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 ˆkT , 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:

ˆk 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 ˆk 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 its1000 its s

6

bR 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 ( ).0.5symbolR 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 được làm tròn thành một trong các giá trị mẫu xác định gọi là các

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 bằng

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:

19

H.Q.Trung.ĐTTT

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

20

H.Q.Trung.ĐTTT

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.

2.2.2. Lọc giới hạn băng

Ta xét tín hiệu thoại, có phổ tập trung trong dải từ 0,3 đến 3,4 kHz. Việc cắt

bỏ các thành phần tần số ngoài dải nói trên không gây ra những méo thụ cảm quá

lớn, tức là không gây nên những trở ngại đặc biệt đối với quá trình thông thoại. Để

hạn chế phổ tín hiệu có thể tiến hành loại bỏ các thành phần tần số lớn hơn 3,4 kHz

trong tín hiệu điện thoại bằng lọc thông thấp, tức là có thể chọn tần số cực đại W

của tín hiệu thoại là 3,4 kHz. Trong trường hợp này, sai số do lọc hạn băng gây ra

chủ yếu là bởi không thể chế tạo được mạch lọc thông thấp lý tưởng mà chỉ có thể

chế tạo được các mạch lọc với đặc tính lọc không dốc đứng tại tần số cắt. Để không

gây nên những méo thụ cảm rõ rệt được, tần số cắt của mạch lọc hạn băng phải

chọn cao hơn 3,4 kHz. Các mạch lọc tiêu chuẩn trong thực tế (có đặc tính thỏa mãn

các khuyến nghị của CCITT cho các mạch thoại) có tần số cắt rất sát với 4 kHz.

2.2.3. Lấy mẫu

Quá trình lấy mẫu được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu thoại liên tục với

một chuỗi xung nhịp có tần số 2sf W . Việc chọn tần số nhịp lớn hơn hai lần W sẽ

làm mở rộng băng tần chiếm của tín hiệu số, do vậy tần số nhịp phải chọn nhỏ nhất

mà không gây méo tín hiệu. Sai số lấy mẫu gây bởi việc không thể lấy mẫu trong

một thời gian dài vô hạn thường không đáng kể và có thể bù đắp bằng việc chọn

2sf W một chút. Kết hợp với thực tế phát sinh do lọc hạn băng như đã nói trên

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:

21

H.Q.Trung.ĐTTT

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 thành Q mức cách đều nhau, được gọi là lượng tử hóa đều. Khoảng cách

giữa các mức lượng tử là 2a Q . Các giá trị của mẫu tín hiệu (các xung PAM)

được làm tròn thành giá trị mức lượng tử gần nhất. Sai số lượng tử của các giá trị

mẫu là một biến ngẫu nhiên qe , nhận các giá trị trong khoảng ,a Q a Q , có thể

xem như một lượng tạp âm gọi là tạp âm lượng tử và có thể đánh giá được thông

qua công suất tạp âm lượng tử:

2 2

a Q

eq q q q q

a Q

P e e pdf e de

(2.3)

Trong đó pdf là hàm mật độ xác suất.

22

H.Q.Trung.ĐTTT

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 2qpdf e Q a . Thay vào phương trình (2.3), ta có:

2 2 23 12eqP a Q (2.4)

Từ (2.4) chúng ta có thể thấy khi tăng số mức lượng tử Q thì công suất tạp âm

lượng tử giảm. Chẳng hạn, khi tăng số mức lượng tử lên hai lần, công suất tạp âm

lượng tử giảm 4 lần, tức là khoảng 6 Db. Tuy nhiên, việc tăng quá mức số mức

lượng tử dẫn đến hai hệ quả: a) Số mức lượng tử lớn dẫn đến số bit dùng để mã các

mức lượng tử tăng (cứ tăng số mức lượng tử lên hai lần thì phải thêm 1 bit trong tổ

hợp mã) làm tăng tốc độ bit và do vậy tăng phổ chiếm dụng của tín hiệu số; b) Với

cùng một dải động tín hiệu, việc tăng quá mức số mức lượng tử sẽ có thể dẫn đến

mức lượng tử khôi phục lại ở phần thu bị nhận nhầm dưới tác động của tạp âm nhiệt

trong các mạch điện tử. Thêm vào đó, nếu lượng tử hóa đều thì việc chia các mức

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

23

H.Q.Trung.ĐTTT

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,

điều này là do lịch sử quá trình phát triển viễn thông trước đây trên các khu vực

khác nhau để lại. Luật nén được áp dụng là luật đối với hệ Mỹ, trong khi đó hệ

Châu Âu sử dụng luật nén A. Biểu thức giải tích xác định các luật nén và A là:

Luật nén (Hệ Mỹ):

ln 1, 1 1

ln 1

xy sign x x

(2.5)

Luật nén A (Hệ Châu Âu):

, 0 11 ln

1 ln, 1 1

1 ln

A xsign x x A

Ay

A xsign x A x

A

(2.6)

Hình 2.8: Đặc trưng nén-giãn theo luật và luật A

Trong các biểu thức (2.5) và (2.6), x và y lần lượt là các giá trị của các tín hiệu

lối vào và lối ra của bộ nén được chuẩn hóa theo giá trị cực đại của chúng. Theo

24

H.Q.Trung.ĐTTT

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 nén-giãn số dựa trên các đặc trưng nén-giãn tương tự. Thuật toán nén-giãn

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).

2.2.5. Mã hóa

Việc mã hóa các mức lượng tử đều (sau nén) để tạo thành tín hiệu PCM được

thực hiện bằng các tổ hợp 8 bits đối với cả hệ Mỹ lẫn Châu Âu và cùng có dạng

PXYZABCD. Trong đó, bit P chỉ thị cực tính giá trị lượng tử của mẫu tín hiệu: P=1

với tín hiệu dương và P = 0 với tín hiệu âm. Ba bits XYZ dùng để mã các đoạn

thẳng (hoặc phân đoạn) làm gần đúng tuyến tính các luật nén ( hay A), bốn bit

ABCD dùng để mã 16 mức lượng tử đều trong từng 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

25

H.Q.Trung.ĐTTT

thành 4096 bước. Các mạch logic sau đó được sử dụng để tạo ra các từ mã 8 bit

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

Đoạn

thứ

Giới hạn dưới của

đoạn (tính theo bước

biên độ vào)

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)

1 2048 4096 1111ABCD 128

2 1024 2048 1110ABCD 64

3 512 1024 1101ABCD 32

4 256 512 1100ABCD 16

5 128 256 1011ABCD 8

6 64 128 1010ABCD 4

7

(Đoạn gốc)

32 64 1001ABCD 2

0 32 1000ABCD 2

-32 0 0000ABCD 2

-64 -32 0001ABCD 2

8 -128 -64 0010ABCD 4

… … … … …

13 -4096 -2048 0111ABCD 128

Bảng 2.1: Thuật toán mã hóa hóa theo luật A

Từ bảng thuật toán trên, chúng ta có thể thấy rằng mỗi một đoạn được chia thành 16

mức lượng tử đều. Giá trị độ lớn của mỗi một mức lượng tử đều (tính theo số bước

của mức biên độ lối vào) được ghi ở cột cuối cùng của các bảng là thay đổi theo giá

trị mức lối vào.

Lợi ích của nén-giãn có thể thấy được thông qua xét làm ví dụ đối với hệ Châu

Âu. Chúng ta thấy rằng bộ lượng tử đều sử dụng nén-giãn (cũng còn gọi là bộ lượng

tử phi tuyến) có độ phân giải tương đương với độ phân giải của bộ lượng tử đều

(lượng tử tuyến tính) với 4096 mức sử dụng các từ mã 12 bit. Như vậy so với việc

sử dụng bộ lượng tử tuyến tính 8 bit (256 mức) công suất tạp âm lượng tử giảm

được 4x6 = 24 dB.

2.3. ĐIỀU CHẾ MÃ XUNG VI SAI

2.3.1. Nguyên tắc

26

H.Q.Trung.ĐTTT

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.

1n n ns s s (2.7)

Trong đó n

ss s n f là giá trị mẫu của tín hiệu vào tại nhịp lấy mẫu thứ n.

Vì vậy, thay vì mã hóa các giá trị mẫu tiếng nói như với PCM, chỉ cần mã hóa sai

lệch giữa các mẫu tiếng nói liên tiếp và chỉ cần một số bit ít hơn để mã. Đây chính

là nguyên tắc của điều chế xung vi sai DPCM (Differential Pulse Code

Modulation).

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.

27

H.Q.Trung.ĐTTT

(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

giá trị ước lượng của mẫu tiếp theo và sai lệch của sự ước lượng này với giá trị thực

của mẫu tín hiệu kế tiếp được mã hóa PCM. Tín hiệu lối vào của bộ dự đoán được

hình thành từ một bộ giải mã PCM. Ở phía thu, các thuật toán ngược lại được thực

hiện. Tín hiệu lối vào bộ mã hóa PCM phía phát là:

n n nR s t X (2.8)

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:

1

Ln n

i

i

X a s t

(2.9)

Các hệ số ia là các trọng số của thuật toán dự đoán, được lựa chọn một cách

thích hợp. Phần tử được sử dụng rộng rãi trong thực hiện bộ dự đoán là bộ lọc giàn

bao gồm các đoạn dây giữ chậm T (là khoảng cách giữa các mẫu) và mạng kết hợp

trọng số.

28

H.Q.Trung.ĐTTT

(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 tải

sư n.

Để thấy rõ hiện tượng này, ta xét trường hợp đơn giản nhất của DPCM là điều

chế delta. (DM: Delta Modulation), trong đó độ chênh lệch giữa hai mẫu liên tiếp

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

29

H.Q.Trung.ĐTTT

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

30

H.Q.Trung.ĐTTT

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

lượng tử thay đổi gây ra bởi tín hiệu vào tựa dừng, thì phương pháp để trung hòa là

thay đổi bước lượng tử . Đây là một trong những phương pháp hoạt động của bộ

lượng tử hóa tự thích nghi. Bộ lượng tử hóa tự thích nghi thay đổi bước lượng tử

của nó phù hợp với phương sai của các xung lấy mẫu tín hiệu đi qua. Các thuật toán

được phát triển cho điều chế mã xung vi sai khi mã hóa tín hiệu tiếng nói bằng cách

sử dụng bộ lượng tử hóa và bộ dự đoán tự thích nghi, trong đó các hệ số thay đổi có

chu k để phản ánh thống kê của tín hiệu vào. Hơn nữa truyền các hệ số dự đoán

đến máy thu, và như vậy làm tăng số bit truyền và tốc độ bit, bộ dự đoán thu tính

các hệ số riêng của nó.

Hình 2.15: Lượng tử hóa tự thích nghi với:

(a) đánh giá thuận và (b) đánh giá ngược mức tín hiệu vào.

31

H.Q.Trung.ĐTTT

Có hai loại hệ thống tự thích nghi. Thứ nhất là hệ thống DPCM có lượng tử tự

thích nghi (thường gọi tắt là DPCM-AQB). Loại thứ hai kết hợp cả bộ lượng tử hóa

tự thích nghi và bộ dự đoán tự thích nghi. Loại này gọi tắt là DPCM-APB-AQB.

AQF: Thông tin mức tín hiệu được truyền đến bộ mã hóa ở xa khi sử dụng 5-6

bit cho một xung lấy mẫu trên cỡ bước. Cho phép bảo vệ thông tin cỡ bước ở phía

phát bằng cách thêm bit dư. Độ trễ đánh giá được tạo ra trong hoạt động mã hóa

(bằng 16 ms cho tiếng nói). Yêu cầu chèn các mẫu vào không lượng tử hóa . Tự

thích nghi khối hoặc tự thích nghi định k ; nghĩa là cỡ bước của nó đổi mới mỗi

lần mỗi khối và giữ không đổi suốt trong thời gian một khối của N mẫu. Đánh giá

dựa trên cơ sở các mẫu không lượng tử.

AQB: Thông tin về cỡ bước được tách ra từ trạng thái trước đó của bộ

lượng tử hóa. Không có trễ của đánh giá. Tạp âm lượng tử làm giảm đặt tính bám

sát mức và giảm đặc tính hơn nữa khi tăng cỡ của bước. Đây là hệ thống phi tuyến

có hồi tiếp và có thể không tránh khỏi vấn đề về sự ổn định. Các hệ thống AQF đòi

hỏi các khối đệm đắt tiền có cấu trúc phức tạp và cũng gây ra trễ, các hệ thống

DPCM ít phức tạp thường dùng các mạch AQB nên có lợi ở chỗ không cần các bit

ngoài để cung cấp thông tin về cỡ của bước. Hoạt động của các bộ mã hóa DPCM-

AQB tại 32 kbit/s được chấp nhận để truyền tiếng nói. Kết quả là không tốt như hệ

thống PCM 7 bit sử dụng phương pháp lượng tử hóa logarit mà chỉ so sánh với hệ

thống PCM 6 bit lượng tử hóa logarit. Nếu yêu cầu có một hệ thống DPCM 32

kbit/s chất lượng cao thì bộ dự đoán tự thích nghi (APB) phải đưa vào thiết kế.

32

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 2.16: Sơ đồ DPCM với (a) dự đoán tự thích nghi thuận

Và (b) dự đoán tự thích nghi ngược.

33

H.Q.Trung.ĐTTT

CHƯƠNG 3. TÍN HIỆU TRUYỀN DẪN SỐ

3.1. RUNG PHA VÀ TRÔI PHA TRONG MẠNG TRUYỀN DẪN SỐ

3.1.1. Vấn đề rung pha và trôi pha

Rung pha và trôi pha được định nghĩa tương ứng là sự biến thiên ngắn và dài

các thời điểm có ý nghĩa của tín hiệu số so với các thời điểm lý tưởng của chúng.

Các thời điểm có ý nghĩa có thể lấy ở điểm giữa hoặc điểm bất k cố định nào đó

được nhận biết một cách rõ ràng trên mỗi xung. Sự biến thiên các thời điểm có ý

nghĩa ảnh hưởng đến tín hiệu số giống như trong trường hợp khi tín hiệu định thời

gốc sử dụng để tạo ra dòng bit bị điều pha với một tín hiệu điều chế, đó là dạng

sóng rung pha. Dạng sóng rung pha có thể được biểu diễn bằng một hàm liên tục

theo thời gian và độc lập với tín hiệu số bị ảnh hưởng. Điều này có thể minh họa

như hình 3.1. Các tín hiệu rung pha có ý nghĩa nhất là các tín hiệu ở khoảng tần số

từ vài chục Hz đến vài kHz. Các đơn vị biểu thị biến đổi của rung pha phụ thuộc

vào môi trường đang đo nó, và có thể là các đơn vị thời gian, pha hoặc các khoảng

thời gian đơn vị (UI).

Hình 3.1: Minh họa rung pha và ảnh hưởng của nó đến tín hiệu số

Chúng ta sẽ sử dụng I, CCITT định nghĩa khoảng đơn vị là độ chênh lệch

danh định về thời gian giữa các thời điểm có ý nghĩa kế tiếp nhau của một tín hiệu

chiếm thời gian bằng nhau . Điều này có nghĩa là độ rộng của một chu k tín hiệu

số bằng khoảng thời gian đơn vị. Ví dụ, biên độ tức thời của rung pha đã được đo là

1 s dưới dạng sóng vuông 100 kHz; vì chu k của dạng sóng 100 kHz là 10 s ,

đối với tín hiệu định thời phải phân biệt được dấu và khoảng cách, thời gian có ý

nghĩa đối với tín hiệu này cách nhau 5 s . Như vậy khoảng đơn vị sẽ là 5 s và

biên độ rung pha sẽ là 1 s /5 s = 0,2 UI.

3.1.2. Các nguồn rung pha

34

H.Q.Trung.ĐTTT

Trong nhiều trường hợp rung pha không thể xác định được và chỉ được tính

bằng cách sử dụng công cụ thống kê toán học như hàm mật độ xác suất của biên độ

(pd ). Giá trị của hàm này chính là xác suất để tìm thấy biên độ rung pha, lớn hơn

hoặc nhỏ hơn một giá trị xác định nào đó. Sau khi có hàm mật độ xác suất của biên

độ rung pha, chúng ta tính được giá trị trung bình và phương sai của nó. Nếu dạng

sóng rung pha có thể xác định được thì một tham số quan trọng là tốc độ biến đổi

của rung pha trong tín hiệu số. Rung pha có thể xuất hiện do các nguyên nhân khác

nhau trong một hệ thống truyền dẫn số. Tuy vậy, chủ yếu các nguyên nhân này có

thể phân thành các loại sau:

(1) Rung pha hoặc trôi ở tần số rất thấp do sự thay đổi thời gian trễ truyền dẫn

của các cáp... Mà sự thay đổi đó lại do sự biến đổi chậm của nhiệt độ nơi

đặt cáp gây ra.

