Giáo trình truyền số liệu đại học điện lực

Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng, để truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu tương tự analog hay tín hiệu số digital và tương ứng có các hệ thống thông

CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN

Trong cuộc sống, việc trao đổi thông tin đóng vai trò rất quan trọng và khôngthể thiếu Có rất nhiều dạng và nhiều hình thxức, nhiều phương tiện trao đổi thôngtin với nhau Việc trao đổi thông tin có thể là trực tiếp như đàm thoại trực tiếp giữangười với người, hay là gián tiếp qua một hệ thống thông tin như là nói chuyện quađiện thoại Có hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc trong cuộc sống,trong đó thông tin số liệu là một phần đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin.Các hệ thống thông tin dùng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác Tintức được đưa từ nguồn tin tới bộ nhận tin dưới dạng bản tin, bản tin là hình thứcchứa đựng một lượng thông tin nào đó Các bản tin được tạo ra bởi nguồn thông tindưới dạng rời rạc, tương ứng chúng ta có nguồn thông tin liên tục và rời rạc Đốivới nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rờirạc các bản tin có thể là một tập hữu hạn

Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu, có rất nhiều tín hiệu tuỳtheo đại lượng vật lý để biểu diễn tín hiệu, có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau, tuỳ

theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, thí dụ: Như cường độ

dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng, để

truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin analog hay hệ thống

thông tin số digital

Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụnglàm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh

ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nàođó.Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xácđịnh cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra Tínhiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm liêntục hay rời rạc của biến thời gian Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là mộtthí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên độxung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói trên

là một tín hiệu tương tự rời rạc

Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tinnày có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi

các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó Tín hiệu khi đó chỉ

biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số Đặc trưng căn bảncủa tín hiệu số là:a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị; b) tín hiệu số cóthời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là Ts (Symbol Time-interval: thời gian của một ký hiệu)

Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau Trong trường hợp M=2, chúng ta

có hệ thống thông tin số nhị thập phân còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có

hệ thống M mức

So với hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu điểm

cơ bản sau:

- Thứ nhất, do có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng qua sau từng cự

ly nhất định nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số khỏe hơnđối với các tạp âm so với tín hiệu analog

- Thứ hai, do sử dụng tín hiệu số, tương thích với các hệ thống điều khiển

và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M:Operation, Administration and Maintenance) hệ thống một cách tự động, tốc độ

- Thứ ba, tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền đưa khá dễ dàng mọibản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc hợp nhất các mạng thông tin truyềnđưa các loại dịch vụ thoại hay số liệu thành một mạng duy nhất Nhược điểm cănbản của các hệ thống thông tin số, so với các hệ thống thông tin tương tự trước đây

là phổ, phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn, sovới phổ của tín hiệu analog Cần phải nhấn mạnh thêm ở đây rằng điều này khôngnhất thiết vĩnh viễn đúng Do các hạn chế về kỹ thuật hiện nay, phổ chiếm của cáctín hiệu số còn tương đối lớn hơn phổ chiếm của tín hiệu analog khi truyền các bảntin liên tục, tuy nhiên trong tương lai khi các kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục tiêntiến hơn được áp dụng thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ của tínhiệu liên tục

1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ

1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin số

Hình 1.1: Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số

*: Chuỗi bit : Chuỗi dạng sóng Tới bộ nhận

tin

Từ

nguồn tin

TẠO KHUÔN

MÃ HOÁ NGUỒN

MÃ HOÁ MÂT

MÃ HOÁ KÊNH

GHÉP KÊNH

ĐIỀU CHẾ

TRẢI PHỔ

ĐA TRUY NHẬP

MÁY PHÁT

KÊNH TRUYỀN

TẠO KHUÔN GIẢI MÃ NGUỒN GIẢI MÃ MẬT GIẢI MÃ KÊNH PHÂN KÊNH DIỀUGIẢI

CHẾ

GIẢI TRẢI PHỔ

ĐA TYUY NHẬP

MÁY THU

ĐỒNG BỘ

Từ các nguồn khác

Tới các đích nhận tin khác

Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là: các tín hiệu được truyền đưa và

xử lý bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần

tử, thường được gọi là bảng chữ cái (alphabet) Các phần tử tín hiệu này có độ dàihữu hạn xác định ‘Ts’ và trong các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài

Ts là như nhau, đối với mọi phần tử tín hiệu Trong thực tế có rất nhiều loại hệthống thông tin số khác nhau, phân biệt theo tần số công tác, dạng loại môi trườngtruyền dẫn Tùy theo loại hệ thống thông tin số thực tế, hàng loạt chức năng xử lýtín hiệu số một cách hiệu quả về phương diện băng tần chiếm cũng như công suấttín hiệu Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mô tả bởi các khối trong sơ đồkhối của hệ thống Mỗi một khối mô tả trên hình 1.1, trong đó thể hiện tất cả cácchức năng xử lý tín hiệu chính nhất có thể có của các hệ thống thông tin số hiệnnay

Trong sơ đồ khối hình 1.1, thực chất là sơ đồ mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu, cácthuật toán cơ bản xử lý tín hiệu (song không phải trong hệ thống thông tin số nàocũng nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này) được trình bày ởmục sau

1.2.2 Chức năng của từng khối

• Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạngtín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân

• Mã hóa nguồn và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tin nhằmgiảm tốc độ bít để giảm chiếm của tín hiệu số

• Mã và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khóa xác địnhnhằm bảo mật tin tức

• Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đườngtruyền dẫn

• Ghép- phân kênh, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khácnhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn

• Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là MODEM

• Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý gây ra để pháliên lạc) và bảo mật tin tức

• Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sửdụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu

• Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệthống thông tin liên kết (coherent)

• Lọc (được thực hiện tại máy thu phát đầu cuối), bao gồm lọc cố định nhằmhạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởiđường truyền

Trên sơ đồ hình 1.1, các khối nhánh bên dưới (phần thu) thực hiện các thuật toán xử lý ngược với các khối tương ứng ở nhánh trên (phần phát).

Trong số các chức năng nói trên thì các chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điềuchế và giải điều chế số là không thể thiếu đối với mọi lọai hệ thống thông tin số Vềmặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến đổi tínhiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi xa Máyphát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên tới tần sốthích hợp, khuyếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào mỗi đường truyền dẫn Đối vớimột hệ thống thông tin số thì MODEM (điều chế và giải điều chế) đóng vai trò như

bộ não còn máy thu phát thì chỉ như cơ bắp mà thôi Các khối chức năng còn lạikhông phải là bắt buộc đối với tất cả mọi hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trongtừng loại hệ thống cụ thể và do vậy trên hình 1.1 chúng được diễn tả bằng nhữngkhối đứt nét

1.3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.3.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu

- Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được diễn tả dưới

một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con ngườihay máy móc

-Tin tức: tin tức là ý nghĩa mà con người qui cho dữ liệu theo các qui ước cụ

thể Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số,các ký hiệu, thông qua nó con người hiểu nhau

- Tín hiệu: Là biểu diễn vật lý của dữ liệu trên đường truyền Có rất nhiều loại

tín hiệu khác nhau, tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, ví

dụ như cường độ dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệuđược sử dụng, để truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu

tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin

tương tự hay hệ thống thông tin số digital

+ Tín hiệu tương tự:

Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụnglàm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh

ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào

đó Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị khôngxác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra.Tín hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàmliên tục hay rời rạc của biến thời gian Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro làmột thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên

độ xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nóitrên là một tín hiệu tương tự rời rạc Tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trởthành tín hiệu số để truyền trên hệ thống thông tin số

+Tín hiệu số:

Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tinnày có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi

các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó Tín hiệu khi đó chỉ

biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số

Đặc trưng căn bản của tín hiệu số là: a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn cácgiá trị; b) tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là

Ts ( viết tắt của Symbol Time- interval: Thời gian của một ký hiệu) Tín hiệu số cóthể nhận M giá trị khác nhau Trong trường hợp M=2, chúng ta có hệ thống thôngtin số nhị thập phân và tín hiệu được biểu diễn bởi các số 0,1 còn trong trường hợptổng quát chúng ta có hệ thống M mức

Các số nhị phân 0,1 gọi là các bit, tổ hợp 8 bit gọi là một byte (byte là đơn vị đolường dung lượng thông tin cơ bản) Trong kỹ thuật truyền số liệu, đôi khi xem cácđơn vị dữ liệu truyền dưới dạng một ký tự hay một khối gồm nhiều ký tự Việcnhóm các ký tự lại thành một khối dữ liệu gọi là đóng gói dữ liệu Một khối nhưvậy được gọi là một gói dữ liệu (packet) hay một khung (frame)

- Nhiễu (Noise): Bất cứ tín hiệu nào ngoài ý muốn xuất hiện trong hệ thống

truyền tin đều gọi là nhiễu hay còn gọi là tạp âm Có nhiều nguồn nhiễu và nhiềudạng nhiễu khác nhau

