Giáo trình truyền số liệu đại học điện lực

CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN Trong cuộc sống, việc trao đổi thông tin đóng vai trò rất quan trọng và không thể thiếu. Có rất nhiều dạng và nhiều hình thxức, nhiều phương tiện trao đổi thông tin với nhau. Việc trao đổi thông tin có thể là trực tiếp như đàm thoại trực tiếp giữa người với người, hay là gián tiếp qua một hệ thống thông tin như là nói chuyện qua điện thoại Có hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc trong cuộc sống, trong đó thông tin số liệu là một phần đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Các hệ thống thông tin dùng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác. Tin tức được đưa từ nguồn tin tới bộ nhận tin dưới dạng bản tin, bản tin là hình thức chứa đựng một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra bởi nguồn thông tin dưới dạng rời rạc, tương ứng chúng ta có nguồn thông tin liên tục và rời rạc. Đối với nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc các bản tin có thể là một tập hữu hạn. Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu, có rất nhiều tín hiệu tuỳ theo đại lượng vật lý để biểu diễn tín hiệu, có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau, tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, thí dụ: Như cường độ dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng, để truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin analog hay hệ thống thông tin số digital. Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụng làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào đó.Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra. Tín hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm liên tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là một thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên độ xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói trên là một tín hiệu tương tự rời rạc. Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số. Đặc trưng căn bản của tín hiệu số là:a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị; b) tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là Ts (Symbol Time- interval: thời gian của một ký hiệu). Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta có hệ thống thông tin số nhị thập phân còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có hệ thống M mức. So với hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu điểm cơ bản sau: - Thứ nhất, do có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng qua sau từng cự ly nhất định nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số khỏe hơn đối với các tạp âm so với tín hiệu analog. - Thứ hai, do sử dụng tín hiệu số, tương thích với các hệ thống điều khiển và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M: Operation, Administration and Maintenance) hệ thống một cách tự động, tốc độ. - Thứ ba, tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền đưa khá dễ dàng mọi bản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc hợp nhất các mạng thông tin truyền đưa các loại dịch vụ thoại hay số liệu thành một mạng duy nhất. Nhược điểm căn bản của các hệ thống thông tin số, so với các hệ thống thông tin tương tự trước đây là phổ, phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn, so với phổ của tín hiệu analog. Cần phải nhấn mạnh thêm ở đây rằng điều này không nhất thiết vĩnh viễn đúng. Do các hạn chế về kỹ thuật hiện nay, phổ chiếm của các tín hiệu số còn tương đối lớn hơn phổ chiếm của tín hiệu analog khi truyền các bản tin liên tục, tuy nhiên trong tương lai khi các kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục tiên tiến hơn được áp dụng thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ của tín hiệu liên tục. 