ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT TRUYỀN TIN (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN)

Trong các hệ thống truyền số liệu, thường gọi thông tin là dữ liệu hay thông điệp.Thông điệp có nhiều dạng khác nhau, để truyền thông điệp từ một điểm này đến điểm kháccần phải có sự tha

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT TRUYỀN TIN

(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC, CAO ĐẲNG

NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN)

Mã số môn học: TI2321

Số tín chỉ: 03

Lý thuyết: 36 tiết Bài tập: 09 tiết

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 Tổng quan về kĩ thuật truyền dữ liệu 3

1.1 Thông tin và truyền thông 3

1.2 Các dạng thông tin và xử lý thông tin 4

1.3 Khái quát mạng truyền số liệu 5

1.4 Mạng truyền số liệu 6

1.5 Sự giảm và biến dạng tín hiệu 8

CHƯƠNG 2 Mã hóa và điều chế 11

2.1 Phổ tần của tín hiệu 11

2.2 Mã hóa 13

2.3 Điều chế 17

CHƯƠNG 3 Các kĩ thuật truyền dữ liệu 23

3.1 Kĩ thuật truyền đồng bộ và bất đồng bộ 23

3.2 Các mã phát hiện lỗi 30

3.3 Mã nén dữ liệu 34

3.4 Các giao thức liên kết dữ liệu 36

CHƯƠNG 4 Điều khiển liên kết dữ liệu 38

4.1 Cấu hình đường truyền tín hiệu 38

4.2 Điều khiển luồng 38

4.3 Điều khiển lỗi 39

4.4 Các giao thức điều khiển liên kết số liệu 40

CHƯƠNG 5 Các kĩ thuật truyền dữ liệu số 51

5.1 Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số 51

5.2 Ghép kênh phân chia theo thời gian 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

mức cao

bản B

CHƯƠNG 1 Tổng quan về kĩ thuật truyền dữ liệu

Số tiết: 08 (Lý thuyết: 08 tiết)

1.1 Thông tin và truyền thông

Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống, hầu hết chúng ta luôngắn liền với một vài dạng thông tin nào đó Các dạng trao đổi tin có thể như: đàm thoại ngườivới người, đọc sách, gửi và nhận thư, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình,xem triển lãm tranh, tham dự diễn đàn

Có hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc Trong đó gia công chế biến để truyền

đi trong thông tin số liệu là một phần đặc biệt trong lĩnh vực thông tin

Hình 1.1 Một hệ thống thông tin cơ bản

3

Từ các ví dụ trên chúng ta nhận thấy rằng mỗi hệ thống truyền tin đều có các đặc trưngriêng nhưng có một số đặc tính chung cho tất cả các hệ thống Đặc trưng chung có tính nguyên

lý là tất cả các hệ thống truyền tin đều nhằm mục đích chuyển tải thông tin từ điểm này đếnđiểm khác Trong các hệ thống truyền số liệu, thường gọi thông tin là dữ liệu hay thông điệp.Thông điệp có nhiều dạng khác nhau, để truyền thông điệp từ một điểm này đến điểm kháccần phải có sự tham gia của 3 thành phần của hệ thống: nguồn tin là nơi phát sinh và chuyểnthông điệp lên môi trường truyền, môi trường là phương tiện mang thông điệp tới đích thu.Các phần tử này là yêu cầu tối thiểu trong bất cứ quá trình truyền tin nào Nếu một trong cácthành phần này không tồn tại, truyền tin không thể xảy ra Một hệ thống truyền tin thông

thường được miêu tả trên Hình 1.1

Để truyền tin hiệu qua các chủ thể phải hiểu được thông điệp Nơi thu nhận thông điệpphải có khả năng dịch thông điệp một cách chính xác Điều này là hiển nhiên bởi vì trong giaotiếp hàng ngày nếu chúng ta dùng một từ mà người ta không thể hiểu thì hiệu quả thông tinkhông đạt yêu cầu Tương tự, nếu máy tính mong muốn thông tin đến với tốc độ chỉ định và ởmột dạng mã nào đó nhưng thông tin lại đến với tốc độ khác và với dạng mã khác thì rõ ràngkhông thể đạt được hiệu quả truyền

Các đặc trưng toàn cục của một hệ thống truyền được xác định và bị giới hạn bởi cácthuộc tính riêng của nguồn tin, của môi trường truyền và đích thu Nhìn chung, dạng thông tincần truyền quyết định kiểu nguồn tin, môi trường và đích thu

Trong một hệ thống truyền, hiện tượng nhiễu có thề xảy ra trong tiến trình truyền và thôngđiệp có thể bị ngắt quãng Bất kỳ sự xâm nhập không mong muốn nào vào tín hiệu đều bị gọi

là nhiễu Có nhiều nguồn nhiễu và nhiều dạng nhiễu khác nhau

Hiểu biết được các nguyên tắc căn bản về truyền tin sẽ giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận mộtlĩnh vực đặc biệt hấp dẫn đó là thông tin số liệu Thông tin số liệu liên quan đến một tổ hợpnguồn tin, môi trường và máy thu trong các kiểu mạng truyền số liệu khác nhau

1.2 Các dạng thông tin và xử lý thông tin

Tất cả những gì mà con người muốn trao đổi với nhau được hiểu là thông tin những thôngtin nguyên thuỷ này được gia công chế biến để truyền đi trong không gian được hiểu là tínhiệu Tuỳ theo việc sử dụng đường truyền, tín hiệu có thể tạm chia tín hiệu thành hai dạng: tínhiệu điện-từ và tín hiệu không phải điện từ Việc gia công tín hiệu cho phù hợp với mục đích

và phù hợp với đường truyền vật lý được gọi là xử lý tín hiệu

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra một công nghệ mới về truyền

số liệu Máy tính với những tính năng vô cùng to lớn đã trở thành hạt nhân trong việc xử lýthông tin, điều khiển các quá trình truy nhập số liệu, máy tính và các hệ thống thông tin tạothành một hệ thống truyền số liệu

Có 2 nguồn thông tin đó là thông tin tương tự và thông tin số Trong đó nguồn thông tintương tự liên tục theo sự thay đổi của giá trị vật lý thể hiện thông tin với đặc tính chất lượngnhư tiếng nói, tín hiệu hình ảnh, còn nguồn thông tin số là tín hiệu gián đoạn thể hiện thông tinbởi nhóm các giá trị gián đoạn xác định đặc tính chất lượng bằng quan hệ với thời gian như tínhiệu số liệu

Thông tin số có nhiều ưu điểm hơn so với thông tin tương tự như: thông tin số có nhiềukhả năng chống nhiễu tốt hơn vì nó có các bộ lặp để tái tạo lại tín hiệu, cung cấp chất lượng

truyền dẫn tốt hơn với các khoảng cách, nó kết hợp được mọi nguồn dịch vụ hiện đang có, nótạo ra được một tổ hợp truyền dẫn số và tổng đài số Những phần tử bán dẫn dùng trong truyềndẫn số là những mạch tổ hợp nó được sản xuất hàng loạt, và mạng liên lạc trở thành mạngthông minh vì dễ chuyển đổi tốc độ cho các loại dịch vụ khác nhau thay đổi thủ tục, xử lý tínhiệu số (DSP) chuyển đổi phương tiện truyền dẫn

