GIáo trình truyền dữ liêu part 8 pptx

Trong khi truyền dữ liệu, tín hiệu số sẽ ñược gửi từ LCU Line Control Unit tới mạch ñiều chế FSK thông qua chuẩn RS-232C.. H 7.42 Modem nhận cuộc gọi: Tín hiệu chuông tần số 20 Hz ñến ñư

Một ứng dụng ñiển hình của hệ thống truyền song công bất ñối xứng là Videotex Ðây

là một dịch vụ mà qua ñó người sử dụng (vai trò một thiết bị ñầu cuối) có thể truy xuất dữ liệu từ một cơ sở dữ liệu trung tâm (máy tính chủ) qua mạng ñiện thoại

Cơ sở dữ liệu của Videotex có thể chứa rất nhiều thông tin khác nhau, thông qua bàn phím người sử dụng có thể ñặt một cuộc gọi ñến máy tính chủ và yêu cầu những thông tin cần thiết trong Videotex Các lệnh của người sử dụng truyền tới máy tính chủ với vận tốc thấp và các file văn bản, ñồ họa gọi chung là các trang Videotex truyền tới nơi yêu cầu với vận tốc cao hơn

Với sự cải tiến thiết bị nhập dữ liệu (bàn phím) vận tốc truyền của kênh thứ cấp có thể cao hơn và modem 202C ra ñời thỏa mản yêu cầu này (H 7.40) cho phổ tần của modem 202C

(H 7.40) Modem 202C chỉ khác với Modem 202 ở cách ñiều chế kênh thứ cấp là FSK chứ không phải ASK, hai tần số mark và space là 390 Hz và 490 Hz, và vận tốc truyền của kênh này là 150bps

7.3.2 Modem ñồng bộ :

Một số modem ñồng bộ ñược hảng Bell chế tạo ñể truyền dữ liệu với vận tốc cao hơn Như ñã nói trên, ñể truyền vận tốc cao các modem phải ñiều chế nhiều pha PSK (4 hoặc 8 pha) hoặc kết hợp PSK và ASK ñể cho 16 pha, gọi là QAM

Bảng 7.5 giới thiệu một số modem ñồng bộ

4 dây riêng

4 dây riêng

2 dây chuyển mạch

2400 bps

Bán song công ñồng bộ Song công ñồng bộ Song công ñồng bộ Bán song công ñồng bộ Song công ñồng bộ

7.3.3 Kết nối modem qua hệ thống ñiện thoại :

Ðể thực hiện việc truyền dữ liệu qua hệ thống ñiện thoại thông qua modem, công ty ñiện thoại có nhiệm vụ tạo sự kết nối sao cho thật thuận lợi cho người sử dụng modem Có 2

cách kết nối: - Ghép âm (Acoustical coupler) - Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu (Data access arrangement)

7.3.3.1 Kết nối thông qua ghép âm

7.3.3.2 Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu

7.3.3.1 Kết nối thông qua ghép âm :

Ðể thực hiện việc kết nối cần một bộ phận ghép âm (Acoustically coupled modem)

có chỗ gác ống tổ hợp giống như ở ñiện thoại mà bên trong có mạch như (H 7.41) A1 và A2 trong mạch không phải là cổng logic nhưng ñược dùng với ý nghĩa là tín hiệu chỉ xuất hiện ở ngã ra khi có ñủ hai tín hiệu ở ngã vào

(H 7.41)