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin số Hình 1.1: Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số *: Chuỗi bit : Chuỗi dạng sóng Tới bộ nhận tin Từ nguồn tin TẠO KHUÔN MÃ HOÁ NGUỒN MÃ HOÁ MÂT MÃ HOÁ KÊNH GHÉP KÊNH ĐIỀU CHẾ TRẢI PHỔ ĐA TRUY NHẬP MÁY PHÁT KÊNH TRUYỀN TẠO KHUÔN GIẢI MÃ NGUỒN GIẢI MÃ MẬT GIẢI MÃ KÊNH PHÂN KÊNH GIẢI DIỀU CHẾ GIẢI TRẢI PHỔ ĐA TYUY NHẬP MÁY THU ĐỒNG BỘ Từ các nguồn khác Tới các đích nhận tin khác * * * * * * * * Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là: các tín hiệu được truyền đưa và xử lý bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần tử, thường được gọi là bảng chữ cái (alphabet). Các phần tử tín hiệu này có độ dài hữu hạn xác định ‘Ts’ và trong các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài Ts là như nhau, đối với mọi phần tử tín hiệu. Trong thực tế có rất nhiều loại hệ thống thông tin số khác nhau, phân biệt theo tần số công tác, dạng loại môi trường truyền dẫn Tùy theo loại hệ thống thông tin số thực tế, hàng loạt chức năng xử lý tín hiệu số một cách hiệu quả về phương diện băng tần chiếm cũng như công suất tín hiệu. Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mô tả bởi các khối trong sơ đồ khối của hệ thống. Mỗi một khối mô tả trên hình 1.1, trong đó thể hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu chính nhất có thể có của các hệ thống thông tin số hiện nay. Trong sơ đồ khối hình 1.1, thực chất là sơ đồ mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu, các thuật toán cơ bản xử lý tín hiệu (song không phải trong hệ thống thông tin số nào cũng nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này) được trình bày ở mục sau. 1.2.2. Chức năng của từng khối • Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân. • Mã hóa nguồn và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít để giảm chiếm của tín hiệu số. • Mã và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khóa xác định nhằm bảo mật tin tức. • Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đường truyền dẫn. • Ghép- phân kênh, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn. • Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là MODEM. • Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý gây ra để phá liên lạc) và bảo mật tin tức. • Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu. • Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ thống thông tin liên kết (coherent). • Lọc (được thực hiện tại máy thu phát đầu cuối), bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền. Trên sơ đồ hình 1.1, các khối nhánh bên dưới (phần thu) thực hiện các thuật toán xử lý ngược với các khối tương ứng ở nhánh trên (phần phát). Trong số các chức năng nói trên thì các chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điều chế và giải điều chế số là không thể thiếu đối với mọi lọai hệ thống thông tin số. Về mặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi xa. Máy phát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên tới tần số thích hợp, khuyếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào mỗi đường truyền dẫn. Đối với một hệ thống thông tin số thì MODEM (điều chế và giải điều chế) đóng vai trò như bộ não còn máy thu phát thì chỉ như cơ bắp mà thôi. Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộc đối với tất cả mọi hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trong từng loại hệ thống cụ thể và do vậy trên hình 1.1 chúng được diễn tả bằng những khối đứt nét. 1.3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu - Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc. -Tin tức: tin tức là ý nghĩa mà con người qui cho dữ liệu theo các qui ước cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu, thông qua nó con người hiểu nhau . . - Tín hiệu: Là biểu diễn vật lý của dữ liệu trên đường truyền. Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau, tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, ví dụ như cường độ dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng, để truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin tương tự hay hệ thống thông tin số digital. + Tín hiệu tương tự: Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụng làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào đó. Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra. Tín hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm liên tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là một thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên độ xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói trên là một tín hiệu tương tự rời rạc. Tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trở thành tín hiệu số để truyền trên hệ thống thông tin số. +Tín hiệu số: Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số. Đặc trưng căn bản của tín hiệu số là: a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị; b) tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là Ts ( viết tắt của Symbol Time- interval: Thời gian của một ký hiệu). Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta có hệ thống thông tin số nhị thập phân và tín hiệu được biểu diễn bởi các số 0,1 còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có hệ thống M mức. Các số nhị phân 0,1 gọi là các bit, tổ hợp 8 bit gọi là một byte (byte là đơn vị đo lường dung lượng thông tin cơ bản). Trong kỹ thuật truyền số liệu, đôi khi xem các đơn vị dữ liệu truyền dưới dạng một ký tự hay một khối gồm nhiều ký tự. Việc nhóm các ký tự lại thành một khối dữ liệu gọi là đóng gói dữ liệu. Một khối như vậy được gọi là một gói dữ liệu (packet) hay một khung (frame). 1Kb=2 10 byte =1024 byte 1Mb=2 10 Kb =1024 Kb 1Gb=2 10 Mb = 1024 Mb 1Tb=2 10 Gb=1024 Gb 1.3.2. Nhiễu - Nhiễu (Noise): Bất cứ tín hiệu nào ngoài ý muốn xuất hiện trong hệ thống truyền tin đều gọi là nhiễu hay còn gọi là tạp âm. Có nhiều nguồn nhiễu và nhiều dạng nhiễu khác nhau. + Nhiễu nhiệt (Thermal Noise): Gây ra do tác động nhiệt của các electron trong vật liệu làm linh kiện. Nhiễu này phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và không thể loại trừ. Ở mọi nhiệt độ trên mức tuyệt đối zero, tất cả các phương tiện truyền thông đều trải qua nhiễu nhiệt. Nó tạo nên các thành phần tần số ngẫu nhiên xuyên qua phổ tần đã hoàn chỉnh, có biên độ thay đổi liên tục do đó còn được gọi là nhiễu trắng (White Noise). + Nhiễu các tần số cạnh tranh (Intermodulation Noise): Sinh ra do các tín hiệu có tần số khác nhau được truyền trên một kênh truyền. Nhiễu này có thể loại bỏ bằng bộ lọc. + Nhiễu xuyên âm (Crosstalk): Nhiễu này gây ra do các tín hiệu truyền trên các đường dây dẫn đặt cạnh nhau. Tín hiệu truyền trên đường dây này gây nhiễu cho đường dây kia. Một ví dụ về nhiễu xuyên âm đó là khi ta đang nói điện thoại, có thể nghe thấy tiếng của người khác xen vào ngay cả khi ta không đàm thoại. Đối với nhiễu xuyên âm cũng có rất nhiều loại, nhưng đáng quan tâm nhất là nhiễu xuyên âm đầu gần NEXT (Near End Crosstalk) và nhiễu xuyên âm đầu xa (Far End Crosstalk). Xuyên âm đầu gần là do tín hiệu không mong muốn thu được ở đầu gần của một đôi cáp bị ghép cảm ứng từ với một đôi cáp bên cạnh đang truyền tín hiệu ngược lại. Xuyên âm đầu xa là do tín hiệu không mong muốn có mặt ở đàu xa của đôi dây cáp. Nó xuất hiện do ghép điện từ của các đôi dây bên cạnh truyền thông tin cùng hướng với đôi dây truyền tín hiệu mong muốn. Nhiễu này có thể khắc phục bằng cách sử dụng bộ triệt nhiễu thích nghi.Ngoài ra, việc truyền tín hiệu trên đường dây xoắn cũng giúp giảm bớt nhiễu xuyên âm. 1.3.3. Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) Ðể đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu đó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu được tín bằng tỉ số giữa năng lượng trung bình của tín hiệu và năng lượng trung bình của nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm). SNR=10lg (S/N) (dB) Rõ ràng, nếu tỉ số SNR cao thì chất lượng tín hiệu thu sẽ cao và ngược lại, nếu SNR thấp thì có nghĩa là chất lượng tín hiệu thu thấp. Một hệ thống hay mạch tốt khi có khả năng nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêu cầu. 1.3.4. Tỉ lệ lỗi bit Ảnh hưởng của suy hao tín hiệu, của nhiễu và các biến dạng tín hiệu nói chung đều có thể làm làm thoái hóa tín hiệu dẫn đến sai dữ liệu ở máy thu. Tỉ lệ lỗi bit BER được định nghĩa là tỉ số giữa số các bit nhận bị sai so với tổng số bit được truyền trong một khoảng thời gian nhất định. Tỉ số BER càng nhỏ càng tốt. Ví dụ, tỉ lệ lỗi bit là 10 -4 có nghĩa là trung bình 1 bit lỗi trong 10 4 bit nhận. 1.3.5 Độ suy giảm Khi tín hiệu truyền trên kênh truyền,vì lý do nào đó có thể làm cho biên độ của tín hiệu đó giảm xuống được gọi là sự suy giảm tín hiệu. Thông thường mức độ suy giảm cho phép được quy định trên chiều dài kênh dẫn để đảm bảo hệ thống có thể phát hiện và dịch đúng tín hiệu ở máy thu. Nếu suy giảm quá mức cho phép thì người ta dùng các bộ khuếch đại, bộ lặp tín hiệu hoặc dùng các thiết bị để cân bằng sự suy giảm của tín hiệu. Độ suy giảm được tính bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu được truyền P phát và công suất tín hiệu nhận P