Chương 3: Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ppt

dce Pha của tín hiệu analog tín hiệu đối với thời gian, được mô tả theo độ degree tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước đó chưa hoàn tất – Tai người không cảm nhận được sự dịch pha – T

– Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel (dB) hay volts

– Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường

độ mạnh

– Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”

• Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất phức tạp

• Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác

dce

giây (cycles per second)

– T/h 30Hz thay đổi 30 lần trong một giây

dce

Pha của tín hiệu analog

tín hiệu đối với thời gian, được mô tả theo độ

(degree)

tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước đó chưa hoàn tất

– Tai người không cảm nhận được sự dịch pha

– T/h mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha

– Nếu biên độ của tần số f, f3, f5, … là a, a3, a5, … thì a = 3a3 = 5a5 …

– Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, băng thông của kênh truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần số 5f đi qua

mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này

– Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín hiệu số

– Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit)

– Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi

dce

• Analog data/Analog Signal

– Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ khác

• Analog data/Digital Signal

– Mã hóa dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số

• Digital Data/Analog Signal

– Được mã hóa dùng modem để tạo ra t/h tương tự

• Digital Data/Digital Signal

– Biểu diễn trực tiếp dữ liệu hoặc mã hóa để tạo ra t/h số có đặc tính mong muốn

• Analog Signal/Analog Transmission

– Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý t/h như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tự

• Analog Signal/Digital Transmission

– Giả sử t/h biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeater

• Digital Signal/Analog Transmission

Analog and digital transmission

Analog data

Analog signal

Digital signal Digital

data

Analog signal

Digital signal

dce

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data Analog signal

Digital signal

• Tín hiệu số

– Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

– Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bit

– Tốc độ mức t/h thay đổi

– Đơn vị là baud = số phần tử t/h trong 1 giây

– Mức tín hiệu tương ứng với bit 0, 1

– Tỉ số SNR: càng lớn thì BER càng giảm

– Tốc độ dữ liệu (bps): càng tăng thì BER càng tăng

– Băng thông: càng lớn thì tốc độ dữ liệu càng tăng

• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

– NRZI cho các bit 1 – Xung điện áp hằng số suốt thời khoảng bit – Dữ liệu được mã căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi t/h ở đầu thời khoảng bit – Thay đổi t/h (L→H hoặc H→L) mã hóa nhị phân 1

– Không có thay đổi t/h mã hóa nhị phân 0 – Một ví dụ cho mã hóa sai phân (differential encoding)

dce

Nonreturn to Zero (NRZ)

• Mã hóa sai phân

bằng mức t/h)

dce

Multilevel Binary

– 0 được biểu diễn bằng không có t/h

– 1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm

– Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ

– Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ)

– Không có thành phần một chiều

– Băng thông thấp

– Phát hiện lỗi dễ dàng

– 1 được biểu diễn bằng không có t/h

– 0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ nhau

– Không có ưu điểm và nhược điểm so với bipolar-AMI

dce

Multilevel Binary

• Trade Off

• Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit

suất bit lỗi của binary code

dce

Biphase: Manchester

– Thay đổi ở giữa thời khoảng bit

– Thay đổi được dùng như t/h đồng bộ (clock) và dữ liệu

– LH biểu diễn 1

– HL biểu diễn 0

– Dùng trong IEEE 802.3 (ethernet)

dce

Biphase: Differential Manchester

• Differential Manchester

• Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và có thể có 2

• Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ

• Cần băng thông rộng hơn

dce

Bài tập

ban đầu

• Không có thành phần một chiều

• Không tạo ra chuỗi dài các t/h mức 0

• Không giảm tốc độ dữ liệu

dce

• B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)

dương, mã thành 000+–0–+

mã thành 000–+0+–

• HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

theo quy tắc:

• Nếu số bit 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là lẻ: “ 0000” -> “000V”

• Nếu số bit 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là chẵn: “ 0000” -> “B00V”

dce

dce

Bài tập

dce

• Ứng dụng

mạng điện thoại công cộng

data

Analog signal

Digital signal

dce

Điều biên (ASK)

• Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu

diễn 0 và 1 (thông thường một biên độ bằng 0)

• Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất

• Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền số liệu

tốc độ thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại)

• Tần số của tín hiệu mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn giao tiếp đang được sử dụng

