Giáo trình thông tin dữ liệu

Vũ Thanh Hải thông tin liệu Mục lục Mục lục lời nói đầu Ch-ơng 1: Tổng quan 11 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin 11 1.2 Các chức hệ thống thông tin liên lạc 13 1.3 Mô hình lớp OSI 15 Ch-ơng 2: Tín hiệu đ-ờng truyền 19 2.1 Khái niệm chung môi tr-ờng truyền tín hiƯu 19 2.1.1 M«i tr-êng trun 19 2.1.2 TÝn hiƯu 20 2.2 Tác động môi tr-ờng truyền tới việc trun tÝn hiƯu 24 2.2.1 Suy gi¶m 24 2.2.2 MÐo giữ chậm 25 2.2.3 Nhiễu tạp 27 2.3 Một số môi tr-ờng truyền 28 2.3.1 Cáp đôi dây xoắn 29 2.3.2 Cáp đồng trục 31 2.3.3 Cáp sợi quang 31 2.3.4 Viba 33 2.3.5 Thông tin vệ tinh 35 Vũ Thanh Hải thông tin liệu Ch-ơng 3: Biến đổi liệu thành tín hiệu 37 3.1 Biến đổi liệu số thành tín hiệu dạng số 37 3.2 Biến đổi liệu số thành tín hiệu t-ơng tự 44 3.2.1 Ph-ơng pháp điều chế ASK 45 3.2.2 Ph-ơng pháp điều chế dịch tần FSK 47 3.2.3 Ph-ơng pháp điều chế dịch pha PSK 49 3.2.4 Điều chế pha t-ơng đối DPSK 51 3.2.5 Điều chế nhiều mức 53 3.3 Biến đổi liệu t-ơng tự thành tín hiệu số 59 3.3.1 Điều chế xung mà PCM 59 3.3.2 Điều chế Delta DM 63 Ch-ơng 4: Các kỹ thuật thông tin số liệu 4.1 Truyền không đồng truyền đồng 67 4.1.1 Ph-ơng thức truyền không đồng 67 4.1.2 Ph-ơng thức truyền đồng 69 4.2 Mà giám sát lỗi 75 4.2.1 Đặc tính sai lỗi kênh thông tin 75 4.2.2 M· khèi 77 4.2.3 M· xo¾n 84 4.3 Phèi ghÐp Interfacing 90 4.3.1 Kh¸i niƯm 90 4.3.2 ChuÈn EIA 232D 92 4.3.3 §Êu nèi vËt lý cho ISDN 99 Vũ Thanh Hải thông tin liệu Ch-ơng 5: Điều khiển liên kết liệu 101 5.1 Cấu hình đ-ờng liên kết liệu 101 5.2 Điều khiển luồng 108 5.3 Kiểm soát lỗi 112 5.4 Điều khiển liên kết liệu dùng giao thức HDLC 116 Ch-ơng 6: Mô hình lớp OSI 127 6.1 Mô hình OSI 127 6.1.1 Nguyên tắc xây dựng 127 6.1.2 Chức lớp mô hình OSI 130 6.1.3 T-ơng tác lớp mô hình 133 6.2 Vài nét giao thức TCP/IP 137 Ch-ơng 7: Líp m¹ng 141 7.1 Giíi thiƯu chung 141 7.1.1 Líp mạng mô hình lớp OSI 141 7.1.2 Các nguyên hàm dịch vụ mạng 142 7.1.3 Các tham số chất l-ợng dịch vụ QoS 143 7.1.4 Phân loại m¹ng 145 7.2 M¹ng chun m¹ch 148 7.2.1 M¹ng chun mạch kênh 148 7.2.2 Mạng chuyển mạch tin 150 7.2.3 Mạng chuyển mạch gói 153 Vũ Thanh Hải thông tin liệu 7.3 Mạng quảng bá 7.3.1 Giới thiệu chung 158 7.3.2 Công nghệ mạng LAN 159 7.3.3 Các kỹ thuật điều khiển truy nhập 163 Tài liệu tham khảo 158 167 Vũ Thanh Hải thông tin liệu Lời nói đầu Thế kỷ 20 đánh dáu phát triển vô nhanh chóng thông tin liên lạc, Ngày nay, dạng tin tức nh- tiếng nói, hình ảnh, chữ viết, số liệu đo đạc trao đổi đ-ợc qua hệ thống thông tin liệu Thông tin liệu cung cấp cách nhìn tổng quát Tài liệu "Thông tin liệu" đ-ợc biên soạn làm giáo trình cho đào tạo đại học, cao học chuyên ngành vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Trong mối t-ơng quan với giáo trình khác (Kỹ thuật truyền dẫn, Mạng thông tin, Kỹ thuật chuyển mạch ) , tài liệu trình bầy cách tổng quan kỹ thuật truyền lý thuyết mạng, để tập trung vào nội dung điều khiển liên kết liệu Giáo trình gồm ch-ơng: Ch-ơng 1: Tổng quan Ch-ơng 2: Tín hiệu