Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng matlab

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


ĐỒ ÁN VIỄN THÔNG 1

Đề Tài

TÌM HIỂU ĐIỀU CHẾ PCM VÀ
MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Mai Lan

TP.HCM tháng 6 năm 2016


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Quyển báo cáo ĐAMH được trình bày có đúng mẫu ?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Nội dung báo cáo có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. Mô phỏng của ĐAMH có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Các ý kiến khác
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. Điểm :
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(GV ký tên và ghi rõ họ tên)

2


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
1. Quyển báo cáo ĐAMH được trình bày có đúng mẫu ?

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Nội dung báo cáo có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. Mô phỏng của ĐAMH có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Các ý kiến khác
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. Điểm :
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 2016
Giáo viên phản biện
(GV ký tên và ghi rõ họ tên)

3


LỜI NÓI ĐẦU
Hầu hết chúng ta sử dụng giao tiếp hằng bằng âm thanh chính là tín hiệu tương
tự, nếu muốn truyền thông tin đi xa phục vụ cho nhu cầu thông tin liên lạc hoặc nhu
cầu giải trí của con người thì phài biến đồi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Vì
thế việc đầu tiên của hệ thống thông tin số đó là phải số hóa tín hiệu tương tự. Lĩnh
vực số hóa tín hiệu liên tục nghiên cứu mạnh trong các vài năm trở lại đây. Sự
nghiên cứu đó đã tạo ra rất nhiều kiểu biến đổi khác nhau và trong mỗi kiểu lại có
các biến thể. Việc lựa chọn phương pháp nào còn phụ thuộc vào lĩnh vực áp dụng và
chất lượng truyền dẫn mà ta mong muốn đạt được.
Một trong các phương pháp biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu số phổ biến
hơn cảc là điều chế mã xung PCM.( Pulse Coded Modulation). PCM cho chất lượng
đảm bảo với giá thành tương đối.
Mục tiêu đồ án này, ta phân tích điều chế PCM và mô phỏng điều chế PCM
thông qua sử dụng MATLAB.
Đề tài bao gồm 4 chương:
Chương I giới thiệu về hệ thống viễn thông
Chương II trình bày quá trình điều chế PCM
Chương III trình bày kết quả mô phỏng quá trinh điều chế PCM bằng Matlab
Chương IV kết luận và hướng phát triển đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nhiệm,
nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được nhận những ý kiến của
Thầy Cô.

4


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành xong bày đồ án này, chúng em xin chân thành cảm ơn các
thầy cô đã tận tình hướng dẫn ,giảng dạy trong suốt quá trình học tập và rèn luyện ở
Trường Cao Đẳng Công Thương TP.HCM ,đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa
ĐIỆN-ĐIỆN TỬ.
Xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thị Mai Lan đã tận tình
chu đáo hướng dẫn chúng em thực hiện bài đổ án này . Nếu không có những lời
hướng dẫn, dạy bảo của cô thì em nghĩ bài đồ này của chúng em rất khó có thể hoàn
thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn cô.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện đề tài một cách hoàn thiện nhất
.song buổi đầu mới làm quen với việc làm đồ án cũng như hạn chế về kiến thức và
kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót mà bản thân chưa thấy được .
chúng em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa đã giúp đỡ nhóm trong quá trình
thực hiện Đồ án môn học.
Em xin trân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016

5


MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH ẢNH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Phiên âm tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế mã xung

CCITT

Consultative Committee for

Ủy ban tư vấn quốc tế về

International Telelphone and

điện thoại và điện báo

Telegraph
PAM

Pulse Amplitude Modulation

Điều chế biên độ xung

NRZ

Non- Return Zero

Tín hiệu không trở về
không

RZ

Return Zero

Tín hiệu trở về không

ASK

amplitude shift keying

điều chế số biên độ

FSK

frequency shift keying

điều chế số tần số

PSK

phase shift keying

điều chế số pha

ADPCM

Adaptive differential pulse-code
modulation

điêu chế xung mã vi sai
thích ứng

7


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG VIỄN
THÔNG
Viễn thông: bao gồm những vấn đề liên quan đến việc truyền thông tin (trao
đổi hay quảng bá thông tin) giữa các đối tượng qua một khoảng cách, nghĩa là bao
gồm bất kỳ hoạt động liên quan tới việc phát/nhận tin tức (âm thanh, hình ảnh, chữ
viết, dữ liệu,…) qua các phương tiện truyền thông
Trong những năm qua, hạ tầng viễn thông đã phát triển nhanh về cả công
nghệ và chất lượng cung cấp dịch vụ. Viễn thông đã trải qua một quá trình phát
triển lâu dài với nhiều bước ngoặt trong phát triển công nghệ và phát triển mạng
lưới. Việt Nam cũng như các nước trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà khai thác
viễn thông khác nhau với sự đa dạng của công nghệ và cấu hình mạng cũng như các
dịch vụ cung cấp.

