Bài Giảng Truyền Dẫn Số

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN DẪN SỐ Bộ mơn: Tín hiệu & Hệ thống BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN DẪN SỐ Giới Thiệu Mơn Học  Thời lượng môn học:  3TC (34LT + 8BT + 2TH+1TH)  Mục tiêu:  Kiến thức: Sinh viên học kiến thức kỹ thuật truyền dẫn số làm sở cho môn học chuyên ngành thông tin di động, mô hệ thống truyền thông, công nghệ truyền tải quang, mạng truyền thông vô tuyến…  Kỹ năng: Sinh viên nắm kỹ nghiên cứu, phân tích, đánh giá kỹ thuật truyền dẫn số  Thái độ, chuyên cần: Tập cho sinh viên khả nghiên cứu độc lập, trách nhiệm tính xây dựng hoạt động nhóm  Nội dung:  Chương 1: Giới thiệu chung  Chương 2: Mã hóa nguồn  Chương 3: Mã hóa kênh  Chương 4: Kỹ thuật ghép kênh số  Chương 5: Mã đường truyền  Chương 6: Điều chế giải điều chế  Chương 7: Đồng BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Giới Thiệu Môn Học  Tài liệu tham khảo:  A Học liệu bắt buộc: 1- Bài giảng “Truyền dẫn số” Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, 2013  B- Học liệu tham khảo: [1] John G P., Digital Communications, McGraw Hill, 4th edition 2007 [2] A B Carlson, P B Crilly and J C Rutledge, Communication Systems: An Introduction to Signals and Noise in Electrical Communication, McGraw Hill, 2002, 4th Edition [3] Alberto Leon-Garcia and Indra Widjaja, Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures, McGraw Hill, 2001 [4] John Bellamy, Digital Telephony, John Wiley &Sons, Inc., 2nd edition 1991 [5] Bernard Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications, Prentice Hall, 4th edition 2000 [6] Simon Haykin, Communication Systems, John Wiley &Sons, Inc., 4th edition 2004 [7] Leon W Couch, Digital and Analog Communication Systems, Macmilan Inc., 6th Editions, 2001 [8] William Stalling, Data and Computer Communications, Macmilan Inc., Fifth Editions, 2003 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Giới Thiệu Mơn Học  Đánh giá: Hình thức kiểm tra Trọng số đánh giá Đối tượng đánh giá Tham gia học tập lớp (đi học đầy đủ, ý nghe giảng; tích cực tham gia thảo luận) 10% Cá nhân Bài tập /Thảo luận 10% Nhóm Kiểm tra kì 20% Cá nhân Thực hành 5% Cá nhân Kiểm tra cuối kì 55% Cá nhân BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN DẪN SỐ Nội dung Chương 1- Giới thiệu chung Chương 2- Mã hóa nguồn Chương 3- Mã hóa kênh Chương 4- Kỹ thuật ghép kênh số Chương 5- Mã đường truyền Chương 6- Điều chế giải điều chế số Chương 7- Đồng BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 1- Giới thiệu chung  Đặc điểm thông tin số  Quá trình phát triển truyền dẫn số  Một số khái niệm  Sơ đồ khối chung phần tử hệ thống truyền dẫn số  Các kênh truyền dẫn đặc tính  Các mơ hình tốn học cho kênh truyền dẫn BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 1- Giới thiệu chung 1.1 Đặc điểm thơng tin số: • HHTT sử dụng để truyền thơng tin từ nơi đến nơi khác: Thông tin (dưới dạng tin, ) truyền từ nguồn tin  nơi nhận tin • Các tin: dạng liên tục/ rời rạc  Nguồn tin liên tục (tập tin vô hạn)/ rời rạc (tập tin hữu hạn) • Biểu diễn vật lý tin: tín hiệu (đại lượng vlý: dịng, áp, cường độ ánh sáng ) • Tùy theo dạng tín hiệu: tương tự/ số  hệ thống thông tin tương tự/ hệ thống thơng tin số • Tín hiệu tương tự: - Đặc điểm bản: nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục dải (thời gian tồn giá trị không xác định:  (t) tồn tin - Phân loại: tín hiệu liên tục (voice đầu vào Micro); tín hiệu rời