đ-ờng truyền Ch-ơng 3: Biến đổi liệu thành tín hiệu Ch-ơng 4: Các kỹ thuật thông tin số liệu Ch-ơng 5: Điều khiển liên kết liệu Ch-ơng 6: Mô hình lớp OSI Ch-ơng 7: Lớp mạng Với lần biên soạn đầu tiên, tài liệu tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đ-ợc đóng góp, góp ý đồng nghiệp bạn đọc, giúp cho tài liệu ngày hoàn thiện Vũ Thanh Hải thông tin liệu Ch-ơng Tổng quan 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin Mục đích hệ thống thông tin liên lạc trao đổi thông tin hai đối t-ợng Sơ đồ khối tổng quát hệ thống thông tin dạng đơn giản đ-ợc mô tả hình 1.1 Thông tin vào m Dữ liệu g hay tín hiệu g(t) đầu vào Thiết bị vào Tín hiệu phát s(t) Thiết bị phát Tín hiệu thu r(t) Môi tr-ờng truyền Dữ liệu g' hay tín hiệu g'(t) đầu Thiết bị thu Thông tin m' Thiết bị Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin Thông tin vào (ký hiệu m) đ-ợc nhập vào hệ thống thông qua thiết bị vào thành liệu vào g hay dạng hµm cđa thêi gian lµ tÝn hiƯu vµo g(t) TiÕp tục, chúng đ-ợc đ-a qua thiết bị phát để tạo thành tín hiệu phát s(t) thích hợp với môi tr-ờng truyền Do ảnh h-ởng môi tr-ờng truyền (ví dụ nhiễu tạp), đầu thu nhận đ-ợc tÝn hiƯu thu r(t) cã thĨ kh¸c biƯt so víi tín hiệu phát s(t) Sau đ-ợc giải điều chế thiết bị thu, liệu g' hay tín hiệu g'(t) đ-a tới thiết bị để lÊy th«ng tin cã Ých m' KÝ hiƯu ' nhằm rõ sai khác không mong muốn cặp g - g', g(t) - g'(t), m - m'(t) sai lỗi hệ thống truyền Trong sơ đồ trên, thông tin đ-ợc hiểu theo nghĩa tổng quát nội dung cần trao đổi, liệu (hay tin tức) ph-ơng tiện để biểu diễn, mô tả thông tin dạng thích hợp cho việc trao ®ỉi, biĨu diƠn, xư lý, c¶m nhËn bëi ng-ời hay máy móc Chúng ta xem xét vài ví dụ minh họa hoạt động hệ thống thông tin Ch-ơng 1: Tổng quan 11 Vũ Thanh Hải thông tin liệu Trong tr-ờng hợp trao đổi th- điện tử, thiết bị vào thiết bị phát máy tính PC ng-ời gửi Giả sử ng-ời gửi cần gửi tin Nội dung tin thông tin vào m sơ đồ hình 1.1 Ng-ời gửi kích hoạt ch-ơng trình th- điện tử máy tính, dùng bàn phím (thiết bị vào) gõ vào tin muốn gửi Dẫy ký tự vào đ-ợc l-u giữ nhớ máy tính Bất kỳ lúc nào, xem lại dẫy ký tự g này, hay t-ơng ứng dẫy bit ghi nhớ Máy PC đ-ợc nối với môi tr-ờng truyền (có thể mạng LAN hay đ-ờng dây điện thoại) thông qua thiết bị vào I/O (thiết bị phát) nh- thu phát mạng nội hạt hay modem Dữ liệu đầu vào đ-ợc đ-a tới thiết bị thu phát dạng dẫy bít g(t) - dẫy xung điện áp g(t) - đ-ờng cáp hay bus thông tin Thiết bị thu phát nối trực tiếp với môi tr-ờng biến đổi dÃy bit đầu vào g(t) thành tín hiệu s(t) thích hợp với môi tr-ờng truyền Tín hiệu phát s(t) truyền môi tr-ờng bị số tác động mà ta xem xét kỹ ch-ơng Tín hiệu thu đ-ợc r(t) sai lệch so với s(t) Thiết bị thu vào chất s(t), tín hiệu thu đ-ợc r(t) hiểu biết môi tr-ờng truyền để tách dẫy bít g'(t) Dẫy bít đ-ợc đ-a tới máy tính PC đầu ra, l-u giữ vào nhớ máy tính nh- mét khèi c¸c bit hay khèi ký tù g' Trong nhiều tr-ờng hợp, trạm nhận cố gắng xác định sai lỗi có thể, phối hợp với trạm nguồn (nh- yêu cầu phát lại đoạn