Chương II TÍN HiỆU VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TRONG TT-TT pot

 Độ rộng băng tần băng thông‏dãy tần số mà môi trường truyền dẫn có thể cho các tín hiệu đi qua mà không làm mất đi một nửa năng lượng của các tín hiệu đó... Bởi vì phổ của tín hiệu són

ĐỀ LIÊN QUAN TRONG TT-TT

Signal and Other Concepts in Information Communication

 Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

truyền dữ liệu

1 Sơ đồ khối của một hệ thống truyền thông thông tin gồm:

a Nguồn – Bộ phát - Hệ thống truyền dẫn – Bộ thu - Đích

b Nguồn - Hệ thống truyền dẫn – Bộ phát

c Nguồn - Hệ thống truyền dẫn – Bộ thu – Đích

tại một thời điểm xảy ra theo các hướng nào trong số các

phương án sau?

a Chỉ một hướng

b Tùy thuộc vào yêu cầu

1 Trong hệ thống truyền hình cáp, kết nối giữa nhà cung cấp

dịch vụ và các TV ở các hộ gia đình thuộc loại kết nối nào

trong số các kết nối sau?

a Kết nối điểm – điểm

b Kết nối đa điểm

c Kết nối chia sẽ dữ liệu

2 Các yếu tố chính của một giao thức

a Cú pháp/ Ngữ nghĩa /Định thời

b Qui tắc/Cú pháp/Ngữ nghĩa

c Tiêu chuẩn/Định thời/Cú pháp

 Tín hiệu là dạng biểu diễn vật lý của thông tin Tương tự

với dữ liệu, ta có tín hiệu tương tự và tín hiệu số:

 Tín hiệu tương tự là tín hiệu có tập vô hạn các giá trị

 Tớn hiệu tương tự thường được biểu diễn ở dạng súng sin.

đơn giản ở dạng súng Sin đơn mà cú dạng phức tạp,

được biểu diễn bởi nhiều súng Sin đơn cú biờn độ và tần

số khỏc nhau

Biên độ

Thời gian (t)

Dạng súng Sin đơn

 Công thức toán học biểu diễn sóng Sin đơn có dạng:

s(t)‏ = Asin(2ft + )‏

 s(t) là hàm số biểu diễn giá trị tức thời của biên độ

theo thời gian t

 A là biên độ

 f là tần số

  là pha của tín hiệu.

 Biờn độ đỉnh

độ cao nhất của tớn hiệu đú Đối với tớn hiệu điện, biờn

độ đỉnh thường được đo bằng đơn vị volts.

Biên độ

t Biên độ đỉnh

 Chu kỳ và tần số

hai lần xuất hiện liờn tiếp một mẫu tớn hiệu

đú trong khoảng thời gian một giõy

f = 1/T và T = 1/f

Biên độ

6 chu kỳ trong 1 giây (s) Tần số f = 6Hz

 Chu kỳ và tần số (tt)‏

10 12 Hz THz

10 -12 s ps

10 9 Hz GHz

10 -9 s ns

10 6 Hz MHz

10 -6 s

s

10 3 Hz KHz

10 -3 s ms

1Hz Hz

1s s

Giá trị tương đương

Đơn vị

Giá trị tương đương Đơn vị

 Miền tần số, miền thời gian

tần số hoặc trong miền thời gian

MiÒn thêi gian

MiÒn tÇn sè

a TÝn hiÖu cã tÇn sè f=0

b TÝn hiÖu cã tÇn sè f=8

 Pha (Phase)‏

gúc

Biên độBiên độ Biên độBiên độ Biên độ

Chu kỳ 1/4 chu kỳ 1/2 chu kỳ

Cỏc phase tớn hiệu

 Tín hiệu tổng hợp

có thể phân tích thành tổng của một tập hợp sóng Sin

có các tần số, pha và biên độ khác nhau.Ta có công thức tín hiệu:

 s(t)‏ = A1sin(2f1t +1)‏ + A2sin(2f2t +2)‏ + A3sin(2f3t +3)‏+

 Tín hiệu tổng hợp (tt)‏

t

Theo phân tích Fourier ta có:

s(t)‏ = 4A/ sin2ft + 4A/3 sin[2(3f)‏t] + 4A/5 sin[2(5f)‏t] +

Kết quả: ta có một tập hợp các sóng Sin với các tần số là f, 3f, 5f, 7f, và biên độ là 4A/, 4A/3, 4A/5, 4A/7 tần số f gọi là tần số cơ sở 3f gọi là hài bậc 3, 5f gọi là hài bậc 5

t

 Phổ tần số

biểu diễn trong miền tần số được gọi là phổ tần số của tín hiệu.

