CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN SỐ
1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
Mạng điện thoại được xây dựng dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy
điện thoại. Đến những năm 1970, mạng này đã hoàn thiện bằng việc thực hiện
truyền tín hiệu tương tự trong cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số
(FDM-Frequency Division Multiplexing) dùng trong các tuyến đường dài để kết
hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục. Thiết bị truyền dẫn loại này
rất đắt so với giá của một tổng đài điện thoại, vì vậy, chuyển mạch được xem như
một thiết bị nhằm tiết kiệm sử dụng tài nguyên khan hiếm lúc bấy giờ là băng thông
truyền dẫn.
Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện, sử
dụng phương pháp điều chế xung mã (PCM-Pulse Code Modulation) do Alec
Reeves nêu ra lần đầu tiên vào năm 1937. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự
(như tiếng nói của con người) ở dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu
thoại tương tự chuẩn 4 kHz có thể truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 kbit/s.
Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng hạ giá thành sản xuất các hệ thống
truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và truyền chúng trong một đôi cáp
đồng xoắn mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu tương tự duy nhất. Hiện
tượng này được gọi là lợi dây. Do giá thành thiết bị điện tử số bắt đầu giảm nên sử
dụng các công nghệ này đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
105 trang |
Chia sẻ: hoang10 | Lượt xem: 588 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tài liệu Kỹ thuật truyền dẫn số, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG
ThS. HOÀNG QUANG TRUNG
KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SỐ
TẬP BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ)
THÁI NGUYÊN - 2011
2
H.Q.Trung.ĐTTT
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN SỐ
1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
Mạng điện thoại được xây dựng dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy
điện thoại. Đến những năm 1970, mạng này đã hoàn thiện bằng việc thực hiện
truyền tín hiệu tương tự trong cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số
(FDM-Frequency Division Multiplexing) dùng trong các tuyến đường dài để kết
hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục. Thiết bị truyền dẫn loại này
rất đắt so với giá của một tổng đài điện thoại, vì vậy, chuyển mạch được xem như
một thiết bị nhằm tiết kiệm sử dụng tài nguyên khan hiếm lúc bấy giờ là băng thông
truyền dẫn.
Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện, sử
dụng phương pháp điều chế xung mã (PCM-Pulse Code Modulation) do Alec
Reeves nêu ra lần đầu tiên vào năm 1937. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự
(như tiếng nói của con người) ở dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu
thoại tương tự chuẩn 4 kHz có thể truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 kbit/s.
Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng hạ giá thành sản xuất các hệ thống
truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và truyền chúng trong một đôi cáp
đồng xoắn mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu tương tự duy nhất. Hiện
tượng này được gọi là lợi dây. Do giá thành thiết bị điện tử số bắt đầu giảm nên sử
dụng các công nghệ này đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
Phương thức ghép kênh 64 kbit/s thành môt luồng bit tốc độ cao duy nhất còn
được gọi là Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division
Multiplexing). Một cách đơn giản, mỗi byte của mỗi kênh đầu vào theo thứ tự được
đưa vào kênh tốc độ cao ở đầu ra. Quá trình xử lý này còn được gọi là "chèn byte
tuần tự".
Ở châu Âu và sau đó là rất nhiều nơi trên thế giới, sở đồ TDM chuẩn được áp
dụng để ghép kênh 64 kbit/s, cùng với hai kênh thông tin điều khiển kết hợp tạo
thành một kênh có tốc độ 2,048 Mbit/s. Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên, lưu
lượng trên mạng tăng, kênh chuẩn tốc độ 2 Mbit/s không đủ đáp ứng cho lưu lượng
tải trên mạng trung kế. Để tránh không phải sử dụng quá nhiều kết nối 2 Mbit/s thì
cần tạo ra môt mức ghép kênh cao hơn. Châu Âu đưa ra chuẩn ghép 4 kênh 2 Mbit/s
thành một kênh 8 Mbit/s. Mức ghép kênh này không khác bao nhiêu so với mức
ghép kênh mà các tín hiệu đầu vào được kết hợp từng bit chứ không phải từng byte,
nói cách khác là mới áp dụng chèn bit chứ chưa thực hiện chèn byte. Tiếp đó, do
3
H.Q.Trung.ĐTTT
nhu cầu ngày càng tăng, các mức ghép kênh cao hơn nữa được xây dựng thành
chuẩn, tạo ra môt phân cấp đầy đủ các tốc độ bit là 34 Mbit/s, 140 Mbit/s và 565
Mbit/s.
