dce2008Chương 3 K thu t mã hóa tín hi uBKTP.HCMD D D Dli li li liu s , tín hi u s u s , tín hi u tương t u tương t , tín hi u s u tương t , tín hi u tương t.dce2008Tín hi u analog• Ba đ c đi m chính c a tín hi u analog bao g m– Biên đ (A ppt

t ấ t– Tai người không cảm nhận được sự dịch pha– T/h mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha • Ví dụ các mối nối không hoàn hảo sẽ gây ra dịch pha... Biphase: Manchester• Manchester –

Tín hi ệ u analog

• Ba đặ c đ i ể m chính c ủ a tín hi ệ u

– Biên độ (Amplitute)– Tần số (Frequency)– Pha (Phase)

– Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel (dB) hay volts

– Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường

độ mạnh– Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”

• Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất phức tạp

• Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác nhau của nhiều tín hiệu

T ầ n s ố c ủ a tín hi ệ u analog

• T ố c độ thay đổ i c ủ a tín hi ệ u

trong m ộ t giây, đơ n v ị Hz

giây (cycles per second)

– T/h 30Hz thay đổi 30 lần trong

một giây

• M ộ t chu k ỳ là s ự di chuy ể n

sóng c ủ a tín hi ệ u t ừ đ i ể m ngu ồ n b ắ t đầ u cho đế n khi quay tr ở v ề l ạ i đ i ể m ngu ồ n

đ ó.

t ấ t

– Tai người không cảm nhận

được sự dịch pha– T/h mang dữ liệu bị ảnh

hưởng bởi sự dịch pha

• Ví dụ các mối nối không hoàn hảo sẽ gây ra dịch pha

Tín hi ệ u digital

• Tín hi ệ u s ố bao g ồ m ch ỉ hai tr ạ ng thái, đượ c di ễ n t ả

v ớ i hai tr ạ ng thái ON hay OFF ho ặ c là 0 hay 1

• Tín hi ệ u s ố yêu c ầ u kh ả n ă ng b ă ng thông l ớ n h ơ n tín

hi ệ u analog.

– Nếu biên độ của tần số f, f3, f5, … là a, a3, a5, … thì a = 3a3 = 5a5 …– Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, băng thông của kênh

truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần số 5f đi qua

mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này– Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín hiệu số

Tín hi ệ u digital

• Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại có băng

thông 3.1kHz– Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit) – Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi

D ữ li ệ u, tín hi ệ u và truy ề n d ẫ n

• Analog data/Analog Signal

– G ở i bình th ườ ng ho ặ c mã hóa vào ph ầ n ph ổ khác

• Analog data/Digital Signal

– Mã hóa dùng b ộ codec để t ạ o ra chu ỗ i bit s ố

• Digital Data/Analog Signal

– Đượ c mã hóa dùng modem để t ạ o ra t/h t ươ ng t ự

• Digital Data/Digital Signal

– Bi ể u di ễ n tr ự c ti ế p d ữ li ệ u ho ặ c mã hóa để t ạ o ra t/h s ố có

đặ c tính mong mu ố n

• Analog Signal/Analog Transmission

– Lan truy ề n thông qua các b ộ khu ế ch đạ i, x ử lý t/h nh ư

nhau b ấ t k ể d ữ li ệ u là s ố ho ặ c t ươ ng t ự

• Analog Signal/Digital Transmission

– Gi ả s ử t/h bi ể u di ễ n d ữ li ệ u s ố , lan truy ề n qua các b ộ

repeater

• Digital Signal/Analog Transmission

– Không dùng

• Digital Signal/Digital Transmission

– T/h là chu ỗ i nh ị phân lan truy ề n qua các b ộ repeater

Analog and digital transmission Analog

data

Analog signal

Digital signal Digital

data

Analog signal

Digital signal

D ữ li ệ u s ố , tín hi ệ u s ố

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

– Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

• Độ r ộ ng (chi ề u dài 1 bit)

– Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bit

• T ố c độ đ i ề u ch ế (t ố c độ tín hi ệ u)

