Đề cương nguyên lý truyền thông

ĐỀ CƯƠNG NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG VIỄN THÔNG Câu 1: Thế nào là mạng viễn thông tương tự, mạng viễn thông số? ̠ Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau: + Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự + Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự + Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự ̠ Mạng viễn thông được gọi là số nếu có các đặc điểm sau: + Tín hiệu truyền trên trung kế là số + Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thế là số với mạng hoàn toàn số + Các nút mạng xử lý tín hiệu số Câu 2: Vẽ sơ đồ khối chức năng thành phần của hệ thống thông tin số và nêu chức năng của mỗi khối Hình 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin số đầy đủ Khối định dạng: làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang dãy từ mã số. Việc chuyển đổi theo phương pháp điều xung mã PCM. Khối giải định dạng: thực hiện công việc ngược lại, chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự. Khối mã hoá nguồn: làm giảm số bít nhị phân yêu cầu để truyền bản tin. Việc này có thể xem như là loại bỏ các bit dư không cần thiết, giúp cho băng thông đường truyền được sử dụng hiệu quả hơn. Khối mật mã hoá: làm nhiệm vụ mật mã hoá bản tin gốc nhằm mục đích an ninh. Khối mã hoá kênh: làm nhiện cụ đưa thêm các bit dư vào tín hiệu số theo một quy luật nào đấy, nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chí sửa được cả lỗi xảy ra trên kênh truyền. Việc này chính là mã hoá điều khiển lỗi, về quan điểm tin tức, là thăng thêm độ dư bít. Khối ghép kênh: giúp cho nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung như là cáp, đường truyền vô tuyến Trong thông tín số, kiểu ghép kênh thường là ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), sắp xếp các từ mã PCM nhánh vào trong một khung TDM. Khối điều chế: giúp cho dòng tín hiệu số có thể truyền đi qua một phương tiện vật lý cụ thể theo một tốc độ chấp nhận được, yêu cầu một băng thông tần số cho phép. Khối điều chế có thể thay đổi dạng xung, dịch chuyển phổ tần số của tín hiệu đến một băng thông khác phù hợp. Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc trong khi đầu ra là bộ điều chế là tín hiệu thông dải. Khối giải điều chế bên thu chuyển dạng sóng thu được ngược lại thành tín hiêu băng gốc. Khối đa truy cập: liên quan đến các kỹ thuật hoặc nguyên tắc nào đó, cho phép nhiều cặp thu phát cùng chia sẻ một phương tiện vật lý chung (như là sợi quang, một bộ phát đáp của vệ tinh ). Khối tách kênh: Phân chia dòng bit thu thành các tin hiệu PCM nhánh. Khối giải điều chế: Bên thu chuyển dạng sóng thu được ngược lại thành tín hiệu băng gốc. Câu 3: Ưu điểm của thông tin số và thông tin tương tự. ̠ Ưu điểm của thông tin số: + Thích hợp cho truyền số liệu + Hạ giá thành + Có khả năng mã hoá kênh để giảm ảnh hưởng của nhiễu và giao thoa + Dể cân đối các mâu thuẫn về băng thông, công