12.6. PHÂN TÍCH THỜI GIAN - TẦN s ố
14.1.2. Nguyên tác của hệ thống truyền thòng OFDM/DMT
Sơ đồ n g u y ên lý của m ột hệ thống thông tin s ố đa són g mang O P D M /D M T ch o trên hình 14.1. Trong sơ đồ này, d ãy dữ liệu lối vào:
Ị a J n ] Ị , 0 < k < N - l
là dãy s ố phức với tốc đ ộ lấy mẫu F được đưa vào lố i vào của bộ điều c h ế đa só n g m ang IFFT; vì th ế dãy dữ liệu lối ra ỊU|,[n]Ị của bộ điều c h ế này là m ột dãy s ố thực. M ỗ i tín hiệu băng con trong số N tín hiệu băng con này U|,[n] sau đó được tăng tốc độ mẫu lên N lần và được phân chia theo thời gian. D o đ ó dãy dữ liệu lố i ra hỗn hợp x[n] được truyền đi với tốc độ lấy mẫu là N F . Sau đ ó, tín hiệu hỗn hợp x[n] đi qua bộ ch u yển đổi sô7 tương tự (D /A converter), tiếp đ ến là m ột bộ lọc thông thấp L P để khôi phục lại tín hiệu analog g ố c x ^ t). Sau đó, tín hiệu dồn kênh phân chia theo tần số x^(t) này được truyền đi trên kênh. G iả sử kênh truyền c ó hàm truyền C (z) và bị nhiễm tạp nhiễu bởi m ô i trường truyền là e [n ’ .
Tại đầu thu, tín an alog thu được y^(t) được ch o qua m ột m ạch lọc ch ốn g ch ồ n g phủ và sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu số {y [ n ] } nhờ lấy mẫu và duy trì S/H , tiếp đến là bộ chuyển đổi tưcíiig tự /số (A /D converter).
Các hệ th ốn g này hoạt đ ộ n g với tốc độ lấy mẫu là N F. Tín hiệu thu được này sau đó được giải phân ch ia theo thời gian nhờ N-1 bộ trễ đcm vị.; do đó đã thu được các tín hiệu băng con v[n]. Sau đó các líu hiệu băng con thu được được giảm tốc đ ộ m ẫu với hệ số giảm tốc bằng N đ ể đưa về tốc độ mẫu F ban đầu. D ã y dữ liệu băng con {Vị[n]Ị thu được sau khi giảm tốc được đưa vào bộ g iả i điều c h ế đa só n g m ang FFT N - điểm . D ãy dữ liệu lố i ra của bộ giải điều c h ế FFT {b j n ] } sau đó được giải mã kênh để tạo ra dãy bít lối ra.
x[n cácbíl Mã
hoá
lối kênh
vào
Transmitter
a<i[n] Jô[nj
t ^
\ p I
—::—^
\ ấ .
a,[n] Fầ . u,[n] 1
ì.| N •
---► F T
i
s \
aN.|[n;
N-
points UN.|[n
11
iN
N
V |[n]
V N - , [ n ]
N
1
F
b , [ n ]
\s F
T
N-
points bN-i[n]
---► p \
Receiver
H ìn h 14.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống th ôn g tin s ố đa són g m ang PD M /D M T .
N ếu đáp ứng tần s ố của kênh truyền được cân bằng nhờ m ắc thêm m ột bộ lọc n gh ịch đảo có đáp ứng tần sô' là 1/C(e'“ ) h oặc m ột bộ cân bằng kênh để cân bằng tạp nhiễu cộ n g tính của kên h truyền n g a y trước bộ giải điều c h ế FFT, thì tín hiệu sau khi giải điều c h ế sẽ là tín hiệu hoàn hảo. N g o à i ra các bộ ch uyển đổi A /D và D /A cũng được g iả thiết là k h ôn g gây ra sai số. K hi đó tín hiệu thu được ở lố i ra của toàn bộ hệ thốn g th ôn g tin y[n] = x[n].
