đầu ra của mộtPulse Code Modulation (PCM)sẽ giống như một chuỗi nhị phân. Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về đầu ra PCM liên quan đến các giá trị tức thời của một sóng sin nhất định.

Thay vì một chuỗi xung, PCM tạo ra một chuỗi số hoặc chữ số, và do đó quá trình này được gọi là kỹ thuật số. Mỗi một trong các chữ số này, mặc dù ở dạng mã nhị phân, đại diện cho biên độ gần đúng của mẫu tín hiệu tại thời điểm đó.

Trong Điều chế mã xung, tín hiệu bản tin được biểu diễn bằng một chuỗi các xung được mã hóa. Tín hiệu bản tin này đạt được bằng cách biểu diễn tín hiệu ở dạng rời rạc cả về thời gian và biên độ.

Các yếu tố cơ bản của PCM

Phần phát của mạch điều chế mã xung bao gồm Sampling, Quantizing và Encoding, được thực hiện trong analog-to-digital converterphần. Bộ lọc thông thấp trước khi lấy mẫu ngăn chặn hiện tượng răng cưa của tín hiệu bản tin.

Các thao tác cơ bản trong phần thu là regeneration of impaired signals, decoding, và reconstructioncủa tàu xung lượng tử hóa. Hình dưới đây là sơ đồ khối của PCM đại diện cho các phần tử cơ bản của cả phần phát và phần thu.

Bộ lọc thông thấp (LPF)

Bộ lọc này loại bỏ các thành phần tần số cao có trong tín hiệu tương tự đầu vào lớn hơn tần số cao nhất của tín hiệu bản tin, để tránh hiện tượng răng cưa của tín hiệu bản tin.

Người lấy mẫu

Đây là mạch sử dụng kỹ thuật giúp thu thập dữ liệu mẫu ở các giá trị tức thời của tín hiệu thông báo, để tái tạo lại tín hiệu ban đầu. Tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn hai lần thành phần tần số cao nhấtW của tín hiệu bản tin, phù hợp với định lý lấy mẫu.

Bộ định lượng

Lượng tử hóa là một quá trình giảm các bit thừa và giới hạn dữ liệu. Đầu ra được lấy mẫu khi được cung cấp cho Quantizer, giảm các bit dư thừa và nén giá trị.

Mã hoá

Việc số hóa tín hiệu tương tự được thực hiện bởi bộ mã hóa. Nó chỉ định mỗi mức lượng tử hóa bằng một mã nhị phân. Việc lấy mẫu được thực hiện ở đây là quá trình lấy mẫu và giữ mẫu. Ba phần này sẽ hoạt động như một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số. Mã hóa giảm thiểu băng thông được sử dụng.

Bộ lặp tái tạo

Đầu ra của kênh có một mạch lặp lại tái tạo để bù suy hao tín hiệu và tái tạo lại tín hiệu. Nó cũng làm tăng cường độ của tín hiệu.

Người giải mã

Mạch giải mã giải mã dạng sóng mã hóa xung để tái tạo tín hiệu ban đầu. Mạch này hoạt động nhưdemodulator.

Bộ lọc tái tạo

Sau khi quá trình chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự được thực hiện bởi mạch tái tạo và bộ giải mã, một bộ lọc thông thấp được sử dụng, được gọi là bộ lọc tái tạo để lấy lại tín hiệu ban đầu.

Do đó, mạch Điều chế mã xung số hóa tín hiệu tương tự cho trước, mã hóa nó và lấy mẫu. Sau đó nó truyền dưới dạng tương tự. Toàn bộ quá trình này được lặp lại theo mô hình ngược lại để thu được tín hiệu ban đầu.

Có một số kỹ thuật điều chế được tuân theo để xây dựng tín hiệu PCM. Những kỹ thuật này nhưsampling, quantization, và companding giúp tạo ra tín hiệu PCM hiệu quả, có thể tái tạo chính xác tín hiệu ban đầu.

Lượng tử hóa

Việc số hóa các tín hiệu tương tự bao gồm việc làm tròn các giá trị xấp xỉ bằng các giá trị tương tự. Phương pháp lấy mẫu chọn một vài điểm trên tín hiệu tương tự và sau đó các điểm này được nối với nhau để làm tròn giá trị thành giá trị gần ổn định. Quá trình như vậy được gọi làQuantization.

Việc lượng tử hóa tín hiệu tương tự được thực hiện bằng cách tùy biến tín hiệu với một số mức lượng tử hóa. Lượng tử hóa là đại diện cho các giá trị được lấy mẫu của biên độ bằng một tập hợp các mức hữu hạn, có nghĩa là chuyển đổi mộtcontinuous-amplitude sample thành một discrete-time signal.

Hình sau đây cho thấy cách một tín hiệu tương tự được lượng tử hóa. Đường màu xanh lam đại diện cho tín hiệu tương tự trong khi đường màu đỏ biểu thị tín hiệu lượng tử hóa.

Cả việc lấy mẫu và lượng tử hóa đều dẫn đến việc mất thông tin. Chất lượng của đầu ra Quantizer phụ thuộc vào số lượng mức lượng tử hóa được sử dụng. Các biên độ rời rạc của đầu ra lượng tử hóa được gọi làrepresentation levels hoặc là reconstruction levels. Khoảng cách giữa hai mức biểu diễn liền kề được gọi làquantum hoặc là step-size.

Biên soạn trong PCM

Từ Companding là sự kết hợp của Comnhấn và Expanding, có nghĩa là nó làm được cả hai. Đây là một kỹ thuật phi tuyến tính được sử dụng trong PCM, nén dữ liệu tại máy phát và mở rộng dữ liệu tương tự tại máy thu. Hiệu ứng của nhiễu và nhiễu xuyên âm được giảm bớt bằng cách sử dụng kỹ thuật này.

Có hai loại kỹ thuật kết hợp.

Kỹ thuật so sánh A-luật

• Lượng tử hóa đồng nhất đạt được tại A = 1, trong đó đường đặc tính là tuyến tính và không có nén.

• Luật A có khoảng giữa tăng tại gốc. Do đó, nó chứa một giá trị khác 0.

• Soạn luật A được sử dụng cho hệ thống điện thoại PCM.

• A-law được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới.

