TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Giới thiệu chương
Chương 1 tìm hiểu lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống, đặc tính kênh truyền và sự phân chia phổ tài nguyên vô tuyến.
Khái niệm
Thông tin vô tuyến là hệ thống truyền thông sử dụng không gian tự do làm phương tiện truyền dẫn Hệ thống này hoạt động bằng cách phát sóng các tín hiệu thông tin qua sóng điện từ, sau đó thu nhận và tách tín hiệu gốc từ sóng điện từ.
Mặc dù không gian tự do thường được hiểu là chân không, nhưng việc truyền sóng qua khí quyển trái đất vẫn được xem là truyền sóng trong không gian tự do Khí quyển gây ra tổn thất tín hiệu, trong khi chân không không có tổn thất này Sóng vô tuyến không thể được lý giải hoàn toàn chỉ bằng lý thuyết, vì nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tầng đối lưu, tầng điện ly và các thiên thể, bao gồm cả mặt trời Do đó, việc dự báo đường truyền sóng vô tuyến và khả năng liên lạc dựa trên dữ liệu quá khứ là rất quan trọng.
Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống thông tin vô tuyến
Nguồn tin được mã hóa để giảm thiểu thông tin dư thừa, sau đó mã kênh được áp dụng nhằm chống lại lỗi do kênh truyền Để truyền tín hiệu xa, cần điều chế tín hiệu với các mức phù hợp với điều kiện kênh truyền Tín hiệu phát ra từ máy phát sẽ được thu nhận tại máy thu, nơi tín hiệu trải qua các thuật toán ngược lại với quy trình phát Cuối cùng, tín hiệu thu được sẽ được giải mã tại máy thu.
Nguồn tin Mã nguồn tin
Mã kênh Điều chế Đích nhận tin
Giải điều chế Kênh vô tuyến
Chất lượng tín hiệu thu được phụ thuộc phương pháp mã kênh, điều kiện kênh truyền và băng thông tín hiệu.
Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vô tuyến
Lịch sử thông tin vô tuyến bắt đầu vào đầu thế kỷ 19 khi Marconi thành công trong việc liên lạc qua Đại Tây Dương, cùng với sự phát hiện của Kenelly và Heaviside về tầng điện ly trong khí quyển, mở ra kỷ nguyên thông tin vô tuyến cao tần quy mô Gần 40 năm sau, mặc dù thông tin vô tuyến cao tần vẫn là phương thức chính, nhưng không đủ để đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng Chiến tranh thế giới thứ hai đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng, khi thông tin tầm nhìn thẳng, sử dụng băng tần số cực cao (VHF), được phát triển nhờ vào những tiến bộ trong linh kiện điện tử.
Tần số cao (HF) và tần số cực cao (UHF) chủ yếu được sử dụng trong ngành radar Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của lưu lượng truyền thông, tần số thông tin vô tuyến đã mở rộng đến các băng tần siêu cao (SHF) và cực kỳ cao (EHF).
Vào năm 1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã được triển khai, cùng với sự xuất hiện của phương pháp chuyển tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lưu của khí quyển Nhờ vào những ưu điểm vượt trội như dung lượng lớn, phạm vi thu sóng rộng và hiệu quả kinh tế cao, thông tin vô tuyến đã trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều lĩnh vực như phát thanh truyền hình, vô tuyến hàng hải, hàng không, quân sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn nghiệp dư và thông tin vệ tinh - vũ trụ.
Sự can nhiễu giữa các lĩnh vực thông tin là một vấn đề không thể tránh khỏi do việc sử dụng chung không gian vô tuyến làm môi trường truyền dẫn Để giải quyết vấn đề này, các Hội nghị vô tuyến Quốc tế đã được tổ chức từ năm 1906 Tần số vô tuyến hiện nay được quy định theo các quy tắc thông tin vô tuyến (RR) tại hội nghị của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) diễn ra ở Geneva vào năm 1959 Tiếp theo là các hội nghị về phân bố lại dải tần số sóng ngắn vào năm 1967, bổ sung quy chế tần số vô tuyến cho thông tin vũ trụ vào năm 1971, và phân bố lại tần số vô tuyến cho thông tin di động hàng hải phục vụ mục đích kinh doanh.
