phân tích điều chế PCM và mô phỏng điều chế PCM thông qua sử dụng MATLAB

phân tích điều chế PCM và mô phỏng điều chế PCM thông qua sử dụng MATLAB

1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PHẦN A – NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU CHẾ MÃ XUNG PCM I - Nguyên tắc điều chế II Lọc hạn băng III Lấy mẫu IV Lượng tử hóa V Mã hóa 10 VI Đặc điểm tín hiệu PCM 13 Băng thông tín hiệu PCM 13 Ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu PCM 14 PHẦN B – CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH PCM 15 I Mô trình lấy mẫu 15 II Mô trình lượng tử hóa 16 III Mô trình mã hóa 17 IV Tổng kết 18 KẾT LUẬN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Sinh viên: Vũ Duy Bình LỜI MỞ ĐẦU Hầu hết tín hiệu truyền qua hệ thống thông tin số tín hiệu tương tự Vì việc hệ thống thông tin số phải số hóa tín hiệu tương tự Lĩnh vực số hóa tín hiệu liên tục nghiên cứu mạnh vài năm trở lại Sự nghiên cứu tạo nhiều kiểu biến đổi khác kiểu lại có biến thể Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào lĩnh vực áp dụng chất lượng truyền dẫn mà ta mong muốn đạt Một phương pháp biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu số phổ biến cảc điều chế mã xung PCM PCM cho chất lượng đảm bảo với giá thành tương đối Từ PCM có phương pháp áp dụng PCM delta, điều chế xung mã vi sai DPCM, điều chế delta DM v.v Trong phạm vi tập lớn này, ta sâu phân tích điều chế PCM mô điều chế PCM thông qua sử dụng MATLAB Sinh viên: Vũ Duy Bình DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt PCM CCITT PAM NRZ RZ Phiên âm tiếng Anh Pulse Code Modulation Consultative Committee for Nghĩa tiếng Việt Điều chế mã xung Ủy ban tư vấn quốc tế International Telelphone and điện thoại điện báo Telegraph Pulse Amplitude Modulation Non- Return Zero Return Zero Điều chế biên độ xung Tín hiệu không trở không Tín hiệu trở không PHẦN A – NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU CHẾ MÃ XUNG PCM Sinh viên: Vũ Duy Bình Dạng tiêu biểu mã hóa dạng sóng điều chế mã xung PCM thường gặp hệ thống truyền dẫn tín hiệu số, áp dụng cho tín hiêu thoại, nhóm kênh thoại ghép kênh theo tần số, tín hiệu video… I Nguyên tắc điều chế: Điều chế xung mã PCM thực theo quy trình bốn bước có tính nguyên tắc sau: a) Lọc nhằm hạn chế phổ tần tín hiệu liên tục cần truyền: Biến đổi Fourier tín hiệu liên tục thực tế vô hạn theo biến tần số, chí thời gian tồn chúng hữu hạn Chính vậy, tín hiệu liên tục cần truyền thiết phải lọc nhằm hạn phổ tới tần số cực đại W nhằm thỏa mãn tiền đề băng tần hạn chế định lý lấy mẫu b) Lấy mẫu: Tín hiệu liên tục sau lọc rời rạc hóa nhờ lấy mẫu tín hiệu liên tục chuỗi xung nhịp có tần số f s theo định lý lấy