Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu - Chương II: Tín hiệu. Đường truyền

 cuối và các thiết bị đường dây.
KZU : nối giữa mạng liên lạc với thiết bị truyền tin PCM-30, nó có nhiệm vụ phối hợp từ mạch 2 dây hoặc 4 dây với hệ thống truyền. Từ nhiệm vụ đó người ta có thể chia KZU thành 2 loại KZU2 và KZU4.
Hình 2.25 Sơ đồ khối PCM-30.
Hệ thống PCM-30 là hệ thống dùng 4 dây. Qua nó âm thanh sẽ đến các điểm thông tin.
Trong thông tin có 2 loại: thông tin đến và thông tin đi. Và người ta phân biệt thành KZU.G2 và KZUK2. Tương tự ta có KZUG4 và KZUK4. Những yêu cầu và chỉ tiêu sẽ được trình bày trong khoảng thời gian 16 trong khung thời gian.
Þ Multiplex
Multiplex nhận dạng
Multiplex trung tâm giải quyết mã, giải mã và multiplex. Trong CODEC biến đổi A « D, có nghĩa là sau khi lấy mẫu với tần số 8 KHz và được mã hóa thành từ mã 8 bit và cung cấp cho Multiplex. ở đây sẽ tạo theo khung thời gian và tạo thành tín hiệu 2MBit cung cấp cho bộ tạo mã HDB-3. Trong trường hợp thu thì qui trình trên được tiến hành ngược lại.
Hình 2.26 Máy PCM-30.
b. Khung thời gian cho máy PCM-30
Chúng ta biết: tần số lấy mẫu là 8 KHz, như vậy khoảng thời gian từ lần lấy mẫu này đến lần sau là 125 ms. Trên đường dây có thể truyền cực đại là 2 MBit/s. điều đó có nghĩa là thời gian tồn tại 1 bit là
Một từ của PCM có 8 bit, thời gian tồn tại của một từ là: 8 * 0.5 = 4 ms
Như trên đã nói, thời gian lấy mẫu 2 lần cách nhau là 125 ms. Vậy số lượng từ có thể truyền là 125/4 = 31.25 từ
Người ta chọn số lượng từ mã truyền trong 125 ms là 32 từ.
Vậy thời gian cho 1 từ mã là 125/32 = 4,906 ms
Độ dài của mỗi bit là 4,906/8 = 0,488 ms
Þ Vấn đề đồng bộ và tín hiệu ở kênh 0
Ra)Sự đồng bộ giữa thiết bị phát và thiết bị thu sẽ được thực hiện nhờ tín hiệu ở kênh 0, ở đó người ta phát các bit 10011011. Thực sự mà nói để đồng bộ ta chỉ dùng từ bit 2 đến bit 8. Bit 1dùng để dự trữ cho trường hợp thông tin quốc tế. Bình thường nó có giá trị 1.
Ma)Trong PCM-30 có thể thông báo lỗi cho trạm đối thoại với mình nhờ Mc. Vị trí của Mc chính ở chỗ Ra trong chu kỳ sau đó. Và nó có giá trị : 11DN1111. Với bit thứ 3 (D) có thể thông báo lỗi khẩn cấp. Bình thường nếu không có lỗi D=0. Bit thứ 4 dùng để chỉ lỗi không khẩn cấp N. N=1 khi không có lỗi.
Như vậy trong trường hợp không có lỗi gì Mc=11011111. Bit thứ 2 luôn bắt buộc là 1 để tránh sự nhầm lẫn với trường hợp đồng bộ. Bit thứ 1, cũng như trong đồng bộ, nó dành cho trường hợp truyền thông quốc tế. 4 bit sau cùng dành cho trường hợp thông tin quốc nội và nó luôn có giá trị là 1.
Quá trình đồng bộ giữa phát và thu diễn ra như sau: trước tiên trạm thu kiểm tra có phải là nhận được Ra đúng hay không. Nếu sai thì ngay sau đó Ra2 được đổi bit 2 thành 1 và ngay sau đó Ra3 được kiểm tra lại đồng thời trong quá trình đồng bộ được kết thúc.