b Phæ tÇn sè của tín hiệu sãng vu«ng víi ph©n tÝch Fourier 3 bËc

a Phæ tÇn sè cña tÝn hiÖu sãng vu«ng với phân tích

Fourier nhiều bậc

 Độ rộng băng tần (băng thông)‏

dãy tần số mà môi trường truyền dẫn có thể cho các tín hiệu đi qua mà không làm mất đi một nửa năng lượng của các tín hiệu đó

BW = fmax - fmin

số từ 1000Hz đến 5000Hz đi qua mà không mất đi phần lớn năng lượng của các tín hiệu đó thì ta nói

đường truyền chúng ta có độ rộng băng tần là:

5000-1000 = 4000 Mhz (Hình vẽ)‏

 Độ rộng băng tần (tt)‏

 Khi độ rộng băng tần không trùng với phổ tần số tín hiệu, một

số tín hiệu bị mất Ví dụ, âm thanh thông thường có phổ tần số

 Độ rộng băng tần (tt)‏

trường truyền dẫn (hình vẽ)‏, kết quả nhận được là dạng tín hiệu có hình dạng đã bị thay đổi so với ban đầu Bởi vì phổ của tín hiệu sóng vuông được mở

rộng vô tận, nên không có một môi trường truyền dẫn

lý tưởng đáp ứng đủ độ rộng băng tần

Môi trường truyền

TÝn hiÖu ra TÝn hiÖu vµo

 Độ rộng băng tần (tt)‏

đến độ rộng băng tần của tín hiệu Ví dụ, một tín hiệu

có độ rộng băng tần là 1000Hz nghĩa là tín hiệu đó có phổ các tần số rộng 1000Hz Chúng ta cần một môi trường truyền dẫn có độ rộng băng tần 1000Hz và

phù hợp để truyền dẫn tín hiệu đó mà không mất đi những thành phần chính của tín hiệu

 Chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu tương tự

chúng ta cần phải chuyển đổi dữ liệu sang dạng tín hiệu

 Tớn hiệu số là một dạng tớn hiệu tương tự tổng hợp cú độ rộng băng tần vụ hạn.

sang tớn hiệu tương tự và cũng cú thể được chuyển đổi sang dạng tớn hiệu số Chẳng hạn như dựng mức điện

ỏp dương để mó húa bit 1, mức điện ỏp zero cho bit 0

t Biên độ

Biểu diễn một tớn hiệu số

 Hầu hết các tín hiệu số là không có chu kỳ, nên việc sử dụng các khái niệm chu kỳ và tần số cho tín hiệu số là không phù hợp Vì thế, để mô tả tín hiệu số người ta sử

dụng các khái niệm độ rộng bit (thay cho chu kỳ)‏ và tốc

độ bit (thay cho tần số)‏

gửi một bit đơn, đơn vị tính là giây (s)

bit)‏ gửi trong khoảng thời gian là 1s, đơn vị tính là

bps

 Mức tín hiệu và mức dữ liệu

nhiên, có thể chỉ có một số giá trị đại diện cho dữ liệu

và các giá trị còn lại được sử dụng cho các mục đích khác

trong một tín hiệu cụ thể là nói đến số mức tín hiệu;

nói đến số lượng giá trị được sử dụng để đại diện dữ

liệu là nói đến số các mức dữ liệu

 Tốc độ xung và tốc độ bit

gian 1s Một xung là thời gian tối thiểu để truyền một

kí hiệu

đương với tốc độ bit Nếu một xung mang nhiều hơn một bit thì tốc độ bit sẽ lớn hơn tốc độ xung

Zetta 1000000000000000000000

10 21

Exa 1000000000000000000

10 18

Peta 1000000000000000

10 15

Tera 1000000000000

10 12

Giga 1000000000

10 9

Mega 1000000

10 6

Kilo 1000

10 3

Tiền tố

Giá trị

Số mũ

 Tốc độ baud

một đơn vị thời gian 1s Trong trường hợp 1 đơn vị tín hiệu đại diện cho 1bit thì tốc độ Baudr tương

đương với tốc độ bit Trong trường hợp 1 đơn vị tín hiệu đại diện nhiều hơn 1bit, thì tốc độ bit lớn hơn tốc

