Các kỹ thuật cơ bản trong truyền dữ liệu

CSE 501035 – Data Communication 9Pha của tín hiệu analog  Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời gian, được mô tả theo độ degree  Sự dịch pha xảy ra khi chu kỳ của tín hiệ

Trang 1

CSE 501035 – Data Communication 1

CÁC KỸ THUẬT

CƠ BẢN TRONG TRUYỀN DỮ LIỆU

Trang 2

Trang 3

Thiết bị thu (Receiver)

 Môi trường truyền (Medium)

 Kết nối

Kết nối trực tiếp (Direct link)

Kết nối điểm-điểm (Point-to-point)

Kết nối nhiều điểm (Multi-point)

Trang 4

Chế độ truyền

 Không dùng rộng rãi vì không

thể gởi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều khiển cho bên phát

 Television, teletext, radio

Trang 5

Truyền dẫn dữ liệu

 Dữ liệu

 Thực thể mang thông tin

 Analog

 Các giá trị liên tục trong một vài thời khoảng

 e.g âm thanh, video

 Môi trường liên tục (wire, fiber optic, space)

 Băng thông tiếng nói 100Hz tới 7kHz

 Băng thông điện thoại 300Hz tới 3400Hz

Trang 6

Tín hiệu – miền thời gian

 Mẫu không lặp lại

theo thời gian

Trang 7

 Biên độ của tín hiệu analog

 Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị:

decibel (dB) hay volts

 Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có

cường độ mạnh

 Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”

rất phức tạp.

khác nhau của nhiều tín hiệu.

Trang 8

Tần số của tín hiệu analog

 Tốc độ thay đổi của tín hiệu

trong một giây, đơn vị Hz

hay số chu kỳ trong một

giây (cycles per second)

 Tín hiệu có tần số 30Hz ~ thay

đổi 30 lần trong một giây

 Một chu kỳ là sự di chuyển

sóng của tín hiệu từ điểm

nguồn bắt đầu cho đến khi

quay trở về lại điểm nguồn

đó.

Trang 9

Pha của tín hiệu analog

 Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời

gian, được mô tả theo độ (degree)

 Sự dịch pha xảy ra khi chu kỳ của tín hiệu chưa kết thúc, và một chu kỳ mới của tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước đó chưa hoàn tất

 Tai người không cảm nhận được sự dịch pha

 Tín hiệu mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha

Trang 10

Tín hiệu – miền tần số

Trang 11

Thành phần của tiếng nói

 Tầm tần số có khả năng nghe 20Hz – 20kHz

 Tiếng nói 100Hz – 7kHz

 Dễ dàng chuyển sang dạng tín hiệu điện từ

để truyền dẫn

 Các tần số với âm lượng khác nhau được

chuyển thành tần số điện từ với điện áp khác nhau

 Tầm tần số giới hạn cho kênh thoại

 300 – 3400Hz

Trang 12

Trang 13

 Nếu biên độ của tần số f, f3, f5, … là a, a3, a5, … thì a = 3a3 = 5a5 …

 Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, băng thông của

kênh truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần

số 5f đi qua mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này

 Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín

hiệu số

Trang 14

Tín hiệu số (digital)

 Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại

có băng thông 3.1kHz

Trang 15

 Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu analog

 Compact Disc audio

Trang 16

Truyền dẫn

 Truyền dẫn analog

 Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền (số hoặc tương tự)

 Suy giảm khi truyền xa

 Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa

 Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu

 Truyền dẫn số

 Không khuếch đại nhiễu.

Trang 17

 Analog data/Analog Signal

 Analog data/Digital Signal

 Digital Data/Analog Signal

 Digital Data/Digital Signal

mong muốn

dữ liệu là số hoặc tương tự

Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn

Analog and digital transmission Analo

g data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

Trang 18

Trang 19

Digital  Digital

 Xung điện áp rời rạc, không liên tục

 Mỗi xung là một phần tử tín hiệu

 Dữ liệu nhị phân được mã hóa

thành các phần tử tín hiệu

Analog and digital transmission

Analog data Analog signal Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

Trang 20

Thuật ngữ

 Unipolar

 Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu

 Polar

 Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp

dương, trạng thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện

áp âm

 Tốc độ dữ liệu (data rate)

 Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

 Độ rộng (chiều dài 1 bit)

 Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit

 Tốc độ điều chế

 Tốc độ mức tín hiệu thay đổi

 Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây

 Mark và Space

 Tương ứng với 1 và 0 nhị phân

Trang 21

Diễn giải tín hiệu

Trang 22

Polar Encoding

Trang 23

Nonreturn to zero (NRZ)

 Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0

 Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu

 Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 01 hoặc từ 10)

 Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

 NRZI cho các bit 1

 Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở đầu thời khoảng bit.

 Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition)

 Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition)

Trang 24

Nonreturn to Zero (NRZ)

 Mã hóa sai phân

 Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu (thay vì bằng mức tín hiệu)

 Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận

 Dùng trong việc ghi băng từ

 Ít dùng trong việc truyền tín hiệu

Trang 25

 Bit-1 được biểu diễn bằng xung

dương hay xung âm

 Các xung 1 thay đổi cực tính

xen kẽ

 Không mất đồng bộ khi dữ liệu

là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ)

 0 được biểu diễn bằng xung

dương âm xen kẽ nhau

 Không có ưu điểm và nhược

điểm so với bipolar-AMI The 0s are positive and negative alternately

Amplitude

Time

0 1 0 0 1 1 1 0

Trang 26

 Trade Off

 Không hiệu quả bằng NRZ

Mỗi phần tử t/h chỉ biểu diễn 1 bit

Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0)

 Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được

cùng xác suất bit lỗi

Multilevel Binary

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

Trang 27

Biphase

 Manchester

 Thay đổi ở giữa thời khoảng bit

 Thay đổi được dùng như tín hiệu đồng bộ dữ liệu

 LH biểu diễn 1

 HL biểu diễn 0

 Dùng trong IEEE 802.3

Trang 28

Biphase

 Differential Manchester

 Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng cho đồng bộ

 Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0

 Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1

 Dùng trong IEEE 802.5

Trang 29

 Ưu điểm

Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit (self clocking)

Không có thành phần một chiều

Phát hiện lỗi

mong đợi

Trang 30

Biphase

Trang 31

Polar Encoding

Trang 32

Bài tập

Trang 33

Bài tập

Trang 34

Trang 35

Trang 36

 Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0

 Không giảm tốc độ dữ liệu

 Có khả năng phát hiện lỗi

Trang 37

B8ZS

 B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)

 Dựa trên bipolar-AMI

 Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, mã thành 000+–0–+

 Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là

âm, mã thành 000–+0+–

 Gây ra 2 vi phạm mã AMI

 Có thể lầm lẫn với tác động gây ra bởi nhiễu

 Bộ thu phát hiện và diễn giải chúng thành 8 số 0 liên tiếp

Trang 38

B8ZS

Trang 39

HDB3

HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

 Dựa trên bipolar-AMI

 Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế theo quy luật như sau

Trang 40

HDB3

Trang 41

Bài tập

Trang 42

Bài tập

Trang 43

 Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu

 Có thể được tích hợp trong cơ chế mã hóa

Trang 44

 Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng

điện thoại công cộng

 Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK)

 Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK)

Trang 45

Điều biên (ASK)

 Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1 (thông thường một biên độ bằng 0)

1 )

f

A t

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)

 Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứng mức 1, tần số thấp tương ứng mức 0.

 Ít lỗi hơn so với ASK

 Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay

thấp hơn trên mạng điện thoại

 Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên

2cos(

1)

f A

binary t

f

A t

Trang 49

Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)

Trang 50

Điều tần (FSK) – Multiple (FSK)

 Dùng nhiều hơn 2 tần số

 Băng thông được dùng hiệu quả hơn

 Khả năng lỗi nhiều hơn

 Mỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit

dữ liệu

Trang 51

Điều pha (PSK)

sóng mang này

so với sóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)

sóng mang (Phase Amplitude Modulation)

liệu ở tốc độ 2400bps (2 bits per phase change - CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bits encoding per phase change

- CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bits encoding per phase/ amplitude change)

2 cos(

1 )

f A

binary t

f

A t

different of

number :

L

element signal

per bits

of number :

l

(bps) rate

data : R

(bauds) rate

modulation :

D

L log

R l

R D

2



Trang 52

Điều pha (PSK)

Trang 53

270 2

cos(

10 )

180 2

cos(

01 )

90 2

cos(

00 )

0 2

t f A

t

s

c c c c

Trang 54

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

 QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wireless

 Kết hợp giữa ASK và PSK

 Mở rộng logic của QPSK

 Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang

 Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 ¨

 Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế

 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường

 Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu

Trang 55

Digital  Analog

Trang 56

Digital signal

Digital data Analog signal

Digital signal

Analog  Digital

DM PCM

Trang 57

Điều chế xung mã (PCM)

