Kỹ thuật thông tin số th hoàng lê uyên thục, 185 trang

Chỉång I Chỉång Giåïi thiãûu chung Trong cüc säúng tỉì xa xỉa, ngỉåìi ln cọ nhu cáưu trao âäøi våïi nhỉỵng tám tỉ, tçnh cm, nhỉỵng kinh nghiãûm âáúu sinh täưn , nghéa l cọ nhu cáưu thäng tin (communication) tỉïc trao âäøi tin tỉïc våïi Hiãûn chỉa cọ mäüt âënh nghéa âáưy â v sục têch cho khại niãûm tin tỉïc (information), chụng ta cọ thãø tảm hiãøu âọ l sỉû cm hiãøu ca ngỉåìi vãư thãú giåïi xung quanh thäng qua sỉû tiãúp xục våïi Chỉång ny s giåïi thiãûu mäüt cạch chung nháút vãư nhỉỵng váún âãư liãn quan âãún thäng tin, giåïi thiãûu så lỉåüc vãư lëch sỉí phạt triãøn ca thäng tin, tçm hiãøu vãư cạc dëch vủ v cạc mảng viãùn thäng khạc nhau, mä hçnh täøng quạt ca hãû thäúng thäng tin v chỉïc nàng ca cạc kháu chênh hãû thäúng thäng tin, âàûc biãût nãu så âäư khäúi chỉïc nàng âáưy â ca mäüt hãû thäúng thäng tin säú âãø lm cå såíư tçm hiãøu cạc chỉång tiãúp theo sau 1.1 Så lỉåüc vãư lëch sỉí thäng tin Bng sau s nãu tọm lỉåüc vãư sỉû phạt triãøn ca lëch sỉí thäng tin, bao gäưm nhỉỵng sỉû kiãûn, nhỉỵng phạt minh quan trng thäng tin Nàm Sỉû kiãûn 3000 tr.CN Ngỉåìi Ai Cáûp cäø phạt triãøn hãû thäúng chỉỵ viãút tỉåüng hçnh 1500 tr.CN Ngỉåìi Do Thại & Ráûp phạt minh k tỉû alphabet 300 tr.CN Ngỉåìi Hindu phạt minh säú âãúm 800 Ngỉåìi Ráûp hon thnh hãû thäúng säú viãút 1440 Johannes Gutenberg chãú tảo mạy âạnh chỉỵ 1622 "Bn tin cháu Áu" phạt hnh dỉåïi hçnh thỉïc bn in 1752 Benjamin Franklin chỉïng minh sẹt cọ bn cháút âiãûn 1799 Alessandro Volta phạt minh pin âiãûn âáưu tiãn 1820 Hans Christian Oersted chỉïng minh ràòng dng âiãûn tảo tỉì trỉåìng 1827 George Simon Ohm âỉa âënh lût Ohm I = E/R 1831 Michael Faraday khạm phạ ràòng sỉû thay âäøi tỉì trỉåìng tảo âiãûn trỉåìng 1834 Carl F Gauss v Ernst H Weber chãú tảo mạy âiãûn bạo âiãûn tỉì 1838 William F Cooke v Sir Charles Wheatstone chãú tảo mạy âiãûn bạo 1839 Joseph Niepace v Louis Daguerre phạt minh k thût chủp nh 1844 Samuel F B Morse âãư xút thiãút láûp âỉåìng dáy âiãûn bạo giỉỵa Baltimore MD v Washington DC -1- Chỉång I 1850 Gustav Robert Kirchhoff âỉa âënh lût Kirchhoff I 1858 Thiãút láûp hãû thäúng cạp xun Âải Táy Dỉång âáưu tiãn v bë hng sau 26 ngy 1864 James C Maxwell dỉû âoạn cọ bỉïc xả âiãûn tỉì 1866 Thiãút láûp hãû thäúng cạp xun Âải Táy Dỉång láưn thỉï hai 1871 Täø chỉïc Hiãûp Häüi K Thût Âiãûn Bạo åí Ln Âän 1872 Cäng ty Western Electric âỉåüc thnh láûp Alexander Graham Bell lm viãûc tải cäng ty ny nghiãn cỉïu phạt minh chiãúc mạy âiãûn thoải 1876 Alexander Graham Bell nháûn bàòng phạt minh vãư viãûc phạt minh mạy âiãûn thoải (ngy 7/3/1876) (*) 1877 Thomas A Edison phạt minh mạy hạt 1879 Thomas A Edison phạt minh bọng ân âiãûn 1883 Thomas A Edison khạm phạ dng electron âỉåìng háưm gi l "hiãûu ỉïng Edison", cå såí ca ân tube ngy 1884 Thnh láûp Viãûn K Thût Âiãûn Hoa K (AIEE) 1885 Edward Branly phạt minh sỉû tạch sọng radio kãút håüp 1887 Heinrich Hertz kiãøm tra l thuút ca Maxwell 1889 George Eastman phạt triãøn film nh thỉûc tãú 1889 Âän Viãûn K Thût Âiãûn (IEE) thnh láûp tỉì Hiãûp Häüi K Thût Âiãûn Bạo åí Ln 1894 yards Oliver Lodge giåïi thiãûu quạ trçnh truưn khäng dáy qua khong cạch 150 1897 Guglielmo Marconi âàng k bn quưn sạng chãú hãû thäúng âiãûn bạo vä tuún 1898 Valdemar Poulsen phạt minh k thût ghi tỉì trãn dáy thẹp 1900 nháút Guglielmo Marconi truưn tên hiãûu vä tuún xun Âải Táy Dỉång láưn thỉï 1904 John A Fleming phạt minh diode âỉåìng háưm 1905 Reginald Fessenden thỉûc hiãûn truưn tiãúng nọi v ám nhảc bàòng radio 1906 Lee de Forest phạt minh sỉû khúch âải bàòng triode âỉåìng háưm 1907 Thnh láûp Hiãûp Häüi Âiãûn Bạo Vä Tuún 1908 A A Campbell-Swinton âãư xút tỉåíng cå bn vãư truưn hçnh qung bạ 1909 Thnh láûp Viãûn Vä Tuún -2- Chỉång I 1912 Vä Tuún Viãûn K Thût Vä Tuún thnh láûp tỉì Hiãûp Häüi Âiãûn Bạo Vä Tuún v Viãûn 1915 Bell System hon thnh hãû thäúng âiãûn thoải xun lủc âëa åí Hoa K 1918 Edwin H Amstrong phạt minh mạy thu âäøi táưn 1920 KDKA, Pittsburgh, PA bàõt âáưu phạt qung bạ 1920 J R Carson ỉïng dủng láúy máùu thäng tin 1926 J L Baird v C F Jenkins phạt minh truưn hçnh 1927 Harold Black chãú tảo bäü khúch âải häưi tiãúp ám tải phng thê nghiãûm Bell 1928 Philo T Farnsworth âỉa hãû thäúng truưn hçnh âiãûn tỉí âáưu tiãn 1933 Edwin H Amstrong phạt minh k thût âiãưu táưn FM 1934 Thnh láûp Hiãûp Häüi Thäng Tin Liãn Bang (FCC) 1935 Robert A Watson-Watt phạt triãøn hãû thäúng radar thỉûc tãú âáưu tiãn 1935 Giåïi thiãûu film nh mu låïp 1936 Táûp Âon Phạt Thanh Truưn Hçnh Anh (BBC) bàõt âáưu truưn hçnh qung bạ 1937 Alex Reeves âãư xút k thût âiãưu xung m PCM 1938 Chester Carlson phạt triãøn k thût copy ténh âiãûn 1939 sọng R H Varian, S F Varian, W C Hahn v G F Metcalf phạt minh äúng dáùn 1941 John V Atanasoff phạt minh mạy tải trỉåìng Âải hc Bang Iowa 1941 FCC truưn hçnh qung bạ åí Hoa K 1945 ENIAC John W Mauchly åí Âải hc Pennsylvania phạt triãøn mạy säú âiãûn tỉí 1947 Walter H Brattain, John Bardeen v William Shockley chãú tảo transistor åí phng thê nghiãûm Bell 1947 Bell Steve O