Kỹ thuật điều xung mã PCM

Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - Chơng I Kỹ thuật điều xung mã PCM (pulse coder mudulation) I- Giới thiệu chung: 1)Thông tin số : -Là hệ thống thông tin mà tín hiệu đợc truyền không liên tục theo thời gian trình truyền dẫn xử lý Tín hiệu đợc biến đổi thành tín hiệu nhị phân để thuận tiện cho trình xử lý truyễn dẫn , hạn chế đợc tác động tạp âm, nâng cao đợc chất lợng phát -Tín hiệu thoại tín hiệu hình tín hiệu tơng tự(truyền thống, chủ yếu) để truyền dẫn đợc trọng hệ thống thông tin số phải biến đổi tín hiệu thoại , hình từ tín hiệu tơng tự số , viết tắt A/D(anlog- Digital) -Trong viễn thông sử dụng kỹ thuật điều chế xung mã PCM để biến đổi tín hiệu thoại, hình từ tơng tự sang tín hiệu số -Do trình PCM đợc chia thành bớc : lấy mẫu, lợng tử mã hoá II-Lấy mẫu PCM: 1)Định nghĩa: Lấy mẫu trình rời rạc hoá tín hiệu theo thời gian, sở lấy mẫu định lý Kachennicôp nghĩa : tín hiệu liên tục có dải tần xác biểu diễn thời điểm rời rạc theo thời gian có chu ky phải thoả mã điều kiện: fs >=fMAX Trong : + fx = 1/ Ts : tần số lấy mẫu + Mẫu điểm (các giá trị ) rời rạc +fMAX : tần số giới ạn tín hiệu, tín hiệu thoại có f MAX = 4KHZ ; ca nhạc có fMAX = 19KHZ 2.Quá tình lấy mẫu: - Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -Một tín hiệu liên tục theo thời gian phải thể đờng liền nét biểu diễn toàn giá trị tức thời tín hiệu Theo định lý biểu diễn bẵng điểm rời rạc -kết tình lấy mẫu ta nhận đợc dãy xung có chu kỳ Ts, có biên độ giá trị tức thời tín hiệu thời điểm lấy mẫu UPAM UPAM X1 T T+Ts T+2Ts T ảnh hình 1.1 : Quá trình lấy mẫu -Dãy xung bị thay đổi biên độ theo tín hiệu liên tục X(t) gọi dãy xung điều biên -Quá trình lấy mẫu dùng mạch điều chế biên độ xung -ở Đầu thu phải không phục lại tín hiệu liên tục X(t) từ dãy xung điều biên UPAM Phân tích phổ dẫy xung điều biên UPAM ta đợc dạng phổ UPAM FMAX Fs-FMax Fs Fs+FMAX Hình 1.2 dạng phổ dãy xung - Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -Với xung điều biên UPAM bao gồm thành phần sau: + Thành phần chiều f=0 thành phần không gian tin +Thành phần tín hiệu liên tục X(t) có độ rộng dải tần từ đến f MAX tín hiều cần thiết để tách khỏi xung điều biên +Tần số lấy mẫu fs không mang tin + Hai giải biên USB LSB thành phần khôi phục để khôi phục tín hiệu liên tục X(t) ta cần sử dụng lọc thấp đảm bảo yêu cầu : fMAX =2fMAX Nếu không thoả mãn điều kiện trên: (fs=2fMAX để khôi phục lại tín hiệu máy thu không bị méo chồng phổ -Với tín hiệu thoại có : fMAX >=4KHz, theo công thức ta tính đợc tần số lấy mẫu: fs>=8KHz Trong thực tế chọn: fs=8KHz, chu kỳ Ts=1/Ts = 125 -Chọn tần số lấy mẫu Ts=800Hz tần số nhỏ nhng có độ méo lớn nhất, thực tế chấp nhận đợc để ghép kênh theo thời gian ghép đợc nhiều kênh : fsMIN =1/TsMAX chu kỳ lấy mẫu Ts lớn nên ghép đợc nhiều tín hiệu lấy mẫu