Chuong 3 cac van de co ban phan 1

1,593 views
1,412 views

Published on

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,593
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
55
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Chuong 3 cac van de co ban phan 1

  1. 1. Các vấn đề cơ bản củatruyền số liệu bvhieu@dit.hcmut.edu.vn bvhieu@cse.hcmut.edu.vn 1
  2. 2. Nội dungDữ liệu và tín hiệuTruyền dẫn dữ liệuKỹ thuật mã hóa tín hiệuCấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song)Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ)Lỗi và phát hiện, sữa lỗiCấu hìnhGiao tiếp V.24/EIA-232-FNén thông tinPhân hợp kênhADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2
  3. 3. Nội dungDữ liệu và tín hiệuTruyền dẫn dữ liệuKỹ thuật mã hóa tín hiệuCấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song)Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ)Lỗi và phát hiện, sữa lỗiCấu hìnhGiao tiếp V.24/EIA-232-FNén thông tinPhân hợp kênhADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 3
  4. 4. Tín hiệu số (digital)Tín hiệu số có thể được biểu diễn như sau x = f + f3 + f5 +f7 +f9 +f11 +f13 ....f∞Tín hiệu số gồm 1 tần số cơ bản (f), cộng thêm tầnsố 3f (hài tần bậc 3), cộng thêm tần số 5f (hài tầnbậc 5), …Gọi biên độ của tần số f, f3, f5,… là a, a3, a5, … thìa = 3a3 = 5a5 …Yêu cầu: băng thông của kênh truyền phảicho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tầnsố 5f đi qua mà không ảnh hưởng nhiềuđến các tần số này Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4
  5. 5. Tín hiệu số (tt)Có thể truyền tín hiệu số tốc độ 2400bps qua kênhtruyền băng thông 3.1kHz ? Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5
  6. 6. Dữ liệu và tín hiệuThường dùng tín hiệu số truyền dữ liệu sốThường dùng tín hiệu tương tự truyền dữ liệu tươngtựCó thể dùng tín hiệu tương tự mang dữ liệu số ModemCó thể dùng tín hiệu sốđể mang dữ liệu tương tự Compact Disc audio Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6
  7. 7. Nội dungDữ liệu và tín hiệuTruyền dẫn dữ liệuKỹ thuật mã hóa tín hiệuCấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song)Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ)Lỗi và phát hiện, sữa lỗiCấu hìnhGiao tiếp V.24/EIA-232-FNén thông tinPhân hợp kênhADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7
  8. 8. Truyền dẫnTruyền dẫn tương tự Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền Suy giảm khi truyền xa Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu m(t) s(t) m(t) Digital/Analog Modulator analog Demodulator fc S(f) f fc Bộ môn Kỹ thuật máy tính 8
  9. 9. Truyền dẫn (tt)Truyền dẫn số Quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền. Nhiễu và sự suy giảm tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến sự tích hợp. Dùng bộ lặp (repeater) để truyền dữ liệu đi xa. Không khuếch đại nhiễu. g(t) x(t) g(t) Encoder Decoder Digital/Analog digital x(t) t Bộ môn Kỹ thuật máy tính 9
  10. 10. Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫnAnalog data/Analog Signal Analog and digital transmission Gởi bình thường Analog Analog Digital Mã hóa vào phần phổ khác data signal signalAnalog data/Digital Signal Digital Analog Digital data signal signal Dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit sốDigital Data/Analog Signal Được mã hóa dùng modem để tạo ra tín hiệu tương tựDigital Data/Digital Signal Gởi bình thường Mã hóa để tạo ra tín hiệu số có đặc tính mong muốn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 10
  11. 11. Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn (tt)Analog Signal/Analog Transmission Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý tín hiệu như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tựAnalog Signal/Digital Transmission Xem tín hiệu biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeaterDigital Signal/Analog Transmission Không dùngDigital Signal/Digital Data Tín hiệu là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater Bộ môn Kỹ thuật máy tính 11