Kỹ thuật kết hợp luật µ

• Lượng tử hóa đồng nhất đạt được tại µ = 0, trong đó đường đặc tính là tuyến tính và không có nén.

• luật µ có vân giữa tại gốc. Do đó, nó chứa giá trị bằng không.

• Định luật µ được sử dụng cho tín hiệu giọng nói và âm nhạc.

• Luật µ được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản.

PCM vi sai

Các mẫu có độ tương quan cao, khi được mã hóa bằng kỹ thuật PCM sẽ để lại thông tin dư thừa. Để xử lý thông tin dư thừa này và có đầu ra tốt hơn, đó là một quyết định khôn ngoan khi lấy các giá trị được lấy mẫu dự đoán, giả định từ các đầu ra trước đó và tóm tắt chúng với các giá trị đã lượng tử hóa.

Quá trình như vậy được đặt tên là Differential PCM kỹ thuật.

Tốc độ lấy mẫu của một tín hiệu phải cao hơn tốc độ Nyquist, để lấy mẫu tốt hơn. Nếu khoảng thời gian lấy mẫu này trong PCM chênh lệch (DPCM) giảm đáng kể, thì chênh lệch biên độ giữa mẫu và mẫu là rất nhỏ, như thể sự khác biệt đó1-bit quantization, thì kích thước bước rất nhỏ, tức là Δ (đồng bằng).

Điều chế Delta là gì?

Loại điều chế, trong đó tốc độ lấy mẫu cao hơn nhiều và trong đó kích thước bước sau khi lượng tử hóa có giá trị nhỏ hơn Δ, một điều chế như vậy được gọi là delta modulation.

Các tính năng của điều chế Delta

• Một đầu vào được lấy mẫu quá mức được thực hiện để tận dụng hết mối tương quan tín hiệu.

• Thiết kế lượng tử hóa rất đơn giản.

• Trình tự đầu vào cao hơn nhiều so với tỷ lệ Nyquist.

• Chất lượng vừa phải.

• Thiết kế của bộ điều chế và bộ giải điều chế rất đơn giản.

• Sự xấp xỉ trường hợp cầu thang của dạng sóng đầu ra.

• Kích thước bước rất nhỏ, tức là Δ (đồng bằng).

• Tốc độ bit có thể được quyết định bởi người dùng.

• Nó yêu cầu thực hiện đơn giản hơn.

Điều chế Delta là một dạng đơn giản của kỹ thuật DPCM, cũng được xem như là lược đồ DPCM 1-bit. Khi khoảng thời gian lấy mẫu được giảm xuống, tương quan tín hiệu sẽ cao hơn.

Bộ điều chế Delta

Các Delta Modulatorbao gồm một bộ lượng tử 1 bit và một mạch trễ cùng với hai mạch mùa hè. Sau đây là sơ đồ khối của một bộ điều chế delta.

Dạng sóng xấp xỉ trường hợp cầu thang sẽ là đầu ra của bộ điều chế delta với kích thước bước là delta (Δ). Chất lượng đầu ra của dạng sóng ở mức trung bình.

Delta Demodulator

Bộ giải điều chế delta bao gồm một bộ lọc thông thấp, một mùa hè và một mạch trễ. Mạch dự đoán bị loại bỏ ở đây và do đó không có đầu vào giả định nào được cấp cho bộ giải điều chế.

Sau đây là sơ đồ khối cho bộ giải điều chế delta.

Bộ lọc thông thấp được sử dụng vì nhiều lý do, nhưng nổi bật là loại bỏ nhiễu đối với các tín hiệu ngoài dải. Lỗi kích thước bước có thể xảy ra ở máy phát được gọi làgranular noise, được loại bỏ ở đây. Nếu không có nhiễu, thì đầu ra của bộ điều chế bằng với đầu vào của bộ giải điều chế.

Ưu điểm của DM so với DPCM

• Bộ định lượng 1 bit
• Thiết kế rất dễ dàng của bộ điều chế và giải điều chế

Tuy nhiên, tồn tại một số noise in DM và sau đây là các loại tiếng ồn.

• Độ dốc Biến dạng quá tải (khi Δ nhỏ)
• Tiếng ồn dạng hạt (khi Δ lớn)

Điều chế Delta thích ứng

Trong điều chế kỹ thuật số, chúng ta gặp một số vấn đề nhất định trong việc xác định kích thước bước ảnh hưởng đến chất lượng của sóng đầu ra.

Kích thước bước lớn hơn là cần thiết trong độ dốc lớn của tín hiệu điều chế và kích thước bước nhỏ hơn là cần thiết khi thông báo có độ dốc nhỏ. Kết quả là, các chi tiết phút bị bỏ lỡ. Do đó, sẽ tốt hơn nếu chúng ta có thể kiểm soát việc điều chỉnh kích thước bước, theo yêu cầu của chúng ta để lấy mẫu theo cách mong muốn. Đây là khái niệm củaAdaptive Delta Modulation (ADM).

Điều chế kỹ thuật số cung cấp thêm dung lượng thông tin, bảo mật dữ liệu cao, hệ thống sẵn sàng nhanh hơn với chất lượng truyền thông tuyệt vời. Do đó, các kỹ thuật điều chế kỹ thuật số có nhu cầu lớn hơn, về khả năng truyền tải lượng dữ liệu lớn hơn so với kỹ thuật tương tự.

Có nhiều loại kỹ thuật điều chế kỹ thuật số và chúng ta thậm chí có thể sử dụng kết hợp các kỹ thuật này. Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các kỹ thuật điều chế kỹ thuật số nổi bật nhất.

Biên độ thay đổi biên độ

Biên độ của đầu ra kết quả phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào cho dù nó phải là mức 0 hay sự biến thiên của dương và âm, tùy thuộc vào tần số sóng mang.

Amplitude Shift Keying (ASK) là một loại Điều chế biên độ đại diện cho dữ liệu nhị phân dưới dạng các biến thể trong biên độ của tín hiệu.

Sau đây là sơ đồ cho dạng sóng điều chế ASK cùng với đầu vào của nó.

Bất kỳ tín hiệu điều chế nào cũng có sóng mang tần số cao. Tín hiệu nhị phân khi ASK được điều chế, cho giá trị 0 cho đầu vào LOW và cho đầu ra sóng mang cho đầu vào CAO.

