Bài giảng thông tin số

Bài giảng về thông tin số

Trang 1

Vai trò và vị trí môn học:

Là môn học cơ sở

 Cung cấp kiến thức cơ sở về các mạng thông tin số

 Các thành phần cơ bản của mạng

 Các kỹ thuật áp dụng tại mỗi thành phần mạng

 Sự biến đổi của tín hiệu qua các khâu trong mạng thông tin số

 Đánh giá và xây dựng mạng số

Các Môn học tiên quyết

 Xác suất thông kê

 Lý thuyết thông tin

Trang 2

NỘI DUNG

Gồm 7 chương :

Trang 3

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ

Nội dung trình bày:

 Lịch sử và xu hướng phát triển của viễn thông

 Các chuẩn của Viễn thông

 Các dịch vụ Viễn thông

 Các khái niệm cơ bản trong thông tin số

 Mô hình hệ thống thông tin

 Sơ đồ khối hệ thống thông tin số điển hình

 Mạng thông tin số

 Các phương thức liên lạc

 Chuyển mạch số

Trang 4

LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG

tin

1837 Hoàn thiện dạng điện báo bằng dây Morse Số

1875 Phát minh điện thoại Bell Tương tự

1897 Chuyển mạch tự động trao đổi theo từng nấc Strongger

1901 Điện báo không dây Marconi Số

1905 Giới thiệu về điện thoại không dây Fessenden Tương tự

1907 Truyền thanh vô tuyến dạng chuẩn đầu tiên USA Tương tự

1918 Phát minh ra máy thu vô tuyến đổi tần Amstrong Tương tự

1921 Xuất hiện di động cá nhân Detroit police Tương tự

1928 Giới thiệu dạng truyền hình điện tử Farnsworth Tương tự

1928 Lý thuyết truyền tín hiệu điện báo Nyquist Số

1928 Truyền dẫn thông tin Hartley Số

Home Về đầu chương

Trang 5

tin

1933 Giới thiệu điều chế tần số Amstrong Tương tự

1934 Giới thiêu Ra-đa (Vô tuyến định vị) Kuhnol

1939 Thương mại hoá dịch vụ truyền hình quảng bá BBC Tương tự

1943 Phát minh ra bộ lọc thích ứng North Số

1945 Phát minh vệ tinh địa tĩnh Clarke

1946 Phát triển hệ thống ARQ Duuren Số

1948 Lý thuyết toán học cho thông tin Shannon

1955 Chuyển tiếp viba mặt đất RCA Tương tự

1960 Giới thiệu đầu tiên về Laze Maiman

Trang 6

thông tin

1962 Triển khai thông tin vệ tinh Telstar1 Tương tự

1963 Truyền thông vệ tinh địa tĩnh Syncom II Tương tự

1966 Phát minh cáp quang Kao& Hockman

1974 Internet Cerf & Kahn Số

Trang 7

Năm Sự kiện Xuất xứ Kiểu thông

tin

1978 Bắt đầu nghiên cứu về GPS Navstar Global Số

1980 Mô hình tham chiếu 7 lớp OSI ISO Số

1981 Giới thiệu truyền hình độ phân giải cao NHK, Nhật Bản Số

1985 Truy nhập tốc độ cơ sở ở UK BT Số

1986 Giới thiệu SONET/SDH USA Số

1991 Hệ thống tế bào GSM Châu Âu Số

1993 Đưa ra khái niệm PCN Toàn cầu Số

1994 Phát minh ra CDMA-IS 95

Trang 8

MỘT SỐ CHUẨN QUỐC TẾ VỀ TRUYỀN THÔNG

Thiết bị đầu cuối Nhóm thứ nhất G733 G732, 735

Nhóm thứ 2 G746 G744 Nối chuyển mạch Nhóm thứ nhất G705, Q502, 512 G705, Q503, 513

Nhóm thứ 2 G705, Q503, 513 G705, Q503, 513 Thiết bị ghép

kênh Nhóm thứ nhất G734 G736

Nhóm thứ 2 G743 G742, 745 Nhóm thứ 3 G752 G751, 753 Nhóm thứ 4 G751, 754 Thiết bị truyền Nhóm thứ nhất G911, 951 G921, 952, 956

dẫn đường Nhóm thứ 2 G912, 951, 955 G921, 952, 954, 956

Nhóm thứ 3 G914, 953, 955 G921, 952, 954, 956 Nhóm thứ 4 G921, 954, 956 Hội nghị video H120, 130 H120, 130

Trang 9

CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG

Mạng thông tin số cung cấp các dịch vụ sau:

