§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45

PHẦN 1:KỸ THUẬT ĐIỀU XUNG MÃ PCM

*Điều xung mã PCM là quá trình biến đổi tương tự sang số ( A/D ) trong đó
thông tin đầu vào dưới dạng các mẫu tín hiệu tương tự được biến đổi
thành các tổ hợp mã nối tiếp ở đầu ra

* Điều xung mã PCM bao gồm 3 quá trình:
1.lấy mẫu
2.lượng tử hoá
3.mã hoá m∙ ho¸
S(t)
l−îng
tö
ho¸
lÊy mÉu
Tæ hîp m∙1.1:LẤY MẪU :
*Là quá trình rời rạc hoá tín hiệu tương tự đầu vào theo tần số lấy mẫu f.
S
m
(t)
S(t)
Thiết bị nhân


-B
w
B
w
Phổ tín hiệu đầu vào

*Các nhiễu chồng phổ : Nếu các tín hiệu tương tự S(t) được gián đoạn
hoá với tần số lấy mẫu f< 2B
w
thì tín hiệu gốc không thể được khôi
phục lại mà không bị méo .Méo ở tín hiệu ra được hình thành là do
các dải biên của tần số lấy mẫu rơi vào phổ gốc (các băng bên có phần
trùng lên nhau)và không thể tách chúng ra được bằng bộ lọc .

1.2:LƯỢNG TỬ HOÁ : Là chuyển một xung sau khi đã lấy mẫu thành một
xung có biên độ bằng mức lượng tử gần nhất .Đây là quá trình cơ bản
nhất của kỹ thuật PCM vì nó cho phép chuyển một tín hiệu tương tự sang
một tín hiệu số .

*Ưu điểm : lượng tử hoá tín hiệu đã được lấy mẫu giảm được ảnh hưởng
của tạp âm trong hệ thống .Lượng tử hoá hạn chế số lượng các mức cho
phép của tín hiệu đã lấy mẫu và chuẩn bị để chuyển tín hiệu gốc từ dạng
tương tự thành dạng số .Nếu sự phân biệt giữa các mức lượng tử lớn hơn
so với sự rối loạn do tạp âm gây ra thì máy thu dễ dàng xác định được
mức riêng đã phát đi.

*Nhược điểm: do có sự sai lệch giữa giá trị thực và gía trị mức lượng tử nên
sẽ sinh ra tạp âm lượng tử .


: giá trị cực đại và cực tiểu cho phép
Giả sử:

aXX 2
minmax
=−
Thì khoảng cách giữa các mức lượng tử là:
p
a2

Các mức ngưỡng là cách đều nhau .Đối với lượng tử tuyến tính thì mức
lượng tử sẽ nằm giữa các mức ngưỡng

3
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45 -Ta có sai số lượng tử e(t) được xác định theo biểu thức sau:
e
p
(t) = x
p
(t) – x(t)
-Sai số lượng tử này xuất hiện những tạp âm ngẫu nhiên có công suất e
2
-Ta giả thiết bộ lượng tử tuyến tính có khoảng động là 2a
(từ –a dến +a)nếu bộ lượng tử có cấu trúc các mức lượng tử đều p thì
khoảng cách giữa các mức là :
p

=

và hàm khối lượng xác suất :
()
p
mXQ
i
1
==

Ta có :
X
2
= ∫ x
2
f(x) dx
nên suy ra
∫
==
2
2
22
3
2
p
a
de
a
p
ee

mS
pi
1
.
1
.
22

-Các mức lượng tử chỉ xảy tại các khoảng lẻ ∆/2 : m
i
= i . ∆/2
-Số lượng các mức lượng tử trong thực tế có tính đến cả mức 0 ,dương và
âm nên công suất trung bình của tín hiệu trong biểu thức trên được
tính gấp đôi số mức lượng tử :
(
)
()
12
1
6
1
4
2
4
.
22
2
2
22
2

.1
2
2
2
2
−=
Δ
Δ
−= QQ
N
S

Khi Q >> 1 và các mức lượng tử được mã hoá thành các từ mã b bít thì
() ()
dbbdbQ
N
S
b
62log.20log.20 ===

Khi mức tín hiệu đầu ra cố định ,số mức lượng tử tăng ,dẫn đến giảm
méo lượng tử vì sai số lượng tử giữa trị số mẫu thực đầu vào và trị số
lượng tử chỉ bằng hoặc nhỏ hơn một nửa bước lượng tử

Nếu các mức lượng tử xếp đặt xát nhau và tạp âm nhiệt cũng như các tạp
âm khác ở đầu vào sẽ gây ra chọn nhầm các mức lượng tử.Còn nếu
các mức lượng tử đặt cách nhau quá xa thì việc phục hồi tín hiệu gốc
là không thể phục hồi được vì méo lượng tử quá lớn.