rạc (t/h PAM t/h đầu micro) • Tín hiệu số: Nguồn tin gồm số hữu hạn (M) tin: tin đánh số  thay truyền tin: chuyển kí hiệu (symbol) số tương ứng Tín hiệu biểu diễn số (các kí hiệu) gọi t/h số - Đặc điểm bản: nhận số hữu hạn giá trị; có thời gian tồn xđịnh, Ts (khoảng thời gian kí hiệu) - Phân loại: M=2 (nhị phân); M>2: nhiều mức Trang BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 1- Giới thiệu chung 1.1 Đặc điểm thơng tin số: (Cont.) • Ưu điểm HTTT số: - Tăng khả truyền dẫn, Các mạch số hoạt động tin cậy - Có khả tái sinh sau khoảng định nên tạp âm tích lũy loại bỏ - Có khả tương thích với hệ thống điều khiển & xử lí đại: có khả vận hành, quản lí & bảo dưỡng (OA&M: ) hệ thống tự động - T/h số dễ truyền loại tin liên tục/ rời rạc  hợp mạng thông tin thành mạng • Hạn chế HTTT số: - Phổ tín hiệu số (khi truyền tin liên tục) tương đối lớn so với phổ tín hiệu tương tự Tương lai: áp dụng kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục tiên tiến: phổ t/h số so sánh với phổ t/h tương tự - Vấn đề đồng BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 1- Giới thiệu chung 1.2 Vài nét lịch sử hệ thống truyền dẫn số: • Điện báo Samuel Morse 1838-1866 • Điện thoại (telephony) 1876-1899 - Alexander Graham Bell phát minh điện thoại 1876 - Xuất tổng đài với 08 đường dây - Almond Strowger sáng chế tổng đài điện kiểu nấc (Step-by-step 1887) • Truyền hình (Television) 1923-1938 • Radar vi ba 1938-1945 • Truyền thơng vệ tinh 1955 • Internet 1980-1983 • Di động tế bào 1980-1985 • Truyền hình số 2001-2005 BÀI GIẢNG MƠN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 1- Giới thiệu chung 1.3 Một số khái niệm bản: + Tín hiệu (signal):  Khái niệm: “Tín hiệu hàm hay nhiều biến độc lập, mang thông tin chất tượng đó” / (đại lượng vật lý trung gian thông tin biến đổi thành) Trong viễn thông: dạng lượng mang theo thông tin tách ra, truyền từ nơi phát đến nơi nhận  Phân loại: - Theo không gian trạng thái: t/h chiều, t/h nhiều chiều - Theo đặc tính hàm số: tín hiệu tương tự/tín hiệu số - Theo thơng tin (nguồn tin): tín hiệu âm (trong có tín hiệu thoại, tín hiệu ca nhạc …); tín hiệu hình ảnh (hình ảnh tĩnh, hình ảnh động …); tín hiệu liệu - Theo lượng mang: tín hiệu điện, tín hiệu quang … - Theo vùng tần số: tín hiệu âm tần, tín hiệu cao tần, tín hiệu siêu cao tần - Theo kênh: t/h đơn kênh, t/h đa kênh 10 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.1 Mã đơn cực- RZ  Công thức biểu diễn mã đơn cực: giống NRZ độ rộng xung Tb/2  Ánh xạ kí hiệu:  Định dạng xung RZ là: • Tb chu kỳ bit Xung nửa thời gian NRZ Yêu cầu băng thông gấp đôi mã NRZ www.ptit.edu.vn Dãy bít 1,0 giữ nguyên 1 BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 180 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.2 Mã phân cực- NRZ  Công thức biểu diễn mã đơn cực: giống đơn cực  Ánh xạ kí hiệu: • ak bit liệu thứ k  Định dạng xung NRZ là: • Tb chu kỳ bit www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 181 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.2 Mã phân cực- RZ  Công thức biểu diễn mã phân cực: giống đơn cực RZ  Ánh xạ kí hiệu:  Định dạng xung RZ là: • Tb chu kỳ bit www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 182 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.2 Mã phân cực- Manchester  Công thức biểu diễn mã: mã phân cực RZ  Ánh xạ kí hiệu: www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 183 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Mã