BÁO cáo bài tập lớn kỹ THUẬT hệ THỐNG VIỄN THÔNG kỹ THUẬT GHÉP KÊNHPHÂN KÊNH TDM

TÌM HIỂU TỔNG QUAN

G IỚI THIỆU

Trong lĩnh vực viễn thông, ghép kênh là quá trình kết hợp nhiều tín hiệu hoặc chuỗi dữ liệu thành một tín hiệu duy nhất để truyền tải hiệu quả hơn và tiết kiệm tài nguyên Bộ ghép kênh là thiết bị thực hiện quá trình này, trong khi bộ tách kênh ở đầu thu có nhiệm vụ phân tách các kênh và chuyển đến đúng đầu nhận.

 Có 2 dạng ghép kênh cơ bản đó là TDM và FDM Trong báo cáo BTL này chúng ta sẽ tìm hiểu về kỹ thuật ghép kênh TDM.

Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) là một phương pháp ghép kênh cho phép truyền tải hai hoặc nhiều tín hiệu dữ liệu qua một kênh chung Kỹ thuật này hoạt động bằng cách phân chia thời gian thành các khe (slots) khác nhau, mỗi khe dành riêng cho một tín hiệu, giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và tăng cường hiệu quả truyền tải dữ liệu.

Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) là phương pháp được áp dụng trong các môi trường truyền có tốc độ dữ liệu cao hơn nhu cầu của thiết bị thu và phát.

 Ghép kênh phân chia thời gian (TDM) còn được gọi là Chuyển mạch kỹ thuật số (a digital circuit switched).

 Có 2 loại TDM , đó là Synchronous TDM(TDM đồng bộ) và Statistical

TDM(TDM không đồng bộ hay TDM thống kê) trong báo cáo BTL này nhóm chúng em chỉ mô phỏng Synchronous TDM(TDM đồng bộ).

Ghép kênh/phân kênh TDM Nhóm 10 download by : skknchat@gmail.com

Đ ẶC ĐIỂM

Synchronous TDM(TDM đồng bộ)

 TDM đồng bộ phân chia các khe (slot) cho từng ngõ vào (source) với thời gian bằng nhau.

 Khe nào không có dữ liệu truyền thì khe đó bỏ trống.

 Số khe thời gian bằng số ngõ vào.

 Chiều dài của khung (frame:Các khe thời gian được nhóm thành khung) bằng số ngõ vào.

 Các ngõ vào có cùng tốc độ bit.

 Các kỹ thuật ghép kênh được sử dụng chủ yếu trong nền công nghiệp điện thoại :

Dịch vụ chuyển mạch analog là dịch vụ gọi máy thông thường được sử dụng tại nhà, cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi qua mạng điện thoại Dịch vụ này sử dụng hai dây cáp đôi xoắn, hoặc trong một số trường hợp bốn dây, để kết nối điện thoại với tổng đài.

Dịch vụ thuê kênh analog cung cấp cho người dùng cơ hội thuê đường dây, hay còn gọi là đường dây chuyên dụng, nhằm tạo ra kết nối thường trực với thuê bao khác.

Telephone carriers offer a service known as conditioning, which enhances line quality by addressing issues such as interference, unclear audio, distorted signals, and delays.

 Và nhiều ứng dụng khác,…

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG [SYNCHRONOUS TDM]

M Ô HÌNH TỔNG QUÁT

-Thời gian sử dụng đường truyền dẫn được chia thành các phần khác nhau gọi là các khe thời gian-Time Slot(TS)

-Truyền đưa tin từ các nguồn tin khác nhau được thực hiện trong các khe thời gian riêng biệt.

Mỗi tín hiệu (TS) được sử dụng để truyền tải thông tin từ một nguồn đầu vào, có thể là xung, bit hoặc nhóm bit Khi không có tín hiệu từ nguồn đầu vào, một tín hiệu cố định trước đó sẽ được gán cho nhánh đó.

Bộ chuyển mạch phân phối được lắp đặt tại các điểm đầu vào của nguồn tin từ 1 đến 3, nhằm kết nối với đường truyền trong các khe thời gian tương ứng từ 1 đến 3.

TDM PAM (Pulse – amplitude modulation/điều chế biên độ xung):

Điều chế biên độ (AM) là phương pháp truyền thông tin bằng cách mã hóa dữ liệu trong biên độ của một chuỗi xung Đây là một trong những dạng điều chế đơn giản, trong đó thông tin được truyền tải thông qua việc thay đổi biên độ của các xung điện theo thời gian đều đặn.

