Truyền số liệu (1)

- Tỉ số cường độ hai tín hiệu: dùng mô tả độ lợi hoặc độ suy giảm của hệ thống, thường được biểu diễn bằng đơn vị Decibel dB xác định theo thang logarithm: Tỉ số tín hiệu = 10log P2 P1 d

Truyền số liệu

Biên tập bởi:

Nguyễn Trung Lập

Phiên bản trực tuyến:http://voer.edu.vn/c/3d5132e3

MỤC LỤC

1 Phần mở đầu của giáo trình truyền số liệu

2 Những khái niệm cơ bản về truyền số liệu

3 Mã hoá và điều chế tín hiệu

3.1 Phổ tầng của tín hiệu

3.2 Kỹ thuật mã hoá tín hiệu

3.3 Điều chế tín hiệu

4 Truyền nối tiếp bất đồng bộ

4.1 Hệ thống tuyền dữ liệu và mẫu tín hiệu trong truyền dữ liệu

4.2 KT truyền bất đồng bộ

5 Các chuẩn giao tiếp trong truyền tín hiệu

6 Truyền nối tiếp đồng bộ

6.1 Giao tiếp của DTE và DCE đồng bộ

6.2 Các loại giao thức đồng bộ

6.3 Một số IC truyền đồng bộ

7 Truyền tín hiệu bằng sóng mang

7.1 Các cơ sở kỹ thuật liên quan

7.2 Modem đồng bộ và bất đồng bộ

8 Các phương pháp đa hợp

9 Truyền tín hiệu tương tự bằng sóng mang

9.1 Hệ thống truyền số

9.2 Điều chế Vi phân Delta

9.3 Cơ chế vận hành của Combo Chip

9.4 Độ tin cậy và vận tốc của Combo ship

10 Phụ lục giáo trình truyền số liệu

11 Tài liệu tham khào truyền số liệu

Tham gia đóng góp

Phần mở đầu của giáo trình truyền số liệu

Lời nói đầu

_?

Giáo trình được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn

thông

Nội dung gồm chín chương, trọng tâm đi vào phần cứng đồng 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 đề mã hóa, phân tích tính chất và khả năng các loại mã, thiết

kế các loại mạch tạo mã.

- Chương 4, 5 và 6 tìm hiểu các IC cùng giao thức truyền đồng bộ, bất đồng bộ đồng

thời khảo sát các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền dữ liệu.

- Chương 7 bàn về biện pháp truyền dữ liệu nhờ đường dây điện thoại, kỹ thuật dùng

trong modem.

- Chương 8 trình bày các phương pháp đa hợp

- Chương 9 đề cập đến kỹ thuật truyền tín hiệu số trên hệ thống thông tin Tìm hiểu hoạt

động của các IC CODEC

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

Để học tốt môn học, SV cần một số kiến thức cơ bản của các môn học sau đây được xem

như điều kiện tiên quyết:

- Kỹ thuật số - Cơ sở Viễn thông - Kỹ thuật Vi xử lý

Như chúng ta đã biết, vấn đề truyền thông đã và đang 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 Đây cũng là mong muốn mà người viết

hy vọng mang đến cho các em sinh viên.

Mặc dù giáo trình được viết cho đối tượng là sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễnthông, nhưng với những ai có quan tâm tới phần cứng của các hệ thống truyền dữ liệucũng có thể tìm thấy ở đây đôi điều bổ ích.

Cuối cùng tác giả xin chân thành cám ơn sự quan tâm và giúp đở của Bộ môn ViễnThông và Tự động hóa đối với tác giả để giáo trình có thể hoàn thành

Cần thơ, tháng 8 năm 2003

Người viết

Nguyễn trung Lập

Những khái niệm cơ bản về truyền số liệu

VÀI DÒNG LỊCH SỬ

Thông tin dữ liệu là phương pháp truyền thông dùng mã nhị phân thay cho tín hiệu

Có thể coi lịch sử thông tin dữ liệu bắt đầu vào năm 1837 với sự phát minh điện tín củaSamuel F B Morse Đó là hệ thống truyền các xung điện biểu diễn cho các dấu chấm,vạch (tương đương với các số nhị phân 1, 0) trên các đường dây đồng nhờ các máy cơđiện Các tổ hợp khác nhau của các mã này thay cho các chữ, số, dấu được gọi là mãMorse Bản điện tín đầu tiên được phát hiện ở Anh do Charles Wheatstone và WilliamCooke thực hiện nhưng hệ thống của họ phải dùng 6 đường dây

Năm 1840, Morse đăng ký sáng kiến về điện tín ở Mỹ và đến năm 1844 thì đường dâyđiện tín đầu tiên được thiết lập giữa Baltimore và Washington D.C

Năm 1849, bản tin đầu tiên được in nhưng với vận tốc rất chậm, cho đến năm 1860 vậntốc in đạt được là 15 bps

Công ty Điện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) được thiết lập năm

1850 ở Rochester, New York cho phép thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các cánhân

Năm 1874, Emile Baudot thiết kế được máy phát dùng phương pháp đa hợp, có thểtruyền cùng lúc 6 bản tin trên cùng một đường dây

Năm 1876, Alexander Graham Bell đã đưa điện tín lên một bước phát triển mới: sự rađời của điện thoại Thay vì chuyển bản tin thành các chuỗi mã Morse, Bell đã cho thấyrằng người ta có thể truyền thẳng tín hiệu điện đặc trưng cho tiếng nói trên các đườngdây Những hệ thống điện thoại đầu tiên cần các cặp đường dây khác nhau cho hai ngườimuốn trao đổi thông tin với nhau, một người phải nối điện thoại của mình vào đúngđường dây nối với điện thoại của người mà mình muốn liên lạc Dần dần sự kết nối đượcthực hiện bởi các tổng đài cơ khí rồi tổng đài điện tử, số Người ta không còn biết

hệ thống hoạt động thế nào, chỉ cần quay (bây giờ thì bấm) số và được kết nối

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

Có thể nói điện tín là phương tiện duy nhất được dùng để phát tin đi xa cho đến năm