E-mail

Telephone TV

Trang 10

MÔ HÌNH HỆ THỐNG THÔNG TIN

Kênh thông tin

Tín hiệu

Trang 11

Thiết bị và hệ thống nhận tin

Thiết bị và hệ

thống gửi tin

Tín hiệu

Thiết bị viễn thôngTín hiệu

Trang 12

Ngu ồn tin và nhận tin

Dãy ngẫu nhiên rời rạc (tín hiệu số)

Trang 13

Trang 14

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ

Giải mã Mật Giải mã kênh Mạch so

Sánh và Quyết định

Giải điều chế

Trang 15

Điều xung mã vi sai tự thích nghi (ADPCM Điều chế Delta (DM)

Điều chế delta tự thích nghi (ADM) -Thông thương phương pháp được sử dụng phổ biến là mã hoá

PCM

Trang 16

Mã hoá nguồn, mã hoá bảo mật và mã điều khiển lỗi:

CODEC có thể có 3 chức năng bổ sung

-Mã hoá nguồn (bên phát) làm giảm số bit nhị phân dư

-Phần giải mã tiến hành ngược lại

Trang 17

Trang 18

Điều biên:

Điều biên xung (PAM) ; Điều biên xung M mức (PAM M mức);

Khoá đóng mở (OOD) tách kết hợp; Khoá đóng mở tách đường bao; Điều biên cầu phương M trạng thái (QAM M trạng thái)

Điều tần:

Khoá dịch pha tần số-tách không kết hợp (FSK tách kết hợp);

Pha liên tục-khoá dịch tần số-tách kết hợp (CP-FSK-CD); Pha

liên tục-khoá dịch tần số-tách không kết hợp (CP-FSK-NCD);

Khoá dịch cực tiểu (MSK)

Điều pha:

Khoá dịch pha nhị phân (BPSK)-tách kết hợp; Khoá dịch pha

nhị phân-mã hoá vi sai (DE-BPSK); Khoá dịch pha vi sai (DPSK); khoá dịch pha cầu phương (QPSK); Khoá dịch pha M trạng thái (M-PSK)

Trang 19

Đoạn dây cuối

Đường dây trung kế

Trung kế đường dài

Tổng đài chuyển mạch đường dài

Tổng đài chuyển mạch nội hạt

Tổng đài nội hạt công ty

Điện thoại

người

nhận

Trang 20

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

Máy chủ

Bộ định tuyến

Trang 21

MẠNG THÔNG TIN SỐ

Truyền tin xa

Dịch vụ Video

Dịch vụ thoại

Dịch vụ thư nhanh

và dữ liệu

Dịch vụ thư nhanhthông tinDịch vụ

Dịch vụ bảo mật

Điện thoại

Máy tính đa phương tiện

Máy tính

Video tốc độ chậm

Điện thoại

Truyền ảnh tĩnh

Truy cập đa dịch vụ sơ cấp

Chuyển mạch nội hạt

Truy cập đa dịch vụ cơ sở

Mạng thông tin số hiện đại và

Trang 22

CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN LẠC

Đơn công:

Thông tin chỉ được truyền theo một hướng mà không được truyền theo hướng ngược lại

Thông tin được truyền đi theo

cả hai hướng trong cùng một thời điểm

Ví dụ: Điện thoại ngày nay

Trang 23

Nếu một kết nối đang bị chiếm và

Tín hiệu báo bận

Đường truyền bận t tín hiệu bận ín hiệu bận

Trang 24

CHƯƠNG II MỘT SỐ KIẾN THỨC TOÁN BỔ TRỢ

-Lý thuyết xác suất thống kê sử dụng trong

thông tin số

-Phép biến đổi Fourier cho xác định phổ của một tín hiệu bất kỳ

Home

Trang 25

Lí THUYẾT THỐNG Kấ SỬ DỤNG TRONG THễNG TIN SỐ

Hàm phân số xác suất tích lũy rời rạc (CPDF)

F(x) = P(X  x) O  F(x)  1 F(-) = 0 F(+)=1

F(x1)  F(x2) nếu x1 < x2 P(x1  x  x2) = F(x1) - F(x2)

Hàm mật độ xác suất rời rạc (PDF)

P(x=xi) > 0 F(x) = P(X  x) = F(x q ) – F(x q-1 ) = = P(X = xq)

Hàm mật độ xác suất duy nhất:

P

1

1 ) 1 (







x x

i

x X

) (

q

i

i q

i

x X P

Trang 26

LÝ THUYẾT THỐNG KÊ SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN SỐ





x x

i

x X

P( )

Trang 27

C¸c m«men thèng kª cña biÕn ngÉu nhiªn

M«men thø nhÊt hoÆc trÞ trung bình E(X).