Rice âỉa cạch biãøu diãùn thäúng kã cho nhiãùu åí phng thê nghiãûm 1948 Claude E Shannon xút bn " L thuút thäng tin" 1950 p dủng k thût ghẹp kãnh phán thåìi gian TDM vo âiãûn thoải 1950 Phạt triãøn âiãûn thoải vä tuún 1953 Thiãút láûp cạp âiãûn thoải xun Âải Táy Dỉång âáưu tiãn 36 kãnh 1954 J P Gordon, H J Zeiger v C H Townes sn xút maze (maser) thnh cäng 1955 J R Pierce âãư xút thäng tin vãû tinh -3- Chỉång I 1956 Videotape âỉåüc sỉí dủng láưn âáưu båíi Ampex 1957 Liãn Xä phọng thnh cäng vãû tinh âáưu tiãn Sputnik I 1958 A L Schawlow v C H Townes âỉa ngun l laser 1958 Jack Kilby ca Texas Instrument chãú tảo mảch têch håüp (IC) germani âáưu tiãn 1958 Robert Noyce ca Fairchild chãú tảo mảch têch håüp (IC) silic âáưu tiãn 1960 Theodore H Marman sn xút laser âáưu tiãn 1961 Hoa K bàõït âáưu truưn FM stereo 1962 Vãû tinh Telstar I chuøn tiãúp tên hiãûu truưn hçnh giỉỵa Hoa K v Cháu Áu 1963 Thnh láûp Viãûn K Thût Âiãûn v Âiãûn Tỉí (IEEE) 1963-66 âäü cao ỈÏng dủng m sỉía läùi v lỉåüng tỉí hoạ thêch nghi cho thäng tin säú khäng läùi täúc 1964 Hãû thäúng chuøn mảch âiãûn thoải âiãûn tỉí (No ESS) âi vo hoảt âäüng 1965 Mariner IV truưn nh tỉì Ho vãư Trại âáút 1965 Vãû tinh thäng tin thỉång mải âáưu tiãn Early Bird âi vo hoảt âäüng 1966 K C Kao v G A Hockham xút bn "Ngun l thäng tin quang" 1968 Phạt triãøn truưn hçnh cạp 1971 Táûp âon Intel âỉa chip vi xỉí l âáưu tiãn 4004 1972 Motorola âãư xút âiãûn thoải tãú bo våïi FCC 1973 Giåïi thiãûu mạy quẹt (scanner) CAT 1976 Phạt triãøn mạy cạ nhán PC 1979 RAM 64 kb måí k ngun ca VLSI 1980 Bell System phạt triãøn thäng tin såüi quang 1980 Philips v Sony sn xút âéa compact 1981 Sn xút mạy cạ nhán IBM 1984 Apple giåïi thiãûu mạy Macintosh 1985 Mạy fax tråí nãn phäø biãún 1989 Motorola giåïi thiãûu âiãûn thoải tãú bo b tụi 1990-nay K ngun ca xỉí l tên hiãûu säú våïi vi xỉí l, mạy hiãûn sọng säú, tri phäø, mảng säú liãn kãút âa dëch vủ ISDN, truưn hçnh phán gii cao HDTV, ghẹp kãnh quang (*) Ngy 7/3/1876, nh phạt minh - tiãún sé Alexander Graham âỉåüc tàûng bàòng sạng chãú vãư mäüt cạc thiãút bë cọ nghéa nháút âåìi säúng chụng ta, âọ l mạy âiãûn thoải Äng Bell â máút nhiãưu nàm nghiãn cỉïu cạch liãn lảc våïi våü B Bell bë âiãúc, nãn äng Bell tçm cạch -4- Chỉång I chuøn âäøi ám thnh mäüt dảng tên hiãûu truưn thäng khạc cho b våü cọ thãø hiãøu âỉåüc låìi nọi ca äng ta Do cọ mäüt säú kinh nghiãûm vãư âiãûn bạo, åí âọ cạc bn tin âỉåüc m họa v truưn qua cạp, Bell quút âënh bàõt chỉåïc cạch truưn thäng ny Khi ạp dủng ngun l cå bn l tên hiãûu truưn thäng cọ thãø chuøn âäøi tỉì ám thnh âiãûn, äng Bell cọ thãø nọi vo thiãút bë truưn thäng, thiãút bë ny lải chuøn âäøi sọng ám thoải thnh nàng lỉång âiãûn Sau âọ nàng lỉåüng âiãûn ny dng âãø tảo bn tin m họa tỉång tỉû bn tin âiãûn bạo Âiãưu ny bạo hiãûu mäüt sỉû täút lnh, nhỉng cäng viãûc nghiãn cỉïu ca äng cng våïi tråü l - tiãún sé Watson â tri qua nhiãưu tháút bải Räưi mäüt ngy, váûn may â âãún Trong âang lm viãûc mäüt mçnh phng thê nghiãûm, Bell â lm âäø axit bn lm viãûc Axit ny cọ tạc dủng l cháút xục tạc âãø tảo ngưn âiãûn m sau ny gi l pin Khäng nháûn thỉïc âỉåüc sỉû viãûc xy lục âọ, tiãún sé Bell â gi tiãún sé Watson Tiãúng gi ca äng ta "tiãún sé Watson, vo âáy, täi cáưn äng" â tạc âäüng âãún thiãút bë thê nghiãûm hai äng chãú tảo trỉåïc âọ âãø lm thiãút bë liãn lảc Ám ca Bell â truưn qua dáy dáùn âãún phng thỉï hai nåi Watsonddang lm viãûc Nghe tiãúng kãu, Watson chảy âãún giụp Bell H phạt hiãûn ràòng nãúu pin âỉåüc kãút näúi qua mảch âiãûn (dáy dáùn) ngỉåìi sỉí dủng nọi, sọng ám ngỉåìi tảo âỉåüc truưn qua âäi dáy dáùn ny âãún mạy thu tiãúp nháûn dng âiãûn v chuøn âäøi nàng lỉåüng âiãûn tråí lải thnh ám Tỉì ngy âọ, mäüt ngy may màõn, sỉû âåìi ca nãưn cäng nghiãûp måïi â bàõt âáưu: mạy âiãûn thoải âỉåüc phạt minh Nàm 1877, Bell cho hng bạn bàòng phạt minh cho Western Union Telegraph våïi giạ bạn 100.000 USD (Pháưn ny trêch chỉång I Cáøm nang truưn thäng thoải v säú liãûu - NXB Bỉu âiãûn thạng 5/1999) 1.2 Khại quạt vãư dëch vủ viãùn thäng v mảng viãùn thäng 1.2.1 Dëch vủ viãùn thäng Thäng tin (communications) l sỉû trao âäøi tin tỉïc giỉỵa cạc âäúi tỉåüng cọ nhu cáưu bàòng mäüt cäng củ no âọ Viãùn thäng (telecommunications) l mäüt cạc cäng củ thäng tin "Viãùn thäng" ạm chè mäüt khong cạch âëa l âỉåüc bàõc cáưu âãø thỉûc hiãûn trao âäøi thäng tin tỉì xa m khäng cáưn mäüt sỉûû tråü giụp nhán tảo no Khong cạch ny hm tỉì vi inches âãún hng ngn dàûm Âãø trao âäøi thäng tin tỉì xa, ngỉåìi ta phi xáy dỉûng mảng viãùn thäng (telecommunications network) Dëch vủ viãùn thäng (telecommunications services) l hçnh thại trao âäøi thäng tin m mảng viãùn thäng cung cáúp Cạc dëch vủ viãùn thäng ngy ráút phong phụ v âa dảng, phủc vủ cho nhu cáưu trao âäøi thäng tin ngy cng cao ca ngỉåìi sỉï dủng -5- Chỉång I Hçnh 1.1 trçnh by mäüt säú dëch vủ viãùn thäng cå bn cng mảng tỉång âỉång cung cáúp dëch vủ âọ: Mảng âiãûn thoải (telephone network) l mảng láu âåìi nháút v låïn nháút cạc loải mảng viãùn thäng Mảng âiãûn thoải âỉåüc xáy dỉûng nãn trỉåïc