Bài giảng truyền dữ liệu

Chia sẻ: Trinh Cong Son | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

283
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dữ liệu bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu, thông qua nó con ngƣời hiểu nhau . . .. Trong hệ thống truyền thông, thƣờng ngƣời ta không phân biệt dữ liệu và tin tức.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng truyền dữ liệu

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN: KỸ THUẬT MÁY TÍNH KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI GIẢNG TRUYỀN DỮ LIỆU TÊN HỌC PHẦN : TRUYỀN DỮ LIỆU MÃ HỌC PHẦN : 17305 TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DÙNG CHO SV NGÀNH HẢI PHÒNG - 2010
M ỤC L Ụ C Chƣơ ng I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ................................................................................. 4 1.1. Tin tức - dữ liệu - tín hiệu ........................................................................................... 4 1.2 Mã hóa dữ liệu ............................................................................................................. 5 1.3 Các phƣơng pháp truyền tin ...................................................................................... 17 Chƣơ ng II: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG ........................................................................ 19 2.1. Giới thiệu về hệ thống truyền thông .......................................................................... 19 2.2 Hệ thống truyền số liệu .............................................................................................. 21 2.3. Các hệ thống truyền số liệu thƣờng gặp..................................................................... 22 2.4. Môi trƣờng truyền tin................................................................................................ 24 2.5. Các chuẩn giao tiếp truyền thông .............................................................................. 37 2.6. Mạng truyền thông.................................................................................................... 49 Chƣơ ng III: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU ..................................................................... 50 3.1. Giới thiệu về kỹ thuật truyền số liệu.......................................................................... 50 3.2. Kỹ thuật định khung trong truyền số liệu .................................................................. 50 3.3. Kỹ thuật truyền nối tiếp không đồng bộ .................................................................... 51 3.4. Kỹ thuật truyền nối tiếp đồng bộ ............................................................................... 53 3.5. Các kỹ thuật truy nhập đƣờng truyền ........................................................................ 59 Chƣơ ng IV: CÁC VẤN ĐỀ TRONG TRUYỀN SỐ LIỆU .................................................. 63 4.1. Vấn đề phát hiện sai và sửa sai.................................................................................. 63 ..................................................................................................... 74 ............................................................................................. 87 ƣu l ng .................................................................................... 87 ều khiển khắc phục lỗi .............................................................................. 91 ảm bảo chất lƣợng dịch vụ .......................................................................... 94 Chƣơ ng V: MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆ U ............................................................................ 102 5.1. Tổng quan............................................................................................................... 102 5.2. Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI. TCP/IP .......................................................... 104 5.3. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch ............................................................. 106 5.4. Kỹ thuật LAN ......................................................................................................... 109 -1-
YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT Tên học phần: Kỹ thuật Truyền dữ liệu Loại học phần: 1 Bộ môn phụ trách giảng dạy: Kỹ thuật máy tính Khoa phụ trách: CNTT Mã học phần: 17305 Tổng số TC: 2 TS tiết Lý thuyết Thực hành/Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học 45 45 0 0 0 0 Điều kiện tiên quyết: Sinh viên phải học xong các học phần sau mới đƣợc đăng ký học phần này: Kiến trúc máy tính, Mạch và tín hiệu, Lý thuyết truyền tin, Kỹ thuật Vi xử lý, Nguyên lý hệ điều hành, Cấu trúc dữ liệu Mục tiêu của học phần: - Cung cấp cho sinh viên những khái niệm tổng quan về K ỹ thuật truyền số liệu, Mạng truyền thông... Nội dung chủ yếu - Chƣơng I: Tổng quan - Chƣơng II: Hệ thống truyền thông - Chƣơng III: Kĩ thuật truyền số liệu - Chƣơng IV: Các vấn đề cơ bản trong truyền thông - Chƣơng V: Mạng truyền số liệu Nội dung chi tiết của học phần: PHÂN PHỐI SỐ TIẾT TÊN CHƢƠNG MỤC TS LT BT TH KT Chƣơng I: Tổng quan 9 9 1.1. Một số khái niệm về thông tin 2 1.2. Mã hoá dữ liệu 3 1.3. Cách truyền thông tin trên đƣờng truyền 2 1.4. Những vấn đề cơ bản trong truyền thông 2 Chƣơng II: Hệ thống truyền thông 6 5 1 2.1. Hệ thống truyền thông 1 2.2. Phƣơng tiện truyền tin 3 2.3. Các chuẩn giao tiếp trong truyền thông 1 1 Chƣơng III: Kĩ thuật truyền số liệu 8 8 3.1. Tổng quan 1 3.2. Các kỹ thuật truyền số liệu 7 Chƣơng IV: Các vấn đề cơ bản trong truyền thông 9 8 1 4.1. Tổng quan 1 4.2. Mã hoá phát hiện sai, sửa sai 4 1 4.3. Kiểm soát đƣờng truyền 3 Chƣơng V: Mạng truyền số liệu 13 12 1 -2-
