slide môn học cơ sở thông tin số

1 Introduction Các phần tử trong một hệ thống truyền thông Các đặc điểm của kênh truyền Mô hình toán học của các kênh truyền thông Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

1 Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông

Các đặc điểm của kênh truyền

Mô hình toán học của các kênh truyền thông

Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Giới thiệu chung

Các nguyên tắc cơ bản sử dụng trong phân tích và thiết kế các hệ thống truyền thông số

Đặc điểm của các kênh truyền vật lý

Information

source and input

transducer

Source encoder

Channel encoder

Digital modulator

Physical channel

Digital Channel

Source Output

Output signal

Mã hoá nguồn– nén số liệu

Mỗi khối k bit thông tin được mã hoá thành một khối n bit –từ mã/code word

k/n được gọi làtốc độ mã/code rate

Bộ điều chế số ánh xạ từng khối bit thành từngtín hiệu/signal waveforms

Điều chế nhị phânvàđiều chế M mức, M = 2b

Tín hiệu truyền đi chịu các ảnh hưởngngẫu nhiêncủa nhiễu nhiệt/addictive thermal noise, nhiễu do con người tạo ra, hay các loại nhiễu khác trong môi trường truyền lan/atmospheric noise Tần suất lỗi xác định độ hiệu quả của các bộ điều chế và giải điều chế/modulator–demodulator

1 Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông

Các đặc điểm của kênh truyền

Mô hình toán học của các kênh truyền thông

Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Tốc độ truyền dữ liệu một cách an toàn bảo đảm qua kênh truyền bị ràng buội bởi hai yếu tố:

Công suất tín hiệu

Băng thông của kênh truyền

Các kênh dùng dây điện thoại hay cáp đồng trục: băng thông từ vài trăm kHz tới vài MHz, tín hiệu bị biến dạng hay suy hao về cả biên

độ và pha, nhiễu chủ yếu là xuyên kênh (crosstalk) và nhiễu nhiệt Kênh cáp quang: băng thông rộng, điều chế nguồn ánh sáng, nguồn nhiễu chủ yếu là các diode quang và các bộ khuyếch đại điện tử Các kênh không dây: năng lượng điện từ bị ảnh hưởng bởi môi trường truyền lan, có các loại như truyền lan sóng đất

(ground-wave), sóng trời (sky-wave) và trực tiếp (LOS/line-of-sight) Kênh truyền âm học dưới nước: không truyền được xa, bộ phát tín hiệu phải mạnh, có hiện tượng đa đường (multi-path channels) Kênh lưu trữ: có nhiễu nhiệt, nhiễu chéo (interference), cần sử dụng

mã hoá kênh và điều chế

1 Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông

Các đặc điểm của kênh truyền

Mô hình toán học của các kênh truyền thông

Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Kênh nhiễu nhiệt

Nhiễu có nguồn gốc từ các phần tử điện tử, các bộ khuyếch đại trong hệ thống hay từ nhiễu chéo

Nếu nhiễu chủ yếu là dạng thứ nhất thì kênh có thể được mô hình hoá thống kê bởi quá trình nhiễu gaussian

r(t) = αs(t) + n(t)

α là hệ số suy hao (attenuation factor)

Kênh tuyến tính bất biến (theo thời gian)

Đối với một số kênh (kênh thoại), tín hiệu bị "lọc" do kênh có băng thông hạn chế

r(t) = s(t) ⋆ c(t) + n(t) =R∞

−∞c(τ )s(t − τ)dτ + n(t)

Kênh tuyến tính thay đổi theo thời gian

Kênh âm học dưới nước và kênh radio truyền qua (hoặc phản xạ) tầng ion trong không gian

Kênh được mô hình hoá bởi các bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian với đáp ứng xung c(τ; t), là đáp ứng của hệ thống tại thời điểm

t với tín hiệu vào tại thời điểm t− τ

r(t) = s(t) ⋆ c(τ ; t) + n(t)

Với các kênh truyền sử dụng trong điện thoại di động:

c(τ ; t) =PL

k =1ak(t)δ(τ − τk)

r(t) =PL

a (t)s(t − τ ) + n(t)

1 Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông

Các đặc điểm của kênh truyền

Mô hình toán học của các kênh truyền thông

Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Samuel Morse (1837): mã nhị phân có độ dài thay đổi để mã hoá các chữ cái tiếng Anh

Emile Baudot (1875): mã Baudot có độ dài từ mã cố định, không thay đổi

Nyquist (1924): tốc độ xung tối đa là 2W xung/s với W là độ rộng băng tần tối thiểu để không có hiện tượng nhiễu ký hiệu, và các xung là g(t) = (sin 2πWt)/2πWt

Shannon (1948): tín hiệu với độ rộng băng tần W có thể được khôi phục lại từ các mẫu được lấy ở tốc độ Nyquist

s(t) =X n

2W

sin[2πW (t − n/2W )]

2πW (t − n/2W )]

Hartley (1928): tồn tại một giới hạn về tốc độ truyền số liệu qua kênh có băng tần hạn chế khi tín hiệu có biên độ cực đại là Amax (ràng buộc về công suất) và độ phân giải biên độ (amplitude resolution) Aδ

Shannon (1948):thông lượng/channel capacitycủa kênh nhiễu cộng gaussian trắng (AWGN – addictive white gaussian noise):

C= W log2



1 + P

WN0



Kotelnikov (1947) và Hamming (1950)