Đề cương nguyên lý truyền thông

Việc chuyển đổi theo phương pháp điều xung mã PCM... Khối tách kênh: Phân chia dòng bit thu thành các tin hiệu PCM nhánh... Mã hoá PCM delta b... + Băng thông của mã Bip

ĐỀ CƯƠNG NGUYÊN LÝ TRUYỀN THÔNG

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG VIỄN THÔNG Câu 1: Thế nào là mạng viễn thông tương tự, mạng viễn thông số?

̠ Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau:

+ Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự

+ Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự

+ Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự

̠ Mạng viễn thông được gọi là số nếu có các đặc điểm sau:

+ Tín hiệu truyền trên trung kế là số

+ Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thế là số với mạng hoàn toàn số

+ Các nút mạng xử lý tín hiệu số

Câu 2: Vẽ sơ đồ khối chức năng thành phần của hệ thống thông tin số và nêu chức năng của mỗi khối

Hình 1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống thông tin số đầy đủ

Khối định dạng: làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang dãy từ mã

số Việc chuyển đổi theo phương pháp điều xung mã PCM

Khối giải định dạng: thực hiện công việc ngược lại, chuyển đổi tín hiệu từ số

sang tương tự

Khối mã hoá nguồn: làm giảm số bít nhị phân yêu cầu để truyền bản tin Việc

này có thể xem như là loại bỏ các bit dư không cần thiết, giúp cho băng thông đường truyền được sử dụng hiệu quả hơn

Khối mật mã hoá: làm nhiệm vụ mật mã hoá bản tin gốc nhằm mục đích an

ninh

Khối mã hoá kênh: làm nhiện cụ đưa thêm các bit dư vào tín hiệu số theo một

quy luật nào đấy, nhằm giúp cho bên thu có thể phát hiện và thậm chí sửa được cả lỗi xảy ra trên kênh truyền Việc này chính là mã hoá điều khiển lỗi, về quan điểm tin tức, là thăng thêm độ dư bít

Khối ghép kênh: giúp cho nhiều tuyến thông tin có thể cùng chia sẻ một đường

truyền vật lý chung như là cáp, đường truyền vô tuyến Trong thông tín số, kiểu ghép kênh thường là ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), sắp xếp các từ mã PCM nhánh vào trong một khung TDM

Khối điều chế: giúp cho dòng tín hiệu số có thể truyền đi qua một phương tiện

vật lý cụ thể theo một tốc độ chấp nhận được, yêu cầu một băng thông tần số cho phép

Khối điều chế có thể thay đổi dạng xung, dịch chuyển phổ tần số của tín hiệu đến một băng thông khác phù hợp Đầu vào của bộ điều chế là tín hiệu băng gốc trong khi đầu

ra là bộ điều chế là tín hiệu thông dải Khối giải điều chế bên thu chuyển dạng sóng thu được ngược lại thành tín hiêu băng gốc

Khối đa truy cập: liên quan đến các kỹ thuật hoặc nguyên tắc nào đó, cho phép

nhiều cặp thu phát cùng chia sẻ một phương tiện vật lý chung (như là sợi quang, một bộ phát đáp của vệ tinh )

Khối tách kênh: Phân chia dòng bit thu thành các tin hiệu PCM nhánh.

Khối giải điều chế: Bên thu chuyển dạng sóng thu được ngược lại thành tín

hiệu băng gốc

Câu 3: Ưu điểm của thông tin số và thông tin tương tự.

̠ Ưu điểm của thông tin số:

+ Thích hợp cho truyền số liệu

+ Hạ giá thành

+ Có khả năng mã hoá kênh để giảm ảnh hưởng của nhiễu và giao thoa+ Dể cân đối các mâu thuẫn về băng thông, công suất và thời gian truyền để tối ưu hoá việc sử dụng các tài nguyên hạn chế này

+ Gia tăng việ sử dụng các mạch tích hợp

+ Giúp cho chuẩn hoá tín hiệu bất kể kiểu, nguồn gốc, dịch vụ

+ Là cơ sở để hình thành mạng tích hợp đa dịch vụ ISDN

CHƯƠNG II: SỐ HOÁ TÍN HIỆU Câu 1: Nguyên tắc điều xung mã PCM có bao nhiêu bước? Vẽ sơ đồ khối và nêu chức năng từng khối Dạng sóng đầu vào và đầu ra.

