GIáo trình truyền dữ liêu part 1 ppsx

Mặc dù ENIAC không giữ một vai trò trực tiếp trong việc thông tin dữ liệu nhưng nó cho thấy rằng các tính toán và quyết ñịnh chính xác có thể thực hiện ñược nhờ tín hiệu ñiện, một khả nă

LỜI NÓI ðẦU

   Giáo trình ñược biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông

Nội dung gồm chín chương, trọng tâm ñi vào phần cứng ñồng thời có giới thiệu một

số giao thức của hệ thống truyền dữ liệu

- Chương 1 và 2 ôn tập một số kiến thức cơ bản có bổ sung một số khái niệm mới chuẩn bị cho các chương tiếp theo

- Chương 3 tập trung vấn ñề mã hóa, phân tích tính chất và khả năng các loại mã, thiết

- Chương 8 trình bày các phương pháp ña hợp

- Chương 9 ñề cập ñến kỹ thuật truyền tín hiệu số trên hệ thống thông tin Tìm hiểu hoạt ñộng của các IC CODEC

Theo chủ quan của tác giả, sự sắp xếp các chương với thứ tự như trên là hợp lý

Như chúng ta ñã biết, vấn ñề truyền thông ñã và ñang phát triển rất nhanh với kỹ thuật ngày càng hoàn hảo nên những gì viết ra ngày hôm nay có thể không hoàn toàn thích hợp trong tương lai Tuy nhiên phần kiến thức cơ bản hàm chứa trong giáo trình luôn luôn vẫn là nền tảng cho sự phát triển sau này Ðây cũng là mong muốn mà người viết hy vọng mang ñến cho các em sinh viên

Mặc dù giáo trình ñược viết cho ñối tượng là sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông, nhưng với những ai có quan tâm tới phần cứng của các hệ thống truyền dữ liệu cũng

có thể tìm thấy ở ñây ñôi ñiều bổ ích

Cuối cùng tác giả xin thành thật cám ơn Thạc sĩ Ðoàn Hòa Minh ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể giáo trình có thể hoàn thành

Người viết

Nguyễn Trung Lập

4.2 MẪU TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN BẤT ðỒNG BỘ

4.3 VÀI IC THỰC HIỆN GIAO THỨC BẤT ðỒNG BỘ

CHƯƠNG 5: CÁC CHUẨN GIAO TIẾP:

5.1 GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ðIỆN VÒNG 20mA

5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D

5.3 CHUẨN GIAO TIẾP RS-449, 422A&423A

CHƯƠNG 6: TRUYỀN NỐI TIẾP ðỒNG BỘ

6.1 GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ðỒNG BỘ

6.2 CÁC GIAO THỨC ðỒNG BỘ

6.3 KHẢO SÁT VÀI IC LSI TRUYỀN ðỒNG BỘ

6.4 KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN

CHƯƠNG 7: TRUYỀN TÍN HIỆU BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ: MODEMS 7.1 DẪN NHẬP

7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN

7.3 MỘT SỐ MODEM ðỒNG BỘ VÀ BẤT ðỒNG BỘ

7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI

CHƯƠNG 8: CẤC PHƯƠNG PHÁP ðA HỢP 8.1 ðA HỢP TẦN SỐ

8.2 ðA HỢP THỜI GIAN

CHƯƠNG 9 TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ BẰNG SÓNG MANG SỐ:

9.1 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ

9.2 ðIỀU MÃ XUNG

9.3 ðIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA

9.4 2914 COMBO CHIP

WWW.UPDATESOFTS.COM – 2006

Năm 1840, Morse ñăng ký sáng kiến về ñiện tín ở Mỹ và ñến năm 1844 thì ñường dây ñiện tín ñầu tiên ñược thiết lập giữa Baltimore và Washington D.C

Năm 1849, bản tin ñầu tiên ñược in nhưng với vận tốc rất chậm, cho ñến năm 1860 vận tốc in ñạt ñược là 15 bps

Công ty Ðiện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) ñược thiết lập năm

1850 ở Rochester, New York cho phép thực hiện việc trao ñổi thông tin giữa các cá nhân

Năm 1874, Emile Baudot thiết kế ñược máy phát dùng phương pháp ña hợp, có thể truyền cùng lúc 6 bản tin trên cùng một ñường dây

