Để truyền dữ liệu số bằng cách sử dụng tín hiệu tương tự, thì phương pháp truyền thường gặp là truyền dữ liệu số qua mạng điện thoại công cộng. Mang điện thoại được thiết kế để nhận, chuyển mạch và truyền các tín hiệu tượng tự trong dải tần số tiếng nói từ 300 -3400Hz. Dải tần này thì không thích hợp cho việc truyền các tín hiệu số. Tuy nhiên, các thiết bị số đã được gắn vào thông qua một modem, để thực hiện chuyển đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại.
Các công nghệ mã hóa: Có 3 công nghệ mã hóa hay điều chế được sử dụng để
biến đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự. - Amplitude Shift Keying
- Frequency Shift Keying - Phase Shift Keying
Điều biên(ASK)
Trong phương pháp điều biên thì ta có 2 giá trị nhị phân được biểu diễn bởi 2 biên độ tần số khác nhau của sóng mang. Thông thường, một giá trị có biên độ là 0, khác với sự vắng mặt của sóng mang, thì giá trị kia là một số nhị phân được biểu diễn bởi một giá trị với biên độ là một hằng của sóng mang. Tín hiệu nhận được là
tại vị trí mà tín hiệu sóng mang bằng Acos(2πfct). Phương pháp điều chế ASK thì dễ bị
ảnh hưởng với các thay đổi lớn bất thường và nó là một kỹ thuật điều chế khá thiếu hiệu quả. Trên các đường truyền âm thanh, tốc độ của tín hiệu chỉ đạt tới 1200bps.
Phương pháp điều chế ASK thường được sử dụng để truyền dữ liệu số qua đường cáp quang. Đối với các máy phát diod, để phương trình trên là hợp lệ. Lúc đó, một phần tử tín hiệu sẽ được biểu diễn bởi một xung ánh sáng trong khi phần tử còn lại được biểu diễn bởi sự vắng mặt của ánh sáng.
Điều tần(FSK)
Trong phương pháp điều tần, hai giá trị nhị phân được biểu diễn hai tần số khác nhau của sóng mang. Tín hiệu kết quả là:
s(t) = Acos(2πfct) bit 1
0 bit 0
s(t) = Acos(2πf1t) bit 1
tại vị trí tần số f1 và f2, đều đặt cách nhau một khoảng tần số fc bằng nhau và nằm về hai hướng ngược nhau.
PSK ASK
FSK
Figure 4.7 Modulation of analog signals for digital data
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
Hình 4.8 cho thấy một ví dụ về việc sử dụng phương pháp FSK để mô tả hoạt
động song công hoàn toàn qua đường âm thanh. Hình minh họa này là một kỹ thuật được sử dụng cho modem BELL 108. Nhắc lại rằng đường truyền âm thanh thì thuộc dải tần số từ 300 đến 3400Hz và ý nghĩa của việc truyền song công hoàn toàn là tín hiệu có thể truyền theo hai chiều cùng một thời điểm. Các điều kiện để thực hiện song công hoàn toàn đối với các tín hiệu truyền, là băng thông của kênh thông tin được tách ra tại tần số 1700 Hz. Trong một hướng ( truyền hoặc nhận), các tần số được sử dụng để biểu diễn 1 và 0 được đặt vào điểm giữa có tần số 1170Hz, với sự dịch chuyển tần số là 100Hz về mỗi phía. Hoạt động xen kẽ giữa 2 tần số sẽ sinh ra tín hiệu có trải phổ được biểu thị là một vùng tối bên trái hình 4.8. Tương tự như vậy, đối với hướng ngược lại ( nhận hoặc truyền) modem sử dụng các tần số cách nhau là 100Hz về mỗi phía của trung tâm tần số 2125 Hz. Trải phổ của tín hiệu này được biểu thị ở vùng tối bên phải trên hình vẽ 4.8. Chú ý rằng là có hiện tượng chồng lấp không lớn về tần số và do đó có sự giao thoa nhỏ.
Tín hiệu FSK ít bị lỗi hơn so với tín hiệu ASK. Trên các đường truyền âm thanh, tốc độ thường được sử dụng là 1200bps. Phương pháp này cũng thường được sử dụng để truyền sóng radio cao tần(3-30MHz). Thậm chí nó còn được sử dụng ở các tần số cao hơn trên các mạng cục bộ mà sử dụng cáp đồng trục.