(2) Rung pha tần số thấp do sự bất ổn định không phối hợp của các nguồn

đồng hồ gây ra.

(3) Rung pha do tạp âm gây ra, nó xuất hiện do tạp âm pha trong các mạch

của bộ dao động điều khiển bằng tinh thể được sử dụng để làm đồng hồ

trong toàn hệ thống, cũng như tạp âm trong các mạch logic gây ra rung pha

cho các chuyển tiếp số và đồng hồ trong khi có hiện tượng choãi sườn

xung.

(4) Rung pha sinh ra do ghép tín hiệu, xuất hiện do việc đưa vào hoặc lấy ra

các bit hiệu chỉnh và các khung số.

(5) Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu gây nên méo dạng xung của mỗi bit.

Điều này gây ra sự thay đổi về mức phát hiện của mỗi xung, gây nên hiện

tượng rung pha cho luồng bit đã được tái sinh.

(6) Rung pha của bộ tái sinh xuất hiện do sự khôi phục thời gian không phù

hợp trong các trạm lặp tái sinh số.

Trừ rung pha sinh ra do các bộ tái sinh, các nguồn rung pha đã kể ở trên có ở

mức thấp và không tương quan. Trong các trường hợp này, rung pha cộng với nhau

trên cơ sở công suất và tích lũy dọc hệ thống truyền dẫn số. Tuy vậy rung pha của

các bộ lặp là do từng mẫu sinh ra và do đó tương quan với nhau. Vì cùng mẫu hoặc

các biến đổi trùng mẫu đưa đến mỗi bộ lặp, nên trong trường hợp này rung pha sẽ

được tích lũy trên cơ sở biên độ.

3.1.2.1. ung pha do các ph n t nh th i sinh ra

35

H.Q.Trung.ĐTTT

Rung pha này có biên độ và tần số tương đối thấp và nó xuất hiện do tạp âm

pha không phối hợp trong mạch dao động của đồng hồ và do thay đổi độ rộng sườn

xung trong các mạch logic. Trong nhiều trường hợp rung pha sinh ra có thể bỏ qua.

Các yếu tố mà chúng ta có thể tạo ra các dạng rung pha hoặc trôi, là các sự biến đổi

chậm trong nguồn cung cấp và các thay đổi về nhiệt độ lần lượt ảnh hưởng đến các

mức ngưỡng kích thích trong các mạch logic.

3.1.2.2. Tr i do s thay i nhiệt ộ gây ra

Thường rung pha biến thiên chậm được xem như trôi xuất hiện do sự biến đổi

về nhiệt độ của thiết bị và kênh truyền dẫn gây ra sự thay đổi về thời gian đối với

tín hiệu đi qua chúng. Vì trôi có tần số thấp nên các vòng khóa pha có xu thế làm

tăng sự trôi này và như vậy thực tế không thể dùng các vòng khóa pha để loại bỏ

hoặc giảm sự trôi được, trừ khi thiết kế chúng có hằng số thời gian rất dài. Có thể sử

dụng các bộ nhớ đệm có dung lượng đủ lớn, vì chúng có khả năng hấp thụ được các

sự biến đổi của các rung pha tương đối dài hơn này.

ng 3.1: ng giá tr ánh giá ối i tr i

Bảng 3.1 cho một giá trị đánh giá của trôi đối với các hệ thống khác nhau ở

Anh. Các biên độ trôi giống như rung pha, có thể được biểu thị bằng các khoảng

đơn vị, nhưng phổ biến hơn thường dùng các đơn vị thời gian.

Thường thì người ta sử dụng các bộ nhớ đệm để điều tiết sự tồn tại đầu vào

của cac thiết bị số nhằm tối thiểu hóa các hiện tượng trôi điều khiển được hoặc

không điều khiển được.

3.1.2.3. ung pha do hiệu ch nh tạo ra

Như đã trình bày trong phần trên, hiệu chỉnh là một quá trình trong đó các bit

được chèn đều đặn vào luồng bit đến để nâng tốc độ bit lên đến tốc độ mà thiết bị

ghép kênh yêu cầu. Ở đầu cuối xa nhờ có các tín hiệu điều khiển hiệu chỉnh, các bit

36

H.Q.Trung.ĐTTT

được chèn thêm vào đó bị gạt ra để khôi phục lại tín hiệu thông tin trở lại giá trị

danh định của nó. Việc loại bỏ một bit hiệu chỉnh ở đầu cuối thu nghĩa là tín hiệu số

xảy ra đột biến, được lọc ra để lại các chỗ trống của một khoảng khe thời gian. Tín

hiệu bất thường này ngoài việc đi vào bộ nhớ đàn hồi, còn được đưa đến đầu vào

mạch vòng khóa pha, mạch này tách tín hiệu định thời từ tốc độ trung bình của tín

hiệu bất thường này. Tín hiệu định thời tổng hợp sử dụng để đọc tín hiệu ra từ bộ

nhớ đàn hồi (nó đã hấp thụ sự bất thường này).

Nếu sự định thời không tương thích, sẽ còn lại thành phần rung pha dư ở tín

hiệu ra. Gía trị RMS của rung pha này có thể biểu thị bằng max0,2887 f , ở đây

maxf là tốc độ bit ở đầu ra của bộ ghép kênh. Ngoài rung pha hiệu chỉnh, còn có một

thành phần rung pha bổ sung gọi là rung pha thời gian chờ đợi . Nó xuất hiện do

sự trễ giữa thời gian hiệu chỉnh đã có. Dạng rung pha này là một loại tích lũy trong

thiết bị ghép kênh và có thể có các thành phần ở các tần số nằm trong băng thông

của vòng khóa pha của bộ tách kênh, đó là rung pha tần số thấp. Trong thời gian chờ

đợi biên độ rung pha tăng tuyến tính, tạo nên những mẫu răng cưa đặc trưng. Sự

tích lũy của rung pha thời gian chờ đợi có tốc độ nằm giữa 1/ 4

N và 1/ 2

N , ở đây

N là số cặp ghép kênh. Một mô hình đã được công bố phù hợp với các phép đo tiến

hành trên một đoạn số gồm một thiết bị ghép kênh có liên quan đã chỉ ra rằng rung

pha của bộ lặp cộng thêm vào rung pha thời gian chờ đợi do bộ tách kênh và do đó

trong x đoạn số đối với một hệ thống hữu tuyến hoạt động ở 140 Mbit/s và đối với

một hệ thống viba hoạt độ ở 34 Mbit/s, thì tổng rung pha XJ bằng công suất đó do

một đoạn đơn nhân với căn bậc 3 của số đoạn suốt đường nối. Và người ta cũng đã

chứng minh là biên độ rung pha của thời gian chờ đợi lớn hơn giá trị của rung pha

mẫu phụ thuộc.

3.1.2.4. Rung pha do hoạt ộng c a bộ tái sinh

Hầu hết các bộ tái sinh số sử dụng hiện nay đều tự định thời, tức là tín hiệu ra

đã được định thời lại dưới sự điều khiển của một tín hiệu định thời đã được tách ra

từ tín hiệu vào. Dạng rung pha đáng kể nhất xuất hiện do sự không hoàn thiện trong

mạch điện, phụ thuộc vào dãy xung trong tín hiệu số đang được truyền đi. Rung pha

này được gọi là rung pha mẫu phụ thuộc.

Trong các luồng bit số mang số liệu, không thể tách trực tiếp thông tin định

thời được. Đó là vì luồng bit không chứa các xung trong mọi khe thời gian. Để tách

thông tin định thời, cần phải tiếp tục xử lý và trong quá trình xử lý cần tạo ra một

dòng xung đồng hồ đều đặn, đã có rung pha định thời xen vào. Một phương pháp đã

37

H.Q.Trung.ĐTTT

được sử dụng để tách thông tin định thời là sử dụng luồng bit vào để thiết lập dao

động trong mạch điều hưởng có Q cao. Nếu Q đủ cao, vào lúc thời gian dao động

bắt đầu tắt sẽ có một xung khác đến và bắt đầu mạch lại dao động một lần nữa.

Vì thực tế Q của mạch là hữu hạn cho nên tín hiệu ra sẽ bao gồm vạch phổ đã

được tách cộng với một thành phần rung pha do sử chuyển đổi biên độ pha của tạp

âm ngẫu nhiên trong tín hiệu vào. Rung pha do tạp âm này tạo ra sẽ hoàn toàn ngẫu

nhiên và không tương quan với tín hiệu vào. Vì vậy, các bộ lặp khác dọc đường dây

tạo nên rung pha một cách độc lập và có xu hướng tích lũy, dù cho mỗi bộ lặp sẽ

nén điều pha trong tín hiệu vào ở một phạm vi nào đó.

Tuy vậy, bất k rung pha hoặc tạp âm nào nằm trong băng tần của mạch khôi

phục đồng hồ sẽ xuất hiện trong tín hiệu định thời lại sẽ thêm vào rung pha do chính

mạch khôi phục đồng hồ gây ra. Như vậy lượng điều pha bị giảm phụ thuộc vào giá

trị Q của mạch điều hưởng và lượng mạch bị lệch tần số danh định. Đứng trên quan

điểm của rung pha, sự hoạt động của một bộ lặp tái sinh tương đương như một bộ

lọc thông thấp đối với rung pha có ở tín hiệu vào, nhưng đồng thời cũng tạo nên

rung pha, như đã nói ở trên. Có thể biểu thị điều này bằng một nguồn rung pha bổ

sung ở đầu vào. Nếu rung pha này thực sự là ngẫu nhiên, vì nó được sinh ra từ

những mẫu phụ thuộc hoặc rung pha tương quan, thì tổng rung pha RMS NJ tồn tại

trong tín hiệu số sau N bộ tái sinh sẽ được biểu thị bằng biểu thức gần đúng:

1/ 4

NJ J N

Ở đây là rung pha RMS tạo nên từ một bộ tái sinh đơn do các nguồn rung

pha không tương quan. Nguồn rung pha tạo nên do một mẫu ngẫu nhiên là ngẫu

nhiên về bản chất và hàm phân phố xác suất của biên độ (pd ) có thể coi gần như

phân bố Gauss. Do đó, với một độ lệch chuẩn hoặc biên độ rung pha RMS đã cho,

ta có thể tính được xác suất rung pha vượt bất k biên độ đỉnh – đỉnh nào đã chọn.

Với những mục đích xác định, giả thiết tỷ số đỉnh – đỉnh trên RMS là 12 đến 15, lúc

đó xác suất vượt rất thấp.

3.1.2.5. Rung pha ng ch nh

Rung pha đồng chỉnh là hiệu tức thời giữa rung pha tín hiệu định thời và rung

pha tín hiệu tín tức. Đó là rung pha rương đối, ngược với rung pha tuyệt đối. Cũng

có thể xem đó là hiệu giữa rung pha vào và rung pha ra của một bộ tái sinh bất k

trong một chuỗi dài của các bộ lặp tái sinh, sẽ có giá trị không đổi đối với tất cả các

bộ lặp, và giá trị cực đại xuất hiện trong chuỗi.

38

H.Q.Trung.ĐTTT

3.1.3. Các ảnh hưởng của rung pha

Tại một giao diện liên kết, dung sai vào đối với rung pha của thiết bị tiếp theo

sẽ được thiết kế để điều tiết rung pha do thiết bị phía trước sinh ra; nói cách khác,

nếu không điều khiển một cách thích đáng thì sự tích lũy rung pha sẽ gây ra những

vấn đề sau:

(1) Tăng xác suất các lỗi số đưa vào trong các tín hiệu số tại các điểm tái sinh

tín hiệu do các tín hiệu định thời bị lệch về thời gian so với các vị trí tối ưu

của chúng.

(2) Đưa các độ rung pha điều khiển được vào các tín hiệu số do khả năng nhớ

số đã được thiết kế để phục vụ cho các mục đích khác đã sử dụng hết, vì

thế gây ra sự tràn bộ nhớ, với hiệu ứng ngược lại là làm cạn bộ nhớ. Hiện

tượng tràn và cạn xuất hiện trong các loại nào đó của các bộ đệm và các bộ

so pha của thiết bị đầu cuối, ví dụ các bộ giảm rung pha và thiết bị ghép

kênh số nào đó.

(3) Suy giảm tin tức tương tự, đã được mã hóa số do sự điều pha của các mẫu

đã được khôi phục trong thiết bị biến đổi số/tương tự ở đầu cuối của đường

nối. Trong trường hợp này, rung pha thời gian ảnh hưởng đến tính đồng

đều về khoảng cách giữa các mẫu của các tín hiệu PAM đã được khôi

phục, người ta thường gọi là rung pha tuyệt đối. Tín hiệu tiếng nói đã được

mã hóa số thì nhạy hơn nhiều.

3.1.4. Các giới hạn của rung pha và trôi

Trong một mạng thông tin số, cần phải điều khiển được sự tích lũy rung pha

và trôi. Các lý do để điều khiển này là phải đảm bảo các mục tiêu về lỗi số và trôi

không được vượt các chỉ tiêu đã nêu ra trong khuyến nghị G821 và G822 của

CCITT và chất lượng thông tin tương tự đã mã hóa lấy ra từ các mẫu đã được khôi

phục trong quá trình biến đổi số thành tương tự không bị giảm sút đáng kể.

Điều khiển rung pha để hạn chế số lỗi trong một phạm vi cho phép bằng cách

giới hạn lỗi đồng chỉnh trong mỗi một quá trình khôi phục thời gian. Điều này có

thể đạt được bằng cách thiết kế mạch khôi phục đồng hồ có độ rộng băng tần của

rung pha có thể so sánh được với băng tần của rung pha vào. Biên độ rung pha tuyệt

đối thường không đáng kể khi xuất hiện các lỗi do rung pha tạo ra.

Việc điều khiển trôi nằm trong phạm vi cho phép chỉ có thể đạt được nếu xét

đến việc tạo ra rung pha và tích lũy rung pha trong tất cả các thiết bị trên toàn mạng.

39

H.Q.Trung.ĐTTT

Điều này nói lên yêu cầu đối với điều khiển toàn bộ rung pha và các đặc điểm kỹ

thuật của rung pha.

Vì điều khiển rung pha nghĩa là điều khiển rung pha trong một giới hạn xác

định cần phải định rõ các giới hạn này bằng cách sao cho có thể thực hiện được sự

điều khiển toàn bộ. Đặc điểm kỹ thuật của các giới hạn này được xác định như sau:

Các thành phần liên kết khác nhau như các tuyến viba số hoặc các phần riêng

biệt của thiết bị như thiết bị ghép kênh, các tổng đài số, ... Mạng tổng thể với những

cấu hình mạng khác nhau. Các mạch nối quốc tế.

Quan điểm điều khiển rung pha phải đảm bảo là các mục tiêu lỗi và trôi ... sẽ

đáp ứng đối với rung pha xảy ra trên phần tử bất k của mạng ở đầu vào của nó,

không kể đến vị trí của nó trong mạng hoặc tín hiệu xuất phát từ đâu trong mạng

lưới. Hơn nữa các mục tiêu này phải tiếp tục đáp ứng dù răng mạng được mở rộng

và cấu hình của nó thay đổi.

Khuyến nghị G823 của CCITT tập trung vào việc điều khiển rung pha và trôi

trong các mạng số dựa trên cấp 2048 kbit/s và được giải quyết trước lúc xét cấp

1544 kbit/s.

Bảng . ung pha cho ph p c c đại tại giao diện phân cấp d a trên cấp 2 kbit s.

( ung pha đầu vào có thể chịu được).

Bảng .2 ung pha c c đại khi không có rung pha vào đối với một đoạn số có độ dài một

H (rung pha nội tại).

40

H.Q.Trung.ĐTTT

Bảng . ác đặc tính truyền đạt rung pha của bộ tách gh p số.