1.2. HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ
1.2.1. Các thành phần cơ bản
Truyền dẫn là chức năng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một nơi khác.
Hệ thống truyền dẫn gồm các thiết bị phát và nhận, và phương tiện truyền cùng bộ
lặp lại giữa chúng như hình 1.1.
Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống truyền dẫn.
Những phương tiện phát sẽ truyền và phát đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu
gốc) để truyền chúng một cách hiệu quả qua phương tiện, thiết bị nhận tách ra
những tín hiệu gốc trong những tín hiệu thu được. Đồng thời bộ lặp lại xử lý việc
bù lại trong quá trình truyền. Các phương tiện truyền bao gồm dây dẫn kim loại, cáp
đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang.
Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng
đài và phần truyền dẫn tổng đài nối tổng đài với tổng đài. Truyền dẫn gồm truyền
bằng cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang, ống dẫn sóng,
liên lạc dưới đất cùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng các phương tiện truyền dẫn,
kết cấu kết hợp và mạng đồng bộ hóa của các thiết bị này, việc bảo dưỡng và phần
quản lý của mạng truyền dẫn v.v..
* Truyền dẫn sử dụng sợi quang (fiber)
Môi trường quang sợi có độ rộng băng gần như không giới hạn. Đặc điểm của nó là
suy hao không đáng kể, chỉ vào cỡ 0,25 Db/Km. Đây chính là ưu điểm vượt trội của
sợi quang so với cáp đồng trục. Ngoài ra truyền dẫn trên sợi quang còn có các ưu
điểm khác nữa là: Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường, an toàn, kích
thước nhỏ và nhẹ,
Giải tần số được sử dụng trong truyền dẫn sợi quang được mô tả như hình dưới:
4
H.Q.Trung.ĐTTT
Cấu trúc của sợi quang:
1.2.2. Các nguồn ảnh hưởng tới tín hiệu truyền dẫn
1.2.2.1. Méo tín hiệu qua kênh (distortion)
Kênh truyền thực tế là không lý tưởng, do đó tín hiệu đi qua kênh ít hay nhiều
cũng bị ảnh hưởng đến dạng tín hiệu, có nghĩa là bị méo so với tín hiệu gốc.
Ngoài ra, sẽ không thể tránh khỏi méo phi tuyến đối với những tín hiệu làm
việc tại các tần số cao. Điều này xuất phát từ một thực tế rằng với các tần số cao sẽ
bị ảnh hưởng do sự xáo động của các điều kiện khí quyển, bởi vậy gây ra sự thay
đổi về tần số. Chẳng hạn với các hệ thống radar doppler sử dụng trong việc giám sát
thời tiết là một trường hợp cụ thể.
Méo tuyến tính có thể gây ra các ảnh hưởng trong các hệ thống truyền dẫn
xung. Loại méo này được đặc trưng bởi sự phân tán thời gian (làm kéo dài xung),
dẫn tới hiệu ứng đa đường.
5
H.Q.Trung.ĐTTT
1.2.2.2. Tạp âm (noise)
Thuật ngữ tập âm (noise) mô tả các tín hiệu điện không mong muốn xuất hiện
trong hệ thống. Sự xuất hiện của tập âm làm giảm khả năng tách chính xác các tín
hiệu phát, và, vì vậy, làm giảm tốc độ truyền dẫn thông tin. Tạp âm được tạo ra từ
các nguồn khác nhau nhưng có thể được phân ra thành hai loại chính đó là nguồn
tạp âm nhân tạo và tạp âm tự nhiên. Tạp âm nhân tạo xuất hiện từ các nguồn đánh
lửa, chuyển mạch hay phát xạ điện từ. Tạp âm tự nhiên xuất hiện trong các mạch
hay linh kiện điện tử.
1.2.2.3. Nhiễu
Nhiễu được hiểu là các thành phần tín hiệu không mong muốn được thêm vào
tín hiệu bản tin khi nó được truyền từ máy phát đến máy thu. Trong thực tế, việc
truyền tin có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nguồn nhiễu khác nhau: nhiễu điều chế,
nhiễu xuyên kênh (Crosstalk), nhiễu xung (ISI), ...
