Truyền số liệu (1)

Truyền số liệu Biên tập bởi: Nguyễn Trung Lập Truyền số liệu Biên tập bởi: Nguyễn Trung Lập Các tác giả: Nguyễn Trung Lập Nguyễn Trung Tập Phiên trực tuyến: http://voer.edu.vn/c/3d5132e3 MỤC LỤC Phần mở đầu giáo trình truyền số liệu Những khái niệm truyền số liệu Mã hoá điều chế tín hiệu 3.1 Phổ tầng tín hiệu 3.2 Kỹ thuật mã hố tín hiệu 3.3 Điều chế tín hiệu Truyền nối tiếp bất đồng 4.1 Hệ thống tuyền liệu mẫu tín hiệu truyền liệu 4.2 KT truyền bất đồng Các chuẩn giao tiếp truyền tín hiệu Truyền nối tiếp đồng 6.1 Giao tiếp DTE DCE đồng 6.2 Các loại giao thức đồng 6.3 Một số IC truyền đồng Truyền tín hiệu sóng mang 7.1 Các sở kỹ thuật liên quan 7.2 Modem đồng bất đồng Các phương pháp đa hợp Truyền tín hiệu tương tự sóng mang 9.1 Hệ thống truyền số 9.2 Điều chế Vi phân Delta 9.3 Cơ chế vận hành Combo Chip 9.4 Độ tin cậy vận tốc Combo ship 10 Phụ lục giáo trình truyền số liệu 11 Tài liệu tham khào truyền số liệu Tham gia đóng góp 1/223 Phần mở đầu giáo trình truyền số liệu Lời nói đầu Giáo trình biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thơng Nội dung gồm chín chương, trọng tâm vào phần cứng đồng thời có giới thiệu số giao thức hệ thống truyền liệu - Chương ôn tập số kiến thức có bổ sung số khái niệm chuẩn bị cho chương - Chương tập trung vấn đề mã hóa, phân tích tính chất khả loại mã, thiết kế loại mạch tạo mã - Chương 4, tìm hiểu IC giao thức truyền đồng bộ, bất đồng đồng thời khảo sát chuẩn giao tiếp dùng truyền liệu - Chương bàn biện pháp truyền liệu nhờ đường dây điện thoại, kỹ thuật dùng modem - Chương trình bày phương pháp đa hợp - Chương đề cập đến kỹ thuật truyền tín hiệu số hệ thống thơng tin Tìm hiểu hoạt động IC CODEC Theo chủ quan tác giả, xếp chương với thứ tự hợp lý Để học tốt môn học, SV cần số kiến thức môn học sau xem điều kiện tiên quyết: - Kỹ thuật số - Cơ sở Viễn thông - Kỹ thuật Vi xử lý Như biết, vấn đề truyền thông phát triển nhanh với kỹ thuật ngày hồn hảo nên viết ngày hơm khơng hồn tồn thích hợp tương lai Tuy nhiên phần kiến thức hàm chứa giáo trình ln ln tảng cho phát triển sau Đây mong muốn mà người viết hy vọng mang đến cho em sinh viên 2/223 Mặc dù giáo trình viết cho đối tượng sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thơng, với có quan tâm tới phần cứng hệ thống truyền liệu tìm thấy đơi điều bổ ích Cuối tác giả xin chân thành cám ơn quan tâm giúp đở Bộ mơn Viễn Thơng Tự động hóa tác giả để giáo trình hồn thành Cần thơ, tháng năm 2003 Người viết Nguyễn trung Lập 3/223 Những khái niệm truyền số liệu VÀI DỊNG LỊCH SỬ Thơng tin liệu phương pháp truyền thơng dùng mã nhị phân thay cho tín hiệu Có thể coi lịch sử thơng tin liệu bắt đầu vào năm 1837 với phát minh điện tín Samuel F B Morse Đó hệ thống truyền xung điện biểu diễn cho dấu chấm, vạch (tương đương với số nhị phân 1, 0) đường dây đồng nhờ máy điện Các tổ hợp khác mã thay cho chữ, số, dấu gọi mã Morse Bản điện tín phát Anh Charles Wheatstone William Cooke thực hệ thống họ phải dùng đường dây Năm 1840, Morse đăng ký sáng kiến điện tín Mỹ đến năm 1844 đường dây điện tín thiết lập Baltimore Washington D.C Năm 1849, tin in với vận tốc chậm, năm 1860 vận tốc in đạt 15 bps Cơng ty Điện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) thiết lập năm 1850 Rochester, New York cho phép thực việc trao đổi thông tin cá nhân Năm 1874, Emile Baudot thiết kế máy phát dùng phương pháp đa hợp, truyền lúc tin đường dây Năm 1876, Alexander Graham Bell đưa điện tín lên bước phát triển mới: đời điện thoại Thay chuyển tin thành chuỗi mã