Chương 2: Kỹ thuật truyền dẫn số
TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ
Giới thiệu
Tín hiệu tương tự và truyền dẫn số
Truyền dẫn số về cơ bản có nghóa là gởi một chuỗi các kí tự bao gồm các
số 0 và 1 từ một điểm này tới một điểm khác. Do bởi tiếng nói là tín hiệu tương
tự, liên tục theo thời gian do đó ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu
số. Quá trình này được gọi là điều chế mã xung (Pulse Code Modulation
_PCM).
PCM bao gồm 3 bước chính:
• Lấy mẫu (Sampling).
• Lượng tử hoá (Quantization).
• Mã hoá (Coding).
Ta xem xét khái quát về 3 bước này.
 Lấy mẫu
Lấy mẫu tín hiệu tương tự có nghóa là ta đo tín hiệu tại những thời điểm
nào đó. Mỗi giá trò đo được gọi là một mẫu và các lần đo được lặp lại sau
những quãng thời gian xác đònh, gọi là chu kì lấy mẫu T
s
[s]. Chất lượng của
việc số hoá tín hiệu tương tự (tức là khả năng phục hồi lại tín hiệu đã số hoá có
giống như tín hiệu tương tự ban đầu hay không) phụ thuộc vào nhiều yếu tố,
trong đó yếu tố quan trọng là chu kỳ lấy mẫu f
s
= 1/T
s
[Hz].
Hình 1.6 Lấy mẫu tín hiệu tương tự
--
1
Samp Quant. Coding

Samp Quant. Coding
Samp Quant. Coding
Tín hiệu tương tự Lấy mẫu Tín hiệu sau khi lấy mẫu
T
s
2T
s
4T
s
6T
s
8T
s

15 16 17
Khi lấy mẫu thì tần số lấy mẫu phải thoả mãn đònh lý lấy mẫu là f
s
>= 2.f
m
Trong đó f
s
là tần số lấy mẫu, f
m
là tần số lớn nhất của tín hiệu.
Tiếng nói thông thường có các thành phần tần số nhỏ hơn 3000 Hz. Các
thành phần tần số cao hơn có năng lượng khá nhỏ và có thể bỏ qua mà không
ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của tiếng nói. Do đó tần số lấy mẫu f
s
>=2*3KHz=6KHz. Các hệ thống viễn thông sử dụng tần số lấy mẫu là 8KHz.
 Lượng tử hoá

Để giới hạn các giá trò được truyền đi, biên độ tín hiệu được chia thành
một tập hữu hạn các mức. Mỗi mẫu thuộc một khoảng nào đó được biểu diễn
bởi một trong các mức này. Trong hình vẽ biểu diễn nguyên lý lượng tử hoá tín
hiệu tương tự, mẫu thực sự và giá trò được lượng tử hoá. Hình vẽ cũng biểu diễn
nguyên lý lượng tử hoá đồng đều (uniform) được sử dụng trong hệ thống GSM.
Khoảng cách giữa các mức là không đổi. Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng sử dụng quá trình lượng tử hoá luật A, trong đó khoảng cách giữa các mức
thay đổi. Điều này tối ưu được sự chính xác tại các mức biên độ khác nhau.
Mức độ chính xác phụ thuộc vào số các mức được sử dụng. Trong các hệ
thống điện thoại thông thường sử dụng 256 mức trong khi hệ thống GSM tín
hiệu được lượng tử hoá bởi 8192 mức.
Rõ ràng, với một số hữu hạn các mức, ta không thể biểu diễn chính xác
tín hiệu tương tự, liên tục. Trong hầu hết các trường hợp sẽ có một sự sai khác
giữa giá trò lấy mẫu và giá trò lượng tử hoá. Chúng ta có thể giảm sai số lượng
tử hoá khi tăng số các mức rời rạc nhưng cũng không thể loại bỏ toàn bộ.
 Mã hoá
Mỗi giá trò lượng tử hoá được biểu diễn bởi một mã nhò phân. Để biểu
diễn cho 256 mức, ta sử dụng 8 bit (28=256). Trong hệ thống GSM, để biểu
diễn 8192 mức thì ta sử dụng 13 bit (2
13
=8192).
--
2
Samp Quant. Coding
Samp Quant. Coding
Samp Quant. Coding
2T
s
4T
s

