(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn kỹ THUẬT hệ THỐNG VIỄN THÔNG kỹ THUẬT GHÉP KÊNHPHÂN KÊNH TDM

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
KỸ THUẬT HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

KỸ THUẬT GHÉP KÊNH/PHÂN KÊNH
TDM

Người hướng dẫn:

ThS. ĐẶNG NGỌC HẠNH

Người thực hiện ĐINH NGỌC MINH
TRẦN ĐỨC NAM
MAI THÀNH DANH
NGUYỄN MINH NGHĨA
PHAN VĂN LỘC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021


PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN
STT

1
2
3
4
5

ĐÁNH GIÁ CHÉO
Tổng điểm đánh giá là 100%
Người đánh
giá
TV1
TV2
TV3
TV4
TV5


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .....................................................................................
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................
CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU TỔNG QUAN .........................................................................
1.1

GIỚI THIỆU .................................................................................................................

1.2

ĐẶC ĐIỂM ...................................................................................................................

1.3

KIẾN TRÚC KỸ THUẬT .........................................

1.4

........................................................................................................................................

1.5

ỨNG DỤNG ..................................................................................................................

CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG [SYNCHRONOUS TDM]
2.1

MƠ HÌNH TỔNG QT ..................................................................................................

CHƯƠNG 3. MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ . ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.
3.1

PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT .......................................................................................

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ...............................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GIS

GPS
DSM

DEM
UAV
GCS
GSD


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 1/26

CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu:
 Trong viễn thơng, ghép kênh là q trình ghép nhiều tín hiệu (hoặc chuỗi

dữ liệu) thành một tín hiệu (hoặc chuỗi dữ liệu) để truyền đi xa nhằm tiết
kiệm tài nguyên, tăng hiệu suất kênh truyền. Thiết bị thực hiện việc này gọi
là bộ ghép kênh, ở đầu thu bộ tách kênh thực hiện việc tách các kênh này ra
và phân đến đúng đầu nhận.



Có 2 dạng ghép kênh cơ bản đó là TDM và FDM. Trong báo cáo
BTL này chúng ta sẽ tìm hiểu về kỹ thuật ghép kênh TDM.



Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) là 1 kỹ thuật ghép kênh mà

trong đó có 2 hoặc nhiều tín hiệu dữ liệu được truyền qua 1 kênh truyền
chung trong các khe (slots) thời gian khác nhau.



Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) được sử dụng khi môi trường
truyền có tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn yêu cầu của thiết bị thu và phát.



Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) còn được gọi là Chuyển
mạch kỹ thuật số (a digital circuit switched).



Có 2 loại TDM , đó là Synchronous TDM(TDM đồng bộ) và
Statistical TDM(TDM không đồng bộ hay TDM thống kê) trong báo cáo
BTL này nhóm chúng em chỉ mơ phỏng Synchronous TDM(TDM đồng
bộ).

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 2/26

1.2 Đặc điểm

Synchronous TDM(TDM đồng bộ)

 TDM đồng bộ phân chia các khe (slot) cho từng ngõ vào (source)
với thời gian bằng nhau.
 Khe nào không có dữ liệu truyền thì khe đó bỏ trống.


Số khe thời gian bằng số ngõ vào.

 Chiều dài của khung (frame:Các khe thời gian được nhóm thành
khung) bằng số ngõ vào.
 Các ngõ vào có cùng tốc độ bit.
1.3 Ứng dụng:



Các kỹ thuật ghép kênh được sử dụng chủ yếu trong nền công
nghiệp điện thoại :
 Dịch vụ chuyển mạch analog (analog switched service): Là dịch vụ
gọi máy (dial up) thông thường dùng tại nhà. Dùng hai dây (hay trong
một số trường hợp; dùng bốn dây) là cáp đôi xoắn để kết nối máy điện
thoại với mạng thông qua tổng đài.
 Dịch vụ thuê kênh analog (analog leased service): cung cấp cho thuê
bao cơ hội để thuê đường dây, đôi khi còn gọi là dedicated line, tức là
kết nối thường trực với thuê bao khác
 Conditioned lines: Telephone carrier cũng cung cấp một dịch vụ gọi
là conditioning, tức là cải thiện chất lượng đường dây do nhiễu làm
nghe không rõ, méo dạng tín hiệu và nhiễu do trễ.
 Và nhiều ứng dụng khác,…

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 3/26

CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG [Synchronous TDM]
2.1 Mơ hình tổng qt:
Ngun tắc TDM:
-Thời gian sử dụng đường truyền dẫn được chia thành các phần khác nhau gọi là
các khe thời gian-Time Slot(TS)
-Truyền đưa tin từ các nguồn tin khác nhau được thực hiện trong các khe thời gian
riêng biệt.