1.2.3. Các kênh truyền dẫn
Kênh truyền dẫn là môi trường kết lối giữa bộ phát và bộ thu, ở đó có thể là
các sợi dây dẫn kim loại, cáp đồng trục, cáp sợi quang, ống dẫn sóng, bầu không khí
6
H.Q.Trung.ĐTTT
hay sự kết hợp giữa các môi trường trên. Tất cả các kênh đều có một băng tần giới
hạn cho phép tín hiệu có thể đi qua. Do các đặc tính vật lý mà mỗi kênh có thể có
tần số cắt ở giới hạn trên (tần số cao) hay giới hạn dưới (tần số thấp). Trong trường
hợp kênh bị chặn dưới (tần số cắt ở giới hạn dưới của băng kênh) thì kênh được mô
tả như là một bộ lọc thông dải. Còn nếu băng thông của kênh không bị chặn dưới thì
kênh được mô tả như là một bộ lọc thông thấp.
Kênh truyền dẫn được phân loại theo độ rộng băng. Có 3 loại kênh phổ biến
là: Kênh băng hẹp (narrow band), băng thoại (voiceband) và băng rộng (wideband).
Các kênh băng hẹp: Đối với những kênh có độ rộng băng lên tới 300 Hz thì
được gọi là băng hẹp, và thuộc vào loại truyền điện tín. Những kênh như thế được
sử dụng cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ chậm ở mức là 600 bit trên giây (bps). Những
kênh băng hẹp không đủ độ tin cậy để sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu thoại.
Các kênh thoại có độ rộng băng giới hạn trong khoảng từ 300 Hz đến 4 kHz.
Thiết kế ban đầu của kênh thoại là để phục vụ cho mục đích truyền dẫn tương tự
(analog) tín hiệu thoại (voice), mặc dù vậy các kênh này thường được sử dụng để
truyền dữ liệu ở tốc độ 10 kilô bits trên giây (kbps). Mộ số dạng tín hiệu video nén
cũng có thể được truyền trên các kênh thoại. Các mạch vòng khép kín thuê bao
trong hệ thống điện thoại công công truyền thống sử dụng băng thoại.
Các kênh băng rộng có độ rộng băng lớn hơn 4 kHz. Các kênh này có thể
được dành cho một đơn vị truyền thông (chẳng hạn một công ty điện thoại) và có
thể sử dụng cho mục đích truyền dữ liệu tốc độ cao, video, hay các kênh thoại hợp
nhất.
Băng tần hoạt động của tín hiệu được phân bổ theo các dải tần số như sau:
7
H.Q.Trung.ĐTTT
1.2.3. Tham số chất lượng của hệ thống truyền dẫn số
Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống truyền dẫn số được đánh giá
thông qua tỷ lệ lỗi bit (BER) và dung lượng truyền dẫn.
Đối với các hệ thống truyền dẫn số hiện tại, các tín hiệu số nhận giá trị trong
một tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn. Khi tập các giá
trị có thể có của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân
và tín hiệu khi đó được gọi là bit. Khi số giá trị có thể có của tín hiệu khác 2, tổng
quát là M thì hệ thống được gọi là hệ thống M mức và tín hiệu được gọi là ký hiệu
(symbol). Gọi giá trị của symbol thứ k là kD và thời gian tồn tại của nó là kT (đối
với các hệ thống thông thường hiện nay, kT T và là hằng số với mọi k). Ở đầu thu
tín hiệu khôi phục lại là ˆ kD và có độ rộng là
ˆ
kT , nếu
ˆ
k kD D thì tín hiệu thứ k
được gọi là bị lỗi, nếu ˆk kT T thì tín hiệu thứ k được gọi là có jitter. Các tham số kỹ
thuật chung nhất đối với các loại hệ thống truyền dẫn số khác nhau, thể hiện chỉ tiêu
chất lượng cơ bản của hệ thống, là tỷ lệ lỗi bit BER và jitter (rung pha). Đối với hệ
thống nhị phân, xác suất lỗi BER được định nghĩa là:
ˆ k kBER P D D
Khi ˆkT T T thì được gọi là jitter, tính theo phần trăm.
8
H.Q.Trung.ĐTTT
Trong trường hợp hệ thống nhiều mức thì ˆ k kP D D được gọi là tỷ lệ lỗi
symbol (SER) và có quan hệ chặt chẽ với BER.
1.3. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.3.1. Tím hiệu truyền dẫn
a) Tín hiệu tương tự (analog signal)
Tín hiệu tương tự có thể được xem như là một dạng sóng có tính chất liên tục
về thời gian trong phạm vi tín hiệu tồn tại.