Hệ thống thông tin số cho phép thông tin điều khiển được cài đặt vào và tách dòng thôngtin thực hiện một cách độc lập với với bản chất của phương tiện truyền tin (cáp đồng trục, cápsợi quang, vi ba, vệ tinh ) Vì vậy thiết bị báo hiệu có thể thiết kế riêng biệt với hệ thốngtruyền dẫn Chức năng điều khiển có thể thay đổi mà không phụ thuộc vào hệ thống truyềndẫn, ngược lại hệ thống có thể nâng cấp không ảnh hưởng tới các chức năng điều khiển ở cả 2đầu của đường truyền

1.3 Khái quát mạng truyền số liệu

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra một bước tiến dài tronglĩnh vực truyền số liệu Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyền thông các thuật toán

đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu hiện đại, những kỹ thuật cơ sở vẫn được dùng nhưng

chúng được xử lý tinh vi hơn Về cơ bản một hệ thống truyền số liệu hiện đại mô tả như Hình

1.2:

Hình 1.2 Mô hình mạng truyền số liệu hiện đại

1.3.1 DTE ( Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối dữ liệu)

Đây là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin Trong hệ thống truyền số liệu hiện đại thì DTEthường là máy tính hoặc máy Fax hoặc là trạm cuối ( terminal) Như vậy tất cả các ứng dụngcủa người sử dụng ( chương trình, dữ liệu ) đều nằm trong DTE Chức năng của DTE thườnglưu trữ các phần mềm ứng dụng , đóng gói dữ liệu rồi gửi ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từDCE theo một giao thức ( protocol) xác định DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giaotiếp nào đó Như vậy mạng truyền số liệu chính là để nối các DTE lại cho phép chúng ta phânchia tài nguyên , trao đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung

1.3.2 DCE (Data Circuit terminal Equipment- Thiết bị cuối kênh dữ liệu )

Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường ( mạng)truyền thông nó có thể là một Modem, Multiplexer, Card mạng hoặc một thiết bị số nào đó

5

như một máy tính nào đó trong trường hợp máy tính đó là một nút mạng và DTE được nối vớimạng qua nút mạng đó DCE có thể được cài đặt bên trong DTE hoặc đứng riêng như mộtthiết bị độc lập Trong thiết bị DCE thường có các phần mềm được ghi vào bộ nhớ ROM phầnmềm và phần cứng kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó vẫn là chuyển đổi tín hiệubiểu diễn dữ liệu của người dùng thành dạng chấp nhận được bởi đường truyền Giữa 2 thiết bịDTE việc trao đổi dữ liệu phải tuân thủ theo chuẩn, dữ liệu phải gửi theo một Format xác định.Thí dụ như chuẩn trao đổi dữ liệu tầng 2 của mô hình 7 lớp là HDLC ( High level Data LinkControl) Trong máy Fax thì giao tiếp giữa DTE và DCE đã thiết kế và được tích hợp vào trongmột thiết bị, phần mềm điều khiển được cài đặt trong ROM.

1.3.3 Kênh truyền tin

Kênh truyền tin là môi trường mà trên đó 2 thiết bị DTE trao đổi dữ liệu với nhau trongphiên làm việc

Hình 1.3 Kênh thông tin

Trong môi trường thực này 2 hệ thống được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục vàmột đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyềntrong cáp đồng trục modem D lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu số và qua Tranducer E đểchuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang cuối cùngTranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để tới DTE

1.4 Mạng truyền số liệu

Mạng truyền số liệu bao gồm hai hay nhiều hệ thống truyền (nhận) tin như Hình 1.2 được

ghép nối với nhau theo nhiều hình thức như phân cấp hoặc phân chia thành các trung tâm xử

lý trao đổi tin với các chức năng riêng

Mạng truyền số liệu là một hệ thống nhằm nối các máy tính lại với nhau, sự thông tin giữachúng được thực hiện bởi các giao thức đã được chuẩn hoá, có nghĩa các phần mềm trong cácmáy tính khác nhau có thể cùng nhau giải quyết một công việc hoặc trao đổi thông tin vớinhau

Các ứng dụng tin học ngày càng rộng rãi do đó đã đẩy các hướng ứng dụng mạng xử lý sốliệu, mạng đấu nối có thể có cấu trúc tuyến tính, cấu trúc vòng, cấu trúc hình sao Cấu trúcmạng phải có khả năng tiếp nhận các đặc thù khác nhau của các đơn vị tức là mạng phải cótính đa năng, tính tương thích

Mạng số liệu được thiết kế nhằm mục đích có thể nối nhiều thiết bị đầu cuối với nhau Đểtruyền số liệu ta có thể dùng mạng điện thoại hoặc dùng đường truyền riêng có tốc độ cao.Dịch vụ truyền số lỉệu trên kênh thoại là một trong các dịch vụ đầu tiên của việc truyền sốliệu Trên mạng này có thể có nhiều máy tính cùng chủng loại hoặc khác loại được ghép nốilại với nhau, khi đó cần giải quyết những vấn đề phân chia tài nguyên Để các máy tính ở cácđầu cuối có thể làm việc được với nhau cần phải có cùng một protocol nhất định

Dạng thức của phương tiện truyền số liệu được qui định bởi bản chất tự nhiên của ứngdụng, bởi số lượng máy tính liên quan và khoảng cách vật lý giữa chúng Các dạng truyền sốliệu trên các dạng sau:

Nếu chỉ có hai máy tính và cả hai đều đặt ở một văn phòng, thì phương tiện truyền số liệu

có thể chỉ gồm một liên kết điểm nối đơn giản Tuy nhiên, nếu chúng toạ lạc ở những vị tríkhác nhau trong một thành phố hay một quốc gia thì phải cần đến các phương tiện truyền tảicông cộng Mạng điên thoại công cộng được dùng nhiều nhất, trong trường hợp này sẽ cần đến

bộ thích nghi gọi là Modem Sắp xếp truyền theo dạng này được trình bày trên Hình1.4

Hình 1.4 Truyền số liệu nối qua mạng điện thoại công cộng dùng modem

Khi cần nhiều máy tính trong một ứng dụng, một mạng chuyển mạch sẽ được dùng phéptất cả các máy tính có thể liên lạc với nhau vào bất cứ thời điểm nào Nếu tất cả máy đều nằmtrong một toà nhà, có thể xây dựng một mạng riêng Một mạng như vậy được xem mạng cục

bộ LAN (Local Area Network) Nhiều chuẩn mạng LAN và các thiết bị liên kết đã tạo ra cho

các ứng dụng thực tế Hai hệ thống mạng LAN cơ bản được trình bày trên Hình 1.5.