3.1. . Các phương pháp đo rung pha

Nhằm để định mức đặc tính rung pha của thiết bị và các hệ thống và so sánh

với các giới hạn đã cho ở trên, người ta phải tìm ra một cách đo rung pha. Trước lúc

mô tả các phương pháp đo, các bài đo ta miêu tả một cách vắn tắt một số thiết bị đo

được dùng trong thực tế.

3.1. .1. Thi t b o rung pha

- ộ hiện s ng:

Phương pháp sử dụng bộ hiện sóng là phương pháp đơn giản nhất trong tất cả

các phương pháp nhưng chỉ được sử dụng để xác định giá trị đỉnh-đỉnh của rung

pha đối với các nguồn lặp như tín hiệu thời gian. Không thể sử dụng cho các luồng

số vào không lặp vì không thể kích thích máy hiện sóng. Phương pháp này bao gồm

việc sử dụng một tín hiệu đồng chỉnh, là bội của tần số vào hoặc trùng với tần số

vào. Chuẩn này được sử dụng cho đầu vào kích thích của máy hiện sóng. Tín hiệu

thời gian lặp đưa đến đầu vào của máy hiện sóng và điều chỉnh máy tạo sóng để

hiển thị ổn định.

41

H.Q.Trung.ĐTTT

Nếu tín hiệu trên màn hình biểu thị rung pha đỉnh-đỉnh không rõ nét, có thể

xác định nó bằng cách so sánh với gốc thời gian đã định của bộ hiện sóng. Có thể sử

dụng phương pháp này để xác định độ trôi bằng cách chú ý tới sự chuyển động của

một tín hiệu thời gian chủ đạo hoặc độ mờ nét trong một thời gian dài, hoặc chú ý

đến biên độ thời gian đỉnh – đỉnh đối với các biến đổi chậm. Một khuyết điểm của

phương pháp này là không thể xác định được các thành phần tần số của rung pha

bất k được đo. Tần số thấp bị ảnh hưởng của trôi có thể coi là trội hơn hẳn và có

thể đưa vào tính toán trong giai đoạn thiết kế thiết bị là 1.

- ộ tách pha nh c :

Một trong các thiết bị thông dụng nhất thuộc loại này là vôn kế vector He lett

Packard. Cũng như máy hiện sóng, nó chỉ có thể sử dụng cho những tín hiệu đồng

hồ hoặc những luồng bit lặp, trong đó tín hiệu chuẩn là tín hiệu hoặc có cùng tốc độ

với tín hiệu vào hoặc bội của tốc độ tín hiệu vào.

Về cơ bản, loại tách sóng này so pha của đồng hồ chuẩn với pha của đồng hồ

tín hiệu. Mỗi đầu vào được xử lý trước khi so pha nhằm để loại trừ các sự biến đổi

về biên độ và đảm bảo dạng sóng thích hợp.

Theo thiết kế, bộ so pha có thể là một mạch mẫu-giữ được sử dụng trong

vôn kế vector. Đầu ra của bộ so pha được xử lý tiếp tục, sau đó được đưa đến đồng

hồ đo, bộ phân tích phổ hoặc bộ ghi đồ thị, mỗi bộ đều được chuẩn cùng với thiết bị

để cho phép đọc trực tiếp rung pha đỉnh-đỉnh.

- ộ hiện s ng số:

Kỹ thuật này cung cấp một bộ đánh giá lượng tử hóa thời gian và biên độ đối

với hàm mật độ xác suất các lần chuyển tiếp của tín hiệu số, khác với nhiều kỹ thuật

đo rung pha bình thường, cho phép đo ở tất cả các mức phân cáp và các tốc độ số

liệu trung gian. Ngoài ra kỹ thuật này cũng mô tả chi tiết hiện tượng rung pha, cho

phép đo một chuyển tiếp trong dãy số liệu tuần hoàn, hoặc đo toàn bộ của tất cả các

chuyển tiếp. Phương pháp này cũng cho các phương pháp để nhận dạng và nghiên

cứu sự phân bố của rung pha không tương quan và rung pha mẫu phụ thuộc.

Để tín hiệu bị rung pha được thể hiện trên màn hình máy hiện sóng xử lý số

(DPO), ta đưa một tín hiệu chuẩn không có rung pha đến đầu vào kích thích.

Bằng cách đặt tốc độ dốc cực đại của tín hiệu ở trung tâm của màn hình, tín

hiệu đã được tạo ra cho qua một cửa sổ điện áp trong một thời gian nhỏ nhất.

42

H.Q.Trung.ĐTTT

Sử dụng những phích cắm tốc độ cao, có thể mở rộng trục thời gian cho đến

khi tín hiệu chiếm đầy toàn bộ màn hình, một khi đạt được giai đoạn này, độ nhạy

điện ấp bị giảm xuống, như vậy bằng cách tạo ra một cửa số điện áp thì nó chỉ tạo

nên một phần thay vì cho toàn bộ biểu thị trước.

Mục đích của cửa số điện áp này là tạo ra lượng tử hóa biên độ và như vậy

định được khoảng thời gian trong đó các điểm trên dạng sóng rơi vào trong cửa sổ

này.

Nếu đã cho một trọng số, ở đó bất k một chuyển tiếp nào xuất hiện trong cửa

sổ đều bằng 1 và ngoài cửa số đều bằng 0, có thể đạt được một đánh giá của hàm

mật độ xác suất rung pha. Xác định hàm mật độ xác suất này bằng cách ghi vạch giá

trị của nó cứ sau m chuyển tiếp. Các giá trị pd gián đoạn đạt được bằng cách truy

nhập sau mỗi m chuyển tiếp, một tệp nhỏ n từ tích lũy số chuyển tiếp tại thời điểm

chuyển tiếp của tín hiệu xuất hiện trong của số là N(t), và chia giá trị này theo thời

gian kể từ khi bắt đầu thí nghiệm, đó là tổng số các chuyển tiếp nhân với thời gian

giữa các chuyển tiếp. Ngoài hàm mật độ xác suất này, cũng có thể xác định được độ

lệch chuẩn rung pha RMS.

Đối với hệ số tin cậy cao hơn có thể sử dụng các phương pháp thống kê để xác

định hàm mật độ xác suất đối với các phần khác nhau của tín hiệu vào, cũng như

các giá trị rung pha RMS. Vì các kết quả thu được phụ thuộc vào việc thiết lập chế

độ làm việc để kích thích cũng như tối ưu hóa đáp tuyến, nên cần tiến hành làm

thêm những thí nghiệm phụ, yếu tố chủ quan này làm khó khăn trong việc thu nhận

các kết quả lặp đi lặp lại.

- Một số thi t b o c trên th tr ng:

Bộ phân tích truyền dẫn số HEWLETT-PACKARD 3764A.

Thiết bị này cho phép đo lỗi đến cáp 139,268 Mbit/s theo khuyến nghị O151

của CCITT, và tạo rung pha, đo theo Khuyến nghị O171 của CCITT ở 139 Mbit/.

Có thể sử dụng thiết bị đo rung pha như sau:

Rung pha đầu ra đỉnh-đỉnh cực đại.

Độ cho phép đối với rung pha vào.

Hàm truyền đạt rung pha.

Đếm tác động của rung pha tổng cộng.

Đếm trong nhiều giây tác động của rung pha tổng cộng.

43

H.Q.Trung.ĐTTT

Đếm trong nhiều giây không tác động của rung pha tổng cộng.

Tất cả các đo lường rung pha tiến hành đồng thời, và lựa chọn các kết quả mong

muốn để biểu thị.

Thiết bị đo lỗi WANDEL GOLTERMANNPF - 4 BIT V B ĐI CH

RUNG PHA PFJ-4.

Khi sử dụng đồng thời hai thiết bị này cho phép nghiên cứu rung pha trên các

hệ thống thông tin 140 Mbit/s.

Ngoài ra hãng sản xuất thiết bị đo lường đã nói trên, còn có một số hãng có

tiếng đó là Siemens, Marconi,...

3.1.5.2. Thi t p o rung pha

Trong điều kiện hoạt động bình thường có thể coi tín hiệu thông tin là ngẫu

nhiên và phụ thuộc vào tải lưu lượng thông tin. Để phát hiện sự bất thường trong hệ

thống với các điều kiện này cần phải tiến hành đo trong một thời gian dài, đặt biệt

nếu hệ thống là mới. Cần giới hạn của mạng đã cho trong bảng trên chỉ ra rằng xác

suất vượt các mức rung pha như vậy là rất nhỏ.

Tuy nhiên, thời gian quan sát thực tế để thu được các mức có độ tin cậy cao đò

hỏi một thời gian đo dài không thể chấp nhận được. Đối với phòng thí nghiệm, nhà

máy và các mục đích ủy thác, thì người ta tiến hành các đo lường trên hệ thống

bằng một loạt phép đo thử đặc biệt. Trong đo lường cần sử dụng các dãy thử giả

ngẫu nhiên để sao cho kết quả thu được phải gần giống với hoàn cảnh thực tế trong

đó nội dung thông tin hầu như gần ngẫu nhiên hơn I V đỉnh-đỉnh với trở khác 75.

ố trí thi t b o th theo khuy n ngh c a CC TT

44

H.Q.Trung.ĐTTT

H nh 3.2: Thiết l p đo rung pha của CCITT

45

H.Q.Trung.ĐTTT

Để phát tín hiệu này thì cần một bộ tạo đồng hồ và một nguồn điều chế như

hình 3.2(A). Nguồn điều chế có thể lấy trong bộ tạo đồng hồ hoặc bộ tạo mẫu hoặc

cũng có thể lấy riêng rẽ như đã nêu. Bộ tạo đồng hồ có thể bị điều pha bằng nguồn

điều chế và chỉ ra độ lệch đỉnh-đỉnh của tín hiệu đã được điều chế. Các đầu ra của

bộ tạo đồng hồ gồm có tín hiệu đồng hồ đã được điều chế và một tín hiệu chuẩn thời

gian, các tín hiệu đó yêu cầu không được nhỏ hơn

3.1.5.3. Đo rung pha

Thông thường các thành phần của hệ thống được thiế kế để chịu được các mức

rung pha xác định trong khoảng tần số thiết kế: neus rung pha của một tín hiệu số

vượt các giá trị này, sẽ xuất hiện lỗi truyền dẫn.

Ghi biên độ rung pha và đánh dấu thời điểm mà rung pha vượt ngưỡng này và

sau đó đố chiếu các thời điểm này với các đặc tính của hệ thống sẽ thấy được một

cách sâu sắc ảnh hưởng của rung pha. Trong một số ứng dụng, một điều rất bổ ích là

xem xét phép đo rung pha phụ thuộc vào tần số, vì thường thường các hệ thống chịu

đựng được biên độ rung pha ở tần số thấp rất tốt hơn là đối với các thành phần tần

số cao.

Các đặc tính và các hàm truyền đạt rung pha của các thành phần hệ thống cũng

là cac tham số quan trọng, chúng có thể hỗ trợ cho việc nâng cao chất lượng hệ

thống. Trong các hệ thống số tương đối dài nối qua các trạm lặp, mức độ cho phép

của một đầu vào bộ lặp đối với những lệnh biên độ rung pha là hàm của tần số rung

pha. Có thể sử dụng đơn vị trọng số tần số trong phép đo rung pha, nó biểu thị độ

lớn rung pha tỷ lệ với tác hại của rung pha vào hệ thống, không kể đến lượng tần số

của rung pha .

Trong đo rung pha, cần thực hiện ba phép đo chủ yếu, đó là:

- Xác định rung pha nội tại ở đầu ra khi không có rung pha vào.

- Xác định hàm truyền đạt rung pha.

- Đo rung pha đầu vào cực đại cho phép.

Như ta đã nói ở trên, thiết bị đo cơ bản gồm một bộ tạo mẫu có thiết bị điều

chế rung pha, một đồng hồ đo rung pha và một bộ phát hiện tỷ lệ lỗi bit. Thiết bị

được đo có thể là một thành phần của hệ thống ví dụ như một phần của thiết bị ghép

kênh, một bộ tái sinh hoặc một hệ thống truyền dẫn đầy đủ. Rung pha nội tại được

đo bằng tắt điều chế rung pha trên thiết bị đo. Để xác định hàm truyền đạt, thì bộ tạo

sóng bị điều pha hình sin với các tần số khác nhau và với một biên độ rung pha cho

46

H.Q.Trung.ĐTTT

phép. Nhờ sự hỗ trợ của bộ phát hiện tỷ lệ lỗi bit có thể xác định được rung pha đầu

vào cực đại cho phép. Rung pha đầu vào được tăng cho đến lúc xuất hiện lỗi. Điều

này được lặp lại đối với những tần số rung pha khác nhau. Bình thường xác định sử

dụng dãy nhị phân giả ngẫu nhiên cho tất cả ba phép đo này.

3.1. . Các phương pháp tối thi u hóa rung pha

Thường sử dụng hai phương pháp cơ bản. Phương pháp thứ nhất là tiến hành

các bước để ngăn chặn việc sinh ra và tích lũy một cách có hệ thống của rung pha

bằng cách sử dụng các bộ trộn ngẫu nhiên. Các thiết bị này làm cho tín hiệu trở

thành ngẫu nhiên và như vậy giảm được ảnh hưởng của bất k cơ chế gây rung pha

của mẫu phụ thuộc. Phương pháp thứ hai là giảm độ lớn của rung pha đã có bằng

cách sử dụng mạch khôi phục lại thời gian có độ rộng băng tần nhỏ hơn độ rộng

băng tần của tín hiệu. Mạch này được gọi là bộ giảm rung pha . Như đã nói ở trên,

các tần số rung pha thấp hơn tần số cắt của bộ giảm rung pha không bị giảm và có

thể gây ra trong một số mạch một độ lệch không điều khiển được, do đó biên độ

rung pha tại các tần số này được tích lũy và đủ lớn làm ảnh hưởng tới các thiết bị số

không trong suốt đối với rung pha. Tuy nhiên trong hoàn cảnh thực tế việc chọn các

bộ nhớ đệm có dung lượng đủ lớn ở đầu vào của các thiết bị số giảm nhẹ bớt vấn đề

này.

3.1.7. Các bộ trộn ngẫu nhiên (Scrambling)

Một số ưu điểm của các bộ trộn ngẫu nhiên khi sử dụng như là một bộ phận

hợp thành của hệ thống truyền dẫn số.

- Đảm bảo sự tích lũy rung pha không tương quan với tín hiệu.

- Giảm được ảnh hưởng tích lũy của rung pha tần thấp.

- Giảm được các ảnh hưởng của nhiễu trên các đôi cáp đối xứng sinh ra do các

hệ thống đồng bộ bằng cách nén các thành phần phổ rời rạc của các mẫu bit tuần

hoàn.

Nói chung, bộ xáo trộn nhằm làm cho dữ liệu ngẫu nhiên hơn bằng cách loại

bỏ các chuỗi bit 1 hay bit 0 . Việc xáo trộn (scrambling) làm cho dữ liệu trở nên

thông suốt hơn có nghĩa là dữ liệu sẽ không tồn tại một chuỗi dài các bit 1 hay

các bit 0 .

47

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.3. Bộ trộn và giải trộn giả ngẫu nhiên cơ bản

Bộ xáo trộn bao gồm thanh ghi dịch, và bộ khử xáo trộn tương ứng chứa thanh ghi

dịch phản hồi thuận. Mỗi lần thực hiện dịch ứng với việc làm trễ đi một bit. Để

phân tích bộ xáo trộn và khử xáo trộn, ta xét chuỗi dữ liệu T ở lối ra của mộ xáo

trộn. Nếu như gọi S là chuỗi dữ liệu lối vào bộ xáo trộn thì:

Trong đó D là toán tử trễ. DnT là chuỗ T đã bị làm trễ đi n đơn vị. Từ phương trình

trên ta có:

Để thiết kế bộ giải xáo trộn (descrambler) tại máy thu, ta bắt đấu với chuỗi dữ liệu

T (từ lối ra bộ xáo trộn), chuỗi này được đưa tới lối vào của bộ giải xáo trộn

(descrambler).

Từ phương trình trên, ta nhận được chuỗi dữ liệu ban đầu S từ chuỗi dữ liệu thu

được T, được thực hiện bởi bộ giải xáo trộn descrambler).