1920, lúc đài phát thanh thương mại đầu tiên ra đời

Năm 1945, đánh dấu một sự kiện quan trọng đó là việc phát minh ra chiếc máy tính điện

tử đầu tiên: chiếc ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) Được thiết

kế để tính đạn đạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC là thiết bị đầu tiên có thể xử

lý thông tin dưới dạng điện Mặc dù ENIAC không giữ một vai trò trực tiếp trong việcthông tin dữ liệu nhưng nó cho thấy rằng các tính toán và quyết định chính xác có thểthực hiện được nhờ tín hiệu điện, một khả năng quan trọng trong hệ thống thông tin hiệnnay

Sau đó Đại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business MachinesCorporation) đã cho ra đời những chiếc máy tính đa dụng, điều khiển tự động đầu tiên

Đến năm 1951 thì số lượng các chủng loại máy tính gia tăng rất nhiều (người ta đánhgiá sự gia tăng này có tốc độ tỉ lệ với hàm mũ) và nhu cầu trao đổi thông tin trong mọingười cũng gia tăng với mức độ tương tự

Nhưng cho đến năm 1968 công ty AT & T xem như độc quyền: chỉ các thiết bị do chínhcông ty sản xuất mới được nối vào hệ thống thông tin quốc gia Vào thời điểm này, Hiệphội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) của Mỹ, thông quaTòa án tối cao đã ký quyết định Carterfone, cho phép các thiết bị của các nhà chế tạokhác được nối vào hệ thống, quyết định này đã tác động thật sự đến sự ra đời của một

kỹ nghệ mới: kỹ nghệ thông tin dữ liệu Theo thời gian sự phát triển của kỹ nghệ này đãđưa đến những hệ thống thông tin dữ liệu số được thực hiện ở những khoảng cách đángkể

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

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

NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG

Tin tức, Dữ liệu và Tín hiệu (Information, Data & Signal)

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 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 kýhiệu, 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 đã được chuyển đổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và /hoặc

chuyển đổi) 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), đó là các đại lượng điện có bất cứ giá

trị nào trong một khoảng thời gian xác định Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hìnhsin Một tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trở thành tín hiệu số

- Tín hiệu số: có dạng sóng như (H.1.1b), đó là tín hiệu mà biên độ chỉ có một trong hai

giá trị duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic đặc trưng bởi hai số 0 và 1 trong hệnhị 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) Đây chưa phải

là tín hiệu số nhưng nó cũng chỉ có các giá trị nhất định mà người ta có thể số hóa bằngcác số nhị phân nhiều bit hơn Trong trường hợp của (H 1.1c) tín hiệu có thể có mộttrong bốn giá trị 0, 1, 2, 3; để có thể mã hóa tín hiệu này cần các số nhị phân hai bit, hệthống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân hai bit

(H 1.2)

- Nhiễu: là các tín hiệu ngoài ý muốn, xuất hiện trong hệ thống hoặc trên đường truyền.

Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng và tín hiệu số có thể bị lỗi

- Cường độ tín hiệu: Cường độ của tín hiệu thường được biểu diễn bởi công suất hoặc

điện áp trên tổng trở tải của nó Ta phải nói tín hiệu có công suất 0,133mW hoặc có biên

độ 100mV trên tổng trở 75 Ω

- Tỉ số cường độ hai tín hiệu: dùng mô tả độ lợi hoặc độ suy giảm của hệ thống, thường được biểu diễn bằng đơn vị Decibel (dB) xác định theo thang logarithm:

Tỉ số tín hiệu = 10log P2 P1 dB

Sự tiện lợi của đơn vị dB là người ta có thể xác định độ lợi (hay độ suy giảm) của một

hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) bằng cách cộng các độ lợi của các tầng vớinhau

Người ta thường biểu thị công suất tuyệt đối của một tín hiệu bằng cách so sánh với mộttín hiệu chuẩn có công suất 1W : Công suất tín hiệu = 10log 1WP dB

Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị dBm để xác định cường độ tín hiệu so với tín hiệuchuẩn có công suất 1mW

Công suất tín hiệu = 10log 1mWP dBm

Một tín hiệu có công suất 1W tương đương với 0 dB và 30dBm

Thí dụ : Tín hiệu có biên độ 100mV ở 75 Ω tương đương với 0,133 mW, tính theodBm là: 10log(0,133/1mW) = - 8,76 dBm Dấu trừ cho biết mức tín hiệu là 8,76 dBmdưới 1mW.

Lưu ý, trong chuyển đổi đơn vị phải để ý đến tổng trở tải của tín hiệu

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

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

V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079

V = √0,079= 0,282 V = 282 mV

Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì :

Tỉ số tín hiệu = 20log V2 V1 dB

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

Để đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu

đó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR Đây là tỉ số công suất tín hiệu có ích trêncông 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 khácmức 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 để có thể phân

biệt được tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận được)?

Đối với tín hiệu như (H.1.1b), giả sử biên độ ứng với mức 1 là 1 V và 0 V cho mức 0,một lỗi sẽ phát sinh nếu mức 0 được phát đi mà nhiễu có giá trị dương lớn hơn 0,5 V vànếu mức 1 phát đi mà nhiễu có biên độ âm và trị tuyệt đối lớn hơn 0,5 V Như vậy giátrị tối đa cho phép của nhiễu là 0,5 V so với trị tối đa của tín hiệu là 1 V và tỉ số SNR tốithiểu là:

SNRMIN =20logN S = 20log0,51 = 6db

Một hệ thống hay mạch tốt khi có khả năng nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêucầu

Băng thông

- Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu Kháiniệm này cho ta xác định phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu đó chứa một phổ tầnquá rộng

- Băng thông của kênh truyền là dải tần số của tín hiệu mà độ suy giảm khoảng vài dB(thường là 3 dB) so với giá trị cực đại khi tín hiệu đó truyền qua hệ thống Độ suy giảm

3 dB tương ứng với điểm nửa công suất

Một kênh truyền tốt phải có băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu, điều này khiếncho tín hiệu được tái tạo không bị méo dạng và suy giảm đáng kể trong quá trình truyền

Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc

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

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

- Nhiều điểm (Multipoint): Hệ thống nhiều điểm 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 đài thứ cấp truy xuất trực tiếp đài

sơ cấp nhưng giá thành cao vì phải sử dụng đường dây riêng

* Mạng vòng (H 1.3b): Thông tin phải đi theo vòng từ đài sơ cấp đến đài thứ cấp Nếu

có một đài hỏng, hệ thống ngưng làm việc

* Mạng multidrop (H 1.3c): Các đài thứ cấp nối chung một đường dây vào trạm sơ cấp

Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống thông tin cóthể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức:

- Đơn 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 thườngmáy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) để hiển thị thông tin nhận được

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

nhưng không đồng thời Hệ thống thông tin dùng Walkie - Talkie là một thí dụ củaphương thức liên lạc bán song công Các máy truyền bán song công có một nút ấn đểphát (push to send), khi ở chế độ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại

- 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 nàyđược dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point)

- Song côngtoànphần (Full/Full-duplex, F/FDX): Đài sơ cấp có khả năng phát tín hiệu

tới một đài thứ cấp đồng thời nhận thông tin từ một đài thứ cấp khác Phương thức nàygiới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint)

(H 1.3)

Các phương pháp truyền

Để truyền tín hiệu người ta có thể dùng một trong hai phương pháp: phương pháp truyềndải nền và phương pháp điều chế

- Phương pháp truyền dải nền : Tín hiệu được truyền có cùng dải tần với tín hiệu

nguồn Thí dụ trong điện thoại, tín hiệu âm thanh hữu ích có tần số trong khoảng300-3000 Hz được truyền đi mà không có sự biến đổi nào về phổ tần của nó

- Phương pháp điều chế : Đây là phương pháp cho phép dời phổ tần của tín hiệu nguồn

đến một khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền và tránh được nhiễu do giao thoa(nghĩa là các phổ tần cách nhau một khoảng đủ để không chồng lên nhau)

Các phương pháp dồn kênh

Để có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một đường truyền màkhông gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải dồn kênh Có hai phương pháp dồn kênh:phương pháp đa hợp phân tần số và phương pháp đa hợp phân thời gian

(H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh

- Dồn kênh theo phương pháp đa 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 sốsóng mang của mỗi bộ điều chế của mỗi kênh được chọn lựa sao cho mỗi tín hiệu đãđược điều chế chiếm một dải tần riêng trong cả phổ tần của đường truyền và phải đượccách ly theo qui định Để thực hiện được 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

(H 1.6)

HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ

(H 1.7) mô tả một hệ thống truyền tương tự dùng phương pháp điều chế (nếu truyền dảinền thì không cần bộ điều chế và giải điều chế) Trong hệ thống này tín hiệu trên đườngtruyền là tín hiệu tương tự

Bộ phận chuyển đổi ở máy phát biến tin tức thành tín hiệu tương tự, sau khi được xử lý(như lọc, khuếch đại, phối hợp trở kháng ) sẽ qua bộ phận điều chế để dời phổ tần;cuối cùng bộ phận giao tiếp chuẩn bị tín hiệu phát tương thích với môi trường truyềnhay kênh truyền

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

Bộ phận chính của hệ thống là bộ phận biến đổi A→D (Analog to Digital Converter,ADC) ở máy phát (biến tín hiệu tương tự thành tín hiệu số) và biến đổi D→A (Digital

to Analog Converter, DAC) ở máy thu (biến tín hiệu số thành tín hiệu tương tự)

Việc truyền tín hiệu số được thực hiện bằng cách phát tuần tự các mã nhị phân này

(H 1.8)

Vận tốc truyền tín hiệu (Baud rate)

Một trong những đặc trưng quan trọng để đánh giá chất lượng một hệ thống truyền số làvận tốc truyền tín hiệu, được tính bằng baud

Baud là vận tốc thay đổi trạng thái sóng mang (số lần thay đổi sóng mang trong mộtgiây) còn gọi là vận tốc điều chế (baud rate)

Trong thực tế người ta hay dùng đơn vị bit/s (bps) là vận tốc truyền bit (bit rate), tức sốbit mà hệ thống truyền trong một giây

Trong hệ thống truyền nhị phân (tín hiệu cần truyền có dạng (H 1.1b)), sóng mang chỉđược điều chế bởi một trong hai trạng thái của tín hiệu, vận tốc bit và vận tốc tín hiệubằng nhau (số bit/s = số baud)

Trong hệ thống truyền nhị phân hai bit (Thí dụ, dùng số nhị phân hai bit mã hóa tín hiệu

có dạng (H 1.1c)), số lượng bit sẽ gấp đôi số tín hiệu (vận tốc thay đổi bit nhanh gấp đôivận tốc thay đổi sóng mang), như vậy số bit/s gấp đôi số baud

Thí dụ : Tính vận tốc truyền tín hiệu (H 1.1c), nếu thời gian tương ứng với một giá trị

của tín hiệu là T = 0,0001s

Vận tốc truyền tín hiệu = số baud = 1/T = 1/0,0001 = 10.000 baud

Vận tốc truyền bit br = 2.baud = 20.000 bit/s

Truyền nối tiếp và song song

Tùy theo cách thức đưa tín hiệu ra đường truyền mà ta có hai cách truyền: song song vànối tiếp (H.1.8) mô tả hai cách truyền

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

độ truyền chậm nhưng ít tốn kém hơn so với cách truyền song song

- Truyền song song: mã ký tự được gửi đi dưới dạng song song, nghĩa là các bit được

phát đi đồng thời trên các đường truyền Tốc độ truyền song song khá nhanh nhưng phảitốn nhiều đường dây Do đó, cách truyền này được dùng trong thực tế khi phần phát vàthu ở gần nhau

Truyền đồng bộ và bất đồng bộ

Trong các hệ thống truyền số các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng bộ và bất đồng

bộ Hai chế độ truyền này khác nhau chủ yếu ở việc thực hiện sự đồng bộ và do đó đưatới cách định dạng tín hiệu truyền khác nhau

- Truyền đồng bộ: Trong chế độ đồng bộ dữ liệu truyền được hình thành theo các dạng

cố định Thí dụ các ký tự được mã hóa bằng mã ASCII và bản tin được truyền thànhtừng khối (block), sự đồng bộ được thực hiện ở những khoảng thời gian giữa các khốicủa bản tin

