Lời nói đầu
Tập bài giảng Kỹ thuật audio và video số là tài liệu tiếp theo của giáo trình

Kỹ thuật audio và video tương tự. Đây là một trong những môn học chuyên nghành

trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử của
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.

Tài liệu này trình bày những vấn đề cơ bản nhất về Kỹ thuật Audio và Video số,

bao gồm ba chương. Chương một giíi thiƯu tỉng quan vỊ hƯ thèng th«ng tin sè nói

chung và truyền hình số nói riêng. Trong đó có nêu các đặc điểm của thông tin số, các
ảnh hưởng của kênh truyền dẫn liên tục, các ưu điểm nổi bËt cđa tÝn hiƯu sè so víi tÝn
hiƯu t­¬ng tù và các chuẩn phát thanh truyền hình số.

Chương hai trình bày những vấn đề cơ bản của số hóa tín hiệu audio. Trong đó

mô tả các bước của quá trình chuyển đổi tín hiệu audio tương tự sang tín hiệu audio số.
Trong phương pháp mà hóa, giới thiệu tương đối chi tiết phương pháp mà hóa theo

tiêu chuẩn AES/EBU. Cuối chương giới thiệu về các tiêu chuẩn nén tín hiệu audio, như
MPEG-1, MPEG - 2, AC - 3 và đặc biệt là các kỹ thuật nén audio chất lượng cao MP3
và ACC.

Chương ba trình bày các vấn đề cơ bản về số hóa tín hiệu vdeo. Trong đó bao

gồm cả số hóa tín hiệu video tổng hợp và số hóa tín hiệu video thành phần. Mỗi
phương pháp lại đưa ra một tiêu chuẩn lấy mẫu riêng biệt với các cấu trúc lấy mẫu
tương ứng. Mỗi chuẩn đều phân tích mối quan hệ giữa tín hiệu tương tự với tín hiệu số

trong các dòng, mành tích cực và trong khoảng xóa dòng, xóa mành. Trong chương
này còn giới thiệu các kỹ tht nÐn tÝn hiƯu video, kü tht ®iỊu chÕ sè cơ sở, khái quát
về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T và dự kiến lộ trình chuyển đổi công nghệ

truyền hình số của Việt Nam. Cuối chương giới thiệu về các phương pháp truyền dẫn
truyền hình số.

Tập bài giảng được biên soạn dựa trên những tài liệu khá tiêu biĨu vỊ kü tht

audio vµ video sè nh­ mơc tµi liệu tham khảo đà liệt kê. Trong quá trình biên soạn tài

liệu, không thể tránh khỏi các thiếu sót. Nhóm biên soạn xin chân thành cảm ơn và tiếp
thu các ý kiến đóng ghóp của các đồng nghiệp và bạn đọc.

Chủ biên

Th.s Trần Thái Sơn

1


Mục lục

Lời nói đầu ........................................................................................................... 1

Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin số ................................................ 5
1.1. Các đặc điểm của thông tin số .................................................................... 5

1.2. Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số .......................................... 6


1.3. Các ảnh hưởng của kênh liên tục................................................................ 8
1.3.1. Hiện tượng xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI) .................................................. 9
1.3.2. Méo tuyến tính ............................................................................................ 12
1.3.3. MÐo phi tuyÕn ............................................................................................. 14
1.3.4. Pha-®ing ..................................................................................................... 16
1.3.5. Can nhiễu và một số tác động khác của đường truyền. ............................. 18

1.4. Ưu nhược điểm của tín hiệu số................................................................. 21
1.4.1. Ưu điểm ...................................................................................................... 21
1.4.2. Nhược điểm................................................................................................. 21

1.5. Các chuẩn phát thanh- truyền hình số ...................................................... 22
1.6. Các tham số cơ bản của hệ thống thông tin số ......................................... 22

1.7. Dịch vụ, mạng viễn thông và môi trường truyền ...................................... 25
1.7.1. Các dịch vụ ................................................................................................. 25

1.7.2. Mạng viễn thông ......................................................................................... 26

1.7.3. Các môi trường truyền ................................................................................ 28

Câu hỏi ôn tập chương 1 ...................................................................................... 29
Chương 2. Số hoá tín hiệu audio ...................................................................... 30
2.1. Khái quát về audio số .............................................................................. 30
2.1.1. Đặc ®iĨm ..................................................................................................... 30

2.1.2. ¦u ®iĨm cđa tÝn hiƯu Audio sè ................................................................... 31

2.1.3. Các thông số kỹ thuật ................................................................................. 31


2.1.4. Sơ đồ khối hệ thống audio số ...................................................................... 32

2.2. Nguyên tắc chuyển đổi A/D ..................................................................... 33
2.2.1. Sơ đồ khối ................................................................................................... 33

2.2.2. Lấy mẫu ...................................................................................................... 33

2.2.3. Lượng tử hoá .............................................................................................. 37
2


2.2.4. M· hãa ........................................................................................................41

2.3. §ång bé audio .......................................................................................... 50
2.3.1. §ång bộ giữa các tín hiệu audio số .............................................................51
2.3.2. Đồng bộ giữa tín hiệu audio số và tín hiệu video số. ..................................52

2.4. Các chuẩn nén Audio số ........................................................................... 57
2.4.1. Cơ sở nÐn audio sè ......................................................................................57
2.4.2. Kü thuËt nÐn sè liÖu audio ..........................................................................58

2.4.3. Các tiêu chuẩn nén ......................................................................................60
2.4.4. Các kỹ thuật nén audio chất lượng cao MP3 và ACC .................................68

Câu hỏi ôn tập chương 2 ...................................................................................... 75
Chương 3. Số hoá tín hiệu video....................................................................... 76

3.1. Giới thiệu truyền hình số và ảnh số .......................................................... 76
3.1.1. Hệ thống truyền hình số ..............................................................................76
3.1.2. Đặc điểm truyền hình số .............................................................................78


3.1.3. ảnh số .........................................................................................................80

3.2. Chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (A/D) .............................................. 82
3.2.1. Nguyên tắc của bộ chuyển đổi A/D ...........................................................82

3.2.2. Các phương pháp chuyển ®ỉi A/D...............................................................84

3.3. Sè hãa tÝn hiƯu video ................................................................................ 91
3.3.1. LÊy mẫu tín hiệu video ................................................................................91

3.3.2. Lượng tử hoá tín hiệu video ........................................................................98
3.3.3. M· ho¸ ..................................................................................................... 102

3.4. Sè ho¸ tÝn hiƯu video tổng hợp ............................................................... 111
3.4.1. Khái quát .................................................................................................. 111

3.4.2. Tiêu chuÈn 4fsc NTSC ............................................................................... 112
3.4.3. Tiªu chuÈn 4fsc PAL ................................................................................. 119

3.5. Số hoá tín hiệu video thành phần............................................................ 127
3.5.1. Khái qu¸t ................................................................................................. 127

3.5.2. C¸c chuÈn lÊy mÉu ................................................................................... 128
3.5.3. LÊy mẫu tín hiệu video thành phần .......................................................... 132

3.5.4. Thang lượng tử và các mức lượng tử ........................................................ 136
3



3.5.5. CÊu tróc lÊy mÉu ....................................................................................... 141

3.5.6. GhÐp dßng sè liƯu ph©n chia theo thêi gian.............................................. 144
3.5.7. TÝn hiƯu chn thời gian .......................................................................... 147
3.5.8. Dữ liệu phụ ............................................................................................... 151