Cần chú ý rằng nếu xảy ra một lỗi đơn trong chuỗi dữ liệu thu được T sẽ gây ảnh

hưởng tới 3 bit ở lối ra R. Bởi thế, xáo trộn có nhược điểm là có thể gây ra một loạt

các lỗi từ một lỗi bit đơn.

48

H.Q.Trung.ĐTTT

Ví dụ: Cho lối vào của bộ xáo trộn là một chuỗi bit S = 101010100000111. Hãy tìm

lối ra T, giả sử rằng các thanh gi được khởi tạo bằng 0.

Giải: Từ sơ đồ bộ xáo trộn (scrambler), ta quan sát thấy khởi tạo T = s, và chuỗi S

vào thanh ghi và phản hồi lại có dạng:

Chuỗi mới FS tiếp tục vào thanh ghi và trở lại có dạng F2S, cứ thế tiếp tục. Tổng

quát ta có:

Do

Nên

=>

Tương tự, ta có:

Vì vậy:

nD S là chuỗi S bị trễ n bit. Do đó ta có thể tìm chuỗi T như sau:

49

H.Q.Trung.ĐTTT

3.2. CÁC MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN

Một số lý do để mã hóa số là:

- Đưa vào độ dư bằng cách mã hóa các từ số liệu nhị phân thành những từ dài

hơn. Các từ nhị phân dài hơn này sẽ có nhiều tổ hợp hơn do tăng số bit. Chúng ta có

thể chọn những tổ hợp xác định có cấu trúc theo một qui luật từ mã hợp thành, cho

phép tách thông tin định thời một cách dễ dàng hơn và giảm độ chênh lệch giữa

những con số 1 và những số 0 xuất hiện trong một từ mã (đó là giảm sự chênh

lệch). Việc giảm độ chênh lệch này dẫn tới giảm thành phần một chiều. Nếu độ

chênh lệch này giảm đến không đối với tất cả tập hợp từ mã thì thành phần một

chiều của chúng cũng giảm đến không. Điều này là cần thiết vì không thể truyền

thành phần một chiều của tín hiệu số đi được. Có thể sử dụng các từ mã phụ trong

mã dư để truyền số liệu phụ như truyền bit ch n lẻ trong mã phát hiện lỗi và truyền

các kênh phụ trợ. Tuy vậy việc tăng độ dài của từ mã nhị phân sẽ làm tăng tốc độ bit

và do đó tăng độ rộng băng tần. Tốc độ bit tăng tỷ lệ với tỷ số độ dài cảu từ mã ra

trên độ dài của từ mã vào. Ở mã 5B6B tốc độ bit ở đầu ra tăng 6/5 lần so với tốc độ

bit vào.

- Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để giảm độ rộng băng tần.

Loại mã này quan trọng khi truyền số liệu có tốc độ cao trên đôi dây kim loại có dải

tần hạn chế. Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết của kênh hoặc tăng tốc độ bit với

một độ rộng băng tần đã cho sẽ làm tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm để đạt được xác

suất lỗi cho trước.

- Bảo mật tin tức ở những nơi yêu cầu tính an toàn cao đặc biệt trên các tuyến

truyền số liệu của các hệ thống máy tính xử lý số liệu.

- Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho những mục đích đặc biệt như đồng bộ

giảm thành phần biên độ tần số không đến 0, hoặc giảm các thành phần cao và thấp

của tần số trước lúc lọc . Có thể đưa những số 0 đặc biệt vào các luồng số được

mã lưỡng cực bậc cao bị chèn và các luồng số bị chèn.

Trong quá trình mã hóa PCM như đã trình bày trong chương trước, tất cả các

bit thông tin được ngầm giả thiết là nhị phân đơn cực. Giả thiết này là hợp lý miễn

là các bit thông tin đã được xác định trong một công đoạn nhất định nào đó của thiết

bị xử lý và dây nối không được dài quá vài mét. Với những đường dây nối tương

đối dài, đường cáp đôi xoắn bọc kim, hoặc cáp đồng trục thì không nên sử dụng

luồng bit nhị phân.

50

H.Q.Trung.ĐTTT

Một số lý do làm cho độ dài của các dây nối giữa các bộ phận của thiết bị dài

hơn hai mét là:

+ Thiết bị ghép kênh PCM sở cấp được bố trí ở những vị trí khác so với thiết

bị ghép kênh bậc 2 hoặc cao hơn.

Thiết bị PCM sơ cấp hoặc thiết bị ghép kênh bậc 2 hoặc cao hơn có thể được

nối đến thiết bị truyền dẫn để xử lý tiếp tục tín hiệu trước lúc truyền qua kênh thông

tin.

Thông tin PCM sơ cấp hoặc thông tin ghép kênh bậc 2 trở lên có thể được

truyền trực tiếp qua cáp đôi bọc kim, hoặc cáp đồng trục đến đầu cuối xa.

Dù lý do gì đi nữa, thì tín hiệu số rời khỏi một công đoạn duy nhất của thiết bị

xử lý cũng phải giao tiếp chính xác để phối hợp với kênh truyền dẫn, thậm chí kênh

truyền dẫn chỉ là một đoạn nối tiếp giữa các thiết bị được sử dụng trong xử lý tín

hiệu trước lúc truyền lên kênh thông tin. Các lý do tại sao một tín hiệu nhị phân đơn

cực, (tức là một tín hiệu chỉ có hai trạng thái trong đó một trạng thái ở mức 0) phải

biến thành dạng khác trước lúc truyền qua các đường như đã nói ở trên đó là:

(1) Nó có chứa thành phần một chiều.

(2) Nó có các thành phần tần số thấp mức cao.

(3) Khi truyền một dãy 0 liên tiếp thì không có điểm chuyển tiếp tín hiệu.

Người ta sử dụng các biến áp để ngăn chặn dòng một chiều, đối với các thiết

bị lặp trung gian nó được sử dụng để nối các đầu vào và đầu ra của thiết bị xử lý.

Tín hiệu nhị phân đơn cực có thành phần một chiều, vì vậy không thích hợp để

truyền qua biến áp. Ngoài ra vì trong tín hiệu nhị phân đơn cực có chứa năng lượng

cao trong phổ tần số thấp nên khi truyền qua biến áp chuẩn, thực tế sẽ bị méo dạng

xung và như vậy nó sẽ tạo thêm lỗi truyền dẫn. Vì máy thu cần phải tách thông tin

định thời ra khỏi dòng bit thu được, việc xuất hiện một dãy 0 liên tục trong tín

hiệu nhị phân đơn cực sẽ nhiễu loạn quá trình tách thông tin định thời và dẫn đến

mất đồng bộ.

Trong thiết bị xử lý có hai dạng tín hiệu nhị phân đơn cực. Đó là RZ trở về 0

và NRZ không về 0 . Nếu sử dụng trực tiếp chúng để truyền dẫn thì sẽ gặp phải

một số khó khăn như nhau. Hình 3.4 thể hiện dạng sóng của hai tín hiệu nhị phân

đơn cực này. Chú ý rằng mức của tín hiệu RZ biểu thị bit giá trị 1, nó chỉ ở mức cao

trong một nửa đầu tiên của khoảng thời gian bit, trong một nửa khoảng thời gian bit

còn lại tín hiệu quay trở về 0.

51

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.4: Biểu diễn mã nhị phân NRZ, RZ và biến đổi nhị phân AMI

u điểm của tín hiệu RZ là mật độ chuyển tiếp tín hiệu của nó lớn hơn so với

NRZ. Để khắc phục những vấn đề còn tồn tại trong tín hiệu nhị phân đơn cực,

người ta đã đề xuất ra mã đường truyền. Các mã đường truyền không có thành phần

một chiều đồng thời cũng không có hiện tượng năng lượng phổ của nó tập trung ở

vùng tần số thấp. Đôi khi có một số mã đường truyền có thêm ưu điểm là trong cấu

trúc của nó không có một dãy dài những số 0 hoặc những số 1 , điều đó làm cho

việc tách thông tin định thời sẽ dễ dàng hơn.

Những yêu cầu của mã đư ng cần phải có đ biến đổi tín hiệu nhị ph n

thành một dạng thích hợp hơn đ truyền trên kênh thông tin là:

- Phải phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với các đặc tính của kênh (như tạp

âm, độ rộng băng tần, ...)

- Đảm bảo các dãy bit phải độc lập thống kê với nhau để giảm lượng rung pha

phu thuộc mẫu do các mẫu lặp gây ra.

- Đảm bảo dễ dàng tách xung đồng hồ và tái sinh tín hiệu.

- Đảm bảo độ dự phòng cần thiết để giám sát lỗi của đường truyền dẫn và định

vị sự cố của thiết bị.

- Phải duy trì độ dự phòng ở mức thấp có thể được sao cho tốc độ bit là nhỏ

nhất và do đó độ rộng băng tần truyền là bé nhất và giảm độ phức tạp của

mạch. Giảm thành phần một chiều của tín hiệu đến 0.

- Giảm các thành phần tần số thấp nhằm để giảm xuyên âm và kích thước các

linh kiện mạch. Đây là một tiêu chuẩn do CCITT khuyến nghị và được các nhà

sản xuất khác áp dụng.

Chú ý là hiện nay có hai trường hợp tồn tại trong hệ thống thông tin số vì vậy

có các loại mã khác nhau. Trường hợp thứ nhất là mã giao tiếp , trong đó đầu ra

52

H.Q.Trung.ĐTTT

của thiết bị ghép kênh số trở thành một nhánh vào của thiết bị ghép kênh số mức

cao hơn tiếp theo. Độ dài đường dây trong trường hợp này không quá 100m.

Trường hợp thứ hai là đầu ra của thiết bị ghép kênh hoặc thiết bị số khác được gửi

trực tiếp lên đường dây. Trong trường hợp này mã đường phụ thuộc vào thiết bị

được sử dụng để truyền tín hiệu thông tin trên kênh truyền dẫn.

Bảng 3.5: Các ví dụ mã đường của hệ thống

3.2.1. Mã tam ph n l a chọn c p

Biến đổi tín hiệu nhị phân đơn cực RZ thành tín hiệu tam phân lựa chọn cặp

được tiến hành bằng cách ghép hai bit lân cận và sử dụng quy luật biến. Đối với cả

hai đầu ra mode dương và mode âm các tổ hợp tam phân được tạo nên từ các

cặp nhị phân 00 và 11 không có mức DC, mặc dầu các cặp nhị phân 01 và 10 tạo

nên mức DC tương đương với đầu ra 2A và 2A phụ thuộc vào mode của đầu

ra. Bộ mã hoạt động tạo ra đầu ra mode dương cho đến khi ở đầu vào xuất hiện

trạng thái 01 hoặc 10. Sau đó tạo nên một định thiên 2A ở đầu ra để thay đổi sang

mode âm. Sự xuất hiện tiếp theo của 10 hoặc 01 tạo nên định thiên 2A , xóa định

thiên 2A và đổi mode trở lại dương. Vì một dãy dài liên tiếp các số 0 hoặc 1

không xuất hiện, nên nó cân bằng được dòng một chiều ở đầu ra, dẽ tách định thời ở

các thiết bị lặp và thiết bị thu đầu cuối.

Bẳng 3.6: Quy luật biết đổi của mã tam phân chọn cặp

53

H.Q.Trung.ĐTTT

3.2.2. Mã 4B3T

Mã này làm cho việc sử dụng các mức tam phân có hiệu quả hơn bằng cách

nén 4 bit số liệu vào thành 3 bit của số liệu ra. Như vậy tốc độ ban đầu bằng 0,75

lần tốc độ của tín hiệu vào. Bảng 3.7 chỉ ra thuật toán biến đổi của nó. Năng lượng

phổ đối với mã này tương đối rộng và đều, tuy vậy nó giảm nhanh đối với những

tần số phổ bé hơn 0,1 lần tốc độ bit. Nguời ta đã cố gắng để gạt những thành phần

tần phổ rất thấp cảu mã này bằng cách tạo ra một mã 4B3T cải tiến như MS43. Ký

hiệu 4B trong mã 4B3T tương ứng với các khối 4 số nhị phân của tín hiệu vào. Ký

hiệu 3T trong khối 3 số tam phân biểu thị mã ra. Mã này thuộc nhóm mã khối

nNmT, ở đây 3 2m n , m là số tam phân, n là số số nhị phân trong khối. Bảng 3.7

cho chúng ta nhận thấy rằng độ lệch cực đại hoặc tổng sự sai khác số là 3 đối với

mã vào 0111. Nếu tín hiệu ra trung bình là dương thì mode sẽ chuyển thành âm và

v.v... chữ cái của mode đã được sắp xếp để định thêm dãy ra tiến đến tích lũy tổng

số sai lệch số dương hoặc âm và để chuyển các mode nhằm để duy trì tổng số tiền

đến 0, như vậy sẽ làm tối thiểu hóa năng lượng phổ tần thấp của tín hiệu ra. Người

ta sử dụng mã này ở trong các hệ thống Ethernet, ISDN và các hệ thống truyền số

liệu.

Bảng 3.7: Quy luật biến đổi mã 4B3T

54

H.Q.Trung.ĐTTT

3.2.3. Mã MS43

Một mã 4B3T khác là mã MS43, được sử dụng để truyền tín hiệu trong các hệ

thống truyền dẫn số trên cáp bọc kim. Mã này sử dụng 3 chữ cái 1 2 3, ,R R R , được

chọn tương ứng với độ lệch của tổng biến đổi số của mã. Ở một thời điểm nào đó

tổng số có thể thay đổi trên 6 giá trị, từ 0 đến 5, với những giá trị cực đại xuất hiện

trong thời gian hoặc của phần tử thứ nhất hoặc phần tử thứ hai của một từ tam phân.

Điều này hạn chế các trạng thái cuối từ 1 đến 4. Nếu trạng thái cuối là 1 thì chữ cái

1R được chọn cho từ mã tiếp theo. Nếu nó là 2 hoặc 3, chọn chữ cái 2R và nếu nó là

4 thì chọn chữ cái 3R . Bảng dưới đây chỉ ra quy luật biến đổi mã này. Các chữ cái

được sắp xếp sao cho mỗi một nhóm 3 ký hiệu tam phân được liên hệ duy nhất với

1 nhóm 4 bit nhị phân và do đó nó không cần tiết bị giải mã để xác định mode hoặc

chữ cái đã được máy phát sử dụng. Mã này cho phép xuất hiện 4 số 0 liên tiếp

trong 1dayx tam phân hoặc lên đến 5 ký hiệu dương hoặc âm liên tiếp. Từ tam phân

bao gồm 3 số 0 không sủ dụng và một dãy bất k 3 hoặc 4 số 0 cần phải nối

biên giới giữa hai từ kế cận nhau. Sử dụng đặc điểm này để đạt được đồng chỉnh

khung. Ngoài ra vì mỗi từ chứa một hoặc nhiều số 1 nên việc tách đồng hồ đơn

giản.

55

H.Q.Trung.ĐTTT

Bảng 3.8: Tuật toán mã MS43

3.2.4. Mã 6B4T

Mã 6B4T biến đổi 6 số nhị phân thành 4 số tam phân. Mã này có 62 hoặc 64

từ nhị phân 6 bit vào 43 80 từ tam phân không kể 0000. Nhóm các mã được diễn

tả như nNmT, là một lớp mã chữ cái tam phân phi tuyến. Như đã nói ở trên, trường

hợp đơn giản nhất của mã này khi n=m=2, như mã tam phân lựa chọn cặp (PST).

3.2. . Các mã BnZS

Các mã đã được triển khai, là mã lưỡng cực khi thay đổi một dãy n số 0 liên

tiếp trong mã nhị phân bằng những vi phạm luật lưỡng cực. Sự thay thế này để giảm

bớt độ chênh lệch. Các mã này thuộc một lớp mã không tam phân phi tuyến và có

thể coi là mã AMI cải tiến hoặc mã lưỡng cực. Ba loại mã quan trọng nhất trong lớp

này là B3ZS, B6ZS, B8ZS. Tất cả các mã này được CCITT khuyến nghị trong

G703 sử dụng trong một số giao tiếp nào đó sẽ trình bày dưới đây.

