HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM BÀI GIẢNG TÓM TẮT: Ths Nguyễn Trọng Hải 2010 CHƯƠNG I KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ Nội dung trình bày: Lịch sử xu hướng phát triển viễn thông Các chuẩn Viễn thông Các dịch vụ Viễn thông Các khái niệm thơng tin số Mơ hình hệ thống thông tin Sơ đồ khối hệ thống thơng tin số điển hình Mạng thơng tin số Các phương thức liên lạc Chuyển mạch số LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÔNG Năm 1837: Samuel Morse (1791-1872, American): phát triển hệ thống điện báo Hệ thống sử dụng chấm (dot) gạch (dash) để biểu diển ký tự Đây xem hệ thống liên lạc số đời sớm • Năm 1875: Emile Baudot (1845 -1903, French): đưa hệ thống mã mới, mã Baudot, sử dụng từ mã có chiều dài để mã hóa ký tự • Năm 1897: Marconi (1874 -1937, Italian): phát triển hệ thống vô tuyến điện báo đầu tiên, bước khởi đầu cho phát triển hệ thống thơng tin vơ tuyến • Năm 1937: Alec Reeves (1902-1971, English): phát triển kỹ thuật điều chế xung mã PCM Từ đây, liệu truyền hệ thống số không message, mà dạng khác, ví dụ dạng audio,vv… • Năm 1948: Shannon (1916-2001, American): thiết lập nên sở tốn học cho truyền dẫn thơng tin Những lý thuyết sở quan trọng cho phát triển vượt bậc hệ thống thông tin vơ tuyến ngày • Năm 1991: hệ thống thông tin di động GSM đời châu Âu • Năm 1994: hệ thống CDMA IS-95 tập đoàn Qualcom (Mỹ) triển khai Sơ đồ khối tổng quát hệ thống thông tin số: Chức khối sơ đồ: Nguồn tin (Information Source): dạng tương tự (tiếng nói, âm thanh, video) hay dạng số (dữ liệu máy tính) Định dạng liệu (Format): biến đổi dạng liệu nguồn tin thành bit liệu nhị phân Mã hóa nguồn (Source Encode): loại bỏ thơng tin dư thừa biểu diễn thông tin truyền bit liệu tốt (quá trình nén liệu) Mật mã liệu (Encrypt): thực việc bảo mật thơng tin cần truyền Mã hóa kênh (Channel Encode): trình đưa thêm vào bit dư mà nhờ máy thu thực việc phát lỗi sửa lỗi Chức khối sơ đồ (tt): Khối ghép kênh (Multiplex): kết hợp tín hiệu từ nguồn khác nhau cho phép chia tài nguyên chung cách hiệu Điều chế xung (Pulse Modulate): thực việc định dạng xung dải Điều chế thông dải (Bandpass Modulate): ánh xạ chuỗi liệu vào dạng sóng tín hiệu để truyền mơi trường vô tuyến Trải phổ (Spectral Spread): thực việc trải rộng phổ tín hiệu giúp chống ảnh hưởng can nhiễu, bảo mật, tăng dung lượng hệ thống Đa truy cập (Multiple Access): chế cho phép thực việc chia môi trường truyền tin người dùng mạng Phát cao tần (XMT): bao gồm khối đổi tần lên, khuếch đại công suất cao tần, anten phát,vv… Kênh truyền (Channel): môi trường vật lý cho phép truyền tải thông tin từ nơi phát đến nơi thu Ngoài ra, hầu hết q trình hệ thống thơng tin số cần phải có q trình đồng (Synchronization) Các đặc điểm đặc trưng hệ thống thông tin số: Tín hiệu: liệu truyền (bất kể dạng thức, nguồn gốc hay loại dịch vụ) chuyển sang bit liệu nhị phân 0/1 Máy phát: truyền dạng sóng từ tập dạng sóng (xác định) khoảng thời gian hữu hạn Ví dụ: Hệ thống BPSK: bit : s0(t) = cos0t; t T bit : s1(t) = - cos0t; t T Tập dạng sóng phía phát: {cos0t; -cos0t} Máy thu: dựa vào tín hiệu thu (đã bị thay đổi qua kênh truyền), máy thu phải định dạng sóng phát liệu thu gì? Ví dụ: Hệ thống BKSK trên: Máy thu: ??? cos0t hay -cos0t truyền liệu 0/1 Chất lượng hệ thống: đánh giá thông qua xác suất lỗi bit Pe, hay BER (Bit Error Rate) Đại lượng phụ thuộc vào phương pháp điều chế, phương pháp mã hóa, cơng suất máy phát, đặc tính kênh truyền,vv… Những ưu khuyết điểm hệ thống thông tin số: Ưu điểm: Tăng khả truyền dẫn Bảo mật liệu Tạp âm khơng tích lũy Các mạch số hoạt động tin cậy Giá thành ngày giảm Khuyết điểm: Vấn đề đồng Các hệ thống số thay hầu hết hệ thống tương tự Yêu cầu dải thông Tần số hoạt động 10 Điều chế QPSK Trạng thái Q 01 00 Vq I Vi 10 11 Đồ thị QAM 16 trạng thái Q 0000 0100 0001 0101 0011 0111 0010 0110 I 1100 1000 1101 1001 1111 1011 1110 1010 105 Một vài dạng điều chế tắc BPSK QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Bộ điều chế QPSK BALANCED MODULATION SYMBOL RATE: fs = fb/2 IN-PHASE DATA STREAM 0° fb SERIAL TO PARALLEL BINARY CONVERTER I CARRIER PHASE SHIFT I.F COMBINER BPF 90° NRZ INPUT fs = fb/2 Q 01 00 11 10 SIGNAL QUADRATURE DATA STREAM BALANCED MODULATION COMBINED VECTOR STATE DIAGRAM 106 Biểu đồ hình mắt chịm I, Q, +1 I -1 +1 Q -1 Hình mắt Q Chòm sao: I 1,4 Bộ giải điều chế QPSK Phase Demodulation LPF I Thresh Comp I fb/2 IF Input BPF Power Splitter Car Rec Phase Splitter 0° Symbol timing rec.(STR) 90° Parallel to serial converter fb/2 Q LPF Phase Demodulation Thresh Comp Q Binary NRZ fb 107 Bộ điều chế 16 QAM I 2-to-4 level convert fb I Premod LPF fb 0° L.F fb Binary Data 16 QAM Phase split LO BPF Output NRZ Data fb 90° Q 2-to-4 level convert fb Premod LPF Q Bộ giải điều chế 16 QAM I 4-Level Signal LPF fb L O G I C Vth1 Vth2 fb 0° Vth3 BPF IF Input STR CR Regeneration X2 Data data Out fb blner 90° Q fb fb LPF 4-Level Signal 4-to-2 level converter of Q channel Same design as I channel 108 Tín hiệu yêu cầu băng thông lớn hơn? A B time Hai chuỗi liệu ngẫu nhiên Thòi gian Tần số 109 Phổ tín hiệu khơng lọc f0 3FS f0 3FS f0 2FS f0 FS f0 f0 FS f0 2FS f0 3FS f0 4FS f0 5FS Máy phát không lọc frequency CODER MOD U/C time Dữ liệu dẽ dàng khôi phục yêu cầu độ rộng băng tần lớn DEMOD DECODER D/C time 110 Máy phát có lọc frequency CODER MOD U/C time Tín hiệu yêu cầu băng tần thấp DECODER D/C DEMOD time Nhiễu giao thoa ISI 111 Bộ lọc Nyquyst Lọc