Hệ thống viễn thông - chương 2 pps

LOGO
Đà Nẵng, năm 2009
Nội dung
3
3
2
4
3
GiỚI THIỆU CHUNG
1
KỸ THUẬT SỐ HOÁ VÀ ĐỊNH DẠNG TÍN HiỆU
3
5
HỆ THỐNG THÔNG TIN VI BA –VỆ TINH
CÁC VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN DẪN
HỆ THỐNG SỐ - HỆ THỐNG TƯƠNG TỰ
6
3
7
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH
Chương2: KỸ THUẬT SỐ HOÁ VÀ ĐỊNH
DẠNG TÍN HiỆU
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ

N
N
G
G
2
2
1
GIỚI THIỆU PP PCM
2
ĐiỀU CHẾ XUNG MÃ PCM
3
CÁC KỸ THUẬT SỐ HOÁ GiẢM BĂNG THÔNG
ĐỊNH DẠNG TÍN HiỆU SỐ
4

Chuyển t/h tương tự sang tín hiệu số

Phương pháp biến đổi tín hiệu tương tự sang
số phổ biến hơn cả là điều chế xung mã PCM

PCM bao gồm các bước sau: Lấy mẫu, lượng
tử hoá và mã hoá.

PCM có những biến thể khá thông dụng là
PCM delta, điều chế xung mã vi sai DPCM
điều chế delta DM, DM thích nghi ADM

Các phương pháp sau cho tốc độ tín hiệu số
thấp hơn so với PCM, nên sử dụng băng
thông tiết kiệm hơn

Điều chế xung mã PCM

PCM ngày càng rộng rãi vì những ưu điểm
nổi bật:
•
Có thể sử dụng các mạch số không đắt lắm trong
hệ thống
•
Tín hiệu PCM xuất phát từ tất cả các nguồn tín
hiệu tương tự có thể kết hợp với tín hiệu số liệu (ví
dụ từ máy tính) và truyền chung qua hệ thống
truyền tin số tốc độ cao
•
Khi truyền tin qua khoảng cách xa, tín hiệu PCM
có thể được khôi phục hoàn toàn tại mỗi trạm lặp
trung gian. Ảnh hưởng của nhiễu không bị tích luỹ
mà chỉ cần quan tâm đến nhiễu truyền dẫn giữa
hai trạm lặp cạnh nhau.
•
Có thể giảm ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu
PCM bằng cách sử dụng các kỹ thuật mã hoá đặc
biệt
•
Có thể giảm bớt độ dư tin (redundancy) trong bản
tin
•
Tín hiệu PCM dễ lưu trữ

Khuyết điểm:

•
Đòi hỏi băng thông rộng hơn so với tín hiệu tương
tự
2.1 Lấy mẫu

Là bước đầu tiên của kỹ thuật số hoá

Mục đích:
•
Tạo nên một dãy xung rời rạc, tuần hoàn rộng
bằng nhau
•
Biên độ xung bằng với giá trị tín hiệu tương tự tại
thời điểm lấy mẫu
•
Dãy xung đó được gọi là PAM (Pulse Amplitude
Modulation)

Nếu PAM có tần số đủ lớn thì có thể khôi
phục lại tín hiệu tương tự ban đầu từ tín hiệu
PAM

Định lý lấy mẫu Shannon:
f
s
≥ 2f
m

f
s
: tần số của tín hiệu PAM
f
m
: tần số cực đại của phổ tín hiệu tương tự.


Trường hợp tín hiệu tương tự là tín hiệu thông dải có
phổ từ f
L
đến f
H
thì f
s
được chọn:
VD: Lấy mẫu tín hiệu thoại tương tự có phổ:
0.3 - 3.4 kHz, theo định lý lấy mẫu có:
n = int(3.4/3.1) = 1. Suy ra f
s
≥ 6.8 kHz.
Thực tế, CCITT quy định f
s
= 8 kHz.
Tốc độ lấy mẫu 8KHz. Sử dụng trong mạng điện thoại :
PSTN, ISDN
Bộ mã hoá băng rộng dí dụ như: WB-GIPS (Wide band-
Global IP Sound ( sử dụng trong skype),sử dụng tốc độ
lấy mẫu là 16KHz


Nếu f
s
không thoả mãn định lý lấy mẫu
Shannon, thì xảy ra hiện tượng các phiên bản
phổ chồng lấn lên nhau.