hãút l âãø cung cáúp dëch vủ truưn ám thoải, nhiãn ngy phảm vi ỉïng dủng ca mảng âiãûn thoải ngy cng âỉåüc måí räüng: tỉì dëch vủ thoải truưn thäúng cho âãún dëch vủ thoải di âäüng, truưn säú liãûu, fax, videotex Dëch vủ thoải Truưn säú liãûu Mang âiãn thoai CSPDN Videotex Fax PSPDN Teletex Mang Telex Telex Hçnh 1.1 Mäüt säú dëch vủ viãùn thäng v mảng cung cáúp dëch vủ Mảng telex âåìi tỉì nhỉỵng nàm 1930, cung cáúp dëch vủ telex (âiãûn bạo) - gåíi v nháûn cạc bn tin âạnh mạy trãn ton thãú giåïi Hån 1,2 triãûu th bao telex â âáúu näúi vo mảng telex Theo tiãu chøn hiãûn hnh, telex l hãû thäúng thäng tin täúc âäü tháúp 50 bps Säú lỉåüng k tỉû cọ thãø truưn âi ráút hản chãú bao gäưm cạc k tỉû in hoa v mäüt êt k tỉû âàûc biãût Màûc d váûy, dëch vủ telex váùn âỉåüc ỉa chüng cáưn gåíi âi cạc bn tin ngàõn Ngy cạc th bao telex cọ thãø gåíi cạc bn tin âãún th bao teletex nhåì vo sỉû thám nháûp dãù dng giỉỵa cạc mảng khạc Mảng säú liãûu chuøn mảch kãnh cäng cäüng CSPDN (Circuit Switching Public Data Network) âåìi tỉì nhỉỵng nàm 1980 tải cạc qúc gia Scandinavia Säú lỉåüng th bao tàng lãn vỉåüt träüi vi nàm gáưn âáy CSPDN â läi cún âỉåüc säú lỉåüng khạch hng ráút låïn gäưưm ngán hng (cạc dëch vủ tỉû âäüng ngán hng), cäng ty xàng dáưu (cạc trảm xàng), cạc âải l du lëch (hãû thäúng âàût vẹ) Âáy l mảng hon ton säú, âỉåüc thiãút kãú cho mủc âêch truưn säú liãûu våïi bäún täúc âäü l 600, 2400, 4800 v 9600 bps CSPDN l mảng chuøn mảch kãnh (circuit switching), nghéa l ngỉåìi gåíi v ngỉåìi nháûn kãút näúi trỉûc tiãúp våïi sút thåìi gian truưn dáùn v phi hoảt âäüng åí cng täúc âäü Chãú âäü truưn CSPDN l song cäng (full duplex), nghéa l säú liãûu truưn âäưng thåìi theo c hai hỉåïng Mảng säú liãu chuøn mảch gọi cäng cäüng PSPDN (Packet Switching Public Data Network) âỉåüc giåïi thiãûu räüng ri trãn ton thãú giåïi tỉì giỉỵa nhỉỵng nàm 1970 Háưu hãt cạc mảng truưn säú liãûu trãn thãú giåïi hiãûn l mảng chuøn mảch gọi cạc mảng säú liãûu chuøn mảch gọi åí Táy Áu, USA, Canada, Nháût v nhiãưu nỉåïc khạc Khạch hng l cạc trỉåìng âải hc, viãûn nghiãn cỉïu, cạc cäng ty, cạc nh kinh doanh Âiãøm háúp dáùn ca PSPDN l giụp khạch -6- Chỉång I hng cọ thãø truy cáûp âãún cạc cå såí dỉỵ liãûu räüng låïn trãn ton thãú giåïi, trao âäøi thäng tin giỉỵa cạc mạy våïi giạ c dãù cháúp nháûn Trong PSPDN, bn tin âỉåüc chia thnh cạc gọi tin (packet) v âỉåüc gåíi âi cọ mäüt kãút näúi (connection) räùi Cạc gọi tỉì cạc th bao khạc cọ thãø truưn âi trãn cng mäüt kãút näúi âån, theo cạch ny, mäüt vi cüc gi cọ thãø cng chia s mäüt kãút näúi o (virtual connection) Âãø cạc gọi âi âãún âụng âêch, cạc gọi cáưn phi mang âëa chè nháûn (receiver address) Khi âãún nåi cạc gọi cáưn phi âỉåüc kãút håüp lải thnh bn tin gäúc bãn phạt Váûy âiãøm khạc biãût cå bn so våïi mảng chuøn mảch kãnh l åí âáy khäng täưn tải kãút näúi trỉûc tiãúp giỉỵa cạc th bao Dëch vủ teletex cn gi l " siãu telex", âáy chênh l dëch vủ telex våïi nhiãưu ỉu âiãøm hån hàón Láúy teletex åí Thủy âiãøn lm vê dủ, âọ l mảng säú liãûu chuøn mảch kãnh, dng telex truưn thäúng nhỉng täúc âäü hån âãún gáưn 50 láưn (2400 bps), cho phẹp truưn c k tỉû in hoa v in thỉåìng, tải th bao cọ thãø âạnh mạy vàn bn, soản tho, lỉu trỉỵ v truưn âãún th bao khạc cọ u cáưu Nhåì täúc âäüü truưn cao nãn cọ thãø gåíi âi nhỉỵng ti liãûu låïn m nãúu dng telex trỉåïc âáy s ráút âàõt Dëch vủ videotex l dëch vủ âỉåüc khai thạc trãn mảng âiãûn thoải Chè cáưn sỉí dủng PC l ngỉåìi sỉí dủng cọ thãø khai thạc mäüt säú lỉåüng låïn dỉỵ liãûu tỉì cạc cå såí dỉỵ liãûu, vê dủ thäng tin vãư tên dủng ca ngán hng, âàng k phỉång tiãûn giao thäng, giạ c thë trỉåìng chỉïng khoạn Videotex cng bao gäưm dëch vủ thỉ âiãûn tỉí, cho phẹp truưn bn tin giỉỵa cạc th bao mảng Videotex lm viãûc våïi täúc âäü 1200 bps hỉåïng tỉì cå såí dỉỵ liãûu vãư th bao v täúc âäü 75 bps cho hỉåïng ngỉåüc lải Thäng tin cung cáúp mảng sỉí dủng täúc âäü 1200 bps cho c hai hỉåïng Truưn säú liãûu mảng âiãûn thoải chuøn mảch cäng cäüng PSTN l dëch vủ truưn säú liãûu PSTN dng modem Våïi sỉû tråü giụp ca âiãûn thoải, kãút näúi âỉåüc thỉûc hiãûn giäúng mäüt cüc gi âiãûn thoải thäng thỉåìng âãún th bao u cáưu Modem âm bo cho cạc mạy cọ thãø kãút näúi våïi thäng qua âỉåìng dáy âiãûn thoải hồûc âỉåìng th riãng (leased line) Ngoi ra, cọ thãø kãø thãm ráút nhiãưu mảng v cạc dëch vủ viãùn thäng khạc Vê dủ mảng cnh bạo (alarm network), mảng bàng räüng (broadband network), mảng tỉ (private network), mảng củc bäü LAN Dëch vủ cnh bạo cọ thãø âỉåüc khai thạc trãn mảng âiãûn thoải, khạch hng th mäüt âỉåìng dáy âàûc biãût, kãút näúi âãún mäüt mn hçnh giạm sạt âàût tải cnh sạt hồûc cå quan an ninh âãø tçnh trảng an ninh âỉåüc giạm sạt, theo di thỉåìng xun Mảng bàng räüng cung cáúp nhỉỵng dëch vủ bàng räüng m mảng âiãûn thoải khäng thãø âạp ỉïng âỉåüc Nhỉỵng dëch vủ ny bao gäưm truưn hçnh cạp (cable TV), truưn hçnh häüi nghë (conference TV), truưn häüi nghë (conference radio) Nọ âi hi mäi trỉåìng truưn phi l cạp âäưng trủc (coaxial cable) hồûc såüi quang (fiber optic) Mảng tỉ âỉåüc thiãút