5.1. Tổng quan 1 5.2. Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI, TCP/IP 2 5.3. Phân loại mạng theo kỹ thuật chuyển mạch 3 5.4. Kĩ thuật mạng cục bộ 2 1 5.5. Mạng vô tuyến và mạng vệ tinh 2 5.6. Mạng truyền dữ liệu IDSN/ DSL 3 Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dự các buổi thuyết trình của giáo viên, tự học, tự làm bài tập do giáo viên giao, tham dự các bài kiểm tra định kỳ và cuối kỳ. Tài liệu học tập: William Stalling, Data Computer and Communication Đặng Văn Chuyết, Lý thuyết truyền tin, NXB Giáo dục Nguyễn Văn Thông, Cơ sở kỹ thuật Truyền số liệu, NXB Khoa học kỹ thuật Quách Tuấn Ngọc, Xử lí tín hiệu số, NXB Giáo dục Nguyễn Thúc Hải, Mạng máy tính và hệ thống mở, NXB Giáo dục Nguyễn Hồng Sơn, Kĩ thuật truyền số liệu, NXB Lao động – Xã hội Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Đánh giá dựa trên tình hình tham dự buổi học trên lớp, các buổi thực hành, điểm kiểm tra thƣờng xuyên và điểm kết thúc học phần. - Hình thức thi cuối kỳ: thi viểt rọc phách, thời gian làm bài: 75 phút Thang điểm: Thang điểm chữ A, B, C, D, F Điểm đánh giá học phần Z = 0.2X + 0.8Y. Bài giảng này là tài liệu chính thức và thống nhất của Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin và đƣợc dùng để giảng dạy cho sinh viên. Ngày phê duyệt: 15 / 6 / 2010 Trƣởng Bộ môn: ThS. Ngô Quốc Vinh -3-
Chƣơng I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Tin tức - dữ liệu - tín hiệu Dữ liệu (Data): bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị đƣợc diễn tả dƣới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con ngƣời hay máy móc. Thông Tin (Information): Ý nghĩa mà con ngƣời qui cho dữ liệu theo các qui ƣớc cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu, thông qua nó con ngƣời hiểu nhau . . .. Trong hệ thống truyền thông, thƣờng ngƣời ta không phân biệt dữ liệu và tin tức. Thông tin khi truyền: Theo các dạng năng lƣợng khác nhau: Âm, điện, sóng quang, sóng điện Vật mang tin: Môi trƣờng dùng để mang thông tin (Là dạng năng lƣợng - Có khả năng lƣu trữ, truyền gửi thông tin...) Tín hiệu (Signal): là tin tức, dữ liệu đã đƣợc chuyển đổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và /hoặc chuyển đổi) cho phù hợp với môi trƣờng truyền thông. Bản chất tín hiệu vốn là một hàm đơn trị biến thiên theo thời gian hay tần số. Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tƣơng tự và tín hiệu số. Tín hiệu tương tự (analog) :  Tín hiệu có bất cứ giá trị nào trong một khoảng thời gian xác định.  Tín hiệu tƣơng tự quen thuộc có dạng hình sin. Một tín hiệu tƣơng tự có thể đƣợc số hóa để trở thành tín hiệu số.  Ba đặc điểm chính của tín hiệu tƣơng tự bao gồm: o Biên độ (Amplitute):  Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel (dB) hay volts.  Biên độ càng lớ n thì tín hiệu càng mạng. o Tần số (Frequency) :  Tần số (f) của tín hiệu là số dao động của tín hiệu trong một đơn vị thờ i gian (thƣờ ng tính bằng giây) hay còn gọi là tốc độ thay đổi của tín hiệu trong một giây, đơn vị Hz hay số chu kỳ trong một giây.  Một chu kỳ là sự di chuyển sóng của tín hiệu từ điểm nguồn bắt đầu cho đến khi quay trở về lại điểm nguồn đó. o Pha (Phase):  Là đơn vị đo vị trí tƣơng đối tại một thời điểm trong một chu kỳ đơn của tín hiệu, nó đặc trƣng cho tính trễ.  Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời gian, đƣợc mô tả theo độ (degree). Sự dịch pha xả y ra khi chu kỳ của tín hiệu chƣa kết thúc, và một chu kỳ mới của tín hiệu bắt đầu trƣớc khi chu kỳ trƣớc đó chƣa hoàn tất. Tín hiệu số: Là tín hiệu mà biên độ chỉ có một trong hai giá trị duy nhất, tƣơng ứng với hai trạng thái logic đặc trƣng bởi hai số 0 và 1 trong hệ nhị phân. Hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân. -4-
Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, đƣợc diễn tả với hai trạng thái ON hay OFF hoặc là 0 hay 1. Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu tƣơng tự Các vấn đề khi truyền dữ liệu:  Thƣờng dùng tín hiệu số cho dữ liệu số và tín hiệu tƣơng tự cho dữ liệu tƣơng tự  Có thể dùng tín hiệu tƣơng tự để mang dữ liệu số  Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu tƣơng tự Bit Interval và Bit Rate: Hầu hết các tín hiệu số là không tuần hoàn, chu kỳ và tần số không xác định. Hai khái niệm đặt ra ở đây là Bit Interval và Bit Rate. Bit Interval là kho ảng thờ i gian cần thiết để gửi một bit. Bit Rate là số lƣợng Bit Interval trong 1 giây, theo cách nói khác, Bit Rate là số bit đƣợc gửi đi trong 1 giây (bps). 