THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP THỰC NGHIỆM GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TRONG TRUYỀN DẪN SỐ

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP THỰC NGHIỆM GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TRONG TRUYỀN DẪN SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Ngô Ngọc Lượng

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP THỰC NGHIỆM GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TRONG TRUYỀN DẪN

SỐ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Điện Tử -Viễn Thông

Cán bộ hướng dẫn:Ths Chử Văn An

Cán bộ đồng hướng dẫn : Trần Thanh Hải

HÀ NỘI -2005

Mục đích chính của khoá luận là nghiên cứu và thực nghiệm việc ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) 4 kênh.Trong đó có 3 kênh thoại và một kênh dùng đồng bộ khung Cụ thể khoá luận được trình bày gồm 2 phần chính PHẦN LÝ THUYẾT và PHẦN THỰC NGHIỆM

PHẦN LÝ THUYẾT:

+Giúp ta hiểu được nguyên lý điều chế PCM, nguyên lý ghép kênh và phân kênh theo (TDM).Ngoài ra ta còn hiểu thêm về ghép kênh và phân kênh theo kiểu EDM + Biết được các loại mã được sử dụng trong đường truyền, ưu nhược điểm các loại mã Mặt khác giúp ta hiểu thêm về hệ thống PCM 30 kênh và 24 kênh

+ Các kỹ thuật ghép kênh và phân kênh 4 đường vào Các phương pháp để mở rộng ghép kênh

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu làm thực nghiệm về đề tài “Thiết Kế Và Lắp Ráp Thực Nghiệm Ghép Kênh Phân Chia Theo Thời Gian Trong Truyền Dẫn Số “ Với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong ngành Điện tử -Viễn Thông trường

Đại Học Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đến nay em đã hoàn thành khoá luận

này

Em xin cảm ơn thầy Chử Văn An người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm khoá luận ,cảm ơn thầy Trần Thanh Hải đã giúp đỡ tận tình em làm thực nghiệm để

có những kết quả cho bài luận văn này

Thời gian làm khoá luận không nhiều ,vì vậy bài luận văn này của em không thể tránh được những sai sót em rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn

Hà Nội 6-2005

Sinh viên

Ngô Ngọc Lượng

PHẦN MỘT:LÝ THUYẾT

Trang

Lời nói đầu ………

Chương 1:Hệ thống PCM-TDM……… 1

1.1-Nguyên lý ghép kênh……… 1

1.2-Kỹ thuật FDM ……… 2

1.2.1-Kỹ thuật ghép kênh……… 2

1.2.2-Kỹ thuật phân kênh……… 3

1.3-Kỹ thuật TDM……… 4

1.3.1- TDM đồng bộ 5

1.3.2-TDM không đồng bộ……… 6

1.4-Nguyên lý PCM……… 7

1.4.1-Lấy mẫu……… 9

1.4.2-Lượng tử……… 11

1.4.3-Mã hoá……… 14

1.5-Tổng quan vế điều chế Delta (DM)……… … 15

1.5.1-Khái quát chung……… 15

1.5.2-Điều chế delta tuyến tính……… 15

Chương 2:Truyền dẫn PCM-TDM……… 17

2.1-Tổng quan về truyền dẫn 17

2.1.1-Khái quát ……… 17

2 1.2-Các phương thức truyền dẫn số……… 17

2.2-Mã đường truyền 18

2.2.2-Mã cực……… 21

2.2.3-Biphase……… 22

2.2.4-Mã lưỡng cực……… 23

2.3-Tìm hiểu về sự suy hao tín hiệu trên đường dây……… 26

2.4-Hệ thống PCM 30 kênh……… 27

2.5-Hệ thống PCM 24 kênh……… 32

2.6-So sánh hai hệ thống PCM……… 33

2.7-Kỹ thuật mã hoá số khác……… 34

2.8-Các hệ thống truyền dẫn số mức cao……… 35

2.9-Các phương pháp chèn dữ liệu trong TDM……… 36

Chương 3: Kỹ thuật ghép, phân kênh 4 đường vào……… 41

3.1-Hợp kênh 4 đường vàodữ liệu……… 41

3.2-Bộ phân kênh 1 lối vào 4 lối ra……… 44

PHẦN HAI : THỰC NGHIỆM Chương 4: Thiết kế lắp ráp hệ thống PCM-TDM nhiều kênh……… 46

4.1-Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động từng bộ phận……… 46

4.1.1-Sơ đồ khối……… 46

4.1.2-Nguyên lý hoạt động……… 46

4.2-Phân tích sơ đồ khối……… 49

4.2.1-Bên phát……… 49

4.2.2-Bên thu……… 62

4.3-Hướng phát triển của đề tài……… 77

4.4-Kết quả thực nghiệm……… 78

Trong những năm gần đây sản phẩm của ngành khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ Điện tử-Viễn thông nói riêng ngày càng trở nên cấp thiết đối với nhân loại Có thể nói nhu cầu về thông tin liên lạc đã xuất hiện từ rất lâu đời với cuộc sống linh hoạt của mỗi con người với những hình thớc cổ điển khác như tin tức được truyền đi nhờ chim bồ câu …….,những hình thức thông tin đó chỉ phù hợp với khoảng cách và tốc đọ truyền dữ liệu lúc bấy giờ Ngày nay do nhu cầu truyền tải tin tức của con người đòi hỏi với một khoảng cách lớn cự ly dài ,xa hơn với vận tốc tương đương với vận tốc ánh sang

mà vẫn đẩm bảo độ tin cậy cao

Chính vì vậy con người đã sử dụng kỹ thuật số để thực hiện số háo tín hiệu trong truyền thông là một điều cấp thiết Với việc số hoá tín hiệu như vậy tín hiệu cần truyền sẽ

ổn định và chính xác nhanh nhậy hơn trong quà trình truyền thông tin Có rất nhiều các phương pháp có thể thực hiện được việc đó, như điều chế xung mã PCM, điều chế độ rộng xung delta…….Nhưng có lẽ phương pháp đơn giản hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến phương pháp điều chế xung mã PCM.Với phương pháp này ta có thể tất kiệm được rất nhiều chi phí khi ta thực hiện việc ghép kênh ,phân kênh.Việc ghép kênh có nhiều cách nhưng có lẽ hiệu quả hơn cả là ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)

Thời gian làm có hạn nên chỉ thực hiện việc ghép 4 kênh trong đó 3 kênh thoại và một kênh dùng để đồng bộ khung Ghép theo kiểu phân chia theo thời gian (TDM)

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG PCM – TDM

<1.1> NGHUYÊN LÝ GHÉP KÊNH

hạn các kí hiệu Nó là dạng tín hiệu rời rạc theo thời gian Còn tín hiệu tương tự được đặc

trưng bởi các dữ liệu có giá trị thay đổi liên tục trong phạm vi cho trước Hay có thể nó là

tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian

Ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự là Tín hiệu số được truyền đi

bằng cách dùng một tập hợp giới nội các dạng sóng điện Ngược lại tín hiệu tương tự thì

dạng sóng của nó là quan trọng nếu như nó bị méo hoặc bị nhiễu về dạng song chắc chắn

gây sai sót cho bộ thu Nếu tín hiệu số là một dãy xung nhị phân thì khi truyền sẽ bị méo

một chút nhưng vẫn phân biệt được mức nào có xung mức nào không có xung thì ở bộ thu

vẫn nhận được thông tin chính xác , đây là ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương

tự

dẫn gọi là ghép kênh , là một ứng dụng phổ biến trong điện tử thực hành Các tín hiệu có

thể được ghép trong cự ly gần hay xa Với bất kỳ ứng dụng nào ghép kênh đều được dùng

để giảm giá thành khi truyền hay phân bố một số tín hiệu Một hệ thống ghép kênh bao

gồm các phần tử sau đây : ‘n’ tín hiệu nhập ( mỗi tín hiệu từ một kênh nhập hay nhánh

con ) được hội nhập vào trong một tín hiệu đơn đã được ghép (kênh) Tín hiệu phức hợp

này có thể được truyền hay sử lý theo yêu cầu Nếu được truyền ‘n’ tín hiệu riêng biệt này

sẽ được tách ở đầu xa và được nạp vào các kênh ngõ ra thích hợp tổ chức hoạt động này