Khi máy tính được đặt ở nhiều nơi cách xa nhau cần liên lạc với nhau, phải dùng đếnphương tiện công cộng Việc liên kết máy tính này tạo nên một mạng rộng lớn, được gọi làmạng diện rộng WAN (Wide Area Network)

7

Hình 1.5 Các hệ thống LAN cơ bản ( liên kết LAN qua backbone trong một văn phòng )

Các giải pháp thuê kênh chỉ hiệu quả đối với các công ty lớn vì có tải hữu ích để cân đốivới giá thuê kênh Trong hầu hết các trường hợp khác đều cần đến các mạng truyền dẫn côngcộng Bên cạnh việc cung cấp dịch vụ điện thoại công cộng, ngày nay hầu hết các nhà cungcấp dịch vụ truyền dẫn đều cung cấp một dịch vụ chuyển mạch số liệu mang tính công cộng

 Phân loại mạng truyền số liệu:

Mạng truyền số liệu đa dạng về chủng loại cũng như về số lượng, có nhiều cách phân chiamạng số liệu:

- Phân loại theo địa lý:

Mạng nội bộ

Mạng diện rộng

Mạng toàn cầu

- Phân loại theo tính chất sử dụng mạng:

Mạng truyền số liệu ký sinh

Mạng truyền số liệu chuyên dụng

- Phân loại theo topo mạng:

Mạng chuyển mạch thông báo

1.5 Sự giảm và biến dạng tín hiệu

Ảnh hưởng của suy giảm và biến dạng nói chung có thể làm thoái hoá một tín hiệu trongquá trình truyền Khi một tín hiệu lan truyền dọc dây dẫn vì lý do nào đó biên độ của nó giảmxuống được gọi là sự suy giảm tín hiệu

Thông thường mức độ suy giảm cho phép được quy định trên chiều dài cáp dẫn để đảmbảo rằng hệ thống nhận có thể phát hiện và dịch được tín hiệu ở máy thu Nếu trường hợp cápquá dài thì có một hay nhiều bộ khuếch đại (hay còn gọi là repeater) được chèn vào từngkhoảng dọc theo cáp nhằm tiếp nhận và tái sinh dữ liệu Sự suy giảm tín hiệu gia tăng theomột hàm của tần số trong khi đó tín hiệu lại bao gồm một giải tần vì vậy tín hiệu sẽ bị biếndạng do các thành phần suy giảm không bằng nhau Để khắc phục vấn đề này, các bộ khuếchđại được thiết kế sao cho khuếch đại các tín hiệu có tần số khác nhau với hệ số khuếch đạikhác nhau

Ngoài ra còn có thiết bị cân chỉnh gọi là equalizer được dùng để cân bằng sự suy giảmxuyên qua một băng tần được xác định

Bất kỳ một kênh hay đường truyền nào: cáp xoắn, cáp đồng trục, radio đều có một băngthông xác định liên hệ với nó, băng thông chia ra các thành phần tần số nào của tín hiệu sẽđược truyền qua kênh mà không bị suy giảm Do đó khi truyền dữ liệu qua một kênh cần phảiđánh giá ảnh hưởng của băng thông của kênh đổi với tín hiệu số được truyền

Thông thường phải dùng phương pháp toán học để đánh giá Công cụ thường được dùng

nhất là phương pháp phân tích Fourier Phân tích Fourier cho rằng bất kỳ tín hiệu tuần hoàn

nào đều được hình thành từ một dãy xác định các thành phần tần số riêng biệt Chu kỳ của tínhiệu xác định thành phần tần số cơ bản Các thành phần tần số khác có tần số là bội số của tần

số cơ bản

Vì các kênh thông tin có băng thông bị giới hạn nên khi tín hiệu nhị phân truyền quakênh, chỉ những thành phần tần số trong dải thông sẽ được nhận bởi máy thu

Tốc độ lan truyền của tín hiệu thuần nhất dọc theo một đường truyền thay đổi tuỳ tần số

Do đó khi truyền một tín hiệu số, các thành phần tần số khác nhau tạo nên nó sẽ đến máy thuvới độ trễ pha khác nhau, dẫn đến biến dạng do trễ của tín hiệu tại máy thu Sự biến dạng trễtăng khi tốc độ bit tăng Biến dạng trễ làm thay đổi các thời khắc của tín hiệu gây khó khăntrong việc lấy mẫu tín hiệu

Khi không có tín hiệu một đường truyền dẫn kênh truyền được xem là lý tưởng nếu mứcđiện thế trên đó là zero Trong thực tế có nhiều tác động ngẫu nhiên làm cho tín hiệu trênđường truyền vẫn khác zero, cho dù không có tín hiệu số nào được truyền trên đó Mức tínhiệu này đuợc gọi là mức nhiễu đường dây Khi một tín hiệu bị suy giảm thì biên độ của nógiảm đến mức nhiễu đường (line noise) Tỉ số năng lượng trung bình của một tín hiệu thu được

so với năng lượng của mức nhiễu đường dây N được gọi là tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR(Signal _to_noise Ratio), đây là tham số quan trọng liên quan đến đường truyền thông thườngSNR được biểu diễu qua đơn vị decibel (dB)

SNR= 10 log 10 (S/N) (dB)

Rõ ràng nếu tỉ số SNR càng cao thì chất lượng tín hiệu thu càng cao Ngược lại nếu SNRthấp có nghĩa là chất lượng tín hiệu thu thấp

9

C) TÀI LIỆU HỌC TẬP

1 Nguyễn Hồng Sơn (2009), Kỹ thuật truyền số liệu , NXB Lao động xã hội

2 Trần Văn Sư (2005), Truyền số liệu và mạng thông tin số , NXB ĐH Quốc Gia TP.HCM

D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN

Câu 1: Nêu khái quát mạng truyền số liệu? Mạng truyền số liệu được thiết kế nhằm mục đích

chính là gì?

Câu 2: Hãy trình bày mô hình tổng quát của một hệ thống truyền số liệu? Anh (Chị) hãy nêu

lên một mô hình của hệ thống truyền số liệu mà anh (chị) biết?

Câu 3: Trong mạng truyền số liệu, việc trao đổi dữ liệu giữa DTE và DCE phải chú ý những

đặc điểm nào?

Câu 4: Nêu các chức năng cần có trong các hệ thống truyền tin ngày nay?

Câu 5: Nêu ảnh hưởng của sự giảm và biến dạng tín hiệu? Mức độ suy giảm cho phép là như

thế nào?

+ Sinh viên biết kỹ thuật ngẫu nhiên hóa, các công thức điều chế tín hiệu.