Hình 1. Sơ đồ tổng quan hệ thống viễn thông

8


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

 Hệ thống truyền thông:

Truyền thông là việc truyền thông tin từ một điểm tới một điểm khác, gồm có truyền
thông cơ học (bưu chính) và truyền thông điện (viễn thông) bởi vì nó phát triển từ
dạng cơ học (máy móc) sang dạng điện/quang và ngày càng sử dụng những hệ thống
điện/quang phức tạp hơn.
Một hệ truyền thông gồm các bộ phận được mô tả như hình vẽ

Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống truyền thông
Nguồn thông tin: là nơi phát sinh ra tin tức như tiếng nói, ảnh truyền hình, điện
tín…Nếu dữ liệu đó không phải là điện (như tiếng nói, hình ảnh…) thì nó sẽ được
biến đổi thành tín hiệu sóng điện và được coi là tín hiệu băng gốc hay tín hiệu tin
tức.
Bộ phát: là bộ biến đổi băng gốc thành một tín hiệu thích ứng với đường truyền để
việc truyền thông hiệu quả.
Kênh truyền: là môi trường để truyền dẫn tín hiệu dữ liệu từ nơi phát đến nơi thu.
Kênh truyền có thể dùng bằng dây dẫn (như dây đồng, cáp đồng trục, cáp quang…)
hoặc đường truyền sóng vô tuyến…
Bộ thu: xử lý tín hiệu từ kênh truyền tới, thực hiện sự biến đổi ngược lại so với biến
đổi tại nơi phát.
Nơi nhận: là nơi tin tức được truyền tới.

9

Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Kênh truyền có vai trò quan trọng, làm suy giảm tín hiệu và làm méo dạng
sóng. Độ dài của kênh càng dài thì suy hao năng lượng tín hiệu càng lớn.
Dạng sóng bị méo là do tổng số những tín hiệu khác nhau tạo nên . Kênh
cũng có thể gây ra loại méo phi tuyến khi độ suy giảm thay đổi theo biên độ tần số.
Tín hiệu không chỉ bị méo do kênh mà còn bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu
khác trên đường truyền (được gọi chung là nhiễu).

Hình 3 Tín hiệu nhiễu
Nhiễu là những tín hiệu ngẫu nhiên, không đoán trước được do các nguyên
nhân bên trong và bên ngoài.
Có nhiều cách làm giảm ảnh hưởng của nhiễu trong nhưng không bao giờ có
thể loại trừ được nó. Nhiễu là một trong những nhân tố cơ bản làm hạn chế tốc độ
truyền thông.
Kênh làm méo tín hiệu và nhiễu tích lũy lại trên dọc đường truyền. Cường độ
tín hiệu giảm đi trong khi nhiễu tăng theo khoảng cách từ bộ phát. Vì vậy tỉ số tín
hiệu trên tạp giảm không ngừng trên kênh.
Khuếch tín hiệu thu để bù trừ sự suy hao là không được vì nhiễu cũng được
khuếch đại cùng một tỉ lệ.
 Tín hiệu truyền đi xa và truyền nhiều nguồn thông tin từ một đài phát người
ta phải điều chế tín hiệu đó với sóng mang. Một số phương pháp cơ bản là
10


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

điều biên(ASK) , điều tần(FSK) ,điều chế xung mã (PCM), (PSK) điều chế số

pha,….

CHƯƠNG II : ĐIỀU CHẾ PCM (Pulse Coded
Modulation)
I.

