TỔNG QUAN hệ THỐNG THÔNG TIN VÀ CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN THÔNG TIN số DTV3173

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN, ĐIỆN VÀ HÌNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Trang DANHTỬ MỤC ẢNH Hình Sơ đồ khối chức .3 Hình Sơ đồ khối tổng quát Hình Sơ đồ khối chức của hệ thống thông tin số đầy đủ HỒ VĂN NHẬT Hình Dạng sóng của từ “away” 19T1051013 Hình Tín hiệu digital ON – OFF công nghiệp 10 Hình Ứng dụng tín hiệu Digital vào điều khiển bơm .11 Hình Tín hiệu tương tự (analog signals) 11 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1 Băng thông danh định của một số tín hiệu BẢNG 1.2 Sự khác biệt giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu sớ .13 THƠNG TIN SỚ DTV3173 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: HỒ ĐỨC TÂM LINH HUẾ, THÁNG 12 NĂM 2021 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN .2 1.1.QUÁT TRÌNH PHÁT TRIỂN .2 1.2.HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.2.1 Hệ thống thông tin số .4 1.2.2 Ưu điểm của thông tin số .6 1.2.3 Đường truyền tín hiệu CHƯƠNG TÍN HIỆU SỐ – TÍN HIỆU TƯƠNG TƯ 2.1 GIỚI THIỆU 2.1.1 Định nghĩa tín hiệu 2.1.2 Phân loại tín hiệu 10 2.2 TÍN HIỆU SỐ (DIGITAL SIGNALS) 10 2.3 TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ (ANALOG SIGNALS) 11 2.4 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ VÀ TÍN HIỆU SỐ: .13 CHƯƠNG TỈ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU 14 3.1 TỈ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU (SNR) 14 3.2 BĂNG THÔNG KÊNH TRUYỀN 14 3.3 TỐC ĐỘ THÔNG TIN 15 CHƯƠNG ĐIỀU CHẾ – NGẪU NHIÊN – DƯ THỪA – MÃ HÓA .16 4.1 ĐIỀU CHÊ 16 4.2 NGẪU NHIÊN 17 4.3 DƯ THỪA 18 4.4 MÃ HÓA .19 TÀI LIỆU THAM KHẢM PHIẾU ĐÁNH GIÁ TIỂU LUẬN LỜI NÓI ĐẦU Trong vài thập kỷ qua cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật xử lý tín hiệu số (DSP) và các mạch điện tử số tích hợp cỡ lớn (VLSI), kỹ thuật truyền tin số cũng đồng thời phát triển Với nhiều ưu điểm nổi trội về khả chống nhiễu, về độ tin cậy cũng tính mềm dẻo thiết kế ứng dụng, truyền tin số dần thay thế kỹ thuật truyền tin tương tự đã một thời phát triển rực rỡ Mặc dù có nhiều tính chất tương đồng kỹ thuật tương tự, song kỹ thuật truyền tin số vẫn được coi có sở lý thuyết riêng với những nét đặc thù đặc sắc của nó Bài tiểu luận này cung cấp những kiến thức thiết yếu làm sở cho việc thiết kế xây dựng một hệ truyền tin số, cụ thể là cung cấp thông tin tổng quan về hệ thống thông tin và các khái niệm liên quan tin nhắn số và tương tự, tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR), băng thông kênh truyền, tốc độ thông tin, điều chế, ngẫu nhiên, dữ thừa và mã hóa Bài tiểu luận được biên soạn những bài giảng chọn lọc Bài tiểu luận khó tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn Em xin chân thành cám ơn thầy Hồ Đức Tâm Linh đã tạo những điều kiện tốt nhất để hoàn thành bài tiểu luận môn Thông tin số này Bài tiểu luận gồm chương: CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN CHƯƠNG TÍN HIỆU SỐ – TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ CHƯƠNG TỈ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU – BĂNG THÔNG KÊNH TRUYỀN – TỐC ĐỘ THÔNG TIN CHƯƠNG ĐIỀU CHÊ – NGẪU NHIÊN – DƯ THỪA – MÃ HÓA CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1 QUÁT TRÌNH PHÁT TRIỂN Sơ lược quá trình phát