Hình 1.5: Minh họa dạng sóng và phổ tương ứng của tín hiệu tương tự.
b) Các tín hiệu mẫu
Tín hiệu mẫu nhận được từ tín hiệu tương tự bằng cách lấy mẫu tại các thời
điểm nhất định. Hàm biểu diễn tín hiệu mẫu có biến thời gian rời rạc.
Hình 1.6: Minh họa dạng sóng rời rạc nhận được từ việc lấy mẫu tín hiệu tương tự.
c) Tín hiệu số (Digital signal)
Tín hiệu số là một dạng của tín hiệu mẫu hay tín hiệu rời rạc trong đó mỗi một
con số trong chuỗi tín hiệu tương ứng với một giá trị xác định. Tín hiệu số có thể có
được từ lối ra của nhiều thiết bị. Ví dụ, khi ta quay số máy điện thoại thì sẽ tạo ra
9
H.Q.Trung.ĐTTT
các tín hiệu số phụ thuộc vào nút được nhấn, tín hiệu số có được từ đầu ra của bàn
phím máy tính hoặc từ các bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC).
1.3.2. Các phương pháp truyền thông tin
a) Truyền tin nhị phân
- Truyền tin nhị phân dùng cáp đơn
Tốc độ truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của điện áp (hay các kiểu ký hiệu
khác) trên kênh truyền trước khi thành phần tần số là quá lớn để có thể lọc suy hao
kênh truyền và dẫn đến méo tín hiệu. Nói theo cách khác, tốc độ truyền dẫn bị giới
hạn bởi băng thông của tuyến truyền.
- Truyền tin nhị phân dùng nhiều cáp song song
Bằng cách sử dụng nhiều cáp, tín hiệu truyền qua kênh có thể sẽ tăng tỷ lệ với số
cáp (kênh) sử dụng. Tín hiệu truyền qua có thể duy trì như ở tuyến truyền nhị phân
đơn, cho phép thay thế bởi các tuyến có băng thông nhỏ hơn (dẫn tới chi phí thấp
hơn).
b) Truyền tin đa mức
- Truyền tin đa mức sử dụng cáp đơn
Truyền dẫn dữ liệu không bắt buộc phải giới hạn ở cơ số hai (nhị phân), theo lý
thuyết có thể sử dụng một số mức điện áp hay một số kiểu ký hiệu.
10
H.Q.Trung.ĐTTT
Ví dụ: sử dụng 4 mức điện áp, chúng ta có thể mã hóa mỗi tổ hợp hai bit nhị phân
bởi một trong 4 mức điện áp (00 ~ mức A, 01 ~ mức B, 10 ~ mức C và 11 ~ mức
D). Khi đó ta có thể gửi thông tin nhanh gấp 2 lần xét trên cùng một độ rộng băng
thông.
- Truyền tin đa mức sử dụng nhiều cáp
Việc sử dụng các kênh truyền dẫn song song để truyền dữ liệu cho phép tăng khả
năng (dung lượng) truyền tin trên băng thông bị giới hạn.
c) Ký hiệu đa mức
Về nguyên tắc chúng ta có thể sử dụng một số ký hiệu (trạng thái ký hiệu) cho bản
tin số. Ví dụ, tại sao sử dụng 1024 trạng thái điện áp khác nhau, mỗi trạng thái (ký
hiệu) mã hóa số bit là 101024log 2 bits. Chúng ta thậm chí có thể sử dụng
1048576 trạng thái ký hiệu, khi đó với mỗi ký hiệu mã hóa 20 bits thông tin.
Rõ ràng có một giới hạn thực tế trên số trạng thái được sử dụng, phụ thuộc vào khả
năng phân biệt chính xác các trạng thái (các mức điện áp, tần số, ) của thiết bị
thu.
Ví dụ: một số modem điện thoại hoạt động ở tốc độ 56 kbps sử dụng 1024 trạng thái
ký hiệu khác nhau (tổ hợp biên độ và pha của sóng mang) để báo hiệu trên kênh
thoại, trong khi các hệ thống điện thoại tế bào số chỉ sử dụng 4 trạng thái do thiết bị
phải hoạt động trong các môi trường chịu nhiều ồn hơn.
