Kỹ thuật điều xung mã PCM

+Kích thứoc của bộ mã hoá lớn vì phải chứa tất cả các điện áp mẫu theo một thứ tự nhất định.2.Mã hoá bằng phơng pháp gián tiếp a.Đếm qua trung gian -UPAM đợc biến đổi thành các đại lợng

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 đi không liên tục theo thời gian trong quá trình truyền dẫn và xử lý Tín hiệu đợc biến đổi thành tín hiệu nhị phân để thuận tiện cho quá trình xử lý và truyễn dẫn , hạn chế đợc tác động của tạp âm, nâng cao đợc chất lợng phát

-Tín hiệu thoại và tín hiệu hình là các tín hiệu tơng tự(truyền thống, chủ yếu) để truyền dẫn đợc trọng hệ thống thông tin số thì phải biến đổi tín hiệu thoại , hình từ tín hiệu tơng tự – số , viết tắt là 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 vậy trong quá trình PCM đợc chia thành 3 bớc : lấy mẫu, lợng tử

+ Mẫu là các điểm (các giá trị ) rời rạc

+fMAX : là tần số giới ạn của tín hiệu, tín hiệu thoại có fMAX = 4KHZ ;

ca nhạc có fMAX = 19KHZ

2.Quá tình lấy mẫu:

-Một tín hiệu liên tục theo thời gian phải thể hiện bằng một đờng liền nét biểu diễn toàn bộ giá trị tức thời của tín hiệu Theo định lý thì có thể biểu diễn bẵng những điểm rời rạc.

-kết quả của quá tình lấy mẫu ta nhận đợc một dãy xung có chu kỳ là

Ts, có biên độ bằng giá trị tức thời của tín hiệu tại thời điểm lấy mẫu

ảnh hình 1.1 : Quá trình lấy mẫu.

-Dãy xung bị thay đổi biên độ theo tín hiệu liên tục X(t) gọi là 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 của dẫy xung điều biên UPAM ta đợc dạng phổ

Hình 1.2 dạng phổ của dãy xung.

-Với xung điều biên UPAM bao gồm các thành phần sau:

+ Thành phần một chiều f=0 là thành phần không gian tin

+Thành phần tín hiệu liên tục X(t) có độ rộng dải tần từ 0 đến fMAX là tín hiều cần thiết để tách ra khỏi xung điều biên

+Tần số lấy mẫu fs không mang tin

+ Hai giải biên USB và LSB là các thành phần không phải khôi phục để khôi phục tín hiệu liên tục X(t) thì ta cần sử dụng một bộ lọc thấp đảm bảo yêu cầu :

fMAX <=f lọc<=fs -fMAX

->Giải bất phơng trình trên ta đợc: fs>=2fMAX

Nếu không thoả mãn điều kiện trên:

(fs<2fMAX) khi đó sảy ra hiện tợng chồng phổ và không thể khôi phục đợc tín hiệu liên tục X(t) khi đó đồ thị phổ có dạng nh sau

III.Quá trình lợng tử hoá.

-Lợng tử hoá là quá trình rời rạc hoá tín hiệu theo mức ( theo biên

độ) Sau khi lấy mẫu nhận đợc dãy xung điều biên UPAM Nhng khi truyền dẫn phải biến đổi UPAM thành tín hiệu nhị phân( tín hiệu số) Mỗi một giá trị biên độ của UPAM không xác định, vì vậy không thể mã hoá đợc Do đó phải

0 Fs-F

MAX F

MAX Fs Fs+F

MAX

tiến hành hạn chế giá trị biên độ của UPAM ở một giá tị nhất định Nh vậy thực chất của lợng tử háo là quá trình hạn chế giá trị biên độ củ UPAM theo phơng pháp làm tròn lấy gần đúng để thực hiện mã hoá.