mẫu để có tín hiệu điều biên xung PAM c) Lượng tử hóa: Số giá trị có tín hiệu PAM sau lấy mẫu vô hạn, số bit cần thiết để mã giá trị xung PAM vô hạn điều thực Để hạn chế bít mã cần sử dụng, giá trị xung PAM cần làm tròn thành giá trị mẫu xác định gọi mức lượng tử (có số lượng hữu hạn) trình gọi lượng tử hóa d) Mã hóa: Các giá trị mức lượng tử ứng với xung PAM mã hóa tổ hợp mã nhị phân để truyền hệ thống truyền dẫn số Sơ đồ mô tả công đoạn điều chế mã xung thể sau: Tin hiệu liên tục Tin hiệu có băng hạn chế Lọc Các xung PAM lượng tử hóa Các xung PAM Lấy mẫu Lượng tử fS Hình A-1: Sơ đồ thực PCM Sinh viên: Vũ Duy Bình Mã hóa Tín hiệu PCM Quá trình khôi phục phần thu thực sau: Giải mã để chuỗi xung PAM lượng tử hóa cho qua lọc thông thấp có tần số cắt nửa tần số lấy mẫu Như nói trên, thực tế tín hiệu lối vào điều chế mã xung tín hiệu có phổ trải rộng vô hạn Sau lọc hạn chế phổ tần, tín hiệu có phổ hạn chế có thời gian tồn trải rộng tới vô hạn, nghĩa lý thuyết việc lấy mẫu phải thực với vô hạn mẫu theo sơ đồ Từ thấy tín hiệu liên tục khôi phục lại phần thu, trường hợp không tính đến méo tạp nhiễu đường truyền, phiên gần tín hiệu liên tục cần truyền phần phát mà Sai số tín hiệu phiên nguyên gây nguyên nhân sau: - Việc lấy mẫu tiến hành thời gian dài vô hạn được; - Sai số làm tròn (lượng tử hóa), gọi sai số lượng tử; - Các đặc tính không hoàn toàn lý tưởng; - Phiên tín hiệu có phổ hạn chế, không tín hiệu nguyên Ngoài ra, sai lệch đáng đồng dẫn đến xếp sai tổ hợp mã thu điều dẫn đến sai lạc vô trầm trọng Các chi tiết công đoạn quy trình PCM biện pháp khắc phục sai số trình bày II Lọc hạn băng Phổ tín hiệu điện thoại tập trung giải từ 0,3 đến 3,4 kHz Việc cắt bỏ thành phần tần số giải nói không gây méo thụ cảm lớn, tức không gây nên trở ngại đặc biệt trình thông thoại Để hạn chế phổ tín hiệu tiến hành loại bỏ thành phần tần số lớn 3,4kHz tín hiệu điện thoại lọc thông thấp, tức chọn tần số cực đại W tín hiệu thoại 3,4kHz Trong trường hợp này, sai số lọc hạn băng gây chủ yếu chế tạo mạch lọc thông thấp lý tưởng mà tạo mạch lọc với đặc tính lọc không đứng tần số cắt Để không gây nên méo thụ cảm rõ rệt được, tần số cắt mạch lọc hạn băng Sinh viên: Vũ Duy Bình phải chọn cao 3,4kHz Các mạch lọc tiêu chuẩn thực tế (có đặc tính thỏa mã khuyến nghị CCITT cho mạch thoại) có tần số cắt sát với 4kHz III Lấy mẫu Quá trình lấy mẫu thực cách nhân tín hiệu thoại liên tục với chuỗi xung nhịp có tần số f S ≥ 2W Việc chọn tần số nhịp lớn hai lần W làm mở rộng băng tần chiếm tín hiệu số, tần số nhịp phải chọn nhỏ mà không gây méo tín hiệu Sai số lấy mẫu gây việc lấy mẫu thời gian dài vô hạn thường không đáng kể bù đắp việc chọn f S lớn 2W chút Kết hợp với