Mỗi TS dung để truyền tín hiệu từ một nguồ tin đầu vào. Tín hiệu này có thể là một
xung, một bit, hoặc một nhóm bít. Khi nguồn tin đầu vào khơng có tín hiệu thì vẫn
gán TS cố định từ trước cho nhánh đó.
Sơ Đồ Nguyên Lý:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 4/26

Phát tín hiệu:
- Chuyển mạch bộ phân phối lần lượt được đặt tại các điểm đầu vào của nguồn tin
từ 1 đến 3 để nối chùng với đường truyền trong các khe thời gian từ 1 đến 3 tương
ứng.
TDM PAM (Pulse – amplitude modulation/điều chế biên độ xung):
- Là một dạng điều chế tín hiệu trong đó thơng tin được mã hóa trong biên độ của
một chuỗi xung, là một trong một số dạng điều chế đơn trong đó dữ liệu được
truyền qua việc thay đổi biên độ của các xung trong chuỗi xung điện theo thời gian
đều đặn.
TDM PCM (Pulse Code Modulation):
- Là một lược đồ số để truyền dữ liệu tương tự. Các tín hiệu trong PCM là nhị phân,
tức là, chỉ có 2 trạng thái, biểu diễn bởi logic 1 (cao) và logic 0 (thấp), bất chấp tín
hiệu tương tự có dạng sóng phức tạp như thế nào. Sử dụng PCM, nó có thể số hóa
tất cả các dạng dữ liệu tương tự, gồm video, thoại, nhạc…
- Sau khi thực hiện lượng tử hóa và mã hóa ta có tín hiệu PCM-TDM.Tại đầu thu,
tín hiệu PAM-TDM giống như bên phát. Các mẫu sau đó được phân phối tới các
đầu ra
Để thu được PCM từ một dạng sóng tương tự tại nguồn (đầu cuối máy
phát), biên
độ tín hiệu tương tự được lấy mẫu theo chu kỳ thời gian. Tại đích (đầu cuối máy
thu), một bộ giải điều chế mã xung chuyển đổi các số nhị phân trở lại thành xung có

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 5/26

cùng mức lượng tử giống như ở bộ điều chế. Các xung này được xử lý thêm nữa để
phục hồi giống với dạng sóng tương tự gốc.
Thu tín hiệu:
- Phía thu, chuyển mạch bộ phân phối thu lần lượt nối đường truyền dẫn với các bộ
nhận tin thứ 1, 2, 3 một cách tương ứng ở các khe thời gian từ 1 đến 3.
Bộ phân phối phát và thu hoạt động đồng bộ với nhau. Bộ phân phối phát
đóng vai
trị như thiết bị lấy mẫu lần lượt các đầu vào trong các khe thời gian tương ứng từ 1
đến 3
- fo phải thỏa mãn định lý lấy mẫu. Tín hiệu lối ra bộ phận phân phối phát là các
mẫu tín hiệu được ghép xen lần lượt, gọi là tín hiệu PAM-TDM(fo>=2B)
tương ứng nhờ bộ phân phối thu. Tại từng nhánh ra tương ứng, các mẫu này được
cho qua bộ lọc thơng thấp cho tín hiệu tương tự tương ứng với các đầu vào.
Đồng bộ trong TDM:
- Bên phát và thu phải hoạt động đồng bộ với nhau (cùng nhịp) thì bên thu mới tách
được dữ liệu trong luồng TDM tới.
- Trong hệ thống TDM có 2 yêu cầu về đồng bộ: đồng bộ bít và đồng bộ khung
Thông số đánh giá:
SNR
SNR được định nghĩa là tỷ số giữa cơng suất tín hiệu và cơng suất nhiễu, thường
được biểu thị bằng decibel.
Các phép đo trong hệ thống điều chế
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của kênh được đưa ra bởi:

Trong đó W là băng thơng và

là chỉ số điều chế

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đầu ra (của máy thu AM) được cho bởi:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 6/26