+Xmax : là giá trị biên độ

+2Xmax: gọi là dải động của tín hiệu( vì tín hiệu có vùng(-) và vùng (+) nên 2Xmax là không thay đổi tín hiệu từ – Xmax đến +Xmax)

+n: là mức lợng tử hoá tơng ứng với mỗi một bớc lợng tử hoá có một mức lợng tử hoá sau sẽ làm trong giá trị Upam với những mức gần nhất, với sai số ±∆/2

Sau khi lợng tử hoá giá trị biên độ của Upam đã bị hạn chế.Do trong quá trình lợng tử hoá đã thực hiên phép tính làm tròn lấy gần đúng nên nó phải có sai số Vì vậy ở đầu thu khi khôi phục tín hiệu số không giống tín hiệu ban đầu gọi là méo lợng hoá hay gọi là tạp âm lợng tử hoá

Ngời ta đã CM đợc công thức tạp âm lợng tử hoá

N = ∆2 /12tạp âm lợng tử hoá không phụ thuộc vào tín hiệu mà chỉ phụ thuộc vào bớc lợng tử hoá ∆ Mặt khác cũng chứng tỏ đợc tỉ số:

ta đã đặt ra tiêu chuẩn của hệ thống PCM là : X/N =65DB

-Để đảm bảo tiêu chuẩn S.N=65DB = 6b thì từ mã phải có số bít : B=11 bit cộng thêm 1 bit dấu nên từ mã có 12 bit

-Do từ mã có 12 bit nên từ mã dài do vậy ghép đợc ít kênh, thời gian mã hoá lâu và từ mã giảm dẫn đến tỉ số S/N giảm nên không đảm bảo yêu cầu gây ra mâu thuẫn giữa tạp âm lợng tử và số lợng kênh ghép

- 4

-Để khắc phục nhợc điểm của lợng tử hoá đều ngời ta sử dụng lợng tử hoá không đều

Lợng tử hoá đều có tỉ số S/N = const nên chọn đợc giá trị tối u để có

số bit của từ mã ít nhất nhng vẫn đảm boả đợc tỉ sô S/N khi đó sẽ ghép đợc nhiều kênh nhất

C>Thực hiện lợng tử háo không đều

-Tìm hàm y=f(x) để với x là lợng tử hoá không đều : ∆x=kx

Thì với y là lợng tử hoá đều : ∆y=2yMAX/n ta lập tỉ số: ∆y/∆x = dy/dx = 2yMAX/n*k*x

 1+ lnAx/1+lnA Nếu 1/A<x<1

+Nếu x nhỏ thì y là hàm bậc nhất của x khi đó y là hàm tuyến tính +Nếu x lớn thì y là hàm loga của x khi đó y là hàm tuyến tính

-UPAM đợc so sánh trực tiếp với các điện áp mẫu và nhân các từ mã

t-ơng ứng có sẵn tt-ơng ứng với các điện áp mẫu mà UPAM đợc làm tròn

Nhợc điểm:

+Kích thứoc của bộ mã hoá lớn vì phải chứa tất cả các điện áp mẫu theo một thứ tự nhất định.

2.Mã hoá bằng phơng pháp gián tiếp

a.Đếm qua trung gian

-UPAM đợc biến đổi thành các đại lợng có thể đếm đợc nh tần số , thời gian Kết quả đếm đợc ở hệ nhị phân nên tín hiệu đợc biến đổi thành tín hiệu số

VD: Ta dùng UPAM điều khiển một bộ dao động tỉ lệ với UPAM

Fdd=k.UPAM trong đó k là hệ số tỉ lệ

⇒ đếm fdd chia cho hệ số k ta đợc giá trị UPAM ở hệ nhị phân Kết quả

UPAM đợc chuyển từ thập phân sang nhị phân

-Nhợc điểm : tốc độ mã hoá chậm Vì phải đếm qua tất cả các giá trị của

UPAM

b>So sánh ( là phơng pháp hiện nay sử dụng):