6T
s
8T
s

•
•
•
•
•
•
•
Giá trò lấy mẫu Giá trò lượng tử hoá
D=Sai số lượng tư û hoá
Time
q
0
q
1
q
2
q
3
q
4
q
5
q
6
q

7
T
a
15 16 17
Hình 1.7 Lượng tử hoá đồng đều
Quá trình điều chế mã xung PCM bao gồm lấy mẫu tại 8KHz và thực hiện
lượng tử hoá cũng như mã hoá sử dụng 8 bit, tạo ra tốc độ bit (bit rate) là
8000*8=64 Kbit/s.
Một đường liên kết số được sử dụng để truyền các bit này gọi là đường
liên kết PCM. Để sử dụng đường liên kết hiệu quả hơn, nhiều kênh truyền sẽ
được ghép lên trên cùng một đường liên kết. Kó thuật được sử dụng là Đa truy
nhập theo thời gian TDMA và có nghóa rằng nhiều kênh truyền sẽ cùng chia xẻ
một đường liên kết. Mỗi kênh sử dụng đường liên kết trong một khoảng thời
gian nào đó được gọi là khe thời gian. Hình 1.8 trình bày việc ghép 32 kênh lên
cùng một đường liên kết PCM. Tốc độ bit trên đường liên kết sẽ là
32*8*8000=2048 Kbit/s.
Hình 1.8 Ghép 32 kênh lên một đường PCM.
32 kênh này hình thành nên một frame như trong hình 1.9. Kênh 0 được sử
dụng cho việc đồng bộ, kênh 16 sử dụng cho việc báo hiệu. 30 kênh còn lại sử
dụng cho việc lưu thông (thoại hoặc dữ liệu).
--
3
Ch 0
Ch 1
Ch 31
2048 kbit/s
32 channels
64 kbit/s
64 kbit/s
64 kbit/s

Samp Quant. Coding
Samp Quant. Coding
Samp Quant. Coding
0 15 16 17 31
Synchronization
Signaling
Speech channel
1-15
Speech channel
16-31
Hình 1.9 Một khung với 32 khe thời gian
II. Sơ lược kỹ thuật khép kênh
Nguyên lý của ghép kênh PDH (Plesiochochronous Digital
Hierarchy):
Hoạt động của bộ ghép kênh:
Bốn tín hiệu ngõ vào với cùng một tốc độ ở bên phát sẽ được
ghép kênh để tạo thành một đường truyền tín hiệu tốc độ cao(4  1).
Sau đó tín hiệu sẽ được chuyển mạch đến bên thu thông qua đường
truyền dẫn.
Hoạt động của bộ phân kênh :
Ở bên thu, tín hiệu trên đường truyền tốc độ cao sẽ được phát
lại lần nữa ở đầu ra.
Các tiêu chuẩn của PDH:
Các cấp truyền dẫn số cận đồng bộ đang tồn tại theo nhiều tiêu
chuẩn khác nhau : Châu Âu,Bắc Mỹ, Nhật và CCITT. Theo tiêu chuẩn
--
4
Châu Âu , muốn có một luồng số cao hơn phải ghép 4 luồng thấp hơn
với nhau (Hình 1.1).
Hình 1.1 : Phân cấp số cận đồng bộ của Châu Âu