• Kỹ thuật được dùng trong cáp quang

1 )

f

A t

dce

Điều biên (ASK)

trên mạng điện thoại

2 cos(

1 )

2

cos(

) (

2

1

binary t

f A

binary t

f

A t

dce

Điều tần (FSK)

dce

Điều pha (PSK)

• Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này

• PSK sai phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so với sóng

trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)

• Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang (Phase Amplitude Modulation)

• Phương pháp này thường được dùng trong truyền dữ liệu ở tốc độ

2400bps (2 bits per phase change - CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bits encoding per phase change - CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bits encoding per phase/amplitude change)

– Tổng quát cho mã hóa NRZ-L

2 cos(

1 )

f A

binary t

f

A t

per bits of number :

(bps) rate

data : R

(bauds) rate

modulation :

D

L log

R R

D

l 



dce

Điều pha (PSK)

270 2

cos(

10 )

180 2

cos(

01 )

90 2

cos(

00 )

0 2

t f A

t f A

t f A

t

s

c c c c









BT = 2F + (1+r)R

BT = (1+r)R/l = (1+r)R/log2L

• Trong trường hợp có lỗi, tốc độ lỗi của PSK và

QPSK cao hơn khoảng 3dB so với ASK và FSK

dce

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

– Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 độ

– Mỗi sóng mang đã được điều chế ASK

– 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường

– Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu

Analog and digital transmission

Analog data Analog signal

Digital signal

Digital data Analog signal Digital signal

dce

• Lý thuyết lấy mẫu

• N: tốc độ lấy mẫu

• f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu

• Giới hạn tần số <4000Hz

• Tốc độ lấy mẫu cần thiết

dce

dce

• PAM (Pulse Amplitude Modulation)

– Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B

• Lượng tử hóa các xung PAM

– Xác định giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng đó

– Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2 n (n là số bit cần thiết để số hóa 1 xung)

• Mã hóa dữ liệu

– Thực hiện các thao tác mã hóa thông tin trước khi truyền đi

• Nhiễu lượng tử (quantizing noise)

dce

dce

Non-Linear encoding

dce

Companding

dce

Analog and digital transmission

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data Analog signal Digital signal

dce

• Biên độ của sóng mang được thay đổi bởi biên độ của tín hiệu được

truyền đi s(t) = [1+nax(t)]cos(2fct)

– Tạo ra t/h 2 bên (DSBTC), trong đó chỉ cần có một bên

– na<1 – t/h bao là bản sao của t/h ban đầu

– na>1 – t/h bao cắt trục thời gian (thông tin bị mất)

– Pt = Pc(1+na2 /2)

• Pt và Pc – công suất t/h được truyền đi và t/h sóng mang

• na –chỉ số điều chế, tỉ số biên độ t/h được truyền và sóng mang

• Single sideband (SSB) và double sideband suppress carier (DSBSC)

• Ưu điểm

– Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế) – Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhau

• Khuyết điểm

– Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu

• Không sử dụng hiệu quả năng lượng

Upper sideband

Lower sideband

Discrete carrier term

– Khó bị ảnh hưởng của nhiễu

– Sử dụng hiệu quả năng lượng

' 2

1 )

dce

– Tín hiệu truyền đi không ảnh hưởng đến thành phần biên độ và tần số

mà chỉ làm thay đổi pha của sóng mang

– Phổ tần số của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều pha tương tự như phương pháp điều tần  phương pháp điều pha cũng

có các đặc điểm tương tự phương pháp điều tần

– Tuy nhiên, có hai lý do phương pháp điều pha được dễ chấp nhận hơn

• Đối với bên nhận: tần số của tín hiệu nhận được là cố định, chỉ có pha thay đổi nên chỉ cần thiết kế bộ lọc tần số chỉ cho một tần số duy nhất thay

vì nhiều tần số như trong phương pháp điều tần  giảm chi phí thiết kế và hiện thực mạch

• Trong trường hợp tín hiệu điều chế chỉ nhận một số giá trị (như tín hiệu số), mạch điều chế và giải điều chế hiện thực theo phương pháp điều pha được đơn giản rất nhiều

A n B

F

PM A

n

m f

m p





2

dce

Đọc thêm

2004, chapters 5