+ Sinh viên vận dụng kiến thức đã học để áp dụng trong mã hóa và điều chế tín hiệu

+ Sinh viên hứng thú khi học và làm quen với mã hóa và điều chế tín hiệu, có nền tảng cơ

bản về mã hóa và giải mã thông tin

B) NỘI DUNG

2.1 Phổ tần của tín hiệu

Trong một hệ thống thông tin tồn tại 3 dạng tín hiệu với phổ tần khác nhau:

Loại thứ nhất là các tín hiệu có tính tuần hoàn có dạng hình sin hoặc không Một tín hiệukhông sin là tổng hợp của nhiều tín hiệu hình sin có tần số khác nhau Kết quả này có đượcbằng cách dùng chuỗi Fourier để phân tích tín hiệu

Loại thứ hai là các tín hiệu không có tính tuần hoàn mà có tính nhất thời (Ví dụ: như cácxung lực), loại tín hiệu này được khảo sát nhờ biến đổi Fourier

Loại thứ ba là tín hiệu có tính ngẫu nhiên, không được diễn tả bởi một hàm toán học nào

Ví dụ như các loại nhiễu, được khảo sát nhờ phương tiện xác suất thống kê

Các loại tín hiệu, nói chung, có thể được xét đến dưới một trong hai lĩnh vực:

Lĩnh vực thời gian: Trong lĩnh vực này tín hiệu được diễn tả bởi một hàm theo thời gian,hàm này cho phép xác định biên độ của tín hiệu tại mỗi thời điểm

Lĩnh vực tần số: Trong lãnh vực này người ta quan tâm tới sự phân bố năng lượng của tínhiệu theo các thành phần tần số của chúng và được diễn tả bởi phổ tần

Trong giới hạn của môn học, chúng ta chỉ đề cập đến hai loại tín hiệu đầu

Các dạng tín hiệu tuần hoàn khác có thể phân tích thành tổng các tín hiệu hình sin, nhưvậy phổ tần của chúng phức tạp hơn, gồm nhiều vạch ở các tần số khác nhau.

Tín hiệu thường gặp có dạng hình chữ nhật mà bởi phép phân tích thành chuỗi Fourier

ta thấy phổ tần bao gồm nhiều vạch ở các tần số cơ bản f và các họa tần 3f, 5f, 7f Hình 2.2).

Hình 2.2 Tín hiệu hình chữ nhật

Tín hiệu Hình 2.2 a phân tích thành chuỗi Fourier:

v =

T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhật

Lưu ý, nếu rời tín hiệu Hình 2.2.a lên một khoảng V theo trục tung thì phổ tần có thêm thành phần một chiều Hình 2.3

(a) ( b)

Hình 2.4 Tín hiệu và phổ với trường hợp chuỗi xung chữ nhật có độ rộng  << T

Nhận thấy biên độ của họa tần thứ n xác định bởi:

Vn=

Hình 2.4.a là phổ tần của tín hiệu, Hình 2.4.b cho trường hợp  = 0.1 T Trong trường

hợp này tần số đầu tiên của tín hiệu có biên độ đạt trị 0 là 10f

Nếu xem băng thông BW của tín hiệu là khoảng tần số mà biên độ tín hiệu đạt giá trị

0 đầu tiên (vì năng lượng tín hiệu tập trung trong khoảng tần số này) ta có:

Ðối với chuỗi xung ở trên khi T càng lớn khoảng cách phổ vạch càng thu hẹp lại và khi

T , chuỗi xung trở thành một xung duy nhất và phổ vạch trở thành một đường cong liên

tục có dạng bao hình của biên độ phổ trước đây Hình 2.5.

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 DC có thể gây khó khăn trong ghép nối.

Ví dụ: không thể ghép tín hiệu có thành phần DC 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, mộttín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng thông không quá rộng và không nênchứa thành phần DC

Sự đồng bộ

Thường máy thu phải có khả năng nhận ra điểm bắt đầu và kết thúc của một bit để thựchiện sự đồng bộ với máy phát Nên nhớ là trong chế độ truyền đồng bộ, máy phát và thukhông tạo ra xung đồng hồ riêng lẻ mà máy thu phải phục hồi xung này từ chuỗi dữ liệu phát

để sử dụng Như vậy tín hiệu truyền phải tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ ẩntrong chuỗi dữ liệu, cụ thể là phải có sự biến đổi giữa các mức thường xuyên

- Mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống: Các đặc tính này của hệ thống cũng tùy

thuộc vào dạng mã rất nhiều

2.2.1 Các dạng mã phổ biến

Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích khác

nhau tùy vào các yêu cầu cụ thể về các tính chất nói trên Hình 2.6

Nonreturn - to - zero - Level (NRZ - L)

0 = mức cao

1 = mức thấp

Ðây là dạng mã đơn giản nhất, hai trị điên thế cùng dấu (đơn cực) biểu diễn hai trạng tháilogic Loại mã này thường được dùng trong việc ghi dữ liệu lên băng từ

Nonreturn - to - zero inverted (NRZI)

0 = chuyển mức điện thế ở đầu bit

1 = không chuyển mức điện thế ở đầu bit

NRZI là một Ví dụ của mã vi phân: Sự mã hóa tùy vào sự thay đổi trạng thái của các bitliên tiếp chứ không tùy thuộc vào bản thân bit đó Loại mã này có lợi điểm là khi giải mã máythu dò sự thay đổi trạng thái của tín hiệu thay vì so sánh tín hiệu với một trị ngưỡng để xácđịnh trạng thái logic của tín hiệu đó và kết quả cho độ tin cậy cao hơn

Bipolar - AMI

0 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

1 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 1 liên tiếp

Pseudoternary

0 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 0 liên tiếp

1 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

Hai loại mã có cùng tính chất là sử dụng nhiều mức điện thế để tạo mã (MultilevelBinary), cụ thể là 3 mức: âm, dương và không Ưu điểm của loại mã này là:

- Dễ tạo đồng bộ ở máy thu do có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu điện mặc dù các trạngthái logic không đổi (tuy nhiên điều này chỉ thực hiện đối với một loại bit, còn loại bit thứ hai

sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật ngẫu nhiên hóa)

- Có điều kiện tốt để dò sai do sự thay đổi mức điện thế của các bit liên tiếp giống nhaunên khi có nhiễu xâm nhập sẽ tạo ra một sự vi phạm mà máy thu có thể phát hiện dễ dàng.Một khuyết điểm của loại mã này là hiệu suất truyền tin kém do phải sử dụng 3 mức điệnthế

Manchester

0 = Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit

1 = Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit

Differential Manchester

Luôn có chuyển mức ở giữa bit

0 = chuyển mức ở đầu bit

1 = không chuyển mức ở đầu bit

Hai mã Manchester và Differential Manchester có cùng tính chất: mỗi bit được đặc trưngbởi hai pha điện thế (Biphase) nên luôn có sự thay đổi mức điện thế ở từng bit do đó tạo điềukiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ để tạo đồng bộ Do có khả năng tự thực hiện đồng bộnên loại mã này có tên Self Clocking Codes Do mỗi bit được mã bởi 2 pha điện thế nên vậntốc điều chế (Modulation rate) của loại mã này tăng gấp đôi so với các loại mã khác, cụ thể ,giả sử thời gian của 1 bit là T thì vận tốc điều chế tối đa (ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liêntiếp) là 2/T

Hình 2.6 Một số dạng mã phổ biến

2.2.2 Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa (Scrambling techniques)

Ðể khắc phục khuyết điểm của loại mã AMI là cho một mức điện thế không đổi khi có

một chuỗi nhiều bit 0 liên tiếp, người ta dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa Nguyên tắc của kỹ