láûp cho cạc täø chỉïc, cạc doanh nghiãûp Mảng ny âäüc láûp våïi mảng âiãûn thoải, khäng tn th cạc khuún nghë, cạc lût ca mảng âiãûn thoải Mảng củc bäü LAN sỉí dủng âãø truưn thäng tin bãn cạc cäng ty låïn, mảng ny âäüc láûp våïi mảng âiãûn thoải Tuy nhiãn cáưn kãút näúi LAN våïi cạc mảng khạc thç cáưn phi tn theo cạc chøn giao tiãúp thäng thỉåìng -7- Chỉång I Liãn mảng (interworking between networks) l sỉû håüp nháút ca táút c cạc loải mảng viãùn thäng khạc vo mäüt mảng chung nháút, bàòng cạch âỉa thãm cäøng (gateway) vo mảng Theo âọ, mảng nháút ny cọ thãø cung cáúp táút c cạc dảng dëch vủ viãùn thäng khạc våïi giạ cỉåïc tháúp nháút Âáy l mảng hon ton säú gi l mảng säú liãn kãút cạc dëch vủ ISDN (Intergrated Service Digital Networks) Cọ hai loải ISDN l ISDN bàng hẻp NISDN xáy dỉûng trãn nãưn tng ca mảng säú liãn kãút IDN v ISDN bàng räüng B-ISDN xáy dỉûng trãn nãưn tng ca cäng nghãû truưn dáùn khäng âäưng bäü ATM (Asynchronous Transfer Mode) 1.2.2 Cạc thnh pháưn chênh ca mảng viãùn thäng Âãø xáy dỉûng mảng viãùn thäng phủc vủ cho nhu cáưu trao âäøi thäng tin ca cạc âäúi tỉåüng, tỉåíng âáưu tiãn l cáưn phi cung cáúp cạc kãút näúi näúi táút c cạc âäúi tỉåüng våïi tỉìng âäi mäüt Tuy nhiãn säú âäúi tỉåüng tàng lãn v phảm vi räüng hån lãn thç cáưn phi phán chia phảm vi âọ lm nhiãưu khu vỉûc nh Cạc âäúi tỉåüng thüc khu vỉûc no s âỉåüc trung tám ca khu vỉûc âọ phủc vủ Sau âọ âáúu näúi táút c cạc trung tám ny lải våïi Táút c cạc trang thiãút bë mảng viãùn thäng cọ thãø phán thnh bäún nhọm chênh sau (hçnh 1.2): Nhọm mäüt l thiãút bë âáưu cúi (terminal equipment) hay cn gi l th bao (subscriber), l ngỉåìi sỉí dủng (user), cọ nhiãûm vủ âỉa tin tỉïc vo mảng v láúy tin tỉïc tỉì mảng Nhọm hai l trung tám (center) hay cn gi l täøng âi (exchange), l nụt mảng (node), cọ nhiãûm vủ thu tháûp táút c nhu cáưu ca cạc âäúi tỉåüng, xỉí l tin tỉïc, chuøn mảch âãø täø chỉïc viãûc trao âäøi tin tỉïc giỉỵa cạc âäúi tỉåüng Nhọm ba l mảng truưn dáùn (transfer network), cọ nhiãûm vủ kãút näúi nhọm mäüt våïi hai gi l âỉåìng dáy th bao (subscriber line) v kãút näúi nhọm hai våïi hai gi l âỉåìng dáy trung kãú (trunk line) Nhọm bäún l pháưn mãưm (software) ca mảng, cọ nhiãûm vủ phäúi håüp hoảt âäüng ca ba nhọm trãn cho hiãûu qu ℡ ℡ Hçnh 1.2 Cạc thnh pháưn chênh ca mảng viãùn thäng 1.2.3 Mảng viãùn thäng tỉång tỉû v mảng viãùn thäng säú Mảng viãùn thäng âỉåüc gi l tỉång tỉû nãúu cọ cạc âàûc âiãøm sau âáy: - Tên hiãûu truưn trãn trung kãú l tỉång tỉû -8- Chỉång I - Tên hiãûu truưn trãn âỉåìng dáy th bao l tỉång tỉû - Cạc nụt mảng xỉí l tên hiãûu tỉång tỉû Mảng viãùn thäng âỉåüc gi l säú nãúu cọ cạc âàûc âiãøm sau âáy: - Tên hiãûu truưn trãn trung kãú l säú - Tên hiãûu truưn trãn âỉåìng dáy th bao l tỉång tỉû hồûc cọ thãø l säú våïi mảng hon ton säú - Cạc nụt mảng xỉí l tên hiãûu säú 1.3 Hãû thäúng thäng tin 1.3.1 Khại niãûm v phán loải hãû thäúng hãû thäúng thäng tin Nhỉỵng hãû thäúng thäng tin (communication system) củ thãø m ngỉåìi â sỉí dủng v khai thạc ráút âa dảng v phán loải chụng, ngỉåìi ta cọ thãø dỉûa trãn nhiãưu cå såí khạc Vê dủ trãn cå såí nàng lỉåüng mang tin ta cọ thãø phán loải thnh: - Hãû thäúng âiãûn tên dng nàng lỉåüng mäüt chiãưu - Hãû thäúng thäng tin vä tuún âiãûn dng nàng lỉåüng sọng âiãûn tỉì - Hãû thäúng thäng tin quang nàng - Hãû thäúng thäng tin dng sọng ám, siãu ám Trãn cå såí biãøu hiãûn bãn ngoi ca thäng tin ta cọ thãø phán loải thnh: - Hãû thäúng truưn säú liãûu - Hãû thäúng thäng tin thoải - Hãû thäúng truưn hçnh Càn cỉï vo âàûc âiãøm ca tên hiãûu âỉa vo kãnh ta cọ thãø phán thnh hai loải chênh: - Hãû thäúng tỉång tỉû - Hãû thäúng säú Hçnh 1.3 trçnh by så âäư khäúi chỉïc nàng ca mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quạt, gäưm cọ ba kháu chênh: ngưn tin (information source), kãnh tin (channel) v nháûn tin (information destination): Ngưn tin Kãnh tin Nháûn tin Hçnh 1.3 Så âäư khäúi chỉïc nàng ca mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quạt Ngưn tin l nåi sn sinh hay chỉïa cạc tin cáưn truưn âi Khi mäüt âỉåìng truưn tin âỉåüc thiãút láûp âãø truưn tin tỉì ngưn tin âãún nháûn tin, mäüt dy cạc tin ca ngưn s âỉåûc truưn âi -9- Chỉång I våïi mäüt phán bäú xacï sút no âo Dy ny âỉåüc gi l mäüt bn tin (message) Váûy cọ thãø âënh nghéa: ngưn tin l táûp håüp cạc tin m hãû thäúng thäng tin dng âãø láûp cạc bn tin khạc âãø truưn âi Säú lỉåüng cạc tin ngưn cọ thãø hỉỵu hản hay vä hản tỉång ỉïng våïi ngưn tin råìi rảc hay liãn tủc Kãnh tin l mäi trỉåìng truưn lan thäng tin Âãø cọ thãø truưn lan mäüt mäi trỉåìng váût l xạc âënh, thäng tin phi âỉåüc chuøn thnh dảng tên hiãûu thêch håüp våïi mäi trỉåìng truưn lan Váûy kãnh tin l nåi hçnh thnh v truưn tên hiãûu mang tin âäưng thåìi åí âáúy cng sn sinh cạc nhiãùu (noise) phạ hy thäng tin Trong thỉûc tãú kãnh tin cọ ráút nhiãưu dảng khạc nhau, vê dủ dáy song hnh, cạp âäưng trủc, äúng dáùn sọng, cạp såüi quang, vä tuún Nháûn tin l cå cáúu khäi phủc lải thäng tin ban âáưu tỉì tên hiãûu láúy åí âáưu ca kãnh tin 1.3.2 Hãû thäúng thäng tin säú Mäüt