TỔNG QUAN

1. Giới thiệu điều chế PCM
Hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng kỹ thuật số trong các chức năng điều
khiển chuyển mạch và báo hiệu trong các tổng đài điện thoại và các liên kết truyền
dẫn giữa chúng. Một yếu tố quan trọng của sự thay đổi này là xu hướng phát triển

11


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

của phương pháp vận chuyển tín hiệu thoại bằng kỹ thuật chuyển đổi tương tự thành
tín hiệu số.
Alec Reeves Harley là một nhà khoa học người Anh với phát minh nổi tiếng của
mình là điều chế mã xung (PCM) vào năm 1937 , nhưng nó chỉ dùng trong kỹ thuật
bán dẫn và cho phép ứng dụng các hệ thống truyền dẫn số thực tế trong các mạng
điện thoại từ giữa thập niên 60. Hiện nay phương pháp thông dụng nhất để số hoá
tiếng nói là kỹ thuật điều chế xung mã PCM.
Tín hiệu thoại, tín hiệu hình là các tín hiệu liên tục theo thời gian để truyền dẫn
và xử lý được trong hệ thống thông tin số thì việc đầu tiên là phải biến đổi từ tín
hiệu tương tự thành tín hiệu số. Gọi chung là kỹ thuật biến đổi tương tự thành số ký
hiệu: A/D

2. Mục đích điều chế
Tín hiệu băng thông gốc được gây ra bởi các nguồn thông tin khác nhau,không
phải lúc nào cũng thích hợp cho việc truyền trưc tiếp qua một kênh cho trước nào
đó. Các tín hiệu này thường được biến đổi để quá trình truyền đi được dễ dàng. Qúa
trình biến đổi đó được gọi là điều chế. Điều chế là một kỹ thuật cho phép thông tin
được truyền như sự thay đổi của tín hiệu mang thông tin. Điều chế được sử dụng
cho cả thông tin số và tương tự.

3. Ứng dụng
PCM là phương pháp lấy mẫu tín hiệu được dùng trong số hóa tín hiệu thoại
trong truyền dẫn T-line trong hệ thống viễn thông Bắc Mỹ, E -line trong hệ thống
viễn thông Châu Âu. PCM được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống viễn thông hiên
nay để biến đổi tín hiệu A\D như micro âm ly, điện thoại ,máy bộ đàm,… và các
phương tiện truyền thanh khác. Ngoài ra PCM còn kết hợp với NRZ và RZ để
truyền tín hiệu.

12


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

II.

QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ PCM

Trong viễn thông biến đổi A/D ta dùng kỹ thuật điều chế PCM quá trình điều chế
xung mã PCM được chia thành 4 giai đoạn: lấy mẫu, lượng tử , mã hóa nhị phân và
mã hóa số-số.

Hình 4. Quá trình điều chế PCM

1. Lấy mẫu tín hiệu analog
1.1 khái niệm
Lấy mẫu là quá trình rời rạc hoặc chia nhỏ tín hiệu theo thời gian. Biên độ
của tín hiệu analog là liên tục theo thời gian. Lấy mẫu lấy biên độ của tín hiệu
analog ở từng khoảng thời gian nhất định. Quá trình này giống như điều chế biên độ,
trong đó các dãy xung có chu kỳ được điều chế biên độ bởi tín hiệu analog. Do vậy
các mẫu lấy được sẽ gián đoạn theo thời gian. Dãy mẫu này gọi là tín hiệu PAM
(điều chế biên độ xung).

1.2 Yêu cầu
Nếu tín hiệu có chứa một thành phần có tần số chính xác bằng fm Hz, thì các
mẫu sẽ cách nhau đúng 1/(2fm) giây sẽ không thể khôi phục hoàn toàn chính xác tín
hiệu, fm là các tần số lớn nhất của tín hiệu ban đầu hay còn gọi là tần số lấy mẫu.

13


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Để thực hiện quá trình lấy mẫu tín hiệu bất kỳ phải dựa vào định lý Nyquist,
nội dung của định lý được phát biểu như sau:
Nếu tín hiệu gốc là hàm liên tục theo thời gian có tần phổ giới hạn từ 0 đến
fmax khi lấy mẫu thì tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số lớn nhất
trong tín hiệu gốc, nghĩa là:

fm ≥ 2×fmax hay

[2.1]

Một yếu tố quan trọng trong lấy mẫu là phía phát lấy mẫu cho tín hiệu analog
theo tần số nào để cho phía thu tái tạo lại được tín hiệu ban đầu. Theo định lý
Nyquist, bằng cách lấy mẫu tín hiệu analog theo tần số cao hơn ít nhất hai lần tần số
cao nhất của tín hiệu thì có thể tạo lại tín hiệu analog ban đầu từ các mẫu đó.
Đối với tín hiệu thoại hoạt động ở băng tần 0,3 ÷ 3,4 kHz, tần số lấy mẫu là
8kHz để đáp ứng yêu cầu về chất lượng truyền dẫn: phía thu khôi phục tín hiệu
analog có độ méo trong phạm vi cho phép.

