Đề tài Hệ thống thông tin số

Vai trò và vị trí môn học: Là môn học cơ sở Cung cấp kiến thức cơ sở về các mạng thông tin số Các thành phần cơ bản của mạng Các kỹ thuật áp dụng tại mỗi thành phần mạng Sự biến đổi của tín hiệu qua các khâu trong mạng thông tin số Đánh giá và xây dựng mạng số Các Môn học tiên quyết Xác suất thông kê Lý thuyết thông tin NỘI DUNG Gồm 7 chương: Chương I : Khái quát hệ thống thông tin số Chương II : Một số kiến thức toán học bổ trợ Chương III : Kỹ thuật mã hoá tín hiệu Chương IV : Ghép kênh số Chương V :Xử lý tín hiệu băng gốc Chương VI : Kỹ thuật điều chế số Chương VII : Đồng bộ hệ thống thông tin số CHƯƠNG I KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Nội dung trình bày: Lịch sử và xu hướng phát triển của viễn thông Các chuẩn của Viễn thông Các dịch vụ Viễn thông Các khái niệm cơ bản trong thông tin số Mô hình hệ thống thông tin Sơ đồ khối hệ thống thông tin số điển hình Mạng thông tin số Các phương thức liên lạc Chuyển mạch số LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG Home Về đầu chương LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG Home Về đầu chương LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG Home Về đầu chương LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG Home Về đầu chương MỘT SỐ CHUẨN QUỐC TẾ VỀ TRUYỀN THÔNG Home Về đầu chương CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG Mạng thông tin số cung cấp các dịch vụ sau: E-mail Telephone TV Home Về đầu chương MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Home Về đầu chương MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Home Về đầu chương MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Nguồn tin và nhận tin fmax fmin t Quá trình ngẫu nhiên liên tục f(t) t Quá trình ngẫu nhiên rời rạc f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f8 f9 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 Dãy ngẫu nhiên liên tục f(t) t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t 6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 f t Dãy ngẫu nhiên rời rạc (tín hiệu số) Home Về đầu chương MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Kªnh Sv(t) Sr(t) Nc(t) Nn(t) Mô hình kênh tin Kªnh tin: Sr(t) = Sv(t).Nn(t) + Nc(t) Xung vuông qua kênh nhiễu Home Về đầu chương SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Home Về đầu chương SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Codec (Coder/Decoder) -Chuyển đổi tín hiệu tương tự liên tục thành chuỗi các từ mã biểu diễn bằng các xung điện áp nhị phân -Chuyển đổỉ từ số sang tương tự (DAC) trong bộ thu Điều xung mã (PCM) Điều xung mã Logarit ( log(PCM)) Điều xung mã vi sai (DPCM) Điều xung mã vi sai tự thích nghi (ADPCM Điều chế Delta (DM) Điều chế delta tự thích nghi (ADM) -Thông thương phương pháp được sử dụng phổ biến là mã hoá PCM. Home Về đầu chương Mã hoá nguồn, mã hoá bảo mật và mã điều khiển lỗi: CODEC có thể có 3 chức năng bổ sung -Mã hoá nguồn (bên phát) làm giảm số bit nhị phân dư thừa -Mã bảo mật nhằm bảo vệ thông tin cá nhân của khách hàng -Mã hoá điểu khiển lỗi bổ sung bit dư thừa vào các luồng bit để sửa sai -Phần giải mã tiến hành ngược lại SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Home Về đầu chương SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Bộ ghép kênh/giải ghép kênh -Tập hợp các tín hiệu băng gốc số và phân chia tín hiệu số từ tín hiệu băng gốc số. -Hiện nay mạng viễn thông tồn tại nhiều hệ thống ghép tách Hệ thống ghép kênh theo thời gian (TDM) (Time Division Multiplex) Hệ thống ghép tách theo tần số (FDM) (Frequency Division Multiplex) Home Về đầu chương Modem Điều biên: Điều biên xung (PAM) ; Điều biên xung M mức (PAM M mức); Khoá đóng mở (OOD) tách kết hợp; Khoá đóng mở tách đường bao; Điều biên cầu phương M trạng