NGN - Điều chế mã xung

Sự ra đời của truyền thông dữ liệu và thoại tốc độ cao đã làm nảy sinh nhu cầu về một phương tiện truyền tải thông tin nhanh chóng. Các mạch hoặc liên kết kỹ thuật số đã phát triển từ nhu cầu truyền giọng nói hoặc dữ liệu ở dạng kỹ thuật số.

Việc chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số tuân theo quy trình bốn giai đoạn ( xem Hình sau ) và sẽ được trình bày chi tiết trong các phần sau.

Lấy mẫu

Các tần số giọng nói có dạng tín hiệu tương tự, tức là sóng sin ( xem Hình sau ). Tín hiệu này phải được chuyển đổi thành dạng nhị phân để nó được truyền qua phương tiện kỹ thuật số. Giai đoạn đầu tiên của quá trình chuyển đổi này là chuyển đổi tín hiệu âm thanh thànhPulse Amplitude Modulation(PAM)tín hiệu. Quá trình này thường được gọi làsampling.

Quá trình lấy mẫu phải thu thập đầy đủ thông tin từ các tần số thoại đến để có thể tạo bản sao của tín hiệu gốc. Tần số giọng nói thường nằm trong khoảng300Hz to 3400Hz, thường được gọi là commercial speech band.

Để lấy mẫu, một tần số lấy mẫu được áp dụng cho tần số giọng nói ban đầu. Tần số lấy mẫu được xác định bởiNyquist Sampling Theorem, điều đó ra lệnh “the frequency of sampling should be at least twice the highest frequency component.”

Điều này đảm bảo rằng một mẫu được lấy tối thiểu một lần trong mỗi nửa chu kỳ, do đó, loại bỏ khả năng lấy mẫu tại các điểm không của chu kỳ, nơi sẽ không có biên độ. Điều này dẫn đến tần số lấy mẫu tối thiểu là 6,8 KHz.

Tiêu chuẩn Châu Âu lấy mẫu tín hiệu đến tại 8 KHZ, đảm bảo một mẫu, được lấy mọi 125micro secondshoặc 1/8000 giây ( xem Hình sau ).

Lượng tử hóa

Biên độ của mỗi mẫu lý tưởng sẽ được gán mã nhị phân (1 hoặc 0), nhưng có thể có vô số biên độ; do đó, cần có sẵn một số lượng vô hạn mã nhị phân. Điều này sẽ không thực tế, vì vậy một quy trình khác phải được sử dụng, được gọi làquantizing.

Lượng tử hóa so sánh tín hiệu PAM với thang đo lượng tử hóa, có số lượng hữu hạn các mức rời rạc. Thang đo lượng tử hóa chia thành 256 mức lượng tử, trong đó, 128 mức dương và 128 mức âm.

Giai đoạn lượng tử hóa liên quan đến việc phân bổ một mã nhị phân 8 bit duy nhất thích hợp với khoảng lượng tử hóa mà biên độ của tín hiệu PAM rơi vào ( xem Hình sau ).

Điều này bao gồm 1 bit phân cực với 7 bit còn lại được sử dụng để xác định mức lượng tử hóa ( như trong hình trên ).

Bit đầu tiên như đã thấy trước đây là bit phân cực, ba bit tiếp theo cho mã phân đoạn, cho tám mã phân đoạn, và bốn bit còn lại cho mức lượng tử hóa, cho mười sáu mức lượng tử hóa.

Ép buộc

Bản thân quá trình lượng tử hóa dẫn đến một hiện tượng được gọi là quantization distortion. Điều này xảy ra khi biên độ tín hiệu được lấy mẫu nằm giữa các mức lượng tử hóa. Tín hiệu luôn được làm tròn đến mức tổng thể gần nhất. Sự khác biệt giữa mức được lấy mẫu và mức lượng tử hóa là sự biến dạng lượng tử.

Tốc độ thay đổi biên độ của tín hiệu thay đổi ở các phần khác nhau của chu kỳ. Điều này xảy ra nhiều nhất ở tần số cao vì biên độ của tín hiệu thay đổi nhanh hơn ở tần số thấp. Để khắc phục điều này, mã phân đoạn đầu tiên có các mức lượng tử hóa gần nhau. Sau đó, mã phân đoạn tiếp theo sẽ tăng gấp đôi chiều cao của đoạn trước đó, v.v. Quá trình này được gọi làcompanding, vì nó nén các tín hiệu lớn hơn và mở rộng các tín hiệu nhỏ hơn.

Ở Châu Âu, họ sử dụng A-law so với Bắc Mỹ và Nhật Bản, những người sử dụng μ law.

Vì sự biến dạng lượng tử hóa tương đương với tiếng ồn, việc xử lý sẽ cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu trên các tín hiệu có biên độ thấp và tạo ra tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu có thể chấp nhận được trên toàn bộ dải biên độ.

Mã hóa

Để thông tin nhị phân được truyền qua một con đường kỹ thuật số, thông tin phải được sửa đổi thành một mã dòng phù hợp. Kỹ thuật mã hóa được sử dụng ở Châu Âu được gọi làHigh Density Bipolar 3 (HDB3).

HDB3 có nguồn gốc từ mã dòng được gọi là AMI hoặc Alternate Mark Inversion. Trong mã hóa AMI, có 3 giá trị được sử dụng: không có tín hiệu nào để biểu diễn số nhị phân 0 và tín hiệu tích cực hoặc tiêu cực được sử dụng luân phiên để biểu thị số nhị phân 1.

Một vấn đề liên quan đến mã hóa AMI xảy ra khi một chuỗi dài các số không được truyền. Điều này có thể gây ra sự cố vòng lặp khóa pha ở đầu thu ở xa.

HDB3hoạt động theo cách tương tự như AMI, nhưng kết hợp thêm một bước mã hóa thay thế bất kỳ chuỗi nào gồm bốn số không bằng ba số không, theo sau là 'bit vi phạm.' Sự vi phạm này là của cùng một cực của quá trình chuyển đổi trước đó ( xem Hình sau ).

Như có thể thấy trong ví dụ, 000V thay thế chuỗi đầu tiên của bốn số không. Tuy nhiên, việc sử dụng kiểu mã hóa này có thể dẫn đến mức DC trung bình được đưa vào tín hiệu, vì có thể có một chuỗi dài các số không, tất cả đều được mã hóa theo cùng một cách. Để tránh điều này, mã hóa của từng số không liên tiếp được thay đổi thành B00V, bằng cách sử dụng bit 'Vi phạm lưỡng cực' xen kẽ theo cực.

Từ đó, có thể giả định rằng với mã hóa HDB3, số lượng số không tối đa không có chuyển tiếp là ba. Kỹ thuật mã hóa này thường được gọi làmodulation format.