Hình 5. Lấy mẫu tín hiệu

(a) Thể hiện đường cong tín hiệu thoại.
(b) Dãy xung điều khiển hoạt động bộ lấy mẫu có chu kỳ Tm = 125μs.
(c) Tín hiệu đầu ra bộ ấy mẫu (tín hiệu điều biên xung- PAM)

14


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

So sánh giữa các tần số lấy mẫu khác nhau

Hình 6. So sánh giữa các khác nhau

1.3 Hiện tượng chồng phổ (Aliasing error)
Nếu lấy quá lớn thì xảy ra hiện tượng chồng phổ, do tín hiệu chồng lên nhau
.Xảy ra hiện tượng chồng phổ sẽ không khôi phục được tín hiệu liên tục do tín hiệu
chồng lên nhau gây ra mất tín hiệu
 Khi lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện f m ≥ 2fmax để khi khôi phục tín hiệu liên
tục ở máy thu không bị méo chồng phổ.

15


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Hình 7 Hiện tượng chồng phổ

2. Lượng tử hóa
2.1 Định nghĩa.
Rời rạc hóa tín hiệu về mặt biên độ.Lượng tử hoá nghĩa là chia biên độ của tín
hiệu thành các khoảng đều hoặc không đều, mỗi khoảng là một bước lượng tử, biên
độ tín hiệu ứng với đầu hoặc cuối mỗi bước lượng tử gọi là một mức lượng tử. Sau
khi có các mức lượng tử thì biên độ của các xung mẫu được làm tròn đến mức gần
nhất. Có hai loại lượng tử hoá biên độ: lượng tử hoá đều và lượng tử hoá không
đều.

2.2 Lượng tử hóa đều
Chia biên độ tín hiệu thành các khoảng đều nhau( các mức lượng tử hóa có biên độ
cách đều nhau)
 Bước lượng tử (
[2.2]

Q : số lượng mức lượng tử , a : biên độ xung lấy mẫu,

Hình 8. Lượng tử hóa đều
Mức lượng tử lớn dẫn đến số bit dùng để mã các mức lượng tử tăng, làm tăng
tốc độ bít và do vậy tăng phổ chiếm của tín hiệu.
Lượng tử hóa đều thì việc chia các mức với số mức tối thiểu (nhằm giảm số
bít mã cần dùng) xác định theo độ chính xác đã cho đối với các mức cao của tín hiệu

16


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

lại dẫn đến sai số phạm phải lại lớn đối với các mức thấp. Điều này dẫn tới sai số
tổng cộng lớn hơn do trong thực tế các mức tín hiệu thấp của tín hiệu thoại thường
xảy ra nhiều hơn so với các mức cao. Các mâu thuẫn nói trên trong thực tế được
khắc phục bởi lượng tử hóa không đều

2.3 Lượng tử hóa không đều
Để khắc phục nhược điểm của lượng tử hoá đều người ta sử dụng lượng tử
hoá không đều. Trái với lượng tử hoá đều, lượng tử hoá không đều chia biên độ
xung lấy mẫu thành các khoảng không đều theo nguyên tắc khi biên độ xung lấy
mẫu càng lớn thì độ dài bước lượng tử càng lớn.

Hình 9. Lượng tử hóa không đều
Khoảng cách giữa các mức lượng tử được chọn lớn với các mức lớn còn với
các mức tín hiệu nhỏ thì khoảng cách giữa các mức lượng tử nhỏ. Giải pháp này khá
tự nhiên do đối với tín hiệu lớn thì tử số tín hiệu trên sai số (tín/tạp âm lượng tử) vẫn
khá nhỏ dù sai số lượng tử tuyệt đối có lớn. Việc chia các mức lượng tử không đều
như thế, tuy vậy lại khá khó thực hiện trong thực tế và một giải pháp tương đương
thường được áp dụng là thực hiện lượng tử hóa đều các tín hiệu được nén.