mủc tiãu quan trng thiãút kãú hãû thäúng thäng tin l giạ c, âäü phỉïc tảp v cäng sút tiãu thủ tháúp nháút våïi bàng thäng truưn dáùn v thåìi gian truưn tháúp nháút Bàng thäng l säú âo täúc âäü truưn tin tỉïc nhanh hay cháûm, bàng thäng cọ thãø thay âäøi âỉåüc v âọ, l mäüt thäng säú quan trng thiãút kãú hãû thäúng thäng tin Bng 1.1 l bàng thäng danh âënh ca ba loải tên hiãûu phäø biãún Viãûc sỉí dủng bàng thäng v thåìi gian truưn hiãûu qu âm bo cho nhiãưu th bao cọ thãø âỉåüc phủc vủ våïi mäüt bàng thäng hản chãú v mäüt khong thåìi gian hản chãú Tên hiãûu Bàng thäng Thoải kHz Ám qung bạ 15 kHz Video MHz Bng 1.1 Bàng thäng danh âënh ca mäüt säú tên hiãûu Hçnh 1.4 trçnh by cạc thnh pháưn mäüt hãû thäúng thäng tin säú âáưy â Thỉûc tãú khäng phi táút c cạc hãû thäúng thäng tin säú âãưu cọ âáưy d cạc thnh pháưn thãú ny Háưu hãút tên hiãûu âỉa vo hãû thäúng thäng tin säú (tiãúng nọi, hçnh nh, ám ) l tên hiãûu tỉång tỉû Khäúi âënh dảng lm nhiãûm vủ chuøn âäøi tên hiãûu tỉì tỉång tỉû sang dy tỉì m säú Cạc tỉì m ny âỉåüc biãøu diãùn bàòng cạc bit nhë phán, räưi tu ỉïng dủng củ thãø m biãøu diãùn cạc bit hay nhọm bit åí dảng thỉïc thêch håüp Viãûc chuøn âäøi tỉång tỉû sang säú hãû thäúng thäng tin säú thỉåìng theo phỉång phạp âiãưu xung m PCM (Pulse Code Modulation) Khäúi gii âënh dảng thỉûc hiãûn cäng viãûc ngỉåüc lải, chuøn âäøi tên hiãûu tỉì säú sang tỉång tỉû Viãûc säú họa tên hiãûu tỉång tỉû lm tàng bàng thäng truưn dáùn ca tên hiãûu nhỉng cho phẹp bäü thu hoảt âäüng åí t säú tên hiãûu trãn nhiãùu tháúp hån Âáy l mäüt vê dủ vãư sỉû máu thùn giỉỵa ti ngun ny (bàng thäng) so våïi ti ngun khạc (cäng sút truưn) Viãûc chuøn âäøi tỉång tỉû/säú v säú/tỉång tỉû dng k thût xỉí l tên hiãûu säú giụp cho tên hiãûu âỉåüc m họa hiãûu qu trỉåïc truưn âi v gii m bãn thu chụng bë nh hỉåíng båíi nhiãùu, mẹo v giao thoa - 10 - - Chỉång VII T0 ∫ cos(2πf t ) cos(2πf t )dt = 0 thç âáưu ca mäüt kãnh bäü thu kãút håüp l täúi âa thç âáưu ca kãnh s täúi thiãøu Sau trỉì cạc tên hiãûu cho thç âiãûn ạp quút âënh bäü thu BFSK trỉûc giao s giäúng trỉåìng håüp PSK f2 f1 f1 f2 f1 f2 f2 (c) T0 (a) -1/T0 1/T0 (d) f1 (f1+ f 2)/2 f2 (b) (e) Hçnh 7.9 Âiãưu chãú BFSK: dảng sọng, bäü âiãưu chãú, phäø (a)Tên hiãûu bàng gäúc (b)Phäø âiãûn ạp ca tên hiãûu bàng gäúc (c) Bäü âiãưu chãú BFSK (d) Tên hiãûu BFSK (e) Phäø âiãûn ạp ca tên hiãûu BFSK Xạc sút läùi bäü thu kãút håüp âäúi våïi BFSK trỉûc giao âỉåüc l: 1/ 1⎡ ⎛ E ⎞ ⎤ ⎜ ⎟ ⎥ Pe = ⎢1 − erf ⎢⎣ ⎜⎝ N ⎟⎠ ⎥⎦ Biãøu diãùn xạc sút läùi theo t säú CNR s cọ dảng sau: 1/ (T0 B)1 / ⎛ C ⎞ ⎤ 1⎡ Pe = ⎢1 − erf ⎜ ⎟ ⎥ 2⎣ ⎝N⎠ ⎦ Trỉåìng håüp BFSK khäng tỉång quan thç giỉỵa hai k tỉû BFSK s cọ mäüt sỉû tỉång quan no âọ K hiãûu càûp k tỉû BFSK l f1(t) v f2(t), hãû säú tỉång quan chøn họa âỉåüc âënh nghéa sau: - 169 - - Chỉång VII - f ( t )f ( t ) ρ= f1 ( t ) f (t ) LPF BFSK VCO @ f1 (a) Mảch quút âënh LPF VCO @ f1 BPF BFSK Mảch quút âënh (b) BPF cos ω1 t ∫ T0 ∫ T0 ∫ T0 ∫ T0 sin ω t BFSK dt ( )2 dt ( )2 Mảch quút âënh cos ω t (c) sin ω t dt ( )2 dt ( )2 Hçnh 7.10 Bäü thu BFSK (a) Bäü thu kãút håüp dng PLL (b) Bäü thu khäng kãút håüp (c) Bäü thu khäng kãút håüp hai kãnh Âãø toạn thỉûc tãú, cọ thãø viãút lải hãû säú ρ sau: - 170 - - Chỉång VII T0 1 T ρ= ∫ f1 ( t )f ( t )dt = E E ∫0 f1 ( t )f ( t )dt f1RMS f RMS T0 Trong hãû thäúng BFSK, ta cọ E1 = E2 = E, âọ: sin[π(f − f1 )T0 ] cos[π (f − f1 )T0 2T ρ = ∫ cos(2πf1 t ) cos(2πf t )dt = T0 π(f − f1 )T0 Hçnh 7.11 l âäư thë ca hãû säú ρ theo 2(f2 - f1)T0 Cạc âiãøm biãøu diãùn cho hãû thäúng BFSK trỉûc giao v âiãøm 1.43 biãøu diãùn cho hãû thäúng BFSK täúi ỉu Täúi ỉu åí âáy theo nghéa l tiãút kiãûm âỉåüc 0.8dB t säú CNR so våïi BFSK trỉûc giao 1.43 2(f2-f1)T0 − 3π Hçnh 7.11 Âäư thë ca ρ 7.3.4 Khäi phủc sọng mang Tạch sọng kãút håüp cạc bäü thu vỉìa xẹt u cáưu phi cọ mäüt tên hiãûu tham chiãúu trng pha våïi pha ca sọng mang tên hiãûu Vê dủ våïi bäü thu PRK, ta cọ thãø thỉûc hiãûn khäi phủc sọng mang theo mảch vng bçnh phỉång hçnh 7.12 Gii â/chãú PRK LPF ( )2 ÷2PLL LPF fx2 VCO π/2 Hçnh 7.12 Vng biình phỉång khäi phủc sọng mang - 171 - - Chỉång VII - Trỉåïc tiãn ta bçnh phỉång tên hiãûu PRK, s thu âỉåüc táưn säú gáúp âäi táưn säú sọng mang m khäng bë dëch chuøn pha Tiãúp âãún dng vng khoạ pha l mäüt bäü chia âäi táưn säú âãø tảo tên hiãûu tham chiãúu Vng khọa pha tảo tên hiãûu tham chiãúu vỉåüt 900 so våïi tên hiãûu vo, váûy cáưn mäüt mảch dëch pha 900 åí vng v giỉỵa vng våïi bäü gii âiãưu chãú, âãø tên hiãûu tham chiãúu cọ pha chênh xạc nhàòm gii âiãưu chãú chênh xạc Mảch khäi phủc ny cọ thãø cho sọng mang trng pha hồûc ngỉåüc pha so våïi sọng mang phạt Âiãưu ny s lm cho k tỉû dỉỵ liãûu gii âiãưu chãú bë âo ngỉåüc Âãø khàõc phủc, cọ thãø sỉí dủng phỉång phạp m họa vi sai trỉåïc âiãưu chãú PRK v âỉåüc gi l âiãưu pha vi sai DPSK Mảch m họa vi sai âỉåüc trçnh by trãn hçnh 7.13a Theo cạch ny, säú âỉåüc biãøu diãùn bàòng mäüt sỉû dëch pha cn säú thç khäng dëch pha Âãø gii âiãưu chãú, ta cọ thãø dng mäüt k tỉû lm tham chiãúu cho k tỉû tiãúp theo (hçnh 7.13b) Kiãøu gii âiãưu chãú ny