suất và thời gian truyền để tối ưu hoá việc sử dụng các tài nguyên hạn chế này. + Gia tăng việ sử dụng các mạch tích hợp + Giúp cho chuẩn hoá tín hiệu bất kể kiểu, nguồn gốc, dịch vụ + Là cơ sở để hình thành mạng tích hợp đa dịch vụ ISDN CHƯƠNG II: SỐ HOÁ TÍN HIỆU Câu 1: Nguyên tắc điều xung mã PCM có bao nhiêu bước?. Vẽ sơ đồ khối và nêu chức năng từng khối. Dạng sóng đầu vào và đầu ra. Nguyên tắc điều xung mã PCM có 4 bước: Lọc hạn băng, lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. Hình2: Sơ đồ khối trình bày các bước điều xung mã PCM Bước 1: Lọc hạn băng ̠ Nhằm hạn chế phổ tần liên tục của tín hiệu cần truyền. ̠ Phổ của tín hiệu thoại tập trung trong dãi tử 0.3 – 3.4 kHz. Việt cắt bỏ các thành phần tần số ngoài dảy trên không gây ra những trở ngại đặt biệt đối với quá trình thông thoại. ̠ Để hạn chế phổ tín hiệu có thể tiến hành loại bỏ các thành phần tần số > 3,4 kHz trong tín hiệu điệu tử bằng lọc thông thấp, tức là có thể chọn tần số cực đại của tín hiệu thoại là 3,4 kHz (thực tế các mạch lọc tiêu chuẩn có tần số cắt là 4kHz) Bước 2: Lấy mẫu ̠ PAM (điều biên xung): từ tín hiệu tương tự, ta tạo nên một dãy xung rời rạc tuần hoàn rộng bằng nhau, biên độ xung bằng với giá trị của tín hiệu tương tự tại thời điểm lấy mẫu. ̠ Dãy xung rời rạc đó còn được gọi là tín hiệu điều chế biên độ xung PAM. ̠ Nếu tín hiệu PAM có tần số đủ lớn (khoảng cách giữa các xung cạnh nhau đủ nhỏ) thì có thể khôi phục lại tín hiệu tương tự ban đầu từ tín hiệu PAM  Dựa vào định lý lấu mẫu Shannon. ̠ Định lý lấy mẫu Shannon: + Đưa ra giới hạn dưới của tần số: f s ≥ 2f m hoặc ω s ≥ 2ω m . Trong đó, f s là tần số lấy mẫu của PAM vf f m tần số cực đại của phổ tín hiệu tương tự. + Trường hợp tín hiệu tương tự là tín hiệu thông dải có phổ từ f L đến f H thì tần số lấy mẫu:         − = − ≤ LH H LH ff f n f n f n int 1 22 f s ≥ 2f m  ms TT 1 2 1 ≥  T m ≥ 2T s  T s ≤ 2 1 T m Hình 3: Mạch tạo tín hiệu PAM lấy Hình 4: Mạch lấy mẫu và giữ mẫu tức thời mẫu tự nhiên Pam sử dụng kỹ thuật lấy mạch và lưu giữ. Tại một điểm, một mức tín hiệu được đọc, sau đó lưu giữ lại giá trị đặc trưng. Vì tín hiệu PAM tạo ra một số chuỗi xung có nhiều mức giá trị biên độ khác nhau nên không được sử dụng đểt truyền thông. Bước 3: Lượng tử hoá Hạn chế của hệ thống truyền tin qua những khoảng cách xa là sự tích luỹ nhiễu, khiến cho sự suy giảm chất lượng tín hiệu gia tăng theo khoảng cách. Có thẻ giảm bớt ảnh hưởng này bằng lượng tử hoá. Lượng tử hoá là sự sắp xấp xỉ hoá các giá trị của các mẫu tương tự bằng cách sử dụng số mức hữu hạn M. Bước 4: Mã hoá Sự kết hợp giữa hoạt động lấy mẫu và lượng tử hoá tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hoá, đó là dãy xung rời rạc cách đều nhau T s và có biên độ cũng rời rạc hoá với M mức biên độ. Trước khi truyền đi, mỗi mẫu PAM lượng tử hoá được mã hoá thành một từ mã số gọi là từ mã PCM. Mỗi giá trị nguyên được chuyển đổi sang 7 bít nhị phân tương đương