Năm 1974, tại Hội nghị của ITU vào năm 1979, dải tần số vô tuyến đã được mở rộng từ 9 kHz và bổ sung cho Quy chế thông tin vô tuyến điện (RR) Để giảm thiểu nhiễu trong thông tin vô tuyến, ITU tiếp tục nghiên cứu các vấn đề nhằm cải thiện việc sắp xếp khoảng cách giữa các sóng mang.
Qui chế thông tin vô tuyến:
- Dùng cách che chắn thích hợp trong khi lựa chọn trạm
- Cải thiện hướng tính của anten; nhận dạng bằng sóng phân cực chéo
- Tǎng cường độ ghép kênh
- Chấp nhận sử dụng phương pháp điều chế chống lại can nhiễu
Ngày nay, thông tin vô tuyến vẫn giữ vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin, bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ như thông tin di động, vi ba số, cáp quang và thông tin vệ tinh Công nghệ vô tuyến ngày càng hoàn thiện, đáp ứng yêu cầu về kết cấu, truyền dẫn, xử lý tín hiệu và bảo mật thông tin.
Khái niệm kênh truyền vô tuyến
Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền sóng vô tuyến, đóng vai trò quyết định đến chất lượng hệ thống viễn thông Khác với kênh truyền hữu tuyến, kênh truyền vô tuyến mang tính ngẫu nhiên và khó phân tích Tín hiệu phát đi qua kênh này thường bị cản trở bởi các vật cản như toà nhà, núi non và cây cối, dẫn đến hiện tượng phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ.
Phản xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một bề mặt phẳng có kích thước lớn so với bước sóng của tín hiệu tần số vô tuyến.
Nhiễu xạ xảy ra khi sóng bị cản trở bởi một nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng, làm ảnh hưởng đến đường truyền giữa thiết bị phát và thu.
Tán xạ xảy ra khi sóng điện từ va chạm vào một bề mặt lớn và gồ ghề, dẫn đến việc năng lượng bị phân tán hoặc phản xạ ra mọi hướng.
Kết quả thu được từ máy thu là nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát, điều này có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.
Trước khi thiết kế hệ thống, việc nghiên cứu đặc tính kênh truyền là rất quan trọng Kết quả nghiên cứu này sẽ giúp lựa chọn các kỹ thuật mã hóa kênh, điều chế tín hiệu, cũng như các phương pháp cân bằng kênh, lọc nhiễu và các kỹ thuật khác.
Các đặc tính của kênh vô tuyến
a Kênh thông tin vô tuyến có độ suy hao rất l n, t ường đạt t 140 đến
Công suất tín hiệu tại lối vào của kênh thu thường dao động từ 10^-10 đến 10^-14 W, trong khi lối ra cần công suất hàng W hoặc lớn hơn để đảm bảo thiết bị cuối hoạt động tin cậy Điều này có nghĩa là thiết bị thu phải có hệ số khuếch đại ít nhất từ 10^10 đến 10^14, tương đương với 10^5 đến 10^7 lần theo điện áp Vấn đề khuếch đại tín hiệu không chỉ nằm ở yêu cầu cao về hệ số khuếch đại mà còn ở việc mức tín hiệu tại lối vào phải được so sánh với tạp âm thăng giáng, loại tạp âm này lẫn vào tín hiệu và không thể tách biệt Độ suy hao của kênh vô tuyến cũng thay đổi trong một phạm vi rộng.
Cường độ trường điện từ tại điểm thu tỉ lệ nghịch với bình phương quãng đường sóng đi qua, do đó, mức tín hiệu ở lối vào phần thu của kênh cần đạt từ 100 - 120 dB để đảm bảo tín hiệu ra ổn định cho thiết bị cuối hoạt động bình thường Độ suy hao thay đổi của kênh gây khó khăn cho việc thiết lập hệ thống thông tin duplex, đặc biệt khi sử dụng sóng cực ngắn, vì chúng phụ thuộc vào địa hình và có thể gặp phải hiện tượng fading giao thoa khi có các đối tượng phản xạ sóng Hơn nữa, độ suy giảm của kênh thông tin vô tuyến còn bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của các tham số khí quyển.
