Giáo trình thông tin số (full)

1 Chương CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THÔNG TIN Trong sống, có nhu cầu trao đổi với hiểu biết vật, tượng, trình diễn tự nhiên, sản xuất sinh hoạt hàng ngày Việc trao đổi hiểu trao đổi thông tin với hay gọi truyền tin (communication) Cho tới nay, chưa có định nghĩa đầy đủ cho khái niệm thông tin (information), hiểu tính chất xác định vật chất mà người (hoặc hệ thống kỹ thuật) nhận từ giới vật chất bên từ trình xảy bên Thuật ngữ truyền tin thông tin sử dụng phân biệt Chương giới thiệu cách chung vấn đề liên quan đến hệ thống truyền thông tin, thường gọi hệ thống thông tin Các khái niệm thông tin, tin tức, liệu, tín hiệu đề cập ngắn gọn Hơn nữa, giới thiệu mô hình tổng quát hệ thống thông tin chức khâu hệ thống thông tin, đặc biệt nêu sơ đồ khối chức đầy đủ hệ thống thông tin số làm sở khảo sát sâu chương sau 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Các khái niệm thông dụng hệ thống thông tin số Thông tin (information) tính chất xác định vật chất mà người (hoặc hệ thống kỹ thuật) nhận từ giới vật chất bên từ trình xảy thân Theo quan điểm triết học, thông tin thuộc tính phổ biến giới vật chất (tương tự lượng, khối lượng) Thông tin không tạo mà sử dụng hệ thụ cảm Thông tin tồn cách khách quan, không phụ thuộc vào hệ thụ cảm Một định nghĩa khác, thông tin tập báo, mệnh lệnh giúp loại trừ không chắn trạng thái nơi nhận tin hay loại trừ bất định Định nghĩa lý thuyết thông tin nhằm đưa độ đo lượng tin Thông tin đại lượng ngẫu nhiên, mang tính thống kê Dữ liệu dạng biểu diễn thông tin dạng số Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) Tín hiệu đại lượng vật lý biến thiên, phản ánh tin cần truyền Do đó, nói tín hiệu biểu vật lý tin tức Vì tin tức ngẫu nhiên nên tín hiệu ngẫu nhiên Cần ý, thân trình vật lý tín hiệu, mà tín hiệu biến đổi tham số riêng trình vật lý Các đặc trưng vật lý dòng điện, điện áp, ánh sáng, âm thanh, trường điện từ Truyền tin (communications) trao đổi thông tin (information) đối tượng có nhu cầu công cụ Viễn thông (telecommunications) hệ thống truyền thông tin với khoảng cách xa Khoảng cách hàm ý từ vài m đến hàng ngàn km Để trao đổi thông tin từ xa, người ta phải xây dựng hệ thống truyền thông tin phức tạp gọi mạng viễn thông (telecommunications network) Dịch vụ viễn thông (telecommunications services) hình thái trao đổi thông tin mà mạng viễn thông cung cấp Các dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, phục vụ cho nhu cầu trao đổi thông tin ngày cao người dùng Thông tin số (Digital communications) hệ thống thông tin mà tin tức biểu diễn dạng số truyền thông tin tập hợp hữu hạn ký hiệu, không phụ thuộc vào kiểu nguồn tin Thông tin số cung cấp khả xây dựng mạng viễn thông đa dịch vụ mạng internet, mạng điện thoại, điện báo mạng truyền thông đa phương tiện 1.1.2 Giới thiệu nội dung môn học Môn học nhằm trang bị kiến thức hệ thống thông tin số trình biến đổi tín hiệu diễn đó, như: trình biến đổi tương tự số; mã hóa nguồn, mã bảo mật; ảnh hưởng kênh truyền không lý tưởng chất lượng tín hiệu; trình xử lý khôi phục thông tin đầu thu; việc truyền tin băng tần sở mã đường truyền; truyền tín hiệu băng tần thông dải phương pháp điều chế số ghép kênh Với mục đích trên, giáo trình đề cập vấn đề sau đây: Những khái niệm chung hệ thống thông tin Lấy mẫu PCM Mã đường truyền Kỹ thuật điều chế số Mã hóa điều khiển lỗi, mã hóa kênh Kỹ thuật ghép kênh số Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) Để nghiên cứu môn học này, người đọc cần quan tâm kiến thức về: Xác suất thống kê, Toán kỹ thuật, Lý thuyết thông tin, Xử lý số tín hiệu 1.1.3 Tài liệu tham khảo Digital Communications, John G Proakis, McGraw-Hill International Editions, Third Edition, 1995 Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, Athanasios Papoulis, McGraw-Hill International Editions, Third Edition, 1991 Nachrichtenuebertragung, Auflage, Kammeyer K D., Stuttgart, B.G Teubner,1996 Adaptive Filter Theory, Simon Hayking, Prentice Hall, 1986 Priciples of Mobile Communication, Gordon L Stueber, Kluwer Academic Publishers, Second Eddition, 2000 Digital Communications; Ian Glover, Peter Grant, Prentice Hall 2000 Digital Communication Systems, Peyton Z Peebles, Prentice Hall 1987 Principles of Digital and Analog Communications, Jerry D Gibson, MacMillan Publishing Company, 1990 Digital Communications, Design for the Real World; Andy Bateman, Addison-Wesley, 1999 1.1.4 Quá trình phát triển thông tin số Mã nhị phân Là mã sở cho truyền tin số, xuất từ kỷ 17 với công trình Francis Bacon Với tổ hợp ký tự (mỗi ký tự có trạng thái khác nhau) để biểu diễn 24 chữ nhằm bí mật tin Năm 1641 John Wilkins dùng phối hợp 2, 3, chữ để biểu diễn chữ làm từ mã trung bình ngắn Năm 1703 Leibnitz lần lịch sử sử dụng ký tự số cho mã nhị phân Telegraf Năm 1837 Samuel Morse lần đề xuất telegraf, kiểu truyền thông tin số dùng ký hiệu chấm gạch (xung ngắn dài, có độ dài từ thay đổi) Năm 1875 Emile Baudot đề xướng độ dài mã cố định (gồm phần tử mã) Điện thoại Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) Năm 1884, điện thoại đề xướng A.G Bell Năm1897 Strowge đề xướng chuyển mạch tự động Với phát minh transistor 1948, hệ thống tổng đài lập trình sẵn chế tạo năm 1958 Điện thoại thương mại với chuyển mạch số xuất từ 1960 Năm 1937 Alec Reeves phát minh điều chế xung mã, để mã hóa tiếng nói Năm 1945 DeLoraine phát minh hợp kênh theo thời gian Được ứng dụng mạng điện thoại quân Năm 1950 khái niệm truyền số chuyển mạch số đề xướng Năm 1974 Mở rộng mạng điện thoại số, mạng băng rộng ISDN số Radio Năm 1873 Maxwell nêu lý thuyết trường điện từ, dự đoán tồn nhiễu sóng radio Năm 1901 Marconi thực thu phát tín hiệu radio xa 3000 km Thông tin vệ tinh Năm 1945 Arthur C.Clarke đề xuất ý tưởng dùng vệ tinh trạm chuyển tiếp trạm mặt đất Năm 1957 Vệ tinh Sputnik Nga phát tín hiệu 21 ngày Năm 1958 Mỹ phóng tầu thám hiểm phát tín hiệu kéo dài tháng Năm 1962 tinh Telstar (do phòng thí nghiêm Bell chế tạo theo công trình John R.Pierce) chuyển tiếp chương trình TV qua đại tây dương (dùng thu maser anten lớn) Năm 1964 INTERSAT thành lập, phóng vệ tính địa tĩnh (INTERSAT-1 dung lượng 240 kênh thoại kênh TV), 1965 năm hệ vệ tinh thương mại phóng tiếp có 6000 kênh thoại 12 kênh TV (INTERSAT-4) INTERSAT-5 dùng TDMA kỹ thuật số Thông tin quang Năm 1966 Kao Hockham đề nghị dùng sợi thủy tinh làm ống dẫn sóng Laser phát minh từ 1959 1960 Năm 1970 Kapron Keck chế tạo sợi pha silic cho suy giảm truyền dẫn ánh sáng 20dB/km, 0.2dB/km Truyền thông máy tính Từ năm 1950 liên lạc cự ly xa dùng kênh điện thoại với tốc độ 3001200bps Hiện nay, tốc độ nâng lên nhiều nhiều đóng góp Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) có cân thích nghi (Lucky 1965) kỹ thuật điều chế có mật độ phổ cao Từ năm 1950-1970 mạng máy tính phát triển mạnh Ảnh hưởng quan trọng mạng ARPANET (được tài trợ quốc phòng Mỹ với chuyển mạch gói Đây ví dụ điển hình mạng điểm-điểm, thu nhận, giữ chuyền) Một mạng truyền gói khác mạng đa truy cập (single-hop) minh họa mạng ALOHA Abramson đề xướng từ năm 1970 Loại thứ tổ hợp loại (Multiple-hop) Ví dụ loại mạng gói radio PRNET (được tài trợ ARPA) Lý thuyết thông tin Năm 1928 Harry Nyquist Công bố báo lý thuyết truyền tín hiệu telegraf Đặc biệt phát triển lý thuyết thu xác tín hiệu telegraf kênh phân tán, có nhiễu Năm 1943 North đề xuất lọc phù hợp cho tách tối ưu tín hiệu nhiễu Lý thuyết tách dựa lý thuyết định thống kê phát triển Neumann Person (1930) Một lĩnh vực quan trọng khác lý thuyết ước lượng có đóng góp quan trọng Fisher năm 1920 Đặc biệt ông dùng khái niệm ước lượng khả lớn Từ năm 1930-1940 Ước lượng trung bình bình phương tối thiểu nghiên cứu đồng thời Norbert Wiener (Mỹ) Kolmogorov (Nga) Wiener công thức hóa vấn đề dự đoán tuyến tính thời gian liên tục rút công thức cho dự đoán tối ưu (năm 1942) Ông xét ước lượng lọc trình có nhiễu trắng Kolmogorov phát triển vấn đề trình rời rạc (năm 1939) Năm 1947 Lý thuyết biểu diễn tín hiệu phát triển Kotelnicov Năm 1948 Cơ sở lý thuyết truyền thông số tương đối hoàn chỉnh Claude Shannon trình bày báo lý thuyết toán cho truyền thông Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 1.2 HỆ THÔNG TIN, MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TIN VÀ CÁC YÊU CẦU CHUNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.2.1 Hệ thống thông tin Hệ thống thông tin mô tả sơ đồ khối sau: Nhiễu Phát Tin tức S(t) vào Xử lý tín hiệu Thu Mạch sóng mang sm  t  Kênh truyền r t  Mạch sóng mang Kênh tin s  t  Hình 1.1 Các phận hệ thống thông tin Trong đó: S(t) nguồn tin, nơi tạo lập tin tức đưa vào hệ thống thông tin; máy phát làm nhiệm vụ xử lý thông tin thành tín hiệu đưa vào kênh truyền; máy thu khâu nhận tín hiệu mang tin xử lý tách thông tin tạo tin tức nơi nhận (t) Kênh truyền tin kênh có nhiễu tác động làm thông tin S(t) truyền từ nguồn tới đầu thu nhận (t) có sai lệch Nhiệm vụ hệ thống thông tin đảm bảo sai lệch giám sát điều khiển 1.2.2 Nguồn tin Nguồn tin nơi sản sinh tập tin dùng để tạo tin (thông báo) cần truyền Nếu tập tin hữu hạn nguồn sinh gọi nguồn rời rạc Ngược lại, tập tin vô hạn nguồn sinh gọi nguồn liên tục Nguồn tin liên tục, tạo thông tin liên tục theo đó, kênh truyền tin kênh liên tục Các hệ thống liên tục có nhược điểm cồng kềnh, chi phí cao, tin cậy thấp Nguồn tin rời rạc, tạo tin rời rạc, kênh truyền tin kênh rời rạc Hệ thống rời rạc khắc phục nhược điểm hệ liên tục, nên áp dụng rộng rãi Nguồn tin liên tục sau thực lấy mẫu (rời rạc hóa) lượng tử hóa nguồn rời rạc Nguồn tin có tính chất thống kê, với nguồn rời rạc, tính thống kê biểu chỗ xác suất xuất tin khác Ví dụ, cho nguồn tin rời rạc bảng chữ m ký tự A={a1, a2, , am} có xác suất xuất tương ứng là: p(ai), i =1,2, ,m Một nguồn tin rời rạc, tin trước sau mối quan hệ gọi nguồn rời rạc không nhớ Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) Bản tin tập (có thể vô hạn) ký hiệu liên tiếp từ bảng ký hiệu sở (bảng chữ cái) nguồn tin Trong thực tế, tin có khởi đầu kết thúc nên dãy hữu hạn ký hiệu Vậy định nghĩa: nguồn tin tập hợp tin mà hệ thống thông tin dùng lập tin khác để truyền 1.2.3 Máy phát Máy phát thiết bị biến đổi tập tin thành tập tín hiệu tương ứng Phép biến đổi phải đơn trị hai chiều để đảm bảo bên thu nhận xác thông tin truyền Trong trường hợp tổng quát, máy phát gồm hai khối - Thiết bị mã hoá: Làm ứng tin với tổ hợp ký hiệu chọn nhằm tăng mật độ, tăng khả