Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ thuật truyền dẫn số
Chương 2: Kỹ thuật truyền dẫn sốTRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐGiới thiệuTín hiệu tương tự và truyền dẫn sốTruyền dẫn số về cơ bản có nghóa là gởi một chuỗi các kí tự bao gồm các số 0 và 1 từ một điểm này tới một điểm khác. Do bởi tiếng nói là tín hiệu tương tự, liên tục theo thời gian do đó ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Quá trình này được gọi là điều chế mã xung (Pulse Code Modulation _PCM).PCM bao gồm 3 bước chính:• Lấy mẫu (Sampling).• Lượng tử hoá (Quantization).• Mã hoá (Coding).Ta xem xét khái quát về 3 bước này. Lấy mẫuLấy mẫu tín hiệu tương tự có nghóa là ta đo tín hiệu tại những thời điểm nào đó. Mỗi giá trò đo được gọi là một mẫu và các lần đo được lặp lại sau những quãng thời gian xác đònh, gọi là chu kì lấy mẫu Ts [s]. Chất lượng của việc số hoá tín hiệu tương tự (tức là khả năng phục hồi lại tín hiệu đã số hoá có giống như tín hiệu tương tự ban đầu hay không) phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng là chu kỳ lấy mẫu fs = 1/Ts [Hz].Hình 1.6 Lấy mẫu tín hiệu tương tự--1 Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding Tín hiệu tương tự Lấy mẫu Tín hiệu sau khi lấy mẫuTs2Ts 4Ts 6Ts 8Ts 15 16 17Khi lấy mẫu thì tần số lấy mẫu phải thoả mãn đònh lý lấy mẫu là fs >= 2.fmTrong đó fs là tần số lấy mẫu, fm là tần số lớn nhất của tín hiệu.Tiếng nói thông thường có các thành phần tần số nhỏ hơn 3000 Hz. Các thành phần tần số cao hơn có năng lượng khá nhỏ và có thể bỏ qua mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của tiếng nói. Do đó tần số lấy mẫu fs >=2*3KHz=6KHz. Các hệ thống viễn thông sử dụng tần số lấy mẫu là 8KHz. Lượng tử hoáĐể giới hạn các giá trò được truyền đi, biên độ tín hiệu được chia thành một tập hữu hạn các mức. Mỗi mẫu thuộc một khoảng nào đó được biểu diễn bởi một trong các mức này. Trong hình vẽ biểu diễn nguyên lý lượng tử hoá tín hiệu tương tự, mẫu thực sự và giá trò được lượng tử hoá. Hình vẽ cũng biểu diễn nguyên lý lượng tử hoá đồng đều (uniform) được sử dụng trong hệ thống GSM. Khoảng cách giữa các mức là không đổi. Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng sử dụng quá trình lượng tử hoá luật A, trong đó khoảng cách giữa các mức thay đổi. Điều này tối ưu được sự chính xác tại các mức biên độ khác nhau.Mức độ chính xác phụ thuộc vào số các mức được sử dụng. Trong các hệ thống điện thoại thông thường sử dụng 256 mức trong khi hệ thống GSM tín hiệu được lượng tử hoá bởi 8192 mức.Rõ ràng, với một số hữu hạn các mức, ta không thể biểu diễn chính xác tín hiệu tương tự, liên tục. Trong hầu hết các trường hợp sẽ có một sự sai khác giữa giá trò lấy mẫu và giá trò lượng tử hoá. Chúng ta có thể giảm sai số lượng tử hoá khi tăng số các mức rời rạc nhưng cũng không thể loại bỏ toàn bộ. Mã hoáMỗi giá trò lượng tử hoá được biểu diễn bởi một mã nhò phân. Để biểu diễn cho 256 mức, ta sử dụng 8 bit (28=256). Trong hệ thống GSM, để biểu diễn 8192 mức thì ta sử dụng 13 bit (213=8192).