BER
Tỷ lệ lỗi bit (BER) là số lỗi bit trên một đơn vị thời gian. Tỷ lệ lỗi bit (cũng là BER)
là số lỗi bit chia cho tổng số bit được truyền trong một khoảng thời gian được
nghiên cứu. Tỷ lệ lỗi bit là một thước đo hiệu suất khơng có đơn vị, thường được
biểu thị dưới dạng phần trăm.
XÁC SUẤT LỖI BIT
là giá trị mong đợi của tỷ lệ lỗi bit. Tỷ lệ lỗi bit có thể được coi là một ước tính
gần đúng của xác suất lỗi bit. Ước tính này chính xác trong một khoảng thời gian
dài và số lượng lỗi bit cao.

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 7/26

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 Phân tích lý thuyết
3.1.1 Điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation)
3.1.1.1 Khái niệm

PAM: là kĩ thuật điều chế trong đó biên độ chuỗi xung chữ nhật được tỉ lệ với biên
độ của tín hiệu tương tự m(t)
PAM có hai phương pháp lấy mẫu: lấy mẫu tự nhiên (natural sampling) và lấy mẫu
bằng (flat top sampling)
Lấy mẫu tự nhiên: tín hiệu tương tự ban đầu kết hợp với các xung lấy mẫu và cho ra
tín hiệu lấy mẫu có cùng dạng tín hiệu tương tự ban đầu.
Lấy mẫu bằng: tín hiệu tương tự ban đầu kết hợp với các xung lấy mẫu và cho ra
xung lấy mẫu có biên độ của các xung mơ phỏng theo biên độ của tín hiệu tương tự
tại thời điểm lấy mẫu.
3.1.1.2 Sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 8/26

Trong đó :
+ Lowpass filter- Bộ lọc thơng thấp: giữ lại tín hiệu ở khoảng tần số thấp (loại bỏ
hiện tương aliasing)
+

Modulator: bộ điều chế

+

Pluse generator: bộ phát xung lấy mẫu

+

Pulse reshaping circuit: làm phẳng biên độ tín hiệu

Lấy mẫu tự nhiên:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 9/26

Lấy mẫu bằng:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 10/26

3.1.1.3 Đánh giá:

Ưu điểm: PAM là phương pháp điều chế đơn giản nhất và dễ thực hiện.
Nhược điểm:
+

Yêu cầu băng thông lớn (BW > 2fmax và BW >> fm).

+

Yêu cầu công suất phát khác nhau do biên độ thay đổi.

+
Ít miễn dịch với nhiễu do biên độ có thể bị thay đổi trong q trình điều
chế.
3.1.2 Điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation)
3.1.2.1 Khái niệm:

PWM: kĩ thuật điều chế trong đó độ rộng xung của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu
tương tự được đem điều chế
3.1.2.2 Sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật

Trong đó:
+

Sawtooth generator: bộ phát xung răng cưa

+

Op-amp: chức năng so sánh

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 11/26

3.1.2.3 Đánh giá

Ưu điểm:
+

Miễn nhiễm với nhiễu tốt hơn PAM

+

Quá trình truyền tải và và tiếp nhận khơng u cầu đồng bộ

+

Q trình giải điều chế từ tín hiệu PWM bóp méo có phần dễ hơn

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10

Bài tập lớn KTHTVT

Trang 12/26

Nhược điểm:
+

Do sự thay đổi của độ rộng xung nên chú ý công suất truyền tải

+

Yêu cầu băng thơng lớn hơn PAM

3.1.3 Điều chế vị trí xung PPM (Pulse Position Modulation)
3.1.3.1 Khái niệm

PPM: Kĩ thuật điều chế cho phép thay đổi vị trí xung của tín hiệu điều chế theo biên
độ của tín hiệu được lấy mẫu.
3.1.3.2 Sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật

Trong đó:
+ Monostable multivibrator: khối đa hài một trạng thái ổn định (tạo xung khi được
kích hoạt trạng thái)

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10

Bài tập lớn KTHTVT

Ghép kênh/phân kênh TDM

Trang 13/26

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 14/26

3.1.3.3 Đánh giá

Ưu điểm:
+ Tương tự như PWM, PPM cũng cho thấy khả năng miễn dịch tiếng ồn tốt hơn so
với PAM. Điều này là do nội dung thơng tin có mặt ở vị trí của các xung chứ khơng
phải biên độ.
+ Vì biên độ và chiều rộng của các xung vẫn khơng đổi. Do đó, công suất truyền tải
cũng không đổi và không hiển thị biến thể.
+

Phục hồi tín hiệu PPM từ PPM bị bóp méo là khá dễ dàng.

