Giáo trình truyền số liệu dành cho bậc cao đẳng ngànhnghề cnkt điện tử, truyền thông

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH HỌC PHẦN: TRUYỀN SỐ LIỆU NGÀNH/NGHỀ: CNKT Điện Tử, Truyền thơng TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: ……/QĐ-CNTĐ-CN ngày tháng.….năm 20…… Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức TP Hồ Chí Minh, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Truyền số liệu một môn học thiếu sinh viên chuyên ngành Công nghệ kĩ thuật điện tử truyền thơng, ngành khác có liên quan Đây mơn sở để từ sinh viên nghiên cứu chuyên sâu chuyên ngành Tài liệu biên soạn với mục đích giúp cho sinh viên trang bị cho kiến thức nhất, hữu ích truyền số liệu Tài liệu biên soạn gồm chương theo Đề cương chi tiết mơn học đăng kí, bao gồm: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU Chương 2: TÍN HIỆU VÀ MƠI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN Chương 3: MÃ HĨA VÀ ĐIỀU CHẾ Chương 4: PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI Ngồi ra, cuối chương cịn có thực hành để giúp sinh viên củng cố, có nhìn trực quan kiến thức mà học Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong độc giả đóng góp nhiều ý kiến, đề tài liệu ngày hoàn thiện TPHCM, ngày 30 tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Đức Chí MỤC LỤC A DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DTE (Data Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối liệu DCE (Data Circuit Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối kênh liệu LAN (Local Area Network): Mạng cục MAN (Metropolitan Area Network): Mạng đô thị WAN (Wide Area Network): Mạng diện rộng OSI (Open System Interconnection): Mơ hình kết nối hệ thống mở EIA (Electronic Industries Association): Hiệp hội doanh nghiệp điện tử UTP (Unshielded Twisted Pair): Cáp xoắn đơi khơng có giáp bọc STP (Shielded Twisted Pair): Cáp xoắn đơi có giáp bọc PAM (Pulse Amplitude Modulation): Điều chế biên độ xung PCM (Pulse Coded Modulation): Điều chế xung mã ASK (Amplitude Shift Keying): Khóa dịch biên độ FSK (Frequency Shift Keying): Khóa dịch tần số PSK (Phase Shift Keying): Khóa dịch pha AM (Amplitude Modulation): Điều chế biên độ FM (Frequency Modulation): Điều chế tần số PM (Phase Modulation): Điều chế pha FCC (Federal Communications Commission): Ủy ban truyền thông liên bang B DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình mạng truyền số liệu Hình 1.2 Kênh truyền tin 10 Hình 1.3 Các loại cấu hình đường dây 11 Hình 1.4 Cấu hình điểm nối điểm .12 Hình 1.5 Cấu hình đa điểm .12 Hình 1.6 Phân loại tơpơ mạng 13 Hình 1.7 Tơpơ lưới 14 Hình 1.8 Tơpơ 15 Hình 1.9 Tơpơ 16 Hình 1.10 Tơpơ bus 17 Hình 1.11 Tơpơ vịng 18 Hình 1.12 Tơpơ hỗn hợp 19 Hình 1.13 Phân loại chế độ truyền dẫn 19 Hình 1.14 Chế độ đơn cơng 19 Hình 1.15 Chế độ bán song công 20 Hình 1.16 Chế độ song cơng .20 Hình 1.17 Các dạng mạng .20 Hình 1.18 Mơ hình kết nối mạng LAN 21 Hình 1.19 Mơ hình mạng MAN 22 Hình 1.20 Mơ hình mạng WAN 22 Hình 1.21 Mơ hình liên mạng 23 Hình 1.22 Mơ hình OSI 24 Hình 1.23 Các lớp mơ hình OSI .25 Hình 1.24 Giao tiếp EIA - 232D .25 Hình 1.25 Đầu nối EIA - 232D 26 Hình 2.1 So sánh tín hiệu tương tự tín hiệu số 31 Hình 2.2 Tín hiệu sóng sin 32 Hình 2.3 Hai tín hiệu có tần số trị đỉnh khác 32 Hình 2.4 Mơ tả tín hiệu có tần số, biên độ, khác pha 34 Hình 2.5 Biểu diễn tín hiệu sin miền thời gian miền tần số 35 Hình 2.6 Biểu diễn miền thời gian miền tần số ba sóng sin 35 Hình 2.7 Một tín hiệu hỗn hợp tuần hoàn 36 Hình 2.8 Khai triển tín hiệu hỗn hợp có tuần hồn, miền thời gian miền tần số .36 Hình 2.9 Biểu diễn tín hiệu khơng tuần hồn miền thời gian miền tần số 37 Hình 2.10 Khỗ sóng tín hiệu hỗn hợp tuần hồn khơng tuần hồn 37 Hình 2.11 Khỗ sóng dùng ví dụ 10 38 Hình 2.12 Khỗ sóng ví dụ 11 38 Hình 2.13 Khỗ sóng ví dụ 12 39 Hình 2.14 Hai dạng tín hiệu số: dùng hai mức dùng bốn mức .39 Hình 2.15 Tín hiệu số tuần hồn khơng tuần hồn đươc biểu diễn miền thời gian miền tần số 40 Hình 2.16 Truyền dẫn dải tần sở (baseband transmission) 40 Hình 2.17 Khỗ sóng hai kênh thơng tần số thấp 41 Hình 2.18 Truyền dẫn dải tần sở dùng môi trường chuyên dụng 41 Hình 2.19 Khỗ sóng kênh dải thông 41 Hình 2.20 Điều chế tín hiệu số để truyền dẩn kênh truyền thơng dải 42 Hình 2.21 Các nguyên nhân gây biến dạng tín hiệu .43 Hình 2.22 Tín hiệu bị suy giảm trình truyền 43 Hình 2.23 Tín hiệu bị suy giảm qua nhiều điểm 44 Hình 2.24 Tín hiệu bị méo dạng có nhiều thành phần 44 Hình 2.25 Nhiễu tác động lên tín hiệu q trình truyền 45 Hình 2.26 Các loại mơi trường truyền .45 Hình 2.27 Các loại mơi trường truyền có định hướng 45 Hình 2.28 Băng thông cáp xoắn đôi 46 Hình 2.29 Đơi dây xoắn 46 Hình 2.30 Nhiễu tác động lên hai dây khơng xoắn 46 Hình 2.31 Nhiễu tác động lên hai dây xoắn .47 Hình 2.32 Băng thơng cáp đồng trục 47 Hình 2.33 Đầu nối RJ45 48 Hình 2.34 Cáp xoắn đơi có bọc 48 Hình 2.35 Băng thông cáp đồng trục 49 Hình 2.36 Cấu tạo cáp đồng trục .49 Hình 2.37 Qui hoạch tần số vơ tuyến 50 Hình 2.38 Các phương pháp lan truyền sóng vơ tuyến 51 Hình 3.1 Các phương pháp chuyển đổi .58 Hình 3.2 Chuyển đổi tín hiệu số - số 59 Hình 3.3 Các dạng chuyển đổi tín hiệu số - số 59 Hình 3.4 Mã hóa đơn cực 60 Hình 3.5 Các phương pháp mã hóa polar 60 Hình 3.6 Mã hóa NRZ-L 61 Hình 3.7 Mã hóa NRZ-I 62 Hình 3.8 Tín hiệu Manchester Manchester vi sai 62 Hình 3.9 Các dạng mã bipolar 63 Hình 3.10 Dạng tín hiệu AMI 63 Hình 3.11 Quy luật thay bit liên tiếp B8ZS 64 Hình 3.12 Dạng tín hiệu B8ZS 64 Hình 3.13 Bộ chuyển đổi tương tự - số .65 Hình 3.14 Lấy mẫu tín hiệu analog 65 Hình 3.15 Lượng tử hóa 66 Hình 3.16 Gán giá trị dấu suất cho mẫu lượng tử .66 Hình 3.17 Tín hiệu số kết PCM chuyển theo mã unipolar .67 Hình 3.18 Điều xung mã PCM 67 Hình 3.19 Tốc độ lấy mẫu 68 Hình 3.20 Chuyển đổi tín hiệu số - tương tự .69 Hình 3.21 Các dạng chuyển đổi tín hiệu số - tương tự .69 Hình 3.22 Tín hiệu ASK 71 Hình 3.23 Băng thơng tín hiệu ASK 71 Hình 3.24 ASK song công 72 Hình 3.25 Tín hiệu FSK 73 Hình 3.26 FSK song cơng 74 Hình 3.27 Tín hiệu PSK 74 Hình 3.28 Giản đồ trạng thái - pha 75 Hình 3.29 Tín hiệu QPSK 75 Hình 3.30 Giản đồ trạng thái - pha QPSK 76 Hình 3.31 Giản đồ trạng thái - pha 8-PSK 76 Hình 3.32 Băng thơng tín hiệu PSK 77 Hình 3.33 So sánh tốc độ bit tốc độ baud .77 Hình 3.34 Chuyển đổi tín hiệu tương tự - tương tự 78 Hình 3.35 Các dạng chuyển đổi tín hiệu tương tự - tương tự .79 Hình 3.36 Điều chế AM 79 Hình 3.37 Băng thơng tín hiệu AM 80 Hình 3.38 Phân bổ tần số sóng mang điều chế AM 80 Hình 3.39 Điều chế FM 81 Hình 3.40 Băng thơng tín hiệu FM .82 Hình 3.41 Phân bổ tần số sóng mang điều chế FM 82 Hình 4.1 Các dạng lỗi .89 Hình 4.2 Lỗi bit 89 Hình 4.3 Lỗi 90 Hình 4.4 Phương pháp phát lỗi 90 Hình 4.5 Các phương pháp phát lỗi 91 Hình 4.6 Phương pháp kiểm tra parity 91 Hình 4.7 Cách tạo LRC 93 Hình 4.8 Kiểm tra LRC, liệu .93 Hình 4.9 Kiểm tra LRC, liệu sai 93 Hình 4.10 Kiểm tra LRC, liệu sai phát vị trí sai 94 Hình 4.11 Kiểm tra LRC, liệu sai không phát 94 Hình 4.12 Tạo kiểm tra CRC .95 Hình 4.13 Tạo CRC 96 Hình 4.14 Kiểm tra CRC 97 Hình 4.15 Tạo kiểm tra checksum 98 Hình 4.16 m bit liệu r bit dư 100 Hình 4.17 Vị trí bit dư 101 Hình 4.18 Tính bit dư 102 Hình 4.19 Tính toán giá trị r 102 Hình 4.20 Lỗi truyền 103 C PHẦN NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU 1.1 Khái quát mạng truyền số liệu .9 1.2 Cấu hình đường dây 11 1.3 Tôpô mạng 12 1.4 Chế độ truyền dẫn .19 1.5 Các dạng mạng 20 1.6 Mơ hình chuẩn OSI 23 1.7 Chuẩn giao tiếp vật lý 25 Chương 2: TÍN HIỆU VÀ MƠI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 2.1 Các loại tín hiệu 31 2.2 Sự suy giảm biến dạng tín hiệu .42 2.3 Môi trường truyền dẫn 45 Chương 3: MÃ HĨA VÀ ĐIỀU CHẾ 3.1 Chuyển đổi tín hiệu số - số (digital - digital) 59 3.2 Chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (analog - digital) 64 3.3 Chuyển đổi tín hiệu số - tương tự (digital - analog) 69 3.4 Chuyển đổi tín hiệu tương tự - tương tự (analog - analog) 78 Chương 4: PHÁT HIỆN VÀ SỬA LỖI 4.1 Các dạng lỗi 89 4.2 Phương pháp phát lỗi sửa lỗi 90 4.3 Phương pháp sửa lỗi Hamming 101 BÀI THỰC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN SỐ LIỆU 107 BÀI THỰC HÀNH SỐ 2: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ KHÓA DỊCH PHA (PSK) 114 BÀI THỰC HÀNH SỐ 3: LẬP TRÌNH TẠO CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI VÀ SỬA LỖI 126 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 GIÁO TRÌNH HỌC PHẦN Tên học phần: TRUYỀN SỐ LIỆU Mã học phần: CNC113310 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị học phần: - Vị trí: học học kỳ - Tính chất: * Phần lý thuyết tín 15 tiết, phần thực tập tín 30 tiết * Mơn học tích hợp - Ý nghĩa vai trị mơn học: môn học sở, tảng để sinh viên nghiên cứu chuyên sâu chuyên ngành Điện tử, Truyền thông, phát triển nghề nghiệp vững sau Mục tiêu học phần: - Về kiến thức: kết thúc mơn học, sinh viên có thể: + Khái quát hóa mạng truyền số liệu, chế độ truyền dẫn, dạng mạng kết nối, mơ hình OSI, chuẩn giao tiếp vật lý + Nắm dạng tín hiệu, mơi trường truyền dẫn truyền môi trường truyền + Mô tả phương pháp mã hóa, điều