bài tập bài giảng kỹ thuật truyền dẫn kỹ thuật số

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 tro

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

ThS HOÀNG QUANG TRUNG

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 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

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:

H.Q.Trung.ĐTTT

4

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

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 th

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

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 th

H.Q.Trung.ĐTTT

7

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 D k và thời gian tồn tại của nó là T k (đối

 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

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

H.Q.Trung.ĐTTT

1 0

Ví dụ: sử dụng 4 mức điện áp, chúng ta có thể mã hóa mỗi tổ hợp hai bit nhị phâ

- 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

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 th

ái

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:

R symbol

 1

0.5 2000 symbol / s  2000 (baud ).

Tốc độ truyền thông tin bởi vậy sẽ là: 2 x 2000 = 4000 bps

1.4 CÁC TIÊU CHUẨN TRUYỀN DẪN

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 rã

i

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

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)

SatelliteOrganization /International Maritime Satellite Organization

H.Q.Trung.ĐTTT

1 3

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)

1 4

ETSI – European Telecommunications Standards Institute (Viện Tiêu chuẩn Viễn

thông Châu Âu)

1 5

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 G    0 khi   2 B có thể đ ược

khôi phục một cách chính xác (mà không bị lỗi) từ các mẫu của nó được lấy đ ều

đặn với tốc độ R  2BB mẫu trên giây Hay nói theo cách khác, tần số lấy mẫu t ối

1 6

Hình 2.1: Tín hiệu mẫu và phổ của nó

Tốc độ lấy mẫu tối thiểu f s  2B được gọi là tốc độ Nyquist cho tín hi

Hình 2.2: Quá trình nội suy tín hiệuMỗi 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 g kTs  xác định tại vị trí t  kTs

2.1.3 Ứng dụng của lý thuyết lấy mẫu

H.Q.Trung.ĐTTT

1 7

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

H.Q.Trung.ĐTTT

1 8

sủ dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division

băng tần của định lý lấy mẫu

- Lấy mẫu: Tín hiệu liên tục sau lọc được rời rạc hóa bằng cách lấy mẫu thôn

g

qua chuỗi xung nhịp có tần số f s 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 v

mức lượng tử (có số lượng hữu hạn) và quá trình này được gọi là lượng tử hóa

- Mã hóa: Các giá trị mức lượng tử ứng với các xung PAM được mã hóa bằn

g

các tổ hợp mã nhị phân để truyền đi trên hệ thống truyền dẫn số

Sơ đồ mô tả công đoạn điều chế xung mã được thể hiện như hình dưới đây:

H.Q.Trung.ĐTTT

1 9

Hình 2.5: Hệ thống truyền dẫn PCM

Quá trình khôi phục ở phần thu được thực hiện như sau: giải mã để được chuỗi

xung PAM lượng tử hóa rồi cho qua lọc thông thấp có tần số cắt bằng một nửa tần

số lấy mẫu

Sai số trong truyền dẫn PCM:

Như ta đã nói ở trên, trong thực tế, các tín hiệu lối vào điều chế mã xung là

các tín hiệu có phổ trải rộng vô hạn Sau lọc hạn chế phổ tần tín hiệu, tín hiệu có

phổ hạn chế và do vậy thời gian tồn tại trải rộng tới vô hạn, nghĩa là về lý thuyết,

việc lấy mẫu phải được thực hiện với vô hạn mẫu (tuy nhiên sẽ không được như

thế) Từ đó chúng ta có thể thấy rằng tín hiệu liên tục khôi phục lại được ở phần thu,

ngay cả trong trường hợp không tính đến méo và tạp nhiễu trên đường truyền, cũng

chỉ là một phiên bản gần đúng của tín hiệu liên tục cần truyền đi ở phần phát mà

thôi Sai số giữa các tín hiệu phiên bản và nguyên bản gây bởi các nguyên nhân sau:

(a) Việc lấy mẫu không thể tiến hành trong thời gian dài vô hạn được

(b) Sai số do làm tròn (lượng tử hóa)

(c) Các đặc tính lọc không hoàn toàn lý tưởng

(d) Phiên bản là một tín hiệu có phổ hạn chế, không như tín hiệu nguyên bản.Ngoài ra, các sai lệch quá mức về đồng bộ cũng có thể dẫn đến sắp xếp sai các

tổ hợp mã thu được và điều này dẫn đến các sai lệch vô cùng trầm trọng Các

H.Q.Trung.ĐTTT

2 0

chi tiết về các công đoạn trong quy trình PCM và các biện pháp khắc phục sai

số sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.

