Bμi gi¶ng
Xö Lý TÝN HIÖU B¡NG GèC Vμ GHÐP
K£NH TRONG HÖ THèNG TRUYÒN DÉN
Gi¶ng viªn: ThS. Phan Thanh HiÒn
1
GHÉP KÊNH TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
2
Nội dung trình bày:
(cid:132)§ 1 Giới thiệu chung (cid:132)§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM. (cid:132)§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDM. (cid:132)§ 4 Phân cấp TDM-PCM
(cid:132) 4.1 Theo PDH. (cid:132) 4.2 Theo SDH.
(cid:132)§ 5 Ghép kênh tín hiệu băng rộng
3
§ 1 Giới thiệu chung
(cid:132) Việc chia sẻ đường truyền dẫn thành nhiều kênh liên lạc cho nhiều nguồn thông tin cùng sử dụng được gọi là ghép kênh. (cid:132) Trong kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, có ba phương pháp ghép
kênh cơ bản: (cid:132) Ghép kênh
theo
tần số
(FDM:
frequency Division Multiplexing), trong đó băng tần truyền dẫn của hệ thống được chia thành nhiều băng con hình thành nhiều kênh liên lạc phân biệt với nhau về tần số.
4
§ 1 Giới thiệu chung
(cid:132) Ghép kênh theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing),
trong đó thời gian sử dụng đường truyền dẫn được chia thành các phần khác nhau gọi là các khe thời gian và việc truyền đưa tin tức từ các nguồn tin khác nhau được thực hiện trong các khe thời gian riêng biệt.
(cid:132) Ghép kênh theo bước sóng (WDM: Wavelength Division
Multiplexing), trong đó mỗi tín hiệu được điều chế ở một bước sóng ánh sáng, sau đó nhiều bước sóng khác nhau được truyền cùng trên một sợi quang.
5
§ 1 Giới thiệu chung
(cid:132) Về nguyên tắc, phương pháp ghép kênh theo thời gian cũng có thể
áp dụng cho các tín hiệu analog.
(cid:132) Tuy nhiên, các tín hiệu analog thường xem được là có phổ tương đối hạn chế. Thêm vào đó, việc chuyển phổ của các tín hiệu analog lên các băng tần đường dây và sắp xếp chúng phân biệt nhau về giải tần có thể thực hiện được một cách dễ dàng.
(cid:132) Do đó, trong các hệ thống truyền dẫn analog việc ghép nhiều kênh liên lạc thường được thực hiện theo phương pháp ghép kênh theo tần số.
6
NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH
Ghép kênh là tập hợp các kỹ thuật cho phép truyền liên tục nhiều tín hiệu trên một đường truyền duy nhất
3 Đường: đắt & không tiện dụng
Rate Da
CompA1
CompA2
Rate Db
CompB1
CompB2
Rate Dc
CompC1
CompC2
Da
CompA1
CompA2
Db
1 đường chia sẻ: rate D
CompB1
CompB2
D>=Da+Db+Dc
M U X
Dc
CompC1
CompC2
D E M U X
Ghép kênh
Giải ghép kênh
7
§ 1 Giới thiệu chung
(cid:132) Tín hiệu số có một đặc điểm cơ bản là các xung tín hiệu có thời gian tồn tại hữu hạn. Thời gian tồn tại của từng phần tử chỉ phụ thuộc vào độ rộng xung.
(cid:132) Khi độ rộng xung của tín hiệu khá nhỏ hơn độ dài khung tín hiệu, có thể chia khung tín hiệu thành một số khe thời gian và ghép một số xung tín hiệu từ một số nguồn tin số vào cùng một khung tín hiệu.
8
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
FDM:
-Nhiều dòng số liệu được gửi tại tần số khác nhau trên cùng đường
truyền
-Dải thông đường truyền phải lớn hơn tổng dải thông các dòng bit thành phần
-Được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin tương tự
9
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
(cid:132) Sơ đồ nguyên lý:
0,3 3,4
0,3 3,4
Bộ lọc1
Bộ lọc1
Mod 1
DeMod 1
F 1
F1
0,3 3,4
0,3 3,4
........