sai ) để có đ-ợc khối liệu không sai Các liệu đ-ợc đ-a tới ng-ời dùng qua thiết bị ra, ví dụ nh- máy in hay hình máy tính Thông tin m' đến đ-ợc tới ng-ời dùng th-ờng th-ờng nh- thông tin gốc m Trong tr-ờng hợp trên, hai đầu cuối không thiết phải ng-ời, mà thiết bị Tại đầu phát, thông báo đà ghi đĩa hay băng tự động phát điều kiện định (ví dụ nh- vào buổi tối, l-u l-ợng điện thoại c-ớc phí điện thoại rẻ) Tại đầu thu ng-ời dùng mặt, thông báo tự ghi vào đĩa hay băng để xem lại thích hợp Ta xem xét tr-ờng hợp thứ hai, trao đổi điện thoại qua hệ thống thông tin Các đối t-ợng liên lạc tr-ờng hợp ng-ời, tạo thông tin m cách nói âm Sóng âm nhờ micro (thiết bị vào) tổ hợp điện thoại biến thành tín hiệu điện tần số nh- Tín hiệu không cần biến đổi đ-ợc phát vào đ-ờng điện thoại Vì tín hiệu vào g(t) tín hiệu 12 Ch-ơng 1: Tổng quan Vũ Thanh Hải thông tin liệu phát s(t) tr-ờng hợp nh- Do méo dạng đ-ờng truyền, tín hiệu thu r(t) không hoàn toàn giống s(t), đ-ợc biến trở lại thành âm mà hiệu chỉnh hay cải thiện chất l-ợng đáng kể m' không hoàn toàn xác với m, song nói chung ng-ời nhận lĩnh hội đ-ợc thông tin qua âm mà nghe đ-ợc Có khác biệt thông tin thoại qua mạng số Tín hiệu vào g(t) đ-ợc số hoá, nghĩa biến đổi thành dẫy bit Dẫy bít d-ới dạng xung điện áp đ-ợc phát nh- tín hiệu s(t) Hai ví dụ trên, đơn giản nh-ng phần đà cho ta thấy phong phú dạng thông tin Chúng thông tin ng-ời với ng-ời, máy với máy hay ng-ời với máy, liệu liên tục (nh- âm thanh) hay gián đoạn (nh- dÉy ký tù) vµ hoµn toµn cã thĨ cã biến đổi linh hoạt, mềm dẻo dạng (nh- ví dụ với thoại số) Trao đổi thông tin có thĨ diƠn tøc thêi theo thêi gian thùc, hay l-u giữ chọn thời gian thích hợp Các dịch vụ thông tin ngày phong phú nh- thoại, số liệu, video Quá trình thông tin phức tạp đối t-ợng liên lạc thông qua mạng thông tin nhiều ng-ời dùng Bản chất vấn đề hệ thống thông tin liên lạc đ-ợc dần tìm hiểu phần sau 1.2 Các chức hệ thống thông tin liên lạc Sơ đồ hình 1.1 đà giới thiệu cách tổng quan trình trao đổi thông tin Một cách tiếp cận khác xem xét hệ thống thông tin d-ới chức Các chức kể tới: ã Các tiện ích hệ thống truyền tin ã Phối ghép, giao diện ã Tạo tín hiệu ã Đồng ã Quản lý trao đổi ã Phát hiệu chỉnh lỗi ã Điều khiển luồng Ch-ơng 1: Tổng quan 13 Vũ Thanh Hải thông tin liệu ã ã ã ã ã ã Địa Tìm đ-ờng Hồi phục Tạo dạng thông báo Bảo vệ Quản lý hƯ thèng C¸c tiƯn Ých trun tin cđa hƯ thống nhằm sử dụng cách có hiệu ph-ơng tiện truyền tin, cách cho phép nhiều ng-ời dùng, nhiều thiết bị thông tin sử dụng chung môi tr-ờng truyền Chức bao gồm kỹ thuật nh- ghép kênh (Multiplexing), điều khiển tắc nghẽn Để thông tin, thiết bị buộc phải phối ghép (Interfacing) với hệ thống truyền Toàn dạng thông tin phải thông qua việc dùng tín hiệu điện từ lan truyền đ-ợc qua môi tr-ờng truyền Bởi việc tạo tín hiệu đòi hỏi tất yếu cđa th«ng tin Kh«ng chØ cã tÝn hiƯu, hƯ thèng thông tin yêu cầu đồng máy phát máy thu Máy thu cần phải xác định đ-ợc, tín hiệu bắt đầu tới kết thúc Máy thu cần biết khoảng thời gian