3.5.9 Tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản CCIR-601 ............................................ 152

3.6. Kỹ tht nÐn tÝn hiƯu video ................................................................... 154
3.6.1. Kh¸i qu¸t vỊ nén tốc độ dòng bit .............................................................. 154
3.6.2. Mô hình nén video .................................................................................... 155

3.6.3. Các tham số............................................................................................... 155
3.6.4. Các phương pháp nÐn video ...................................................................... 160
3.6.5. C¸c chuÈn nÐn video ................................................................................. 191

3.7. Kỹ thuật điều chế số cơ sở..................................................................... 200
3.7.1. Kỹ thuật ®iÒu chÕ M-PSK ........................................................................ 200

3.7.2. Kü thuËt ®iÒu chÕ M-QAM ....................................................................... 202

3.8. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T ............................................ 204
3.8.1. Dự kiến lộ trình chuyển đổi công nghệ truyền hình số của Việt Nam ..... 204
3.8.2. Tiêu chuẩn DVB-T.................................................................................... 208
3.8.3. Khái quát OFDM ...................................................................................... 210

3.9. Các phương thức truyền dẫn truyền hình số ........................................... 216
3.9.1. Truyền hình cáp ........................................................................................ 216

3.9.2.Truyền hình số mặt đất .............................................................................. 217

3.9.3. Truyền hình số qua vệ tinh ....................................................................... 218

3.9.4. Truyền hình và đa truyền thông ................................................................ 219

Câu hỏi ôn tập chương 3 .................................................................................... 223
Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 225

4


Chương 1

tổng quan về hệ thống thông tin số

1.1. Các đặc điểm của thông tin số

Các hệ thống thông tin được sử dụng để truyền tin tức từ nơi này đến nơi khác.

Tin tức được truyền đưa từ nguồn tin (là nơi sinh ra tin tức) tới bộ nhận tin (là đích mà

tin tức cần được chuyển tới) dưới dạng các bản tin. Bản tin là dạng hình thức chứa đựng
một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra từ nguồn có thể ở dạng liên tục
hoặc rời rạc, tương ứng chúng ta có các nguồn tin liên tục hay rời rạc. Đối với nguồn

tin liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc tập các bản

tin có thể là một tập hữu hạn. Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. Có
rất nhiều loại tín hiệu khác nhau tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn
tín hiệu, thí dụ như cường độ dòng điện, điện áp, cường độ ánh sáng... Tuỳ theo dạng


của các tín hiệu được sử dụng để truyền tải tin tức trong các hệ thống truyền tin là các
tín hiệu tương tự (analog) hay số (digital) và tương ứng sẽ có các hệ thống thông tin
tương tự hay thông tin số.

Đặc điểm căn bản của một hệ thống tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý được sử

dụng làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự với bản tin như nó đà được sản sinh

ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào đó.

Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xác định
cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại cđa b¶n tin do ngn tin sinh ra. TÝn hiƯu analog

có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tuỳ theo theo tín hiệu là một hàm liên tục hay rời
rạc của biến thời gian.

Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là một thí dụ điển hình về tín hiệu

tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế theo phương pháp điều biên xung
(PAM: Pulse Amplytude Modulation) cđa chÝnh tÝn hiƯu tõ lèi ra micro nói trên là một

tín hiệu tương tự rời rạc. Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các

tin thì các bản tin này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ
cần truyền đi các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu
khi đó chỉ biểu diễn các con số (các ký hiệu) và được gọi là tín hiệu số. Đặc trưng căn
bản của tín hiệu số là:

Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trÞ
5



Tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là TS

(viết t¾t cđa Symbol time - interval: Thêi gian cđa mét ký hiƯu).

 TÝn hiƯu sè cã thĨ nhËn M gi¸ trị khác nhau. Trong trường hợp M = 2 ta có hệ

thống thông tin nhị phân, trong trường hợp tổng quát ta có hệ thống thông tin M mức.

So với các hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số khả

năng vượt trội. Thứ nhất là có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng sau từng cự ly
nhất định nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, nghĩa là các tín hiệu số mạnh hơn

đối với tạp âm so với tÝn hiÖu analog; Thø hai, tÝn hiÖu sè cã tÝnh tương thích với các hệ
thống điều khiển và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản lý và bảo trì hệ
thống một cách tự động cao; Thứ ba, tÝn hiƯu sè cã thĨ sư dơng ®Ĩ trun tải khá dễ

dàng mọi loại bản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho viêc hợp nhất các mạng
thông tin tuyền đưa các loại dịch vụ thoại hay số liệu thành một mạng duy nhất.

Nhược điểm căn bản của hệ thống thông tin số là phổ chiếm của tín hiêụ số khi

truyền các bản tin liên tục tương ®èi lín so víi phỉ cđa tÝn hiƯu t­¬ng tù. Do các hạn
chế về kỹ thuật hiện nay, phổ chiếm của các tín hiệu số còn tương đối lớn, tuy nhiên

trong tương lai khi các kỹ thuật số hoá tín hiệu liên tục tiên tiến hơn được áp dụng thì
phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ của tín hiệu liên tục.


1.2. Sơ đồ khối tiêu biĨu cđa hƯ thèng th«ng tin sè

HƯ thèng th«ng tin số là tập hợp các phương tiện bao gồm các thiết bị phần

cứng và phần mềm được sử dụng để trun tÝn hiƯu sè tõ lèi ra cđa thiÕt bÞ tạo khuôn ở

phần phát tới đầu vào thiết bị tái tạo khuôn thông tin ở phần thu hệ thống thông tin số.
Có rất nhiều hệ thống thông tin số khác nhau tuỳ thuộc môi trường truyền dẫn như các
hệ thống truyền dẫn số qua vệ tinh viễn thông, các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số

mặt đất, các hệ thống vô tuyến di động, các hệ thống thông tin dùng cáp đồng trục, cáp
xoắn hay cáp sợi quang học...

Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là các tín hiệu được truyền và xử lý

bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần tử, thường

được gọi là bảng chữ cái. Các phần tử tín hiệu này có độ dài hữu hạn xác định TS, trong
các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài TS là như nhau đối với mọi phần
tử tín hiệu. Trong thực tế có rất nhiều loại hệ thống thông tin số khác nhau, phân biệt
theo tần số công tác, môi trường truyền dẫn... Tuỳ theo loại hệ thống thông tin số thực

tế, hàng loạt chức năng xử lý tín hiệu số khác nhau có thể được sử dụng nhằm thực
6


hiện việc truyền đưa tín hiệu số một cách hiệu quả về phương diện băng tần chiếm
cũng như công suất tín hiệu.
Từ
nguồn

tin

V1
Tạo
khuôn

V2
MÃ
hoá
nguồn

*

* Chuỗi bít

*

V3
MÃ
hoá
mật

*

Tạo
khuôn

*

Giải

mÃ
nguồn

*

V4

MÃ
hoá
kênh

*

V5

Ghép
kênh

Điều
chế

*

Trải
phổ

Đa
truy
nhập


Giải
mÃ
mật

*

Giải
mÃ
kênh

*

Máy
phát

Kênh
truyền

Đồng
bộ

Chuỗi dạng sóng

Tới bộ
nhận
tin

Từ các nguồn tin khác

Phân

kênh

*

Giải
điều
chế

Giải
trải phổ

Đa
truy
nhập

Máy
thu

Tới các đích nhận tin khác

Hình 1. 1. Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số.

Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mô tả bởi các khối trong sơ đồ khối hệ

thống (hình 1.1). Trong sơ đồ khối này, các thuật toán cơ bản xử lý tín hiệu bao gồm:
Tạo khuôn dạng tín hiệu, thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng

tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân (có tốc độ v1 bít/s).