Bộ lọc2
Bộ lọc2
Mod 2
DeMod 2
F 2
F2
0,3 3,4
0,3 3,4
Bộ lọc3
Bộ lọc3
Mod 3
DeMod 3
F3
F3
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý ghép kênh theo tần số
10
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
(cid:132) Các bộ điều chế có tần số sóng mang khác nhau: F1≠F2≠F3. Đầu ra của các bộ điều chế được hai băng sóng như hình:
F-3,4 F-0,3
F
F+0,3 F+3,4
0,3 3,4
f
Hình 3.2: Tần phổ của đường dây
(cid:132) Băng bên trên (F+f), băng dưới (F-f). (cid:132) Sau đó cho qua các bộ lọc, lọc lấy một băng (hoặc là băng trên hoặc là băng dưới) và đưa lên đường dây và truyền dẫn đến đối phương.
11
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
(cid:132) Phương pháp ghép kênh theo tần số sử dụng các sóng mang cao tần để đưa thông tin lên thành phần tần số cần thiết và truyền các thành phần tần số này.
(cid:132) Phía thu sẽ lọc lấy tần số của mình, sau đó đổi tần để thu được
thông tin ban đầu.
(cid:132) Phân cấp FDM: FDM được phân thành các nhóm sơ cấp FDM cấp
1, cấp 2, cấp 3; siêu nhóm và siêu siêu nhóm.
12
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
(cid:132) Nhóm sơ cấp FDM cấp 1 được ghép từ 12 kênh thoại tương tự, lấy dải tần từ 60kHz đến 108kHz (thành phần biên trên), có độ rộng: 4x 12 = 48 (kHz).
Hài bậc hai
Hiệu tần
0 48
60
108 120
216 (KHz)
Hình 3.3b: Phân bố sản phẩm số hạng thứ hai
13
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
Băng tần tiếng nói đường dây
f
M
F-f
64+4n
f
60 64 68 100 104 108
Hình 3.3a: Dịch tần phổ của 12 đường
14
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
(cid:132) FDM cấp 2: được ghép bằng 5 nhóm FDM-1, ta có: 12x5=60 kênh thoại; độ rộng là 48x5=240kHz; chiếm dải tần từ 312 ÷ 552 kHz; có sóng mang phụ là 452kHz.
(cid:132) FDM cấp 3 được ghép từ 5 nhóm FDM-2; ta có là 300 kênh thoại;
chiếm dải tần từ 812÷2012kHz.
(cid:132) Siêu nhóm: ghép 3 nhóm FDM-3 = 900 kênh. (cid:132) Siêu siêu nhóm: là 4 siêu nhóm.
15
§ 2 Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM: Frequency Division Multiplexing
Nhận xét: (cid:132) Về bản chất FDM: nhiều kênh khác nhau về tần số được phát cùng
một lúc trên kênh truyền.
(cid:132) Truyền dẫn tín hiệu trên kênh là tương tự >> chống nhiễu kém; suy
hao lớn;
(cid:132) Nhiễu xuyên âm (tần số); giao thoa về tần số: nfc1 ± mfc2. Số kênh ghép hạn chế do cần khoảng bảo vệ tần số (FG: frequency Guard)
16
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDM: Time Division Multiplexing
3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian: (cid:132) Khi có hai tín hiệu tương tự trở lên được truyền dẫn trên một kênh thông tin, thường sử dụng một trong hai phương pháp cổ điển để liên kết hai tín hiệu riêng rẽ này.
(cid:132) Phương pháp thứ nhất là ghép kênh theo tần số. (cid:132) Phương pháp cổ điển thứ hai, tất cả các tín hiệu đều có cùng tần số nhưng chiếm khoảng thời gian khác nhau trong dải thời gian, đó chính là ghép kênh theo thời gian.
17
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Để thực hiện việc này, mỗi tín hiệu tương tự được lấy mẫu tại các thời điểm khác nhau và xung lấy mẫu mang thông tin về biên độ của mỗi tín hiệu riêng được phát lên đường dây. (cid:132) Kết quả là một dãy xung PAM được ghép lại, trong đó mỗi
xung điều biên tuần hoàn bắt nguồn từ một tín hiệu khác nhau.