Năm 1876, Alexander Graham Bell ñã ñưa ñiện tín lên một bước phát triển mới: sự ra ñời của ñiện thoại Thay vì chuyển bản tin thành các chuỗi mã Morse, Bell ñã cho thấy rằng người ta có thể truyền thẳng tín hiệu ñiện ñặc trưng cho tiếng nói trên các ñường dây Những

hệ thống ñiện thoại ñầu tiên cần các cặp ñường dây khác nhau cho hai người muốn trao ñổi thông tin với nhau, một người phải nối ñiện thoại của mình vào ñúng ñường dây nối với ñiện thoại của người mà mình muốn liên lạc Dần dần sự kết nối ñược thực hiện bởi các tổng ñài

cơ khí rồi tổng ñài ñiện tử, số Người ta không còn biết hệ thống hoạt ñộng thế nào, chỉ cần quay (bây giờ thì bấm) số và ñược kết nối

Năm 1899, Marconi thành công trong việc phát tin bằng vô tuyến

Có thể nói ñiện tín là phương tiện duy nhất ñược dùng ñể phát tin ñi xa cho ñến năm

1920, lúc ñài phát thanh thương mại ñầu tiên ra ñời

Năm 1945, ñánh dấu một sự kiện quan trọng ñó là việc phát minh ra chiếc máy tính ñiện tử ñầu tiên: chiếc ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) Ðược thiết

kế ñể tính ñạn ñạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC là thiết bị ñầu tiên có thể xử lý thông tin dưới dạng ñiện Mặc dù ENIAC không giữ một vai trò trực tiếp trong việc thông tin

dữ liệu nhưng nó cho thấy rằng các tính toán và quyết ñịnh chính xác có thể thực hiện ñược nhờ tín hiệu ñiện, một khả năng quan trọng trong hệ thống thông tin hiện nay

Sau ñó Ðại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business Machines Corporation) ñã cho ra ñời những chiếc máy tính ña dụng, ñiều khiển tự ñộng ñầu tiên

Ðến năm 1951 thì số lượng các chủng loại máy tính gia tăng rất nhiều (người ta ñánh giá sự gia tăng này có tốc ñộ tỉ lệ với hàm mũ) và nhu cầu trao ñổi thông tin trong mọi người cũng gia tăng với mức ñộ tương tự

Nhưng cho ñến năm 1968 công ty AT & T xem như ñộc quyền: chỉ các thiết bị do chính công ty sản xuất mới ñược nối vào hệ thống thông tin quốc gia Vào thời ñiểm này, Hiệp hội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) của Mỹ, thông qua Tòa án tối cao ñã ký quyết ñịnh Carterfone, cho phép các thiết bị của các nhà chế tạo khác ñược nối vào hệ thống, quyết ñịnh này ñã tác ñộng thật sự ñến sự ra ñời của một kỹ nghệ mới: kỹ nghệ thông tin dữ liệu Theo thời gian sự phát triển của kỹî nghệ này ñã ñưa ñến những hệ thống thông tin dữ liệu số ñược thực hiện ở những khoảng cách ñáng kể

Và bây giờ,với sự phát triển vũ bảo của máy tính , công nghệ chế tạo IC ña chức năng, khả năng to lớn của cáp quang và hệ thống vệ tinh ñịa tĩnh, thông tin dữ liệu số ñã trở thành phổ biến và có một sức mạnh ñến kỳ lạ, nó có thể thỏa mãn nhiều yêu cầu về thông tin liên lạc của mọi người trên toàn cầu trong một khoảng thời gian rất ngắn

Chương này ñề cập ñến một số khái niệm chung và tìm hiểu một cách sơ lược các hệ thống truyền tương tự, hệ thống truyền số cùng một số tính chất cơ bản của chúng

1 2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG :

1.2.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu

1.2.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu (Information, Data & Signal):

- Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị ñược diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc

-Tin tức: 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

Trong hệ thống truyền thông, thường người ta không phân biệt dữ liệu và tin tức

- Tín hiệu: Là tin tức, dữ liệu ñã ñược chuyển ñổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và /hoặc chuyển ñổi) cho phù hợp với môi trường truyền thông.

Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tương tự và tín hiệu số

- Tín hiệu tương tự: có dạng sóng như (H.1.1a), ñó là các ñại lượng ñiện có bất cứ giá trị nào trong một khoảng thời gian xác ñịnh Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hình sin Một tín hiệu tương tự có thể ñược số hóa ñể trở thành tín hiệu số

- Tín hiệu số: có dạng sóng như (H.1.1b), ñó là tín hiệu mà biên ñộ chỉ có một trong hai giá trị duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic ñặc trưng bởi hai số 0 và 1 trong hệ nhị phân Hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân

Trong các hệ thống truyền số, ta còn gặp tín hiệu có dạng như (H.1.1c) Ðây chưa phải là tín hiệu số nhưng nó cũng chỉ có các giá trị nhất ñịnh mà người ta có thể số hóa bằng các số nhị phân nhiều bít hơn Trong trường hợp của (H 1.1c) tín hiệu có thể có một trong bốn giá trị 0, 1, 2, 3; ñể có thể mã hóa tín hiệu này cần các số nhị phân hai bít, hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân hai bít

(a) (b) (c)

(H 1.1) Tín hiệu trên ñường truyền, gọi là sóng mang, có thể là loại tương tự hay số và ñược dùng ñể truyền dữ liệu tương tự hay dữ liệu số Thí dụ: Tiếng nói là loại dữ liệu tương tự và ñược truyền trên hệ thống ñiện thoại bởi tín hiệu tương tự (H 1.2a); những dữ liệu có nguồn gốc là số, thí dụ như mã ASCII của các ký tự ñược biểu diễn dưới dạng những xung ñiện nhị phân ñược truyền bởi tín hiệu tương tự nhờ MODEM (Modulator/Demodulator) (H 1.2b) Tín hiệu tương tự sẽ qua mạch CODEC (Coder/Decoder) ñể ñược số hóa (H 1.2c) và dữ liệu

số có thể ñược truyền thẳng qua hệ thống số (H 1.2d)

Nguồn Tín hiệu

truyền Tiếng nói

→

ðIỆN THOẠI → Tín hiệu tương tự(a)

Tín hiệu số

→

MODEM → Tín hiệu tương tự

(b)

- Nhiễu: là các tín hiệu ngoài ý muốn, xuất hiện trong hệ thống hoặc trên ñường truyền Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng và tín hiệu số có thể bị lỗi

- Cường ñộ tín hiệu: Cường ñộ của tín hiệu thường ñược biểu diễn bởi công suất hoặc ñiện áp trên tổng trở tải của nó Ta phải nói tín hiệu có công suất 133mW hoặc có biên

ñộ 100mV trên tổng trở 75Ω

- Tỉ số cườnng ñộ hai tín hiệu: dùng mô tả ñộ lợi hoặc ñộ suy giảm của hệ thống, thường ñược biểu diễn bằng ñơn vị Decibel (dB) xác ñịnh theo thang logarithm:

có thể xác ñịnh ñộ lợi (hay ñộ suy giảm) của một hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) bằng cách cộng các ñộ lợi của các tầng với nhau

Người ta thường biểu thị công suất tuyệt ñối của một tín hiệu bằng cách so sánh với một tín hiệu chuẩn có công suất 1W :

Công suất tín hiệu = 10log dB

Ngoài ra, người ta còn dùng ñơn vị dBm ñể xác ñịnh cường ñộ tín hiệu so với tín hiệu chuẩn có công suất 1mW

: Công suất tín hiệu =

Một tín hiệu có công suất 1W tương ñương với 0 dB và 30dBm Thí dụ: Tín hiệu có biên ñộ 100mV ở 75Ω tương ñương với 0,133 mW, tính theo dBm là: 10log(0,133/1mW) = - 8,76 dBm Dấu trừ cho biết mức tín hiệu là 8,76 dBm dưới 1mW

Lưu ý, trong chuyển ñổi ñơn vị phải ñể ý ñến tổng trở tải của tín hiệu

Biểu thức P = ( V2/R ) có thể ñược dùng ñể tính ñiện áp hiệu dụng hoặc tỉ số ñiện áp Trong các hệ thống ñiện thoại tổng trở tải thường dùng là 600Ω

Thí dụ: Tín hiệu 100mV trên tải 75Ω tương ñương với 282mV, nếu tải là 600Ω Thật vậy, ở 600Ω, ñiện áp của tín hiệu xác ñịnh bởi :

V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079 = 0,282 V = 282 mV

V =

Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì :

Tỉ số tín hiệu = 20log dB

Ðể ñánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu

ñó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR Ðây là tỉ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín hiệu nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm)

Nếu tín hiệu 2 dBm có mức nhiễu là -20 dBm, thì tỉ số SNR là 22 dBm Nói cách khác mức tín hiệu lớn hơn mức nhiễu 22 dBm

Thí dụ: Với tín hiệu số như (H.1.1b), SNR tối thiểu phải là bao nhiêu ñể có thể phân biệt ñược tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận ñược)?