lưỡng cực- NRZ  Công thức biểu diễn mã lưỡng cực: giống đơn cực NRZ  Ánh xạ kí hiệu:  Định dạng xung NRZ là: • Tb chu kỳ bit www.ptit.edu.vn 1 BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 184 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Mã lưỡng cực- RZ  Công thức biểu diễn mã lưỡng cực: giống đơn cực RZ  Ánh xạ kí hiệu:  Định dạng xung NRZ là: • Tb chu kỳ bit www.ptit.edu.vn 1 BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 185 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ THÍ DỤ CÁC MÃ ĐƯỜNG (a) Punched Tape Volts Mark (hole) Mark (hole) space 0 Mark space space (hole) Dữ liệu nhị phân (BINARY DATA) Mark (hole) A (b) Unipolar NRZ Tb Time A -A (c) Polar NRZ A (d) Unipolar RZ A (e) Bipolar RZ -A A (f) Manchester NRZ -A Binary Signaling Formats www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 186 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Một số loại mã đường thông dụng  Mã AMI (sử dụng mức biên độ xung): Qui tắc chuyển PCM  mã AMI (100%-NRZ) • Bit “0” > khơng có xung (xung có biên độ 0V) • Bit “1” > xung có biên độ ±A đan xen (100%) Thực tế sử dụng mã AMI (50%-RZ): (bit 1 xung ±A đan xen (50%) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 187 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Một số loại mã đường thông dụng  Mã CMI (): Qui tắc chuyển PCM  mã CMI • Bit “0” > xung có biên độ –A+A • Bit “1” > xung có biên độ +A+A/-A-A www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 188 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Một số loại mã đường thông dụng  Mã B8ZS (Bipolar With Zeros Substitution):  Dựa bipolar-AMI  Nếu có số liên tiếp xung điện áp cuối trước dương, mã thành 000+–0–+  Nếu có số liên tiếp xung điện áp cuối trước âm, mã thành 000–+0+–  Gây vi phạm mã AMI  Có thể lầm lẫn với tác động gây nhiễu  Bộ thu phát diễn giải chúng thành số liên tiếp www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 189 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ B8ZS (NZR-100%) Thực tế sử dụng mã B8ZS (50%RZ): (xung ±A đan xen (50%)) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 190 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ 5.2.3 Một số loại mã đường thông dụng  Mã HDB3 (High Density Bipolar Zeros):  Dựa bipolar-AMI  Chuỗi số liên tiếp thay theo quy luật sau www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 191 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ HDB3 (100%-NRZ) Thực tế sử dụng mã HDB-3 (50%-RZ): (xung ±A đan xen (50%)) www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 192 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Bài tập www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 193 BÀI GIẢNG MÔN TRUYỀN DẪN SỐ Chương 5- Mã đường truyền Câu hỏi & tập chương 5: 1) Nêu ý nghĩa mã đường truyền? Chuyển chuỗi bit nhị phân sau thành mã B8ZS, HDB3? 1100001000010000111000011000000001 2) Cho chuỗi liệu nhị phân b = [1,1, 0, 0, 1, 1] với tốc độ Hãy vẽ dạng sóng biểu diễn chuỗi tín hiệu mã đường dây sau: NRZ đơn cực; NRZ lưỡng cực; RZ đơn cực; RZ lưỡng cực; NRZ Manchester? 3) Phân loại mã đường truyền phân tích yếu tố cần xem xét chọn mã đường truyền? 4) Cho luồng bít nhị phân Hãy biễu diễn tín hiệu tương ứng với mã đường truyền sau: (a) Unipolar NRZ; (b) Unipolar RZ; (c) Polar NRZ; (d) Polar RZ; (e) AMI-NRZ; (f) AMI-RZ; (g) Manchester; Giả sử A trạng thái khởi tạo www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1 Trang 194