Xem mẫu
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG
TRUYỄN DẪN SỐ
IT
Chuyên ngành Điện tử truyền thông
BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ )
TRUYỄN DẪN SỐ
T
Chuyên ngành Điện tử Truyền thông
P
(Lưu hành nội bộ)
Biên soạn: T.S Lê Nhật Thăng
Biên soạn: PGS. TS. Lê Nhật Thăng Vũ Thị Thúy Hà
ThS.
ThS. Vũ Thị Thúy Hà
ThS. Nguyễn Thị Thu
Hiên
ThS. Nguyễn Thị Thu Hiên
Hà Nội, 12/2013
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... I
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT................................................................................... VI
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ ...................2
1.1 Đặc điểm của thông tin số .....................................................................................2
1.2. Các thành phần của hệ thống truyền thông số ......................................................3
1.3 Các kênh truyền và đặc tính ..................................................................................5
IT
1.4. Các mô hình toán cho kênh truyền dẫn ..............................................................8
1.5 Quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số..................................................11
Câu hỏi và bài tập chương 1........................................................................................12
CHƯƠNG 2: MÃ HÓA NGUỒN ...............................................................................13
T
2.1 Mô hình toán học cho nguồn thông tin ................................................................13
2.2 Độ đo thông tin ....................................................................................................14
2.2.1 Lượng tin tương hỗ trung bình và Entropy ..................................................15
P
2.2.2 Đo thông tin cho biến ngẫu nhiên liên tục....................................................15
2.3 Mã hóa cho nguồn rời rạc ....................................................................................16
2.3.1 Mã hóa nguồn rời rạc không nhớ .................................................................16
2.3.2 Entropy của nguồn dừng rời rạc ...................................................................19
2.3.3
Thuật toán Lempel-Ziv .............................................................................19
2.4 Mã hóa cho nguồn tương tự - lượng tử hóa tối ưu
21
2.4.1
Hàm tốc độ - méo .....................................................................................21
2.4.2
Kỹ thuật lượng tử ......................................................................................22
2.5 Kỹ thuật mã hóa cho nguồn tương tự. .................................................................24
2.5.1 Mã hóa dạng sóng thời gian: ........................................................................25
2.5.1.1 Phương pháp điều chế xung mã PCM .....................................................25
i
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
2.5.1.2 Điều xung mã vi sai DPCM ....................................................................29
2.5.1.3 Điều chế Delta (DM) ...............................................................................30
2.5.1.4 Điều chế xung mã vi sai thích ứng (ADPCM) ..........................................31
2.5.2
Bộ mã hóa dạng sóng trong miền tần số ...................................................31
2.5.3 Mã hóa nguồn dựa trên mô hình phát âm .....................................................32
Câu hỏi và bài tập chương 2 ......................................................................................34
CHƯƠNG 3: MÃ HÓA KÊNH ..................................................................................37
3.1. Phát hiện lỗi và sửa lỗi .......................................................................................37
3.1.1. Phát hiện lỗi .................................................................................................38
3.1.2. Kiểm tra chẵn lẻ 2 chiều ..............................................................................41
3.1.3. Các mã đa thức ............................................................................................42
IT
3.1.4. Sửa lỗi ..........................................................................................................46
3.1.5. Ghép xen ......................................................................................................46
3.1.6. Các vector mã và khoảng cách Hamming ...................................................47
3.1.7. Hệ thống FEC ..............................................................................................48
T
3.1.8. Hệ thống ARQ .............................................................................................51
3.2. Các mã khối tuyến tính .......................................................................................55
P
3.2.1. Các mã khối tuyến tính hệ thống .................................................................58
3.2.2. Ma trận kiểm tra chẵn lẻ ..............................................................................59
3.2.3. Kiểm tra Syndrome......................................................................................60
3.3. Các mã chập........................................................................................................62
3.3.1
Tạo mã chập ..............................................................................................62
3.3.2. Biểu diễn mã chập .......................................................................................65
3.3.2.1. Sơ đồ hình cây ........................................................................................65
3.3.2.2. Sơ đồ trạng thái ......................................................................................66
3.3.2.3. Sơ đồ hình lưới .......................................................................................67
3.3.3. Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi ....................................................67
3.4. Các mã kết nối và giải mã lặp ............................................................................69
3.4.1. Bộ mã hóa Turbo .........................................................................................70
ii
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
3.4.1.1. Tổng quan ...............................................................................................70
3.4.1.2. Ghép xen Turbo ......................................................................................72
