(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 ĐINH NGỌC MINH TRẦN ĐỨC NAM MAI THÀNH DANH NGUYỄN MINH NGHĨA PHAN VĂN LỘC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN STT ĐÁNH GIÁ CHÉO Tổng điểm đánh giá 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 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 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG [SYNCHRONOUS TDM] 2.1 MƠ HÌNH TỔNG QT CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.1 PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT CHƯƠNG 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 TÌM HIỂU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu:  Trong viễn thơng, ghép kênh q trình ghép nhiều tín hiệu (hoặc chuỗi liệu) thành tín hiệu (hoặc chuỗi liệu) để truyền xa nhằm tiết kiệm tài nguyên, tăng hiệu suất kênh truyền Thiết bị thực việc gọi ghép kênh, đầu thu tách kênh thực việc tách kênh phân đến đầu nhận  Có dạng ghép kênh TDM FDM Trong báo cáo BTL tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh TDM  Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) kỹ thuật ghép kênh mà có nhiều tín hiệu liệu truyền qua kênh truyền chung khe (slots) thời gian khác  Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) sử dụng mơi trường truyền có tốc độ truyền liệu lớn yêu cầu thiết bị thu phát  Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) gọi Chuyển mạch kỹ thuật số (a digital circuit switched)  Có loại TDM , Synchronous TDM(TDM đồng bộ) Statistical TDM(TDM không đồng hay TDM thống kê) báo cáo BTL nhóm chúng em mô 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 phân chia khe (slot) cho ngõ vào (source) với thời gian  Khe liệu truyền khe bỏ trống  Số khe thời gian số ngõ vào  Chiều dài khung (frame:Các khe thời gian nhóm thành khung) số ngõ vào  Các ngõ vào có tốc độ bit 1.3 Ứng dụng:  Các kỹ thuật ghép kênh sử dụng chủ yếu công nghiệp điện thoại :  Dịch vụ chuyển mạch analog (analog switched service): Là dịch vụ gọi máy (dial up) thông thường dùng nhà Dùng hai dây (hay số trường hợp; dùng bốn dây) 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 hội để th đường dây, đơi cịn gọi dedicated line, tức kết nối thường trực với thuê bao khác  Conditioned lines: Telephone carrier cung cấp dịch vụ gọi conditioning, tức cải thiện chất lượng đường dây nhiễu làm nghe không rõ, méo dạng tín hiệu nhiễu trễ  Và nhiều ứng dụng khác,… Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 3/26 CHƯƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG [Synchronous TDM] 2.1 Mơ hình tổng qt: Ngun tắc TDM: -Thời gian sử dụng đường truyền dẫn chia thành phần khác gọi khe thời gian-Time Slot(TS) -Truyền đưa tin từ nguồn tin khác thực khe thời gian riêng biệt Mỗi TS dung để truyền tín hiệu từ nguồ tin đầu vào Tín hiệu xung, bit, nhóm bít Khi nguồn tin đầu vào khơng có tín hiệu gán TS cố định từ trước cho nhánh Sơ Đồ Nguyên Lý: Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 4/26 Phát tín hiệu: - Chuyển mạch phân phối đặt điểm đầu vào nguồn tin từ đến để nối chùng với đường truyền khe thời gian từ đến tương ứng TDM PAM (Pulse – amplitude modulation/điều chế biên độ xung): - Là dạng điều chế tín hiệu thơng tin mã hóa biên độ chuỗi xung, số dạng điều chế đơn liệu truyền qua việc thay đổi biên độ xung chuỗi xung điện theo thời gian đặn TDM PCM (Pulse Code Modulation): - Là lược đồ số để truyền liệu tương tự Các tín hiệu PCM nhị phân, tức là, có trạng thái, biểu diễn logic (cao) logic (thấp), bất chấp tín hiệu tương tự có dạng sóng phức tạp Sử dụng PCM, số hóa tất dạng liệu tương tự, gồm video, thoại, nhạc… - Sau thực lượng tử hóa mã hóa ta có tín hiệu PCM-TDM.Tại đầu thu, tín hiệu PAM-TDM giống bên phát Các mẫu sau phân phối tới đầu Để thu PCM từ dạng sóng tương tự nguồn (đầu cuối máy phát), biên độ tín hiệu tương tự lấy mẫu theo chu kỳ thời gian Tại đích (đầu cuối máy thu), giải điều chế mã xung chuyển đổi số nhị phân trở lại thành xung có Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 12/26 Nhược điểm: + Do thay đổi độ rộng xung nên ý công suất truyền tải + Yêu cầu băng thơng lớn 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 tín hiệu điều chế theo biên độ tín hiệu lấy mẫu 3.1.3.2 Sơ đồ khối lưu đồ giải thuật Trong đó: + Monostable multivibrator: khối đa hài trạng thái ổn định (tạo xung 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 PWM, PPM cho thấy khả miễn dịch tiếng ồn tốt so với PAM Điều nội dung thông tin có mặt vị trí xung khơng phải biên độ + Vì biên độ chiều rộng xung khơng đổi Do đó, cơng suất truyền tải không đổi không hiển thị biến thể + Phục hồi tín hiệu PPM từ PPM bị bóp méo dễ dàng + Nhiễu tiếng ồn mức tối thiểu PAM PWM + Yêu cầu đồng hóa máy thu máy phát + Yêu cầu băng thông 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 với tín hiệu số tín hiệu tương tự Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 17/26 + Giao thoa tín hiệu mức nhỏ khơng đáng kể + Mạch điện sử dụng đơn giản + Độ hiệu cao + Tín hiệu truyền khơng qn thời