Tần số chuyển keying

Tần số của tín hiệu đầu ra sẽ cao hoặc thấp, tùy thuộc vào dữ liệu đầu vào được áp dụng.

Frequency Shift Keying (FSK)là kỹ thuật điều chế số trong đó tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi theo các thay đổi số rời rạc. FSK là một sơ đồ điều chế tần số.

Sau đây là sơ đồ cho dạng sóng điều chế FSK cùng với đầu vào của nó.

Đầu ra của sóng điều chế FSK có tần số cao đối với đầu vào nhị phân HIGH và tần số thấp đối với đầu vào nhị phân LOW. Các số 1 và 0 nhị phân được gọi làMark và Space frequencies.

Giai đoạn chuyển đổi keying

Pha của tín hiệu đầu ra được thay đổi tùy thuộc vào đầu vào. Chúng chủ yếu có hai loại, đó là BPSK và QPSK, theo số lượng dịch pha. Cái còn lại là DPSK thay đổi pha theo giá trị trước đó.

Phase Shift Keying (PSK)là kỹ thuật điều chế kỹ thuật số, trong đó pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi bằng cách thay đổi đầu vào sin và côsin tại một thời điểm cụ thể. Kỹ thuật PSK được sử dụng rộng rãi cho mạng LAN không dây, đo lường sinh học, hoạt động không tiếp xúc, cùng với truyền thông RFID và Bluetooth.

PSK có hai loại, tùy thuộc vào các giai đoạn mà tín hiệu được dịch chuyển. Họ là -

Khóa dịch chuyển pha nhị phân (BPSK)

Điều này còn được gọi là 2-phase PSK (hoặc là) Phase Reversal Keying. Trong kỹ thuật này, sóng mang sóng sin có hai đảo pha như 0 ° và 180 °.

BPSK về cơ bản là một sơ đồ điều chế DSB-SC (Double Sideband Suppression Carrier), cho thông điệp là thông tin kỹ thuật số.

Sau đây là hình ảnh của sóng đầu ra được điều chế BPSK cùng với đầu vào của nó.

Phím dịch chuyển pha vuông góc (QPSK)

Đây là kỹ thuật khóa chuyển pha, trong đó sóng mang sóng sin thực hiện bốn đảo pha như 0 °, 90 °, 180 ° và 270 °.

Nếu loại kỹ thuật này được mở rộng hơn nữa, PSK cũng có thể được thực hiện bởi tám hoặc mười sáu giá trị, tùy thuộc vào yêu cầu. Hình sau đại diện cho dạng sóng QPSK cho đầu vào hai bit, cho thấy kết quả được điều chế cho các trường hợp khác nhau của đầu vào nhị phân.

QPSK là một biến thể của BPSK, và nó cũng là một sơ đồ điều chế DSB-SC (Double Sideband Suppression Carrier), gửi hai bit thông tin kỹ thuật số cùng một lúc, được gọi là bigits.

Thay vì chuyển đổi các bit kỹ thuật số thành một chuỗi các luồng kỹ thuật số, nó chuyển đổi chúng thành các cặp bit. Điều này làm giảm tốc độ bit dữ liệu xuống một nửa, cho phép không gian cho những người dùng khác.

Phím dịch chuyển pha vi sai (DPSK)

Trong DPSK (Khóa dịch chuyển pha vi sai), pha của tín hiệu điều chế được dịch chuyển so với phần tử tín hiệu trước đó. Không có tín hiệu tham chiếu nào được xem xét ở đây. Pha tín hiệu tuân theo trạng thái cao hoặc thấp của phần tử trước đó. Kỹ thuật DPSK này không cần một bộ dao động tham chiếu.

Hình sau đại diện cho dạng sóng mô hình của DPSK.

Từ hình trên có thể thấy rằng, nếu bit dữ liệu là THẤP tức là 0, thì pha của tín hiệu không bị đảo ngược mà được tiếp tục như cũ. Nếu dữ liệu là CAO tức là 1, thì pha của tín hiệu bị đảo ngược, như với NRZI, đảo ngược trên 1 (một dạng mã hóa vi phân).

Nếu chúng ta quan sát dạng sóng ở trên, chúng ta có thể nói rằng trạng thái CAO biểu thị một M trong tín hiệu điều chế và trạng thái LOW đại diện cho W trong tín hiệu điều chế.

Từ nhị phân đại diện cho hai bit. M chỉ đơn giản là đại diện cho một chữ số tương ứng với số điều kiện, cấp độ hoặc kết hợp có thể có đối với một số biến nhị phân nhất định.

Đây là loại kỹ thuật điều chế kỹ thuật số được sử dụng để truyền dữ liệu trong đó thay vì một bit, hai hoặc more bits are transmitted at a time. Khi một tín hiệu được sử dụng để truyền nhiều bit, băng thông kênh bị giảm.

Phương trình M-ary

Nếu một tín hiệu kỹ thuật số được đưa ra dưới bốn điều kiện, chẳng hạn như mức điện áp, tần số, pha và biên độ, thì M = 4.

Số lượng bit cần thiết để tạo ra một số điều kiện nhất định được biểu thị bằng toán học như

$$ N = \ log_ {2} M $$

Ở đâu,

N là số bit cần thiết.

M là số điều kiện, cấp độ hoặc kết hợp có thể có với N chút ít.

Phương trình trên có thể được sắp xếp lại thành:

$$ 2 ^ {N} = M $$

Ví dụ: với hai bit, 2² = 4 điều kiện có thể.

Các loại kỹ thuật M-ary

Nói chung, (M-ary) các kỹ thuật điều chế đa mức được sử dụng trong truyền thông kỹ thuật số như các đầu vào kỹ thuật số với hơn hai mức điều chế được phép trên đầu vào của máy phát. Do đó, các kỹ thuật này hiệu quả về băng thông.

Có nhiều kỹ thuật điều chế M-ary khác nhau. Một số kỹ thuật này điều chỉnh một tham số của tín hiệu sóng mang, chẳng hạn như biên độ, pha và tần số.

M-ary HỎI

Đây được gọi là M-ary Amplitude Shift Keying (M-ASK) hoặc M-ary Pulse Amplitude Modulation (PAM).

Biên độ của tín hiệu sóng mang, M các mức độ khác nhau.