1.2 Mã hóa dữ liệu Dữ liệu lƣu trữ trong một máy tính là ở dạng các bít 0 và 1. Để có thể mang đƣợc từ nơi này sang nơi khác (ở trong hoặc ở ngoài máy tính), thì d ữ liệu thƣờng đƣợc chuyển đổi sang dạng tín hiệu số. Điều này đƣợc gọi là sự chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu số (digital to digital – D/D) hoặc mã hoá dữ liệu số sang tín hiệu số. Đôi lúc chúng ta cần chuyển đổi một tín hiệu tƣơng tự (ví dụ đoạn nói chuyện trong điện thoại) sang tín hiệu số vì một vài lý do nào đó nhƣ giảm bởt hiệu ứng của tiếng ồn. Điều này đƣợc gọi là sự chuyển tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số (A/D) hoặc số hoá một tín hiệu tƣơng tự. Vào lúc khác chúng ta lại cần chuyển một tín hiệu số từ đầu ra của một máy tính qua một phƣơng tiện truyền thông đƣợc thiết kế cho dạng tín hiệu tƣơng tự. Ví dụ nhƣ việc gửi tín hiệu từ nơi này đến nơi khác qua mạng điện thoại công cộng, tín hiệu số cung cấp bởi máy tính sẽ đƣợc chuyển sang tín hiệu tƣơng tự. Điều này đƣợc gọi là biến đổi tƣơng tự sang số hay điều chế tín hiệu số. Thƣờng thì một tín hiệu tƣơng tự đƣợc truyền qua một khoảng cách dài sử dụng phƣơng tiện truyền thông tƣơng tự. Ví dụ âm thanh, âm nhạc từ một trạm radio, bản thân nó đã là một tín hiệu tƣơng tự đƣợc phát qua không khí. Tuy nhiên, tần số của âm thanh hoặc âm nhạc không thích hợp cho việc truyền phát. Tín hiệu phát đi phải đƣợc mang bởi một tín hiệu có tần số cao hơn. Điều này đƣợc gọi là biến đổi tƣơng tự sang tƣơng tự (A/A) hay điều chế tín hiệu tƣơng tự. Các phƣơng thức chuyển đổi Số/số Tƣơng tự/số Số/tƣơng tự Tƣơng tự/tƣơng (D/D) (A/D) tự (A/A) (D/A) -5-
1.2.1 Dữ liệu số - Tín hiệu số Chuyển đổi hoặc mã hoá số / số là sự miêu tả thông tin dạng số sang một tín hiệu số. Ví dụ khi chúng ta truyền tín hiệu từ máy tính đến máy in, cả hai dữ liệu gốc và dữ liệu đƣợc truyền đều ở dạng số. Trong kiểu mã hoá này các số nhị phân 0 và 1 phát ra bở i máy tính đƣợc chuyển thành các xung điện thế, các xung này có thể truyền đƣợc qua dây dẫn điện. 01011101 Mã hoá số /số Trong rất nhiều kỹ thuật mã hoá số / số, chúng ta chỉ bàn đến những kỹ thuật hữu dụng nhất cho việc truyền thông dữ liệu. Có 3 loại phổ biến: đơn cực, cực và lƣỡng cực đƣợc chỉ ra nhƣ hình dƣới. Mã hoá số / số Đơn cực Cực Lƣỡng cực Mã hoá đơn cực: là dạng đơn giản với chỉ một kỹ thuật đƣợc sử dụng. Mã hoá cực: có 3 kiểu con: NRZ, RZ, và biphase. Hai trong số chúng có những sự biết đổi phức tạp. Mã hoá lưỡng cực có ba sự biến đổi: AMI, B8ZS, và HDB3. 1.2.1.1. Mã hoá đơn cực Mã hoá đơn cực rất đơn giản và thô sơ. Tính đơn giản của nó cung cấp sự chỉ dẫn dễ dàng làm cơ sở phát triển cho các hệ thống mã hoá phức tạp hơn và cho phép chúng ta nghiên cứu các loại bài toán mà bất kỳ hệ thống truyền số nào cũng phải thực hiện. Hệ thống truyền số làm việc dựa trên xung điện cùng với một kết nối trung gian, thƣờng là dây dẫn hoặc cáp. Trong hầu hết các kiểu mã hoá, mức điện áp cao thấp ứng với giá trị nhị phân 1 hoặc 0. Tính có cực của một xung ám chỉ việc lựa chọn là cực dƣơng hay cực âm. Mã hoá đơn cực có tên nhƣ vậy là bởi vì nó chỉ sử dụng một cực. Tính có cực này chỉ định 1 trong 2 trạng thái 0 hoặc 1 (thƣờng là 1). Trạng thái còn lại (thƣờng là 0) đƣợc đại diện bởi điện áp 0. Mã hoá đơn cực chỉ sử dụng một mức điện áp (mức điện áp dương hoặc âm). Biên độ 0 1 0 0 1 1 1 0 thời gian Trong ví dụ này, mã nhị phân 1 đƣợc mã hoá ứng với giá trị dƣơng và mã nhị phân 0 đƣợc mã hoá ứng với giá trị 0. Hơn nữa việc mã hoá đơn cực không phức tạp và dễ thực hiện. Tuy nhiên, mã hoá đơn cực có ít nhất 2 vấn đề làm cho nó ít mong muốn: thành phần một chiều và sự đồng bộ hoá. Thành phần một chiều (DC): Biên độ trung bình của một tín hiệu mã hoá đơn cực là khác 0. Điều này tạo ra thành phần dòng một chiều (DC) – một thành phần có tần số bằng 0. Khi một tín hiệu chứa thành phần DC, nó không thể truyền đi mà không xử lý. -6-
Đồng bộ hoá: Khi một tín hiệu không ổn định, bên nhận không thể xác định điểm đầu và điểm cuối của mỗi bit. Vì thế vấn đề đồng bộ hoá trong việc mã hoá đơn cực có thể xảy ra bất cứ khi nào dòng dữ liệu gồm một loạt các chữ số 0 hoặc 1. Quá trình số hoá dùng sự thay đổi mức điện áp để chỉ ra sự thay đổi giá trị bit. Sự thay đổi tín hiệu cũng chỉ ra rằng một bit vừa kết thúc và một bit mới đã bắt đầu. Tuy nhiên trong mã hoá đơn cực một loạt các bít cùng giá trị, nhƣ 7 số 1, tức là không có sự thay đổi điện áp, mức điện áp dƣơng không bị phá vỡ sau 7 lần miễn là nhận giá trị bit 1. Bất cứ khi nào không có tín hiệu thay đổi để chỉ ra điểm bắt đầu của bit tiếp theo trong chuỗi, bên nhận phải dựa trên một mức thời gian. Chẳng hạn với tốc độ bit 1000 bps, nếu bên nhận xác định một điện áp dƣơng trễ 0.005s, mà tốc độ đọc 1 bít là 0.001s, hay 5 bit. Sự thiếu đồng bộ giữa đồng hồ của bên nhận và bên gửi làm sai lệch thời gian của tín hiệu, ví dụ 5 bít 1 bị kéo dài thành 0.006s, và do đó bên nhận sẽ hiểu thành 6 bít 1. Một bit phụ trong dòng dữ liệu gây ra mọi thứ sau khi nó đƣợc giải mã nhầm. Một giải pháp đƣợc phát triển để điều khiển việc đồng bộ hoá trong truyền phát một cực là sử dụng một dấu tách, mắc song song một đƣờng mang một xung đồng hồ và cho phép bên nhận phân chia để đồng bộ hoá lại thời gian của nó. Nhƣng việc nhân đôi số đƣờng sử dụng cho truyền phát đồng nghĩa với việc làm tăng