báo cáo tiểu luận lớp kỹ thuật điện tử viễn thông đề tài pdh plesiochronous digital hierarchy

ộ Tốc độ bit của PDH: PDH sử dụng kỹ thuật đồng bộ hóa plesiochronous, có nghĩa là các tín hiệu được truyền đi với tần số không hoàn toàn chính xác, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy và chất

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬBỘ MÔN CƠ SỞ THÔNG TIN SỐ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN LỚP KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – NHÓM 21

ĐỀ TÀI

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) Sinh viên th c hi n: ựệ ĐÀO QUANG TRUNG

TRẦN QUANG TR C ỰĐẶNG THÀNH TRUNG Nhóm : 21

Lớp : CQ.62.KTĐTVT

Khoá : K62

Giảng viên : Phan Tròn

Xin cảm ơn giảng viên bộ môn Cơ sở thông tin số – Thầy Phan Tron đã giảng dạy tận tình, chi tiết để nhóm có đủ kiến thức và vận dụng chúng vào bài báo cáo

này

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm báo cáo cũng như những hạn chế về kiến thức, trong bài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình… từ phía Thầy để bài báo cáo được hoàn thiện hơn

Lời cuối cùng, Nhóm 21 chúng em xin kính chúc Thầy nhiều sức khỏe, thành công hơn trong con đường dạy học và hạnh phúc trong cuộc sống.”

3

Nô i dung

I Giới thi u ( Introduction ) ệ

II Điều ch mã xung PCM (Pulse Code Modulation) ế

III Ví d v PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) ụ ề

IV ng d ng (Applications).Ứụ

Ⅴ.Ưu điểm và nhược điểm của PDH VⅠ. Mô ph ng (Simulations) ỏ

Ⅰ.Gi i thiệu:( Introduction ) ớ

Khái ni m v PDH : ệề

PDH là vi t t t cế ắ ủa Plesiochronous Digital Hierarchy, có nghĩa là Hệ thống phân cấp kỹ thuật số đồng bộ Đây là một công nghệ truyền dẫn m ng viạ ễn thông được thi t kế ế để v n chuy n khậ ể ối lượng d ữ liệu l n qua các m ng k ớ ạ ỹ thuật s quy mô l n PDH cho phép ố ớtruyền dữ ệu mà không cli ần đồng b hoàn toàn các tín hi u, mà ch c n chúng ch y gộ ệ ỉ ầ ạ ần đồng b với nhau ộ

Tốc độ bit của PDH: PDH sử dụng kỹ thuật đồng bộ hóa plesiochronous, có nghĩa là các tín hiệu được truyền đi với tần số không hoàn toàn chính xác, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy và chất lượng truyền tải Hệ thống PDH gồm các mức tín hiệu, trong đó mức cao nhất là E4 (tốc độ truyền tải 139.264 Mbps) Các mức thấp hơn bao gồm E3 (34.368 Mbps), E2 (8.448 Mbps), và E1 (2.048 Mbps) (Tiêu chuẩn của châu âu )

5 Hình Tốc độ bit của PDH Các đặc điểm của PDH:

Tín hiệu cận đồng bộ Ghép luân phiên từng bit Việc đồng bộ thời gian thông qua việc hiệu chỉnh dương luân phiên từng bit Mỗi mức ghép kênh có cấu trúc khung khác nhau

Bộ ghép kênh không yêu cầu đồng bộ hóa các tín hiệu vào Quan hệ pha giữ khung và thông tin luồng không được ghi nhận lại Do đó, không thể truy xuất trực tiếp vào các kênh riêng biệt của tín hiệu ghép Việc truy xuất chỉ cho phép sau khi phân kênh hoàn toàn

Trong suốt quá trình ghép kênh không có sự đồng bộ hóa các tín hiệu vào Cấu trúc đơn giản, có thể dùng cáp đồng (xoắn đôi hoặc đồng trục), giá rẻ Có nhiều chuẩn, gây khó khăn cho các nhà khai thác khi chọn lựa thiết bị và khả năng đấu nối chúng với nhau

Rất phức tạp khi muốn add/drop một luồng tốc độ thấp vào/ra một luồng có tốc độ cao hơn

Hình Các đặc điểm của PDH

Ⅱ.PCM (Điều chế mã xung):

Điều chế mã xung (PCM) là một phương pháp được sử dụng để biểu diễn kỹ thuật số các tín hiệu tương tự được lấy mẫu Đây là dạng âm thanh kỹ thuật số tiêu chuẩn trong máy tính, đĩa compact, điện thoại kỹ thuật số và các ứng dụng âm thanh kỹ thuật số khác Trong một luồng PCM, biên độ của tín hiệu tương tự được lấy mẫu thường xuyên trong các khoảng thời gian đồng nhất và mỗi mẫu được lượng tử hóa đến giá trị gần nhất trong một loạt các bước kỹ thuật số PCM yêu cầu một đồng hồ rất chính xác