3.2. .1. M 3ZS

Cũng như đã nói trong khuyến nghị G703 của CCITT, mã B3ZS là một dạng

mã lưỡng cực cải tiến hoặc dạng xung AMI được thay 3 số 0 liên tiếp bằng nhóm

vi phạm luật lưỡng cực. Các bit logic 1 có thời gian tồn tại 50 chu trình và nói

chung là thay đổi luân phiên dương và âm đối với mức logic 0.

56

H.Q.Trung.ĐTTT

Trường hợp ngoại lệ là khi có 3 logic 0 xuất hiện (đồng thời) trong luồng bit.

Trong dạng B3ZS mỗi khối 3 logic 0 liên tiếp được thay thế bằng tổ hợp B0V hoặc

00V, ở đây B biểu thị 1 xung hợp với luật lưỡng cực, hoặc là qui luật cục tính dấu

luân phiên của AMI và V biểu thị 1 xung phạm qui luật này.

Việc chọn B0V hoặc 00V được tiến hành sao cho số các xung B giữa hai xung

V kế tiếp nhau là lẻ. Mã này thường được sử dụng ở trong thiết bị giao tiếp của bộ

ghép kênh bậc 3. Các bit đồng bộ khung chứa trong quá trình mã hóa.

Hình 3.5: Các tín hiệu nhị phân đã mã HDB3, CMI và B3ZS

3.2. .2. M 6ZS

Trong mã này một tổ hợp 6 số 0 liên tiếp trong tín hiệu vào được thay thế

bằng một tổ hợp 0 0 nếu xung phía trước là ; còn nếu xung phía trước là –

thì lúc đó 6 số 0 đó được thay bằng 0 0 . Như vậy xuất hiện một dãy 0

dài liên tiếp trong mã AMI thông thường đã được loại trừ và thay thế vào đó là các

xung hoặc tổ hợp xung phạm lỗi quy luật cực tính của xung đan dấu. Đỉnh phổ năng

lượng của mã này ở tại 0,5 tốc độ bit, và hầu hết năng lượng phổ nằm trong khoảng

0,2 0,8 lần tốc độ bit. Mã này được khuyến nghị sử dụng trong giao tiếp số 6312

kbit/s nếu sử dụng 1 đôi dây đối xứng cho hướng truyền dẫn.

3.2. .3. M 8ZS

Trong mã này một nhóm 8 số 0 liên tiếp trong tín hiệu vào được thay thế

bằng 000 0 nếu xung trước đó là dương ( ). Nếu xung trước đó là âm (-) thì

8 số 0 đó được thay bằng 000 0 . Đáp lại quy luật cực tính xung dấu luân

phiên của AMI bị vi phạm CCITT khuyến nghị sử dụng mã này cho các giao tiếp số

ở tốc độ 1544 kbit/s nếu sử dụng cáp đối xứng, hoặc ở tốc độ 6312 kbit/s nếu sử

dụng cáp đồng trục.

57

H.Q.Trung.ĐTTT

3.2. . Mã HDB3

Mã HDB3 là mã tam phân mật độ cao có nhiều nhất 3 số 0 liên tiếp. Thuật

toán để mã một tín hiệu nhị phân thành một tín hiệu HDB3 phụ thuộc vào các quy

tắc sau đây:

1- Số 0 nhị phân được mã bằng một trạng thái trống trong tín hiệu HDB3.

Tuy nhiên đối với một dãy 4 số 0 liên tiếp thì sử dụng các quy luật đặc biệt

theo quy tắc 3 dưới đây.

2- Số 1 nhị phân được mã bằng ký hiệu dương hoặc âm và có dấu ngược với

xung trước đó (đảo dấu luân phiên).

3- Các dãy 4 số 0 liên tiếp trong tín hiệu nhị phân được mã như sau:

(1) Số 0 đầu tiên của dãy được mã bằng trạng thái trống nếu dấu trước đó tín

hiệu HDB3 có cực ngược với cực của vi phạm phía trước và bản thân nó

không vi phạm.

(2) Số 0 đầu tiên của dãy được mã bằng dấu A mà không vi phạm ( hoặc -),

nếu dấu trước đó của tín hiệu HDB3 có cùng cực với dấu vi phạm trước đó

hoặc chính bản thân nó vi phạm.

Các quy luật (1) và (2) đảm bảo các vi phạm liên tiếp có cực tính đảo nhau sao

cho thành phần một chiều có thể gộp lại bằng không.

(3) Số 0 thứ 2 của dãy 4 số 0 nhị phân liên tiếp luôn được mã bằng trạng thái

trống.

(4) Số 0 thứ tư trong dãy của 4 số 0 nhị phân được mã bằng một dấu mà cực

tính của nó vi phạm đan dấu. Những vi phạm đan dấu như vậy được ký

hiệu bằng V- hoặc V tương ứng với cực tính của nó.

Phân bố năng lượng phổ của tín hiệu đầu vào ngẫu nhiên được mã hóa thành

HDB3 giống phân bố năng lượng phổ của AMI, trong đó năng lượng phổ cực

đại nằm ở khoảng 0,5 tốc độ bit và hai đỉnh nhỏ ở khoảng 0,45 và 0,55 lần tốc

độ bit. Mã này được sử dụng chủ yếu cho các giao tiếp ghép kênh 2048, 8448

và 34368 kbit/s theo như CCITT khuyến nghị. Người ta sử dụng nó trong cấu

hình mạng cục bộ Ethernet và để truyền đưa số liệu.

3.2. . Mã CMI

CMI-Code Mark Inversion (đảo dấu mã). Nó là một mã NRZ hai mức trong đó

bit 0 nhị phân vẫn được mã bằng hai mức 1A và 2A tương ứng, mỗi mức chiếm một

58

H.Q.Trung.ĐTTT

nửa khoảng thời gian đơn vị T/2. Bit 1 được mã bằng các mức biên độ 1A và 2A

mỗi mức chiếm toàn bộ thời gian đơn vị T, các mức này luân phiên thay đổi theo

các bit 1 kế tiếp nhau. Chú ý rằng đối với bit 0 luôn luôn có một chuyển tiếp

dương tại điểm giữa của khoảng thời gian bit, và đối với bit 1 có một chuyển tiếp

dương tại điểm khởi đầu của khoảng thời gian đơn vị bit mức trước là 1A và một

chuyển tiếp âm tại thời điểm khởi đầu của khoảng thời gian đơn vị bit nếu bit 1

sau cùng đã được mã hóa bằng mức 2A . Lưu ý rằng bit không được ký hiệu bằng 01

và bit 1 ký hiệu bằng 11 và 00 trong khoảng thời gian của khe thời gian.

3.3. MÃ ĐIỀU KHIỂN L I

Như ta biết, độ dư là dung lượng truyền dẫn không được sử dụng của một tín

hiệu mã. Tuy vậy, sử dụng độ dư này cho phép phát hiện và cũng có thể sửa được

các lỗi do tạp âm sinh ra ở máy thu, điều này nâng cao được độ tin cậy của hệ

thống. Trong hệ thống thông tin số có thể xuất hiện 3 loại lỗi. Đó là: lỗi thay thế,

trong đó một bit số gốc được thay bằng một số trạng thái khác; các lỗi bỏ sót, trong

đó một ký hiệu đã bị xóa đi khỏi luồng bit; và các lỗi trong đó một ký hiệu giả mạo

được xen vào dòng bit. Lỗi hay xuất hiện nhất là lỗi thay thế. Tất cả các loại lỗi có

thể xuất hiện trong các luồng bit nhị phân hoặc trong một ký hiệu nhiều mức. Vì

xác suất lỗi trong truyền dẫn số là một hàm trực tiếp của tỷ số tín hiệu /tạp âm, một

vấn đề xuất hiện là nếu vì một số lý do nào đó công suất tín hiệu bị giới hạn bởi một

số giá trị cực đại nào đó, điều đó dẫn tới xuất hiện lỗi với tần suất không chấp nhận

được. Có thể giảm các lỗi này bằng cách sử dụng các mạch phát hiện lỗi và sửa lỗi.

Trong truyền dẫn số liệu điện báo và Fax người ta quan tâm nhất việc sử dụng mã

bảo vệ lỗi, còn đối với tiếng nói thì không có tiêu chuẩn như vậy. Vì hiện nay đang

hình thành một dạng số liệu tổng hợp làm cho chúng ta khó mà xác định được phạm

vi nào, vùng nào cần bảo vệ lỗi, phạm vị nào, vùng nào không cần. Nhưng điều

không thể tránh được là phải đưa ra mã điều khiển lỗi cho toàn bộ các hệ thống để

đảm bảo tính linh hoạt của chúng. Dễ nhận thấy có hai loại điều khiện lỗi khác nhau

xuất hiện trong truyền dẫn. Loại đầu tiên là lỗi ngẫu nhiên, giữa các bit số lỗi không

tương quan. Loại thứ hai là các đột biến lỗi, ở đây phần lớn các bit số kết tiếp nhau

bị sai lệch. Hai loại này có tính chất phổ biến vì thế người ta sử dụng chúng là yếu

tố quyết định của loại mã điều khiển lỗi. Các đột biến lỗi thường xuất hiện từ những

thiết bị như các bộ trộn hoặc các thiết bị mã đường dây, ở đó một lỗi duy nhất được

mã thành một từ khác với các từ gốc của nó. Điều này dẫn tới xuất hiện thêm các lỗi

khác giống như nhân hoặc mở rộng lỗi. Trong thực tế tên thường gọi loại lỗi này là

lỗi mở rộng. Hiệu quả của lỗi mở rộng được đặc trưng bằng khái niệm Tỷ lệ lỗi bit

59

H.Q.Trung.ĐTTT

tương đương (EBER) trong đó tỷ lệ lỗi bit được đo với điều kiện đã biết nguyên

nhân do lỗi mở rộng được giảm bằng một hệ số mở rộng lỗi tới hệ số về tỷ lệ lỗi bit

tương đương. Các đột biến lỗi cũng là một đặc thù của truyền dẫn số qua mạng

chuyển mạch điện thoại trong đó âm xung chiếm ưu thế hơn so với tạp âm Gauss.

Sử dụng rộng rãi các mã bảo vệ lỗi để đảm bảo vệ các mạch số liệu và các

mạch điện báo. Người ta sử dụng các hệ thống mã hóa trang bị cho các hệ thống

quân sự, máy tính cùng với thông tin điện thoại bảo mật để bảo vệ các thông tin

bằng cách chọn các loại mã thích hợp. Sử dụng cac hệ thống này trong phạm vi mã

cho thông tin cơ sở dữ liệu khác với mã để bảo vệ lỗi hoặc phát hiện lỗi. Mã điều

khiển lỗi thường được sử dụng trong các modem đấu nối của điện thoại hoặc một

kênh thông tin của đường dây, ít khi dùng trong hẹ thống vô tuyến chuyển tiếp

đường dài, người ta cũng đánh giá và thử nghiệm một só mã sửa sai khác nhau trên

các hệ thống HF, đối lưu và vệ tinh.

3.4. C N B NG

Trong những hệ thống thực tế vì thiết kế bộ lọc không hoàn thiện và do sự thay đổi

các đặc tính của kênh thông tin theo thời gian cho nên luôn luôn tồn tại một lượng

giao thoa giữa cac ký hiệu (ISI). Nhằm để bù hiện tượng đã nói trên và giảm ISI đến

mức bé nhất cần phải sử dụng một mạch lựa chọn tần số, có hàm truyền đạt biên độ

và pha ngược với hàm truyền đạt tổng hợp của kênh và bộ lọc kênh. Một mạch như

thế gọi là một bộ cân bằng và quá trình bù của nó gọi lài quá trình cân bằng áp

đảo . Nếu sự thay đổi đặc tính của kênh do thay đổi nhiện độ hoặc đối với tuyến

viba là thay đổi các điều kiện khí hậu, môi trường, ... dẫn tới ading nhiều tia; hoặc

thay đổi các tham số bộ lọc của thiết bị, ... khi sử dụng bộ cân bằng có đặc tính biến

đổi ngược so với các sự biến đổi đã nói ở trên thì sẽ hạn chế được hiện tượng ISI

đến mức bé nhất. Sự thay đổi của ISI từ bé nhất đến lớn nhất trong tất cả các điều

kiện có thể lớn đến nỗi không chấp nhận được. Đặc biệt đối với những kênh có đặc

tính thay đổi theo thời gian với tốc độ khá lớn trong thời gian kênh bị chiếm. Để

khắc phục tình trạng này, người ta sử dụng một phương pháp tự động điều chỉnh

méo do kênh sinh ra còn gọi là cân bằng tự thích nghi. Trong phần này chúng ta sẽ

trình bày một cách vắn tắt các loại bộ cân bằng và ứng dụng của chúng.

3. .1. ộ cân băng ngang

Hình 3.6 dưới đây chỉ ra bộ cân bằng ngang bao gồm một đường dây trễ

2 1M nhánh trễ, mỗi nhánh trễ có thời gian trễn sT giây, và nó được nối qua một

thiết bị có độ tăng ích biến đổi được, ký hiệu các hệ số tăng ích tương ứng với từng

60

H.Q.Trung.ĐTTT

thiết bị đó là 0 1, , , , ,m mC C C C cho 2 1M nhánh trễ; tất cả các đầu ra được

nối đến một bộ khuếch đại tổng. Nếu biết dạng xung đi vào của bộ cân bằng là

rP t và đầu ra của nó là eqP t , thì quan hệ giữa chúng là:

Giả sử rP t có đỉnh tại t = 0, và giao thoa giữa các ký hiệu ở cả hai phía, tốc

độ lấy mẫu ở đầu ra cho bởi: k st k M T

Ta nhận được:

Hình 3.6: Bộ cân băng ngang có 2M 1 đốt

Để loại bỏ được ISI, về lý tưởng chúng ta sẽ có:

Vì chỉ có 2M 1 nhánh trễ, trong khi đó số nhánh trễ cần thiết phải là vô cùng,

vậy giá trị của eq kP t chỉ có thể định rõ tại 2M 1 điểm:

61

H.Q.Trung.ĐTTT

Từ các phương trình trên, một tập hợp gồm 2 1M phương trình tuyến tính

đồng thời, chúng ta có thể giải được mC . Tập này cho dưới dạng ma trận.

Ma trận trên được gọi là ma trận cưỡng bức bằng không của các bộ cân bằng

và chọn các hệ số của nhánh trễ để méo đỉnh là bé nhất bằng cách ép bộ cân bằng

tiến tới 0 tại M điểm lấy mẫu ở cả hai phía của xung yêu cầu.

Ví dụ: Sử dụng bộ cân bằng 3 nhánh trễ để điều chỉnh sao cho giảm được giao

thoa giữa các ký hiệu do xung rP t gây ra. Hình 3.7 biểu diễn đồ thị dạng xung

vào và ra khỏi bộ cân bằng. Xác định các giá trị tăng ích của nhánh trễ và các giá trị

của xung đã được cân bằng tại các điểm lấy mẫu.

62

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.7: Dạng sóng vào và ra bộ cân bằng ngang 3 nhánh trễ

Căn cứ vào hình 3.7, sử dụng ma trận cưỡng bức bằng 0:

Từ phương trình của eq kP t ta xác định được các giá trị của xung đã cân bằng

và lập thành bảng:

Xung đã cân bằng chỉ ra trên hình 3.7. Chú ý rằng ở các phía khác nhau của

0t (nghĩa là st T ), là điểm 0 của xung ra.

3.4.2. Các bộ c n b ng t động

Có thể phân các bộ cân bằng tự động thành 2 nhóm: loại định trước điều chỉnh

phụ thuộc vào sự truyền dẫn một mẫu thử, và loại t thích nghi, loại này tự điều

chỉnh lượng lỗi liên tục trong khi truyền số liệu tùy theo lượng lỗi giữa tín hiệu thực

tế đã thu được và đánh giá tín hiệu đã phát đi trước đó tại máy thu. Trên cơ sở lượng

lỗi đã thu được liên quan hữu cơ với luồng số liệu, chúng ta đánh giá được các hệ số

tăng ích. Đây là một quá trình lặp, sao cho biên độ của lỗi là bé nhất.