tồn phần tử tín hiệu Ngoài liệu có ích định thời (đồng bộ), yêu cầu cần thiết phục vụ cho việc thông tin hai đối t-ợng tập hợp lại thành thuật ngữ chung gọi quản lý trao đổi Để thực đ-ợc việc thông tin liên lạc, hai đối t-ợng cần phải hợp tác với cách chặt chẽ Ví dụ nh- để liên lạc điện thoại, bên phải quay số, kết tạo chuông gọi máy bạn Ng-ời bị gọi phải nhấc máy, nối đ-ợc thực Với thiết bị xử lý liệu, yêu cầu hợp tác phong phú hơn, không dừng việc thiết lập nối Hai chức tiếp theo: Phát hiện, hiệu chỉnh lỗi điều khiển luồng nhóm vào chức quản lý trao đổi, song ý nghĩa quan trọng chúng nên đ-ợc phân thành chức tách biệt Phát hiệu chỉnh lỗi đòi hỏi tr-ờng hợp không cho phép thông tin sai lạc, th-ờng hƯ thèng xư lý d÷ liƯu, vÝ dơ nh- truyền File máy tính Điều khiển luồng nhằm đảm bảo cho trạm gửi không làm tràn trạm nhận gửi 14 Ch-ơng 1: Tổng quan Vũ Thanh Hải thông tin liệu liệu nhanh mà trạm nhận xử lý kịp, dẫn tới việc bỏ qua, liệu Khi ph-ơng tiện truyền đ-ợc dùng chung nhiều đối t-ợng, nhiều ng-ời dùng, việc đánh địa cần thiết để trạm gửi thông tin với trạm nhận mà mong muốn Khi hệ thống truyền thực tế đà tạo thành mạng, với nhiều đ-ờng truyền nối hai trạm Cần thiết phải chọn đ-ờng để xác định đ-ờng cụ thể xuyên qua mạng cho nối Hồi phục kỹ thuật khác so với phát hiệu chỉnh lỗi Kỹ thuật hồi phục cần thiết, nh- tr-ờng hợp trình truyền file liệu bị ngắt cố hệ thống Các đối t-ợng phải có khả kích hoạt trở lại điểm bị ngắt phải hồi phục lại trạng thái hệ thống trạng thái khởi thủy để bắt đầu trao đổi Hai đối t-ợng liên lạc với phải có dạng liệu cần trao đổi Thỏa thuận điều đ-ợc hiểu nh- định dạng tin Ví dụ, hai bên phải dùng mà mô tả ký tự chẳng hạn Các chức bảo vệ cần thiết cho hệ thống thông tin liên lạc Ng-ời gửi muốn bảo đảm rằng, có ng-ời nhận hợp lệ thu nhận đ-ợc liệu Còn ng-ời thu muốn đ-ợc đảm bảo rằng, liệu không bị thay đổi trình trung chuyển bảo đảm đ-ợc gửi từ đối t-ợng Cuối cùng, ph-ơng tiện thông tin tạo thành hệ thống phức tạp tự thiết lập tự hoạt động Khả quản lý hệ thống cần thiết để cấu hình hệ thống, giám sát trạng thái nó, phản ứng với h- hỏng hay tải, lập kế hoạch cho phát triển t-ơng lai 1.3 Mô hình lớp OSI Hệ thống thông tin hệ thống rộng khắp, với nhiều ng-ời dùng nhiều nhà cung cấp sản phảm thông tin phần cứng phần mềm Yêu cầu tính t-ơng thích đ-ợc đặt gay gắt đ-ợc thực cách xây dựng chuẩn mà đáp ứng chúng, sản phẩm thông tin không nhà sản xuất kết nối đ-ợc với Công việc cần thiết tạo khung chung (hay cấu trúc, kiến trúc chung) để xây Ch-ơng 1: Tæng quan 15 A2 = - A Sin [s(t)] 3.2.4 Điều chế pha t-ơng đối DPSK Nhằm loại bỏ phức tạp phải tách sóng Coherent, ng-ời ta dùng ph-ơng thức điều chế pha t-ơng đối DPSK Sơ đồ khối phần phát, phần thu hoạt động chúng đ-ợc mô tả hình 3.13, 3.14 XOR Negative PSKa-2P Giữ chậm T Hình 3.13 Điều chế DPSK Phát Dữ liệu vào Dữ liệu đà mà Pha t.h phát Thu So pha Dữ liệu  + 1 0 0 + 0 1  + XOR Negative  + 0 0 Bộ tái tạo Tới mạch định Giữ chậm T Hình 3.14 Giải điều chế DPSK Ký hiệu hình 