triển các hệ thống thông tin: - Năm 1837: Samuel Morse (1791-1872, American): phát triển hệ thống điện báo Hệ thống này sử dụng các chấm (dot) và gạch (dash) để biểu diển các ký tự Đây được xem là hệ thống liên lạc số đời sớm nhất - Năm 1875: Emile Baudot (1845 -1903, French): đưa hệ thống mã mới, mã Baudot, sử dụng các từ mã có chiều dài để mã hóa các ký tự - Năm 1940 nay: Nền tảng bắt đầu hệ thống thông tin số hiện đại Nyquist xác định tốc độ tín hiệu tối đa truyền qua kênh truyền Sau đó, Nyquist & Hartley đưa kết luận: tồn tại tốc độ dữ liệu tối đa để truyền thông qua kênh có độ tin cậy xác định Shannon đưa những giới hạn bản của hệ thống và công thức về dung lượng kênh truyền Shannon & Hamming xây dựng các mã phát hiện lỗi và sửa lỗi kích thích việc nghiên cứu và có rất nhiều phương pháp mã hóa đời, …… 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN Những hệ thống thông tin (communication system) cụ thể mà người đã sử dụng và khai thác rất đa dạng và phân loại chúng, người ta có thể dựa nhiều sở khác Ví dụ sở lượng mang tin ta có thể phân loại thành: - Hệ thống điện tín dùng lượng một chiều - Hệ thống thông tin vô tuyến điện dùng lượng sóng điện từ - Hệ thống thông tin quang - Hệ thống thông tin dùng sóng âm, siêu âm… Trên sở biểu hiện bên ngoài của thông tin ta có thể phân loại thành: - Hệ thống truyền số liệu - Hệ thống thông tin thoại - Hệ thống truyền hình… Căn cứ vào đặc điểm của tín hiệu đưa vào kênh ta có thể phân loại thành hai loại chinh: - Hệ thống tương tự - Hệ thống số Sơ đồ khối chức của một hệ thống thông tin tổng quát: Hì nh Sơ đồ khố i chứ c Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin số: Hì nh Sơ đồ khố i tổ ng quá t  Nguồn tin là nơi sản sinh hay chứa các tin cần truyền Khi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồn tin đến nhận tin, một dãy các tin của nguồn sẽ được truyền với một phân bố xác suất nào đó Dãy này được gọi là một bản tin (message) Vậy có thể định nghĩa: nguồn tin là tập hợp các tin mà hệ thống thông tin dùng để lập các bản tin khác để truyền Số lượng các tin nguồn có thể hữu hạn hay vô hạn tương ứng với nguồn tin rời rạc hay liên tục  Kênh tin là môi trường truyền lan thông tin Để có thể truyền lan một môi trường vật lý xác định, thông tin phải được chuyển thành dạng tín hiệu thích hợp với môi trường truyền lan Vậy kênh tin là nơi hình thành và truyền tín hiệu mang tin đồng thời ở đấy cũng sản sinh các nhiễu (noise) phá hủy thông tin Trong thực tế kênh tin có rất nhiều dạng khác nhau, ví dụ dây song hành, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, cáp sợi quang, vô tuyến…  Nhận tin là cấu khôi phục lại thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy ở đầu của kênh tin 1.2.1 Hệ thống thông tin số  Một mục tiêu quan trọng thiết kế hệ thống thông tin là giá cả, độ phức tạp và công suất tiêu thụ thấp nhất với bang thông truyền dẫn và thời gian truyền thấp nhất Băng thông là số đo tốc độ truyền tin tức nhanh hay chậm, băng thông có thể thay đổi được và đó, nó là một thông số quan trọng thiết kế hệ thống thông tin Bảng 1.1 là băng thông danh định của ba loại tín hiệu phổ biến Việc sử dụng băng thông và thời gian truyền hiệu quả đảm bảo cho nhiều thuê bao có thể được phục vụ với một băng thông hạn chế và một khoảng thời gian hạn chế BẢNG 1.1 Băng thông danh định của một số tín hiệu