-UPAM đợc so sánh với các điện áp mẫu kí hiệu URS theo thứ tự URA MAX

I:thay đổi từ 1-:- mvới tín hiệu thoại m=7

-Thay vào biểu thức tính đợc điện áp mẫu nh sau

H×nh 1.4 : M hãa b»ng ph · ¬ng ph¸p so

s¸nh

bo b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

CU

URF

P/S

Chơng II Chuyển mạch số

I-Giới thiệu chung:

-Khối chuyển mạch là khối thực hiện các chức năng chính của tổng đài

số có chuyển mạch

-Định nghĩa : chuyển mạch số dùng để trao đổi thông tin giữa các khe thời gian bất kì của luồng PCMvào và những luồng PCMRA Nh vậy khe thời gian của luồng PCM giống nhau Giả sử có R khe thời gian đợc đánh số từ 0

đến R-1.Để tạo ra các luồng PCM nối với chuyển mạch thì phải sử dụng thiết

bị ghép kênh MUX để ghép các tín hiệu số thành luồng PCM đi vào chuyển mạch ở các luồng PCMRA phải dùng thiết bị tách kênh DMUX để tách các luồng PCMRA thành các khe thời gian riêng biệt Mỗi khe thời gian của luồng PCM đợc ghép vào một kênh thoại số PCM Chuyển mạch số thực hiện chức năng của một tổng đài là trao đổi thông tin giữa các khe thời gian bất kì chính là trao đổi thông tin giữa các kênh thoại bất kì

Chuyển mạch số

II-Chuyển mạch thời gian số TSW ( chuyển mạch T).

+Trong tổng đài chỉ cần một chuyển mạch T nhng có dung lợng nhỏ

2.Cấu tạo :

a)Dùng mạch giữ chậm.:

-Do các luồng khe thời gian của luồng PCMvào và luồng PCMra giống nhau( có cùng tốc độ) Vì vậy để nối khe thời gian của luồng PCMvào với một khe thời gian của luồng PCMra có thể sử dụng mạch giữ chậm

-Giả sử nối i của PCM vào với j củ PCMra (i<j) giữ chậm khe TS i một thời gian ∆t=(i-j)TS

TSj TSi

TSW

RA

-Nếu i>j thì giữ chậm khe TSi một khoảng thời gian.

–Bộ nhớ thoại :BM(Buffer memory) còn gọi là bộ nhớ đệm dùng

để nhớ số liệu thoại trong các khe thời gian của luông PCMvào Bộ nhớ BMN

có số ô nhớ bằng số khe thời gian của luồng pCM, ô nhớ đợc đánh số từ 0

I

R-1

Ô nhớ

BM

R-1

¤ nhí

CM

3.Nguyên lý làm việc :

-Luồng PCMvào là số liệu đa vào bộ nhớ BM, luông PCMra là số liệu ở

đầu ra bộ nhớ BM Số liệu từ một khe thời gian của luồng PCMvào đợc ghi vào từ một ô nhớ của bộ nhớ BM và sau đó đợc đọc ra một khe thời gian của luông PCMra Tuỳ theo quá trình ghi số liệu hoặc quá trình đọc

số liệu của bộ nhớ BM đợc điều khiển chia thành hai phơng pháp làm việc

Hình 2.6 :Sơ đồ khối của phơng pháp

ghi tuần tự đọc điều khiển.

a)Ghi tuần tự đọc điều khiển:

- 12

0 1

I Số liệu TSi

R-1

0 1

-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 hoạt động nh sau:

-Địa chỉ của khe thời gian ra TSi đợc CPU là khối điều khiển trung tâm của tổng đài ghi vào ô nhớ CM alf ô nhớ có cùng thứ tự với khe thời gian TSi

-Số liệu từ khe TSi của PCM đợc ghi vào ô nhớ i của bộ nhớ BM

do một clk ghi điều khiển đợc tạo ra từ bộ đếm chung Quá trình ghi số liệu của bộ nhớ BM thực hiện đúng theo thứ tự giữa khe thời gian với ô nhớ vì vậy gọi là ghi tuần tự