3.13, 3.14 mô tả mạch tuyệt đối âm (XOR Negative), cho giá trị hai đầu vào giống đ-a giá trị hai đầu vào khác Trong thông tin số, đ-ợc hiểu nh- mạch nhân hai đầu vào số l-ỡng cực Trong phần thu, mạch thực so pha Dữ liệu vào không trực tiếp đ-a điều chế, mà đ-ợc biến đổi (mà hoá) cách so sánh với bít vừa mà hoá tr-ớc nhờ mạch tuyệt đối âm khối trễ với thời gian giữ chậm ®óng b»ng thêi gian tån t¹i cđa bit DÉy sau mà hoá đ-ợc đ-a điều chế PSK đ-ợc mô tả nh- dÃy pha phát t-ơng ứng Tại đầu thu, ta cần dùng so pha thông th-ờng, góc lệch pha chu kỳ tín hiệu tải tin góc pha t-ơng đối so với chu kỳ sát tr-ớc, độ lệch pha tuyệt đối so với pha sóng mang chuẩn nh- tr-ờng hợp PSKa Lý thuyết đà kiểm chứng rằng, DPSK PSK không đáng kể, chừng db, song lại không cần đồng nh- PSK Vì vậy, modem DPSK giải pháp tốt, hiệu kinh tế cho việc truyền liệu đ-ờng thoại analog với tốc độ trung bình Trong thùc tÕ, tèc ®é phỉ biÕn cho modem DPSK 2400 bit/s, 1200 bit/s 3.2 Điều chế nhiều mức Trong ph-ơng pháp điều chế hai mức kể trên, mức tín hiệu sau điều chế ứng với bit liệu, nh- độ rộng mét chu kú tÝn hiƯu trun chÝnh b»ng ®é réng bit, nghĩa tốc độ truyền tín hiệu (tÝnh b»ng baud) b»ng tèc ®é trun sè liƯu (tÝnh bit) Để tăng tốc độ số liệu, ph-ơng pháp thực điều chế nhiều bit th«ng tin mét chu kú tÝn hiƯu (1baud = nhiều bit) Khi này, cặp k bit thông tin đ-ợc nhóm thành dấu hiệu (Symbol) t-ơng ứng, phải dùng nhiều mức tín hiệu (2k) đủ để mô tả dấu hiệu Về nguyên tắc ta dùng điều chế nhiều mức biên độ, nhiều cặp tần số, nhiều góc pha song thực tế phổ biến hai dạng: Điều chế pha nhiều mức PSK - nP điều chế biên độ pha kết hợp APK hay QAM Điều chế pha nhiều mức PSK- n pha Hình 3.15 mô tả PSK-8P, góc pha t-ơng ứng với cặp bit (Tribit), kết đ-ợc tốc độ bit gấp lần tốc độ baud Vùng gạch gạch hình vẽ biểu thị khả chống nhiễu, bị thu hẹp lại so với PSK-2P PSK-4P, đòi hỏi phải có đ-ờng truyền chất l-ợng tốt 52 (1,/2) 010 110 011 (1,3/4) 001 (1,/4) (1,0) (1,) 000 (1,5/4) (1,7/4) 111 000 (1,3/2) 101 Hình 3.15 Điều chế APK hay QAM (Quard Amplitude Modulation) Tr-ớc hết, ta xem xét tr-ờng hợp đơn giản kết hợp hai nhánh điều chế ASK thông th-êng, song víi sãng mang lƯch pha mét gãc =/2 nhmô tả hình 3.16 Luồng bit nối tiếp đầu vào đ-ợc chia làm nhánh: nửa Xi, nửa lại Xq Xq Điều chế ASK =/2 BiÕn ®ỉi Nèi tiÕp / song song  Cos(ct) Xi Điều chế ASK Hình 3.16 + I II 1 III D·y bit vµo IV Xi 10 I 00 IV Xq 11 III 01 II Hình 3.17 Nh- vậy, liệu nhánh điều chế sóng mang hàm Cosct, nhánh điều chế hàm Sinct Đây hai hàm trực giao, phép điều chế gọi điều chế cầu ph-ơng Sau điều chế, nhánh thu đ-ợc Xq Sinct, nhánh d-ới Xi Cosct, vậy, đầu tổng hợp Xq Sin(ct) + XiCosct Xq Giải ®iỊu chÕ ASK =/2 BiÕn ®ỉi Song song / Nèi tiếp Cos(ct) Giải điều chế ASK Xi Hình 3.18 Cấu trúc máy thu đ-ợc mô tả hình 3.18 Tín hiệu thu đ-ợc đầu vào đ-ợc đ-a tới hai nhánh Tại nhánh sau giải điều chế ta thu đ-ợc: (Xq Sin(ct) + Xi Cosct) Cosct = [Xq Sin(ct) Cosct + Xi Cos2ct] = [Xq Sin(2ct) + Xi + Xi Cos(2ct)] / 54 T¹i đầu lọc tần