chống nhiễu, tăng tốc độ truyền tin - Khối điều chế: Là thiết bị biến tập tin (đã không mã hoá) thành tín hiệu để xạ vào không gian dạng sóng điện từ cao tần Về nguyên tắc, máy phát có khối 1.2.4 Môi trường truyền tin Môi trường truyền tin môi trường vật lý, tín hiệu truyền từ máy phát sang máy thu Trên đường truyền có tác động làm tổn hao lượng, làm mát thông tin tín hiệu Trong Lý thuyết thông tin, kênh truyền khái niệm trừu tượng bao hàm tín hiệu nhiễu Trong kỹ thuật thông tin số môi trường truyền tin thường đánh giá yếu tố: tốc độ truyền, băng thông, khoảng cách truyền (hay liên quan tới suy hao tín hiệu) Những đặc tính chất lượng liệu truyền định tính chất tín hiệu môi trường truyền Trong trường hợp sử dụng môi trường truyền định hướng, thân môi trường truyền nhân tố quan trọng định giới hạn truyền Bảng 2.1 cho ta đặc tính tốc độ truyền, băng thông khoảng cách tối đa yêu cầu lặp lại với tín hiệu số cho môi trường truyền định hướng Bảng 1.1 Đặc tính đường truyền với môi trường định hướng điểm-điểm Môi trường truyền Tốc độ truyền Băng thông Khoảng cách cần lặp lại Dây song hành Mbps 250 K(Hz) - 10 Km Cáp đồng trục 500 Mbps 350 K(Hz) -10 Km Sợi quang Gbps G(Hz) Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 10 - 100 Km Với môi trường truyền không định hướng, phổ băng tần số tín hiệu ăng ten phát quan trọng môi trường truyền Như biết, tần số trung tâm tín hiệu yếu tố tạo băng thông tốc độ truyền Mặt khác, dùng ăng ten truyền tín hiệu phụ thuộc vào hướng ăng ten Thường tần số thấp xạ hướng ăng ten, tần số cao yếu tố định hướng chùm tia hướng cần thiết Trong môi trường không định hướng, sóng vi ba có phạm vi từ - 40 G(Hz), có khả định hướng chùm tia, thường dùng cho điểm - điểm Có loại kênh tiêu biểu thực tế: Đường điện thoại; Cáp đồng trục; Sợi quang; Kênh viba; Kênh vô tuyến di động; Kênh vệ tinh - Đường điện thoại: Là đường truyền tín hiệu điện, tuyến tính, băng thông giới hạn, thích hợp cho truyền tiếng nói băng sở thông dải (độ rộng từ 3003100(Hz)) có tỷ số tín hiệu nhiễu cao cỡ 30dB Kênh truyền có đáp ứng độ lớn theo tần số phẳng, không ý đến đáp pha theo tần số (do tai người không nhạy với trễ pha), song truyền ảnh hay liệu phải ý đến điều cần dùng cân thích nghi kết hợp phương pháp điều chế có hiệu suất phổ cao - Cáp đồng trục: Có sợi dẫn trung tâm cách điện với vỏ xung quanh; vỏ vật liệu dẫn điện Cáp đồng trục có ưu điểm lớn độ rộng băng tần lớn chống nhiễu từ bên Song cáp đồng trục cần phát lặp gần suy giảm nhanh (ở tốc độ khoảng 274Mbps, khoảng cách phát lặp 1km) - Sợi quang: Gồm lõi thủy tinh, lớp vỏ xung quanh thủy tinh đồng tâm có hệ số phản xạ nhỏ Tính chất sợi quang tia sáng từ môi trường có hệ số phản xạ cao sang môi trường có hệ số phản xạ thấp bị uốn phía môi trường hệ số phản xạ cao, nên xung ánh sáng “dẫn đi” sợi quang Sợi quang vật liệu cách điện, truyền dẫn ánh sáng Dùng tần số 14 13 mang ánh sáng cỡ 2x10 (Hz) cho độ rộng băng tần cỡ 10% = 2x10 (Hz) Tổn thất sợi quang nhỏ: 0.2dB/km không chịu ảnh hưởng giao thoa sóng điện từ (vì có chất ống dẫn tĩnh điện) - Kênh vi ba: Hoạt động dải tần 1-30G(Hz) cho anten nhìn thấy Anten phải đặt tháp đủ cao, điều kiện kênh coi tĩnh, kênh truyền tin cậy Tuy nhiên điều kiện khí tượng thay đổi làm giảm cấp chất lượng đường truyền - Kênh di động: Đây kênh kết nối với người dùng di động Kênh có tính chất tuyến tính thay đổi theo thời gian hiệu ứng đa đường gây nên đnhiễug Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) pha, ngược pha tín hiệu thành phần làm tín hiệu tổng cộng thăng giáng (fading) Đây loại kênh phức tạp truyền thông vô tuyến - Kênh vệ tinh: Đô cao vệ tinh địa tĩnh 22 300 dặm (30 nghìn Km) Tần số thường dùng cho phát lên 6G(Hz) cho phát xuống G(Hz) Độ rộng băng tần kênh truyền lớn cỡ 500M(Hz) chia thành dải 12 phát đáp vệ tinh đảm nhiệm, phát đáp dùng 36M(Hz) truyền chương trình truyền hình màu, 1200 mạch thoại, tốc độ liệu 50Mbps Ngoài cách phân loại cụ thể phân loại kênh truyền theo tính chất sau: - Kênh tuyến tính hay phi tuyến: Kênh điện thoại tuyến tính kênh vệ tinh thường phi tuyến (nhưng luôn vậy) - Kênh bất biến hay thay đổi theo thời gian: Sợi quang bất biến kênh di động thay đổi theo thời gian - Kênh băng tần giới hạn hay công suất giới hạn: Đường điện thoại kênh băng tần giới hạn cáp quang vệ tinh công suất giới hạn 1.2.5 Máy thu Máy thu thiết bị thực việc tạo lập lại thông tin nơi phát từ tín hiệu nhận Máy thu thực phép biến đổi ngược lại với phép biến đổi máy phát: Biến tập tín hiệu thu thành tập tin tương ứng Do tín hiệu truyền kênh có nhiễu nên để khôi phục thông tin nơi gửi, bên nhận phải có chế phát lỗi sửa sai Máy thu gồm hai khối: - Giải điều chế: Biến đổi tín hiệu nhận thành tin mã hoá - Giải mã: Biến đổi tin mã hoá thành tin tương ứng ban đầu (các tin nguồn gửi đi) 1.2.6 Nhận tin Bộ phận nhận tin thực chức sau: - Ghi giữ tin (ví dụ nhớ máy tính, băng ghi âm, ghi hình,…) - Biểu thị tin làm cho giác quan người cảm biến máy thụ cảm để xử lý tin (ví dụ băng âm thanh, chữ số, hình ảnh,…) - Xử lý tin: Biến đổi tin để đưa dạng dễ sử dụng Chức thực người máy Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 10 1.2.7 Các yêu cầu truyền tin qua hệ thống viễn thông Khi truyền