Phát sinh cuộc gọi: Người vận hành ở Originate modem khởi ñộng cuộc gọi bằng cách nhấc ống tổ hợp (trạng thái Off-hook tác ñộng lên ñường dây) quay số ñiện thoại liên kết với modem answer Ở ñầu kia, khi nhận ñược chuông, mạch báo chuông ñược tác ñộng (pin 22 của RS 232) Nếu DTE ñã sẵn sàng, nó cho phép pin DTR (pin 20) lên mức tác ñộng, báo cho modem ñể trả lời cuộc gọi bằng cách phát tín hiệu mark F2 Khi nghe tín hiệu này, người vận hành ở Originate modem gác ống tổ hợp lên bộ phận ghép âm của modem (Acoustically coupled modem) Tín hiệu F2 sẽ ñược chuyển thành tín hiệu ñiện nhờ micro của modem (H 7.41) Tín hiệu này qua A2 tới mạch dò sóng mang (A2 có thể là một khóa cơ hoặc tế bào quang) Mạch lọc dải thông chỉ cho phép tần số mark/space của F2 qua Khi Originate modem nhận ñược tín hiệu mark F2 nó báo cho cho DTE bằng cách tác ñộng lên mạch RLSD (pin 8), sau thời gian trể giữa RTS/CTS, tần số mark/space F1 của Originate modem ñược phát ñi A1 là một khóa có tác dụng bảo ñảm chỉ cho F1 phát ñi khi dò ra sóng mang Originate modem lúc này ở vào chế ñộ phát dữ liệu và nó sẽ phát cho tới khi nào cả 2 DTE ngưng phát sóng mang và chấm dứt cuộc gọi

Trong khi truyền dữ liệu, tín hiệu số sẽ ñược gửi từ LCU (Line Control Unit) tới mạch ñiều chế FSK thông qua chuẩn RS-232C Các xung này ñiều chế tín hiệu từ VCO và cho ra tín hiệu tương tự ở ngã ra, ñưa ñến loa ñể chuyển ñổi thành tín hiệu nghe ñược và ñưa vào

micro của ống tổ hợp ñểì truyền lên ñường dây thoại giống như ta truyền tiếng nói Answer modem nhận tín hiệu F1 giải ñiều chế và cho lại dữ liệu như ta ñã biết

Khóa S1 trong (H 7.41) cho phép chọn phương thức hoạt ñộng là HDX hay FDX Trong các modem ñời cũ, tín hiệu từ keyboard không xuất hiện trực tiếp trên màn hình Khi chọn HDX, dữ liệu từ keyboard của DTE phát qua mạch sửa dạng rồi hiển thị trên màn hình Khi chọn FDX, dữ liệu phát xuất hiện trên màn hình khi answer modem phát ngược lại cho originate modem

7.3.3.2 Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu (Data Access Arangement, DAA): Các thiết bị DTE có thể truyền dữ liệu trên ñường dây ñiện thoại nhờ một mạch nối giữa modem và ñường dây ñiện thoại gọi là mạch truy xuất dữ liệu, (H 7.42) là sơ ñồ mạch DAA

(H 7.42) Modem nhận cuộc gọi: Tín hiệu chuông tần số 20 Hz ñến ñược lọc và tích hợp bởi mạch dò chuông cho ñến lúc ñủ ñể kích hoạt mạch DAA bởi ñiện thế một chiều cấp cho ñường RI Modem phản ứng bằng cách ñưa chân OH (Off-hook) lên cao Tín hiệu này tác ñộng relay OH (là loại thường hở, NO) cho phép một dòng DC chạy trên mạch ñiện thoại Tổng ñài sẽ nhận ra ñiều này như trạng thái Off-hook và chấm dứt tín hiệu chuông Lúc này modem ñưa ñường DA lên ON, ñiều này tác ñộng lên relay CT (loại thường ñóng, NC) làm

hở mạch ñiện trở khiến mạch kiểm soát mức tự ñộng ñược nối vào mạch và cho phép các ñường Tip (T) và Ring (R) nối vào DT (Data Tip) và DR (Data Ring) Lúc này ñường CCT cũng lên ON báo cho modem biết hệ thống ñã ñược kết nối và modem chờ nhận tín hiệu Cuộc gọi sẽ chấm dứt khi modem cấp tín hiệu mức thấp cho chân OH làm vô hiệu hóa relay