được mô tả như hình1

1

bộ ghép kênh

bộ phân giải kênh

n

123

n

123đường

cao tốc tín hiệu được

hình1:Một hệ thống ghép kênh

Để đơn giản hình1 chỉ trình bày theo một hướng Tuy nhiên hệ thống ghép kênh được

dùng trong viễn thông ,thông thường là hai hướng (cũng được gọi là song công) Điều

này đạt được bằng cách kết hợp song công hai hệ thống đơn hướng ngược nhau

Có nhiều kỹ thuật ghép kênh ,nhưng có hai kiểu ghép kênh thong dụng đó là

+Ghép kênh theo tần số (FDM)

+Ghép kênh theo thời gian (TDM)

Trong kỹ thuật (frequency division multiplexinh FDM) mỗi kênh được phân phối một

băng tần xác định ,thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch vụ thoại Sự phân tách mỗi

kênh từ tín hiệu hỗn hợp được ghép kênh được thực hiện nhờ các bộ lọc thông

Trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (time division multiplexinh TDM) thì các

tín hiệu được truyền trên đường truyền trong những khoảng thời gian khác nhau

<1.2> KỸ THUẬT FDM

1.2.1-Kỹ thuật ghép kênh:

Các nguồn tín hiệu lần lượt đi vào các bộ điêu chế riêng biệt ,các bộ điều chế

này có các tần số sóng mang khác nhau (F1,F2,F3,….Fn).Các tần số sóng mang được

cách nhau bằng một độ rộng băng thích hợp để chống việc tần số mang tràn lên nhau và

giao thoa với nhau, Đầu ra của mỗi bộ điều chế ta nhận được hai băng tần ( băng tần trên

là Fi+f và băng tần dưới là Fi-f ,với Fi là tần số sóng mang của kênh thứ i,f băng tần tín

hiệu của kênh đó ).Sau khi qua bộ lọc lấy băng ta được một băng trên và một băng dưới

và đưa vào bộ trộn tuyến tính hoặc bộ cộng Tín hiệu ra của bộ trộn đưa vào hệ thống

truyền dẫn (có thể truyền dưới dạng sóng hay một cáp truyền chung ).Quá trình ghép kênh

được mô tả ở hình2 dưới đây

2

đièu chế

điều chế

điềuchế

điêuchế

lọc băng

lọc băng

lọc băng

lọc băng

bộ cộng

bộ phátF1

Hình2: Sơ đồ ghép tín hiệu theo tần số

Quá trình phân kênh xẩy ra ngược lại với quá trình ghép kênh Nếu truyền bằng

sóng thì bộ giải điều chế ở nơi thu sẽ tách sóng mang của đường truyền sau đó đưa đến bộ

lọc băng.Tín hiệu truyền từ cáp sẽ đưa thẳng đến bộ lọc băng Các bộ lọc băng sẽ lấy các

băng thích hợp của kênh mình ,sau đó cho qua bộ giải điều chế tách lấy thành phần tín

hiệu và loại bỏ sóng mang riêng của mỗi kênh Như vây tín hiệu ra của bộ giai điều chế sẽ

tương đương với tín hiệu vào

Hình3: Sơ đồ phân kênh theo tần số

<1.3> Kỹ thuật TDM

Đây là quá trình sử lý số được sửc dụng khi tốc độ dữ liệu của môi trường lớn hơn

tốc độ dữ liệu của thiết bị gửi và nhận Nhiều cuộc truyền có thể truyền qua một đường

liên kết nhờ việc chia nhóm cuộc truyền Trong phương pháp ghép kênh theo thời gian

(TDM) tín hiệu thoại được ghép theo các tần số khác nhau.Qua các bộ điều chế chuyển

lên một băng tần cao hơn dành sẵn cho kênh đó

4

≈

≈

≈

hệ thống truyền dẫn

≈

≈

≈

≈ xung

đồng bộ Hình4: Sơ đò ghép kênh theo thời i

tách xungđồng bộ 4

≈

bộ phânphối

bộ chuyển mạch

321

Trong phương pháp ghép kênh theo thời gian (TDM) thì các tín hiệu trong mỗi kênh có

thể chiếm toàn bộ độ rộng băng tần của tín hiệu nhưng tín hiệu được truyền trong một

khoảng thời gian ngắn Khoảng thời gian đó được quy đinh bởi thời gian lấy mẫu

Nguyên tắc hoạt động :

Trong sơ đồ ghép kênh theo thời gian như hình 4 có tất cả 4 kênh thoại và chiều truyền

dẫn nằm trên một hướng Bên phát có bộ chuyển mạch và bên thu có bộ phân phối Hai

bộ này quay với tốc độ như nhau Vị trí của chổi phải đặt cùng một tiếp điểm Gốc thời

gian được tính khi chổi đặt lên tiếp điểm thứ 5 và truyền qua hệ thống gọi là xung đồng

bộ Đầu tiên ta truyền xung đồng bộ tiếp tiếp đến là xung kênh một (tức là chổi tiếp xúc

với tiếp điểm thứ nhất ) và cuối cùng chổi tiếp xúc với tiếp điểm thứ 4 Tín hiệu sau được

tách ra qua các bộ lọc thông thấp của kênh mình và đến kênh thoại tương ứng

cc

x

44

32

21

XĐBXĐB

Hình5:Biểu đồ hiển thị cách truyền các kênh

*Hợp kênh chia thời gian (TDM) có hai loại

+TDM đồng bộ

+TDM không đồng bộ

1.3.1-TDM đồng bộ

Đồng bộ mang ý nghĩa là hợp kênh phân phối cùng một khe thời gian tới một thiết bị

trong tất cả các lần (có nghĩa là mỗi khe thời gian gắn cố định cho một kênh lối vào) Nếu

trong khoảng thời gian nào đó kênh lối vào này không có dữ liệu để truyền thì khe thời

gian phải bỏ trống

+Các khung: các khe thời gian được nhóm lại thành các khung mỗi khung gồm một

chu trình đầy đủ các khe thời gian.Trong khung có một hoặc nhiều khe cho một thiết bị

gửi và có bổ xung thêm một số bít đồng bộ

Vidụ:Nếu có n kênh truyền (đường vào) thì mỗi khung có ít nhất n khe thời gian,mỗi

khe được chèn dữ liệu cho một đường vào

+Nếu các thiết bị vào có cùng tốc độ truyền thì mỗi thiết bị sẽ có một khe thời gian

trên khung Các khe thời gian của mỗi thiết bị chiếm một vị trí nhất đinh trong khung

+Nếu các thiết bị vào mà có tốc độ truyền dữ liệu khác nhau thì trong kỹ thuật TDM

đồng bộ phải bổ xung thêm một số bít vào sao cho tốc độ bít của thiết bị này nhanh hơn

tốc độ bít của thiết bị kia đúng bằng một số nguyên lần (n) Các bit thêm vào đó người ta

gọi là bít nhồi Trong trường hợp như vậy trong một khung số khe thời gian dành cho

thiết bị này gấp n lần số khe thời gian dành cho thiết bị kia

Sau khi tốc độ bít của các kênh là bằng nhau hoặc gấp nguyên lần nhau thì cách trèn

các kênh như thế nào ?

*Cách chèn :TDM đồng bộ có thể so sánh như một chuyển mạch cơ khí quay nhanh

khi chuyển mạch đến trước một thiết bị ,thiết bị đó có cơ hội một số bít dữ liệu vào đường

dẫn chuyển mạch chạy từ thiết bị (kênh) này đến thiết bị kênh khác theo một trật tự xác

định ,quá trình nay gọi là trèn dữ liệu mỗi lần trên có thể là một bít ,một byte hoặc một số

bít bất kỳ nhưng kích thước đó là không đổi trong những lần tiếp theo Đến nơi nhận phân

chia mỗi khung bằng cách loại bỏ các bít khung và sắp xếp thành các kênh đi đến một

thiết bị nhận tương ứng

+Các bít khung : Trật tự khe thời gian không khác nhau từ khung này đến khung khác

,phải thêm vào thông tin mở đầu cho mỗi khung để báo cho bộ phân kênh ở nơi nhận biết

hướng mỗi khe thời gian đến đâu Như vậy nhờ các bít khung gồm một hoặc nhiều bít

nhằm thông báo địa chỉ và đồng bộ nhờ những bít khung này để phân kênh tách rời các

khe thời gian chính xác

1.3.2-TDM không đồng bộ :

Vì TDM đồng bộ không sử dụng hết khả năng của đường liên kết như vậy thực tế chỉ một

phần khe thời gian được sử dụng bởi lẽ các khe thời gian được sử dụng trước hoặc cố