Nguyên tắc điều xung mã PCM có 4 bước: Lọc hạn băng, lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá.

Hình2: Sơ đồ khối trình bày các bước điều xung mã PCM Bước 1: Lọc hạn băng

̠ Nhằm hạn chế phổ tần liên tục của tín hiệu cần truyền

̠ Phổ của tín hiệu thoại tập trung trong dãi tử 0.3 – 3.4 kHz Việt cắt bỏ các thành phần tần số ngoài dảy trên không gây ra những trở ngại đặt biệt đối với quá trình thông thoại

̠ Để hạn chế phổ tín hiệu có thể tiến hành loại bỏ các thành phần tần số > 3,4 kHz trong tín hiệu điệu tử bằng lọc thông thấp, tức là có thể chọn tần số cực đại của tín hiệu thoại là 3,4 kHz (thực tế các mạch lọc tiêu chuẩn có tần số cắt là 4kHz)

Bước 2: Lấy mẫu

̠ PAM (điều biên xung): từ tín hiệu tương tự, ta tạo nên một dãy xung rời rạc tuần hoàn rộng bằng nhau, biên độ xung bằng với giá trị của tín hiệu tương tự tại thời điểm lấy mẫu

̠ Dãy xung rời rạc đó còn được gọi là tín hiệu điều chế biên độ xung PAM

̠ Nếu tín hiệu PAM có tần số đủ lớn (khoảng cách giữa các xung cạnh nhau đủ nhỏ) thì có thể khôi phục lại tín hiệu tương tự ban đầu từ tín hiệu PAM  Dựa vào định lý lấu mẫu Shannon

̠ Định lý lấy mẫu Shannon:

+ Đưa ra giới hạn dưới của tần số: fs ≥ 2fm hoặc ωs ≥ 2ωm Trong đó, fs là tần số lấy mẫu của PAM vf fm tần số cực đại của phổ tín hiệu tương tự

+ Trường hợp tín hiệu tương tự là tín hiệu thông dải có phổ từ fL đến fH thì tần số lấy mẫu:

L H

f f

f n

f n

f n

int

1

2 2

1 ≥  Tm ≥ 2Ts

 Ts ≤ 21 Tm

Hình 3: Mạch tạo tín hiệu PAM lấy Hình 4: Mạch lấy mẫu và giữ mẫu tức thời mẫu tự nhiên

Pam sử dụng kỹ thuật lấy mạch và lưu giữ Tại một điểm, một mức tín hiệu được đọc, sau đó lưu giữ lại giá trị đặc trưng Vì tín hiệu PAM tạo ra một số chuỗi xung có nhiều mức giá trị biên độ khác nhau nên không được sử dụng đểt truyền

thông

Bước 3: Lượng tử hoá

Hạn chế của hệ thống truyền tin qua những khoảng cách xa là sự tích luỹ nhiễu, khiến cho sự suy giảm chất lượng tín hiệu gia tăng theo khoảng cách Có thẻ giảm bớt ảnh hưởng này bằng lượng tử hoá

Lượng tử hoá là sự sắp xấp xỉ hoá các giá trị của các mẫu tương tự bằng cách sử dụng số mức hữu hạn M

Bước 4: Mã hoá

Sự kết hợp giữa hoạt động lấy mẫu và lượng tử hoá tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hoá, đó là dãy xung rời rạc cách đều nhau Ts và có biên độ cũng rời rạc hoá với M mức biên độ Trước khi truyền đi, mỗi mẫu PAM lượng tử hoá được mã hoá thành một từ mã số gọi là từ mã PCM

Mỗi giá trị nguyên được chuyển đổi sang 7 bít nhị phân tương đương và bít thứ

8 đại diện cho dấu (0: (+), 1: (-))

Dạng sóng đầu vào là tín hiệu liên tục, dạg sóng đầu ra là tín hiệu số PCM

Câu 2: Các ký thuật số hoá giảm băng thông.