(cid:132) Điều này có thể thực hiện được, vì bề rộng xung lấy mẫu của tín hiệu 1 ngắn hơn nhiều so với thời gian trôi qua cho đến trước khi tín hiệu 1 được lấy mẫu lần nữa.
18
NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN
TDM – Time Division Multiplexing TDM – Time Division Multiplexing
TDM:
-Nhiều dòng số liệu được gửi tại các khoảng thời gian khác nhau trên một tuyến truyền dẫn -Tốc độ đường truyền phải lớn hơn tổng tốc độ các dòng bit thành phần -Dữ liệu lần lượt truyền trong thời gian ngắn -Được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin số
CompA2
CompA1
CompB2
… C1 B1 A1 C1 B1 A1 …
CompB1
M U X
CompC2
D E M U X
CompC1
19
NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO THỜI GIAN
Nguyên lý ghép kênh số
20
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Hình vẽ là sơ đồ đơn giản của nguyên lý ghép kênh theo thời gian.
1
1
Bộ chuyển mạch
Bộ phân phối
2
2
2
1
Hệ thống truyền dẫn
1 5
3
2 3
3
3
5
4
4
4
4
Tách xung đồng bộ khung
Xung đồng bộ khung
Hình vẽ: Hệ thống TDM 4 kênh
21
NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH
Mạch mô phỏng quátrình ghép kênh
22
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Hình ảnh minh họa việc truyền tin sử dụng TDM 4 kênh (ghép các
xung PAM):
V
F
F
F
F
3
3
3
3
2
2
2
2
4
4
4
4
1
1
1
1
.. .. ...
t
23
Hình vẽ: Dạng sóng của hệ thống TDM 4 kênh
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
Ghép TDM 4 kênh (các xung PAM). (cid:132) Trong đó: F là xung đồng bộ khung, đây cũng là thời điểm bắt đầu của khung sau và là thời điểm kết thúc của khung liền trước.
(cid:132) Khoảng cách 2 xung F kề nhau bằng chu kỳ lấy mẫu: Tm =
125μs.
(cid:132) Ở cả phía phát và thu, các mẫu của các kênh riêng biệt được ghép vào và tách ra nhờ một bộ chuyển mạch kiểu quay tròn gọi là bộ phân phối.
24
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Bộ chuyển mạch ở máy phát và máy thu được đồng bộ một cách
chặt chẽ.
(cid:132) Trong TDM có hai dạng đồng bộ là đồng bộ khung và đồng bộ
theo bít (theo mẫu).
(cid:132) Đồng bộ khung để xác định một cách chính xác điểm bắt đầu của
một nhóm bít (xung mẫu).
(cid:132) Đồng bộ bít cần thiết để phân biệt một cách chính xác từng bít
(xung mẫu) trong mỗi khung.
25
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Quá trình đồng bộ cũng cho phép đồng bộ thiết bị phát và thu khi các tín hiệu thời gian trong hai thiết bị có cùng tốc độ trung bình.
(cid:132) Đồng hồ tạo ra các xung thời gian để điều khiển các chức năng khác nhau và điều khiển tốc độ bít cho mục đích truyền dẫn. (cid:132) Trong nhiều trường hợp đồng hồ ở cả phía thu và phát không hoạt động cùng tốc độ. Để nhận tín hiệu được chính xác, thiết bị thu thường nhận sự định thời từ luồng bít số thu được.
26
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Việc nhận sự định thời từ luồng bít số thu được đảm bảo cho hai thiết bị thu và phát hoạt động ở cùng tốc độ trung bình và có thể xem như đã đồng bộ.
(cid:132) Khi mang cùng 1 luồng bít: đồng hồ phát trong 1 thiết bị phụ thuộc vào đồng hồ mạch thu để tạo ra sự đồng bộ giữa phần phát và thu trên đường truyền dẫn.