OH và ngắt mạch DC

Modem phát sinh cuộc gọi: Theo một cách tương tự, modem phát sinh cuộc gọi bằng cách ñưa chân OH lên cao ñể thông mạch DC tới tổng ñài Sau khi hoàn tất việc quay số, chân DA lên cao ñể tác ñộng lên relay CT ñể thông mạch kết nối modem và hệ thống Modem sẽ bắt ñầu truyền tín hiệu khi chân CCT lên mức cao Sau khi phát xong bản tin, modem ñưa chân OH xuống thấp ñể chấm dứt sự kết nối

7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI

Các nhà chế tao IC ñã phát triển nhiều linh kiện loại LSI trong ñó kết hợp nhiều mạch chức năng của modem trong một vỏ Các chip dùng kỹ thuật NMOS hoặc CMOS có chứa sẵn bộ ñiều chế, giải ñiều chế và logic ñiều khiển cho các modem có tốc ñộ khác nhau, từ thấp ñến trung bình Gần ñây có xuất hiện các mạch lọc khóa CMOS gồm cả lọc phát và lọc thu trong một IC

Phần sau ñây giới thiệu 2 IC tiêu biểu của Motorola, ñó là IC modem số MC 6860 và

6860 truyền dữ liệu với vận tốc 300 bps hoặc 600 bps, dùng kỹ thuật ñiều chế FSK

6860 hoàn toàn tương thích với tiêu chuẩn song công của Bell 103

(H 7.43) là sơ ñồ khối một originate modem Bell 103 dùng MC 6860 giao tiếp với

Ngã vào (threshold detect), chân số 7 có chức năng tương tự chân CD của RS

232 (phát hiện sóng mang) Nếu mức ñiện áp sóng mang không ñủ mạnh, chân TD lên cao kéo theo CTS lên cao và ngắt sóng mang Tx

Ở ngã ra của bộ phận ñiều chế là bộ biến ñổi D/A, cho ra tín hiêu nấc thang gần sin có rất nhiều hài không mong muốn Bộ lọc phát có nhiệm vụ lọc bỏ các hài này ñể tránh giao thoa với sóng mang FSK nhận ở phần thu

Ngã vào (Ring Indicator, chân 19) nối với mạch phát hiện chuông Mức thấp ở chân RI ñưa 6860 vào chế ñộ answer và làm cho ngã ra AP (Answer Phone, chân 4) lên cao, ñóng relay chuyển mạch trả lời ñiện thoại

Chân 15 là ngã ra Mode, cho biết trạng thái của modem: Mức cao chỉ mode originate

và mức thấp chỉ mode answer Chân này ñược dùng ñể ñiều khiển chuyển mạch bộ lọc thu

Ngã vào ST (Self test) ở cao ñặt chip ở chế ñộ tự kiểm tra vòng

Ngã vào CLK SEL (Clock Select) ñiều khiển các bộ chia tần số bên trong ñể cho phép

sử dụng với thạch anh 1 MHz hay 4 MHz tưong ứng với CLK SEL ở thấp hoặc cao Thạch anh ñược nối vào mạch ở chân CLK1 và CLK2 Xung clock 1 MHz có thể ñược lấy ra từ ngã

ra CLK OUT thường ñể cung cấp cho mach ñiều chế-giải ñiều chế như MC 6860

MC 145440 cũng có thêm một OPAMP bên ngoài sử dụng cho mạch song công

Phương pháp ña hợp phân thời gian phù hợp với việc truyền tín hiệu số, ñược dùng phổ biến trong các hệ thống ñiện thoại số

Phương pháp ña hợp phân tần số phù hợp với việc truyền tín hiệu tương tự, ñược dùng rộng rãi trong các phương tiện thông tin khác như truyền thanh, truyền hình

Trong chương này chúng ta sẽ xét qua các phương pháp ña hợp ñể truyền dữ liệu và/hoặc âm hiệu bằng sóng mang tương tự hoặc số