thấp nhánh ta lấy đ-ợc liệu Xi, t-ơng tự nhánh d-ới ta thu đ-ợc Xq Qua biến đổi song song thành nối tiếp, liệu đ-ợc khôi phục đầy đủ nh- dÃy liệu phát Khi điều chế nhiều mức, không gian biên độ-pha đ-ợc chia thành vùng mà vùng đại diện cho cấu hình bit cụ thể Việc phân chia cần cho có lợi Trên hình 3.19 mô tả cách phân bố cho QAM 16 điểm Mỗi điểm mô tả cho cặp bit (quadbit) Bố trí bit tuân thủ theo mà Gray, cho điểm kề khác bit 1000 1100 0100 0000 1001 1101 0101 0001 1011 1111 0111 0011 1010 1110 0110 0010 H×nh 3.19 -3 -1 Hình 3.20 Ta nhận đ-ợc phân bố điều chế cầu ph-ơng hai tín hiệu ASK mức nh- mô tả hình 3.20 L-ợc đồ mô tả nguyên tắc phần phát, phần thu modem đ-ợc mô tả hình 3.21, 3.22 Điều chÕ ASK møc =/2 BiÕn ®ỉi Nèi tiÕp / song song  §iỊu chÕ ASK møc  + Hình 3.21 dt Tái tạo =/2 Biến đổi Dibit / Quadbit dt Tái tạo Hình 3.22 Đánh giá sơ ph-ơng thức điều chế - giải điều chế đ-ợc tóm tắt bảng 3.1 Việc so sánh tiến hành khía cạnh: Độ phức tạp, giá thành thông qua dạng tách sóng phần thu, tốc ®é trun sè liƯu qua sè bit mét dÊu hiệu đòi hỏi chất l-ợng đ-ờng truyền thông qua tỷ số S/N yêu cầu Bảng 3.1 dạng Điều chế Dạng tách sóng số bit / dấu hiệu Tỷ số S/N yêu cầu (dB) ASK FSK Tách sãng ®-êng bao - bit 12.3 DPSK (2 pha) So pha - bit 9.3 DPSK (4 pha) So pha - Dibit 10.7 56 PSK (2 pha) T¸ch sãng hỵp nhÊt - bit 8.4 PSK (4 pha) Tách sóng hợp - Dibit 8.4 So pha - Tribit 14.6 PSK (8 pha) Tách sóng hợp nhÊt - Tribit 11.8 PSK (16 pha) T¸ch sãng hợp - Quadbit 16.2 APK (16 điểm) QAM 16 điểm Tách sóng hợp - Quadbit 12.2 DPSK (8 pha) Chóng ta cã mét sè nhËn xÐt: ã Ph-ơng thức ASK FSK không hợp nhiều so với DPSK, DPSK không khó nhiều mặt kỹ thuật ã DPSK pha ph-ơng thức thích hợp cho truyền số liệu tốc độ trung bình đ-ờng thoại analog ã Sự khác biệt PSK DPSK khoảng db với pha, db với pha gần db cho pha Khi điều chế nhiều mức, DPSK hấp dẫn so với PSK ã Với modem tốc độ cao, APK hay QAM v-ợt trội so víi PSK Tèc ®é trun sè liƯu cùc đại C (bit/s) kênh có băng thông B (Hz) đ-ợc xác định Shannon: C = B log2 (1 + S/N) S/N tỷ số tín/tạp kênh tính theo dB Ví dụ với kênh thoại 3003400 Hz, với S/N = 30 db (1000 lần), tốc độ cực đại là: C = 3100 log2 (1 + 30) 30 984 bit/s 3.3 Biến đổi liệu t-ơng tự thành tín hiệu số Quá trình biến đổi liệu dạng t-ơng tự thành tín hiệu dạng số đ-ợc gọi trình số hoá Với phát triển không ngừng viễn thông số, số hoá tín hiệu t-ơng tự để đ-a trực tiếp vào mạng số ngày phổ cập Thiết bị dùng để chuyển đổi liệu t-ơng tự sang dạng số để truyền đi, hồi phục trở lại tín hiệu t-ơng tự từ liệu số đ-ợc gọi Codec (Coder-decoder) Hai nguyên lý phổ biến đ-ợc dùng Codec điều chế xung mà PCM điều chế Delta 3.3.1 §iỊu chÕ xung m· PCM §iỊu chÕ xung mà dựa sở lý thuyết lấy mẫu, phát biểu nh- sau: Nếu tín hiệu f(t) đ-ợc lấy mẫu khoảng thời gian tuần hoàn với tốc độ lấy mẫu lớn hai lần tần số cực đại nó, mẫu chứa toàn thông tin tín hiệu gốc f(t) Hàm f(t) đ-ợc khôi phục lại từ mẫu dùng lọc thông thấp. Nếu tín hiệu thoại đ-ợc hạn chế d-ới tần số 4000 Hz với