cos nâng Hệ số lọc & Băng thông yêu cầu Đáp ứng biên độ 1 Pha tyuến tính 0.3 0 (Trễ nhóm phẳng) FS Symbol _ Rate FS FS 112 Phân bố lọc Radio CODER MOD UPCONVERTER DECODER DEMOD DOWNCONVERTER Lỗi thu tín hiệu VOLTAGE BINARY SIGNAL + AMPLTUDE NOISE FDP NORMAL VALUE 1 ERROR DECISION 0 ERROR THRESHOLD NORMAL VALUE Received signal with superimposed noise PROB 113 Gaussian Distribution PROBABILITY DENSITY FUNCTION P(x) 0.4 0.3 0=RMS VALUE AFTER SUBTRACTING DC COMPONENT 0.2 NEVER RECHS ZEBO -30 -20 0.1 -10 10 20 30 X Giá trị ngưỡng trung bình Ngưỡng 114 CHƯƠNG VII ĐỒNG BỘ MẠNG SỐ Nội dung trình bày: -Kỹ thuật đồng mạng -Đồng khối -Đồng mạng Home CHƯƠNG VII NG B MNG S Mạch định Máy phát Kênh St Máy thu giải điều chế X Tổng Si S0 Khối định thời Nhiễu S0 Si T T T T T T 115 Ph ân l o i đồ n g đồng đồng mạng ®ång bé khèi HTcËn ®ång bé ®B ®i HT®B chđ tớ đB Thiết lập đB t-ơng hỗ M ô HèNH ®å n g bé m¹ n g HƯ thèng cËn ®ång bé HƯ thèng ®ång bé chđ tí ®ång hå nguyên tử độ tin cậy cao đồng hồ khoá pha Hệ thống đồng t-ơng hỗ H-ớng tín hiệu đồng hå 116 CÊu t r ó c ph ©n c ấp đồ n g c ủ a mạ n g v i Ơn t h « n g Vi Ưt Na m ®ång hå chđ qc gia CÊp ®ång cho chuyển mạch quốc tế nút chuyển mạch trung chuyển quốc gia Cấp đồng cho mạng nội hạt Cá c t h ô n g sè c ñ a BS TBS TBS BS t* BS t* TBS chu kú ®ång bé khèi Thêi gian tồn từ mà BS t* Khoảng thời gian bắt đầu can khối tới lúc gặp BS 117 Cá c t r n g t h i đồ n g BS Bên phát BS t* Thu t* BS BS t* Thu sai t* BS t* Thu sai BS t* BS BS Cá c t r n g t h i đồ n g Quy -ớc Trạng thái KT SYN Xoá trạng thái Tỡm SYN, Thiết lập trạng thái KT SYN SYN = 1, A =0, có tách kênh BĐđ=n BS sai BĐs:=0 BĐs:= BĐs + BĐđ:= BĐđ + 1 BĐs=m BSđúng Xoá trạng thái KT SYN, Thiết lập trạng thái KT SYN BĐđ:=0 SYN = 0, A =1, không tách kênh Trạng thái Tìm SYN 118 Sơ đồ ph - n g ph p đồ n g Đu ổi 2MRx 2MClk GM đ-ờng truyền Bộ định thời thu BIN +1 chạy tắt xung SHR 8bit BS Gate tBSR sai KiĨm tra BS S¬ đồ ph - n g ph p đồ n g bé Th i Õt l Ëp 2MRx GM ®-êng trun 2MClk Bé ®Þnh thêi thu 2MRx SHR 8bit tBSR Nhận dạng BS Y Đ Kiểm tra BS Liên tục n lần KT SYN Liên tục m lần Tìm SYN S 119 ... Lượng tin tương hỗ Vấn đề giải cách tìm lượng tin tin aj chứa tin bi thu – gọi lượng tin tương hỗ aj bi Tin aj có lượng tin tương hỗ với bi lớn tin cần tìm Lượng tin tương hỗ Định nghóa: Lượng tin. .. tin riêng Cho nguồn tin {A,P(ai), i=1 m} Lượng tin chứa mỗi tin gọi lượng tin riêng tin đó: I (ai ) log log p (ai ) p ( ) 24 Lượng tin riêng Ví dụ 1: Một nguồn tin gồm có bốn ký hiệu (tin) ... lượng tin trung bình nguồn tin Định nghóa: Lượng tin trung bình nguồn tin tin tức trung bình chứa ký hiệu nguồn tin Ký hiệu: I(A) Lượng tin trung bình Giả sử có nguồn tin {A,P(ai), i=1 n)} Lượng tin