--2 Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding2Ts 4Ts 6Ts 8Ts •••••••Giá trò lấy mẫu Giá trò lượng tử hoáD=Sai số lượng tư û hoáTimeq0q1q2q3q4q5q6q7Ta 15 16 17Hình 1.7 Lượng tử hoá đồng đềuQuá trình điều chế mã xung PCM bao gồm lấy mẫu tại 8KHz và thực hiện lượng tử hoá cũng như mã hoá sử dụng 8 bit, tạo ra tốc độ bit (bit rate) là 8000*8=64 Kbit/s.Một đường liên kết số được sử dụng để truyền các bit này gọi là đường liên kết PCM. Để sử dụng đường liên kết hiệu quả hơn, nhiều kênh truyền sẽ được ghép lên trên cùng một đường liên kết. Kó thuật được sử dụng là Đa truy nhập theo thời gian TDMA và có nghóa rằng nhiều kênh truyền sẽ cùng chia xẻ một đường liên kết. Mỗi kênh sử dụng đường liên kết trong một khoảng thời gian nào đó được gọi là khe thời gian. Hình 1.8 trình bày việc ghép 32 kênh lên cùng một đường liên kết PCM. Tốc độ bit trên đường liên kết sẽ là 32*8*8000=2048 Kbit/s.Hình 1.8 Ghép 32 kênh lên một đường PCM.32 kênh này hình thành nên một frame như trong hình 1.9. Kênh 0 được sử dụng cho việc đồng bộ, kênh 16 sử dụng cho việc báo hiệu. 30 kênh còn lại sử dụng cho việc lưu thông (thoại hoặc dữ liệu).--3Ch 0Ch 1Ch 312048 kbit/s32 channels64 kbit/s64 kbit/s64 kbit/s Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding Samp Quant. Coding 0 15 16 17 31SynchronizationSignalingSpeech channel1-15Speech channel16-31Hình 1.9 Một khung với 32 khe thời gianII. Sơ lược kỹ thuật khép kênhNguyên lý của ghép kênh PDH (Plesiochochronous Digital Hierarchy):Hoạt động của bộ ghép kênh:Bốn tín hiệu ngõ vào với cùng một tốc độ ở bên phát sẽ được ghép kênh để tạo thành một đường truyền tín hiệu tốc độ cao(4 1). Sau đó tín hiệu sẽ được chuyển mạch đến bên thu thông qua đường truyền dẫn.Hoạt động của bộ phân kênh :ƠÛ bên thu, tín hiệu trên đường truyền tốc độ cao sẽ được phát lại lần nữa ở đầu ra.Các tiêu chuẩn của PDH:Các cấp truyền dẫn số cận đồng bộ đang tồn tại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau : Châu Âu,Bắc Mỹ, Nhật và CCITT. Theo tiêu chuẩn --4 Châu Âu , muốn có một luồng số cao hơn phải ghép 4 luồng thấp hơn với nhau (Hình 1.1).Hình 1.1 : Phân cấp số cận đồng bộ của Châu ÂuBốn cấp truyền dẫn đầu tiên của Châu Âu được CCITT công nhận làm tiêu chuẩn quốc tế.• Tiêu chuẩn của Nhật như hình 1.2 Hình 1.2 : Phân cấp số cận đồng bộ của Nhật• Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ như hình 1.3Hình : Phân cấp số cận đồng bộ của Bắc MỹƯu và nhược điểm của hệ thống ghép kênh PDH: Ưu điểm: - Dung lượng kênh cao, chất lượng tốt.- Nguyên tắc ghép kênh theo cấp bậc cho phép ghép các luồng số chặt chẽ.- Cấu trúc hệ thống đơn giản , công nghệ chế tạo hoàn chỉnh , giá thành sản phẩm thấp. Nhược điểm: - Không đồng bộ tuỳ thuộc vào tốc độ truyền dẫn ,dung lượng kênh , khung thời gian giữa các cấp ghép kênh theo các hệ thống Châu Âu, Bắc Mỹ, và Nhật Bản.- Việc ghép và phân kênh diễn ra theo từng cấp.- Đặc biệt với những trạm chuyển tiếp theo mô hình rớt (drop) hoặc xen (Add) kênh thì phải sử dụng hai hệ thống thiết bò cho hai hướng không kinh tế như mô hình sau:--5 - Nếu có từ ba hướng trở lên thì việc thiết kế vô cùng phức tạp.