+

Nhiễu do tiếng ồn ở mức tối thiểu hơn PAM và PWM.

+

Yêu cầu sự đồng bộ hóa giữa máy thu và máy phát

+

u cầu băng thơng lớn

3.1.4 Ghép kênh/phân kênh TDM
3.1.4.1 Ghép kênh TDM

Lưu đồ giải thuật:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 15/26

3.1.4.2 Phân kênh TDM

Lưu đồ giải thuật:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10

Bài tập lớn KTHTVT

Trang 16/26

3.1.4.3 Đánh giá

Ưu điểm:
+

Có thể sử dụng cả với tín hiệu số và tín hiệu tương tự

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 17/26

+

Giao thoa giữa các tín hiệu ở mức nhỏ hoặc không đáng kể

+

Mạch điện sử dụng đơn giản

+

Độ hiệu quả cao

+

Tín hiệu truyền đi khơng nhất quán về thời gian



Khắc phục bằng cách sử dụng

bit khung
Nhược điểm
+

Cần đồng bộ thời gian thu phát giữa trạm gốc và thiết bị di động

+

Yêu cầu tốc độ truyền cao, tối thiểu lớn hơn số bit đầu vào

+

Để hạn chế nhiễu thì u cầu độ rộng băng thơng phải lớn

+
TDM đồng bộ: Khi khơng có tín hiệu khe thời gian bị trống dẫn đến lãng
phí băng
thơng

3.2 Mơ phỏng
3.2.1 Điều chế biên độ xung PAM
Lấy mẫu tự nhiên:

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 18/26

Lấy mẫu bằng:

3.2.2 Điều chế độ rộng xung PWM

3.2.3 Điều chế vị trí xung PPM

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10


Bài tập lớn KTHTVT

Trang 19/26

3.2.4 PAM – TDM
3.2.4.1 Code

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy import signal
from pylab import *

#
n = int(input('Enter the quantity of input signal ='))
#
Input
n=3
fc = float(input('Enter the frequency of the carrier signal = '))
ac = float(input('Enter the
amplification coefficient of PAM = '))
fm1 = float(input('Enter the frequency of the message signal 1 = '))
am1 = float(input('Enter the amplitude of the message signal 1 = '))
fm2 = float(input('Enter the frequency of the message signal 2 = '))
am2 = float(input('Enter the amplitude of the message signal 2 = '))
fm3 = float(input('Enter the frequency of the message signal 3 = '))
am3 = float(input('Enter the amplitude of the message signal 3 = '))
# Time
fmin = min (fm1, fm2, fm3)
t
= np.linspace(0, 4/fmin, num = int(4/fmin*(100*fc)))
t_tdm = np.linspace(0, n*4/fmin, num = n*int(4/fmin*(100*fc)))
# Formula of signals
m1 = am1 * np.cos(2 * np.pi * fm1 * t)
m2 = am2 * np.sin(2 * np.pi * fm2 * t)
m3 = am3 * (0.5 * signal.sawtooth(2 * np.pi * fm3 * t, 0.5) + 0.5)
mc = ac * (0.5 * signal.square(2 * np.pi * fc * t, 0.5) + 0.5)
mc_tdm = ac * (0.5 * signal.square(2 * np.pi * fc * t_tdm, 0.5) + 0.5)

# TDM mux
sig = np.arange(n*len(t), dtype = float).reshape(n, len(t) ) tdm =
np.arange(n*len(t), dtype = float).reshape(1, n*len(t)) for i in
range (0,len(t)):
sig[0,i] = m1[i]
sig[1,i] = m2[i]
sig[2,i] = m3[i]
tdm = np.reshape(sig, (n*len(t), 1), order="F")
""""
tdm_s = np.arange(n*len(t), dtype = float).reshape(n*len(t), 1)
period_sam = len(t_tdm)/(fc*n*4/fmin)
on_samp = ceil(period_sam * 0.5)
def ind(i):

Ghép kênh/phân kênh TDM

Nhóm 10