(cid:132) Thiết bị thu tách thông tin thời gian từ luồng bít số đưa đến nhờ
các mạch khôi phục đồng bộ.
27
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Trong luồng tín hiệu số: các từ mã được gộp lại với các bít báo
hiệu và các bít đồng bộ khung.
(cid:132) Các bít hoặc từ mã đồng bộ khung được sắp xếp sao cho chúng tạo thành một cấu trúc lặp, nó cho phép thiết bị đầu cuối nhận dạng chính xác mỗi bít hoặc khe thời gian và phân chia luồng tín hiệu số đến thành các tín hiệu thành phần.
(cid:132) Các tín hiệu thành phần sau đó đi đến kênh ra tương ứng.
28
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Một đoạn của tín hiệu được hình thành bởi từ mã đồng bộ khung
và các bít tin gọi là một khung.
(cid:132) Một nhóm bít tin mang thông tin của 1 kênh (8 bit) tạo nên 1
khe thời gian.
(cid:132) Nếu thiết bị thu phát hiện được từ mã đồng bộ khung tại vị trí đã biết trước tức là có đồng bộ và nó tiếp tục làm việc ở chế độ đóng.
(cid:132) Nếu sau vị trí đó qua nhiều khe thời gian không phát hiện được từ mã đồng bộ thì thiết bị đầu cuối cho rằng đồng bộ khung bị mất.
29
§ 3 Kỹ thuật ghép kênh theo thời gian 3.1 Cơ sở ghép kênh theo thời gian
(cid:132) Quá trình tìm kiếm từ mã đồng bộ của phía thu bằng cách trượt từng khe thời gian cho đến khi phát hiện được từ mã đó. Sau đó nó chuyển sang phương thức kiểm tra để khẳng định từ mã đồng bộ xuất hiện vài lần ở đúng vị trí mong muốn trước khi chuyển sang phương thức đóng.
(cid:132) Để khẳng định rằng việc tìm được từ mã đồng bộ thực sự thì cấu trúc của từ mã được lựa chọn phải có xác suất ngẫu nhiên xuất hiện trong dãy thông tin là bé nhất.
30
MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
31
Thuật ngữ
(cid:132) Unipolar
(cid:132) Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu
(cid:132) Polar
(cid:132) Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng
thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm
(cid:132) Tốc độ dữ liệu (data rate)
(cid:132) Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)
(cid:132) Độ rộng (chiều dài 1 bit)
(cid:132) Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit
(cid:132) Tốc độ điều chế
(cid:132) Tốc độ mức tín hiệu thay đổi (cid:132) Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây
(cid:132) Mark và Space
(cid:132) Tương ứng với 1 và 0 nhị phân
32
Diễn giải tín hiệu (cid:132) Cần biết
(cid:132) Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc) (cid:132) Mức tín hiệu
(cid:132) Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải tín hiệu
(cid:132) Tỉ số SNR (cid:132) Tốc độ dữ liệu (cid:132) Băng thông
33
Polar Encoding
34
Nonreturn to zero (NRZ)
(cid:132) Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
(cid:132) 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0 (cid:132) Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu (cid:132) Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 0→1 hoặc từ 1→0)
(cid:132) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
(cid:132) NRZI cho các bit 1 (cid:132) Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở đầu thời khoảng
bit.