Do truyền một lần cả bản tin nên vận tốc truyền khá lớn, từ 2400 bps, 4800 bps, 9600bps cho đến hằng Mbps

Một bất lợi của cách truyền đồng bộ là máy phát phải gửi tín hiệu xung đồng hồ để đồng

bộ máy thu Nếu việc này không thực hiện được thì ở máy thu phải thiết kế một vòngkhóa pha (PLL) để phục hồi xung đồng bộ từ dòng dữ liệu

- Truyền bất đồng bộ: Trong chế độ bất đồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố

định (H 1.10) cho ta 3 dạng của tín hiệu thường gặp trong cách truyền bất đồng bộ.(H 1.10a) là 3 bản tin a,b,c được truyền tuần tự Các bản tin dài ngắn khác nhau và cáchnhau không đều

(H 1.10b) là trường hợp thời gian T của các bản tin giống nhau nhưng khoảng cách cácbản tin thì bất kỳ, không phải là bội số của T.

Trong hai trường hợp này băng thông cần thiết tùy thuộc vào dữ liệu

(H 1.10c) là một dạng khác của tín hiệu thường gặp trong các bản tin phát bằng phươngpháp quét (thí dụ trong các máy FAX) Trong trường hợp này băng thông của hệ thốngtùy thuộc vào độ phân giải tín hiệu chứ không tùy thuộc vào dữ liệu

Trong tất cả các trường hợp để tạo sự đồng bộ máy phát phải gửi kèm các xung đồng bộ

ở đầu và cuối mỗi ký tự (trong (H 1.10a) đó là các xung S hoặc T )

(H 1.10)

HÊ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI

Sự phát triển của lãnh vực thông tin liên lạc với kỹ thuật truyền số liệu đã trở nên phổbiến trên toàn cầu Việc thông tin ngày càng nhiều, yêu cầu về độ chính xác và độ tincậy ngày càng cao Để bảo đảm điều này các hệ thống thông tin phải tuân thủ một số quiđịnh về tất cả các khía cạnh như tốc độ truyền, phương pháp mã hóa, qui tắc gán địa chỉ,các biện pháp thực hiện khi có lỗi v v Tập hợp tất cả các qui định mà các hệ thốngthông tin phải tuân theo gọi là các giao thức (protocols)

Nhờ có giao thức, các hệ thống không tương thích nhau có thể liên lạc với nhau Đối vớimột hệ thống chỉ có hai phần tử thì giao thức rất đơn giản Vấn đề trở nên phức tạp vàkhó khăn khi chủng loại các hệ thống và các phần tử của hệ thống tăng lên

Một tập hợp các giao thức cho phép hai hệ thống bất kỳ nào cũng có thể liên lạc với nhau bất chấp cấu trúc bên trong của nó, gọi là một HỆ THỐNG MỞ

Tổ chức định chuẩn quốc tế (International Standards Organization, ISO) đã quan tâm

tới vấn đề kết nối các thiết bị khác nhau từ năm 1977 và đến năm 1984 thì mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ra đời, gọi tắt là mô hình OSI (Reference

Model for Open Systems Interconnection)

Mô hình OSI là mô hình phân tầng được xây dựng dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sauđây:

• Mỗi tầng chỉ có ranh giới và giao diện với tầng ngay trên và dưới nó

• Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết Và các tầng con cũng cóthể được hủy bỏ trong trường hợp không cần nữa

Kết quả ta được mô hình OSI gồm 7 tầng

Tầng cao nhất liên quan đến việc lý giải khái niệm và ngôn ngữ còn các tầng thấp hơnnói về các qui tắc truyền thông tin giữa các bộ phận (máy phát và máy thu)

Trong mỗi tầng ngoài những qui định phải thực hiện ngay trong chính bản thân tầng đócòn có những qui định dịch vụ đưa lên tầng trên kế tiếp Máy phát và thu cần phải thốngnhất các qui tắc áp dụng trong tầng tương ứng, có nghĩa là chúng phải làm việc theocùng một thể thức Thông tin điều khiển của mỗi tầng được ghép vào bản tin ở máy phát

và được tách ra ở máy thu ở tầng tương ứng, dĩ nhiên các thông tin này chỉ được máythu hiểu khi chúng cùng sử dụng một giao thức (H 1.11) cho ta thấy sự phân cấp này

Tầng 1 : Tầng vật lý (physical layer)

Qui định về các tính chất vật lý của hệ thống Tầng vật lý liên quan đến nhiệm vụ truyềndòng bit không cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ cácphương tiện cơ, điện, hàm (chức năng), thủ tục

Tầng 2 : Tầng liên kết dữ liệu (data link layer)

Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý bảo đảm độ tin cậy Tầngnày qui định các chức năng của kênh số liệu trên một đường truyền giữa hai điểm của

hệ thống thí dụ những qui định về sự đồng bộ hóa, đặc tính của khung dữ liệu, đánh sốkhung, kiểm tra lỗi, kiểm tra luồng dữ liệu trong quá trình liên lạc

Tầng 3: Tầng mạng (network layer)

Qui định các chức năng mạng như chọn đường, gán địa chỉ, chuyển tiếp thông tin, thựchiện việc kiểm soát luồng dữ liệu, tách/hợp dữ liệu khi cần thiết Giao thức trong tầngnày điều khiển việc truyền thông qua các mạng trong hệ thống với công nghệ chuyểnmạch thích hợp.

