SỐ HOÁ TÍN HIỆU pptx

0
SỐ HOÁ TÍN HIỆU
1. Tín hiệu và các tham số
2. Đường truyền và các tham số
3. Hệ thống và các tham số
4. Điều xung mã PCM
5. Bài tập.
1
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ
 Các loạitínhiệu:
 Tín hiệuanalog:
 Tín hiệu xung
 Tín hiệusố
 Tín hiệudảinền.
 Tín hiệu điềuchế.
2
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)
 Tín hiệu analog (tín hiệutương tự):
x(t) = Asin(ωt+ϕ)
A: biên độ.
ω=2πf: tầnsố góc, [rad]
f: tầnsố, [Hz]
ϕ: pha củatínhiệu.
3
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)
 Ví dụ tín hiệuanalog:
Cho tín hiệu điệnápsau:
x(t) = 5+5sin(100πt) mV, t:ms
Hãy xác định:
(a) Biên độ củatínhiệu.
(b) Tầnsố và pha củatínhiệu.

(c) Vẽ dạng tín hiệu x(t).
4
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)
 Tín hiệu xung:
¾ Xung vuông
¾ Xung tam giác
5
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)
 Tín hiệusố:
¾ 100110011
¾ Cụmbit biểudiễnmộtsymbol.
6
1. TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)
 Các tham số củatínhiệu:
 Mức điện:
¾ Công suất.
¾ Điệnáp.
¾ Dòng điện
 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu:
SNR = Công suấttínhiệu/Công suất nhiễu
 Tầnsố hoặcbăng thông củatínhiệu.
7
2. ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ CÁC THAM SỐ
 Các đường truyềndẫn:
 Đường truyềnvôtuyến:
 Đường truyềncápkimloại
 Đường truyềncápsợi quang
 Băng thông đường truyềndẫn:
 BW (BandWidth), [Hz].
8

3. HỆ THỐNG VÀ CÁC THAM SỐ
 Các hệ thống truyềndẫn:
 Hệ thống truyềndẫntương tự (Analog)
 Hệ thống truyềndẫnsố (Digital)
 Hệ thống truyềndẫnvôtuyến
 Hệ thống truyềndẫncápđồng
 Hệ thống truyềndẫncápsợi quang
 Các tham số củahệ thống truyềndẫnsố
 Tốc độ bit R [bit/s].
 Tỷ số lỗibit BER
 Rung pha (Jitter)
9
4. SỐ HOÁ TÍN HIỆU ANALOG
 Là chuyển đổitínhiệuanalog thànhtínhiệu
số.
 Các phương pháp:
 Điều xung mã PCM.
 Điều xung mã vi sai DPCM
 Điềuchế Delta DM.
10
PCM: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
ADC (Analog-to-Digital Converter): Bộ chuyểnTương tự sang số
LPF: Lọc thông thấp
Sampling: Lấymẫu
Quantizing: Lượng tử hoá
Coding: Mã hoá
LPF
(Low Pass Filter)
Sampling Quantizing Coding
x(t)

PCM
ADC
11
PCM(tt): LPF (Low Pass Filter)
 Giới hạn phổ tần tín hiệu tin tức:
Δf = f
max
-f
min
= B
 Loại bỏ các can nhiễu tần số cao
 Phổ tần tín hiệu thoại: 300Hz-3400Hz
 Băng thông của bộ lọc: Δf=3.1kHz
 Phổ tần cực đại của tín hiệu thoại: f
max
=3,4KHz,
làm tròn bằng f
max
=4KHz
12
PCM(tt): Sampling
 Mộtsố khái niệm:
 Mẫulàbiênđộ của tín hiệu điềuchếởmộtgiá
trịđịnh trước(điệnáp).
 Lấymẫulàquátrìnhđogiátrị biên độ ở những
khoảng thờigianđềunhau(chukỳ lấymẫu T
S
).
 Tốc độ lấymẫulàsố mẫulấy đượctrênmột
đơnvị thờigian(tầnsố lấymẫu f

