Kỹ Thuật Truyền Số Liệu chương 1

TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU TUẦN TỰ VÀ SỐ  Dữ liệu: các thực thể mang nội dung  Tín hiệu: Dòng điện hoặc điện từ thể hiện dữ liệu  Truyền tải: Truyền dữ liệu bằng cách lan truyền và xử lý các

Trang 1

KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

Số TC: 02 GV: Th.s Lương Hoài Thương

Trang 2

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: THÔNG TIN - TÍN HIỆU – ĐƯỜNG TRUYỀN

CHƯƠNG 2: TRUYỀN SỐ LIỆU

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ CHỐNG SAI TRONG TRUYỀN SỐ LIỆU

CHƯƠNG 4: KIỂM SOÁT ĐƯỜNG NỐI DỮ LIỆU - MẠNG TRUYỀN

SỐ LIỆU

Trang 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Giáo trình truyền dữ liệu - ĐHCT – Nguyễn Trung Lập.

 Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu – ĐHSPKTHCM

Trang 4

KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ

Trang 5

THÔNG TIN LIÊN HỆ

Điện Thoại: 094.666.9203 - 0975.300.667

Email: thuonglh@vlute.edu.vn

Blog: thuonglh.blogtiengviet.net

Chưa học mà cảm thấy rắc rối quá

?!?!

Trang 6

CHƯƠNG 1 THÔNG TIN - TÍN HIỆU

ĐƯỜNG TRUYỀN

GV: Th.s Lương Hoài Thương

Trang 8

CÁC KHÁI NIỆM CHÍNH

 DTE (Data Terminal Equipment): Xử lý dữ liệu

 DCE (Data Circuit Equipment): Thiết bị mạch dữ liệu

 CODEC = Code+Decode: mã hóa và giải mã

 MODEM = Modulation+Demodulation: điều chế và giải điều chế

GV: Th.s Lương Hồi Thương

Trang 9

Có ba loại mã hóa :

- Mã hóa nguồn (tối ưu) - tăng tốc độ truyền tin hay được sử dụngtrong FAX, VIDEOTEX,…

- Mã hóa kênh là mã phát hiện và sửa sai - tăng độ chính xác của tintruyền

- Mã đường truyền: biến mã nhị phân thành mã tam phân - dễ dàngđồng bộ tín hiệu

* Kỹ thuật điều chế số : ASK, FSK, PSK, QAM và các loại MODEM

Trang 10

 Thiết bị phát

 Thiết bị thu

 Môi trường chuyền dẫn

 Có định hướng: dây soắn cặp, dây cáp quang

 Không có định hướng: không khí, nuớc, chân không …

Trang 11

 Nối trực tiếp: không có thiết bị ở giữa

 Điểm nối điểm

 Có kết nối trực tiếp

 Chỉ có 2 thiết bị chia sẻ đường link

 Kết nối đa điểm

 Có hơn 2 thiết bị chia sẻ đường kết nối

Trang 14

SAO (STAR)

 Các thiết bị có kết nối điểm - điểm với một điều khiển trung tâm, gọi là hub

Ưu điểm:

Ít tốn kém hơn so với lưới

Dể kết nối với các thiết bị khác Tính bền vững cao

Khuyết điểm:

Nối dây vẫn còn lớn

Trang 16

 Các thiết bị có kết nối nhiều điểm (đa điểm)

 Mỗi thiết bị chỉ nối điểm - điểm với hai thiết bị bên phải và bên trái của mình

VÒNG (RING)

Trang 17

TÔPÔ HỖN HỢP (Hybrid Topologies)

Trang 18

 Đơn công (Simplex)

 Chỉ có thể truyền 1 chiều như là sóng Truyền hình

 Nửa song công (Half Duplex)

 Có thể truyền 2 chiều nhưng trong một thời điểm chỉ có thể truyền 1 chiều

 Song công (Duplex)

 Có thể truyền 2 chiều trong cùng một thời

gian

Trang 19

TẦN SỐ, PHỔ VÀ BĂNG THÔNG

Các khái niệm về miền thời gian

 Tín hiệu tuần tự (Analog signal): tại những thời điểm khác nhau cógiá trị khác nhau