17


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Muốn lượng tử hóa không đều có thể sử dụng một trong hai phương pháp : néndãn analog hoặc nén-dãn số, việc duy trì nén-giãn chính xác là một yêu cầu rất ngặt

nghèo nhằm tránh các méo tín hiệu mang vào do quá trình nén-giãn.
Các luật nén logarit được áp dụng trong hệ Châu Âu và hệ Mỹ khá khác nhau,
điều này do lịch sử quá trình phát triển viễn thông trước đây khác nhau để lại. Luật
nén được áp dụng là luật đối µ với hệ Mỹ, trong khi đó hệ Châu Âu sử dụng luật nén
A. Biểu thức giải tích xác định các luật nén µ và A là:
 Luật nén µ (Hệ Mỹ):
y = sign( x)

ln(1 + µ x )
, −1 ≤ x ≤ 1
ln(1 + µ )

[2.3]

 Luật nén A (Hệ Châu Âu):

Ax
, 0 ≤ x ≤ 1/ A
 sign( x)
1 + ln A
y=
 sign( x) 1 + A x ,1/ A ≤ x ≤ 1

1 + ln A

[2.4]

Trong đó: x=Vin/Vmax; Vmax: điện áp vào ứng với điểm bão hòa của đặc
tính biên độ bộ nén .Vin: điện áp vào (biến thiên từ 0÷2048Δ; Δ: mức lượng tử hóa
đều)

Nén biên độ tín hiệu về các giá trị nhỏ hơn làm giảm số lượng mức lượng tử hóa.Số
lượng mức lượng tử giảm từ 2048 xuống còn 128 mức
Theo khuyến nghị G.711 của CCITT, các giá trị của tham số được chọn
là:A=87,6 và µ =255. Đối với hệ Mỹ, µ =100 cũng được sử dụng trong hệ thống,
tuy nhiên đó không phải là giá trị mà CCITT chọn làm giá trị tiêu chuẩn.

18


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Bộ nén
 Hoạt động của bộ nén là tín hiệu vào bé dẫn đến một trong hai diode mở
ít(điện trở lớn ) nên tín hiệu rẽ mạch ít từ đó suy hao bộ nén bé.

Bộ dãn
 Tín hiệu vào tăng dẫn đến điện trở thuận diode giảm nên suy hao bộ nén lớn
từ đó biên độ vào càng lớn sẽ bị nén nhiều
1.5
lay mau
tin hieu luong tu hóa sau khi nén
1

0.5

0

-0.5

-1

-1.5
0

1

2

3

4

5

6

7

19


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Hình 10 Tín hiệu được nén

2.4 Méo lượng tử
Trong quá trình lượng tử hoá do thực hiện phép làm tròn nên mắc phải sai số ở
máy thu, khi khôi phục lại tín hiệu sẽ không làm tròn giống tín hiệu ban đầu gọi là
méo lượng tử hay tạo ra một lượng tử nó là bản chất của quá trình lượng tử không
thể khắc phục được chỉ có thể tìm cách giảm nhỏ đến mức có thể chấp nhận được.

Méo lượng tử phụ thuộc vào độ lớn của ∆. Để giảm méo thì người ta giảm ∆. Khi đó
số mức n tăng. Khi mã hoá biến đổi n thành tín hiệu nhịp phân thì bít nhị phân b =
log n (thập phân). Làm cho b số bít nhịp phân tăng, từ mã dài làm cho tốc độ mã hoá
chậm và ghép được ít kênh.
Biên độ xung méo lượng tử nằm trong giới hạn từ - Δ/2 đến +Δ/2. Công suất
méo lượng tử PMLT được xác định theo biểu thức sau đây:
[2.5]

Trong đó:
a :là biên độ của tín hiệu analog,
WLT(a) : là xác suất phân bố giá trị tức thời của biên độ xung lấy mẫu trong một
bước lượng tử. WLT(a) = 1/Δ.


PMLT =

[2.6]

Nhận xét
 Trong mã hóa PCM, sau khi tiến hành lấy mẫu ta được chuỗi tín hiệu gồm
các mẫu rời rạc nhau. Các mẫu có biên độ càng thấp thì tần suất xuất hiện
càng nhiều, do đó khi lượng tử hóa đều, thì sai số lượng tử đối với các mức
thấp là lớn, còn đối với các mức cao là bé hơn.

20


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

 Khi lượng tử hóa không đều, khoảng cách lượng tử ở các mức thấp là nhỏ và

các mức cao là lớn,mà các mẫu có biên độ càng thấp thì tần suất xuất hiện
càng nhiều do đó giảm được sai số lượng tử.
 Mục tiêu cuối cùng cũng chỉ là để tránh tối đa sự "méo" dạng tín hiệu khi
lượng tử hóa.