thực tế phát sinh lọc hạn băng nói đây, tần số lấy mẫu tiêu chuẩn cho tín hiệu thoại chọn kHz IV Lượng tử hóa Lượng tử hóa thực đơn giản cách chia giải động tín hiệu [ − a, + a ] thành Q mức cách nhau, gọi lượng tử hóa Khoảng cách mức lượng tử ∆ = 2a / Q Các giá trị mẫu tín hiệu (các xung PAM) làm tròn thành giá trị mức lượng tử gần Sai số lượng tử giá trị mẫu biến ngẫu nhiên eq nhận giá trị khoảng [ −a / Q, + a / Q ] , xem lượng tạp âm gọi tạp âm lượng tử đánh giá thông qua công suất tạp âm lượng tử: a /Q Peq = eq2 = ∫ eq2 pdf (eq )deq (A-1) − a /Q pdf (.) hàm mật độ xác suất (probability density function) Do phân bố thực biên độ tín hiệu điện thoại khoảng hai mức lượng tử sát nhau, người ta buộc phải giả thiết tín hiệu điện thoại nhận giá trị biên độ khoảng hai mức lượng tử sát với xác suất Do tạp âm lượng tử xem biến ngẫu nhiên phân bố đều, tức pdf (eq ) = Q / 2a Thay vào công thức (A-1), Sinh viên: Vũ Duy Bình Peq = a / 3Q = ∆ /12 (A-2) Từ (A-2) thấy tăng số mức lượng tử Q công suất tạp âm lượng tử giảm Chẳng hạn, tăng số mức lượng tử lên hai lần, công suất tạp âm lượng tử giảm lần, tức vào khoảng 6dB Tuy nhiên, việc tăng mức số mức lượng tử dẫn đến hệ quả: a) Số mức lượng tử lớn dẫn đến số bit dùng để mã mức lượng tử tăng (cứ tăng số mức lượng tử lên hai lần phải thêm bít tổ hợp mã) làm tăng tốc độ bít tăng phổ chiếm tín hiệu b) Với giải động tín hiệu, việc tăng mức số mức lượng tử dẫn đến mức lượng tử không phục lại phần thu bị nhận nhầm tác động tạp âm nhiệt mạch điện tử Thêm vào đó, lượng tử hóa việc chia mức với số mức tối thiểu (nhằm giảm số bít mã cần dùng) xác định theo độ xác cho mức cao tín hiệu lại dẫn đến sai số phạm phải lại lớn mức thấp Điều dẫn tới sai số tổng cộng lớn thực tế mức tín hiệu thấp tín hiệu thoại thường xảy nhiều so với mức cao Các mâu thuẫn nói thực tế khắc phục lượng tử hóa không đều, khoảng cách mức lượng tử chọn lớn với mức lớn với mức tín hiệu nhỏ khoảng cách mức lượng tử nhỏ Giải pháp tự nhiên tín hiệu lớn tử số tín hiệu sai số (tín/tạp âm lượng tử) nhỏ dù sai số lượng tử tuyệt đối có lớn Việc chia mức lượng tử không thế, lại khó thực thực tế giải pháp tương đương thường áp dụng thực lượng tử hóa tín hiệu nén Luật nén áp dụng điều chế mã xung tín hiệu luật logarit, tín hiệu lối y mạch nén biến thiên theo luật logarit tín hiệu lối vào x Ở phần thu, tín hiệu giãn trở lại Việc trì nén-giãn xác yêu cầu ngặt nghèo nhằm tránh méo tín hiệu mang vào trình nén-giãn Các luật nén logarit áp dụng hệ Châu Âu hệ Mỹ khác nhau, điều lịch sử trình phát triển viễn thông trước khác để lại Sinh viên: Vũ Duy Bình Luật nén áp dụng luật đối µ với hệ Mỹ, hệ Châu Âu sử dụng luật nén A Biểu thức giải tích xác định luật