Tín hiệu Băng thông Thoại Âm quảng bá Video  Hình trình bày các thành phần một hệ thống thông tin số đầy đủ Thực tế không phải tất cả các hệ thống thông tin số đều có đầy đủ các thành phần thế này Hình Sơ đồ khối chức của hệ thống thông tin số đầy đủ  Khối mã hóa nguồn làm giảm số bit nhị phân yêu cầu để truyền bản tin Việc này có thể xem là loại bỏ các bit dư không cần thiết, giúp cho băng thông đường truyền được sử dụng hiệu quả  Khối mật mã hóa làm nhiệm vụ mật mã hóa bản tin gốc nhằm mục đích an ninh Nó bao gồm cả sự riêng tư (đảm bảo chỉ người phát có quyền với tin truyền mới được nhận nó) và xác thực (đảm bảo chỉ người thu nào mà người phát yêu cầu thì mới được nhận tin)  Khối mã hóa kênh làm nhiệm vụ đưa thêm các bit dư vào tín hiệu số theo một quy luật nào đó, nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chí sửa được cả lỗi xảy kênh truyền Việc này chính là mã hóa điều khiển lỗi, về quan điểm tin tức là tăng thêm độ dư  Khối ghép kênh giúp cho nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường truyền vật lý chung cáp, đường truyền, vô tuyến…Trong thông tin số, kiểu ghép kênh thường là ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), sắp xếp các từ mã PCM nhánh vào một khung TDM Tốc độ bit của tín hiệu ghép kênh sẽ gấp N lần tốc độ bit của tín hiệu PCM nhánh (N là số tín hiệu PCM nhánh ghép vào một khung TDM) và băng thông yêu cầu sẽ tăng lên Khối tách kênh bên thu phân chia dòng bit thu thành các tín hiệu PCM nhánh  Khối điều chế giúp cho dòng tín hiệu số có thể truyền qua một phương tiện vật lý cụ thể theo một tốc độ cho trước, với mức độ méo chấp nhận được, yêu cầu một băng thông tần số cho phép Khối điều chế có thể thay đổi dạng xung, dịch chuyển phổ tần số của tín hiệu đến một băng thông khác phù hợp Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc đầu của bộ điều chế là tín hiệu thông dải Khối giải điều chế bên thu chuyển thành dạng sóng thu được ngược lại thành tín hiệu băng gốc  Khối đa truy cập liên quan đến các kỹ thuật hoặc nguyên tắc nào đó, cho phép nhiều cặp thu phát cùng chia sẻ một phương tiện vật lý chung (như là một sợi quang, một bộ phát đáp của vệ tinh…) Đây là biện pháp hữu hiệu và hợp lý để chia sẻ tài nguyên thông tin hạn chế của các phương tiện truyền dẫn Có một số kiểu đa truy cập, kiểu có những ưu điểm và khuyết điểm riêng 1.2.2 Ưu điểm của thông tin số Qua xem xét các khối chức hệ thống thông tin số ở trên, rõ ràng là hệ thống thông tin số phức tạp so với hệ thống thông tin tương tự Tuy nhiên, thông tin số ngày càng được ưa chuộng các hệ thống thông tin hiện đại và tương lai sẽ thay thế dần các hệ thống thông tin tương tự hiện tồn tại Có thể kể một vài lý của điều này sau: - Thích hợp cho truyền số liệu - Hạ giá thành - Thuận lợi cho nén số liệu - Có khả mã hóa kênh để giảm ảnh hưởng của nhiễu và giao thoa - Dễ cân đối các mâu thuẫn về băng thông, công suất và thời gian truyền để tối ưu hóa việc sử dụng các tài nguyên hạn chế này - Gia tăng việc sử dụng các mạch tích hợp - Giúp cho chuẩn hóa tín hiệu bất kể kiểu, nguồn gốc, dịch vụ… - Là sở để hình thành mạng tích hợp đa dịch vụ ISDN Sự gia tăng yêu cầu liên kết truyền thoại và số liệu là yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của viễn thông 1.2.3 Đường truyền tín hiệu Đường truyền giữa bộ phát và bộ thu có thể là loại có dây hoặc