thái (QAM M trạng thái) Điều tần: Khoá dịch pha tần số-tách không kết hợp (FSK tách kết hợp); Pha liên tục-khoá dịch tần số-tách kết hợp (CP-FSK-CD); Pha liên tục-khoá dịch tần số-tách không kết hợp (CP-FSK-NCD); Khoá dịch cực tiểu (MSK) Điều pha: Khoá dịch pha nhị phân (BPSK)-tách kết hợp; Khoá dịch pha nhị phân-mã hoá vi sai (DE-BPSK); Khoá dịch pha vi sai (DPSK); khoá dịch pha cầu phương (QPSK); Khoá dịch pha M trạng thái (M-PSK) SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Home Về đầu chương MẠNG THÔNG TIN SỐ Home Về đầu chương MẠNG THÔNG TIN SỐ Home Về đầu chương MẠNG THÔNG TIN SỐ Mạng thông tin số hiện đại và các dịch vụ tích hợp đang được hỗ trợ -Thoại -Truyền số liệu -Truyền ảnh tĩnh -Truyền ảnh động -Thư nhanh -Bảo mật dữ liệu -Đo lường từ xa -Mua sắm từ xa -Hội nghị truyền hình -Học trực tuyến Home Về đầu chương CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN LẠC Đơn công: Thông tin chỉ được truyền theo một hướng mà không được truyền theo hướng ngược lại. Ví dụ: Dịch vụ truyền hình Bán song công: Thông tin được truyền đi theo hai hướng nhưng tại một thời điểm chỉ có một hướng truyền. Ví dụ: Truyền điện thoại trước kia Song công: Thông tin được truyền đi theo cả hai hướng trong cùng một thời điểm Ví dụ: Điện thoại ngày nay Home Về đầu chương CHUYỂN MẠCH SỐ Ví dụ cho chuyển mạch điện thoại Chuyển mạch Bộ chọn được điều khiển bởi số quay Mô phỏng việc chuyển mạchcho 10 máy điện thoại nhằm Minh hoạ vai trò của chuyển mạch trong mạng thông tin.Nếu một kết nối đang bị chiếm và một thuê bao muốn sử dụng, sẽ có Tín hiệu báo bận Đường truyền bận tín hiệu bận Home Về đầu chương CHƯƠNG II MỘT SỐ KIẾN THỨC TOÁN BỔ TRỢ Nội dung trình bày: -Lý thuyết xác suất thống kê sử dụng trong thông tin số -Phép biến đổi Fourier cho xác định phổ của một tín hiệu bất kỳ Home LÝ THUYẾT THỐNG KÊ SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN SỐ Hµm ph©n sè x¸c suÊt tÝch lòy rêi r¹c (CPDF) F(x) = P(X  x) O  F(x)  1 F(-) = 0 F(+)=1 F(x1)  F(x2) nếu x1 0 F(x) = P(X  x) = F(xq) – F(xq-1) = = P(X = xq) Hµm mËt ®é x¸c suÊt duy nhÊt: P(X = xi) = 1/Q, khi i = 1,2 ..., Q Hµm mËt ®é x¸c suÊt nhÞ thøc P(X=r) = (n!)/ r! (n-r) ! p’(1-p)n-r khi r = 0,1,2...n Home Về đầu chương LÝ THUYẾT THỐNG KÊ SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN SỐ ThÝ dô: Cho tÝn hiÖu PSK 8 møc, VÏ hµm mËt ®é x¸c suÊt VÏ hµm ph©n bè x¸c suÊt tÝch luü P(X=x1) = 1/M = 1/8 F(x) = P(X  x) = Home Về đầu chương Home Về đầu chương Home Về đầu chương LÝ THUYẾT THỐNG KÊ SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN SỐ ThÝ dô cña c¸c hµm mËt ®é x¸c suÊt Hµm mËt ®é x¸c suÊt ®Òu F (x)= 1/(x2-x1) khi x1  X  x2 F(x)= 0 ngoµi giíi h¹n trªn Gauss hoÆc hµm mËt ®é x¸c suÊt chuÈn Home Về đầu chương Home Về đầu chương Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Chuçi Fourier – Phæ rêi r¹c cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn: Phæ biªn ®é tÝn hiÖu tuÇn hoµn Phæ pha tÝn hiÖu tuÇn hoµn A1 A2 Ak A-1 A-2 A-k A1 A0 -k -2 -1 1 2 k Home Về đầu chương 1 2 k Phæ pha thùc tÝn hiÖu tuÇn hoµn C1 C2 Ck : Phæ biªn ®é thùc tÝn hiÖu tuÇn hoµn C0 PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Chuçi Fourier – Phæ rêi r¹c cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn: Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER BiÕn ®æi Fourier cho hµm tin x(t) bÊt kú – MËt ®é phæ tÝn hiÖu T   2/T d ; k2/T  (biÕn ch¹y)  AkA(): Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Phæ cña xung ®¬n vÞ: 0 (t) t Xung (t) 0 X()  Phæ xung (t) Home Về đầu chương Phæ cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER x(t) T t +X0 -X0 t0 0 X()  TÝn hiÖu tuÇn hoµn Phæ tÝn hiÖu tuÇn hoµn Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Phæ cña tÝn hiÖu xung vu«ng x(t) = X0 t¹i -/2 /2 Xung vu«ng 0 x(t) t /2 -/2 X0 X/2 X() MËt ®é phæ xung vu«ng Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Phæ cña d·y xung vu«ng 0 x(t) t  T T+ T Hµm xung tuÇn hoµn chu kú T X0/T Ak Phæ v¹ch cña d·y xung vu«ng Home Về đầu chương PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER Phæ cña tÝn hiÖu ®iÒu biªn x(t) T t +X0 -X0 t0 0 X()  : TÝn hiÖu ®iÒu biªn Phæ tÝn hiÖu ®iÒu biªn A() Home Về đầu chương CHƯƠNG III KỸ THUẬT Mà HOÁ TÍN HIỆU Nội dung trình bày: -Kỹ thuật PAM (Điều biên xung) -Kỹ thuật mã hoá PCM (Điều xung mã) -Kỹ thuật mã hoá DPCM (Điều xung mã vi sai) -Kỹ thuật ADPCM (Điều xung mã vi sai thích nghi) -Kỹ thuật mã hoá Delta DM (Điều chế Delta) Home KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG -PAM: Pulse Amptitude Modulation- Điều chế biên độ xung -Chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng tín hiệu xung mà biên độ của tín hiệu xung đại diên cho thông tin tương tự -Có hai loại tín hiệu PAM : -Lấy mẫu tự nhiên (Đóng mở cổng lấy mẫu) -Dễ tiến hành -Lấy mẫu tức thời -Xung lấy mẫu đỉnh cân bằng -Thuận tiện cho việc chuyển sang PCM Home Về đầu chương W(t) t S(t) t Ts  THời gian làm việc D=/Ts=1/3 Ws(t) t W(t) S(t) Ws(t) =W(t)S(t) Chuyển mạch đóng mở tương tự KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG LẤY MẪU TỰ NHIÊN Home Về đầu chương Phổ của tín hiệu điều biên xung lấy mẫu tự nhiên Phổ của tín hiệu tương tự đầu vào Phổ của tín hiệu PAM D=1/3, fs=4B BT= 3fs = 12B |W(f)| -B B f 1 |Ws(f)| -3fs -2fs -fs -B B fs 2fs 3fs D=1/3 KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG LẤY MẪU TỰ NHIÊN Home Về đầu chương KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG LẤY MẪU ĐỈNH BẰNG PHẲNG W(t) t S(t) t Ws(t) t Ts  Trích và giữ mẫu Home Về đầu chương Phổ của tín hiệu PAM lấy mẫu đỉnh cân bằng Phổ của tín hiệu vào Phổ của tín hiệu ra /Ts=1/3, fs=4B BT= 3fs = 12B |W(f)| -B B f 1 |Ws(f)| -3fs -2fs -fs -B B fs 2fs 3fs D=1/3 KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG LẤY MẪU ĐỈNH BẰNG PHẲNG Home Về đầu chương TỔNG KẾT KỸ THUẬT PAM -Yêu cầu băng thông rất rộng -Hoạt động với nhiễu lớn -Không thích hợp cho truyền dẫn thông tin với khoảng cách xa -Cung cấp phương tiện cho việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số nhờ kỹ thuật PCM -Cung cấp phương thức cho TDM(Time Division Multiplexing)-Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian -Thông tin từ các nguồn khác nhau có thể được cài xen để có thể truyền dẫn tất cả thông tin trên một đường truyền Home Về đầu chương KỸ THUẬT Mà HOÁ PCM Home Về đầu chương Định nghĩa: PCM là quá trình chuyển đổi cơ bản một tín hiệu tương tự sang tín hiệu số mà thông tin chứa đựng trong các mẫu tín hiệ tương tự liên tục được thay thế bằng các bit số nối tiếp. Tín hiệu tương tự đầu tiên được lấy mẫu ở tần số lớn hơn tần số Nyquyst sau đó được lượng tử hoá -PCM chính quy: Các bước lượng tử cân bằng -PCM không chính quy: Các bước lượng tử không bằng nhau KỸ THUẬT Mà HOÁ PCM Home Về đầu chương KỸ THUẬT Mà HOÁ PCM Mã hoá PCM gồm 3 khâu quan trọng: Lấy mẫu tín hiệu tương tự theo thời gian (lấy mẫu) Tìm gimá trị xấp xỉ gần nhất (Lượng tử hoá) Biểu diễn mẫu đã xấp xỉ bằng các bit nhị phân (Mã hoá) D/2 3D/2 5D/2 7D/2 -D/2 -3D/2 -5D/2 -7D/2 Tín hiệu nguyên thuỷ Gía trị mẫu Xấp xỉ Rs = Tốc độ bit = số bits/mẫu x số mẫu/second 3 bits / mẫu Home Về đầu chương LẤY MẪU Lấy mẫu tín hiệu tương tự Home Về đầu chương Đạt được giá trị của tín hiệu sau mỗi khoảng thời gian T giây -Giá trị T được xác định bởi sự thay đổi nhanh, chậm của tín hiêụ (tần số) -T được chọn theo định lý lấy mẫu của Nyquyst -Định lý lấy mẫu Nyquys phát biểu: LẤY MẪU Home Về đầu chương LẤY MẪU Phổ của tín hiệu lấy mẫu Home Về đầu chương Xấp xỉ tín hiệu mẫu với một mức biên độ nhất định Số lượng các mức được sử dụng nói lên độ phân giải -D/2 5D/2 