MÃ ho¸ ngn tÝn hiƯu, thùc hiƯn nÐn tÝn hiƯu nh»m giảm tốc độ bít để giảm


phổ chiếm của tín hiệu số (tốc độ v2v1).

Mà hoá mật, thực hiện mà chuỗi bít theo một khoá xác định nhằm bảo mật tin

tức (có tốc độ v3 = v2).

MÃ hoá kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của ®­êng trun dÉn

( cã tèc ®é v4v3).

 GhÐp kªnh, nh»m tăng hiệu quả của đường truyền và thực hiện việc truyền tin từ

nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống
truyền dẫn (tốc độ v5v4).

Điều chế số, thực hiện ánh xạ chuỗi bít đầu vào thành chuỗi tín hiệu dạng sóng

để truyền đi xa.

Trải phổ, nhằm chống nhiễu và bảo mËt tin tøc.
7


Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử

dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu.

Máy phát đầu cuối, thực hiện các chức năng trộn và đưa tín hiệu lên giải tần số


công tác (khuyếch đại bù đắp tổn hao, lọc để chia xẻ băng tần, chống nhiễu và bức xạ
ra môi trường truyền).

Môi trường truyền gồm các loại: Vô tuyến hay hữu tuyến (bao gồm cáp đồng

trục, cáp xoắn, cáp quang).

Đồng bộ, bao gồm đồng bộ định thời (đồng bộ đồng hồ) và đồng bộ sóng mang

(đồng bộ pha sóng mang thu, phát) đối với các hệ thống thông tin liên kết .

Các khối nhánh bên dưới (phần thu) thực hiện các thuật toán xử lý ngược với các

khối tương ứng ở nhánh trên (phần phát).

1.3. Các ảnh hưởng của kênh liên tục

Phần trên chúng ta đà xem xét một cách tổng quan về hệ thống thông tin số trên

kênh liên tục với các giả định lý tưởng. Các tác động của nhiễu từ bên ngoài được bỏ

qua và chỉ xét tới tác động của tạp âm nhiệt trắng chuẩn (AWGN) tồn tại một cách cố

hữu trong kênh. Trong thực tế các ảnh hưởng của kênh liên tục đến hệ thống truyền

dẫn số, mà các tác động của chúng là rất phức tạp. Trong đó những ảnh hưởng cơ bản
sẽ được đề cập tới là: Sự hạn chế về băng tần truyền dẫn, méo tuyến tính, méo phi
tuyến, pha-đinh, can nhiễu và các tác động khác của đường truyền.
s(t)
Zo(t)

Z1(t)

ZN(t)

fo

T(f)

fo

HP

Hc(f)

To(f)

A0

T1(f)

A1

f1

fN

TN(f)

AN


(AWGN)
n(t)

fo

R(f)

CCI
ACI

Tiêu hao băng trắng
của các mạch lọc

Hình 1.2. Mô hình kênh liên tục.

8

s t



Thực tế khi truyền qua một kênh liên tục các tín hiệu s(t) được phát đi từ phần

phát chịu tác động của cả méo lẫn tạp âm và can nhiễu, do vậy tín hiệu nhận được R(t)

có thể khác rất đáng kể so với các tín hiệu đà được phát ®i, dÉn ®Õn viƯc ®¸nh gi¸ cđa
m¸y thu vỊ tÝn hiệu nào đà được phát đi có thể bị sai. Một kênh liên tục chịu các tác
động như thế có thể mô hình hoá theo sơ đồ khối hình 1.2, thể hiện mọi tác động của

kênh tới quá trình truyền dẫn số. Kênh truyền chính hình thành từ các khối thể hiện

các đặc tính tần số phần phát T(f), phần thu R(f) và môi trường truyền Hc(f). Trong đó

đặc tính đường truyền dẫn Hc(f) có thể có những ảnh hưởng đặc biệt đối với chất lượng
truyền dẫn như pha-đinh chọn lọc tần số trong các hệ thống vi ba số.

Các tác động cơ bản có thể kể ra là: Các tầng dÃy thứ nhất gây ra méo tuyến tính

(linear distortion); Bộ công suất HPA gây ra méo phi tuyến (non linear distortion); Các

tầng từ dÃy thứ hai trở đi sẽ phát sinh ra nhiễu, trong đó có hai loại nhiễu cơ bản, đó là

nhiễu đồng kênh (CCI: Co Channel Interference) và nhiễu khác kênh (ACI: Adjust
Channel Interference).

1.3.1. Hiện tượng xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI)

Như trên đà phân tích, các tín hiệu số (các symbol) truyền trên kênh được xem

như không ảnh hưởng lẫn nhau với giả định băng tần truyền dẫn của kênh liên tục là vô

hạn. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét những vấn đề nảy sinh khi truyền dẫn chuỗi

tín hiệu số trên các kênh có băng tần hạn chế (hình 1.3). Trong thực tế, băng tần truyền
dẫn không phải là vô hạn do con người chưa tận dụng được hết trục tần số để truyền tín

hiệu sóng điện từ. Băng tần truyền dẫn là một tài nguyên quý và hiếm hoi, buộc phải

chia sẻ cho nhiều đối tượng cùng sử dụng. Để hạn chế phổ tần nhằm tăng số lượng hệ
thống có thể công tác trên một băng sóng cho trước, người ta sử dụng các mạch lọc.


si iM1

n(t)

si t iM1

Mod

TXfilter
T(f)

W(t)

W(0)

Rxfilter
T(f)
Lọc phối hợp

T(f)

So sánh,
quyết định
Lấy mẫu
Máy thu tối ưu

H(f)

Hình 1.3. Sơ đồ khối hệ thống có băng tần hạn chế.
9




M

si

i 1


Mỗi một symbol được hình thành từ k bít và có thời gian tồn tại bằng k lần thời

gian tồn tại của một bít, do vậy các dạng sóng điều chế dùng để truyền chúng cũng có
độ dài hữu hạn bằng độ dài của k bít: TS=kTb, trong đó TS và Tb lần lượt là độ dài của
một symbol và của một bít. Do dạng sóng có độ dài hữu hạn, phổ của chúng (nhận

được thông qua biến đổi Fourier) sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số. Giả thiết điều kiện
môi trường truyền là lý tưởng. Xét trường hợp đơn giản song không mất đi tính tổng
quát, tín hiệu lối vào bộ lọc được cho bởi:
s(t)=




K

AK t KTS

(1.1)


Giả thiết bộ tạo xung cho ra các xung đirắc và có phổ như hình 1.4 a. Các xung

đirắc này có biên độ thay đổi tuỳ theo sự thay đổi các giá trị mk qua bộ lọc phát tới

kênh truyền. Hàm truyền tổng cộng của hệ thống là tích hai đặc tính của hai bộ lọc
phát vµ thu:

H  f   T  f .R f  F hT t   hR t 

(1.2)

1



 W t    AK . t  KTS   ht 
 


=

(1.3)

 AK   (t  KTS ) * h(t )   AK h(t  KTS )









(1.4)

Tại t = 0, xét K = 0 thì tín hiệu lối ra của tầng lấy mẫu sẽ là:

W(0)=  AK .h0  KTS    AK .h KTS   A0 .h0   Ak .ht  kTS












(1.5)

Như vậy, do ở đầu ra phổ tín hiệu thu được bị hạn chế bởi đặc tính lọc của hệ

thống nên tín hiệu thu được của một symbol (chưa kể đến tạp âm) sẽ trải ra vô hạn về

mặt thời gian. Điều đó dẫn đến việc tại đầu thu các symbol truyền kế tiếp nhau sẽ
chồng lấn lên nhau về thời gian và gây nhiễu lẫn nhau. Hiện tượng này trong truyền
dẫn tín hiệu số được gọi là xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI: Inter Symbol Interference)

và được mô tả trên hình 1.4 b. Sự tồn tại của ISI làm cho tín hiệu thu bị méo và tin tức


có thể bị nhận sai. Tại thời điểm lấy mẫu t = KTS giá trị của tín hiệu thu được ở lối ra
mạch lấy mẫu của máy thu có thể vượt ngưỡng quyết định và tín hiệu sẽ bị quyết
định nhầm.

Vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể truyền chuỗi tín hiệu số trên kênh có băng

tần hạn chế mà không có ISI. Điều kiện để truyền tín hiệu số trên kênh không có ISI là:
10


1, t  0, ( K  0)
0, t  KTS , K 0

h(t)=

(1.6)

Biểu thức (1.6) được gọi là tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất. Trong trường hợp này ta

có đồ thị như hình 1.4 c (không còn hiện tượng chồng lấn lên nhau về thời gian). Nếu

mất đồng bộ sẽ sinh ra ISI. Dưới tác động của ISI chòm sao tín hiệu thu xuất hiện dưới
dạng M cụm điểm chứ không phải là M điểm đơn như phần phát ( và được mô tả chi
tiết ở hình 1.9).

(a).

1(t)
A0=1


1(t+TS)
A-1=1
-2TS -TS

-1(t+2TS)
A-2=-1

3(t-3TS)
A2=3

0

TS

1(t-4TS)
A4=1

2TS 3TS 4TS

-1(t-TS)
A1=1

-3(t-3TS)
A3=-3

(b)
0
ISI


(c)
0

Hình 1.4. a) Đáp ứng xung; b) Phổ tÝn hiƯu trong tr­êng hỵp cã ISI;
c) Phỉ tÝn hiƯu trong trường hợp không có ISI.
11


1.3.2. MÐo tun tÝnh

1.3.2.1. Kh¸i qu¸t vỊ mÐo tun tÝnh

MÐo tuyến tính là méo tín hiệu gây nên bởi các phần tử tuyến tính trên kênh.

Nhiều kênh thông tin như các kênh vô tuyến, kênh thoại...có thể được đặc trưng mét
c¸ch tỉng qu¸t nh­ c¸c bé läc tun tÝnh cã băng thông hữu hạn. Các kênh này được
mô tả bằng hàm truyền của chúng và được biểu diễn như sau:
H ( f )  H ( f ) ei ( f )

(1.7)

Trong đó H ( f ) được gọi là đáp ứng biên độ còn ( f ) được gọi là đáp ứng

pha. Một đặc trưng khác đôi khi cũng được sử dụng thay thế cho đáp ứng pha là trễ
đường bao hay trễ nhóm được định nghĩa:
D( f )

1 d ( f )
2 df


(1.8)

Một kênh được gọi là không méo hoặc lý tưởng nếu | H ( f ) | là hằng số còn ( f )

là một hàm tuyến tính của tần số (hoặc trễ đường bao D ( f ) không đổi) trong độ rộng

băng chiếm bởi tín hiệu phát W. Ngược lại, nÕu | H ( f ) | vµ D ( f ) không phải là hằng số
trong độ rộng băng chiếm bởi tín hiệu phát, kênh sẽ gây ra méo tín hiệu. Nếu | H ( f ) |

không phải là hằng số, méo được gọi là méo biên độ, còn nếu D ( f ) thay đổi, méo đối
với tín hiệu đà truyền đi được gọi là méo trễ.
1.3.2.2. Các nguồn gây méo tuyến tính

Các nguyên nhân gây méo tuyến tính cơ bản phải kể đến là do chế tạo các mạch

lọc không hoàn hảo và do tác động của môi trường truyền dẫn.
1). ảnh hưởng của mạch lọc

Khi các mạch lọc chế tạo không hoàn hảo dẫn đến:
H T  f , H R  f  

cos

Ký hiệu (f) là đặc tính tiêu hao theo tần số, nó được xác định bởi:
(f)= 10lg

P1 f 
dB
P2  f 


(1.9)
(1.10)

Hµm trun HC(f) lµ mét hµm cã đặc tính biên độ-tần số không bằng phẳng.
H C f   20 lg

U2  f 
U1  f 

 10lg

U12  f 

U

2
2

f

dB  10lg

12

P2  f 
P1  f 

   f  dB

(1.11)



H T  f   H R  f   H RC  f 

Gi¶ sư :

(1.12)

NÕu: H C  f   1 víi fW ta cã sơ đồ hệ thống như ở hình 1.5.
n(t)

Nguồn
tin

HT (f)

HC (f)

HR (f)

So sánh
và
Quyết định

Nơi
nhận
tin

Hình 1.5. Hệ thống truyền với mạch lọc chế tạo không hoàn hảo.


Khi đó hàm truyền của tổng hƯ thèng lµ:

H  f   H T  f .H R  f .H C  f   H RC  f 

H RC  f 

1

(1.13)

Trong đó HRC(f) là tích các hàm truyền của các bộ lọc phát và thu được thiết kế

thoả mÃn tiêu chuẩn Nyquist 1. Khi HC(f) 1 thì đáp ứng xung không cắt 0 tại các
điểm t = kTS, dẫn đến sự tồn tại của ISI.

Xét các mạch lọc ta thấy, các mạch lọc lý tưởng có đặc điểm:
+ Đặc tuyến biên độ tương đối bằng phẳng

+ Đặc tuyến pha ( f ) không đổi.
+ Độ trễ nhóm:

D( f )

1 d ( f )
= const
2 df

Các mạch lọc thực tế thì có đặc điểm là:

(1.14)


+ Đặc tuyến biên độ thấp dần và gợn sóng dẫn đến méo trên đường truyền.

+ Độ trễ nhóm D(f) const làm cho các thành phần tần số có trong băng tín hiệu

sẽ tới đích vào các thời điểm khác nhau dẫn đến méo trễ do đó gây ra méo tín hiệu.
2). Môi trường truyền

Khi môi trường truyền dẫn là dây kim loại thì đặc tính tổn hao lớn, tần số của tín

hiệu truyền càng cao thì tổn hao càng nhiều. Đối với cáp sợi quang, về mặt lý thuyết độ
rộng băng tần là vô hạn, nhưng trên thực tế khi truyền ánh sáng vào sợi quang thì sẽ

xảy ra hiện tượng tán sắc. Nếu ta truyền liên tục các xung Dirac (là loại xung có độ
13


rộng bằng không và phổ của nó trải rộng trên miền tần số) từ đầu vào, thì ở đầu ra các
xung sẽ lấn sang nhau dẫn đến việc hình thành ACI. Nếu truyền trong môi trường chân
không hoặc không gian tự do không có phản xạ sóng, không có chướng ngại che chắn
thì băng thông được coi là vô hạn.

Khi truyền trong bầu khí quyển sát mặt đất, do mật độ khí quyển giảm theo độ

cao dẫn đến việc hình thành những vi lớp khí với các chỉ số chiết suất khác nhau. Điều

này dẫn đến hiện tượng khúc xạ làm cho sóng đi theo đường cong. Do sự biến đổi theo
thời gian của tầng khí quyển làm cho các tia sóng cũng bị biến đổi theo thời gian. Mặt
khác do có sóng phản xạ từ mặt đất, nên cả hai nguyên nhân này kết hợp lại làm cho
sóng đi theo nhiều đường khác nhau, hiện tượng này được gọi là truyền sóng đa đường.


