/46 9/12/2010 9/12/2010 1 1 Digital Transmission Digital Transmission /46 9/12/2010 9/12/2010 2 2 Gi Gi ớ ớ i i thi thi ệ ệ u u • • Truy Truy ề ề n n thông thông s s ố ố : : s s ự ự tuy tuy ề ề n n c c ủ ủ a a t t í í n n hi hi ệ ệ u u s s ố ố gi gi ữ ữ a a 2 hay 2 hay nhi nhi ề ề u u đi đi ể ể m m • • T T í í n n hi hi ệ ệ u u : : nh nh ị ị phân phân ho ho ặ ặ c c xung xung s s ố ố r r ờ ờ i i r r ạ ạ c c • • Ngu Ngu ồ ồ n n : : d d ạ ạ ng ng s s ố ố ho ho ặ ặ c c tương tương t t ự ự • • Môi Môi trư trư ờ ờ ng ng : : dây dây kim kim lo lo ạ ạ i i , , c c á á p p xo xo ắ ắ n n , , c c á á p p quang quang , , không không dây dây /46 9/12/2010 9/12/2010 3 3 Gi Gi ớ ớ i i thi thi ệ ệ u u • • L L ợ ợ i i í í ch ch : : 1. 1. Kh Kh á á ng ng nhi nhi ễ ễ u u hơn hơn t t í í n n hi hi ệ ệ u u tương tương t t ự ự : : t t ầ ầ n n s s ố ố , , biên biên đ đ ộ ộ , , pha pha không không c c ầ ầ n n thi thi ế ế t t đư đư ợ ợ c c đ đ á á nh nh gi gi á á ch ch í í nh nh x x á á c c , , thay thay v v à à o o đ đ ó ó l l à à ngư ngư ỡ ỡ ng ng m m ứ ứ c c 2. 2. Th Th í í ch ch h h ợ ợ p p hơn hơn đ đ ể ể x x ử ử lý lý v v à à gh gh é é p p kênh kênh 3. 3. Using signal regeneration than signal Using signal regeneration than signal amplification amplification ⇒ ⇒ longer longer distances distances 4. 4. D D ễ ễ đo đo đ đ ạ ạ c c v v à à đ đ á á nh nh gi gi á á 5. 5. D D ễ ễ dò dò v v à à s s ử ử a a l l ỗ ỗ i i /46 9/12/2010 9/12/2010 4 4 Introduction Introduction • • H H ạ ạ n n ch ch ế ế : : 1. 1. C C ầ ầ n n nhi nhi ề ề u u băng băng thông thông hơn hơn 2. 2. C C ầ ầ n n thêm thêm c c á á c c m m ạ ạ ch ch bi bi ế ế n n đ đ ổ ổ i i A/D A/D – – D/A D/A 3. 3. C C ầ ầ n n c c á á c c m m ạ ạ ch ch đ đ ồ ồ ng ng h h ồ ồ đ đ ể ể đ đ ồ ồ ng ng b b ộ ộ th th ờ ờ i i gian gian t t ạ ạ i i đ đ ầ ầ u u thu thu 4. 4. Không Không ph ph ù ù h h ợ ợ p p v v ớ ớ i i c c á á c c ki ki ể ể u u truy truy ề ề n n tương tương t t ự ự c c ũ ũ /46 9/12/2010 9/12/2010 5 5 Đi Đi ề ề u u ch ch ế ế xung xung • • C C á á c c phương phương ph ph á á p p bi bi ế ế n n đ đ ổ ổ i i thông thông tin tin th th à à nh nh xung xung đ đ ể ể truy truy ề ề n n 1. 1. PWM ( PWM ( P P ulse ulse W W idth idth M M odulation): odulation): đ đ ộ ộ r r ộ ộ ng ng xung xung t t ỷ ỷ l l ệ ệ v v ớ ớ i i biên biên đ đ ộ ộ t t í í n n hi hi ệ ệ u u tương tương t t ự ự 2. 2. PPM ( PPM ( P P ulse ulse P P osition osition M M odulation): odulation): v v ị ị tr tr í í c c ủ ủ a a xung xung ( ( đ đ ộ ộ r r ộ ộ ng ng h h ằ ằ ng ng ) ) thay thay đ đ ổ ổ i i theo theo biên biên đ đ ộ ộ c c ủ ủ a a t t í í n n hi hi ệ ệ u u tương tương t t ự ự trong trong m m ộ ộ t t kho kho ả ả ng ng th th ờ ờ i i gian gian 3. 3. PAM ( PAM ( P P ulse ulse A A mplitude mplitude M M odulation): odulation): biên biên đ đ ộ ộ c c ủ ủ a a xung xung ( ( đ đ ộ ộ r r ộ ộ ng ng h h ằ ằ ng ng , , v v ị ị tr tr í í h h ằ ằ ng ng ) ) thay thay đ đ ổ ổ i i theo theo biên biên đ đ ộ ộ c c ủ ủ a a t t í í n n hi hi ệ ệ u u tương tương t t ự ự 4. 