định trong khung nên khi thiết bị (kênh ) không có nhu cầu truyền dữ liệu thì khe bị trống

(không sử dụng ) gây lãng phí

Do TDM không đồng bộ ra đời và nó khắc phục được những thiếu sót của TDM đồng

bộ TDM không đồng bộ có tính mềm dẻo ,linh hoạt ,không cố định Các khe thời gian

không được phân công cố định mà có thể dành cho bất kỳ thiết bị (kênh) nào mà có thể

gửi dữ liệu

Như vậy không dùng đến 100% thời gian mà giảm tới mức tối đa – không gây lãng

phí Khi vắng mối quan hệ vị trí của một khe thời gian trên khung ,mỗi khe phải mang

một địa chỉ để phân kênh biết hướng dữ liệu đến một địa chỉ nhận Địa chỉ này được

thêm vào bởi hợp kênh và được phân kênh bỏ đi sau khi đọc và gửi được đúng địa

chỉ.Việc đưa địa chỉ vào khung làm tăng số lượng bít tiêu đề -hạn chế tính hiệu quả của

phương pháp này vì vậy người ta dung một ít bít để chỉ địa chỉ

Các khe thời gian có độ dài thay đổi

6

Khi làm việc với các tốc độ bít khác nhau của các kênh lối vào các khe thời gian trong

khung sẽ thay đổi độ dài Kênh lối vào nào có tốc độ truyền dữ liệu nhanh được cấp khe

thời gian dài.Như vậy trong khung cầc có trường báo độ dài thay đổi –làm tăng độ dài tiêu

Quá trình chọn các điểm đo trên đường cong tín hiệu tiếng nói tương tự gọi là lấy mẫu

.Các giá trị đo được gọi là các mẫu Lấy mẫu là bước đầu tiên thể hiện tín hiệu tiếng nói

dưới dạng số ,vì các thời điểm lấy mẫu đã được chọn sẽ chỉ ra các toạ độ thời gian của các

điểm đó

Biên độ của các mẫu tín hiệu có thể được nhận một giá trị trong phạm vi biên độ

của tín hiệu tiếng nói Trong thực tế khi đo các biên độ của mẫu ta thường quy tròn

.Trong quá trình qui tròn hoặc lượng tử ,tất cả các giá trị biên độ của mẫu giữa hai điểm

trong một bậc được nhận một giá trị lượng tử giống nhau.Số mẫu đã lượng tử là một giá

trị nhất đinh vì ta chỉ có một số lượng nhất định các điểm trên thang lượng tử Mỗi mẫu xung đã được lượng tử được thể hiện bởi một điểm lượng tử trên thang lượng tử ,tức là ta

biết được các toạ độ trên trục biên độ của các mẫu xung Các quá trình lấy mẫu và lượng

tử tạo ra thể hiện bằng số cho tín hiệu tiếng nói gốc Như vậy tín hiệu sau khi lấy mẫu

chưa phải là tín hiệu số nhưng sau khi qua bộ lượng tử tín hiệu băng gốc được chuyển

sang tín hiệu số ,tuy nhiên tín hiệu này chưa hẳn thích hợp cho truyền dẫn nên ta phải

thực hiện các quá trình mã hoá

7

lấy mẫu

lượng tử

mã hoá

tạo dạng dao động

trạm lặp

tín hiệu PCM1

tạo lại

giải mã

tái tạo xung

PCM asignal

đ ường truyền dẫn

thu phát

Hình6: Điều chế xung mã các khối chức năng

để truyền dẫn theo đường dây hoặc vô tuyến Do vậy phải thực hiện quá trình mã hoá

.Thông thường các giá trị lấy mẫu được mã hoá dưới dạng nhị phân ,mỗi giá trị mẫu xung

được đại diện bởi một nhóm các phần tử nhị phân.Thường mỗi mẫu xung lượng tử có thể

mang một trong 256 giá trị dưới dạng nhị phân Chúng sẽ được thể hiện bởi một nhóm

chứa 8 phầnh tử Nhóm này từ nay về sau gọi là từ mã PCM Để truyền dẫn đi các giá trị

0 và 1 người ta sử dụng một xung điện tương ứng với trạng thái không xung và có

xung.Trên đường truyền dẫn các xung trong các từ mã PCM sẽ bị biến dạng ngày càng

nhiều Tuy nhiên chừng nào vẫn có thể phân biệt được trạng thái có xung và không xung thì hiện tượng mất tin vẫn chưa xẩy ra Khi sử dụng phương pháp tái tạo xung ,tức là các

xung bị biến dạng nhiều sẽ được thay thế bởi các xung mới vào các khoảng thời gian

thích hợp ,tin tức có thể đợc truyền rất xa mà không bị méo Đó là một trong những ưu

việt của phương thức truyền dẫn số so với phương pháp truyến dẫn tương tự Trường hợp

truyền dẫn số tin tức chỉ chứa ở trạng thái xung

Ở phía thu các từ mã PCM được giải mã ,tức là chúng được biến đổi trở lại thành

các mẫu xung lượng tử Sau đó tín hiệu tiếng nói tương tự được hồi phục bằng cách bổ

8

xung thêm phần tín hiệu giữa các mẫu lượng tử Do quá trình qui tròn các mẫu tiếng nói

nên có sự sai khác nhỏ giữa tín hiệu tiếng nói tương tự giữa bên phát và bên thu.Sự sai

khác đó gọi là biến dạng lượng tử.Các khối chức năng của quá trình điều xung mã cho

hình6 Các chức năng này sẽ được thảo luận chi tiết hơn sau này

1.4.1-Lấy mẫu :

Về ý nghĩa điện học thì lấy mẫu tức là lấy ra các gía trị tức thời của tín hiệu tương tự vào

khoảng thời gian cách đều nhau Tín hiệu lấy mẫu là một dãy xung mà đường bao của nó

là tín hiệu gốc

Tiến trình lấy mẫu bao gồm :Lọc thông thấp tiền lấy mẫu ,lấy mẫu và lọc thông

phục hồi quá trinh lấy mẫu được áp dụng vào mỗi kênh hợp thành qua một hệ thống

TDM.Các mẫu yêu cầu của mỗi dạng sóng nhập được lấy từ một chuỗi các xung định thời

theo định kỳ ,các xung này chuyển trạng thái đóng mở của bộ lấy mẫu ,do đó chuyển đi

các mẫu của dạng sóng nhập Các mẫu này dưới dạng một tập các xung với các mức điện

áp bằng với giá trị (âm hoặc dương) của dạng sóng nhập tại ngay thời điểm có xung định

thời Tập hợp các mức điện áp của các mẫu có hình dạng tương tự với sóng dạng ban

đầu.Tất cả điều trên được minh hoạ như hình7 và hinh8 dưới đây

LP filter (f h)

bộ lấy mẫ

bộ ghép kênh TDM

bộ phân giải kênh TDM

LP filter (fh)

sóng tín hiệu phục hồi xung định thời

sóng tín

hiệu nhập

đến các kênh khác

Hình 7 : một hệ thống ghép kênh phân thời

từ nhiều kênh khác

9

xung lấy mẫu

dạng sóng nhập

biên

độ

thời gian

Nhờ lý truyết lấy nẫu (Nyquit) cho phép một hệ thống lấy mẫu thích hợp được thiết

kế cho một dạng sóng nhất định Lý thuyết lấy mẫu phát biểu rằng bất kỳ một sóng nào

đều có thể được lấy mẫu vá sau đó được tái thiết lập ,tốc độ lấy mẫu phải bằng hay lớn

hơn hai lần thành phần tần số lớn nhất có trong sóng dạng đem lấy mẫu Do đó một dạng

sóng có giới hạn tần số dưới fH thì tần số lấy mẫu fs phải là fs>=2fH.Giá trị tối thiểu fs

được gọi là tốc độ Nyquist hay tần số Nyquist cho fH Một cách tổng quát lấy mẫu dưới

tốc độ Nyquist sẽ gây nên các sai lệch trong dạng sóng được tái thiết lập do hiện tượng