chi phí và vì vậy sẽ không kinh tế. 1.2.1.2. Mã hoá cực: Mã hoá cực sử dụng 2 mức điện thế, một điện áp dƣơng và một điện áp âm. Bằng việc sử dụng cả 2 mức, trong phƣơng pháp mã hoá cực, mức điện thế trung bình trên đƣờng truyền đƣợc giảm xuống và vấn đề về thành phần DC của mã hoá đơn cực vì thế đƣợc giảm nhẹ. Trong mã hoá Manchester và Manchester vi sai (xem trang sau), mỗi bit gồm có cả hai điện thế dƣơng và điện thế âm, vì vậy thành phần DC hoàn toàn có thể loại ra. Mã hoá cực sử dụng 2 mức biên độ (mức dương và mức âm) Trong số rất nhiều kiểu mã hoá cực đa dạng, chúng ta sẽ chỉ kiểm tra 3 kiểu thông dụng nhất: nonreturn to zero (NRZ), return to zero (RZ), và biphase. Mã hoá NRZ bao gồm 2 cách: nonreturn to zero, level (NRZ -L), và nonreturn to zero, invest (NRZ-I). Biphase cũng có 2 phƣơng pháp. Đầu tiên, Manchester là phƣơng pháp đƣợc sử dụng bởi mạng LAN. Kế đến, Manchester vi sai, là phƣơng thức đƣợc sử dụng bởi mạng Token Ring LAN Polar RZ Biphase NRZ Manchester Manchester vi sai NRZ-I NRZ-L Mã hoá Nonreturn to Zero (NRZ): Trong mã hoá NRZ, mức của tín hiệu luôn là dƣơng hoặc âm. Hai phƣơng thức thông dụng nhất của việc truyền phát NRZ đƣợc trình bầy nhƣ sau:  Mã hoá NRZ-L: Trong mã hoá NRZ-L, mức của tín hiệu phụ thuộc vào kiểu của bit mà nó trình bày. Điện thế dƣơng quy ƣớc là bit 0, tín hiệu điện thế âm quy ƣớc là bit 1; theo cách đó mức của tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái của các bit. Trong NRZ-L mức của tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái của bit -7-
Một vấn đề có thể nả y sinh khi có một dãy dài các bit 0 và 1 trong d ữ liệu. Bên nhận nhận một dòng điện thế liên tục và có thể xác định có bao nhiêu bit đƣợc gửi dựa vào đồng hồ của chúng, điều này có thể đƣợc đồng bộ hoặc không đƣợc đồng bộ với đồng hồ ngƣời gửi.  Mã hoá NRZ-I: Trong NRZ-I . Một sự đảo ngƣợc của điện thế miêu tả một bit 1. Sự chuyển đổi trạng thái giữa điện thế dƣơng và điện thế âm đƣa ra một bit 1. Một bit 0 đƣợc miêu tả nhƣ một sự không thay đổi. NRZ-I tốt hơn NRZ-L vì sự đồng bộ hoá cung cấp bởi sự thay đổi tín hiệu trong mỗi thời điểm một bit 1 gặp phải. Hiện trạng của chuỗi bit 1 trong lu ồng dữ liệu cho phép bên nhận đồng bộ hoá thời gian của nó đến nơi nhận thực sự của việc truyền. Một chuỗi bit 0 có thể gây ra vấn đề, tu y nhiên do các bít 0 không hẳn nhƣ vậ y, chúng giảm thiểu vấn đề xảy ra. Trong NRZ-I các tín hiệu được đảo ngược nếu một bit 1 được gặp. Biên độ 0 1 0 0 1 1 1 0 thời gian NRZ-L thời gian NRZ-I Trong chuỗi NRZ-L, điện thế dƣơng và âm có nghĩa rõ ràng; dƣơng đ ối với 0 và âm đối với 1. Trong chuỗi NRZ-I , bên nhận tìm kiếm sự thay đổi từ một mức này đến mức khác nhƣ là cơ sở để nhận ra bít 1. Mã hoá Return to Zero (RZ) Nhƣ chúng ta có thể thấy, ở bất cứ thời điểm nào thì dữ liệu gốc cũng chứa đựng các số 1 và không liên tiếp nhau. Bên nhận có thể mất vị trí của nó. Và nhƣ chúng ta đã đề cập đến trong phần thảo luận về mã hoá đơn cực, một cách để đảm bảo đồng bộ hoá là gửi các tín hiệu thời gian phân tách trên một kênh phân tách. Tuy nhiên giải pháp này sẽ làm tăng chi phí đồng thời dễ xảy ra lỗi của bản thân chúng. Một giải pháp tốt hơn là bằng cách nào đó chứa đựng việc đồng bộ hoá trong tín hiệu mã hoá. Một vài thứ giống nhƣ giải pháp đƣợc cung cấp bởi NRZ-I, nhƣng khả năng trình bày trình bày chuỗi 0 và 1 là nhƣ nhau. Giá trị 0 1 0 0 1 1 1 0 Thời gian Để đảm bảo việc đồng bộ hoá, cần phải có một tín hiệu thay đổi cho mỗi bit. Bên nhận có thể sử dụng những thay đổi này để xây dựng, cập nhật và đồng bộ hoá đồng hồ của nó. Nhƣ chúng ta đã biết ở trên, NRZ-I thực hiện điều này cho một chuỗi tuần tự các bít 1. Nhƣng để thay đổi với mỗi bit, chúng ta cần phải có nhiều hơn 2 mức. Một giải pháp đó là mã hoá theo kiểu Return to Zero (RZ), bằng việc sử dụng 3 giá trị: dƣơng, âm và không. Trong RZ, những thay đổi tín hiệu khô ng phải giữa các bít, nhƣng ở trong mỗi bit. Giống nhƣ NRZ - -8-
L, điện thế dƣơng có nghĩa là 0, và điện thế âm có nghĩa là 1. Trong khoảng thời gian của một nửa bit, một nửa tín hiệu còn lại trở về 0. Một bit 1 thực tế đƣợc miêu tả là dƣơng-0 và một bit 0 đƣợc miêu tả là âm -0 sẽ tốt hơn chỉ có một mình dƣơng và âm. Sự bất lợi chính của mã hoá RZ là đòi hỏi 2 thay đổi tín hiệu để mã hoá 1 bit, và vì vậy nó chiếm giữ giải rộng hơn. Tuy nhiên có ba khả năng để chúng ta kiểm tra tốt hơn, đó là hiệu quả tốt nhất. Mã hóa Biphase: Có lẽ giải pháp tốt nhất cho đến nay để giải quyết vấn đề đồng bộ hoá là mã hoá Biphase. Trong phƣơng pháp này sẽ thay đổi tín hiệu trong khoảng thời gian của mỗi bit nhƣng không trở về 0. Thay vào đó nó chuyển sang cực đối diện. Giống nhƣ RZ, ở giữa khoảng thời gian truyền cho phép đồng bộ hoá. Mã hoá Biphase được bổ sung là: Manchester và Manchester vi sai.  Manchester: Mã hoá Manchester sử dụng cách đảo ngƣợc mỗi bít trong kho ảng thờ i gian của nó để đồng bộ và miêu tả bit. Việc chuyển trạng thái âm-dƣơng tƣơng ứng vớ i bít 1 và dƣơng-âm tƣơng ứng với bít 0. Ở đây ta sử dụng việc một chuyển trạng thái đơn cho hai mục đích. Mã hoá Manchester đ ạt đƣợc theo mức của đồng bộ hoá nhƣ RZ, nhƣng chỉ có 2 giá trị biên độ.  