4. PCM ( PCM ( P P ulse ulse C C ode ode M M odulation): odulation): t t í í n n hi hi ệ ệ u u tương tương t t ự ự đư đư ợ ợ c c l l ấ ấ y y m m ẫ ẫ u u v v à à chuy chuy ể ể n n đ đ ổ ổ i i th th à à nh nh chu chu ỗ ỗ i i nh nh ị ị phân phân c c ó ó chi chi ề ề u u d d à à i i c c ố ố đ đ ị ị nh nh theo theo biên biên đ đ ộ ộ c c ủ ủ a a t t í í n n hi hi ệ ệ u u • • PCM PCM l l à à phương phương ph ph á á p p thông thông d d ụ ụ ng ng trong trong h h ệ ệ th th ố ố ng ng truy truy ề ề n n thông thông , , nh nh ấ ấ t t l l à à trong trong PSTN PSTN /46 9/12/2010 9/12/2010 6 6 Pulse Modulation Pulse Modulation • • Figure 15 Figure 15 - - 1 1 Analog signal Sample pulse PWM PPM PAM PCM /46 9/12/2010 9/12/2010 7 7 Pulse Code Modulation Pulse Code Modulation • • PCM PCM không không h h ẳ ẳ n n l l à à d d ạ ạ ng ng đi đi ề ề u u ch ch ế ế m m à à gi gi ố ố ng ng như như 1 1 d d ạ ạ ng ng mã mã h h ó ó a a ngu ngu ồ ồ n n • • C C á á c c xung xung đư đư ợ ợ c c c c ố ố đ đ ị ị nh nh đ đ ộ ộ d d à à i i v v à à biên biên đ đ ộ ộ – – A pulse A pulse ⇒ ⇒ logic 1 logic 1 – – Lack of Lack of puse puse ⇒ ⇒ logic 0 logic 0 • • M M ạ ạ ch ch t t í í ch ch h h ợ ợ p p mã mã h h ó ó a a v v à à gi gi ả ả i i mã mã PCM PCM đư đư ợ ợ c c g g ọ ọ i i l l à à codec codec /46 9/12/2010 9/12/2010 8 8 Pulse Code Modulation Pulse Code Modulation • • Block diagram of a single channel, simplex PCM Block diagram of a single channel, simplex PCM Bandpass filter Sample and hold A/D converter P/S converter Regenerative repeater S/P converter D/A converter Hold circuit Low pass filter Regenerative repeater Analog input signal Sample pulse Conversion clock Line speed clock Parallel data Serial PCM code Serial PCM code Serial PCM code Line speed clock Conversion clock Parallel data Analog output signal PAM PAM Quantizer Encoder Quantized PAM signal /46 9/12/2010 9/12/2010 9 9 Lọc Frequency [Hz] Amplitude 300 4000 Filter /46 9/12/2010 9/12/2010 10 10 • Hầuhếtnăng lượng của ngôn ngữ nói ởđâu đógiữa 200 hay 300 Hz và 3300 hay 3400 Hz: KHZB 3 ≈ • Mộtcáctổng quát đượcchọnlà: KH Z B 4 = Lọc [...]... đa của hệ thống • Số lượng bit dựa vào dynamic range DR = 2n −1 DR (dB) = 20 log (2 n − 1) ≈ 20 log 2 n = 20 n log 2 ≈ 6n • Table 15 -2 9/ 12/ 2010 20 /46 Signal-to-Quantization noise ratio Vlsb minimum voltage SQR = = =2 quantization noise voltage Vlsb / 2 Vmax maximum voltage 3 SQR = = = =6 quantization noise voltage Vlsb / 2 0.5 • Tổng quát, với mã tuyến tính PCM (lượng tử đều ) v2 / R SQR = 10 log 2. .. ADC không tuyến tính⇒phương pháp thay thế 9/ 12/ 2010 22 /46 Nonuniform quantizing 9/ 12/ 2010 23 /46 Idle Channel noise • Giảm nhiễu của kênh không dùng bằng cách lượng tử midtread : khoảng cách lượng tử đầu tiên được làm lớn hơn 9/ 12/ 2010 24 /46 Phương pháp mã hóa • • • Level-at-a-time coding: giá trị của bộ đếm Digit-at-a-time Word-at-a-time: flash encoder, ứng dụng tốc độ cao 9/ 12/ 2010 25 /46 Companding... tuyến tính PCM (lượng tử đều ) v2 / R SQR = 10 log 2 (q / 12) / R v2 v = 10 log 2 = 10.8 + 20 log q / 12 q 9/ 12/ 2010 21 /46 Lượng tử không đều • Với mã hóa tuyến tinh (lượng tử đều), độ phân giải của tín hiệu tương tự ở biên độ lớn bằng với tín hiệu ở biên độ nhỏ • Với truyền thoại, tín hiệu biên độ thấp thường xảy ra hơn • Mã hóa không tuyến tính (lượng tử không đều)⇒ SQR thấp cho biên độ lớn và cao... Distortion xảy ra khi: fs < 2 B 9/ 12/ 2010 11 /46 Lấy mẫu PCM • Mạch lấy mẫu lấy mẫu định kỳ tín hiệu ngõ vào tương tự liên tục và chuyển đổi các mẫu này thành một