Điều pha(PSK)
Trong phương pháp PSK, pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi để biểu diễn dữ liệu. Hình vẽ dưới cùng của hình 4.7 là một ví dụ về hệ thống 2 pha. trong hệ thống này, một số 0 nhị phân được biểu diễn bằng cách gửi đi một tín hiệu liên tục cùng pha với tín hiệu liên tục trước đó. Một số 1 nhị phân được biểu diễn bằng cách gửi đi một tín hiệu liên tục ngược pha với tín hiệu trước đó. Phương pháp này được gọi là PSK vi phân, như là sự thay đổi về pha được tham chiểu tới một bit được truyền trước đó hơn là sự tham chiếu tới một vài tín hiệu bất biến. Tín hiệu kết quả là
liên quan đến pha đo được ở thời bit trước đó.
s(t) = Acos(2πfct + π) bit 1
Băng thông sử dụng có thể đạt được hiệu quả cao hơn nếu mỗi một phần tử tín hiệu có thể biểu diễn nhiều hơn một bit. Chẳng hạn, thay vì một sự đổi pha 180 độ, như cho phép trong PSK, một kỹ thuật mã hóa chung được biết đến như là sự dịch pha vuông góc(Quadrature -PSK) sử dụng các sự thay đổi pha với nhiều góc 90 độ.
Như vậy, mỗi phần tử tín hiệu sẽ đại diện cho 2 bit.
Lược đồ này có thể được mở rộng. Nó có khẳ năng truyền 3bit tại cùng một thời điểm với việc sử dụng 8 góc pha khác nhau. Hơn nữa, mỗi góc pha co thể có nhiều hơn một biên độ. Chẳng hạn, một chuẩn modem có tốc độ 9600bps sử dụng 12 pha, thì truyền được 4 bit với mỗi pha sẽ có 2 giá trị biên độ( hình 4.9).
Ví dụ vừa rồi chỉ ra sự khác nhau khá rõ gữa tốc độ dữ liệu R(bps) và tốc độ điều chế D(baud) của một tín hiệu. Chúng ta giả sử rằng lược đồ này được sử dụng cho tín hiệu vào là NRZ-L. Tốc độ dữ liệu là R=1/tb, với tb là thời gian truyền của mỗi bit. Tuy nhiên tín hiệu được mã hóa chứa l=4 bit trên mỗi phần tử của tín hiệu sử dụng với L=16 trạng thái kết hợp khác nhau của pha và biên độ. Tốc độ điều chế có thể nhận thấy là R/4, bởi vì mỗi phần tử tín được truyền là 4 bit. Như vậy, với tốc độ dòng tín hiệu là 2400bps thì tốc độ dữ liệu là 9600bps. Đây là lý do mà tốc độ bit đạt được cao hơn qua các đường âm thanh bằng việc sử dụng các lược đồ điều chế phức tạp hơn.
- 85 - s(t) = Acos(2πfct + 450) bit 11 Acos(2πfct +1350) bit 10 Acos(2πfct +2250) bit 00 Acos(2πfct +3150) bit 01 0111 0110 0010 0001 0011 0101 0100 0000 1000 1011 1001 1010 1110 1101 Phase- reference signal 1111 1100
CHƯƠNG V
GIAO DIỆN GIAO TIẾP DỮ LIỆU
Chương này được trình bày thành các mục chính được sắp xếp như sau:
• Các khái niệm cơ bản về truyền số liệu.
• Thông tin nối tiếp không đồng bộ
• Thông tin nối tiếp đồng bộ
• Mạch điều khiển truyền số liệu
• Các thiết bị điều khiển
Mục đích : Giúp sinh viên hiểu rõ các khái niệm cơ bản về truyền số liệu, như các chế
độ thông tin Đơn công (one way hay simplex), Bán song công (either way hay half- duplex), Song công hoàn toàn (both way hay full-duplex ).
Cách thức truyền bất đồng bộ, trong đó các ký tự dữ liệu mã hoá thông tin được truyền đi tại những thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai kí tự không cần thiết phải là một giá trị cố định. Phương pháp truyền này thường được dùng khi truyền dạng dữ liệu phát sinh theo những khoảng thời gian ngẫu nhiên.
Cách thức truyền bất đồng bộ, đó là cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau, và trong hệ thống truyền ký tự khoảng thời gian từ bit cuối của ký tự này đến bit đầu của ký tự kế tiếp bằng không hoặc bằng bội số tổng thời gian cần thiết truyền hoàn chỉnh một ký tự.