không dây Loại có dây là cáp xoắn đôi, cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang Dù là loại đường truyền nào, tín hiệu cũng bị suy hao, méo, giao thoa, nhiễu…Có thể khắc phục suy hao các bộ khuếch đại hoặc là bộ lặp, khắc phục méo các bộ cân bằng, khắc phục giao thoa và nhiễu các phương pháp xử lý tín hiệu Bản chất của các đường truyền là ảnh hưởng chính đến việc thiết kế bộ phát, bộ thu và bộ lặp Truyền tín hiệu dây dẫn có các ưu điểm sau: - Ít mất tuyến - Năng lượng tín hiệu không bị mất mát nhiều và giao thoa giữa các hệ thống khác ít nghiêm trọng và có thể qua - Các đặc điểm của đường truyền (suy hao và méo) thường ổn định và đễ dàng bù được Tuy nhiên, truyền tín hiệu dây dẫn gặp các khuyết điểm sau: - Việc lắp đặt cáp ngầm hoặc cáp treo thường đắt tiền và cần phải có kế hoạch lâu dài - Thông tin quảng bá yêu cầu kết nối vật lý đến thuê bao phức tạp - Không thực hiện được thông tin di động - Không dễ cấu hình lại mạng Truyền tín hiệu không dây có các ưu điểm sau: - Rẻ và dễ thực hiện - Dễ thông tin quảng bá - Dễ thông tin di động - Dễ dàng và nhanh chóng cấu hình lại mạng, dễ thêm bớt nút mạng Tuy nhiên, truyền tín hiệu không dây gặp các khuyết điểm sau: - Năng lượng tín hiệu bị mất mát nhiều quá trình truyền - Giao thoa giữa các hệ thống khác là một vấn đề nghiêm trọng - Dung lượng hạn chế - Các đặc điểm của đường truyền thường thay đổi không đoán được, đó khó đảm bảo chất lượng thông tin - Phải lạp kế hoạch phân bố tần số cẩn thận cho các hệ thống khác CHƯƠNG TÍN HIỆU SỐ – TÍN HIỆU TƯƠNG TƯ 2.1 GIỚI THIỆU 2.1.1 Định nghĩa tín hiệu Tín hiệu được định nghĩa là biểu diễn vật lý của tin tức Đó là một đại lượng vật lý biến thiên theo thời gian, không gian hay các biến độc lập khác Về mặt toán học, có thể xem tín hiệu là hàm theo một hoặc nhiều biến độc lập Ví dụ như, hàm mô tả tín hiệu thay đổi tuyến tính theo biến thời gian t Hay hàm mô tả tín hiệu theo hai biến độc lập và biểu diễn cho hai biến không gian một mặt phẳng Một ví dụ khác, tín hiệu tiếng nói là sự thay đổi áp suất không khí theo thời gian Nhưng ta không thể biểu diễn tín hiệu tiếng nói là một hàm theo thời gian mà tổng quát, ta chỉ có thể biểu diễn một đoạn (segment) tiếng nói là tổng của nhiều hàm sin khác biên độ, tần số và pha sau: Hình Dạng sóng của từ “away” 2.1.2 Phân loại tín hiệu Có nhiều cách khác để phân loại tín hiệu  Trong một vào ứng dụng, tín hiệu có thể được tạo từ nhiều nguồn hoặc từ nhiều bộ cảm biến Những tín hiệu vậy được gọi là tín hiệu đa kênh (multichannel signals) Ví dụ như, tín hiệu điện tâm đồ (ECG) kênh hoặc 12 kênh  Xét số biến độc lập, ta thấy có những tín hiệu là hàm theo một biến đơn, gọi là tín hiệu một hướng (one – dimensional signals), có những tín hiệu là hàm theo M biến (), gọi là tín hiệu M – hướng (M – dimensional signals) Ví dụ như, tín hiệu ảnh tĩnh là tín hiệu hướng vì ảnh là hàm độ sáng theo hai biến không gian  Xét giá trị của hàm, có thể giá trị đó là một giá trị thực hay phức Do đó ta có thể phân loại tín hiệu thành tín hiệu thực hay phức 2.2 TÍN HIỆU SỚ (DIGITAL SIGNALS) Tín hiệu sớ là tín hiệu thời gian không liên tục và rời rạc Và nó có dạng một làn sóng vuông Nó đại diện cho thông tin ở dạng nhị phân là những cái (1) và số không (0) Số đại diện cho các giá trị cao số đại diện cho các giá trị thấp Các tín hiệu này không có giá trị