Manchester vi sai: Trong Manchester vi sai việc đảo ngƣợc trong khoảng thời gian của mỗi bít đƣợc sử dụng cho vấn đề đồng bộ hoá, nhƣng sự có mặt hoặc thiếu vắng của việc biến đổi đƣợc thêm vào ở đầu trong khoảng thời gian tạm ngƣng đƣợc sử dụng để xác định cho bit. Một sự biến đổi có nghĩa là bít 0 và sự không biến đổi có nghĩa là bít 1. Manchester vi sai yêu cầu 2 sự thay đổi tín hiệu để trình bày bít 0 nhƣng chỉ có 1 để trình bày bit 1. Biên độ Thời gian Manchester Thời gian Manchester vi sai 1.2.1.3 Mã hoá lưỡng cực: Mã hoá lƣỡng cực, giống nhƣ RZ, sử dụng 3 mức điện thế: dƣơng, âm và 0. Tuy nhiên không giống nhƣ RZ, mức 0 trong mã hoá lƣỡng cực đƣợc sử dụng để miêu tả bit 0, còn bít 1 ứng với điện thế âm hoặc dƣơng. Nếu đầu tiên một bit đƣợc miêu tả bởi biên độ dƣơng, thì bít 1 thứ hai sẽ đƣợc miêu tả ở biên độ âm, còn bít 1 thứ ba lại đƣợc miêu tả bằng biên độ dƣơng... Việc luân phiên này xuất hiện cả khi các bit 1 rời rạc nhau. Ba kiểu của mã hoá lƣỡng cực thông thƣờng để truyền thông dữ liệu là: AMI, B8ZS, và HDB3 Lƣỡng cực B8ZS AMI HDB3 -9-
 Mã hoá AMI (đảo dấu xen kẽ lƣỡng cực): Mã hóa AMI là kiểu mã hoá lƣỡng cực đơn giản nhất; trong tên gọi của nó; từ “dấu” xuất phát từ điện tín và có nghĩa là 1. Vì vậ y AMI có nghĩa là đ ảo 1 xen kẽ nhau. Một vị trí trung lập, điện thế 0 sẽ trình bày bít 0. Những bít 1 đƣợc miêu tả bởi các điện áp dƣơng âm đan xen nhau. Hình 5.10 đƣa ra ví dụ này. Biên độ 0 1 0 0 1 1 1 0 Thời gian Một sự biến đổi của AMI đƣợc gọi là giả ba bậc với bít 0 nằm xen kẽ giữa điện thế dƣơng và điện thế âm. Với việc đảo lộn trong mỗi lần xuất hiện của 1, AMI đạt đƣợc 2 mục đích: thứ nhất các thành phần DC là 0, và thứ 2 một dẫy dài các số 1 đƣợc đồng bộ hoá. Không có k ỹ thuật nào để chắc chắn việc đồng bộ hoá cho một chuỗi dài các số 0. Hai biến đổi của AMI vừa đƣợc phát triển để giải quyết vấn đề đồng bộ hoá chuỗi 0, đặc biệt cho việc truyền phát ở khoảng cách lớ n. Đầu tiên, đƣợc sử dụng ở Bắc M ỹ, đƣợc gọi là B8ZS (lƣỡng cực thay thế 8-zero). Thứ hai, đƣợc sử dụng ở Nhật và Châu Âu, đƣợc gọi là HDB3 (lƣỡ ng cực mật độ cao 3). Cả hai kiểu này đều là sự thích nghi với AMI mà chỉ thay đổi mẫu gốc trong trƣờng hợp có nhiều chuỗi 0 liên tiếp.  B8ZS: B8ZS là một sự thoả thuận đƣợc chấp nhận ở Bắc M ỹ để cung cấp việc đồng bộ hoá cho chuỗi 0. Trong tất cả các tình huống, các chức năng B8ZS tƣơng tự nhƣ của AMI. AMI thay đổi cực với mọi 1 gặp phải. Những thay đổi này cung cấp sự đồng bộ hoá cần thiết bởi bên nhận. Nhƣng tín hiệu không thay đ ổi trong suốt chuỗi 0, vì vậ y việc đồng bộ hoá thƣờng bị mất. Sự khác nhau giữa B8ZS và AMI xu ất hiện bất cứ khi nào có 8 hoặc nhiều hơn các bít 0 liên tiếp gặp phải trong dòng dữ liệu. Giải pháp cung cấp bởi B8ZS là áp đặt sự thay đổi tín hiệu giả bên trong chuỗi 0 (đƣợc gội là violation). Ở mọi thời điểm có 8 bit 0 xu ất hiện liên tiếp, B8ZS đƣa vào những thay đổi trong mẫu dựa trên sự khác biệt của bit 1 trƣớc đó (1 chỉ xuất hiện ở phía trƣớc của chuỗi 0). Nếu bít 1 trƣớc đó là dƣơng, 8 bít 0 sẽ đƣợc mã hoá là 0, 0, 0, +, -, 0, -, +. Hãy nhớ rằng bên nhận đang tìm kiếm sự thay đổi để xác định 1. Khi nó thấy có 2 điện tích dƣơng liên tiếp bao quanh 3 bít 0, nó nhận ra mẫu, tính toán và đƣa vào violation để không gây ra lỗi. Sau đó - 10 -
nó tìm kiếm phần còn lại của những violation trông đợi. Khi tìm thấy chúng, bên nhận chuyển 8 bít thành 0 và quay trở lại chế độ AMI thông thƣờng. Nếu cực của bít 1 trƣớc đó là âm, mẫu của các violation sẽ là tƣơng tự nhƣng đảo ngƣợc lại cực. Cả mẫu dƣơng và âm đƣợc chỉ ra trong hình 1.13.  HDB3: Vấn đề đồng bộ hoá chuỗi liên tiếp các số 0 đƣợc giải quyết ở Nhật và Châu Âu khác với Mỹ. Quy ƣớc này, gọi là HDB3, đƣa sự thay đổi vào mẫu AMI mỗi thời điểm 4 bít 0 liên tiếp thay cho 8 bit nhƣ của Bắc Mỹ. Mặc dù tên gọi của nó là HDB3, các mẫu thay đổi bất cứ khi nào có 4 bít 0 liên tiếp. Nhƣ trong B8ZS, mẫu của các violation trong HDB3 đƣợc dựa trên sự phân cực của bít 1 trƣớc đó. Tuy nhiên khác với B8ZS, HDB3 cũng nhìn vào số các bít 1 vừa xuất hiện trong dòng bít kể từ lần thay thế cuối cùng. Bất cứ khi nào số của bít 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là lẻ, B8ZS đẩy một violation vào vị trí thứ 4 của các bít 0 liên tiếp. Nếu sự phân cực của bít trƣớc đó là dƣơng, violation là dƣơng. Nếu sự phân cực của bit trƣớc đó là âm, violation là âm. Bất cứ khi nào số của bít 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là chẵn, B8ZS đẩy violation vào vị trí đầu tiên và vị trí thứ 4 của các bít 0 liên tiếp. Nếu cực của bít trƣớc là dƣơng, cả hai violation là âm. Nếu cực của bit trƣớc đó là âm, cả hai violation là dƣơng. Ví dụ 1: Sử dụng B8ZS, mã hoá dòng bít 10000000000100; áp dụng vớ i cực của bít 1 đầu tiên là 1. Biên độ 100 0000 0000 100 Thời gian Ví dụ 2: Sử dụng HDB3, mã hoá dòng bít 10000000000100; áp dụng với số các bít 1 ở trƣớc nó là chẵn và bít 1 đầu tiên là dƣơng. Biên độ 10 0 0 00 00 0 0 0 100 Thời gian - 11 -