TDM PCM (Pulse Code Modulation):

PCM là một lược đồ số dùng để truyền dữ liệu tương tự, trong đó các tín hiệu được mã hóa thành nhị phân với hai trạng thái: logic 1 (cao) và logic 0 (thấp) Dù tín hiệu tương tự có dạng sóng phức tạp, PCM cho phép số hóa mọi loại dữ liệu tương tự, bao gồm video, thoại và nhạc.

Sau khi thực hiện quá trình lượng tử hóa và mã hóa, tín hiệu PCM-TDM được tạo ra Tại đầu thu, tín hiệu PAM-TDM được nhận giống như tín hiệu tại bên phát Các mẫu tín hiệu này sau đó được phân phối tới các đầu ra khác nhau.

Để thu PCM từ một dạng sóng tương tự tại nguồn phát, biên độ tín hiệu tương tự được lấy mẫu theo chu kỳ thời gian Tại đầu cuối máy thu, bộ giải điều chế mã xung thực hiện việc chuyển đổi các số nhị phân trở lại thành xung.

Ghép kênh TDM Nhóm 10 cho phép tải xuống từ skknchat@gmail.com, sử dụng mức lượng tử tương tự như trong bộ điều chế Các xung này sẽ được xử lý thêm để phục hồi dạng sóng tương tự gốc một cách chính xác.

Trong quá trình thu, bộ chuyển mạch phân phối thực hiện việc kết nối đường truyền dẫn với các bộ nhận tin thứ nhất, thứ hai và thứ ba theo thứ tự tương ứng tại các khe thời gian từ 1 đến 3.

Bộ phân phối phát và thu hoạt động đồng bộ, trong đó bộ phân phối phát có nhiệm vụ lấy mẫu lần lượt các đầu vào từ 1 đến 3 trong các khe thời gian tương ứng.

Để đảm bảo tín hiệu lối ra từ bộ phận phân phối phát thỏa mãn định lý lấy mẫu, các mẫu tín hiệu được ghép xen lần lượt, được gọi là tín hiệu PAM-TDM (fo>+) Những mẫu này được thu qua bộ phân phối và tại từng nhánh ra, chúng sẽ được cho qua bộ lọc thông thấp để tạo ra tín hiệu tương tự tương ứng với các đầu vào Đồng bộ trong TDM là yếu tố quan trọng để duy trì chất lượng tín hiệu.

- Bên phát và thu phải hoạt động đồng bộ với nhau (cùng nhịp) thì bên thu mới tách được dữ liệu trong luồng TDM tới.

- Trong hệ thống TDM có 2 yêu cầu về đồng bộ: đồng bộ bít và đồng bộ khung Thông số đánh giá:

SNR được định nghĩa là tỷ số giữa công suất tín hiệu và công suất nhiễu, thường được biểu thị bằng decibel.

Các phép đo trong hệ thống điều chế

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của kênh được đưa ra bởi:

Trong đó W là băng thông và là chỉ số điều chế

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đầu ra (của máy thu AM) được cho bởi:

Tỷ lệ lỗi bit (BER) là một chỉ số quan trọng trong truyền thông, thể hiện số lỗi bit xảy ra trên một đơn vị thời gian Nó được tính bằng cách chia tổng số lỗi bit cho tổng số bit được truyền trong khoảng thời gian nghiên cứu Tỷ lệ lỗi bit không có đơn vị và thường được biểu thị dưới dạng phần trăm, giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống truyền thông.

Xác suất lỗi bit (Bit Error Rate - BER) là giá trị dự kiến về tỷ lệ lỗi bit trong một hệ thống Tỷ lệ lỗi bit được xem như một ước lượng gần đúng của xác suất lỗi bit, và độ chính xác của ước lượng này tăng lên khi thời gian quan sát dài hơn và số lượng lỗi bit tăng cao.

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT

3.1.1 Điều chế biên độ xung PAM (Pulse Amplitude Modulation)

PAM: là kĩ thuật điều chế trong đó biên độ chuỗi xung chữ nhật được tỉ lệ với biên độ của tín hiệu tương tự m(t)

PAM có hai phương pháp lấy mẫu: lấy mẫu tự nhiên (natural sampling) và lấy mẫu bằng (flat top sampling)

Lấy mẫu tự nhiên là quá trình trong đó tín hiệu tương tự ban đầu được kết hợp với các xung lấy mẫu, tạo ra tín hiệu lấy mẫu có dạng tương tự như tín hiệu gốc.

