Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 8: Kỹ thuật số hóa (điều chế số) - Nguyễn Thanh Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật hệ thống viễn thông - Chương 8: Kỹ thuật số hóa (điều chế số) - Nguyễn Thanh Tuấn

1. Bạn có biết? 1) Điều chế/giải điều chế là gì? 2) Tại sao phải điều chế? 3) Cách thức phân loại điều chế? 4) Cách thức phân loại giải điều chế? 5) Tên gọi và nguyên lý hoạt động của một số kỹ thuật điều chế? 6) Tên gọi và nguyên lý hoạt động của một số kỹ thuật giải điều chế? 7) Thiết bị có sử dụng kỹ thuật điều chế/giải điều chế? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 2
2. Bạn có biết? 1) Cách chuyển đổi tương tự-số? 2) Kỹ thuật lấy mẫu và khôi phục? 3) Định lý lấy mẫu? 4) Kỹ thuật lượng tử? 5) Đánh giá sai số lượng tử? 6) Kỹ thuật mã hóa? 7) Dạng sóng và phổ của các tín hiệu cosine, sinc, chuỗi xung chữ nhật, xung chữ nhật, xung cosine Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 4
3. Hệ thống tạo PCM ▪ Phạm vi giá trị tín hiệu ngõ vào x(t): 1 ▪ Lượng tử đều ▪ Điều kiện của M và v? Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 6
4. Ví dụ 1 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 8
5. DAC Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 10
6. Ví dụ 2 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 12
7. Tính toán nhiễu lượng tử đều ▪ Nhiễu lượng tử: sai số lượng tử (biến ngẫu nhiên) ▪ Giả sử: tín hiệu ngõ vào có phạm vi giá trị 1, số mức lượng tử q (đủ lớn) để sai số lượng tử độc lập và không tương quan với tín hiệu ngõ vào – Bước lượng tử – Phạm vi giá trị sai số lượng tử – Hàm mật độ xác suất (pdf) của sai số lượng tử – Giá trị trung bình của sai số lượng tử – Phương sai của sai số lượng tử – Công suất nhiễu lượng tử Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 14
8. Ví dụ 3 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 16
9. Nén giãn luật  (Bắc Mỹ và Nhật Bản)  = 255 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 18
10. Ví dụ 4 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 20
11. Đặc tính DM Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 22
12. Bit rate = Baud rate x log2(Ms) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 24
13. Truyền số M-ary ▪ Thông thường: gom b bit thành 1 ký hiệu (M = 2b) ▪ Chu kì (độ rộng) ký hiệu: Ts = b x Tb ▪ Tốc độ ký hiệu: Rs = 1 / Ts (baud) ▪ Năng lượng ký hiệu (trung bình): Es Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 26
14. PSK Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 28
15. ASK/PSK Bandwidth ▪ Quy ước băng thông tối ưu Nyquist Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 30
16. 8-QAM (dạng sóng) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 32
17. FSK 1 0 1 1 FM Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 34
18. Modem Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 36
19. Sơ đồ khối ghép kênh theo thời gian TDM Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 38
20. Ví dụ 6 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 40
21. Ghép kênh số Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 42
22. Khung ghép kênh số (T1) Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 44
23. Ví dụ 8 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 46
24. Phân cấp số đồng bộ SDH/SONET ▪ Ghép xen byte Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 48