15

thuật này là tạo ra một sự thay đổi điện thế giả bằng cách thay thế một chuỗi bit 0 bởi một chuỗi tín hiệu có mức điện thế thay đổi, dĩ nhiên sự thay thế này sẽ đưa đến các vi phạm luật biến đổi của bit 1, nhưng chính nhờ các bit vi phạm này mà máy thu nhận ra để có biện pháp giải mã thích hợp Dưới đây giới thiệu hai dạng mã đã được ngẫu nhiên hóa và được dùng rất nhiều trong các hệ thông tin với khoảng cách rất xa và vận tốc bit khá lớn:

B8ZS: là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 8 bit liên tục được thay bởi một chuỗi với 2

mã vi phạm luật đảo bit 1

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung dương, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + - 0 - +

Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung âm, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + 0 +

-HDB3: là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 4 bit liên tục được thay bởi một chuỗi với 1

mã vi phạm luật đảo bit 1

Sự thay thế chuỗi 4 bit của mã HDB3 còn theo qui tắc sau:

Bảng 2.1 Qui tắc thay thế chuỗi 4 bit của mã HDB3

Cực tính của xung trước đó Số bit 1 từ lần thay thế cuối cùng

Lẻ chẵn

+

000- +00+

000+

-00-Ngoài ra hệ thống Telco còn có hai loại mã là B6ZS và B3ZS dựa theo qui luật sau:

B6ZS: Thay chuỗi 6 bit 0 bởi 0 - + 0 + - hay 0 + - 0 - + sao cho sự vi phạm xảy ra ở bit

thứ 2 và thứ 5

B3ZS: Thay chuỗi 3 bit 0 bởi một trong các chuỗi: 00 +, 00 -, - 0 - hay + 0 +, tùy theo

cực tính và số bit 1 trước đó (tưong tự như HDB3)

Lưu ý là kỹ thuật ngẫu nhiên hóa không làm gia tăng lượng tín hiệu vì chuỗi thay thế có cùng số bit với chuỗi được thay thế

B = Valid bipolar signal; V = Bipolar violation

Hình 2.7 Ví dụ về mã B8ZS và HBD3

2.3 Điều chế

Biến điều chế là quá trình chuyển đổi phổ tần của tín hiệu cần truyền đến một vùng phổ tần khác bằng cách dùng một sóng mang để chuyên chở tín hiệu cần truyền đi Mục đích của việc làm này là chọn một phổ tần thích hợp cho việc truyền thông tin, với các tần số sóng

mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyềnkhác nhau của cùng một đường truyền.

Một cách tổng quát, phương pháp điều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm thay đổimột thông số nào đó của sóng mang (biên độ, tần số, pha ) Tùy theo thông số được lựa chọn

mà ta có các phương pháp điều chế khác nhau: điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM),điều chế pha FM, điều chế xung PM

2.3.1 Ðiều chế biên độ ( Amplitude Modulation, AM )

Ðể đơn giản, ta bỏ qua q là lượng không đổi trong AM

Những tính chất cơ bản của AM dễ dàng được xác định nếu ta biết tín hiệu g(t)

Ðể thấy được phổ tần ta triển khai hệ thức (4)

eAM(t) = Accosct + (maAc/2)cos(c+m)t + (maAc /2)cos(c-m)t (5)

Từ Hình 2.8.b ta thấy băng thông của tín hiệu đã điều chế bằng hai lần tần số của tín

hiệu hạ tần và được chia ra làm hai băng cạnh Ðiều chế biên độ là một quá trình tuyến tínhnên mỗi tần số của tín hiệu hạ tần tạo ra một băng thông và trong trường hợp tín hiệu hạ tầngồm nhiều tần số khác nhau thì băng thông của tín hiệu biến điệu là:

BW = 2fm(max) Trong đó fm (max) là tần số hạ tần cao nhất

Dữ liệu số có thể được truyền bằng phương pháp điều chế AM, trong trường hợp nàygọi là kỹ thuật dời biên (ASK, Amplitude- Shift Keying) Bit 1 được truyền đi bởi sóng mang

có biên độ E1 và bit 0 bởi sóng mang biên độ E2

17

Hình 2.9 Minh họa tín hiệu ASK

2.3.2 Ðiều chế góc (Angle modulation)

Ta cũng bắt đầu với sóng mang chưa điều chế:

Nếu c thay đổi tương ứng với nguồn thông tin, ta có tín hiệu điều chế tần số (FM) vànếu F(t) thay đổi ta có tín hiệu điều chế pha (FM)

Hai kỹ thuật điều chế này cơ bản giống nhau và được gọi chung là điều chế góc

2.3.2.1 Ðiều chế tần số (FM)

Tần số (t) là giá trị biến đổi theo thời gian của F(t), nghĩa là:

(t) =

(7)Vậy tần số của tín hiệu chưa điều chế là:

(t) =

(8)

Giả sử tín hiệu điều chế là g(t), theo định nghĩa của phép điều chế tần số, tần số tức

g(t) = cosm(t) (12)

 là độ di tần và m là tần số của tín hiệu hạ tần

Ф(t) =

= ωct + mf sinωmt Với

mf = /ωm là chỉ số điều chế Ðó là tỉ số của độ di tần và tần số của tín hiệu điều chế (hạtần)

eFM (t) = Ac cos{ ωct + mf sinωmt} (13)

Ðể thấy phổ tần của sóng FM ta triển khai biểu thức (13):

eFM (t) = AcJ0(mf) cosωct + AcJ2n(mf) [ cos(ωct + 2ncosωmt) + cos(ωct - 2ncosωmt)]

AcJ2n+1(mf) { cos[ωc t + (2n+1)cosωmt] - cos[ωct - (2n+1)cosωmt]} (14)

J là hàm Bessel theo mf và n có mọi trị nguyên từ 0 đến ∞

Từ (14) ta thấy sóng FM gồm thành phần cơ bản có tần số của sóng mang và biên độcho bởi số hạng thứ I , J0(mf) , và các băng cạnh cho bởi các số hạng còn lại

Vì n lấy mọi giá trị từ 0 đến ∞ nên phổ tần của sóng FM rộng vô hạn, tuy nhiên do nănglượng tín hiệu giảm rất nhanh với tần số cao nên người ta xem băng thông trong FM xấp xỉbằng:

BW = 2(mf ωm + ωm ) = 2(ω + ωm ) rad/s

Hình 2.10 Dạng sóng và phổ tần của sóng FM

Cũng như trong trường hợp AM, tín hiệu dữ liệu số cũng được truyền bằng phương

pháp FM Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật dời tần (FSK: Frequency- Shift Keying).