và bít thứ 8 đại diện cho dấu (0: (+), 1: (-)) Dạng sóng đầu vào là tín hiệu liên tục, dạg sóng đầu ra là tín hiệu số PCM Câu 2: Các ký thuật số hoá giảm băng thông. Băng thông là một tài nguyên thông tin quý giá và có hạn. Tất cả các đường truyền vật lý (dây xoắn đôi, cáp đồng trục, cáp sợi quangm vi ba ) đều hcỉ cho truyền tín hiệu qua trong một dãy hữu hạn của tần số  cần phải có biện pháp sử dụng băng thông hiệu quả, nghĩa là làm sao truyền được nhiều kênh thông tin nhất với một băng thông sẵn có  tìm phương pháp giảm băng thông của tín hiệu kênh truyền. Kỹ thuật PCM delta là kỹ thuật chỉ mã hoá và truyền đi độ chênh lệch giữa các mẫu cạnh nhau, thay vì mã hoá và truyền đi toàn bộ giá trị lấy mẫu. Hình 5:a. Mã hoá PCM delta b. Giải mã PCM delta PCM vi sai DCPM là kỹ thuật sử dụng bộ dự đoán để sự đoán giá trị của mẫu tương lai của tín hiệu, rồi đợi giá trị thực tế để kiểm tra sau đó truyền đi tín hiệu sai lệch giữa giá trị dự đoán với giá trị thực. Hình 5: Bộ phát – thu DPCM (a. Mã hoa DPCM b. Giải mã DPCM) Điều chế delta PCM (DM) là kỹ thuật biến đổi tín hiệu tương tự thành các bit 0 và 1. ̠ Kỹ thuật này có thể chia thành hai bước là lấy mẫu và mã hoá tín hiệu tương tự, có nhiều điểm tương đồng với kỹ thuật PCM ̠ DM không sử dụng các bộ mã hoá (giải mã) và bộ dự đoán phức tạp được thay thế bằng bộ trễ đơn giản nên ưu điểm lớn nhất của DM so với DPCM là giá rẻ. ̠ Hình 6: Bộ phát - thu DM (Bộ phát DM b. Bộ thu DM) ̠ Lượng tử hoá: + Delta PCM lượng tử độc chênh lệch này bằng cách chỉ sử dụng một bit. + Bit 1 sẽ được gửi nếu độ chênh lệch (hiệu số giữa mẫu sau so với mẫu trước) là dương và bit 0 được gửi nếu độ chênh lệch là âm. + Sự khác nhau giữa hai mẫu được mã hoá chỉ bằng một trong hai mức. Ta gọi mức đó là +Δ hoặc – Δ. + Tại mỗi thời điểm lấy mẫu, dạng sóng được lượng tử hoá chỉ có thể hoặc là tăng hoặc là giảm bằng số Δ. ̠ Vì dạng sóng được lượng tử hoá chỉ có thể hoặc là tăng hoặc là giảm bởi Δ ở tại mỗi điểm lấy mẫu nên ta lấy gần đúng các trị bậc thang cho dạng sóng analog. ̠ Nếu bậc thang ở dưới trị mẫu analog, ta sẽ tăng chiều dương (và được gọi là một bước lên). Nếu nấc thang ở trên trị mẫu, ta sẽ tăng theo chiều âm (được gọi là một bước xuống) ̠ Hệ thống thu sẽ tái tạo bậc thang gần đúng trực tiếp từ thông tin nhị phân nhận được. Nếu nhận được một giá trị 1, khối hoàn điệu sẽ tăng lên một bậc theo chiều dương. Còn nếu nhận được giá trị 0, sẽ giảm một bậc tương ứng (tăng theo chiều âm). Điều chế Delta thích nghi ADM : để giữ nhiễu lượng tử và nhiễu quá tải theo độ dốc nằm trong phạm vi cho phép mà không tăng tần số lấy mẫu, ta sẽ sử dụng kỹ thuật điều chế delta thích nghi ADM. Theo kỹ thuật này, kích thước bước thay đổi theo tín hiệu vào. CHƯƠNG III: ĐỊNH DẠNG TÍN HIỆU SỐ Câu 1: Các yếu tố cần xem xét khi chọn mã đường Việc lựa chọn loại mã đường nào cho phù hợp phải được dựa vào một hoặc nhiều yếu tố dưới đây: ̠ Thành phần một chiều DC: đối với