‘aliasinh’

biên

0b)dạng sóng đợc lấy mẫu với fs=2fH tấn số

a) dạng sóng gốc sau khi lọc thấp

0

c)dạng sóng được lấy mẫu với fs<2fH dạng sóng được lấy nẫu với fs>2fH

Hình 9: sử lý mẫu trong miền tần số Aliasinh là thuật ngữ chỉ sự chồng lấn giữa các biên tần kề nhau sinh ra trong quá trình

lấy mẫu ,là một quá trình quan trọng sinh ra trọng điều chế theo biên độ Hình 8 mô tả quá

trình lấy mẫu trong miền thời gian.trong khi hình9 mô tả lấy mẫu trong miền tần số Dùng

cả hai miền này là hữu ích cho việc xem xét tiến trình tái thiết lập dạng sóng từ hệ thống

lấy mẫu Do đó hình 9 trình bày các tần số liên quan đến dạng sóng nhập có thể lấy lại

được bằng cách chuyển dạng sóng rời rạc đã được lấy mẫu sang một bộ lọc thông thấp

với tần số cắt là fH

+Trong kỹ thuật điện thoại vùng phổ tiếng nói từ 300Hz tới 3400Hz được sử

dụng.Trong thực tế phổ tiếng nói của người kéo từ tần số thấp là một vài trăm Hz cho tới

tần số âm rất cao Băng tần này dã được máy điện thoại hạn chế bớt những hạn chế ở

vùng tần số cao vẫn chưa đủ Vì vậy trước khi lấy mẫu tín hiệu tiếng nói phải cho qua bộ

lọc thông thấp để hạn chế phổ tiếng nói dới 3400Hz Tần số lấy mẫu 8000Hz được dùng

cho các hệ thống điện thoại PCM Tần số này lớn hơn hai lần tần số cao nhất trong băng

tần tín hiệu thoại 3400Hz một ít để giảm nhữnh khó khăn khi chế tạo bộ lọc thông thấp

Tín hiệu mẫu thường gọi là tín hiệu điều biên xung vì nó gồm một dãy xung có biên độ

được điều chế theo tín hiệu nguyên thuỷ Điều chế xung PAM (pulse amplitude modulation) là một phương pháp điều chế xung tương tự vì biên độ của xung biến đổi liên

tục theo sự biến đổi tín hiệu nguyên thuỷ Do các hệ thống PAM tương đối đơn giản nên

chúng cũng được dùng trong kỹ thuật điện thoại Tuy nhiên kỹ thuật PAM không thích

hợp truyền ở cự ly xa vì khó có thể tái tạo xung đủ chính xác Điều này rất quan trọng vì

dãy xung PAM chứa tin tức ở dạng xung

1.4.2-Lượng tử

Trong quá trình lượng tử phạm vi biến đổi liên tục của biên độ xung được quy thành một

số hữu hạn các giá trị biên độ Dải biên độ được chia thành nhiều khoảng Tất cả các mẫu

xung có biên độ nằm ở một khoảng lượng tử đặc trưng đều nhận một giá trị biên độ giống

nhau.Do việc làm tròn biên độ mẫu xung không thể tránh khỏi sai số dẫn đến biến dạng

lượng tử

Biến dạng này có thể được giảm khi ta tăng đủ số lượng mức biên độ cho phép và

hoàn toàn chấp nhận vì truyền dẫn sẽ chỉ không có lỗi khi truyền một số nhất định các

ngưỡng trên

Hình 10:nguồn gốc phát sinh lỗi lượng tử

Ta thấy biến dạng lượng tử không phụ thuộc vào bịên độ mẫu xung Điều đó có nghĩa

là người nghe phải nghe biến dạng lượng tử giống nhau đối với người nói to cũng như

người nói nhỏ So với mức tiếng nói thì người nói nhỏ tạo ra biến dạng lớn hơn người nói

to Hơn nữa qua phân tích thống kê ta thấy rằng đối với một người thì xác xuất nói nhỏ

lớn hơn xác xuất nói to Để có được biến dạng lượng tử ở mức chấp nhận được trong

toàn bộ giải dộng của tín hiệu tiếng nói thì các khoảng lượng tử cần phải định lượng đưa

vào mức tín hiệu nhỏ ,tức là các khoảng lượng tử phải rất nhỏ Theo cách lượng tử đó thì

biến dạng lượng tử ở các mức tiếng nói cao sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với mức cầc thiết

nhưng tốn kém do phải tăng số lượng các khoảng lượng tử

Rõ ràng là độ méo lượng tử không độc lập mà có liên quan đến biên độ ,các xung mẫu

nhỏ có biến dạng lượng tử nhỏ còn những xung mẫu lớn phải nhận biến dạng lượng tử lớn

.Từ đó cho ta giải pháp tối ưu giữa chất lượng truyền dẫn và số lượng khoảng lượng tử

Nếu các bước lấy mẫu bằng nhau về khoảng cách ,thì méo lượng tử sẽ xấu hơn đối

với các tín hiệu có biên độ nhỏ hơn biên độ của tín hiệu khác Vì méo bị phát hiện bởi

người nghe giống như nhiễu nên tỉ số giữa năng lượng tín hiệu và năng lượng nhiễu xấu

hơn khi mức tín hiệu nhập bị giảm xuống Vấn đề này được hạn chế bằng cách chia các

mức lượng tử theo hàm logarit để các tín hiệu lớn cho phép có giá trị lỗi lớn và các tín

hiệu nhỏ chỉ chịu lỗi nhỏ ,nhờ đó cung cấp một tỉ số SNR (signal to nose ratio) không đổi

trên dải biên làm việc

E3E1

E2

Hình11:Lượng tử tuyến tính và phi tuyến Vidụ về ảnh hưởng của lượng tử logarit lên tỉ số SNR được trình bày trên hinh11

.Trong trường hợp chia khoảng lượng tử tuyến tính ở đó lỗi E1 với một giá trị lấy mẫu

nhỏ bằng với lỗi E2 của một giá trị lấy mẫu lớn, rõ ràng tỉ số SNR phải xấu hơn đối với

các giá trị lấy mẫu nhỏ hơn Với lấy mẫu logarit các lỗi E3 và E4 cho cùng giá trị của tỉ số

SNR cho cả hai giá trị lấy mẫu

Phương pháp lượng tử phi tuyến (logarit) còn gọi là ‘companding’

Bên cạnh việc tạo ra tỉ số SNR ổn định ,companinh còn có ý nghĩa tiết kiệm cho hệ thống

hơn so với lượng tử tuyến tính Lượng tử phi tuyến cần 256 bước lượng tử trong khi đó

lượng tử tuyến tính cần 8000 bước lượng tử Vì mỗi bước lượng tử phải đánh địa chỉ duy

nhất bởi một mã nhị phân (nó hình thành lên từ mã PCM) nên hệ thống tuyến tính cần 13

bit so với 8 bít trong hệ thống phi tuyến Sự tất kiệm này rất quan trọng bởi vì kích thước

của từ mã PCM ảnh hưởng trực tiếp lên giá cả cũng như khả năng của hệ thống truyền

dẫn và chuyển mạch số

Đối với kỹ thuật điện thoại PCM CCITT kiến nghị hai luật nén cơ bản là luậ A và luật

µ đây gọi là lượng tử hoá phi tuyến

Để thu được tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR đồng đều người ta sử dụng nén tín hiệu

đây cũng chính là lượng tử hoá không đều có thể sử dụng một trong hai phương pháp

13

+ Nén giãn tương tự : Đối với một hệ truyền thông tín hiệu trước khi được điều chế

PCM phải được nén trước và tại bộ thu nó phải được giãn

+Nén giãn số : Được nén tại thời điểm tín hiệu băng gốc đã được số hoá và trước khi

vào bộ thu chúng phải được giãn

+Hai luật nén thông dụng là luật A và luật µ luật A thường sử dụng ở châu âu còn luật

µ thường được sử dụng ở bắc mỹ và nhật bản.Cả hai luật đều có 256 mức lượng tử nhưng

chúng khác nhau về sự xỉ vào một đặc tính phi tuyến

1.4.3-Mã hoá :

Các mẫu xung đã được lượng tử hoá chưa phù hợp để truyền dẫn vì vậy chúng ta có thể

mã hoá các biên độ bằng các tín hiệu điện thích hợp truyền dẫn Mẫu xung lượng tử có

thể mã hoá thành xung nhị phân hoặc các từ mã nếu mỗi lượng tử Qi sử dụng một từ mã

Các xung có hai mức như xung nhị phân rất tiện để truyền dẫn vì chúng dễ tái tạo trên

đường truyền ,các mạch điện có thể phân biệt được trong trạng thái có xung hay không có

xung cũng dễ chế tạo Trong kỹ thuật điện thoại thường dùng 256 mức lượng tử nên mỗi

mẫu xung được mã hoá bằng một nhóm mã mà ta thường gọi là từ mã PCM chứa 8 xung

111110101100000010011các mẫu

lượng tử

1.5-TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHẾ DELTA (DM)