nén µ A là: Luật nén µ (Hệ Mỹ): y = sign( x) ln(1 + µ x ) , −1 ≤ x ≤ ln(1 + µ ) (A-3) Luật nén A (Hệ Châu Âu):  Ax , ≤ x ≤ 1/ A  sign( x) + ln A y=  sign( x) + A x ,1/ A ≤ x ≤  + ln A (A-4) Trong biểu thức (A-3) (A-4), x y giá trị tín hiệu lối vào lối nén chuẩn hóa theo giá trị cực đại chúng Theo khuyến nghị G.711 CCITT, giá trị tham số chọn là:A=87,6 µ =255 Đối với hệ Mỹ, µ =100 sử dụng hệ thống, nhiên giá trị mà CCITT chọn làm giá trị tiêu chuẩn Để phối hợp chặt chẽ nén giãn, nén-giãn số áp dụng hệ Mỹ lẫn hệ châu Âu việc xấp xỉ đường cong hình A.2 15 đoạn thẳng (7 đoạn dương, đoạn âm, đoạn qua gốc) hình A.3 13 đoạn thẳng (6 đoạn dương, đoạn âm đoạn qua gốc chia thành bốn phân đoạn) Các hình A.2 A.3 mô tả việc tuyến tính hóa (chỉ vẽ với phần tín hiệu vào dương) Phần tín hiệu âm đối xứng với phần dương qua gốc tọa độ biểu thức (A-3) (A-4) hàm lẻ Trục hoành đồ thị giá trị chuẩn hóa biên độ lối vào x Sinh viên: Vũ Duy Bình Hình A.2:Tuyến tính 15 đoạn thẳng Hình A.3: Tuyến tính 13 đoạn thẳng Sinh viên: Vũ Duy Bình 10 V Mã hóa Trong hầu hết trường hợp, tuyến truyền PCM phận kết nối quốc tế Yêu cầu đặt việc xen tuyến truyền dẫn số vào kết nối quốc tế dài không dẫn đến suy giảm chất lượng so với tuyến truyền dẫn túy analog Các yêu cầu tạp âm kết nối đường dài quốc tế xác định theo quan hệ áp dụng mạng tham chiếu qui định khuyến nghị G.103 CCITT Để thỏa mãn yêu cầu đó, tỷ số tín hiệu tạp âm lượng tử chặng mã đơn có mã giải mã PCM cần phải không nhỏ 22dB, tính giải mức tiếng nói trung bình đầu vào mã hóa (-5 đến -25 dBm) [A14] Ở mức tiếng nói thấp hơn, yêu cầu tỷ số tín hiệu tạp âm lượng tử nhỏ nhiều Đối với mạng tham chiếu khuyến nghị G.103, số đoạn mã giải mã PCM mắc nối tiếp không vượt 14 Nghĩa đòi hỏi tỷ số tín hiệu tạp âm lượng tử đoạn thành phần cao hơn, thêm 10lg14 dB nữa, tức với đoạn tỷ số tín hiệu tạp âm lượng tử phải ≥ 33.46 dB Yêu cầu vừa đạt việc sử dụng mã hóa với từ mã bit Khi tính đến tham số suy giảm chất lượng khác PCM, mã hóa bit thường áp dụng Biên độ tín hiệu lối nén lượng tử hóa thành 16 mức với đoạn hay phân đoạn Việc mã hóa mức lượng tử (sau nén) để tạo thành tín hiệu PCM thực bẳng tổ hợp bit hệ Mỹ lẫn Châu Âu có dạng PXYZABCD Bit P thị cực tính giá trị lượng tử mẫu tín hiệu: P=1 với tín hiệu dương P=0 với tín hiệu âm Ba bít XYZ dùng để mã đoạn thẳng (hoặc phân đoạn) làm gần với luật nén( µ hay A), bốn bit ABCD dùng để mã 16 mức lượng tử đoạn Do tuyến tính hóa theo số đoạn khác nhau, cách nhận mã bit PCM hệ Mỹ hệ Châu Âu khác Đối với hệ Châu Âu, trước tiên việc mã 12 bit thực hiên, chia giải biên độ tín hiệu vào cách tuyến tính thành 4096 bước Các mạch logic sau sử dụng để tạo từ mã bit theo quy tắc mô tả bảng