tin qua hệ thống viễn thông, thường phải đảm bảo yêu cầu sau: 1.2.7.1 Hiệu suất Thể mặt sau: - Tốc độ truyền tin cao - Truyền đồng thời nhiều tin khác - Chi phí cho bit thông tin thấp 1.2.7.2 Độ tin cậy Đảm bảo độ xác việc thu nhận tin cao, tỷ số lỗi (BER) thấp Hai tiêu mâu thuẫn Giải mâu thuẫn nhiệm vụ lý thuyết thông tin 1.2.7.3 An toàn - Bí mật: + Không thể khai thác thông tin cách trái phép + Chỉ có người nhận hợp lệ hiểu thông tin người gửi - Xác thực: Gắn trách nhiệm bên gửi – bên nhận với tin (chữ ký số) - Toàn vẹn: + Thông tin không bị bóp méo (cắt xén, xuyên tạc, sửa đổi) + Thông tin nhận phải nguyên vẹn nội dung hình thức - Khả dụng: Mọi tài nguyên dịch vụ hệ thống phải cung cấp đầy đủ cho người dùng hợp pháp 1.2.7.4 Đảm bảo chất lượng dịch vụ Đây tiêu quan trọng đặc biệt dịch vụ thời gian thực, nhạy cảm với độ trễ (truyền tiếng nói, hình ảnh, …) Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 109 ứng xung là: 110110 Với dãy vào 1101, ta thấy dãy tính chập dãy vào với đáp ứng xung Do mã có tên mã chập b) Biểu diễn mã chập sơ đồ Hình 5.16 trình bày sơ đồ biểu diễn mã chập cho ví dụ Giả sử ban đầu toàn ghi xoá Đọc sơ đồ theo phương ngang từ trái qua phải, nhánh biểu diễn từ mã hai bit ứng với bit vào Mỗi có bit vào 0, sang nhánh phải phía trên, bit vào sang nhánh phải phía Hình 5.16 Sơ đồ biểu diễn mã hóa mã chập hình 5.15 Giả sử dãy vào 110, theo đường nét đậm sơ đồ cây, ta dãy L 111011 Nếu số bit vào L số nhánh sơ đồ Như vậy, số bit vào tăng sơ đồ cồng kềnh c) Biểu diễn mã chập sơ đồ lưới Nhìn sơ đồ ta thấy thực tế mã hóa mã chập có trạng thái phân biệt, ký hiệu a, b, c d tương ứng với cặp bit nhị phân 00, 10, 01 11 Từ sơ đồ cây, ta thấy: lần phân nhánh đầu tiên, tạo hai nút, lần phân nhánh thứ hai tạo bốn nút sau lần phân nhánh số nút tăng gấp đôi Sau lần phân nhánh thứ ba, ta thấy nửa nửa giống hệt Như vậy, vào thời điểm ti đó, hai nút có trạng thái kết hợp với thành nút Áp dụng điều cho sơ đồ hình 5.16, ta sơ đồ lưới hình 5.17 Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 110 Các nút lưới biểu diễn trạng thái mã hóa Các nút hàng biểu diễn trạng thái Từ nút lưới có hai nhánh ra: nhánh ứng với bit vào (đường nét liền), nhánh ứng với bit vào (đường nét đứt) Tổng quát, sau cột nút thứ K, cấu trúc lưới lặp lại Hình 5.17 Sơ đồ lưới biểu diễn mã hóa mã chập hình 5.15 5.4.2 Giải mã mã chập thuật toán Viterbi Khác với mã khối có độ dài từ mã cố định, mã chập kích thước đặc thù Tuy vậy, mã chập bị ép vào cấu trúc khối cách gắn thêm số bit vào cuối dãy tin để đảm bảo đuôi dãy tin dịch hết qua ghi dịch Các bit không mang tin nên tỷ lệ mã nhỏ k/n Để giữ cho tỷ lệ mã xấp xỉ với k/n, chu kỳ gắn thêm bit thường dài Chẳng hạn ví dụ đây, sau 300 bit tin gắn thêm bit Vậy tỷ lệ mã 300/604 xấp xỉ 1/2 Có ba kiểu giải mã chập kiểu tuần tự, ngưỡng Viterbi, Viterbi phổ biến Thuật toán Viterbi dựa sở giải mã lân cận gần (nearest neighbour) Thuật toán tính khoảng cách Hamming (gọi metric) tín hiệu thu vào thời điểm ti tất đường lưới dẫn đến trạng thái thời điểm ti Khi hai đường dẫn đến trạng thái, chọn đường có khoảng cách Hamming ngắn hơn, gọi đường sống (surviving path) Việc chọn đường sống thực cho tất trạng thái vào tất thời điểm Ta xét lại ví dụ mã hóa mã chập hình 5.15 Giả sử dãy thu 1010001010, dãy vào mã hóa bit, có bit tin bit thêm vào Trước hết ta xây dựng lưới giải mã hình 5.18 Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 111 Hình 5.18 Sơ đồ lưới giải mã Thực so sánh, chọn đường có metric thấp hơn, cuối ta lại đường sống đường in đậm (nét đứt nét liền) hình 5.19 Từ suy dãy tin giải mã là: 11100 Hình 5.19 Đường sống kết giải mã Trong thực tế, giải mã Viterbi gồm có ba khối Thứ khối tính giá trị metric nhánh BMV (Branch Metric Value), thứ hai khối tính metric đường PMV (Path Metric Vaue) - tổng metric nhánh dọc theo đường lưới thứ ba khối xác định đầu - chọn đường có metric nhỏ Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 112 Chương KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ Trong các ̣ thố ng thông tin số , mô ̣t vấ n đề nảy sinh truyề n thông tin qua đường truyề n là nhiề u thiế t bi ̣đầ u cuố i hoă ̣c người sử du ̣ng phải đươ ̣c sử du ̣ng chung kênh truyề n ta ̣i cùng mô ̣t thời điể m Tài nguyên này có thể là dung lươ ̣ng truyề n mô ̣t đường truyề n cáp quang, có thể là phổ tầ n số ̣ thố ng thông tin nói chung Như vâ ̣y, phải có mô ̣t thủ tu ̣c nào đó để quy đinh ̣ các thiế t bi ̣đầ u cuố i chia sẻ tài nguyên đó Có hai kỹ thuâ ̣t hay đươ ̣c sử du ̣ng viê ̣c chia sẻ tài nguyên: ‐ Kỹ thuâ ̣t ghép kênh (multiplexing) ‐ Kỹ thuâ ̣t đa truy nhâ ̣p ghép kênh (multiple access) Kỹ thuâ ̣t ghép kênh đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng raĩ các ̣ thố ng truyền dẫn thông tin số vô tuyế n và hữu tuyế n, kỹ thuâ ̣t đa truy nhâ ̣p đươ ̣c sử du ̣ng nhiề u ma ̣ng máy tính LAN và mô ̣t số ̣ thố ng thông tin số vô tuyế n Chương này sẽ chủ yế u tâ ̣p trung vào kỹ thuâ ̣t ghép kênh Các phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số (FDM- Frequency Division Multiplexing), theo thời gian (TDM- Time Division Multiplexing), theo bước sóng (WDMWavelength Multiplexing, DensityWDM), ghép kênh theo mã CDMA kỹ thuật trải phổ 