1.5.1 –Khái quát chung:

Điều chế Delta là kỹ thuật được dùng để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

(biến đổi thành các bít).Quá trình này được thực hiện qua hai quá trình điển hình lấy mẫu

và mã hoá tín hiệu truyền Vì vậy điều chế delta được coi như một hệ PCM, dẫu rằng

thuật ngữ PCM áp dụng cho một kỹ thuật mã hoá đã hoàn toàn xác định

Ưu điểm của điều chế delta là các mạch điều chế và giải điều chế đơn giản hơn các

mạch được dùng trong hệ truyền thông PCM

1.5.2-Điều chế delta tuyến tính :

Với hệ truyền thông sử dụng điều chế delta tuyến tính mô tả như hình sau đây

bộ phát xung đồng bộ

bộ điều chế ∫

bộ phát

bộ tích phân Hình 13: hệ thông tin dùng bộ điều chế

≈

phương diện vật lý ta thấy ∆(t) là hiệu số (về dấu chứ không phải về giá trị tuyệt đối biên

Một máy phát xung phát ra một dãy xung Pi(t) được đưa đến bộ điều chế Mặt khác bộ

điều chế nhận tín hiệu ∆(t) từ lối ra của bộ so sánh ở lối vào khác ,bộ điều chế nhận tín

hiệu δ(t)=Sign(∆(t)) có nghĩa là tín hiệu ∆(t) này được lấy mẫu với tần số lấy mẫu fs khá

cao hơn so với tốc độ Nyquit fs>>2B (trong đó B là độ rộng băng tần của tín hiệu tương

nhân với (+1) hoặc (-1) tuỳ thuộc vào dấu chứ kông phải phụ thuộc vào biên độ của

∆(t).Khi xung Pi(t) tới ∆(t) Được nhân với (+1) nếu là dương với (-1) nếu là âm

Tín hiệu xung Po(t) được đưa tới cửa ra của bộ tích phân thu được dạng tín hiệu S(t),

S(t).Về mặt lý thuyết dãy xung âm hoặc dương Po(t) được gửi đến đường dây sao cho

năng lượng của tín hiệu truyền tăng lên hay nói cách khác là ta tăng công suất phát Đó

là xung NRZ được đưa đến bộ phận phát để truyền tới nơi thu Ta thấy sự khác nhau cơ

bản giữa PCM và DM trong kỹ thuật điều chế delta là sự mã hoá cơ số 2 dùng một bit tín

hệ PCM cung cấp sự mã hoá cơ số 2 của tín hiệu S(t) DM được biểu diễn bằng chuỗi

lôgic “0” và “1” chúng tạo mã đạo hàm của tín hiệu tương tự “0” có nghĩa là giảm của tín

hiệu tương tự và “1” là sự tăng của tín hiệu Trong hình13 bộ tích phân có nhiệm vụ phục

thấp là loại trừ tần số nhịp còn dư và làm tín hiệu trơn nhu

S(t)

S(t)

CHƯƠNG 2 TRUYỀN DẪN PCM-TDM

<2.1>Tổng quan về truyền dẫn

2.1.1 –Khái quát :

Tín hiệu trong quá trình truyền dẫn thông tin chịu ảnh hưởng của nguồn nhiễu khác

nhau,có loại do chính thiết bị thông tin gây nên gọi là nhiễu trong ,có loại do tác động từ

bên ngoài gọi là nhiễu ngoài Nhiễu làm méo tín hiệu ,làm mất tín hiệu Kênh truyền đóng vai trò như một bộ lọc làm suy giảm tín hiệu và làm méo dạng sóng Dạng sóng bị

méo là do những tổng số khác nhau về sự suy hao và lệch pha của các thành phần tần số

khác nhau của tín hiệu tạo nên chẳng hạn như xung vuông bị tròn gây méo tuyến tính có

thể sửa được một phần ở bộ thu bằng một bù có đặc trưng về độ khuếch đại và pha ngược

với đặc trưng của kênh

Tín hiệu không những bị méo do kênh mà còn bị méo do bởi các tín hiệu không mong

muốn trên đường truyền thường gọi là nhiễu là nguyên nhân cơ bản làm hạn chế tốc độ

truyền Tỷ số tín hiệu trên tạp âm được định nghĩa là tỷ số của công suất tín hiệu trên

công suất tạp âm Cường độ tín hiệu giảm trong khi mức nhiễu tăng theo khoảng cách từ

bộ phát Vì ậy SNR (signal to noise radio ) giảm không ngừng theo kênh Như vậy khuếch

đại tín hiệu thu được để bù trừ sự suy hao sẽ là vô ích vì nhiễu cũng được khuếch đại

cùng tỷ lệ và giữ nguyên SNR không đổi

2.1.2-Các phương thức truyền số liệu:

Có 2 phương thức truyền số liệu đó là truyền song song và truyền nối tiếp

+Truyền dữ liệu song song :Thiết bị gửi nhiều bít đồng thời trên nhiều sợi dây

+Truyền dữ liệu nối tiếp : Thiết bị gửi các bít lần lượt ở những thời điểm khác

nhau.mỗi bít gửi đi cần một xung nhịp.trên một đường dây duy nhất

Nếu khoảng cách giữa hai thiết bị trao đổi tin là rất lớn ,người ta không thể dùng nhiều

đường dây trao đổi song song (tuy rằng tốc độ trao đổi lớn ) vì rất tốn kém mà phải biến

đổi dạng song song thành dạng nối tiếp ở nơi phát để trao đổi thông tin trên một đường

dây duy nhất cho tiết kiêm dây Để tất kiệm hơn nữa người ta dùng luôn đừơng dây điện

thoại có sẵn để trao đổi tin số nối tiếp

17

Ở nơi thu cho máy thu song song ,người ta lại biến đổi tin nối tiếp thành song song

.Tất nhiên là chi phí cho hai phép biến đổi song song - nối tiếp và nối tiếp song song phải

ít hơn chi phí về đường dây song song

2.1.2.1-Truyềndữ liệu nối tiếp đồng bộ :

Thiết bị truyền và nhận có quan hệ về mặt thời gian ,dạng tin nhận và truyền có cùng

dạng với tin truyền trên đường dây không kể các byte đánh dấu khung tin

Dạnh tin: Tin trao đổi là một khối gồm nhiều byte mỗi khối có các xung đồng bộ dặt

ở đầu và cuối để đánh dấu khối tin Sự đồng bộ giữa khối phát và thu tin có thể do

+Một máy phát xung đặt ở nơi phát và truyền tới máy thu bởi một đường dây khác

ngoài đường dây số liệu (đồng bộ ngoài)

+Máy thu nhận tín hiệu đồng bộ để kích thích máy phát xung nhịp cho máy thu

(đồng bộ trong ).Thường trong mạch trao đổi tin xa khoảng cách giữa máy thu phát lớn

,người ta không dùng máy phát xung nhịp ngoài vì tốn đường dây ,xunh nhịp bị nhiễu Khi

đó người ta dùng chính modem để phát xung nhịp cho cả máy thu và máy phát khi nhận

được tín hiệu đồng bộ khung

Kiểm tra lỗi trong trao đổi tin Bằng phương pháp tính số vòng dư (chia tổng tin của

khung cho một đa thức gọi là đa thức sinh ).Số dư của phép chia được ghi vào lời dành

cho FCS (frame check sum) Ở nơi thu cũng tính tương tự và so sánh hai kết quả nếu bằng

nhau tin truyền không bị lỗi Trong khi truyền đi xa để tránh nhiễu và suy giảm tín hiệu người ta dung modem (điều chế và giải điều chế ) để điều chế ở nơi phát và giải điều chế

ở nơi thu Modem sửdụng có thể là loại điều tần , điều pha

2.1.2.2-Truyền dữ liệu nối tiếp không đồng bộ :

Là trao đổi tin mà dạng của tin khác với dạng tin truyền trên dây dẫn ,vì mỗi ký tự của tin

được đặt trong một khung có các bít đầu (start ) và cuối (stop) và một bít kiểm tra tính

chẵn lẻ của kênh truyền

Mỗi khung truyền có từ 5 đến 8 bít dữ liệu ,1 bít start và một bít kiểm tra chẵn lẻ

