LÝ THUYẾT TRUYỀN DẪN SỐ
Truyền dẫn là chức năng truyền tải tín hiệu từ nơi này đến nơi khác. Hệ thống
truyền dẫn bao gồm các thành phần cơ bản là các thiết bị thu/ phát, phương tiện truyền
dẫn, bộ lặp. Cấu trúc cơ bản của một tuyến truyền dẫn có thể được mô tả như sau:
Thiết bị phát thực hiện điều chế, mã hoá,... tín hiệu băng gốc (thoại, số
liệu,…) nhằm truyền tải tín hiệu một cách hiệu quả nhất (đảm bảo độ tin cậy, chống
lỗi, sửa lỗi, giảm suy hao, …) trên phương tiện truyền dẫn đến đầu thu. Đầu thu thực
hiện các quá trình ngược lại (giải điều chế, giả mã, ...) để khôi phục tín hiệu nguyên
thuỷ ban đầu.
Bộ lặp có nhiệm vụ tái tạo lại tín hiệu để bù lại những suy hao trên tuyến
truyền dẫn.
Phương tiện truyền dẫn có nhiệm vụ truyền tải tín hiệu. Một số loại phương
tiện truyền dẫn chủ yếu: cáp đồng, cáp đồng trục, ống dẫn sóng, cáp sợi quang, sóng
vô tuyến điện. Hiện tại, phương tiện truyền dẫn phổ biến nhất là cáp sợi quang và sóng
vô tuyến điện, đặc biệt là các tuyến viba số (truyền sóng siêu cao tần – cỡ nGHz -
trong tầm nhìn thẳng).
4.1. Nhiễu và tạp âm
4.1.1. Nhiễu
Trong các hệ thống thông tin số nói chung và các hệ thống truyền dẫn số nói
riêng, nguồn nhiễu xuất phát chủ yếu từ các hệ thống thông tin khác hoặc các nguồn
nhiễu ngoài khác như:
- Tiếng vọng của các tín hiệu tốc độ cao gây ra
- Nhiễu xung do sét
Thiết bị
thu/phát
Phương tiện
truyền dẫn
Phương tiện
truyền dẫn
Bộ
lặp
Thiết bị
thu/phát
Hình 4.1: Cấu trúc cơ bản của một tuyến truyền dẫn
90
- Điện áp cảm ứng từ các dây dẫn điện, đường điện ngầm
- Tiếng ồn bên ngoài: Tiếng động cơ máy móc, ô tô, …
Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, nguồn nhiễu chủ yếu xuất phát từ việc
sử dụng chung các dải phổ tần số vô tuyến điện hoặc sử dụng các dải tần cạnh nhau.
- Nếu sử dụng cùng tần số sẽ có nhiễu đồng kênh (co-channel interference)
- Nếu sử dụng các tần số liền kề nhau sẽ có nhiễu cận kênh (adjacent
interference)
Ngoài ra, trong các hệ thống thông tin vô tuyến, việc tồn tại nhiều tia sóng
giữa đầu phát và đầu thu với độ trễ truyền dẫn khác nhau cũng là một nguyên nhân gây
ra nhiễu (ví dụ: như việc xuất hiện bóng mờ- ghost- trên màn hình TV).
Khắc phục:
- Sử dụng các phương pháp điều chế và mã hoá thích hợp.
- Sử dụng các tuyến cáp sợi quang thay cho các tuyến cáp đồng trụcvà
đường truyền vô tuyến.
- Sử dụng anten thông minh (adaptive antena): anten loại này có thể thay
đổi hướng của các búp sóng theo thời gian thực, hướng theo sự di chuyển
của thiết bị đầu cuối nên có thể giảm thiểu được nhiễu và tăng cường độ
tín hiệu có ích.
- Sử dụng dải phổ tần hợp lý để tránh nhiễu đồng kênh và nhiễu cận kênh.
4.1.2. Tạp âm (interference)
Khác với nhiễu, tạp âm bắt nguồn từ trong nội tại bản thân các tuyến thông tin.
Tạp âm xuất hiện một cách ngẫu nhiên rất khó có thể dự đoán và khử. Các loại tạp âm
thường gặp là: tạp âm nhiệt, tạp âm khí quyển.
4.1.3. Xuyên âm (cross-talk)
Nhìn chung, đối với các tuyến truyền dẫn người ta thường dùng nhiều đường
dây trong cùng một cáp. Hiện tượng xuyên âm xảy ra do các tín hiệu truyền đi trên
một đường này tạo ra một trường điện từ làm ảnh hưởng đến đường kia. Khái niệm
xuyên âm chủ yếu tồn tại trong hệ thống điện thoại.
91
Xuyên âm ở đầu thu do tín hiệu truyền đi trên hai đường theo các hướng
ngược nhau gọi là xuyên âm gần. Xuyên âm do tín hiệu truyền đi trên hai đường cùng
hướng gọi là xuyên âm xa. Trong trường hợp xuyên âm gần, mức tín hiệu hướng phát
thường lớn hơn nhiều so với mức tín hiệu hướng thu, do đó ảnh hưởng của xuyên âm
gần là tương đối nghiêm trọng (nghiêm trọng hơn nhiều so với xuyên âm xa). Ảnh
hưởng của xuyên âm cũng tăng khi tần số tăng.
Khắc phục:
- Sử dụng các màng lọc trên đường cáp để cách ly giữa các đường truyền.