– Tốc độ mức t/h thay đổi– Đơn vị là baud = số phần tử t/h trong 1 giây

• Mark và Space

Di ễ n gi ả i tín hi ệ u

• C ầ n bi ế t

– Đị nh th ờ i c ủ a các bit (khi nào chúng b ắ t đầ u và

k ế t thúc) – M ứ c tín hi ệ u t ươ ng ứ ng v ớ i bit 0, 1

• Y ế u t ố ả nh h ưở ng đế n vi ệ c di ễ n gi ả i t/h

– T ỉ s ố SNR: càng l ớ n thì BER càng gi ả m – T ố c độ d ữ li ệ u (bps): càng t ă ng thì BER càng t ă ng – B ă ng thông: càng l ớ n thì t ố c độ d ữ li ệ u càng t ă ng

Nonreturn to Zero (NRZ)

• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

– 2 m ứ c đ i ệ n áp khác nhau cho bit 1 và bit 0 – Thông th ườ ng, đ i ệ n áp âm dùng cho bit 1 và đ i ệ n áp d ươ ng dùng cho bit 0 – Đ i ệ n áp không thay đổ i trong th ờ i kho ả ng bit

• Không có transition (no return to 0V level)

– NRZ: bit 0 – không có đ i ệ n áp; bit 1 – đ i ệ n áp d ươ ng

• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

– NRZI cho các bit 1 – Xung đ i ệ n áp h ằ ng s ố su ố t th ờ i kho ả ng bit – D ữ li ệ u đượ c mã c ă n c ứ vào vi ệ c có hay không s ự thay đổ i t/h ở đầ u th ờ i kho ả ng bit – Thay đổ i t/h (L → H ho ặ c H → L) mã hóa nh ị phân 1

– Không có thay đổ i t/h mã hóa nh ị phân 0 – M ộ t ví d ụ cho mã hóa sai phân (differential encoding)

Nonreturn to Zero (NRZ)

• Mã hóa sai phân

– D ữ li ệ u đượ c bi ể u di ễ n b ằ ng s ự thay đổ i m ứ c t/h (thay vì

b ằ ng m ứ c t/h) – Nh ậ n bi ế t s ự thay đổ i d ễ dàng h ơ n so v ớ i nh ậ n bi ế t m ứ c – Trong các h ệ th ố ng truy ề n d ẫ n ph ứ c t ạ p, c ả m giác c ự c tính d ễ dàng b ị m ấ t

Multilevel Binary

• Dùng nhi ề u h ơ n 2 m ứ c tín hi ệ u

• Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion)

– 0 được biểu diễn bằng không có t/h– 1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm– Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ

– Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề

đồng bộ)– Không có thành phần một chiều– Băng thông thấp

– Phát hiện lỗi dễ dàng

• Pseudoternary

– 1 được biểu diễn bằng không có t/h– 0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ nhau– Không có ưu điểm và nhược điểm so với bipolar-AMI

– B ộ thu ph ả i có kh ả n ă ng phân bi ệ t 3 m ứ c (+A, -A, 0)

su ấ t bit l ỗ i c ủ a binary code

Biphase: Manchester

• Manchester

– Thay đổi ở giữa thời khoảng bit– Thay đổi được dùng như t/h đồng bộ (clock) và dữ liệu– L→H biểu diễn 1

– H→L biểu diễn 0– Dùng trong IEEE 802.3 (ethernet), RFID

Biphase: Differential Manchester

• Differential Manchester

– Thay đổ i gi ữ a th ờ i kho ả ng bit ch ỉ dùng cho đồ ng b ộ

– Thay đổ i đầ u th ờ i kho ả ng bi ể u di ễ n 0 – Không có thay đổ i ở đầ u th ờ i kho ả ng bi ể u di ễ n 1 – Dùng trong IEEE 802.5 (token ring)

– Nhược

• Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và có thể có 2

• Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ

• Cần băng thông rộng hơn– Ưu

• Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit (self clocking)

• Không có thành phần một chiều

• Phát hiện lỗi

– Khi thi ế u s ự thay đổ i mong đợ i

Bài t ậ p

• HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

B8ZS và HDB3

Bài t ậ p

• Mua bus 1 để th ự c hành

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

Đ i ề u biên (ASK)

• Dùng 2 biên độ khác nhau c ủ a sóng mang để bi ể u

di ễ n 0 và 1 (thông th ườ ng m ộ t biên độ b ằ ng 0)

• S ử d ụ ng m ộ t t ầ n s ố sóng mang duy nh ấ t

• Ph ươ ng pháp này ch ỉ phù h ợ p trong truy ề n s ố li ệ u

t ố c độ th ấ p (~1200bps trên kênh truy ề n tho ạ i)