  12. 12. Truyền dẫn sốƯu điểm Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành Toàn vẹn dữ liệu Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất lượng Hiệu quả kênh truyền Có thể truyền nhiều kênh hơn trên cùng một đường truyền Bảo mật Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng Tích hợp Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12
  13. 13. Nội dungDữ liệu và tín hiệuTruyền dẫn dữ liệuKỹ thuật mã hóa tín hiệuCấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song)Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ)Lỗi và phát hiện, sữa lỗiCấu hìnhGiao tiếp V.24/EIA-232-FNén thông tinPhân hợp kênhADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 13
  14. 14. Tiêu chí so sánh các phương pháp mã hóaPhổ tín hiệu Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông Thiếu thành phần một chiều cho phép “ac coupling” thông qua bộ biến đổi, cho phép các thiết bị tách rời vật lý Tập trung công suất ở giữa băng thôngĐồng bộ Đồng bộ bộ thu và bộ phát Tín hiệu đồng bộ ngoại vi Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 14
  15. 15. Tiêu chí so sánh các phương pháp mã hóa(tt) Khả năng phát hiện lỗi Nhiễu và khả năng miễn nhiễm Độ phức tạp và chi phí Bộ môn Kỹ thuật máy tính 15
  16. 16. Dữ liệu số - Tín hiệu sốTín hiệu số Xung điện áp rời rạc, không liên tục Mỗi xung là một phần tử tín hiệu Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các phần tử tín hiệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 16
  17. 17. Thuật ngữUnipolar Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấuPolar Một trạng thái được biểu diễn bằng mức điện áp dương Một trạng thái được biểu diễn bằng mức điện áp âmĐộ rộng (chiều dài 1 bit) Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bitTốc độ điều chế Tốc độ mức tín hiệu thay đổi (baud rate)Mark và Space Tương ứng với 1 và 0 nhị phân Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17
  18. 18. Diễn giải tín hiệuCần biết Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc) Mức tín hiệuYếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải t/h Tỉ số SNR Tốc độ dữ liệu Băng thông Bộ môn Kỹ thuật máy tính 18
  19. 19. Nonreturn to zero (NRZ)Điện áp không thay đổi trong thời khoảng bitNonreturn to Zero-Level (NRZ-L) 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0 Thông thường, điện áp dương dùng cho bit 0 và điện áp âm dùng cho bit 1Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Có thay đổi tín hiệu mã hóa 1 Không có thay đổi tín hiệu mã hóa 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 19
  20. 20. Ưu và nhược điểm của NRZƯu điểm của NRZI so với NRZL Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, mức dễ dàng bị mấtƯu điểm của NRZ Dễ dàng nắm bắt Băng thông dùng hiệu quảNhược điểm của NRZ Có thành phần một chiều Thiếu khả năng đồng bộDùng trong việc ghi băng từÍt dùng trong việc truyền t/h Bộ môn Kỹ thuật máy tính 20
  21. 21. Multilevel BinaryDùng nhiều hơn 2 mức tín hiệuBipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) Sử dụng 3 mức tín hiệu 0 được biểu diễn bằng mức điện áp giữa 1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm Các xung thay đổi cực tính xen kẻ nhauPseudoternary: ngược lại Bipolar AMI Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21
  22. 22. Ưu và nhược điểmƯu điểm Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ) Phát hiện lỗi dễ dàng Không có thành phần một chiềuNhược điểm Băng thông thấp Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0) Cần thêm gần 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit lỗi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22
  23. 23. Biphase - ManchesterThay đổi ở giữa thời khoảng bitThay đổi vừa là tín hiệu đồng bộ vừa là dữ liệuL→H biểu diễn 1H→L biểu diễn 0Dùng trong IEEE 802.3 (CSMA/CD Ethernet) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 23
  24. 24. Biphase - Differential ManchesterThay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng đồng bộDữ liệu được biểu diễn bằng việc có hay khôngcó thay đổi ở đầu thời khoản bit Thay đổi : biểu diễn 0 Không thay đổi : biểu diễn 1Dùng trong IEEE 802.5 (Token ring LAN) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 24