A-1 Trong đó, trước tiên việc mã 13 bit Sinh viên: Vũ Duy Bình 11 thực với hệ Mỹ, chia tuyến tính giải biên độ tín hiệu vào thành 8192 bước, sau mã hóa thành từ mã bit theo tắc mô tả bảng A-2 Từ bảng A-1 bảng A-2 thấy, đoạn chia thành 16 mức lượng tử Giá trị độ lớn mức lượng tử – tính theo số bước mức biên độ lối vào (ghi cột cuối bảng)- thay đổi theo giá trị lối vào Bảng A-1 Thuật toán xấp xỉ đặc tính nén luật A 13 đoạn thẳng mã Đoạn Giới hạn Giới hạn Từ mã Độ lớn thứ đoạn (tính đoạn (tính PXYZABCD bước lượng tử theo bước vào theo bước biên (tính theo số bước biên độ vào) 2048 1024 512 256 128 64 32 -32 -64 -128 -256 -512 -1024 -2048 -4096 độ vào) 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 -32 -64 -128 -256 -512 -1024 -2048 biên độ lối vào) 128 64 32 16 2 2 16 32 64 128 10 11 12 13 1111ABCD 1110ABCD 1101ABCD 1100ABCD 1011ABCD 1010ABCD 1001ABCD 1000ABCD 0000ABCD 0001ABCD 0010ABCD 0011ABCD 0100ABCD 0101ABCD 0110ABCD 0111ABCD Bảng A-2: Thuật toán xấp xỉ đặc tính nén luật µ 15 đoạn thẳng mã Đoạn Giới hạn Giới hạn thứ đoạn (tính đoạn (tính PXYZABCD bước lượng tử Từ mã Độ lớn theo bước vào theo bước (tính theo số bước biên độ vào) 4063 biên độ vào) 8159 biên độ lối vào) 256 Sinh viên: Vũ Duy Bình 1000ABCD 12 2015 4063 1001ABCD 128 991 2015 1010ABCD 64 479 991 1011ABCD 32 233 479 1100ABCD 16 95 233 1101ABCD 31 95 1110ABCD -31 31 1111ABCD -95 -31 0110ABCD 10 -233 -95 0101ABCD 11 -479 -233 0100ABCD 16 12 -991 -479 0011ABCD 32 13 -2015 -991 0010ABCD 64 14 -4063 -2015 0001ABCD 128 15 -8159 -4063 0000ABCD 256 13 -4096 -2048 0111ABCD 128 Giá trị lượng tử mẫu tín hiệu tính theo công thức [A14]: M = α (32 β + L + 1) S − β hệ Châu Âu, (A-5a) Và M = α [2 S +1 L + 33(2 S − 1)] hệ Mỹ, (A-5b) Trong đó: S = X + 2Y ; L = A + B + 2C + D; α = P = 1; α = −1 P = 0; (A-5c) β = S = 0, β = S ≠ Lợi ích nén-giãn thấy thông qua xét làm ví dụ hệ Châu Âu Chúng ta thấy lượng tử sử dụng nén giãn(cũng gọi lượng tử phi tuyến) có độ phân giải tương đương độ phân giải lượng tử (lượng tử tuyến tính) với 4096 mức sử dụng từ mà 12 bit Như so với sử dụng lượng tử tuyến tính bit (256 mức) công suất tạp âm lượng tử giảm 4x6=24 dB VI Đặc điểm tín hiệu PCM Băng thông tín hiệu PCM: Gọi R số bit truyền giây tín hiệu PCM, R gọi tốc độ bit (bps) Gọi n số bit từ mã PCM, f S tần số lấy mẫu Khi đó, tốc độ bit R tính sau: R = n f S Sinh viên: Vũ Duy Bình (A-6) 13 Giữa độ rộng băng thông tốc độ bit có quan hệ chia trường hợp thông dụng sau Đó trường hợp sử dụng trọn ô bit Tb để biểu diễn bít trường hợp sử dụng nửa ô bit để biểu diễn bit, nửa lại trở giá trị tham chiếu Ta nhận thấy trường hợp 1, bit tương đương với lần tín hiệu thay đổi mức trường hợp bit tương đương với