300
Tại đầu phát d ãy dữ liệu |a j n ] } được điều c h ế thành m ột dãy m ới, g ồ m N tín hiệu con {U|[n]Ị . Biến đổi z của dãy này liên hệ với biến đổi z
của dãy { a j n ] Ị th eo hệ thức:
14,1.3. Quan hệ giữa các tín hiệu trên lĩnh vực biến đổi z
Trong đó:
N - l U f ( z ) =
k=0
( 1 4 . 1 )
( 1 4 . 2 )
là ma trận biến đ ổi Pourier nghịch đảo IFFT (N x N ) và Wfg = A|,(z) là biến đổi z của dãy lối vào ị a j n ] Ị. B iến đổi z của dãy tín hiệu hỗn hợp lố i ra x[n] tính được dưới dạng:
- " ^ - ' - ' > 2 W N ' “ A k ( z N ) ( 1 4 . 3 )
k=0
X ( z ) = =
^=0 ế=0
Tại đầu thu, tín hiệu thu được y[n] được phân kênh nhờ m ột chuỗi g ồ m N-1 bộ trễ đơn vị đ ể tạo thành N tín hiệu con {Vị[n]}. M ỗi tín hiệu con trong dãy {Vị[n]} sau đ ó được giảm tốc bởi hệ số N trước khi được đưa vào bộ giải điều c h ế FFT. B iến đổi z của tín hiệu con thứ k này được xác định b ở i :
1 ^ 1 1 1
( z ) = — ^ ( z N w Ị ị ) “ ^ Y ( z N W Ề ),0 < ^ < N - 1 ( 1 4 . 4 )
N k=0
D o đó, biến đ ổ i z của dãy tín hiệu con lối ra {b|[n]Ị được biểu thị bằng hệ thức sau:
N - l ,
B s U ) = X W n ( z ) V K z ) = ĩ=0
= (z) 2 ' N W|!ỉ) - ' Y(z N W|^) (14.5)
^ ể - 0 k=0
Vì y[n] = x[n] như đã nói, nên Y (z) = X (z); do đó ta thu được:
V^(z) = z ' U^.,(z), 0 < k < N -2 (14.6)
v„(z) = u,.,(z) (14.7)
D o vậy:
B,(z) = z 'A „ ,(z ), 0 < s < N - 2 (1 4 .8 ) Bo(z) = An.,(z)
Lấy biến đổi z ngược hệ thức (14.8), ta thu được:
b jn ] = a,.][n -l], 0 < s < N -2 (14.9)
b(,[n] = aN.,[n] (14.10)
Kết quả này cho thấy hệ thống thông tin trên cho phép thu được tín hiệu hoàn hảo. Tín hiệu lối vào được khôi phục lại m ột cách hoàn hảo;
không bị sai số chồng phổ cũng như nhiễm tạp nhiễu của kênh truyền.
14.1.4. T h ự c h iện IF F T /F F T M O D E M d ù n g n g ô n ngữ c và D SK T M S 3 2 0 C 6 7 1 1
Toàn bộ hệ thống truyền thông nói trên được thực thi nhờ các thiết bị như trên hình 14.2: G ồm một máy phát tín hiệu truyền thông ; một dao động ký số; một máy tính Pentum com patible PC; speakers, earphones và bộ xử lý số T M S 3 2 0 C 6 7 1 1. Bộ xử lý số D SK được nối trực tiếp tới cổng song song của máy tính PC qua cáp nối DB25. Các tiện ích phần mềm như Code Com poser studio (C C S), cũng đã được vận dụng để lấy card âm Ihanh của máy tính PC và tạo ra các thiết bị ảo như dao động ký, m áy phát chức năng và máy phân tích phổ.
M O D EM IFTF/FFT 512 điểm được thực thi bởi DSK dấu phẩy động T M S320C 6711 với bộ trợ giúp I/O 16 bít codec A D 5 3 5 . Tín hiệu lối vào thời gian thực được phát ra bởi máy phát tín hiệu hoặc được lấy từ các biến tử vật lý, được lấy mẫu với tốc độ 8 kHz/mẫu. Bọ chuyển đổi A D 5 3 5 sử dụng công nghệ sigm a-delta để thực hiện sự chuyển đổi tưcíng tự/số (A D C ) và sô'/tương tự (DAC).
302
&
>
ì v ĩ o d e m
I F F T - F F T ị p % . ^ . ĩ t ụ ĩ ĩ oôk ằ-**'ằ<ằ " ô,.!
H ìn h 14.2. Sơ đồ thực nghiệm thực hiện hệ thống truyền thông đa són g m ang với IFFT/FFT M ODEM dùng tín hiệu thực.