Đại diện của M-ary ASK

$$ S_m (t) = A_mcos (2 \ pi f_ct) \: \: \: \: \: \: A_m \ epsilon {(2m-1-M) \ Delta, m = 1,2 .... M } \: \: \: và \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_s $$

Phương pháp này cũng được sử dụng trong PAM. Cách thực hiện của nó rất đơn giản. Tuy nhiên, M-ary ASK dễ bị nhiễu và méo tiếng.

M-ary FSK

Điều này được gọi là M-ary Frequency Shift Keying.

Tần số của tín hiệu sóng mang, đảm nhận M các mức độ khác nhau.

Đại diện của M-ary FSK

$$ S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E_ {s}} {T_ {S}}} \ cos \ lgroup \ frac {\ Pi} {T_ {s}} (n_ {c} + i) t \ rgroup \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: và \: \: \: i = 1,2 ..... M $$

trong đó $ f_ {c} = \ frac {n_ {c}} {2T_ {s}} $ cho một số nguyên cố định n.

Điều này không dễ bị nhiễu như ASK. TruyềnMsố lượng tín hiệu bằng nhau về năng lượng và thời lượng. Các tín hiệu được phân tách bằng $ \ frac {1} {2T_s} $Hz làm cho các tín hiệu trực giao với nhau.

Từ Mtín hiệu là trực giao, không có sự chen lấn trong không gian tín hiệu. Hiệu suất băng thông của M-ary FSK giảm và hiệu suất nguồn tăng khi M. tăng.

M-ary PSK

Điều này được gọi là M-ary Phase Shift Keying.

Các phase của tín hiệu sóng mang, đảm nhận M các mức độ khác nhau.

Đại diện của M-ary PSK

$$ S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E} {T}} \ cos (w_ {0} t + \ blankset_ {i} t) \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: và \: \: \: i = 1,2 ..... M $$

$$ \ blankset_ {i} t = \ frac {2 \ Pi i} {M} \: \: \: trong đó \: \: i = 1,2,3 ... \: ... M $$

Ở đây, đường bao không đổi với nhiều khả năng pha hơn. Phương pháp này đã được sử dụng trong những ngày đầu của giao tiếp không gian. Nó có hiệu suất tốt hơn ASK và FSK. Sai số ước lượng pha tối thiểu ở máy thu.

Hiệu suất băng thông của M-ary PSK giảm và hiệu suất năng lượng tăng khi tăng M. Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về các kỹ thuật điều chế khác nhau. Đầu ra của tất cả các kỹ thuật này là một chuỗi nhị phân, được biểu diễn dưới dạng 1s và 0s. Thông tin nhị phân hoặc kỹ thuật số này có nhiều loại và hình thức, sẽ được thảo luận thêm.

Thông tin là nguồn của một hệ thống truyền thông, cho dù nó là tương tự hay kỹ thuật số. Information theory là một cách tiếp cận toán học để nghiên cứu mã hóa thông tin cùng với việc định lượng, lưu trữ và truyền đạt thông tin.

Điều kiện xuất hiện sự kiện

Nếu chúng ta xem xét một sự kiện, có ba điều kiện xảy ra.

• Nếu sự kiện chưa xảy ra, có một điều kiện là uncertainty.

• Nếu sự kiện vừa xảy ra, có một điều kiện là surprise.

• Nếu sự kiện đã xảy ra, một thời gian trở lại, có một điều kiện là có một số information.

Do đó, ba điều này xảy ra vào những thời điểm khác nhau. Sự khác biệt trong các điều kiện này, giúp chúng ta có kiến ​​thức về xác suất xuất hiện của các sự kiện.

Sự hỗn loạn

Khi chúng ta quan sát các khả năng xảy ra của một sự kiện, cho dù nó sẽ bất ngờ hay không chắc chắn đến mức nào, điều đó có nghĩa là chúng ta đang cố gắng có ý tưởng về nội dung trung bình của thông tin từ nguồn của sự kiện.

Entropy có thể được định nghĩa là thước đo hàm lượng thông tin trung bình trên mỗi ký hiệu nguồn. Claude Shannon, "cha đẻ của Lý thuyết Thông tin", đã đưa ra một công thức cho nó là

$$ H = - \ sum_ {i} p_i \ log_ {b} p_i $$

Trong đó $ p_i $ là xác suất xuất hiện của số ký tự itừ một dòng ký tự nhất định và b là cơ sở của thuật toán được sử dụng. Do đó, điều này còn được gọi làShannon’s Entropy.

Mức độ không chắc chắn còn lại về đầu vào kênh sau khi quan sát đầu ra kênh, được gọi là Conditional Entropy. Nó được ký hiệu là $ H (x \ arrowvert y) $

Nguồn không bộ nhớ rời rạc

Nguồn mà từ đó dữ liệu được phát ra trong các khoảng thời gian liên tiếp, độc lập với các giá trị trước đó, có thể được gọi là discrete memoryless source.

Nguồn này là rời rạc vì nó không được xem xét trong một khoảng thời gian liên tục mà ở những khoảng thời gian rời rạc. Nguồn này không có bộ nhớ vì nó luôn mới trong mỗi khoảnh khắc thời gian mà không cần xem xét các giá trị trước đó.

Mã nguồn

Theo định nghĩa, “Với một nguồn entropy $ H (\ delta) $ rời rạc không có bộ nhớ, độ dài từ mã trung bình $ \ bar {L} $ cho bất kỳ mã hóa nguồn nào được giới hạn là $ \ bar {L} \ geq H (\ delta) $ ”.

Nói một cách đơn giản hơn, từ mã (Ví dụ: mã Morse cho từ QUEUE là -.- ..-. ..-.) Luôn lớn hơn hoặc bằng mã nguồn (ví dụ: QUEUE). Có nghĩa là, các ký hiệu trong từ mã lớn hơn hoặc bằng các bảng chữ cái trong mã nguồn.

Mã hóa kênh

Mã hóa kênh trong một hệ thống truyền thông, đưa vào dự phòng với một điều khiển, để cải thiện độ tin cậy của hệ thống. Mã hóa nguồn làm giảm dự phòng để nâng cao hiệu quả của hệ thống.

Mã hóa kênh bao gồm hai phần hành động.