D/2 -5D/2 Tín hiệu số (PCM):Xác định theo chu kỳ nT Biên độ là một số mức rời rạc T -D/2 5D/2 D/2 -5D/2 Tín hiệu rời rạc theo thời gian Xác định theo chu kỳ nT Có giá trị biên độ bất kỳ Tỷ số SNR: (20 log10 L + 1.76) dB trong đó L = số mức= 2n LƯỢNG TỬ HOÁ Home Về đầu chương Đầu vào x(nT) Đầu ra y(nT) 0.5 1.5 2.5 3.5 -0.5 -1.5 -2.5 -3.5         Lỗi lượng tử: “Nhiễu” = x(nT) – y(nT) Bộ lượng tử hoá ánh xạ đầu vào thành một trong 2m giá trị gần nhất LƯỢNG TỬ HOÁ Home Về đầu chương M = 2m mức, Dải động ( -V, V) Δ = 2V/M Công suất lỗi t rung bình= Lỗi trung bình bình phương: Nếu số lượng các mức lượng tử lớn thì lỗi cũng phân bố (-Δ/2, Δ2) ... Lỗi= y(nT)-x(nT)=e(nT) input ...      x(nT) V -V LƯỢNG TỬ HOÁ Home Về đầu chương LƯỢNG TỬ HOÁ Tỷ số tín hiệu trên tạp âm = Công suất trung bình của tín hiệu /Công suất trung bình của tạp âm x2 Tỷ lệ V/x  4 SNR thường được tính theo Dexibel SNR db = 10 log10 x2/e2 = 6 + 10 log10 3x2/V2 SNR db = 6m - 7.27 dB for V/x = 4. Home Về đầu chương  M = Số mức R = log2 M = Số bit lượng tử Nếu M = 2n, thì R = n (cần n bits để mã M mức) LƯỢNG TỬ HOÁ ĐỀU Home Về đầu chương LƯỢNG TỬ HOÁ ĐỀU Một ví dụ về lượng tử hoá đều Home Về đầu chương Hàm nén Hàm giãn Q(x) Luật  và luật là hai cách để xác định hàm nén giãn. Luật  sử dụng ở Bắc Mĩ. Luật A, sử dụng ở Châu Âu. LƯỢNG TỬ HOÁ PHI TUYẾN Home Về đầu chương Mà HOÁ Các từ PCM được lập nên như sau (8 bits). Bit phân cực = 0,1 Bit phân đoạn = 000, 001,..., 111 Bit phân bước = 0000, 0001,... , 1111 Mã hoá PCM Home Về đầu chương Lượng tử hoá chính tắc Dạng sóng của tín hiệu Tín hiệu lỗi Tín hiệu PCM Từ mã PCM DẠNG SÓNG PCM Home Về đầu chương BĂNG TẦN CỦA PCM Khó kiểm tra băng tần PCM vì thông thường PCM là không tuyến tính -Nếu hàm sinc được sử dụng để tạo tín hiệu PCM trong đó R là tốc độ bit -Nếu xung chữ nhật được dùng -Nếu fs=2B (Tốc độ lấy mẫu Nyquist ) Biên dưới BW: Trong thực tế, Gần với thực tế Home Về đầu chương VÍ DỤ PCM TRONG THỰC TẾ Thông tin thoại Tần số tiếng nói: 300 ~ 3400Hz Tần số lấy mẫu tối thiểu = 2 x 3.4KHz = 6.8KHz Ở Mĩ, fs = 8KHz là tần số chuẩn Mã hoá với 7bit thông tin + 1 bit kiểm tra chanữ lẻ Tốc độ bit của PCM : R = fs x n = 8K x 8 = 64 Kbits/s Tốc độ band = 64Ksymbols/s = 64Kbps Yêu cầu băng tần cho PCM Sử dụng hàm sinc: B > R/2 = 32KHz Sử dụng xung chữ nhật: B = R = 64KHz SQNR|dB_PK = 46.9 dB (M = 27) CD (Compact Disk) Với mỗi kênh stereo 16 bit PCM một từ Tốc độ lấy mẫu 44.1KHz Chất lượng cao hơn thông tin thoại Home Về đầu chương KỸ THUẬT Mà HOÁ DPCM -Chỉ truyền đi sự khác nhau giữa các biên độ -Đủ nhỏ để sử dụng 4 bit một từ mã -Ưu điểm: -Sử dụng it bit số liệu hơn -Nhược điểm: -Lỗi lượng tử hoá (như PCM) -Lỗi quá tải độ dốc ( Khi tín hiệu tương tự thay đổi quá nhanh và bước nhảy không nắm bắt được.) -Không thích ứng với biên độ ở tần số cao Mã hoá nén –DPCM- Điều xung mã vi sai Differential Pulse Code Modulation Home Về đầu chương KỸ THUẬT Mà HOÁ DPCM Bé läc th«ng thÊp Bé lÊy mÉu Bé m· ho¸l­îng tö Bé gi¶i m· Bé dù ®o¸n TÝn hiÖu t­¬ng tù TÝn hiÖu DPCM M¸y ph¸t Bé gi¶i m· Bé läc th«ng thÊp Bé dù ®o¸n TÝn hiÖu PCM TÝn hiÖu t­¬ng tù ®· kh«i phôc M¸y thu S¬ ®å khèi cña m¸y ph¸t vµ m¸y thu DPCM Home Về đầu chương Sự khác biệt được truyền đi dựa trên một giá trị đoán trước Bên phát và thu dự đoán từ mã tiếp theo Bên phát gửi sự khác biệt giữa tín hiệu tiên đoán và thực tế tới bên thu Bên thu sử dụng giá trị dự đoán và sự khác biệt để tìm ra giá trị thực tế Sự khác biệt có thể được biểu diễn bằng từ 2-5 bit Số lượng các bit sử dụng=Độ chính xác của giá trị thực khi tính toán Mã hoá nén ADPCM-Điều xung mã vi sai tự thích nghi (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) KỸ THUẬT Mà HOÁ ADPCM Home Về đầu chương KỸ THUẬT Mà HOÁ ADPCM Bé ®Öm Bé mÉ ho¸ Bé gi¶i m· Bé läc th«ng thÊp Bé ®¸nh gi¸ møc TÝn hiÖu vµo t­¬ng tù ®· lÊy mÉu x(t) Kªnh Kªnh ĐÇu ra t­¬ng tù AQF (a) Bé mÉ ho¸ Bé gi¶i m· Bé läc th«ng thÊp Bé ®¸nh gi¸ møc TÝn hiÖu vµo t­¬ng tù ®· lÊy mÉu x(t) Kªnh ĐÇu ra t­¬ng tù AQB (b) Bé ®¸nh gi¸ møc L­îng tö ho¸ tù thÝch nghi víi: (a) “иnh gi¸ thuËn” vµ (b) “иnh gi¸ ng­îc” møc tÝn hiÖu vµo Home Về đầu chương Home Về đầu chương Mã hoá nén ADPCM-Điều xung mã vi sai tự thích nghi (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) KỸ THUẬT Mà HOÁ ADPCM Ưu điểm so với DPCM: Sử dụng ít bit hơn để gửi cùng một tín hiệu Quá tải độ dốc ít hơn Nhược điểm Quá trình mã hoá yêu cầu tính toán phức tạp 0100 0011 0010 0001 0000 1001 1010 1011 1100 Home Về đầu chương Mã hoá chiều của sự thay đổi biên độ thay vì mã hoá sự khác biệt Sử dụng bước nhảy không đổi Yêu cầu chỉ một bit để truyền đi 1 = Tăng, 0 = Giảm Tốc độ lấy mẫu lớn (Bằng 5 lần tần số Nyquyst) Nhược điểm: Nhiễu quá tải độ dốc Nhiễu Granular Differential Delta Modulation — Thay đổi bước nhảy động phù hợp với sự thay đổi của độ dốc tín hiệu Mã hoá nén– Delta Modulation KỸ THUẬT Mà HOÁ DELTA Home Về đầu chương Bé lÊy mÉu ĐÇu vµo t­¬ng tù x(t) L­îng tö ho¸ TrÔ TrÔ ĐÇu ra t­¬ng tù M¸y ph¸t M¸y thu (a) ĐÇu vµo t­¬ng tù x(t) Bé h¹n chÕ Bé tÝch ph©n Bé tÝch ph©n (b) M¸y ph¸t M¸y thu HÖ thèng ®iÒu chÕ Delta: (a) M« hình thêi gian rêi r¹c; (b) ThiÕt bÞ thùc tÕ KỸ THUẬT Mà HOÁ DELTA Home Về đầu chương CHƯƠNG IV GHÉP KÊNH SỐ Nội dung trình bày: -Nguyên lý ghép kênh -Kỹ thuật ghép kênh TDM-PCM -Các cấp ghép kênh -Cấu trúc khung của các cấp Home NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH Ghép kênh là tập hợp các kỹ thuật cho phép truyền liên tục nhiều tín hiệu trên một đường truyền duy nhất CompA1 CompB1 CompC1 CompA2 CompB2 CompC2 Rate Da Rate Db Rate Dc 3 Đường: đắt & không tiện dụng CompA1 CompB1 CompC1 CompA2 CompB2 CompC2 Da Db Dc D>=Da+Db+Dc M U X D E M U X 1 đường chia sẻ: rate D Ghép kênh Giải ghép kênh Home Về đầu chương NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH Mạch mô phỏng quá trình ghép kênh Home Về đầu chương NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ FDM – Frequency Division Multiplexing FDM: -Nhiều dòng số liệu được gửi tại tần số khác nhau trên cùng đường truyền -Dải thông đường truyền phải lớn hơn tổng dải thông các dòng bit  thành phần -Được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin tương tự Home Về đầu chương TDM – Time Division Multiplexing TDM: -Nhiều dòng số liệu được gửi tại các khoảng thời gian khác nhau trên một tuyến truyền dẫn -Tốc độ đường truyền phải lớn hơn tổng tốc độ các dòng bit  thành phần -Dữ liệu lần lượt truyền trong thời gian ngắn -Được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin số CompA1 CompB1 CompC1 CompA2 CompB2 CompC2 M U X D E M U X … C1 B1 A1 C1 B1 A1 … NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN Home Về đầu chương NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN Nguyên lý ghép kênh số Home Về đầu chương KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TDM-PCM Nguyên lý ghép TDM-PCM Home Về đầu chương Sơ đ ồ khối bộ ghép kênh PCM-TDM 30/32 2mR x (AMI ) Gi¶i ho¸ HDB 3 kiÓm tra SYN Bé ®Þnh thêi thu d m u x Interface Coder bi bin 2MR x TÝn hiÖu rung chu«ng (ami) Sè liÖu 64 Kb/s TÝn hiÖu tho¹i bi bi TÝn hiÖu tho¹i Sè liÖu 64 Kb/s (ami) TÝn hiÖu b¸o hiÖu 2MT x bin bi Coder Interface Oto - coupier m u x B é ®Þnh thêi ph¸t T¹o m· SYN M· ho¸ AMI (AMI ) 2mt x KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TDM-PCM Home Về đầu chương GHÉP SƠ CẤP Ghép kênh sơ cấp hoặc cấp I Home Về đầu chương 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Đa khung (24 khung) C¸c khung 193 bit 24 24 khªnh cña CCITT m m m e2 e1 m m e3 m m e4 m m e5 m m e6 m 0 0 1 0 1 1 A B C D Bit 1 cña khung ch½n TuyÕn sè liÖu 4 kbit Bit kiÓm