1-2 bít stop.Bít start được truyền đi để máy thu sử dụng để đồng bộ với nhịp máy phát xung

2.2 –Mã đường truyền:

18

Trong kỹ thuật truyền thông ,muốn đưa thông tin từ nơi này đến nơi khác được thì ở

nơi phát ta phải biến đổi các tín hiệu thông tin (dữ liệu )đó thành số hoặc tương tự để

truyền đi xa Ở nơi thu ta phải thực hiện ngược lại với chức năng của bên phát có nghĩa là

khi nhận được tín hiệu số hoặc tương tự ta phải biến đổi nó thành thông tin dưới dạng ban

đầu Mã hoá tín hiệu ta có 4 kiểu mã hoá

+ Mã hoá từ tín hiệu số sang tín hiệu số

+ Mã hoá từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự

+Mã hoá từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

+Mã hoá từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu tương tự

Trong phần này ta chỉ quan tâm đến việc mã hoá tín hiệu từ tín hiệu số sang tín hiệu số

.Mã háo tín hiệu số sang tín hiệu số có các phương pháp sau đây

1)Nội dung định thời thích nhất định thích hợp Có nghĩa là nó có khả năng rút từ

tín hiệu ra được thông tin theo thời gian

2)Có hiệu suất độ rộng giải và công suất truyền cho trước ,xác xuất sai khi tách

tín hiệu là nhỏ nhất

3)Có khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi

4)Có mật độ phổ công suất mong muốn Phổ của tín hiệu phải phù hợp với đáp

ứng tần số của kênh ,nếu kênh làm suy hao nhiều ở tần số thấp ,phổ của tín hiệu phải có

PSD nhỏ ở vùng này để tránh méo tín hiệu Ta cũng mong có PSD=0 tại ω =0 (một chiều

) vì phát xoay chiều thường hay dùng bộ phát lặp công suất lớn các thành phầnh tần số

thấp sẽ gây hiện tượng dung pha chậm trong dòng xung

Giải thích về PSD:PSD của tín hiệu đại diện cho công suất tương đối của nó đươc

phân bố theo các thành phần tần số khác nhau hay PSD mô tả công suất tương ứng với

19

một đơn vị độ rộng dải đóng góp bởi thành phần tần số âm tại ω.Từ dạng phổ ta có thể lựa

chọn được kiểu mã có độ rộng dải phù hợp và cho phép xoay chiều trong bộ phát lặp

5)Có thể truyền được mọi chuỗi bít ,thậm chí cả chuỗi bit “0”

Mã này rất đơn giản sử dụng hai mức thế +V và 0V để biểu diễn cho các bit “0” và “1”

mã này chỉ sử dụng một đơn cực nên chỉ nhận một trong hai trạng thái nhị phân được mã

hoá thông thường

Mức thế cao +V biêủ diễn cho bit “1”

Mức thế thấp 0V biểu diễn cho bit “0”

Tín hiệu này có phổ dạng hình 14 và dạng tín hiệu hình15

Hình 14:dạng phổ

1 0 0 1 1 1 1 0 +V

Hình 15: Mã đơn cực

Từ dạng phổ và dạng tín hiệu của nó Ta thấy mã này có một nhược điểm sau

• Mật độ phổ công suất khác 0 tại ω=0 Nó loại bỏ việc sử dụng các bộ tụ ngăn và

biến áp khi ghép xoay chiều trong các bộ phát lặp

• Có thành phần 1 chiều trung bình khác 0 tại ω=0 thành phần này không thể truyền

qua các môi trường thông thường được

• Khi gặp phải một chuỗi các bít 0 hay 1 sẽ gây khó khăn cho vấn đề đồng bộ

20

• Khi tín hiệu không thay đổi nơi nhận không biết đâu là bắt đầu và kết thúc một bít ,

đặc biệt khó khăn khi các chuỗi bít 0 và 1 kéo dài

• không có khả năng phát hiện lỗi

• độ rộng dải truyền đòi hỏi quá rộng do vậy mã này thường sử dụng các vi mạch

logic CMOS trong các bộ ghép kênh

2.2.2.Mã cực (POLAR)

+Mã này cũng sử dụng hai mức thế khác nhau để biểu diễn cho các bit ”0” và “1”

+Trong đó +V cho”1” và -V cho “0” thành phần 1 chiều bị triệt tiêu Có 3 loại mã

cực là NRZ (none retủn to ZERO level ) RZ(return) và BIPHASE

a) mã NRZ

Một mức thế được giữ cố định trong suốt khoảng thời gian kéo dài một bít Có hai

loại NRZ là NRZ-L(none return zero level) và NRZ-I (none return to zero invert)

-NRZ-L :Mức của tín hiệu tuỳ thuộc vào loại bit nó đại diện +V cho ‘1’ và –V

b) Mã RZ

Tín hiệu quay về 0 ở 1/2 khoản bit do đó cần 3 giá trị +V ,-V và 0V để biểu diễn

Ví dụ : cho chuỗi bít 0100110010

Hình17:dạng tínhiệu của mã RZ

0 1 0 0 1 1 0 0 1 0

Các mức chuyển từ âm hoặc dương về zero dùng để đồng bộ Nhược điểm của RZ là cần

thay đổi hai lần tín hiệu để mã hoá bít do đó yêu cầu độ rộng băng phải lớn

2.2.3 Biphase

Mã hoá 2 phase là giải pháp tốt nhất cho vấn đề đồng bộ, với phương pháp này tín

hiệu thay đổi giữa khoảng bít nhưng không trở về 0.Khoảng thay đổi giữa khoảng bít này

cho phép đồng bộ Có hai loại là Manchester và Manchester vi phân

a) manchester

Sự chuyển mức sử dụng cho cả mục đích đồng bộ và đại diệ bít Mức chuyển từ âm sang

dương đại diện cho bít ‘1’ và mức chuyển từ dương sang âm đạị diện cho bít ‘0’ dạng tín

hiệu hình 18

b)manchester vi phân :

Sự đảo chiều khoảg giữa bit sử dụng cho mục đích đồng bộ còn sự chuyển mức đại diện

cho ‘0’ ,không chuyển mức đại diện cho ‘1’ Dạng tín hiệu hình18

22

Mã này sử dụng 3 mức thế +V -V và 0V để biểu diễn cho các bít ‘0’ và ‘1’ Trong đó

mức ‘0’ đại diện cho bít ‘0’ ,mức +V và –V đại diệ cho bít ‘1’ nếu bít ‘1’ đầu là thế âm

-V thì bít ‘1’ sau là thế dương Sự đảo cực như vậy xen kẽ hau ngay cả khi các bít ‘1’

không xen kẽ nhau

có 3 loại mã lưỡng cực sử dụng trong truyền thông là AMI,B8ZS,HDB3

a)Mã AMI (alternate mark inversion )

Mã AMI thực chất là tín hiệu RZ trong đó mức thế 0V đại diện cho bít ‘0’ và +V,-V xen

kẽ cho bít ’1’ Mã này có những ưu điểm sau

+ Thành phần 1 chiều DC +0

+ Khi gặp một chuỗi các logic ‘1’ lien tiếp việc đồng bộ trở nên dễ dàng

+ Độ rộng dải truyền không quá rộng

+ Dể dàng phát hiện lỗi đơn vì nếu mắc một lỗi đơn sẽ vi phạm tính lưỡng cực lần

lượt do đó phát hiện được ngay

Nhược điểm : khi gặp một chuỗi dài các bít ‘0’ liên tiếp sẽ gây khó khăn cho vấn đề

b) mã B8ZS (Bipolar8 _Zero Substitude – phân biệt 8 số 0 liên tiếp)

Khi xuất hiện liên tiếp lớn hơn hay bằng 8 bít ‘0’ thì có sự cưỡng bức thay đổi tín hiệu

trong chuỗi các bít ‘0’ đó Sự cưỡng bứcnày phụ thuộc vào cực của bít 1 đứng trước chuỗi

bit ‘0’ này Chẳng hạn ta gặp một chuỗi 8 bít ‘0’ lien tiếp và cực của bít một đứng trước

cực dương hoặc âm liên tiếp nhau bao quanh bít ‘0’ ,nó nhận rạ sự cưỡng bức là cố ý và

không xem đó là lỗi và tiếp tục tìm cặp cưỡng bức thứ hai Khi tìm ra cặp lưỡng cực thứ

hai nó biến đổi thành 8 bít ‘0’ và chuyển trở lại mã AMI

vidụ : cho chuỗi bít 1100000000110000010

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0

Hinh21: Mã B8ZS

c) mã HDB3 (high deity bipolar)