thu , độ suy giảm L thường được tính bằng đơn vị dB. L=10lgP phát /P thu (dB) 1.3.6 Tốc độ truyền tin Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh thông tin hay còn gọi là thông lượng của đường truyền được xác định là tốc độ truyền các bít nhị phân từ nguồn tới đích, đơn vị là bits/giây (bps). Ví dụ: nếu 6 bit nhị phân được truyền từ nguồn tới đích hết 6s thì: Tốc độ truyền tin R =6bits/6s=1000 bits/s Ngoài ra, thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là tốc độ baud. Tốc độ baud được định nghĩa là tốc độ thay đổi trạng thái tín hiệu trên kênh truyền hay có thể hiểu là tốc độ truyền 1 mẫu tín hiệu có thể là 1 bit, 2 bit, 3 bit tùy vào trạng thái. Chúng ta có thể chỉ truyền hai trạng thái tín hiệu là 0 và 1 trên đường truyền, tuy nhiên do băng thông bị giới hạn, chúng ta cũng có thể dùng nhiều hơn hai trạng thái tín hiệu. Điều này có nghĩa là mỗi trạng thái tín có thể đại diện cho nhiều ký số nhị phân. Tổng quát, nếu số bit dùng cho mỗi trạng thái tín hiệu là n thì ta sẽ có số trạng thái tín hiệu là M theo công thức sau. M=2 n trạng thái Ví dụ, với 2 bit dùng để mã hóa cho một trạng thái tín hiệu thì ta sẽ có tất cả là 2 2 = 4 trạng thái tín hiệu, bao gồm các trạng thái 00,01,10, 11. Mối quan hệ giữa tốc độ baud và tốc độ bit như sau: R=R s log 2 M Với M là số trạng thái tín hiệu được truyền trên kênh, R là tốc độ bit và R s là tốc độ baud. Như vậy khi ta chỉ dùng hai trạng thái tín hiệu để truyền (M=2) thì ta có tốc độ baud chính bằng tốc độ bit. 1.3.7 Băng thông Phổ tần của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu. Khái niệm này cho ta xác định phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu đó chứa một phổ tần quá rộng. Hay nói cách khác, phổ tần của tín hiệu chính bằng hiệu của tần số lớn nhất và tần số nhỏ nhất của tín hiệu truyền trên kênh. Đơn vị của phổ tần được tính bằng Hz. W=f max -f min Bất kỳ một kênh hay đường truyền nào như cáp xoắn, cáp đồng trục, radio… đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra các thành phần tần số nào của tín hiệu sẽ được truyền qua kênh mà không bị suy giảm. Băng thông của kênh truyền được định nghĩa là dải tần số của tín hiệu mà độ suy giảm khoảng vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực đại khi tín hiệu đó truyền qua hệ thống. Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với điểm nửa công suất. Như đã nói ở mục trên, có thể truyền nhiều hơn một bit với mỗi lần thay đổi trạng thái của tín hiệu nhờ đó có thể gia tăng tốc độ bit. Tuy nhiên, băng thông của kênh luôn là yếu tố giới hạn tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được. Định lý Nyquist thể hiện mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ tối đa của kênh: C=2Wlog 2 M Trong đó, C là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tính bằng bps, M là số trạng thái tín hiệu và W là băng thông của kênh tính bằng Hz. Ví dụ: Dữ liệu truyền qua mạng PSTN dùng lược đồ truyền với 8 trạng thái tín hiệu. Nếu băng thông của PSTN là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng. C=2Wlog 2 M = 2x3.000xlog 2 8 = 18.000bps Trên thực tế, tốc độ truyền dữ liệu tối đa sẽ nhỏ hơn giá trị so với lý thuyết do một số nguyên nhân ví dụ như nhiễu. Trong trường hợp có nhiễu trắng, Shannon chỉ ra rằng, tốc độ tối đa của kênh được tính theo công thức sau: C=Wlog 2 (1+S/N) với S và N tính bằng Watts. Như vậy, Shannon cho chúng ta một ranh giới tiêu chuẩn theo lý thuyết mà trên cơ sở đó ra có thể phấn đấu để có một hệ thống thông tin nhằm đạt được tỉ lệ lỗi bit ở đầu thu đạt được mức tối thiểu cho phép. Ví dụ: Dữ liệu truyền qua mạng PSTN có tỉ số SNR=20dB. Nếu băng thông của PSTN là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng theo lý thuyết. SNR=10lg(S/N)=20 S/N=100 C=Wlog 2 (1+S/N) =3000log 2 (1+100) =19963bps 1.3.8 Phổ tần Sự phân bố năng lượng của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và được diễn tả bởi phổ tần. Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải rộng Nếu tín hiệu có thành phần một chiều có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí dụ không thể ghép tín hiệu có thành phần một chiều qua biến thế và kết quả là không cách ly điện được. Trong thực tế, sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông. Vì các lý do trên, một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng thông không quá rộng và không nên chứa thành phần một chiều. 