.IM M 1 M Ỉ7 -3 V E K S :F C 3 .4 0 D G 1 .0 2 S P I 0 7 £ - V I . 9 2 O ê t a ỉ a t t n ọ c Me A s u r e me n t r
r ~ R H R s a d l ~ A U o 5 e t / n e a d | s*< A i i o m i C u r a
;: ; , ị ỊrỊSõíĨ--- IsT^" tcH II (.ooov iM \: f n o o ã ĩr
^ - ^ r ' ^ ị I ị 1 I 1 í : Ị 'Ị : r E n v elo o e ... ...i 0 3 ị Ị
1 ị ! Ị | Ị j I I ị E B E 3 : r H o id y
- sô.ằ ^C o ^... 1 , . s X - - - n r
I ’ r ^ ' * M r C H I \ a A c r L f ẵ ♦!8Ạ
... " ... ... ... ^ ^ 0 ^ 1 1 : r o c r m i N e
... • -— - i n n n r ...: i ■ ■ ^ ^ ^ A I ô r ô . B Ị r H F r T V P iE L D ớ ớT r i a 8 ; f
pĩ~rgjr7^^ rg F 7 ^ p s ~ ; .ĩ TB B... : [
I..
p O o p O n ■!
r io v r ì w í á a i ỉ i i ^ ố ẩ ^ p ° In p u t • , p I n p u ...ị ^ ; P io 6 e
ớS^AC ỊpCh^'ô-AC ịn''^X’
c \ r - ^ c Li i
r. _ . r CT [ S . . 3 ^
a"i [■ p^ío'""]
Ị r • T B Á i Ị r NORM ;
ỉirrịi^"^ rĩRGTẼvẼT
r TS ẽ
-mSí2 }j<Jì\
Timit/t^ è O b I. Pềằ"
z ì P _ _ l â ) V -
H ìn h 14.3. Tín hiệu lối ra của bộ điều ch ế IFFT/FFT và phổ của nó.
Đ ể thực thi thuật toán FFT 512 điểm trong thời gian thực đối với tín hiệu lối vào từ bên ngoài, chương trình với ngôn ngữ c thực hiện phép tính FFT đã được viết. Trong chương trình này, các hệ số FFT-512 điểm đã được tính và được luti và được phát ra. Các hệ số của ma trận IFFT cũng được thực
hiện tương tự như vậy, nhưng được nhân với hệ số chia thang 1/512 và dấu của các thành phần phức được Ihay đổi. Các giá trị của các hệ s ố FFT này được dùng làm giá trị tín hiệu lối ra và sau đó được vào bộ mã hoá codec.
Các tín hiệu thu phát và phổ của chúno thu được khi chạy chưcíng trình được hiển thị trên trên các màn hình các thiết bị ảo của m áy tính PC hoặc trên các dao động ký số. Hình 14.3 là tín hiệu lối ra và phổ của nó; còn hình 14.4. là tín hiệu vào và tín hiệu thu được của bộ điều c h ế IFFT/FFT này.
! ■ ị - J
I ‘S" Xằ -4 ; ^
^ X10 n ; c
í -i ^ Ị I
- j ; ‘ĩ ip? Choo ị <• AC
■ ‘ oc r- ^ i oc
aiin___í___^
PioU*
Xì
_J ^ X IO
v'inằririồ:10
|TônwfeSiiẽÀ ■'Tis Ịả ij
- j i j -i. -I_i
J45 — èRôĩiđou' ' rrirnabậVa (ỉ '
r rc titm o * • r c ũ ĩ Ị õ r ĩ r r c ĩ - C II
ãĩcST*
IC H I IC H H l- 1 0 ( V ' j ' d i l2 .ÌC Ì8 T O ...
f 'l fi7i <36 hV
rsssT*
C400V"—r&õ55cr-
—lãlĩĩxĩl
P te T tio f - O n S lo t. MCKỈ*
Rôriôằh
<■■■ Envalopa i
A v ô .ô g ô ớ I - HoW r
.. ...
Tsr r ~ R a H r ~ fte < tl
s<
f “ CH I
<• CH II f ' A te irv a le r * E atô(ri
: C o u p lin o I f- A C <' LF
o c í_' T V L IN E HF - - 1VFIELD
NH <" LINE
S io p e
^ • TB A r - . T 8 Ã
; AUTO
< - N O R M
I fftô.LẼVỄL
^ J ^
A T i in e /U iv B T i m a / d i v
O n 1 f“ Or. ~D ~Da~p5T-
- “a
•rzì f Ttiọ.