3.4.2. Giải mã Turbo..............................................................................................75
3.4.2.1. Giới thiệu ................................................................................................75
3.4.2.2. Kiến trúc bộ giải mã ...............................................................................75
3.4.2.3. Giải mã lặp và bộ giải mã SISO .............................................................76
3.5. Các mã nâng cao .................................................................................................78
3.5.1. Kiến trúc mã LDPC .....................................................................................79
3.5.2. Đồ hình Tanner ............................................................................................80
3.5.3. Mã hóa .........................................................................................................82
3.5.3.1. Mã hóa sử dụng ma trận sinh G .............................................................82
IT
3.5.3.2. Mã hóa sử dụng ma trận chẵn lẻ H .........................................................84
3.5.4. Giải mã ........................................................................................................87
3.5.4.1. Thuật toán giải mã tổng tích trên miền xác suất SPA ............................89
Câu hỏi và bài tập chương 3 ......................................................................................92
T
́
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SÔ ...........................................................94
4.1. Tổng quan về kỹ thuật ghép kênh.......................................................................94
4.1.1. Khái niệm về ghép kênh ..............................................................................94
P
4.1.2. Các kỹ thuật ghép kênh ...............................................................................95
4. 2. Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống truyền dẫn số ..........................104
4.2.1. Kỹ thuật ghép kênh TDM-PCM ................................................................104
4.2.2. Kỹ thuật ghép kênh PDH ...........................................................................105
4.2.3. Kỹ thuật ghép kênh SDH ...........................................................................106
Câu hỏi và bài tập chương 4 ....................................................................................110
CHƯƠNG 5: MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN .....................................................................110
5.1. Tổng quan về mã đường truyền ........................................................................110
5.2. Các loại mã truyền đường truyền .....................................................................115
5.2.1 Mã AMI ......................................................................................................115
5.2.2. Mã CMI (Coded Mark Inversion) .............................................................116
iii
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
5.2.3. Mã HDBn ..................................................................................................117
5.2.4. Mã BnZS (Binary N-Zero Substitution) ....................................................117
Câu hỏi và bài tập chương 5 ....................................................................................120
CHƯƠNG 6: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ ..............................................121
6.1.Tổng quan về điều chế số .................................................................................121
6.2. Các phương thức điều chế - giải điều chế ........................................................122
6.2.1. Điều chế khóa dịch biên độ (ASK) ...........................................................123
6.2.2. Điều chế khóa dịch pha (PSK) ..................................................................125
6.2.2.1 Điều chế BPSK ......................................................................................125
6.2.2.2. Khóa dịch pha vi phân (DPSK) ............................................................128
6.2.2.3. Khóa dịch pha cầu phương và Khóa dịch pha M-ary .........................128
IT
6.2.3. Điều chế khóa dịch tần (FSK) ...................................................................129
6.2.4. Điều biên cầu phương (QAM)...................................................................130
6.3. Đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật điều chế .................................................132
6.3.1. Điều chế ASK ............................................................................................132
T
6.3.2. Điều chế PSK ............................................................................................133
6.3.3. Điều chế FSK ............................................................................................134
P
6.3.4. Điều chế QAM ..........................................................................................135
Câu hỏi và bài tập chương 6 ....................................................................................136
CHƯƠNG 7: ĐỒNG BỘ ...........................................................................................138
7.1.Đồng bộ trong truyền dẫn số .............................................................................138
7.2. Đồng bộ phía thu ..............................................................................................139
7.2.1. Mạch vòng khóa pha .................................................................................139
7.2.2.1. Đồng bộ ký hiệu vòng hở .....................................................................142
7.2.2.2. Đồng bộ ký hiệu vòng kín ....................................................................144
7.2.3. Đồng bộ khung ..........................................................................................146
7.3. Đồng bộ mạng ..................................................................................................148
7.3.1. Đồng bộ phía phát vòng hở .......................................................................150
7.3.2. Đồng bộ phía phát vòng kín ......................................................................153
iv
nguon tai.lieu . vn
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG
TRUYỄN DẪN SỐ
IT
Chuyên ngành Điện tử truyền thông
BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ )
TRUYỄN DẪN SỐ
T
Chuyên ngành Điện tử Truyền thông
P
(Lưu hành nội bộ)
Biên soạn: T.S Lê Nhật Thăng
Biên soạn: PGS. TS. Lê Nhật Thăng Vũ Thị Thúy Hà
ThS.
