Đang tải... (xem toàn văn)
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP THỰC NGHIỆM GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TRONG TRUYỀN DẪN SỐ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ngô Ngọc Lượng THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP THỰC NGHIỆM GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TRONG TRUYỀN DẪN SỐ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện Tử -Viễn Thông Cán bộ hướng dẫn:Ths Chử Văn An Cán bộ đồng hướng dẫn : Trần Thanh Hải HÀ NỘI -2005 NỘI DUNG KHỐ LUẬN Mục đích chính của khố luận là nghiên cứu và thực nghiệm việc ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) 4 kênh.Trong đó có 3 kênh thoại và một kênh dùng đồng bộ khung .Cụ thể khố luận được trình bày gồm 2 phần chính PHẦN LÝ THUYẾT và PHẦN THỰC NGHIỆM. PHẦN LÝ THUYẾT: +Giúp ta hiểu được ngun lý điều chế PCM, ngun lý ghép kênh và phân kênh theo (TDM).Ngồi ra ta còn hiểu thêm về ghép kênh và phân kênh theo kiểu EDM. + Biết được các loại mã được sử dụng trong đường truyền, ưu nhược điểm các loại mã .Mặt khác giúp ta hiểu thêm về hệ thống PCM 30 kênh và 24 kênh . + Các kỹ thuật ghép kênh và phân kênh 4 đường vào .Các phương pháp để mở rộng ghép kênh . PHẦN THỰC NGHIỆM: +Thiết kế và lắp ráp hệ thống PCM-TDM 4 kênh trong đó có 3 kênh thoại và một kênh đồng bộ. + Đánh giá kết quả thu được. LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu làm thực nghiệm về đề tài “Thiết Kế Và Lắp Ráp Thực Nghiệm Ghép Kênh Phân Chia Theo Thời Gian Trong Truyền Dẫn Số “ .Với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong ngành Điện tử -Viễn Thông trường Đại Học Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia Hà Nội . Đến nay em đã hoàn thành khoá luận này . Em xin cảm ơn thầy Chử Văn An người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình làm khoá luận ,cảm ơn thầy Trần Thanh Hải đã giúp đỡ tận tình em làm thực nghiệm để có những kết quả cho bài luận văn này. Thời gian làm khoá luận không nhiều ,vì vậy bài luận văn này của em không thể tránh được những sai sót em rất mong được sự góp ý của các thầy cô và các bạn. Hà Nội 6-2005 Sinh viên Ngô Ngọc Lượng MỤC LỤC PHẦN MỘT:LÝ THUYẾT Trang Lời nói đầu ………………………………………………………………………… Chương 1:Hệ thống PCM-TDM…………………………………………………… 1 1.1-Nguyên lý ghép kênh……………………………………………………………. 1 1.2-Kỹ thuật FDM ………………………………………………………………… . 2 1.2.1-Kỹ thuật ghép kênh…………………………………………………………. 2 1.2.2-Kỹ thuật phân kênh………………………………………………………… 3 1.3-Kỹ thuật TDM…………………………………………………………………… 4 1.3.1- TDM đồng bộ 5 1.3.2-TDM không đồng bộ…………………………………………………………. 6 1.4-Nguyên lý PCM……………………………………………………………………. 7 1.4.1-Lấy mẫu………………………………………………………………………. 9 1.4.2-Lượng tử……………………………………………………………………… 11 1.4.3-Mã hoá……………………………………………………………………… . 14 1.5-Tổng quan vế điều chế Delta (DM)…………………………………………… … 15 1.5.1-Khái quát chung……………………………………………………………… 15 1.5.2-Điều chế delta tuyến tính…………………………………………………… . 15 Chương 2:Truyền dẫn PCM-TDM…………………………………………………… 17 2.1-Tổng quan về truyền dẫn . 17 2.1.1-Khái quát ……………………………………………………………………… 17 2 1.2-Các phương thức truyền dẫn số……………………………………… . 