X ω+ αω β
3.2. Hệ thống ghép kênh dữ liệu
Trong các hệ thống điện thoại hiện đại, để tăng tốc độ và dung lượng thông tin trên kênh truyền để có truyền đồng thời nhiều tín hiệu âm thanh tần số thấp trên một kênh băng rộng. Để đạt được mục đích ấy, phải tận dụng tối đa độ rộng dải thông của kênh truyền bằng cách áp dụng phương pháp ghép kênh. Có hai loại ghép kênh: ghép kênh phân chia theo thời gian TDM và ghép kênh phân chia theo tần số FDM.
Trong các hệ thống điện thoại phân chia theo tần số, các tín hiệu tiếng nói analog trước hết được điều chế dải biên đơn (SSB: Single SideBand) thành các sóng mang con. Các sóng mang con này được tổ hợp lại với nhau và truyền đồng thời trên kênh truyền dải rộng chung. Như vậy kỹ thuật truyền dẫn dẫn ghép kênh theo tần số là kỹ thuật truyền dẫn thuần analog. Trong kỹ thuật này, để tránh sự xuyên âm(cross-talk), các sóng mang con
phải được chọn như thế nào để đảm bảo chắc chắn rằng phổ của các tín hiệu đã điều chế không bị chồng lấn lên nhau.
Ở đầu thu, các sóng mang con đã điều chế được tách ra nhờ các mạch lọc thông dải, giải điều chế để khôi phục lại tín hiệu tiếng nói gốc của từng cá thể.
Trong các hệ thống điện thoại ghép kênh theo thời gian TDM, các tín hiệu tiếng nói trước hết được chuyển đổi thành các tín hiệu số nhờ sự lấy mẫu và chuyển đổi A/D. Các mẫu của tín hiệu số được phân kênh theo thời nhờ một bộ ghép kênh số, sau đó chúng được tổ hợp lại và truyền trên kênh. Ở đầu thu, các tín hiệu tiếng nói số được tách ra nhờ bộ phân kênh số và sau đó cho qua một bộ chuyển đổi D/A và mạch lọc khôi phục lại tín hiệu tiếng nói gốc của mỗi các thể.
Với cơ chế truyền dẫn như trên thì các hệ thống truyền dẫn TDM chỉ được áp dụng cho các khoảng cách thông tin ngắn, trong khi các hệ thống FDM được sử dụng cho các thông tin đường dài. Trong các hệ thống thông tin toàn số, cả hai cơ chế truyền chế truyền dẫn trên được kết hợp với nhau, như vậy đã hình thành cơ chế truyền dẫn mới gọi là các hệ thống truyền dẫn ghép kênh toàn số.
Hệ thống truyền dẫn ghép kênh toàn số là hệ thống số đa tốc độ, nhiều lối vào, nhiều lối ra. Cấu trúc đa tốc độ của hệ thống ghép kênh toàn số tiêu biểu cho trên hình 3.4. Trong hệ thống này, sự ghép kênh theo thời gian được mô tả, trong đó, các tín hiệu đi qua bộ tăng tốc độ tốc độ mẫu hệ số M và cộng sau khi qua bộ trễ. Rõ ràng y[ ]n là phiên bản chèn thời gian của các tín hiệu lối vào xi[ ]n :
Hình 3.4. Sơ đồ khối của bộ ghép kênh và phân kênh phân chia theo thời gian TDM.
Để mô tả hoạt động của hệ thống FDM, xem hình 3.5 với biến đổi của ba tín hiệu x0[ ]n , x1[ ]n , x2[ ]n khi M = 3 được chỉ ra. Tín hiệu FDM y[ ]n
là một tín hiệu đa hợp duy nhất, với biến đổi (ej )
Y ω thu được bởi dán các biến đổi của các tín hiệu lại kề nhau. Nhớ rằng, mỗi phổ độc lập phải được nén xuống 3 lần đủ để tạo chỗ cho tất cả ba tín hiệu trong vùng 0≤ω≤2π . Hoạt động của FDM có thể được thực hiện nhờ sơ đồ mạch như hình. Mạch lọc tăng tốc độ mẫu Gk( )z (iả sử rằng nó lý tưởng) giữ lại một trong ba ảnh xuất hiện trong X ( )ej
k
ω
3
. Bóng mờ ở hình 3.5d), e) và f) là ảnh được giữ lại cho mỗi tín hiệu. Đáp ứng của mạch lọc (cho qua vùng bóng mờ của hiệu tương ứng) được dịch cho mỗi tín hiệu một cách tương ứng để giữ lại ảnh từ X ( )ej k ω 3 không bị chồng lấn bởi ảnh từ X ( )ej m ω 3 , m≠k. Nếu ta cộng ngõ ra của các mạch lọc lại, kết quả là tín hiệu FDM (ej )
Y ω .