 Lý thuyết lấy mẫu

 “Nếu tín hiệu f(t) được lấy mẫu đều với tốc độ lấy mẫu cao hơn tối thiểu 2 lần tần số tín hiệu cao

nhất, thì các mẫu thu được chứa đủ thông tin của tín hiệu ban đầu T/h f(t) có thể được tái tạo,

dùng bộ lọc thông thấp”

 Công thức Nyquist: N >= 2f

N: tốc độ lấy mẫu

f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu

 Dữ liệu tiếng nói

Trang 58

 PAM (Pulse Amplitude Modulation)

 Lượng tử hóa các xung PAM

Discrete-time, discrete-amplitude signal (PCM pulses)

Digital bit stream output signal

Trang 59

Trang 60

Điều chế xung mã

Trang 61

Non-linear coding

 Mức lượng tử không đều

 Giảm méo tín hiệu

 Companding (compressing-expanding)

Trang 62

 Kỹ thuật nén dữ liệu có thể cải thiện thêm

Trang 63

Điều chế Delta (DM)

Trang 64

Điều chế Delta (DM)

Trang 65

Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu

 Baudot (Emile Baudot)

dấu

 ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt.

Trang 66

Mã Baudot

“JAMES BOND 007 SAYS HI!”

Trang 67

Mã ASCII

Trang 68

Cấu trúc kênh truyền

 Song song (Parallel)

 Mỗi bit dùng một đường truyền riêng Nếu có 8 bits được truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8 đường truyền độc lập

 Để truyền dữ liệu trên một đường truyền song song, một kênh truyền riêng được dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal)

 Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp

Trang 69

Cấu trúc kênh truyền

 Tuần tự (Serial)

 Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một

đường truyền, bit này tiếp theo sau bit kia

 Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu

đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này được

mã hóa vào dữ liệu truyền đi)

 2 cách truyền

Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit

Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ

Trang 70

 Ở trạng thái rảnh, bộ thu phát hiện sự chuyển 1  0

 Lấy mẫu 7 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự)

 Đợi việc chuyển 1  0 cho ký tự kế tiếp

 Hiệu suất

 Đơn giản

 Rẻ

 Phí tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự (~20%)

 Thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn (dữ liệu nhập từ bàn phím)

Trang 71

Truyền bất đồng bộ

Trang 72

Trang 73

Trang 74

 Đồng bộ ký tự (character synchronization): dùng start và stop bit

Trang 75

Truyền bất đồng bộ khung

 Đồng bộ khung (frame synchronization): dùng các

ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE)

D L E

I n s e r t e d

D L E

Trang 76

 Clock encoding and extraction (Timestamp)

 Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền

 Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được

 RZ, Manchester (NRZ signaling), differential Manchester

 Digital Phase-Lock-Loop

 Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt

 Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận

 Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock được tái đồng bộ

 Cần sử dụng các phương pháp mã hóa nhị phân (AMI, HDB3, B8ZS)

 Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn

 Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền

Trang 77

Truyền đồng bộ

sau

 Character-oriented synchronous transmission

 Dùng các ký tự điều khiển : SYN, STX, ETX, DLE.

 Bit-orienter synchronous transmission

 Dùng các mẫu bit điều khiển (flag byte or flag pattern)

 bit stuffing problem

 Hiệu quả (phí tổn thấp) hơn so với truyền bất đồng bộ

Trang 78

Lỗi

Trang 79

Điều khiển lỗi

nhận có lỗi

 Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký

tự hoặc các frame truyền đi, để bên nhận có thể phát hiện khi nào có lỗi và lỗi nằm ở đâu để sửa (có khả năng sửa lỗi)

 Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được

thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để phát hiện khi nào có lỗi (không có khả năng sửa lỗi) Cơ chế yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai được dùng trong trường hợp này

 BER: xác suất 1 bit đơn bị lỗi trong một thời khoảng nhất định

 Phân loại lỗi

 Single-bit error – nhiễu trắng

 Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy giảm (khi truyền vô tuyến)

Trang 80

Quá trình phát hiện sai

Trang 81

liệu cần kiểm tra lỗi

hay 1 sao cho tổng số bit 1 (N+P) luôn là một số chẵn (lẻ) tùy theo phương pháp parity chẵn hay lẻ tương ứng

D a t a

( ASCII ) B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7

Parity bit (odd )

Định dạng
Số trang	148
Dung lượng	11,95 MB