H ìn h 14.4. Tín hiệu vào và ra thời gian thực của bộ điều ch ế IFFT/FFT.
Hình 14.5 và 14.6 là đoạn băng ghi nhạc và lời của bài hát
"lemontree" cùng với phổ của nó được phát ra từ card âm thanh của máy tính và được dẫn đến lối vào của IFFT/FFT M ODEM . Các tín hiệu này được ghi bởi phần m ềm "Goldvvave" và được hiển thị hoặc trên các thiết bị ảo, hoặc trên dao động ký số hai chùm tia hoặc bởi tai n sh e earphones hoặc trên cửa sổ " C o d e C o m p o s e r s t u d i o ( C C S ) " .
304
Y f Controi
w*í
?• *? 1 :
■ —ằ<
<>
0 0 :0 3 :0 4 .4 "
g J s ... ■
Ì 'Ì'™?- .' -Ì " I ' I I I I I ' .."Ì I...'"1
^MẩL:>.V -i’ p ■> V' -,'' V' ? V V ■> i l
= ,=OJ+i +1
8 i l
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
iiiiĩĩĩi
..... .... ... Ị
lỏk lĩh lểh m 2ỏh sih 2Ì
H ìn h 14. 5. Đ oạn băng ghi nhạc và lời bài hát "lemontree" ở lối ra của IFFT/ FFT M ODEM cùng với phổ của nó.
W C o k l W a v e
w 0 3 L e m o n T r e e ^ n p s
f0 Ó ; 0 b : 0 b ' ' 'O Õ ;'00;2 Ò ‘ ‘0 0 : 0 0 ; 4 Ò ' ' 'ũ O ;O I:ữ b □ 0 :0 1 ;2 Ó 0 0 ; 0 ! H b 0 0 : 0 2 :0 0 '0 0 ;0 2 :2 Ò ' ' 'O O ỈO ^I^O 0 0 :0 3 :0 0
^ 1 * ^ '
K iú Á 0 ;0 b ‘o ú iũ o iỡo '0ểiể0ớô5 ' *OOiểj‘rClb' ’ 'o ế ô r , è o ' ' ' ' ' o ề è l '; ô ' ’ 'o ế :ế Ỉ!(ằ ' 'o ũ À iự io ' ' o ừ t ỡ i W ■ ‘o ề ớ 3 ô o '
í s a ^ Ể .^
r í H l . i i V i . D Ị 0 . 5 0 6 t o 3 : l l . 1 3 8 ( 3 : 1 0 .6 3 2 )
> ^ G A u d o U í y e t - 3 , 4 4 1 0 0 Hz. 3 2 0 W3P*, s le r e o
Oỉ ị l 3 : U r ế c e n s e d U s * ọ e
H ìn h 14. 6. Đ oạn băng ghi nhạc và lời bài hát ''lemontree"
tại lối vào và lối ra của IFFT/ FFT M ODEM .
14.2. THIẾT K Ế V À THỤC THI BỘ LỌC FIR Đ A D Ả I THỜI GIAN THỰC D Ù N G D SK T M S 3 2 0 C 6 7 Ỉ1
14.2.1. M ụ c đích củ a thí nghiêm
Thí nghiệm này thiết kế và thực thi một mạch lọc FIR đa phân dải, thời gian thực trên DSK T M S 3 2 0 C 6 7 Ỉ ỉ và sau đó sử dụng bộ khuếch đại này để lọc các tạp âm hình sin tại các tần sô' 750H z và 1750H z lẫn trong bản giao hưỏfng. Hai tín hiệu tạp âm hình sin này được tạo ra từ m ột m áy phát tín hiệu được trộn với bản hợp xướng gốc để tạo ra tín hiệu nhiễm tạp âm và được lưu trong file ( C o n ' i i p t l u m d e l . w a v ) cho bộ xử lý số DSK
T M S 3 2 0 C 6 7 I I . Tín hiệu nhiễm tập âm hình sin này sau khi lọc được hiển
thị trên cửa sổ CCS hoặc trên dao động ký số hoặc tai nghe e a r p h o n e s .