Bốn cấp truyền dẫn đầu tiên của Châu Âu được CCITT công
nhận làm tiêu chuẩn quốc tế.
• Tiêu chuẩn của Nhật như hình 1.2
Hình 1.2 : Phân cấp số cận đồng bộ của Nhật
• Tiêu chuẩn của Bắc Mỹ như hình 1.3
Hình : Phân cấp số cận đồng bộ của Bắc Mỹ
Ưu và nhược điểm của hệ thống ghép kênh PDH:
 Ưu điểm:
- Dung lượng kênh cao, chất lượng tốt.
- Nguyên tắc ghép kênh theo cấp bậc cho phép ghép các luồng số chặt
chẽ.
- Cấu trúc hệ thống đơn giản , công nghệ chế tạo hoàn chỉnh , giá thành
sản phẩm thấp.
 Nhược điểm:
- Không đồng bộ tuỳ thuộc vào tốc độ truyền dẫn ,dung
lượng kênh , khung thời gian giữa các cấp ghép kênh theo các hệ thống
Châu Âu, Bắc Mỹ, và Nhật Bản.
- Việc ghép và phân kênh diễn ra theo từng cấp.
- Đặc biệt với những trạm chuyển tiếp theo mô hình rớt
(drop) hoặc xen (Add) kênh thì phải sử dụng hai hệ thống thiết bò cho
hai hướng không kinh tế như mô hình sau:
--
5
- Nếu có từ ba hướng trở lên thì việc thiết kế vô cùng phức
tạp.
- Không linh hoạt trong việc truy xuất cũng như ghép các
loại luồng số trong quá trình liên lạc.
- PDH được thiết kế chủ yếu cho các dòch vụ thoại , do đó
khó đáp ứng được với các loại dòch vụ mới.
- Không đồng nhất giữa các hệ thống về tốc độ truyền dẫn

, do đó khó khăn trong việc liên lạc giữa các quốc gia dùng các hệ
thống thuộc các cấp độ khác nhau.
- Do việc ghép kênh và phân kênh diễn ra theo từng cấp
số nên số lượng bộ kết nối (connector), dây feeder để nối kết rất lớn
dẫn đến suy hao tín hiệu gay phức tạp và làm tăng giá thành.
- Khó quản lý phần mềm tập trung vì không có các bit
trong cấu trúc khung để dành cho việc quản lý.
Vào những năm 1980, các hãng sản xuất thiết bò viễn thông đã
nghiên cứu các tiêu chuẩn mới để khắc ph5c các nhược điểm trên , và
họ đã xây doing nên mô hình hệ thống ghép kênh đồng bộ số SDH có
tốc độ căn bản là 155 Mbps.
--
6
TÀI LIỆU THAM KHẢO THÊM
--------------------
TRUYỀN DẪN SỐ
MỤC TIÊU :
Trang bò cho học viên các kiến thức về điều chế xung mã theo tiêu
chuẩn Châu u (CEPT) được áp dụng vào đường truyền dẫn số, các loại mã
đường dây, tạp âm lượng tử và các phép nén luật
µ
và luật A.
NỘI DUNG :
1. Kỹ thuật điều xung mã theo tiêu chuẩn CEPT
1.1Lọc thấp và lấy mẫu.
1.2Lượng tử hoá và nén.
2. Truyền dẫn số Điều xung mã.
2.1mã đường truyền.
2.2Bộ lặp tái tạo xung.
3. Bài tập

THỜI LƯNG : 4 tiết.
--
7
Kỹ thuật Điều xung mã theo tiêu chuẩn CEPT ( Châu u)
Kỹ thuật Điều xung mã dùng để chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự sang
tín hiệu thoại dạng số. Hiện nay trên thế giới có 3 tín hiệu chuẩn Điều xung
mã: Tiêu chuẩn Bắc Mỹ NA ( North America), tiêu chuẩn Châu Âu (CEPT) và
tiêu chuẩn Nhật Bản (Japan).
Vì Việt Nam đã được chuẩn hóa theo tiên chuẩn CEPT (Conférence
Europcenne des Postes et Telecommunications) nên ta chỉ đi sâu nghiên cứu
về tiêu chuẩn này.
Kỹ thuật điều xung mã thường có 4 bước:
+ Lọc thấp và lấy mẫu
+ Lượng tử hoá và nén.
+ Mã hoá.
+ Ghép kênh phân chia thời gian.
Lọc thấp và lấy mẫu: Tín hiệu thoại khi đi vào thiết bò Điều xung mã phải
được lọc thấp để chỉ cho băng thông của tiếng nói đi qua và chậm lại các tín
hiệu con nhiễu cao hơn băng thông này. Sau đó tín hiệu thoại được rời rạc hoá
để tạo thành các mẫu tiếng nói dưới dạng điều xung biên ( PAM: pulse
amplitude modulation).
tín hiệu
thoại tương
tự tín hiệu PAM
f
lm