FSK được dùng rộng rãi trong truyền tin Trong FSK bit 1 được truyền đi bởi tần số fm

và bit 0 bởi tần số fs

Ví dụ: trong hệ thống truyền sử dụng tiêu chuẩn của hãng Bell, bit 1 được truyền bởi tần

số 1070 Hz (fm) và bit 0 bởi tần số 1270 Hz (fs)

Hình 2.11 Tín hiệu điều chế FSK 2.3.2.2 Ðiều chế pha (ФM )

Từ phương trình (6) nếu góc pha Ф(t) thay đổi theo tín hiệu thông tin ta có điều chếpha

Trong đó mp là độ dời pha cực đại

Tần số tức thời cho bởi:

ω i(t) = dФ(t)/dt = ω c + mp

Nếu g(t) có dạng cos ωmt thì:

So sánh (17) và (13), xem mp là chỉ số điều chế pha, tương đương với mf trong FM, ta

có thể xác định được băng thông của tín hiệu ФM

19

BW = 2(ω m+ mpω m) rad/s (18)

mpωm = ωep là độ di tần tương đương của ФM

So sánh (11) và (15) ta thấy kỹ thuật của FM và ФM có cùng cơ sở Ðiểm khác biệt làtrong FM ta lấy tích phân của tín hiệu hạ tần trước khi điều chế còn trong ФM thì không

Ðiều chế pha là kỹ thuật rất tốt để truyền tin Trong kỹ thuật dời pha, PSK (Phase-Shift

Keying), các bit 1 và 0 được biểu diễn bởi các tín hiệu có cùng tần số nhưng có pha trái ngượcnhau

Hình 2.12 Mô tả một tín hiệu FSK

2.3.3 Ðiều chế xung ( Pulse modulation)

Ðây là phương pháp dùng tín hiệu hạ tần điều chế sóng mang là tín hiệu xung (có tần

số cao hơn), còn gọi là phương pháp lấy mẫu tín hiệu hạ tần Mặc dù các tín hiệu tương tựđược lấy mẫu bởi các giá trị rời rạc, nhưng các mẫu này có thể có bất cứ giá trị nào trongkhoảng biến đổi của tín hiệu hạ tần nên hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền tương

tự chứ không phải hệ thống truyền số

Tùy theo thông số nào của xung thay đổi theo tín hiệu hạ tần, ta có: Ðiều chế biên độxung (pulse amplitude modulation, PAM), điều chế vị trí xung (pulse position modulation,PPM), điều chế độ rộng xung (pulse width modulation, PWM)

2.3.3.1 Ðiều chế biên độ xung ( PAM):

Khi một chuỗi xung hẹp với tần số lặp lại cao p(t) được điều chế biên độ bởi tín hiệusin tần số thấp m(t), ta có sự điều chế biên độ xung Tín hiệu sau khi điều chế là tích của haitín hiệu m(t).p(t) có dạng sóng là các xung với biên độ thay đổi theo dạng sóng hạ tần m(t)

Hình 2.13 Minh họa mẫu PAM tự nhiên

a) Mẫu PAM tự nhiên (Natural PAM sampling):

Khi biên độ xung đã điều chế có đỉnh theo dạng của tín hiệu m(t), ta có mẫu PAM tựnhiên Hình 2.13)

Kết quả của phần 2.1.1 cho thấy tín hiệu p(t) có thể phân tích thành các thành phần:

Vo +  Vn.cos(nωst)

Thành phần họa tần có dạng Vnm(t)cos(nst) tương tự như tín hiệu điều chế 2 băngcạnh triệt sóng mang (Double Sideband Suppressed Carrier, DSBSC).

Phổ tần của tín hiệu PAM với hạ tần là m(t) = sinmt có dạng như Hình 2.14

Hình 2.14 Minh họa phổ tần của tín hiệu PAM với hạ tần là m(t) = sin m t

Trong Hình 2.14 M(f) là phổ tần của tín hiệu dải nền và fm là tần số cao nhất của tín hiệu này Từ Hình 2.14 ta cũng thấy tại sao tần số xung lấy mẫu fs phải ít nhất hai lần lớn hơn

fm Nếu M(f) được phục hồi từ mạch lọc hạ thông, độ phân cách từ M(f) tới dải tần kế cậnphải lớn hơn 0, nghĩa là W > 0

W = fs - fm - fm > 0 hay fs > 2 fm

b) Mẫu PAM đỉnh phẳng (Flat-top PAM):

Ðây là mẫu PAM được dùng rộng rãi do dễ tạo ra sóng điều chế Dạng sóng cho ở

Hình 2.15 các xung sau khi điều chế có đỉnh phẳng chứ không theo dạng của hạ tần.

Hình 2.15 Minh họa mẫu PAM đỉnh phẳng

Mặc dù khi phục hồi tín hiệu từ mạch lọc hạ thông sẽ có biến dạng do đoạn đỉnh phẳngnhưng vì bề rộng xung thường rất nhỏ so với chu kỳ Ts nên biến dạng không đáng kể Nếu sựbiến dạng là đáng kể thì cũng có thể loại bỏ bằng cách cho tín hiệu đi qua một mạch bù trừ

Tín hiệu PAM ít được dùng để phát trực tiếp do lượng thông tin cần truyền chứa trongbiên độ của xung nên dễ bị ảnh hưởng của nhiễu PAM thường được dùng như là một bướctrung gian trong một phương pháp điều chế khác, gọi là điều mã xung (Pulse Code

Modulation, PCM) và được dùng trong đa hợp thời gian để truyền (TDM).

2.3.3.2 Ðiều chế thời gian xung (Pulse -time Modulation, PTM):

21

Ðiều chế thời gian xung bao gồm bốn phương pháp Hình 2.16 Ba phương pháp đầu tập

trung trong một nhóm gọi là điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation, PWM), phươngpháp thứ tư là điều chế vị trí xung (Pulse-position modulation, PPM)

Ba phương pháp điều chế độ rộng xung khác nhau ở điểm cạnh lên, cạnh xuống hay điểmgiữa xung được giữ cố định trong khi độ rộng xung thay đổi theo tín hiệu điều chế

Phương pháp thứ tư, PPM là thay đổi vị trí xung theo tín hiệu điều chế trong khi bề rộngxung không đổi

Lưu ý là kỹ thuật PTM tưong tự với điều chế FM và FM, tín hiệu có biên độ không đổinên ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu

Phổ tần của tín hiệu đã điều chế bằng phương pháp PWM, PPM giống như phổ tần của tínhiệu điều chế FM, nghĩa là có nhiều họa tần nên khi sử dụng PWM và PPM người ta phải giatăng tần số xung lấy mẫu hoặc giảm độ di tần (để giới hạn băng thông của tín hiệu và tăng sốkênh truyền)

C) TÀI LIỆU HỌC TẬP

1 Nguyễn Hồng Sơn (2009), Kỹ thuật truyền số liệu , NXB Lao động xã hội

2 Trần Văn Sư (2005), Truyền số liệu và mạng thông tin số , NXB ĐH Quốc Gia TP.HCM

D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN

Câu 1: Trình bày sự giống và khác nhau giữa tín hiệu có phổ tần gián đoạn và liên tục?

Câu 2: Nêu ưu nhược điểm của tín hiệu điều chế xung mã PCM và tín hiệu điều chế biên độ

xung?

Câu 3: So sánh trực tiếp ưu điểm của các dạng mã phổ biến hiện nay?