- Không linh hoạt trong việc truy xuất cũng như ghép các loại luồng số trong quá trình liên lạc.- PDH được thiết kế chủ yếu cho các dòch vụ thoại , do đó khó đáp ứng được với các loại dòch vụ mới.- Không đồng nhất giữa các hệ thống về tốc độ truyền dẫn , do đó khó khăn trong việc liên lạc giữa các quốc gia dùng các hệ thống thuộc các cấp độ khác nhau.- Do việc ghép kênh và phân kênh diễn ra theo từng cấp số nên số lượng bộ kết nối (connector), dây feeder để nối kết rất lớn dẫn đến suy hao tín hiệu gay phức tạp và làm tăng giá thành.- Khó quản lý phần mềm tập trung vì không có các bit trong cấu trúc khung để dành cho việc quản lý.Vào những năm 1980, các hãng sản xuất thiết bò viễn thông đã nghiên cứu các tiêu chuẩn mới để khắc ph5c các nhược điểm trên , và họ đã xây doing nên mô hình hệ thống ghép kênh đồng bộ số SDH có tốc độ căn bản là 155 Mbps.--6 TÀI LIỆU THAM KHẢO THÊM --------------------TRUYỀN DẪN SỐ MỤC TIÊU :Trang bò cho học viên các kiến thức về điều chế xung mã theo tiêu chuẩn Châu u (CEPT) được áp dụng vào đường truyền dẫn số, các loại mã đường dây, tạp âm lượng tử và các phép nén luật µ và luật A.NỘI DUNG :1. Kỹ thuật điều xung mã theo tiêu chuẩn CEPT 1.1Lọc thấp và lấy mẫu.1.2Lượng tử hoá và nén.2. Truyền dẫn số Điều xung mã.2.1mã đường truyền.2.2Bộ lặp tái tạo xung.3. Bài tậpTHỜI LƯNG : 4 tiết.--7 Kỹ thuật Điều xung mã theo tiêu chuẩn CEPT ( Châu u)Kỹ thuật Điều xung mã dùng để chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự sang tín hiệu thoại dạng số. Hiện nay trên thế giới có 3 tín hiệu chuẩn Điều xung mã: Tiêu chuẩn Bắc Mỹ NA ( North America), tiêu chuẩn Châu Âu (CEPT) và tiêu chuẩn Nhật Bản (Japan).Vì Việt Nam đã được chuẩn hóa theo tiên chuẩn CEPT (Conférence Europcenne des Postes et Telecommunications) nên ta chỉ đi sâu nghiên cứu về tiêu chuẩn này.Kỹ thuật điều xung mã thường có 4 bước:+ Lọc thấp và lấy mẫu+ Lượng tử hoá và nén.+ Mã hoá.+ Ghép kênh phân chia thời gian.Lọc thấp và lấy mẫu: Tín hiệu thoại khi đi vào thiết bò Điều xung mã phải được lọc thấp để chỉ cho băng thông của tiếng nói đi qua và chậm lại các tín hiệu con nhiễu cao hơn băng thông này. Sau đó tín hiệu thoại được rời rạc hoá để tạo thành các mẫu tiếng nói dưới dạng điều xung biên ( PAM: pulse amplitude modulation).tín hiệu thoại tươngtự tín hiệu PAM flm • Bộ lọc băng thấp chỉ cho qua băng thông từ 0Hz đến 4000Hz theo tiêu chuẩn của CCITT.• Theo đònh lý lấy mẫu của Shannon thì tần số lấy mẫu flm ≥ 2 * fmax của tín hiệu cần lấy mẫu.Trong điện thoại flm ≥ 2 * 4000 Hz = 8000Hz--8LPF • Chu kỳ lấy mẫu Tlm = 1/flm = 1/8000 sec = 125 µsecLượng tử hoá và nénCác mẫu tiếng nói dưới dạng PAM phải được so sánh và xếp bậc dựa vào 1 thang đo có nhiều bậc lượng tử. Vào tín hiệu ra PAM(tương tự) Lọc thông thấpTrong quá trình lượng tử, sẽ sinh ra tạp âm lượng tử, và tạp âm này sẽ tuỳ thuộc vào số mức lượng tử của thang đo. Trong một bộ tạo mã tuyến tính, tạp âm sẽ có cùng biên độ mặt dầu tín hiệu yếu hay mạnh. Tỷ số tín hiệu / tạp âm S/N tuỳ thuộc vào biên độ của tín hiệu. Điều này sẽ gây khó chòu khi nghe những người nói điện thoại nhỏ.