6.1 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO TẦN SỐ 6.1.1 Nguyên lý FDM kỹ thuật ghép kênh truyền thống thoại ứng dụng quảng bá FDM thực truyền đồng thời tín hiệu khác qua kênh băng rộng cách sử dụng sóng mang tần số khác Sự trực giao tín hiệu trực giao tần số Phổ tín hiệu không bị chồng lên Do tín hiệu lệch tần với nên lọc bên thu, ta tách riêng tín hiệu Kỹ thuâ ̣t ghép kênh theo tầ n số chia sẻ băng tầ n của kênh truyề n thành nhiề u băng tầ n nhỏ cho nhiề u người sử du ̣ng Nế u mô ̣t kênh truyề n có đô ̣ rô ̣ng băng tầ n là W(Hz), mỗi người sử du ̣ng kênh truyề n có dòng thông tin với đô ̣ rô ̣ng là B(Hz) thı̀ số người sử du ̣ng có thể chia sẻ kênh truyề n là: W  n  int   B Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) (6.1) 113 Hı̀ nh 6.1 Nguyên tắ c ghé p kênh theo tầ n số Hình 6.1 sơ đồ khối ghép kênh FDM bên phát Trước tiên, N tín hiệu khác điều chế với N sóng mang phụ có tần số khác nhau, cộng tất sóng mang phụ điều chế lại, tạo thành tín hiệu tổng hợp băng sở Có thể sau tín hiệu tổng hợp điều chế với sóng mang chính, hình thành tín hiệu FDM để truyền qua kênh băng rộng Kiểu điều chế dùng điều chế sóng mang phụ điều chế sóng mang khác Hình 6.2 Phân chia phổ tần ghép kênh FDM Trong FDM mỗi kênh thông tin sẽ đươ ̣c điề u chế với mô ̣t sóng mang có tầ n số riêng biê ̣t tương ứng với “khe tầ n số ” của kênh đó Như vâ ̣y, hiê ̣u quả của quá trı̀nh truyề n sử du ̣ng FDM phu ̣ thuô ̣c vào chấ t lươ ̣ng của bô ̣ lo ̣c thông dải (dùng bô ̣ lo ̣c cos nâng) Thông thường để tránh nhiễu giao thoa giữa hai kênh thông tin kề nhau, giữa hai băng tầ n của hai kênh thông tin có mô ̣t khoảng trố ng tầ n số đươ ̣c go ̣i là khoảng bảo vê ̣ (guard band) Bên thu, tín hiệu FDM trước hết giải điều chế để tạo lại tín hiệu tổng hợp băng sở, sau qua lọc để phân chia sóng mang phụ Cuối cùng, sóng mang phụ giải điều chế để tạo lại tín hiệu ban đầu Hình 6.3 sơ đồ tách kênh FDM bên thu Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 114 Hình 6.3 Tách kênh FDM phía đầu thu 6.1.2 Phân cấp hệ thống ghép kênh FDM điển hình Hình 6.4 minh họa phân cấp hệ thống điện thoại FDM (theo Công ty điện thoại điện báo AT&T) Ở đây, 12 tín hiệu thoại tương tự (còn gọi 12 kênh thoại) ghép kênh phân tần số sử dụng kiểu điều chế SSB, tạo thành FDM nhóm (basic group) Băng thông tín hiệu FDM nhóm 48 kHz, chiểm dải tần số từ 60 - 108 kHz Vậy tín hiệu FDM nhóm thay tín hiệu có băng thông rộng 48 kHz Mỗi kênh thoại tương tự có băng thông từ 0.3 - 3.4 kHz xếp cho chiếm dải tần số kHz Khoảng tần số dành thêm gọi dải phòng vệ (guard band) Ý nghĩa chúng dành khoảng cách kênh lân cận để tách kênh FDM tách riêng kênh lọc thực tế Cấp ghép cao hệ thống điện thoại FDM siêu nhóm (super group), ghép từ tín hiệu FDM nhóm bản, kiểu điều chế SSB, băng thông 240 kHz, bao gồm 60 kênh thoại Tương tự trên, tín hiệu FDM siêu nhóm xem tương đương với tín hiệu có băng thông rộng 240 kHz Tiếp theo, 10 tín hiệu FDM siêu nhóm ghép kênh phân tần số dùng kiểu điều chế SSB để tạo thành tín hiệu FDM nhóm chủ (master group) có băng thông 2.52 MHz chứa 600 kênh thoại Kỹ thuật FDM dùng cho thông tin tương tự ngày dùng lại hệ thống thông tin sợi quang Ở đó, bước sóng khác dùng để truyền đồng thời tín hiệu khác sợi quang Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 115 Lúc này, thuật ngữ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) thường dùng nhiều thuật ngữ FDM Hình 6.4 Hệ thống phân chia ghép kênh thoại 6.1.3 Mô ̣t số hiêụ ứng thông tin di đô ̣ng Ghép kênh đươ ̣c FDM sử du ̣ng rô ̣ng raĩ thông tin di đô ̣ng, nhiên đă ̣c tı́nh không ổ n đinh ̣ của kênh truyề n thông tin di đô ̣ng, có mô ̣t số vấ n đề cầ n phải xét đế n sử du ̣ng các phương pháp ghép kênh FDM Các hiê ̣u ứng đó là: (a) Hiê ̣u ứng xa - gầ n (near – far effect): Mô ̣t người sử du ̣ng thu phát tı́n hiê ̣u ở gầ n tra ̣m gố c (base station) sẽ có cường đô ̣ sóng ma ̣nh gấ p nhiề u lầ n những người sử du ̣ng ở xa Đô ̣ chênh lê ̣ch của tı́n hiê ̣u thu đươ ̣c ở tra ̣m Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 116 gố c có thể lên đế n 100dB, dẫn đế n viê ̣c tı́n hiê ̣u có biên đô ̣ yế u bi ̣lấn át bởi tı́n hiê ̣u có biên đô ̣ lớn (b) Nhiễu băng he ̣p (narrowband interference): là nhiễu xảy mô ̣t dải tầ n số nhấ t đinh ̣ và không dàn trải toàn bô ̣ dải tầ n nhiễu trắ ng (nhiễu Gauss) Nhiễu băng he ̣p thường xảy các nguồ n phát tıń hiê ̣u ảnh hưởng lên (c) Hiê ̣u ứng Doppler: là hiê ̣u ứng tầ n số bi ̣ xê dich ̣ mô ̣t khoảng f  do người sử du ̣ng di chuyể n so với tra ̣m gố c Đô ̣ dich ̣ tầ n này đươ ̣c tı́nh sau: f  vf cos     c         (6.2) đó: v: tố c đô ̣ di chuyể n (m/s) f: tầ n số tı́n hiê ̣u (Hz) c: vâ ̣n tố c ánh sáng (m/s)  : góc tới tương đố i giữa người di chuyể n và tra ̣m gố c (d) Hiê ̣u ứng đa đường (multi-path): thông tin di đô ̣ng, tra ̣m gố c và máy di đô ̣ng liên la ̣c với qua không khı́ (air interface), hiê ̣n tươ ̣ng đa đường là hiê ̣n tươ ̣ng tı́n hiê ̣u đươ ̣c truyề n theo các đường khác (trực tiế p và gián tiế p), các đường truyề n có khoảng thời gian truyề n dẫn khác nên ta ̣i đầ u thu có sự giao thoa giữa các tı́n hiê ̣u truyề n theo đường này, dẫn đế n hiê ̣n tươ ̣ng giao thoa giữa các ký tự ISI 6.1.4 FDM