+ Nhiễu nhiệt (Thermal Noise): Gây ra do tác động nhiệt của các electron trongvật liệu làm linh kiện Nhiễu này phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và không thểloại trừ Ở mọi nhiệt độ trên mức tuyệt đối zero, tất cả các phương tiện truyềnthông đều trải qua nhiễu nhiệt Nó tạo nên các thành phần tần số ngẫu nhiên xuyênqua phổ tần đã hoàn chỉnh, có biên độ thay đổi liên tục do đó còn được gọi là nhiễutrắng (White Noise)

+ Nhiễu các tần số cạnh tranh (Intermodulation Noise): Sinh ra do các tín hiệu

có tần số khác nhau được truyền trên một kênh truyền Nhiễu này có thể loại bỏbằng bộ lọc

+ Nhiễu xuyên âm (Crosstalk): Nhiễu này gây ra do các tín hiệu truyền trên cácđường dây dẫn đặt cạnh nhau Tín hiệu truyền trên đường dây này gây nhiễu chođường dây kia Một ví dụ về nhiễu xuyên âm đó là khi ta đang nói điện thoại, có thểnghe thấy tiếng của người khác xen vào ngay cả khi ta không đàm thoại Đối với

nhiễu xuyên âm cũng có rất nhiều loại, nhưng đáng quan tâm nhất là nhiễu xuyên

âm đầu gần NEXT (Near End Crosstalk) và nhiễu xuyên âm đầu xa (Far EndCrosstalk)

Xuyên âm đầu gần là do tín hiệu không mong muốn thu được ở đầu gần củamột đôi cáp bị ghép cảm ứng từ với một đôi cáp bên cạnh đang truyền tín hiệungược lại

Xuyên âm đầu xa là do tín hiệu không mong muốn có mặt ở đàu xa của đôi dâycáp Nó xuất hiện do ghép điện từ của các đôi dây bên cạnh truyền thông tin cùnghướng với đôi dây truyền tín hiệu mong muốn

Nhiễu này có thể khắc phục bằng cách sử dụng bộ triệt nhiễu thích nghi.Ngoài

ra, việc truyền tín hiệu trên đường dây xoắn cũng giúp giảm bớt nhiễu xuyên âm

1.3.3 Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio)

Ðể đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyềntín hiệu đó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR Tỉ số tín hiệu trên nhiễuđược tín bằng tỉ số giữa năng lượng trung bình của tín hiệu và năng lượng trungbình của nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm)

lệ lỗi bit là 10-4 có nghĩa là trung bình 1 bit lỗi trong 104 bit nhận

1.3.5 Độ suy giảm

Khi tín hiệu truyền trên kênh truyền,vì lý do nào đó có thể làm cho biên độ củatín hiệu đó giảm xuống được gọi là sự suy giảm tín hiệu Thông thường mức độ suygiảm cho phép được quy định trên chiều dài kênh dẫn để đảm bảo hệ thống có thểphát hiện và dịch đúng tín hiệu ở máy thu Nếu suy giảm quá mức cho phép thìngười ta dùng các bộ khuếch đại, bộ lặp tín hiệu hoặc dùng các thiết bị để cân bằng

sự suy giảm của tín hiệu

Độ suy giảm được tính bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu được truyền Pphát vàcông suất tín hiệu nhận P thu , độ suy giảm L thường được tính bằng đơn vị dB.

L=10lgPphát/Pthu (dB)

1.3.6 Tốc độ truyền tin

Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh thông tin hay còn gọi là thông lượng của

đường truyền được xác định là tốc độ truyền các bít nhị phân từ nguồn tới đích, đơn

vị là bits/giây (bps)

Ví dụ: nếu 6 bit nhị phân được truyền từ nguồn tới đích hết 6s thì:

Tốc độ truyền tin R =6bits/6s=1000 bits/sNgoài ra, thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là tốc độ baud Tốc

độ baud được định nghĩa là tốc độ thay đổi trạng thái tín hiệu trên kênh truyền hay

có thể hiểu là tốc độ truyền 1 mẫu tín hiệu có thể là 1 bit, 2 bit, 3 bit tùy vào trạngthái Chúng ta có thể chỉ truyền hai trạng thái tín hiệu là 0 và 1 trên đường truyền,tuy nhiên do băng thông bị giới hạn, chúng ta cũng có thể dùng nhiều hơn hai trạngthái tín hiệu Điều này có nghĩa là mỗi trạng thái tín có thể đại diện cho nhiều ký sốnhị phân Tổng quát, nếu số bit dùng cho mỗi trạng thái tín hiệu là n thì ta sẽ có sốtrạng thái tín hiệu là M theo công thức sau

M=2n trạng thái

Ví dụ, với 2 bit dùng để mã hóa cho một trạng thái tín hiệu thì ta sẽ có tất cả là

22= 4 trạng thái tín hiệu, bao gồm các trạng thái 00,01,10, 11

Mối quan hệ giữa tốc độ baud và tốc độ bit như sau:

R=Rslog2MVới M là số trạng thái tín hiệu được truyền trên kênh, R là tốc độ bit và Rslà tốc

W=fmax-fmin

Bất kỳ một kênh hay đường truyền nào như cáp xoắn, cáp đồng trục, radio…đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra các thành phầntần số nào của tín hiệu sẽ được truyền qua kênh mà không bị suy giảm Băng thông

của kênh truyền được định nghĩa là dải tần số của tín hiệu mà độ suy giảm khoảngvài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực đại khi tín hiệu đó truyền qua hệ thống.

Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với điểm nửa công suất

Như đã nói ở mục trên, có thể truyền nhiều hơn một bit với mỗi lần thay đổitrạng thái của tín hiệu nhờ đó có thể gia tăng tốc độ bit Tuy nhiên, băng thông củakênh luôn là yếu tố giới hạn tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được Định lý Nyquistthể hiện mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ tối đa của kênh:

C=2Wlog2MTrong đó, C là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tínhbằng bps, M là số trạng thái tín hiệu và W là băng thông của kênh tính bằng Hz

Trong trường hợp có nhiễu trắng, Shannon chỉ ra rằng, tốc độ tối đa của kênhđược tính theo công thức sau:

C=Wlog2 (1+S/N) với S và N tính bằng Watts

Như vậy, Shannon cho chúng ta một ranh giới tiêu chuẩn theo lý thuyết mà trên

cơ sở đó ra có thể phấn đấu để có một hệ thống thông tin nhằm đạt được tỉ lệ lỗi bit

ở đầu thu đạt được mức tối thiểu cho phép

Ví dụ:

Dữ liệu truyền qua mạng PSTN có tỉ số SNR=20dB Nếu băng thông của PSTN

là 3kHz Xác định tốc độ tối đa của mạng theo lý thuyết

Nếu tín hiệu có thành phần một chiều có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí

dụ không thể ghép tín hiệu có thành phần một chiều qua biến thế và kết quả làkhông cách ly điện được

Trong thực tế, sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông

Vì các lý do trên, một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băngthông không quá rộng và không nên chứa thành phần một chiều

1.3.9 Trễ truyền dẫn

Luôn luôn tồn tại một thời gian trễ tuy ngắn nhưng xác định khi một tín hiệulan truyền từ điểm này đến điểm khác qua môi trường truyền dẫn Thời gian trễ nàyđược gọi là trễ truyền lan bởi môi trường, được ký hiệu là TP TP được tính như sau:

TP=khoảng cách (m)/tốc độ lan truyền (m/s)Tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian tự do bằng tốc độ ánh sáng, trongcáp xoắn hoặc cáp đồng trục thấp hơn (khoảng 2.108m/s)

Trong kỹ thuật truyền số liệu,dữ liệu thường được truyền dưới dạng một khốihoặc một khung (frame) Thời gian dùng để truyền một khối tín hiệu hay một framevới một tốc độ đường truyền R cho trước gọi là trễ truyền dẫn TX

TX=N/RTrong đó, N là độ lớn của khối tín hiệu được truyền (bit), R là tốc độ đườngtruyền.(bit/s)

Như vậy, tham số trễ của một liên kết số liệu (chính là thời gian kể từ khi bitđầu tiên của khối được truyền đi đến bit cuối cùng của báo nhận thu được) bao gồm

cả trễ truyền lan TP và trễ truyền dẫn TX

Ứng với mỗi tần số tín hiệu khác nhau thì tốc độ lan truyền sẽ khác nhau Dotín hiệu số có các thành phần số khác nhau tạo nên nên nó sẽ đến máy thu với các

độ trễ khác nhau, dẫn đến méo tín hiệu tại máy thu Méo sẽ gia tăng khi tốc độ bittăng Như vậy, tín hiệu có thể bị méo do trễ pha hoặc do suy hao

Để xác định các thành phần tần số tạo nên tín hiệu số, người ta dùng phươngpháp toán học là phân tích Fourier Phân tích Fourier cho rằng bất kỳ tín hiệu tuầnhoàn nào cũng đều được hình thành từ một dãy xác định các thành phần tần sốriêng biệt Chu kỳ của tín hiệu xác định thành phần tần số cơ bản Các thành phầntần số khác có tần số là bội của tần số cơ bản gọi là các hài bậc cao của tần số cơbản

1.3.10 Chế độ thông tin và các chế độ truyền

a) Các chế độ thông tin

Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống

thông tin có thể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức:

- Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều.

Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại Trong hệthống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) để hiển thịthông tin nhận được

- Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai

hướng nhưng không đồng thời HDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổithông tin với nhau một cách luân phiên Hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lạigiữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền

- Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều

đồng thời Hệ thống này thường có 4 đường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền.Phương thức này được dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point)

- Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): F/FDX được dùng khi hai

thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau theo cả hai hướng một cách đồngthời.Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint)

b) Các kiểu truyền

Tùy theo cách thức đưa tín hiệu ra đường truyền mà ta có hai cách truyền: songsong và nối tiếp Hình sau mô tả hai cách truyền nối tiếp và song song

- Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt được phát đi từng bít trên cùng một đường

dây Phương pháp này có ưu điểm là đỡ tốn dây, việc mã hóa lỗi, kiểm soát lỗi dễdàng hơn (vấn đề mã hoá lỗi, kiểm soát lỗi sẽ được đề cập ở các mục sau) Tuynhiên, phương pháp này chậm hơn so với truyền song song và cần phải có đồng bộbit

- Truyền song song: các bit được truyền đồng thời Tốc độ truyền song song

khá nhanh nhưng phải tốn nhiều đường dây Phương pháp truyền này không cầnphải đồng bộ bit Truyền song song tổn hao tín hiệu nhiều hơn và dễ xảy ra lỗi képkhó phát hiện, có nhiễu xuyên âm… Phương pháp này chỉ được áp dụng truyền khikhoảng cách phát và thu ngắn

(a)

Hình 1.5: Kiểu truyền nối tiếp và song song

c) Các chế độ truyền

Trong các hệ thống truyền số liệu, các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng

bộ (synchronous) và bất đồng bộ (asynchronous) Hai chế độ truyền này khác nhauchủ yếu ở việc thực hiện sự đồng bộ và do đó đưa tới cách định dạng tín hiệutruyền khác nhau

- Truyền bất đồng bộ: hay còn gọi là chế độ truyền dị bộ, trong chế độ bất

đồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố định, hay nói cách khác tại những thờiđiểm khác nhau khoảng thời giữa hai ký thự không nhất thiết là một giá trị cố định.Thông thường, số liệu được truyền giữa các thiết bị truyền số liệu (DTE) dưới dạngchuỗi liên tiếp các bit gồm nhiều phần tử 8 bit gọi là các byte hay ký tự truyềntrong cả chế độ đồng bộ và bất đồng bộ

- Truyền đồng bộ: cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là

như nhau Trong hệ thống truyền ký tự, khoảng thời gian tính từ bit cuối của ký tựnày đến bit đầu của ký tự kế tiếp thì bằng không hoặc bằng bội số tổng thời giancần thiết truyền hoàn chỉnh ký tự Tuy nhiên, xét trong các mức cao hơn mức vật lýtrong mô hình OSI (sẽ xét đến phần sau) thì việc đồng bộ được thực hiện theo từngkhối dữ liệu

Các chế độ truyền này sẽ được trình bày kỹ hơn ở chương sau

1.3.11 Mô hình tham chiếu OSI

a Kiến trúc phân tầng

Để giảm độ phức tạp khi thiết kế và cài đặt mạng mạng số liệu được thiết kếtheo quan điểm kiến trúc 7 tầng nguyên tắc là : mỗi hệ thống trong một mạng đều

có số lượng tầng là 7 chức năng của mỗi tầng là như nhau , xác định giao diện giữa

2 tầng kề nhau và giao thức giữa 2 tầng đồng mức của 2 hệ thống kết nối vớinhau

Trên thực tế dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống nàysang tầng thứ i của hệ thống kia (trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đường truyềnvật lý) Từ hệ thống gửi truyền sang hệ thống nhận theo quy trình như sau :

Dữ liệu từ tầng i của hệ thống gửi sẽ đi từ tầng trên xuống tầng dưới và tiếp tụcđến tầng dưới cùng – tầng vật lý qua đường truyền vật lý chuyển đến hệ thốngnhận và dữ liệu sẽ đi ngược lên các tầng trên đến tầng đồng mức thứ i Như vậy 2

hệ thống kết nối với nhau chỉ có tầng vật lý mới có kết nối vật lý còn các tầng khácchỉ có kết nối logic

b Mô hình tham chiếu

Mô hình OSI được hình thành vào năm 1974 bởi hội đồng các tiêu chuẩn đượcbiết như tổ chức các tiêu chuẩn quốc tế (ISO) Mô hình này, như là mô hình liên kếtcác hệ thống mở, hoặc mô hình OSI, phân chia hệ thống thông tin thành 7 lớp.Mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt như một phần công việc để cho phépcác chương trình ứng dụng trên các hệ thống khác liên lạc, nếu như chúng đanghoạt động trên cùng một hệ thống Mô hình OSI là một mô hình kiến trúc cơ bản

Mô hình không dành riêng cho phần mềm hoặc phần cứng nào OSI miêu tả cácchức năng của mỗi lớp nhưng không cung cấp phần mềm hoặc thiết kế phần cứng

để phục vụ cho mô hình này Mục đích sau cùng của mô hình là cho khả năng hoạtđộng tương lai của nhiều thiết bị truyền thông

Một thiết bị truyền thông có thể được thiết kế dựa trên mô hình này Thông quaviệc đề cập nhiều lần bởi các qui định của LAN, có một số dữ liệu và thông tinthoại được thiết kế theo mô hình OSI

Có 7 và chỉ 7 lớp tạo lên mô hình này (Việc qui định các mức và các lớp có thểđược sử dụng, hình 1.6 mô tả các lớp theo trình tự từ dưới lên trên; Lớp vật lý(physical layer), lớp liên kết dữ liệu Data link layer), lớp mạng (Network layer), lớpvận chuyển (Transport layer), lớp tập hợp (Session layer), lớp trình bầy(presentation) và lớp ứng dụng (application layer) Mỗi lớp có một mục đích riêng

Physical layer: Lớp này định nghĩa các phương pháp sử dụng để truyền và thu

dữ liệu trên mạng, nó bao gồm: cáp, các thiết bị được sử dụng để kết nối bộ giaotiếp mạng của trạm tới cáp

Tín hiệu liên quan tới dữ liệu truyền/thu và khả năng xác định các lối dữ liệu trêphương tiện mạng ( the cable plant)

Datalink layer: lớp này đồng bộ hoá truyền dẫn và vận dụng điều khiển lối vàomức khung và phục hồi thông tin có thể truyền trên lớp vật lí Khuôn dạng khung

và CRC (kiểm tra vòng) được thực hiện tại các lớp vật lý Lớp này thực hiện cácphương pháp truy nhập như Ethernet và Token Ring Nó luôn cung cấp địa chỉ lớpvật lí cho khung truyền

Network layer: Lớp này điều khiển việc chuyển tiếp các thông báo giữa cáctrạm Trên cơ sở một số thông tin, lớp này sẽ cho phép dữ liệu theo trình tự giữa haitrạm để hạn chế cho cả hai đường logic và vật lí Lớp này cho phép các khối dữ liệuđược truyền tới các mạng khác thông qua việc sử dụng một số thiết bị được biếtnhư router Qua các router được định nghĩa tại lớp này

Transport layer: Lớp này cung cấp cho truyền dẫn end - to - end của dữ liệu( trạm nguồn tới trạm đích) Nó cho phép dữ liệu được truyền một cách tin cậy, vàđảm bảo rằng dữ liệu được truyền hoặc được thu không có lỗi, chính xác theo trình

tự

Session layer: Lớp này thiết lập, duy trì và cắt đứt liên kết giữa hai trạm trênmột mạng Lớp này chịu trách nhiệm biên dịch địa chỉ tên trạm Presentation layer:Lớp này thực hiện chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệucủa các ứng dụng qua môi trường OSI

Application layer: Lớp này được sử dụng cho các ứng dụng, đó là yếu tố đểthực hiện trên mạng Các ứng dụng như truyền file, thư điện tử

Trên đây là những gì mà mô hình OSI đã thực hiện Ngay sau khi mô hình OSInày ra đời thì nó được dùng làm có sở để nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứngdụng phân tán Từ “mở” ở đây nói lên khả năng hai hệ thống có thể kết nối để traođổi thông tin với nhau, nếu chúng tuân thủ theo mô hình tham chiến và các chuẩnliên quan Điều quan trọng nhất của mô hình OSI là đưa ra các giải pháp cho vấn đềtruyền thông giữa các trạm không giống nhau Hai hệ thống dù khác nhau như thếnào đều có thể truyền thông với nhau nếu chúng bảo đảm những điều kiện sau:

- Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

- Các chức năng đó được tổ chức thành một tập các tầng các tầng đồng mứcphải cung cấp các chức năng như nhau

- Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung

Để bảo đảm bảo các điều kiện trên cần phải có các chuẩn Các chuẩn phải xácđịnh các chức năng và dịch vụ của tầng các chuẩn cũng phải cũng xác định cácgiao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSI 7 lớp chính là cơ sở để xây dựngcác chuẩn đó

c Phương thức hoạt động

Ở mỗi tầng trong mô hình OSI có 2 phương thức hoạt động: phươngthức có liên kết (connection oriented) và phương thức không liên kết(connectionless)

Với phương thức có liên kết trước khi truyền dữ liệu cần thiết lập một liên lếtlogic giữa các thực thể đồng mức như vậy quá trình truyền thông gồm 3 giai đoạn:

- Thiết lập liên kết logic : 2 thực thể đồng mức ở 2 hệ thống sẽ thương lượngvới nhau về các thông số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau

- Truyền dữ liệu : Dữ liệu sẽ được truyền với cơ chế kiểm soát và quản lý kèmtheo ( như kiểm soát lỗi , kiểm soát luồng, cắt/hợp dữ liệu )

- Huỷ bỏ liên kết: giải phóng các tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liênkết để dùng cho các liên kết khác

Mỗi giai đoạn trên thường được thể hiện bằng một hàm tương ứng Thí dụ hàmconnect thể hiện giai đoạn thiết lập liên kết, hàm Data thể hiện giai đoạn truyền dữliệu và hàm Disconnect thể hiện giai đoạn huỷ bỏ liên kết Cùng với 4 hàm nguyênthuỷ trên cho mỗi giai đoạn ta sẽ có 12 thủ tục chính để xây dựng các dịch vụ vàcác giao thức chuẩn theo kiểu OSI Còn đối với phương thức không liên kết thìkhông cần thiết lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu được truyền độc lập với cácđơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó Phương thức này chỉ có duy nhất một giai đoạntruyền dữ liệu

So sánh 2 phương thức hoạt động trên thi phương thức có liên kết cho phéptruyền dữ liệu tin cậy, do được kiểm soát và quản lý chặt chẽ theo từng liên kếtlôgic, nhưng cài đặt khó khăn

Phương thức không liên kết cho phép các PDU có thể được truyền đi theo nhiềuđường khác nhau để tới đích, thích nghi được với sự thay đổi trạng thái của mạng,nhưng lại gặp phải khó khăn khi tập hợp lại các PDU để chuyển tới người dùng Vềnguyên tắc 2 tầng lân cận không nhất thiết phải dùng chung một phương thức hoạtđộng

1.4 PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Phương tiện truyền dẫn là môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu từ phíaphát tới phía thu Phương tiện truyền dẫn gồm có cả hữu tuyến và vô tuyến

Đường truyền vô tuyến truyền sóng điện từ gồm có:

- Tia hồng ngoại

1.3.1 Đường truyền vô tuyến

Môi trường truyền dẫn của đường truyền vô tuyến là không gian tự do Do vậy,giá thành đường truyền vô tuyến tập trung ở phía thu và phát Ưu điểm của đườngtruyền vô tuyến là tính linh động, tuy nhiên độ an toàn không cao bằng đườngtruyền hữu tuyến, bị ảnh hưởng bởi môi trường như mưa, vật cản…

Dải tần vô tuyến có thể được chia như bảng sau:

- Mức tạp nhiễu khíquyển lớn

Ứng dụng nhiều cho thôngtin dưới nước (solar)

- Suy hao thấp banđêm cao vào ban ngày

- Tạp khí quyển

Vô tuyến và định vị hànghải, các tần số cho cứu hộ

và vô tuyến quảng bá AM

3-30MHz

(Chục mét)

Tần số cao (HF) Phản xạ tầng điện ly thay

đổi theo thời gian trongngày, mùa và tấn số

Vô tuyến nghiệp dư; phátsóng quốc tế; thông tinquân sự, hàng khôngđường dài

30-300MHz

(mét)

Tần số rất cao(VHF) Lan truyền theo tần nhìnthẳng (LoS) Truyền hình VHF, phátthanh FM, thông tin đạo

hàng AM, thông tin vi ba

(dm)

Tần số cực cao(ultrahigh

frequency-SHF)

Lan truyền Los, suy haonhanh theo lượng mưa,suy hao khí quyền do ôxi

và hơi nước, hấp thụ hơinước cao ở 22GHz

Thông tin vệ tinh, thôngtin vi ba

30-300GHz

(mm)

Tần số siêu siêucao (ExtremelyHigh FrequencyEHF)

LoS, hấp thụ hơi nướctại 183GHz và hấp thụ ô

xi tại 60 và 119GHz

Rada, vệ tinh thử nghiệm

103-107GHz Hồng ngoại, ánh

sáng nhìn thấy vàtia cực tím

Một số dải tần hay sử dụng trong truyền sóng:

a) Radio

Radio chiếm giải tần từ 10kHz đến 1GHz, trong đó có các băng tần quen thuộcnhư:

- Sóng ngắn

- VHF (Very High Frequency)

- UHF (Ultra Hight Frequency)

b) Hồng ngoại

Hồng ngoại được dùng cho kết nối điểm – điểm hoặc quảng bá Truyền bằng

phương pháp hồng ngoại có đặc điểm là tốc độ chậm, khoảng cách ngắn và chịuảnh hưởng bởi thời tiết Tuy nhiên truyền bằng hồng ngoại tiện lợi, giá thành lắpđặt rẻ và dễ dàng

Có hai dạng truyền thông viba là hệ thống mặt đất và vệ tinh.

Các liên kết viba mặt đất được dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết khikhông thể hoặc quá đắt để thực hiện một đường truyền hữu tuyến (ví dụ qua sông,

sa mạc, đồi núi hiểm trở…) Môi trường truyền sóng là tầng đối lưu mặt đất Địahình ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thông tin Khoảng cách truyền đạt hơn50km

Vi ba vệ tinh được dùng rộng rãi để thông tin liên lạc giữa các quốc gia vớinhau hoặc cung cấp các đường truyền tốc độ cao

Có hai cấu hình đó là điểm nối điểm và đa điểm Với cấu hình điểm – điểm, hệthống gồm một vệ tinh liên kết với hai trạm mặt đất với các kênh đường lên vàđường xuống hoạt động ở tần số khác nhau

Cấu hình đa điểm thì ở mặt đất có một trạm trung tâm, trạm này liên lạc với cáctrạm VSAT phân bố trên phạm vi quốc gia Với thế hệ vệ tinh kế tiếp mạnh hơn sẽ

có khả năng định tuyến trên vệ tinh mà không cần đến trạm trung tâm và còn có thểliên lạc trực tiếp giữa các VSAT

d) Laser

Trong thông tin liên lạc, laser được sử dụng cho quân sự, giữa các tòa nhà caotầng với cấu hình điểm nối điểm

1.3.2 Đường truyền hữu tuyến

a) Các đường truyền 2 dây không xoắn

Một đường truyền 2 dây không xoắn là môi trường truyền dẫn đơn giản nhất.Mỗi dây cách ly với dây kia và cả 2 xuyên tự do (không xoắn nhau qua môi trườngkhông khí) Loại dây này thích hợp cho kết nối 2 thiết bị cách xa nhau đến 50 mdùng tốc độ bit nhỏ hơn 19,2kbps Tín hiệu thường là mức điện thế hay cường độdòng điện vào tham chiếu điện thế đất (ground , không cân bằng) đặt lên một dâytrong khi điện thế đất đặt vào dây kia Mặc dù một đường 2 dây có thể được dùng

để nối 2 máy tính một cách trực tiếp, nhưng thường dùng nhất là cho kết nối mộtDTE đến một thiết bị kết cuối mạch dữ liệu cục bộ DCE (data circuit terminatingequipment), ví dụ như Modem các kết nối như vậy thường dùng dây đa đường cách

tổ chức thông thường là cách ly riêng một dây cho mỗi tín hiệu và một dây nối đất(ground) Bộ dây hoàn chỉnh được bọc trong một cáp nhiều lõi được bảo vệ haydưới dạng một hộp Với loại dây này cần phải cẩn thận tránh can nhiễu giữa các tínhiệu điện trong các dây dẫn kề nhau trong cùng một cáp Hiện tượng này gọi lànhiễu xuyên âm.Ngoài ra cấu trúc không xoắn khiến chúng rất dễ bị xâm nhập bởicác tín hiệu nhiễu bắt nguồn từ các nguồn tín hiệu khác do bức xạ điện từ, trở ngạichính đối với các tín hiệu truyền trên loại dây này là chỉ một dây có thể bị cannhiễu, ví dụ như dây tín hiệu tạo thêm mức sai lệch tín hiệu giữa 2 dây Vì máy thuhoạt động trên cơ sở phân biệt mức chênh lệch điện thế giữa hai dây, nên điều này

dẫn đến đọc sai tín hiệu gốc Các yếu tố ảnh hưởng này đồng thời tạo ra giới hạn về

cự ly cũng như về tốc độ truyền

b) Cáp xoắn đôi (Twisted Pair)