7 PCM gồm ba bước: Sampling, Quantizing và Encoding, bạn có thể xem toàn bộ quá trình của PCM như hình:

Hình PCM (Điều chế mã xung)

Bước lấy mẫu là việc chuyển đổi tín hiệu tương tự liên tục thành các tín hiệu rời rạc bằng cách đo biên độ của tín hiệu tương tự tại các thời điểm cố định Tốc độ lấy mẫu phải đủ cao để đảm bảo không bỏ sót thông tin quan trọng của tín hiệu tương tự Theo định lý Nyquist, tốc độ lấy mẫu phải ít nhất bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự Bước lượng tử hóa là việc xấp xỉ các giá trị mẫu bằng các giá trị rời rạc trong một phạm vi cho trước Số lượng các giá trị rời rạc được gọi là số mức lượng tử hóa Số mức lượng tử hóa càng nhiều thì độ chính xác của việc xấp xỉ càng cao, nhưng cũng cần nhiều bit hơn để biểu diễn mỗi mẫu Bước mã hóa là việc chuyển đổi các giá trị rời rạc thành các chuỗi bit để truyền dẫn hoặc lưu trữ Số bit cần thiết cho mỗi mẫu được gọi là độ sâu bit Độ sâu bit

càng cao thì chất lượng âm thanh càng tốt, nhưng cũng cần nhiều băng thông hơn để truyền dẫn hoặc dung lượng lớn hơn để lưu trữ

Hình Sampling

9

Hình Lượng tử hóa đều

Hình Lượng tử hóa không đều

Hình Mã hóa

Ⅲ.Ví dụ về PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) trong viễn

thông

1 E1 PDH: E1 là một tiêu chuẩn PDH phổ biến được sử dụng trên toàn cầu Nó truyền tải dữ liệu với tốc độ 2,048 Mbps Một số dòng lệnh liên quan đến E1 PDH bao gồm:

11

"config e1" (cấu hình E1): Sử dụng để cấu hình các tham số của giao diện E1 như

tốc độ truyền tải, định tuyến, điều chỉnh đồng bộ hóa, v.v "show e1 status" (hiển thị trạng thái E1): Hiển thị trạng thái của giao diện E1 bao gồm tín hiệu và lỗi

2 T1 PDH: T1 là một tiêu chuẩn PDH được sử dụng chủ yếu tại Bắc Mỹ và Nhật Bản Nó truyền tải dữ liệu với tốc độ 1,544 Mbps Một số dòng lệnh liên quan đến T1 PDH bao gồm:

"config t1" (cấu hình T1): Sử dụng để cấu hình các tham số của giao diện T1 như tốc

độ truyền tải, định tuyến, điều chỉnh đồng bộ hóa, v.v

"show t1 alarms" (hiển thị cảnh báo T1): Hiển thị thông tin về các cảnh báo hoặc

lỗi trên giao diện T1

3 T3 PDH: T3 là một tiêu chuẩn PDH được sử dụng cho truyền tải dữ liệu với tốc độ 44,736 Mbps Một số dòng lệnh liên quan đến T3 PDH bao gồm:

"config t3" (cấu hình T3): Sử dụng để cấu hình các tham số của giao diện T3 như tốc

độ truyền tải, định tuyến, điều chỉnh đồng bộ hóa, v.v

"show t3 statistics" (hiển thị thống kê T3): Hiển thị thông tin thống kê về giao diện

T3 bao gồm thông tin về tải trọng, lỗi, và hiệu suất

Mạng truyền dẫn dữ liệu: PDH cũng được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu trong mạng truyền dẫn dữ liệu điểm điểm Các kênh PDH có thể được sử dụng để truyền dữ liệu từ một điểm đến một -điểm khác, cung cấp khả năng truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao và ổn định

Mạng truyền hình cáp: PDH có thể được sử dụng trong mạng truyền hình cáp để truyền dẫn tín hiệu video và âm thanh từ trung tâm cung cấp nội dung đến các trạm thu phát tín hiệu trên toàn bộ mạng truyền hình cáp

Mạng viễn thông: PDH được sử dụng trong mạng viễn thông để truyền dẫn tín hiệu giữa các trạm viễn thông, trung tâm điều khiển viễn thông và các trạm thu phát tín hiệu viễn thông PDH giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và cung cấp khả năng truyền tín hiệu đáng tin cậy Mạng truyền dẫn dữ liệu di động: PDH có thể được sử dụng trong mạng truyền dẫn dữ liệu di động để truyền dẫn tín hiệu dữ liệu giữa các trạm di động và trung tâm điều khiển PDH cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao và đáng tin cậy trong môi trường di động