Sự thay đổi trong dải sóng ngắn thể hiện rõ qua các sóng phản xạ từ tầng ion, với các dao động tín hiệu do biến đổi mức độ ion hóa theo chu kỳ ngày đêm Ngoài ra, tín hiệu thu được từ tầng ion thường gặp hiện tượng fading nhanh chóng do sự giao thoa của các tia đến từ những con đường khác nhau Kênh thông tin, nếu chỉ xem xét môi trường truyền sóng, về mặt vật lý là chung cho tất cả các phương tiện thông tin vô tuyến hiện có, bao gồm các đài phát thanh và đường truyền vô tuyến.
Khả năng phát sóng đồng thời nhiều tín hiệu trên vô tuyến dựa vào phân tách tần số là rất quan trọng Tuy nhiên, việc sử dụng hiệu quả dải tần số, đặc biệt là với sóng ngắn, gặp nhiều khó khăn do khoảng cách truyền sóng không bị giới hạn Khi nhu cầu sử dụng tần số ở một số đoạn vượt quá khả năng vật lý, dễ dàng dẫn đến tình trạng nhiễu lẫn nhau trong quá trình phát tin, gây ra sự mất mát thông tin.
Tình hình trở nên nghiêm trọng hơn do thiết bị kỹ thuật chưa hoàn thiện, dẫn đến việc phát tín hiệu thường xuyên kèm theo các bức xạ phụ Hơn nữa, quá trình thu tín hiệu gặp khó khăn khi phải tiếp nhận nhiễu từ các tần số lớn hơn nhiều so với dải tần cần thiết, đặc biệt khi nguồn nhiễu ở gần khu vực thu.
Các nguồn nhiễu trong môi trường bao gồm cả quá trình tự nhiên như sự phóng điện trong cơn giông, bức xạ vô tuyến từ mặt trời và thiên hà, cùng với các thiết bị điện trong công nghiệp và sinh hoạt Hầu hết các loại nhiễu này có nguồn gốc tự nhiên và công nghiệp đều là nhiễu dải rộng, ảnh hưởng đến toàn bộ dải tần số Ngoài ra, kênh vô tuyến cũng có thể gây ra méo tín hiệu do hạn chế phổ tần của nó.
Trong các hệ thống thông tin, việc hạn chế phổ rộng vô hạn của tín hiệu có độ rộng hữu hạn là cần thiết, vì năng lượng của tín hiệu thường chỉ tập trung trong một dải tần hẹp Đặc biệt trong hệ thống thông tin vô tuyến, việc giới hạn phổ còn quan trọng do dung lượng dải tần hạn chế và để giảm thiểu xác suất nhiễu lạ xâm nhập vào dải thông của kênh.
Kênh vô tuyến khác với kênh hữu tuyến, nổi bật với dải rộng các thay đổi nhanh và chậm của độ suy hao, đồng thời chịu tác động mạnh mẽ từ nhiều nguồn nhiễu bên ngoài.
Truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông
Tín hiệu băng cơ sở là loại tín hiệu có phổ tần với năng lượng chủ yếu tập trung ở vùng tần số thấp gần gốc tọa độ, thường được coi là tín hiệu có tần số từ 0 đến Fmax Chẳng hạn, tín hiệu băng tần thoại có năng lượng tập trung trong dải tần từ 0.3 đến 3.4 kHz.
Tín hiệu băng cơ sở, hay còn gọi là băng gốc, được tạo ra từ các nguồn thông tin khác nhau nhưng không phù hợp với kênh truyền, do đó không thể truyền đi xa Để tín hiệu này có thể truyền đi một cách hiệu quả, nó cần trải qua quá trình điều chế, trong đó tín hiệu băng gốc được sử dụng để biến đổi một số thông số của tín hiệu sóng mang cao tần Kết quả của quá trình này là tín hiệu băng thông, với phổ tần năng lượng tập trung quanh tần số sóng mang fc.
1.7 Một số kỹ thuật xử lý tín hiệu
Các chức năng xử lý tín hiệu trong hệ thống thông tin số được minh họa qua các khối trong sơ đồ khối Mỗi khối đại diện cho một thuật toán xử lý tín hiệu cụ thể Hình 1.2 trình bày sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số, thể hiện các chức năng xử lý tín hiệu quan trọng nhất hiện nay.
Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vô tuyến số
Trải phổ Đa truy nhập
Giải trải phổ Đa truy nhập
Máy thu Đồng bộ Kênh truyền
Tới các đích nhận tin khác
Mã hóa nguồn Định dạng
Sơ đồ khối hình 1.2 mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu, bao gồm các thuật toán cơ bản trong xử lý tín hiệu Tuy nhiên, không phải hệ thống thông tin số nào cũng yêu cầu thực hiện đầy đủ các thuật toán này.