8.1 ÐA HỢP TẦN SỐ (frequency division multiplexing, FDM)

Trong truyền dữ liệu dùng sóng mang tương tự, người ta ñã khai thác triệt ñể phương pháp này ñể có thể truyền, trong một khoảng thời gian, càng nhiều thông tin càng tốt Hiện nay khả năng truyền 10.800 kênh âm thanh (VB, Voice Band) ñồng thời trên sóng mang tương tự ñã là hiện thực

Trong dải tần của ñường truyền dùng FDM, mỗi nguồn thông tin chiếm một khoảng tần số xác ñịnh và các nguồn khác nhau sẽ chia sẻ dải tần này

Thí dụ, trong ñiều chế AM, các nguồn thông tin khác nhau nhưng chiếm cùng một dải tần số (gọi là dải nền, base band) sẽ ñiều chế các tần số sóng mang khác nhau ñể dời phổ tần của chúng lên các vùng khác nhau và do ñó có thể ña hợp ñể truyền cùng lúc (H 8.1)

(H 8.1)Ứng với mỗi tín hiệu ñiều chế sẽ xuất hiện hai băng cạnh trên và dưới, chứa cùng nguồn thông tin và bản thân sóng mang thì không chứa thông tin trong ñó, như vậy một

phương pháp truyền hữu hiệu là chỉ truyền một băng cạnh và loại bỏ sóng mang (SSBSC, Single side band suppressed carrier)

Trong hệ thống của AT&T, một kênh thông tin bao gồm 12 kênh âm thanh (VB), mỗi kênh (gồm tín hiệu tiếng nói hoặc dữ liệu từ một modem) sẽ ñiều chế một tần số sóng mang khác nhau và người ta chọn băng cạnh thấp (LSB) ñể phát ñi Do mỗi kênh âm thanh chiếm khoảng tần số từ 300 ñến 3000 Hz, nên người ta chọn băng thông 4 kHz cho mỗi kênh truyền

và như vậy, 1,3 kHz ñược xem như khoảng cách an toàn (H 8.2)

(a) Phổ tần AM (H 8.2) (b) Phổ tần SSBSC

MG là 80 kHz Khoảng cách này cho phép mạch lọc ở máy thu có thể tách riêng các SG và

MG ở kề nhau

MG L600 ña hợp SG1 tới SG10 bằng một phương pháp hơi khác với phương pháp ña hợp của MG U600 và chiếm khoảng tần số từ 60 ñến 2788 kHz

Các MG chứa 600 kênh âm thanh có thể ñược truyền trực tiếp trên cáp

Ðể tạo một kênh truyền vi ba (microwave radio channel) người ta có thể ña hợp 3 MG (H 8.6)

Ngoài ra, một Jumbo Group (JG) là một tổ hợp 6 MG, gồm 3600 VB và 3 JG ñược ña hợp ñể ñược một kênh truyền gồm 10.800 VB Tất cả có thể ñược truyền trên cáp

8.1.1 Tạo sóng mang 8.1.2 Ðiều chỉnh biên ñộ

Với mục ñích sử dụng hiệu quả công suất, máy phát FDM ñã dùng phương pháp triệt sóng mang, vì vậy sóng mang phát không thể phục hồi trực tiếp từ tín hiệu dải nền mà máy thu nhận ñược

Nếu ñể ý các tần số sóng mang từ các Group cho ñến JG, ta thấy ñều là bội của 4 kHz, như vậy trong một hệ thống thông tin, một trạm có thể ñược thiết kế như một trạm chủ, ở ñây

sẽ thực hiện mạch dao ñộng 4 kHz mà tất cả các trạm trong hệ thống phải ñồng bộ với nó