13

Tóm lại, PDH có nhi u ng dề ứ ụng trong các lĩnh vực viễn thông, mạng điện thoại, truy n hình ềcáp và truyền d n dẫ ữ liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền d n tín hiẫ ệu số trong các hệ thống truyền thông

Ⅴ Ưu điểm và nhược điểm của PDH:

Ưu điểm của PDH :

Tính linh hoạt: PDH cho phép truyền dẫn nhiều kênh thoại hoặc dữ liệu trên một đường truyền vật lý duy nhất Điều này giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên và giảm chi phí cơ sở hạ tầng Độ tin cậy cao: PDH được thiết kế để đảm bảo chất lượng truyền dẫn tín hiệu Hệ thống PDH có khả năng phục hồi lỗi và chịu được các nhiễu và nhiễm từ trong mạng truyền dẫn

Khả năng mở rộng: PDH hỗ trợ mở rộng dễ dàng bằng cách thêm các kênh truyền dẫn mới vào hệ thống Điều này cho phép mạng mở rộng và thích ứng với nhu cầu tăng trưởng

Nhược điểm của PDH:

Khả năng truyền dẫn hạn chế: PDH có giới hạn về tốc độ truyền dẫn dữ liệu so với các công nghệ truyền dẫn hiện đại hơn như SDH (Synchronous Digital Hierarchy) hoặc các công nghệ truyền dẫn quang học PDH thường hỗ trợ tốc độ truyền dẫn dữ liệu thấp hơn

Đồng bộ hóa khó khăn: PDH sử dụng nguyên tắc "gần đồng bộ" (plesiochronous) trong việc truyền dẫn tín hiệu Điều này có nghĩa là các tín hiệu trong hệ thống PDH không đồng bộ chính xác với nhau, và đồng bộ hóa các tín hiệu có thể gặp khó khăn và đòi hỏi quá trình điều chỉnh phức tạp

Hạn chế về quản lý mạng: PDH không cung cấp khả năng quản lý mạng mạnh mẽ như các công nghệ hiện đại khác như SDH hoặc các công nghệ truyền dẫn IP Việc theo dõi và quản lý mạng PDH có thể gặp khó khăn và hạn chế

Khó thích ứng với dịch vụ mới: PDH được thiết kế chủ yếu để truyền dẫn thoại và dữ liệu cơ bản Với sự phát triển của các dịch vụ mới như truyền dẫn video cao cấp hoặc dịch vụ truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, PDH có thể gặp khó khăn trong việc đáp ứng yêu cầu của các dịch vụ này Tóm lại, PDH có những ưu điểm như tính linh hoạt, độ tin cậy cao và khả năng mở rộng, nhưng cũng có nhược điểm về khả năng truyền dẫn hạn chế, đồng bộ hóa khó khăn, hạn chế quản lý mạng và khó thích ứng với dịch vụ mới

ⅤⅠ Mô phỏng trên Matlab:

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PCM (Pulse Code Modulation) Đây là Phần Code Matlab của mô phỏng PCM:

% PCM encoding and decoding% Define parameters

15 A = 2; % amplitude of the signalfm = 3; % frequency of the signalfs = 20; % sampling frequencyn = 3; % number of bits per sample

% Generate the analog signalt = 0:0.001:1; % time vectorx = A*sin(2*pi*fm*t); % analog signal

% Plot the analog signalfigure(1)

plot(t,x) xlabel('Time') ylabel('Amplitude') title('Analog Signal')

% Sampling the analog signalts = 1/fs; % sampling periodn_samples = length(t); % number of samplesx_s = zeros(1,n_samples); % sampled signal

for i = 1:n_samples

if mod(t(i),ts) == 0 % sample at every ts secondsx_s(i) = x(i);

endend

% Plot the sampled signalfigure(2)

stem(t,x_s) xlabel('Time') ylabel('Amplitude') title('Sampled Signal')

% Quantization of the sampled signalL = 2^n; % number of quantization levelsdelta = (max(x_s) - min(x_s))/L; % quantization step sizex_q = zeros(1,n_samples); % quantized signal

for i = 1:n_samples if x_s(i) ~= 0 % quantize only the non-zero samplesx_q(i) = round(x_s(i)/delta)*delta; % round to the nearest multiple of delta

endend

17 % Plot the quantized signal

figure(3) stem(t,x_q) xlabel('Time') ylabel('Amplitude') title('Quantized Signal')

% Encoding of the quantized signalx_e = ''; % encoded signal

for i = 1:n_samples if x_q(i) ~= 0 % encode only the non-zero sampleslevel = (x_q(i) - min(x_q))/delta + 1; % find the quantization levelbin = dec2bin(level-1,n); % convert the level to binary

x_e = [x_e bin]; % append the binary code to the encoded signal

endend

% Display the encoded signaldisp('Encoded Signal:') disp(x_e)