âm tín hiệu tương tự Hình Tín hiệu digital ON – OFF công nghiệp Sử dụng tín hiệu tương tự giao tiếp có thể gây sự cố Ví dụ, rất khó thực hiện liên lạc đường dài vì tín hiệu bị méo, nhiễu, vv Tín hiệu kỹ thuật số là một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này Chúng ít bị biến dạng Do đó, các tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số để liên lạc rõ ràng và chính xác Điện thoại kỹ thuật số, máy tính và các thiết bị điện tử khác sử dụng tín hiệu kỹ thuật số 10 Hình Ứng dụng tín hiệu Digital vào điều khiển bơm 2.3 TÍN HIỆU TƯƠNG TƯ (ANALOG SIGNALS) Tín hiệu tương tự là một tín hiệu liên tục và nó thay đổi theo thời gian Một sóng hình sin đại diện cho tín hiệu này, đó, biên độ, chu kỳ và tần số là một số yếu tố để mô tả hành vi của nó Biên độ là độ cao tối đa của tín hiệu Tần số là số chu kỳ một đơn vị thời gian Chu kỳ là thời gian để hoàn thành một chu kỳ Hình Tín hiệu tương tự (analog signals) 11 Rất khó để phân tích một tín hiệu tương tự vì nó chứa một số lượng lớn các giá trị Nó chứa các giá trị âm và giá trị dương Hơn nữa, mức tiêu thụ điện của một thiết bị analog cao Thông thường, các tín hiệu tương tự có xu hướng giảm chất lượng truyền dẫn vì sự biến dạng Một ví dụ phổ biến cho tín hiệu này cuộc sống hàng ngày của chúng ta là giọng nói của người Ưu điểm:  Ngày nay, ngành sản xuất các thiết bị thông tin liên lạc, camera quan sát,… Và các hệ thống bộ đàm Analog đều sử dụng kiểu điều chế tần số FM  Kiểu điều chế này tạo tín hiệu diễn liên tục với tín hiệu âm Nhờ cách tích hợp một hệ thống đơn giản vậy vào đơn chip Giá thành của các thiết bị Analog so với các thiết bị Digital thấp rất nhiều  Lưu lượng tín hiệu analog không gặp bất cứ vấn đề gì về mạng hoặc rủi ro truyền tải Băng thông truyền qua cáp đồng trục hầu không giới hạn nên bạn có thể hoàn toàn yên tâm  Hơn nữa hình ảnh, âm sử dụng tín hiệu tương tự không bị ảnh hưởng Hoặc nhiễu bởi các vấn đề bên ngoài hệ thống giám sát hình ảnh Tuy nhiên, việc sử dụng các thiết bị tín hiệu Analog giảm dần sự đời của tín hiệu kỹ thuật số Nhược điểm:  Là nền tảng của các dòng thiết bị số sau này Nên nó cũng tồn tại nhiều khuyết điểm Đó là lắp đặt các thiết bị Analog khá rắc rối và không thẩm mỹ thiết bị Digital  Bên cạnh đó dữ liệu của tín hiệu Analog dễ bị tác động có đó trực tiếp tác động đến thiết bị hoặc cáp truyền tải 12  Trên kênh tần số liên lạc nó chỉ cho phép nhóm liên lạc cùng cùng một thời điểm Không được hỗ trợ các phần mềm, ứng dụng,… 2.4 SƯ KHÁC BIỆT GIỮA TÍN HIỆU TƯƠNG TƯ VÀ TÍN HIỆU SỐ: BẢNG 1.2 Sự khác biệt giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số Khái niệm Phân tích Đại diện Phạm vi Méo Lưu trữ Ví dụ Tín hiệu tương tự Tín hiệu tương tự là một tín hiệu liên tục thay đổi một khoảng thời gian Tín hiệu số Tín hiệu số là một tín hiệu rời rạc mang thông tin ở dạng nhị phân Khó phân tích Dễ dàng phân tích Được đại diện bởi một làn sóng sin Chứa một số lượng lớn các giá trị có thể là dương hoặc âm Nó có xu hướng bị bóp méo nhiều Lưu trữ dữ liệu dưới dạng tín hiệu sóng Vì vậy, nó đòi hỏi một bộ nhớ vô hạn Lời nói của người, điện áp tức thời và dòng điện là một số ví dụ về tín hiệu tương tự Một sóng vuông đại diện cho tín hiệu này Đứng một phạm vi hữu hạn Nó có thể có hoặc Nó có xu hướng ít bị bóp méo 13 Lưu trữ dữ liệu ở dạng nhị phân Tín hiệu Máy tính, trình điều