thông tin di đô ̣ng Có thể áp du ̣ng mô ̣t số kỹ thuâ ̣t FDM thong tin di động nhằm khắc phục hiệu ứng không mong muốn Để giảm tác du ̣ng của hiê ̣u ứng gầ n – xa, các kỹ thuâ ̣t điề u khiể n công suấ t phát (power control) thường đươ ̣c áp du ̣ng Chú ý rằ ng điề u khiể n công suấ t không chı̉ đươ ̣c áp du ̣ng FDM mà còn đươ ̣c áp du ̣ng các kỹ thuâ ̣t ghép kênh khác Mô ̣t các phương pháp điề u khiể n công suấ t là tra ̣m gố c liên tu ̣c giám sát cường đô ̣ tı́n hiê ̣u nó thu đươ ̣c từ các thiế t bi ̣di đô ̣ng pha ̣m vi tra ̣m gố c quản lý, sau đó tra ̣m gố c sẽ phát lê ̣nh cho các tra ̣m di đô ̣ng tăng hoă ̣c giảm công suấ t phát cho cường đô ̣ tı́n hiê ̣u thu đươ ̣c ta ̣i tra ̣m gố c bằ ng Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 117 Theo hiệu ứng Doppler, có khả phổ của các kênh thông tin sẽ bi chồ ̣ ng vào dich ̣ tầ n, vı̀ vâ ̣y để tránh hiê ̣u ứng này FDM cầ n phải có các băng tầ n bảo vê ̣ để ngăn cách các kênh thông tin kề Cuố i cùng, hiê ̣u ứng đa đường, có thể thấ y rằ ng ISI càng lớn đô ̣ rô ̣ng xung càng he ̣p, tức là phổ tı́n hiê ̣u càng rô ̣ng FDMA cho phép giảm thiể u hiê ̣n tươ ̣ng này bằ ng phương pháp điề u chế nhiề u mức, đó có thể tăng đô ̣ rô ̣ng xung của từng ký hiê ̣u 6.1.5 Ưu nhươ ̣c điể m của FDM Ưu điể m: So với ghép kênh theo thời gian, FDM cho phép giảm ISI bằ ng cách giảm băng tầ n của tı́n hiê ̣u truyề n Nhươ ̣c điể m: FDM không có khả mề m dẻo ghép kênh các tı́n hiê ̣u có đô ̣ rô ̣ng băng tầ n khác vào các khe tầ n số (khe tầ n số có đô ̣ rô ̣ng cố đinh ̣ Mă ̣t khác, yêu cầ u sự ổ n cũng có nghıã là tı́n hiê ̣u ghép kênh có tố c đô ̣ cố đinh) ̣ đinh ̣ tầ n số của bô ̣ dao đô ̣ng điề u chế (cùng với sự sai lê ̣ch tầ n số hiê ̣u ứng Doppler) làm cho giá thành của thiế t bi tương đố i đắ t, nhấ t là trường hơ ̣p băng ̣ tầ n bảo vê ̣ he ̣p 6.1.6 Ghép kênh thông tin quang Trong thông tin quang, người ta sử du ̣ng phương pháp ghép các ánh sáng có bước sóng  khác và cùng truyề n lên mô ̣t đường truyề n cáp quang Phương pháp này go ̣i là ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM – Wavelength Division Multiplexing) Phát quang 1 1 Phát quang 2 2 ……………… 1   Ghép  quang Cáp quang N Phát quang N Tách  quang Biến đổi  quang điện1 2   Biến đổi  quang điện 2 N  ……………… Biến đổi  quang điện N Hı̀ nh 6.5 Ghép kênh thông tin quang Hiện nay, kỹ thuâ ̣t cho phép điề u chế các kênh tı́n hiê ̣u điê ̣n thành sóng ánh sáng với các bước sóng  khác và cùng truyề n mô ̣t đường cáp quang Mỗi kênh truyề n từng bước sóng có thể có tố c đô ̣ lên tới 10Gbps Như vâ ̣y, WDM cho phép truyề n hàng trăm Gbps với hai hướng ngươ ̣c cùng mô ̣t Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 118 đường cáp quang Hơn ghép quang mật độ cao DWDM (Density WDM) xu hướng phát triển rộng rãi truyền dẫn thông tin quang 6.2 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN (TDM) Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) kỹ thuật ghép kênh cho tín hiệu tương tự số Tuy nhiên, nguyên tắc, tín hiệu tương tự phải số hóa trước ghép Cũng thực lấy mẫu kết hợp với ghép kênh TDM TDM thực truyền tín hiệu khác qua kênh băng rộng với tần số vào thời điểm khác Sự trực giao tín hiệu trực giao thời gian Trong khối ghép kênh bên phát, thời gian phân thành khe thời gian, ấn định khe cho dòng số đến từ kênh khác theo cách xoay vòng Việc tách kênh thực bên thu cách chuyển mạch tín hiệu thu vào thời điểm thích hợp Khác với FDM, hệ thống TDM, yêu cầu tất phát thu phải tuân theo đồng hồ chung 6.2.1 Nguyên lý Phương pháp ghép kênh theo thời gian còn đươ ̣c go ̣i là TDM (Time Division Multiplexing) Trong phương pháp này, người sử du ̣ng đươ ̣c dành mô ̣t khoảng thời gian nhấ t đinh ̣ (khe thời gian) để truyề n thông tin Nế u kênh truyề n dẫn có dung lươ ̣ng là C (bps), thông tin của người sử du ̣ng có tố c đô ̣ là r (bps) thı̀ số người sử du ̣ng tố i đa của mô ̣t kênh truyề n TDM là: C  n  int   r (6.3) Hı̀ nh 6.6 Nguyên lý ghé p kênh theo thời gian Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 119 Để minh họa cho nguyên lý ghép tách kênh TDM, ta xét ví dụ đơn giản ghép TDM cho tín hiệu tương tự x1(t), x2(t) x3(t), sau truyền qua hệ thống PCM hình 6.6 Bộ lấy mẫu kết hợp với ghép kênh xem chuyển mạch đầu vào, lấy mẫu tín hiệu tương tự kênh Như vậy, đầu lấy mẫu dãy xung PAM lấy mẫu từ ba tín hiệu tương tự vào Tần số lấy mẫu xác định theo định lý lấy mẫu trường hợp không ghép kênh Gọi tần số lấy mẫu fS, chu kỳ lấy mẫu TS = 1/ fS, khoảng cách hai xung PAM cạnh dãy xung TDM-PAM TS/ Bộ chuyển mạch bên thu phải đồng hoàn toàn với chuyển mạch bên phát để xung PAM xuất xác kênh tương ứng Điều gọi đồng khung (frame synchronization) Bộ lọc thông thấp (LPF) sử dụng để tái tạo tín hiệu tương tự từ xung PAM Nếu băng thông kênh truyền không đủ rộng xảy giao thoa liên ký tự ISI đồng hệ thống trì tốt Tín hiệu kênh xuất kênh khác gọi tượng xuyên âm (crosstalk) Hı̀ nh 6.7 Trı̀ nh bà y nguyên lý củ a TDM truyền dẫn tín hiệu tương tự số Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 120 Thông tin kênh (mỗi kênh dành cho người dùng) đươ ̣c truyề n mô ̣t khe mô ̣t khung thời gian, hế t khung thời gian đó, thứ tự truyề n la ̣i đươ ̣c lă ̣p la ̣i Khung thời gian N khe ……………… N ……………… N t Khe thứ 2 Thông tin điều  khiển Dữ liệu Khung dữ liệu người dùng Hình 6.8 Ghép kênh theo TDM: khung thời gian khe thời gian Thông thường có hai phương pháp ghép kênh theo thời gian là: ghép theo bit, ghép theo byte Ghép bit: mỗi khe thời gian chı̉ truyề n mô ̣t bit Ghép byte: mỗi khe thời gian là byte thông tin Giả sử tố c đô ̣ truyề n của mỗi nguồ n tin là r (bps), đô ̣ rô ̣ng của mô ̣t khung thời gian t f và đô ̣ rô ̣ng bit ts là: t f  8 và ts  ; Vı́ du ̣ với đường truyề n PCM 32 r C kênh với tố c đô ̣ 2,048Mbps, t f  125 s; t s  3,  s 6.2.2 TDM thông tin di đô ̣ng Trong thông di đô ̣ng, hiê ̣u ứng gầ n – xa nên trễ truyề n từ các tra ̣m di đô ̣ng đế n tra ̣m gố c khác nhau, đó để tránh hiê ̣n tươ ̣ng này cầ n phải có mô ̣t khoảng thời gian bảo vê ̣ (guard time) giữa hai khe thời gian Mă ̣t khác cường đô ̣ sóng cũng thay đổ i hiê ̣n tươ ̣ng gầ n – xa, nhiên TDM, hiê ̣n tươ ̣ng này không ảnh hưởng nhiề u đế n viê ̣c thu tı́n hiê ̣u các kênh thông tin không phát mô ̣t cách đồ ng thời Tuy nhiên, phầ n thu phải thı́ch ứng rấ t nhanh với viê ̣c thay đổ i cường đô ̣ tı́n hiê ̣u giữa các khe thời gian Để giảm hiê ̣u ứng gầ n – xa cũng có thể sử du ̣ng kỹ thuâ ̣t điề u khiể n công suấ t phát 6.2.3 Ưu nhươ ̣c điể m của TDM Ưu điể m: TDM mề m dẻo FDM viê ̣c chia sẻ băng tần truyề n cho người sử du ̣ng Viê ̣c này thực hiê ̣n bằ ng cách có thể phân phố i nhiề u khe thời gian mô ̣t khung thời gian cho cùng mô ̣t người sử du ̣ng Mă ̣t khác, TDM yêu cầ u Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 121 cấ u hı̀nh thiế t bi ̣ dơn giản FDM (thı́ du ̣ chı̉ cầ n mô ̣t bô ̣ khuế ch đa ̣i công suấ t cho tấ t cả các kênh thông tin) Nhươ ̣c điể m: cầ n phải đồ ng bô ̣ thời gian thu – phát giữa tra ̣m gố c và tấ t cả các thiế t bi ̣ di đô ̣ng Mă ̣t khác, TDM yêu cầ u tố c đô ̣ truyề n (ký hiê ̣u) lớn khá nhiều so với FMD, vâ ̣y băng tầ n yêu cầ u lớn hơn, đô ̣ rô ̣ng mô ̣t ký hiê ̣u he ̣p vı̀ vâ ̣y ảnh hưởng của ISI có thể lớn 6.3 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH THEO MÃ 6.3.1 Nguyên lý chung Kỹ thuật ghép kênh theo mã gọi CDMA (Code Division Multiple Access) Ban đầu hệ thống CDMA hay sử dụng quân tính bảo mật cao chất lượng thông tin truyền tốt Hiện nay, CDMA sử dụng chủ yếu thông tin di động Nguyên lý chung tất hệ thống CDMA tín hiệu cần truyền trải phổ cho tín hiệu sau điều chế có phổ rộng nhiều so với tín hiệu ban đầu Có hai phương pháp ghép kênh theo mã: Phương pháp trải phổ trực tiếp (Direct – Sequence Spread Spectrum – DSSS) Phương pháp trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping Spead Spectrum – FHSS) Do phổ tín hiệu cần truyền trải rộng nên nhiễu thường có tác động vào miền tần số toàn phổ tín hiệu Một đặc điểm đáng ý kỹ thuật ghép kênh theo mã tín hiệu nhiều người sử dụng gửi băng tần thời điểm cách sử dụng từ mã khác Sau ta xem xét hai phương pháp trải phổ 6.3.2 Phương pháp trải phổ trực tiếp Công  suất Băng  hẹp f Băng rộng DSSS Hình 6.9 Tín hiệu trước vầ sau trải phổ DSSS Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 122 Trong phương pháp trải phổ trực tiếp, phổ tín hiệu đầu vào trải rộng miền tần số, đồng thời công suất đơn vị tần số giảm xuống so với tín hiệu băng hẹp trước trải phổ Tín hiệu trải phổ theo phương pháp DSSS cho phép nhiều người sử dụng dùng chung băng tần Ngoài bên thu thức, thu khác, tín hiệu trải phổ coi tín hiệu nhiễu băng rộng với công suất nhỏ loại bỏ cách dễ dàng Để trải phổ theo phương pháp DSSS, tín hiệu băng hẹp nhân với từ mã có tốc độ bit lớn gấp nhiều lần tốc độ tín hiệu Từ mã gọi từ mã giả nhiễu (pseudonoise code) Sở dĩ gọi độ rộng bit nhỏ, dẫn đến độ rộng phổ lớn có dạng gần nhiễu trắng Chỉ có bên phát bên thu nắm từ mã Mỗi bit từ mã giả nhiễu gọi chip Mỗi từ mã giả nhiễu có độ dài bit liệu Do đó, từ mã có độ dài n, phổ tín hiệu sau trải phổ có độ rộng gấp n lần gọi tín hiệu giả nhiễu, với từ mã dài khả khôi phục tín hiệu đầu thu lớn Tuy nhiên, phổ tín hiệu DSSS rộng Công  suất Công  suất Công  suất B Nhiễu  băng hẹp Công  suất nB f f f Hình 6.10 Nhiễu băng hẹp DSSS Để khôi phục tín hiệu nhị phân ban đầu, tín hiệu thu nhân với mã giải nhiễu Tuy nhiên, để khôi phục lại xác tín hiệu nhị phân ban đầu tín hiệu thu nhân với mã giải nhiễu Tuy nhiên, để khôi phục lại tín hiệu nhị phân tín hiệu thu mã giả nhiễu phải đồng pha Như vậy, chứng quan trọng hệ thống DSSS chức đồng Một ưu điểm trải phổ tỷ số SNR Trong thông tin di động, ảnh hưởng nhiễu băng hẹp yếu tố làm giảm chất lượng tín hiệu Trong DSSS, nhiễu băng hẹp dễ dàng loại bỏ đầu thu Việc thực trình giải mã, nhiễu băng hẹp nhân với từ mã giả nhiễu có biên độ giảm n lần đồng thời phổ tăng lên n lần DSSS sử dụng mạng Lan không dây theo chuẩn 802.11 Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) f 123 6.3.3 Phương pháp trải phổ nhảy tần – FHSS FHSS trải phổ cách truyền tín hiệu kênh truyền băng hẹp khoảng thời gian ngắn sau nhảy sang kênh truyền băng hẹp khác, trình diễn liên tục với thứ tự tần số nhảy định nghĩa sẵn Thứ tự bên thu bên phát biết trước Công  suất Băng  hẹp Công  suất Kênh  FHSS f f Hình 6.11 Tín hiệu trước sau trải phổ FSHH Do FHSS sử dụng kênh truyền băng hẹp cách ngẫu nhiên, có tỷ số SNR lớn Đối với đầu thu khác, tín hiệu FHSS coi nhiễu xung băng hẹp chu kỳ ngắn Nhảy tần chậm (slow frequency hopping): tần số nhảy tần nhỏ tốc độ truyền số liệu Đối với nhảy tần chậm nhiều trường hợp, ảnh hưởng nhiễu băng hẹp va đập kênh dẫn đến loạt gói liên tiếp Tuy nhiên, phương pháp dễ thực Nhảy tần nhanh khắc phục tượng gói liên tiếp, nhiên phương pháp phức tạp việc đồng bên phát bên thu Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) [...]