Để khắc phục điều này ta có thể sử dụng một số biện pháp sau:

K45

*Các luật nén thông dụng là :
-Luật nén ỡ:
()
()
()
x
x
x
YxCY sgn
1ln
1ln
max
max
μ
μ
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
==

Xấp xỉ tín hiệu lớn và nhỏ:
()
1

Y
x
x
Y
xCY
μ
μ
μ
μ
μ
μ

Trong đó :
-X
max
: là điện áp cực đại của tín hiệu vào
-ỡ thường là tham số (=100 hoặc =255)
-Y là tín hiệu đầu ra bộ nén đi đến bộ lượng tử đèn (nó có trị số cực đại là
Y
max
).

-Luật nén A:
()
1
1
1
0
ln1
ln1

x
x
A
khi
Ax
x
khi
A
x
xA
Y
A
x
x
A
Y
xCY

A thường chọn là 87.6
X
max
là điện áp cực đại của tín hiệu vào
Y là tín hiệu đầu ra của bộ nén
-Cả hai tham số A và ỡ được xác định một cách chính xác đối với dặc
tính nén .Trị số nén của chúng càng lớn thì hiệu quả càng cao .Việc sử
dụng các điôt để tạo ra đặc tính nén giãn ỡ nảy sinh ra vấn đề là phối
hợp giữa đặc tính nén và đặc tính giãn.ở mỹ và châu âu đã sử dụng kỹ
thuật nén –giãn số nhờ việc gần đúng hoá đặc tính logarit thành các
đường gãy khúc .
-Cả hai phương pháp mã hoá và phương pháp nén là đồng thới được tiến

nghĩa là p = 256 mức hay mức tương ứng với 258 từ mã 8 bit .Tuy
nhiên trong trường hợp của luật ỡ các từ mã được lập như sau:
bit phân cực =(0,1)
bit phân đoạn = (000…111)
bit phân bước = (0000…1111)
cực “+” của dạng sóng tín hiệu tương ứng với bit cực 0
cực “-“ của dạng sóng tín hiệu tương ứng với bit cực 1 7
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45 1.4:TÁI LƯỢNG TỬ VÀ GIẢI MÃ:
-Toàn bộ phần này có liên quan đến mã hoá . Trong thực tế thì quá trình
lượng tử và mã hóa trong bộ biến đổi tương tự –số không tách rời
nhau .Đầu thu của hệ thống ,tại điểm mà các bit số được tái tạo nhờ
thiết bị sử lý tín hiệu thu,các từ mã tin phải được giải mã .Bước đầu
tiên trong quá trình thu của kỹ thuật PCM là tách tín hiệu từ tạp âm
.Chức năng này được thực hiện thông qua tái lượng tử ,trong đó bộ lấy
mẫu tiến hành quyết định digit thu được mức lôgic 1 hoặc 0.dãy bit số
sau khi được phục hồi đưa đến bộ giải mã tại đây bộ biến đổi số –
tương tự (D/A) hoạt động ngược lại so với bộ mã hoá để chuyển các
từ mã số thành các mức lượng tử rời rạc đầu ra bộ giải mã là các xung
lấy mẫu nhiều mức lượng tử đặc trưng cho tín hiệu PAM lượng tử
.Sau đó tín hiệu này được lọc để khử các tần số nằm ngoài băng âm
thoại ,K ết quả là thu được tín hiệu sau khi lọc giống tín hiệu tương tự
ở phía phát .Để giúp cho bộ lấy mẫu hoạt động chính xác,tin tức về
thời gian được phát kèm theo từ mã.

2.1:SƠ ĐỒ KHỐI BỘ GHÉP PCM - N :

SĐ
SĐ
Lấy
mẫu
Lấy
mẫu
Chọn
xung
kênh
Chọn
xung
kênh
≈
≈
≈
≈
Mã
hoá
Giải
mã
Tách
kênh
Ghép
kênh
Lập mã
đư
ờng
Giải mã


.Dãy xung 2048 kbit/s đầu ra bộ tạo xung phát của PCM 30 và 1544
kbit/s của PCM 24 qua bộ chia để tạo ra xung điều khiển các mạch
lấy mẫu 8 kbit/s ,điều khiển các bộ mã hoá Báo hiệu từ các thuê bao
được đưa tới khối xử lý báo hiệu.Tại đây báo hiệu được chuyển đổi
thành các bit để ghép vào khung.Dãy bit hai mức đầu ra khối ghép
kênh qua khối lập mã đường chuyển thành dãy bit 3 mức và đi ra
ngoài .