lý thuyết trên, mẫu đ-ợc lấy với tần số 8000 mẫu giây đủ để mang toàn thông tin tín hiệu thoại Quá trình lấy mẫu đ-ợc mô tả hình 3.23 a b Các xung lấy mẫu có độ rộng ®đ hĐp, víi biªn ®é tû lƯ víi biªn ®é tín hiệu gốc thời điểm lấy mẫu Quá trình gọi điều chế biên độ xung (PAM) Tiếp theo, xung PAM đ-ợc l-ợng tử hoá Biên độ xung PAM đ-ợc lấy gần trị số nguyên mô tả đ-ợc nhờ n bít Trong hình vẽ trên, n = Bởi 23 = mức dùng để xấp xỉ giá trị xung PAM Quá trình biến đổi dần từ tín hiệu t-ơng tự - có thời gian liên tục biên độ liên tục - thành tín hiệu số đ-ợc tóm tắt hình 24 Tín hiệu số khối n bit, mô tả giá trị biên độ xung PCM Tại đầu thu có trình håi phơc l¹i tÝn hiƯu gèc So víi lý thut lấy mẫu, trình biến đổi PCM có thêm b-ớc l-ợng tử hoá Vì tín hiệu hồi phục sai khác với tín hiệu gốc Sai số đ-ợc gọi sai số l-ợng tử Để đơn giản, sơ đồ mô tả mức l-ợng tử lấy gần biên độ nh- (l-ợng tử đều) Nh- sai số tuyệt đối cho mẫu nhnhau không phụ thuộc vào giá trị tín hiệu, tín hiệu nhỏ bị méo nhiều so với tín hiệu mạnh Để khắc phục nh-ợc điểm này, ng-ời ta dùng mà hoá phi tuyến, tức l-ợng tử không - b-ớc l-ợng tử nhỏ tín hiệu nhỏ b-ớc l-ợng tử lớn tÝn hiƯu lín a TÝn hiƯu gèc 58 6.1 5.4 4.3 4.2 3.0 4.0 Hình 3.23 Quá trình điều chế xung mà PCM Hiệu hoàn toàn t-ơng tự dùng l-ợng tử song kết hợp với nén giÃn Tại phần phát, tín hiệu đầu vào qua nén giÃn đ-ợc khuyếch đại mạnh phần tín hiệu yếu khuyếch đại phần tín hiệu mạnh Tại đầu thu, trình hồi phục ng-ợc lại đ-ợc thực Tín hiệu vào Thời gian: liên tục Biên độ: liên tục Lấy mẫu Xung PAM Thời gian rời rạc Biên độ liên tục L-ợng tử Hình 3.24 Xung PCM Thời gian rời rạc Biên độ rời rạc Mà hoá Tín hiệu Luồng bit sè Trong hƯ thèng E1 theo khun nghÞ G.711 CCITT, đặc tính nén giÃn tuân theo quy luật A biểu thị qua công thức y = (1 + Ln Ax) / (1 + Ln A) đây: A: x : y : H»ng sè = 87.6 Møc tÝn hiệu vào nén đà chuẩn hoá Mức tín hiệu đầu nén đà chuẩn hoá Đặc tính đ-ợc gần 13 đoạn tuyến tính, chia thành 128 bậc theo hai h-ớng d-ơng âm nh- mô tả hình 3.25 Đoạn đầu gồm x 16 = 32 bậc chiều d-ơng 32 bậc chiều âm đối xứng qua gốc toạ độ 12 đoạn khác đoạn gồm 16 bậc Các bậc đ-ợc chia đoạn Chúng ta thấy, nửa dải động tín hiệu vào đ-ợc biểu thị b»ng 16 bËc l-ỵng tư ci cïng, 1/64 dải động đoạn đầu gần giá trị đà đ-ợc biểu thị 32 bậc Số mức l-ợng tử Biên độ tín hiệu vào chuẩn hoá Hình 3.25 Đặc tính nén 13 đoạn theo khuyến nghị G.711 CCITT 60 H×nh 3.26 H×nh 3.26 cịng chØ râ hiƯu việc nén Trên hình vẽ ta thấy rõ đoạn đầu, tỷ số tín/tạp âm l-ợng tử tăng tuyến tính sau giữ gần không đổi khoảng 37 - 38 dB toàn dải động lại Để biểu thị tổng cộng 256 mức l-ợng tử, hệ thống E1 cần phải dùng bit (28=256) cho mẫu.Với tín hiệu thoại mẫu đ-ợc lấy với tần số 8000 mẫu giây Một mẫu đ-ợc biểu thị bit Vì 8000 bit/s= 64 000 bit/s tốc độ kênh PCM 3.3.2 Điều chế Delta DM Hình 3.25 Ví dơ vỊ ®iỊu chÕ Delta (DM) a/ TÝn hiƯu gèc b/ Đầu DM Tạp âm tải s-ờn Tín hiệu vào analog Tạp âm l-ợng tử Hình 3.25 Có nhiều kỹ thuật khác đ-ợc dùng nhằm làm tăng hiệu suất