Tầng 4:Tầng vận chuyển (transport layer)

Qui định các chức năng truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end to end) như tốc độ truyền,xếp thứ tự các thông tin, tổ chức sự tái tạo bản tin (kiểm tra lỗi, phục hồi các từ bị mấttrong quá trình liên lạc ) Giao thức trong tầng này cũng có thể thực hiện việc ghépkênh (multiplexer), tách/hợp dữ liệu khi cần thiết

Tầng 5: Tầng giao dịch (session layer)

Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng Giao thức của tầng nàyqui định các thủ tục thiết lập cuộc đối thoại giữa hai bên, có trách nhiệm thiết lập, duytrì, đồng bộ hóa và kết thúc cuộc đối thoại

Tầng 6 : Tầng trình bày (presentation layer)

Tầng này xác định các qui tắc ngôn ngữ và có trách nhiệm đảm bảo số liệu thu được cómột cú pháp có thể dịch được trong quá trình ứng dụng Nói cách khác tầng này mô tả

các phương pháp trình bày dữ liệu như mã hóa, giải mã, nén dữ liệu Thí dụ mã ASCII

8 bit dùng cho màn hình là một qui định thuộc tầng 6 này

Tầng 7: Tầng ứng dụng (application layer)

Tầng này qui định các ứng dụng thực tế, đưa ra các thủ tục cho việc xử lý số liệu củabản thân người sử dụng như cách thức xử lý từ, soạn văn bản Tầng này cũng qui địnhnhững thủ tục cho người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường

Tầng ứng dụng là tầng duy nhất không phải phục vụ tầng trên

Mã hoá và điều chế tín hiệu

Phổ tầng của tín hiệu

GIỚI THIỆU

Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao đổi, chúng có thể làtiếng nói, hình ảnh, tập hợp các con số, các ký hiệu, các đại lượng đo lường đượcđưa vào máy phát để phát đi hay nhận được ở máy thu

Tín hiệu chính là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi trên hệ thống thông tin.Việc xử lý bao gồm chuyển đổi, mã hóa và điều chế

Chuyển đổi là biến các tin tức dưới dạng không điện thành ra tín hiệu điện

Mã hóa là gán cho tín hiệu một giá trị nhị phân và đặc trưng bởi các mức điện áp cụ thể

để có thể truyền trên kênh truyền và phục hồi ở máy thu

Điều chế là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi một thông số nào đó của một tínhiệu khác, tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền đến nơi thu nênđược gọi là sóng mang (carrier wave) Mục đích của sự điều chế là dời phổ tần của tínhiệu cần truyền đến một vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất của đường truyền vànhất là có thể truyền đồng thời nhiều kênh cùng một lúc (đa hợp phân tần số)

Chương này đề cập đến sự điều chế và mã hóa Nhưng trước tiên, chúng ta cần nhắc lạimột số tính chất của tín hiệu qua việc phân tích tín hiệu không sin thành tổng của các tínhiệu hình sin và lưu ý đến mối quan hệ tần số-thời gian của tín hiệu

phổ tần của tín hiệu

Trong một hệ thống thông tin tồn tại 3 dạng tín hiệu với phổ tần khác nhau:

- Loại thứ nhất là các tín hiệu có tính tuần hoàn có dạng hình sin hoặc không Một tínhiệu không sin là tổng hợp của nhiều tín hiệu hình sin có tần số khác nhau Kết quả này

có được bằng cách dùng chuỗi Fourier để phân tích tín hiệu

- Loại thứ hai là các tín hiệu không có tính tuần hoàn mà có tính nhất thời (thí dụ nhưcác xung lực), loại tín hiệu này được khảo sát nhờ biến đổi Fourier

- Loại thứ ba là tín hiệu có tính ngẫu nhiên, không được diễn tả bởi một hàm toán họcnào Thí dụ như các loại nhiễu, được khảo sát nhờ phương tiện xác suất thống kê.Các loại tín hiệu, nói chung, có thể được xét đến dưới một trong hai lãnh vực :

- Lãnh vực thời gian: Trong lãnh vực này tín hiệu được diễn tả bởi một hàm theo thời

gian, hàm này cho phép xác định biên độ của tín hiệu tại mỗi thời điểm

- Lãnh vực tần số : Trong lãnh vực này người ta quan tâm tới sự phân bố năng lượng

của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và được diễn tả bởi phổ tần

Trong giới hạn của môn học, chúng ta chỉ đề cập đến hai loại tín hiệu đầu

Tín hiệu thường gặp có dạng hình chữ nhựt mà bởi phép phân tích thành chuỗi Fourier

ta thấy phổ tần bao gồm nhiều vạch ở các tần số cơ bản f và các họa tần 3f, 5f, 7f (H2.2)

T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhựt.

Lưu ý , nếu dời tín hiệu (H 2.2.a) lên một khoảng V theo trục tung thì phổ tần có thêmthành phần một chiều (H 2.3)

sin(nx) = 0

nx = π ⇒ nπτ / T = π ⇒ n / T = 1/τ

hay BW = nf = n/T = 1/τ

Phổ tần liên tục

Đối với chuỗi xung ở trên khi T càng lớn khoảng cách phổ vạch càng thu hẹp lại và khi

T → ∞, chuỗi xung trở thành một xung duy nhất và phổ vạch trở thành một đường congliên tục có dạng bao hình của biên độ phổ trước đây (H 2.5)

Đường cong xác định bởi:

V(f) = Vτ ?

?

(a) (b)

(H 2.5)

Kỹ thuật mã hoá tín hiệu

Mã hóa

Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản làgán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một trị khác cho mức logic còn lại.Tuy nhiên để sử dụng mã một cách có hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tínhchất sau:

- Phổ tần của tín hiệu:

Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải rộng

Nếu tín hiệu có thành phần DC có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí dụ không thểghép tín hiệu có thành phần DC qua biến thế và kết quả là không 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 băng thông khôngquá rộng và không nên chứa thành phần DC

- Sự đồng bô

Thường máy thu phải có khả năng nhận ra điểm bắt đầu và kết thúc của một bit để thựchiện sự đồng bộ với máy phát Nên nhớ là trong chế độ truyền đồng bộ, máy phát và thukhông tạo ra xung đồng hồ riêng rẻ mà máy thu phải phục hồi xung này từ chuỗi dữ liệuphát để sử dụng Như vậy tín hiệu truyền phải tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xungđồng hồ ẩn trong chuỗi dữ liệu, cụ thể là phải thường xuyên có sự biến đổi giữa các mứccủa tín hiệu

- Khả năng dò sai

Độ tin cậy trong một hệ thống thông tin số là rất cần thiết do đó máy thu phải có khảnăng dò sai để sửa chữa mà việc này có thực hiện dễ dàng hay không cũng tùy vào dạngmã

- Tính miễn nhiễu và giao thoa

Các dạng mã khác nhau cho khả năng miễn nhiễu khác nhau Thí dụ mã Bipolar-AMI làloại mã có khả năng phát hiện được nhiễu

- Mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống

Các đặc tính này của hệ thống cũng tùy thuộc vào dạng mã rất nhiều

- Nonreturn - to - zero inverted (NRZI)

0 = chuyển mức điện thế ở đầu bit

1 = không chuyển mức điện thế ở đầu bit

(H 2.6)

NRZI là một thí dụ của mã vi phân: sự mã hóa tùy vào sự thay đổi trạng thái của các bit liên tiếp chứ không tùy thuộc vào bản thân bit đó Loại mã này có lợi điểm là khi giải

mã máy thu chỉ cần dò sự thay đổi trạng thái của tín hiệu thì có thể phục hồi dữ liệu thay

vì phải so sánh tín hiệu với một trị ngưỡng để xác định trạng thái logic của tín hiệu đó.Kết quả là các loại mã vi phân cho độ tin cậy cao hơn

- Bipolar - AMI

0 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

1 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 1 liên tiếp

- Pseudoternary

0 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 0 liên tiếp

1 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

Hai loại mã có cùng tính chất là sử dụng nhiều mức điện thế để tạo mã (MultilevelBinary), cụ thể là 3 mức: âm, dương và không Lợi điểm của loại mã này là:

- Dễ tạo đồng bộ ở máy thu do có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu điện mặc dù cáctrạng thái logic không đổi (tuy nhiên điều này chỉ thực hiện đối với một loại bit, còn loại

bit thứ hai sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật ngẫu nhiên hóa)

- Có điều kiện tốt để dò sai do sự thay đổi mức điện thế của các bit liên tiếp giống nhaunên khi có nhiễu xâm nhập sẽ tạo ra một sự vi phạm mà máy thu có thể phát hiện dễdàng

Một khuyết điểm của loại mã này là hiệu suất truyền tin kém do phải sử dụng 3 mứcđiện thế

- Manchester

0 = Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit

1 = Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit

- Differential Manchester

Luôn có chuyển mức ở giữa bit

0 = chuyển mức ở đầu bit

1 = không chuyển mức ở đầu bit

Hai mã Manchester và Differential Manchester có cùng tính chất : mỗi bit được đặctrưng bởi hai pha điện thế (Biphase) nên luôn có sự thay đổi mức điện thế ở từng bit do

đó tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ để tạo đồng bộ Do có khả năng tựthực hiện đồng bộ nên loại mã này có tên Self Clocking Codes Do mỗi bit được mã bởi

2 pha điện thế nên vận tốc điều chế (Modulation rate) của loại mã này tăng gấp đôi sovới các loại mã khác, cụ thể , giả sử thời gian của 1 bit là T thì vận tốc điều chế tối đa(ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liên tiếp) là 2/T

Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa (Scrambling techniques)

Để khắc phục khuyết điểm của loại mã AMI là cho một mức điện thế không đổi khi có

một chuỗi nhiều bit 0 liên tiếp, người ta dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa Nguyên tắc của

kỹ thuật này là tạo ra một sự thay đổi điện thế giã bằng cách thay thế một chuỗi bit 0 bởimột chuỗi tín hiệu có mức điện thế thay đổi, dĩ nhiên sự thay thế này sẽ đưa đến các viphạm luật biến đổi của bit 1, nhưng chính nhờ các bit vi phạm này mà máy thu nhận ra

để có biện pháp giải mã thích hợp Dưới đây giới thiệu hai dạng mã đã được ngẫu nhiênhóa và được dùng rất nhiều trong các hệ thông tin với khoảng cách rất xa và vận tốc bitkhá lớn:

- B8ZS : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 8 bit 0 liên tục được thay bởi một chuỗi 8

bit có cả bit 0 và 1 với 2 mã vi phạm luật đảo bit 1

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung dương, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + - 0 - +

Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung âm, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + 0 +

-Nhận xét bảng mã thay thế ta thấy có sự vi phạm luật đảo bit ở 2 vị trí thư 4 và thứ 7 củachuỗi 8 bit

- HDB3 : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 4 bit 0 liên tục được thay bởi một chuỗi 4

bit có cả bit 0 và 1 với 1 mã vi phạm luật đảo bit 1

Sự thay thế chuỗi 4 bít của mã HDB3 còn theo qui tắc sau:

Cực tính của xung trước đó Số bít 1 từ lần thay thế cuối cùngLẻ chẵn

-00-Sự vi phạm luật đảo bit xảy ra ở bit thứ 4 trong chuỗi 4 bit

Ngoài ra hệ thống Telco còn có hai loại mã là B6ZS và B3ZS dựa theo qui luật sau:

- B6ZS: Thay chuỗi 6 bit 0 bởi 0 - + 0 + - hay 0 + - 0 - + sao cho sự vi phạm xảy ra ở

bit thứ 2 và thứ 5

- B3ZS: Thay chuỗi 3 bit 0 bởi một trong các chuỗi: 00 +, 00 -, - 0 - hay + 0 +, tùy theo

cực tính và số bit 1 trước đó (tưong tự như HDB3)

Lưu ý là kỹ thuật ngẫu nhiên hóa không làm gia tăng lượng tín hiệu vì chuỗi thay thế cócùng số bit với chuỗi được thay thế

(H 2.7) là một thí dụ của mã B8ZS và HBD3

B = Valid bipolar signal; V = Bipolar violation

(H 2.7)

Điều chế tín hiệu

Điều chế

Biến điệu hay điều chế là quá trình chuyển đổi phổ tần của tín hiệu cần truyền đến mộtvùng phổ tần khác bằng cách dùng một sóng mang để chuyên chở tín hiệu cần truyền đi;mục đích của việc làm này là chọn một phổ tần thích hợp cho việc truyền thông tin, vớicác tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tầntrên các kênh truyền khác nhau của cùng một đường truyền

Một cách tổng quát, phương pháp điều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm thay đổi mộtthông số nào đó của sóng mang (biên độ, tần số, pha ) Tùy theo thông số được lựachọn mà ta có các phương pháp điều chế khác nhau: điều chế biên độ (AM), điều chếtần số (FM), điều chế phaΦM, điều chế xung PM

Điều chế biên độ ( Amplitude Modulation, AM )

Xét tín hiệu cao tần

e(t) = Ac cos(ωct +θ) (1)

Tín hiệu AM có được bằng cách dùng tín hiệu g(t) làm biến đổi biên độ của e(t)

Biểu thức của tín hiệu AM là:

eAM(t) = [(Ac+g(t)]cosωct (2)

Để đơn giản, ta bỏ quaθlà lượng không đổi trong AM

Những tính chất cơ bản của AM dễ dàng được xác định nếu ta biết tín hiệu g(t)

(H 2.8) vẽ dạng sóng và phổ tần của tín hiệu AM.