các đường truyền kết nối AC như dùng tụ điện, biến áp , nếu trong thành phần của mã đường có chứa thành phần DC thì thành phần này sẽ bị ngăn lại gây méo tín hiệu thu. Hơn nữa, nếu truyền qua đường truyền bằng kim loại, thành phần DC sẽ làm nóng dây khiến cho suy hao tăng lên. ̠ Băng thông: Băng thông của mã đường càng nhỏ càng tốt, vì sẽ giúp tiết kiệm được băng thông. ̠ Tỷ lệ lỗi bít BER: BER được định nghĩa là số bít thu bị lỗi trên tổng số bít truyền đi trong một đơn vị thời gian. BER càng nhở thì sẽ càng tốt. ̠ Tính trong suốt: Đó là đặc tính một kí tự, một bit, một nhóm bít nào đó có thể truyền đi và nhận lại được. Nếu mã không có tính trong suốt thì có khả năng một nhóm bit hay một kí tự nào đó bị chặn lại tại một trạm thu trên đường truyền và không đến được đích cuối cùng, hoặc có thể một dòng bit nào đó bị mất tín hiệu đồng hồ. ̠ Khả năng dễ dàng khôi phục đồng hồ: Một ưu điểm nổi bật của thông tin số so với thông tin tương tự là khả năng khôi phục tín hiệu tại các trạm lặp trên đường truyền, làm cho chất lượng tín hiệu số không bị suy giảm theo khoảng cách. Hai công việc chính của trạm lặp là khuếch đại biên độ tín hiệu và khôi phục tín hiệu đồng hồ ở tại tốc độ bít để tín hiệu đến trạm lắm có thể được lấy mẫu vào thời điểm thích hợp. ̠ Khả năng tự phát hiện lỗi: là căn cứ vào quy luật mã hoá để phát hiện lỗi chứ k phải đưa thê độ dư vào mã. ̠ Đơn giản trong việc thực hiệu mã hoá và giải mã Câu 2: Có bao nhiêu loại mã đường? Đặc điểm của từng loại. Cách biểu diễn dạng sóng của mã đường. Vì tín hiệu PCM là một chuỗi các bit 0 và 1 nên việc truyền tín hiệu này cho dù ở cự ly ngắn cũng có thể sai lệch nếu truyền không đúng dạng  mã đường truyền. Các bit nhị phân 0 và 1 có thể được biễu diễn dưới nhiều dạng khác nhau gọi là mã đường truyền. Để biểu diễn tín hiệu số cho phù hợp để truyền qua kênh thông tin, phải thực hiện định dạng tín hiệu số. Có 2 loại mã đường chính: RZ (Return – to – Zero) và NRZ (Non – Return – to – Zero). RZ NRZ ̠ Dạng sóng trở về mức điệp áp tham chiếu (thường là mức 0) trong 1 nửa ô bit ̠ Độ rộng xung bằng 1 nửa độ rộng bit ̠ Dạng sóng không quay trở về mức điện áp tham chiếu ̠ Độ rông xung bằng độ rộng của bít ̠ Mã Unipolar: Bít 1 biểu diễn mức điện áp cao (+V) (mark), bit 0 biểu diễn mức 0 (space). + Mã unipolar RZ chiếm băng thông gấp đôi mã unipolar NRZ. + Còn tồn tại thành phần DC. + Không tự phát hiện lỗi. + Ưu điểm: dễ tạo ra và chỉ cần 1 nguồn cung cấp. Phổ của unipolar NRZ và RZ Dạng sóng của NRZ và RZ ̠ Mã polar: bít 1 biểu diễn mức cao (+V), bit 0 biển diễn mức thấp (-V) + Mã polar RZ chiếm băng thông gấp đôi mã polar NRZ. + Còn tồn tại thành phần DC. + Không tự phát hiện lỗi. + Cần 2 nguồn cung cấp. Phổ của polar NRZ và RZ Dạng sóng của polar NRZ và RZ ̠ Mã Bipolar: dùng 3 mức điện áp để biển diễn 2 loại bit 0 và 1, trong đó bit 1 biển diễn sự thay đổi mức luân phiên giữa (+V, -V). + Không chứa thành phần DC. + Băng thông