3.4.2.1. Các bộ cân b ng nh tr c

Để tiến hành điều chỉnh cân bằng tự động phải truyền đi một mẫu kiểm tra và

dựa vào những điều đã biết trước của mẫu tại máy thu để tính đáp ứng xung tín hiệu

đã thu được. Từ đáp tuyến xung, ta tính được các hệ số của nhánh trễ, hoặc sử dụng

phương pháp lặp để tính các hệ số cho đến lúc thu được giá trị tối ưu. Loại bộ cân

bằng này tốc độ hội tụ nhanh, nhưng nếu đặc tính của kênh thay đổi tức thì phải

phát lại mẫu kiểm tra tại những thời điểm thích hợp để thiết lập lại các hệ số. Sử

dụng phương pháp lặp lại đối với phương trình:

I XC

Trong đó C, I là vec tơ cột có 2M 1 phần tử, X là ma trận vuông cấp 2M+1.

63

H.Q.Trung.ĐTTT

Mục đích lặp để đạt được 0I XC , ở bước lặp thứ k tồn tại một véc tơ sai

số: k ke XC I .

Thuật toán đã nói ở trên được sử dụng để tối ưu các hệ số của bộ cân bằng mC

đã và đang là đối tượng có thể xem xét nghiên cứu. Có 2 tiêu chuẩn được sử dụng

rộng rãi. Một là tiêu chuẩn méo đỉnh, hai là tiêu chuẩn trung bình bình phương

(MSE).

2. .2.2. Các bộ cân b ng t thích nghi

Trong các hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng bộ cân bằng tự thích nghi để

khắc phục các ảnh hưởng của truyền lan nhiều tia; mặt khác như chúng ta đã biết vì

sự lan truyền của kênh gây ra hiện tượng trải rộng công suất tín hiệu theo thời gian,

khi sử dụng phân tập theo không gian cho phép bổ sung phối hợp các tín hiệu vì bộ

cân bằng trong kênh phân tập có thể tự động điều chỉnh sự chênh lệch về thời gian

trễ giữa các kênh. Bộ cân bằng tự nó cũng có thể khắc phục các hiệu ứng lan truyền

bằng cách nâng cao độ dự trữ ading hiệu dụng.

Bộ cân bằng tự thích nghi không sử dụng một mẫu kiểm tra như bộ cân bằng

định trước mà sử dụng đánh giá sai số giữa tín hiệu thực đã thu được và đánh giá tín

hiệu đã phát đi trước đó, như đã nói ở trên. Một đặc tính làm việc đối với bộ cân

bằng tự thích nghi là: tín hiệu vào phải là một dãy bit ngẫu nhiên. Nếu tín hiệu

không cân bằng bị méo nghiêm trọng, bộ cân bằng tự thích nghi tạo ra rất nhiều lỗi

và quá trình lặp không hội tụ. Dĩ nhiên điều này có nghĩa là không đạt được sự cân

bằng. Trong hoàn cảnh như vậy xuất hiện phương pháp có thể đạt được là sử dụng

bộ cân bằng định trước chuyển sang phương thức tự thích nghi sau khi đạt được một

số độ đo cân bằng.

64

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.8: Các phần tử của bộ cân bằng thích nghi

3. . TÁI SINH TÍN HIỆU SỐ

Quá trình cho phép truyền dẫn số tốt hơn truyền dẫn tương tự, đó là quá trình

tái sinh tín hiệu. Tái sinh là một quá trình trong đó một tín hiệu số đã bị méo và bị

tiêu hao được tái tạo lại thành biên độ và dạng sóng đúng của nó. Qúa trình này có

thể đưa đến một định nghĩa khác của truyền dẫn số, vì tất cả truyền dẫn số đều cần

được tái sinh tại một số điểm trên đường truyền dẫn. Đối với một chuỗi tuyến

truyền dẫn số, các bộ phân tái sinh có mặt ở mạch của máy thu băng gốc để tiền

khuếch đại và sửa dạng tín hiệu vào đã bị tiêu hao, tán xạ và tạp âm xâm nhập vào

trước lúc tách sóng. Bộ tách sóng thực chất là một bộ tách sóng ngưỡng, nó tạo nên

ở đầu ra một dạng xung xác định rõ ràng. Mạch tách sóng cũng có thể hoạt động

dựa vào các dạng tín hiệu mà nó gần giống hình sinh. Mạch này bao hàm một bộ

khuếch đại băng gốc, bộ lọc băng gốc mà độ rộng băng tần của chúng không cần

phải lớn như lúc yêu cầu để truyền dẫn một xung và như vậy tạp âm ở đầu ra của

băng gốc giảm xuống. Giảm độ rộng băng tần của bộ khuếch đại băng gốc của máy

thu làm nới rộng phổ xung, dẫn đến giảm liều lượng cho phép giao thoa giữa các ký

hiệu và như vậy tăng khó khăn khi tạo nên ngưỡng quyết định. Kêt quả tất yếu sẽ

làm cho đồ thị hình mắt đóng lại. Thiết kế bộ tái sinh phải dung hòa giữa vấn đề

giảm giao thoa khi nới rộng băng tần và tăng tạp âm nhiệt, điều đó cũng sẽ tăng các

ảnh hưởng của trượt thời gian do ảnh hưởng của tạp âm đến ngưỡng quyết định.

65

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.9: (a) Sơ đồ của một bộ tái sinh số điển hình

Hình 3.9: (b) Bộ lặp đường dây

Bộ tái sinh đường dây cho chúng ta thấu hiểu sự hoạt động của các bộ tái sinh

thực tế.

Trong vô tuyến số, bộ tái sinh thường thường được bố trí trong các mạch tách

bit, nó đưa vào sau bộ giải điều chế và các tầng cân bằng ngang. Phù hợp với hình

3.9 (b) các tín hiệu đường dây vào qua biến áp đường dây và các mạch cân bằng

đến một bộ khuếch đại. Từ bộ khuếch đại này có hai đầu ra ngược pha nhau đưa vào

các bộ tách sóng ngưỡng. Đồng thời 2 đầu ra này cũng được mắc và đưa đến mạch

định thời.

66

H.Q.Trung.ĐTTT

Hình 3.9: (c) Bộ tái sinh số vô tuyến

3. .1. Khôi phục định th i và tách sóng ngư ng

Mạch khôi phục định thời hay còn gọi là mạch khôi phục đồng hồ được chỉ ra

như ở hình 3.9 (b), nó nhận các bit số liệu vào ở tốc độ bit đường dây và nó làm

hoạt động một mạch cộng hưởng nối tiếp hoặc đưa đến một vòng khóa pha. Mạch

được thiết kế sao cho ở đầu ra không có các xung đường dây. Mạch định thời trong

trường hợp này tạo ra 2 sóng vuông ở đầu ra ngược pha nhau để điều khiển các

mạch tái tạo thời gian. Khi đầu vào của một bộ tách sóng ngưỡng có tín hiệu 1 thì

nó hoạt động. Sau đó 1 được truyền đến đầu ra của nó. Vì tín hiệu đầu vào của

các bộ tách sóng ngược pha nhau, vì vậy tại thời điểm xác định thì chỉ có một bộ

tách sóng hoạt động. Đầu ra của bộ tách sóng hoạt động sau đó được đưa đến một

mạch lip- lop loại D bao gồm mạch tái tạo thời gian. Khi đầu vào D ở mức cao 1

và 2 trạng thái ổn định được chốt, 1 này được truyền đến đầu ra Q. Trạng thái này

67

H.Q.Trung.ĐTTT

được duy trì cho đến khi đầu vào xuất hiện một xung xóa đường đi vào. Vì các xung

định thời và các xung xóa là ngược pha nhau, nên các đầu ra Q từ các mạch tái tạo

thời gian tạo ra dạng tín hiệu thời gian đã được khôi phục của tín hiệu vào. Sử dụng

biến áp ra để tạo nên tín hiệu song cực giống như đã xuất hiện trên đầu vào của bộ

tái sinh và để phối hợp trở kháng với đường dây. Hình 3.9 (c) chỉ ra sở đồ khối của

một bộ lặp IF vô tuyến số 140 Mbit/s, trong đó chúng ta cũng có thể nhìn thấy các

mạch tách bit chứa bộ tái sinh.

Hình 3.9: (d) Đầu cuối vô tuyến

68

H.Q.Trung.ĐTTT

CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ

4.1. NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH TH O THỜI GIAN

Khi có hai tín hiệu tương tự trở lên được truyền dẫn trên một kênh thông tin,

thường sử dụng một trong hai phương pháp cổ điển để liên kết hai tín hiệu riêng rẽ

này. Phương pháp thứ nhất, các tín hiệu được xử lý để chiếm các khoảng tần số

khác nhau trong dải tần nhưng đều được truyền trong cùng một thời gian. Nói cách

khác các tín hiệu truyền đi đồng thời nhưng tần số đã chuyển đổi. Đây chính là ghép

kênh theo tần số. Phương pháp cổ điển thứ hai, tất cả các tín hiệu đều có cùng tần số

nhưng chiếm khoảng thời gian khác nhau trong dải thời gian. Trong trường hợp này

mỗi băng tần, chẳng hạn tiếng nói đều như nhau nhưng truyền trên kênh thông tin

vào các thời điểm khác nhau. Để thực hiện việc này, mỗi tín hiệu tương tự được lấy

mẫu tại các thời điểm khác nhau và xung lấy mẫu mang thông tin về biên độ của

mỗi tín hiệu riêng được phát lên đường dây. Kết quả là một dãy xung PAM được

ghép lại, trong đó mỗi xung điều biên tuần hoàn bắt nguồn từ một tín hiệu khác

nhau. Điều này có thể thực hiện được, vì bề rộng xung lấy mẫu của tín hiệu ngắn

hơn nhiều so với thời gian trôi qua cho đến trước khi tín hiệu 1 được lấy mẫu lần

nữa. Xét hình 4.1 (a), 4 tín hiệu tương tự từ các đường dây khác nhau đi đến khóa

chuyển mach kiểu quay tròn có tốc độ cố định, khóa này được gọi là bộ góp. Đường

dây thứ 5 có điện áp V lớn hơn giá trị cực đại của bất cứ tín hiệu nào trong 4 tín

hiệu. Dạng sóng tạo nên như hình 4.1 (b). Xung lớn nhất F gọi là xung đồng bộ

khung và được sử dụng để xác định một khung hoặc một tập các tín hiệu trong một

vòng quay. Nhóm 5 xung trong hình 4.1 được gọi là một khung. Trong thực tế

thường một khung có nhiều xung.

Nếu mỗi tín hiệu tương tự có băng tần là B (Hz) được xác định bởi bộ lọc

thông thấp thì tần số lấy mẫu thấp nhất phải bằng 2B (Hz). Khi có n tín hiệu PAM

ghép theo thời gian thì tốc độ truyền xung bằng 2Bn xung /s. Điều này có nghĩa là

băng tần của bộ lọc lý tưởng là nB. Trong thực tế nó rộng hơn, vì không có khả

năng chế tạo bộ lọc như vậy và rộng hơn để ngăn ngừa nhiễu giữa các ký hiệu hoặc

nhiễu giữa các xung lân cận.

Ở phía thu, các mẫu của kênh riêng biệt được tách ra và được phân phối nhờ

một bộ chuyển mạch kiểu quay tròn gọi là bộ phân phối.

Sau đó các mẫu của mỗi kênh được lọc để tách và tạo tín hiệu tương tự ban

đầu. Bộ chuyển mạch ở máy phát và máy thu được đồng bộ một cách chặt chẽ.

69

H.Q.Trung.ĐTTT

Đồng bộ là chỉ tiêu đầu tiên của mọi quá trình ghép kênh theo thời gian (TDM).

Trong TDM có hai dạng đồng bộ là đồng bộ khung và đồng bộ theo mẫu (hoặc bit).

Đồng bộ xung cần thiết để xác didnhj một cách chính xác điểm bắt đầu của một

nhóm xung mẫu và đồng bộ bit cần thiết để phân biệt một cách chính xác các xung

mẫu trong mỗi khung. Qúa trình đồng bộ cũng cho phép đồng bộ thiết bị đầu cuối

phát và thu khi các tín hiệu thời gian trong hai thiết bị đầu cuối có cùng tốc độ trung

bình. Trong thiết bị đầu cuối phát, đồng hồ tạo ra các khung thời gian theo yêu cầu

để điều khiển các chức năng khác nhau và điều khiển tốc độ bit tín hiệu số cho mục

đích truyền dẫn trong nhiều trường hợp sẽ không hoạt động cùng tốc độ như đồng

hồ được tạo ra trong thiết bị đầu cuối thu. Để khắc phục sự khác nhau của tần số

đồng hồ, thiết bị đầu cuối thu thường nhận sự định thời từ luồng bit số thu được.

Hình 4.1. Nguyên lý ghép kênh theo thời gian (TDM)

Điều này đảm bảo cho hai thiết bị đầu cuối liên quan đến luồng bit riêng, hoạt

động ở cùng tốc độ trung bình và có thể xem như đã đồng bộ. Như vậy thiết bị đầu

cuối thu phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối phát. Đồng hồ phát trong thiết bị đầu cuối

phụ thuộc cũng phụ thuộc vào mạch thu tạo ra sự đồng bộ giữa phát và thu của hai

thiết bị đầu cuối trở lên mang luồng bit này. Thiết bị đầu cuối thu tách thông tin thời

70

H.Q.Trung.ĐTTT

gian từ luồng bit số đưa đến nhờ các mạch khôi phục đồng bộ, các mạch này hoạt

động dựa vào cùng một nguyên lý như các mạch sử dụng trong các bộ tái tạo số.

Cuối cùng, trong các hệ thống TDM cơ sở, các xung PAM ghép có thể được lượng

tử để xử lý tiếp trước khi truyền dẫn bằng PCM hoặc có thể được xử lý không qua

lượng tử và PCM để truyền trực tiếp băng cơ sở. Các xung PAM được ghép như

trong hình 4.1 (b) được mã hóa trước khi truyền. Đầu ra bộ mã là từ mã nhị phân,

mỗi từ mã thay cho một xung lấy mẫu ; Sơ đồ này được gọi là sơ đồ ghép theo từ

hay ghép theo ký hiệu. Các từ mã được gộp lại với các bit báo hiệu và các bit đồng

bộ khung. Các bit đồng bộ khung được sắp xếp sao cho chúng tạo thành một cấu

trúc lặp hoặc từ mã đồng bộ khung cho phép thiết bị đầu cuối nhận dạng chính xác

mỗi bit hoặc khe thời gian và phân chia luồng tín hiệu số đến thành các tín hiệu

thành phần. Các tín hiệu thành phần sau đó đi đến kênh ra tương ứng. Một đoạn của

tín hiệu phát được hình thành bởi từ mã đồng bộ khung và các bit tin gọi là một

khung. Nếu thiết bị đầu cuối thu phát hiện được từ mã đồng bộ khung tại vị trí đã

biết trước tức là có đồng bộ và nó tiếp tục làm việc ở chế độ đóng. Nếu sau vị trí đó

qua nhiều khe thời gian không phát hiện được từ mã đồng bộ thì thiết bị đầu cuối

cho rằng đồng bộ khung bị mất.

4.2. GHÉP KÊNH SƠ CẤP

4.2.1. Đ c đi m

Ghép kênh cơ sở PCM 30 và PCM 24 là các hệ thống kênh PCM thực tế cho các

luồng bit số cấp 1 theo tiêu chuẩn châu Âu và Bắc Mỹ - Nhật Bản với tốc độ cơ sở

PCM 30 là 2048 Kilô bit/s và PCM 24 là 1544 Kb/s.

71

H.Q.Trung.ĐTTT

72

H.Q.Trung.ĐTTT

4.2.2. Ghép kênh sơ cấp theo tiêu chuẩn Mỹ-Nh t

a) Đa khung 12

b) Đa khung 2

4.2.3. Ghép kênh sơ cấp theo chuẩn Ch u u

73

H.Q.Trung.ĐTTT

4.3. GHÉP KÊNH BẬC CAO

4.3.1. Ph n cấp tốc độ số PDH

a) Tiêu chuẩn Châu Âu

74

H.Q.Trung.ĐTTT

Dựa trên các khuyên nghị của IT -T thì các cấp ghép kênh số theo tiêu chuẩn Châu

Âu dựa trên việc ghép các luồng số cấp 1 có tốc độ bit 2048 Kb/s bằng việc ghép

các kênh (khe thời gian 8 bit). Cấp ghép kênh như sau:

- Cấp 1: Là một khung PCM gồm 32 kênh (30 kênh thoại 2 kênh báo hiệu) và

đồng bộ có tốc độ 2048 Mb/s.