Khi chuỗi dữ liệu nhiều hơn 3 bít ‘0’ liên tiếp thì có sự cưỡng bức thay đổi tín hiệu theo

quy tắc đảo cực xen kẽ việc thay thế 4 bít ‘0‘ liên tiếp bằng 100V hoặc 000V là phụ

thuộc vào số bít 1 sau lần thay thế trước Nếu số bít 1 sau lần thay thế trước là một số lẻ

thì được thay bằng 000V và ngược lại nếu là một số chẵn được thay bằng 100V Xung V

có cực tính là ‘+’ hay ‘-‘ tuỳ theo cực tính dương 1 trước đó (xung V được đưa vào vị trí

thứ tư với phân cực như xung một trước đó )

• Ưu điểm của mã HDB3 :

Tạo được thông tin định thời cho đầu thu khi đầu vào bộ mã hoá có một chuỗi dài giá trị

‘0’

• Nhược điểm

khả năng phát hiện sai lầm không bằng mã AMI

không loại bỏ được thành phần một chiều (DC) và thành phần tần số thấp

2.3 Tìm hiểu về sự suy hao tín hiệu trên đường dây:

Thông thường tín hiệu số từ máy phát được phát đi dạng một chuỗi xung đơn theo kiểu

không quay vê không (NRZ) Tín hiệu như vậy không phù hợp để truyền dẫn ở cự ly xa

.Vì vậy ta thường dử dụng dạng tín hiệu tốt hơn đó là loại tín hiệu lưỡng cực (RZ) Vì RZ

có các ưu điểm sau

+Nó không chứa năng lượng ở vùng phổ thấp tức là không có thành phần một

chiều Điều này gây nên sự đổi cực của các xung do đối đỉnh luân phiên của các xung

+ Can nhiễu giữa các tín hiệu được giảm đi nhờ đặc tính về không

Đương nhiên trong quá trình truyền dẫn tín hiệu này cũng bị suy hao ,biến dạng và cộng

thêm tạp âm Vì vậy ở một vị trí nào đó trên đường truyền tín hiệu phải được phục chế

.Tại đó ta đưa vào một thiết bị ,thiết bị này kiểm tra dãy xung bị biến dạng và xác định giá

trị nhị phân của các xung là 1 hay 0 ,sau đó nó tạo ra và phát trên đường truyền các xung

mới phù hợp với kết quả kiểm tra thiết bị này thường gọi là trạm lặp hình14

26

nhận mã

mã phát truyền

Vì dãy xung được tạo ra như ban đầu ,tạp âm chèn vào đường truyền cũng bị gạt đi

,hoặc ít nhất biên độ tạp âm cũng không đủ lớn để thiết bị không nhầm cực của mã tín

hiệu nhận được Thực tế tín hiệu sau khi đã tái tạo giống dạng tín hiệu phát ngay cả khi

qua nhiều trạm lặp Đó là lý do để hệ thống PCM có chất lượng truyền dẫn cao Nhưng

khi truyền liên tiếp các chữ bít giống nhau ,chuỗi bít 0 hay chuỗi bit 1 thì dẫn đến tình

trạng rất khó đồng bộ ở đầu thu Việc truyền các tín hiệu PCM nhị phân tạo từ mức điện

áp 0 và dương tạo ra một tín hiệu đường dây mang năng lượng tín hiệu một chiều đáng kể

.Các biến áp hệ thống truyền thông không kiểm soát nổi thành phần năng lượng này

Đồng thời thành phần năng lượng một chiều này tạo ra giải tần thấp sẽ làm nhiễu tín hiệu

âm thanh trên các sợi cáp kề nhau

Do đó việc chuyển đổi mã nhị phân sang mã đường dây là việc rất cần thiết để khắc

phục các hạn chế trên Có nhiều mã đường dây được đề xuất nó hỗ trợ các mức độ băng

thông khác nhau Các mã phổ biến như AMI ,B8ZS,HDB3 như ta ngiên cứu ở trên

2.4 Hệ thống PCM 30 kênh

2.4.1 Cấu trúc khung:

Hình 15 trình bày dạng khung chuẩn theo CCITT cho hệ thống PCM 30 kênh Khung

125µs chứa 32 khe thời gian :30 khe cho tín hiệu thoại ,1 khe cho báo hiệu ,1 khe cho

đồng bộ khung Các khe thời gian được đánh số từ TS0 đến TS31.TS0 được phân bố cho

tín hiệu đồng bộ khung và điều khiển mạng TS1 đến TS15 dành cho các kênh thoại từ 1

đến 15 được ký hiệu là Ch1 đến Ch15 TS16 dùng để mang báo hiệu kênh riêng hoặc báo

hiệu kênh chung (CAS hay CCS ).TS17 đến TS31 cho 15 kênh thoại còn lại ký hiệu là

Ch16 đến Ch30

Mỗi khe thời gian trong khung chiếm 125µs/32=3,9µs Mã hoá 8 bít dùng luật A cung

cấp 256 mức đại diện cho các mẫu thoại Do đó mỗi bít chiếm 3,9µs/8=0,488µs.Tốc độ lý

bề rộng xung 0.244µs

khung 125µs 0.488µs

các kênh thoại

các kênh thoại

khe thời

gian

1510

987654321

khung đồng bộ là khe TS0 của PCM 30 kênh Cách thức mô tả tốt nhất chức năng đồng

bộ khung là xem xét các yêu cầu kết cuối tại đầu thu trong hệ thống PCM Tại vị trí kết

cuối,một dòng các bít nhị phân được thu với tốc độ 2048Kbps Tuy nhiên dòng bít nay

không có ý nghĩa trừ khi chúng có thể phân bố vào các khe thời gian 8 bít chính xác ,cho

phép nội dung của mỗi kênh được nhận dạng Sự phân phối này đạt được bằng cách đầu

cuối trèn vào một mẫu có thể phân biệt được vào trong TS0 để đầu thu ở xa có thể tìm

thấy trong chuỗi bit nhận Một khi mẫu được phát hiện bít 0 của TS0 có thể được định vị

và suy ra tất cả 255 bít theo sau của khung được nhận dạng ,sau đó đầu cuối thu trong

trạng thái đồng bộ khung với đầu cuối truyền bảng 16 trình bày khuân dạng chuẩn 8 bít

của TS0 trong hệ thống PCM 30 kênh được dùng để vận chuyển mẫu đồng bộ khung

.Tiến trình đồng bộ cần một mẫu bít duy nhất trong TS0.Nó phải ít xuất hiện trong phần

còn lại của khung Điều này có thể thực hiện bằng cách dùng một mẫu rất dài giả sử 32

bít ,với 8 bít trong mỗi TS0 của các khung liên tiếp ,do đó yêu cầu 4 khung để truyền một

mẫu Tuy nhiên mẫu càng dài thời gian cần thiết để tìm nó càng lớn và thời gian cho một

hệ thống PCM đồng bộ càng dài

Vì hệ thống PCM không phục vụ trong suốt thời gian mất đồng bộ khung do đó

thời gian đạt đồng bộ khung phải tối thiểu Quy định cho hệ thống PCM 30 kênh là một

mẫu 7 bít 00111011 được gọi là tín hiệu đồng bộ khung (FAS frame alignment signal)

được mang trong TS0 của mỗi khung lẻ Đồng bộ khung đạt được khi tuần tự ‘FAS’được

phát hiện trong 3 khung liên tiếp

Mất đồng bộ khung được xác định khi 3 khung liên tiếp mà không có FAS Điều

này tạo sự hài hoà giữa hoạt động tránh đồng bộ khung lại không cần thiết khi tín hiệu

nhận bị suy yếu và hoạt động hiệu chỉnh thời gian trễ không cần thiết khi thực sự mất

đồng bộ khung Đồng bộ lại được thực hiện bằng cách tìm kiếm liên tục FAS như trình

bày ở trên Khi đầu cuối thu phát hiện đồng bộ một dấu hiệu cảnh báo được phát hiện

ngược trở lại đầu cuối truyền bằng cách đặt bít 3 của non-FAS từ 0 sang 1 trong TS0

trong liên kết truyền ngược lại

29

Bảng1:Các phân phối bit cho TS0

X:các bít không được phân phối bởi CCITT cho bất cứ chức năng đặc biệt nào mà

thường được đặt là bít 1

Y: được dùng sử dụng quốc tế thường đặt là 0

*: Thông thường là 0 nhưng được đổi sang 1 khi mất đồng bộ xẩy ra , hoặc xẩy ra các báo

