SỐ HOÁ TÍN HIỆU pptx

PCMtt: Sampling„ Một số khái niệm: „ Mẫu là biên độ của tín hiệu điều chế ở một giátrị định trước điện áp.. PCMtt: Dạng Tín Hiệu Lấy MẫuTín hiệu ngõ vào Tín hiệu đã lấy mẫu Tín hiệu xung

1 TÍN HIỆU VÀ CÁC THAM SỐ (tt)

„ Ví dụ tín hiệu analog:

Cho tín hiệu điện áp sau:

x(t) = 5+5sin(100πt) mV, t:msHãy xác định:

(a) Biên độ của tín hiệu

(b) Tần số và pha của tín hiệu

(c) Vẽ dạng tín hiệu x(t)

„ Tỷ số tín hiệu trên nhiễu:

SNR = Công suất tín hiệu/Công suất nhiễu

„ Tần số hoặc băng thông của tín hiệu

2 ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ CÁC THAM SỐ

„ Các đường truyền dẫn:

„ Đường truyền vô tuyến:

„ Đường truyền cáp kim loại

„ Đường truyền cáp sợi quang

„ Băng thông đường truyền dẫn:

„ BW (BandWidth), [Hz].

„ Hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang

„ Các tham số của hệ thống truyền dẫn số

„ Tốc độ bit R [bit/s].

„ Tỷ số lỗi bit BER

„ Rung pha (Jitter)

4 SỐ HOÁ TÍN HIỆU ANALOG

„ Là chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệusố

„ Các phương pháp:

„ Điều xung mã PCM.

„ Điều xung mã vi sai DPCM

„ Điều chế Delta DM.

PCM: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

ADC (Analog-to-Digital Converter): Bộ chuyển Tương tự sang số

LPF: Lọc thông thấp

Sampling: Lấy mẫu

Quantizing: Lượng tử hoá

PCM(tt): LPF (Low Pass Filter)

„ Giới hạn phổ tần tín hiệu tin tức:

Δf = f max - f min = B

„ Loại bỏ các can nhiễu tần số cao

„ Phổ tần tín hiệu thoại: 300Hz-3400Hz

„ Băng thông của bộ lọc: Δf=3.1kHz

„ Phổ tần cực đại của tín hiệu thoại: f max=3,4KHz,

làm tròn bằng f max =4KHz

PCM(tt): Sampling

„ Một số khái niệm:

„ Mẫu là biên độ của tín hiệu điều chế ở một giátrị định trước (điện áp)

„ Lấy mẫu là quá trình đo giá trị biên độ ở những

khoảng thời gian đều nhau (chu kỳ lấy mẫu T S)

„ Tốc độ lấy mẫu là số mẫu lấy được trên một

đơn vị thời gian (tần số lấy mẫu f S = 1/T S)

PCM(tt): Sampling

„ Là mạch điều biên xung PAM (Pulse Amplitude

Modulation): nhân tín hiệu tin tức x(t) và sóng

mang dạng xung s(t).

„ Rời rạc hoá tín hiệu thành chuỗi xung biên độ rờirạc

„ Tần số lấy mẫu

f s ≥ 2f max (định lý Nyquist)

„ Đối với tín hiệu thoại:

PCM(tt): Phổ của Tín Hiệu Lấy Mẫu

f (Hz)

f max Tín hiệu vào

f (Hz)

f max (f s -f max ) f s (f s +f max )(2f s -f max ) 2f s Tín hiệu đã lấy mẫu

(fs > 2f max )

PCM(tt): Dạng Tín Hiệu Lấy Mẫu

Tín hiệu ngõ vào

Tín hiệu đã lấy mẫu

Tín hiệu xung đồng hồ

PCM(tt): Quantizing

„ Là quá trình phân loại các mẫu analog thành mộttrong số mức lượng tử đã định trước Biên độ củamột mẫu sẽ nằm trong tập các giá trị lượng tử

„ Gần đúng hoá các xung biên độ PAM (làm trònđến mức lượng tử gần nhất)

„ Mục đích: để mã hố thành từ mã cĩ số bit ít nhất

„ Số mức lượng tử: Q=2 n

n là số bit sẽ được mã hố một mẫu.