M« men thø hai hoÆc trÞ trung bình bình ph ¬ng E(X2)

i

x X P x X

E

1

2 1

x X P X



Trang 28

Các biến ngẫu nhiên liên tục và các hàm mật độ xác suất:

Biến ngẫu nhiên liên tục

0)(khi)

()

x f X

( dx x f

Trang 29

Thí dụ của các hàm mật độ xác suất

Hàm mật độ xác suất đều

F (x)= 1/(x2-x1) khi x1  X  x2F(x)= 0 ngoài giới hạn trên Gauss hoặc hàm mật độ xác suất chuẩn

exp 2

1 )

f

dx

x x

X P x

exp 2

1 )

9 )

Trang 30

Thí dụ của các hàm mật độ xác suất

0

0 ) 2 / ( exp ) / ( )

(

2 2

x x

1 ) (

)

(

2 2



x x

X P

x

F

0 (

) 0

2

) (ln

exp

1 2

1

1 )

F dx x f dy

y f y

F CPDF

0

] 2 / ) [(

2 / 1 2 / 1 ) ( )

( )

Trang 31

C¸c m«men thèng kª cña biÕn ngÉu nhiªn liªn tôc

M«men bËc nhÊt hoÆc gi¸ trÞ trung bình

M«men bËc hai hoÆc trÞ trung bình ph ¬ng E (X2).

X

E ( 2) 2 2 ( )

Trang 32

PHẫP BIẾN ĐỔI FOURIER

Chuỗi Fourier – [E(X)] Phổ rời rạc của tín hiệu tuần hoàn:

A )

t ( x

Phổ biên độ tín hiệu tuần hoàn

Phổ pha tín hiệu tuần hoàn

)Aargjexp(

.A)

jexp(

.A

A0

T

4

T 2

Trang 33

PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER

Chuçi Fourier – [E(X)] Phæ rêi r¹c cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn:

k

T

2kcos(

CC

)t(x

Trang 34

PHẫP BIẾN ĐỔI FOURIER

Biến đổi Fourier cho hàm tin x(t) bất kỳ – [E(X)] Mật độ phổ tín hiệu

t k

0

o

dt )

t T

2 jk exp(

) t (

x T

1 A

T   2/T d ; k2/T  (biến chạy) )

 AkA():

d ) ( X d

dt ) t j exp(

) t ( x 2

1

dt ) t T

2 j exp(

) t ( x 2

2 T

1 lim

dt ) t T

2 j exp(

) t ( x T

1 lim )

(

A

T t

t T

T t

t T

) ( A ) ( X

t ( x

Trang 35

) t j exp(

) t

( 2

1 dt

) t j exp(

) t (

x 2

1 )

( X

Trang 36

Phæ cña tÝn hiÖu tuÇn hoµn

tT

2(j

exp2

X)

tT

2cos(

X)t(

0 0

) j exp(

) T

2 (

) j exp(

X 2

1 )

Trang 37

Phæ cña tÝn hiÖu xung vu«ng

X0

2/

sin2

Xj

)2/jexp(

)2/j

exp(

2

X

dt)tj

exp(

2

Xdt

)tjexp(

)t(

x2

2 /

2 / 0

2 /

Trang 38

Phæ cña d·y xung vu«ng

T

ksinT

X2

T

2k

2T

2ksin2

XT

2)T

2k(

XT

2

T k

Trang 39

Phæ cña tÝn hiÖu ®iÒu biªn

t ( x )

t cos(

) t ( A )

t (

A ) (

) j exp(

d ) (

A ) (

) j

0 0

Trang 40

CHƯƠNG III

KỸ THUẬT MÃ HOÁ TÍN HIỆU

-Kỹ thuật PAM (Điều biên xung)

-Kỹ thuật mã hoá PCM (Điều xung mã)

-Kỹ thuật mã hoá DPCM (Điều xung mã vi sai)

-Kỹ thuật ADPCM (Điều xung mã vi sai thích nghi)

-Kỹ thuật mã hoá Delta DM (Điều chế Delta)

Home

Trang 41

KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG

-PAM: Pulse Amptitude Modulation- Điều chế biên độ

xung

-Chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng tín hiệu xung mà biên độ của tín hiệu xung đại diên cho thông

tin tương tự

-Có hai loại tín hiệu PAM :

-Lấy mẫu tự nhiên (Đóng mở cổng lấy mẫu)