% Decoding of the encoded signalx_d = zeros(1,n_samples); % decoded signalindex = 1; % index for the encoded signal

for i = 1:n_samples if x_s(i) ~= 0 % decode only the non-zero samplesbin = x_e(index:index+n-1); % extract the binary codelevel = bin2dec(bin) + 1; % convert the binary to decimalx_d(i) = min(x_q) + (level-1)*delta; % find the quantized valueindex = index + n; % update the index

endend

% Plot the decoded signalfigure(4)

stem(t,x_d) xlabel('Time') ylabel('Amplitude') title('Decoded Signal')

% Calculate the mean square error

19 MSE = mean((x - x_d).^2);

disp('Mean Square Error:') disp(MSE)

Đoạn mã trên th c hiựện các bước cơ bản c a quá trình mã hóa và gi i mã PCM ủảDưới đây là giải thích từng bước trong mã:

1.Định nghĩa các thông số:

 A: Biên độ của tín hiệu analog  fm: T n s c a tín hi u analog ầố ủệ fs: T n s lầố ấy m u (sampling frequency) ẫ n: S bit m i mốỗẫu (number of bits per sample)

2.T o tín hi u analog: ạệ

 S dử ụng hàm sin để tạo tín hi u analog x vệới biên độ A, t n sầố fm và thời gian từ 0 đến 1 giây

3.Vẽ đồ thị tín hi u analog ệL y mấẫu tín hi u analog: ệ

 Tính chu k l y m u ( ) t t n s lỳ ấẫts ừ ầố ấy ẫ fsm u  Khởi t o m ng x_s ạảđể lưu trữ tín hiệu đã lấy mẫu

 Vòng lặp qua các mẫu để lấy mẫu tại các điểm th i gian chia h t cho ờếchu k l y m u (ỳ ấẫts).

4.Vẽ đồ thị tín hiệu đã lấy mẫu.5.Lượng t hóa tín hiửệu đã lấy m u: ẫ

 Tính s mốức lượng t hóa (L) t s bit m i m u (n ửừ ốỗẫ). Tính kích thước bước lượng tử (delta) t giá tr l n nhừị ớất và nh nhỏất

của tín hiệu đã lấy mẫu chia cho s mốức lượng t hóa (L ử). Khởi t o m ng x_q ạảđể lưu trữ tín hiệu đã lượng tử hóa  Vòng l p qua các mặẫu để lượng tử hóa chỉ những mẫu khác 0  S d ng hàm round làm tròn giá tr tín hiử ụđểịệu đã lấy m u chia cho ẫ

bước lượng tử (delta ).

6.Vẽ đồ thị tín hiệu đã lượng t hóa ử7.Mã hóa tín hiệu đã lượng t : ử

 Khởi t o bi n x_e ạếđể lưu trữ tín hiệu đã mã hóa. Vòng l p qua các mặẫu để mã hóa chỉ những mẫu khác 0  Tính mức lượng t (level) b ng cách tìm v trí c a giá trửằịủị lượng t hóa ử

trong phạm vi lượng tử hóa và chia cho bước lượng tử (delta ). S d ng hàm dec2bin chuyử ụđểển đổi mức lượng t thành mã nh phân ửị

và n i vào tín hiốệu đã mã hóa x_e 8.Hiển th tín hiịệu đã mã hóa.

9.Giải mã tín hiệu đã mã hóa

 Khởi t o m ng x_d ạảđể lưu trữ tín hiệu đã giải mã

21  Khởi t o bi n index theo dõi v trí trong tín hiạếđểịệu đã mã hóa. Vòng l p qua các mặẫu để giải mã ch nh ng m u khác 0 ỉữẫ Trích xuất mã nhị phân tương ứng với mứ ược l ng t t tín hiử ừệu đã mã

hóa  S d ng hàm bin2dec chuyử ụđểển đổi mã nh phân thành giá tr mịịức

lượng t và tính giá tr giửịải mã b ng cách nhân vằới bước lượng t và ửcộng v i giátr nh nh t c a tín hiớịỏấ ủệu đã lượng t ử

10.Vẽ đồ thị tín hiệu đã giải mã 11.Tính toán sai s ố bình phương trung bình (Mean Square Error - MSE) gi a tín hiữệu analog ban đầu (x) và tín hiệu đã giải mã (x_d ).

12.Hiển th giá tr MSE ịịQua đó, đoạn mã trên th c hiựện quá trình mã hóa tín hi u analog thành tín hi u ệệsố PCM và sau đó giải mã tín hiệu số PCM để tái t o l i tín hiạ ạệu analog ban đầu

Kết quả Mô Phỏng ta có được :

Tín hiệu lượng tử hóa

Tín hiệu được lấy mẫu

23 Tín hiệu tương tự

Hết