Kỹ thuật mã hóa nguồn và ghép kênh

Chương 1: Tín hiệu và phổ Chương 2: Điều chế và giải điều chế tương tự Chương 3: Điều chế và giải điều chế số Chương 4: Mã hóa kênh truyền Chương 5: Đồng bộ kênh truyền Chương 6: Ghé

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

Trang 2

Chương 1: Tín hiệu và phổ

Chương 2: Điều chế và giải điều chế tương tự

Chương 3: Điều chế và giải điều chế số

Chương 4: Mã hóa kênh truyền

Chương 5: Đồng bộ kênh truyền

Chương 6: Ghép kênh và đa truy cập

Chương 7: Kĩ thuật trải phổ

Chương 8: Mã hóa nguồn

45 tiết lý thuyết

Nôi dung môn học

Trang 3

Bài ging môn C S Vin Thông

Khoa CNĐT-B môn Vin Thông

8.2 Điều chế mã xung

Nôi dung môn học(tt)

Trang 4

Vai trò

Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)

Trang 5

Source

Sampling PAM Quantization PCM

DPCM Predictive coding

JPEG, MPEG ,

…

PuM

Binary Digital message Digital circuit

Logic circuit

PCM wave form

RZ NRZ AMI

…

ASK FSK PSK QAM

Analog-Digital Modulation

Block Convolution BCH Interleaving

….

Baseband signaling Line coding

Digital-Digital Modulation

Passband Modulaion

Digital-Analog Modulation

Carrier

Frequency

Modulation

Symbol maping

Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)-Vị trí

Trang 6

Chương 8: Mã hóa nguồn

1 Analog : Hàm liên tục biễu diễn sự thay đổi điên

áp hay dòng diện theo thời gian …

8.0 Biến đổi A/D,DA

Trang 7

Khoa CNDT- M môn Vin Thông 7

8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)

2 Digital : Hàm rời rạc thời gian

được biểu diễn bởi xung (ON or OFF) –> 2 trạng thái

→ +1

→

− 1

Trang 8

Other Sources

Mod UC PA

Trang 9

TA

Transmitter Side

Inf Source

Inf Sink

Trang 10

Nhược điểm của hệ thống thông tin tương tự

Dễ bị tác động của nhiễu

Hệ thống cồng kềnh

Chi phí cao

Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)

Trang 11

Tái tạo (Regeneration) Độc lập khoảng cách

Tỉ lệ lổi rất thấp Free Error

Ghép đa hợp FDM, TDM

Mật mã Hoàn toàn bảo mật

Nén Hiệu quả băng thông cao

Đa truy cập FDMA, TDMA, CDMA

Chương trình Software

Reliable & Cheap VLSI

Lợi điểm của hệ thống số ( khắc phục những nhược điểm của hệ thống analog)

Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)(tt)

Trang 12

Tín hiệu xung được truyền từ nơi phát sang nơi nhận thông

khôi phục chính xác

Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)(tt)

Trang 13

Khoa CNDT- M môn Vin Thông

Delta

Delta Adaptive

8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa

Source encoding

Trang 14

Lý thuyết lấy mẫu

Lấy mẫu tín hiệu là từ một tín hiệu liên tục ban đầu ta lấy

ra những mẫu ở thời điểm nhất định Từ các mẫu rời rạc

hệ thống phải khôi phục lại tín hiệu ban đầu

8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)

Trang 15

Chng 8: Mã hóa ngun

15

Để thực hiện khôi phục ta phải lấy mẫu theo

tiêu chuẩn sampling của Nyqist- Shannon:

Một hàm S(t) có phổ hữu hạn, không có

thành phần tần số lớn hơn ω max (=2πf max ) có

thể thay thế bởi các mẫu của nó lấy tại các

thời điểm cách nhau một khoảng ∆t<=π/ω max hay nói cách khác tần số lấy mẫu F>=2f max

Lý thuyết lấy mẫu

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Tsampling>1/2 Tth Fsampling<2Fth

al ia s

Trang 19

MỐI QUAN HỆ BĂNG TẦN VÀ F MẪU

Trang 20

MỐI QUAN HỆ BĂNG TẦN VÀ F MẪU

Trang 21

21

Biên độ của tín hiệu thường là một khoảng liên tục (S min

đến S max )