• T ầ n s ố c ủ a tín hi ệ u mang đượ c dùng ph ụ thu ộ c vào chu ẩ n giao ti ế p đ ang đượ c s ử d ụ ng

• K ỹ thu ậ t đượ c dùng trong cáp quang

1 )

f

A t

Đ i ề u biên (ASK)

2 cos(

1 )

2

cos(

) (

2

1

binary t

f A

binary t

f

A t

s

c

c

θπ

θπ

Đ i ề u t ầ n (FSK)

Đ i ề u pha (PSK)

• Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này

• PSK sai phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so với sóng

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)

• 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)

– Tổng quát cho mã hóa NRZ-L

2 cos(

1 )

f A

binary t

f

A t

(bauds) rate

modulation :

D

Đ i ề u pha (PSK)

=

11 )

270 2

cos(

10 )

180 2

cos(

01 )

90 2

cos(

00 )

0 2

cos(

)

(

ο ο ο ο

t f A

t f A

t f A

t f A

t

s

c c c c

π π π π

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

– Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 độ

– Mỗi sóng mang đã được điều chế ASK– 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường– Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

• Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZ-L hay các loại mã khác

Analog and digital transmission

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

Đ i ề u ch ế xung mã (PCM)

Đ i ề u ch ế xung mã (PCM)

• PAM (Pulse Amplitude Modulation)

– Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B

• Lượng tử hóa các xung PAM

– Xác định giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng đó

– Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2 n (n là số bit cần thiết để số hóa 1 xung)

• Mã hóa dữ liệu

– Thực hiện các thao tác mã hóa thông tin trước khi truyền đi

• Nhiễu lượng tử (quantizing noise)

– SNR = 6.02n + 1.76 (dB) – Mỗi bit dùng thêm cho lượng tử hóa sẽ tăng SNR 6dB

Đ i ề u ch ế xung mã (PCM)

Non-Linear encoding

• Companding (compressing-expanding)

Companding

Đ i ề u ch ế Delta (DM)

• K ỹ thu ậ t

– Đ i ề u ch ế biên: Amplitude Modulation (AM)

– Đ i ề u ch ế góc (Angle Modulation)

• Đ i ề u ch ế t ầ n s ố : Frequency Modulation (FM)

(PM)

Analog → Analog

Angle AM

PM FM

Analog and digital transmission

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

• Pt và Pc – công su ấ t t/h đượ c truy ề n đ i và t/h sóng mang

• na –ch ỉ s ố đ i ề u ch ế , t ỉ s ố biên độ t/h đượ c truy ề n và sóng mang

• Single sideband (SSB) và double sideband suppress carier (DSBSC)

• Ưu điểm

– D ễ hi ệ n th ự c ( đ i ề u ch ế và gi ả i đ i ề u ch ế ) – D ễ bi ế n đổ i tín hi ệ u sang các gi ả i b ă ng t ầ n khác nhau

• Khuyết điểm

– D ễ b ị ả nh h ưở ng c ủ a nhi ễ u

Đ i ề u ch ế biên (AM)

M(f)

f B

M(f)

f

fc – B fc fc + B

Upper sideband

Lower sideband

Discrete carrier term

Đ i ề u ch ế biên (AM)

Đ i ề u ch ế biên (AM)

• na < 1 (V ẽ trong Matlab)

Đ i ề u ch ế biên (AM)

• na > 1

Đ i ề u ch ế biên (AM)

• na < 1 (V ẽ trong Matlab

• Khuy ế t đ i ể m

– Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệutruyền đi ban đầu (dữ liệu)

) (

' 2

1 )

Đ i ề u ch ế góc

Đ i ề u ch ế góc

– φ(t) = npm(t) – Tín hiệu truyền đi không ảnh hưởng đến thành phần biên độ và tần số

mà chỉ làm thay đổi pha của sóng mang– Phổ tần số của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều pha

tương tự như phương pháp điều tần → phương pháp điều pha cũng

có các đặc điểm tương tự phương pháp điều tần– Tuy nhiên, có hai lý do phương pháp điều pha được dễ chấp nhận

A n B

F

PM A

n

m f

m p

π β

2

Bài t ậ p

• 5.4, 5, 6, 10, 12, 15, 16, 20, 23, 24, 25, 26