- Cấp 2: Thực hiện ghép kênh 4 luồng cấp 1, có tốc độ 8,448 Mb/s.

- Cấp 3: Thực hiện ghép 4 luồng cấp 2, có tốc độ 34,368 Mb/s

- Cấp 4: Thực hiện ghép 4 luồng cấp 3, có tốc độ 139,264 Mb/s.

- Cấp 5: Thực hiện ghép 4 luồng cấp 4, có tốc độ 565, 128 Mb/s.

b) Tiêu chuẩn Nhật Bản

c). Tiêu chuẩn Bắc Mỹ

- Cấp 1: Ghép kênh 24 kênh thoại thành luồng số S1 có tốc độ 1,544 Mb/s

75

H.Q.Trung.ĐTTT

- Cấp 2: Ghép 4 luồng cấp 1 thành luồng cấp 2 là 6,312 Mb/s

- Câp 3: Ghép 5 luồng cấp 2 thành luồng cấp 3 là 32, 064 Mb/s

- Cấp 4: Ghép 3 luồng cấp 3 thành luồng cấp 4 là 97,728 Mb/s

- Cấp 5: Ghép 4 luồng cấp 4 thành luồng cấp 5 là 400,352 Mb/s

Cấp ghép kênh của Bắc Mỹ và Nhật Bản có sự thống nhất ở cấp ghép 1 và 2, cấp

ghép Bắc Mỹ được hãng AT T sử dụng. Tuy nhiên, cấp ghép Bắc Mỹ còn có hai

cấp nữa là cấp ghép 4 và cấp ghép 5, trong đó, cấp 5 có thể ghép tới 8064 kênh

thoại PCM, là cấp ghép không có trong tiêu chuẩn của IT -T.

Trong phân cấp số của Nhật Bản có thêm một cấp so với phân cấp của IT -T là

5760 kênh thoại, tổng dung lượng là 400,352 Mb/s.

Bảng tóm tắt các cấp ghép kênh số PDH

Nhược đi m của PDH

Ngày nay, nhu cầu sử dụng các dịch vụ phi thoại đã bùng lên một cách phổ biến và

rộng rãi, nghĩa là người điều hành mạng mong muốn có nhiều luồng 2 Mb/s để cho

76

H.Q.Trung.ĐTTT

thuyê và có thể tách/xen các luồng đó một cách đơn giản và dễ dàng. Nhưng PDH

không đáp úng được các yêu cầu đó. Chẳng hạn khi một tuyến truyền dẫn có tốc độ

140 Mb/s đi qua một điểm nào đó có nhu cầu sử dụng các luồng 2 Mb/s thì tại đó

phải lắp đặt một khối lượng lớn thiết bị tách/xen.

Tiếp đến phải tách một luồng 34 Mb/s thành 4 luồng 8 Mb/s. Bước tiếp theo phải

tách một luồng 8 Mb/s thành 4 Mb/s luồng 2 Mb/s thì phải xen vào bấy nhiêu luồng

2 Mb/s. Vì phải qua nhiều cấp tách/xen như vậy kỹ thuật tương đối phức tạp, hệ

thống cồng kênh, giá thành dịch vụ tăng lên theo số cấp ghép/xen, mặt khác phương

thức trên còn giảm độ tin cậy của hệ thống. Đây là mặt hạn chế thứ nhất PDH.

4.3.2. Hệ thống SDH

Mạng điện thoại từ trước những năm 1970 chủ yếu truyền tín hiệu tương tự và

kỹ thuật FDM (Frequency Division Multiplex), phương tiện truyền dẫn chủ yếu là

cáp đồng. Đầu những năm 1970 hệ thống số đã tương đối phát triển kèm theo nó là

kỹ thuật ghép kênh theo thời gian với các cấp ghép kênh khác nhau, thực hiện ghép

nhiều luồng số có tốc độ thấp thành luồng số có tốc độ cao. Kỹ thuật này được gọi

là phân cấp số cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Công nghệ

càng phát triển yêu cầu truyền dẫn tốc độ cao, tin cậy lớn thì PDH chưa phải là hệ

thống tối ưu, một phân cấp số ra đời đó là kỹ thuật SDH (Synchronous Digital

Hierarchy).

SDH ra đời vào năm 1980 đã khắc phục được những nhược điểm của PDH. Ở thời

k đầu SDH được triển khai trên hệ thống cáp đồng trục. Năm 1985, việt tiêu chuẩn

Quốc gia Hoa K (ANSI) đã đưa ra mạng thông tin quan đồng bộ (SONET –

Synchronous Optical Net ork) cho phép hòa mạng thiết bị của các hãng khác nhau

tại mức quang.

77

H.Q.Trung.ĐTTT

4.3.2.1. Nguyên lý của SDH

Nguyên lý của SDH là ghép xen kẽ từng byte dữ liệu PDH vào các Container (Ci),

sau đó được gắn các từ mào đầu POH trong container ảo VC, con trỏ Pointer, và

thông tin mào đầu SOH tạo thành khung dữ liệu STM-1.

4.3.2.2. Cấu trúc khung thời gian SDH

4.3.2.3. Truyền các byte trong khung STM-1

78

H.Q.Trung.ĐTTT

4.3.2.4. Cấu trúc khung STM-N

4.3.2.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ghép kênh đồng bộ STM-1 theo ITU-T

79

H.Q.Trung.ĐTTT

Chức năng của các khối cơ bản:

4.3.2.6. Các vùng của mạng truyền dẫn

80

H.Q.Trung.ĐTTT

- Vùng ghép kênh trong mạng SDH bao gồm các phương tiện truyền dẫn và các

bộ lặp liên kết với nhau. Vùng này cung cấp một phương tiện để truyền dẫn

thông tin giữa hai nút mạng liên tiếp nhau (ví dụ: các bộ ghép kênh SDH, các

chuyển mạch kết nối chéo số DCC). Một trong những nút mạng là nơi tạo ra

từ mào vùng ghép kênh MSOH và một trong những nút mạng còn lại là đích

cuối cùng của từ mào này.

Trong mạng SDH, vùng ghép kênh có ý nghĩa quan trọng. Nó là mức mà ở

đó mạng SDH có thể hình thành các chức năng khác nhau trong các trường

hợp khác nhau như hỏng thiết bị hay là giảm chất lượng đường truyền dẫn.

Các chức năng này mang nhiệm vụ chung là bảo vệ đường truyền để có

được chất lượng tốt nhất và không bị gián đoạn.

Các byte mang chức năng bảo vệ có trong từ mào vùng ghép kênh MSOH

được gắn vào luồng tín hiệu và truyền đến đầu cuối khác. Nếu phát hiện lỗi,

mạng SDH sẽ chuyển mạch liên kết các VC đến mạch truyền dẫn dự phòng.

Mạch dự phòng là các kênh dự phòng bao gồm các phương tiện truyền dẫn,

các bộ lặp và các thiết bị đầu cuối vùng ghép kênh.

Các kết nối chéo:

81

H.Q.Trung.ĐTTT

4.3.2.7. Cấu hình hệ thống mạng truyền dẫn SDH

- Mạng điểm – điểm

- Mạng chuyển tiếp trực tiếp

- Chuyển mạch có rớt và xen kênh

82

H.Q.Trung.ĐTTT

- Chuyển mạch có rớt và xen kênh sử dụng thiết bị phân luồng

- Cấu hình kín (mạng vòng – ring)

- Cấu hình nút mạng:

Thiết bị đầu cuối STM-1.

83

H.Q.Trung.ĐTTT

Thiết bị đầu cuối STM-4.

Thiết bị đầu cuối STM-16.

- Cấu hình xen/rẽ

4.3.3. Ghép kênh theo bước sóng

.3.3.1. Khái niệm

84

H.Q.Trung.ĐTTT

4.3.3.2. Nguyên cơ b n ghép b c s ng quang

.3.3.3. Thi t b ghép/tách kênh quang

85

H.Q.Trung.ĐTTT

86

H.Q.Trung.ĐTTT

CHƯƠNG . CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VIỄN THÔNG

.1. ĐƯỜNG D Y THUÊ BAO SỐ xDSL

.1.1. Giới thiệu

DSL (Digital Subscriber Line) - đường dây thuê bao số là công nghệ truyền tải

thông tin băng rộng đến người dùng là các gia đình hoặc các doanh nghiệp nhỏ

thông qua đường dây điện thoại thông thường. Nói đến xDSL có nghĩa là đề cập

đến nhiều dạng khác nhau của công nghệ DSL như ADSL, HDSL, và RADSL. Nếu

nhà bạn hoặc doanh nghiệp của bạn ở nơi mà cơ quan bưu điện có thể cung cấp

được dịch vụ DSL thì sau khi đăng ký và lắp đặt sử dụng dịch vụ này, bạn có khả

năng nhận dữ liệu đạt tới tốc độ 6,1 mêgabit trên giây (lý thuyết có thể đạt tới 8,448

mêgabit trên giây) cho phép chúng ta truyền dữ liệu video, âm thanh và cả âm thanh

3 chiều. Thông thường, mỗi kết nối riêng lẻ sẽ cung cấp được tốc độ từ 1,544

mêgabit trên giây đến 512 kilôbit trên giây đối với do nload (tải dữ liệu xuống) và

khoảng 128 kilôbit đối với việc upload lên mạng.

Một đường DSL có khả năng chuyển tải cùng lúc cả hai tín hiệu là dữ liệu và

tiếng nói trong đó phần dữ liệu truyền trên đường dây được kết nối liên tục. Tính từ

khi ra đời vào năm 1998 cho đến nay, công nghệ DSL đã và đang phát triển với tốc

độ nhanh chóng và trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Các công ty như IBM, HP,

Intel, Microso t đã hợp tác với nhiều công ty điện thoại để phát triển một dạng của

ADSL trở thành chuẩn với phương thức cài đặt đơn giản đối với người dùng và gọi

là G.lite. Hiện nay ADSL đang được triển khai vô cùng rộng rãi. DSL được trông

đợi như là một giải pháp để thay thế cho công nghệ ISDN và nó cạnh tranh mạnh

mẽ đối với thuê bao dùng modem thông thường trong lĩnh vực chuyển tải âm thanh

và hình ảnh 3-D tới người tiêu dùng gia đình và các doanh nghiệp, văn phòng vừa

và nhỏ.

DSL có một số lợi thế so với các giải pháp truyền thông tốc độ cao khác, nhất

là về giá cả. Do nó chạy trên các dây đồng hiện dùng nên nó giảm giá thành. Không

như các đường cáp quang hay các đường truyền khác, DSL không cần lắp thêm các

cáp mới cho các toà nhà do có cáp đồng s n. Và việc sử dụng các hạ tầng có s n

này làm cho vốn để nâng cấp dịch vụ DSL là rất thấp. Các công ty điện thoại và các

nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng tương thích các dịch vụ hiện hành của họ với DSL.

Một lợi thế khác là cái cách thông tin được quản lý trong mạng. DSL giúp cho

các thành phần giảm tải các quá trình trong hệ thống chuyển mạch âm thanh. Các

87

H.Q.Trung.ĐTTT

dữ liệu lưu thông trực tiếp đến mạng dữ liệu dạng gói, và các thông tin về tiếng nói

được chuyển tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN).

ADSL ( Asymmetric digital subcriber) có thể cho phép truyền với tốc độ hơn

6 Mbps từ phía nhà cung cấp tới khách hàng để truy nhập các dịch vụ Video theo

yêu cầu, và truy nhập mạng LAN. Theo hướng ngược lại, từ phía khách hàng đến

nhà cung cấp có thể truyền ở tốc độ hơn 640 kbps (hay cả hai hướng). Khả năng này

làm tăng dung lượng truy nhập hơn rất nhiều so với khả năng truyền thông tin cua

mạng công cộng truyền thống.

.1.2. Các dạng của DSL

Nhu cầu của người dùng khác nhau nên DSL cũng có nhiều loại cho phù hợp,

cho nên mới có xDSL, chữ ‘x’ nghĩa là họ của DSL.

Các nhu cầu khác nhau về thể loại:

- Tốc độ độ dữ liệu

- Mã hoá đường truyền: Phương thức mã hoá thông tin

- Số đường truyền: Cần một cặp dây xoắn hay hai cặp

- Khoảng cách truyền (Distance Limit/Reach): Khoảng cách mà dữ liệu truyền

đi vẫn tin cậy

88

H.Q.Trung.ĐTTT

Công nghệ Tốc độ Khoảng cách

truyền dẫn

Số đôi d y

đồng sử dụng

IDSL

144 Kb/s đối xứng 5km

1 đôi

HDSL

1,544Mb/s đối xứng

2,048Mb/s đối xứng 3,6 km – 4,5 km

2 đôi

3 đôi

HDSL2 1,544Mb/s đối xứng

2,048 Mb/s đối xứng 3,6 km – 4,5 km

1 đôi

SDSL

768kb/s đối xứng

1,544Mb/s hoặc

2,048 Mb/s một chiều

7 km

3 km

1 đôi

ADSL

1,5- 8 Mb/s luồng xuống

1,544 Mb/s luồng lên

5km (tốc độ càng

cao thì khoảng

cách càng ngắn )

1 đôi

RADSL 7-10 Mb/s luồng xuống

512-900 kb/s luồng lên 4,5-5 Km 1 đôi

CDSL 1,5 Mb/s luồng xuống

384 Kb/s luồng lên 5 Km 1 đôi

VDSL

26 Mb/s đối xứng

13–52Mb/sluồng xuống

1,5-2,3 Mb/s luồng lên

300 m – 1,5 km

(tu tốc độ) 1 đôi

5.1.3. Bộ ghép kênh truy c p DSL (DSL Access Multiple er)

Để ghép nhiều khách hàng sử dụng DSL với một mạng backbone tốc độ cao,

cơ quan bưu điện sử dụng bộ ghép kênh truy cập DSL (DSLAM). Thông thường bộ

DSLAM kết nối tới mạng truyền không đồng bộ (ATM Net ork) mà tổng tốc độ có

thể đạt tới Gigabit. Ở phía nhận, có một thiết bị phân kênh tín hiệu và sẽ chuyển cho

các kết nối DSL riêng rẽ.

89

H.Q.Trung.ĐTTT

5.1.4. Các phương pháp điều chế

Trong sản phẩm ADSL, các mã đường truyền CAP, QAM, DMT được sử

dụng phổ biến nhất, ngoài ra còn một số loại mã khác đang trong quá trình

thử nghiệm.

CAP: Carrierless Amplitude and Phase modullation

M· ho¸

Bé läc ®ång pha

Bé läc lÖch pha 900

D/A LPF

A/D

Bé läc thÝch øng I

Bé läc thÝch øng II

Bé xö lý Gi¶i m·

§­êng t

ruyÒn

Thu ph¸t tÝn hiÖu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ CAP

QAM: Quadrature Amplitude Modullation

90

H.Q.Trung.ĐTTT

1(t)

2(t)

2E0

0000 0001 0011 0010

1000 1001 1011 1010

1100 1101 1111

0100

1110

0101 0111 0110

Chïm tÝn hiÖu 16-QAM

DTM: Discrete MultiTone Modullation

Sè liÖu tèc ®é

cao

Sè liÖu tèc ®é thÊp

Sè liÖu tèc ®é thÊp

Ph©n kªnh

§iÒu chÕ

§iÒu chÕ

§iÒu chÕ

§iÒu chÕ

§iÒu chÕ

.

.

.

KiÓm so¸t

Läc

Läc

Läc

Läc

Läc

Gi¶i ®iÒu chÕ

Gi¶i ®iÒu chÕ

Gi¶i ®iÒu chÕ

Gi¶i ®iÒu chÕ

Gi¶i ®iÒu chÕ

GhÐp kªnh

KiÓm so¸t

S¬ ®å khèi hÖ thèng DMT

B¶n tin ph¶n håi ®Ó hiÖu chØnh kªnh

Sè liÖu tèc ®é

cao

f1

f2

f3

fn

fn-1

f1, f2,..fn

f1

f2

f3

fn-1

fn

91

H.Q.Trung.ĐTTT

5.1.5. Một số ứng dụng của DSL

a) Một số gi i pháp mạng

- Chia sẻ kết nối DSL đơn với máy tính nội bộ và máy tính ở xa:

Giải pháp của Sygate:

92

H.Q.Trung.ĐTTT

- VPN nối mạng qua internet sử dụng kết nối DSL

b) ỨNG DỤNG DSL tại Việt Nam hiện nay

Tại Việt Nam hiện nay, ứng dụng xDSL điển hình và thông dụng của hầu khắp các

mạng viễn thông như VNPT, Vettel, FPT là cung cấp dịch vụ internet băng rộng ADSL -

sử dụng công nghệ ADSL đường thuê bao số bất đối xứng . Tốc độ phát triển của các

thuê bao internet này phát triển từng ngày, phổ biến từ đô thị đến tận cấp xã với số lượng

ước tính đạt khoảng 18 triệu thuê bao.