17 2.2-Mã đường truyền 18 2.2.1-Mã đơn cực……………………………………………………………………20 2.2.2-Mã cực……………………………………………………………………… 21 2.2.3-Biphase……………………………………………………………………… 22 2.2.4-Mã lưỡng cực………………………………………………………………… 23 2.3-Tìm hiểu về sự suy hao tín hiệu trên đường dây………………………………… 26 2.4-Hệ thống PCM 30 kênh…………………………………………………………… 27 2.5-Hệ thống PCM 24 kênh…………………………………………………………… 32 2.6-So sánh hai hệ thống PCM………………………………………………………… 33 2.7-Kỹ thuật mã hoá số khác………………………………………………………… . 34 2.8-Các hệ thống truyền dẫn số mức cao……………………………………………… 35 2.9-Các phương pháp chèn dữ liệu trong TDM………………………………………. 36 Chương 3: Kỹ thu ật ghép, phân kênh 4 đường vào……………………………… 41 3.1-Hợp kênh 4 đường vàodữ liệu……………………………………………………. 41 3.2-Bộ phân kênh 1 lối vào 4 lối ra…………………………………………………… 44 PHẦN HAI : THỰC NGHIỆM Chương 4: Thiết kế lắp ráp hệ thống PCM-TDM nhiều kênh…………………… 46 4.1-Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động từng bộ phận……………………………… . 46 4.1.1-Sơ đồ khối…………………………………………………………………… 46 4.1.2-Nguyên lý hoạt động………………………………………………………… 46 4.2-Phân tích sơ đồ khối………………………………………………………………. 49 4.2.1-Bên phát……………………………………………………………………… 49 4.2.2-Bên thu……………………………………………………………………… 62 4.3-Hướng phát triển của đề tài……………………………………………………… 77 4.4-Kết quả thực nghiệm……………………………………………………………… 78 Lời nói đầu Trong những năm gần đây sản phẩm của ngành khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ Điện tử-Viễn thông nói riêng ngày càng trở nên cấp thiết đối với nhân loại .Có thể nói nhu cầu về thông tin liên lạc đã xuất hiện từ rất lâu đời với cuộc sống linh hoạt của mỗi con người với những hình thớc cổ điển khác như tin tức đượ c truyền đi nhờ chim bồ câu …….,những hình thức thông tin đó chỉ phù hợp với khoảng cách và tốc đọ truyền dữ liệu lúc bấy giờ .Ngày nay do nhu cầu truyền tải tin tức của con người đòi hỏi với một khoảng cách lớn cự ly dài ,xa hơn với vận tốc tương đương với vận tốc ánh sang mà vẫn đẩm bảo độ tin cậy cao. Chính vì vậy con người đ ã sử dụng kỹ thuật số để thực hiện số háo tín hiệu trong truyền thông là một điều cấp thiết .Với việc số hoá tín hiệu như vậy tín hiệu cần truyền sẽ ổn định và chính xác nhanh nhậy hơn trong quà trình truyền thông tin .Có rất nhiều các phương pháp có thể thực hiện được việc đó, như điều chế xung mã PCM, điều chế độ rộ ng xung delta…….Nhưng có lẽ phương pháp đơn giản hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất phải kể đến phương pháp điều chế xung mã PCM.Với phương pháp này ta có thể tất kiệm được rất nhiều chi phí khi ta thực hiện việc ghép kênh ,phân kênh.Việc ghép kênh có nhiều cách nhưng có lẽ hiệu quả hơn cả là ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) . Thời gian làm có hạn nên chỉ thực hiện việc ghép 4 kênh trong đó 3 kênh thoại và một kênh dùng để đồng bộ khung .Ghép theo kiểu phân chia theo thời gian (TDM). Khoá luận tốt nghiệp *.* Ngô Ngọc Lượng CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG PCM – TDM <1.1> NGHUYÊN LÝ GHÉP KÊNH Tín hiệu có thể là tương tự hoặc tín hiệu số .Tín hiệu số cấu trúc bởi một số hữu hạn các kí hiệu .Nó là dạng tín hiệu rời rạc theo thời gian .Còn tín hiệu tương tự được đặc trưng bởi các dữ liệu có giá trị thay đổi liên tục trong ph ạm vi cho trước .Hay có thể nó là tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian. Ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự là .Tín hiệu số được truyền đi bằng cách dùng một tập hợp giới nội các dạng sóng điện .Ngược lại tín hiệu tương tự thì dạng sóng của nó là quan trọng nếu như nó bị méo hoặc bị nhiễu về dạng song chắ c chắn gây sai sót cho bộ thu .Nếu tín hiệu số là một dãy xung nhị phân thì khi truyền sẽ bị méo một chút nhưng vẫn phân biệt được mức nào có xung mức nào không có xung thì ở bộ thu vẫn nhận được thông tin chính xác , đây là ưu điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự Quá trình vận chuyển một số các tín hiệu đồng thời qua một phương tiện truyền dẫn gọi là ghép kênh , là một ứng dụng phổ biến trong điện tử thực hành .Các tín hiệu có thể được ghép trong cự ly gần hay xa .Với bất kỳ ứng dụng nào ghép kênh đều được dùng để giảm giá thành khi truyền hay phân bố một số tín hiệu .Một hệ thống ghép kênh bao gồm các phần tử sau đây : ‘n’ tín hiệu nhập ( mỗi tín hiệu từ một kênh nhập hay nhánh con ) được hội nhập vào trong một tín hiệu đơn đã được ghép (kênh) .Tín hi ệu phức hợp này có thể được truyền hay sử lý theo yêu cầu .Nếu được truyền ‘n’ tín hiệu riêng biệt này sẽ được tách ở đầu xa và được nạp vào các kênh ngõ ra thích hợp tổ chức hoạt động này được mô tả như hình1. 1 bộ ghép kênh bộ phân giải kênh n 1 2 3 n 1 2 3 đường cao tốc tín hiệu được ghép kênh Đại Học Công Nghệ-Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lớp K46ĐC Khoá luận tốt nghiệp *.* Ngô Ngọc Lượng hình1:M ột hệ thống ghép kênh Để đơn giản hình1 chỉ trình bày theo một hướng .Tuy nhiên hệ thống ghép kênh được dùng trong viễn thông ,thông thường là hai hướng (cũng được gọi là song công) . Điều này đạt được bằng cách kết hợp song công hai hệ thống đơn hướng ngược nhau. Có nhiều kỹ thuật ghép kênh ,nhưng có hai kiểu ghép kênh thong dụng đó là +Ghép kênh theo tần số (FDM) +Ghép kênh theo th ời gian (TDM) Trong kỹ thuật (frequency division multiplexinh FDM) mỗi kênh được phân phối một băng tần xác định ,thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch vụ thoại .Sự phân tách mỗi kênh từ tín hiệu hỗn hợp được ghép kênh được thực hiện nhờ các bộ lọc thông. Trong kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (time division multiplexinh TDM) thì các tín hiệu được truyền trên đường truyền trong những khoảng thời gian khác nhau. <1.2> KỸ THUẬT FDM 1.2.1-Kỹ thuật ghép kênh: Các nguồn tín hi ệu lần lượt đi vào các bộ điêu chế riêng biệt ,các bộ điều chế này có các tần số sóng mang khác nhau (F1,F2,F3,….Fn).Các tần số sóng mang được cách nhau bằng một độ rộng băng thích hợp để chống việc tần số mang tràn lên nhau và giao thoa với nhau,. Đầu ra của mỗi bộ điều chế ta nhận được hai băng tần ( băng tần trên là Fi+f và băng tần dưới là Fi-f ,với Fi là tần số sóng mang củ a kênh thứ i,f băng tần tín hiệu của kênh đó ).Sau khi qua bộ lọc lấy băng ta được một băng trên và một băng dưới và đưa vào bộ trộn tuyến tính hoặc bộ cộng .Tín hiệu ra của bộ trộn đưa vào hệ thống truyền dẫn (có thể truyền dưới dạng sóng hay một cáp truyền chung ).Quá trình ghép kênh được mô tả ở hình2 dưới đây. Đại Học Công Nghệ-Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lớp K46ĐC 2 Khoá luận tốt nghiệp *.