gian  Khắc phục cách sử dụng bit khung Nhược điểm + Cần đồng thời gian thu phát trạm gốc thiết bị di động + Yêu cầu tốc độ truyền cao, tối thiểu lớn số bit đầu vào + Để hạn chế nhiễu 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 Mô 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 = ')) am1 = float(input('Enter the amplitude of the message signal = ')) fm2 = float(input('Enter the frequency of the message signal = ')) am2 = float(input('Enter the amplitude of the message signal = ')) fm3 = float(input('Enter the frequency of the message signal = ')) am3 = float(input('Enter the amplitude of the message signal = ')) # Time fmin = (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 Bài tập lớn KTHTVT Trang 20/26 if i < period_sam: return elif i % period_sam == 0: return i else: return i - i % period_sam for i in range (0,n*len(t)): mc_tdm[int(ind(i)):int(ind(i)+on_samp)] = tdm[i,0] """ # Show pam1 = m1*mc pam2 = m2*mc pam3 = m3*mc pam = tdm*mc_tdm # fig1, ax1 = plt.subplots(2,2) plt.subplot(2, 2, 1) plt.plot(t, m1) plt.title('Signal 1') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.subplot(2, 2, 2) plt.plot(t, m2) plt.title('Signal 2') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.subplot(2, 2, 3) plt.plot(t, m3) plt.title('Signal 3') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.subplot(2, 2, 4) plt.plot(t, mc) plt.title('Carrier signal') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') # fig2, ax2 = plt.subplots(2,2) plt.subplot(2, 2, 1) plt.plot(t, pam1) plt.title('Signal PAM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') Ghép kênh/phân kênh TDM Bài tập lớn KTHTVT Nhóm 10 Trang 21/26 plt.subplot(2, 2, 2) plt.plot(t, pam2) plt.title('Signal PAM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.subplot(2, 2, 3) plt.plot(t, pam3) plt.title('Signal PAM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') # fig3, ax3 = plt.subplots(1,1) plt.plot(t_tdm, tdm) plt.title('PAM-TDM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.show() 3.2.4.2 Kết mô Input: Output: Fig 1: Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 22/26 Fig 2: Fig 3: Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 23/26 3.2.4.3 Nhận xét thay đổi Khi thực mơ có nhiều biến số ảnh hưởng đến kết quả, ảnh hưởng nhiều tần số sóng mang fc tần số lấy mẫu hàm np.linspace() Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 24/26 Hình kết mơ sóng mang fc = 20, fs =50, tần số lấy mẫu q nhỏ nên sóng mang khơng giữ hình dạng xuất đầu nhọn thay vng Tần số sóng mang ảnh hưởng đến độ xác hàm số sau khơi phục, tần số lấy mẫu lại ảnh hưởng đến độ xác sóng mang tín hiệu đầu vào Tần số sóng mang tần số lấy mẫu lớn mơ xác, tần số sóng mang khơng phép lớn tần số lấy mẫu, xảy chồng lấn Sau minh họa trường hợp fc = fs Có thể dễ dàng quan sát fc’= 1Hz Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 25/26 CHƯƠNG Kết luận Các phương pháp điều chế xung có nhiều ưu, khuyết khác mà ta linh hoạt thay đổi để sử dụng hiệu quả, điểm chung phương pháp khả hạn chế nhiễu tỉ lệ thuận với độ rộng băng thông TDM kĩ thuật ghép kênh/phân kênh mang nhiều ưu điểm, đặc biệt dễ thực đạt hiệu sử dụng cao nên ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Trong q trình tìm hiểu hệ thống, nhóm biết thêm nhiều mơ hình thực tế sử dụng: Hệ thống TDM thông minh ( intelligent TDM), ghép kênh thống kê (statistical multiplexing), phân cấp cận đồng PDH(Plessiochronous Digital Hierarchy),… Ngồi ra, thực mơ nhóm xác minh học lý thuyết liên quan chồng lấn tần số lấy mẫu, cách hoạt động phương pháp điều chế, … Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 Bài tập lớn KTHTVT Trang 26/26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Kỹ thuật truyền số liệu –Nguyễn Việt Hùng https://khotrithucso.com/doc/p/nghien-cuu-mot-so-phuong-phap-ma-hoa- va-giai-ma-tin-hieu-so-253190? fbclid=IwAR2VMDdcbEzN88hiJbgUyihkYuDHuOdGNbrFSiIkey9 TMsjCvTh6u9rsMKM https://vi.gadget-info.com/difference-between-tdm https://www.slideshare.net/ThngTrnCng/chap6-50923913 Tiếng Anh: DATA COMMUNICATION & NETWORKING 2015 by YEKINI N ASAFE, ADEB https://matplotlib.org/ https://numpy.org/ https://www.tutorialspoint.com/ https://docs.scipy.org/ https://electronicscoach.com/time-division- multiplexing.html? fbclid=IwAR0Qm4KYF44E0BjACk8oT6Ioo7r0t1PcsLb E5fZzzmqJ1va5PeJoLHKmh0A https://www.techopedia.com/definition/9669/time-division-multiplexing- tdm?fbclid=IwAR3t8PlprvW2TL08INd9ERboQs_hqLDPbOPYTPFSd6uTU -H1U4PMBV32ywY https://electronicscoach.com/pulse-amplitude-modulation.html Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 ... thông 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... suất kênh truyền Thiết bị thực việc gọi ghép kênh, đầu thu tách kênh thực việc tách kênh phân đến đầu nhận  Có dạng ghép kênh TDM FDM Trong báo cáo BTL tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh TDM  Ghép kênh. .. đồng hay TDM thống kê) báo cáo BTL nhóm chúng em mơ 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