 Tín hiệu số (Digital signal): Thay đổi từ một mức sang một mức khác

 Tín hiệu tuần hoàn: có chu kỳ theo thời gian

 Tín hiệu không tuần hoàn: Không có chu kỳ

Trang 21

Sóng Sin

 Biên độ (Peak Amplitude - A)

 Cao độ lớn mạnh nhất của tín hiệu

 Tính bằng volts

 Tần số (Frequency - f)

 là số chu kỳ trong 1 giây (Hz) T=1/f

 Pha (Φ): Vị trí tương đối về thời gian

Trang 22

Các sóng sine: s(t) = A sin(2  ft +  )

Trang 24

Các khái niệm miền tần số

 Thông thường tín hiệu được tạo bởi nhiều tần số

 Thành phần bao gồm nhiều sóng sin

 Có thể quan sát (với biến đổi Fourier) với mỗi một tín hiệu có nhiều thành phần sóng sin

 Có thể vẽ trong miền tần số

Trang 27

Biểu diễn trong miền tần số

Trang 28

PHỔ VÀ BĂNG THÔNG

 Phổ (spectrum)

 Phạm vi của các tần số có chứa tín hiệu

 Băng thông tuyệt đối (Absolute bandwidth)

 Đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất

 Băng thông hiệu dụng (Effective bandwidth)

 Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của tín hiệu

 Thành phần DC

Trang 29

BĂNG THÔNG

A

F

 Băng thông tuyệt đối

 Băng thông hiệu dụng

Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz

Trang 30

T A

Trang 32

TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU TUẦN TỰ VÀ SỐ

 Dữ liệu: các thực thể mang nội dung

 Tín hiệu: Dòng điện hoặc điện từ thể hiện dữ liệu

 Truyền tải: Truyền dữ liệu bằng cách lan truyền và xử lý các tín hiệu

Trang 33

DỮ LIỆU TUẦN TỰ VÀ DỮ LIỆU SỐ

 Tuần tự

 Có giá trị liên tục trong một khoảng thời gian

 Ví dụ: âm thanh, video

Trang 34

TÍN HIỆU TUẦN TỰ VÀ TÍN HIỆU SỐ

 Thể hiện bởi loại dữ liệu được lan truyền

 Tuần tự

 Có giá trị liên tục

 Có nhiều môi trường truyền dẫn: dây đồng, cáp quang

 Băng thông của giọng nói từ 100Hx đến 7kHz

 Băng thông của điện thoại từ 300Hz đến 3400Hz

 Băng thôg của Video 4MHz

 Số: có 2~nhiều thành phần DC (mức điện áp)

Trang 35

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TÍN HIỆU SỐ

 Rẻ hơn

 Ít bị ảnh hưởng của nhiễu

 Suy hao nhiều hơn

 Các xung trở nên tròn và nhỏ đi

 Có thể dẫn tới mất mát thông tin

Trang 36

SUY HAO CỦA TÍN HIỆU SỐ

Trang 37

DỮ LIỆU SỐ DẠNG NHỊ PHÂN

 Nhận được từ máy tính

 Có 2 thành phần DC

 Băng thông phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu

Trang 38

Chuyển từ PC Input ra tín hiệu số

Trang 39

DỮ LIỆU VÀ TÍN HIỆU

 Thông thường người ta sử dụng tín hiệu số cho dữ liệu số, tín hiệu tuần tự cho dữ liệu tuần tự

 Có thể sử dụng tín hiệu tuần tự để mang dữ liệu số: dùng Modem

 Có thể sử dụng tín hiệu số để mang dữ liệu tuần tự: Đĩa CD audio

Trang 40

TÍN HIỆU TUẦN TỰ MANG DỮ LIỆU

TUẦN TỰ VÀ DỮ LIỆU SỐ

Trang 41

TÍN HIỆU SỐ MANG DỮ LIỆU TUẦN TỰ

VÀ DỮ LIỆU SỐ

Trang 42

VIỆC TRUYỀN TÍN HIỆU TUẦN TỰ

 Tín hiệu tuần tự được truyền không cần quan tâm đến nội dung

 Có thể là dữ liệu tuần tự hay số

 Có thể có sự suy giảm khi truyền qua khoảng cách

 Có thể dùng bộ khuyếch đại để khuếch đại tín hiệu

 Có thể khuyếch đại cả nhiễu

Trang 43

VIỆC TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ

 Phải quan tâm đến nội dung

 Thông tin có thể bị ảnh hưởng của nhiễu, suy giảm …

 Có thể sử dụng bộ tiếp sức: bộ tiếp sức nhận tín hiệu, nhận biết các bit, truyền tiếp