25. Bài tập 1 ▪ Cho 4 tín hiệu tương tự băng gốc khác nhau có tần số lớn nhất lần lượt là 2, 3, 4 và 5.1@ KHz được ghép kênh theo thời gian TDM (cần 1 tín hiệu đồng bộ). Vẽ 1 sơ đồ khối thực hiện việc ghép kênh với các thông số cụ thể (số ngõ vào, tần số lấy mẫu) và tính băng thông yêu cầu tối thiểu của kênh truyền tương ứng với sơ đồ thiết kế trong các trường hợp sau: a) Chỉ dùng 1 bộ ghép kênh 8 ngõ vào. b) Chỉ dùng các bộ ghép kênh tối đa 4 ngõ vào. c) Kênh truyền chỉ có băng thông tối đa 19 KHz. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 50
26. Bài tập 3 ▪ Cho 3 tín hiệu tương tự băng gốc thực khác nhau có tần số lớn nhất lần lượt là 2KHz, 3KHz và 4KHz được ghép trên 1 kênh truyền. a) Trong trường hợp kênh truyền có băng thông 12.@ KHz, vẽ 1 sơ đồ khối (nguyên lý) dùng phương pháp ghép kênh theo thời gian TDM với các thông số cụ thể. b) Xem xét thêm phương án ghép kênh theo thời gian TDM thỏa điều kiện chỉ dùng các bộ ghép kênh 2, 4 hoặc 8 ngõ vào. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 52
27. Bài tập 5 ▪ Cho hệ thống PCM M-ary lượng tử đều hoạt động với tín hiệu tương tự có tần số lớn nhất là 4KHz và công suất trung bình là 12W. a) Tìm điều kiện khoảng lượng tử (step size) để hệ thống trên có tỉ số công suất tín hiệu trên nhiễu lượng tử SNR ≥ 4@ dB, giả sử nhiễu lượng tử phân bố đều. b) Xác định băng thông nhỏ nhất của kênh truyền để hệ thống trên có tối thiểu 1@0 từ mã nhị phân. c) Xác định cơ số M nhỏ nhất có thể và tần số lấy mẫu tối đa tương ứng để hệ thống trên hoạt động với kênh truyền có băng thông 15KHz đồng thời vẫn đảm bảo có tối thiểu 1@0 mức lượng tử. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 54
28. Bài tập 7 ▪ Cho hệ thống thu nhị phân số hai mức 0 và A với xác suất truyền mỗi mức bằng nhau. Hệ thống hoạt động trong môi trường nhiễu cộng có giá trị trung bình bằng 0 và công suất nhiễu (phương sai) bằng 1@. Xác định điều kiện của giá trị mức A để xác suất lỗi bit tối ưu của hệ thống không vượt quá 10-3 trong các trường hợp sau: a) Nhiễu phân bố Gaussian, biết rằng Q(3,1) 10-3. b) Nhiễu phân bố đều. Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 56
29. Bài tập 8 (tt) a) Tín hiệu được lấy mẫu bởi chuỗi xung lý tưởng pideal(t) = ∑ δ(t - kTs) với Ts = 0.01s như hình 6a. b) Tín hiệu được lấy mẫu bởi chuỗi xung thực tế pprac(t) = ∑ П((t - kTs)/0.005) với Ts = 0.01s như hình 6b. c) Tín hiệu được lấy mẫu và giữ với chuỗi xung lý tưởng pideal(t) = ∑ δ(t - kTs) với Ts = 0.01s và đáp ứng xung h(t) = П(t/0.005) như hình 6c. Hệ thống viễn thông 2014 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 58
30. Bài tập 10 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 60
31. Bài tập 12 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 62
32. Bài tập 14 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 64
33. Bài tập 16 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 66
34. Bài tập 18 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 68
35. Bài tập 20 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 70
36. Bài tập 22 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 72
37. Bài tập 24 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 74
38. Bài tập 26 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 76
39. Bài tập 28 Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 78
40. Bài tập 30 ▪ Cho chuỗi bit s = {1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, } với khoảng bit Tb = 0.125 ms. Lựa chọn các thông số điều chế thích hợp sao cho tín hiệu sau điều chế có thể hoạt động trên kênh truyền có băng thông 4.@ KHz. Vẽ dạng sóng của tín hiệu sau điều chế với các thông số lựa chọn. a) ASK b) PSK c) FSK d) QAM Th.S. Nguyễn Thanh Tuấn 80