  25. 25. Ưu và nhược điểm của BiphaseNhược điểm Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ Cần băng thông rộng hơnƯu điểm Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit (self clocking) Không có thành phần một chiều Phát hiện lỗi Khi thiếu sự thay đổi mong đợi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 25
  26. 26. Bài tậpBộ môn Kỹ thuật máy tính 26
  27. 27. Bài tập – GiảiBộ môn Kỹ thuật máy tính 27
  28. 28. Scrambling (xáo trộn)Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế một chuỗi điện ápChuỗi thay thế Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa Có thể thay thế trở lại chuỗi ban đầu Cùng độ dài như chuỗi ban đầuKhông có thành phần một chiềuKhông có chuỗi dài các tín hiệu không thay đổi điện ápKhông giảm tốc độ dữ liệuCó khả năng phát hiện lỗi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 28
  29. 29. Scrambling – B8ZSDựa trên bipolar-AMICó 8 số 0 thì sẽ thay thế Nếu xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, thay thế bằng 000+–0–+ Xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã thành 000–+0+–Gây ra 2 vi phạm mã AMIBộ thu diễn giải chúng trở lại thành 8 số 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 29
  30. 30. Scrambling – HDB3Dựa trên bipolar-AMIChuỗi 4 số 0 được thay thế theo quy tắc Bộ môn Kỹ thuật máy tính 30
  31. 31. Dữ liệu số - Tín hiệu tương tựỨng dụng Truyền dữ liệu số trên mạng điện thoại công cộngPhổ đường truyền: 300Hz → 3400HzThiết bị MODEM (MOdulator-DEMulator)Kỹ thuật Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK) Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK) Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 31
  32. 32. Điều biên (ASK)Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểudiễn 0 và 1 (thông thường một biên độ bằng 0) ⎧ A cos(2π f c t + θ c ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ 0 binary 0Sử dụng một tần số sóng mang duy nhấtChỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp(~1200bps trên kênh truyền thoại)Tần số của tín hiệu mang được dùng phụ thuộc vàochuẩn giao tiếp đang được sử dụngKỹ thuật được dùng trong cáp quang Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32
  33. 33. Điều biên (tt)Bộ môn Kỹ thuật máy tính 33
  34. 34. Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứngmức 1, tần số thấp tương ứng mức 0. ⎧ A cos(2π f1t + θ c ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ A cos(2π f 2t + θ c ) binary 0Ít lỗi hơn so với ASKĐược sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấphơn trên mạng điện thoạiCó thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trênsóng radio hoặc cáp đồng trục Bộ môn Kỹ thuật máy tính 34
  35. 35. Điều tần (tt)Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35
  36. 36. Điều tần (FSK) – Multiple FSK (MFSK)Dùng nhiều hơn 2 tần sốBăng thông được dùng hiệu quả hơnKhả năng lỗi nhiều hơnMỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit dữliệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36
  37. 37. Điều pha (PSK)Sử dụng một tần số sóng mangThay đổi pha để biểu diễn các giá trị ⎧ A cos(2π f c t + ϕ ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ A cos(2π f c t ) binary 0PSK vi phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so vớisóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang(Phase Amplitude Modulation)Thường được dùng trong truyền dữ liệu ở tốc độ 2400bps (2bits per phase change - CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bitsencoding per phase change - CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bitsencoding per phase/amplitude change) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37
  38. 38. Điều pha (tt)Bộ môn Kỹ thuật máy tính 38
  39. 39. Điều pha - Quadrature PSK (QPSK)Sử dụng bốn giá trị lệch pha ⎧ A cos(2π f c t + 0 ) 00 ⎪ ⎪ A cos(2π f c t + 90 ) 01 s (t ) = ⎨ ⎪ A cos(2π f c t + 180 ) 10 ⎪ A cos(2π f c t + 270 ) ⎩ 11 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39
  40. 40. Hiệu suấtBăng thông Băng thông ASK và PSK liên quan trực tiếp với tốc độ bit BT = (1+r)R Băng thông FSK có quan hệ với tốc độ dữ liệu và độ dịch chuyển của các tần số điều chế BT = 2ΔF + (1+r)R Tín hiệu nhiều mức BT = (1+r)R/m = (1+r)R/log2MTrong trường hợp có lỗi, tốc độ lỗi của PSK và QPSKcao hơn khoảng 3dB so với ASK và FSK Bộ môn Kỹ thuật máy tính 40