Truyền sóng đa đường gây ra sự thăng giáng ngẫu nhiên của cường độ điện trường tại
điểm thu, cho nên hiện tượng này còn được gọi là pha-đinh đa đường.
1.3.3. Méo phi tuyến

1.3.3.1. Nguồn gây méo phi tuyến

P, out
PS

Uout
P

a))

Vout

-Uth


B

Diode trộn
b)

Uin

0 Uth

Vin


c)

Hình 1.6. a) Đặc tuyến bộ khuếch đại; b) bộ trộn; c) bộ hạn biên.

Méo phi tuyến là méo dạng tín hiệu gây bởi các phần tử phi tuyến trên kênh.

Tính phi tuyến của kênh truyền có thể gây bởi nhiều loại mạch điện trong hệ thống như
các bộ khuyếch đại, các bộ trộn tần, hạn biên và nhiều loại mạch khác. Từ đặc tuyến
bộ khuyếch đại trên hình 1.6 a, ta thấy các đặc tuyến không đồng đều. Đối với đặc

tuyến biên độ thì khi biên độ càng lớn công suất càng giảm. Với đặc tuyến pha thì biên
độ càng lớn càng méo pha. Đối với các bộ khuyếch đại công suất nhỏ và vừa thì độ phi
tuyến không đáng kể và hoàn toàn có thể bỏ qua méo phi tuyến vì lúc này đường đặc

tuyến tương đối thẳng. Trong khi đó các bộ khuyếch đại công suất lớn điểm làm

việc là đoạn cong, do đó không thể bỏ qua méo phi tuyến. Đối với mạch trộn, đặc
tuyến công tác là đường gấp khúc như hình 1.6 b. Tuy nhiên xét về công nghệ chÕ t¹o
14


cho phÐp bá qua mÐo phi tun. Víi m¹ch h¹n biên, khi đặc tuyến công tác vượt quá
ngưỡng thì biên ®é lèi ra kh«ng thay ®ỉi cịng sÏ dÉn ®Õn méo phi tuyến (hình 1.6 c).
1.3.3.2. Tác động của méo phi tuyến tới các loại tín hiệu khác nhau

Đối với các tín hiệu có đường bao không đổi (như M-PSK: M-ary Phase Shift

Keying và M-FSK: M-ary Frequency Shift Keying) thì ít nhạy cảm với méo phi tuyến.
Đôi khi người ta còn lợi dụng méo phi tuyến để nâng cao chất lượng hệ thống. Ví dụ sử


dụng mạch hạn biên ở đầu thu nhằm loại bỏ điều biên ký sinh gây ra bởi môi trường

truyền. Đối với tín hiệu có đường bao thay đổi (như M-QAM: M-ary Quadrrature
Amplytude Modulation) thì méo phi tuyến gây méo tín hiệu rất trầm trọng, cụ thể là
làm thay đổi sự tương quan về biên độ. Do đó, dùng mạch hạn biên ở đầu thu thì sẽ

làm mất thông tin. Tác động thứ hai là gây méo chòm sao tín hiệu thu. Do gây méo

chòm sao tín hiệu thu dẫn đến làm giảm khoảng cách cực tiểu d thành d / giữa các điểm

tín hiệu trong Constellation và kết quả là làm cho xác suất lỗi bit (BER: Bit error
Ratio) tăng lên rất nhiều (hình 1.7).

Q

d

I
Hình 1.7. Constellation tÝn hiƯu thu cđa mét hƯ thèng 16-QAM
d­íi tác động của méo phi tuyến.
n(t)

HPA
Nguồn
tin

T(f)

Hc(f)


R(f)

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thèng trun dÉn sè sư dơng HPA.
15

N¬i
nhËn
tin


Tác động thứ ba là gây ra ISI phi tuyến. Từ sơ đồ hệ thống truyền dẫn số sử

dụng HPA trên hình 1.8 ta có:

H(f) = T(f). HC(f). R(f) HRC(f)

(1.15)

Do HPA kẹp giữa các mạch lọc phát và mạch lọc thu nên nó phá vỡ việc thoả mÃn

tiêu chuẩn Nyquist 1 của hệ thống, dẫn đến ISI. ảnh hưởng của ISI được minh hoạ trên

hình 1.9. Đối với 4-PSK thì biểu đồ (Constellation) tín hiệu thu có dạng như hình 1.9 a,
còn đối với 16-QAM thì Constellation tín hiệu thu có dạng như hình 1.9 b, (do tính đối
xứng ở đây chỉ biểu diễn một góc phần tư thứ nhất của không gian tín hiệu).

Im

Q


Re

(a)

(b)
Hình 1.9. a) Constellation của tÝn hiƯu thu 4-PSK.

1.3.4. Pha-®inh

I

b) Constellation cđa tÝn hiƯu thu 16-QAM.

Pha-đinh là sự thăng giáng một cách ngẫu nhiên của tín hiệu tại điểm thu đối với

các hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn.
1.3.4.1. Pha-đinh trong các hệ thống vô tuyến

Các yếu tố gây pha-đinh đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất bao gồm:
+ Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với các hệ thống sóng ngắn.
+ Sự hấp thụ bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa...

+ Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí.

+ Sự phản xạ từ bề mặt trái đất, đặc biệt khi có bề mặt nước và sự phản xạ

sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển dẫn tới sự truyền lan đa đường.

Sự phản xạ tán xạ và nhiễu từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện từ,


gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng
của rÊt nhiỊu tÝn hiƯu trun theo nhiỊu ®­êng (vÝ dơ như thông tin di động).
16


1.3.4.2. Pha-đinh đa đường chọn lọc theo tần số

Đối với các hệ thống vô tuyến số dung lượng tương đối cao (>70 Mb/s), băng

tần tín hiệu khá rộng, sự phụ thuộc vào tần số của suy hao pha-đinh đa đường trong

suốt độ rộng băng tín hiệu trở nên rõ rệt và do vậy được gọi là pha-đinh đa đường chọn
lọc theo tần số.

Méo tín hệu do pha-đinh đa đường mạnh có thể tạo ra ISI rất lớn dẫn đến gián

đoạn liên lạc (BER>10-3), thậm trí trong điều kiện không tính đến tạp nhiễu. Hơn nữa,

pha-đinh đa đường trên các tuyến vô tuyến chuyển tiếp số LOS (Line Of Sight) xảy ra

khá thường xuyên và trở nên một nguồn chính dẫn đến gián đoạn liên lạc. Loại gián
đoạn liên lạc này, không thể loại bỏ được bằng cách tăng lượng dự trữ pha-đinh phẳng,
tức là không thể loại bỏ bằng cách tăng công suất phát được.

Trường hợp độ rộng băng tín hiệu lớn dẫn đến phổ tín hiệu nhận được bằng:
f .H T  f .H R  f .H C  f   H RC  f 

Do f 1 dẫn đến sự tồn tại của ISI và lµm mÐo tÝn hiƯu. Nh­ vËy khi phỉ tÝn


hiƯu lín dẫn đến pha-đinh chọn lọc theo tần số và mặc dù có AGC đi chăng nữa thì
dạng phổ vẫn không phải là dạng cosine nâng dẫn đến méo tín hiệu.
Trường hợp

w bé thì hàm truyền kênh vô tuyến

H C f xem như là phẳng vì nó

thăng giáng như nhau đối với mọi thành phần tần số và có thể khắc phục dễ dàng bằng
mạch AGC. Vì vậy không phát sinh ra ISI.