Ðối với tín hiệu như (H.1.1b), giả sử biên ñộ ứng với mức 1 là 1 V và 0 V cho mức 0, một lỗi sẽ phát sinh nếu mức 0 ñược phát ñi mà nhiễu có giá trị dương lớn hơn 0,5 V

và nếu mức 1 phát ñi mà nhiễu có biên ñộ âm và trị tuyệt ñối lớn hơn 0,5 V Như vậy giá trị tối ña cho phép của nhiễu là 0,5 V so với trị tối ña của tín hiệu là 1 V và tỉ số SNR tối thiểu là:

- Băng thông của kênh truyền là dải tần số của tín hiệu mà ñộ suy giảm khoảng vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực ñại khi tín hiệu ñó truyền qua hệ thống Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với ñiểm nửa công suất

Một kênh truyền tốt phải có băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu, ñiều này khiến cho tín hiệu ñược tái tạo không bị méo dạng và suy giảm ñáng kể trong quá trình truyền

1.2.3 Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc :

Về hình trạng, hệ thống thông tin có thể có dạng :

- Ðiểm - ñiểm (Point to point): Thí dụ liên lạc giữa máy tính và máy in

- Nhiều ñiểm (Multipoint): Hệ thống nhiều ñiểm có thể có một trong các dạng: sao (star), vòng (ring) và multidrop

* Mạng hình sao (H 1.3a): Thuận lợi trong liên lạc vì ñài thứ cấp truy xuất trực tiếp ñài sơ cấp nhưng giá thành cao vì phải sử dụng ñường dây riêng

* Mạng vòng (H 1.3b): Thông tin phải ñi theo vòng từ ñài sơ cấp ñến ñài thứ cấp Nếu có một ñài hỏng, hệ thống ngưng làm việc

* Mạng multidrop (H 1.3c): Các ñài thứ cấp nối chung một ñường dây vào trạm

sơ cấp

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 hệ thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) ñể hiển thị thông tin nhận ñược

- Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai hướng nhưng không ñồng thời Hệ thống thông tin dùng Walkie - Talkie là một thí dụ của phương thức liên lạc bán song công Các máy truyền bán song công có một nút ấn ñể phát (push to send), khi ở chế ñộ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại

- Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều ñồng thời Hệ thống này thường có 4 ñường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền Phương thức này ñược dùng trong hệ thống ñiểm - ñiểm (point to point)

- Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): Ðài sơ cấp có khả năng phát tín hiệu tới một ñài thứ cấp ñồng thời nhận thông tin từ một ñài thứ cấp khác Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều ñiểm (multipoint)

- Phương pháp ñiều chế : Ðây là phương pháp cho phép dời phổ tần của tín hiệu nguồn ñến một khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền và tránh ñược nhiễu do giao thoa (nghĩa là các phổ tần cách nhau một khoảng ñủ ñể không chồng lên nhau)

1.2.5 Các phương pháp dồn kênh :

Ðể có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một ñường truyền

mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải dồn kênh Có hai phương pháp dồn kênh: phương pháp ña hợp phân tần số và phương pháp ña hợp phân thời gian

(H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh

- Dồn kênh theo phương pháp ña hợp phân tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing)

(H 1.6) minh họa phương pháp FDM cho 3 kênh truyền (3 tín hiệu tương tự) Tần số sóng mang của mỗi bộ ñiều chế của mỗi kênh ñược chọn lựa sao cho mỗi tín hiệu ñã ñược ñiều chế chiếm một dải tần riêng trong cả phổ tần của ñường truyền và phải ñược cách ly

theo qui ñịnh Ðể thực hiện ñược việc này người ta dùng các mạch cộng hưởng LC có tần số cộng hưởng khác nhau cho mỗi kênh truyền

Các hệ thống truyền thanh và truyền hình sử dụng phương pháp dồn kênh này

Bộ phận chuyển ñổi ở máy phát biến tin tức thành tín hiệu tương tự, sau khi ñược xử

lý (như lọc, khuếch ñại, phối hợp trở kháng ) sẽ qua bộ phận ñiều chế ñể dời phổ tần; cuối cùng bộ phận giao tiếp chuẩn bị tín hiệu phát tương thích với môi trường truyền hay kênh truyền

Các công việc ñược thực hiện theo chiều ngược lại ở máy thu