CHƯƠNG 3 Các kĩ thuật truyền dữ liệu

Số tiết: 11 (Lý thuyết: 09 tiết, Bài tập: 02 tiết)

+ Sinh viên vận dụng kiến thức đã học để áp dụng trong phân tích kiểm tra tính toàn vẹn

của gói tin Ứng dụng trong nén và giải nén dữ liệu khi truyền trong mạng số liệu

+ Sinh viên hứng thú với bài toán về đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin trong mạng số

liệu

B) NỘI DUNG

3.1 Kĩ thuật truyền đồng bộ và bất đồng bộ

3.1.1 Kĩ thuật truyền đồng bộ (Synchronous transmission)

Cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau, và trong hệ thốngtruyền ký tự khoảng thời gian từ bit cuối của ký tự này đến bit đầu của ký tự kế tiếp bằngkhông hoặc bằng bội số tổng thời gian cần thiết truyền hoàn chỉnh một ký tự

Về góc độ truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu sử dụng một đồng hồ chung, nhờ đómáy thu có thể đồng bộ được với máy phát trong hoạt động dịch bit để thu dữ liệu.Như vậy,cần phải có kênh (cần hiểu hoặc là cặp dây dẫn hoặc là một kênh trên đường ghép kênh haykênh do mã hoá ) thứ hai cho tín hiệu đồng hồ chung

Tuy nhiên, khi xét đến các mức thông tin cao hơn mức vật lý trong mô hình hệ thống mởthì việc đồng bộ này được thực hiện theo từng khối dữ liệu và đặc tính truyền đồng bộ hiểutheo

nghĩa hẹp trong một khối

Với truyền đồng bộ, khối dữ liệu hoàn chỉnh được truyền như một luồng bit liên tụckhông có trì hoãn giữa mỗi phần tử 8 bit Để cho phép thiết bị thu hoạt động được các mứcđồng bộ khác nhau , cần có các đặc trưng sau:

Luồng bit truyền được mã hoá một cách thích hợp để máy thu có thể duy trì trong một cơcấu đồng bộ bit

Tất cả cá frame được dẫn đầu bởi một hay nhiều byte điều khiển nhằm đảm bảo máy thu

có thể dịch luồng bit đến theo các ranh giới byte hay ký tự một cách chính xác

Nội dung của mỗi frame được đóng gói giữa một cặp ký tự điều khiển để đồng bộ frame Trong trường hợp truyền đồng bộ, khoảng thời gian gian giữa hai frame truyền liên tiếp

có các byte nhàn rỗi được truyền liên tiếp để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ bit và đồng bộbyte hoặc mỗi frame được dẫn đầu bởi hai hay nhiều byte đồng bộ đặc biệt cho phép máy thuthực hiện tái đồng bộ

từ bit 1->0 hay từ 0 ->1 trong tín hiệu thu để duy trì sự đồng bộ qua một khoảng thời gian định

kì nào đó Lược đồ lai ghép là kết hợp cả hai cách Nguyên lí hoạt động của các lược đồ này

được trình bày trên Hình 3.1.

23

Hình 3.1 Các phương pháp đồng bộ xung đồng hồ

3.1.1.2 Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự.

Có hai kiểu điều khiển truyền đồng bộ: đồng bộ thiên hướng ký tự và đồng bộ thiênhướng bit Cả hai đều dùng các nguyên tắc đồng bộ bit giống nhau Khác nhau chủ yếu giữahai lược đồ là phương pháp được dùng để đạt được sự đồng bộ ký tự và đồng bộ frame Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự được dùng chủ yếu để truyền các khối ký tự, như làcác tập tin dạng text Vì không có start bit hay stop bit nên cần phải có cách thức để đồng bộ

ký tự Để thực hiện đồng bộ này, máy phát thêm vào các ký tự điều khiển truyền, gọi là các ký

tự đồng bộ SYN, ngay trước các khối ký tự truyền Các ký tự điều khiển này phải có hai chứcnăng: trước hết, chúng cho máy thu thu duy trì đồng bộ bit, thứ hai, khi điều khiển đã đượcthực hiện, chúng cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit theo các danh giới ký tự chính xác_sự đồng bộ ký tự

Hình 3 2 (a) trình bày sự đồng bộ frame đạt được theo phương thức giống như truyền bất

đồng bộ bằng cách đóng gói khối ký tự giữa cặp ký tự điều khiển truyền STX-ETX Các

ký tự điều khiển SYN thường được dùng bởi bộ thu để đồng bộ ký tự thì đứng trước ký tựSTX (start of frame) Khi máy thu đã được đồng bộ bit thì nó chuyển vào chế độ làm việc gọi

là chế độ bắt số liệu Điều này được trình bày trên hình 3.2(b).

Khi bộ thu vào chế độ bắt số liệu, nó bắt đầu dịch dòng bit trong một cửa sổ 8 bit khi tiếp nhận một bit mới Bằng cách này, khi nhận được mỗi bit, nó kiểm tra xem 8 bit sau cùng cóđúng bằng ký tự đồng bộ hay không Nếu không bằng, nó tiếp tục thu bit kế tiếp và lặp lại thaotác kiểm tra này Nếu tìm thấy ký tự đồng bộ, các ký tự tiếp được đọc sau mỗi 8 bit thu được Khi ở trong trạng thái đồng bộ ký tự (và do đó đọc các ký tự theo đúng ranh giới bit),máy thu bắt đầu xử lý mỗi ký tự thu nối tiếp để dò ra ký tự STX đầu frame Khi phát hiện mộtSTX, máy thu xử lý nhận nội dung frame và chỉ kết thúc công việc này khi phát hiện ra ký tựETX Trên một liên kết điểm-nối-điểm, thông thường máy phát sẽ quay trở lại truyền các ký tựSYN để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ Dĩ nhiên, toàn bộ thủ tục trên đều phải được lặp lạimỗi khi truyền một frame mới

Khi dữ liệu nhị phân đang được truyền, sự trong suốt dữ liệu đạt được giống như phươngpháp đã được mô tả trong mục nguyên tắc đồng bộ frame trước đây, có nghĩa là dùng một ký

tự DLE chèn vào trước STX và ETX, và chèn một DLE vào bất cứ vị trí nào trong nội dung cóchứa một DLE Trong trường hợp này , các ký tự SYN đứng trước ký tự DLE đầu tiên

25

a) Khuân dạng frame b) Sự đồng bộ ký tự c) Sự trong suốt của dữ

liệu Hình 3.2 Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự

3.1.1.3 Truyền đồng bộ thiên hướng bit

Việc dùng một cặp ký tự bắt đầu và kết thúc một frame để đồng bộ frame, cùng với việcthêm vào các ký tự DLE không hiệu quả cho việc truyền số liệu nhị phân Hơn nữa, dạng củacác ký tự điều khiển truyền thay đổi theo các bộ mã ký tự khác nhau, vì vậy chỉ có thể sử dụngvới một bộ ký tự Để khắc phục các vấn đề này người ta dùng lược đồ truyền đồng bộ thiênhướng bit Lược đồ này được xem như lược đồ điều khiển dùng cho việc truyền các frame dữliệu gồm dữ liệu in được và dữ liệu nhị phân Ba lược đồ thiên hướng bit chủ yếu được trìnhbày trên hình 3.3 Chúng khác nhau chủ yếu ở phương pháp bắt đầu và kết thúc mỗi frame