11
H.Q.Trung.ĐTTT
1.3.3. Tốc độ truyền dữ liệu
Tốc độ truyền thông tin của một kênh truyền dẫn thường được xác định theo
lượng thông tin nhị phân (bit). Có nghĩa là tốc độ truyền dẫn được đo theo đơn vị
bit/giây (bps). Ví dụ: nếu như có 6 bit thông tin được truyền đi sau mỗi khoảng thời
gian 6 giây, thì tốc độ truyền tin sẽ là
6 its
1000 its s
6
b
R b
ms
Ngoài ra tốc độ truyền dẫn còn được xác định thông qua tốc độ ký hiệu. Trong
đó thì tốc độ ký hiệu là tốc độ thay đổi trạng thái các ký hiệu mang thông tin nhị
phân qua kênh truyền. Chúng ta có thể mã hóa một số bit trong mỗi ký hiệu. Tốc độ
ký hiệu không nhất thiết phải bằng tốc độ truyền thông tin. Đơn vị đo tốc độ ký hiệu
là ký hiệu/giây hay (baud). Ví dụ: một hệ thống sử dụng 4 tần số mã hóa các tổ hợp
2 bit nhị phân qua một kênh, và tần số (ký hiệu-symbol) được thay đổi sau mỗi 0.5
ms, khi đó tốc độ ký hiệu sẽ là:
1 2000 / 2000 ( ).
0.5symbol
R symbol s baud
Tốc độ truyền thông tin bởi vậy sẽ là: 2 x 2000 = 4000 bps.
1.4. CÁC TIÊU CHUẨN TRUYỀN DẪN
1.4.1. Định nghĩa
Lĩnh vực truyền thông liên tục phát triển thay đổi một cách nhanh chóng, các
hệ thống truyền thông được phát triển bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau trên thế
giới, chính vì vậy cần có sự tương thích về các tiêu chuẩn và các khuyến nghị ở
12
H.Q.Trung.ĐTTT
phạm vi quốc gia, khu vực và quốc tế. Theo ISO, các định nghĩa về tiêu chuẩn và
khuyến nghị dành cho truyền thông như sau:
Tiêu chuẩn: Chi tiêu kỹ thuật hay văn bản qui định có khả năng phổ biến rộng rãi
được xây dựng bởi sự hợp tác và thống nhất hay sự chấp thuận nói chung của tất cả
những vấn đề liên quan tới nó dựa trên các kết quả nghiên cứu khoa học, công nghệ
và thực nghiệm.
Khuyến nghị: Tài liệu văn bản liên quan quy định chặt chẽ các thủ tục thực hiện
được thông qua và phổ biến rộng rãi bởi một cơ quan (tổ chức) chịu trách nhiệm có
quyền hạn nhất định.
1.4.2. Các tổ chức tiêu chuẩn và khuyến nghị
ISO: International Standardization Organization (OrganizationTổ chức tiêu
chuẩn hóa quốc tế).
ITU: International Telecommunications Union (Hiệp hội Viễn thông quốc tế).
IEC: International Electrotechnical Commission ( y ban Điện tử quốc tế).
INTELSAT/INMARSAT: International Telecommunications Satellite
Organization /International Maritime Satellite Organization.
13
H.Q.Trung.ĐTTT
ANSI – Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa K
CEPT – The European Conference for Posts and Telecommunications.
CCIR – Consultative Committee for International Radiocommunication ( y ban Tư
vấn quốc tế về vô tuyến điện).
CCITT – Consultative Committee for International Telephone and Tele-
Graph ( y ban Tư vấn quốc tế về điện thoại và điện báo).
14
H.Q.Trung.ĐTTT
ETSI – European Telecommunications Standards Institute (Viện Tiêu chuẩn Viễn
thông Châu Âu).
15
H.Q.Trung.ĐTTT
CHƯƠNG 2. TRUYỀN DẪN SỐ CÁC TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
2.1. ĐỊNH LÝ LẤY MẪU VÀ HỆ THÔNG TIN XUNG
2.1.1. Định lý lấy mẫu
Định lý lấy mẫu có một ý nghĩa sâu sắc trong lý thuyết thông tin. Định lý này
được phát biểu như sau:
Một tín hiệu có dải tần giới nội là B Hz 0 2G khi B có thể được
khôi phục một cách chính xác (mà không bị lỗi) từ các mẫu của nó được lấy đều
đặn với tốc độ R 2B mẫu trên giây. Hay nói theo cách khác, tần số lấy mẫu tối
thiểu phải là 2B Hz.
Xét tín hiệu g t (hình 2.1) có phổ giới hạn là B Hz. Lấy mẫu g t với tốc
độ sf Hz ( sf mẫu trên giây) tương đương với việc nhân g t với đoàn xung
sT
t gồm các xung đơn vị lặp lại với chu k 1s sT f . Tín hiệu mẫu nhận được
g t sẽ là:
sT s s
n
g t g t t g nT t nT (2.1)
16
H.Q.Trung.ĐTTT
Hình 2.1: Tín hiệu mẫu và phổ của nó
Tốc độ lấy mẫu tối thiểu 2sf B được gọi là tốc độ Nyquist cho tín hiệu
tượng tự g t và khoảng thời gian lấy mẫu 1 2sT B được gọi là khoảng Nyquist
cho g t .