Þ Truyền tín hiệu nhận dạng ở K16
Ở khung 16 sẽ được truyền tất cả tín hiệu nhận dạng của 30 kênh của thiết bị. K16 được sử dụng 8 bit. Hệ thống thông tin dùng các tín hiệu này điều khiển đóng hoặc mở mạch thông thường không được ít hơn 2ms.
Người ta chia 8 bit của nó thành 2 lần 4 bit.
Ta chọn thời gian tối thiểu cho 1 chu trình là 2 ms. Vậy ta có được 2ms/125 = 16
Qua 16 lần K16 ta có được 32 lần 4 bit. Vậy có thể truyền số nhận dạng cho 30 thiết bị và Ra và Mc 1 (chính bản thân kênh đồng bộ và kênh 16) và tốc độ truyền trên đường dây là D = 1/0.488 = 2,048 MBit/s
Khung thời gian cho một máy PCM-30 được chỉ ra như hình vẽ.
Ra
từ nhận biết khung
Mc
từ thông báo
Kz
từ nhận dạng cho các kênh từ 1 – 30
K1-K30
kênh thông tin
D
bit để báo về những báo động khẩn
D = 0 Không có nhiễu
N
bit để báo về báo động không khẩn
N = 1 Không có nhiễu
X
bit dự trữ cho quốc tế
Y
bit dùng cho trong nước
Hình 2.27 Khung thời gian PCM-30
Hệ thống PCM chỉ có thể làm việc khi bộ thu và bộ phát đồng thời làm việc và đồng bộ nhau. Vì vậy bên cạnh việc truyền các bit thông tin cần phải truyền các bit đồng bộ. Những bit đồng bộ này được truyền trong khung thời gian 0.
Trong một kênh thông tin không chỉ những thông tin dạng analog được lấy mẫu mã còn những thông tin nhận dạng, (những thông tin cần thiết để điều khiển đóng ngắt mạch). Để truyền những tín hiệu đó người ta dùng K16. Như vậy ta còn lại 30 kênh để truyền thông tin và khung thời gian cho một chu kỳ như hình vẽ.
2.5 Điều chế Delta và PCM vi phân
Trong thông tin liên lạc, nhiều khi ta chỉ cần truyền đi giá trị thay đổi tuyệt đối của tín hiệu. Trong PCM ta lấy mẫu gồm cả thành phần một chiều và xoay chiều. Thành phần một chiều xác định tọa độ của tín hiệu gốc, thành phần xoay chiều chỉ sự biến thiên của tín hiệu. Nếu dùng PCM, yêu cầu mỗi đoạn thời gian phải truyền một số lượng xung cố định. Nếu như ta chỉ truyền sự thay đổi, lưu lượng truyền trên đường dây có thể giảm đi đến 50%. Chỉ truyền thành phần thay đổi đó là nguyên tắc cơ bản của điều chế delta và PCM vi phân.
Điều đương nhiên khi làm như vậy những yêu cầu về đồng bộ phải tăng lên và vấn đề multiplex khó khăn hơn.
a. Điều chế delta
Dựa vào sự khác biệt của tín hiệu cần phải truyền đi tại thời điểm ti và ti+1 mà cho ta tín hiệu phải truyền trên đường dây tại ti+1.
Giả thiết rằng ta có nguồn phải truyền là S(t) tại thời điểm t tín hiệu truyền đi là e(t).
Nếu:
S(ti+1) > S’(t) tín hiệu dương đưa vào D của F1.
S(ti+1) < S’(t) tín hiệu âm đưa vào D của FF.
Hình 2.28a .
Hình 2.28b .
Hình 2.28 Qui luật điều chế Delta.
Nếu tích phân e(t) ta được S’(t)
Nguyên tắc làm việc và sơ đồ xung được chỉ ra như hình vẽ.
Nhiễu khi lượng tử hóa
Dựa vào hình vẽ, ta thấy trong trường hợp S(t) không có thay đổi, S’(t) sẽ thay đổi về 2 phía của S(t) và e(t) sẽ thay đổi giữa giá trị dương và âm. Sai số đó gọi là nhiễu do lượng tử hóa. Nhiễu này có thể giới hạn được bằng cách giảm nhỏ h có nghĩa là tăng tần số clock. Tuy nhiên làm như vậy sẽ nảy sinh nhiều vấn đề khác.