Các đặc trưng của bộ lọc số; chẳng hạn như tần số trung tâm, độ rộng dải thông, độ suy giảm và loại mạch lọc có thể được điều chỉnh m ột cách rất mềm dẻo nhờ các chíp logic lập trình. Trong thí nghiệm này hai mạch lọc chặn dải có đáp tuyến chữ V đã được thiết k ế và thực hiện nhằm loại bỏ hai tạp âm hình sin tại hai tần số 750H z và 1750Hz nói trên. Các hệ số của đáp ứng tần số được thiết k ế và thực hiện nhờ M ATLAB, sau đó được nạp vào trong chưcíng trình của kit T M S320C 6711. Bộ lọc chặn dải "Notch" đa phân dải này được thực hiện để loại bỏ tạp âm đa tần cho tín hiệu tiếng nói và âm thanh lối vào.
Đ ể tiến hành thực nghiệm, các công cụ sau đây đã được vận dụng:
l . B ộ x ử l ý s ô ' D S P c ủ a T e x a s ỉ n s t r u m e n í s t a r t e r k i t ( D S K ) T M S 3 2 0 C 6 7 I I , g ồ m :
- Code Composer Studio (CCS), cung cấp các trợ giúp phần mềm cần thiết cùng với môi trường phát triển (IDE) kẽt hợp c com piler, assembler, linker, debugger nhiều tiện ích khác.
- Cùng với bản mạch TM S320C6711 còn có codec 16-bit ở lối vào và thiết bị trợ giúp ở đầu ra.
- Bộ cáp nối song song (DB25) nối DSK với máy tính.
- N guồn nuôi cho DSK.
2. Máy tính Pentum compatible PC.
3. Dao động ký số, máy phát tín hiệu và tai nghe.
Các tiện ích phần mềm máy tính \'à card âm thanh cho phép tạo các thiết bị ảo như máy phát chức năng, dao động ký và máy phân tích phổ.
14.2.2. T h iết k ê bộ lọc sô "Notch" đa dải
Các bộ lọc số có thể được thực hiện nhờ rất nhiều hàm M ATLAB.
Thí nghiệm này sử dụng hàm r e m e z để thiết kế bộ lọc "Notch" 5 dải với các tần số trung tâm là 808H z và 1800Hz. Trong thiết k ế này, tần số được chuẩn hoá là 2f/F; trong đó F = 8000H z là tần số lấy mẫu. Bộ lọc này có hai dải chặn chia đáp ứng tần số của toàn bộ lọc thành 5 dải: Dải thông đầu tiên có các tần số chuẩn hoá giữa 0 và 0,17 ( 0 và 680Hz) với biên độ tưcfng ứng bằng đơn vị; dải thứ hai là dải chặn đầu tiên với các tần số chuẩn hoá nằm giữa 0,175 và 0,1 8 ( 700H z đến 720H z) với biên độ tương ứng bằng 0; dải chặn thứ hai có các tần số chuẩn hoá giữa 0,395 và 0 ,4 (1580H z đến
1600H z). Các dải chặn và dải thông của bộ lọc "Notch" 5 dải này được tổng quát hoá trong bảng 1 sau:
B ả n g 1 . D ải tần sô của bộ lọc "Notch" 5 dải
Band Tần s ố chuẩn hoá 2f/F Tần số (Hz) Biên độ
1 0 - 0 . 1 7 0 - 6 8 0 1
2 0 .1 7 5 - 0 .1 8 700 - 720 0
3 0.1 8 5 -0 .3 8 5 7 4 0 - 1540 1
4 0 .3 9 5 - 0 .4 1 5 8 0 - 1600 0
0 .4 0 5 - 1 1620-4000 1
Kình 14.7 là đáp ứng tần số và đáp ứng xung của bộ lọc 5 dải cần thiết kế. Chưong trình M A TLA B thiết k ế bộ lọc 5 dải này phát ra bộ lọc với 88 hệ số và được lưu trong một file được gọi là file hệ số m a t n o c ì i 8 9 . c o f với định dạng ASCII. F ile hệ số này dùng định dạng dữ liệu dấu phẩy động và được chỉ ra trong bảng 2 sau đây.