ThS. Vũ Thị Thúy Hà
ThS. Nguyễn Thị Thu
Hiên
ThS. Nguyễn Thị Thu Hiên
Hà Nội, 12/2013
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... I
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT................................................................................... VI
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ ...................2
1.1 Đặc điểm của thông tin số .....................................................................................2
1.2. Các thành phần của hệ thống truyền thông số ......................................................3
1.3 Các kênh truyền và đặc tính ..................................................................................5
IT
1.4. Các mô hình toán cho kênh truyền dẫn ..............................................................8
1.5 Quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số..................................................11
Câu hỏi và bài tập chương 1........................................................................................12
CHƯƠNG 2: MÃ HÓA NGUỒN ...............................................................................13
T
2.1 Mô hình toán học cho nguồn thông tin ................................................................13
2.2 Độ đo thông tin ....................................................................................................14
2.2.1 Lượng tin tương hỗ trung bình và Entropy ..................................................15
P
2.2.2 Đo thông tin cho biến ngẫu nhiên liên tục....................................................15
2.3 Mã hóa cho nguồn rời rạc ....................................................................................16
2.3.1 Mã hóa nguồn rời rạc không nhớ .................................................................16
2.3.2 Entropy của nguồn dừng rời rạc ...................................................................19
2.3.3
Thuật toán Lempel-Ziv .............................................................................19
2.4 Mã hóa cho nguồn tương tự - lượng tử hóa tối ưu
21
2.4.1
Hàm tốc độ - méo .....................................................................................21
2.4.2
Kỹ thuật lượng tử ......................................................................................22
2.5 Kỹ thuật mã hóa cho nguồn tương tự. .................................................................24
2.5.1 Mã hóa dạng sóng thời gian: ........................................................................25
2.5.1.1 Phương pháp điều chế xung mã PCM .....................................................25
i
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
2.5.1.2 Điều xung mã vi sai DPCM ....................................................................29
2.5.1.3 Điều chế Delta (DM) ...............................................................................30
2.5.1.4 Điều chế xung mã vi sai thích ứng (ADPCM) ..........................................31
2.5.2
Bộ mã hóa dạng sóng trong miền tần số ...................................................31
2.5.3 Mã hóa nguồn dựa trên mô hình phát âm .....................................................32
Câu hỏi và bài tập chương 2 ......................................................................................34
CHƯƠNG 3: MÃ HÓA KÊNH ..................................................................................37
3.1. Phát hiện lỗi và sửa lỗi .......................................................................................37
3.1.1. Phát hiện lỗi .................................................................................................38
3.1.2. Kiểm tra chẵn lẻ 2 chiều ..............................................................................41
3.1.3. Các mã đa thức ............................................................................................42
IT
3.1.4. Sửa lỗi ..........................................................................................................46
3.1.5. Ghép xen ......................................................................................................46
3.1.6. Các vector mã và khoảng cách Hamming ...................................................47
3.1.7. Hệ thống FEC ..............................................................................................48
T
3.1.8. Hệ thống ARQ .............................................................................................51
3.2. Các mã khối tuyến tính .......................................................................................55
P
3.2.1. Các mã khối tuyến tính hệ thống .................................................................58
3.2.2. Ma trận kiểm tra chẵn lẻ ..............................................................................59
3.2.3. Kiểm tra Syndrome......................................................................................60
3.3. Các mã chập........................................................................................................62
3.3.1
Tạo mã chập ..............................................................................................62
3.3.2. Biểu diễn mã chập .......................................................................................65
3.3.2.1. Sơ đồ hình cây ........................................................................................65
3.3.2.2. Sơ đồ trạng thái ......................................................................................66
3.3.2.3. Sơ đồ hình lưới .......................................................................................67
3.3.3. Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi ....................................................67
3.4. Các mã kết nối và giải mã lặp ............................................................................69
3.4.1. Bộ mã hóa Turbo .........................................................................................70
ii
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
3.4.1.1. Tổng quan ...............................................................................................70
3.4.1.2. Ghép xen Turbo ......................................................................................72