* Ngô Ngọc Lượng 3 Hình 1:mộ ệ thống ghép kênh t h đièu chế điều chế điều chế điêu chế tín hiệu 1 tín hiệu 2 tín hiệu 3 lọc băng lọc băng lọc băng lọc băng bộ cộng bộ phát F1 F2 F3 Fn tín hiệu n 1.2.2-Quá trình phân kênh: Hình2: Sơ đồ ghép tín hiệu theo tần số Quá trình phân kênh xẩy ra ngược lại với quá trình ghép kênh .Nếu truyền bằng sóng thì bộ giải điều chế ở nơi thu sẽ tách sóng mang của đường truyền sau đó đưa đến bộ lọc băng.Tín hiệu truyền từ cáp sẽ đưa thẳng đến bộ lọc băng .Các bộ lọ c băng sẽ lấy các băng thích hợp của kênh mình ,sau đó cho qua bộ giải điều chế tách lấy thành phần tín hiệu và loại bỏ sóng mang riêng của mỗi kênh .Như vây tín hiệu ra của bộ giai điều chế sẽ tương đương với tín hiệu vào. lọc băng lọc băng lọc băng lọc băng giải điều chế giải điếu chế giải điều chế giải điều chế Hình3: Sơ đồ phân kênh theo tần số Đại Học Công Nghệ-Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lớp K46ĐC Khoá luận tốt nghiệp *.* Ngô Ngọc Lượng <1.3> Kỹ thuật TDM Đây là quá trình sử lý số được sửc dụng khi tốc độ dữ liệu của môi trường lớn hơn tốc độ dữ liệu của thiết bị gửi và nhận .Nhiều cuộc truyền có thể truyền qua một đường liên kết nhờ việc chia nhóm cuộc truyền .Trong phương pháp ghép kênh theo th ời gian (TDM) tín hiệu thoại được ghép theo các tần số khác nhau.Qua các bộ điều chế chuyển lên một băng tần cao hơn dành sẵn cho kênh đó. 4 ≈ ≈ ≈ hệ thống truyền dẫn ≈ ≈ ≈ ≈ xung đồng bộ Hình4: Sơ đò ghép kênh theo thời i tách xung đồng bộ 4 ≈ bộ phân phối bộ chuyển mạch 3 2 1 Trong phương pháp ghép kênh theo thời gian (TDM) thì các tín hiệu trong mỗi kênh có thể chiếm toàn bộ độ rộng băng tần của tín hiệu nhưng tín hiệu được truyền trong một khoảng thời gian ngắn .Khoảng thời gian đó được quy đinh bởi thời gian lấy mẫu. Nguyên tắc hoạt động : Trong sơ đồ ghép kênh theo thời gian như hình 4 có tất cả 4 kênh thoại và chiều truyền dẫn nằm trên một hướng .Bên phát có bộ chuyển mạch và bên thu có bộ phân phối .Hai bộ này quay với tốc độ như nhau .Vị trí của chổi phải đặt cùng một tiếp điểm .Gốc thời gian được tính khi chổi đặt lên tiếp điểm thứ 5 và truyền qua hệ thống gọi là xung đồng bộ . Đầ u tiên ta truyền xung đồng bộ tiếp tiếp đến là xung kênh một (tức là chổi tiếp xúc với tiếp điểm thứ nhất ) và cuối cùng chổi tiếp xúc với tiếp điểm thứ 4 .Tín hiệu sau được tách ra qua các bộ lọc thông thấp của kênh mình và đến kênh thoại tương ứng . Đại Học Công Nghệ-Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lớp K46ĐC [...]... đồ hiển thị cách truyền các kênh *Hợp kênh chia thời gian (TDM) có hai loại +TDM đồng bộ +TDM không đồng bộ 1.3.1-TDM đồng bộ Đồng bộ mang ý nghĩa là hợp kênh phân phối cùng một khe thời gian tới một thiết bị trong tất cả các lần (có nghĩa là mỗi khe thời gian gắn cố định cho một kênh lối vào) Nếu trong khoảng thời gian nào đó kênh lối vào này không có dữ liệu để truyền thì khe thời gian phải bỏ trống... các khe thời gian được nhóm lại thành các khung mỗi khung gồm một chu trình đầy đủ các khe thời gian. Trong khung có một hoặc nhiều khe cho một thiết bị gửi và có bổ xung thêm một số bít đồng bộ Vidụ:Nếu có n kênh truyền (đường vào) thì mỗi khung có ít nhất n khe thời gian, mỗi khe được chèn dữ liệu cho một đường vào +Nếu các thiết bị vào có cùng tốc độ truyền thì mỗi thiết bị sẽ có một khe thời gian trên... khe thời gian của mỗi thiết bị chiếm