Lược đồ hình 3.3 (a) được dùng nhiều cho các liên kết điểm-nối-điểm Bắt đầu và kết thúc

một frame bằng một ‘cờ’ 8 bit 01111110 Dùng thuật ngữ ‘thiên hướng bit’ vì luồng thu được

dò theo từng bit Do đó về nguyên lý nội dung của frame không nhất thiết phải là một bội sốcủa bit

Để cho phép máy thu tiếp cận và duy trì cơ cấu đồng bộ bit, máy phát phải gửi một chuỗicác byte idle (nhàn rỗi) 01111111 đúng trước cờ bắt đầu frame Với NRZI mã hoá bit 0 trongidle cho phép DPLL tại máy thu tiếp cận và duy trì sự đồng bộ đồng hồ Khi nhận được cờkhởi đầu frame, nội dung của frame được đọc và dịch theo các khoảng 8 bit cho đến khi gặp

cờ kết thúc frame

Để đạt được tính trong suốt dữ liệu, cần đảm bảo cờ không được nhận lầm trong phần nộidung Vì lý do này người ta dùng kỹ thuật chèn bit 0 hay còn gọi là kỹ thuật “nhồi bit’ (bitstuffing ) Mạch thực hiện chức năng này đặt tại đầu ra của thanh ghi PISO Mạch này chỉ hoạtđộng trong quá trình truyền nội dung của frame Khi có một tuần tự 5 bit 1 liên tục nó sẽ tựđộng chèn vào một bit 0 Bằng cách này sẽ không bao giờ có cờ trong phần nội dung truyền đi.Một mạch tương tự tại máy thu nằm ngay trước lối vào thanh ghi PISO thực hiện chức năng

gỡ bỏ bit 0 theo hướng ngược lại

27

a) Dùng cờ b)Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu frame c)Cưỡng bức mã hóa bit

Hình 3.3 Các phương pháp đồng bộ frame thiên hướng bit

Lược đồ trình bày trong hình 3.3 (b) được dùng trong một vài mạng LAN Khi đó môi

trường truyền là môi trường quảng bá và chia sẻ cho tất cả các DTE Để cho phép tất cả cáctrạm khác nhau đạt được sự đồng bộ bit Trạm truyền đặt vào trước nội dung frame một mẫubit gọi là mẫu mở đầu _preamble_ bao gồm mười cặp 10 Một khi đã đồng bộ, máy thu dò

từng dòng bit một cho đến khi tìm thấy byte khởi đầu khung 10101011 Một header cố địnhxác định phía sau bao gồm địa chỉ, thông tin chiều dài phần nội dung Do đó, với lược đồ nàymáy thu chỉ cần đếm số byte thích hợp để xác định sự kết thúc mỗi frame

Lược đồ trình bày trên hình 3.3 (c) cũng được dùng với LAN Sự bắt đầu và kết thúc của

mỗi frame được chỉ định bởi các mẫu mã báo bit không chuẩn

3.1.2 Kĩ thuật truyền bất đồng bộ (asynchronous transmission)

Cách thức truyền trong đó các ký tự dữ liệu mã hoá thông tin được truyền đi tại nhữngthời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai kí tự không cần thiết phải là mộtgiá trị cố định

Ở chế độ truyền này hiểu theo bản chất truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu độc lậptrong việc sử dụng đồng hồ, đồng hồ chính là bộ phát xung clock cho việc dịch bit dữ liệu(shift) và như vậy không cần kênh truyền tín hiệu đồng hồ giữa hai đầu phát và thu Tất nhiên,

để có thể nhận được dữ liệu, máy thu buộc phải đồng bộ theo từng kí tự một

Mặc dù được dùng chủ yếu để truyền ký tự giữa một bàn phím và một máy tính, truyềnbất đồng bộ cũng còn được dùng để truyền các khối ký tự giữa hai máy tính Trong trường hợpnày, mỗi ký tự kế tiếp đi ngay sau stop bit của ký tự trước đó vì các ký tự trong một khốiđược truyền tức thời ngay sau ký tự mà không có khoảng thời gian trì hoãn nào giữa chúng

3.1.2.1 Nguyên tắc đồng bộ bit

Trong truyền bất đồng bộ, đồng hồ thu chạy một cách bất đồng bộ với tín hiệu thu Để xử

lý thu hiệu quả, cần phải có kế hoạch dùng đồng hồ thu để lấy mẫu tín hiệu đến, ngay điểmgiữa thời của bit dữ liệu Để đạt được điều này, tín hiệu đồng hồ thu nhanh gấp N lần đồng hồphát vì mỗi bit được dịch vào SIPO sau N chu kỳ xung đồng hồ Sự chuyển trạng thái từ 1xuống 0 là dấu hiệu của bit start, có ý nghĩa bắt đầu của một ký tự và chúng được dùng đểkhởi động bộ đếm xung clock ở máy thu Mỗi bit bao gồm cả bit start, được lấy mẫu tạikhoảng giữa của thời bit Ngay sau khi phát hiện , bit start được lấy mẫu sau N/2 chu kỳ xungclock, tiếp tục lấy mẫu sau mỗi N xung clock tiếp theo cho mỗi bit trong ký tự

Cần lưu ý rằng, đồng hồ thu chạy bất đồng bộ với tín hiệu đến, các vị trí tương đối của haitín hiệu có thể ở bất kì vị trí nào trong một chu kỳ của xung đồng hồ thu, với N càng lớn thì vịtrí lấy mẫu có khuynh hướng gần giữa thời bit hơn Do vậy ở chế độ truyền này tốc độ truyềnkhông thể cao được

3.1.2.2 Nguyên tắc đồng bộ ký tự

Mạch điều khiển truyền nhận được lập trình để hoạt động với số bit bằng nhau trong một

ký tự kể cả số stop bit, start bit và bit kiểm tra giữa thu và phát Sau khi phát hiện và nhận startbit, việc đồng bộ ký tự đạt được tại đầu thu rất đơn giản, chỉ việc đếm đúng số bit đã được lậptrình Sau đó sẽ chuyển ký tự nhận được vào thanh ghi đệm thu nội bộ và phát tín hiệu thôngbáo với thiết bị điều khiển (CPU) rằng đã nhận được một ký tự mới.và sẽ đợi cho đến khi pháthiện một start bit kế tiếp

3.1.2.3 Nguyên tắc đồng bộ frame

Khi thông điệp gồm khối các ký tự thường xem như một frame thông tin (informationframe) được truyền, bên cạnh việc đồng bộ bit và đồng bộ ký tự, máy thu còn phải xác địnhđược điểm đầu và điểm kết thúc một frame Điều này được gọi là sự đồng bộ frame

29