- Phân tách các đường bằng cách sử dụng các đường cáp khác nhau
- Sử dụng cáp sợi quang.
4.2. Mã đường truyền
4.2.1. Đặt vấn đề
Tín hiệu đầu ra thiệt bị PCM là dòng các bit 0 và 1:
Nếu truyền trực tiếp tín hiệu dưới dạng mã nhị phân này đi thì trên đường
truyền sẽ tồn tại thành phần điện áp một chiều (+E V). Do đó, tổn hao nhiệt sẽ phát
sinh dẫn tới tổn hao tín hiệu.
Ngoài ra, trong kỹ thuật thông tin, xung nhịp CLK được khôi phục dựa trên sự
chuyển tiếp tín hiệu giữa các bit 0 và 1; nếu tồn tại một dãy bit 0 liên tiếp với số lượng
Xuyên
âm xa
Xuyên
âm gần
Hình 4.2: Xuyên âm
0 V
+ E V
0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1
92
khá lớn thì sẽ rất khó khăn cho việc khôI phục xung nhịp do không có điểm chuyển
tiếp tín hiệu.
Truyền một dòng bit Iij từ Ni tới Nj:
- Nếu khôi phục được CLK R, chỉ cần một dây để truyền tải cả thông tin và
xung nhịp
- Nếu không khôi phục được CLK R, phải cần hai dây: một cho thông tin,
một cho xung nhịp
Khi truyền tải tín hiệu trên môi trường truyền dẫn, khả năng xảy ra lỗi là hoàn
toàn có thể. Yêu cầu về việc phát hiện, sửa lỗi được đặt ra trong kỹ thuật truyền dẫn
nhằm nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống. Nếu chỉ truyền dòng bit nhị
phân nguyên thuỷ từ đầu ra bộ PCM thì điều này là không thể thực hiện được.
Giải pháp mã hoá tín hiệu dưới dạng mã nhị phân bằng các loại mã truyền dẫn
trước khi truyền tải lên môi trường truyền dẫn được đưa ra để giải quyết các vấn đề
nêu trên.
4.2.2. Các yếu tố cần xem xét khi chọn mã đường
Việc lựa chọn loại mã đường nào cho phù hợp phải dựa vào một hoặc nhiều các
yếu tố dưới đây:
- Thành phần một chiều DC: Đối với các đường truyền kết nối AC như dùng
tụ điện, biến áp… nếu trong thành phần của mã đường chứa thành phần DC thì thành
phần này sẽ bị ngăn lại gây bị méo tín hiệu thu. Hơn nữa nếu truyền qua đường truyền
bằng kim loại thành phần DC sẽ làm nóng dây khiến cho suy hao tăng lên.
- Băng thông: Băng thông của mã đường càng nhỏ thì càng tốt vì sẽ giúp tiết
kiệm được băng thông.
- Tỷ lệ lỗi bit BER: BER được định nghĩa là số bit thu bị lỗi trên tổng số bit
truyền đi trong một đơn vị thời gian. BER càng nhỏ càng tốt.
- Tính trong suốt: Đó là đặc tính một ký tự, một bit, một nhóm bit nào đó có
thể truyền đi và nhận lại được. Nếu mà không có tính trong suốt thì có khả năng một
nhóm bit hay một ký tự nào đó bị chặn lại tại một trạm thu trên đường truyền và không
đến đích cuối cùng hoặc có thể một dòng bit nào đó bị mất tín hiệu đồng hồ.
- Khả năng dễ dàng khôi phục đồng hồ: Một ưu điểm của thông tin số so với
thông tin tương tự là khả năng khôi phục tín hiệu tại các trạm lắp đặt trên đường
93
truyền, làm cho chất lượng tín hiệu số không bị suy giảm theo khoảng cách. Hai công
việc chính của trạm lặp là khuếch đại biên độ của tín hiệu và khôi phục đồng hồ tại tốc
độ bit để tín hiệu đến trạm lắp có thể lấy mẫu vào thời điểm thích hợp.
- Khả năng tự phát hiện lỗi: Ở đây hiểu khả năng tự phát hiện lỗi là căn cứ
vào quy luật mã hóa để phát hiện lỗi chứ không phải đưa thêm độ dư vào mã
- Đơn giản trong việc thực hiện mã hóa và giải mã.
4.2.3. Các loại mã đường dây
Các xung trong mã đường truyền gồm hai loại: Trở về ‘0’ (RZ – Return to
Zero) và không trở về ‘0’ (NRZ – Non-return to Zero). NRZ có nghĩa là xung ‘1’ chỉ
trở về 0 khi kết thúc toàn bộ thời gian (chu kỳ) của xung nhịp, còn RZ nghĩa là xung 1
sẽ trở về 0 trong khoảng thời gian xung nhịp chưa kết thúc.
Hình 4.3: Tín hiệu dạng RZ và NRZ
Trong các hệ thống thông tin số có 2 trường hợp:
* Trường hợp 1: Đầu ra của thiết bị ghép kênh số trở thành đầu vào của thiết
bị ghép kênh số mức cao hơn. Độ dài đường dây dẫn tín hiệu trong trường hợp này
thường không vượt quá 100m. Khi đó mã đường truyền được sử dụng còn gọi là mã
giao tiếp và được CCITT khuyến nghị:
NRZ 100%
unipolar
1 0 1 0 1 1 0 1
BIN
CLK
RZ
50%unipolar