một vị trí nhất đinh trong khung +Nếu các thiết bị vào mà có tốc độ truyền dữ liệu khác nhau thì trong kỹ thuật TDM đồng bộ phải bổ xung thêm một số bít vào sao cho tốc độ bít của thiết bị này nhanh hơn tốc độ bít của thiết bị kia đúng bằng một số nguyên lần (n) Các bit thêm vào đó người ta gọi là bít nhồi Trong trường hợp như vậy trong một khung số khe thời gian. .. cơ hội một số bít dữ liệu vào đường dẫn chuyển mạch chạy từ thiết bị (kênh) này đến thiết bị kênh khác theo một trật tự xác định ,quá trình nay gọi là trèn dữ liệu mỗi lần trên có thể là một bít ,một byte hoặc một số bít bất kỳ nhưng kích thước đó là không đổi trong những lần tiếp theo Đến nơi nhận phân chia mỗi khung bằng cách loại bỏ các bít khung và sắp xếp thành các kênh đi đến một thiết bị nhận... không được phân công cố định mà có thể dành cho bất kỳ thiết bị (kênh) nào mà có thể gửi dữ liệu Như vậy không dùng đến 100% thời gian mà giảm tới mức tối đa – không gây lãng phí Khi vắng mối quan hệ vị trí của một khe thời gian trên khung ,mỗi khe phải mang một địa chỉ để phân kênh biết hướng dữ liệu đến một địa chỉ nhận Địa chỉ này được thêm vào bởi hợp kênh và được phân kênh bỏ đi sau khi đọc và gửi... giảm không ngừng theo kênh Như vậy khuếch đại tín hiệu thu được để bù trừ sự suy hao sẽ là vô ích vì nhiễu cũng được khuếch đại cùng tỷ lệ và giữ nguyên SNR không đổi 2.1.2-Các phương thức truyền số liệu: Có 2 phương thức truyền số liệu đó là truyền song song và truyền nối tiếp +Truyền dữ liệu song song :Thiết bị gửi nhiều bít đồng thời trên nhiều sợi dây +Truyền dữ liệu nối tiếp : Thiết bị gửi các... nhập tại ngay thời điểm có xung định thời Tập hợp các mức điện áp của các mẫu có hình dạng tương tự với sóng dạng ban đầu.Tất cả điều trên được minh hoạ như hình7 và hinh8 dưới đây xung định thời sóng tín hiệu nhập LP filter (f h) bộ lấy mẫ bộ ghép kênh TDM bộ phân giải kênh TDM từ nhiều kênh khác sóng tín hiệu phục hồi LP filter (fh) đến các kênh khác Hình 7 : một hệ thống ghép kênh phân thời 9 Đại Học... không Đương nhiên trong quá trình truyền dẫn tín hiệu này cũng bị suy hao ,biến dạng và cộng thêm tạp âm Vì vậy ở một vị trí nào đó trên đường truyền tín hiệu phải được phục chế Tại đó ta đưa vào một thiết bị ,thiết bị này kiểm tra dãy xung bị biến dạng và xác định giá trị nhị phân của các xung là 1 hay 0 ,sau đó nó tạo ra và phát trên đường truyền các xung mới phù hợp với kết quả kiểm tra thiết bị này... chúng có thể phân bố vào các khe thời gian 8 bít chính xác ,cho phép nội dung của mỗi kênh được nhận dạng Sự phân phối này đạt được bằng cách đầu cuối trèn vào một mẫu có thể phân biệt được vào trong TS0 để đầu thu ở xa có thể tìm thấy trong chuỗi bit nhận Một khi mẫu được phát hiện bít 0 của TS0 có thể được định vị và suy ra tất cả 255 bít theo sau của khung được nhận dạng ,sau đó đầu cuối thu trong trạng... đường liên kết như vậy thực tế chỉ một phần khe thời gian được sử dụng bởi lẽ các khe thời gian được sử dụng trước hoặc cố định trong khung nên khi thiết bị (kênh ) không có nhu cầu truyền dữ liệu thì khe bị trống (không sử dụng ) gây lãng phí Do TDM không đồng bộ ra đời và nó khắc phục được những thiếu sót của TDM đồng bộ TDM không đồng bộ có tính mềm dẻo ,linh hoạt ,không cố định Các khe thời gian không