 Tốc độ baud (tt)‏

thì tốc độ Baudr tương đương với tốc độ bit

 Tốc độ baud (tt)‏

1bit, thỡ tốc độ bit lớn hơn tốc độ baud

Biên độ

t

 Biến đổi dữ liệu/tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

ta cần phải chuyển đổi các dữ liệu hoặc tín hiệu

tương tự sang dạng tín hiệu số

 Decibel

tín hiệu có thể suy giảm hoặc gia tăng trên đường

truyền

hai tín hiệu hoặc một tín hiệu tại hai điểm khác nhau

dB có giá trị âm nghĩa là tín hiệu đã bị suy giảm, có

giá trị dương nghĩa là tín hiệu đã được khuyếch đại Công thức tính:

 P1, P2: năng lượng của tín hiệu tại điểm 1 và 2.

 Decibel (tt)‏

điểm 2, tớn hiệu suy yếu đi một nửa (cú nghĩa là tớn

Môi truờng truyền

Điểm 3

Điểm 2

Điểm 1

Môi truờng truyền

Khuyếch

đại

Ta cú dB =10log10 (P2/P1)‏ = 10log10(0,5)‏= 10(-0,3)‏= -3(dB)‏ Hay núi theo cỏch khỏc, tớn hiệu đó bị mất đi một nửa năng

 Tốc độ lan truyền

hoặc 1bit có thể lưu thông trong một môi trường

truyền dẫn trong thời gian 1s Tốc độ lan truyền của tín hiệu điện từ phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn

và tần số của tín hiệu

 Thời gian lan truyền

một tín hiệu (hoặc 1 bit)‏ lưu thông từ một điểm này đến điểm kia trong một môi trường truyền dẫn

tốc độ lan truyền Ta có công thức liên hệ như sau:

Pt = d/Ps

 Bước sóng

truyền trong một chu kỳ

Huíng lan truyÒn

Thêi ®iÓm t=T

Thêi ®iÓm t

M«i tr ư êng truyÒn dÉn

M«i tr ư êng truyÒn dÉn

Buíc sãng

trong một môi trường truyền dẫn Bước sóng thể hiện tính liên kết tần số (chu kỳ)‏ của tín hiệu đến tốc độ lan truyền của môi trường truyền dẫn Hay nói cách khác, trong khi tần số của tín hiệu độc lập với môi trường truyền dẫn thì bước sóng phụ thuộc cả vào tần số và

 Bước sóng (tt)‏

môi trường không khí Với tốc độ lan truyền của sóng

 = c/f = (3 x 108)‏ / (4 x 1014 )‏

 = 0,75 x 10-6(m)‏ = 0,75m

 Khả năng của môi trường truyền dẫn

 Môi trường truyền thông thấp

trong dãi tần số từ 0 đến f đi qua Giá trị tần số thấp nhất là 0, giới hạn trên ở tần số bất kỳ (có thể vô tận)‏

 Môi trường truyền thông dãi

trong dãi tần số từ f1 đến f2 đi qua

 Trên thực tế, không có các môi trường truyền dẫn lý

tưởng cho qua mọi tín hiệu ở bất kỳ tần số nào, mà mỗi môi trường chỉ cho qua các tín hiệu có các tần số phù

hợp và chặn lại các tần số khác (tức là làm suy giảm quá một nửa năng lượng tín hiệu)‏

40km 5s/km

0,2 –0,5dB/km 180-370THz

Cáp sợi quang

1-9km 4s/km

7dB/km tại 10MHz

0 - 500MHz Cáp đồng trục

2km 5s/km

3dB/km tại 1KHz 0-1MHz

Cáp sợi đôi xoắn loại

nhiều sợi

2km 50s/km

0,2dB tại 1KHz 0-3,5kHz

Cáp sợi đôi xoắn

Khoảng cách truyền tối

đa

Trễ Suy giảm tín hiệu

Độ rộng băng tần Môi trường

 Một tín hiệu tương tự thường có Độ rộng băng tần hẹp hơn tín hiệu số, từ f1 đến f2 Hay nói cách khác, một tín hiệu tương tự yêu cầu một kênh truyền thông dãi

tương tự thông qua các kỹ thuật điều chế

băng tần f1 đến f2, chúng ta có thể dịch chuyển Độ rộng băng tần lên f3 đến f4 nhưng Độ rộng băng tần

vẫn giữ nguyên giá trị

 Theo lý thuyết, tín hiệu số cần Độ rộng băng tần từ 0

đến vô hạn Giới hạn dưới được cố định mức 0, giới hạn trên có thể vô hạn hoặc chọn hữu hạn nếu ta chấp nhận một số bậc hài đi qua và số còn lại bị chặn Điều này có nghĩa ta phải chọn Độ rộng băng tần từ 0 đến f của kênh truyền thông thấp

nội bộ để truyền tín hiệu số trong một mạng máy tính

 Mối quan hệ giữa tốc độ bit và Độ rộng băng tần (tt)‏

tốc độ bit tối đa được xác định theo công thức:

Trong đó:

 L: số mức dữ liệu của tín hiệu và

 B r tốc độ bit



 Mối quan hệ giữa tốc độ bit và Độ rộng băng tần (tt)‏

đều có nhiễu Công thức Shannon xác định tốc độ bit tối đa theo lý thuyết đối với kênh truyền có nhiễu là:

Trong đó:

 CBr tốc độ bit tối đa của kênh truyền có nhiễu;

nhiễu

 Mối quan hệ giữa tốc độ bit và Độ rộng băng tần (tt)‏

1MHz Tỷ lệ năng lượng tín hiệu/nhiễu (SNR)‏ là 63 Hãy xác định tốc độ bit và mức dữ liệu phù hợp của tín hiệu?

Theo công thức Shannon:

CBr = BW x log2(1+SNR)‏

ta xác định được tốc độ bit tối đa của kênh truyền:

CBr =106 log2(1+63)‏ = 6(Mbps)‏

 Suy giảm tín hiệu

 Suy giảm tớn hiệu cú nghĩa là năng lượng tớn hiệu bị tiờu hao trong mụi trường truyền dẫn

Khuyếch đại

 Biến dạng tín hiệu có nghĩa là tín hiệu thu nhận đã bị

thay đổi về cấu tạo hoặc hình dạng Mỗi tín hiệu thành phần có thể bị trễ trong quá trình truyền đến đích, các tín hiệu thu nhận tại một thời điểm đã bị lệch pha, dẫn đến biến dạng tín hiệu tổng hợp

M«i tr ưêng

§iÓm1 §iÓm2Phase vµ tÇn sè

TÝn hiÖu tæng hîp

Phase vµ tÇn sè ra

TÝn hiÖu tæng hîp thu nhËn

 Có rất nhiều dạng nhiễu như nhiễu nhiệt; nhiễu do các nguồn động cơ khởi động hoặc các thiết bị sử dụng

khác; nhiễu xuyên âm và nhiễu xung lực các loại

nhiễu này có thể dẫn đến méo dạng hoặc phá hủy tín

hiệu

TÝn hiÖu ph¸t

 Nhiễu nhiệt có nguyên nhân từ sự chuyển động ngẫu

nhiên của các electron trong cáp kim loại và tạo ra một tín hiệu tăng cường (không phải tín hiệu gốc)‏ và được phát bởi thiết bị phát

này lên đường truyền khác

cao trong những khoảng thời gian rất ngắn, có nguyên nhân do bị tác động từ các đường dây điện lực, tia

chớp

 Tín hiệu tương tự có tập vô hạn các giá trị trong một

miền xác định;

truyền dẫn qua một mạng truyền thông;

số;

tín hiệu lặp lại liên tục;

 Biểu diễn tín hiệu theo miền thời gian là biểu diễn biên

độ tín hiệu theo hàm thời gian;

độ đỉnh các tín hiệu Sin theo các tần số của nó;

diễn sang dạng tập hợp các sóng Sin đơn;

thể được tổng hợp lại từ các sóng Sin đó;

tín hiệu đó chiếm giữ Độ rộng băng tần được xác định giá trị hiệu của thành phần tần số cao nhất và tần số

thấp nhất của tín hiệu;

 Tốc độ bit (số bit trong một giây)‏, độ rộng bit (khoảng

thời gian của 1 bit)‏ là các thành phần được sử dụng để

cho kênh truyền không nhiễu;

thuyết cho kênh truyền có nhiễu;

 Suy hao, biến dạng và nhiễu là các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu;

thông số về tốc độ lan truyền, thời gian lan truyền và số lượng bit đi qua một điểm mạng trong thời gian 1 giây;

đồng nhau Tốc độ bit là số bit được truyền dẫn đi trong một giây Tốc độ baud là số lượng đơn vị tín hiệu được truyền dẫn đi trong một giây Một đơn vị tín hiệu có thể đại diện cho một hoặc nhiều bit