Băng thông là một tài nguyên thông tin quý giá và có hạn Tất cả các đường

truyền vật lý (dây xoắn đôi, cáp đồng trục, cáp sợi quangm vi ba ) đều hcỉ cho truyền tín hiệu qua trong một dãy hữu hạn của tần số  cần phải có biện pháp sử dụng băng thông hiệu quả, nghĩa là làm sao truyền được nhiều kênh thông tin nhất với một băng thông sẵn có  tìm phương pháp giảm băng thông của tín hiệu kênh truyền

Kỹ thuật PCM delta là kỹ thuật chỉ mã hoá và truyền đi độ chênh lệch giữa các

mẫu cạnh nhau, thay vì mã hoá và truyền đi toàn bộ giá trị lấy mẫu

Hình 5:a Mã hoá PCM delta b Giải mã PCM delta PCM vi sai DCPM là kỹ thuật sử dụng bộ dự đoán để sự đoán giá trị của mẫu

tương lai của tín hiệu, rồi đợi giá trị thực tế để kiểm tra sau đó truyền đi tín hiệu sai lệch giữa giá trị dự đoán với giá trị thực

Hình 5: Bộ phát – thu DPCM (a Mã hoa DPCM b Giải mã DPCM)

Điều chế delta PCM (DM) là kỹ thuật biến đổi tín hiệu tương tự thành các bit 0

Hình 6: Bộ phát - thu DM (Bộ phát DM b Bộ thu DM)

+ Delta PCM lượng tử độc chênh lệch này bằng cách chỉ sử dụng một bit

+ Bit 1 sẽ được gửi nếu độ chênh lệch (hiệu số giữa mẫu sau so với mẫu trước) là dương và bit 0 được gửi nếu độ chênh lệch là âm

+ Sự khác nhau giữa hai mẫu được mã hoá chỉ bằng một trong hai mức Ta gọi mức đó là +Δ hoặc – Δ

+ Tại mỗi thời điểm lấy mẫu, dạng sóng được lượng tử hoá chỉ có thể hoặc là tăng hoặc là giảm bằng số Δ

̠ Vì dạng sóng được lượng tử hoá chỉ có thể hoặc là tăng

hoặc là giảm bởi Δ ở tại mỗi điểm lấy mẫu nên ta lấy gần đúng các trị bậc thang cho dạng sóng analog

̠ Nếu bậc thang ở dưới trị mẫu analog, ta sẽ tăng chiều dương (và được gọi là một bước lên) Nếu nấc thang ở trên trị mẫu, ta sẽ tăng theo chiều âm (được gọi là một bước xuống)

̠ Hệ thống thu sẽ tái tạo bậc thang gần đúng trực tiếp từ thông tin nhị phân nhận được Nếu nhận được một giá trị 1, khối hoàn điệu sẽ tăng lên một bậc theo chiều dương Còn nếu nhận được giá trị 0, sẽ giảm một bậc tương ứng (tăng theo chiều âm)

Điều chế Delta thích nghi ADM : để giữ nhiễu lượng tử và nhiễu quá tải theo độ

dốc nằm trong phạm vi cho phép mà không tăng tần số lấy mẫu, ta sẽ sử dụng kỹ thuật điều chế delta thích nghi ADM Theo kỹ thuật này, kích thước bước thay đổi theo tín hiệu vào

CHƯƠNG III: ĐỊNH DẠNG TÍN HIỆU SỐ

Câu 1: Các yếu tố cần xem xét khi chọn mã đường

Việc lựa chọn loại mã đường nào cho phù hợp phải được dựa vào một hoặc nhiều 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 có chứa thành phần DC thì thành phần này sẽ bị ngăn lại gây 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 càng tốt, vì sẽ giúp tiết kiệm

được băng thông

̠ Tỷ lệ lỗi bít BER: BER được định nghĩa là số bít thu bị lỗi trên tổng số bít

truyền đi trong một đơn vị thời gian BER càng nhở thì sẽ càng tốt

̠ Tính trong suốt: Đó là đặc tính một kí tự, một bit, một nhóm bít nào đó có thể

truyền đi và nhận lại được Nếu mã không có tính trong suốt thì có khả năng một nhóm bit hay một kí tự nào đó bị chặn lại tại một trạm thu trên đường truyền và không đến được 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 nổi bật của thông tin số so

với thông tin tương tự là khả năng khôi phục tín hiệu tại các trạm lặp trên

đường 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 tín hiệu và khôi phục tín hiệu đồng hồ ở tại tốc độ bít để tín hiệu đến trạm lắm có thể được lấy mẫu vào thời điểm thích hợp

̠ Khả năng tự phát hiện lỗi: là căn cứ vào quy luật mã hoá để phát hiện lỗi chứ k

phải đưa thê độ dư vào mã

̠ Đơn giản trong việc thực hiệu mã hoá và giải mã

Câu 2: Có bao nhiêu loại mã đường? Đặc điểm của từng loại Cách biểu diễn dạng sóng của mã đường.