khiển quang và điện thoại kỹ thuật số CHƯƠNG TỈ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU – BĂNG THÔNG KÊNH TRUYỀN – TỐC ĐỘ THÔNG TIN 3.1 TỈ SỐ TÍN HIỆU TRÊN NHIỄU (SNR) Khi kênh truyền lỗi (không có tín hiệu), sự hiện diện của tín hiệu điện kênh sẽ là Tuy nhiên, thực tế, vẫn tồn tại các biến đổi ngẫu nhiên kênh – gọi là mức nhiễu đường dây (line noise level) Khi tín hiệu truyền bị suy hao, biên độ của tín hiệu có thể bị giảm xuống dưới mức nhiễu nền Vì vậy, một thông số quan trọng liên quan đến môi trường truyền là tỷ số công suất trung bình của tín hiệu thu S, công suất của mức nhiễu N Tỷ số này được gọi là tỷ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) và thường được biểu diễn decibel Ta có: Rõ ràng là tỷ số SNR cao có nghĩa là công suất tín hiệu cao so với mức nhiễu hiện hành, kết quả là chất lượng của tín hiệu tốt Ngược lại, tỷ số SNR thấp nghĩa là chất lượng của tín hiệu tời 3.2 BĂNG THƠNG KÊNH TRÙN Bất kỳ môi trường truyền dẫn nào cũng đều có một băng thông xác định Băng thông này là dải các thành phần tần số sin có thể truyền qua kênh mà không bị méo Theo Fourier, tín hiệu tuần hoàn có thể được phân tích thành tổng của vô số tín hiệu sin có tần số là tần số bản và là bội số của tần số bản Tín hiệu số truyền chính là tín hiệu nhị phân ngẫy nhiên, để phân tích, ta có thể xem tín hiệu này là các dãy tuần hoàn là 101010…,110110,…11101110…Vậy tín hiệu số truyền bao gồm nhiều thành phần tần số nên chỉ những tần số nằm băng thông của 14 kênh mới có thể thu được mà không bị méo Băng thông của kênh càng lớn thì tín hiệu thu càng gần với tín hiệu gốc Định lý Nyquist xác định tốc độ truyền tin cực đại qua một kênh không nhiễu là C được tính sau: Ở W là băng thông của kênh (tính Hz) và M là số mức tín hiệu Nếu thêm vào tín hiệu thông tin các bit cho các mục đích khác thì tốc độ dữ liệu có ích sẽ thấp tốc độ bit thực sự Do đó, ta truyền thông tin qua một kênh, ta có ba tốc độ: signaling rate (tốc độ ký hiệu), tốc độ bit (bit rate) và tốc độ dữ liệu (data rate) – ba tốc độ này có thể hoặc khác Một khái niệm khác có liên quan đến băng thông của kênh đó là hiệu quả sử dụng băng thông (bandwidth efficiency) của kênh truyền – ký hiệu là B và được tính sau: Ở R là tốc độ bit, là chu kỳ của ký hiệu, là khoảng thời gian của một bit – là nghịch đảo của R Từ có thể thấy tốc độ bit càng cao thì hiệu quả sử dụng băng thơng của kênh càng cao 3.3 TỚC ĐỢ THƠNG TIN Tốc độ thông tin lơn nhất của kênh truyền có liên quan đến tỷ số SNR và có thể xác định công thức Shannon và Hartley sau: 15 CHƯƠNG ĐIỀU CHẾ – NGẪU NHIÊN – DƯ THỪA – MÃ HÓA 4.1 ĐIỀU CHẾ  Điều chế (modulation) nói chung là làm biến đổi các đặc tính của một tín hiệu theo một tín hiệu khác Trong hệ thống thông tin, tín hiệu bị biến đổi gọi là sóng mang (carrier) và tín hiệu gây sự biến đổi đó gọi là tín hiệu mang tin (information signal) Có thể định nghĩa điều chế là sự biến đổi các thông số của sóng mang theo tín hiệu mang tin  Mục địch chính của điều chế là gắn tín hiệu mang tin (thường là băng gốc baseband) vào tín hiệu sóng mang có phổ thích hợp hơn, tạo thành tín hiệu thông dải (bandpass signal) để:  Làm cho tín hiệu mang tin tương ứng với các đặc điểm của kênh truyền  Kết hợp các tín hiệu lại với (sử dụng ghép kênh phân tần số) rồi truyền qua một môi trường vật lý chung  Bức xạ tín hiệu dùng các