Cáp xoắn có cấu tạo như hình dưới, một cặp dây cách điện nhau được xoắn lạivới bước xoắn đều đặn Cặp dây được xoắn lại với nhau để tăng khả năng chốngnhiễu, triệt tiêu nhiễu đồng pha Hơn nữa, nếu có nhiều cặp xoắn trong cùng mộtcáp thì sự xoắn của mỗi cặp cũng làm giảm nhiễu xuyên âm (nhiễu xuyên âm đãđược trình bày trong mục 1.1.2)

Hình 1.7: Cáp xoắn

Cáp xoắn đôi có trở kháng lớn (100Ω÷ 150Ω), rẻ tiền, mềm dẻo nên dễ đi dâytrong phòng, có thể áp dụng phương thức truyền song công Cáp xoắn đôi có hailoại, đó là loại có vỏ bọc (STP-Shielded Twist Pair) và loại không có vỏ bọc (UTP-Unshielded Twist Pair)

- Cáp STP: cáp STP bên ngoài có lớp bọc kim Lớp này có tác dụng chống

nhiễu điện từ Cáp STP có thể có một đôi dây xoắn hoặc nhiều cặp dây xoắn bêntrong Tốc độ truyền lý thuyết của STP là 500Mb/s, tuy nhiên thực tế ít khi đạtđược giá trị đó

- Cáp UTP: cáp UTP có tính năng giống như cáp STP nhưng kém hơn về khả

năng chống nhiễu điện từ và suy hao do không có vỏ bọc kim bên ngoài, tuy nhiêngiá thành của UTP thấp hơn Cáp UTP có được sự cân bằng giữa giá cả và tínhnăng nên rất hay được sử dụng

Có 5 loại cáp UTP hay được dùng, đó là:

+ CAT 1 và CAT 2 (CAT-Categories): tốc độ thấp (dưới 4Mb/s), thích hợp chotruyền thoại và dữ liệu

Các yếu tố giới hạn chính đối với cáp xoắn là khả năng và hiện tượng dược gọi

là “ hiệu ứng ngoài da Khi tốc độ bit truyền gia tăng dòng điện chạy trên đườngdây có khuynh hướng chỉ chạy trên bề mặt của dây dẫn, do đó dùng rất ít phần dây

có sẵn điều này làm tăng trở kháng của đường dây đối với cá tín hiệu có tần số cao,

dẫn đến suy hao lớn đối với tín hiệu Ngoài ra với tần số cao thì năng lượng tín hiệu

bị tiêu hao nhiều do ảnh hưởng bức xạ Chính vì vậy trong các ứng dụng yêu cầutốc độ bit cao hơn 1Mbps, chúng ta dùng các mạch thu phát phức tạp hơn

Dây tín hiệu trung tâm được bảo vệ hiệu quả đối với các tín hiệu xuyên nhiễu từngoài nhờ lưới dây bao quanh bên ngoài, chỉ suy hao lượng tối thiểu do bức xạ điện

từ và hiệu ứng ngoài da do có lớp dây dẫn bao quanh Cáp đồng trục có thể dùngvới một số loại tín hiệu khác nhau nhưng thông dụng nhất là dùng cho tốc độ 10Mbps trên cự ly vài trăm mét, nếu dùng điều chế tốt thì có thể đạt được thông sốcao hơn

Sở dĩ có tên như vậy là vì hai đường dây dẫn của nó có cùng một trục chung Cáp đồng trục có cấu tạo như hình sau:

Hình 1.8: Cáp đồng trục

Trong cùng là dây dẫn trung tâm thường bằng đồng cứng (gọi là innerconductor) Một dây dẫn thứ hai (outer conductor) bao xung quanh dây dẫn trungtâm, dây dẫn này có thể là dây bện hoặc lá kim loại hoặc cả hai Vì nó có chức năngchống nhiễu nên còn gọi là lớp bọc kim (shield) Giữa hai dây dẫn là lớp cách điện,gồm có lớp cách điện thường bằng nhựa PVC bao quanh dây dẫn trong cùng vàlớp cách điện thứ hai gọi là braid thường bằng thiếc bọc hoặc lưới đan Lớp ngoàicùng là lớp vỏ PVC bảo vệ cáp

Cáp đồng trục chia làm hai loại chính là cáp 10BASE5 và 10BASE2

- Cáp 10BASE5: còn có các tên khác nhau là Thicknet (do được dùng cho mạng

Thick Ethernet), Yellow Ethernet (vì có vỏ bọc màu vàng) hay là RG-8 Cáp10BASE5 có trở kháng 50Ω Kích thước của trục cáp khoảng 0,5 inch, phần lõikhoảng 2,19mm Cáp này giá tương đối cao, tương đối khó lắp đặt vì cứng nên chủyếu chỉ dùng để đi giữa các tòa nhà với nhau (đi thẳng) Khoảng cách truyền củacáp tối đa là 500m khi chưa dùng bộ lặp tín hiệu Khoảng cách mở rộng là 2500m.Cáp này đạt tốc độ 10Mb/s Khả năng chống nhiễu sóng điện từ và sóng radio tốt

-Cáp 10BASE2: : còn có các tên khác nhau là Thinnet (do được dùng cho mạng

Thin Ethernet), Black Ethernet (vì có vỏ bọc màu đen) hay là RG-58 Cáp10BASE2 cũng có trở kháng 50Ω Đường kính của cả sợ cáp khoảng 0,5 inch, phầnlõi khoảng 0,9mm Cáp này giá rẻ hơn 10BASE5, lắp đặt dễ hơn vì mềm mại hơn vìcứng nên chủ yếu chỉ dùng để đi giữa các tòa nhà với nhau (đi thẳng) Khoảng cáchtruyền của cáp tối đa là 185m khi chưa dùng bộ lặp tín hiệu Khoảng cách mở rộng

là 925m Cáp này đạt tốc độ 10Mb/s Khả năng chống nhiễu sóng điện từ và sóngradio tốt như 10BASE5

- Ngoài hai loại này ra thì cáp đồng trục còn có các loại khác như:

+ RG62 dùng cho mạng ARC net (mạng ARC net có cơ chế gần giống nhưToken Ring).

CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN

2.1 SỐ HÓA TÍN HIỆU

Dữ liệu cần truyền đi có thể ởn dạng tín hiệu tương tự hoặc số Để đưa tín hiệutương tự vào mạng số thì cần phải có quá trình biến đổi dữ liệu ở dạng tương tựthành tín hiệu ở dạng số còn được gọi là quá trình số hóa Thiết bị dùng để chuyểnđổi dữ liệu tương tự sang dạng số để truyền đi, và hồi phục trở lại tín hiệu tương tự

từ dữ liệu số được gọi là Codec (Coder – decoder) Hai nguyên lý phổ biến nhấtđược dùng trong Codec là điều chế xung mã PCM và điều chế Delta

2.1.1 Điều chế xung mã PCM

Hình 2.1: Qúa trình điều chế xung mã PCM

Điều chế xung mã dựa trên cơ sở lý thuyết lấy mẫu, phát biểu như sau:

“ Nếu một tín hiệu f(t) được lấy mẫu tại các khoảng thời gian tuần hoàn với tốc

độ lấy mẫu lớn hơn hai lần tần số cực đại của nó, thì các mẫu này chứa toàn bộ các thông tin về tín hiệu gốc f(t) Hàm f(t) có thể được khôi phục lại từ các mẫu này khi dùng một bộ lọc thông thấp”.