đây, tần số lấy mẫu tiêu chuẩn cho tín hiệu thoại được chọn là 8 kHz Quá trình lấy

mẫu tín hiệu điện thoại được mô tả như hình dưới đây:

H.Q.Trung.ĐTTT

2 1

Hình 2.6: Quá trình lấy mẫu tín hiệu liên tục

2.2.4 Lượng tử hóa

Lượng tử hóa được thực hiện đơn giản nhất bằng cách chia dải động tín hiệu

a, a

Hình 2.7: Quá trình lượng tử hóa đều

Do không biết được phân bố thực sự của biên độ tín hiệu điện thoại trong

khoảng giữa hai mức lượng tử sát nhau, người ta buộc phải giả thiết rằng tín hiệu

điện thoại nhận các giá trị biên độ trong khoảng giữa hai mức lượng tử sát nhau với

xác suất như nhau Do đó tạp âm lượng tử được xem là biến ngẫu nhiên phân bố

đều, tức là pdf e q   Q 2a Thay vào phương trình (2.3), ta có:

với số mức tối thiểu (nhằm giảm số bit mã cần dùng) xác định theo độ chính xác đã

cho đối với các mức cao của tín hiệu lại dẫn đến sai số phạm phải lại lớn đối với các

mức thấp Điều này dẫn đến sai số tổng cộng lớn do trong thực tế các mức tín hiệu

thấp của tín hiệu thoại thường xảy ra nhiều hơn so với các mức cao Các mâu thuẫn

nói trên trong thực tế được khắc phục nhờ áp dụng lượng tử hóa không đều, trong

đó khoảng cách giữa các mức lượng tử được chọn lớn đối với các tín hiệu lớn còn

với các mức tín hiệu nhỏ thì khoảng cách giữa các mức lượng tử chọn nhỏ Giải

H.Q.Trung.ĐTTT

2 3

pháp này là khá tự nhiên do đối với mức tín hiệu lớn thì tỷ số tín hiệu trên sai số (tín

hiệu trên tạp âm lượng tử) vẫn khá nhỏ dù sai số lượng tử tuyệt đối có lớn Việc

chia các mức lượng tử không đều như thế tuy vậy lại khá khó thực hiện trong thực

tế và một giải pháp tương đương thường được áp dụng là thực hiện lượng tử hóa

đều các tín hiệu được nén Luật nén được áp dụng trong điều chế mã xung tín hiệu

điện thoại là luật logarit, trong đó tín hiệu lối ra y của mạch nén biến thiên theo luật

logarit của tín hiệu lối vào x Ở phần thu, tín hiệu được giãn trở lại Việc duy trì

nén-giãn chính xác là một yêu cầu rất ngặt nghèo nhằm tránh các méo tín hiệu mang

vào do quá trình nén-giãn

Các luật nén logarit được áp dụng trong hệ Châu Âu và hệ Mỹ khá khác nhau,

khuyến nghị G.711 của CCITT, các giá trị của các tham số được chọn là: A=87,6 và

  255 Đối với hệ Mỹ,   100 cũng được sử dụng trong một số hệ thống, tuy

nhiên đó không phải là giá trị mà CCITT chọn làm giá trị tiêu chuẩn

Trong thực tế hay sử dụng kỹ thuật lượng tử hóa phi tuyến để đạt được hiệu

quả cao về tỷ số tín trên tạp Đặc biệt trong hệ thống truyền dẫn số còn áp dụng kỹ

thuật giãn số dựa trên các đặc trưng giãn tương tự Thuật toán giãn

nén-được áp dụng cho hai hệ thống Mỹ và Châu Âu dựa trên việc xấp xỉ các đường cong

đặc trưng nén-giãn tương tự tương ứng với hai chuẩn  và A Cụ thể với hệ Mỹ,

đường cong đặc trưng nén-giãn tương tự được xấp xỉ bằng 15 đoạn thẳng (bao gồm

7 đoạn dương, 7 đoạn âm và một đoạn qua gốc) Với hệ Châu Âu, được xấp xỉ

thành 13 đoạn thẳng (bao gồm 6 đoạn dương, 6 đoạn âm và một đoạn qua gốc được

chia thành 4 phân đoạn)