chế tín hiệu + Mơ tả dạng lỗi, phương pháp để phát lỗi sửa lỗi - Về kỹ năng: Môn học/học phần cung cấp cho học sinh sinh viên kỹ sau đây: + Nhận dạng dạng tín hiệu, dạng tín hiệu mã hóa điều chế + Nhận dạng dạng điều chế mã hóa tín hiệu + Lắp mạch điều chế đo dạng sóng tín hiệu điều chế + Xây dựng mã phát lỗi, sữa lỗi - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Kỹ thu thập, tra cứu, phân tích xử lý thơng tin để tiếp thu kiến thức tích cực, chủ động + Kỹ thảo luận nhóm, thuyết trình trả lời vấn đáp linh hoạt, tự chủ, sáng tạo yêu cầu kiến thức môn học + Rèn luyện thái độ làm việc nghiêm túc, chủ động, tích cực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU Giới thiệu: chương nhằm mục đích giới thiệu cho sinh viên tổng quan mạng truyền số liệu, vấn đề liên quan đến mạng truyền số liệu Mục tiêu: sau học chương sinh viên mơ tả khái quát mạng truyền số liệu, cấu hình đường dây, tôpô mạng, chế độ truyền dẫn, dạng mạng, mơ hình chuẩn OSI, chuẩn giao tiếp vật lý sử dụng truyền số liệu, hoàn thành tập cuối chương 1.1 Khái quát mạng truyền số liệu Ngày với phát triển kỹ thuật công nghệ tạo bước tiến dài lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp phần cứng, giao thức truyền thơng thuật tốn tạo hệ thống truyền số liệu đại, kỹ thuật sở dùng chúng xử lý tinh vi Về hệ thống truyền số liệu đại mô tả hình 1.1 Giao tiếp DTE - DCE DTE Giao tiếp DTE - DCE DCE Hệ thống truyền (nhận) tin Kênh truyền tin DCE DTE Hệ thống nhận (truyền) tin Hình 1.1 Mơ hình mạng truyền số liệu DTE (Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối liệu) Đây thiết bị lưu trữ xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu đại DTE thường máy tính máy Fax trạm cuối (terminal) Như tất ứng dụng người sử dụng (chương trình, liệu) nằm DTE Chức DTE thường lưu trữ phần mềm ứng dụng, đóng gói liệu gửi DCE nhận gói liệu từ DCE theo giao thức (protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thơng qua chuẩn giao tiếp Như mạng truyền số liệu để nối DTE lại cho phép phân chia tài nguyên, trao đổi liệu lưu trữ thông tin dùng chung b Vẽ dạng sóng tín hiệu sóng mang ngõ CARRIER SIGNAL khối CARRIER BLOCK c Vẽ dạng sóng tín hiệu ngõ D0 khối DATA BLOCK Ghi lại liệu 118 d Vẽ dạng sóng tín hiệu điều chế PSK từ ngõ PSK MOD OUTPUT khối điều chế PSK MOD BLOCK e Vẽ dạng sóng tín hiệu giải điều chế PSK ngõ PSK DEMOD OUTPUT từ khối giải điều chế PSK DEMOD BLOCK 119 Quan sát dạng sóng sau oscilloscope Kết nối “D1” từ khối DATA BLOCK đến DATA INPUT khối điều chế PSK a Vẽ dạng sóng tín hiệu sóng mang ngõ CARRIER SIGNAL khối CARRIER BLOCK b Vẽ dạng sóng tín hiệu ngõ D0 khối DATA BLOCK Ghi lại liệu 120 c Vẽ dạng sóng tín hiệu điều chế PSK từ ngõ PSK MOD OUTPUT khối điều chế PSK MOD BLOCK d Vẽ dạng sóng tín hiệu giải điều chế PSK ngõ PSK DEMOD OUTPUT từ khối giải điều chế PSK DEMOD BLOCK 121 Quan sát dạng sóng sau oscilloscope Kết nối “D2” từ khối DATA BLOCK đến DATA INPUT khối điều chế PSK a Vẽ dạng sóng tín hiệu sóng mang ngõ CARRIER SIGNAL khối CARRIER BLOCK b Vẽ dạng sóng