Những vấn đề kiểm soát lỗi. Trong quá trình truyền luồng bit giữa hai DTE, rất thường xảy ra sai lạc thông tin, có nghĩa là mức tín hiệu tương ứng với bit 0 bị thay đổi làm cho máy thu dịch ra là bit 1 và ngược lại, đặc biệt khi có khoảng cách vật lí truyền khá xa ví dụ như dùng mạng PSTN để truyền.Vì thế, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị cần có phương tiện phát hiện các lỗi có thể xảy ra và khi xảy ra lỗi nên có phương tiện sửa chữa chúng. Những vấn đề điều khiển luồng dữ liệu. Nếu số lượng dữ liệu truyền giữa hai thiết bị là nhỏ, thiết bị phát có thể truyền tất cả dữ liệu ngay đồng thời vì có máy thu có đủ tài nguyên để nhận dữ liệu. Tuy nhiên, trong nhiều tình huống truyền tín điều kiện này không thể có. Do đó chúng ta phải dùng một phương pháp điều khiển luồng dữ liệu để đảm bảo máy thu không bỏ qua bất ký phần dữ liệu nào do không đủ tài nguyên để lưu giữ.
Figure 4.9 Phase angles for 9600bps transmission
Các giao thức liên kết. Về cơ bản, một giao thức là một tập hợp các tiêu chuẩn hay quy định phải tuân theo bởi cả hai đối tác ở hai dầu, nhằm đảm bảo thông tin đang trao đổi xuyên qua một liên kết số liệu nối tiếp được tiếp nhận và được biên dịch ra một cách chính xác. Bên cạnh kiểm soát lỗi và điều khiển luồng, giao thức liên kết số liệu cũng định nghĩa những chi tiết sau: Khuôn dạng của mẫu số liệu đang trao đổi, nghĩa là số bit trên một phần tử thông tin và dạng lược đồ mã báo đang được dùng. Dạng và thứ tự các thông điệp được trao đổi để đạt được độ tin cậy giữa hai đối tác truyền.
Các hình thức truyền :Truyền song song Truyền nối tiếp, Mã truyền (transmission code), Các đơn vị dữ liệu (data unit), Giao thức (protocol), Hoạt động kết nối, Đường nối và liên kết. cũng là những điều cần thiết mà sinh viên phải nắm được
Những vấn đề về đồng bộ bit, đồng bộ ký tự, Các nguyên tắc đồng bộ, Để thực hiện được các phương thức truyền một cách cụ thể, các nhà chế tạo đã cung cấp một loạt các IC chuyên dùng, các IC này chính là phần cứng vật lí trong một hệ thống thông tin, chúng hoạt động theo nguyên tắc của kỹ thuật số và vì vậy chế độ truyền đồng bộ hay bất đồng bộ phụ thuộc vào việc sử dụng đồng hồ chung hay riêng khi truyền tín hiệu số đi xa.
Yêu cầu : Mỗi sinh viên khi đọc hiểu chương này phải tự mình đánh giá kiến thức của
mình theo các vấn đề chính sau :
• Các chế độ thông tin, các chế độ truyền
• Những vấn đề kiểm soát lỗi, điều khiển luồng dữ liệu, các giao thức liên kết
• Các nguyên tắc đồng bộ bit và đồng bộ ký tự
5.1.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU. 5.1.1.Các chế độ thông tin (Communication Modes)
Khi một người đang diễn thuyết thì thông tin được truyền đi chỉ theo một chiều.Tuy nhiên, trong một cuộc đàm thoại giữa hai người thì thông điệp được trao đổi theo hai hướng .Các thông điệp này thường được trao đổi lần lượt nhưng cũng có thể xảy ra đồng thời.Tương tự, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị, có thể dùng một trong 3 chế độ thông tin sau :
Đơn công (one way hay simplex) : được dùng khi dữ liệu được truyền chỉ theo một hướng, ví dụ trong một hệ thống thu nhập số liệu định kì.
đáp lại khi đáp ứng một yêu cầu từ thiết bị kia. Rõ ràng hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền.
Song công hoàn toàn (both way hay full-duplex ) :được dùng khi số liệu được trao đổi giữa hai thiết bị theo cả hai hướng một cách đồng thời.