UPAM khác III.Quá trình lợng tử hoá -Lợng tử hoá trình rời rạc hoá tín hiệu theo mức ( theo biên độ) Sau lấy mẫu nhận đợc dãy xung điều biên UPAM Nhng truyền dẫn phải biến đổi UPAM thành tín hiệu nhị phân( tín hiệu số) Mỗi giá trị biên độ UPAM không xác định, mã hoá đợc Do phải - Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - tiến hành hạn chế giá trị biên độ UPAM giá tị định Nh thực chất lợng tử háo trình hạn chế giá trị biên độ củ U PAM theo phơng pháp làm tròn lấy gần để thực mã hoá - Có hai phơng pháp lợng tử hoá : +Lợng tử hoá +Lợng tử hoá không 1.Phơng pháp lợng tử hoá đều: Lợng tử hoá phơng pháp chia toàn biên độ tín hiệu thành đoạn gọi bớc lợng tử hoá Ký hiệu: = 2Xmax /n = const Trong : +Xmax : giá trị biên độ +2Xmax: gọi dải động tín hiệu( tín hiệu có vùng(-) vùng (+) nên 2Xmax không thay đổi tín hiệu từ Xmax đến +Xmax) +n: mức lợng tử hoá tơng ứng với bớc lợng tử hoá có mức lợng tử hoá sau làm giá trị Upam với mức gần nhất, với sai số /2 Sau lợng tử hoá giá trị biên độ Upam bị hạn chế.Do trình lợng tử hoá thực hiên phép tính làm tròn lấy gần nên phải có sai số Vì đầu thu khôi phục tín hiệu số không giống tín hiệu ban đầu gọi méo lợng hoá hay gọi tạp âm lợng tử hoá Ngời ta CM đợc công thức tạp âm lợng tử hoá N = /12 tạp âm lợng tử hoá không phụ thuộc vào tín hiệu mà phụ thuộc vào bớc lợng tử hoá Mặt khác chứng tỏ đợc tỉ số: S/N = 6b (đây tiêu) Trong : b: tỉ số mã hoá mức n; b=log2n S: công suất tín hiệu Từ công thức ta thấy muốn giảm công suất tạp âm lợng tử hóa N phải giảm bớc lợng tử hoá -Mà =2 XMAX/n nên phải tăng n làm cho số bit tăng lên kéo theo từ mã bị dài thêm dẫn đến ghép đợc kênh thời gian mã háo lâu Từ ngời ta đặt tiêu chuẩn hệ thống PCM : X/N =65DB -Để đảm bảo tiêu chuẩn S.N=65DB = 6b từ mã phải có số bít : B=11 bit cộng thêm bit dấu nên từ mã có 12 bit -Do từ mã có 12 bit nên từ mã dài ghép đợc kênh, thời gian mã hoá lâu từ mã giảm dẫn đến tỉ số S/N giảm nên không đảm bảo yêu cầu gây mâu thuẫn tạp âm lợng tử số lợng kênh ghép - Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -Để khắc phục nhợc điểm lợng tử hoá ngời ta sử dụng lợng tử hoá không 2.Phơng pháp lợng tử hoá không : a>Khái niệm: Lợng tử hoá không phơng pháp lợng tử hoá mà bớc lợng tử hoá tỉ lệ với tín hiệu x=k*x (k: hệ số ; X : tín hiệu) b> u điểm : Lợng tử hoá có tỉ số S/N = const nên chọn đợc giá trị tối u để có số bit từ mã nhng đảm boả đợc tỉ sô S/N ghép đợc nhiều kênh C>Thực lợng tử háo không -Tìm hàm y=f(x) để với x lợng tử hoá không : x=kx Thì với y lợng tử hoá : y=2yMAX/n ta lập tỉ số: y/x = dy/dx = 2yMAX/n*k*x Dy = 2yMAX*dx/n*k*x Lấy tích phân vế ta đợc : Y=2yMAX(lnx+C0)/(n*k) Trong (C0 số tích phân) -Đặt 2yMAX/n*k=1/C1(C1 số ) -Chọn 1=C0 =1+ lnA(A số ) Ax/1+lnA Nếu 015 16->30 TS16 F0 TS16 F0 Hình 3.4 : hệ thống PCM 30 kênh -Một khung ghép 125Ms đợc