Lượng tử hóa là phân chia khoảng này thành một số mức

nhất định chẳng hạn là S 0 =S min , S 1 =…,…S n =S max và quy

ước các giá trị biên độ không trùng với các giá trị này về

các giá trị gần với nó nhất Có nghĩa là có sai số khi thực

hiện lượng tử hóa

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Tín hiệu được lượng tử thành M

mức tùy theo khoảng lượng tử

Mỗi giá trị lượng tử được biễu

diễn bởi một số các bit nhị phân thì được gọi là điều chế PCM

8.2 Điều chế PCM

Trang 25

25

8.2 Điều chế PCM(tt)

Trang 26

Đặc tính thống kê của speech

50% volume voice thấp hơn ¼ trị hiệu dụng 15% volume voice lớn hơn trị hiệu dụng

Trang 27

27

Trang 28

lượng tử đều nhiễu lượng tử như nhau đối với

mọi độ lớn tín hiệu SNR nhỏ đối với tín hiệu nhỏ,

lớn với tín hiệu lớn trong khi đó tín hiệu lớn chiếm

Trang 29

Trang 30

Nén luật muy Bắc Mỹ

µ là hằng số, Bắc Mỹ µ =255

Trang 31

31

Nén luật A Châu Âu

Trang 33

– Nếu lấy mẫu với tốc độ Nyquist khoảng động lớn nhất có

thể lớn hơn mẫu đó và nằm trong khoảng biên độ nhỏ nhất đến lớn nhất.

– Nếu lấy mẫu lớn hơn tốc độ Nyquist, các mẫu có thể liên

quan với nhau và khoảng động nhỏ hơn chính mẫu đó.

Trang 34

• Biến điệu Delta lượng tử hoá hiệu số này bằng cách chỉ sử dụng một bit

• Bít 1 sẽ được gửi nếu hiệu số là dương và bít 0 được gửi nếu hiệu số là âm.

• Gọi hai khả năng đó là + hoặc - Tại mỗi

thời điểm lấy mẫu, dạng sóng được lượng tử

hoá chỉ có thể hoặc là tăng hoặc là giảm bằng

8.2.2 Delta Modulation(tt)

Trang 35

35

8.2.3BIẾN ĐIỆU DELTA THÍCH NGHI (delta adaptive)

Biến điệu delta thích nghi là một phương pháp cho phép điều

chỉnh cỡ bước tuỳ vào các đặc điểm của tín hiệu tương tự

So sánh bit truyền với bit trước đó Nếu hai bit này giống

nhau, cỡ bước tăng lên một lượng cố định Còn nếu hai bit

này khác nhau, cỡ bước giảm đi một lượng tương ứng .

Trang 36

• Huffman encoding (Statistical Methods)

Đây là mã thống kê (phương pháp nén

Trang 37

37

Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần

Một cặp bit 0-1 được gán cho 2 nguồn tin có xác suất nhỏ

Trang 38

Chiều dài từ mã trung bình L avg =

Σ l i x p i

l i : chiều dài nguồn tin X i

p i : xác suất xuất nguồn tin X i

8.3 Mã Huffman(tt)

Trang 39

0.05 0.04

0 1

0.05 0.05

0 1

0.09 0.06

0 1

0.10 0.10

0 1

0.15 0.12

0 1

0.17 0.15

0 1

0.21 0.2

0 1

0.32 0.27

0 1

0.59 0.41

0 1

0.09 0.06

0.10

0.15 0.12

0.20 0.17 0.15

0.27 0.21 0.20

0.32 0.27

0.41

25 24 26 23 27 22 28 21 29 20 30

Lavg=2.0,21+3.0,17+3.0,15+3.0,12+3.0,1+4.0,06+4.0,05+4.0,05+

5.0,04+6.0.03+6.0,02 = 3,18 bits

8.3 Mã Huffman(tt)

Trang 40

6 Ghép kênh và đa truy nhập

6.1 Các kỹ thuật đa truy cập/ghép kênh

6.1.1 Đa truy cập, ghép kênh theo tần số FDMA

6.1.2 Đa truy cập, ghép kênh theo thời gian TDMA

6.1.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

6.1.4 Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA

Nôi dung môn học(tt)