Dạng sóng và phổ tần của tín hiệu AM.

(a) (H 2.8) (b)

Để thấy được phổ tần ta triển khai hệ thức (4)

eAM(t) = Accosωct + (maAc/2)cos(ωc+ ωm)t + (maAc/2)cos(ωc- ωm)t (5)

Từ (H 2.8b) ta thấy băng thông của tín hiệu đã điều chế bằng hai lần tần số của tín hiệu

hạ tần và được chia ra làm hai băng cạnh Điều chế biên độ là một quá trình tuyến tínhnên mỗi tần số của tín hiệu hạ tần tạo ra một băng thông và trong trường hợp tín hiệu hạtần gồm nhiều tần số khác nhau thì băng thông của tín hiệu biến điệu là:

BW = 2fm(max)

fm(max) là tần số hạ tần cao nhất

Dữ liệu số có thể được truyền bằng phương pháp điều chế AM, trong trường hợp này

gọi là kỹ thuật dời biên (ASK, Amplitude- Shift Keying) Bit 1 được truyền đi bởi sóng

mang có biên độ E1và bit 0 bởi sóng mang biên độ E2 (H 2.9) minh họa tín hiệu ASK

(H 2.9)

Điều chế góc (Angle modulation)

Ta cũng bắt đầu với sóng mang chưa điều chế:

e(t) = Ac cos(ωct +θ) = AccosΦ(t) (6)

Nếu ωc thay đổi tương ứng với nguồn thông tin, ta có tín hiệu điều chế tần số (FM) vànếuΦ(t) thay đổi ta có tín hiệu điều chế pha (ΦM)

Hai kỹ thuật điều chế này cơ bản giống nhau và được gọi chung là điều chế góc

Biểu thức (11) cho thấy tín hiệu g(t) được lấy tích phân trước khi được điều chế

Xét trường hợp g(t) là tín hiệu hạ tần có dạng hình sin:

g(t) = Δω ωx cosωm(t) (12) Δω là độ di tần và ωmlà tần số của tín hiệu hạ tần

Φ(t) =ωc t + ω c∫Δω ωccosωm t.dt

= ωct + mfsinωmt

với mf =Δω / ωmlà chỉ số điều chế Đó là tỉ số của độ di tần và tần số của tín hiệu điềuchế (hạ tần)

eFM(t) = Accos{ ωct + mf sinωmt} (13)

Để thấy phổ tần của sóng FM ta triển khai biểu thức (13):

eFM(t) = AcJ0(mf) cosωct + AcJ2n(mf) [ cos(ωct + 2ncosωmt) + cos(ωct - 2ncosωmt)]

AcJ2n+1(mf) { cos[ωct + (2n+1)cosωmt] - cos[ωct - (2n+1)cosωmt]} (14)

J là hàm Bessel theo mfvà n có mọi trị nguyên từ 0 đến ∞

Từ (14) ta thấy sóng FM gồm thành phần cơ bản có tần số của sóng mang và biên độcho bởi số hạng thứ I , J0(mf) , và các băng cạnh cho bởi các số hạng còn lại

Vì n lấy mọi giá trị từ 0 đến ∞ nên phổ tần của sóng FM rộng vô hạn, tuy nhiên do nănglượng tín hiệu giảm rất nhanh với tần số cao nên người ta xem băng thông trong FM xấp

xĩ bằng:

BW = 2(mf.ωm+ ωm) = 2( Δω + ωm) rad/s

(H 2.10) cho dạng sóng và phổ tần của sóng FM

(H 2.10)

Cũng như trong trường hợp AM, tín hiệu dữ liệu số cũng được truyền bằng phương pháp

FM Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật dời tần (FSK: Frequency- Shift Keying).

FSK được dùng rộng rãi trong truyền số liệu Trong FSK bit 1 được truyền đi bởi tần số

fmvà bit 0 bởi tần số fs ví dụ, trong hệ thống truyền sử dụng tiêu chuẩn của hảng Bellbit 1 được truyền bởi tần số 1070 Hz (fm) và bit 0 bởi tần số 1270 Hz (fs)

(H 2.11) minh họa tín hiệu điều chế FSK

(H 2.11)

Điều chế pha ( Φ size 12{Φ} {}M )

Từ phương trình (6) nếu góc phaΦ(t) thay đổi theo tín hiệu thông tin ta có điều chế pha.Vậy:

ePM(t) = Accos[ ωct + mpg(t)] (15)

Trong đó mplà độ dời pha cực đại

Tần số tức thời cho bởi:

So sánh (17) và (13), xem mplà chỉ số điều chế pha, tương đương với mf trong FM, ta

có thể xác định được băng thông của tín hiệuΦM

BW = 2(ωm+ mpωm) rad/s (18)

mpωm= Δωep là độ di tần tương đương củaΦM

So sánh (11) và (15) ta thấy kỹ thuật của FM và ΦM có cùng cơ sở Điểm khác biệt làtrong FM ta lấy tích phân của tín hiệu hạ tần trước khi điều chế còn trongΦM thì không

Điều chế pha là kỹ thuật rất tốt để truyền số liệu Trong kỹ thuật dời pha, PSK

(Phase-Shift Keying), các bit 1 và 0 được biểu diễn bởi các tín hiệu có cùng tần số nhưng cópha trái ngược nhau

(H 2.12) mô tả một tín hiệu PSK.