Do các yếu tố kể trên, hệ số suy hao đặc trưng cho quá trình truyền sóng có thể

biểu diễn được dưới dạng:

a t , f   fs . At , f 

(1.16)

Trong ®ã a(t, f) là hệ số suy hao sóng vô tuyến trong khí quyển. A(t, f) đặc trưng

cho sự phụ thuộc của suy hao năng lượng sóng điện từ vào các hiện tượng khí quyển và
được gọi là hệ số suy hao do pha-đinh.

fs là hệ số suy hao trong không gian tự do.

Nói chung A(t, f) là một quá trình ngẫu nhiên. Xét một cách chặt chẽ, quá trình này là

không dừng. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, để thuận tiện cho việc khảo sát thì
người ta thường giả thiết A(t, f) là quá trình dừng.


Hệ số suy hao pha-đinh A(t, f) là hàm của các biến thời gian t và tần số f. Tuy

nhiên trong một số trường hợp, sự phụ thuộc tần số là không đáng kể (tức lµ suy hao
17


pha-đing hầu như là hằng số với toàn bộ băng tần tín hiệu dụng của tín hiệu), khi đó

pha-đinh được gọi là pha-đinh phẳng (flat fading) hay pha-đinh không chọn lọc theo
tần số (nonselective fading).

Trong các hệ thống vô tuyến số dung lượng lớn, pha-đinh đa đường chọn lọc theo

tần số là một nguyên nhân gây méo tuyến tính đặc biệt quan trọng. Đặc tính thống kê

của pha-đinh đa đường chọn lọc theo tần số cũng đà được nghiên cứu rất kỹ trong

chừng bốn thập kỷ vừa qua. Các mô hình kênh pha-đinh nhiều tia tiêu biểu là mô hình
kênh ba tia tổng quát và mô hình kênh ba tia đơn giản hoá nổi tiếng, đà được chấp
nhận sử dụng réng r·i nhÊt trong thùc tÕ do Rummler ®­a ra.

1.3.5. Can nhiễu và một số tác động khác của đường trun.
1.3.5.1. Can nhiƠu

Khi trun dÉn tÝn hiƯu trªn kªnh liªn tục thì hệ thống luôn bị tác động không

mong muốn của các tín hiệu lạ từ bên ngoài vào, các tín hiệu này được gọi là nhiễu.

Các can nhiễu thường được mô tả như một tác động của kênh truyền. Sự xuất hiện của

can nhiễu làm giảm chất lượng truyền dẫn. Can nhiễu được tạo ra từ nhiều nguồn khác
nhau, nhưng có thể phân loại thành hai nguồn chính là tự nhiên và nhân tạo.

Nguồn can nhiễu tự nhiên gồm nhiễu vũ trụ, xáo động khí quyển... Can nhiễu

nhân tạo xt hiƯn tõ c¸c hƯ thèng trun dÉn kh¸c nh­ nhiễu công nghiệp, nhiễu từ

các kênh lân cận trên cùng một tuyến, nhiễu từ kênh sử dụng cùng tần số. Ngoài ra,

chất lượng truyền dẫn còn bị suy giảm bởi các hài của nguồn nuôi do các thiết bị có
đặc tính không hoàn hảo, các sản phẩm xuyên điều chế do mÐo phi tun...

Cã ba lo¹i nhiƠu quan träng nhÊt tác động đến hệ thống truyền dẫn là: Nhiễu

đồng kênh, nhiễu từ các kênh lân cận và các sản phẩm xuyên điều chế .
Nhiễu đồng kênh

V (H )
H (V )

Nhiễu kênh lân cận

f0
f0

f1

f2

f


Hình 1.10. Nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận.

Nhiễu đồng kênh (CCI) là nhiễu giữa các tín hiệu có cùng tần số (hình 1.10).

Đối với các hệ thống hạn hẹp về phổ tần, chẳng hạn như các hƯ thèng th«ng tin di
18


động, để tiết kiệm phổ tần thì người ta tái sử dụng các tần số ở các tế bào khác nhau.
Khi đó thì nhiễu giữa các tín hiệu có cùng tần số từ các tế bào này gây ra CCI. Trong

khi đó đối với các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số, người ta tiết kiệm phổ bằng cách

gửi đi các tín hiệu trên hai phân cực sóng khác nhau ở cùng một tần số với sự hỗ trợ
của bộ triệt xuyên nhiễu phân cực chéo có độ phân biệt phân cực lớn. Dưới tác động
của pha-đing mạnh, độ phân biệt phân cực thường giảm khá mạnh, đây cũng là một
nguyên nhân gây ra CCI.

Nhiễu kênh lân cận (ACI) là nhiễu giữa các tín hiệu ở tần số lân cận nhau trong

cùng một hệ thống lớn hoặc là nhiễu từ các hệ thống vô tuyến khác loại. ACI có thể

phân loại thành nhiễu trong băng (inband) hoặc nhiễu ngoài băng (out of band). Nhiễu
trong băng là nhiễu mà thành phần tần số trung tâm của băng thông tín hiệu nhiễu rơi
vào trong băng thông của tín hiệu hữu ích.

Nhiễu ngoài băng là nhiễu mà thành phần tần số trung tâm của băng thông tín

hiệu nhiễu rơi ra ngoài băng thông của tín hiệu hữu ích. Nguyên nhân gây ra ACI là do


chế tạo bộ lọc của máy thu không hoàn hảo cho phép các tần số lân cận lọt vào băng
thông của tín hiệu hữu ích. ACI làm giảm tỷ số tín hiệu trên tạp, do đó làm giảm dung
lượng và chất lượng dịch vụ của hệ thống.

Nhiễu xuyên điều chế (IM: Interference Modulator) được tạo ra khi hai hay

nhiều tín hiệu kết hợp với nhau tạo thành các tín hiệu mới. Nguyên nhân gây ra IM là
do tính phi tuyến của các mạch điện trong hệ thống truyền dẫn. Giả sử phát tín hiệu

gồm hai thành phần tần số là f1 và f 2 , các sản phẩm điều chế chéo IM tiềm năng là:

IM bậc 2 gồm các thành phần 2 f1 , 2 f 2 , f1 f 2 , IM bậc 3 gồm các thành phÇn
f1 , f 2 , 2 f1  f 2 , 2 f1  f 2 vµ 2 f 2  f1 , 2 f 2  f1 ,3 f1 ,3 f 2 . Như vậy sẽ có những sản phẩm IM

rơi vào trong băng tín hiệu, lượng này tương đương với một lượng tạp âm phi tuyến.

Dưới tác động của méo phi tuyến đến bậc ba thì phổ của tín hiệu bị mở rộng quÃng ba
lần và có thể gây nhiễu cho các kênh lân cận.