lần thay đổi mức Ta biểu diễn thay đổi mức tín hiệu hình sin Từ nhận thấy rằng, trường hợp ta truyền tốc độ bit bps Hz, trường hợp tốc độ 1bps Hz Ta gọi tín hiệu có dạng trường hợp tín hiệu dạng NRZ, tín hiệu có dạng trường hợp tín hiệu dạng RZ Ta gọi số bít truyền giây Hz hiệu sử dụng băng thông Qua phân tích ta rút băng thông tối thiểu tín hiệu PCM phải là: BPCM ≥ 1 R = n f (trường hợp 1) 2 BPCM ≥ R = n f S (trường hợp 2) Mặt khác, để tránh chồng phổ tần số lấy mẫu phải f S ≥ B với B băng thông tín hiệu tương tự tương ứng (giả thiết tín hiệu có băng thông hữu hạn) Vậy băng thông tín hiệu PCM là: BPCM ≥ nB (trường hợp 1) BPCM ≥ 2nB (trường hợp 2) Vậy băng thông tín hiệu PCM lớn băng thông tín hiệu tương tự tương ứng Đây khiếm khuyết hệ thống truyền tin sử dụng PCM Ảnh hưởng nhiễu lên tín hiệu PCM Tín hiệu tương tự khôi phục đầu thu hệ thống PCM chịu ảnh hưởng nhiễu nên bị méo Có hai loại nhiễu ảnh hưởng lên tín hiệu PCM là: - Nhiễu lượng tử hóa gây lượng tử hóa M mức bên mã hóa PCM - Lỗi bit tín hiệu PCM khôi phục gây nhiễu kênh truyền Sinh viên: Vũ Duy Bình 14 PHẦN B – CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH PCM Mô trình lấy mẫu: Như trình bày phần A trình lấy mẫu trình thực nhằm có tín hiệu điều biên xung Bằng cách sử dụng chương trình MATLAB, ta mô sau: Tín hiệu đầu vào với biên độ cho giá trị 10, tần số 50Hz, pha ban đầu biểu diễn hình sau: Sinh viên: Vũ Duy Bình 15 Tín hiệu xung lấy mẫu theo yêu cầu để có tần số 8kHz, ta vẽ dạng xung lấy mẫu sau: Tín hiệu đầu vào sau lấy mẫu với tín hiệu xung lấy mẫu cho kết sau: Sinh viên: Vũ Duy Bình 16 Mô trình lượng tử hóa: Quá trình lượng tử hóa nhằm hạn chế làm tròn giá trị biên độ tín hiệu lấy mẫu Sử dụng mô MATLAB ta có: Tín hiệu sau lấy mẫu lượng tử hóa tuyến tính với số mức lượng tử tương ứng với 8bit mã hóa đầu 28 = 256 mức lượng tử Ta vẽ tín hiệu sau lượng tử hóa sau: Mô trình mã hóa: Sinh viên: Vũ Duy Bình 17 Quá trình mã hóa chuyển tín hiệu xung PAM thu thành tổ hợp mã để truyền Sử dụng phần mềm MATLAB ta mô sau: Áp dụng luật nén A, kết hợp với bảng mã A-1 ta mã hóa tín hiệu lượng tử sau: Do giá trị mức lượng tử nên chu kì có 200 tín hiệu mã hóa thực hiện, tính chất lặp lại nên ta sủ dụng phần mã hóa chu kì tín hiệu Các chu kì lặp lại bít số bít số bít số bít số bít số bít số bít số bít số 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Sinh viên: Vũ Duy Bình 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Tổng kết: Với giá trị mức đầu vào nhập là: nhap so luong xung lay mau 200 nhap so muc luong tu N=256 nhap bien cua tin hieu dau vao A=10 nhap so chu ky cua tin hieu dau vao nhap tan so cua tin hieu dau vao 50 Ta thu tín hiệu hình vẽ bảng mã hóa phần