Morse, Bell cho thấy người ta truyền thẳng tín hiệu điện đặc trưng cho tiếng nói đường dây Những hệ thống điện thoại cần cặp đường dây khác cho hai người muốn trao đổi thông tin với nhau, người phải nối điện thoại vào đường dây nối với điện thoại người mà muốn liên lạc Dần dần kết nối thực tổng đài khí tổng đài điện tử, số Người ta khơng cịn biết hệ thống hoạt động nào, cần quay (bây bấm) số kết nối Năm 1899, Marconi thành công việc phát tin vơ tuyến Có thể nói điện tín phương tiện dùng để phát tin xa năm 1920, lúc đài phát thương mại đời Năm 1945, đánh dấu kiện quan trọng việc phát minh máy tính điện tử đầu tiên: ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) Được thiết 4/223 kế để tính đạn đạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC thiết bị xử lý thơng tin dạng điện Mặc dù ENIAC không giữ vai trị trực tiếp việc thơng tin liệu cho thấy tính tốn định xác thực nhờ tín hiệu điện, khả quan trọng hệ thống thông tin Sau Đại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business Machines Corporation) cho đời máy tính đa dụng, điều khiển tự động Đến năm 1951 số lượng chủng loại máy tính gia tăng nhiều (người ta đánh giá gia tăng có tốc độ tỉ lệ với hàm mũ) nhu cầu trao đổi thông tin người gia tăng với mức độ tương tự Nhưng năm 1968 công ty AT & T xem độc quyền: thiết bị cơng ty sản xuất nối vào hệ thống thông tin quốc gia Vào thời điểm này, Hiệp hội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) Mỹ, thơng qua Tịa án tối cao ký định Carterfone, cho phép thiết bị nhà chế tạo khác nối vào hệ thống, định tác động thật đến đời kỹ nghệ mới: kỹ nghệ thông tin liệu Theo thời gian phát triển kỹ nghệ đưa đến hệ thống thông tin liệu số thực khoảng cách đáng kể Và bây giờ, với phát triển vũ bảo máy tính , cơng nghệ chế tạo IC đa chức năng, khả to lớn cáp quang hệ thống vệ tinh địa tĩnh, thông tin liệu số trở thành phổ biến có sức mạnh đến kỳ lạ, thỏa mãn nhiều yêu cầu thông tin liên lạc người toàn cầu khoảng thời gian ngắn Chương đề cập đến số khái niệm chung tìm hiểu cách sơ lược hệ thống truyền tương tự, hệ thống truyền số số tính chất chúng NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG Tin tức, Dữ liệu Tín hiệu (Information, Data & Signal) Dữ liệu: bao gồm kiện, khái niệm hay thị diễn tả hình thức thích hợp cho việc thơng tin, thông dịch hay xử lý người hay máy móc Tin tức: Ý nghĩa mà người qui cho liệu theo qui ước cụ thể Tin tức biểu thị tiếng nói, hình ảnh, văn bản, tập hợp số, ký hiệu, thơng qua người hiểu Trong hệ thống truyền thông, thường người ta không phân biệt liệu tin tức 5/223 Tín hiệu: tin tức, liệu chuyển đổi, xử lý (bởi phận mã hóa /hoặc chuyển đổi) cho phù hợp với mơi trường truyền thơng Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tương tự tín hiệu số - Tín hiệu tương tự: có dạng sóng (H.1.1a), đại lượng điện có giá trị khoảng thời gian xác định Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hình sin Một tín hiệu tương tự số hóa để trở thành tín hiệu số - Tín hiệu số: có dạng sóng (H.1.1b), tín hiệu mà biên độ có hai giá trị nhất, tương ứng với hai trạng thái logic đặc trưng hai số hệ nhị phân Hệ thống truyền tín hiệu hệ thống truyền nhị phân Trong hệ thống truyền số, ta gặp tín hiệu có dạng (H.1.1c) Đây chưa phải tín hiệu số có giá trị định mà người ta số hóa số nhị phân nhiều bit Trong trường hợp (H 1.1c) tín hiệu có bốn giá trị 0, 1, 2, 3; để mã hóa tín hiệu cần số nhị phân hai bit, hệ thống truyền tín hiệu hệ thống truyền nhị phân hai bit (a) (b) (c) (H 1.1) Tín hiệu đường truyền, gọi