1.3.5.2. Các tác động khác của đường truyền

Trong các hệ thống truyền dẫn số thì kênh truyền có đặc tính phức tạp nhất là

kênh thông tin di động. Kênh này có đặc tính biến ®ỉi theo thêi gian do sù chun
®éng cđa m¸y di động và tốc độ bít trong thông tin di động là khá nhỏ. Số tia sóng

truyền tới ăng-ten máy di động lớn và nói chung thường không có tia nhìn thẳng (LOS)

giữa máy phát và máy thu, cho đến nay vẫn chưa có mô hình hoàn hảo nào được đề

19


xuất cho kênh vô tuyến di động trong các trường hợp khác nhau. Có hai tác động gây
ra bởi sự chuyển động của máy di động là: Hiệu ứng Doppler và trải trễ.
1).Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đÃ

được phát đi. Khi máy phát và máy thu chuyển động tương đối so với nhau thì tín hiệu
thu bị thay đổi tần số, lượng thay đổi này tỷ lệ với tốc độ của chuyển động và tần số
sóng mang. Giả sử phát một sóng mang không bị điều chế có tần số f c và máy thu
chuyển ®éng víi vËn tèc v , ký hiƯu  i là góc giữa hướng của chuyển động và tia sóng

tới thứ i . Khi đó, tín hiệu thu được theo tia sóng i có tần số bị dịch đi một lượng dịch
tần Doppler:

fd

v fc
cos i
c

(1.17)

Trong đó c 3 108 m / s là vận tốc ánh sáng. Lượng dịch tần Doppler lớn nhất

khi cos i 1 và càng lớn khi tốc độ lớn, f d  0 khi cos  i  0 . Hiệu ứng Doppler gây
mở rộng phổ của tín hiệu thu.


i

2).Trải trễ

Hình 1.11. Hiệu ứng Doppler.

Trong môi trường truyền sóng đa đường, các phần tử tín hiệu đến điểm thu từ các

đường khác nhau với các trễ truyền dẫn khác nhau. Trải trễ được định nghĩa là sự khác

nhau giữa trễ lớn nhất và trễ nhỏ nhất của các phần tử đa đường này. Độ trải trễ có thể
xem như độ dµi cđa mét tÝn hiƯu thu khi mét xung cùc hẹp được truyền đi. Nếu chúng
ta tiếp tục tăng tốc độ truyền số liệu lên thì đến một lúc nào đó mỗi ký hiệu số liệu sẽ
trải hẳn sang các ký hiệu số liệu lân cận, gây ra xuyên nhiễu giữa các ký hiệu ISI.

Tóm lại các ảnh hưởng của kênh truyền dẫn như xuyên nhiễu giữa các dấu, méo

tín hiệu, pha-đinh, can nhiễu và các tác động khác của ®­êng trun nh­ hiƯu øng
20


Doppler, trải trễđều này làm tăng tỷ số lỗi ở máy thu, làm suy giảm chất lượng của
hệ thống tuyền dẫn. Do đó cần phải có các biện pháp kỹ thuật để khắc phục chúng.

1.4. Ưu nhược điểm của tín hiệu số
1.4.1. Ưu điểm

Có khả năng thực hiện truyền hình tương tác, truyền số liệu và có khả năng truy

cập internet.


Có thể tiến hành nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà

tỷ số S/N không giảm.

Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: Có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng

không bị suy giảm.

Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và sau đó

đọc nó với tốc độ tuỳ ý.

Có khả năng trun trªn cù ly lín, tÝnh chèng nhiƠu cao do việc cài mà sửa lỗi ,

chống lỗi và bảo vệ.

Dễ tạo dạng lấy mẫu tín hiệu do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền

hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, dễ thực hiện kỹ xảo trong truyền hình.

Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều chỉnh các

thiết bị trong khi khai thác.


Có khả năng xử lý đồng thời một số tín hiệu (nhờ phương pháp ghép kênh và

phân chia kênh theo thời gian).


Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Tránh được hiện tượng bóng

ma thường xảy ra trong hệ thống truyền hình tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu
theo nhiều đường.

Tiết kiệm được phổ tần do kỹ thuật nén băng tần, tỷ lệ nén có thể lên đến 40 lần

mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng. Từ đó có thể
truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng.

Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai chiều,

dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm với điểm.
1.4.2. Nhược điểm

Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng dải tần của thiết bị và hƯ thèng trun

lín h¬n nhiỊu so víi tÝn hiƯu t­¬ng tù.

21


 ViƯc kiĨm tra chÊt l­ỵng tÝn hiƯu sè cđa kênh truyền thường phức tạp hơn.

Mạch số có cấu trúc phức tạp nên giá thành thiết bị và hệ thống truyền cao hơn

nhiều so với thiết bị tương tự. Trong tương lai khi các mạch số tích hợp cỡ lín LSI
(Large Scale Intergration) vµ rÊt lín VLSI (Very large Scale Intergration) được áp dụng
sẽ làm giảm giá thành đi một cách đáng kể.


1.5. Các chuẩn phát thanh- truyền hình sè

 ETSI ( The Eropean Telecommunications Standards Institute – ViÖn tiêu chuẩn

viễn thông Châu Âu)

ATSC (The Advanced Television Systems Committee Uỷ ban các hệ thống

truyền hình tiên tiến.

DAVIC ( The Digital Audio Visual Counsil –Héi ®ång kü thuật audio số)
ECCA (the European

truyền thông Châu Âu)

Cable Communications Association – HiƯp héi c¸p

 W3C (W3 Consotium – Kü tht ©m thanh lËp thĨ 3 chiỊu)

 DVB (Digital Video Broadcasting - Trun ph¸t tÝn hiƯu video sè) bao gåm:
 DVB- S (Satellite - VÖ tinh)

 DVB- C (Cable - Hữu tuyến)

DVB- T (Terrestrial - Mặt đất)

DVB- M (Microwave - Mạng máy tính)
DVB- I ( Interact - Tương tác)

DVB- CS (Community System - Cộng đồng)


1.6. Các tham số cơ bản của hệ thống thông tin số

Các tham sè chđ u cđa hƯ thèng th«ng tin sè là độ chính xác trong quá trình

truyền tin và tốc độ truyền tin. Các yêu cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin số là
nhanh chóng và chính xác. Tuy nhiên hai yêu cầu này luôn mâu thuẫn với nhau. Vì
muốn truyền tin chính xác thì phải chấp nhận giảm tốc độ truyền và ngược lại, truyền

tin càng nhanh thì lỗi truyền tin xảy ra càng nhiều. Có nhiỊu c¸c tỉ chøc hiƯp héi cịng
nh­ c¸c ủ ban đà xác định các tiêu chuẩn về chất lượng mạng viễn thông, về hệ thống
thông tin số là:

Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC: Federal Communications

Commission). Xác định các tiêu chuẩn cho các hệ thống theo hệ Bắc Mü.
22


Hội nghị các cơ quan quản lý bưu chính viễn thông châu Âu (CEFT: European

Conference of posts and telecommunications). Xác định các tiêu chuẩn hệ châu Âu.

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu ÂU (ETSI: European Telecommunications

Standards Institude). Xác định các tiêu chuẩn cho các hệ thống theo hệ châu Âu.

Các nhóm nghiên cứu (SG: Study group) của liên minh viễn thông quốc tế (ITU:

International Telecommunication Union).


Các nhóm nghiên cứu của Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế CCIR trước đây, nay

là ITU - R.

Các nhóm nghiên cứu này xác lập các tiêu chuẩn dưới hình thức các khuyến

nghị cho viễn thông trên toàn cầu, bao gồm cả các hệ thống của Mỹ và châu ÂU. Đối
với thông tin số, tham số độ chính xác truyền tin thường được đánh giá qua tỷ lệ lỗi
bít (BER: Bit - Eror - Ratio) thường được hiểu là tỷ lệ giữa số bít nhận bị lỗi và tổng số
bít đà truyền trong một khoảng thời gian quan sát tiến đến vô hạn thì tỷ lệ này tiến tới
xác suất lỗi bít. Trong thực tế thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ lệ lỗi bit

chỉ gần bằng với xác suất lỗi bít, tuy nhiên nhiều trường hợp thực tế người ta vẫn

thường xem và gọi Ber là xác suất lỗi bít. Trong nhiều trường hợp ứng với các loại dịch
vụ nhất định, các tham số phát sinh về độ chính xác truyền tin thường được xét đến là

các giây bị lỗi trầm trọng, các giây bị lỗi, các phút suy giảm chất lượng . Trong một số

hệ thống thông tin số sử dụng các biện pháp mà hoá hiệu quả tiếng nói như đối với

điện thoại di động chẳng hạn, thì độ chính xác truyền tin còn được thể hiện qua tham
số chất lượng tiéng nói.

Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ thống thông tin số thường được

đánh giá qua dung lượng tổng cộng B của hệ thống, là tốc độ truyền thông tin tổng
cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đà cho. Tóm lại, dung lượng của một hệ


thống tuỳ thuộc vào băng tần ruyền dẫn của hệ thống, sơ đồ điều chế số, mức độ tạp
nhiễu... Ngoài các yêu cầu và các tham số nói trên, các hệ thống thông tin số còn có
thêm các yêu cầu về tính bảo mật và độ tin cậy.

Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống truyền dẫn số cũng được đánh giá

thông qua tỷ lệ lỗi bít của hệ thống (BER) và dung lượng truyền dẫn. Một tham số liên
quan tới dung lượng tổng cộng của hệ thống, thường được dùng hơn để so sánh các hệ
thống truyền dẫn số là B.L, với L là cự ly khoảng lặp cần thiết. Trong điều kiện kỹ

thuật hiện nay, tham số này là khoảng vài trăm Mb/s- km đến một vài Gb/s-km ®èi víi
23


các hệ thống chuyển tiếp số hay cáp đồng trục và có thể lên tới hàng ngàn Gb/s-km
hoặc hơn nữa đối với các hệ thống thông tin quang sợi.

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 bít. Khi số giá trị cã thĨ cã cđa tÝn hiƯu kh¸c 2, tỉng qu¸t 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 Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk, thì đối với

các hệ thống thông thường hiện nay, Tk = T và là hằng số với mọi k. ở đầu thu tín

hiệu khôi phục là D k và có độ rộng là T k nÕu D k  Dk th× tÝn hiƯu thứ k được gọi là







bị lỗi, nếu T k T thì tín hiệu thứ k được gọi là có jitter (rung pha).


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 bít (BER) và jitter.
Đối với hệ thống nhị phân, xác suất lỗi bít BER được định nghÜa lµ:
BER = P  D  Dk , víi P
. là xác suất

(1.18)

Khi T k = T + T thì được gọi là jitter, tính theo phần trăm

(1.19)
















Trong trường hợp hệ thống truyền dẫn nhiều mức thì p Dk Dk được gọi


là tỷ lệ lỗi hƯ thèng (SER: System - Error Ratio ) vµ cã quan hệ chặt chẽ với BER. Khi

BER 10-3 thì hệ thống truyền dẫn được xem là gián đoạn và khi đó ngay cả dịch vụ

telex (điện báo truyền chữ) là loại dịch vụ chịu được chất lượng truyền dẫn tồi nhất (chỉ
đòi hỏi BER 10-3) nhờ độ dư thừa khá lớn trong ngôn ngữ tiếng nói cũng không thể
truyền được. Jitter được xem là lớn hơn 5% giá trị đỉnh đỉnh.

Ngoài các tham số chất lượng cơ bản nói trên, đối với hệ thống truyền dẫn tín

hiệu thoại thì độ giữ chậm truyền dẫn tuyệt đối là một tham số cũng có tầm quan trọng

đặc biệt. Độ giữ chậm tuyệt đối càng lớn thì các khó khăn trong hội thoại càng tăng.
Hiện nay, các giá trị giữ chậm truyền dẫn đi- về vượt quá 400 ms được xem là không

thể chấp nhận được nếu như không có những biện pháp hữu hiệu. Các hệ thống vô
tuyến số mặt đất có độ giữ chậm tuyệt đối nhỏ hơn so với các hệ thống cáp đồng trục,
cáp sợi quang học và nhất là so với các hệ thống liên lạc qua vệ tinh. Trong đó độ giữ
24



chậm truyền dẫn đi- về gây bởi việc truyền chuyển tiếp tới quỹ đạo địa tĩnh vào khoảng
560 ms. Đây là một ưu điểm nổi bật đối với hệ thống vô tuyến số.

1.7. Dịch vụ, mạng viễn thông và môi trường truyền
1.7.1. Các dịch vụ

Các dịch vụ cơ bản được chuyển tải bởi bất kỳ mạng thông tin số nào thường là

điện thoại hoặc truyền số liệu hoặc video. Dịch vụ điện thoại hiện được cho là loại dịch
vụ chiếm ưu thế trong hầu hết các mạng thông tin số trong nhiều năm qua và những
năm tới. Tiếng nói số thường được truyền bằng tín hiệu điều chế mà xung (PCM: Pulse

Code Modulation) trong đó tiếng nối được lấy mẫu với tần số 48 kHz và mỗi một mẫu

được mà hoá bằng một tổ hợp mà 8 bit, dẫn đến tốc độ truyền dẫn 64 Kbit/s. Các phép
thử chủ quan vỊ c¸c sót kÐm trong trun dÉn c¸c tÝn hiƯu thoại PCM cho thấy rằng

các suy giảm chất lượng bắt đầu nhận thấy được khi tỷ lệ lỗi vượt quá giá trị vào quÃng
10-6. Vì vậy giá trị giới hạn này được sử dụng rộng rÃi trong các chỉ tiêu chất lượng. Do
tín hiệu thoại ít nhạy cảm với jitter nên có thể chịu được jitter khá cao. Các dạng mÃ
tiếng nói khác hiệu quả hơn hiện đang được đề xuất, đặc biệt là đối với các hệ thống

có băng tần rất hạn chế như các hệ thống điện thoại di động hay đối với các trường hợp
chi phí truyền dẫn sẽ quá cao nếu không áp dụng các phương pháp mà hoá hiệu quả

hơn như điều chế xung mà vi sai thÝch nghi (ADPCM: Aditive Difference Pulse Code
Modulation) víi tốc độ 32 Kbit/s.

Truyền số liệu là dịch vụ đang phát triển nhanh chóng trong hầu hết các mạng


thông tin. Ngoài ra các dịch vụ fax và điện báo truyền chữ truyền thống, các nguồn lưu

lượng số liệu chủ yếu có tốc độ tới 64 Kbit/s đang được sinh ra từ quá trình hình thành

các mạng máy tính cá nhân, các dịch vụ chuyển khoản điện tử tại nơi bán hàng và thư
tín điện tử.

Một nguồn lưu lượng số liệu tốc độ 64 Kbit/s khác, có tầm quan trọng sống còn

đối với toàn mạng điện thoại, đó là các tuyến báo hiệu giữa các tổng đài số. Số liệu

thường được truyền dẫn theo các khối và nhiều kỹ thuật sửa lỗi có thể áp dụng được

nhằm khắc phục một số nhỏ các lỗi. Các lỗi truyền đà hoặc có thể phát hiện được tại
máy thu số liệu, chẳng hạn nhờ việc kiểm tra mà độ dư thừa chu trình (CRQ: Cylic
Redundancy Code), rồi tự động yêu cầu truyền lại (ARQ: Automatic Request) các khối

dữ liệu bị lỗi, hoặc có thể sửa bằng thuật toán sửa lỗi hướng đi (FER: Forward Error
Correction) trong đó các bít thêm vào cho phép vừa phát hiện vừa sửa lỗi.
25