Hình 2.9: Đặc tuyến xấp xỉ tuyến tính hóa luật A – 13 đoạn

Do được tuyến tính hóa theo số đoạn khác nhau, cách nhận được các mã 8 bits

PCM đối với hệ Mỹ và hệ Châu Âu cũng khác nhau Đối với hệ Châu Âu, trước tiên

việc mã 12 bit được thực hiện, chia dải biên độ tín hiệu vào một cách tuyến tính

H.Q.Trung.ĐTTT

2 5

thành 4096 bước Các mạch logic sau đó được sử dụng để tạo ra các từ mã

Giới hạn trên của đoạn (tính theo bước biên độ vào)

Từ mã PXYZABCD

Độ lớn của mỗi bước lượng tử đều (tính theo số bước biên độ lối vào)

Bảng 2.1: Thuật toán mã hóa hóa theo luật A

theo một quy tắc mã được mô tả trong bảng thuật toán dưới đây:

Từ bảng thuật toán trên, chúng ta có thể thấy rằng mỗi một đoạn được chia thàn

Như ta đã biết, PCM được thực hiện bằng cách mã hóa các giá trị mẫu được

lượng tử hóa của tín hiệu liên tục lối vào Số bit mã cần thiết, chẳng hạn cho tín hiệu

điện thoại, như phần trước đã trình bày, đã được CCITT xác định phải là 8 Tốc độ

tín hiệu thoại PCM như vậy là 64 kb/s, chiếm phổ tần khá lớn

Những rung động chuẩn chu k của thanh huyền và các chuyển động hạn chế

của các bộ phận thuộc cơ quan phát âm như môi và lưỡi thực tế tạo ra các mẫu âm

thanh rất tương quan trong tín hiệu âm hữu thanh Ngược lại, các âm vô thanh thì có

xu hướng không tương quan Trong đàm thoại, một người đàm thoại tiêu biểu

thường nói trong 40 thời gian và đối với các giai đoạn tiếng nói tích cực (giai

đoạn có nói trong cuộc đàm thoại) thì các âm hữu thanh xảy ra gấp 4 lần so với các

âm vô thanh Sự trội hơn hẳn của các âm hữu thanh có nghĩa là tính tương quan

trong các tín hiệu âm thoại có thể khai thác được một cách có hiệu quả Do tính

tương quan cao của các mẫu tiếng nói, sai lệch giữa hai mẫu kế nhau thường khá

nhỏ so với giá trị của từng mẫu

2.3.2 Điều chế mã ung vi sai với bộ d đoán

Do độ tương quan giữa các mẫu tiếng nói khá lớn nên có thể thực hiện dự

đoán được một cách gần đúng một giá trị mẫu nào đó từ một số mẫu trước đó Một

vài phương pháp mã hóa với bộ dự đoán đã và đang được phát triển nhằm đạt được

hiệu quả phổ tần cao để truyền tín hiệu thoại cũng như các tín hiệu băng rộng như

video Trong quá trình mã hóa có dự đoán, ước lượng về mẫu tiếp theo có thể dựa

trên mối tương quan giữa các phần tử, các đoạn hay các mẫu tín hiệu Khi ước

lượng này khá phù hợp thì sai lệch giữa một giá trị mẫu và giá trị mẫu dự đoán của

nó còn nhỏ hơn nữa so với sai lệch giữa các mẫu kế tiếp Vì vậy, bằng cách sử dụng

thêm bộ dự đoán ta có thể chỉ cần mã giá trị sai lệch giữa giá trị thực và giá trị dự

đoán của mẫu tín hiệu và số bit cần sử dụng để mã còn có thể giảm hơn nữa so với

DPCM không có bộ dự đoán Nhờ vậy có thể giảm hơn nữa tốc độ truyền và độ

rộng phổ chiếm

H.Q.Trung.ĐTTT

2 7

(Hình 2.11: Cấu trúc mã và giải mã DPCM với bộ dự đoán)

Theo cấu trúc mã và giải mã như trên, một bộ dự đoán được sử dụng để tạo ra

Trong đó, chỉ số n phía trên biểu thị nhịp lấy mẫu thứ n.

