bài báo cáo thuyết trình môn ghép kênh tín hiệu khóa điện tử viễn thông
GHÉP KÊNH TÍN HIỆU GVHD: ĐÀO VĂN PHƯỢNG DS Nhóm: Huỳnh Thanh Phương Nguyễn Tấn Bình CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ Khái niệm ghép kênh • Thuật ngữ “ghép kênh”: trình kết hợp hay tổ hợp nhiều tín hiệu lối vào (có tốc độ bit thấp) tạo nên tín hiệu lối (có tốc độ bit cao hơn) • Điều kiện đơn kênh: Tại thời điểm, môi trường truyền dẫn cho phép kênh truyền/tín hiệu truyền qua • Trong trường hợp nhiều kênh truyền chia sẻ môi trường truyền dẫn: tài nguyên môi trường truyền phải chia nhỏ, môi kênh truyền chia phần tài nguyên • Tài nguyên môi trường truyền dẫn: thời gian, tần số, mã, không gian Mục tiêu ghép kênh • Tăng hiệu suất sử dụng môi trường truyền dẫn → tăng dung lượng truyền dẫn hệ thống Các kỹ thuật ghép kênh Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM –Time Division Multiplexing) • • • TDM tín hiệu số TDM tín hiệu tương tự TDM đồng (Synchronous TDM) TDM thống kê (Statistical TDM) 3.1 Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM –Time Division Multiplexing) Thời gian truyền dẫn chia thành khe thời gian nhau, “người dùng” hay tín hiệu gán khe thời gian để truyền Có thể ghép kênh theo thời gian tín hiệu analog tín hiệu số • • • TDM tín hiệu số TDM tín hiệu tương tự TDM đồng (Synchronous TDM) TDM thống kê (Statistical TDM) Ưu điểm: Tối ưu cho tín hiệu số TDM cho phép kênh truyền sử dụng toàn băng thông hệ thống TDM tín hiệu số Sơ đồ khối Nguyên lý hoạt động Phía phát: sau lấy mẫu tín hiệu thoại analog kênh, xung lấy mẫu đưa vào mã hoá để tiến hành lượng tử hoá mã hoá xung thành từ mã nhị phân gồm bit Các bit tin ghép xen byte để tạo thành khung nhờ khối tạo khung Trong khung có từ mã đồng khung đặt đầu khung bit báo hiệu ghép vào vị trí quy định trước Bộ tạo xung chức tạo từ mã đồng khung có chức điều khiển khối nhánh phát hoạt động Phía thu: dãy tín hiệu số vào máy thu Dãy xung đồng hồ tách từ tín hiệu thu để đồng bộ tạo xung thu Bộ tạo xung phía phát phía thu thiết kế có tốc độ bit nhau, đặt xa nên chịu tác động thời tiết khác nhau, gây sai lệch tốc độ bit Vì khống chế dãy xung đồng hồ, tạo xung thu hoạt động ổn định Khối tái tạo khung tách từ mã đồng khung để làm gốc thời gian bắt đầu khung, tách bit báo hiệu để xử lý riêng, byte tin đưa vào giải mã để chuyển từ mã bit thành xung Do phân phối hoạt động đồng với chuyển mạch nên xung kênh đầu giải mã chuyển vào lọc thấp kênh tương ứng Đầu lọc thấp tín hiệu thoại analog Bộ tạo xung phía thu điều khiển hoạt động khối nhánh thu TDM tín hiệu tương tự Sơ đồ khối hệ thống Nguyên lý hoạt động Bộ lọc thấp hạn chế băng tần tín hiệu thoại analog tới 3,4 kHz Bộ chuyển mạch đóng vai trò lấy mẫu tín hiệu kênh, chổi chuyển mạch quay vòng hết 125 μs, chu kỳ lấy mẫu Chổi tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh kênh xung kênh truyền Trước hết xung đồng truyền xung kênh 1, 2, Kết thúc chu kỳ ghép lại có xung đồng ghép tiếp xung thứ hai kênh Quá trình tiếp diễn liên tục theo thời gian Để phía thu hoạt động đồng với phía phát, yêu cầu chổi phận phối quay tốc độ đồng pha với chổi chuyển mạch Nghĩa hai chổi phải tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh vị trí tương ứng Yêu cầu đồng máy phát máy thu đáp ứng nhờ xung đồng Phía thu, sau tách dãy xung kênh cần khôi phục lại tín hiệu analog nhờ sử dụng lọc thấp giống lọc phía phát TDM đồng (Synchronous TDM) Kỹ thuật TDM đời Đặc điểm: Kiểu ghép: “round robin” – Đồng mặt thời gian: không cần bit phụ – Các kênh TH đầu vào có tốc độ – Các kênh TH không tốc độ: sử dụng đệm ghép đọc nhiều lần liên tiếp kênh TH tốc độ cao – Tại thời điểm: kênh TH liệu: dành khe thời gian Ưu điểm: Ứng dụng cho TH số, E1/T1, ISDN Đơn giản TDM thống kê Trong ghép phân chia theo thời gian đồng trình bày việc phân bổ khe thời gian cho nguồn tĩnh, nghĩa cố định; nguồn số liệu khe bị bỏ trống, gây lãng phí Để khắc phục nhược điểm cần sử dụng phương pháp ghép thời gian thống