Chương III kỹ THUẬT mã hóa và GHÉP KÊNH dữ LIỆU

Trang 1

Trang 2

2 Updated 03/2008

gì cần trao đổi Chúng có thể là tiếng nói, hình ảnh, tập hợp các con số, các ký hiệu, các đại lượng đo lường… được đưa vào máy phát để phát đi hay nhận được ở máy thu.

 Tín hiệu chính là tin tức đã được xử lý để có thể

truyền đi trên một hệ thống thông tin.

 Việc xử lý bao gồm: chuyển đổi, mã hóa và điều

chế.

Trang 3

3 Updated 03/2008

Mã hóa là gán cho tín hiệu một giá trị nhị phân và đặc

trưng bởi các mức điện áp cụ thể để có thể truyền trên kênh truyền và khôi phục ở máy thu.

Điều chế là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi một thông số nào đó của một tín hiệu khác , tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền đến nơi thu nên được gọi là sóng mang Mục đích của sự điều chế là

dời phổ tần của tín hiệu cần truyền đến một vùng phổ

tần khác thích hợp với tính chất của đường truyền và nhất là có thể truyền đồng thời nhiều kênh cùng một lúc.

Trang 4

4 Updated 03/2008

 Mã hóa dữ liệu tương tự

 Mã hóa dữ liệu số

2 Kỹ thuật ghép kênh

 Ghép kênh phân chia theo tần số

 Ghép kênh phân chia theo bước sóng

 Ghép kênh phân chia theo thời gian

Trang 5

5 Updated 03/2008

1 Phương pháp mã hóa dữ liệu

- Dữ liệu tương tự - tín hiệu số

- Dữ liệu tương tự - tín hiệu tương tự

- Dữ liệu số - tín hiệu số

- Dữ liệu số - tín hiệu tương tự

Trang 6

6 Updated 03/2008

Trang 7

7 Updated 03/2008

Trang 8

8 Updated 03/2008

PAM( Pulse Amplitude

Modulation, điều biên xung): Dùng tín hiệu tương tự, lấy mẫu với thời gian liên tiếp và cách đều nhau tạo thành một chuỗi các xung rời rạc

Trang 9

9 Updated 03/2008

Lấy mẫu: Đo biên độ

xung của tín hiệu tại các thời gian cách đều nhau

Trang 10

10 Updated 03/2008

PAM sử dụng kỹ thuật lấy mẫu và lưu giữ Tại một thời điểm, một mức tín hiệu được đọc, sau đó lưu giữ lại giá trị đặc trưng Vì tín hiệu PAM tạo ra một số chuỗi xung có nhiều mức giá trị biên độ khác nhau nên không được sử dụng để truyền thông

Trang 11

11 Updated 03/2008

Trang 12

12 Updated 03/2008

Lượng tử: Ấn định

các giá trị nguyên trong

một dãy cho các trường

hợp lượng tử

Trang 13

13 Updated 03/2008

hợp lượng tử

Trang 14

14 Updated 03/2008

Mỗi giá trị nguyên được chuyển đổi

sang 7 bit nhị phân tương đương và

bit thứ 8 đại diện cho dấu

Trang 15

15 Updated 03/2008

Trang 16

16 Updated 03/2008

Trang 17

17 Updated 03/2008

Trang 18

18 Updated 03/2008

• Độ chính xác của tín hiệu tương tự sau khi tái tạo phụ thuộc vào số lượng mẫu khi lấy mẫu

• Chúng ta có thể thực hiện lấy mẫu ở số lượng mẫu phù hợp để bảo

đảm chất lượng tín hiệu tái tạo Theo lý thuyết Nyquist, tốc độ lấy mẫu

thấp nhất phải bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu gốc Giả sử tần

số cao nhất của tín hiệu là xHz thì chúng ta thực hiện lấy mẫu sau mỗi

1/2x (s).

• Ví dụ: Tín hiệu thoại có băng thông từ 0,3KHz đến 3,4KHz (0 - 4KHz)

Tốc độ lấy mẫu sẽ là 2 x 4000 = 8000 mẫu/s Hay cứ sau mỗi 1/8000 (s)

ta sẽ thực hiện lấy một mẫu

Trang 19

19 Updated 03/2008

Trang 20

20 Updated 03/2008

 Mô hình chuyển đổi dữ liệu tương tự sang tín hiệu số

Các khái niệm về: lấy mẫu; lượng tử hóa; mã hóa

 Lý thuyết Nyquist về lấy mẫu

Trang 21

21 Updated 03/2008

Trang 22

22 Updated 03/2008

bản thân tín hiệu đó đã là tương tự?