1.2.2. Dữ liệu tương tự – tín hiệu số Đôi khi chúng ta cần số hoá một tín hiệu tƣơng tự. Ví dụ để gửi giọng nói của con ngƣời trong một khoảng cách xa. Chúng ta cần số hoá nó để giảm nhiễu và ồn. Vấn đề này đƣợc gọi là “chuyển đối tín hiệu tƣơng tự về tín hiệu số” hoặc là số hoá tín hiệu tƣơng tự. Analog/Digital conversion (codec) Trong sự chuyển đổi từ tín hiệu tƣơng tự về tín hiệu số, chúng ta đƣa ra các thông tin dƣới dạng sóng liên tục nhƣ là một dãy nhịp của các tín hiệu số (1s hoặc 0s). Chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự về tín hiệu số cần sử dụng một vài tín hiệu số đã đƣợc trình bày tại phần 5.1. Cấu trúc của sự chuyển đổi là không có vấn đề gì. Vấn đề là làm nhƣ thế nào để chuyển các thông tin từ số lƣợng lớn các giá trị tới số rời rạc của các giá trị mà không ảnh hƣởng tới giác quan con ngƣời và chất lƣợng của tín hiệu. 1.1.1.1.Điều chế biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM) Bƣớc đầu tiên trong quá trình chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự về tín hiệu số đƣợc gọi là điều chế biên độ xung. Kỹ thuật này thao tác với tín hiệu thƣơ ng tự, đơn giản nó và tạo ra những dải của xung cơ bản có kết quả mẫu tín hiệu tƣơng tự. Thuật ngữ “mẫu” có nghĩa là đơn vị biên độ của tín hiệu trong 1 khoảng thời gian là bằng nhau. Lý thuyết mẫu đƣợc dùng trong điều chế biên độ xung là hiệu quả hơn trong các vùng khác của năng lƣợng, nó là dữ liệu truyền thông. Tuy nhiên PAM là nền tảng quan trọng trong chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự về tín hiệu số lý thuyết này đƣợc gọi là điều chế xung theo mã (pulse code modulation - PCM) Trong PAM, tín hiệu ban dầu là mẫu tại thời gian nghỉ bằng nhau Amplitude Amplitude Time Time a. Anaglog signal b. PAM signal PAM gọi là kỹ thuật mẫu và giữ. Ở hiện tại, cấp độ tín hiệu là đọc, tiếp theo là trợ giúp tổng hợp. Những mẫu giá trị xảy ra chỉ trong sự xuất hiện của sóng, nhƣng nhìn chung kết quả trong PAM vẫn còn ngắn. Lý do PAM không hữu dụng trong dữ liệu truyền thông là, mặc dù nó truyền đổi sóng gốc từ một dải của xung, những xung này vẫn còn có biên độ(vẫn là tín hiệu tƣơng tự, không phải là tín hiệu số). Để tạo ra tín hiệu số chúng ta phải sửa đổi chúng bằng cách dùng PCM. Lƣu ý: PAM có một vài ứng dụng, nhƣng bản thân nó không dùng trong dữ liệu truyền thông. Tuy nhiên đây là bƣớc quan trọng phổ biến đầu tiên trong lý thuyế t chuyển đổi và đƣợc gọi là PCM. 1.2.2.2. Điều chế xung theo mã (PCM) PCM sửa đổi vấn đề tạo ra xung bằng PAM để hoàn thành một tín hiệu số. Làm nhƣ vậy, PCM đầu tiên lƣợng tử hoá những xung của PAM. Sự lƣợng tử là lý thuyết thừa hƣởng những giá trị trong một dãy đã biết tới mẫu đặc biệt. - 12 -
Amplitude +127 +125 +110 +90 +88 +77 +52 +48 +39 +38 +26 +24 Time -15 -50 -80 Hình 1.18 trình bày 1 mẫu phƣơng thức của thừa kế tín hiệu và giá trị độ lớn lƣợng tử hoá mẫu. Mỗi giá trị chuyển đổi vào tƣơng đƣơng 7 bít nhị phân. Bít thứ 8 là bít dấu (+ là 0 và – là 1). +024 00011000 -015 10001111 +125 01111101 +038 00100110 -080 11010000 +110 01101110 +048 00110000 -050 10110010 +090 01011010 +039 00100111 +052 00110110 +088 01011000 +026 00011010 +127 01111111 +077 01001101 Tốc độ lấy mẫu (Sampling Rate). Nhƣ chúng ta đã thấy từ các hình vẽ trƣớc, sự chính xác của mỗi tín hiệu số đƣợc tái tạo lại từ các tín hiệu tƣơng tự phụ thuộc vào số mẫu đã đem theo. Sử dụng PAM và PCM chúng ta tái tạo lại sóng chính xác bằng cách đem theo số lƣợng mẫu không xác định, hoặc chúng ta có thể tái tạo sự phát ra trống không của chính nó. Rõ ràng chúng ta muốn tìm một số ở đâu đó trên trục số. Nhƣ vậy, câu hỏi là “Có bao nhiêu mẫu thì đủ?” Trên thực tế, rất ít thông tin đáng chú ý cho việc gửi và nhận để tạo lại cấu trúc của tín hiệu tƣơng tự. Theo định lý Nyquist để đảm bảo tính chính xác trong sự tái tạo tín hiệu tƣơng tự nguyên bản ta sử dụng PAM, sự tốc độ lấy mẫu phải tiến hành hai lần ở tần số cao nhất của tín hiệu gốc. Nhƣ vậy, nếu chúng ta muốn mẫu giọng nói điện thoại với tần số lớn nhất 4000 Hz, chúng ta cần tốc độ lấy mẫu của 8000 mẫu trên 1 giây. Lưu ý: Theo định lý Nyquist, sự tốc độ lấy mẫu ít nhất phải tiến hành 2 lần ở tần số cao nhất. Một sự tốc độ lấy mẫu hai lần ở tần số x Hz có nghĩa tín hiệu phải đƣợc lấy mẫu mỗi ½ x giây. Dùng giọng nói qua đƣờng dây điện thoại ở trên là một ví dụ, điều này có nghĩa là một mẫu mỗi 1/8000 giây. Để hiểu rõ hơn về định lý xét ví dụ sau: Tốc độ lấy mẫu là bao nhiêu ở dải băng rộng 10000 Hz (1000 tới 11000)? - 13 -
Giải: Tốc độ lấy mẫu hai lần ở tần số cao nhất của tín hiệu Tốc độ lấy mẫu = 2(11000) = 22000 mẫu/giây. Amplitude Tần số cao nhất = x Hz Tốc độ mẫu = 2x mẫu/giây Time Thời gian giữa 2 mẫu = ½ x Bao nhiêu bit cho một mẫu? Sau khi chúng ta tìm đƣợc tốc độ lấy mẫu, chúng ta cần xác định số bit cần truyền cho mỗi mẫu. Điều này phục thuộc vào mức độ của độ chính xác cần thiết. Số bit là những lựa chọn cho tín hiệu gốc cần tái tạo với độ chính xác mong muốn trong biên độ. Ví dụ: Một tín hiệu là mẫu, mỗi mẫu yêu cầu ít nhất 12 mức của độ chính xác (+0 đến +5 và –0 đến -5). Bao nhiêu bit sẽ đƣợc gửi cho mỗi mẫu? Giải: Chúng ta cần 4 bit: 1 bit cho dấu và 3 bit cho giá trị. 3 bit giá trị có thể biểu diễn bằng 23 = 8 mức (000 đến 111 ), điều đó là nhiều hơn cái ta cần. Với 2 bit giá trị là không đủ vì 22 = 4. Với 4 bit giá trị thì quá lớn vì 2 4 = 16(thừa quá nhiều). Tốc độ Bit (Bit Rate). Sau khi tìm đƣợc số bit trên mỗi mẫu, ta cần tính toán Bit Rate theo công thức: Bit Rate = Tốc độ lấy mẫu x Số bit