1.3.9 Trễ truyền dẫn Luôn luôn tồn tại một thời gian trễ tuy ngắn nhưng xác định khi một tín hiệu lan truyền từ điểm này đến điểm khác qua môi trường truyền dẫn. Thời gian trễ này được gọi là trễ truyền lan bởi môi trường, được ký hiệu là T P . T P được tính như sau: T P =khoảng cách (m)/tốc độ lan truyền (m/s) Tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian tự do bằng tốc độ ánh sáng, trong cáp xoắn hoặc cáp đồng trục thấp hơn (khoảng 2.10 8 m/s). Trong kỹ thuật truyền số liệu,dữ liệu thường được truyền dưới dạng một khối hoặc một khung (frame). Thời gian dùng để truyền một khối tín hiệu hay một frame với một tốc độ đường truyền R cho trước gọi là trễ truyền dẫn T X . T X =N/R Trong đó, N là độ lớn của khối tín hiệu được truyền (bit), R là tốc độ đường truyền.(bit/s). Như vậy, tham số trễ của một liên kết số liệu (chính là thời gian kể từ khi bit đầu tiên của khối được truyền đi đến bit cuối cùng của báo nhận thu được) bao gồm cả trễ truyền lan T P và trễ truyền dẫn T X . Ứng với mỗi tần số tín hiệu khác nhau thì tốc độ lan truyền sẽ khác nhau. Do tín hiệu số có các thành phần số khác nhau tạo nên nên nó sẽ đến máy thu với các độ trễ khác nhau, dẫn đến méo tín hiệu tại máy thu. Méo sẽ gia tăng khi tốc độ bit tăng. Như vậy, tín hiệu có thể bị méo do trễ pha hoặc do suy hao. Để xác định các thành phần tần số tạo nên tín hiệu số, người ta dùng phương pháp toán học là phân tích Fourier. Phân tích Fourier cho rằng bất kỳ tín hiệu tuần hoàn nào cũng đều được hình thành từ một dãy xác định các thành phần tần số riêng biệt. Chu kỳ của tín hiệu xác định thành phần tần số cơ bản. Các thành phần tần số khác có tần số là bội của tần số cơ bản gọi là các hài bậc cao của tần số cơ bản. 1.3.10 Chế độ thông tin và các chế độ truyền a) Các chế độ thông tin Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống thông tin có thể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức: - Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều. Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại. Trong hệ thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) để hiển thị thông tin nhận được. - Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai hướng nhưng không đồng thời. HDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau một cách luân phiên. Hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền. - Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều đồng thời. Hệ thống này thường có 4 đường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền. Phương thức này được dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point) - Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): F/FDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau theo cả hai hướng một cách đồng thời.Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint). b) Các kiểu truyền Tùy theo cách thức đưa tín hiệu ra đường truyền mà ta có hai cách truyền: song song và nối tiếp. Hình sau mô tả hai cách truyền nối tiếp và song song. - Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt được phát đi từng bít trên cùng một đường dây. Phương pháp này có ưu điểm là đỡ tốn dây, việc mã hóa lỗi, kiểm soát lỗi dễ dàng hơn (vấn đề mã hoá lỗi, kiểm soát lỗi sẽ được đề cập ở các mục sau). Tuy nhiên, phương pháp này chậm hơn so với truyền song song và cần phải có đồng bộ bit. - Truyền song song: các bit được truyền đồng thời . Tốc độ truyền song song khá nhanh nhưng phải tốn nhiều đường dây. Phương pháp truyền này không cần phải đồng bộ bit. Truyền song song tổn hao tín hiệu nhiều hơn và dễ xảy ra lỗi kép khó phát hiện, có nhiễu xuyên âm… Phương pháp này chỉ được áp dụng truyền khi khoảng cách phát và thu ngắn. (a) [...]... KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN 2.1 SỐ HÓA TÍN HIỆU Dữ liệu cần truyền đi có thể ởn dạng tín hiệu tương tự hoặc số Để đưa tín hiệu tương tự vào mạng số thì cần phải có quá trình biến đổi dữ liệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số còn được gọi là quá trình số hóa Thiết bị dùng để chuyển đổi dữ liệu tương tự sang dạng số để truyền đi, và hồi phục trở lại tín hiệu tương tự từ dữ liệu số được gọi là... Kiểu truyền nối tiếp và song song c) Các chế độ truyền Trong các hệ thống truyền số liệu, các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng bộ (synchronous) và bất đồng bộ (asynchronous) Hai chế độ truyền này khác nhau chủ yếu ở việc thực hiện sự đồng bộ và do đó đưa tới cách định dạng tín hiệu truyền khác nhau - Truyền bất đồng bộ: hay còn gọi là chế độ truyền dị bộ, trong chế độ bất đồng bộ dạng của dữ liệu. .. Baudot để truyền bất đồng bộ, số bít stop luôn luôn là 1,5 2.2.2 Mã ASCII Là bộ mã thông dụng nhất trong truyền dữ liệu Mã ASCII dùng số nhị phân 7 bít nên có 27 = 128 mã, tương đối đủ để diễn tả các chữ, số và một số dấu hiệu thông dụng Từ điều khiển dùng trong các giao thức truyền thông thường lấy trong bảng mã ASCII Khi truyền bất đồng bộ dùng mã ASCII số bít stop là 1 hoặc 2 Bảng 3.2 trình bày... TIỆN TRUYỀN DẪN Phương tiện truyền dẫn là môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu Phương tiện truyền dẫn gồm có cả hữu tuyến và vô tuyến Đường truyền vô tuyến truyền sóng điện từ gồm có: - Tia hồng ngoại - Radio Sóng cực ngắn (viba) Laser Đường truyền hữu tuyến gồm có: - Cáp đồng trục - Cáp xoắn đôi (có vỏ bọc và trần) - Cáp sợi quang 1.3.1 Đường truyền vô tuyến Môi trường truyền. .. dạng của dữ liệu truyền không cố định, hay nói cách khác tại những thời điểm khác nhau khoảng thời giữa hai ký thự không nhất thiết là một giá trị cố định Thông thường, số liệu được truyền giữa các thiết bị truyền số liệu (DTE) dưới dạng chuỗi liên tiếp các bit gồm nhiều phần tử 8 bit gọi là các byte hay ký tự truyền trong cả chế độ đồng bộ và bất đồng bộ - Truyền đồng bộ: cách thức truyền trong đó... trước khi truyền dữ liệu cần thiết lập một liên lết logic giữa các thực thể đồng mức như vậy quá trình truyền thông gồm 3 giai đoạn: - Thiết lập liên kết logic : 2 thực thể đồng mức ở 2 hệ thống sẽ thương lượng với nhau về các thông số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau - Truyền dữ liệu : Dữ liệu sẽ được truyền với cơ chế kiểm soát và quản lý kèm theo ( như kiểm soát lỗi , kiểm soát luồng, cắt/hợp dữ liệu )... 3-30MHz (Chục mét) Tần số cao (HF) Phản xạ tầng điện ly thay Vô tuyến nghiệp dư; phát đổi theo thời gian trong sóng quốc tế; thông tin ngày, mùa và tấn số quân sự, hàng không đường dài 30-300MHz Tần số rất cao Lan truyền theo tần nhìn Truyền hình VHF, phát (VHF) thẳng (LoS) thanh FM, thông tin đạo (mét) hàng AM, thông tin vi ba 0,3-3GHz (dm) Tần số cực cao Lan truyền theo tầm nhìn Truyền hình UHF, radar,... Đường truyền hữu tuyến a) Các đường truyền 2 dây không xoắn Một đường truyền 2 dây không xoắn là môi trường truyền dẫn đơn giản nhất Mỗi dây cách ly với dây kia và cả 2 xuyên tự do (không xoắn nhau qua môi trường không khí) Loại dây này thích hợp cho kết nối 2 thiết bị cách xa nhau đến 50 m dùng tốc độ bit nhỏ hơn 19,2kbps Tín hiệu thường là mức điện thế hay cường độ dòng điện vào tham chiếu điện thế... hệ số khúc xạ thấp và ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ cáp Hình 1.9: Cáp sợi quang Cáp sợi quang có thể hoạt động ở một trong hai chế độ đó là chế độ đơn mode hoặc chế độ đa mode Khác với các loại cáp khác truyền tín hiệu điện, cáp quang truyền tín hiệu dưới dạng ánh sáng Dữ liệu trước khi truyền qua cáp sợi quang phải được chuyển sang dạng quang và khi thu thì biến đổi ngược lại Cáp quang có tốc độ truyền. .. bị được biết như router Qua các router được định nghĩa tại lớp này Transport layer: Lớp này cung cấp cho truyền dẫn end - to - end của dữ liệu ( trạm nguồn tới trạm đích) Nó cho phép dữ liệu được truyền một cách tin cậy, và đảm bảo rằng dữ liệu được truyền hoặc được thu không có lỗi, chính xác theo trình tự Session layer: Lớp này thiết lập, duy trì và cắt đứt liên kết giữa hai trạm trên một mạng Lớp . thể được số hóa để trở thành tín hiệu số để truyền trên hệ thống thông tin số. +Tín hiệu số: Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin này có thể đánh số được. Kiểu truyền nối tiếp và song song c) Các chế độ truyền Trong các hệ thống truyền số liệu, các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng bộ (synchronous) và bất đồng bộ (asynchronous). Hai chế độ truyền. trị cố định. Thông thường, số liệu được truyền giữa các thiết bị truyền số liệu (DTE) dưới dạng chuỗi liên tiếp các bit gồm nhiều phần tử 8 bit gọi là các byte hay ký tự truyền trong cả chế độ đồng