• Mapping chuỗi dữ liệu đến thành chuỗi đầu vào kênh.

• Inverse mapping chuỗi đầu ra kênh thành chuỗi dữ liệu đầu ra.

Mục tiêu cuối cùng là ảnh hưởng tổng thể của nhiễu kênh phải được giảm thiểu.

Việc ánh xạ được thực hiện bởi máy phát, với sự trợ giúp của bộ mã hóa, trong khi ánh xạ nghịch đảo được thực hiện tại máy thu bởi bộ giải mã.

Một lớp tập hợp các kỹ thuật báo hiệu được sử dụng trước khi truyền tín hiệu để cung cấp thông tin liên lạc an toàn, được gọi là Spread Spectrum Modulation. Ưu điểm chính của kỹ thuật truyền thông trải phổ là ngăn chặn “nhiễu” dù là cố ý hay vô ý.

Các tín hiệu được điều chế bằng các kỹ thuật này khó bị nhiễu và không thể bị nhiễu. Kẻ xâm nhập không có quyền truy cập chính thức, không bao giờ được phép bẻ khóa chúng. Do đó các kỹ thuật này được sử dụng cho mục đích quân sự. Các tín hiệu trải phổ này truyền với mật độ công suất thấp và có độ lan truyền tín hiệu rộng.

Trình tự tiếng ồn giả

Một chuỗi được mã hóa gồm 1 và 0 với các thuộc tính tương quan tự động nhất định, được gọi là PseudoNoise coding sequenceđược sử dụng trong kỹ thuật trải phổ. Nó là một chuỗi có độ dài tối đa, là một loại mã tuần hoàn.

Tín hiệu băng tần hẹp

Tín hiệu băng tần hẹp có cường độ tín hiệu được tập trung như trong phổ tần số trong hình sau.

Dưới đây là các tính năng của tín hiệu băng tần hẹp -

• Dải tín hiệu chiếm dải tần hẹp.
• Mật độ điện cao.
• Năng lượng lan tỏa thấp và tập trung.

Mặc dù các tính năng tốt nhưng những tín hiệu này dễ bị nhiễu.

Truyền tín hiệu phổ

Các tín hiệu trải phổ có cường độ tín hiệu được phân bố như trong hình vẽ phổ tần số sau đây.

Dưới đây là các tính năng của tín hiệu trải phổ -

• Dải tín hiệu chiếm nhiều dải tần.
• Mật độ điện rất thấp.
• Năng lượng tràn lan.

Với những tính năng này, tín hiệu trải phổ có khả năng chống nhiễu hoặc gây nhiễu cao. Vì nhiều người dùng có thể chia sẻ cùng một băng thông trải phổ mà không ảnh hưởng đến nhau, những người dùng này có thể được gọi làmultiple access techniques.

Kỹ thuật đa truy nhập trải phổ sử dụng các tín hiệu có băng thông truyền dẫn có cường độ lớn hơn băng thông RF yêu cầu tối thiểu.

Tín hiệu trải phổ có thể được phân thành hai loại:

• Trải phổ nhảy tần (FHSS)
• Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

Phổ trải rộng nhảy tần số

Đây là kỹ thuật nhảy tần, trong đó người dùng được thực hiện để thay đổi tần số sử dụng, từ tần số này sang tần số khác trong một khoảng thời gian xác định, do đó nó được gọi là frequency hopping.

Ví dụ: một tần suất đã được phân bổ cho người gửi 1 trong một khoảng thời gian cụ thể. Bây giờ, sau một thời gian, người gửi 1 bước đến tần số khác và người gửi 2 sử dụng tần số đầu tiên, tần số này trước đó đã được người gửi1 sử dụng. Điều này được gọi làfrequency reuse.

Các tần số của dữ liệu được nhảy từ tần số này sang tần số khác để cung cấp truyền dẫn an toàn. Lượng thời gian dành cho mỗi bước nhảy tần số được gọi làDwell time.

Phổ trải rộng trình tự trực tiếp

Bất cứ khi nào người dùng muốn gửi dữ liệu bằng kỹ thuật DSSS này, mỗi bit dữ liệu người dùng được nhân với một mã bí mật, được gọi là mã chipping. Điều nàychipping codekhông là gì khác ngoài mã lan truyền được nhân với thông điệp gốc và được truyền đi. Người nhận sử dụng cùng một mã để lấy lại tin nhắn gốc.

DSSS này còn được gọi là Code Division Multiple Access (CDMA).

So sánh giữa FHSS và DSSS / CDMA

Cả hai kỹ thuật trải phổ đều phổ biến vì các đặc tính của chúng. Để hiểu rõ hơn, hãy cùng chúng tôi xem qua những so sánh của chúng.

FHSS	DSSS / CDMA
Nhiều tần số được sử dụng	Tần số đơn được sử dụng
Khó tìm thấy tần suất của người dùng bất kỳ lúc nào	Tần suất người dùng, sau khi được phân bổ luôn giống nhau
Cho phép sử dụng lại tần số	Không cho phép sử dụng lại tần số
Người gửi không cần đợi	Người gửi phải đợi nếu phổ bận
Công suất của tín hiệu cao	Công suất của tín hiệu thấp
Nó mạnh hơn và xuyên qua các chướng ngại vật	Nó yếu hơn so với FHSS
Nó không bao giờ bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp	Nó có thể bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp
Nó rẻ hơn	Nó đắt
Đây là kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất	Kỹ thuật này không được sử dụng thường xuyên

Ưu điểm của Spread Spectrum

Sau đây là những ưu điểm của Spread Spectrum.

• Loại bỏ nói chuyện chéo
• Đầu ra tốt hơn với tính toàn vẹn của dữ liệu
• Giảm ảnh hưởng của việc làm mờ nhiều đường
• An ninh tốt hơn
• Giảm tiếng ồn
• Cùng tồn tại với các hệ thống khác
• Khoảng cách hoạt động dài hơn
• Khó phát hiện
• Khó giải điều chế / giải mã
• Khó làm nhiễu tín hiệu hơn

Mặc dù kỹ thuật trải phổ ban đầu được thiết kế cho mục đích quân sự, nhưng hiện nay chúng đang được sử dụng rộng rãi với mục đích thương mại.