antenna có kích thước phù hợp thực tế  Định vị phổ vô tuyến nhằm giữ cho giao thoa giữa các hệ thống ở dưới mức cho phép  Ở bên thu, quá trình diễn ngược lại so với bên phát: tách lại tín hiệu mang tin băng gốc từ tín hiệu thông dải Quá trình này được gọi là giải điều chế (demodulation) hay tách sóng (detection)  Phân loại điều chế: có các loại điều chế sau:  Điều chế nhị phân (binary modulation)  Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying)  Điều chế khóa dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying)  Điều chế khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying) 16 4.2 NGẪU NHIÊN Tính ngẫu nhiên đóng một vai trò quan trọng giao tiếp Như đã đề cập trước đó, một những yếu tố hạn chế tốc độ truyền thông là tiếng ồn, là một tín hiệu ngẫu nhiên Tính ngẫu nhiên cũng được kết hợp chặt chẽ với thông tin Thật vậy, ngẫu nhiên là bản chất của giao tiếp Tính ngẫu nhiên có nghĩa là không thể đoán trước hoặc không chắc chắn về kết quả Nếu một nguồn không có tính chính xác hoặc không chắc chắn, thì nó sẽ được biết trước và sẽ không truyền tải thông tin nào Xác suất là thước đo chắc chắn và thông tin gắn liền với xác suất Nếu một người nháy mắt, nó sẽ truyền đạt một số thông tin một ngữ cảnh cụ thể Nhưng nếu một người nháy mắt liên tục 17 theo nhịp đều đặn của đồng hồ, thì điều đó sẽ chẳng có ý nghĩa gì Tính không thể đoán trước của nháy mắt là những gì cung cấp thông tin cho tín hiệu Tuy nhiên, điều thú vị là từ quan điểm kỹ thuật, thông tin được liên kết với một cách không chắc chắn Thông tin của một thông điệp, theo quan điểm kỹ thuật, được định nghĩa là một đại lượng tỷ lệ thuận với thời gian tối thiểu cần thiết để truyền tải nó Ví dụ, hãy xem xét mã Morse Trong mã này, sự kết hợp giữa dấu và khoảng trắng (từ mã) được gán cho chữ cái Để giảm thiểu thời gian truyền, từ mã ngắn được gán cho các chữ cái xuất hiện thường xuyên (có thể xảy hơn) (chẳng hạn x, q và z) Do đó, thời gian cần thiết để truyền một thông điệp liên quan chặt chẽ đến xác suất xuất hiện của nó Đối với tín hiệu số, thời gian truyền tổng thể được giảm thiểu nếu một thông báo (hoặc ký hiệu) xác suất P được gán một từ mã có độ dài tỷ lệ với log(1/P) Do đó, từ quan điểm kỹ thuật, thông tin của một thông báo với xác suất P được tính theo log(1/P) Tín hiệu ngẫu nhiên có các đặc điểm sau:  Không biết chắc chắn về sự biến thiên của tín hiệu  Không biết chắc giá trị của tín hiệu trước nó xuất hiện  Mô hình toán học: biểu diễn xác suất hoặc các trị trung bình thống kê 4.3 DƯ THỪA Dư thừa cũng đóng một vai trò quan trọng giao tiếp Nó là điều cần thiết để giao tiếp đáng tin cậy Do dư thừa, chúng ta có thể giải mã chính xác một tin nhắn mặc dù có lỗi tin nhắn nhận được Dư thừa giúp chống lại tiếng ồn Tất cả các ngôn ngữ đều thừa Ví dụ, tiếng Anh thừa khoảng 50%, nghĩa là, trung bình chúng ta có thể bỏ một nửa số chữ cái hoặc từ mà không hủy thư Điều này cũng có nghĩa là bất kỳ tin nhắn tiếng Anh nào, trung bình người nói hoặc người 18 viết có một nửa số chữ cái hoặc từ ngữ miễn phí Một nửa còn lại được xác định bởi cấu trúc thống kê của ngôn ngữ Nếu loại bỏ hết phần tiếng Anh thừa, thì việc truyền một bức điện hoặc cuộc điện đàm sẽ mất khoảng một nửa thời gian Tuy nhiên, nếu lỗi xảy ở người nhận, sẽ rất khó để hiểu thông báo đã nhận Do đó, phần dư thừa một thông báo đóng một vai trò