chia thành 32 khe thời gian: ký hiệu TS( time slot) đợc đánh số từ TSo->TS31thời gian khe : Ts = 125Ms/32 = 3.9Ms - 27 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -1 khe chia thành bit từ b0->b7 toàn khung ghép có 256 bit thời gian bit là: Mỗi khe thời gian khung (F raine) chiếm 125Ms/(32-3,9)Ms Mã hóa đợc bit dùng luật A đợc dùng luật A đợc cung cấp 256 mức đại diện cho mẫu thoại từ khe T S17 -> TS15 lắp dợc 15 kênh thoại số PCM vào từ khe TS17->TS31 lắp đợc 15 kênh thoại số PCM Vậy toàn kênh Khung ghép đợc 30 kênh thoại số PCM -Khe TS0 dùng để đồng khung ghép khe khung ghép đợc vào từ mã đồng khung để đầu thu nhận biết đợc khe khung ghép để từ tách đợc xác kênh thoại khung ghép Khe TS0 khugn chẵn đa khung, ghép từ mã đồng X0011011 Khe TS0 khung lẻ đa khung X1AXXXX Trong : X bit cha sử dụng dùng để trao đổi thông tin nghiệp vụ A: bit thông báo đồng khung từ xa A= đồng A=1 không đồng -Khe T+S16 dùng để truyền báo hiệu, khe TS16 truyền đợc kênh báo hiệu Vậy kênh boá hiệu có bit để ghép đợc 30 kênh báo hiệu phải ghép theo nhiều khung ghép nên phải tổ chức đa khung 1đa khung gômg 16 khung từ F0 -> F15 Một đa khung la Ms -Khe TS16 khung F0 khung đa khung dùng để ghép đồng đa khung 00001DXX Trong : X: bit cha sử dụng D:là bit thông báo đồng đa khung từ xa D0 đồng D=1 không đồng 15 khe TS16 lại đa khung ghép đợc 30 kênh báo hiệu Tốc độ bit hệ thống PCM-30 : Cpcm-30 = 32x8x80001/s=2,048 mb/s - 28 [...]... Lớp đtvt - PCMR0 PCMR1 PCMRm-1 PCMV0 PCMV1 PCMV2 PCMVn-1 Hình 2.9 : Sơ đồ cấu tạo của chuyển mạch S *Nhận xét : 3.Nguyên lý làm việc: điều khiển chuyển mạch làm việc phải thực hiện điều khiển tiếp điểm có 2 phơng pháp +Điều khiển ở đầu vào ( điều khiển theo hàng ) + Điều khiển ở đầu ra( điều khiển theo cột ) a )Điều khiển theo cột -Các chân điều khiển tiếp điểm của 1 cột đợc nối với bộ nhớ điều khiển,... điều khiển đọc tuần tự III- Chuyển mạch không gian số SSW( chuyển mạch S) 1-định nghĩa : - 14 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - Chuyển mạch S dùng để trao đổi thông tin giữa các khe thời gian giống nhau của các luồng PCM vào và các luồng PCM ra chuyển mạch SSW TSj TSi PCMR0 PCMV0 PCMR1 PCMV1 TSi PCMVm-1 PCMRm-1 Hình 2.8 : Sơ đồ chuyển mạch S *Nhận xét : +Chuyển mạch S có n luồng PCM vào , m luồng PCM. .. tăng đợc dung lợng so với chuyển T vì số luồng PCM vào và PCM ra tăng, sự tăng dung lợng phụ thuộc vào ma trận chuyển mạch S PCMR0 TV0 PCMR1 0 0 PCMR0 1 1 PCMR1 2 2 PCMR2 TV1 PCMR2 TV2 Hình 2.12 : Sơ đồ chuyển mạch 2 tầng T-S -Nguyên lý làm việc : nối khe TSi của luông PCM vào 1 với khe TSj của luồng PCMra 2 +Chuyển mạch T1 làm việc nối với khe TSi ở đầu voà PCM vào với TSj bắt buộc ở đầu ra +Chuyển mạch... T1 PCMV0 T2 n-1 TS0 S2 m-1 nxm PCMVn-1 PCMV0 TS0 TS0 TS0 (n) 0 n-1 (n) TS0 PCMR0 nxm 0 nxm PCMVn-1 (n) (n) TS0 PCMRm-1 PCMR0 