trình số hoá hay giảm độ phức tạp thiết bị so với kỹ thuật điều chế xung mà PCM, phải kể tới ph-ơng pháp phổ dụng điều chế Delta (DM) Với DM, liệu analog đ-ợc xấp xỉ hàm bậc thang tăng hay giảm nấc thời điểm lấy mẫu Đặc tính quan trọng hàm có tính nhị phân Tại thời điểm lÊy mÉu, nã chØ cã thÓ cã mét hai trạng thái: tăng hay giảm l-ợng không đổi Vì thế, đầu trình DM bit nhị phân đơn đại diện cho mẫu Theo nghĩa này, nói luồng bít mô tả chiều h-ớng tăng giảm liệu analog mô tả thân biên độ Ng-ời ta th-ờng dùng bit để mô tả chiều h-ớng tăng, bit mô tả chiều h-ớng giảm Một ví dụ trình DM đ-ợc mô tả hình 25 Cũng nh- với PCM, việc lấy gần gây nên sai số, nh- sai số l-ợng tử sai số tải s-ờn Để giảm thiểu sai số này, cần lựa chọn b-ớc bậc thang thời gian lần lấy mẫu TS cách hợp lý Cấu trúc phần phát phần thu điều chế Delta đ-ợc mô tả hình 3.26 Đầu vào analog Bộ giữ chậm nhịp Bộ so sánh 1=+ 0=- Dạng sóng tái tạo 62 Đầu nhị phân a/ Phần phát Đầu vào nhị phân Dạng sóng tái tạo lại Bộ giữ chậm nhịp b/ Phần thu Hình 3.26 Điều chế Delta Nhìn chung PCM cho tỷ số S/N cao DM tốc độ bit -u điểm điều chế Delta đơn giản so với điều chế xung mà PCM Có nhiều biến dạng điều chế Delta nhằm làm giảm tạp âm trình điều chế gây ra, nâng cao tỷ số tín/tạp Trong ph-ơng pháp điều chế Delta thích nghi (Adaptive Delta Modulation - ADM), ng-êi ta dïng b-íc bËc thang lín tÝn hiệu biến đổi nhanh b-ớc bậc thang nhỏ tín hiệu biến đổi chậm Giá trị b-ớc bậc thang lấy trị số tuỳ ý bé ®iỊu chÕ CVSD (bé ®iỊu chÕ víi ®é dèc biến đổi liên tục Continuosly Variable Slope Delta Modulator) Tài liệu tham khảo W Stallings, Data and Computer Communications, Prentice Hall, 1997 J.G Proakis, Digital Communications, Mc Grawhill, 1989 B Sklar, Digital Communications: Fundamental and Applications, Prentice Hall, 1988 F Halsall, Data Communications Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1992 Nguyễn Thúc Hải, Mạng máy tính hệ thống mở, NXB Giáo dục, 1999 167 Giáo trình thông tin liệu Chịu trách nhiệm xuất bản: TS Phạm Gia Đức Chịu trách nhiệm thảo: Học viện Kỹ thuật QS Biên tập: + HV KTQS + Phßng biên tập sách quân - NXB QĐND Trình bầy sách: Vẽ bìa: Sửa in: nhà xuất quân đội nhân dân 23 Lý Nam Đế - Hà Nội - ĐT: 8455766 Bắt đầu in: In xong: Nộp l-u chiểu: Khổ sách: Số l-ợng: Số trang: Số xuất bản: 136 - 1412/XB-QLXB Sắp chữ tại: In đóng sách tại: X-ởng in Học viện kỹ thuật quân Số in: ... thống thông tin liệu Thông tin liệu cung cấp cách nhìn tổng quát Tài liệu "Thông tin liệu" đ-ợc biên soạn làm giáo trình cho đào tạo đại học, cao học chuyên ngành vô tuyến điện tử thông tin liên... thống thông tin Mục đích hệ thống thông tin liên lạc trao đổi thông tin hai đối t-ợng Sơ đồ khối tổng quát hệ thống thông tin dạng đơn giản đ-ợc mô tả hình 1.1 Thông tin vào m Dữ liệu g hay tín... cung cấp số liệu cục gọi dịch vụ đầu cuối kỹ thuật số Các đ-ờng nối điểm - điểm khoảng cách ngắn th-ờng dùng dải tần 22 GHz 2.3.5 Thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh dạng thông tin mà vệ tinh đóng