Các kỹ thuật truyền thông kỹ thuật số được thảo luận cho đến nay đã dẫn đến sự tiến bộ trong nghiên cứu về cả truyền thông Quang học và Vệ tinh. Hãy để chúng tôi xem xét chúng.

Sợi quang

Cáp quang có thể hiểu là một ống dẫn sóng điện môi, hoạt động ở tần số quang học. Thiết bị hoặc một ống, nếu bị uốn cong hoặc nếu được kết thúc để bức xạ năng lượng, được gọi làwaveguide, nói chung. Hình ảnh sau đây mô tả một loạt các cáp quang.

Năng lượng điện từ truyền qua nó dưới dạng ánh sáng. Sự truyền ánh sáng dọc theo một ống dẫn sóng có thể được mô tả dưới dạng một tập hợp các sóng điện từ có hướng dẫn, được gọi làmodes của ống dẫn sóng.

Nguyên tắc làm việc

Một tham số quang học cơ bản mà người ta nên có ý tưởng, trong khi nghiên cứu về sợi quang là Refractive index. Theo định nghĩa, “Tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong vật chất là chỉ số khúc xạncủa vật liệu." Nó được đại diện là -

$$ n = \ frac {c} {v} $$

Ở đâu,

c= tốc độ ánh sáng trong không gian tự do = 3 × 10 ⁸ m / s

v = tốc độ ánh sáng trong vật liệu di điện hoặc không dẫn điện

Nói chung, đối với một tia sáng truyền đi, reflectiondiễn ra khi n ₂ <n ₁ . Sự bẻ cong của tia sáng tại mặt phân cách là kết quả của sự khác biệt về tốc độ ánh sáng trong hai vật liệu có chiết suất khác nhau. Mối quan hệ giữa các góc này tại giao diện có thể được gọi làSnell’s law. Nó được đại diện là -

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

Ở đâu,

$ \ phi _1 $ là góc tới

$ \ phi _2 $ là góc khúc xạ

n ₁ và n ₂ là chiết suất của hai vật liệu

Đối với một vật liệu có mật độ quang học, nếu sự phản xạ diễn ra trong cùng một vật liệu, thì hiện tượng như vậy được gọi là internal reflection. Góc tới và góc khúc xạ được biểu diễn trong hình sau.

Nếu góc tới $ \ phi _1 $ lớn hơn nhiều, thì góc khúc xạ $ \ phi _2 $ tại một điểm trở thành Π / 2. Khúc xạ hơn nữa là không thể vượt quá điểm này. Do đó, điểm như vậy được gọi làCritical angle $\phi _c$. Khi góc tới $ \ phi _1 $ lớn hơn góc tới hạn, điều kiện đểtotal internal reflection đã hài lòng.

Hình sau đây cho thấy rõ các thuật ngữ này.

Một tia sáng, nếu truyền vào kính, ở điều kiện như vậy, nó bị phản xạ toàn bộ trở lại kính mà không có ánh sáng thoát ra khỏi bề mặt của kính.

Các phần của sợi

Loại sợi quang được sử dụng phổ biến nhất là single solid di-electric cylinder bán kính avà chiết suất n ₁ . Hình sau đây giải thích các bộ phận của sợi quang.

Hình trụ này được gọi là Corecủa sợi. Một vật liệu điện di rắn bao quanh lõi, được gọi làCladding. Tấm ốp có chiết suất n ₂ nhỏ hơn n ₁ .

Ốp giúp trong -

• Giảm tổn thất do tán xạ.
• Thêm độ bền cơ học cho sợi.
• Bảo vệ lõi khỏi hấp thụ các chất gây ô nhiễm bề mặt không mong muốn.

Các loại sợi quang học

Tùy thuộc vào thành phần vật liệu của lõi, có hai loại sợi được sử dụng phổ biến. Họ là -

• Step-index fiber - Chiết suất của lõi là đồng nhất trong suốt và trải qua sự thay đổi đột ngột (hoặc bước) tại ranh giới của lớp phủ.

• Graded-index fiber - Chiết suất lõi được tạo ra thay đổi như một hàm của khoảng cách xuyên tâm từ tâm của sợi quang.

Cả hai điều này được chia thành:

• Single-mode fiber - Chúng được kích thích với tia laser.

• Multi-mode fiber - Chúng được kích thích với đèn LED.

Truyền thông cáp quang

Hệ thống thông tin liên lạc của sợi quang được hiểu rõ bằng cách nghiên cứu các bộ phận và phần của nó. Các yếu tố chính của hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang được thể hiện trong hình sau.

Các thành phần cơ bản là bộ truyền tín hiệu ánh sáng, sợi quang và bộ thu phát hiện ảnh. Các yếu tố bổ sung như sợi quang và sợi cáp và đầu nối, bộ tái tạo, bộ tách chùm và bộ khuếch đại quang học được sử dụng để cải thiện hiệu suất của hệ thống thông tin liên lạc.

Ưu điểm chức năng

Các ưu điểm chức năng của sợi quang là -

• Băng thông truyền dẫn của cáp quang cao hơn cáp kim loại.

• Lượng dữ liệu truyền tải cao hơn trong cáp quang.

• Tổn thất điện năng rất thấp và do đó hữu ích trong việc truyền tải đường dài.

• Cáp quang mang lại tính bảo mật cao và không thể bị khai thác.

• Cáp quang là cách an toàn nhất để truyền dữ liệu.

• Cáp quang miễn nhiễm với nhiễu điện từ.

• Chúng không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn điện.

Ưu điểm vật lý

Các lợi thế vật lý của cáp quang là -

• Công suất của các loại cáp này cao hơn nhiều so với cáp dây đồng.

• Mặc dù dung lượng cao hơn, nhưng kích thước của cáp không tăng như trong hệ thống cáp dây đồng.

• Không gian bị chiếm bởi các dây cáp này ít hơn nhiều.

• Trọng lượng của các loại cáp FOC này nhẹ hơn nhiều so với cáp đồng.

• Vì các cáp này là điện di nên không có nguy cơ tia lửa.

• Loại cáp này có khả năng chống ăn mòn cao hơn cáp đồng, vì chúng được uốn dễ dàng và linh hoạt.

• Nguyên liệu để sản xuất cáp quang là thủy tinh, rẻ hơn đồng.