KẾT LUẬN Sinh viên: Vũ Duy Bình 19 Qua trình phân tích trên, với điều học đọc thêm qua tài liệu cho em hiểu cấu trúc trình điều chế mã xung PCM, trình mô điều chế mã xung PCM sử dụng MATLAB Có thể viết chúng em nhiều sai sót chưa sâu hết tất vấn đề chủ yếu, qua giúp chúng em có cách nhiều tổng quát trình số hóa tin hiệu liên tục Mặc dù cố gắng, nhiên kiến thức hạn chế, định báo cáo tập lớn có điểm thiếu sót Em mong thày có nhận xét góp ý để viết lần sau đạt kết tốt Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO: Sinh viên: Vũ Duy Bình 20 Bài giảng KỸ THUẬT THÔNG TIN SỐ -ThS Phạm Việt Hưng, trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam,2010 Kỹ thuật truyền dẫn số - TS Nguyễn Quốc Bình, Nhà xuất Quân đội nhân dân,2001 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng , KS Nguyễn Mạnh Cường, trường Đại Học Hàng Hải Sinh viên: Vũ Duy Bình [...]... hiệu quả sử dụng băng thông Qua phân tích ở trên ta rút ra băng thông tối thiểu của tín hiệu PCM phải là: BPCM ≥ 1 1 R = n f (trường hợp 1) 2 2 BPCM ≥ R = n f S (trường hợp 2) Mặt khác, để tránh chồng phổ thì tần số lấy mẫu phải là f S ≥ 2 B với B là băng thông của tín hiệu tương tự tương ứng (giả thiết tín hiệu có băng thông hữu hạn) Vậy băng thông của tín hiệu PCM là: BPCM ≥ nB (trường hợp 1) BPCM ≥... - Lỗi bit ở tín hiệu PCM khôi phục gây ra bởi nhiễu kênh truyền Sinh viên: Vũ Duy Bình 14 PHẦN B – CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH PCM 1 Mô phỏng quá trình lấy mẫu: Như đã trình bày ở phần A quá trình lấy mẫu là quá trình được thực hiện nhằm có được tín hiệu điều biên xung Bằng cách sử dụng chương trình MATLAB, ta có thể mô phỏng như sau: Tín hiệu đầu vào với biên độ cho giá... về cấu trúc của quá trình điều chế mã xung PCM, cũng như quá trình mô phỏng của điều chế mã xung PCM sử dụng MATLAB Có thể bài viết của chúng em còn nhiều sai sót và chưa đi sâu hết được tất cả những vấn đề chủ yếu, nhưng qua đây cũng đã giúp chúng em có 1 cách nhiều tổng quát hơn về quá trình số hóa tin hiệu liên tục Mặc dù đã rất cố gắng, tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, nhất định bản báo cáo... PCM, f S là tần số lấy mẫu Khi đó, tốc độ bit R được tính như sau: R = n f S Sinh viên: Vũ Duy Bình (A-6) 13 Giữa độ rộng băng thông và tốc độ bit có quan hệ được chia ra 2 trường hợp thông dụng như sau Đó là trường hợp sử dụng trọn 1 ô bit Tb để biểu diễn 1 bít và trường hợp sử dụng một nửa ô bit để biểu diễn 1 bit, nửa còn lại trở về giá trị tham chiếu Ta nhận thấy ở trường hợp 1, một bit tương đương... Vậy băng thông của tín hiệu PCM lớn hơn băng thông tín hiệu tương tự tương ứng Đây là khiếm khuyết chính của hệ thống truyền tin sử dụng PCM 2 