Bài giảng Truyền số liệu - Chương 5: Mã hoá và điều chế - Nguyễn Việt Hùng

. 
Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20Hz, tần số đối với bit ‘0’ là 10Hz và pha 
ban đầu của sóng mang là 1800. 
 a. Tính tốc độ Baud. 
 b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. 
 c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. 
 Giải: 
 a. Tính tốc độ Baud. 
 FSK, Rbaud = Rbit = 5baud/s 
 b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. 
 BWFSK = Δf + Rbaud = 20-10+5 = 15Hz 
 c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 59 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 + Ưu điểm FSK so với ASK : FSK tránh được hầu hết các dạng nhiễu biên độ. 
 + Khuyết điểm FSK so với ASK: Nếu cùng một tốc độ bit thì Băng thông FSK lớn hơn 
Băng thông ASK. 
Ví dụ 11: Tính băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền 
dẫn bán song công và các sóng mang cách 3kHz. 
 Giải: 
 Rbit = 2kbps ; Δf = 3kHz; bán song công 
 Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống= BWmỗi hướng=Δf + Rbaud 
 • Trong FSK, Rbit =Rbaud ; suy ra Rbaud = 2000 baud/s 
 • BWhệ thống = Δf + Rbaud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz =5 kHz 
Ví dụ 12: Tính tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK nếu băng thông của hệ thống là 12kHz và 
độ lệch tần số của giữa hai sóng mang ít nhất là 2kHz, chế độ truyền song công. 
 Giải: 
 Cho FSK; Δfmin = 2kHz; song công; BWhệ thống = 12khz 
 Tính Rbit max ? 
 Vì hệ thống truyền song công nên: BWhệ thống= 2.BWmỗi hướng 
 Suy ra: BWmỗi hướng= (1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz 
 Mà trong FSK, băng thông được tính theo công thức BWFSK = BWmỗi hướng = Δf + Rbaud ; 
 Trong FSK, Rbit = Rbaud. 
 Suy ra Rbit= BWmỗi hướng - Δf 
 Rbit Max = BWmỗi hướng - Δfmin= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = 4 kbps 
 Vậy tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK là 4 kbps. 
5.3.3 PSK (phase shift keying): 
+Khái niệm: Pha của sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit ‘1’ và ‘0’ (biên độ và tần số 
không đổi). 
 Ví dụ: 
 0
 ‘0’Æ vc1(t)=Vcm sin(2πfct+0 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 
 0
 ‘1’Æ vc2(t)=Vcm sin(2πfct+180 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 60 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
Ví dụ: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp PSK. 
Biên độ 5V. Tần số sóng mang 20Hz. Pha đối với bit ‘1’ là 1800, pha đối với bit ‘0’ là 00. 
 a. Vẽ tín tín hiệu PSK. 
 b. Tín hiệu PSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. 
 c. Tính tốc độ Baud. 
 Giải: 
 a. Vẽ tín tín hiệu PSK 
 0
 ‘0’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 
 0
 ‘1’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 
 Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms 
 Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms 
 Vậy Tb= 4Tc Æ 1 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. 
 b. Tín hiệu PSK không phải là tín hiệu điều hòa.Vì có 2 pha. 
 c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= Rbit =5 baud/s 
 + Băng thông của PSK: Giống băng thông ASK 
 Amplitude
 Minimum bandwidth = Nbaud
 Frequency
 fC
 fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2
 BW2-PSK = Rbaud 
 Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud 
+ Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Băng thông hẹp (nhỏ 
hơn băng thông của FSK) 
BWASK = Rbaud ; nhiễu biên độ 
BWFSK = Δf + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ 
BWPSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ 
 0 0
+ Giản đồ trạng thái pha: ‘0’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; ‘1’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 61 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 PSK không bị ảnh hưởng của các dạng nhiễu tác động như ASK, đồng thời cũng không 
bị ảnh hưởng của yếu tố băng thông rộng như FSK. Điều này có nghĩa là một thay đổi nhỏ 
của tín hiệu cũng có thể được máy thu phát hiện, như thế thay vì chỉ dùng hai thay đổi của tín 
hiệu từ một bit, ta có thể dùng với bốn sự thay đổi thông qua dịch pha của hai bit. 
+ 4-PSK: (QPSK): 4 pha, 1 pha được biểu diễn 2 bit. 
 Ví dụ: Cho một tín hiệu số 0110101100, tốc độ bit là 10 bps, được điều chế bằng 
phương pháp 4-PSK(QPSK). Biên độ 5V. Tần số sóng mang 20Hz. Pha được biểu diễn như 
sau: ‘00’ pha là 00 ; ‘01’ pha là 900 ; ‘10’ pha là 1800 ; ‘11’ pha là 2700 (-900). 
 a. Vẽ tín tín hiệu QPSK. 
 b. Tín hiệu QPSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. 
 c. Tính tốc độ Baud. 