Một cách tổng quát, tần số 4 kHz ñược nhân lên cho tới tần số hướng dẫn (pilot) cao hơn (64.312 hoặc 552 kHz) rồi cho trộn với dải tần của tín hiệu Mỗi trạm thứ cấp (máy thu) giải ñiều chế tần số hướng dẫn rồi phục hồi và tạo tần số 4 kHz Như vậy tất cả trạm trong hệ thống tạo sóng mang từ tần số 4 kHz này

Trong những hệ thống lớn như hệ thống Bell hay General Telephone, thật là không thực tế nếu trạm chủ phát tín hiệu 4 kHz trực tiếp ñến các trạm con Thay vào ñó, một số trạm con sẽ ñược dùng như những repeaters cho các trạm con khác về tín hiệu hướng dẫn này

Ðể có ñược các tần số sóng mang cao hơn người ta cho tín hiệu 4 kHz qua một mạch phi tuyến rồi lấy ra các họa tần Nếu tần số 4 kHz này bị trôi dạt một ít về pha và tần số sẽ ñưa ñến một sự thay ñổi ñáng kể của các họa tần

564 kHz 492-496 kHz

2108 kHz 1612-1616 kHz

8848 kHz 7232-7236 kHz

Qua thí dụ 1, ta thấy mặc dù tần số của kênh VB tăng lên nhưng nó vẫn chiếm băng thông gốc là 4 kHz

Thí dụ 2:

Nếu tín hiệu dao ñộng 4 kHz bị trôi 10 Hz thì tần số âm thanh 1 kHz ở channel VB 3, group 2, SG 17, MG 2 sẽ trôi bao nhiêu? Giả sử tần số sóng mang ñược ñiều chế biên ñộ và dẫn xuất từ tần số 4 kHz

Cho kênh VB 3

fc lý tưởng : 100 kHz

fc thực tế : 4,01 kHz * 25 (100/4) = 100,25 kHz LSF lý tưởng : 100 kHz - 1 kHz = 99 kHz

LSF thực tế : 100,25 kHz - 1 kHz = 99,25 kHz Cho Group 2

fc lý tưởng : 468 kHz

fc thực tế : 4,01 kHz * 117 (468/4) = 469,17 kHz LSF lý tưởng : 468 kHz - 99 kHz = 369 kHz

LSF thực tế : 469,17 kHz - 99,25 kHz = 369,92 kHz Cho SG 17

fc lý tưởng : 2108 kHz

fc thực tế : 4,01 kHz * 527 (2108/4) = 2113,27 kHz LSF lý tưởng : 2108 kHz - 369 = 1739 kHz

LSF thực tế : 2113,27 kHz - 369,92 kHz =1743,35 kHz Cho MG 2

fc lý tưởng : 6248 kHz

fc thực tế : 4,01 kHz * 1562 (6248/4) = 6263,62 kHz LSF lý tưởng : 6248kHz - 1739 kHz = 4509 kHz LSF thực tế : 6263,62 kHz - 1743,35 kHz =4520,27 kHz Như vậy một sự thay ñổi 10 Hz ở tần số dao ñộng ñã dẫn tới một thay ñổi khoảng 11 kHz ở ngã ra của kênh vi ba Vì mỗi kênh VB rộng 4 kHz nên sự trôi dạt này tương ñương với 3 kênh VB

Trong (H 8.5) các SG từ 25 tới 28 có thêm chữ D trong số chỉ SG ñiều này chỉ rằng tần số sóng mang của các SG này ñược dẫn xuất không phải từ họa tần của 4 kHz Sóng mang của các SG từ 15 ñến 18 ñược trộn với một họa tần thấp hơn (1040 kHz) và băng cạnh trên ñược lọc lấy ñể dùng như sóng mang của các DSG, ñiều này làm giảm sự sai pha của các sóng mang SG có tần số cao

8.1.2 Ðiều chỉnh biên ñộ :