• Cáp quang có tuổi thọ cao hơn cáp đồng.

Nhược điểm

Mặc dù sợi quang mang lại nhiều ưu điểm nhưng chúng có những nhược điểm sau:

• Mặc dù cáp quang có tuổi thọ cao hơn nhưng chi phí lắp đặt cao.

• Số lượng bộ lặp sẽ được tăng lên theo khoảng cách.

• Chúng rất dễ vỡ nếu không được bao bọc trong một lớp vỏ nhựa. Do đó, cần bảo vệ nhiều hơn so với đồng.

Các ứng dụng của sợi quang

Các sợi quang có nhiều ứng dụng. Một số trong số chúng như sau:

• Được sử dụng trong hệ thống điện thoại

• Được sử dụng trong mạng cáp biển phụ

• Được sử dụng trong liên kết dữ liệu cho mạng máy tính, Hệ thống CATV

• Được sử dụng trong camera giám sát CCTV

• Được sử dụng để kết nối cứu hỏa, cảnh sát và các dịch vụ khẩn cấp khác.

• Được sử dụng trong bệnh viện, trường học và hệ thống quản lý giao thông.

• Chúng có nhiều mục đích sử dụng trong công nghiệp và cũng được sử dụng trong các công trình xây dựng hạng nặng.

A satellite là một cơ thể di chuyển xung quanh một cơ thể khác theo một con đường có thể dự đoán được về mặt toán học được gọi là Orbit. Một vệ tinh liên lạc không gì khác ngoài một trạm lặp vi sóng trong không gian, rất hữu ích trong viễn thông, đài phát thanh và truyền hình cùng với các ứng dụng internet.

A repeaterlà một mạch làm tăng cường độ của tín hiệu mà nó nhận được và truyền lại. Nhưng ở đây bộ lặp này hoạt động như mộttransponder, làm thay đổi dải tần của tín hiệu được truyền từ tín hiệu đã nhận.

Tần số mà tín hiệu được gửi vào không gian được gọi là Uplink frequency, trong khi tần số mà nó được gửi bởi bộ phát đáp là Downlink frequency.

Hình sau đây minh họa rõ ràng khái niệm này.

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của truyền thông vệ tinh.

Truyền thông qua vệ tinh - Ưu điểm

Có nhiều Ưu điểm của truyền thông vệ tinh như -

• Flexibility

• Dễ dàng cài đặt các mạch mới

• Khoảng cách dễ dàng được bao phủ và chi phí không thành vấn đề

• Khả năng phát sóng

• Mỗi và mọi ngóc ngách của trái đất đều được bao phủ

• Người dùng có thể kiểm soát mạng

Truyền thông qua vệ tinh - Nhược điểm

Truyền thông qua vệ tinh có những nhược điểm sau:

• Các chi phí ban đầu như phân khúc và chi phí khởi động quá cao.

• Sự tắc nghẽn của tần số

• Giao thoa và lan truyền

Truyền thông qua vệ tinh - Ứng dụng

Truyền thông vệ tinh tìm thấy các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực sau:

• Trong phát thanh Radio.

• Trong phát sóng truyền hình chẳng hạn như DTH.

• Trong các ứng dụng Internet như cung cấp kết nối Internet để truyền dữ liệu, ứng dụng GPS, lướt Internet, v.v.

• Đối với giao tiếp bằng giọng nói.

• Đối với lĩnh vực nghiên cứu và phát triển, trong nhiều lĩnh vực.

• Trong các ứng dụng quân sự và điều hướng.

Định hướng của vệ tinh trong quỹ đạo của nó phụ thuộc vào ba định luật được gọi là định luật Kepler.

Định luật Kepler

Johannes Kepler (1571-1630) nhà khoa học thiên văn, đã đưa ra 3 định luật mang tính cách mạng, liên quan đến chuyển động của vệ tinh. Con đường theo sau bởi một vệ tinh xung quanh chính của nó (trái đất) là mộtellipse. Hình elip có hai foci -F1 và F2, trái đất là một trong số chúng.

Nếu coi khoảng cách từ tâm của đối tượng đến một điểm trên đường elip của nó, thì điểm xa nhất của elip từ tâm được gọi là apogee và điểm ngắn nhất của hình elip tính từ tâm được gọi là perigee.

1 Kepler ^st Luật

Định luật ^thứ 1 của Kepler phát biểu rằng, “mọi hành tinh đều quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip, với mặt trời là một trong những trọng tâm của nó”. Như vậy, một vệ tinh di chuyển theo đường elip với trái đất là một trong những trọng tâm của nó.

Bán trục chính của hình elip được biểu thị là 'a'và nửa trục nhỏ được biểu thị là b. Do đó, độ lệch tâm e của hệ thống này có thể được viết là -

$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$

• Eccentricity (e) - Đây là tham số xác định sự khác biệt về hình dạng của hình elip chứ không phải của hình tròn.

• Semi-major axis (a) - Đó là đường kính dài nhất được vẽ nối hai điểm dọc theo tâm, chạm vào cả hai đỉnh (điểm xa nhất của hình elip tính từ tâm).

• Semi-minor axis (b) - Đó là đường kính ngắn nhất vẽ qua tâm mà chạm vào cả hai cạnh (điểm ngắn nhất của hình elip tính từ tâm).

Chúng được mô tả rõ trong hình sau.

Đối với một đường elip, luôn luôn mong muốn rằng độ lệch tâm phải nằm trong khoảng từ 0 đến 1, tức là 0 <e <1 vì nếu e trở thành 0, đường dẫn sẽ không còn ở dạng hình elip nữa mà nó sẽ được chuyển thành đường tròn.

Định luật ^thứ 2 của Kepler

Định luật ^thứ 2 của Kepler phát biểu rằng, "Trong những khoảng thời gian bằng nhau, diện tích được bao phủ bởi vệ tinh bằng với tâm của trái đất."

Nó có thể được hiểu bằng cách nhìn vào hình sau đây.

Giả sử rằng vệ tinh bao phủ p1 và p2 khoảng cách, trong cùng một khoảng thời gian, sau đó là các khu vực B1 và B2 được bao phủ trong cả hai trường hợp tương ứng, đều bằng nhau.