Để đạt được một tỷ số S/N chấp nhận được trên mọi mức biên độ. Số bậc lượng tử phải được tăng lên đối với các tín hiệu PAM có biên độ nhỏ. Ta phải điều chỉnh mối tương quan giữa biên độ của tín hiệu và tạp âm do phép lượng tử gây ra. Làm thế nào để tỷ số S/N không đổi với bất kỳ biên độ nào của mẫu tiếng nói PAM. Mục đích là đối với một tín hiệu PAM yếu thì tạp âm lưọng tử cũng phải yếu, đối với tín hiệu mạnh thì tạp âm lớn.--9 3400 Hz Bộ lấy mẩồng hồ 8Kz Điều này có thể thực hiện theo hai cách khác nhau:+ Bằng một phép nén động trên tín hiệu tương tự ( dùng bộ khuếch đại có độ tăng ích thay đổi theo biên độ) trước khi lượng tử và một phép dãn sau khi đã thu.+ Bằng cách dùng các mức đo lượng tử có trò số thay đổi theo biên độ của tín hiệu. Phương pháp thứ hai được dùng trong phép nén theo luật A và luật µ.Luật A (Châu Âu) : Các trò số tối đa của biên độ là + Vmax và –Vmax. Luật đối xứng qua điểm gốc O.Ta có thể dùng thang đo không tuyến tính logarit gần đúng gồm:Miền dương chia ra làm 8 đoạn đánh số từ 0 ~ 7Miền âm chia ra làm 8 đoạn đánh số từ 0 ~ 7Mỗi đoạn chia ra làm 16 mức đo đánh số từ 0 ~ 15Miền dương có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ 127Miền âm có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ -127Ta co dùng công thức toán học logaritù : s(x) = A |x| / (1+lnA) trong đó A = 87,6 ; s(x) là tín hiệu số ra và x(t) là tín hiệu vào .Luật µ của Bắc Mỹ :Tương tự ta có s(x) = ln(1+µ|x|)/ln(1+µ) trong đó µ= 255 . Mục đích của mã hóa luật A và luật µ là để cải thiện tỷ số tín hiệu /tạp âm cho các tín hiệu tiếng yếu .Mã hoá:Mỗi PAM được xác đònh bởi ba yếu tố :+ Thuộc miền nào của biên độ ( âm hoặc dương).+ Thuộc đoạn nào của thang đo ( đoạn 0 đến đoạn 7).+ Thuộc mức lượng tử nào của đoạn đo ( mức 0 đến mức 15).--10 [...]... Việc sử dụng truyền dẫn số PCM trong điện thoại cho phép ta truyền đưa tín hiệu nhiều kênh thoại dưới dạng số và đồng thời truyền đưa tín hiệu báo hiệu liên đài dưới dạng số trên cùng đường truyền PCM. Có hai cách báo hiệu được dùng: − Báo hiệu theo từng kênh. − Báo hiệu trên kênh chung. 2.2 Báo hiệu kênh – từng – kênh. Trong phương thức này khe thời gian đặc biệt TS16 được dành riêng để truyền tín... và TS 0 ). Truyền dẫn số Điều xung mã: Mã đường truyền Tín hiệu dưới dạng nhị phân NRZ đặt ra một số vấn đề về truyền dẫn chủ yếu là do việc tái tạo lại xung . Các bộ tiếp vận tái tạo xung cần phải được cấp nguồn từ xa, cần phải dùng bộ chuyển đổi có cuộn dây để chận thành phần một chiều của tín hiệu nhị phân.Phổ của tín hiệu nhị phân cho thấy một lượng công suất quan trọng ở các tần số thấp ,chúng... nhau đánh số từ TS 0 đến TS 31 . Mỗi khe thời gian còn gọi là một kênh để truyền đưa thông tin dưới dạng 8 bit nhị phân. Như vậy ta có thể ghép được 32 kênh phân chia theo thời gian ( ghép kênh TDM: Time Divition Multiplexing). Đây là một phép ghép kênh số căn bản PCM – 32 theo tiêu chuẩn CEPT. Một hệ thống truyền dẫn số PCM – 32 căn bản có 2 bộ MUX / DEMUX với 30 kênh thoại tín hiệu số vào ra... đường truyền PCM. TS 16 là để báo hiệu cho hai kênh thoại 15 TS 16 của khung F 1 đến khung F 15 dùng để truyền đưa tín hiệu báo