cọ ỉu âiãøm l âån gin , r tiãưn Tuy nhiãn, vç tên hiãûu tham chiãúu cng bë nhiãùu nãn so våïi PSK kãút håüp thç xạc sút läùi åí âáy s låïn hån Dy bit vo Tåïi âiãưu chãú DPSK LPF STR T0 T0 (a) (b) Hçnh 7.13 (a) M họa vi sai (b) Gii âiãưu chãú DPSK 7.3.5 So sạnh cạc k thût diãưu chãú khọa nhë phán Vãư hiãûu sút cäng sút, càn cỉï vo cäng thỉïc xạc sút läùi, ta nháûn tháúy OOK v BFSK cọ cng hiãûu sút cäng sút, nghéa l cọ cng xạc sút läùi våïi cng t säú /N0 PRK cho hiãûu sút cäng sút täút hån, nghéa l Pe tháúp hån våïi cng /N0 Nọi cạch khạc, PRK tiãút kiãûm âỉåüc cäng sút ngưn Nãúu so sạnh cäng sút âènh thç FSK trỉûc giao u cáưu cäng sút låïn hån PRK nhỉng nh hån OOK vç táút c nàng lỉåüng truưn dáùn OOK âãưu däưn vo âãø truưn mäüt kiãøu k hiãûu Bng 7.1 tọm tàõt quan hãû vãư hiãûu sút cäng sút ca ba loải âiãưu chãú kãø trãn OOK BFSK trỉûc giao PRK E1 N0 N0 2 Bng 7.1 Quan hãû vãư hiãûu sút cäng sút ca ba loải âiãưu chãú - 172 - - Chỉång VII - Vãư ngun tàõc, nãúu dảng tên hiãûu l xung vng thç hiãûu sút phäø l bit/s/Hz Båíi vç bãư räüng phäø ca xung vng l vä hản Tuy nhiãn, ta cọ thãø âënh nghéa hiãûu sút phäø danh âënh dỉûa vo bàng thäng danh âënh Bàng thäng danh âënh l bãư räüng ca bụp sọng chênh ca phäø ca tên hiãûu Bng 7.2 tọm tàõt cạc hiãûu sút phäø danh âënh ca ba hãû thäúng âiãưu chãú trãn BASK BFSK trỉûc giao BPSK Täúc âäü dỉỵ liãûu (bit/s) 1/T0 1/T0 1/T0 Bàng thäng danh âënh (Hz) 2/T0 (n+4)/2T0 2/T0 Hiãûu sút phäø danh âënh (bit/s/Hz) 1/2 2/(n+4) 1/2 Bng 7.2 Quan hãû hiãûu sút phäø ca cạc kiãøu âiãưu chãú khọa nhë phán (n l säú âiãøm trãn âäư thë hçnh 7.11) Tỉì âáy ta nháûn tháúy: cạc phỉång phạp âiãưu chãú nhë phán trãn khäng cọ phỉång phạp no sỉí dủng bàng thäng âàûc biãût hiãûu qu., nọi cạch khạc l hiãûu sút phäø tháúp Pháưn sau s trçnh by vãư cạc phỉång phạp âiãưu chãú lm tàng hiãûu sút phäø 7.4 Âiãưu chãú tàng hiãûu sút phäø Nhỉ â giåïi thiãûu tỉì âáưu chỉång, hiãûu sút phäø, k hiãûu ηs , âỉåüc âënh nghéa l täúc âäü truưn tin trãn mäüt âån vë bàng thäng chiãúm dủng Nghéa l cọ thãø âỉåüc hiãûu sút phäø sau: ηs = R sH (bit / s / Hz) B Å í âáy Rs l täúc âäü k hiãûu, H l entropy, tỉïc l lỉåüng tin trung bçnh chỉïa mäüt k hiãûu v B l bàng thäng chiãúm dủng Täúc âäü k hiãûu l: R s = / T0 Entropy hãû thäúng cọ M k hiãûu âäüc láûp v âäưng xạc sút l: H = log M Do váûy, hiãûu sút phäø l: ηs = log M (bit / s / Hz) T0 B Tỉì âáy ta tháúy, mún tàng hiãûu sút phäø, ta tàng säú lỉåüng k hiãûu M lãn v gim têch T0B xúng Âáy chênh l cạch âỉåüc sỉí dung cạc k thût âiãưu chãú tàng hiãûu sút phäø Ta biãút bàng thäng täúi thiãøu l: B = / T0 Do váûy têch T0B täúi thiãøu l bàòng Thỉûc tãú hiãûn â cọ cạc hãû thäúng âiãưu chãú våïi M lãn âãún 64, 128, , 1024 - 173 - - Chỉång VII - 7.4.1 Âiãưu chãú khọa dëch pha M mỉïc Âiãưu chãú khọa dëch pha M mỉïc, gi tàõt l MPSK, l trỉåìng håüp måí räüng ca PSK mỉïc, tàng säú trảng thại pha tỉì lãn 4, 8, 16, , 2i Gin âäư pha (cn gi l chm sao) cho trỉåìng håüp M = 16 trãn hçnh 7.14, åí âáy cọ 16 pha phán biãût Hçnh 7.14 Gin âäư pha ca PSK 16 mỉïc Xạc sút läùi hãû thäúng MPSK våïi M ≥ âỉåüc xáúp xè båíi Stein v Jones sau: ⎡ ⎛ π ⎞⎛ E ⎞1 / ⎤ ⎟⎟ ⎥ Pe = − erf ⎢sin ⎜ ⎟⎜⎜ ⎢⎣ ⎝ M ⎠⎝ N ⎠ ⎥⎦ Cọ thãø viãút lải theo t säú CNR, våïi quan hãû C = E/T0 v N = N0B sau: 1/ ⎡ ⎛ π ⎞⎛ C ⎞ ⎤ 1/ Pe = − erf ⎢(T0 B) sin ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎥ ⎝ M ⎠⎝ N ⎠ ⎦ ⎣ Âiãưu chãú nhiãưu mỉïc åí âáy cọ thãø xem l quạ trçnh sàõp xãúp n bit nhë phán vo mäüt k hiãûu M mỉïc, mäùi k hiãûu l mäüt xung IF Do âọ, läùi tạch sọng mäüt k hiãûu chênh l mäüt vi läùi bit dy bit m họa tỉång ỉïng Váûy xạc sút läùi bit Pb khäng chè phủ thüc vo xạc sút läùi k hiãûu Pe v entropy H m cn phủ thüc vo sỉû sàõp xãúp bit v kiãøu läùi xút hiãûn Vê dủ nhỉ, hãû thäúng PSK 16 mỉïc hçnh 7.14, kiãøu läùi hay xy nháút l nháưm láùn giỉỵa hai trảng thại pha lán cáûn Nãúu dng m Gray âãø sàõp xãúp cạc k hiãûu nhë phán thç chè cọ mäüt läùi bit âån cọ läùi k hiãûu Trong trỉåìng håüp ny, xạc sút läùi bit l: Pb = Pe log M Ta cọ quan hãû giỉỵa nàng lỉåüng k hiãûu v nàng lỉåüng bit l: - 174 - - Chỉång VII - Eb = E log M Tỉì âáy cọ thãø biãøu diãùn Pb theo Eb/N0 sau: 1/ ⎡ ⎛π⎞ ⎛ E b ⎞ ⎤ ⎫⎪ ⎧⎪ ⎟⎟ ⎥ ⎬ Pb = ⎨1 − erf ⎢sin ⎜ ⎟ log M ⎜⎜ log M ⎪ M N ⎝ ⎠ ⎢⎣ ⎝ ⎠ ⎥⎦ ⎪⎭ ⎩ hồûc theo t säú CNR sau: 1/ ⎡ ⎧⎪ ⎛ π ⎞⎛ C ⎞ ⎤ ⎫⎪ 1/ Pb = ⎨1 − erf ⎢(T0 B) sin ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎥ ⎬ log M ⎪⎩ ⎝ M ⎠⎝ N ⎠ ⎦ ⎪⎭ ⎣ Vç cạc k hiãûu tên hiãûu PSK nhiãưu mỉïc âãưu cọ phäø biãn âäü nãn bãư räüng phäø ca tên hiãûu chè phủ thüc vo täúc âäü k hiãûu (gi l täúc âäü baud) v dảng xung chỉï khäng phủ thüc vo M Âäúi våïi dảng xung vng, bàng thäng danh âënh ca tên hiãûu PSK M mỉïc l 2/T0 Hz Trong trỉåìng håüp ny, hiãûu sút phäø l: ηs = 0.5 log M (bit/s/Hz) Hiãûu sút phäø täúi âa cọ thãø âỉåüc l trỉåìng håüp bàng thäng âỉåüc cho mäüt bãn 1/T0, nghéa l: ηs = log M (bit/s/Hz) Bng 7.3 so sạnh mäüt vi thäng säú ca cạc hãû thäúng PSK Eb/N0 u cáưu cho Pb=10-6 Bàng thäng täúi thiãøu Hiãûu sút phäø täúi âa CNR u cáưu cho bàng thäng täúi thiãøu PRK 