Hầu hết các tín hiệu đầu vào trong hệ thống thông tin số, bao gồm tiếng nói, hình ảnh và âm thanh, là tín hiệu tương tự Do đó, cần có một khối định dạng để chuyển đổi các tín hiệu này sang dạng dãy từ mã số Các từ mã này được biểu diễn bằng các bit nhị phân, và tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, các bit hoặc nhóm bit sẽ được biểu diễn ở dạng thức phù hợp.
Giải định dạng chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự, giúp tăng băng thông truyền dẫn Việc số hóa tín hiệu tương tự cho phép bộ thu hoạt động hiệu quả hơn ở tỷ số tín hiệu trên nhiễu thấp hơn.
Mã hóa và giải mã nguồn tín hiệu là quá trình quan trọng trong việc nén và giải nén dữ liệu, giúp giảm tốc độ bít và giảm băng thông chiếm dụng của tín hiệu số Cụ thể, trong một khoảng thời gian nhất định, quá trình mã hóa nén sẽ loại bỏ một số bít mà vẫn đảm bảo không làm mất thông tin cần thiết.
Mã và giải mã mật là quá trình bảo mật thông tin bằng cách sử dụng một khóa xác định để mã hóa và giải mã chuỗi bít Để đảm bảo an toàn thông tin, đồng thời duy trì tốc độ truyền bít, người ta thường áp dụng phương pháp xáo trộn vị trí ký hiệu trong bản tin, với nguyên tắc thống nhất giữa phần phát và phần thu.
Mã và giải mã kênh bao gồm hai loại chính là mã khối và mã chập, có nhiệm vụ kiểm soát lỗi và giảm thiểu các tác động tiêu cực trên đường truyền Để đảm bảo truyền dẫn thông tin số tin cậy, người ta thường chèn thêm một lượng bít dư vào chuỗi tin ở phía phát Nhờ vào việc này, phía thu có khả năng thực hiện hai nhiệm vụ quan trọng: phát hiện và sửa lỗi.
Ghép-phân kênh là quá trình truyền tin từ nhiều nguồn khác nhau đến các đích nhận khác nhau trên một hệ thống truyền dẫn duy nhất Trong kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, có ba phương pháp ghép kênh cơ bản, bao gồm ghép kênh theo tần số (FDM - Frequency Division Multiplexing) và ghép kênh theo thời gian (TDM - Time Division Multiplexing).
Ghép kênh trong truyền dẫn tín hiệu có thể được thực hiện qua hai phương pháp chính: ghép kênh theo tần số (FDM) và ghép kênh theo mã (CDM) Đối với tín hiệu tương tự, việc hạn chế phổ không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng liên lạc, và việc chuyển tín hiệu lên băng tần đường dây khá dễ dàng Mặc dù ghép kênh theo thời gian cũng có thể áp dụng cho tín hiệu tương tự, nhưng thực tế, phương pháp ghép kênh theo tần số thường được ưa chuộng hơn Trong khi đó, đối với tín hiệu số, thời gian tồn tại của xung tín hiệu là hữu hạn và phụ thuộc vào độ rộng xung Khoảng cách giữa các phần tử của cùng một nguồn tin được gọi là độ dài khung tín hiệu, cho phép tín hiệu từ mỗi nguồn được truyền trên các khe thời gian riêng biệt Hệ thống truyền dẫn số thực hiện ghép kênh một cách thuận lợi, và khi phát một luồng số trên kênh vô tuyến, cần điều chế luồng này ở một sóng mang có băng tần hữu hạn Luồng số có thể là tín hiệu từ máy tính hoặc tín hiệu PCM được tạo ra từ tiếng nói hay hình ảnh đã số hóa.
- Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là (MODEM: Modulation Denodulation) Là khối giao diện thực hiện hai chức năng:
Ghép k bít thành một symbol để nâng cao hiệu quả sử dụng đường truyền
Ánh xạ tập symbol thành tập dạng sóng để truyền tín hiệu đi xa
Trải và giải trải phổ là phương pháp quan trọng nhằm chống nhiễu do kẻ địch gây ra và bảo mật thông tin, thông qua việc mở rộng phổ tín hiệu và nén lại sau đó Hệ thống thông tin quân sự ứng dụng kỹ thuật này để nâng cao khả năng chống nhiễu và che giấu tín hiệu bằng cách phát ở công suất thấp, giảm khả năng bị phát hiện Có hai loại trải phổ cơ bản là trải phổ chuỗi trực tiếp (DS) và trải phổ nhảy tần (FH), cùng với hai loại điều chế liên quan là khóa dịch pha (PSK) và khóa dịch tần số (FSK), sẽ được trình bày chi tiết trong chương hai.