hiệu cho 30 kênh thoại trong hệ thống PCM – 32. Việc đồng bộ giữa thiết bị thu và phát của đường truyền PCM là căn cứ vào các khe thời gian TS 0 của các khung F số chẵn. Nếu mất đồng bộ khung 3 lần liên tiếp thì sẽ có cảnh báo mất đồng bộ để lưu ý cán bộ kỹ thuật. II.... mẫu của Shannon thì tần số lấy mẫu f lm ≥ 2 * f max của tín hiệu cần lấy mẫu. Trong điện thoại f lm ≥ 2 * 4000 Hz = 8000Hz 8 LPF 15 16 17 Khi lấy mẫu thì tần số lấy mẫu phải thoả mãn định lý lấy mẫu là f s >= 2.f m Trong đó f s là tần số lấy mẫu, f m là tần số lớn nhất của tín hiệu. Tiếng nói thông thường có các thành phần tần số nhỏ hơn 3000 Hz. Các thành phần tần số cao hơn có năng lượng... ứng được với các loại dịch vụ mới. - Không đồng nhất giữa các hệ thống về tốc độ truyền dẫn , do đó khó khăn trong việc liên lạc giữa các quốc gia dùng các hệ thống thuộc các cấp độ khác nhau. - Do việc ghép kênh và phân kênh diễn ra theo từng cấp số nên số lượng bộ kết nối (connector), dây feeder để nối kết rất lớn dẫn đến suy hao tín hiệu gay phức tạp và làm tăng giá thành. - Khó quản lý phần... chuẩn CEPT: Trị số analog tương ứng với “1” = 3 volt. Hãy mã hóa một mẩu tiếng nói 0.410 volt, theo tiêu chuẩn PCM/ CEPT. 14 Kỹ thuật Điều xung mã theo tiêu chuẩn CEPT ( Châu u) Kỹ thuật Điều xung mã dùng để chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự sang tín hiệu thoại dạng số. Hiện nay trên thế giới có 3 tín hiệu chuẩn Điều xung mã: Tiêu chuẩn Bắc Mỹ NA ( North America), tiêu chuẩn Châu Âu (CEPT) và... vào Đọc ra Số bít đọc ra Số bít viết vào Số bít nội 2 4 Bit 4 Nhảy bit Lệch bit - Không có thành phần tần số thấp nổi cộm - Có thể kiểm soát đơn giản về mức sai bít - Việc tái tạo lại tín hiệu nhị phân có thể thực hiện bằng một phép tách sóng (nắn) đơn giản. Mã lưỡng cực lại có nhược điểm về m,ặt tái tạo lại xung khi có một chuổi nhiều bít “0” , khi đó không có năng lượng nào được truyền đi ,... làm 16 mức đo đánh số từ 0 ~ 15 Miền dương có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ 127 Miền âm có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ -127 Ta co dùng công thức toán học logaritù : s(x) = A |x| / (1+lnA) trong đó A = 87,6 ; s(x) là tín hiệu số ra và x(t) là tín hiệu vào . Luật µ của Bắc Mỹ : Tương tự ta có s(x) = ln(1+µ|x|)/ln(1+µ) trong đó µ= 255 . Mục đích của mã hóa luật A và luật µ là để cải thiện tỷ số tín hiệu /tạp... vào số các mức được sử dụng. Trong các hệ thống điện thoại thông thường sử dụng 256 mức trong khi hệ thống GSM tín hiệu được lượng tử hoá bởi 8192 mức. Rõ ràng, với một số hữu hạn các mức, ta không thể biểu diễn chính xác tín hiệu tương tự, liên tục. Trong hầu hết các trường hợp sẽ có một sự sai khác giữa giá trị lấy mẫu và giá trị lượng tử hoá. Chúng ta có thể giảm sai số lượng tử hoá khi tăng số . Chương 2: Kỹ thuật truyền dẫn sốTRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐGiới thiệuTín hiệu tương tự và truyền dẫn s Truyền dẫn số về cơ bản có nghóa là gởi. đồng bộ. (TS16 và TS0) .Truyền dẫn số Điều xung mã:Mã đường truyền Tín hiệu dưới dạng nhò phân NRZ đặt ra một số vấn đề về truyền dẫn chủ yếu là do việc