• Bộ lọc băng thấp chỉ cho qua băng thông từ 0Hz đến 4000Hz theo
tiêu chuẩn của CCITT.
• Theo đònh lý lấy mẫu của Shannon thì tần số lấy mẫu f

lm
≥ 2 * f
max
của tín hiệu cần lấy mẫu.
Trong điện thoại f
lm
≥ 2 * 4000 Hz = 8000Hz
--
8
LPF
• Chu kỳ lấy mẫu T
lm
= 1/f
lm
= 1/8000 sec = 125 µsec
Lượng tử hoá và nén
Các mẫu tiếng nói dưới dạng PAM phải được so sánh và xếp bậc dựa
vào 1 thang đo có nhiều bậc lượng tử.

Vào tín hiệu ra
PAM
(tương tự)
Lọc thông thấp
Trong quá trình lượng tử, sẽ sinh ra tạp âm lượng tử, và tạp âm này sẽ
tuỳ thuộc vào số mức lượng tử của thang đo. Trong một bộ tạo mã tuyến
tính, tạp âm sẽ có cùng biên độ mặt dầu tín hiệu yếu hay mạnh. Tỷ số tín
hiệu / tạp âm S/N tuỳ thuộc vào biên độ của tín hiệu. Điều này sẽ gây khó
chòu khi nghe những người nói điện thoại nhỏ.
Để đạt được một tỷ số S/N chấp nhận được trên mọi mức biên độ. Số
bậc lượng tử phải được tăng lên đối với các tín hiệu PAM có biên độ nhỏ.

Ta phải điều chỉnh mối tương quan giữa biên độ của tín hiệu và tạp âm do
phép lượng tử gây ra. Làm thế nào để tỷ số S/N không đổi với bất kỳ biên
độ nào của mẫu tiếng nói PAM. Mục đích là đối với một tín hiệu PAM yếu
thì tạp âm lưọng tử cũng phải yếu, đối với tín hiệu mạnh thì tạp âm lớn.
--
9
3400 Hz Bộ lấy mẩu
Đồng hồ 8Kz
Điều này có thể thực hiện theo hai cách khác nhau:
+ Bằng một phép nén động trên tín hiệu tương tự ( dùng bộ khuếch
đại có độ tăng ích thay đổi theo biên độ) trước khi lượng tử và một phép
dãn sau khi đã thu.
+ Bằng cách dùng các mức đo lượng tử có trò số thay đổi theo biên độ
của tín hiệu. Phương pháp thứ hai được dùng trong phép nén theo luật A
và luật µ.
Luật A (Châu Âu) : Các trò số tối đa của biên độ là + V
max
và –V
max
.
Luật đối xứng qua điểm gốc O.
Ta có thể dùng thang đo không tuyến tính logarit gần đúng gồm:
Miền dương chia ra làm 8 đoạn đánh số từ 0 ~ 7
Miền âm chia ra làm 8 đoạn đánh số từ 0 ~ 7
Mỗi đoạn chia ra làm 16 mức đo đánh số từ 0 ~ 15
Miền dương có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ 127
Miền âm có 128 mức đo đánh số từ 0 ~ -127
Ta co dùng công thức toán học logaritù : s(x) = A |x| / (1+lnA) trong đó
A = 87,6 ; s(x) là tín hiệu số ra và x(t) là tín hiệu vào .
Luật µ của Bắc Mỹ :

Tương tự ta có s(x) = ln(1+µ|x|)/ln(1+µ) trong đó µ= 255 . Mục đích
của mã hóa luật A và luật µ là để cải thiện tỷ số tín hiệu /tạp âm cho các tín
hiệu tiếng yếu .
Mã hoá:
Mỗi PAM được xác đònh bởi ba yếu tố :
+ Thuộc miền nào của biên độ ( âm hoặc dương).
+ Thuộc đoạn nào của thang đo ( đoạn 0 đến đoạn 7).
+ Thuộc mức lượng tử nào của đoạn đo ( mức 0 đến mức 15).
--
10