Nếu tín hiệu thoại được hạn chế dưới tần số 4000 Hz thì với lý thuyết trên, cácmẫu được lấy với tần số 8000 mẫu trong một giây sẽ đủ để mang toàn bộ thông tincủa tín hiệu thoại này

Quá trình lấy mẫu được mô tả trên hình 2.1 a và b Các xung lấy mẫu có độrộng đủ hẹp, với biên độ tỷ lệ với biên độ tín hiệu gốc tại thời điểm lấy mẫu Quátrình này còn gọi là điều chế biên độ xung (PAM)

Tiếp theo, các xung PAM được lượng tử hóa Biên độ của xung PAM được lấygần đúng bằng các trị số nguyên mô tả được nhờ n bit Trong hình vẽ trên, n = 3.Bởi vậy, 23 = 8 mức có thể dùng để xấp xỉ gía trị cuả xung PAM

Quá trình biến đổi dần từ tín hiệu tương tự - có thời gian liên tục và biên độ liêntục – thành tín hiệu số được tóm tắt trên hình 2.2 Tín hiệu số là từng khối n bit, mô

tả gía trị biên độ của xung PCM Tại đầu thi sẽ có quá trình hồi phục lại tín hiệugốc So với lý thuyết mẫu, quá trìn biến đổi PCM có thêm bp hot ước lượng tửhóa.Vì vậy tín hiệu hồi phục sẽ sai khác với tín hiệu gốc Sai số này được gọi là sai

số lượng tử

Để đơn giản, trong sơ đồ trên mô tả các mức lượng tử khi lấy gần đúng về biên

độ là như nhau (lượng tử đều) Như vậy sai số tuyệt đối cho mỗi mẫu là như nhaukhông phụ thuộc vào giá trị tín hiệu, do đó tín hiệu nhỏ sẽ bị méo nhiều hơn so vớikhi tín hiệu mạnh Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng mã hóa phi tuyến,tức là lượng tử không đều – bước lượng tử nhỏ khi tín hiệu nhỏ và bước lượng tửlớn khi tín hiệu lớn

Hiệu quả hoàn toàn tương tự khi dùng lượng tử đều song kết hợp với bộ néngiãn Tại phần phát, tín hiệu đầu vào qua bộ nén giãn sẽ được khuyếch đại mạnhhơn ở phần tín hiệu yếu và khuyếch đại ít ở phần tín hiệu mạnh Tại đầu thu, quátrình hồi phục ngược lại sẽ được thực hiện

Hình 2.2: Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số

Trong hệ thống E1 theo khuyến nghị G.711 của CCITT, đặc tính nén giãn tuântheo quy luật A biểu thị qua công thức

y = (1+ lnAx)/ (1+lnA)

ở đây: A: Hằng số = 87.6

x: Mức tín hiệu vào bộ nén đã chuẩn hóa

y: Mức tín hiệu đầu ra bộ nén đã chuẩn hóa

Hình 2.3: Đặc tính nén 13 đoạn theo khuyến nghị G.711 CCITT

Đặc tính này được gần đúng bằng 13 đoạn tuyến tính, chia thành 128 bậc theo

cả hai hướng dương và âm như mô tả trên hình 2.3 Đoạn đầu gồm 2×16 = 32 bậcchiều dương và 32 bậc chiều âm đối xứng qua gốc tọa độ 12 đoạn khác mỗi đoạn

gồm 16 bậc Các bậc được chia đều trong mỗi giai đoạn Chúng ta có thể thấy, mộtnửa dải động của tín hiệu vào chỉ được biểu thị bằng 16 bậc lượng tử cuối cùng,trong khi 1/64 dải động của nó ở đoạn đầu gần giá trị 0 đã được biểu thị bằng 32bậc.

Hình 2.4: Hiệu quả của việc nén dữ liệu

Hình trên cũng chỉ rõ hiệu quả của việc nén này Trên hình vẽ ta thấy rõ, trongđoạn đầu, tỷ số tín/tạp âm lưọng tử tăng tuyến tính và sau đó giữ gần không đổikhoảng 37 – 38 dB trong toàn dải động còn lại

Để biểu thị tổng cộng 256 mức lượng tử, hệ thống E1 cần phải dùng 8 bít (28 =256) cho mỗi mẫu Với tín hiệu thoại, các mẫu được lấy với tần số 8000 mẫu trong

1 giây Một mẫu được biểu thị bằng 8 bít Vì vậy, 8.8000 bit/s = 64 000 bit/s là tốc

độ của một kênh PCM cơ bản

2.1.2 Điều chế Delta DM

Có nhiều kỹ thuật khác được dùng nhằm làm tăng hiệu suất quá trình số hóahay giảm độ phức tạp của thiết bị so với kỹ thuật điều chế xung mã PCM, trong đóphải kể tới một phương pháp khá phổ dụng là điều chế Delta (DM)

Với DM, dữ liệu analog được xấp xỉ bằng hàm bậc thang tăng hay giảm chỉ 1nấc tại mỗi thời điểm lấy mẫu Đặc tính quan trọng của hàm này là nó có tính nhịphân Tại mỗi thời điểm lấy mẫu, nó chỉ có thể có một trong hai trạng thái: tăng haygiảm một lượng không đổi vì thế, đầu ra của quá trình DM là một bít nhị phân đơnđại diện cho mỗi mẫu Theo nghĩa này, có thể nói luồng bít ra mô tả chiều hướngtăng giảm của dữ liệu analog hơn là mô tả bản thân biên độ của nó Người tathường dùng bit 1 để mô tả chiều hướng tăng, còn bít 0 mô tả chiều hướng giảm.Một ví dụ về quá trình DM được mô tả trên hình trên Cũng như với PCM, việclấy gần đúng gây nên những sai số, như sai số lượng tử và sai số do quá tải sườn.

để giảm các sai số này, cần lựa chọn bước bậc thang б và thời gian giữa các lần lấymẫu Ts một các hợp lý

Cấu trúc phần phát và phần thu của điều chế Delta được mô tả trên hình dưới.

Hình 2.4: Điều chế Delta

Nhìn chung PCM cho tỷ số S/N cao hơn DM tại cùng một tốc độ bit Ưu điểm

cơ bản của điều chế Delta là đơn giản hơn so với điều chế xung mã PCM

Có nhiều biến dạng của điều chế Delta nhằm làm giảm tạp âm do quá trình điềuchế này gây ra, nâng cao tỷ số tín/tạp Trong phương pháp điều chế Delta thíchnghi (Adaptive Delta Modulation – ADM), người ta dùng bước bậc thang lớn khitín hiệu biến đổi nhanh còn có thể lấy một trị số tùy ý trong bộ điều chế CVSD (bộđiều chế với độ dốc biến đổi liên tục Continously Variable Slope Delta Modulator)

-?:

$3

!

&

#8'().,90

11101010101010000001111000111111001101111010110001111111101100100000100100000000

QRSTUVWXYZLTRSFIGSSPCCRLFNULL

14BELL57

;2/6

"LTRSFIGSSPC CR LF NULL

Với n = 5 chỉ có 25 = 32 mã khác nhau, không đủ để biểu diển các ký tự chữ và

số nên một số mã phải biểu thị cả hai và chúng được phân biệt bằng cách kèm theo

ký tự FIGS hoặc LTRS ở trước

Thí dụ: mã của đoạn văn NO 27 có dạng như sau :

LTRS N O FIGS SPC 2 7

11111 00110 00011 11011 00111 00100 11001 11100

Khi dùng mã Baudot để truyền bất đồng bộ, số bít stop luôn luôn là 1,5

2.2.2 Mã ASCII

Là bộ mã thông dụng nhất trong truyền dữ liệu Mã ASCII dùng số nhị phân 7

bít nên có 27 = 128 mã, tương đối đủ để diễn tả các chữ, số và một số dấu hiệuthông dụng Từ điều khiển dùng trong các giao thức truyền thông thường lấy trongbảng mã ASCII

Khi truyền bất đồng bộ dùng mã ASCII số bít stop là 1 hoặc 2

Bảng 3.2 trình bày mã ASCII cùng các từ điều khiển

* Từ điều khiển trong văn bản:

BS (Back space): chỉ cơ chế in hay con trỏ được dời lui một vị trí Nó có thể

được dùng để in 2 ký tự ở một vị trí (thường dùng để gạch dưới) hay để in đậm một

ký tự (in 1 ký tự 2 lần ở cùng vị trí) Trên màn hình (CRT) chữ sau sẽ thay cho chữtrước

HT (Horizontal Tab): chỉ cơ chế in hay con trỏ được dời tới vị trí tab kế cận

hay vị trí dừng

LF (Line Feed): chỉ cơ chế in hay con trỏ được dời xuống đầu dòng kế.

VT (Vertical Tab): chỉ cơ chế in hay con trỏ được dời đến dòng kế của chuỗi

010

011

100

101

110

111

NULSOHSTXETXEOTENQACKBELBSHTL

DLEDC1DC2DC3DC4NAKSYNETBCANEMS

SP

*+,-./

0123456789:

PQRSTUVWXYZ[

\]

^( )_(¬)

'abcdefghijklmno

pqrstuvwxyz{

|}

~DEL

Thí dụ: ký tự D là 1000100 = 44H

Ý nghĩa các từ trong bảng mã ASCII

* Từ điều khiển trong truyền thông

SOH (Start of Heading): bắt đầu của phần đầu bản tin Nó có thể chứa địa chỉ,

chiều dài bản tin hay dữ liệu dùng cho kiểm tra lỗi

STX (Start of Text): bắt đầu văn bản đồng thời kết thúc phần đầu Thường đi

đôi với ETX

ETX (End of Text): kết thúc văn bản

EOT (End of Transmission): chấm dứt truyền

ENQ (Enquiry): yêu cầu một đài xa tự xác định (identify itself)

ACK (Acknowledge) : từ phát bởi máy thu để báo cho máy phát đã nhận bản

tin đúng

NAK (Negative Acknowledgment): từ phát bởi máy thu để báo nhận bản tin

sai

SYN (Synchronous/Idle): dùng bởi một hệ thống truyền đồng bộ để thực hiện

đồng bộ Khi không có dữ liệu để phát, máy phát của hệ thống đồng bộ phát liên tục các từ SYN

ETB (End of Transmission Block): chỉ sự chấm dứt một khối của bản tin.