10.6 dB Rb 10.6 dB QPSK 10.6 dB 0.5Rb 13.6 dB 8-PSK 14.0 dB 0.33Rb 18.8 dB 16PSK 18.3 dB 0.25Rb 24.3 dB Bng 7.3 So sạnh cạc k thût âiãưu chãú PSK 7.4.2 Âiãưu biãn cáưu phỉång QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Âäúi våïi bäü phạt, ta cọ thãø kãút håüp âiãưu biãn våïi âiãưu pha âãø ci thiãûn sỉû phán bäú trảng thại pha chm Phỉång phạp ny âỉåüc giåïi thiãûu láưn âáưu tiãn vo nàm 1960 våïi mỉïc biãn âäü (tỉång âỉång vng) v mỉïc pha trãn mäùi vng (hçnh 7.15a) Vç âáy l sỉû kãút håüp giỉỵa âiãưu biãn v âiãưu pha nãn âỉåüc gi l âiãưu chãú khọa biãn âäü/pha APK - 175 - - Chỉång VII - (Amplitude/Phase Keying) Sau âọ ngỉåìi ta nháûn tháúy ràòng nãúu säú âiãøm åí vng gim cn 4, säú âiãøm åí vng ngoi tàng lãn 12 (hçnh 7.15b) thç cạc âiãøm trãn chm cạch âãưu hån Âãún nàm 1962, ngỉåìi ta âỉa mäüt cạch chn biãn âäü v pha khạc (hçnh 7.15c) Ngỉåìi ta nháûn tháúy kiãøu ny dãù thỉûc hiãûn hån v Pe cọ âỉåüc ci thiãûn âäi chụt Vç tên hiãûu APK ny cọ thãø xem l càûp ASK nhiãưu mỉïc âỉåüc âiãưu chãú trãn cạc sọng mang vng gọc nãn thỉåìng âỉåüc gi l âiãưu biãn cáưu phỉång QAM Nhỉ váûy QAM l mäüt trỉåìng håüp riãng ca APK Tuy nhiãn, thỉûc tãú âäi ngỉåìi ta dng thay âäøi giỉỵa hai thût ngỉỵ APK v QAM (a) (b) (c) Hçnh 7.15 Chm ca cạc tên hiãûu âiãưu chãú (a) APK 16 (8,8) (b) APK 16 (4,12) (c) QAM 16 (4 x 4) Gi sỉí c M trảng thại âãưu âäüc láûp thäúng kã v âäưng xạc sút, Carlson â xáúp xè xạc sút läùi hãû thäúng QAM våïi nhiãùu Gauss sau: 1/ ⎛< E >⎞ ⎤ ⎛ M1 / − ⎞⎡ ⎟ ⎥ ⎜ Pe = 2⎜ ⎟ ⎢1 − erf 1/ 2(M − 1) ⎜⎝ N ⎟⎠ ⎥⎦ ⎝ M ⎠ ⎢⎣ ÅÍ âáy < E > l nàng lỉåüng trung bçnh trãn mäüt k hiãûu QAM Nãúu dảng xung l hçnh chỉỵ nháût thç: ⎛ ∆v ⎞ < E >= ⎜ ⎟ (M − 1)T0 3⎝ ⎠ ÅÍ âáy ∆v l sai khạc âiãûn ạp giỉỵa hai mỉïc biãn âäü cảnh v T0 l âäü di mäüt k hiãûu Viãút theo t säú CNR, ta âỉåüc: 1/ 3T0 B ⎛ C ⎞ ⎤ ⎛ M1/ − ⎞⎡ Pe = 2⎜ ⎟ ⎢1 − erf ⎜ ⎟ ⎥ 1/ 2(M − 1) ⎝ N ⎠ ⎦ ⎝ M ⎠⎣ Nãúu dng m Gray âãø sàõp xãúp cạc bit dc theo cạc trủc âäưng pha v vng pha trãn chm QAM, xạc sút läùi bit s l: - 176 - - Chỉång VII 1/ log M ⎛ E b ⎞ ⎤ ⎛ M1/ − ⎞⎡ ⎟ ⎥ ⎜ Pb = ⎜ ⎟ ⎢1 − erf log M ⎝ M / ⎠ ⎣⎢ 2(M − 1) ⎜⎝ N ⎟⎠ ⎦⎥ Hồûc viãút theo t säú CNR l: 1/ 3T0 B ⎛ C ⎞ ⎤ ⎛ M1 / − ⎞⎡ Pb = ⎜ ⎟ ⎢1 − erf ⎜ ⎟ ⎥ log M ⎝ M1 / ⎠ ⎣ 2(M − 1) ⎝ N ⎠ ⎦ Cng PSK nhiãưu mỉïc, táút c cạc k hiãûu APK hồûc QAM âãưu chiãúm cng mäüt di táưn säú nhau, váûy hiãûu sút phäø ca tên hiãûu âiãưu chãú APK/QAM (danh âënh v täúi âa) cng giäúng PSK nhiãưu mỉïc Tuy nhiãn, våïi cng mäüt xạc sút läùi, t säú CNR v âọ l t säú Eb/N0 u cáưu âiãưu chãú QAM tháúp hån so våïi PSK nhiãưu mỉïc Vê dủ nhỉ, våïi Pb = 10 −6 , T0 B = thç CNR v Eb/N0 âỉåüc liãût kã bng 7.4 Âiãưu chãú CNR (dB) Eb/N0 (dB) PRK 10.6 10.6 QPSK 13.6 10.6 4QAM 13.6 10.6 16PSK 24.3 18.3 16QAM 20.5 14.5 Bng 7.4 So sạnh cạc kiãøu âiãưu chãú khạc 7.4.3 Âiãưu chãú khọa pha cáưu phỉång QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Âiãưu chãú QPSK cọ thãø xem l 4PSK våïi biãn âäü sọng mang l A hồûc l xãúp chäưng ca hai tên hiãûu BASK våïi biãn âäü l ± A / v sọng mang l cos 2πf c t v sin 2πf c t (chênh l 4QAM) Hçnh 7.16 l gin âäư chm ca tên hiãûu QPSK Cạc mi tãn km theo chè ràòng táút c cạc chuøn âäøi giỉỵa bäún trảng thại âãưu cọ thãø xy Hçnh 7.17 l så âäư bäü phạt v hçnh 7.18 l så âäư bäü thu QPSK Hçnh 7.16 Chm ca tên hiãûu QPSK km våïi cạc chuøn âäøi trảng thại cọ thãø cọ - 177 - - Chỉång VII - Bäü phạt QPSK cọ thãø thỉûc hiãûn tỉì hai bäü phạt PRK âỉåüc sàõp xãúp trãn hai kãnh l kãnh I v kãnh Q, mäùi kãnh hoảt âäüng åí täúc âäü bit bàòng mäüt nỉía täúc âäü ca ton bäü hãû thäúng QPSK Kãnh I Rs= Rb/2 Dỉỵ liãûu nhë phán Rb=1/Tb cos 2πf c t cos 2πf c t ∑ Näúi tiãúp/ song song QPSK Rs= Rb/2 π/2 sin 2πf c t Kãnh Q Rs= Rb/2 Hçnh 7.17 Så âäư bäü phạt QPSK Têch phán QPSK Q/â ngỉåỵng cos( 2πf c t + π / 4) Song song Näúi tiãúp/ Rs= Rb/2 Têch phán Dỉỵ liãûu nhë phán Rb=1/Tb Q/â ngỉåỵng cos( 2πf c t − π / 4) Hçnh 7.18 Så âäư bäü thu QPSK Hiãûu sút phäø ca QPSK cao gáúp âäi so våïi PRK Båíi vç cạc k hiãûu mäùi kãnh chiãúm cng di táưn säú v cọ bàng thäng bàòng mäüt nỉía so våïi PRK åí cng täúc âäü Xạc sút läùi Pe hãû thäúng QPSK r rng s xáúu hån PRK, båíi vç miãưn quút âënh trãn gin âäư chm gim tỉì mäüt nỉía màût phàóng xúng cn mäüt pháưn tỉ Tuy nhiãn xạc sút läùi Pb thç lải giäúng nhau, vç mäùi kãnh I hay Q hãû thäúng QPSK âãưu âäüc láûp våïi (trỉûc giao nhau) Vãư ngun tàõc, cọ thãø truưn tên hiãûu kãnh I trỉåïc kãnh Q, âọ bn tin täøng s máút thåìi gian truưn gáúp âäi Tuy nhiãn thỉûc tãú, mäùi k hiãûu trãn kãnh I hồûc kãnh Q chiãúm thåìi gian gáúp âäi v nàng lỉåüng gim âi mäüt nỉía so våïi k hiãûu PRK nãn nàng lỉåüng ca bn tin täøng (v âọ l nàng lỉåüng trãn mäüt bit Eb) QPSK v PRK l (hçnh 7.19) Xạc sút läùi bit Pb l: - 178 - - Chỉång VII 1/ ⎛ Eb ⎞ ⎤ 1⎡ ⎟⎟ ⎥ Pb = ⎢1 − erf ⎜⎜ ⎣⎢ N ⎝ ⎠ ⎦⎥ Viãút theo t säú CNR l: 1/ ⎤ 1⎡ 1/ ⎛ C ⎞ Pb = ⎢1 − erf (Tb B) ⎜ ⎟ ⎥ 2⎣ ⎝N⎠ ⎦ Åí âáy Tb l mäüt nỉía âäü di k hiãûu QPSK, T0 Âáy l l âãø nọi ràòng BER ca QPSK v PRK l Xạc sút läùi k tỉû Pe âỉåüc tỉì xạc sút bit trãn kãnh I bë läùi, hay bit trãn kãnh Q bë läùi, hay c hai bit