 Giải: 
 a. Vẽ tín tín hiệu QPSK 
 0
 ‘00’Æ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 
 0
 ‘01’Æ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+90 )V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 
 0
 ‘10’Æ vc3(t)= 5 sin(2π.20t+180 )V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 
 0
 ‘11’Æ vc4(t)= 5 sin(2π.20t -90 ); V Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 
 Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/10 =100ms 
 Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms 
 Vậy Tb= 2Tc Æ 1 chu bit chứa 2 chu kỳ sóng mang fc. 
 Vậy 2Tb= 4Tc Æ 2 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. 
 Cho một tín hiệu số 0110101100 
 b. Tín hiệu QPSK không phải là tín hiệu điều hòa. Vì có 4 pha. 
 c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= (1/2)Rbit =5 baud/s 
 + Băng thông của QPSK: Giống băng thông ASK 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 62 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 Amplitude
 Minimum bandwidth = Nbaud
 Frequency
 fC
 fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2
 BW = Rbaud 
 Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud 
+ Ưu điểm QPSK(2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Nếu cùng 1 băng 
thông cho trước thì tốc độ của dữ liệu lớn hơn tốc độ của các phuơng pháp điều chế khác. 
+ Giản đồ trạng thái pha QPSK: 
+ Tương tự, ta cũng có các phương pháp điều chế pha khác 2n - PSK, có n bit biểu diễn 1 pha, 
khoảng cách giữa các pha là 3600/2n. 
 Từ đó, có thể phát triển lên 8–PSK. Thay vì dùng góc 900, ta thay đổi tín hiệu từ các góc 
pha 450. Với 8 góc pha khác nhau, dùng ba bit (một tribit), theo đó quan hệ giữa số bit tạo 
thay đổi với góc pha là lũy thừa của hai. Đồng thời 8–PSK cũng cho phép truyền nhanh gấp 
3 lần so với 2 – PSK, như minh họa ở hình 33. 
 Hình 5.1 
+ Băng thông dùng cho 2n -PSK: Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương 
tự như của ASK (Bằng tốc độ Baud). 
 Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự như của ASK, tuy nhiên 
tốc độ bit tối đa thì lớn hơn nhiều lần. Tức là tuy có cùng tốc độ baud tối đa giữa ASK và 
PSK, nhung tốc độ bit của PSK dùng cùng băng thông này có thể lớn hơn hai hay nhiều lần 
như minh họa ở hình 5.34. 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 63 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 Hình 5.2 
Ví dụ 13: Tìm băng thông của tín hiệu QPSK(4 – PSK), với tốc độ 2kbps theo chế độ bán 
song công. 
Giải: 
Vì hệ thống bán song công nên BWhệ thống= BWmỗi hướng= BWQPSK 
Phương pháp điều chế 4 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 2 bit, 
Rbit = 2x Rbaud ; Suy ra Rbaud = (1/2). Rbit=1000 baud/s; 
Mà BWPSK = Rbaud ; Suy ra BWQPSK = 1000Hz. 
Ví dụ 14: Cho tín hiệu 8–PSK có băng thông 5.000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? 
Giải: 
Phương pháp điều chế 8 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 3 bit, 
Rbit = 3x Rbaud ; 
Mà BW8-PSK = Rbaud ; Suy ra Rbaud =5000 baud/s ; 
Suy ra Rbit = 3x Rbaud =15.0000 bps=15kbps ; 
5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation) 
 PSK bị giới hạn từ khả năng phân biệt các thay đổi góc pha nhỏ của thiết bị, điều này 
làm giảm tốc độ bit. 
 + Khái niệm: QAM là phương thức kết hợp giữa ASK và PSK sao cho ta khai thác 
được tối đa sự khác biệt giữa các đơn vị tín hiệu. 
 Ví dụ: Cho một tín hiệu số 101100001000010011110111, tốc độ bit là 24 bps, tần số 
16Hz, được điều chế bằng phương pháp 8-QAM (8 loại đơn vị tín hiệu). Giản đồ pha như 
hình vẽ. 
 a. Vẽ tín tín hiệu 8-QAM. 
 b. Tín hiệu 8-QAM có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. 
 c. Tính tốc độ Baud. 
 d. Tính băng thông 8-QAM. 
 Giải: 
 a.Vẽ tín tín hiệu 8-QAM. 
 Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/24 
 Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/16 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 64 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 Ta có 3 Tb = 2 Tc, suy ra 3 chu bit sẽ tồn tại 2 chu kỳ sóng mang 
 tín hiệu số 101100001000010011110111 
 Amplitude
 Bit rate : 24 Baud rate : 8 
 011
 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 3 bits 
 101 100 001 000 010 011 110 111 010 
 000 001
 Time 101 100
 110 
 111
 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud 1 baud
 8-QAM
 1 second 2 amplitude, 4 phases
 b. Tín hiệu 8-QAM không phải là tín hiệu điều hoà, vì có nhiều biên độ 
 và nhiều pha. 
 c. Tính tốc độ Baud. 
 Rbaud = (1/3)Rbit = 8 baud/s 
 d. Tính băng thông 8-QAM. 
 Băng thông của tín hiệu QAM bằng băng thông ASK và bằng tốc độ baud 
 BWQAM = BWASK = Rbaud; 
 Suy ra BWQAM = 8Hz. 
 + Tương tự ta cũng có các dạng điều chế 2n-QAM. Với n là số bit chứa trong một đơn 
vị tín hiệu, 2n : là số loại đơn vị tín hiệu. 
 Quan hệ hình học của QAM có thể thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau như trong hình 
sau, trong đó minh họa 3 cấu hình thường gặp của 16-QAM. 
 Trường hợp đầu dùng 3 biên độ và 12 pha, giảm thiểu tốt nhiểu do có tỉ số giữa góc pha 
và biên độ lớn như ITU - đề nghị. 
 Trường hợp thứ hai, bốn biên độ và 8 pha, theo yêu cầu của mô hình OSI, khi quan sát 
kỹ, ta sẽ thấy là cấu hình theo dạng đồng trục, không xuất hiện yếu tố giao nhau giữa các biên 
độ và pha. Thực ra, với 3 x 8 ta có đến 32 khả năng. Tuy nhiên khi mới sử dụng phân nửa khả 
năng này, thì sai biệt góc pha đo lường được đã gia tăng cho phép đọc tín hiệu tốt hơn rồi. 
Thông thường thì QAM cho thấy ít bị ảnh hưởng của nhiễu hơn so với ASK (do có yếu tố 
pha) 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 65 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
+ Băng thông của QAM: 
 Băng thông tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM thì giống như của ASK và PSK, đồng 
thời QAM cũng thừa hưởng ưu điểm của PSK so với ASK. 
+ So sánh tốc độ bit/tốc độ baud: 
 Giả sử tín hiệu FSK được dùng truyền tín hiệu qua đường thoại có thể gởi đến 1200 bit 
trong một giây, tức có tốc độ bit là 1200 bps. Mỗi tần số thay đổi biểu diễn một bit; như thế 
thì cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1200 bit. Trong tốc độ baud, cũng là 1200 bps. Mỗi 
thay đổi của tín hiệu trong hệ thống 8 – QAM, được biểu diễn dùng ba bit, như thế với tốc độ 
bit là 1200 bps, thì tốc độ baud chỉ là 400. Trong hình 38, cho thấy hệ thống dibit có tốc độ 
baud chỉ bằng phân nửa tốc độ bit, và trong hệ tribit thì tốc độ baud chỉ còn một phần ba tốc 
độ bit, và trường hợp quabit thì tốc độ baud chỉ còn một phần tư tốc độ bit. 
 Bảng B.1 nhằm so sánh tốc độ bit và tốc độ baud trong nhiều phương pháp điều chế số - 
tương tự. 
 Dạng điều chế Số bit trong Bits/Baud Tốc độ Tốc độ 
 một đơn vị 
 tín hiệu Baud Bit 
 ASK, FSK, 2-PSK 1 Bit 1 N N 
 4-PSK, 4-QAM 2 Bit 2 N 2N 
 8-PSK, 8-QAM 3 Bit 3 N 3N 
 16-QAM 4 Bit 4 N 4N 
 32-QAM 5 Bit 5 N 5N 
 64-QAM 6 Bit 6 N 6N 
 128-QAM 7 Bit 7 N 7N 
 256-QAM 8 Bit 8 N 8N 
Ví dụ 15: Giản đồ pha trạng thái gồm 8 điểm cách đều nhau trên một vòng tròn. Biết tốc độ 
bit là 4800 bps, tính tốc độ baud . 
Giải: 
 • Đây là dạng 8 –PSK (23 =8) 
 • Các pha cách nhau 3600/8 = 450 
 • Một đơn vị tín hiệu chứa 3 bit. 
 • Như thế tốc độ baud là Rbaud = (1/3)Rbit = 4.800/3 = 1600 baud/s 
Ví dụ 16: Tính tốc độ bit của tín hiệu 16 – QAM, biết tốc độ baud là 1000. 
Giải: 
 • Đây là dạng 16 – QAM (24 =16) 
 • Một đơn vị tín hiệu chứa 4 bit. 