* Information separator

FS (File Separator), GS (Group Separator), RS (Record Separator), US

(United Separator): Dùng cho sự phân cách Chữ đầu chỉ thành được phân cách (F:File, G: Group, R: Record (bảng ghi), U: Unit (đơn vị))

* Miscellaneous (Linh tinh)

NUL (Null): ký tự rổng, dùng lấp đầy khoảng trống khi không có dữ liệu

BEL (Bell): dùng khi cần báo sự lưu ý.

SO (Shift Out): chỉ các tổ hợp mã theo sau được thông dịch bởi ký tự ngoài tập

hợp ký tự chuẩn cho tới khi gặp từ Shift In

SI (Shift In): chỉ tập hợp mã theo sau được thông dịch bởi ký tự chuẩn.

DEL (Delete): dùng bỏ từ

SP (Space): khoảng cách từ

DLE (Data Link Escape): dùng để chỉ sự thay đổi nghĩa của các từ theo sau Nó

có thể cung cấp một sự điều khiển phụ, hay cho phép gửi ký tự dữ liệu có một tổ

hợp bít bất kỳ

DC1, DC2, DC3, DC4 (Device Control): từ dùng cho sự điều khiển thiết bị.

CAN (Cancel): chỉ dữ liệu đặt trước nó không có giá trị, do dò được lỗi.

EM (End of Medium): chỉ sự kết thúc về mặt vật lý của một card, băng hay

môi trường khác

SUB (Substitute): thay thế một từ bị lỗi hoặc không có giá trị

ESC (Escape) : từ tăng cường để cung cấp một mã mở rộng.

2.2.3 Mã EBCDIC (Extended BCD Information Code) :

Là bộ mã 8 bít được dùng rộng rãi trong hệ thống thông tin dùng máy tính

IBM

Bảng 3.3 trình bày mã EBCDIC và các ký tự điều khiển Vì mã ký tự chiếm 8

bít nên muốn dùng parity phải dùng bít thứ 9 (các thanh ghi trong các USART

thường có 8 bít) do đó mã EBCDIC thường được dùng trong những chức năng đặc

biệt như trong các ứng dụng đồ họa

FS

SYN

PN

ESP

EOT

IGS Interchange Group Separator

RLF Reverse Line Feed

IUS Interchange Unit Separator

SMM Start of Manual Message

IRS Interchange Record Separator

2.3 MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN

2.3.1 Khái niệm

Số liệu cung cấp từ các thiết bị đầu cuối thường ở dạng nhị phân đơn cực(unipolar) với các bit 0 và 1 được biểu diễn với cùng mức điện áp âm hoặc dương.Tuy nhiên, trước khi truyền qua đường dây thì người ta phải biến tín hiệu nhị phânđơn cực thành các mã đường truyền khác bởi các lý do sau:

Nếu tín hiệu không có thành phần một chiều thì có thể ghép bằng biến áp, nhờ

đó cách ly đường truyền bên ngoài với mạch thu phát bên trong, giảm sự giao thoatín hiệu do ảnh hưởng của dòng một chiều Ngoài ra, vì trong tín hiệu nhị phân đơncực có chứa năng lượng cao trong phổ tần số thấp nên khi truyền qua biến ápchuẩn, thực tế sẽ bị méo dạng xung và như vậy nó sẽ tạo thêm lỗi truyền dẫn Khảnăng đồng bộ tín hiệu liên quan đến đặc tính chuyển trạng thái của tín hiệu giúp xácđịnh thời điểm bắt đầu và kết thúc mỗi bit Khi xuất hiện một dãy bit “0” liên tụctrong tín hiệu nhị phân đơn cực thì sẽ gây khó khăn trong việc tách thông tin địnhthời dẫn đến mất đồng bộ

Để khắc phục những tồn tại của nó thì người ta đề xuất ra các mã đường truyềnkhác nhau

ác mã chuyển tiếp (Transition Codes):

Các bit thông tin 1 và 0 biểu diễn bằng sự thay đổi mức điện áp so với trạngthái trước đó, vì thế mã hóa bit hiện tại phụ thuộc bit trước đó

Nếu dựa vào cực tính thì có một số phương pháp mã hóa số liệu thông dụngnhư sau:

- Mã hóa đơn cực (unipolar): Chỉ sử dụng duy nhất một cực tính (+ hoặc -)

và có mức điện áp 0, ví dụ mã NRZ đơn cực, RZ đơn cực Trong phương phápnày, tốc độ bit và tốc độ dữ liệu là như nhau tuy nhiên tồn tại thành phần mộtchiều, thiếu đồng bộ nếu xuất hiện liên tục các bit “0” nên không được sử dụng đểtruyền số liệu

- Mã phân cực (polar): Sử dụng cả hai điện áp (+) và (-), ví dụ NRZ, RZ và

mã hai pha (biphase: Manchester, Manchester vi sai)

Trong số rất nhiều kiểu mã hoá cực đa dạng, chúng ta sẽ chỉ kiểm tra 3 kiểu

thông dụng nhất: nonreturn to zero (NRZ), return to zero (RZ), và biphase.

Mã hoá NRZ bao gồm 2 cách: nonreturn to zero, level (NRZ-L), và nonreturn tozero, invest (NRZ-I) Biphase cũng có 2 phương pháp Đầu tiên, Manchester làphương pháp được sử dụng bởi mạng LAN Kế đến, Manchester vi sai, là phươngthức được sử dụng bởi mạng Token Ring LAN

Mã hoá phân cực sử dụng 2 mức điện thế, một điện áp dương và một điện áp

âm Bằng việc sử dụng cả 2 mức, trong phương pháp mã hoá cực, mức điện thếtrung bình trên đường truyền được giảm xuống và vấn đề về thành phần DC của

mã hoá đơn cực vì thế được giảm nhẹ Trong mã hoá Manchester và Manchester

vi sai, mỗi bit gồm có cả hai điện thế dương và điện thế âm, vì vậy thành phần DChoàn toàn có thể loại ra

Hình 2.5: Phân loại mã phân cực

ã lưỡng cực (bipolar): Sử dụng cả hai mức điện áp (+) và (-) chi bit “1” tùy

thuộc vào trạng thái bit “1” trước và mức 0, ví dụ của loại mã này là như AMI,

mã giả bậc ba (BnZs, HDB3…)

Bipolar

AMI B8ZS HDB3

2.3.3 Mã NRZ đơn cực (Uniporlar Nonereturn to Zero)

Mã hoá đơn cực rất đơn giản và thô sơ Tính đơn giản của nó cung cấp sự chỉdẫn dễ dàng làm cơ sở phát triển cho các hệ thống mã hoá phức tạp hơn và chophép chúng ta nghiên cứu các loại bài toán mà bất kỳ hệ thống truyền số nàocũng phải thực hiện

Hệ thống truyền số làm việc dựa trên xung điện cùng với một kết nối trunggian, thường là dây dẫn hoặc cáp Trong hầu hết các kiểu mã hoá, mức điện ápcao thấp ứng với giá trị nhị phân 1 hoặc 0 Tính có cực của một xung ám chỉ việclựa chọn là cực dương hay cực âm Mã hoá đơn cực có tên như vậy là bởi vì nóchỉ sử dụng một cực Nói cách khác, với NRZ, thông thường tín hiệu logic 1 bằng+V chiếm hết cả chu kỳ nhịp mà không quay về 0 trong chu kỳ nhịp đó, 0 bằng 0Vcũng chiếm cả chu kỳ nhịp

Mật độ phổ công suất PSD giả sử xác suất của bit 1 và 0 là như nhau được chobởi công thức:

4)fTsin(4

2 2

2

f

V fT

T

π

trong đó, V là mức điện áp bít 1, T =1/R là chu kỳ bít và R là tốc độ dữ liệu

Mã hoá đơn cực chỉ sử dụng một mức điện áp (mức điện áp dương hoặc âm).