 Khác phục được suy giảm và không khuyếch đại nhiễu

Trang 44

ƯU ĐIỂM CỦA TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ

 Kỹ thuật số: giá rẻ với kỹ thuật LSI/VLSI

 Toàn vẹn thông tin: Có thể dùng với khoảng cách xa trên đường truyền chất lượng thấp

 Khả năng sử dụng

 Tiết kiệm khi sử dụng các đường băng thông cao

 Dễ đa nhập (multiplexing) với các kỹ thuật số

 Bảo mật: dùng mã hóa

 Tính thống nhất: Có thể truyền cả dữ liệu tuần tự và số như nhau

Trang 45

SAI SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN

 Tín hiệu nhận có thể khác với tín hiệu truyền

 Tuần tự: Giảm chất lượng tín hiệu

Trang 48

ĐỘ SUY GIẢM TÍN HIỆU

 Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ của tín hiệu bị suy giảm

 Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn

 Cường độ tín hiệu nhận phải

 Đủ mạnh để thiết bị nhận, nhận biết được

 Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi

 Suy giảm là một hàm tăng theo tần số

Trang 49

ĐỘ SUY GIẢM TÍN HIỆU

 Đo bằng đơn vị decibel (dB)

 Công thức

 Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB)

 P1: công suất của tín hiệu nhận (W)

 P2: công suất của tín hiệu truyền (W)

 Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối

 Công suất suy giảm ½  độ hao hụt là 3dB

 Công suất tăng gấp đôi  độ lợi là 3dB

Trang 50

KHẢ NĂNG CỦA KÊNH TRUYỀN

 Tốc độ truyền dữ liệu (Data rate)

 Tính bằng bit/giây

 Tốc độ mà dữ liệu có thể truyền đi

 Băng thông

 Tính bằng số chu kỳ trong một giây (Hz)

 Hạn chế bở thiết bị chuyền/nhận và đường truyền

 Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền.

Trang 51

TỐC ĐỘ TRUYỀN TÍN HIỆU

 Nếu băng thông là B thì tốc độ tín hiệu

cao nhất là 2B

 C = 2Blog 2 M

 C: tốc độ truyền tín hiệu cực đại

(bps) khi kênh truyền không có

nhiễu

 B: băng thông của kênh truyền (Hz)

 M: số mức thay đổi tín hiệu trên

đường truyền

Trang 52

Thí dụ 16: Một tín hiệu số có 8 mức Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức?

Giải: Số bit trong một mức = log2 8 = 3.

Thí dụ 18: Giả sử ta cần tải một tài liệu văn bản với tốc độ 100 trang mỗi giây, một trang

trung bình có 24 dòng và một dòng có 80 ký tự, một ký tự có 8 bit Tìm số bit cần truyền trong 1s?

Giải: tốc độ bit (bit rate) là:

100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.000 bps = 1,636 Mbps.

Thí dụ 20: Cho biết tốc độ bit của truyền hình độ phân giải cao (HDTV)?