Bảng 2. Các hệ sò của bộ lọc "Notch" 5 dải bậc 88 float h[n]=
[ -0.1329 0.0859 0.0099 0.0082 0.0565 0.0844 0.0553 -0, -0.0146 0.0132 -0.0075 -0.0141
0.0029 -0
0.0007 0.0051 0.0265
0.0165 0.0131 0.0112 -0.0060 0.0059 0.0035 -0.0184 0.0276 0.0859
-0.0060 -0.0090 0.0154 -0.0052 0.9888 -0.0052
0.0154 -0.0090 -0.0060
-0.1329
0.0276 -0.0184 0.0035 0.0059 -0.0060
-0.0112 0.0131
0.0165 -0.0265
0.0322
■0.0052 -0.0070
0.0097 0.0026 -0.0029
0.0296
-0.0002
0.0048 0.0099
-0.0050 0.0042
0.0051 0.0057
-0.0141 0.0132 0.0553
-0.0205 0.0076
0.0026 -0.0011 0.0007 0.0029
-0.0075 -0.0146
0.0844
-0.0011 0.0026
0.0076 -0.0205 0.0565
0.0042 -0.0050 0.0099 0.0048 0.0082
.0002 - 0.0296 -0.0029 .0057 -
0.0026 0.0097 -0.0070 -0.0052 0.0322 0.0099
1
0.8 0.6
0.4
0,2
Đáp ứng biên độ của bộ lọc FIR bâc 88 filter
11....
11 .1. 11 1u 11 11 1
0 600 1000 1500 2Ũ00 2500 '3C D 0
íreqency Hz
3500 4000
Chỉ số n
H ình 14.7. Đ áp ứng biên độ và đáp ứng xung của bộ lọc cần thiết kế.
Các bộ lọc "notch" đa dải được thực thi bằng cách ghép nối tiếp nhiều bộ lọc "notch" với các tần số cắt khác nhau. Trong phương pháp này, một bộ đệm đã được sử dụng để làm trễ các mẫu của m ỗi bộ lọc thành phần.
V ới cách ghép nối tiếp này, thì tín hiệu lối ra của bộ lọ c thứ nhất sẽ là tín
hiệu lối vào cho bộ lọc thứ hai với tần số cắt tiếp theo. Lối ra của bộ lọc cuối cùng sẽ là lối ra của bộ lọc đa dải tổng thể. Hình 14.8 cho thấy đáp ứng xung đơn vị của bộ lọc lý tưởng và của bộ lọc thiết kế; cửa sổ Kaiser và đáp ứng biên độ của hai bộ lọc "notch" FIR được thiết kế bằng cách lấy cửa sổ Kaiser đáp ứng xung của bộ lọc lý tưởng. Trong đó tham s ố p của cửa sổ Kaiser được chọn là 5 .6 533.
Tần s ố chuẩn hoá của bộ lọc đầu tiên là 0 ,2 0 2 (808H z) chứa 89 hệ số. Tín hiệu lối ra của bộ lọc này là tín hiệu lối vào của bộ lọc thứ hai có tần số chuẩn hoá trung tâm là 0 ,428( 1720Hz). Các h ệ số của hai bộ lọc "notch"
này được lưu trong hai file hệ số ì i o t c h l , c o f và ì ì o t c h 2 . c o f .
s 0.5
■o
Ideal im p ulse response
o
80
20 40 60
n
D esỉgned im p u ise response
o
20 40
n
60 80
i2
I $ -50 Q
-10D
Kaiser-w indow
M agnitude response.dB
n
(■
ỉ
0.5
Norm alized írequency 2f/F
H ìn h 14.8. Đ áp ứng xung đơn vị của bộ lọc lý tưởng, bộ lọc thiết kế, cửa sổ Kaiser và đáp ứng tần số của bộ lọc "notch" 5 dải được thiết kế
dùng M ATLAB với cửa sổ Kaiser.
14.2.3. L ọ c tín h iệu â m th a n h nhiễm tạp âm đa tần d ù n g bộ lọc "notch"
đa d ải trên D S K T M S 3 2 0 C 6 7 1 1
Bộ lọc "notch" 5 dải vừa được thiết k ế ở trên với M ATLAB được sử dụng để loại bỏ hai tạp âm hình sin với các tần số 7 5 0 Hz và 1750Hz lẫn trong m ột đoạn nhạc giao hưởng. Đ ể thực hiện mục đích này, bộ lọc "notch"
5 dải vừa được thiết k ế ở trên được kốl nối với DSK T M S 320C 6711. Đoạn nhạc giao hưởng gốc được trộn với hai tín hiệu tạp âm phát ra từ máy phát âm tần thời gian thực. Đoạn giao hưứns nhiễm hai tín hiệu tạp âm này được lưu trong file { C o ì T u p í h a n d e l . \ v a v ) để làm tín hiệu lối vào cho bộ xử lý.