Biên độ

thời gian

Trong ví dụ này, mã nhị phân 1 được mã hoá ứng với giá trị dương và mãnhị phân 0 được mã hoá ứng với giá trị 0 Mã này có đặc điểm là đơn giản, việc mãhoá đơn cực không phức tạp và dễ thực hiện và ưu điểm thứ hai là phổ tần của tínhiệu tương đối thấp Phổ của tín hiệu NRZ đơn cực được chỉ ra ở hình sau

Hình 2.6: Phổ của tín hiệu Unipolar NRZ (R: tốc độ bít (pbs), T hay T b =1/R là chu kỳ bit)

Tuy nhiên, mã hoá đơn cực có ít nhất 2 vấn đề làm cho nó ít mong muốnnhư đã đề cập ở trên: thành phần một chiều và sự đồng bộ hoá

Thành phần một chiều (DC): Biên độ trung bình của một tín hiệu mã hoá

đơn cực là khác 0 Điều này tạo ra thành phần dòng một chiều (DC) – một thànhphần có tần số bằng 0 Khi một tín hiệu chứa thành phần DC, nó không thểtruyền đi mà không xử lý

Đồng bộ hoá: Khi một tín hiệu không ổn định, bên nhận không thể xác định

điểm đầu và điểm cuối của mỗi bit Vì thế vấn đề đồng bộ hoá trong việc mã hoáđơn cực có thể xảy ra bất cứ khi nào dòng dữ liệu gồm một loạt các chữ số 0hoặc 1 Quá trình số hoá dùng sự thay đổi mức điện áp để chỉ ra sự thay đổi giátrị bit Sự thay đổi tín hiệu cũng chỉ ra rằng một bit vừa kết thúc và một bit mới

đã bắt đầu Tuy nhiên trong mã hoá đơn cực một loạt các bít cùng giá trị, ví dụnhư 7 số 1, tức là không có sự thay đổi điện áp, mức điện áp dương không bịphá vỡ sau 7 lần miễn là nhận giá trị bit 1 Bất cứ khi nào không có tín hiệuthay đổi để chỉ ra điểm bắt đầu của bit tiếp theo trong chuỗi, bên nhận phải dựatrên một mức thời gian Chẳng hạn với tốc độ bit 1000 bps, nếu bên nhận xácđịnh một điện áp dương trễ 0.005s, mà tốc độ đọc 1 bít là 0.001s, hay 5 bit

Sự thiếu đồng bộ giữa đồng hồ của bên nhận và bên gửi làm sai lệch thờigian của tín hiệu, ví dụ 5 bít 1 bị kéo dài thành 0.006s, và do đó bên nhận sẽhiểu thành 6 bít 1 Một bit phụ trong dòng dữ liệu gây ra mọi thứ sau khi nóđược giải mã nhầm Một giải pháp được phát triển để điều khiển việc đồng bộhoá trong truyền phát một cực là sử dụng một dấu tách, mắc song song mộtđường mang một xung đồng hồ và cho phép bên nhận phân chia để đồng bộ hoá

lại thời gian của nó Nhưng việc nhân đôi số đường sử dụng cho truyền phátđồng nghĩa với việc làm tăng chi phí và vì vậy sẽ không kinh tế.

2.3.4 Mã RZ đơn cực (Unipolar Return to Zero)

Với RZ đơn cực, thông thường tín hiệu logic 1 bằng +V ở ½ chu kỳ đầu vàbằng 0V ở ½ chu kỳ sau, tín hiệu logic 0 bằng 0 V chiếm cả chu kỳ nhịp

Giá trị

0 1 0 0 1 1 1 0

Thời gian 0

Mật độ phổ công suất của mã RZ đơn cực khi xác suất các bít 1 và 0 như nhau được cho bởi công thức sau:

S2(f)= 2 )2

2/

fT/2sin(

16 fT

T V

ππ

Mã RZ đơn cực có đặc điểm gần giống với NRZ đơn cực, đó là đơn giản, dễ thực hiện và có khả năng đồng bộ tốt hơn, tuy nhiên nếu xuất hiện các bit 0 liên tục thì vẫn dễ mất đồng bộ Ngoài tồn tại các nhược điểm như NRZ đơn cực, mã này đòi hỏi có sự thay đổi khi biểu diễn bit 1 nên nó yêu cầu dải chiếm rộng hơn Mật

độ phổ công suất của mã RZ đơn cực được biểu diễn như hình sau

Hình 2.7: Mật độ phổ của tín hiệu RZ đơn cực

bit 1 được biểu diễn bằng –V và bit 0 được biểu diễn bằng + V mà không có sự

thay đổi về đặc tính phổ) Mã này còn có tên gọi là mã NRZ (L) vì mỗi chu kì bít

duy trì một mức điện áp là L (level)

π

πMật độ phổ công suất của mã polar NRZ như hình sau

Hình 2.8: Mật độ phổ của tín hiệu RZ đơn cực

Ưu điểm của mã này là yêu cầu băng thông hẹp hơn (R Hz) so với mã NRZđơn cực,xác suất lỗi thấp, và giảm được thành phần một chiều vì dạng tín hiệu này

có thành phần một chiều bằng 0 khi xác suất xuất hiện số bit 1 và 0 là như nhau.Nhược điểm của mã này đó là không có khả năng phát hiện lỗi, nếu xuất hiện mộtdãy dài các bit 1 hoặc 0 thì có khả năng gây mất đồng bộ do không có sự chuyển

tiếp trong một chu kỳ bít Việc yêu cầu 2 nguồn cung cấp cũng là một nhược điểmcủa mã NRZ polar.

b) Mã NRZ-I

Trong NRZ-I, nếu gặp bit 1 thì mức điện áp sẽ thay đổi từ cao xuống thấp hayngược lại ở ngay đầu chu kỳ bit Gặp bit 0 thì mức điện áp không thay đổi Nóicách khác, trong NRZ-I các tín hiệu được đảo ngược nếu một gặp bit 1và giữnguyên mức nếu gặp bit 0

Về cơ bản, NRZ-I cũng gần giống với NRZ-L tuy nhiên NRZ-I tốt hơn NRZ-L

vì sự đồng bộ hoá cung cấp bởi sự thay đổi tín hiệu trong mỗi thời điểm một bit 1gặp phải Tuy nhiên, nếu dữ liệu xuất hiện một chuỗi các bit 0 liên tục thì vấn đềmất đồng bộ có thể xảy ra, tuy nhiên do các bít 0 không hẳn xuất hiện liên tục nhưvậy, nên vấn đề mất đồng bộ có thể được giảm thiểu Mật độ phổ công suất của mãnày cũng giống như NRZ-L

Trong NRZ-I các tín hiệu được đảo ngược nếu một bit 1được gặp.

bộ hoá trong tín hiệu mã hoá

Giá trị

Thời gian

Để đảm bảo việc đồng bộ hoá, cần phải có một tín hiệu thay đổi cho mỗi bit.Bên nhận có thể sử dụng những thay đổi này để xây dựng, cập nhật và đồng

bộ hoá đồng hồ của nó Như chúng ta đã biết ở trên, NRZ-I thực hiện điềunày cho một chuỗi tuần tự các bít 1 Nhưng để thay đổi với mỗi bit, chúng tacần phải có nhiều hơn 2 mức Một giải pháp đó là mã hoá theo kiểu Return toZero (RZ), bằng việc sử dụng 3 giá trị: dương, âm và không Trong RZ, nhữngthay đổi tín hiệu không phải giữa các bít, nhưng ở trong mỗi bit Giống nhưNRZ-

L, điện thế dương có nghĩa là 0, và điện thế âm có nghĩa là 1 Trong khoảng thời gian của một nửa bit, một nửa tín hiệu còn lại trở về 0 Một bit 1 thực tế đượcmiêu tả là dương-0 và một bit

0 được miêu tả là âm -0 sẽ tốt hơn chỉ có một mình dương và âm

Sự bất lợi chính của mã hoá RZ là đòi hỏi 2 thay đổi tín hiệu để mã hoá 1 bit,

và vì vậy nó chiếm giữ giải rộng hơn Tuy nhiên có ba khả năng để chúng takiểm tra tốt hơn, đó là hiệu quả tốt nhất

2.3.6 Mã hóa Biphase

Có lẽ giải pháp tốt nhất cho đến nay để giải quyết vấn đề đồng bộ hoá

là mã hoá Biphase Trong phương pháp này sẽ thay đổi tín hiệu trong khoảngthời gian của mỗi bit nhưng không trở về 0 Thay vào đó nó chuyển sang cựcđối diện Giống như RZ, ở giữa khoảng thời gian truyền cho phép đồng bộ hoá

Mã hoá Biphase bao gồm: Manchester và Manchester vi sai.

- Manchester:

Mã hoá Manchester sử dụng cách đảo ngược mỗi bít trong khoảng thời giancủa nó để đồng bộ và miêu tả bit Việc chuyển trạng thái âm-dương tương ứng vớibít 1 và dương-âm tương ứng với bít 0 Ở đây ta sử dụng việc một chuyển trạngthái đơn cho hai mục đích Mã hoá Manchester đạt được theo mức của đồng bộhoá như RZ, nhưng chỉ có 2 giá trị biên độ

- Manchester vi sai:

Trong Manchester vi sai việc đảo ngược trong khoảng thời gian của mỗi bítđược sử dụng cho vấn đề đồng bộ hoá, nhưng sự có mặt hoặc thiếu vắng của việcbiến đổi được thêm vào ở đầu trong khoảng thời gian tạm ngưng được sử dụng đểxác định cho bit Gặp bit 1 sẽ giữ nguyên mức điện áp và gặp bit 0 sẽ thay đổi mứcđiện áp Manchester vi sai yêu cầu 2 sự thay đổi tín hiệu để biểu diễn bít 0 nhưngchỉ có 1 để biểu diễn bit 1

Hình sau biểu diễn dạng tín hiệu của chuỗi dữ liệu: 01001110

Biên độ 0 1 0 0 1 1 1 0