Quá tải sườn
Nếu như tín hiệu cần truyền có sự thay đổi quá nhanh, tín hiệu đầu ra của bộ phận thu S’(t) sẽ không thay đổi kịp (do tích phân). Người ta gọi đó là hiện tượng quá tải sườn. Và như vậy sẽ sinh ra sai số khi nhận tín hiệu.
Như hình vẽ cho thấy: bước cực đại của bộ tích phân là h, tần số lấy mẫu là: fs ® Ts = 1/fs
Nếu S (t) là hình sin có biên độ Vm và tần số là fin ta có thể viết:
S(t) = VmSin(2pfint)
và sườn của S(t) sẽ là dS(t)/dt = 2pfin .Vm . cos(2pfint)
và (dS(t)/dt)max = Vm 2pfin
Ta có: với bước là h và tần số mẫu fs thì sườn của nó là h/Ts = hfs
Để tránh tình trạng quá tải sườn ta cần thỏa mãn Vm 2pfin £ fs.h và fin £ fs.h/2pVm
b. Điều chế delta thay đổi sườn
Vấn đề đặt ra cho chúng ta là: trong hệ thống điều chế delta làm thế nào giảm được nhiễu khi lượng tử hóa nhưng cũng tránh được sự quá tải sườn.
Một trong các biện pháp là dùng phương pháp điều chế delta thay đổi sườn VSDM (Variable Slope Delta Modulations). Trong VSDM sườn của mạch tích phân được tăng hoặc giảm phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của tín hiệu vào.
Người ta dùng bộ phận hổ trợ cho bộ tích phân để giảm nhỏ xu hướng quá tải sườn mà không làm tăng nhiễu do lượng tử hóa.
Những IC để điều chế và giải điều chế delta như hình vẽ.
Với IC điều chế delta người ta dùng thêm bộ ghi dịch 3 bit và dùng tổ hợp các đầu ra của các FF để thay đổi độ khuếch đại e(t) trước khi đưa vào tích phân.
Nếu như 2 lần trước e(t) đều dương mà lần thứ ba e(t) dương thì sinh ra tín hiệu điều khiển độ khuếch đại. Cũng trường hợp như vậy nếu như 3 lần e(t) đều âm.
Hình 2.29a Điều chế CVSD.
Hình 2.29b Giải điều chế CVSD.
Hình 2.29 Điều chế Delta thay đổi sườn.
Mạch giải điều chế làm theo nguyên tắc ngược lại (tự giải thích).
Hãng Motorola đã chế tạo IC điều chế và giải điều chế delta MC3417 như hình vẽ.
Hình 2.30 Dạng sóng của CVSD.
Hình 2.31 Mạch điều chế delta thay đổi sườn dùng MC 3417.
c. PCM vi phân (DPCM)
DPCM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế delta và điều chế PCM. Người ta dùng mã nhị phân để biểu diễn biên độ (sự thay đổi) của tín hiệu vi phân e(t). Mã của tín hiệu vi phân có thể biểu diễn 2m mức, vậy sẽ truyền m bit cho mỗi lần lấy mẫu của tín hiệu vi phân. Nếu như có một sự biến đổi nhỏ giữa hai quá trình lấy mẫu của một tín hiệu vào analog thì sẽ xuất hiện sự thay đổi về mã. Ta chỉ truyền đi sự biến đổi đó.
Hình vẽ cho ta thấy sơ đồ nguyên lý của hệ thống mã DPCM. Như hình vẽ, mã PCM 8 bit được đổi thành mã 4 bit DPCM. Sự tích phân được thực hiện số hóa dùng bộ cộng và tín hiệu nhị phân và dùng bộ trừ để tạo DPCM.
Ở bộ giải mã, sự tích phân, tín hiệu mã vi phân dùng bộ cộng và ở đó tạo lại mã 8 bit PCM.
Như hệ thống đã chỉ trên ta có thể giảm lưu lượng truyền 50% (từ 8 bit thành 4 bit). Quá tải sườn có thể là vấn đề không đáng kể. Như hệ thống cho : phạm vi của mã PCM là ±127, còn phạm vi của DPCM là ±7.
Vậy tỉ lệ quá tải sườn so với PCM là ±7 / ±254 » ±3%.
Hình 2.32a Mã hóa DPCM.
Hình 2.32b Giải mã DPCM.
Hình 2.32 Hệ thống PCM vi phân.