Giá trị ước lượng của mẫu tiếp theo (tín hiệu lối ra của bộ dự đoán) được xác

định (ngoại suy) từ L mẫu trước đó theo biểu thức:

(Hình 2.12: Bộ lọc giàn dùng làm mạch dự đoán)Bậc của bộ dự đoán thường được giới hạn tới 3 hoặc 4 và tăng ích của các bộ

dự đoán tiêu biểu là 15 dB Cần chú ý ở đây rằng cái giá phải trả cho sự giảm phổ

chiếm dụng của tín hiệu, có được nhờ giảm độ dư thừa trong tín hiệu, là mức độ

nhạy cảm đối với lỗi truyền dẫn tỷ lệ với mức giảm độ dư thừa Do tín hiệu thực sự

được mã chỉ là sai số giữa tín hiệu thực và tín hiệu dự đoán, nếu có sai lỗi trong

truyền dẫn thì sai lỗi này sẽ được cộng vào tín hiệu khôi phục trong suốt quá trình

khôi phục bởi vì máy thu chỉ thực hiện giải mã độ chênh lệch, tích phân lại và cộng

kết quả với mẫu tín hiệu đã được khôi phục trước đó, và cứ vậy sai lỗi đó sẽ lan ra

toàn tín hiệu được khôi phục

2.3.3 Hiện tượng quá tải sư n

DPCM dựa trên tiền đề là các mẫu tín hiệu liên tiếp nói chung có độ chênh

lệch nhỏ, vì vậy chỉ cần ít bit để mã Điều này đúng với các loại tín hiệu biến thiên

tương đối chậm Với các tín hiệu biến thiên khá nhanh thì việc sử dụng tương đối it

bit để mã độ chênh lệch sẽ gây méo tín hiệu Hiện tượng này được gọi là uá t

được mã chỉ bằng một bit: khi độ chênh lệch dương thì bit mã là 1, ngược lại khi độ

chênh lệch âm, bit mã là 0 Tại phía thu, một lượng cố định  được cộng vào hay

trừ đi với mức tín hiệu trước đó (tính tích lũy) tùy theo cực tính của bit nhận được là

H.Q.Trung.ĐTTT

2 9

1 hay 0, hình thành một tín hiệu dạng bậc thang Sau đó tín hiệu bậc thang được cho

qua lọc

H nh 2.13: Quá trình điều chế Delta

H nh 2.14: Bộ điều chế Delta

Hình 2.15: Bộ giải điều chế Delta

2.4 ĐIỀU CHẾ MÃ XUNG VI SAI THÍCH ỨNG (ADPCM)

Như ta đã trong phần trền, tốc độ ký hiệu hoặc tốc độ bit của tín hiệu PCM

gồm các từ mã 8 bit và tín hiệu tiếng nói được lấy mẫu với tần số 8 kHz bằng 64

kbit/s Nếu số lượng bit của từ mã giảm còn 4 như trong điều chế mã xung vi sai

(DPCM) thì tốc độ bit giảm và chỉ bằng 32 kbit/s Có xu hướng tiêu chuẩn hóa quốc

H.Q.Trung.ĐTTT

3 0

tế tốc độ 32 kbit/s đối với tín hiệu mã tiếng nói nhờ sử dụng ADPCM Vấn đề này

được phản ánh trong khuyến nghị G.721 của CCITT, có liên quan đến điều chế mã

xung vi sai tự thích nghi 32 kbit/s và các tài liệu khác

Với một quá trình ngẫu nhiên dừng được xác định như một quá trình mà

những đặc tính thống kê của các phép đo quá trình không thay đổi theo thời gian

Nhiều nguồn tín hiệu thực tế là không dừng nhưng tựa dừng Qúa trình này được

thể hiện qua phương sai và hàm tự tương quan thay đổi chậm theo thời gian Các bộ

mã hóa trong các hệ thống PCM và DPCM được tính toán trên cơ sở tín hiệu vào

dừng và được mô hình hóa đối với các nguồn tín hiệu tựa dừng Nếu bộ lượng tử

đều PCM được sử dụng thì trị trung bình của tạp âm lượng tử bằng 0, phương sai

hoặc công suất tạp âm lượng tử bằng 2 12 Nếu phương sai thay đổi do sai số