trãn hai kãnh bë läùi, nghéa l: Pe = Pb (1 − Pb ) + (1 − Pb )Pb + Pb2 A T/h nhë phán -A Eb A/ T/h kãnh I − A/ Es = Eb A/ 2 T/h kãnh Q − A/ Es = Eb Hçnh 7.19 Dng bit vo, dng bit kãnh I v Q tỉång ỉïng v sỉû phán bäú nàng lỉåüng bit 7.5 Âiãưu chãú tàng hiãûu sút cäng sút Cọ mäüt säú hãû thäúng thäng tin lm viãûc mäi trỉåìng sàơn cọ bàng thäng räüng nhỉng lải bë hản chãú vãư cäng sút tên hiãûu Nhỉỵng hãû thäúng váûy cáưn phi dỉûa vo cạc k thût âiãưu chãú tàng hiãûu sút cäng sút âãø âảt âỉåüc mäüt t lãû läùi v mäüt täúc âäü dỉỵ liãûu no âọ Nọi chung, cọ thãø ci thiãûn täúc âäü dỉỵ liãûu bàòng cạch tàng säú lỉåüng k hiãûu åí bäü phạt (tàng M) Âãø viãûc tàng säú lỉåüng k hiãûu khäng lm gim khong cạch giỉỵa cạc âiãøm trãn chm v khäng lm tàng cäng sút phạt, cọ mäüt phỉång phạp l sỉí dủng tên hiãûu nhiãưu hỉåïng- âỉa thãm cạc trủc trỉûc giao vo gin âäư chm - 179 - - Chỉång VII - Âiãưu chãú khọa dëch nhiãưu táưn säú MFSK (Multi-frequency Shift Keying) l mäüt trỉåìng håüp ca âiãưu chãú nhiãưu hỉåïng nhàòm tàng hiãûu sút cäng sút Cạc k hiãûu âỉåüc thiãút kãú cho trỉûc giao tỉìng âäi mäüt Hçnh 7.20 chè ràòng phäø âiãûn ạp ca tên hiãûu MFSK trỉûc giao l xãúp chäưng ca phäø tên hiãûu OOK f1 f2 f3 Hçnh 7.20 Phäø ca tên hiãûu MFSK trỉûc giao Täúc âäü dỉỵ liãûu tàng lãn hon ton l bàng thäng tàng lãn Vç mäùi k hiãûu chỉïa lỉåüng tin l H = log M (bit) nãn hiãûu sút phäø danh âënh ca MFSK trỉûc giao l: ηs = log M (bit/s/Hz) (n / 2)(M − 1) + Åí âáy n l säú âiãøm trãn âäư thë hçnh 7.11 Våïi n = 2, hiãûu sút phäø l: ηs = log M (bit/s/Hz) M +1 Tên hiãûu nhiãưu hỉåïng cng cọ thãø âảt âỉåüc bàòng cạch dng cạc máùu bit m họa trỉûc giao (hçnh 7.21) L tỉåíng thç mäùi k hiãûu m họa mang lỉåüng tin l H = log M (bit), nhỉng âãø âảt âỉåüc sỉû trỉûc giao tỉìng âäi mäüt, cạc k hiãûu phi cọ chiãưu di bàòng M säú nhë phán (xem hçnh 7.21) Bàng thäng danh âënh ca cạc k hiãûu ny l M/T0 (Hz) âäúi våïi tên hiãûu bàng cå bn v l 2M/T0 Hz âäúi våïi tên hiãûu thäng di, åí âáy T0/M l khong thåìi gian ca mäüt säú nhë phán Nãúu cạc k hiãûu âäưng xạc sút thç hiãûu sút phäø danh âënh ca tên hiãûu thäng di m họa trỉûc giao l: ηs = log M (bit/s/Hz) 2M V hiãûu sút phäí täúi âa (våïi T0B = M) l: ηs = log M (bit/s/Hz) M - 180 - - Chỉång VII - Trong trỉåìng håüp tạch sọng kãút håüp täúi ỉu cọ nhiãùu Gauss, cạc k hiãûu âäưng xạc sút v cọ nàng lỉåüng bàòng nhau, xạc sút läùi k hiãûu âỉåüc giåïi hản båíi: ⎡ E ⎤ Pe ≤ (M − 1) ⎢1 − erf ⎥ 2N ⎦ ⎣ Åí âáy E l nàng lỉåüng k hiãûu Nàng lỉåüng mäüt bit l: E b = E / log M Tỉì hçnh 7.21 ta tháúy âäúi våïi mäüt bit báút k mäüt k tỉû cho sàơn, chè cọ M/2 läùi ngoi täøng säú M-1 läùi k hiãûu s dáùn âãún bit âọ bë läùi Do âọ xạc sút läùi bit tên hiãûu MFSK trỉûc giao l: Pb = (M / 2) Pe M −1 000 001 010 011 100 101 110 111 Táûp k hiãûu trỉûc giao Cạc bit tin tỉång ỉïng Hçnh 7.21 Táûp m trỉûc giao gäưm k tỉû ỈÏng dủng chênh ca hãû thäúng MFSKl hãû thäúng âiãûn bạo Piccolo, cọ 32 táưn säú v täúc âäü k hiãûu l 10 k hiãûu giáy, mäùi k hiãûu l 100 ms Mäüt ỉïng dủng khạc ca MFSK hiãûn âang âỉåüc triãøn khai ráút räüng ri l FDM trỉûc giao (OFDM) dng nhiãưu truưn hçnh vãû tinh, LAN khäng dáy TỌM TÀÕT CHỈÅNG Âiãưu chãú IF hồûc RF âỉåüc sỉí dung trỉåïc hãút l âãø dëch phäø ca tên hiãûu säú lãn mäüt di táưn säú ph håüp Âiãưu ny giụp cho bàng táưn m tên hiãûu chiãúm ph håüp våïi bàng thäng ca âỉåìng truưn, âãø ghẹp kãnh theo táưn säú hồûc l cho phẹp tên hiãûu âỉåüc bỉïc xả bàòng cạc anten cọ kêch thỉåïc thỉûc tãú - 181 - - Chỉång VII - Âãø so sạnh cạc kiãøu âiãưu chãú khạc nhau, dng hai thäng säú l hiãûu sút phäø v hiãûu sút cäng sút Hiãûu sút phäø cọ âån vë l bit/s/Hz, v hiãûu sút cäng sút liãn quan âãún giạ trë Eb/N0 u cáưu âäúi våïi mäüt xạc sút läùi bit cho trỉåïc Cọ ba k thût âiãưu chãú chênh cho tên hiãûu nhë phán Âọ l ASK, FSK v PSK Trong cạc phỉång phạp ny, biãn âäü, táưn säú v pha ca tên hiãûu sọng mang bë thay âäøi theo tên hiãûu nhë phán vo ASK v FSK âãưu sỉí dủng tên hiãûu trỉûc giao Bäü thu ASK v FSK cọ thãø dng loải khäng kãút håüp, våïi ỉu âiãøm l sỉû âån gin thiãút kãú PSK u cáưu phi tạch sọng kãút håüp, phi khäi phủc sọng mang, âọ khọ thỉûc hiãûn hån v âàõt hån Tuy nhiãn cọ thãø trạnh viãûc ny bàòng cạch m họa vi sai trỉåïc âiãưu chãú- gi l DPSK Hãû thäúng DPSK khäng âảt âỉåüc xạc sút läùi täút PSK nhỉng b lải kinh tãú hån PSK u cáưu cäng sút tên hiãûu tháúp hån so våïi ASK v FSK våïi cng mäüt xạc sút läùi Trong truưn thäng, ngỉåìi ta sỉí dủng phäø biãún ba phỉång phạp âiãưu chãú l PSK, DPSK v FSK khäng kãút håüp M-PSK, APK, QAM l cạc k thût âiãưu chãú tàng hiãûu sút phäø Âàûc âiãøm chung ca cạc kiãøu âiãưu chãú ny l säú lỉåüng k hiãûu âiãưu chãú nhiãưu hån APK u cáưu cäng sút tên hiãûu tháúp hån MPSK våïi cng mäüt xạc sút läùi Hiãûu sút phäø ca APK v MPSK QAM l mäüt trỉåìng håüp riãng ca APK, dãù thỉûc hiãûn hån v cọ xạc sút läùi âỉåüc ci thiãûn âäi chụt MFSK l kiãøu âiãưu chãú tàng hiãûu sút cäng sút Cäng sút phạt tiãút kiãûm l vç tàng bãư räüng phäø våïi mäüt xạc sút läùi cho trỉåïc - 182 - - Chỉång VII - - 183 -