của mã Bipolar nhỏ hơn unipolar và polar. + Có khả năng tự phát hiện lỗi nhờ sự thay đổi luân phiên giữa (+V, -V). + Mã Bipolar RZ được dùng phổ biến hơn mã Bipolar NRZ và còn được gọi là AMI (Altermate Mark Inversion). ̠ Mã manchester: + Bít 1: biểu diễn bởi mức +V trong 1 nửa đầu và –V trong 1 nữa sau của ô bít. + Bit 0: biểu diễn bở mức –V trong 1 nữa đầu và +V trong 1 nữa sau của ô bít. + Không chứa thành phần DC. + Dòng bít 0 và 1 đảm bảo đủ số lần chuyển tiếp nên không bị mất tín hiệu. + Băng thông lớn. + Không có khả năng tự phát hiện lỗi + Cần 2 nguồn cung cấp. Dạng sóng của Manchester ̠ Mã HD3: là một loại Bipolar RZ. Cách chuyển sang HD3: + Các bit 1 sẽ chuyển thành xung +V hoặc –V sao cho luôn trái dấu với xung trường đó. + Dãy 3 bít 0 liên tiếp trở xuống chuẩn thành xung 0 + Dãy 4 bít 0 trở lên sẽ chia thành từng nhóm 4 bít, chuyển tthành xung A00BB hoặc 000B. Xung A là xung theo quy tắc (trái dấu với xung trước nó), xung B là xung trái quy tắc. + Đặc điểm: chỉ tồn tại có 3 bít 0 liên tiếp. + Không chứa thành phần 1 chiều DC + Khả năng khôi phục tín hiệu dễ dàng và không bị mất tín hiệu. + Khả năng phát hiện lỗi rất cao nhờ xét tới điều kiện: giữa 2 bít A giữa 2 bít B phải lẻ ̠ Mã CMI: là một loại mã NRZ (là sự kết hợp giữa mã Manchester (bit 0) và mã Bipolar NRZ (bit 1)). + Các bít 1 luôn đảo ở trạng thái dương và âm. + Các bit 0 ở trạng thái âm giữa chu kì đầu là dương ở nữa chu kì sau. + Đặc điểm: Không chứa thành phần DC. + Dể khôi phục tín hiệu, không bị mất tín hiệu. + Băng thông lớn. + Không có khả năng tự phát hiện lỗi. CHƯƠNG IV: MÃ HOÁ NGUỒN Câu 1: Thế nào nguồn tin, lượng tin, entropy? ̠ Nguồn tin: là một phổ xác suất, tức là một tập các xác suất xuất hiện của các sự kiện. [...]... phân chia theo tần số (FDM) - FDM truyền đồng thời các tín hiệu khác nhau qua cùng một kênh băng rộng bằng cách sử dụng các sóng mang tần số khác nhau - Băng thông của đường truyền liên kết lớn hơn các băng thông hợp thành của các tín hiệu được truyền đi - Giữa mỗi kênh có khoảng băng thông không được sử dụng để đảm bảo các tín hiệu không chồng lên nhau - gọi là băng thông bảo vệ FDm nhóm cơ bản là 48KHz,... đơn vị dữ liệu ứng với mỗi luồng dữ liệu - Nguyên lý ghép kênh và tách kênh TDM: + Cấu tạo: hai bộ chuyển mạch trên có cấu tạo quay tròn cùng tốc độ, ngược chiều nhau + Phía ghép kênh: chuyển mạch mở một kết nối và gửi một đơn vị dữ liệu lên đường truyền + Phía tách kênh: chuyển mạch mở một kết nối và nhận đơn vị dữ liệu từ đường truyền Câu 3: Nêu nguyên lý phân cấp cận đồng bộ (PDH) của ghép kênh... phát cùng chia sẻ một kênh vật lý chung - Có 3 loại chính: Đa truy cập phân chia theo tần số, đa truy cập phân chia theo thời gian, đa truy cập phân chia theo mã CDMA - Nguyên tắc cơ bản của tất cả các đa truy cập trên là dựa vào phân chia tài nguyên thông tin hữu hạn cho các user khác nhau 1 cách hợp lý và hiệu quả  Đa truy cập phân chia theo tần số: Độ rộng