Đa truy nhập cho phép nhiều người dùng truy cập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu Để khôi phục chính xác tín hiệu thu, cần biết thời gian tồn tại của một symbol (TS) trong tín hiệu số Trong các hệ thống truyền dẫn kết hợp, thông tin về pha của tín hiệu sóng mang cũng rất quan trọng trong điều chế số Để thực hiện điều này, bên phát phải thông báo cho bên thu các thông tin cần thiết, và hệ thống thực hiện chức năng này được gọi là hệ thống đồng bộ.
Đồng bộ trong các hệ thống thông tin liên kết bao gồm nhiều khía cạnh quan trọng như đồng bộ nhịp đồng hồ, đồng bộ bít, đồng bộ symbol, đồng bộ khung, đồng bộ mạng và đồng bộ pha sóng mang.
Máy phát thực hiện các chức năng như trộn tần số, khuếch đại tần số và lọc tần số Cụ thể, thiết bị này trộn tần số tín hiệu từ tần số trung tâm lên tần số vô tuyến, giúp tối ưu hóa quá trình truyền tải thông tin.
Điều chế
1.8.1 Khái ni m đ ều chế số Điều chế là quá trình gửi thông tin vào các tham số của sóng mang vô tuyến với độ rộng băng tần cần thiết để truyền kênh vô tuyến Hay nói cách khác, điều chế được xem như là quá trình mà trong đó một đặc tính nào đó của sóng mang được thay đổi theo một sóng điều chế [4]
Để tối ưu hóa dung lượng đường truyền dẫn số trong điều kiện băng tần kênh vô tuyến hạn chế, người ta áp dụng phương pháp điều chế khóa pha kết hợp với khóa biên, được gọi là điều chế cầu phương vuông góc (QAM: Quadrature Amplitude Modulation).
1.8.2 Tại sao phả dùng đ ều chế số
Do năng lượng tín hiệu từ máy phát không đủ để truyền xa, việc điều chế là cần thiết để sử dụng năng lượng sóng điều chế mang tín hiệu Điều chế số dần thay thế điều chế tương tự nhờ vào nhiều lợi ích như tăng dung lượng thông tin, tương thích với dịch vụ dữ liệu số, bảo mật cao hơn, chất lượng kết nối tốt hơn và nhanh chóng hơn trong việc sẵn sàng hệ thống.
Phổ vô tuyến đang ngày càng được chia sẻ rộng rãi, với nhiều người dùng mới tham gia mỗi ngày để sử dụng các dịch vụ Do đó, việc quy hoạch tài nguyên vô tuyến trở nên vô cùng cần thiết Sử dụng điều chế số giúp tăng dung lượng mang tin, từ đó phần nào giải quyết vấn đề này.
1.8.3 Đ ều chế tín hi u nhiều mức nhằm nâng cao hi u quả phổ
Hầu hết các nguồn tin số tạo ra tín hiệu nhị phân, nhưng để tối ưu hóa phổ, tín hiệu này thường được mã hóa thành các tín hiệu nhiều mức Điều này cho phép tăng công suất tín hiệu nhằm giảm bề rộng phổ mà tín hiệu chiếm giữ.
Bề rộng phổ tín hiệu số phụ thuộc vào số chiều của tín hiệu, với phổ lý thuyết trải từ -∞ đến +∞ qua biến đổi Fourier Tuy nhiên, trong thực tế, bề rộng phổ của tín hiệu số được xác định bởi độ rộng băng tạp âm của bộ lọc phối hợp, tương ứng với 1/TS (TS là độ dài của một symbol) Do đó, độ rộng băng tần tối thiểu của tín hiệu số là 1/TS, nhưng thường lớn hơn giá trị này từ vài chục phần trăm.
Nếu tất cả các tín hiệu cơ sở trực giao trong không gian tín hiệu đều có cùng một tần số, thì đây là trường hợp thường gặp ở các tín hiệu một hoặc hai chiều, chẳng hạn như BPSK (Binary Phase Shift Keying).