-Tại nhánh thu ,dãy bit 3 mức từ ngoài đi vào khối giải mã đường để
chuyển thành dãy bit 2 mức.Khối tách kênh tách luồng bit đầu vào
thành 30 kênh thoại .kênh đồng bộ và kênh báo hiệu .Khối báo hiệu
chuyển các bit báo hiệu thành tín hiệu báo hiệu ban đầu ,chẳng hạn
báo hiệu đa tần các digit bộ số thuê bao ,xung điều khiển rơle xung
đồng bộ đưa tới khối tạo xung thu để khởi động bộ chia xung và tạo ra
các khe thời gian đồng bộ với phía phát.các từ mã 8 bit của 30 kênh
thoại đưa tới bộ giải mã để chuyển thành các xung lượng tử ,qua bộ
chọn xung kênh và bộ lọc thông thấp tách ra tín hiệu thoại analog .Tín
hiệu thoại analog qua bộ sai động đi vào máy điện thoại .Bộ chọn
xung kênh là một chuyển mạch điện tử đóng mở theo tôc độ và pha
của bộ lấy mẫu ở phía phát. Đầu vào bộ chọn xung kênh đấu song
song với nhau và mỗi bộ chỉ cho xung kênh mình đi qua .Nói một
cách khác tách kênh theo thời gian được thực hiện tại đây.

2.2:CẤU TRÚC KHUNG VÀ ĐA KHUNG CỦA BỘ GHÉP PCM
30:
2.2.1:cấu trúc khung và đa khung:
Cấu trúc khung và đa khung của bộ ghép PCM 30 như hình dưới:

10

8 26 3111
S
12 22
29
b6
17
CH
S 0
4
0
26 14
F13
SS
T
MF
=125ỡs x 16 = 2 ms
3
Đa khung
16 khung
TS - Khe thời gian
1 23
0
6 18
A
20
11 19
T
F
= 125ỡs
0

30
S

0
F1
1210
Các khung chẵn
Cấu trúc khung và đa khung của bộ ghép PCM 30
F7
27
b7
1
30
23
1 1
5 21
b1
28
9
Si
S -Khung có thời hạn 125 ỡs được chia thành 32 khe thời gian bằng nhau
và đánh số thứ tự từ Ts
0
Ts
31
.Mỗi khung gồm có 256 bit và chu kỳ
lặp lại của khung bằng 8000Hz .Mỗi đa khung kéo dài trong 2 ms và

16
của khung F
1
F
15
dùng để truyền báo hiệu .Báo
hiệu của mỗi kênh thoại được mã hoá thánh 4 bit a,b,c,d và ghép vào
nửa khe thời gian Ts
16
.nửa bên trái truyền các báo hiệu của các kênh
thoại thứ 1 đến 15 ,và nửa trái truyền báo hiệu các kênh thoại từ 16
đến 30.Như vậy phải có 16 khe thời gian Ts
16
trong một đa khung mới

11
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45

đủ để truyền báo hiệu và đồng bộ đa khung.Đó cũng là lý do tại sao
mỗi đa khung chứa 16 khung .Nếu các bit abcd không dùng cho báo
hiệu thì đặt b= 1,c=0,và d=1 ngoài ra cũng cần lưu ý cấm sử dụng tổ
hợp 0000 để truyền báo hiệu vì nó trùng với từ mã đồng bộ đa
khung.phương thức báo hiệu đã trình bầy trên đây gọi là báo hiệu
kênh kết hợp CAS

-Ngoài ra còn có phương thức báo hiệu kênh chung CCS ,trong đó báo
hiệu của các kênh thoại được truyền trên một đường riêng .điển hình
của CCS là hệ thống báo hiệu số 7 (CCSS-7)


13 E 1 A S S S S S
14 C4 0 0 1 1 0 1 1
15 E 1 A S S S S S

Bảng 1.1 tóm tắt chức năng các bit của khe thời giai Ts
0
trong mỗi đa
khung 16 khung .

12
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45 -Cũng có thể xem đa khung gồm 2 đa khung con , đa khung con thứ nhất
gồm khung 0 7 và đa khung con thứ 2 từ khung 8 15.Bit Si trong
các khung chẵn của mỗi đa khung con là các bit kiểm tra dư chu trình
C1C2C3C4(CRC – 4).bit Si trong các khung lẻ của đa khung tạo
thành từ mã đồng bộ đa khung CRC-4,bit E trong khung 13 chỉ thị lỗi
bit của đa khung con thứ nhất và bit E trong khung 15 chỉ thị lỗi bit
CRC – 4 của đa khung con thứ 2.