(H 2.12)

Điều chế xung ( Pulse modulation)

Đây là phương pháp dùng tín hiệu hạ tần điều chế sóng mang là tín hiệu xung (có tần

số cao hơn), còn gọi là phương pháp lấy mẫu tín hiệu hạ tần Mặc dù các tín hiệu tương

tự được lấy mẫu bởi các giá trị rời rạc, nhưng các mẫu này có thể có bất cứ giá trị nàotrong khoảng biến đổi của tín hiệu hạ tần nên hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thốngtruyền tương tự chứ không phải hệ thống truyền số

Tùy theo thông số nào của xung thay đổi theo tín hiệu hạ tần, ta có : Điều chế biên

độ xung (pulse amplitude modulation, PAM), điều chế vị trí xung (pulse positionmodulation, PPM), điều chế độ rộng xung (pulse width modulation, PWM)

Điều chế biên độ xung ( PAM)

Khi một chuỗi xung hẹp với tần số lặp lại cao p(t) được điều chế biên độ bởi tín hiệu sintần số thấp m(t), ta có sự điều chế biên độ xung Tín hiệu sau khi điều chế là tích của haitín hiệu m(t).p(t) có dạng sóng là các xung với biên độ thay đổi theo dạng sóng hạ tầnm(t) (H 2.13)

(H 2.13)

a-/ Mẫu PAM tự nhiên (Natural PAM sampling)

Khi biên độ xung đã điều chế có đỉnh theo dạng của tín hiệu m(t), ta có mẫu PAM tựnhiên (H 2.13).

Kết quả của phần 2.1.1 cho thấy tín hiệu p(t) có thể phân tích thành các thành phần:

Thành phần họa tần có dạng Vnm(t)cos(nωst) tương tự như tín hiệu điều chế 2 băng cạnhtriệt sóng mang (Double Sideband Suppressed Carrier, DSBSC)

Phổ tần của tín hiệu PAM với hạ tần là m(t) = sinωmt có dạng như (H 2.14)

b-/ Mẫu PAM đỉnh phẳng (Flat-top PAM)

Đây là mẫu PAM được dùng rộng rãi do dễ tạo ra sóng điều chế Dạng sóng cho ở (H2.15) các xung sau khi điều chế có đỉnh phẳng chứ không theo dạng của hạ tần

(H 2.15)

Mặc dù khi phục hồi tín hiệu từ mạch lọc hạ thông sẽ có biến dạng do đoạn đỉnh phẳngnhưng vì bề rộng xung thường rất nhỏ so với chu kỳ Ts nên biến dạng không đáng kể.Nếu sự biến dạng là đáng kể thì cũng có thể loại bỏ bằng cách cho tín hiệu đi qua mộtmạch bù trừ

Tín hiệu PAM ít được dùng để phát trực tiếp do lượng thông tin cần truyền chứa trongbiên độ của xung nên dễ bị ảnh hưởng của nhiễu PAM thường được dùng như là một

bước trung gian trong một phương pháp điều chế khác, gọi là điều mã xung (pulse code modulation, PCM) và được dùng trong đa hợp thời gian để truyền (TDM).

Điều chế thời gian xung (Pulse -time Modulation, PTM)

Điều chế thời gian xung bao gồm bốn phương pháp (H 2.16) Ba phương pháp đầu tậptrung trong một nhóm gọi là điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation, PWM)(H 2.16d, e, f), phương pháp thứ tư là điều chế vị trí xung (Pulse-position modulation,PPM) (H 2.16g)

Ba phương pháp điều chế độ rộng xung khác nhau ở điểm cạnh lên, cạnh xuống hayđiểm giữa xung được giữ cố định trong khi độ rộng xung thay đổi theo tín hiệu điều chế

Phương pháp thứ tư, PPM là thay đổi vị trí xung theo tín hiệu điều chế trong khi bề rộngxung không đổi (H 2.16) minh họa cho các cách điều chế này

Lưu ý là kỹ thuật PTM tương tự với điều chế FM vàΦM, tín hiệu có biên độ không đổinên ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu

Phổ tần của tín hiệu đã điều chế bằng phương pháp PWM, PPM giống như phổ tần củatín hiệu điều chế FM (H 2.16h), nghĩa là có nhiều họa tần nên khi sử dụng PWM vàPPM người ta phải gia tăng tần số xung lấy mẫu hoặc giảm độ di tần (để giới hạn băngthông của tín hiệu và tăng số kênh truyền)

(H 2.16)

Truyền nối tiếp bất đồng bộ

Hệ thống tuyền dữ liệu và mẫu tín hiệu trong truyền dữ liệu

Cách truyền nối tiếp thường được thực hiện khi khoảng cách truyền khá xa

Ngoài ra, trong cách truyền nối tiếp, dựa vào cách thực hiện sự đồng bộ giữa nơi phát

và thu ta có hai chế độ hoạt động: đồng bộ và bất đồng bộ

Trong chế độ bất đồng bộ, xung đồng hồ được tạo ra một cách riêng rẻ ở máy phát vàmáy thu dựa vào tần số danh định tương ứng với vận tốc truyền (bit rate hoặc baud rate)

Trong chế độ đồng bộ, nơi phát có thể gửi xung đồng hồ tới nơi thu theo một kênh truyềnsong song với kênh truyền dữ liệu hoặc nơi thu tự tạo ra xung đồng hồ bằng cách táchtín hiệu thời gian từ dòng dữ liệu

Chương này bàn đến chế độ truyền nối tiếp bất đồng bộ Chúng ta sẽ lần lượt giới thiệutính chất chung của hệ thống truyền dữ liệu, các giao thức của hệ thống truyền bất đồng

bộ Chúng ta cũng sẽ khảo sát vài IC thực hiện chức năng biến đổi song song ? nối tiếptrong các thiết bị thu phát

HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU

Vận hành

Một mẫu hệ thống truyền dữ liệu gồm 3 bộ phận chính (H 4.1)

- Một cặp thiết bị xử lý tín hiệu (Terminal, vd máy tính), một của máy phát (chuyểnthông tin thành tín hiệu số) và một của máy thu (chuyển dữ liệu số thành thông tin)

- Một cặp giao diện nối tiếp, được gọi là thiết bị đầu cuối (Data Terminal Equipment, DTE) mà nhiệm vụ chính là biến đổi chuỗi dữ liệu song song thành nối tiếp ở máy phát