(cid:132) Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition) (cid:132) Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition)
35
Nonreturn to Zero (NRZ) (cid:132) Mã hóa sai phân
(cid:132) Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu (thay vì
bằng mức tín hiệu)
(cid:132) Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức (cid:132) Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, cảm giác cực tính
dễ dàng bị mất
(cid:132) Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ
(cid:132) Ưu
(cid:132) Dễ dàng nắm bắt (cid:132) Băng thông dùng hiệu quả
(cid:132) Nhược
36
(cid:132) Có thành phần một chiều (cid:132) Thiếu khả năng đồng bộ (cid:132) Dùng trong việc ghi băng từ (cid:132) Ít dùng trong việc truyền tín hiệu
Multilevel Binary
(cid:132) Dùng nhiều hơn 2 mức (cid:132) Bipolar-AMI (Alternate Mark
Inversion) (cid:132) Bit-0 được biểu diễn bằng không
có tín hiệu
(cid:132) Bit-1 được biểu diễn bằng xung
dương hay xung âm
(cid:132) Các xung 1 thay đổi cực tính xen
kẽ
(cid:132) Không mất đồng bộ khi dữ liệu là
một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ)
Amplitude
0
0
0
1
1
0
1
1
(cid:132) Không có thành phần một chiều (cid:132) Băng thông thấp (cid:132) Phát hiện lỗi dễ dàng
(cid:132) Pseudoternary
(cid:132) 1 được biểu diễn bằng không có
tín hiệu
(cid:132) 0 được biểu diễn bằng xung dương
Time
37
âm xen kẽ nhau
(cid:132) Không có ưu điểm và nhược điểm
The 0s are positive and negative alternately
Multilevel Binary (cid:132) Trade Off
(cid:132) Không hiệu quả bằng NRZ
(cid:132) Mỗi phần tử t/h chỉ biểu diễn 1 bit
(cid:131) Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit
(cid:132) Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0) (cid:132) Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác
suất bit lỗi
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
38
Biphase (cid:132) Manchester
(cid:132) Thay đổi ở giữa thời khoảng bit (cid:132) Thay đổi được dùng như tín hiệu đồng bộ dữ liệu (cid:132) L→H biểu diễn 1 (cid:132) H→L biểu diễn 0 (cid:132) Dùng trong IEEE 802.3
39
Biphase
(cid:132) Differential Manchester
(cid:132) Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng cho đồng bộ (cid:132) Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0 (cid:132) Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1 (cid:132) Dùng trong IEEE 802.5
40
Biphase (cid:132) Ưu và nhược điểm (cid:132) Nhược điểm
(cid:132) Tối thiểu có 1 thay đổi
trong thời khoảng 1 bit và có thể có 2
(cid:132) Tốc độ điều chế tối đa bằng
2 lần NRZ
(cid:132) Cần băng thông rộng hơn
(cid:132) Ưu điểm
(cid:132) Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit (self clocking)
(cid:132) Không có thành phần một
chiều
(cid:132) Phát hiện lỗi
(cid:131) Khi thiếu sự thay đổi mong
41
đợi
Biphase
42
Polar Encoding
43
Bài tập
44
Bài tập
45
Bài tập
0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0
1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0
0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0
0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
46
1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
Bài tập
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
NRZ-L
1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
NRZ-I
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
AMI
0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0
Pseudo-Ternary
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
Manchester
1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
Differential Manchester
47
Scrambling
(cid:132) Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo ra hằng số điện
áp
(cid:132) Chuỗi thay thế
(cid:132) Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa (cid:132) Phải được nhận diện bởi bộ thu và thay thế trở lại chuỗi ban đầu (cid:132) Cùng độ dài như chuỗi ban đầu (cid:132) Không có thành phần một chiều (cid:132) Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0 (cid:132) Không giảm tốc độ dữ liệu (cid:132) Có khả năng phát hiện lỗi
48
B8ZS (cid:132) B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)
(cid:132) Dựa trên bipolar-AMI (cid:132) Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là dương,
mã thành 000+–0–+