Vì: Một môi trường truyền dẫn có thể cho băng thông qua tự nhiên hoặc chỉ cho băng thông qua theo khả năng của chính môi trường truyền dẫn đó

Trang 23

23 Updated 03/2008

• Trong điều chế AM, tín hiệu sóng mang được điều chế sao cho biên độ của

nó thay đổi phù hợp với biên độ của tín hiệu điều chế (Tần số và phase của

tín hiệu sóng mang được giữ nguyên như cũ)

Trang 24

24 Updated 03/2008

Trang 25

25 Updated 03/2008

hiệu điều chế và trãi đều 2 bên với trung tâm là tần số của tín hiệu sóng mang

Trang 26

26 Updated 03/2008

Vì thế mỗi trạm phát sóng radio AM cần một băng thông tối thiểu là 10khz Và thực

tế, FCC (Federal Communications Commission) cho phép 10khz cho mỗi trạm AM Các trạm AM được cho phép sử dụng các tần số sóng mang trong dãy từ 530 đến 1700khz Tuy nhiên, mỗi tần số sóng mang của mỗi trạm phải được cách biệt với các trạm khác với băng thông tối thiểu 10khz (tức băng thông của một kênh AM) để tránh gây nhiễu lẫn nhau.

Trang 27

27 Updated 03/2008

• Trong điều chế FM, biên độ đỉnh và phase của tín hiệu sóng mang được giữ

nguyên, tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi tương ứng với sự thay đổi

biên độ của tín hiệu điều chế

Trang 28

28 Updated 03/2008

Trang 29

29 Updated 03/2008

điều chế và giống với băng thông của tín hiệu AM, trãi đều hai bên với trung tâm là tần số của tín hiệu sóng mang

Trang 30

30 Updated 03/2008

Vì thế mỗi trạm phát sóng radio FM cần một băng thông tối thiểu là 150kHz Và FCC cho phép 200kHz cho mỗi trạm Các trạm sử dụng các tần số sóng mang trong dãy từ 88 đến 108MHz Và giữa 2 trạm FM có khoảng trống băng thông không sử dụng để tránh chồng phổ và gây nhiễu lẫn nhau.

Trang 31

31 Updated 03/2008

• Trong điều chế PM, biên độ đỉnh và tần số của tín hiệu sóng mang được giữ

ở một hằng số ổn định, biên độ của dữ liệu tương tự thay đổi, phase của sóng mang thay đổi phù hợp với biên độ tín hiệu điều chế Các phân tích và kết quả

cuối cùng giống với trường hợp FM

Trang 32

32 Updated 03/2008

 Các loại điều chế trong điều chế tương tự - tương tự

Tín hiệu điều chế thay đổi như thế nào trong điều biên; điều tần và điều phase

 Băng thông trong các dạng điều chế đó

Trang 33

33 Updated 03/2008

- Dữ liệu số - tín hiệu số

- Dữ liệu số - tín hiệu tương tự

Trang 34

34 Updated 03/2008

- Thế nào là mã hóa đường truyền

- Các tính chất của mã hóa đường truyền:

+ Thành phần DC+ Tự đồng bộ

- Các dạng mã hóa đường truyền

+ Unipolar+ Polar: NRZ, RZ, Manchester và Differential Manchester+ Bipolar

+ Các dạng mã hóa khác: 2B1Q, MLT3

Trang 35

35 Updated 03/2008

phân thành tín hiệu số

• Ví dụ: Các dữ liệu số dạng văn bản, hình ảnh đồ họa, âm thanh và video

được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính có dạng dãy các bit tuần tự Mã hóa đường truyền chuyển đổi dãy các bit này sang dạng tín hiệu số

Trang 36

36 Updated 03/2008

- Thành phần một chiều (DC): Tín hiệu tại tần số f=0 Thành phần này

không mong muốn có Vì:

 Nếu tín hiệu gốc có thành phần DC, khi truyền tín hiệu qua môi trường truyền dẫn thành phần này có thể bị chặn lại Do đó ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra

 Thành phần DC là mức năng lượng phụ trên đường truyền và không được sử dụng

Trang 37

37 Updated 03/2008

Trang 38

38 Updated 03/2008

-Tự đồng bộ:

Để tín hiệu thu được diễn giải đúng ý nghĩa của tín hiệu bên phát, thì độ rộng bit bên thu phải chính xác với độ rộng bit bên phát Nếu đồng hồ bên nhận nhanh hoặc chậm hơn thì độ rộng bit sẽ không còn phù hợp và dẫn đến bộ thu diễn giải sai lệch ý nghĩa của tín hiệu phát

Một tín hiệu số tự đồng bộ bao gồm cả thông tin thời gian trong dữ liệu được phát Điều này có thể đạt được nếu có sự chuyển tiếp trong tín hiệu để cảnh báo cho bộ thu bắt đầu, giữa và kết thúc một xung Nếu đồng hồ bên thu vượt phạm vi đồng bộ, thì phải khởi động lại đồng hồ ở các điểm có cảnh báo mất đồng bộ

Trang 39

39 Updated 03/2008

Ví dụ: Bên thu phát đi tín hiệu mang ý nghĩa 10110001, trong khi đó

bên nhận thu được 110111000011

Trang 40

40 Updated 03/2008

- Tự đồng bộ:

Trang 41

41 Updated 03/2008

- Mã hóa Unipolar có dạng đơn giản và cơ bản nhất Nó được sử

dụng để giới thiệu các khái niệm Trên thực tế, mã hóa đường truyền phức tạp hơn nhiều

Trang 42

42 Updated 03/2008

Unipolar chỉ sử dụng một cực tín hiệu duy nhất để ấn định một trong hai trạng thái dữ liệu nhị phân, thường sử dụng bit 1 Còn trạng thái khác, thường bit

0 được đại diện bởi mức điện áp zero Mã Unipolar tồn tại các nhược điểm lớn

về tính đồng bộ và thành phần DC

Trang 43

43 Updated 03/2008

Mã polar sử dụng hai mức điện áp âm và dương Trong hầu hết các phương pháp mã hóa polar mức điện áp trung bình trên đường truyền được suy giảm và gần như thành phần DC được giảm bớt Các mã polar thường được sử dụng như NRZ (nonreturn to zero), RZ (return to zero), Manchester và Differential Manchester

Trang 44

44 Updated 03/2008

hoặc dương hoặc âm Có hai dạng mã NRZ: là NRZ-L và NRZ-I

- Mã NRZ-L (Level): Mức

điện áp dương sử dụng cho bit dữ

liệu 0, trong khi đó mức điện áp âm

đại diện cho bit 1 Vì vậy, mức của

tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái

của dữ liệu

Một vấn đề xảy ra khi dữ liệu chứa một chuỗi dài các bit 0

hoặc 1 khi đó bộ thu nhận một mức

điện áp liên tục Điều này có thể

dẫn đến mất đồng bộ giữa đồng hồ

thu và phát

Trang 45

45 Updated 03/2008

hoặc dương hoặc âm Có hai dạng mã NRZ: là NRZ-L và NRZ-I

- Mã NRZ-I (Invert): Mã

NRZ-I thực hiện đảo ngược mức

tín hiệu đại diện bit1 Nó thực hiện

sự chuyển tiếp giữa mức tín hiệu

dương và âm Bit 0 được đại diện

bởi mức tín hiệu không thay đổi

Mã NRZ-I có tính đồng bộ tốt hơn tín hiệu NRZ-L Bởi vì, tín

hiệu luôn được thay đổi khi dữ liệu

mang mức1 Khi dữ liệu mang

chuỗi bit 0 thì khả năng mất đồng

bộ vẫn không được giải quyết

Trang 46

46 Updated 03/2008

dương đại diện cho bit 1, mức điện áp âm đại diện cho bit 0 và trong nửa thời

gian độ rộng bit tín hiệu trở về mức điện áp zero

Mã RZ có ưu điểm về mặt tự đồng bộ Nhưng có nhược điểm lớn do sử dụng

02 mức tín hiệu để mã hóa 1 bit dữ liệu dẫn đến băng thông yêu cầu lớn hơn

Trang 47

47 Updated 03/2008

rộng bit cho cả mục đích đồng bộ và bit đại diện Khi tín hiệu chuyển tiếp từ mức

điện áp âm sang dương có nghĩa đại diện bit dữ liệu 1 và chuyển tiếp từ mức dương sang âm đại diện cho bit 0 Mã Manchester đạt được mức đồng bộ như