Định luật ^thứ 3 của Kepler

Kepler 3 ^thứ bang luật rằng, “Các bậc hai của thời gian định kỳ của quỹ đạo là tỷ lệ với lập phương của khoảng cách trung bình giữa hai cơ quan.”

Điều này có thể được viết bằng toán học như

$$ T ^ {2} \: \ alpha \: \: a ^ {3} $$

Ngụ ý

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$

Trong đó $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ là hằng số tỷ lệ (theo Cơ học Newton)

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$

Trong đó μ = hằng số hấp dẫn địa tâm của trái đất, tức là Μ = 3.986005 × 10 ¹⁴ m ³ / giây ²

$$ 1 = \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$

$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$

Ở đâu n = chuyển động trung bình của vệ tinh tính bằng radian trên giây

Hoạt động quỹ đạo của vệ tinh được tính toán với sự trợ giúp của các định luật Kepler này.

Cùng với những điều này, có một điều quan trọng cần được lưu ý. Vệ tinh khi quay quanh trái đất sẽ chịu một lực kéo từ trái đất là lực hấp dẫn. Ngoài ra, nó chịu một số lực kéo từ mặt trời và mặt trăng. Do đó, có hai lực tác dụng lên nó. Họ là -

• Centripetal force - Lực có xu hướng kéo một vật chuyển động theo quỹ đạo, hướng về chính nó được gọi là centripetal force.

• Centrifugal force - Lực có xu hướng đẩy một vật chuyển động theo quỹ đạo, ra khỏi vị trí của nó được gọi là centrifugal force.

Vì vậy, một vệ tinh phải cân bằng hai lực này để giữ chính nó trong quỹ đạo của nó.

Quỹ đạo Trái đất

Một vệ tinh khi được phóng vào không gian, cần phải được đặt trên một quỹ đạo nhất định để cung cấp một phương thức cụ thể cho cuộc cách mạng của nó, để duy trì khả năng tiếp cận và phục vụ cho mục đích khoa học, quân sự hay thương mại. Các quỹ đạo như vậy được gán cho vệ tinh, đối với trái đất được gọi làEarth Orbits. Các vệ tinh trong các quỹ đạo này là Trái đấtOrbit Satellites.

Các loại Quỹ đạo Trái đất quan trọng là -

• Quỹ đạo trái đất đồng bộ địa lý

• Quỹ đạo Trái đất Trung bình

• Quỹ đạo Trái đất thấp

Vệ tinh quỹ đạo trái đất không đồng bộ

A Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)vệ tinh là một trong đó được đặt ở độ cao 22.300 dặm trên Trái Đất. Quỹ đạo này được đồng bộ hóa vớiside real day(tức là 23 giờ 56 phút). Quỹ đạo này có thểhave inclination and eccentricity. Nó có thể không phải là hình tròn. Quỹ đạo này có thể nghiêng về các cực của trái đất. Nhưng nó có vẻ đứng yên khi quan sát từ Trái đất.

Cùng một quỹ đạo địa đồng bộ, nếu nó là hình tròn và nằm trong mặt phẳng của đường xích đạo, nó được gọi là geo-stationary orbit. Các vệ tinh này được đặt ở 35,900kms (giống như không đồng bộ địa lý) phía trên Xích đạo của Trái đất và chúng tiếp tục quay theo hướng của trái đất (từ tây sang đông). Các vệ tinh này được coi là đứng yên đối với trái đất và do đó tên của nó có ý nghĩa.

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Địa tĩnh được sử dụng để dự báo thời tiết, truyền hình vệ tinh, đài vệ tinh và các loại thông tin liên lạc toàn cầu khác.

Hình dưới đây cho thấy sự khác biệt giữa quỹ đạo Địa đồng bộ và Địa tĩnh. Trục quay biểu thị sự chuyển động của Trái đất.

Note- Mọi quỹ đạo địa tĩnh đều là quỹ đạo địa đồng bộ. Nhưng mọi quỹ đạo địa đồng bộ KHÔNG phải là quỹ đạo địa tĩnh.

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Trung bình

Medium Earth Orbit (MEO)mạng lưới vệ tinh sẽ bay quanh ở khoảng cách khoảng 8000 dặm từ bề mặt trái đất. Tín hiệu được truyền từ vệ tinh MEO truyền đi một khoảng cách ngắn hơn. Điều này có nghĩa là cường độ tín hiệu được cải thiện ở đầu nhận. Điều này cho thấy rằng các thiết bị đầu cuối nhận nhỏ hơn, nhẹ hơn có thể được sử dụng ở đầu nhận.

Vì tín hiệu truyền đi một khoảng cách ngắn hơn đến và đi từ vệ tinh, nên sẽ có ít độ trễ truyền hơn. Transmission delay có thể được định nghĩa là thời gian cần thiết để một tín hiệu truyền đến vệ tinh và quay trở lại trạm nhận.

Đối với truyền thông thời gian thực, độ trễ truyền càng ngắn thì hệ thống liên lạc càng tốt. Ví dụ, nếu một vệ tinh GEO yêu cầu 0,25 giây cho một chuyến đi khứ hồi, thì vệ tinh MEO cần ít hơn 0,1 giây để hoàn thành chuyến đi tương tự. MEO hoạt động trong dải tần từ 2 GHz trở lên.

Vệ tinh quỹ đạo Trái đất thấp

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Thấp (LEO) chủ yếu được phân loại thành ba loại: LEO nhỏ, LEO lớn và Mega-LEO. Sư Tử sẽ quay quanh ở khoảng cách 500-1.000 dặm trên bề mặt trái đất.

Khoảng cách tương đối ngắn này giúp giảm độ trễ truyền xuống chỉ còn 0,05 giây. Điều này càng làm giảm nhu cầu về thiết bị tiếp nhận nhạy cảm và cồng kềnh. Các LEO nhỏ sẽ hoạt động trong dải 800 MHz (0,8 GHz). Các LEO lớn sẽ hoạt động trong phạm vi 2 GHz trở lên và Mega-LEO hoạt động trong phạm vi 20-30 GHz.

Các tần số cao hơn liên quan đến Mega-LEOs chuyển thành khả năng mang thông tin nhiều hơn và mang lại khả năng của sơ đồ truyền video thời gian thực, độ trễ thấp.

Hình sau mô tả đường đi của LEO, MEO và GEO.