3. Mã hóa nhị phân
Chuyển mỗi mẫu lượng tử thành 1 tổ hợp nhị phân
 Số bit cho 1 mức = [ tổng số mức lượng tử ]
Vd : có M = 256 bước lượng tử => số bit trong 1 mức :
Mỗi giá trị được chuyển sang giá trị bảy bit nhị phân tương ứng, bit
thứ tám nhằm biểu thị dấu

21


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Hình 11. Mã hóa nhị phân

4. Mã hóa số-số
Chuyển các bit nhị phân thành tín hiệu số (mã đơn cực, mã lưỡng cực,…)
Ví dụ : phương pháp điều chế xung mã PCM của một tín hiệu số được
chuyển theo mã unipolar, trong hình chỉ vẽ giá trị 3 mẫu đầu.

Hình 12. Mã hóa số-số

5. Một số đặc điểm của tín hiệu PCM
Tốc độ của tín hiệu PCM:

=> R= n.fs

Trong đó:

[2.7]

fs : tần số lấy mẫu
n: số bit của một từ mã PCM
R: số bit truyền đi trong 1 giây

Trong mạng điên thoại cố định, số bit của một từ mã là n=8, và tần số
lấy mẫu fs=8 Khz
=> tốc độ truyền dữ liệu là R= 64 Kbps
Ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu PCM
Tín hiệu tương tự khôi phục tại đầu thu của hệ thống PCM chịu ảnh hưởng của
nhiễu nên bị méo. Có hai loại nhiễu chính ảnh hưởng lên tín hiệu PCM là:
-

Nhiễu lượng tử hóa gây ra bởi bộ lượng tử hóa M mức ở bên mã hóa PCM.

-

Lỗi bit ở tín hiệu PCM khôi phục gây ra bởi nhiễu kênh truyền.
22


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

Ưu điểm của điều chế PCM:
• Có thể sử dụng các mạch số không đắt lắm trong hệ thống.
• Khi truyền tin qua khoảng cách xa, tín hiệu PCM có thể khôi phục hoàn

toàn tại mỗi trạm lặp trung gian. Do đó ảnh hưởng của nhiễu không bị
tích lũy, mà chỉ cần quan tâm đến nhiễu truyền dẫn giữa hai trạm lặp
cạnh nhau.
• Tín hiệu PCM dễ lưu trữ
Khuyết điểm: Nhiễu lượng tử có thể giảm bằng cách tăng số mức lượng tử (giảm
khoảng cách lượng tử Δ), hay tăng số bit/1mẫu lượng tử. Điều này làm giảm độ
rộng xung và dẫn tới tăng băng thông của tín hiệu, hay giảm số kênh ghép nên đòi
hỏi băng thông truyền dẫn rộng.
Ngoài PCM các phương pháp mã hóa mới được ra đời, một trong những phương
pháp có thể dùng là điều chế xung mã vi sai thích ứng ADPCM cho phép truyền tín
hiệu thoại với chất lượng giảm tối thiểu tại 32 Kbit/s.

23


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
1. Giới thiệu phần mềm Matlab
MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty
MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu
đồ thông tin,mô phỏng, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên
kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác.
MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so với
các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, và Fortran.
MATLAB được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh,
truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mô hình tài
chính, hay tính toán sinh học. Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc
trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB là ngôn
ngữ của tính toán khoa học.

2. Các câu lệnh có trong bài mô phỏng
 Plot ( x, f(x) ) : lệnh này dùng để vẽ đồ thị 2D tuyến tính X, Y
với f(x) là hàm số cần vẽ
X vector miền giá trị của f
Vd : vẽ đồ thị hàm y = sin(x)

24


Tìm hiểu điều chế PCM và mô phỏng bằng Matlab

X = 0: 2pi /100 :2*pi; (%x chạy từ 0 đến 2pi, pi/100 là bước nhảy)
Y = sin (X);
Plot (x,y)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1

0

1

2

3

4

5

6

7

Hình 13 Kết quả hàm Plot






Hold on : Giữ lại tất cả đồ thị đã vẽ
stem(signal): vẽ chuỗi dữ liệu rời rạc
grid on : Thêm lưới cho đồ thị
Stairs: vẽ đường bậc thang
Subplot(m,n,p) :chia cửa sổ figure thành nhiều ô , m ô theo chiều thẳng
đứng , n ô theo chiều ngang và vẽ đồ thị trong ô thứ p

25