Giải: HDTV dùng tín hiệu số để truyền tín hiệu hình chất lượng cao Màn hình của HDTV thường có tỉ lệ 16:9 Như thế thì có 1.920 x 1080 pixel cho mỗi màn hình, với tốc

độ quét dòng là 30 lần trong mỗi giây Mỗi pixel màu thì cần được biểu diễn bằng 24 bit 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 bps hay 1,5 Gbps

Các đài phát hình đã dùng phương pháp nén tín hiệu xuống còn từ 20 đến 40 Mbps

Trang 53

CÔNG THỨC NĂNG SUẤT SHANNON

 Xét tốc độ truyền, nhiễu và tỷ lệ lỗi

 Tốc độ càng cao dẫn đến thời gian cho một bit ngắn đi và một xuấthiện của nhiễu sẽ tác động đến nhiều bits Với một mức nhiễu thìtốc độ truyền càng cao dẫn đến tỷ lệ lỗi càng nhiều

 Signal to Noise ratio:

 SNR db = 10 x log 10 (S/N) (dB)

 SNR = S/N

 S: công suất tín hiệu

 N: công suất nhiễu

 Năng suất Shannon

C = B x log 2 (1 + SNR) (bps)

 C: tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không lỗi

Trang 54

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN

 Hữu tuyến (guided media – wire)

 Cáp đồng

 Cáp quang

 Vô tuyến (unguided media – wireless)

 Vệ tinh

 Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave,

 Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu

 Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn

 Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn

 Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách

Trang 55

NHỮNG THÀNH PHẦN CẦN QUAN

TÂM KHI THIẾT KẾ

 Băng thông

 Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao

 Suy yếu truyền dẫn

 Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung)

 Số lượng thiết bị nhận (receiver)

 Môi trường hữu tuyến

 Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm

Trang 56

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN

Trang 57

ĐƯỜNG TRUYỀN HỮU TUYẾN

 Cáp xoắn cặp (twisted pair cable): UTP, STP

 Cáp đồng trục (Coaxial)

 Cáp sợi quang (Fiber-optic cable)

Trang 58

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐƯỜNG

TRUYỀN HỮU TUYẾN

Frequency Range Typical

Attenuation

Typical Delay Repeater Spacing

Twisted pair (with

Trang 59

CÁP ĐỒNG SOẮN CẶP: TWISTED-PAIR

 Tách rời

 Xoắn lại với nhau

 Thường được bó lại

Trang 60

KHỬ NHIỄU VỚI DÂY SOẮN CẶP

Trang 62

ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁP SOẮN CẶP

Trang 63

CÁP ĐỒNG CÓ BỌC GIÁP

Trang 64

CÁP ĐỒNG CÓ BỌC GIÁP

 Vỏ bọc giáp – Shielded Twisted Pair (STP)

 Vỏ giáp bện giúp giảm nhiễu và tác động bên ngoài

 Đắt hơn

 Khó lắp đặt (cứng, nặng)

Trang 65

CÁP ĐỒNG TRỤC (COAXIAL CABLE)

Truyền được tốc độ 10 Mbps vài trăm mét

Trang 66

ỨNG DỤNG CÁP ĐỒNG TRỤC

 Môi trường truyền linh hoạt nhất

 Cáp truyền hình (dây anten và truyền hình cáp)

 Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa

 FDM

 Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi

 Sẽ bị thay thế bởi cáp quang

 Kết nối các thiết bị khoảng cách gần

 Mạng cục bộ

Trang 67

CÁP QUANG

 Lõi cáp được bọc bởi lớp sơn phủ (cladding) tạo ra cáp quang

 Lõi và lớp sơn phủ có thể được làm từ thủy tinh hay plastic nhưng có mật độ khác nhau

 Lớp bọc ngoài có thể được cấu tạo từ nhiều chất liệu khác nhau, bao gồm vỏ Teflon, plastic, plastic mạ kim loại hay lưới kim loại, tùy theo các ứng dụng khác nhau và điều kiện lắp đặt.

Trang 68

NGUỒN SÁNG CÁP QUANG

 Nguồn sáng có thể là LED hay laser

 Bộ thu phải có bộ cảm biến quang cho phép chuyển tín hiệu thu được sang tín hiệu điện.

Đầu nối cáp quang:

 Đòi hỏi sự chính xác như bản thân cáp quang, không cho phép có khoảng hở, cũng như không được ép quá sát - tín hiệu bị suy hao.