Lấy mẫu tín hiệu tương tự bằng cách kết hợp tín hiệu gốc với các xung lấy mẫu, tạo ra xung lấy mẫu có biên độ tương ứng với biên độ của tín hiệu tương tự tại thời điểm lấy mẫu.

3.1.1.2 Sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật

+ Lowpass filter- Bộ lọc thông thấp: giữ lại tín hiệu ở khoảng tần số thấp (loại bỏ hiện tương aliasing)

+ Pluse generator: bộ phát xung lấy mẫu

+ Pulse reshaping circuit: làm phẳng biên độ tín hiệu

3.1.1.3 Đánh giá: Ưu điểm: PAM là phương pháp điều chế đơn giản nhất và dễ thực hiện.

+ Yêu cầu băng thông lớn (BW > 2fmax và BW >> fm).

+ Yêu cầu công suất phát khác nhau do biên độ thay đổi.

+ Ít miễn dịch với nhiễu do biên độ có thể bị thay đổi trong quá trình điều chế.

3.1.2 Điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation)

PWM: kĩ thuật điều chế trong đó độ rộng xung của sóng mang tỷ lệ với tín hiệu tương tự được đem điều chế

+ Sawtooth generator: bộ phát xung răng cưa

+ Op-amp: chức năng so sánh

+ Miễn nhiễm với nhiễu tốt hơn PAM

+ Quá trình truyền tải và và tiếp nhận không yêu cầu đồng bộ

+ Quá trình giải điều chế từ tín hiệu PWM bóp méo có phần dễ hơn

+ Do sự thay đổi của độ rộng xung nên chú ý công suất truyền tải

+ Yêu cầu băng thông lớn hơn PAM

3.1.3 Điều chế vị trí xung PPM (Pulse Position Modulation)

PPM: Kĩ thuật điều chế cho phép thay đổi vị trí xung của tín hiệu điều chế theo biên độ của tín hiệu được lấy mẫu.

+ Monostable multivibrator: khối đa hài một trạng thái ổn định (tạo xung khi được kích hoạt trạng thái)

PPM, giống như PWM, có khả năng miễn dịch tiếng ồn tốt hơn PAM Điều này xảy ra vì thông tin được mã hóa dựa trên vị trí của các xung thay vì biên độ.

+ Vì biên độ và chiều rộng của các xung vẫn không đổi Do đó, công suất truyền tải cũng không đổi và không hiển thị biến thể.

+ Phục hồi tín hiệu PPM từ PPM bị bóp méo là khá dễ dàng.

+ Nhiễu do tiếng ồn ở mức tối thiểu hơn PAM và PWM.

+ Yêu cầu sự đồng bộ hóa giữa máy thu và máy phát

+ Yêu cầu băng thông lớn

3.1.4 Ghép kênh/phân kênh TDM

+ Có thể sử dụng cả với tín hiệu số và tín hiệu tương tự

+ Giao thoa giữa các tín hiệu ở mức nhỏ hoặc không đáng kể

+ Mạch điện sử dụng đơn giản

+ Tín hiệu truyền đi không nhất quán về thời gian  Khắc phục bằng cách sử dụng bit khung

+ Cần đồng bộ thời gian thu phát giữa trạm gốc và thiết bị di động

+ Yêu cầu tốc độ truyền cao, tối thiểu lớn hơn số bit đầu vào

+ Để hạn chế nhiễu thì yêu cầu độ rộng băng thông phải lớn

+ TDM đồng bộ: Khi không có tín hiệu khe thời gian bị trống dẫn đến lãng phí băng thông

3.2.1 Điều chế biên độ xung PAM

3.2.2 Điều chế độ rộng xung PWM

3.2.3 Điều chế vị trí xung PPM

3.2.4.1 Code import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from scipy import signal from pylab import *

# n = int(input('Enter the quantity of input signal ='))

To begin the process, input the carrier signal frequency (fc) and the amplification coefficient for Pulse Amplitude Modulation (PAM) Next, enter the frequency (fm1) and amplitude (am1) for the first message signal, followed by the frequency (fm2) and amplitude (am2) for the second message signal Finally, input the frequency (fm3) and amplitude (am3) for the third message signal This structured approach ensures a comprehensive setup for analyzing multiple message signals using PAM.