... 1.3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 1.3.1 Ưu nhược điểm hệ thống thông tin số so với tương tự Có thể thấy hệ thống thông tin số phức tạp hơn hệ thống thông tin tương tự vì cần phải bổ sung thêm vào các khâu chuyển đổi tương tự số và ngược lại Tuy nhiên, hệ thống thông tin số có nhiều điểm nổi trội và là xu thế phát triển để tích hợp thành hệ thống mạng đa dịch vụ Truyền tin số có nhiều ưu điểm hơn... đòi hỏi bản tin nguồn cũng phải được số hóa (biểu diễn chỉ bằng một số hữu hạn ký hiệu) Ví dụ văn bản tiếng Việt dùng 24 chữ cái, bộ đếm dùng 10 số, bản nhạc dùng 7 nốt và vài ký hiệu bổ sung…Trong giáo trình này ta coi rằng bản tin nguồn đã được số hóa và ta chỉ nghiên cứu kỹ thuật truyền số qua kênh Sai số có thể điều khiển được: Việc số hóa một bản tin tương gặp phải sai số (gọi là sai số lượng tử,... dẫn tới việc thiết lập một mạng số liên kết đa dịch vụ Tuy nhiên, cũng có thể thấy các nhược điểm của thông tin số là: (1) Hệ thống thông tin số thường phức tạp hơn một hệ thống tương tự tương đương (2) Chi phí lắp đặt lớn hơn so với thông tin tương tự do trong thông tin số bao gồm nhiều thành phần hơn (3) Yêu cầu độ chính xác cao đặc biệt trong các hệ thống đồng bộ số 1.3.2 Các phương thức liên lạc... phát yêu cầu thì mới được nhận tin) Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 15 Nguồn tin Nhận tin Định dạng Giải  Định dạng M ‐ Thông tin số M~ ‐ Thông tin số Mã nguồn Giải  Mã nguồn Mã bảo mật Giải Mã  bảo mật Dòng bit Từ  nguồn   tin khác Mã kênh Giải Mã kênh Dồn kênh Phânkênh Điều chế/ Mã  đường truyền Giải Điều chế/ Mã đường Trải phổ Giải Trải phổ Sóng số Đa truy nhập Nhiễu Giải  Đa truy nhập... thời nhiều tín hiệu trên một kênh thông tin (đa hợp phân tần số) Trong truyền thông kỹ thuật số, điều chế xung là một kỹ thuật được áp dụng rộng rãi và hiệu quả Đây là phương pháp dùng tín hiệu tần số thấp điều chế sóng mang là tín hiệu xung (có tần số cao hơn), còn gọi là phương pháp lấy mẫu tín hiệu tần số thấp Tùy theo thông số nào của xung thay đổi theo tín hiệu tần số thấp, sẽ có: điều chế biên độ... sai số này lại có thể điều khiển được) So sánh với kỹ thuật truyền tin tương tự, ở đó bản tin không mắc sai số khi số hóa, song do dùng vô số dạng sóng (tín hiệu liên tục) trên đường truyền nên can nhiễu sẽ làm thay đổi dạng sóng, gây nên sai số khi quyết định tại nơi thu khó điều khiển được Ngoài ra, việc số hóa kỹ thuật truyền tin còn tạo nên những tiêu chuẩn có thể thay đổi linh hoạt bằng chương trình. .. mã số Các từ mã này được biểu diễn bằng các bit nhị phân, rồi tuỳ ứng dụng cụ thể mà biểu diễn các bit hay nhóm bit ở dạng thức thích hợp Việc chuyển đổi tương tự sang số trong hệ thống thông tin số thường theo phương pháp điều xung mã PCM (Pulse Code Modulation) Khối giải định dạng thực hiện công việc ngược lại, chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự Việc số hóa tín hiệu tương tự làm tăng băng thông. .. ít bit nhất Lý thuyết thông tin cho một giới hạn dưới về số bit tối thiểu cần để biểu diễn Tức là nếu ít hơn số bit tối thiểu không thể biểu Cung Quang Khang (Bộ môn Kỹ thuật Điện-Điện tử) 12 diễn đầy đủ bản tin (làm méo, sai lệch bản tin) - Khi truyền tin mã nguồn cần được bổ sung thêm các bit (phần dư thừa), mà điều này làm tăng tốc độ bit, để có thể giảm được lỗi truyền bản tin (gọi là kỹ thuật mã... dịch vụ khó có thể có trong truyền tin tương tự Tuy nhiên, kỹ thuật truyền tin tương tự đã có nhiều thành tựu như tạo ra truyền hình màu hay điều khiển đưa người lên mặt trăng và hiện nay trong một số kỹ thuật điều khiển tốc độ cực nhanh vẫn dùng đến kỹ thuật tương tự Khi vận dụng lý thuyết thông tin vào kỹ thuật truyền tin số thường có những vấn đề sau đây đặt ra: - Bản tin phải được biểu diễn (mã nguồn)... Nyquist G( f ) B 2B f BP fL fH 2 f H  f NQ Hình 2.13 So sánh lấy mẫu tín hiệu thông dải theo Nyquist Hình 2.13 so sánh tần số lấy mẫu tín hiệu thông dải và tần số lấy mẫu theo định lý Nyquist cho băng tần cơ sở Trong đó: f BP là tần số lấy mẫu thông dải, f NQ là tần số lấy mẫu theo Shannon - Nyquist (2.5) cho băng tần cơ sở 2.3 QUÁ TRÌNH LƯỢNG TỬ HÓA 2.3.1 Lượng tử hóa xung PAM Sau bước lấy mẫu, về mặt thời ... Nguồn tin Nguồn tin nơi sản sinh tập tin dùng để tạo tin (thông báo) cần truyền Nếu tập tin hữu hạn nguồn sinh gọi nguồn rời rạc Ngược lại, tập tin vô hạn nguồn sinh gọi nguồn liên tục Nguồn tin. .. Biến đổi tin mã hoá thành tin tương ứng ban đầu (các tin nguồn gửi đi) 1.2.6 Nhận tin Bộ phận nhận tin thực chức sau: - Ghi giữ tin (ví dụ nhớ máy tính, băng ghi âm, ghi hình,…) - Biểu thị tin làm... mang tin xử lý tách thông tin tạo tin tức nơi nhận (t) Kênh truyền tin kênh có nhiễu tác động làm thông tin S(t) truyền từ nguồn tới đầu thu nhận (t) có sai lệch Nhiệm vụ hệ thống thông tin đảm