-Số liệu ô nhớ i của bộ nhớ BM đợc đọc ra khe TSi của luông PCM ra do một clk đọc điều khiển là số liệu từ ô nhớ i của bộ nhớ CM chính

là địa chỉ của khe TSi Quá trình đọc số liệu của bộ nhớ BM thực hiện không

đúng theo thứ tự giữa các ô nhớ với các khe thời gian vì vậy gọi là đọc điều khiển

-Kết quả là một số liệu từ khe TSi của PCM vào đã đợc nối với khe TSi của PCM ra thông qua một ô nhớ của bộ nhớ BM vì vậy gọi là bộ nhớ đệm

b)Ghi điều khiển đọc tuần tự:

-Mỗi ô nhớ của bộ nhớ BM và CM liên quan đến một khe thời gian của luồng PCM ra Ô nhớ sử dụng của bộ nhớ CM và BM cùng thứ tự với khe thời gian ra

Để nối khe TSj của PCM vào với khe TSj của luồng PCM ra bằng phơng pháp ghi điều khiển đọc tuần tự đợc thực hiện nh sau:

-Địa chủ khe thời gian vào TSi đợc CPU là khối điều khiển chung của tổng đài ghi vào ô nhớ j của bộ nhớ CM là ô nhớ có cùng thứ tự với khe thời gian ra TSj

-Số liệu của khe thời gian voà TSj do một clk ghi điều khiển là

số liệu từ ô nhớ j của bộ nhớ j của bộ nhớ BM chính là địa chỉ TSj Quá trình ghi số liệu của bộ nhớ BM thực hiện không đúng thứ tự giữa các khe thời gian với ô nhớ vì vậy gọi là đọc tuần tự

-Kết quả là số liệu từ khe Sj của PCM và đã đợc nối với khe TSj

của PCM ra

Hình 2.7: Sơ đồ khối của phơng pháp

ghi điều khiển đọc tuần tự

III- Chuyển mạch không gian số SSW( chuyển mạch S)

1-định nghĩa :

- 14

0 1

I Số liệu TSi

R-1

0 1

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

nh điot , transistor hoặc cổng logic cơ bản

-Ta có cấu tạo của chuyển mạch S đợc xây dựng nh sau

+Nếu n # m có ma trận chữ nhật quá trình đấu nối không tiếp thông hoàn toàn dẫn đến tắc nghẽn ở đầu ra

+Nếu n=m quá trình nối tiếp thông hoàn toàn không bị tắc nghẽn vì vậy trong tổng đài sử dụng ma trận vuông để không bị tắc nghẽn

SSW

Hình 2.9 : Sơ đồ cấu tạo của chuyển

+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, ký hiệu CM có số ô nhớ bằng số khe thời gian của luồng PCM đợc

đánh số từ 0 đến R –1 Mỗi 1 ô nhớ dùng để nhớ địa chỉ của luồng PCM vào , có n luồng PCM vào nên để nhớ đợc n địa chỉ thì mỗi một ô nhớ phải

có số bit là log2n và dung lợng của toàn bộ nhớ là log2n*R(bit)

Hình 2.10 : Sơ đồ điều khiển theo cột.

-để nối khe TSicủa luồng PCM vào j với khe TSi của luồng PCM ra k, chuyển mạch làm việc nh sau:

0 1

J

R-1

0 1

J

R-1

0 1

+Địa chỉ của PCM vào j đợc CPU là khối điều khiển trung tâm của tổng đài ghi vào ô nhớ i là ô nhớ có cùng thứ tự với khe thời gian TSi của

bộ nhớ CMk có cùng thứ tự với luồng PCM ra k

+Đúng thời điểm khe TSi số liệu từ ô nhớ j của bộ nhớ CMk đợc

đọc ra đa vào các chân điều khiển tiếp điểm của cột k Chỉ có một tiếp điểm duy nhất nhận đúng địa chỉ là tiếp điểm tơng ứng với hàng j nên có mức lôgic 1 nên tiếp điểm nối dẫn số liệu từ khe TSi của luồng PCM vào j sang khe TSi của luồng PCM ra k Kết qủa số liệu từ khe TSi của PCM vào j đã đ-