S
= 1/T
S
).
13
PCM(tt): Sampling
 Là mạch điều biên xung PAM (Pulse Amplitude
Modulation): nhân tín hiệu tin tức x(t) và sóng
mang dạng xung s(t).
 Rời rạc hoá tín hiệu thành chuỗi xung biên độ rời
rạc.
 Tần số lấy mẫu
f
s
≥ 2f
max
(đònh lý Nyquist)
 Đối với tín hiệu thoại:
f
s
= 2f
max
= 2*4KHz = 8KHz
14
PCM(tt): Sampling
 Đốivớitínhiệuthoại: f
max
= 4KHz
 Tầnsố lấumẫu:
f

s
= 2f
max
= 2*4KHz = 8KHz
 Chu kỳ lấumẫu:
T
s
= 1/f
s
= 1/8KHz = 125μs
15
PCM(tt): Phổ của Tín Hiệu Lấy Mẫu
f (Hz)
f
max
Tín hiệu vào
f (Hz)
f
max
f
s
2f
s
(f
s
-f
max
)(f
s
+f

max
)(2f
s
-f
max
)
Tín hiệu đã lấy mẫu
(fs > 2f
max
)
f (Hz)
f
s
2f
s
f
max
(f
s
-f
max
)(f
s
+f
max
)(2f
s
-f
max
)

Tín hiệu đã lấy mẫu
(fs < 2f
max
)
16
PCM(tt): Dạng Tín Hiệu Lấy Mẫu
t
t
t
x(t)
s(t)
x
k
(t)
Tín hiệu ngõ vào
Tín hiệu đã lấy mẫu
Tín hiệu xung đồng hồ
17
PCM(tt): Quantizing
 Là q trình phân loạicácmẫu analog thành một
trong số mứclượng tửđã định trước. Biên độ của
mộtmẫusẽ nằmtrongtậpcácgiátrị lượng tử.
 Gần đúng hoá các xung biên độ PAM (làm tròn
đến mức lượng tử gần nhất)
 Mục đích: để mã hố thành từ mã có số bit ít nhất
 Số mức lượng tử: Q=2
n
n là số bit sẽđượcmãhốmộtmẫu.
Ví dụ:
n = 2 > Q = 2

2
= 4 mức
n = 4 > Q = 2
4
= 16 mức
n = 8 > Q = 2
8
= 256 mức
18
PCM(tt): Quantizing
 Các phương pháp lượng tử hoá:
 Lượng tử hoá đều: Chia biên độ tín hiệucầnsố
hoá thành các khoảng đều nhau, mỗikhoảng là
mộtbướclượng tử Δ. Nếubiênđộ củatínhiệu
analog là –a đếna thìsố mứclượng tử Q và Δ có
mốiquanhệ sau:
 Lượng tử hoá không đều: Chia biên độ tín hiệulấy
mẫu thành các khoảng không đềunhau. Biênđộ
tín hiệucànglớnthìbướclượng tử càng lớn.
Q
a2
=Δ
19
PCM(tt): Quantizing (tt)
 Trong kỹ thuật PCM, 1 xung được mã hoá thành
chuỗi nhò phân 8 bit Ỉ có 2
8
=256 mức lượng tử.
 Chia làm hai phần có 128 mức dương và 128 mức
âm, mỗi phần chia làm 8 đoạn, mỗi đoạn chia

thành 16 mức lượng tử khác nhau.
20
PCM(tt): Minh HọaLượng Tử Hố
(Đồng Nhất)
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
Các mẫu trước khi lượng tử Các mẫu sau khi lượng tử
Các mức lượng tử
10000111
10000110
10000101
10000100
10000011
10000010
10000001
10000000
21
PCM(tt): Quantizing (tt)
ặNhieóu lửụùng tửỷ: l s chờnh lch giatớnhiu
ngừ vo v tớn hiu ólng t.
ặ
Cụng sutmộolng t (lng t hoỏ u)
12
2

=
MLT
P
22
Méodo quátrìnhlượng tử hoá
5

4
3
2
1
0.5
0
-0.5
Sampling Instants
Quantized
levels
Analog signal
23
PCM(tt): Quantizing (tt): SNR
Number of bits
per code (n)
Number of
quantizing steps
(2
n
)
Signal-to-Noise
(SNR),dB
7
8
128
256
42
48
10
12

1024
4096
60
72
SNR củatínhiệu khôi phục:
SNR ≈ 6n (dB)
24
PCM(tt): Quantizing (tt)
 Nhiễulượng tử có thể giảm bằng cách tăng số
mứclượng tử (giảmkhoảng cách lượng tử Δ)
⇒ tăng số bit/1mẫu lượng tử ⇔ giảm độ rộng
xung ⇔ tăng băng thông củatínhiệu hay
giảmsố kênh ghép.
 Lượng tử hóa tuyến tính: tín hiệucóbiênđộ
bé thì méo lượng tử lớn, tín hiệulớn thì méo
lượng tử nhỏ (vì số mứclượng tửđã được định
trước, còn biên độ tín hiệuthìngẫunhiên)