kê Đặc điểm Truyền dẫn kênh có liệu, thời điểm kênh liệu khe thời gian dùng cho kênh khác → cần thêm bit phụ Tốc độ kênh TH đến khác Phân bổ khe thời gian linh động theo yêu cầu Ưu điểm: Sử dụng hiệu băng thông Độ dài gói liệu thay đổi Khung liệu có bit phụ: điều khiển, sửa lỗi,… • Để phân biệt liệu từ kênh khác nhau, cần thêm byte địa • Nếu liệu đến từ kênh có độ lớn khác nhau, cần thêm byte xác định độ lớn liệu • Cấu trúc khung hoàn chỉnh tín hiệu TDM thống kê 3.2 Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM – Frequency Division Multiplexing) Băng thông hệ thống chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn, không chồng lấn lên nhau; băng tần nhỏ gán cho “người dùng” hay tín hiệu Thiết bị Bộ ghép kênh phía phát: ghép tín hiệu với tần số khác (nằm dải băng tần hệ thống) thành tín hiệu tổng để truyền Bộ tách kênh phía thu: tách tín hiệu tổng thành tín hiệu có tần số khác phù hợp với phía phát Các hệ thống ứng dụng FDM: Phát truyền hình, truyền hình cáp, hệ thống điện thoại di động,… Ưu điểm • • • • • Đơn giản Giá thành thấp Các thu kênh không thiết phải vị trí (cellular phones) FDM thích hợp cho tín hiệu tương tự → chịu nhiễu lớn Các điều chế giải điều chếcó cấu tạo đơn giản (sử dụng diode bán dẫn), băng tần kênh kHz nên có thểghép nhiều kênh Chẳng hạn, máy ghép kênh cáp đồng trục ghép tới 1920 kênh Tuy nhiên sử dụng điều biên nên khả chống nhiễu Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh theo tần số Nguyên lý hoạt động •Phía phát: tín hiệu tiếng nói qua lọc thấp để hạn chế băng tần từ 0,3 đến 3,4 kHz Băng tần điều chế theo phương thức điều biên với sóng mang để hai băng bên Trong ghép kênh theo tần số truyền băng bên, loại bỏ băng bên thứ hai sóng mang nhờ lọc băng Tại cấp điều chế kênh, khoảng cách hai sóng mang kề kHz Cấp điều chế kênh hình thành băng tần sở 60 ÷108 kHz Từ băng tần sở tạo băng tần nhóm trung gian nhờ sóng mang nhóm trung gian Từ băng tần nhóm trung gian tạo băng tần đường truyền nhờ sóng mang thích hợp N lọc băng đầu nhánh phát nối song song với Phía thu: lọc băng nhánh phát nhánh thu kênh có băng tần Đầu vào nhánh thu có N lọc băng nối song song đóng vai trò tách kênh Bộ điều chế nhánh phát sử dụng sóng mang giải điều chế kênh sử dụng sóng mang Tín hiệu kênh giải điều chế với sóng mang đầu giải điều chế băng âm tần có thành phần tần số cao Bộ lọc thấp loại bỏ thành phần tần số cao, giữ lại băng âm tần Ghép phân chia theo tần số trực giao (OFDM - Orthogonal FDM) Ghép phân chia theo tần số trực giao công nghệ lĩnh vực truyền dẫn áp dụng cho môi trường không dây, ví dụ truyền radio Băng tần tổng đường truyền chia thành N kênh tần số không chồng lấn Tín hiệu kênh điều chế với sóng mang phụ riêng N kênh ghép phân chia theo tần số Để tránh giao thoa kênh, băng tần bảo vệ hình thành hai kênh kề Điều gây lãng phí băng tần tổng Để khắc phục nhược điểm FDM, cần sử dụng N sóng mang phụ chồng lấn, trực giao với Điều kiện trực giao sóng mạng phụ tần số sóng mang phụ số nguyên lần chu trình (T) ký hiệu 3.3 Ghép kênh phân chia theo mã CDM – Code Division Multiplexing Mỗi “người dùng” hay tín hiệu gán từ mã không gian mã trực giao cho trước, sau kênh tín hiệu ghép lại truyền Đặc điểm Mỗi kênh tín hiệu sử dụng toàn băng thông hệ thống toàn khung thời gian truyền dẫn Bộ ghép giải ghép phức tạp Ưu điểm: Đạt dung lượng lớn Sơ đồ phát CDMA Sơ đồ thu CDMA Trong CDMA, nhiều người sử dụng dùng chung tần số thời gian Để không gây nhiễu cho nhau, người sử dụng phép phát lượng bit (Eb) định để đảm bảo tỷ số E b/ N0 quy định, Eb lượng bit tín hiệu cần thu N0 mật độ phổ tạp âm tương đương gây tín hiệu người sử dụng khác Để giảm mật độ phổ tạp âm cần phải trải phổ tín hiệu người sử dụng trước phát Máy thu phân biệt tín hiệu cần thu với tín hiệu khác, tín hiệu phát phải cài ngữ riêng theo mã định Trong hệthống CDMA, trình điều khiển công suất tiến hành tự động CDMA phương thức đa truy nhập có nhiều ưu điểm so với phương thức đa truy nhập khác