 • Như thế tốc độ bit là Rbit= 4 Rbaud = 1.000 x 4 = 4.000 bps. 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 66 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
Ví dụ 17: Tìm tốc độ baud của tín hiệu 64–QAM biết có tốc độ bit 72.000 bps. 
Giải: 
 • Đây là dạng 64 – QAM (26 =64) 
 • Một đơn vị tín hiệu chứa 6 bit. 
 • Như thế tốc độ baud là Rbaud = (1/6)Rbit = 72.000/6 = 12.000 baud. 
5.4 CHUYỂN ĐỔI ANALOG –ANALOG (Điều chế tương tự) 
 + Khái niệm: Là quá trình thay đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần 
(Dạng điều hoà) bởi tín hiệu tin tức (dữ liệu tương tự). 
 + Sơ đồ khối: 
 Analog/Analog
 conversion
 + Sóng mang cao tần (Dạng điều hoà) có 3 thông số : Biên độ, tần số và pha nên ta có 3 
phương pháp điều chế tương tự là: 
 • AM (Amplitude Modulation): Điều biên (Điều chế biên độ) 
 • FM (Frequency Modulation) ): Điều tần (Điều chế tấn số) 
 • PM (Phase Modulation) ): Điều pha (Điều chế pha) 
5.4.1 Điều biên (AM): 
 + Khái niệm: Là phương pháp mà biên độ sóng mang được thay đổi theo tín hiệu điều 
chế (tin tức), tần số và góc pha sóng mang không đổi. 
 + Tín hiệu điều chế (tin tức) trở thành hình bao của sóng mang. 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 67 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 + Băng thông của tín hiệu AM: 
 BWAM = 2 Fi max= 2 BWi 
 Với Fi max là tần số cực đại của tin tức. 
 Với BWi = BWm là Băng thông của tin tức. 
Ví dụ: Băng thông của tín hiệu thoại thường là 5 KHz. Như thế các đài phát thanh AM cần 
băng thông tối đa là 10 KHz. Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho 
phép mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz. 
 + Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530 kHz đến 1700 KHz (1,7 MHz). Tuy nhiên 
các tần số phát này phải được phân cách với ít nhất là 10 KHz (một băng thông AM) nhằm 
tránh giao thoa. 
 +Ví dụ: Nếu một đài phát dùng tần số 1100 KHz, thì tần số sóng mang kế không được phép 
bé hơn 1110 KHz. 
Ví dụ 18: Cho tín hiệu với băng thông 4 KHz, tìm băng thông của tín hiệu AM. Giả sử không 
tính đến các qui định của FCC. 
Giải: Tín hiệu AM có băng thông là hai lần băng thông tín hiệu gốc: BW = 2 x 4KHz = 8 KHz 
5.4.2 FM (Điều tần): 
 + Khái niệm: Là quá trình mà tần số sóng mang biến thiên theo biên độ tín hiệu tin tức, 
biên độ và pha của sóng mang không đổi. 
 Amplitude Modulating signal (audio)
 Time
 Amplitude
 Carrier frequency
 Time
 Amplitude FM signal
 Time
 + Băng thông tín hiệu FM: 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 68 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hoá và điều chế 
 BWFM = 2 (Fi max+ ∆fm ) = 10. BWi 
 Với : Fi max là tần số cực đại của tin tức. 
 ∆fm là độ di tần cực đại. 
 BWi là Băng thông của tin tức. 
 • Băng thông của tín hiệu audio khi phát theo chế độ stereo thường là 15 KHz. 
 • Mỗi đài phát FM cần một băng thông tối thiểu là 150 KHz. 
 • Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho mỗi đài nhằm dự phòng các dải 
 tần bảo vệ (guard band). 
 Các chương trình phát FM phát trong dải tần từ 88 MHz đến 108 MHz, các đài phải 
được phân cách ít nhất 200 KHz để tránh trùng lắp sóng. 
 Trong tầm từ 88 MHz đến 108 MHz, có khả năng có 100 kênh FM, trong đó có thể 
dùng cùng lúc 50 kênh. 
Ví dụ 19: Cho tín hiệu với băng thông 4 MHz, điều chế FM, tìm băng thông của tín hiệu FM 
đó, không tính đến qui định của FCC. 
Giải: Tín hiệu FM cần 10 lần băng thông của tín hiệu gốc: BW = 10 x 4 MHz = 40 MHz 
5.4.3 PM (Phase Modulation): 
 Nhằm đơn giản hóa yêu cầu của phần cứng, đôi khi PM được dùng thay thế FM trong 
một số hệ thống, theo đó góc pha của sóng mang được điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế, 
trong khi biên độ và tần số của sóng mang được giữ không đổi. Phương pháp phân tích thì 
tương tự như FM và không được bàn ở đây. 
Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 69