# Time fmin = min (fm1, fm2, fm3) t = np.linspace(0, 4/fmin, num = int(4/fmin*(100*fc))) t_tdm = np.linspace(0, n*4/fmin, num = n*int(4/fmin*(100*fc)))

The formulas for generating various signals are as follows: the first signal, m1, is defined as m1 = am1 * np.cos(2 * np.pi * fm1 * t), while the second signal, m2, is represented by m2 = am2 * np.sin(2 * np.pi * fm2 * t) The third signal, m3, combines a sawtooth waveform and is expressed as m3 = am3 * (0.5 * signal.sawtooth(2 * np.pi * fm3 * t, 0.5) + 0.5) Additionally, the modulated carrier signal, mc, is given by mc = ac * (0.5 * signal.square(2 * np.pi * fc * t, 0.5) + 0.5) For time-division multiplexing, the signal is represented as mc_tdm = ac * (0.5 * signal.square(2 * np.pi * fc * t_tdm, 0.5) + 0.5).

The TDM multiplexer signal is generated using NumPy, where the signal is reshaped into a two-dimensional array based on the number of signals (n) and the length of time (len(t)) Each signal is populated in a loop, assigning values from three different signals (m1, m2, m3) to the corresponding positions in the array Finally, the signal is reshaped into a single-column format for further processing.

"""" tdm_s = np.arange(n*len(t), dtype = float).reshape(n*len(t), 1) period_sam = len(t_tdm)/(fc*n*4/fmin) on_samp = ceil(period_sam * 0.5) def ind(i):

The code snippet demonstrates the process of merging channels in TDM (Time Division Multiplexing) for Group 10 It evaluates whether the current index is less than the sampling period, returning 0 if true If the index is a multiple of the sampling period, it returns the index; otherwise, it adjusts the index by subtracting the remainder of the division by the sampling period This logic is applied across a range defined by the product of 'n' and the length of 't', ultimately assigning values from the TDM array to a new array based on calculated indices.

# Show pam1 = m1*mc pam2 = m2*mc pam3 = m3*mc pam = tdm*mc_tdm

In this article, we present a series of plots using Matplotlib to visualize multiple signals The first subplot displays "Signal 1" against time, highlighting its amplitude variations Similarly, the second subplot illustrates "Signal 2," followed by "Signal 3" in the third subplot, each with corresponding time and amplitude labels Finally, the fourth subplot showcases the carrier signal, completing the visual representation of these signals over time.

# fig2, ax2 = plt.subplots(2,2) plt.subplot(2, 2, 1) plt.plot(t, pam1) plt.title('Signal 1 PAM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ')

In this article, we explore the channel combination and distribution for TDM Group 10, featuring a series of pulse amplitude modulation (PAM) signals The visualization includes a subplot arrangement displaying three PAM signals over time, with Signal 2 and Signal 3 highlighted Each signal is meticulously plotted, showcasing amplitude variations against time, thereby illustrating the characteristics of PAM in a clear and structured manner.

# fig3, ax3 = plt.subplots(1,1) plt.plot(t_tdm, tdm) plt.title('PAM-TDM') plt.xlabel('Time ') plt.ylabel('Amplitude ') plt.show()

Trong quá trình mô phỏng, có nhiều biến số tác động đến kết quả, trong đó tần số sóng mang fc và tần số lấy mẫu của hàm np.linspace() là hai yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ nhất.

Kết quả mô phỏng sóng mang với tần số fc = 20 và tần số lấy mẫu fs cho thấy rằng do tần số lấy mẫu quá nhỏ, sóng mang không duy trì được hình dạng chính xác, dẫn đến sự xuất hiện của các đầu nhọn thay vì hình dạng vuông.

Tần số sóng mang đóng vai trò quan trọng trong độ chính xác của hàm số sau khôi phục, trong khi tần số lấy mẫu ảnh hưởng đến cả độ chính xác của sóng mang lẫn tín hiệu đầu vào Để đạt được mô phỏng chính xác, tần số sóng mang và tần số lấy mẫu cần được thiết lập ở mức cao Tuy nhiên, tần số sóng mang không được vượt quá tần số lấy mẫu, vì điều này có thể dẫn đến hiện tượng chồng lấn.

Sau đây là minh họa trường hợp fc = fs

Có thể dễ dàng quan sát được khi này fc’= 1Hz

Tiêu đề	Kỹ thuật ghép kênh/phân kênh TDM
Tác giả	Đinh Ngọc Minh, Trần Đức Nam, Mai Thành Danh, Nguyễn Minh Nghĩa, Phan Văn Lộc
Người hướng dẫn	ThS. Đặng Ngọc Hạnh
Trường học	Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật hệ thống viễn thông
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,63 MB