Trong đợt kỉ niệm 10 năm internet có mặt tại Việt Nam, các chuyên gia về Internet nhận

định, Internet Việt Nam đã phát triển vượt bậc từ lúc tốc độ truy cập đạt 2Mb/s thì đến nay,

tốc độ truy cập đó đã tăng lên 7500 lần. Giá truy cập không tính bằng thời gian nữa mà tính

93

H.Q.Trung.ĐTTT

bằng dung lượng sử dụng. Từ đó có thể thấy, internet Việt Nam hay dịch vụ internet băng

rộng ADSL đã dần chiếm được thị phần lớn đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng.

ADSL là một công nghệ cho phép truy cập Internet tốc độ cao qua đường dây điện

thoại. ADSL cung cấp một kết nối liên tục (al ays on). Nguyên lý của ADSL là băng tần

cho đường lên và đường xuống không giống nhau. Từ đó, nó được ứng dụng để đáp ứng

nhu cầu sử dụng với thông tin được tải về là chính và nhiều hơn thông tin được đưa lên.

ADSL có tốc độ kết nối dữ liệu đường lên tối đa là 640Kb/s, đường xuống là 8Mb/s ( 8192

Kb/s). Ngoài ra, công nghệ ADSL cho phép đồng thời chuyển tải dữ liệu analog (âm

thanh) trên cùng một đường dây, hay nói cách khác, công nghệ giúp chuyển đổi đường dây

điện thoại thông thường thành một đường truy nhập đa dịch vụ và các đường truyền dữ liệu

tốc độ cao.

Mạch ADSL tạo nên 3 kênh thông tin ở đường dây thuê bao: một kênh tốc độ cao từ

tổng đài tới thuê bao, một kênh tốc độ trung bình 2 chiều ( kênh này phụ thuộc vào cấu trúc

ADSL), và 1 kênh thoại hoặc kênh N-ISDN. Chính vì vậy, thuê bao trong khi truy cập

Internet vẫn có thể sử dụng các dịch vụ điện thoại PSTN thông thường. Nó cho phép tận

dụng hết phần băng thông còn dư của cáp đồng đến mỗi thuê bao PSTN hiện nay (băng

thoại hiện mới chỉ sử dụng hết 4KHz trên tổng số hơn 10MHz băng thông của cáp đồng).

Khách hàng truy cập Internet qua đường điện thoại bình thường (dial up) có tốc độ tối

đa là 56Kb/s, khi sử dụng ADSL sẽ cảm thấy như trước đây phải đi trong ngõ ngách chật

hẹp thì nay được chạy trên đường rộng. Với ADSL, chúng ta sẽ hoàn toàn yên tâm để thực

hiện các dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao trên Internet như: phát thanh, hội nghị

truyền hình, truyền hình theo yêu cầu, dịch vụ tương tác, kết nối mạng LAN/WAN…Dưới

đây là hình mô tả tốc độ ADSL với các loại truy cập internet khác.

94

H.Q.Trung.ĐTTT

Trong đó: Voiceband modem: sử dụng dial up (56kb/s)

ISDN: mạng số tích hợp đa dịch vụ thoại internet ( 2 line điện thoại và internet là

128Kb/s với kênh 2B D)

ADSL: kênh thuê bao số bất đối xứng ( upload 640Kb/s, download là 8Mb/s)

VDSL: công nghệ DSL tốc độ cao, dùng cáp quang kết hợp cáp đồng để truyền tải.

(do nload 52Mb/s với khoảng cách 300m, upload 1.6 đến 2.3 Mb/s)

Đối tượng sử dụng của dịch vụ ADSL hiện nay cũng rất phổ biến, từ

người dùng bình thường đến các trường học, viện nghiên cứu, thống kê, nhất

là các doanh nghiệp. Phần lớn người dùng Internet hiện nay nhu cầu tìm

kiếm,do nload cao hơn là upload thông tin (upload chủ yếu là các thông tin

yêu cầu truy cập eb, gửi e-mail). Như vậy,nhờ tính chất truyền không đối

xứng làm cho khả năng truy nhập mạng của ADSL có thể đạt tốc độ nhanh

gấp 146 lần so với phương thức dùng modem 56K, gấp 64 lần so với phương

thức dùng ISDN 128K.

M hình tham chi u chung c a hệ thống ADSL tại Việt Nam hiện nay

U-C U-R M¹ch vßng

Splitter

R

Splitter

C

HPF HPF

LPF LPF

ThiÕt bÞ tho¹i hoÆc modem t­¬ng tù

U-R2 POST

ATU-R

ATU-C

U-C2 PSTN M¹ng

b¨ng hÑp

M¹ng b¨ng réng

V-C T-SM T M¹ng ph©n bæ

d÷ liÖu phÝa nhµ thuª bao

SM

SM

H×nh2.1 M« h×nh m¹ng ADSL full-rate

Trong đó:

- Mạng băng rộng (ví dụ truy cập internet ADSL)

- Mạng băng hẹp (điện thoại cố định PSTN)

95

H.Q.Trung.ĐTTT

- Mạng phân bổ dữ liệu phía nhà thuê bao, là hệ thống kết nối AT -R tới

các modul dịch vụ. Cấu hình kết nối có thể là điểm-điểm, điểm- đa

điểm..

- Pots: các dịch vụ thoại đơn thuần

- PSTN: mạng chuyển mạch thoại công cộng

- Modul dịch vụ (SM) thực hiện các chức năng thích ứng của thiết bị đầu

cuối,giao diện đầu cuối hoặc LAN router.

- Splitter bao gồm các bộ lọc thực thi chức năng tách các tín hiệu tần số

cao (ADSL) được lắp ở phía nhà cung cấp hoặc thuê bao. Bộ splitter có

thể được tích hợp vào bộ AT hoặc tách rời AT

- Ngoài ra còn có các giao diện như -C, U-R, V-C, T-SM.

Như đã nói ở trên, ADSL vừa là dịch vụ internet băng rộng, nó vừa có khả

năng cung cấp kênh truyền thoại tương tự (POST). Đối với dịch vụ thoại

tương tự, một bộ chia đặc biệt sẽ mang kênh tương tự 4Kz từ tổng đài tới thuê

bao trên băng tần số của đường truyền ADSL. Với các dịch vụ quảng bá hay

các dịch vụ số băng rộng hoặc quản lý mạng sẽ được truy cập từ ngoài tổng

đài trung tâm (CO) hoặc nội hạt (LE) để giải quyết vấn đề nghẽn chuyển

mạch và trung kế. Một nút truy cập ADSL nằm trong CO hoặc LE phục vụ

cho một số đường ADSL. Nút này thường được gọi là nút truy cập DSL

(DSLAM). Các thiết bị DSLAM chứa các bộ phận AT -C, HTU-C và một

số bộ phận quan trọng khác.Do đó DSLAM có nhiệm vụ thực hiện kết nối

giữa nhà cung cấp và thuê bao. Thông thường, DSLAM được đặt tại tổng đài

trung tâm CO. Các DSLAM hỗ trợ cho các loại DSL chứ không riêng gì

ADSL, và nó có khả năng giao tiếp với các chuyển mạch ATM, router

TCP/IP, LAN.. Hiện nay, Viettel đang sử dụng các DSLAM do Acatel và

Hua ei cung cấpnhư: ASAM 7300 của Acatel, hay Hua ei thì có dòng sản

phẩm như MA5100, MA5105, MA 5200, MA 5300, MA5500, mỗi loại có

dung lượng sử dụng khác nhau phụ thuộc vào cấu hình nhà sản xuất cung cấp.

D i ây à m hình ADSL c a Viette do h ng Acate cung cấp:

96

H.Q.Trung.ĐTTT

Một số d ch ụ ADSL hiện nay:

Dịch vụ ADSL Upstream Downstream

ADSL Premium

ADSL Lite

640Kb/s 8Mb/s

256Kb/s 1Mb/s

ADSL My-IP 384 Kb/s 1.5 Mb/s

ADSL Multi-IP 512 Kb/s 2Mb/s

7270 MSC

7300 7300 7300 7300 7300

7300

7300

7300

7270 MSC

7300 7300 7300 7300 7300

7300

7300

7300

7300

STM-1 STM-

1

100BaseT 100Base

T

Internet

*IP Network

Hanoi HCMC

5523 AWS *Billing/ RADIU

S

RedBack SMS1800

E3 E3

10 ASAM-c 10 ASAM-c

E1 E1

97

H.Q.Trung.ĐTTT

.2. CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN ATM

5.2.1. Khái niệm

ATM (Asynchronous trans er mode) là một công nghệ ghép kênh và chuyển mạch

tế bào định hướng có phẩm chất cao, tiện lợi trong việc sử dụng các gói dữ liệu có

chiều dài cố định để mang các loại lưu lượng khác nhau. Đây là công nghệ tạo ra

khả năng mang vác nhiều lớp dịch vụ ATM, liên mạng cục bộ tốc độ cao (LAN);

thoại, video, và nhiều ứng dụng trong thương mại.

.2.2. Ưu đi m của ATM

- Cho phẩm chất cao nhờ chuyển mạch cứng

- Băng thông sử dụng không cố định (thay đổi theo lưu lượng)

- Hỗ trợ lớp dịch vụ multimedia

- Tương ứng giữa tốc độ và kích thước mạng

- Hỗ trợ kỹ thuật mạng WAN/LAN

- Đơn giản hóa nhờ kiến trúc kênh ảo (VC)

- Phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế

.2.3. Công nghệ ATM

Trong các mạng ATM, tất cả các thông tin được định dạng vào trong các tế bào

(Cell) có kích thước cố định bao gồm 48 bytes tải thông tin và 5 bytes tiêu đề. Kích

thước cố định đảm bảo cho thông tin chuẩn theo thời gian như thoại hay video là

không bị ảnh hưởng bởi các khung hay các gói dữ liệu. Tiêu đề được tổ chức sao

cho chuyển mạch hiệu quả trong việc thực hiện phần cứng ở tốc độ cao và mang

thông tin về trường tải, nhận dạng kênh ảo, và kiểm tra lỗi tiêu đề.

98

H.Q.Trung.ĐTTT

.2.4. Các đi m tham chiếu trong mạng ATM

.2. . Mô h nh mạng LAN d a trên ATM

99

H.Q.Trung.ĐTTT

.3. HỆ THỐNG MODEM CABLE

.3.1. Hoạt động của truyền dẫn qua modem cable

Truy nhập Internet truyền thống qua modem 28.8, 33.6, hoặc 56 kbps dựa trên công

nghệ modem băng thoại. Giống như các modem băng thoại, các modem cab thực

hiện chức năng điều chế và giải điều chế tín hiệu dữ liệu. Ngày nay các modem cab

đáp ứng các dịch vụ internet tốc độ cao. Trong mạng cab, dữ liệu từ phía mạng tới

người sử dụng được gọi là luồng dữ liệu xuống, ngược lại dữ liệu từ phía người sử

dụng tới phía mạng được gọi là luồng dữ liệu lên. Theo quan điểm từ phía người sử

dụng, modem cab như là một máy thu 64/256 QAM RF tạo khả năng phân bổ dữ

liệu từ 30 đến 40 Mbps qua một kênh truyền sử dụng cab 6 MHz. Tốc độ này xấp xỉ

bằng 500 lần so với một modem cab 56 Kbps (truyền thống).

Dữ liệu từ phía người sử dụng đến mạng được gửi qua một hệ thống phù hợp dưới

sự kiểm soát của thiết bị đầu cuối. Dữ liệu được điều chế sử dụng máy phát

QPSK/16 QAM với tốc độ dữ liệu từ 320 kbps lên tới 10 Mbps. Các tốc độ dữ liệu

của luồng lên và luồng xuống có thể được cấu hình phù hợp sử dụng các modem

cab để đáp ứng các yêu cầu thuê bao.

Một thuê bao có thể đồng thời nhận dịch vụ truyền hình cab trong khi đang nhận dữ

liệu trên các modem cab để phân bổ tới một máy tính thông qua bộ chia (Splitter).

Dịch vụ dữ liệu qua modem cab có thể được chia sẻ tới 16 người sử dụng trong một

cấu hình mạng LAN.

.3.2. Mô h nh modem cable tại phía thuê bao

100

H.Q.Trung.ĐTTT

5.3.2. Kiến trúc hệ thống truyền dẫn cáp đi n h nh

101

H.Q.Trung.ĐTTT

102

H.Q.Trung.ĐTTT

.4. TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN TẾ BÀO

5.4.1. Nguyên lý

Mỗi máy di động sử dụng một kênh vô tuyến tạm thời riêng biệt để đàm thoại tới

trạm tế bào. Trạm tế bào phát tín hiệu thoại tới nhiều máy di động mỗi lần, sử dụng

một kênh trên máy di động. Các kênh sử dụng một cặp tần số để thông tin, một tần

số là để phát từ phía trạm tế bào, theo tuyến thuận, và tần số còn lại là để truyền

theo tuyến ngược từ phía người sử dụng đến phía trạm. Năng lương vô tuyến tiêu

hao theo khoảng cách truyền thông, vì vậy các máy di động phải ở gần trạm cơ sở

để có thể giữ được liên lạc. Cấu trúc cơ bản của các mạng di động bao gồm các hệ

thống điện thoại và các dịch vụ vô tuyến.

.4.2. Kiến trúc hệ thống di động

Để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng, các nhà cung cấp dịch vụ di động nghiên

cứu các biện pháp để nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng khả năng về dung

lượng hệ thống. Do tài nguyên về phổ tần là hạn chế nên kỹ thuật phân vùng tế bào

đã được các nhà thiết kế mạng di động sử dụng, nhằm sử dụng lại tần số một cách

hiệu quả. Trong mang điện thoại tế bào hiện đại, các vùng nông thôn và thành thị

được phân chia thành các vùng nhỏ khác nhau theo các đường ranh giới rõ rệt. Các

tham số thực cần cho thiết kế là tổng số tế bào phân chia và kích thước tế bào, được

tính toán bởi các kỹ sư thiết kế có kinh nghiệm trong kiến trúc hệ thống tế bào. Đối

với mỗi vùng phủ cần xác định các tham số cụ thể bao gồm: các tế bào (cell), các

cụm tế bào (cluster), tần số tái sử dụng, và chuyển giao.

103

H.Q.Trung.ĐTTT

Phân chia vùng phủ sóng:

Chuyển giao giữa các vùng lân cận:

.4.3. Truy nh p vô tuyến cố định

104

H.Q.Trung.ĐTTT

Truy nhập vô tuyến cố định (FWA-Fixed ireless access) là một dịch vụ tổng đài

nội hạt dựa trên truyền dẫn vô tuyến trong đó dịch vụ điện thoại được cung cấp.

Loại hình dịch vụ này được ứng dụng chủ yếu cho các vùng nông thôn, do tiết kiệm

được chi phí đường dây. Các hệ thống FWA dựa trên công nghệ TDMA hoặc

CDMA.

. . MẠNG TRUYỀN DẪN ĐỒNG BỘ

105

H.Q.Trung.ĐTTT

T I LIỆ THAM KHẢO

[1] Kỹ thuật Viba số (T1) – Bùi Thiện Minh. Nxb: Bưu Điện

[2] Hệ thống truyền dẫn đồng bộ số SDH. Nxb: Bưu điện.

[3] Kỹ thuật truyền dẫn số - Thái Hồng Nhị - Nxb: Giáo dục.

[4]. Kỹ thuật thông tin số T1,2. Nxb: Bưu điện. 2004.

[5] Telecommunication Transmission Systems. Robert G. Winch

[6] Digital Communications. Peter Grant. University of Edinburgh.