Vì tín hiệu PCM là một chuỗi các bit 0 và 1 nên việc truyền tín hiệu này cho dù ở cự ly ngắn cũng có thể sai lệch nếu truyền không đúng dạng  mã đường truyền

Các bit nhị phân 0 và 1 có thể được biễu diễn dưới nhiều dạng khác nhau gọi là mã đường truyền

Để biểu diễn tín hiệu số cho phù hợp để truyền qua kênh thông tin, phải thực hiện định dạng tín hiệu số

Có 2 loại mã đường chính: RZ (Return – to – Zero) và NRZ (Non – Return – to – Zero)

̠ Dạng sóng trở về mức điệp áp

tham chiếu (thường là mức 0)

trong 1 nửa ô bit

̠ Độ rộng xung bằng 1 nửa độ rộng

bit

̠ Dạng sóng không quay trở về mức điện áp tham chiếu

̠ Độ rông xung bằng độ rộng của bít

̠ Mã Unipolar: Bít 1 biểu diễn

mức điện áp cao (+V) (mark),

bit 0 biểu diễn mức 0 (space)

+ Mã unipolar RZ chiếm băng thông gấp đôi mã unipolar NRZ.

+ Còn tồn tại thành phần DC

+ Không tự phát hiện lỗi

+ Ưu điểm: dễ tạo ra và chỉ cần 1 nguồn cung cấp Phổ của unipolar NRZ và RZ

Dạng sóng của NRZ và RZ

̠ Mã polar: bít 1 biểu diễn mức cao (+V), bit 0 biển diễn mức thấp (-V)

+ Mã polar RZ chiếm

băng thông gấp đôi mã

polar NRZ

+ Còn tồn tại thành phần

DC

+ Không tự phát hiện lỗi

+ Cần 2 nguồn cung cấp

Phổ của polar NRZ và RZ

Dạng sóng của polar NRZ và RZ

̠ Mã Bipolar: dùng 3 mức điện áp để biển diễn 2 loại bit 0 và 1, trong đó bit 1

biển diễn sự thay đổi mức luân phiên giữa (+V, -V)

+ Không chứa thành phần DC

+ Băng thông của mã Bipolar

nhỏ hơn unipolar và polar

+ Có khả năng tự phát hiện lỗi

nhờ sự thay đổi luân phiên

giữa (+V, -V)

+ Mã Bipolar RZ được dùng

phổ biến hơn mã Bipolar NRZ

và còn được gọi là AMI (Altermate Mark Inversion)

đủ số lần chuyển tiếp nên không bị mất tín hiệu.

hiện lỗi

+ Cần 2 nguồn cung cấp

Dạng sóng của Manchester

+ Các bit 1 sẽ chuyển thành xung +V hoặc –V sao cho luôn trái dấu với xung trường đó

+ Dãy 3 bít 0 liên tiếp trở xuống chuẩn thành xung 0

+ Dãy 4 bít 0 trở lên sẽ chia thành từng nhóm 4 bít, chuyển tthành xung

A00BB hoặc 000B Xung A là xung theo quy tắc (trái dấu với xung trước nó), xung B là xung trái quy tắc

+ Đặc điểm: chỉ tồn tại có 3 bít 0 liên

tiếp

+ Không chứa thành phần 1 chiều DC

+ Khả năng khôi phục tín hiệu dễ

dàng và không bị mất tín hiệu

+ Khả năng phát hiện lỗi rất cao nhờ

xét tới điều kiện: giữa 2 bít A giữa

2 bít B phải lẻ

NRZ (là sự kết hợp giữa mã Manchester (bit 0) và mã Bipolar NRZ (bit 1))

+ Các bít 1 luôn đảo ở trạng thái dương và âm

+ Các bit 0 ở trạng thái âm giữa chu kì đầu là dương ở nữa chu kì

+ Không có khả năng tự phát hiện lỗi

CHƯƠNG IV: MÃ HOÁ NGUỒN Câu 1: Thế nào nguồn tin, lượng tin, entropy?