Trang 41

Multi access

6 Ghép kênh và đa truy nhập

Trang 42

6 Ghép kênh và đa truy nhập(tt)

Trang 43

6 Ghép kênh và đa truy nhập (tt)

Tương quan năng lượng tín hiệu Tính thống kê

Trang 44

Frequency-DivisionMultiplexing (FDM)

Time-DivisionMultiplexing (TDM)Time-Division

Multiplexing (TDM)

6.1 Các kỹ thuật đa truy cập/ghép kênh

Ghép kênh

Trang 45

6.1.1 Đa truy c ậ p, ghép kênh theo t ầ n s ố FDMA

Trang 46

FDMA ( Frequency Division MultiAccess)

M ộ t link (user) đượ c phân bi ệ t b ở i kênh t ầ n

Trang 47

Trang 48

6.1.1Đa truy cập, ghép kênh theo tần số FDMA(tt)

Trang 49

Animation

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Wavelength Division Multiplexing

được truyền trên kênh dữ liệu riêng biệt

Trang 54

1997 tại Bell Labs

100 chùm ánh sánh

Mỗi chùm tốc độ 10 Gbps

1 terabit per second (Tbps)

Hệ thống thương mại hiện tại có 160 kênh, mỗi

kênh 10 Gbps

Phòng thí nghiệm (Alcatel) có thể có 256 kênh với

Wavelength Division Multiplexing

Trang 55

Hoạt động WDM

• Cùng kiến trúc tổng quát như các FDM khác

• Nguồn sáng tạo ra các chùm laser với tần số khác

Trang 56

Bộ khuếch đại quang học

Khuếch đại tất cả chiều dài sóng khác nhau

Thông thường khoảng cách ~10km

Phân kênh tại đích đến

Thông thường tầm chiều dài sóng 1550nm

Trang 57

Dense Wavelength Division Multiplexing

Chưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa)

Các kênh sít nhau hơn WDM

200GHz

Trang 58

6.2 Time – Division Multiplexing (TDM)

M ỗ i kênh t ầ n s ố đượ c chia ra nhi ề u khe c ấ p phát cho m ộ t User TDM là phương ph áp ghép kênh/ đa truy cậ p k ế t h ợ p v ớ i FDM

đượ c s ử d ụ ng trong mang 2G

Trang 59

Trang 60

Synchronous TDM

Phương pháp này chỉ hiện thực được khi tốc độ dữ liệu (băng

thông,…) môi trường truyền lớn hơn tốc độ dữ liệu mà tín hiệu

được truyền yêu cầu

Nhiều tín hiệu (cả analog và digital) có thể được truyền đồng thời

trên cùng một đường truyền bằng cách đan xen các phần của mỗi

Trang 61

Trang 62

Trang 63

TDM Animation

Trang 64

TDM – Điều khiển liên kết

Không cần header và tailer

Không cần các nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu (cho toàn bộ đường truyền phân/hợp)

Điều khiển dòng

Tốc độ dữ liệu của đường truyền phân/hợp cố định

Nếu có một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác

vẫn tiếp tục

Nguồn phát tương ứng phải ngưng

Trang 65

Trang 66

TDM – Framing

• Cơ chế đóng khung số

– Một bit điều khiển được thêm vào mỗi bó TDM

• Các bit điều khiển này tạo thành một kênh khác – “kênh điều

khiển”

– Dùng mẫu bit định dạng trên kênh điều khiển

• Ví dụ mẫu 01010101, khác với kênh dữ liệu

– So sánh mẫu bit đến trên từng kênh với mẫu bit mẫu

bit đồng bộ

Trang 67

TDM – pulse stuffing

Vấn đề: đồng bộ các nguồn dữ liệu khác nhau

Tín hiệu clock trên các nguồn dữ liệu khác nhau bị

“trôi” (drift)

Tốc độ dữ liệu của các nguồn dữ liệu khác nhau không

quan hệ theo một tỉ lệ đơn giản

Giải pháp – Pulse Stuffing

Tốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung) cao

hơn tổng các tốc độ đầu vào

Chèn thêm các bit/xung không có ý nghĩa vào mỗi tín

hiệu đầu vào cho đến khi nó bằng với clock cục bộ

Các bit/xung được thêm vào tại những vị trí cố định

(biết trước) trong khung và nó sẽ bị loại bỏ khi đến bộ phân kênh

Trang 68

TDM – nguồn tương tự và nguồn số

Trang 69

Hệ thống Mỹ xây dựng dựa trên định dạng DS-1

24 kênh được phân hợp

Mỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit khung

→ → 193 bit/khung

Đối với truyền thoại, mỗi kênh chứa một từ của dữ

liệu được số hóa (PCM, 8000 mẫu/giây)