băng thông cấp phát cho hệ thống là B... lối vào (có tốc độ bit thấp) tạo nên một tín hiệu lối ra (có tốc độ bit cao hơn) - Truyền dẫn tính hiệu số: Để truyền tính hiệu nhị qua 1 đường truyền, cần phải chuyển các con số nhị phân đó thành tính hiệu điện, tính hiệu quang… - Mục đích ghép kênh: là tăng hiệu suất sử dụng môi trường truyền dẫn  tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống Câu 2: Có bao nhiêu lại ghép kênh, đặc điểm của từng loại Có... chuẩn truyền dẫn băng rộng, đồng bộ tất cả các thiết bị theo một đồng hồ chủ, sao cho tất cả các thiết bị trên thế giới có thể kết nối với nhau dùng giao thức báo hiệu và định dạng khung chuẩn - Thực hiện chức năng ghép các kênh có tốc độ thấp thành luồng số tốc độ cao - Việc triển khai SDH không dẫn đến loại bỏ các thiết bị PDH đang tồn tại - Cho phép mang nhiều thông tin quản lý, bảo dưỡng=> quản lý. .. đồng trục làm dây tham chiếu đất + Khoảng giữa hai lớp dẫn điện là dung môi rắn - Truyền được tốc độ 10 Mbps qua vài trăm mét hoặc cao hơn - Ưu điểm: + Giảm được ảnh hưởng nhiễu bên ngoài - Nhược điểm + Suy hao lớn + Tốc độ bit chưa cao  Cáp sợi quang - Thông tin truyền đi dưới dạng một chùm sáng trong sợi thủy tinh - Truyền được tốc độ hàng trăm Mbps - Ưu điểm + Dung lượng cao + Suy giảm tín hiệu... Chi phí hàn nối thiết bị đầu cuối cao + Nối cáp khó khăn  Vệ tin - Truyền tín hiệu thông tin bằng sóng vô tuyến qua không trung - Ưu điểm: + Hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn + Ổn định, chất lượng cao - Nhược điểm: + Chi phí cao  Sóng Viba Liên kết bằng sóng viba được sử dụng rộng rãi ở những nơi khó lắp đặt tuyến thông tin hữu tuyến Ưu điểm + Tính cơ động cao Nhược điểm + Chịu ảnh... bộ cụm + Xử lý phức tạp nên xảy ra trễ lớn  Đa truy cập phân chia theo mã CDMA - Tín hiệu từ mỗi user được mã hóa theo một cách riêng sao cho bộ thu có thể tách riêng các tín hiệu đó ra dù chúng có trùng nhau về thời gian và tần số - Ưu điểm: + Cho dung lượng cao + Khả năng chống nhiễu tốt hơn + Bảo mật thông tin tốt hơn + Dung lượng kênh linh hoạt Nhược điểm: + Đồng bộ phức tạp + Xử lý tín hiệu phức... băng thông không được sử dụng để đảm bảo các tín hiệu không chồng lên nhau - gọi là băng thông bảo vệ FDm nhóm cơ bản là 48KHz, mỗi kênh thoại tương tự có băng thông từ 0,3-3,4 KHz,  Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM): - TDM thực hiện truyền các tín hiệu khác nhau qua cùng một kênh băng rộng với cùng tần số nhưng vào các thời điểm khác nhau - Luồng dữ liệu từ mỗi kết nối được phân chia thành... Đồng bộ phức tạp + Xử lý tín hiệu phức tạp Câu 7: Nêu ưu nhược điểm của 6 môi trường trong truyền dẫn tín hiệu số  Đường dây song song: - Dây kim loại này cách ly với dây kim loại kia một khoảng không - Nối các thiết bị cách nhau 50m, tốc độ bit trung bình < 19,2 kbps - Ưu điểm: + Đơn giản - Nhược điểm: + Đường truyền ngắn, tốc độ bit thấp + Bị ảnh hưởng bởi nhiễu xuyên âm, nhiễu giả  Đường dây xoắn