Trong quá trình truyền, sự thay ñổi biên ñộ tín hiệu có thể xảy ra Sự thay ñổi này cần phải ñược xác ñịnh ñể có biện pháp bù trừ Ðể thực hiện việc ñiều chỉnh biên ñộ tự ñộng, một tín hiệu hoa tiêu tần số 104,08 kHz có biên ñộ chuẩn, dùng ñể tham khảo, ñược ñưa vào Group Tín hiệu này ñược dẫn xuất từ tín hiệu 4 kHz bằng phương pháp như sơ ñồ (H 8.7)

Do mỗi SG gồm 5 Group nên có 5 tần số hoa tiêu khác nhau (H 8.8) Biên ñộ của tín hiệu hoa tiêu ñã ñược xác ñịnh trước nên mọi sự thay ñổi của biên ñộ tín hiệu này ñược tham khảo ñể thực hiện việc ñiều chỉnh một cách tự ñộng biên ñộ của tín hiệu nhận ñược

(H 8.9) (H 8.10) cho thấy cách lồng tín hiệu hoa tiêu vào tín hiệu dải nền phức hợp như thế nào Mỗi nhóm có tín hiệu 104,08 KHz ñưa vào ở mạch tổ hợp kênh (channel combining network) Kết quả là mỗi SG có 5 tín hiệu hoa tiêu của nhóm (ñó là các tín hiệu 315,92 KHz, 363,92 KHz, 411,92 KHz, 459,92 KHz và 507,92 KHz) Tín hiệu hoa tiêu của nhóm 1 cũng

là tín hiệu hoa tiêu của super group (315,92 KHz) Ðây là tín hiệu dùng tham khảo ñể hiệu

chỉnh tín hiệu ra ở mạch phân cách SG Vậy mỗi MG có 50 tín hiệu hoa tiêu của Group, trong ñó có 10 tín hiệu ñồng thời là tín hiệu hoa tiêu của SG Ðó là các tín hiệu có ñược do các tín hiệu fc của SG trộn với tín hiệu 315,92 KHz (Thí dụ: với SG13, fc=1116 KHz thì tín hiệu hoa tiêu là 1116-315,92=800,08 KHz) Một tín hiệu hoa tiêu của MG có tần số 2480 KHz ñược thêm vào mỗi MG ở mạch tổ hợp SG, tạo thành tổng số là 51 tín hiệu hoa tiêu của

MG

(H 8.10) (H 8.11) là sơ ñồ khối một mạch giải ña hợp FDM, cho thấy tín hiệu hoa tiêu ñược tham khảo như thế nào và ñược dùng ñể phân cách sự hiệu chính ở các MG, SG và GP

Tín hiệu phức hợp FDM tới mạch phân cách MG, cụ thể là các mạch lọc dải thông BPF ñể tách riêng các tín hiệu MG1 (564 - 3084 kHz), MG2 (3164 - 5684 kHz) và MG3 (5764 - 8284 kHz), các tín hiệu này cùng các tín hiệu hoa tiêu tương ứng ra khỏi mạch phân cách MG theo 3 ñường khác nhau

Tín hiệu MG1 chia làm hai nhánh, một ñưa thẳng vào mạch khuếch ñại AGC và một vào mạch tách tín hiệu hoa tiêu 2840 kHz trước khi vào mạch khuếch ñại AGC ñể so sánh và ñiều chỉnh ñộ lợi tín hiệu MG1 Tín hiệu ra từ mạch khuếch ñại AGC ñược ñưa vào mạch phân cách SG ñể cho ra tín hiệu của SG13 ñến SGD 28

Riêng hai ñường tín hiệu MG2 và MG3 ñược ñưa vào mạch ñiều chế cân bằng và lọc BPF ñể phục hồi dải tần tương ứng với các SG trước khi ñưa vào mạch khuếch ñại AGC

Công việc tương tự ñược thực hiện ở các tầng hiệu chính SG và GP Ở ngã ra tầng hiệu chính GP ta ñược tín hiệu của 12 kênh VB (60 - 108 kHz) ñã ñược ñiều chỉnh biên ñộ