tra ®o d­ vßng (CRC) TÝn hiÖu ®ång bé ®a khung Bit 8 – bit b¸o hiÖu ThÝ dô khung 6 C¸c bit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 193 193 bit = 1 khung e2 Bit CRC Bt b¸o hiÖu A HÖ thèng ghÐp kªnh cÊp 1 PCM 24 kªnh cña CCITT cã ®a khung (24 khung) Ghép kênh sơ cấp hoặc cấp I GHÉP SƠ CẤP Home Về đầu chương Hệ thống ghép thứ nhất PCM 32 kênh của CCITT có đa khung 16 khung GHÉP SƠ CẤP Hệ thống ghép thứ nhất PCM 32 kênh của CCITT có đa khung 16 khung GHÉP SƠ CẤP Home Về đầu chương Giao tiếp PCM Khối DSP Giao tiếp FDC Biến đổi báo hiệu Pilot-AGC Khối giám sát cảnh báo và điều khiển V24 Giao tiếp Sơ đồ khối của bộ ghép chuyển với FDM FDM băng gốc hợp thành PCM cảnh báo trạm Giaotiếp GHÉP SƠ CẤP Home Về đầu chương Mức 4 số liệu Băng gốc số liệu Ghép PCM chuyển mạch số Ghép số mức 2 Ghép số mức 3 Ghép số mức 4 TB cuối Radio Ghép PCM chuyển mạch số Ghép số mức 2 Ghép số mức 3 Ghép số mức 4 TB cuối Radio Mức 1 số liệu Mức 3 số liệu Hệ thống PCM khác Mạng số tiêu biểu sử dụng tổng đài số Mức 2 số liệu Mức 1 số liệu Mức 3 số liệu Mức 4 số liệu Băng gốc số liệu GHÉP SƠ CẤP Home Về đầu chương CÁC CẤP SỐ Home Về đầu chương CÁC CẤP SỐ Tốc độ nhóm cấp cao kiểu Châu Âu Home Về đầu chương CÁC CẤP SỐ Tốc độ nhóm cấp cao kiểu Bắc Mỹ Home Về đầu chương CÁC CẤP SỐ So sánh phương pháp PCM kiểu Bắc Mỹ và Châu Âu GHÉP THỨ CẤP Home Về đầu chương GHÉP THỨ CẤP 1 2 3 4 ĐÇu ra 1 Kho¸ pha 4 T¸ch ngưỡng Nhí ®µn håi Logic Kho¸ pha ĐiÒu khiÓn gi¶i chÌn Đång bé khung Bé tách f Ghi F/4 Đäc f Tèc ®é bit thÊp h¬n F ĐÇu vµo Tèc ®é bit > F F S¬ ®å khèi hÖ thèng ghÐp cÊp 2 Home Về đầu chương GHÉP ĐỒNG BỘ Home Về đầu chương GHÉP KHÔNG ĐỒNG BỘ Home Về đầu chương (270*8*106/125) * 9seg = 155.52Mbps STM-1 GHÉP KÊNH SDH Home Về đầu chương CHƯƠNG V XỬ LÝ TÍN HIỆU BĂNG GỐC Nội dung trình bày: -Các mã đường truyền -Truyền số liệu băng gốc -Mã điều khiển lỗi -Cân bằng -Tái sinh tín hiệu số Home Mà ĐƯỜNG TRUYỀN -Mã hoá tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức -Bảo mật tin tức -Tạo phổ tín hiệu -Phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với các đặc tính của kênh -Đảm bảo các dãy bit phải độc lập thống kê -Đảm bảo dễ dàng tách đồng hồ và tái sinh tín hiệu -Giám các thành phần tần số thấp nhằm để giảm xuyên âm Home Về đầu chương Các ví dụ về mã đường của hệ thống Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Mã đường truyền: Chuyển dữ liệu số (các bit nhi phân) sang dữ liệu số NRZ-L: Bit 0 đại diện cho mức cao (+A Volts) Bit 1 đại diện cho mức thấp (0 Volts) Công suất truyền trung bình trên một xung = 1/2 x (A2) + 1/2 x (0) = A2 / 2 Giá trị trung bình của tín hiệu = A / 2 Volts 1 0 1 0 1 1 0 0 1 Unipolar NRZ Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương NRZI (Nonreturn to Zero Inverted): Bit 0: Không thay đổi cực Bit 1: Đảo cực Công suất truyền trung bình trên một xung = A2 / 4 Giá trị trung bình của tín hiệu = 0 Volts Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương Pseudoternary Bit 0: Điện áp dương hoặc âm, thay đổi liên tục 0’s Bit 1: Không có tín hiệu Công suất truyền trung bình trên một xung = A2 / 8 Giá trị trung bình của tín hiệu = 0 Volts Pseudoternary Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương Bipolar AMI: Bit 0: Không có tín hiệu Bit 1: Dương hoặc âm thay đổi liên tục 0’s Công suất truyền trung bình trên một xung = A2 / 8 Giá trị trung bình của tín hiệu = 0 Volts 1 0 1 0 1 1 0 0 1 Unipolar NRZ Bipolar AMI Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương Manchester: 1 0 1 0 1 1 0 0 1 Unipolar NRZ Bipolar AMI Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương Differential Manchester: Luôn có vị trí ở giữa Bit 1: Không thay đổi Bit 0: Thay đổi 1 0 1 0 1 1 0 0 1 Unipolar NRZ Bipolar AMI Mà ĐƯỜNG TRUYỀN Home Về đầu chương LẶP TÁI SINH TÍN HIỆU