hữu ích việc chống nhiễu kênh Nguyên tắc dư thừa này cũng được áp dụng các thông điệp mã hóa Một sự dư thừa có chủ ý được sử dụng để chống lại tiếng ồn 4.4 MÃ HÓA Mã hóa là phương pháp để biến thông tin (phim ảnh, văn bản, hình ảnh,…) từ định dạng bình thường sang dạng thông tin không thể hiểu được nếu không có phương tiện giải mã Mục đích của việc mã hóa: - Định dạng, để chuyển tin từ dạng gốc tự nhiên sang dạng chuẩn, ví dụ sang dạng số PCM - Mã hóa đường, để đảm bảo dạng sóng của ký tự truyền phù hợp với các đặc điểm của kênh truyền - Mã hóa nguồn (source encoding), nhằm giảm số ký tự trung bình yêu cầu để truyền bản tin - Mật mã hóa (encryption), để mã hóa bản tin một khóa mật mã nhằm tránh sự xâm nhập trái phép, đảm bảo độ an toàn cho thông tin - Mã hóa kênh truyền (channel encoding), cho phép bên thu có thể phát hiện, kể cả sửa được các lỗi bản tin thu để tăng độ tin cậy của thông tin Mã hóa điều khiển lỗi còn được gọi là mã hóa kênh (channel encoding) được sử dụng để phát hiện và sửa các ký tự hay các bit thu bị lỗi Mã hóa phát hiện lỗi (error detection coding) được sử dụng 19 là bước đầu tiên của quá trình sửa lỗi cách kích cho đầu cuối thu phát tín hiệu yêu cầu lặp lại tự động ARQ (Automatic Repeat reQuest), truyền theo hướng ngược lại về cho đầu cuối phát Nếu quá trình truyền lại thành công thì coi là đã sửa được lỗi Nếu kỹ thuật ARQ không thích hợp, chẳng hạn trễ truyền dẫn quá lớn thì sẽ sử dụng kỹ thuật mã hóa sửa lỗi không phản hồi FECC (Forward Error Correction Coding) Cả mã phát hiện lỗi và mã sửa lỗi đều đưa thêm độ dư vào dữ liệu phát, đó độ dư thêm vào mã sửa lỗi nhiều mã phát hiện lỗi Lý là đối với mã sửa lỗi, độ dư thêm vào phải đủ cho bên thu không chỉ phát hiện được lỗi mà còn sửa được lỗi, không cần phải truyền lại 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lathi B.P.,: Modern Digital and Analog Communication Systems, Oxford University Press Trung tâm thông tin bưu điện, 1998: CDMA – Nguyên lý thông tin trải phổ, NXB Thanh Niên Nguyễn Viết Kính – Trịnh Anh Vũ: Thông tin số, NXB Giáo dục Proakis J.G., 1995: Digital Communication, McGraw Hill, New York Rappaport T.S., 1996: Wireless Communication: Princuples and Practice, Prentice Hall John B Anderson, 1999: Digital Transmission Engineering, IEEE Press & Prentice Hall TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC CỢNG HỊA XÃ HỢI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ & CNVL Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU ĐÁNH GIÁ TIỂU LUẬN Học kỳ Năm học 2021 – 2022 Cán bộ chấm thi Cán bộ chấm thi Nhận xét: xét: Nhận Điểm đánh giá của CBChT1: Điểm đánh giá của CBChT2: Bằng số: Bằng số: Bằng chữ: Bằng chữ: Điểm kết luận: chữ: Bằng số Bằng Thừa Thiên Huế, ngày …… tháng …… năm 20… CBChT1 (Ký ghi rõ họ tên) CBChT2 (Ký ghi rõ họ tên) ... một hệ truyền tin số, cụ thể là cung cấp thông tin tổng quan về hệ thống thông tin và các khái niệm liên quan tin nhắn số và tương tự, tỷ số tín hiệu nhiễu (SNR), băng thông. .. điểm và khuyết điểm riêng 1.2.2 Ưu điểm của thông tin số Qua xem xét các khối chức hệ thống thông tin số ở trên, rõ ràng là hệ thống thông tin số phức tạp so với hệ thống. .. với hệ thống thông tin tương tự Tuy nhiên, thông tin số ngày càng được ưa chuộng các hệ thống thông tin hiện đại và tương lai sẽ thay thế dần các hệ thống thông tin tương tự