Đ ể khôi phục lại tín hiệu giao hưởng gốc và loại bỏ hai tạp âm hình sin đã nói, chương trình MULTINOTCH.C đã được viết. Chương trình này thực hiện quá trình loại bỏ hai tạp âm và khôi phục lại tín hiệu gốc với file hệ số của bộ lọc f i v e n o t c h 8 9 , c o f như đã cho trong bảng 2 nói trên. Bộ lọc 5 dải tương đưcfng với hai bộ lọc notch ; mỗi cái có 89 hệ số được thiết kế nhờ M ATLAB, tập trung tại các tần số 750H z và 1750Hz, tưcmg ứng. Bộ đệm dly[n] được sử dụng để làm trễ các mẫu của bộ lọc "notch".
Các tín hiệu nhiễm tạp âm lối vào và tín hiệu ở lối ra của bộ lọc 5 dải dùng T M S320C 6711 có thể được hiển thị trên dao động ký số hoặc trên cửa sổ CCS của T M S 320C 6711. Độ lớn của các tín hiệu vào và ra có thể được điều chỉnh nhờ file GEL(General Extension Language). Bằng cách thay đổi các vị trí của con trỏ (slider) trong chương trình, ta có thể quan sát được tín hiệu nhiễm tạp nhiễu lối vào, tín hiệu khôi phục lại ở lối ra cùng với các phổ của chúng như trên hình 14.9 và 14.10.
vv bo4dWave
' ^ : QịO _ ; ^ ‘ữO : 0 0 ; 2 5 0 0 C O : 3 0 ’o a ; ữ O ; 3 5 ' ũ 0 : 0 0 , ^ 0 'C K
(00ô0ô0 'oũioỏiio 'ữOiOOiừ '0O1OO12ể '0Ú.M4ỈU 'ooioorỉs ‘O0i00i40
"utirao..i l
''Ổrigirvãli... f Ì‘J 3 ': M J O O O '
1:00.000 ế i ề '(ằ O t<> J:OO,ềOO(ớ:ềCè.ỏè0O)
[wive' PCM slọriid 'è6 b#, JDO l-tt, MJI tt^s/storao ể :S92 T'Úớ^anôódllcaoa'
ịc ỉ'£ |Ì4 i^ l'ỉ;'l7AM
H ình 14.9. Đoạn nhạc giao hưởng nhiễm tạp âm lối vào và phổ của nó thu được trong các thiết bị ảo của phần mềm Goldwave.
^ x j
D ị 1^ y ^ ^ ị ^ ^ ^ Ê5 ị a: Ẽằ. !VIẬlj.TỊjmJ ^ỹw;SHAf sô ^f'>fv Ir*,-< x . Q?: '
ịỉ::— o to XO 9
WCoiitrol ____
mm f" ĩỉ'Ị ị-H B Ì -í^ lv ” "±.
.1— ■ .
OŨIOOIDO' ‘0O:ŨO;Õ5 'ooĩoĩiio' 'oĨ:OQ:Í5 ‘ 'ũQiũÕiá) 'oĨlOĨ;25 'oĨ:Õ:3ũ' 'oq':Oũ;3S _'00; 1
00èô'|00' ' '00'ô0ô5' ' 'ooiooớio' ’ *00'ô0ỡl5' ' 'ooiooũio' ' *Oo'ỡCO‘iK ' ‘ '00;00'30' ' '0 0 ^ '; 3 s ' ’ 'ô■< ị o.
'‘Ì i' 1;Ò0.ÒÒ0... É :...0.08Ũ t o 1 :0 0 .0 0 0 ( 5 9 . ^ ) ... 0 6 1 9 : U n ễ c e n s e d 'u s a g e
r“'0riijíĩi"~'| ĩrrĩ(wb75 Wavã'^'Sgnẽd 16 ĨÍỈTkbps", stereo " ~
^StartỊ Ị :;j3 ^ ^ ” |1 g>R-| ^B..| \JD.ị t> A..| ạg..| :^ũ.ị gàp..| QD-II ■ 'c- t^A-| â]p-| ^ ii:Zũm
H ình 14.10. Đ oạn nhạc giao hưẻíng đã được lọc tạp âm và phổ của nó thu được trong dao động ký ảo của phần mềm G oldwave.