(cid:132) Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã
thành 000–+0+–
(cid:132) Gây ra 2 vi phạm mã AMI (cid:132) Có thể lầm lẫn với tác động gây ra bởi nhiễu (cid:132) Bộ thu phát hiện và diễn giải chúng thành 8 số 0 liên tiếp
49
B8ZS
50
HDB3
HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
(cid:132) Dựa trên bipolar-AMI (cid:132) Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế theo quy luật như sau
51
HDB3
52
Bài tập
53
Bài tập
54
So sánh các phương pháp mã hóa
(cid:132) Phổ tín hiệu
(cid:132) Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông (cid:132) Tập trung công suất ở giữa băng thông
(cid:132) Đồng bộ
(cid:132) Đồng bộ bộ thu và bộ phát (cid:132) Tín hiệu đồng bộ ngoại vi (cid:132) Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu
(cid:132) Khả năng phát hiện lỗi
(cid:132) Có thể được tích hợp trong cơ chế mã hóa
(cid:132) Nhiễu và khả năng miễn nhiễm (cid:132) Vài mã tốt hơn các mã khác
(cid:132) Độ phức tạp và chi phí
(cid:132) Tốc độ tín hiệu cao hơn (và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn) dẫn tới chi
phí cao
55
(cid:132) Vài mã đòi hỏi tốc độ tín hiệu cao hơn tốc độ dữ liệu
Digital → Analog
(cid:132) Ứng dụng
Analog and digital transmission
(cid:132) Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng điện
Analog data
Analog Analog Analog signal signal signal
Digital Digital Digital signal signal signal
thoại công cộng (cid:132) 300Hz → 3400Hz
Digital data
Analog signal
Digital Digital Digital signal signal signal
(cid:132) Thiết bị
(cid:132) MODEM (MOdulator-DEMulator)
(cid:132) Kỹ thuật
Digital → Analog
(cid:132) Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK) (cid:132) Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK) (cid:132) Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK)
ASK
FSK
PSK
QAM
56
KỸ THUẬT ĐiỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
57
Điều biên (ASK)
(cid:132) Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1
A
)
binary
1
ts )(
=
(thông thường một biên độ bằng 0) cos( 2 tf + cθπ 0
binary
0
⎧ ⎨ ⎩
(cid:132) Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất (cid:132) Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp
(~1200bps trên kênh truyền thoại)
(cid:132) Tần số của tín hiệu sóng mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn giao
tiếp đang được sử dụng
(cid:132) Kỹ thuật được dùng trong cáp quang
58
Điều biên (ASK)
59
Điều biên (ASK)
60
Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)
(cid:132) Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứng mức 1, tần số
)( ts
=
) )
1 0
A A
binary binary
cos( 2 tf + θπ 1 c 2 cos( tf + θπ 2 c
thấp tương ứng mức 0. ⎧ ⎨ ⎩
(cid:132) Ít lỗi hơn so với ASK (cid:132) Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấp hơn trên
mạng điện thoại
(cid:132) Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên sóng radio hoặc
cáp đồng trục
61
Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)
62
Điều tần (FSK) – Multiple (FSK)
(cid:132) Dùng nhiều hơn 2 tần số (cid:132) Băng thông được dùng hiệu quả hơn (cid:132) Khả năng lỗi nhiều hơn (cid:132) Mỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit dữ liệu
63
Điều pha (PSK) (cid:132) Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này
A
)( ts
=
) π )
1 0
binary binary
cos( A
⎧ ⎨ ⎩
2 tf + π c 2 cos( tf π c (cid:132) PSK vi phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so với
sóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)
(cid:132) Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang
(Phase Amplitude Modulation)
(cid:132) Phương pháp này thường được dùng trong truyền dữ liệu ở tốc độ 2400bps (2 bits per phase change - CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bits encoding per phase change - CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bits encoding per phase/amplitude change)
(cid:132) Tổng quát cho mã hóa NRZ-L
:D
modulation rate (bauds)
:R
data
rate (bps)
D
=
=
:l
number
of
bits
per
R l
R log
L
2
:L
number
of
different
signal element 64 signal elements
Điều pha (PSK)
65
Điều pha (PSK)
(cid:132) Quadrature PSK (QPSK)
)( ts
=
o
)0 + o )90 + o 180 )
00 01 10
+
o
cos(
270
)
11
A
+
2 cos( A tf π c 2 cos( tf A π c 2 cos( A tf π c 2 tf π c
⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩
(cid:132) M-ary PSK (cid:132) Hệ thống 64 và 256 trạng thái (cid:132) Cải thiện tốc độ dữ liệu với băng thông không đổi (cid:132) Tăng khả năng tiềm ẩn lỗi
66
Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
(cid:132) QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wireless (cid:132) Kết hợp giữa ASK và PSK (cid:132) Mở rộng logic của QPSK (cid:132) Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang
(cid:132) Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 ¨ (cid:132) Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế (cid:132) 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường (cid:132) Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu
67
Digital → Analog
68
Analog → Digital
(cid:132) Ứng dụng
Analog and digital transmission
(cid:132) Dùng để truyền dữ liệu tương tự trên mạng
truyền dữ liệu số
Analog data
Digital signal
Analog Analog Analog signal signal signal
(cid:132) Tận dụng các ưu điểm của truyền dẫn số (thiết bị rẻ, dùng repeater, TDM, …)
Digital data
Analog Analog Analog signal signal signal
Digital Digital Digital signal signal signal
(cid:132) Số hóa
các loại mã khác
Analog → Digital
(cid:132) Thiết bị
(cid:132) CODEC (COder-DECoder)
PCM
DM
(cid:132) Kỹ thuật
(cid:132) Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation
(PCM)
(cid:132) Điều chế Delta: Delta Modulation (DM)
69
(cid:132) Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZ-L hay
Điều chế xung mã (PCM)
(cid:132) Lý thuyết lấy mẫu
(cid:132) “Nếu tín hiệu f(t) được lấy mẫu đều với tốc độ lấy mẫu cao hơn tối thiểu 2 lần tần số tín hiệu cao nhất, thì các mẫu thu được chứa đủ thông tin của tín hiệu ban đầu. T/h f(t) có thể được tái tạo, dùng bộ lọc thông thấp”
(cid:132) Công thức Nyquist: N >= 2f
max 11111111
(cid:132) N: tốc độ lấy mẫu (cid:132) f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu
(cid:132) Dữ liệu tiếng nói
0
00000001
(cid:132) Giới hạn tần số <4000Hz (cid:132) Tốc độ lấy mẫu cần thiết
00000000 min
8000 mẫu/giây
70
Điều chế xung mã (PCM)
(cid:132) PAM (Pulse Amplitude Modulation)
(cid:132) Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B
(cid:132) Lượng tử hóa các xung PAM
(cid:132) Xác định giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị
khoảng đó
(cid:132) Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2n (n là số bit cần thiết để số hóa 1 xung)
(cid:132) Mã hóa dữ liệu
(cid:132) Thực hiện các thao tác mã hóa thông tin trước khi truyền đi
71
Continuous-time, continuous-amplitude (analog) input signal Discrete-time, continuous-amplitude signal (PAM pulses) Discrete-time, discrete-amplitude signal (PCM pulses) Digital bit stream output signal
Điều chế xung mã (PCM)
72
Điều chế xung mã
73
Non-linear coding
(cid:132) Mức lượng tử không đều (cid:132) Giảm méo tín hiệu (cid:132) Companding (compressing-expanding)
74
Điều chế Delta (DM)
(cid:132) Tín hiệu tương tự được xấp xỉ bởi hàm bậc thang (staircase) (cid:132) Hành vi nhị phân
(cid:132) Đi lên hay xuống 1 mức (δ) tại mỗi thời khoảng lấy mẫu
(cid:132) Hiệu suất
(cid:132) Để tái tạo tiếng nói tốt
(cid:132) PCM - 128 mức (7 bit) (cid:132) Băng thông thoại 4khz (cid:132) Cần 8000 x 7 = 56kbps đối với PCM (cid:132) Kỹ thuật nén dữ liệu có thể cải thiện thêm
75
(cid:132) Ví dụ: kỹ thuật mã xen khung (interframe coding) cho video
Điều chế Delta (DM)
76
Điều chế Delta (DM)
77
Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu
(cid:132) Baudot (Emile Baudot) (cid:132) 5 bit (32 mã) (cid:132) dùng 2 mã 5 bit (letter & figure) để mã hết các ký tự, chữ số và dấu
(cid:132) ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
(cid:132) 7 bit (128 mã), bao gồm các ký tự chữ thường và hoa, các ký tự chữ số, các
ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt.
(cid:132) Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự.
(cid:132) EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)
(cid:132) 8 bit (cid:132) Được dùng trong các hệ thống máy tính IBM
(cid:132) Unicode
(cid:132) 16 hoặc 32 bit (cid:132) Hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong tương lai
78
Mã Baudot
“JAMES BOND 007 SAYS HI!”
79
Mã ASCII
80