trên mỗi mẫu Ví dụ: Chúng ta muốn số hoá giọng nói con ngƣời. Bit Rate là gì? với giả thiết 8 bit trên một mẫu. Giải: Giọng nói bình thƣờng của ngƣời thƣờng ở tần số từ 0 đến 4000 nhƣ vậy tốc độ lấy mẫu là: Tốc độ lấy mẫu = 2 x 4000 = 8000 mẫu/giây. Bit Rate có thể tính toán nhƣ sau: Bit Rate = Tốc độ lấy mẫu x Số bit trên một mẫu = 8000x8 = 64000 bit/s = 64 Kbps. 1.2.3. Dữ liệu số - Tín hiệu tương tự Biến đổi D/A (hay còn gọi là điều biến D/A) là quá trình thay đổi một trong những đặc trƣng của tín hiệu tƣơng tự dựa vào thông tin trong tín hiệu số (0 và 1). Khi truyền dữ liệu từ một máy tính đến máy tính khác qua đƣờng điện thoại công cộng, chẳng hạn nhƣ: dữ liệu gốc là số, nhƣng vì các đƣờng dây điện thoại mang các tín hiệu t ƣơng tự, nên dữ liệu phải đƣợc chuyển đổi. Dữ liệu số phải đƣợc điều biến thành tín hiệu tƣơng tự, điều đó đƣợc thực hiện trông nhƣ hai giá trị phân biệt tƣơng ứng với số nhị phân 0 và 1. - 14 -
Có nhiều thiết bị biến đổi D/A, nhƣng chúng ta sẽ chỉ bàn đến nhữ ng thiết bị có lợi nhất cho việc truyền dữ liệu. Một tín hiệu hình sin có 3 đặc trƣng: biên độ, tần số và pha. Khi thay đổi một trong 3 đặc trƣng này, ta sẽ tạo đƣợc phiên bản mới của tín hiệu hình sin đó. Chẳng hạn tín hiệu gốc là mức 1, có thể biến đổi thành mức 0 hoặc ngƣợc lại. Vì thế, bằng sự thay đổi liên tục hình dáng của một tín hiệu điện đơn giản, ta có thể dùng nó để mô tả dữ liệu số. Bất cứ ba đặc trƣng trên có thể đƣợc thay đổi theo cách này, đƣa cho ta ít nhất 3 thiết bị để biến đổi dữ liệu số thành tín hiệu tƣơng tự: ASK (Amplitude Shift Keying - dời biên độ). FSK (Frequency Shift Keying - dời tần số). PSK (Phase Shift Keying - dời pha). Hơn nữa, thiết bị thứ tƣ tốt hơn cả là thay đổi hỗn hợp của cả biên độ, tần số và pha đƣợc gọi là bộ điều chế biên độ cầu phƣơng QAM (Quadrature Amplitude Modulation). QAM là hiệu quả nhất so 3 thiết bị trƣớc, và là thiết bị đƣợc dùng trong tất cả các MODEM hiện đại (hình 5.23). Các thành phần của bộ biến đổi D/A: Trƣớc khi thảo luận các phƣơng pháp cụ thể đ ể biến đổi D/A, có hai vấn đề cơ bản phải đƣợc định nghĩa: tốc độ truyền bit/baud và tín hiệu mang. Bit Rate and Baud Rate: Hai thuật ngữ đƣợc dùng thƣờng xuyên trong việc truyền dữ liệu là bit rate và baud rate. Bit rate là số bit đƣợc truyền trong một giây. Baud rate chỉ ra số đơn vị tín hiệu trên một giây đƣợc yêu cầu để mô tả những bit đó. Khi thảo luận về hiệu quả máy tính, thì bit rate là quan trọng hơn, vì ta muốn biết thời gian xử lý từng mẩu tin.Tuy nhiên, trong việc truyền dữ liệu, thì chú trọng đến tính hiệu quả của việc chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác trong các mẩu tin hay các khối tin. Các đơn vị tín hiệu ít hơn đƣợc yêu cầu là hiệu quả hơn cho hệ thống và băng thông hẹp hơn đƣợc yêu cầu để truyền các bit; vì vậy, chúng ta chú trọng hơn vào baud rate. Baud rate xác định băng thông yêu cầu để gửi tín hiệu. Baud rate = Bit rate / (số bít trên một đơn vị tín hiệu) 1.2.3.1 Điều chế biên độ (ASK) Cƣờng độ tín hiệu mang đƣợc biến đổi sang dạng số nhị phân 0 hoặc 1. Trƣờng hợp này tần số và pha là không đổi trong khi biên độ thay đổi. Điện áp biểu diễn ở mức 1 và mô tả mức 0 là sang trái với hệ thống. Khoảng thời gian 1 bit là là giai đoạn đƣợc định nghĩa là 1 bit. Đỉnh biên độ của tín hiệu trong suốt khoảng thời gian mỗi bít là không đổi và sự thay đổi của nó phụ thuộc vào bit (0 hoặc 1). Tốc độ truyền dùng ASK bị giới hạn bởi các tính chất vật lý của môi trƣờng truyền. - 15 -
Không may, việc truyền ASK là nhạy cảm cao với nhiễu. Thuật ngữ tiếng ồn (nhiễu) ám chỉ đến điện áp không định trƣớc can thiệp vào đƣờng truyền bởi các hiện tƣợng khác nhƣ là sự nóng lên hay điện từ đƣợc sinh ra bởi các nguồn khác. Các điện áp không định trƣớc này trộn lẫn với tín hiệu làm thay đổi biên độ. Mức 0 có thể bị đổi thành mức 1 hoặc ngƣợc lại. Rõ ràng nhiễu là vấn đề khó giải quyết đối với ASK, do chỉ có dựa vào biên độ để nhận biết. Nhiễu thƣờng tác động lên biên độ; vì thế ASK là phƣơng pháp điều chế bị ảnh hƣởng nhất bởi nhiễu. Kỹ thuật ASK phổ biến đƣợc gọi là OOK (on-off-keying). Với OOK, các giá trị bit đƣợc mô tả không theo điện áp. Sự tiến bộ là giảm bớt trong năng lực yêu cầu để truyền thông tin. 1.2.3.2 Điều chế tần số (FSK) Tần số tín hiệu mang đƣợc biến đổi để mô tả các chữ số nhị phân 0 hoặc 1. Tần số tín hiệu mang trong suốt thời gian mỗi bit là không đổi, giá trị của phụ thuộc vào bit 0 hoặc 1: còn lại biên độ và pha là không đổi. FSK tránh đƣợc hầu hết các vấn đề nhiễu của ASK. Bởi vì thiết bị nhận coi tần số tiêu biểu thay đổi qua số chu kỳ đã cho, nó có thể bỏ qua các đỉnh điện áp. Các yếu tố giới hạn c ủa FSK là môi trƣờng vật lý của sóng mang. Băng thông FSK Mặc dù FSK dịch giữa 2 tần số mang, nó dễ phân tích thành 2 tần số trong cùng thời điểm. Ta có thể nói phổ FSK là sự hỗn hợp của 2 phổ ASK tập trung quanh tần số f c0 và fc1. băng thông yêu cầu cho việc truyền FSK bằng tốc độ baud rate của tín hiệu cộng với tần số dịch (khác nhau giữa hai tần số mang): BW = (fc1-fc0) + Nbaud. 1.2.3.3 Điều chế pha (PSK) Pha của sóng mang đƣợc biến đổi để biểu diễn sang số nhị phân 0 hoặc 1. Cả biên độ và tần số là không đổi, còn pha thì thay đổi. Ví dụ, nếu ta bắt đầu với một pha 0 o để mô tả bít 0, thì ta có thể thay đổi pha sang 180 o để gửi số nhị phân 1. Pha của tín hiệu trong suốt thời gian mỗi bít là không đổi và giá trị của nó phụ thuộc vào bit 0 hoặc 1. - 16 -