2.1.2. Khôi phục tín hiệu
Quá trình khôi phục một tín hiệu tương tự g t từ các mẫu của nó được xem
như là phép nội suy.
Hình 2.2: Quá trình nội suy tín hiệu
Mỗi một mẫu g t là một xung, hình thành một xung cửa có độ cao bằng với
độ lớn của mẫu. Xung thứ k là xung có độ lớn sg kT xác định tại vị trí st kT , và
có thể biểu diễn như là s sg kT t kT . Cho xung này qua bộ lọc, đầu ra nhân
được sẽ là 1s sg kT rect T . Đây là xung cửa có độ cao sg kT , tâm xác định tại
st kT . Mỗi xung g t sẽ tạo ra một xung cửa tương ứng, và kết quả sẽ là:
(2.2)
2.1.3. Ứng dụng của lý thuyết lấy mẫu
17
H.Q.Trung.ĐTTT
Lý thuyết lấy mẫu có tầm quan trọng trong phân tích, xử lý, và truyền dẫn tín
hiệu. Vì ta có thể chuyển tín hiệu liên tục theo thời gian thành chuỗi rời rạc các số.
Xử lý tín hiệu thời gian liên tục bởi vậy được chuyển về xử lý chuỗi rời rạc các số.
Và cũng vì thế mà có thể sử dụng các bộ lọc số. Trong lĩnh vực truyền thông, truyền
dẫn bản tin tương tự được giảm bớt thành truyền dẫn một chuỗi các số. Điều này
làm xuất hiệu nhiều kỹ thuật mới cho truyền thông các tín hiệu liên tục. Bằng cách
lấy mẫu tín hiệu tương tự và làm thay đổi các thông số về biên độ, độ rộng và vị trí
xung của các mẫu nhận được ta có các kỹ thuật điều chế xung tương tự tương ứng
đó là: điều chế biên độ xung (PAM), điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí
xung (PPM). Trong đó có vai trò quan trọng nhất trong phương thức điều chế xung
ngày nay đó là điều chế mã xung (PCM).
Hình 2.3: Các tín hiệu điều chế xung
Thay vì truyền tín hiệu tương tự g t , chúng ta truyền tín hiệu điều chế xung.
Tại bộ thu, chúng ta đọc thông tin của tín hiệu điều chế xung và khôi phục lại tín
hiệu tương tự ban đầu.
Một trong những ưu điểm của việc sử dụng điều chế xung là cho có thể cho
phép truyền một số tín hiệu dựa trên việc chia sẻ tài nguyên về thời gian bằng cách
18
H.Q.Trung.ĐTTT
sủ dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division
Multiplexing).
Hình 2.4: Ghép kênh phân chia theo thời gian với hai tín hiệu PAM
2.2. ĐIỀU CHẾ MÃ XUNG (PCM)
2.2.1. Nguyên tắc
Điều chế xung mã PCM được thực hiện theo một quy trình gồm bốn bước có
tính nguyên tắc đó là:
- Lọc nhằm hạn chế phổ tần của tín hiệu liên tục cần truyền: Biến đổi Fourier
của các tín hiệu liên tục thực tế là vô hạn theo biến tần số, do thời gian tồn tại hữu
hạn của chúng. Chính vì vậy, các tín hiệu liên tục cần truyền nhất thiết phải được
lọc nhằm hạn chế phổ tới tần số cực đại W nào đó nhằm thỏa mãn tính giới hạn về
băng tần của định lý lấy mẫu.
- Lấy mẫu: Tín hiệu liên tục sau lọc được rời rạc hóa bằng cách lấy mẫu thông
qua chuỗi xung nhịp có tần số sf tuân theo định lý lấy mẫu để có được các tín hiệu
điều biên xung (PAM-Pulse Amplitude Modulation).
- Lượng tử hóa: Số hóa giá trị có thể có của tín hiệu PAM sau lấy mẫu là vô
hạn, do vậy số bit cần thiết để mã các giá trị của các xung PAM là vô hạn và điều
này không thể thực hiện được. Để hạn chế số bit mã cần sử dụng, giá trị của từng
xung PAM cần