Ví dụ: n = 2 -> Q = 22 = 4 mức

PCM(tt): Quantizing

„ Các phương pháp lượng tử hoá:

„ Lượng tử hoá đều: Chia biên độ tín hiệu cần số

hoá thành các khoảng đều nhau, mỗi khoảng là một bước lượng tử Δ Nếu biên độ của tín hiệu

analog là –a đến a thì số mức lượng tử Q và Δ có mối quan hệ sau:

„ Lượng tử hoá không đều: Chia biên độ tín hiệu lấy mẫu thành các khoảng không đều nhau Biên độ tín hiệu càng lớn thì bước lượng tử càng lớn.

Q

a

2

= Δ

PCM(tt): Minh Họa Lượng Tử Hoá

Méo do quá trình lượng tử hoá

5 4 3 2 1

0.5 0

Sampling Instants

Quantized

levels

Analog signal

PCM(tt): Quantizing (tt): SNR

Number of bits

per code (n)

Number of quantizing steps

(2n)

Signal-to-Noise (SNR),dB

78

128256

4248SNR của tín hiệu khôi phục:

SNR ≈ 6n (dB)

PCM(tt): Quantizing (tt)

„ Nhiễu lượng tử có thể giảm bằng cách tăng số

mức lượng tử (giảm khoảng cách lượng tử Δ)

⇒ tăng số bit/1mẫu lượng tử ⇔ giảm độ rộngxung ⇔ tăng băng thông của tín hiệu hay

giảm số kênh ghép.

„ Lượng tử hóa tuyến tính: tín hiệu có biên độ

bé thì méo lượng tử lớn, tín hiệu lớn thì méo lượng tử nhỏ (vì số mức lượng tử đã được định

trước, còn biên độ tín hiệu thì ngẫu nhiên)

PCM(tt): Quantizing (tt)

„ Lượng tử hoá phi tuyến (không đều):

„ Trong Viễn thơng, xác suất tín hiệu cĩ biên độ bé cao hơn tín hiệu cĩ biên độ lớn.

„ Sử dụng các bộ khuếch đại phi tuyến:

PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn analog

Luật A (Chuẩn Châu Âu)

(A=87,6) Luật μ (Chuẩn Bắc Mỹvà Nhật) (μ=255)

x =Vin/Vin max: tín hiệu vào chuẩn hố;

y= Vout/Vout maxbước lượng tử chuẩn hố.

Vmax = 2048Δ là điện áp điểm bảo hịa biên độ của bộ nén.

0 ≤ V ≤V

1

0)

1ln(

)1

ln(

≤

≤+

≤

≤ +

=

1 /

1 )

ln(

1

) ln(

1

/ 1

0 )

ln(

1

x

A A

Ax

A

x A

Ax y

PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số

„ Muốn đạt SNR=72dB thì:

„ Số mức lượng tử đều: 2048

Ỉ mỗi từ mã cần có 12 bit (kể cả bit dấu).

„ Trong PCM sử dụng mã hố nén số Mã hố nén

số tạo ra từ mã chỉ cĩ 8 bit nhưng chất lượng

tương đương như lượng tử hố đều sử dụng từ mã

cĩ 12bit Giả sử 8 bit đĩ là:

b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 b 8

Trong đĩ b1 là bit dấu

F

G

H

„ Nếu sử dụng nén – dãn số thì chỉ cần từ mã n = 8bit thì cũng có thể đạt được SNR=72dB.

Æ Số mức lượng tử Q=2 8 =256

Trong đó có 128 mức + và 128 mức -, tức là biên độ của tín hiệu sau khi lượng tử hoá đều là từ -128Δ

PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số

A = 87.6/13

„ Bảng: Số lượng bước lượng tử Δ trong các đoạn

TT Đoạn Số lượng bước lượng tử đều

PCM(tt): Quantizing (tt): Nén – dãn số

A = 87.6/13

„ Bảng: Các Nguồn Điện Áp Chuẩn

Từ mã đoạn Các điện áp chuẩn chọn bước lượng

TT Đoạn

PCM(tt): Coding (tt)

lấy mẫu có biên độ tương đối x = 0,26 Hãy xácđịnh từ mã PCM 8 bit ở đầu ra

PCM(tt): Coding (tt)

lấy mẫu có biên độ tương đối x = -0,19 Hãy xácđịnh từ mã PCM 8 bit ở đầu ra