  41. 41. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wirelessKết hợp giữa ASK và PSKGởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường Bộ môn Kỹ thuật máy tính 41
  42. 42. Tín hiệu tương tự - Dữ liệu sốỨng dụng Truyền dữ liệu tương tự trên mạng truyền dữ liệu số Số hóaThiết bị CODEC (COder-DECoder)Kỹ thuật Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM) Điều chế Delta: Delta Modulation (DM) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 42
  43. 43. Điều chế xung mã (PCM)Lý thuyết lấy mẫu“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” Công thức Nyquist: N >= 2f N: tốc độ lấy mẫu f: tần số của tín hiệu được lấy mẫuTiếng nói truyền qua điện thoại giới hạn tần số<4000Hz. Tần số lấy mẫu bằng bao nhiêu? Bộ môn Kỹ thuật máy tính 43
  44. 44. Điều chế xung mã (tt) Input Discrete Discrete Digital bit signals time, time, stream continuous discrete output amplitude amplitude signal signal signalPAM (Pulse Amplitude Modulation) Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2BLượng tử hóa (Quantizer) các xung PAM Giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng đó Số mức lượng tử là 2n (n là số bit dùng số hóa một xung)Mã hóa dữ liệu Thực hiện các thao tác mã hóa trước khi truyền đi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 44
  45. 45. Điều chế xung mã (tt)Bộ môn Kỹ thuật máy tính 45
  46. 46. PCM - Non-linear codingMức lượng tử không đềuGiảm méo tín hiệuCompanding (compressing-expanding) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 46
  47. 47. Companding 1.0 0.8 Output signal 0.6 magnitude 0.4 0.2 0.0 Input signal magnitudeBộ môn Kỹ thuật máy tính 47
  48. 48. Điều chế Delta (DM)Tín hiệu tươngtự được xấp xỉbởi hàm bậcthang (staircase)Chỉ đi lên hayxuống 1 mức (δ)tại mỗi thờikhoảng lấy mẫu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 48
  49. 49. Điều chế Delta (tt)Bộ môn Kỹ thuật máy tính 49
  50. 50. Tín hiệu tương tự - Dữ liệu sốỨng dụng Điều chế dữ liệu tương tự: thay đổi tần số truyền Dùng cho dồn kênh FDMKỹ thuật Điều chế biên: Amplitude Modulation (AM) Điều chế góc (Angle Modulation) Điều chế tần số: Frequency Modulation (FM) Điều chế pha: Phase Modulation (PM) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 50
  51. 51. Điều chế biên (AM)Biên độ của sóng mang được thay đổi bởi biên độ của tínhiệu được truyền đi s(t) = [1+nax(t)]cos(2πfct) Tạo ra tín hiệu 2 bên (DSBTC) SSB và DSBSCƯu điểm Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế) Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhauKhuyết điểm Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu Không sử dụng hiệu quả năng lượng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 51
  52. 52. Điều chế biênBộ môn Kỹ thuật máy tính 52
  53. 53. Điều chế góc s(t) = Accos[2πfct + Φ(t)]Phương pháp điều tần số (FM)Tín hiệu phát thay đổi thành phần tần số tỷ lệ với biên độvà tần số của tín hiệu truyền điƯu điểm Khó bị ảnh hưởng của nhiễu Sử dụng hiệu quả năng lượngKhuyết điểm Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệu truyền đi ban đầu (dữ liệu) Điều chế và giải điều chế phức tạp hơn so với phương pháp điều biên Bộ môn Kỹ thuật máy tính 53
  54. 54. Điều chế gócBộ môn Kỹ thuật máy tính 54
  55. 55. Phương pháp điều chế pha (PM) Φ(t) = npm(t)Tín hiệu truyền đi làm thay đổi pha của sóng mangPhổ của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều pha tươngtự như phương pháp điều tần → phương pháp điều pha cũng có các đặc điểm tương tự phươngpháp điều tầnƯu điểm của điều chế pha Tần số của tín hiệu là cố định, pha thay đổi. Chỉ cần thiết kế bộ lọc tần số cho một tần số duy nhất thay vì nhiều tần số như trong phương pháp điều tần ? Trong trường hợp tín hiệu điều chế chỉ nhận một số giá trị (như tín hiệu số), mạch điều chế và giải điều chế hiện thực theo phương pháp điều pha được đơn giản rất nhiều Bộ môn Kỹ thuật máy tính 55
  56. 56. Hiệu suấtBăng thông AM BT = 2B FM&PM BT = 2(β+1)BFM và PM cần băng thông lớn hơn so với AM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 56

×