chuỗi xung • 2 kỹ thuật cơ bản: – Natural sampling – Flat-top sampling 9/ 12/ 2010 12 /46 Lấy mẫu PCM • Natural sampling: các đỉnh của tín hiệu đã lấy mẫu giữ nguyên hình dạng tự nhiên của nó • Figure 15-3 9/ 12/ 2010 13 /46 Lấy mẫu PCM • Waveform... thiểu của ADC (Vlsb) • Lượng tử hóa⇒lỗi lượng tử (Qe) hay nhiễu lượng tử (Qn) 9/ 12/ 2010 Qe=Vlsb /2 17 /46 Encoding • Figure 15-8 9/ 12/ 2010 18 /46 Encoding • Figure 15-9: tăng tốc độ lấy mẫu tín hiệu PAM chính xác hơn, không giảm lỗi lượng tử 9/ 12/ 2010 19 /46 Dynamic range • DR là tỷ số của biên độ lớn nhất trên biên độ nhỏ nhất được mã hóa bởi DAC DR = Vmax Vmax = Vmin resolution • DR thường là số nhị... lọc thấp qua 9/ 12/ 2010 28 /46 Nén tương tự • Tỷ số nén logarit • 2 phương pháp: μ-law companding (United States and Japan) and A-law companding (Europe, so VN) 9/ 12/ 2010 29 /46 μ-law companding • Đặc điểm nén của μ-law companding: Vout = Vmax ln(1 + μVin / Vmax ) ln(1 + μ ) Truyền thoại: yêu cầu DRmin=40dB and 7-bit PCM codes⇒μ≥100 được yêu cầu Bây giờ dùng mã 8-bit PCM và ⇒μ =25 5 9/ 12/ 2010 30 /46 A-law... aliasing ƒs+ƒa 2 s+ƒa 3ƒs+ƒa Audio ƒa 0 ƒs- ƒa ƒs 2 s ƒs+ƒa 3ƒs 2 s+ƒa ƒ→ 3ƒs+ƒa Audio Aliasing 0 9/ 12/ 2010 3ƒs-ƒa ƒa ƒs 2 s-ƒa 2 s 3ƒs-ƒa 3ƒs ƒ→ 16 /46 Encoding • Mã nhị phân sử dụng PCM là mã n-bit • 3-bit PCM code Sign Magnitud e Decimal 1 11 +3 1 10 +2 1 01 +1 1 00 0 +3V 111 +2V 110 +1V 101 0V 100 000 0 -1V 001 00 0 -2V 010 0 01 -1 -3V 011 0 10 -2 0 11 -3 • Overload distortion • Độ phân giải hay kích... tốc độ cao 9/ 12/ 2010 25 /46 Companding • Companding là kết hợp của compressing và expanding • Lượng tử không đều = companding + lượng tử đều • Tín hiệu tương tự biên độ lớn được nén ⇒ truyền ⇒ giải nén tại đầu thu • Với PCM, 2 kỹ thuật: – Nén tương tự: các hệ thống cũ – Nén số: các hệ thống hiện đại 9/ 12/ 2010 26 /46 Companding 9/ 12/ 2010 27 /46 Nén tương tự • Nén tương tự được thực hiện bằng các sử dụng... Output waveform 9/ 12/ 2010 14 /46 Lấy mẫu PCM • Flat-top sampling: là phương pháp thông dụng nhất, thay đổi phổ tần số và introduces aperture error • Figure 15-4 9/ 12/ 2010 15 /46 Tố c đ ộ l ấ y m ẫ u • Định lý lấy mẫu Nyquist: fs ≥ 2 fa • ƒs=tốc độ lấy mẫu Nyquist tối thiểu (Hz) • ƒa=tần số cao nhất được lấy mẫu (Hz) • ƒs . signal /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 9 9 Lọc Frequency [Hz] Amplitude 300 4000 Filter /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 10 10 • Hầuhếtnăng lượng của ngôn ngữ nói ởđâu đ giữa 20 0 hay 300 Hz và 3300 hay 3400 Hz:. nhi nhi ễ ễ u u lư lư ợ ợ ng ng t t ử ử ( ( Q Q n n ) ) Sign Sign Magnitud Magnitud e e Decimal Decimal 1 1 11 11 +3 +3 1 1 10 10 +2 +2 1 1 01 01 +1 +1 1 1 00 00 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 01 01 - - 1 1 0 0 10 10 - - 2 2 0 0 11 11 - - 3 3 0V +1V +2V +3V -3V -2V -1V 111 110 101 100 000 001 010 011 Q e =V lsb /2 /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 18 18 Encoding Encoding • • Figure 15 Figure 15 - - 8 8 /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 19 19 Encoding Encoding • • Figure. /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 1 1 Digital Transmission Digital Transmission /46 9/ 12/ 2010 9/ 12/ 2010 2 2 Gi Gi ớ ớ i i thi thi ệ ệ u u • • Truy Truy ề ề n n thông thông s s ố ố :