sóng mang, loại tương tự hay số dùng để truyền liệu tương tự hay liệu số Thí dụ: Tiếng nói loại liệu tương tự truyền hệ thống điện thoại tín hiệu tương tự (H 1.2a); liệu có nguồn gốc số, thí dụ mã ASCII ký tự biểu diễn dạng xung điện nhị phân truyền tín hiệu tương tự nhờ MODEM (Modulator/ Demodulator) (H 1.2b) Tín hiệu tương tự qua mạch CODEC (Coder/Decoder) để số hóa (H 1.2c) liệu số truyền thẳng qua hệ thống số (H 1.2d) 6/223 (H 1.2) - Nhiễu: tín hiệu ngồi ý muốn, xuất hệ thống đường truyền Dưới ảnh hưởng nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng tín hiệu số bị lỗi - Cường độ tín hiệu: Cường độ tín hiệu thường biểu diễn công suất điện áp tổng trở tải Ta phải nói tín hiệu có cơng suất 0,133mW có biên độ 100mV tổng trở 75 Ω - Tỉ số cường độ hai tín hiệu: dùng mơ tả độ lợi độ suy giảm hệ thống, thường biểu diễn đơn vị Decibel (dB) xác định theo thang logarithm: Tỉ số tín hiệu = 10log P2 P1 dB Sự tiện lợi đơn vị dB người ta xác định độ lợi (hay độ suy giảm) hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) cách cộng độ lợi tầng với Người ta thường biểu thị cơng suất tuyệt đối tín hiệu cách so sánh với P tín hiệu chuẩn có cơng suất 1W : Cơng suất tín hiệu = 10log 1W dB Ngồi ra, người ta cịn dùng đơn vị dBm để xác định cường độ tín hiệu so với tín hiệu chuẩn có cơng suất 1mW Cơng suất tín hiệu = 10log P 1mW dBm Một tín hiệu có cơng suất 1W tương đương với dB 30dBm 7/223 Thí dụ : Tín hiệu có biên độ 100mV 75 Ω tương đương với 0,133 mW, tính theo dBm là: 10log(0,133/1mW) = - 8,76 dBm Dấu trừ cho biết mức tín hiệu 8,76 dBm 1mW Lưu ý, chuyển đổi đơn vị phải để ý đến tổng trở tải tín hiệu Biểu thức P = ( V2/R ) dùng để tính điện áp hiệu dụng tỉ số điện áp Trong hệ thống điện thoại tổng trở tải thường dùng 600 Ω Thí dụ: Tín hiệu 100mV tải 75 Ω tương đương với 282mV, tải 600 Ω Thật vậy, 600 Ω , điện áp tín hiệu xác định : V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079 V = √0,079 = 0,282 V = 282 mV Nếu tín hiệu có chung tổng trở tải : Tỉ số tín hiệu = 20log V2 V1 dB - Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) Để đánh giá chất lượng tín hiệu chất lượng hệ thống truyền tín hiệu người ta dùng tỉ số tín hiệu nhiễu SNR Đây tỉ số cơng suất tín hiệu có ích cơng suất tín hiệu nhiễu, thường tính dB (hoặc dBm) Nếu tín hiệu dBm có mức nhiễu -20 dBm, tỉ số SNR 22 dBm Nói cách khác mức tín hiệu lớn mức nhiễu 22 dBm Thí dụ: Với tín hiệu số (H.1.1b), SNR tối thiểu phải để phân biệt tín hiệu cách rõ ràng (ảnh hưởng nhiễu chấp nhận được)? Đối với tín hiệu (H.1.1b), giả sử biên độ ứng với mức V V cho mức 0, lỗi phát sinh mức phát mà nhiễu có giá trị dương lớn 0,5 V mức phát mà nhiễu có biên độ âm trị tuyệt đối lớn 0,5 V Như giá trị tối đa cho phép nhiễu 0,5 V so với trị tối đa tín hiệu V tỉ số SNR tối thiểu là: = 6db SNRMIN = 20log NS = 20log 0,5 Một hệ thống hay mạch tốt có khả nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêu cầu 8/223 ... trường truyền hay kênh truyền Các công việc thực theo chiều ngược lại máy thu 12/223 (H 1.7) HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ Sơ đồ khối (H 1.8) mô tả hệ thống truyền số Tín hiệu đường truyền hệ thống tín hiệu số, ... Combo ship 10 Phụ lục giáo trình truyền số liệu 11 Tài liệu tham khào truyền số liệu Tham gia đóng góp 1/223 Phần mở đầu giáo trình truyền số liệu Lời nói đầu ... hiệu cần số nhị phân hai bit, hệ thống truyền tín hiệu hệ thống truyền nhị phân hai bit (a) (b) (c) (H 1.1) Tín hiệu đường truyền, gọi sóng mang, loại tương tự hay số dùng để truyền liệu tương