động hệ thống

2.4.3-Báo hiệu :

Trong hệ thống PCM 30 kênh Kênh 16 chỉ định riêng cho việc truyền hoặc báo hiệu

kênh chung hoặc báo hiệu kênh riêng cho một nhóm các kênh thoại phụ thuộc Cần chú ý

rằng các phương pháp báo hiệu này là loại trừ lẫn nhau và không thể dùng phối hợp trên

một hệ thống PCM Ở phần này ta xem xét chúng trong khuôn khổ của PCM 30 kênh mà

hoạt động của chúng thích hợp chuyển mạch số

+Báo hiệu kênh liên kết (CAS):trong báo hiệu CAS TS16 được dùng để chuyển

một đại diện 4 bít của các tín hiệu 10p.ps của tất cả các kênh PCM 30 trong hệ thống

PCM Trong thời gian của mỗi khung 8 bít của TS16 được gán hai kênh dặc biệt tuỳ

thuộc vào sự lập lịch cố định Do đó sau 15 khung liên tiếp 4 bít đại diện cho trạng thái

báo hiệu của mỗi kênh trong 30 kênh sẽ được gửi Sự nhận dạng các kênh TS16 đang

tham chiếu tại bất kỳ thời điểm nào được thực hiện bằng cách xem xét các khung như là

các nhóm 16 hình thành nên một đa khung có khoảng thời gian là 2ms Sự bắt đấu của đa

khung được chỉ định bằng mẫu đồng bộ đa khung ‘000’ được mang trong TS16 của

khung đầu tiên Các TS16 của 15 khung còn lại mang báo hiệu cho các kênh Sự mất

đồng bộ đa khung được phát hiện và cảnh báo đầu xa bằng cách đặt bít thứ 6 của TS16

trong khung thứ nhất của đa khung là 1

sự phân bố bít của TS16 Chỉ số khung

‘0000’

sự mất đồng bộ đa khung khung (X*XX)

Bảng2:Dùng TS16 cho việc truyền báo hiệu kênh CAS

*: bình thường là 0 nhưng khi mất đồng bộ đa khung thì chuyển sang 1

X: Bít không được phân bố một chức năng đặc biệt nào và thường là 1

Trong một kênh đặc biệt mẫu 4 bít giống nhau trong TS16(gọi là ‘ABCD’) được ; ặp

lại đến kit hay đổi trạng thái báo hiệu

+Báo hiệu kênh chung :Báo hiệu kênh chung (CCS) giữa hai tổng đài được liên kết

bởi các hệ thống truyền dẫn số 2Mbps TS16 được dùng truyền các thông điệp CCS dưới

dạng chuẩn 8 bít kế tiếp nhau trong các khung liên tiếp Do đó chuẩn CCS được truyền

với tốc độ 64Kbps.Không có sự xắp xếp đa khung bởi vì không có mối quan hệ giữa nội

dung trong TS16 và các kênh tách biệt khác ngoài ra mỗi thông điệp báo hiệu cho một

nhãn chỉ định kênh nào các tín hiệu này liên hệ

2.5-Hệ thống PCM 24 kênh(T1)

Hệ thống này có một khung 125µs với 24 khe thời gian 8 bít được phân bố vào 24 kênh

thoại Tiếng nói được mã hoá vào 8 bít dung luật µ Các mẫu đồng bộ khung và đồng bộ

đa khung lần lượt được mang bởi một bít đơn ngay tại đầu của mỗi khung chẵn và khung

lẻ Do đó khung chứa 1+24*8=193 bít Tốc độ danh nghĩa là 193*8=15544kbps được gọi

tắt là 1,5Mbps

+Báo hiệu CAS:

Báo hiệu kênh liên kết cho mỗi kênh được truyền trong mỗi 6 khung ,dùng bít có ý nghĩa

nhỏ nhất (LSB bit ) của mỗi khe thời gian tương ứng Kỹ thuật này gọi là “bít-stealinh”

.Nó có nghĩa là trong các khung 1 đến 5 và 7 đến 11,8 bít mang dữ liệu thoại được mã hoá

mỗi kênh Trong khi các khung 6 và 12 chỉ có 7 bít mang thông tin thoại Sự giảm chất

lượng truyền dẫn có thể nhận biết là không đáng kể Kỹ thuật ‘bit-stealinh’ hỗ trợ khả

năng báo hiệu 1,33khz (đó là 8khz/6) cho mỗi kênh trong khe thời gian của nó Các bít

báo hiệu cho mỗi kênh trong khung thứ 6 và trong khung thứ 12 lần lượt được gọi là

‘Abít’ và ‘Bbít’.Báo hiệu một chiều DC được đại diện bởi các mẫu AB(2 bít).Giống như

hệ thống PCM 30 kênh,các mẫu chỉ định trạng thái báo hiệu và được lặp lại trong suốt

thời gian của trạng thái

+Báo hiệu đồng bộ:

Mẫu đồng bộ khung 12 bít được mang ngay tại đầu của mỗi khung lẻ.Tương tự đa khung

gồm một nhóm 12 khung có khoảng thời gian là 1,5ms, được nhận dạng bởi một mẫu

nhận dạng đa khung 12 bít Được mang trong bít đầu tiên của các khung chẵn

32

+ Báo hiệu CCS

Vì đa khung không yêu cầu boá hiệu kênh chung ,nên bít đầu tiên của các khung chẵn kế

tiếp nhau được dung để truyền CCS trên một hệ thống T1 Điều này chỉ hỗ trợ một khả

năng báo hiệu 4kbps.Tuy nhiên hệ thống T1 có thể sửa để cho phép báo hiệu 64 kbps

được chuyển thông suốt Điều này yêu cầu sự loại bỏ quá trình sử lý ngăn chặn mã zero

theo bít 7 thường cung cấp cho hệ thống T1.Quá trình ngăn chặn có liên quan đến việc đặt

giá trị 1 vào bít thứ 7 cho bất kỳ kênh nào có 8 bít 0 trong một khung

khung 125µs các kênh thoại

Đa khung 15µs

Tín hiệu đồng bộ khung :Một bít trong mỗi khung lẻ

Tín hiệu đồng bộ đa khung một bít trong mỗi khung chẵn (CCS

Mặc dù sự thay đổi không thường xuyên này của 7 bít không thể nhận biết được trên truyền dẫn thoại ,nhưng nó lại cảc trở việc dung các khe thời gian cho việc mang 8 bit dữ

liệu Do đó hệ thống T1 đôi khi được xem như có các kênh ‘nonlear ’ (không chọn vẹn )

.Với ngăn chặn cần thiết hệ thống T1 có thể mang trong các kênh ‘clear’ của nó không

chỉ báo hiệu CCS 64kbps mà còn mang bất kỳ dòng dữ liệu 64kbps nào khác hậuquảcủa

việc không ngăn chặn zero ,với giảm nội dung định thời sẽ không ảnh hưởng đến hoạt

động của kênh ‘clear’ Hệ thống T1 mang một kênh CCS64kbps và 23 kênh thoại 64kbps

2.6 So sánh hai hệ thống PCM

Có nhiều sự khác biệt giữa hai hệ thống PCM 30 kênh và PCM 24 kênh Bên cạnh sựkhác

nhau về số lượng kênh thoại trong mỗi khung và cácluật lượng tử được dùng ,các hệ

thống còn dùng các phương vận chuyển báo hiẹu khác nhau về cơ bản Hệ thống PCM 30

kênh dùng một khe thời gian được chỉ định riêng biệt dưới dạng tập chung cho các báo

hiệu CAS và báo hiệu CCS Trong khi hệ thống PCM 24 kênh dùng dạng phân tán với kỹ

thuật ‘bit-stealinh’ trong các khe thời gian cho CAS Báo hiệu CCS trên PCM 24 kênh có

thể được truyền thông qua một kênh độc lập đơn bit hay trong một kênh 8 bít tốc độ

64kbps Điều quan trọng là các chi tiết này phù hợp khi xem xét các tiến trình chuyển

mạch số trong chương tiếp sau.Dưới đây là một bảng so sánh tóm tắt giữa PCM 30 kênh

và PCM 24 kênh

34

Hệ thống PCM Thám số

CCITT CEPT

CCITT Khu vực (T1)