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... bài có tần số là 8kHz, ta vẽ được dạng xung lấy mẫu như sau: Tín hiệu đầu vào sau khi được lấy mẫu với tín hiệu xung lấy mẫu cho ra kết quả như sau: Sinh viên: Vũ Duy Bình 16 2 Mô phỏng quá trình lượng tử hóa: Quá trình lượng tử hóa nhằm hạn chế làm tròn các giá trị biên độ của tín hiệu đã được lấy mẫu Sử dụng mô phỏng bằng MATLAB ta có: Tín hiệu sau khi lấy mẫu được lượng tử hóa tuyến tính với số... lượng tử đều (lượng tử tuyến tính) với 4096 mức sử dụng các từ mà 12 bit Như vậy so với nếu sử dụng bộ lượng tử tuyến tính 8 bit (256 mức) công suất tạp âm lượng tử giảm 4x6=24 dB VI Đặc điểm của tín hiệu PCM 1 Băng thông của tín hiệu PCM: Gọi R là số bit truyền đi trong 1 giây của tín hiệu PCM, R được gọi là tốc độ bit (bps) Gọi n là số bit của một từ mã PCM, f S là tần số lấy mẫu Khi đó, tốc độ bit... giá trị của mức đầu vào nhập là: nhap so luong xung lay mau 200 nhap so muc luong tu N=256 nhap bien do cua tin hieu dau vao A=10 nhap so chu ky cua tin hieu dau vao 5 nhap tan so cua tin hieu dau vao 50 Ta thu được tín hiệu như hình vẽ trên và bảng mã hóa ở phần trên KẾT LUẬN Sinh viên: Vũ Duy Bình 19 Qua quá trình phân tích ở trên, cùng với những điều đã được học và đọc thêm qua các tài liệu đã cho... tương ứng với 8bit mã hóa đầu là 28 = 256 mức lượng tử Ta vẽ được tín hiệu sau khi lượng tử hóa như sau: 3 Mô phỏng quá trình mã hóa: Sinh viên: Vũ Duy Bình 17 Quá trình mã hóa là chuyển các tín hiệu xung PAM thu được thành các tổ hợp mã để truyền đi Sử dụng phần mềm MATLAB ta mô phỏng được như sau: Áp dụng luật nén A, kết hợp với bảng mã A-1 ta mã hóa được tín hiệu đã được lượng tử như sau: Do giá trị... Âu, (A-5a) Và M = α [2 S +1 L + 33(2 S − 1)] đối với hệ Mỹ, (A-5b) Trong đó: S = 4 X + 2Y ; L = 8 A + 4 B + 2C + D; α = 1 nếu P = 1; α = −1 nếu P = 0; (A-5c) β = 0 nếu S = 0, β = 1 nếu S ≠ 0 Lợi ích của nén-giãn có thể thấy được thông qua xét làm ví dụ đối với hệ Châu Âu Chúng ta thấy rằng bộ lượng tử đều sử dụng nén giãn(cũng còn gọi là bộ lượng tử phi tuyến) có độ phân giải tương đương độ phân giải ... đối Từ PCM có phương pháp áp dụng PCM delta, điều chế xung mã vi sai DPCM, điều chế delta DM v.v Trong phạm vi tập lớn này, ta sâu phân tích điều chế PCM mô điều chế PCM thông qua sử dụng MATLAB. .. viên: Vũ Duy Bình 19 Qua trình phân tích trên, với điều học đọc thêm qua tài liệu cho em hiểu cấu trúc trình điều chế mã xung PCM, trình mô điều chế mã xung PCM sử dụng MATLAB Có thể viết chúng... gọi số bít truyền giây Hz hiệu sử dụng băng thông Qua phân tích ta rút băng thông tối thiểu tín hiệu PCM phải là: BPCM ≥ 1 R = n f (trường hợp 1) 2 BPCM ≥ R = n f S (trường hợp 2) Mặt khác, để