14.3. THIẾT K Ế V À THỰC THI BỘ CÂN BẰ N G K ÊNH BẬC CAO CHO TÍN HIỆU D Ư NG M ATLAB VÀ D SK T M S 3 2 0 C 6 7 1 1 14.3.1. N h ập đề
Thí nghiệm này nhằm thiết k ế và thực thi một bộ cân bằng kênh bậc 7 bằng M A TLA B và sau đó sử dụng để cân bằng kênh thời gian thực trên
D S K T M S 3 2 0 C 6 7 I Ỉ . Bộ cân bằng kênh bậc cao này được tạo thành từ nhiều
bộ bộ lọc số ghép song song và nối tiếp lẫn nhau có các tần sô' cắt và độ rộng dẳi thông có thể điều chỉnh được; do vậy hệ số khuếch đại cũng như độ rộng dải thông của bộ cân bằng tổng thể cũng được điều chỉnh một cách dộc lập nhờ cách điều chỉnh các tham sô' c , a v à p c ủ a m ỗ i t ầ n g t r o n g b ộ c â n b â n g t ổ n g t h ể .
Trong các thiết bị âm thanh âm nhạc, các bộ cân bằng (equalizers) được sử dụng để cải thiện hiệu năng của kênh truyền hoặc để cải thiện chất lượng của âm thanh khi đi đến tai người nghe. Bộ cân bằng tiêu biểu là một bộ lọc thông thấp và ba hoặc nhiều hơn các bộ lọc khác có các tham số có
thể điều chỉnh được để điều chỉnh đáp ứng tần số của bộ cân bằng tổng thể trên một vùng tần số tương đối rộng trong phổ audio. N ói chung, có hai loại cân bằng: Đ ó là cân bằng tham số và cân bằng đồ thị. Trong m ột bộ cân bằng tham số, m ỗi m ột tham sô' cá thể có thể được thay đổi một cách độc lập mà không làm thay đổi các tham số của các khối lọc khác. Trong m ột bộ cân bằng đồ thị, các bộ lọc đỉnh được mắc nối tiếp với nhau. Chúng c ó các tần số trung tâm c ố định nhưng mức biên độ lại có thể điều chỉnh được.
Áp dụng chủ yếu của các bộ cân bằng là để hiệu chỉnh và để cải thiện một số vấn đề hay xảy ra trong khi xử lý hoặc trong các quá trình truyền thông hoặc để sửa sang hay để giảm thiểu tạp nhiễu. Các bộ cân bằng thích nghi về cơ bản là một bộ lọc thích nghi với các hệ s ố có thể điều chỉnh được nhờ thuật toán bình phưcmg tối thiểu LMS để cân bằng sự biến dạng của kênh do sự giao thoa giữa các biểu tượng (ISI) gây ra.
Bộ cân bằng trong thí nghiệm này kết hợp cả cân bằng tham số lẫn cân bằng đồ thị; chúng được thực hiện nhờ các hệ thống truyền qua (all- pass) để cân bằng kênh cho các tín hiệu âm thanh, âm nhạc. Mục đích của các bộ cân bằng này là khuếch đại các thành phần tần số m ong muốn và giảm bớt các thành phần tần số không mong muốn trong dải âm thanh bằng cách biến đổi đáp ứng tần số của toàn bộ bộ càn bằng.
14.3.2. C ấu trú c của bộ cân b ằng bậc cao
Trong thí nghiệm này, bộ cân bằng bậc cao được tạo ra bằng cách ghép nối tiếp một bộ cân bằng bậc nhất với một hoặc nhiều bộ cân bằng bậc hai. Đáp ứng tần số của bộ cân bằng tổng thể có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các tần số trung tâm của m ỗi bộ cán bằng thành phần. Hình 14.11 là sơ đồ khối của bộ cân bằng bậc bẩy. Trong sơ đồ này, A i(z) là hàm truyền của bộ lọc truyền qua bậc nhất; A2(z), A ,(z), A^(z) là các hàm truyền của các bộ lọc truyền qua bậc hai.
Hàm tuyền H |(z) của bộ cân bằng bậc nhất có dạng như sau;
H ,(z )= ^ í ^ = - ^ [ l - A i ( z ) ] + - [ l + A ,( z ) ] (14.11)
X (z ) 2 ' 2
Trong đó C| là m ột tham số có giá trị dương; A |(z) là hàm truyền của của bộ lọc truyền qua bậc nhất dạng:
312