-Tính toán các bit CRC:

-CRC là số dư của phép chia đặc biệt và được diễn giải như sau :

-Muốn tính CRC trong đa khung con N phải căn cứ vào đa khung con N-
1.tống số các bit thông tin trong đa khung con N-1 (không tính các bit
CRC trong đa khung con này)được xem như một số nhị phân lớn. Số
nhị phân này được triển khai thành một đa thức và được gọi là đa thức


13
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45 4567485900

Bây giờ đem tích số này chia cho 97 sẽ được số dư bằng 49 .điều chỉnh
số mới này sao cho nó chia hết cho 97.muốn vậy cộng thêm phần bù
97 của 49 là 48 vào khối số liệu ban đầu mà vẫn không che lấp số liệu
và được:

4567485948

Dãy số cuối cùng này chia hết cho 97 và số dư bằng 0.Khối số liệu cuối
cùng này chứa khối số liệu ban đầu được truyền đi và nếu bị lỗi thì
phía thu dễ dàng phát hiện thông qua phần dư khác 0

Phương pháp thứ 2 của CRC là truyền đi khối số liệu ban đầu sau khi đã
nhân với 100 là

4567485900

Còn phần dư hợp vào khối số liệu tiếp theo để truyền đi phía thu đem
chia 4567485900,cho 97 được phần dư là 49 .Đem phần dư này so
sánh với phần dư gộp vào khối số liệu tiếp theo và xác định được khối
số liệu hiện tại có bị lỗi hay không .
Thí dụ 2:Tính CRC-4:
-Phía phát thiết bị PCM 30 hình thành các đa khung con gồm 8 khung


chia cho đa thức sinh x
4
+x+1: 14
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45

)(101
03
04
34
347
7
458
4578
569
46789
6710
48910
101114
0345610
04
4891114
soduxxx
xxx
xx
xxx

phân thành đa thức đặc trưng :
x
10
+x
7
+x
5
+x
4
+x
0
nhân đa thức đặc trưng với x
4
và chia tích số này cho đa thức sinh
x
4
+x+1 được số dư là 1011.Đem số dư 1011 so sánh với số dư đã đặt
trong đa khung con N mà phía phát chuyển tới (1011) ,như vậy không
có lỗi trong đa khung con N-1.Sơ đồ cài đặt và xử lý CRC-4 như sau:
15
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45

Phần dư
C1
C3
C1


(ĐKC N)
So sánh
p
hần dư
C1
Đa khung con N+1
C4
C3
C3
C4

C3
(ĐKC N-1)
Đa khung con N
Đa thức sinh
C1

C1
Hướng phát
(ĐKC N-1)
C4
C2
Đa khung con N-1
Đa khung con N+1
C2
(ĐKC N) . x
4
Đa khung con N-1
C1


16
§Ò tμi:ThiÕt kÕ khèi ®ång bé vμ t¸ch kªnh PCM 30/32 nhãm 4-§T03-
K45 PHẦN 3: SƠ ĐỒ KHỐI BÊN THU CỦA HỆ THỐNG PCM
30/32

-Bên thu nhận được dòng tín hiệu số dưới dạng mã đường dây,mạch giải mã
sẽ chuyển đổi mã HDB3 thành mã nhị phân ,đồng thời sẽ khôi phục xung
nhịp CLK điều khiển định thời thu làm việc để đồng bộ với định thời
phát.
-Bên thu kiểm tra đồng bộ bằng cách mang dòng thông tin đến để kiểm tra
.Đồng bộ đa khung được kiểm tra trước ,sau đó đến đồng bộ khung chẵn
,khung lẻ.Khi 3 định thời đã thoả mãn thì nó sẽ thiết lập trạng thái định
thời thu trùng với định thời phát rồi bắt đầu làm việc.
-Sau khi dòng số được chuyển sang dạng nhị phân .dòng số này sẽ đi vào bộ
Demux (bộ tách kênh).Trong Demux có mạch tái tạo xung đồng hồ để
kích cho định thời thu hoạt động .Bộ định thời thu có nhiệm vụ tạo ra các
xung định thời gian cho từng bit q
0
ữq
7
,xung định thời cho các khe Ts
0
ữTs
31
.
-Dòng số 2.048 sẽ qua mạch cảnh báo nhận dạng từ mã đồng bộ đa

thoại

Số liệu
64Kbi
t

Tín hiệu
rung chuông17