ợc 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 điêù khiển đợc đánh số từ CM0 đến

CNn-1 Bộ nhớ CM có số ô nhớ bằng số khe 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 TSi 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 của tổng đài ghi vào ô nhớ thứ i của bộ nhớ CM, là ô nhớ có cùng thứ tự với khe thời gian TSi của bộ nhớ CMj là ô nhớ có cùng thứ tự với PCM vào j +Đúng thời điểm của khe TSi số liệu từ ô nhớ i củ bộ nhớ CMj đợc

đọc ra (là địa chỉ của PCM ra k) đa vào các chân điều khiển của hàng j, chỉ

có một chân duy nhất nhận đúng địa chỉ là chân điều khiển tơng ứng với cột

k vì vậy chân điều khiển có mức logic 1 , cổng AND làm việc dẫn đến số liệu từ khe TS1 của luồng PCM vào j đợc nối với khe TS1 của luồng 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

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 của một tổng đài nhng dung lợng nhỏ Chuyển mạch S không thực hiện đợc chức năng của 1 tổng đài nhng có dung lợng lớn Vì vậy phải tạo ra 1 tổng đài có dung lợng lớn thì phải kết hợp giữa chuyển mạch T và chuyển mạch S

Có các loại chuyển mạch kết hợp sau:

+Chuyển mạch 2 tầng T-S hoặc S-T dùng trong tổng đài có dung ợng trung bình

l-+Chuyển mạch 3 tầng T-S_T hoặc S-T-S, sử dụng trong tổng đài có dung lợng lớn

+Chuyển mạch 4 tầng T-S-S –T hoặc S-T-T-S , sử dụng trong các tổng đài có dung lợng rất lớn

-Số chuyển mạch T đầu vào tơng ứng với số hàng của chuyển mạch S nên cấu trúc của chuyển mạch kết hợp phụ thuộc vào chuyển mạch S.

-Nhận xét : chuyển mạch kết hợp T-S 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

*Kết quả : Số liệu từ khe TSicủa luồng PCM vào 1 đã đợc nối với khe TSj

của luồng PCM ra 2 Do chuyển mạch T làm việc bắt buộc phải nối với khe TS ở đầu ra nên khả năng nghẽn mạch lớn không linh hoạt Vì vậy chuyển mạch 2 tầng chỉ dùng ở các tổng đài có dung lợng trung bình

PCMR0

1 0

2

0 1

Nguyên lý làm việc : Để nối khe TS của PCM vào 1 với khe TSj

của PCM ra 2 thì chuyển mạch S làm việc nối khe TSi của hàng 1 với khe

TSi ở cột qua tiếp điểm 1-2

Chuyển mạch Tr2 làm việc nối khe TSi của PCM vào 1 đợc nối với khe TSj của PCM ra 2

*Nhận xét : Do tầng chuyển mạch ở đầu vào làm việc ở chế độ bắt buộc nên khả năng nhỡ việc lớn, vì vậy chuyển mạch S-T chỉ dung trong các tổng đài có dung lợng trung bình

3.Chuyển mạch 3 tầng:

a)Chuyển mạch T-S-T:

-Số chuyển mạch T ở đầu vào bằng số hàng của chuyển mạch S,

số chuyển mạch T ở đầu ra bằng số cột của chuyển mạch S nên dung ợng của chuyển mạch tăng lên n lần

l VD: chuyển mạch T-S_T , với S ma trận 3*3 có 3 chuyển mạch T ở đầu vào và 3 chuyển mạch T ở đầu ra nên dung lợng của chuyển mạch tăng lên 3 lần

Hình 2.13: sơ đồ chuyển mạch 2 tầng

T-S-T

2 PCMR1