Ta gọi đây là hiện tượng chồng phổ hay mập
mờ phổ (aliasing).
2.1.1 Bộ lấy mẫu và giữ mẫu
- Vào thời điểm lấy mẫu, khóa đóng lại. Tụ C được nạp rất
nhanh do rC rất nhỏ. Tụ C nạp đến điện áp bằng với giá trị
điện áp của tín hiệu tương tự vào.  lấy mẫu.
- Sau đó khóa mở ra. Do RC rất lớn nên điện áp trên tụ C gần
như không thay đổi. Đây chính là giai đoạn giữ mẫu.
2.1.2 Khôi phục tín hiệu

Nếu f
s
thỏa định lý lấy mẫu, từ t/h PAM, có thể
khôi phục được tín hiệu gốc nhờ một bộ lọc
thông thấp tần số cắt f
m

Nếu f
s
không thỏa định lý lấy mẫu thì do ảnh
hưởng của hiện tượng chồng phổ, không thể
khôi phục tín hiệu ban đầu


Để chống ảnh hưởng của chồng phổ, đặt
ngay trước bộ lấy mẫu một bộ lọc thông thấp
để loại bỏ các thành phần tần số lớn hơn f
s
/2
2.2.1 Lượng tử hoá

Sự xấp xỉ hóa các giá trị của các mẫu tương
tự bằng cách sử dụng số mức hữu hạn M.

m(t): t/h vào bộ lượng tử hoá

m
q
(t): t/h ra của bộ lượng tử hoá

m
-2
, m
-1
, m
0
, m
1
, m
2
: các mức lượng tử hoá

m(t) và m

q
(t) cắt nhau tại nữa bước lượng tử.

Sự khác nhau giữa m(t) và m
q
(t) nhiều hay ít phụ
thuộc vào kích thước bước S (Step size)

Gọi V: Biên độ đỉnh của t/h tương tự vào
M: Số mức lượng tử hoá
n: Số bit dùng để mã hoá
S = V/M
n = log
2
M

Nhiễu lượng tử hoá:
•
Giả sử tín hiệu lượng tử hoá được truyền đến
trạm lặp, chịu ảnh hưởng của nhiễu nên bị méo
•
Tín hiệu này đi vào bộ lượng tử hoá một lần nữa
gọi là tái lượng tử hoá, được t/h ra.
•
Quan sát thấy lỗi chỉ xuất hiện nếu biên độ nhiễu
vượt quá một nữa kích thước bước.
→ tăng kích thước bước, có thể giảm bớt sự tích luỹ
nhiễu
•
Tăng kích thước bước thì sẽ dẫn đến sự sai khác

giữa tín hiệu gốc và tín hiệu lượng tử hoá: sai
khác này gọi là nhiễu lượng tử hoá
2.2.2 Mã hoá

Sự kết hợp giữa hoạt động lấy mẫu và lượng
tử hóa tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hóa
(quantized PAM)

Dãy xung rời rạc cách nhau T
s
và có biên độ
cũng rời rạc hóa với M mức biên độ

Trước khi truyền đi, mỗi mẫu PAM lượng tử
hóa được mã hóa thành một từ mã số (digital
word) gọi là từ mã PCM (PCM word)

Có thể sử dụng mã Gray hoặc mã nhị phân
để biểu diễn từ mã PCM

Gọi n là số bit cần thiết để mã hoá mỗi từ mã PCM.
Vì cả mã gray và mã mã nhị phân đều là mã cơ số 2
nên ta chọn n sao cho:
log
2
M ≤ n ≤ log
2
(M+1)
2.2.3 Lượng tử hoá và mã hoá không

đều

Nhiễu lượng tử hóa phụ thuộc vào kích thước
bước S

Nếu S không thay đổi thì tỷ số SNR sẽ nhỏ
đối với tín hiệu có biên độ nhỏ và lớn đối với
tín hiệu có biên độ lớn

Để đạt SNR đồng đều: tiến hành lượng tử
hoá không đều với S thay đổi