b) c) d) e) f)
g)
Hình 3.5. Hoạt động của mạch ghép kênh phân chia theo tần số FDM
Vì vùng bóng mờ ở hình trên là không đối xứng qua ω =0, các mạch lọc có các hệ số phức, và y[n] là phức (thậm chí nếu các tín hiệu độc lập có thể là thực). Nếu xk[n] là thực, ta có tránh điều này bằng sự lựa chọn sáng suốt các đáp ứng G (ej )
k
ω
để có sự đối xứng tạiω =0. Mỗi mạch lọc có một dải thông ở vùng 0≤ω≤π và một trong vùng liên hợp π ≤ω≤2π.
Hình 3.6 cho ta một hệ thống đa hợp hoàn chỉnh. Các thành phần xk[n]
của phiên bản TDM có thể được khôi phục bằng cách chia các vùng liên tiếp nhau của (ej )
Y ω (có chứa M tín hiệu thông tin) với sự trợ giúp của dàn lọc phân tích sau đó gia tốc độ tín hiệu. Bây giờ, nếu các mạch lọc tổng hợp
( )z
Gk không lý tưởng, các vùng phổ liền kề trên hình (g) chắc chắn sẽ chồng lấn lên nhau.
Tương tự, nếu mạch lọc phân tích Hk( )z không lý tưởng, thì ngõ ra của
( )z
Hk sẽ có sự xuất hiện của X ( )ej k
ω cũng như X ( )ej l
quát, mỗi tín hiệu khôi phục xˆ[n] sẽ có sự xuất hiện của tín hiệu gốc mong muốn xk[n] cũng như thành phần “xuyên âm”(cros-talk) xl[n] Một phương pháp dễ thấy để giảm sự mở rộng của xuyên-âm là thiết kế Hk( )z
và Gk( )z là các mạch lọc có tần số cắt thật sắc, một cách thực tiễn là không chồng phổ đáp ứng tần số. Để đạt được sự giảm xưyên-âm một cách chấp nhận được đòi hỏi mạch lọc có bậc rất cao ( ước lượng lên đến 2000).
Hình 3.6. Sơ đồ truyền dẫn ghép kênh toàn số.
Một phương pháp mới có thể đa hợp được Vetterli đưa ra. Trong phương pháp này, xuyên-âm được chấp nhận ở bộ chuyển TDM→FDM và sau đó loại bỏ ở FDM→TDM . Có thể thấy rằng, xuyên âm có thể bị loại bỏ hoàn
toàn bởi việc lựa chọn mối quan hệ giữa mạch lọc phân tích và tổng hợp. Vì xuyên được chấp nhận (sau đó bị loại bỏ), các mạch lọc Hk( )z và
( )z
Gk mang tính kinh tế nhiều hơn là cho thuận tiện trong thiết kế với ý định triệt xuyên-âm hoàn toàn.
KẾT LUẬN
1. Kết luận
1.1. Kết quả đạt được:
Sau 3 tháng thực hiện, đồ án “Xử lý tín hiệu số đa tốc và ứng dụng” đã đạt được một số thành quả nhất định. Đồ án đã tạo được các chương trình mô phỏng bằng phần mềm.
1.2. Ứng dụng Kỹ thuật xử lý đa tốc độ và dàn lọc có ứng dụng vô cùng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như truyền thông, xử lý tiếng nói, xử lý và mã hoá hình ảnh…
1.3. Hạn chế
Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên đồ án có rất nhiều khuyết điểm.
Chưa áp dụng khai triển đa pha vào thực hiện nên không tận dụng triệt để ưu điểm của kỹ thuật đa tốc độ là giúp tăng tốc độ hệ thống.
2. Hướng phát triển của đồ án
Nghiên cứu ứng dụng của xử lý đa tốc độ và dàn lọc trong hệ thống mã hoá tiếng nói và tín hiệu âm thanh.
Nghiên cứu ứng dụng của xử lý đa tốc độ và dàn lọc trong ghép kênh dữ liệu.
Với nội dung đã trình bày trong đồ án này. Em hi vọng sẽ nhận được sự ủng hộ và góp ý của các thầy, cô giáo và bạn bè đề hoàn thiện hơn về nội dung.
Em xin chân thành cảm ơn!