-Dễ tiến hành

-Lấy mẫu tức thời

-Xung lấy mẫu đỉnh cân bằng

-Thuận tiện cho việc chuyển sang PCM

Trang 42

LẤY MẪU TỰ NHIÊN

Trang 43

Phổ của tín hiệu điều biên xung lấy mẫu tự nhiên

– Phổ của tín hiệu tương tự đầu vào

– Phổ của tín hiệu PAM

D=1/3, fs=4B BT= 3fs = 12B

|W(f)|

-B B

f 1

LẤY MẪU TỰ NHIÊN

Trang 44

KỸ THUẬT ĐIỀU BIÊN XUNG LẤY MẪU ĐỈNH BẰNG PHẲNG

Trang 45

Phổ của tín hiệu PAM lấy mẫu đỉnh cân bằng

Phổ của tín hiệu vào

H f W f nf T

Trang 46

TỔNG KẾT KỸ THUẬT PAM

-Yêu cầu băng thông rất rộng

-Hoạt động với nhiễu lớn

-Không thích hợp cho truyền dẫn thông tin với khoảng cách xa

-Cung cấp phương tiện cho việc chuyển đổi tín hiệu

tương tự sang số nhờ kỹ thuật PCM

-Cung cấp phương thức cho TDM(Time Division

Multiplexing)-Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian

- Thông tin từ các nguồn khác nhau có thể được cài xen để

có thể truyền dẫn tất cả thông tin trên một đường truyền

Trang 47

KỸ THUẬT MÃ HOÁ PCM

Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền tin PCM

Trang 48

Định nghĩa:

PCM là quá trình chuyển đổi cơ bản một tín hiệu tương tự sang tín hiệu số mà thông tin chứa đựng trong các mẫu tín hiệ

tương tự liên tục được thay thế bằng các bit số nối tiếp.

Tín hiệu tương tự đầu tiên được lấy mẫu ở tần số lớn hơn tần số Nyquyst sau đó được lượng tử hoá

-PCM chính quy: Các bước lượng tử cân bằng -PCM không chính quy: Các bước lượng tử không bằng nhau

Trang 49

Mã hoá PCM gồm 3 khâu quan trọng:

 Lấy mẫu tín hiệu tương tự theo thời gian (lấy mẫu)

 Tìm gimá trị xấp xỉ gần nhất (Lượng tử hoá)

 Biểu diễn mẫu đã xấp xỉ bằng các bit nhị phân (Mã hoá)

Trang 50

LẤY MẪU

Lấy mẫu tín hiệu tương tự

Trang 51

Đạt được giá trị của tín hiệu sau mỗi khoảng thời gian T giây

-Giá trị T được xác định bởi sự thay đổi nhanh, chậm của tín hiêụ (tần

số) -T được chọn theo định lý lấy mẫu của Nyquyst

-Định lý lấy mẫu Nyquys phát biểu:

Trang 52

LẤY MẪU

Phổ của tín hiệu lấy mẫu

Trang 53

Xấp xỉ tín hiệu mẫu với một mức biên độ nhất định

Số lượng các mức được sử dụng nói lên độ phân giải

Trang 55

M = 2 m mức, Dải động ( -V, V) Δ = 2V/M

Công suất lỗi t rung bình= Lỗi trung bình bình phương:

Nếu số lượng các mức lượng tử lớn thì lỗi cũng phân bố (-Δ/2, Δ2)

LƯỢNG TỬ HOÁ

Trang 56

LƯỢNG TỬ HOÁ

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm = Công suất trung bình của tín hiệu /Công suất

trung bình của tạp âm

Trang 58

LƯỢNG TỬ HOÁ ĐỀU

Một ví dụ về lượng tử hoá đều

Trang 60

MÃ HOÁ

Các từ PCM được lập nên như sau (8 bits)

Bit phân cực = 0,1 Bit phân đoạn = 000, 001, , 111Bit phân bước = 0000, 0001, , 1111

Mã hoá PCM Home Về đầu chương

Trang 62

-Nếu xung chữ nhật được dùng

-Nếu fs=2B (Tốc độ lấy mẫu Nyquist )

Trang 63

– Mã hoá với 7bit thông tin + 1 bit kiểm tra chanữ lẻ

• Tốc độ bit của PCM : R = fs x n = 8K x 8 = 64 Kbits/s

Trang 64

-Lỗi lượng tử hoá (như PCM)

-Lỗi quá tải độ dốc

( Khi tín hiệu tương tự thay đổi quá nhanh

và bước nhảy không nắm bắt được.)