̠ Nguồn tin: là một phổ xác suất, tức là một tập các xác suất xuất hiện của các sự

kiện

̠ Lượng tin: là khả năng dự đoán được của tin: một tin có khả năng đoán trước

càng nhiều thì càng chứa ít tin Xác suất càng cao thì bản tin càng chứa ít tin và ngược lại Ta có thể viết:

P (bản tin) = 1 không mang tin

P (bản tin) = 0 mang một lượng tin vô hạn

+ Độ lớn của tin phải tỷ lệ nghịch với xác suất xuất hiện của tin

) (

1

i

+ Bít là lượng tin mang trong một ký tự có xác suất xuất hiện là p = 0.5

̠ Entropy H: là lượng tin trung bình chứa trong một ký tự bất kỳ của

+ P(m): xác suất chọn ký tự thứ m

+ M: số ký tự

nguồn đều được sinh ra và cùng xác suất

M H

m m M m p

2 max log

, 1 ,

1 ) (

+ Nguồn tin rời rạc X sinh ra N tin hay ký tự độc lập (x1, x2, , xi, , xn)

+ Mã hoá nguồn tin X bằng tập M phần tử hữu hạn (m0, m2, , mq) có nghĩa là biến đổi mỗi tin xi của nguồn tin X thành một tập các phân tử thuộc M

xi  mi1, mi2, , mil

+ Phép biến đổi ngược lại:

mi1, mi2, , mil  xi

 Gọi là mã hoá

̠ Mã hoá nguồn (source coding): là phương thức mã hoá tín hiệu thành các bít

thông tin để truyền đi, đồng thời để làm tối đa dung lượng truyền dẫn

̠ Mã hoá kênh (channel coding): là phương thức bổ sung thêm các bít vào bản

tin nhằm mục đích phát hiện hoặc sữa lỗi

Câu 3: Có bao nhiêu phương pháp biểu diễn mã Nêu đặc điểm và cho ví dụ từng loại.

1 Phương pháp liệt kê: là phương pháp biểu diễn mã đơn giản nhất: chỉ cần liệt

kê các tin của nguồn và các từ mã tương ứng trong một bảng

Ví dụ: nguồnt in có 8 tin (ký tự).

2 Phương pháp ma trận:

̠ Chỉ chọn những từ mã làm cơ sở trong các từ mã được mã hoá

̠ Các từ mã sẽ lập thành bảng mã dưới dạng ma trận gọi là: ma trận sinh.Ví dụ: ma trận sinh tương úng với bảng mã trên là:

0

0 1

0

Khi thành lập ma trận sinh, quy ước loại bỏ các từ mã gồm toàn ký hiệu 0

3 Phương pháp cây: Cây mã gồm nút gốc, nút lá và các nút nhánh.

̠ Nút gốc: gốc của cây mã Từ nút gốc phân tối đa q nhánh (q là cơ số của mã), mỗi nhánh mang một ký hiệu mã, đó là giá trị của nhánh

̠ Nút nhánh: nút mà từ đó phân nhánh tiếp theo

̠ Nút cuối cùng của cây gọi là nút lá

Ví dụ: về một cây mã cho bộ mã nhị phân gồm các từ mã 00, 01, 10, 1101, 11001

4 Phương pháp đa thức:

̠ Từ mã k bít mk-1, mk-2, , m2, m1, m0 được biểu diễn bằng đa thức sau:

Câu 4 : Bài tập về mã hoá Huffman cơ sở

̠ Bước 1 : Sắp xếp các ký tự theo thứ tự xác suất giảm dần.

̠ Bước 2 : Gán cho hai ký tự có xác suất xuất hiện thấp nhất với hai nhánh (0) và

(1) của cây mã Từ hai ký tự có xác suất thấp nhất giảm còn một ký tự với xác suất bằng tổng của hai xác suất