Phƣơng pháp ở trên thƣờng đƣợc gọi là 2 -PSK hoặc PSK nhị phân, bởi vì 2 pha khác nhau (0o và 180o) đƣợc dùng. Hình 5.30 chỉ rõ điều này bằng mối quan hệ giữa pha sang giá trị bit. Sơ đồ thứ hai, đƣợc gọi là chòm sao (constellation) hoặc sơ đồ trạng thái pha, chỉ ra cùng mối quan hệ đƣợc minh hoạ chỉ bằng các pha. 1.3 Các phƣơng pháp truyền tin 1.3.1 Cấu trúc kênh truyền Truyền song song (Parallel) Mỗi bit dùng một đƣờng truyền riêng. Nếu có 8 bits đƣợc truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8 đƣờng truyền độc lập Để truyền dữ liệu trên một đƣờng truyền song song, một kênh truyền riêng đƣợc dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal) Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gửi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp Truyền nối tiếp (Serial) Tất cả các bit đều đƣợc truyền trên cùng một đƣờng truyền, bit này tiếp theo sau bit kia Không cần các đƣờng truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này đƣợc mã hóa vào dữ liệu truyền đi) - 17 -
Có hai cách truyền nối tiếp: Bất đồng bộ: Khi truyền bất đồng bộ ngƣời ta phát từng ký hiệu riêng rẽ, cách biệt nhau và để phân biệt các ký tự ngƣời ta thêm tín hiệu đầu (start) và cuối (stop) vào mỗi ký tự. Đồng bộ: Khi truyền đồng bộ để nhận biết giá trị các thời điểm là 0 hay 1 cần phải có tín hiệu xung clock gọi là tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu đồng bộ có chu kỳ là T, nghĩa là mỗi giây 1 nguồn sẽ cung cấp bits. T 1.3.2 Chế độ truyền tin Mạch đơn công (một chiều: simplex) : thông tin chỉ có thể truyền từ nguồn sang thiết bị thu mà chiều ngƣợc lại không thể thực hiện đƣợc. Ví dụ : dữ liệu đƣợc truyền từ máy tính sang máy in. Simplex operation One-way only Mạch bán song công (hai chiều ngắt quãng: half duplex). Hai thiết bị đầu cuối có thể truyền dữ liệu cho nhau tại những thời điểm khác nhau. Half-duplex operation Two-way but not at the same time Mạch song công (hai chiều toàn phần: duplex). Hai thiết bị đầu cuối có thể truyền dữ liệu cho nhau đồng thờ i. Full-duplex operation Both-way at the same time CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1.1. Anh chị hãy trình bày về các loại tín hiệu đƣợc sử dụng trong truyền dẫn hiện nay. Nêu các đặc trƣng, ƣu nhƣợc điểm của chúng 1.2. Trình bày hiểu biết cúa anh chị về các đại lƣợng liên quan đến tín hiệu truyền dẫn. Nêu các khắc phục các nhƣợc điểm (nếu có) 1.3. Trình bày hiểu biết của anh chị về các phƣơng thức truyền dẫn hiện nay. Các ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng thức này. 1.4. Cho chuỗi bít cần truyền: 1001 0111 0011 1010 1101 1111 0101 1101. Anh chị hãy mã hóa chuỗi bít trên theo phƣơng pháp mã hóa NRZ-I, 3 bậc, Manchester, FSK. 1.6.Cho chuỗi ký tự cần truyền theo mã ASCII mở rộng là “TEST”. Anh chị hãy mã hóa chuỗi ký tự trên theo phƣơng pháp mã hóa NRZ, AMI, Manchester, FSK. 1.7.Tín hiệu xung PAM đƣợc lấy mẫu với tốc độ 12 KHz từ tín hiệu tƣơng tự dạng sóng hình sin 1KHz. Hãy xác định xung PAM tự nhiên, xung PAM đ ỉnh phẳng, Xung DM. 1.8. Một máy thu DM thu đƣợc chuỗi bít nhị phân: 1001 0111 0011 1010 1101 1111 0101 1101. Anh chị hãy vẽ tín hiệu tƣơng tự tìm kiếm xuất hiện tại đầu ra của bộ tích phân - 18 -
Chƣơng II: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG 2.1. Giới thiệu về hệ thống truyền thông Hệ thống truyền thông đƣợc hiểu là một hệ thống toàn diện giúp truyền số liệu từ nơi này đến nơi khác. Xét mô hình một hệ thống truyền thông tiêu biểu : Luật 1 Luật 1 Luật 2 Luật 2 …… …… Luật n Luật n Dữ liệu Sender Receiver Môi trƣờng truyền Khi xét một hệ thống truyền thông ta xét tới các yếu tố sau : Sender: hệ thống phát – Là hệ thống phát dữ liệu. Receiver: hệ thống thu – Là hệ thống thu dữ liệu nhận đƣợc từ hệ thống phát Hình trạng mạng (Topology): cấu hình chi tiết của đƣờng truyền và các hệthốn g Giao thức mạng (Protocol): Tập hợp các qui tắc, qui ƣớc về phƣơng thức truyền, về khuôn dạng dữ liệu mà khi tham gia truyền thông các thiết bị trong hệ thống phải tuân thủ. Môi trƣờng truyền: các vật dẫn cho phép dữ liệu đƣợc truyền tải trên đó để truyền từ nơi này sang nơi khác. Dữ liệu: Thông tin truyền đƣợc định dạng ở các dạng khác nhau. Các dạng thƣờng thấy của thông tin gồm: Text: Hệ thống mã hóa đầu tiên liên quan đến văn bản là hệ thống mã Morse, đƣợc sử dụng rộng rãi trƣớc khi có máy tính. Đây là một bộ mã nhị phân sử dụng 2 ký tự chấm (.) và gạch ( -) để số hóa văn bản (có thể xem tƣơng đƣơng với các bit 0 và 1). Tuy nhiên nó có điểm bất lợi là nghèo nàn: ít các ký tự đƣợc mã hóa. Nó sử dụng sự phối hợp của các dấu gạch và dấu chấm với độ dài khác nhau, điều này không đƣợc tiện lợi đặc biệt cho các ký tự có tần suất xuất hiện giống nhau. Chính vì thế nó không đƣợc dùng để số hóa thông tin. Nếu chúng ta qui định rằng số bit dùng để mã hóa cho một ký tự phải bằng nhau thì với p bit ta có thể mã hóa cho 2p ký tự. Ngày nay, text đƣợc tồn tại dƣới dạng 1 chuỗi bit (0 hoặc 1). Chuỗi đƣợc sử dụng để thể hiện 1 ký tự gọi là - 19 -