Trang 69

BẢN CHẤT ÁNH SÁNG

Sự khúc xạ: Khi ánh sáng chiếu qua 2 môi trường khác nhau

 Khi chiếu ánh sáng từ môi trường chiết suất nhỏ sang môi trường chiết suất lớn góc tới I > R (Hình a);

 Khi chiếu ánh sáng từ môi trường chiết suất lớn sang môi trường chiết suất nhỏ góc tới I < R (Hình b)

Trang 70

CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI

Trang 71

ỨNG DỤNG

 Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng

chục km).

 Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng

số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated

Services Digital Networks)

 Đường trung kế khoảng cách xa

 Trung kế đô thị

 Trung kế tổng đài nông thôn

 Thuê bao

 Khó khăn trong việc hàn cáp

Trang 72

BẢNG SO SÁNH CÁC LOẠI CÁP

Trang 73

TRUYỀN TẢI BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

?

LF Very low frequency VHF Very high frequency

LF Low frequency UHF Ultra high frequency

MF Middle frequency SHF Super high frequency

HF High frequency EHF Extremely high frequency

Trang 74

TRUYỀN TẢI BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

 Truyền và nhận bởi sóng vô tuyến trong không gian thông qua anten

 Có hướng

 Chùm định hướng (focused beam)

 Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn thận

 Vô hướng

 Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng

 Có thể được nhận bởi nhiều anten

Trang 76

ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN

 Khắc phục những khó khăn về địa lý khi triển khai hệ thống

 Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay đổi tùy theo hệ thống được

triển khai Ví dụ: BER của vệ tinh ~ 10 -10

 Tốc độ truyền thông tin đạt được thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps

 Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km)

 Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao

Trang 77

CÁC BĂNG TẦN TRUYỀN DẪN

Trang 78

 Các thiết bị (hoặc hệ thống) điện từ trường được sử dụng để bức xạ năng lượng

điện từ hoặc thu nhận năng lượng điện từ

Trang 79

Truyền sóng vô tuyến (Radio Frequency RF)

Sóng điện từ lan truyền trong không gian được sinh ra bởi điện từ trường

Trang 80

THU PHÁT SÓNG

Trang 81

SỰ BỨC XẠ

 Năng lượng được bức xạ trên các hướng không đồng nhất trên các hướng

 Anten đẳng hướng (theo lý thuyết) là một điểm trong không gian

 Bức xạ trên các hướng giống nhau

 Cho ra bức xạ hình cầu

Trang 82

ANTEN PARABOL

 Sử dụng trong truyền sóng vi ba và sóng vệ tinh

 Hình parabole là quỹ tích các điểm cách đều một đường thẳng vàmột điểm không nằm trên đường thẳng đó

 Nếu nguồn đặt tại điểm hội tụ sẽ sinh ra các sóng phản xạ lên bềmặt của anten song song với trục

 Nếu thiết bị thu đặt tại điểm hội tụ sẽ nhận được các sóng phản xạ

Trang 83

Phản Xạ Của Anten Parabolic

Trang 84

ĐỘ LỢI ANTEN

 Đánh giá tính định hướng của Anten

 Đánh giá bằng so sánh giữa năng lượng thụ được trên 1 hướng nhấtđịnh với một Anten đẳng hướng

 Đánh giá bằng Decibel (dB)

 Sự định hướng sẽ gây ra sự mất mát năng lượng trên các hướng khác

 Khu vực có lợi ảnh hưởng bởi kích thước và kiểu dáng Anten (tácđộng đến độ lợi)

Trang 85

SÓNG VIBA MẶT ĐẤT

 Truyền thẳng nên vi ba cần có các thiết bị thu phát

 Chảo parabol

 Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight)

 Viễn thông khoảng cách xa

 Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm trên đường thẳng)

 Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao

Trang 86

SÓNG VỆ TINH

 Vệ tinh là trạm trung chuyển

 Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếchđại (lặp lại tín hiệu) và phát trên mộttần số khác

 Cần quĩ đạo địa tĩnh

Trang 87

TRUYỀN VỆ TINH

Trang 88

SÓNG RADIO

 Vô hướng, 30MHz – 1GHz

 Sóng FM

 Truyền hình UHF và VHF

 Truyền theo đường thẳng (line of sight)

 Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh

 Phản xạ

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	6,06 MB