Tốc độ dữ liệu 8000 x 193 = 1.544Mbps

5 trong số 6 khung có các mẫu PCM 8 bit

Khung thứ 6 chứa một từ PCM 7 bit và một bit tín hiệu

Các bit tín hiệu tạo thành một dòng (stream) cho mỗi kênh để điều khiển và chứa thông tin tìm đường

Trang 70

• Định dạng tương tự cho dữ liệu số

– 23 kênh dữ liệu (7 bit/khung và 1 bit chỉ thị cho

dữ liệu hoặc điều khiển hệ thống)

Trang 71

TDM – T1 vs E1

Trang 72

TDM – T1

Trang 73

TDM – đường truyền E1

• E1

– Dùng ở châu Âu, tương tự như T1 (dùng ở Mỹ)

– Có 32 bytes trong một khung dài 125µs = 2048

Trang 74

TDM – đường truyền E1

Trang 75

Trang 76

TDM – phân cấp

Trang 77

– TDM bất đồng bộ cấp phát

time slot động tùy theo nhu cầu

– Bộ hợp kênh quét các đường nhập và tập hợp dữ

liệu cho đến khi đầy khung

– Tốc độ dữ liệu ra thấp hơn

tốc độ các đường nhập gộp lại

– Có thể gây vấn đề trong

thời gian cao điểm

• Đệm các đường nhập

• Giữ kích thước bộ đệm tối

thiểu để giảm thời gian trễ

B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Wasted bandwidth Synchronous TDM

Asynchronous TDM

Trang 78

TDM – b ấ t đồ ng b ộ

m c – tốc độ dữ liệu tối đa của đường truyền

trung kế

m i – tốc độ dữ liệu tối đa của nguồn thứ i

p i – xác xuất dữ liệu của nguồn thứ i

m c có thể nhỏ hơn tổng các mi

Σp i m i < m c

Nguyên tắc 80%

Trang 79

Overall frame

Subframe with one source per frame

Subframe with multiple source per frame

Trang 80

Asymmetrical Digital Subscriber Line

• ADSL

– xDSL

• High data rate DSL

• Single line DSL

• Very high data rate DSL

• Liên kết giữa thuê bao và mạng

– Đường thuê bao

• Hiện tại dùng cáp twisted pair

– Có thể có băng thông lớn hơn

Trang 81

Bất đối xứng

Tốc độ dòng dữ liệu xuống (downstream) lớn hơn tốc độ

dòng dữ liệu lên (upstream)

FDM

25kHz thấp nhất cho thoại

Plain old telephone service (POTS)

Dùng kỹ thuật loại bỏ echo (echo cancellation) hoặc FDM

Trang 82

Discrete Multitone

• DMT

• Nhiều tín hiệu sóng mang ở các tần số khác nhau

• Vài bit trên mỗi kênh

• Kênh phụ 4kHz

• Gởi t/h test và dùng kênh phụ với tỉ số SNR tốt hơn

• 256 kênh phụ downstream mỗi kênh 4kHz (60kbps)

– 15.36MHz

Trang 83

DMT Transmitter

Trang 84

CDMA

Trang 85

CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ ( Spectrum Spread SS)

Trải phổ tín hiệu bằng gốc thành băng rộng bằng cách sử dụng mã trực giao

CDMA

Trang 86

CDMA

Trang 87

CDMA

Trang 88

CDMA

Trang 89

Đ iều chế trải phổ

CDMA(tt)

Trang 90

CDMA(tt)

Trang 91

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Trang 92

CDMA(tt)

Trang 93

CDMA(tt)

Trang 94

CDMA

Trang 95

CDMA(tt)

Trang 96

FREQUENCY HOPPING

Trang 97

FAST FREQUENCY

SLOW FREQUENCY

HOPING

Nhiều bit truyền trên một hop

Một bit truyền trên nhiều hop

FREQUENCY HOPPING

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	5,04 MB