Lặp tái sinh tín hiệu của luòng PCM Home Về đầu chương CHƯƠNG VI KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ Nội dung trình bày: -Một số kỹ thuật điều chế cơ bản -Phân tích nguyên lý quá trình điều chế -Sơ đồi khối các bộ điều chế và giải điều chế -Các kỹ thuật điều chế mở rộng -Đánh giá các kỹ thuật đièu chế Home CHƯƠNG VI KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ ASK FSK PSK DSB Home Về đầu chương On–Off keying (OOK) -Khoá đóng mở biên độ [amplitude shift keying (ASK)] – Bao gồm một khó chuyển mạch đónh mở sóng mang theo tín hiệu nhị phân đơn cực -Là kỹ thuật được sử dụng đầu tiên và rộng rãi Binary Phase-Shift Keying (BPSK) – Bao gồm sự dịch pha sóng mang hình sin 00 và 1800 theo tín hiệu nhị phân - BPSK tương đươn với tín hiệu ở dạng Frequency-Shift Keying (FSK) – Gồm sự dịch chuyển tần số của hai sóng mang theo tín hiệu nhị phân - FSK Tương đương với sóng mang FM ơ dạng tín hiệu số nhị phân. MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Giản đồ xung của các phương thức điều chế cơ bản Home Về đầu chương Đường bao phức là Sóng mang Cos(2fct) Bản tin m(t) OOK Đầu ra Acm(t)Cos(2fct) Tín hiệu OOK được đại diện bởi On-Off Keying (OOK) Còn được gọi là Khoá dịch biên độ PSD của đường bao phức MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương Tb – Chu kỳ bit ; R – Tốc độ bit 1 0 1 0 1 0 1 Bản tin Tín hiệu đơn cực Tín hiệu lưỡng cực Tín hiệu OOK m(t) m(t) s(t) MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN On-Off Keying (OOK) Home Về đầu chương PSD của tín hiệu điều chế có dạng Băng tần truyền dẫn là Trong đó B là dải thông của tín hiệu điều chế MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN On-Off Keying (OOK) Home Về đầu chương Tách sóng đường biên LPF Tín hiệu OOK vào Tín hiệu nhi phân ra Tách sóng không kết hợp Tách sóng OOK Tách sóng kết hợp với sử dung lọc thông thấp MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Tín hiệu OOK vào Tín hiệu nhi phân ra Home Về đầu chương Sóng mang:Cos(2fct) Bản tin: m(t) BPSK đầu ra AcCos(2fct+Dpm(t)) Dịch pha-90 Binary Phase Shift Keying (BPSK) 1 0 1 0 1 0 1 Bản tin Tín hiệu đơn cực Tín hiệu lưỡng cực BPSK đầu ra m(t) m(t) s(t) MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương Tín hiệu BPSK được xác định bởi: Phần Pilot Phần số liệu Chỉ số điều chế ‘h’ : Nếu Dp nhỏ công suất tập trung ở Pilot ma không ở dữ liệu Tín hiệu BPSK 2∆θ – Chênh lệch đỉnh đỉnh với MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Binary Phase Shift Keying (BPSK) Home Về đầu chương Biên độ phức của BPSK : PSD của biên độ phức PSD của tín hiệu điều chế Average normalized power of s(t) : Null-to-Null BW MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Binary Phase Shift Keying (BPSK) Power Spectral Density -Phổ mật độ công suất (PSD)của BPSK: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Binary Phase Shift Keying (BPSK) Home Về đầu chương Frequency Shift Keying (FSK) FSK không liên tục: Tín hiệu FSK không liên tục: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương FSK pha liên tục xác định bởi: Điều chêtần số fc Bản tin: m(t) FSK đầu ra FSK liên tục : Hoặc Trong đó Frequency Shift Keying (FSK) MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương Frequency Shift Keying (FSK) MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương Modem FSK 300bps Frequency Shift Keying (FSK) MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ CƠ BẢN Home Về đầu chương CODER MOD UPCONVERTER DOWNCONVERTER DEMOD DECODER SƠ ĐỒ KHỐI RADIO SỐ Home Về đầu chương AM FM PM DIGITAL Với điều chế số, thông tin nằm trong biên độ và pha của tín hiệu SO SÁNH ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ Home Về đầu chương Giản đồ véc tơ IQ Vq Vi Biên độ Pha Q I Home Về đầu chương Điều chế tương tự trên