tín hiệu ngõ D0 khối DATA BLOCK Ghi lại liệu 122 c Vẽ dạng sóng tín hiệu điều chế PSK từ ngõ PSK MOD OUTPUT khối điều chế PSK MOD BLOCK d Vẽ dạng sóng tín hiệu giải điều chế PSK ngõ PSK DEMOD OUTPUT từ khối giải điều chế PSK DEMOD BLOCK 123 10 Quan sát dạng sóng sau oscilloscope a Vẽ dạng sóng tín hiệu sóng mang ngõ CARRIER SIGNAL khối CARRIER BLOCK b Vẽ dạng sóng tín hiệu ngõ D0 khối DATA BLOCK Ghi lại liệu 124 c Vẽ dạng sóng tín hiệu điều chế PSK từ ngõ PSK MOD OUTPUT khối điều chế PSK MOD BLOCK d Vẽ dạng sóng tín hiệu giải điều chế PSK ngõ PSK DEMOD OUTPUT từ khối giải điều chế PSK DEMOD BLOCK 125 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI THỰC HÀNH SỐ LẬP TRÌNH TẠO CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI VÀ SỬA LỖI Lớp: Nhóm: Ngày thực hành: Tên sinh viên: …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… TP.HCM, tháng năm 2021 126 I Giới thiệu Bài thực hành giúp sinh viên lập trình tạo mã phát lỗi sửa lỗi Sinh viên sử dụng ngơn ngữ lập trình học để lập trình II Thực hành Viết chương trình tạo mã VRC với liệu đầu vào là: - Độ dài chuỗi bit vào: n - Nhập chuỗi bit vào có độ dài n - Tính VRC - Xuất VRC hình xuất chuỗi bit phát -127 Viết chương trình tạo mã LRC với liệu đầu vào là: - Số chuỗi bit vào: m - Độ dài chuỗi bit vào: n - Nhập m chuỗi bit vào có độ dài n - Tính LRC - Xuất LRC hình xuất chuỗi bit phát 128 Viết chương trình tạo mã CRC với liệu đầu vào là: - Độ dài chuỗi bit vào: n - Nhập chuỗi bit vào có độ dài n - Nhập số chia - Tính CRC - Xuất CRC hình xuất chuỗi bit phát 129 Viết chương trình tạo mã checksum với liệu đầu vào là: - Số chuỗi bit vào: m - Độ dài chuỗi bit vào: n - Nhập m chuỗi bit vào có độ dài n - Tính checksum - Xuất checksum hình xuất chuỗi bit phát 130 Viết chương trình tạo mã Hamming với liệu đầu vào là: - Nhập chuỗi bit vào - Tính bit dư CRC - Xuất bit dư hình xuất chuỗi bit phát 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Behrouz A Forouzan, Data comunications and networking [2] William Stalling , Data and computer communications [3] Phạm Ngọc Đĩnh, Kỹ thuật truyền số liệu, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, 2007 [4] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Ngô Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Kỹ thuật truyền số liệu, Đại học sư phạm kĩ thuật TP.HCM, 2011 [5] Nguyễn Hồng Sơn, Kỹ thuật truyền số liệu, NXB KHKT, 1999 132 ... mục đích giới thiệu cho sinh viên tổng quan mạng truyền số liệu, vấn đề liên quan đến mạng truyền số liệu Mục tiêu: sau học chương sinh viên mơ tả khái qt mạng truyền số liệu, cấu hình đường... tiến dài lĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp phần cứng, giao thức truyền thơng thuật tốn tạo hệ thống truyền số liệu đại, kỹ thuật sở dùng chúng xử lý tinh vi Về hệ thống truyền số liệu đại mơ tả... Category 1: dùng điện thoại, dùng tốt cho thoại thích hợp cho truyền liệu tốc độ thấp * Category 2: dùng cho thoại truyền liệu lên đến Mbps * Category 3: cần lần xoắn dây bước, dùng truyền liệu lên đến