-Không thích ứng với biên độ ở tần số cao

Mã hoá nén –DPCM- Điều xung mã vi sai

Differential Pulse Code Modulation

Trang 65

KỸ THUẬT MÃ HOÁ DPCM

Bé läc th«ng thÊp

Bé lÊy) mÉu

Bé m· ho¸l îng tö

Bé gi¶i m·

M¸y ph¸t

Bé gi¶i m·

Bé läc th«ng thÊp

i n j

x

1

~ ˆ~

n

e~

n n n

n n

e x x

x x e

Trang 66

Sự khác biệt được truyền đi dựa trên một giá trị đoán trước

– Bên phát và thu dự đoán từ mã tiếp theo

– Bên phát gửi sự khác biệt giữa tín hiệu tiên đoán và thực tế tới bên

thu

– Bên thu sử dụng giá trị dự đoán và sự khác biệt để tìm ra giá trị thực

tế

Sự khác biệt có thể được biểu diễn bằng từ 2-5 bit

– Số lượng các bit sử dụng=Độ chính xác của giá trị thực khi tính toán

Mã hoá nén ADPCM-Điều xung mã vi sai tự thích nghi

(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)

KỸ THUẬT MÃ HOÁ ADPCM

Trang 67

thấp

Bộ đánh giá mức

L ợng tử hoá tự thích nghi với:

Trang 68

ầu vào t ơng tự Đầu vào tương tự

x(t)

APB (b) Dự đoán tự thích nghi ng ợc (APB)

Thuật toán logic

Trang 69

Mã hoá nén ADPCM-Điều xung mã vi sai tự thích nghi

(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)

Ưu điểm so với DPCM:

– Sử dụng ít bit hơn để gửi cùng một tín hiệu

– Quá tải độ dốc ít hơn

Trang 70

Mã hoá chiều của sự thay đổi biên độ thay vì mã hoá sự khác biệt

Sử dụng bước nhảy không đổi

– Yêu cầu chỉ một bit để truyền đi

Differential Delta Modulation — Thay đổi bước nhảy động phù hợp

với sự thay đổi của độ dốc tín hiệu

Mã hoá nén– Delta Modulation

KỸ THUẬT MÃ HOÁ DELTA

Trang 71

ầu ra t ơng tự Đầu vào tương tự

Bộ tích phân

Bộ tích phân (b)

Máy phát

Máy thu

Hệ thống điều chế Delta:

(a) Mô hỡnh thời gian rời rạc; (b) Thiết bị thực tế

KỸ THUẬT MÃ HOÁ DELTA

1

~ ˆ~



 n

n x x

Trang 72

CHƯƠNG IV GHÉP KÊNH SỐ

Trang 73

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH

Ghép kênh là tập hợp các kỹ thuật cho phép truyền liên tục nhiều

tín hiệu trên một đường truyền duy nhất

CompA1

CompB1

CompC1

CompA2CompB2CompC2

Da

Db

Dc D>=Da+Db+Dc

M U X

D E M U X

1 đường chia sẻ: rate D

Trang 74

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH

Mạch mô phỏng quá trình ghép kênh

Trang 75

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ

FDM – Frequency Division Multiplexing

Trang 76

TDM – Time Division Multiplexing

TDM:

-Nhiều dòng số liệu được gửi tại các khoảng thời gian

khác nhau trên một tuyến truyền dẫn

-Tốc độ đường truyền phải lớn hơn tổng tốc độ các dòng bit

thành phần

-Dữ liệu lần lượt truyền trong thời gian ngắn

-Được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin số

CompA1

CompB1

CompC1

CompA2CompB2CompC2

M U X

D E M U X

… C1 B1 A1 C1 B1 A1 …

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN

Trang 77

NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN

Nguyên lý ghép kênh số

Trang 78

KỸ THUẬT GHÉP KÊNH TDM-PCM

Nguyên lý ghép TDM-PCM

Trang 79

Sơ đ ồ khối bộ ghộp kờnh PCM-TDM 30/32

d m u x Interface

Coder

bi

bin 2MR x

Số liệu

64 Kb/s (ami)

Tín hiệu báo hiệu

Bộ định thời phát

Tạo mã SYN

Mã hoá AMI (AMI ) 2mt x

KỸ THUẬT GHẫP KấNH TDM-PCM

Trang 80

GHÉP SƠ CẤP Ghép kênh sơ cấp hoặc cấp I

Tín hiệu đồng bộ khung, bit 1 của khung lẻ

Hệ thống ghép thứ nhất PCM 24 kênh của CCITT có

đa khung 12 khung

Định dạng
Số trang	155
Dung lượng	2,67 MB