đồ thị IQ Q I B A C D FM PM Home Về đầu chương Đồ thị thời gian và trạng thái BPSK Sóng mang = 0 deg. = 180 deg. Trạng thái 0 Trạng thái 1 Đồ thị chòm sao BPSK Q I t Trạng thái 1 Trạng thái 0 Home Về đầu chương Điều chế QPSK Q I 00 10 11 01 Vi Vq 4 Trạng thái có thể Home Về đầu chương Đồ thị QAM 16 trạng thái Q I 0000 0011 0001 0101 0100 0111 1100 0010 1101 0110 1001 1000 1010 1110 1011 1111 Home Về đầu chương Một vài dạng điều chế chính tắc BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Home Về đầu chương Bộ điều chế QPSK SERIAL TO PARALLEL CONVERTER CARRIER PHASE SHIFT BPF COMBINER 00 11 10 01 COMBINED VECTOR STATE DIAGRAM BALANCED MODULATION BALANCED MODULATION QUADRATURE DATA STREAM IN-PHASE DATA STREAM fs = fb/2 BINARY NRZ INPUT SIGNAL fb SYMBOL RATE: fs = fb/2 I Q I.F 0° 90° Biểu đồ hình mắt và chòm sao I, Q, Hình mắt I Q +1 -1 +1 -1 Chòm sao: I Q 1,4 5 3 2 Home Về đầu chương Bộ giải điều chế QPSK BPF Power Splitter Car Rec. Phase Splitter Symbol timing rec.(STR) Parallel to serial converter LPF. LPF. Thresh Comp. Thresh Comp. IF Input Phase Demodulation Phase Demodulation Binary NRZ fb fb/2 fb/2 I Q I Q 0° 90° Home Về đầu chương Bộ điều chế 16 QAM Data 2-to-4 level convert 2-to-4 level convert Premod. LPF Premod. LPF Phase split BPF LO L.F. 16 QAM Output 0° 90° Q I I Q Binary NRZ Data Home Về đầu chương Bộ giải điều chế 16 QAM BPF CR STR X2 data con blner LPF L O G I C 4-to-2 level converter of Q channel. Same design as I channel. IF Input I Q 0° 90° 4-Level Signal 4-Level Signal Regeneration Data Out fb LPF Tín hiệu nào yêu cầu băng thông lớn hơn? A B time Home Về đầu chương Hai chuỗi dữ liệu ngẫu nhiên Thòi gian Tần số Home Về đầu chương Phổ tín hiệu không lọc Home Về đầu chương Máy phát không lọc CODER MOD U/C D/C DEMOD DECODER time time frequency Dữ liệu dẽ dàng được khôi phục nhưng yêu cầu độ rộng băng tần lớn Home Về đầu chương Máy phát có lọc CODER MOD U/C D/C DEMOD time time frequency Tín hiệu yêu cầu băng tần thấp hơn DECODER Home Về đầu chương Nhiễu giao thoa ISI Home Về đầu chương Bộ lọc Nyquyst Lọc cos nâng Hệ số bộ lọc & Băng thông yêu cầu Đáp ứng biên độ Pha tyuến tính (Trễ nhóm bằng phẳng) Home Về đầu chương Phân bố của bộ lọc trong Radio CODER MOD UPCONVERTER DOWNCONVERTER DEMOD DECODER Lỗi khi thu tín hiệu VOLTAGE PROB Received signal with superimposed noise 1 ERROR 0 ERROR 0 1 THRESHOLD DECISION NORMAL 1 VALUE NORMAL 0 VALUE BINARY SIGNAL + AMPLTUDE NOISE FDP Gaussian Distribution 0.1 0.2 0.3 0.4 P(x) X 10 20 30 -10 -20 -30 NEVER RECHS ZEBO PROBABILITY DENSITY FUNCTION 0=RMS VALUE AFTER SUBTRACTING DC COMPONENT Home Về đầu chương Giá trị ngưỡng trung bình Ngưỡng Home Về đầu chương CHƯƠNG VII ĐỒNG BỘ MẠNG SỐ Home Nội dung trình bày: -Kỹ thuật đồng bộ mạng -Đồng bộ khối -Đồng bộ mạng CHƯƠNG VII ĐỒNG BỘ MẠNG SỐ Ph©n lo¹i ®ång bé ®ång bé ®ång bé m¹ng ®ång bé khèi HTcËn ®ång bé HT®B chñ tí ®B t­¬ng hç ®B ®uæi ®B ThiÕt lËp Home Về đầu chương HÖ thèng cËn ®ång bé HÖ thèng ®ång bé chñ tí HÖ thèng ®ång bé t­¬ng hç ®ång hå nguyªn tö ®é tin cËy cao ®ång hå kho¸ pha H­íng tÝn hiÖu ®ång hå M« HÌNH ®ång bé m¹ng Home Về đầu chương CÊu tróc ph©n cÊp ®ång bé cña m¹ng viÔn th«ng ViÖt Nam ®ång hå chñ quèc gia CÊp ®ång bé cho c¸c chuyÓn m¹ch quèc tÕ vµ c¸c nót chuyÓn m¹ch trung chuyÓn quèc gia CÊp ®ång bé cho c¸c m¹ng néi h¹t Home Về đầu chương C¸c th«ng sè cña BS TBS chu kú ®ång bé khèi Thêi gian tån t¹i tõ m· BS t* Kho¶ng thêi gian b¾t ®Çu can khèi tíi lóc gÆp BS Home Về đầu chương C¸c tr¹ng th¸i ®ång bé Quy ­íc C¸c tr¹ng th¸i ®ång bé S¬ ®å ph­¬ng ph¸p ®ång bé §uæi Home Về đầu chương S¬ ®å ph­¬ng ph¸p ®ång bé ThiÕt lËp GM ®­êng truyÒn 2MRx Bé ®Þnh thêi thu SHR 8bit KiÓm tra BS 2MClk 2MRx Y tBSR S NhËn d¹ng BS Liªn tôc m lÇn KT SYN T×m SYN Liªn tôc n lÇn § Home Về đầu chương