Trong các phương pháp điều chế như Phase Shift Keying (PSK), M-PSK và M-QAM, tín hiệu số được tạo thành từ các tổ hợp tuyến tính của tín hiệu cơ sở có cùng tần số, cho phép sử dụng chung một loại mạch lọc Kết quả là, tập tín hiệu tổng hợp chiếm giải tần tương tự như một tín hiệu đơn, với bề rộng phổ là 1/TS, chưa tính đến phần mở rộng thêm Đối với các tín hiệu cơ sở trực giao có tần số khác nhau, như trong điều chế tần số (FSK) và MSK, khoảng cách tần số giữa chúng phải lớn hơn hoặc bằng 1/TS Trong trường hợp này, phổ của tập tín hiệu sẽ chiếm tới M/TS, và với số chiều tín hiệu D = M, bề rộng phổ sẽ tăng tỷ lệ với sự gia tăng số chiều tín hiệu.
Hiệu quả phổ của tín hiệu được đo bằng tốc độ truyền tin trên mỗi đơn vị bề rộng phổ tần số (b/s/Hz) Việc áp dụng điều chế M mức có thể tăng tốc độ truyền tin lên log2M lần so với một bít, giúp giảm đáng kể bề rộng phổ của tín hiệu và cải thiện hiệu quả phổ so với phương pháp nhị phân.
Các loại điều chế tần số, mặc dù dễ thực hiện và có ưu điểm về độ nhạy cảm với méo phi tuyến thấp do tín hiệu có đường bao không đổi, nhưng không nâng cao hiệu quả sử dụng phổ so với tín hiệu nhị phân Do đó, chúng thường chỉ được áp dụng cho M nhỏ (thường không quá 4) và trong những trường hợp mà hiệu quả phổ không phải là yêu cầu hàng đầu, trong khi khả năng chịu méo phi tuyến và độ đơn giản của thiết bị lại được ưu tiên Đối với các hệ thống yêu cầu hiệu quả phổ lớn, như hệ thống dung lượng lớn và vừa, M-PSK và M-QAM là những loại điều chế phổ biến, vì chúng có khả năng tăng hiệu quả phổ lên log2M lần so với tín hiệu nhị phân.
Để nâng cao hiệu quả phổ, cần tăng công suất tín hiệu Ví dụ, trong trường hợp tín hiệu M-PSK, với công suất tín hiệu giống nhau, khoảng cách từ điểm tín hiệu đến biên quyết định nhỏ hơn so với điều chế pha nhị phân (BPSK) khi M>2, dẫn đến xác suất thu lỗi cao hơn Để duy trì xác suất thu lỗi tương đương BPSK, cần tăng khoảng cách từ điểm tín hiệu đến biên quyết định cho M-PSK, điều này yêu cầu tăng công suất tín hiệu Tỷ lệ tăng công suất cho điều chế pha số M-PSK có thể dễ dàng xác định.
M (1.1) trong đó PM và PB lần lượt là công suất cần thiết đối với M-PSK và BPSK để có được cùng một xác suất thu lỗi như nhau, n = log2M [3]
1.8.4 L a chọn tố ưu tập tín hi u
Việc lựa chọn phương pháp điều chế tín hiệu là cần thiết để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ với công suất tín hiệu tối thiểu và xác suất thu lỗi đã cho Trong trường hợp hệ thống truyền dẫn yêu cầu dung lượng B [b/s] trên kênh có bề rộng băng tần W [Hz] với W8, EQ sẽ nhỏ hơn EP cần thiết để đạt được cùng một BER đã cho; cụ thể, với M = 16, điều chế QAM mang lại lợi ích 1.64 dB về công suất so với PSK, và với Md, lợi ích này có thể đạt tới 6,27 dB EQ trong các biểu thức (1.2a, b) và (1.3) đại diện cho năng lượng của tín hiệu QAM lớn nhất, trong khi năng lượng trung bình của tín hiệu M-QAM thấp hơn, cho thấy giá trị lợi ích về công suất sẽ còn lớn hơn nếu tính theo công suất trung bình Điều này có nghĩa rằng khi M>8, sơ đồ điều chế M-QAM sẽ có lợi hơn M-PSK về công suất, nhưng khi 4