3.4.2. Giải mã Turbo..............................................................................................75
3.4.2.1. Giới thiệu ................................................................................................75
3.4.2.2. Kiến trúc bộ giải mã ...............................................................................75
3.4.2.3. Giải mã lặp và bộ giải mã SISO .............................................................76
3.5. Các mã nâng cao .................................................................................................78
3.5.1. Kiến trúc mã LDPC .....................................................................................79
3.5.2. Đồ hình Tanner ............................................................................................80
3.5.3. Mã hóa .........................................................................................................82
3.5.3.1. Mã hóa sử dụng ma trận sinh G .............................................................82
IT
3.5.3.2. Mã hóa sử dụng ma trận chẵn lẻ H .........................................................84
3.5.4. Giải mã ........................................................................................................87
3.5.4.1. Thuật toán giải mã tổng tích trên miền xác suất SPA ............................89
Câu hỏi và bài tập chương 3 ......................................................................................92
T
́
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SÔ ...........................................................94
4.1. Tổng quan về kỹ thuật ghép kênh.......................................................................94
4.1.1. Khái niệm về ghép kênh ..............................................................................94
P
4.1.2. Các kỹ thuật ghép kênh ...............................................................................95
4. 2. Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống truyền dẫn số ..........................104
4.2.1. Kỹ thuật ghép kênh TDM-PCM ................................................................104
4.2.2. Kỹ thuật ghép kênh PDH ...........................................................................105
4.2.3. Kỹ thuật ghép kênh SDH ...........................................................................106
Câu hỏi và bài tập chương 4 ....................................................................................110
CHƯƠNG 5: MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN .....................................................................110
5.1. Tổng quan về mã đường truyền ........................................................................110
5.2. Các loại mã truyền đường truyền .....................................................................115
5.2.1 Mã AMI ......................................................................................................115
5.2.2. Mã CMI (Coded Mark Inversion) .............................................................116
iii
Bài giảng Truyền dẫn số
Mục lục
5.2.3. Mã HDBn ..................................................................................................117
5.2.4. Mã BnZS (Binary N-Zero Substitution) ....................................................117
Câu hỏi và bài tập chương 5 ....................................................................................120
CHƯƠNG 6: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ ..............................................121
6.1.Tổng quan về điều chế số .................................................................................121
6.2. Các phương thức điều chế - giải điều chế ........................................................122
6.2.1. Điều chế khóa dịch biên độ (ASK) ...........................................................123
6.2.2. Điều chế khóa dịch pha (PSK) ..................................................................125
6.2.2.1 Điều chế BPSK ......................................................................................125
6.2.2.2. Khóa dịch pha vi phân (DPSK) ............................................................128
6.2.2.3. Khóa dịch pha cầu phương và Khóa dịch pha M-ary .........................128
IT
6.2.3. Điều chế khóa dịch tần (FSK) ...................................................................129
6.2.4. Điều biên cầu phương (QAM)...................................................................130
6.3. Đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật điều chế .................................................132
6.3.1. Điều chế ASK ............................................................................................132
T
6.3.2. Điều chế PSK ............................................................................................133
6.3.3. Điều chế FSK ............................................................................................134
P
6.3.4. Điều chế QAM ..........................................................................................135
Câu hỏi và bài tập chương 6 ....................................................................................136
CHƯƠNG 7: ĐỒNG BỘ ...........................................................................................138
7.1.Đồng bộ trong truyền dẫn số .............................................................................138
7.2. Đồng bộ phía thu ..............................................................................................139
7.2.1. Mạch vòng khóa pha .................................................................................139
7.2.2.1. Đồng bộ ký hiệu vòng hở .....................................................................142
7.2.2.2. Đồng bộ ký hiệu vòng kín ....................................................................144
7.2.3. Đồng bộ khung ..........................................................................................146
7.3. Đồng bộ mạng ..................................................................................................148
7.3.1. Đồng bộ phía phát vòng hở .......................................................................150
7.3.2. Đồng bộ phía phát vòng kín ......................................................................153
iv