nxm TS0 m-1 TS0 PCMRm-1 Hình 2.14 : sơ đồ chuyển mạch 4 tâng T-S-S T - 22 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - +chuyển mạch S1 là ma trận n*m sẽ có n chuyển mạch T1 ở đầu vào và có n luồng PCM ở đầu vào +Chuyển mạch S2 là ma trận m*n sẽ có n chuyển mạch T2 ở đầu ra và có n luồng PCM. .. vào và 3 chuyển mạch T ở đầu ra nên dung lợng của chuyển mạch tăng lên 3 lần PCMR 0 TV0 PCMR S:3*3 1 1 TSj PCMR 0 2 0 TR0 1 TV1 TSK TR1 PCMR 0 PCMR 1 2 TV2 PCMR TR2 2 TSK 2 TSj Hình 2.13: sơ đồ chuyển mạch 2 tầng T-S-T - 21 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -Nguyên lý làm việc: để nối khe TS i của PCM vào 1 với khe TSj của PCM ra 2 thì : chuyển mạch T vào 1 làm việc nối khe TS i với 1 khe TSk ở đầu... Ts=125Ms Hình 3.1 : Sơ đồ ghép xung Pam Kết quả thu đợc 1 dãy xung điều biên Upam của n tín hiệu Vì phải mã hoá cho dãy xung PAM cảu N tín hiệu nên tốc độ làm việc của mạch mã hoá - 24 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - tăng nên N lần Do đó khó khăn đợc thực hiện bộ mã hoá Vì vậy phơng pháp ghép này hiện nay không sử dụng 2)Ghép theo tín hiệu số : Đợc thực hiện sau quá trình mã hoá a)Ghép xen bit -Các... PCM ra k Các tiếp điểm còn lại của hàng j do nhận không đúng địa chỉ nên có mức logic 0 nên tiếp điểm h - 18 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - PCMR0 PCMR1 PCMRm-1 TSi PCMV0 m PCMVJ 0 1 i r-1 CM 0 1 i r-1 CMj 0 1 i r-1 CMm-1 0 TSj m PCMVn-1 m Hình 2.11: Sơ đồ điều khiển theo hàng IV-Chuyển mạch kết hợp: -Là chuyển mạch kết hợp giữa chuyển mạch T và chuyển mạch S Chuyển mạch T thực hiện đợc chức năng... khối của phơng pháp ghi tuần tự đọc điều khiển a)Ghi tuần tự đọc điều khiển: - 12 Báo cáo tốt nghiệp Lớp đtvt - -Mỗi một ô nhớ của bộ nhớ BM và CM liên quan đến một khe thời gian của luồng PCMvào Vì vậy ô nhớ sử dụng của cắc bộ nhớ BM và CM có cùng thứ tự với khe thời gian của luồng PCMvào -Để nối khe TSi Của PCM voà khe TSi của PCM ra bằng phơng pháp ghi tuần tự đọc điều khiển các bớc của chuyển mạch... lôgic 1 nên tiếp điểm nối dẫn số liệu từ khe TS i của luồng PCM vào j sang khe TSi của luồng PCM ra k Kết qủa số liệu từ khe TS i của PCM vào j đã đợc nối với khe TSi của luồng PCM ra k Các tiếp điểm còn lại của cột k do không nhận đúng địa chỉ nên có mức lôgic 0 nên tiếp điểm hở b )Điều khiển theo hàng: Các chân điều khiển của 1 hàng đợc 1 bộ nhớ điều khiển ký hiệu CM Tơng ứng với mỗi hàng có một bộ nhớ... thời gian của luồng PCM đợc đánh số từ 0 đến R-1 mỗi một ô nhớ dùng để nhớ địa chỉ của luồng PCM ra, để nhớ đợc m địa chỉ thì mỗi bộ nhớ phải có số bit là m , khi đó dung lợng toàn bộ nhớ là log2m*R(bit) +Để nối khe TSi của luồng PCM vào j với khe TS i của luồng PCM ra k bằng phơng pháp điều khiển theo hàng, chuyển mạch làm việc nh sau: +Địa chỉ của luồng PCM ra k đợc CPU là khối điều khiển trung tâm