mã RZ nhưng chỉ cần có 02 mức tín hiệu

Trang 48

48 Updated 03/2008

bit chỉ phục vụ cho việc đồng bộ Nhưng sự có hoặc vắng mặt thành phần chuyển tiếp tín hiệu tại thời điểm bắt đầu của mỗi bit được sử dụng để xác định dữ liệu bit 0 hoặc 1 Nếu có sự chuyển tiếp đại diện bit 0 và không có chuyển tiếp đại diện bit 1

Trang 49

49 Updated 03/2008

Giống với mã RZ, mã Bipolar sử dụng 03 mức điện áp dương, âm và zero để

mã hóa 02 mức dữ liệu nhị phân 0 và 1 Khác với RZ, mã Bipolar sử dụng mức điện áp zero để đại diện bit 0, bit 1 được sử dụng mức điện áp luân phiên dương và

âm Nếu bit 1 đầu tiên sử dụng mức điện áp dương, thì bit 1 thứ hai sẽ sử dụng

mức điện áp âm và bit thứ ba sử dụng mức điện áp âm Một dạng phổ biến của

mã bipolar là mã AMI (Alternate mark inversion) “Mark“ có nghĩa “1“ Vì vậy mã

AMI có nghĩa luân phiên đảo ngược bit 1

Trang 50

50 Updated 03/2008

đồng bộ khi gặp dữ liệu gồm các bit 0 liên tục Dạng chỉnh sửa đó được gọi

là mã BnZS (Bipolar n-zero Substitution)

Khi có n bit 0 liên tục trong một dãy dữ liệu, thì sẽ mã hóa một số bit trong n bit đó mang mức điện áp dương hoặc âm Ta tìm hiểu dạng BnZS với n = 8 như sau:

Trong dãy nhị phân gồm các bit 0 và 1 Nếu các giá trị của dãy có liên tục 8 bit 0 Thì 8 bit đó sẽ được mã hóa theo dạng 000+-0-+ (nếu dạng xung trước vị trí 0 thứ nhất ở mức dương) hoặc 000-+0+- (nếu dạng xung trước vị trí 0 thứ nhất ở mức âm) Trong đó dấu + đại diện mức điện áp dương và dấu – đại diện mức điện áp âm

Tương tự, với mã B8ZS ta có mã HDB3 (High Density Bipolar 3 Zero) cho phép thay thế dãy liên tiếp 4 bit nhị phân 0 bởi một hoặc hai xung.

Trang 51

51 Updated 03/2008

Trang 52

52 Updated 03/2008

truyền thông thông tin Ta tìm hiểu 2 mã sau: Mã 2B1Q (Two binary, One quaternary) và Mã MLT3 (Multiline transmission, three level)

• 2B1Q: Mã này sử dụng 4 mức tín hiệu để mã hóa 4 mức dữ liệu nhị phân

(00,01,10 và 11)

Trang 53

53 Updated 03/2008

I Nhưng nó sử dụng 3 mức tín hiệu Tín hiệu chuyển tiếp từ một mức đến mức tiếp theo tại các vị trí bắt đầu của bit1; Không có sự chuyển tiếp tại các

vị trí bắt đầu của bit 0

Trang 54

54 Updated 03/2008

Những điều cần chú ý:

Mã hóa đường truyền là gì

Các tính chất của mã hóa đường truyền

Liệt kê các dạng mã hóa đường truyền

Những đặc trưng cơ bản của các dạng mã hóa: các mức tín hiệu, các mức dữ liệu, ưu và nhược điểm của các dạng mã hóa

Mã AMI và các dạng chỉnh sửa của nó

Trang 55

55 Updated 03/2008

truyền thấp và có băng thông vô cùng lớn Do đó nó chỉ được thực hiện ở những khoảng cách ngắn Vì thế việc chuyển đổi dữ liệu số sang tín hiệu tương tự là rất cần thiết để truyền tải tín hiệu đó trên môi trường truyền dẫn có băng thông tự nhiên

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	8,45 MB