Kỹ Thuật Truyền Số Liệu Chương 2

 Tốc độ dữ liệu data rateTốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps bit per second  Khoảng rộng hoặc chiều dài 1 bit Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bit GV: Th.s Lương Hoài Thương...

Trang 2

Một mẫu hệ thống truyền dữ liệu gồm 3 bộ phận chính:

 Một cặp thiết bị xử lý tín hiệu: một của máy phát và một của máy thu

 Một cặp giao diện nối tiếp (thiết bị đầu cuối Data Terminal Equipment - DTE)

 Một cặp giao diện truyền dữ liệu (thiết bị truyền dữ liệu Data Communication Equipment - DCE)

KHÁI QUÁT

GV: Th.s Lương Hoài Thương

Trang 3

theo phương thức mà máy phát gởi đi.

KHÁI QUÁT

Trang 4

Ví dụ:

Trang 5

DỮ LIỆU SỐ  TÍN HIỆU SỐ

Trang 6

CÁC PHƯƠNG THỨC MÃ HÓA

Trang 7

 Tốc độ dữ liệu (data rate)

Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

 Khoảng rộng hoặc chiều dài 1 bit

Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit

Trang 8

CÁC THUẬT NGỮ

 Tốc độ điều chế (modulation)

 Tốc độ mức tín hiệu thay đổi

 Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây

 Mark và Space

 Tương ứng với 1 và 0 nhị phân

Trang 9

UNIPOLAR- MÃ ĐƠN CỰC

 Mã hóa đơn giản nhất

 Một mức điện áp biểu thị cho bit ‘0’ và một mức điện áp khác biểu thị cho bit ‘1’.

 Bit ‘0’ -> 0 volt và ‘1’-> +V volt (+5V, +9V…).;

Ưu điểm: đơn giản và chi phí thấp

Khuyết điểm: Tồn tại điện áp một chiều (DC) và bài toán đồng bộ

Trang 10

POLAR - NONRETURN TO ZERO (NRZ-L)

 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0,

 Điện áp không thay đổi khi không có sự thay đổi tín hiệu

 Điện áp thay đổi khi có sự thay đổi tín hiệu

 bit 0 – mức cao; bit 1 - mức thấp

Trang 11

POLAR - NONRETURN TO ZERO

INVERTED (NRZI)

Trang 12

POLAR - RZ

 Bit ‘0’ -> Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V

và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V.

 Bit ‘1’ -> Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V

và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V.

Trang 13

Trang 14

BIPHASE - MANCHESTER

 Thay đổi ở giữa thời khoảng bit

 Thay đổi được dùng như tín hiệu đồng bộ dữ liệu

Trang 15

BIPHASE - DIFFERENTIAL MANCHESTER

Thay đổi ở giữa thời khoảng bit

Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0

Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1

Dùng trong IEEE 802.5

Trang 16

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA BIPHASE

 Nhược điểm

 Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và có thể có tới 2

 Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ

 Cần nhiều băng thông hơn

 Ưu điểm

 Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit

 Không có thành phần một chiều

 Phát hiện lỗi

 Khi thiếu sự thay đổi mong đợi

Trang 17

SO SÁNH TỐC ĐỘ ĐIỀU BIẾN

Trang 18

BIPOLAR-AMI (Alternate Mark Inversion)

 Bit-0 được biểu diễn bằng không có tín hiệu

 Bit-1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm

 Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ

 Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài

 Không có thành phần một chiều, Băng thông thấp

 Phát hiện lỗi dễ dàng

Trang 19

Trang 20

 Không hiệu quả bằng NRZ

 Mỗi phần tử tín hiệu chỉ biểu diễn 1 bit

 Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit

 Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức điện áp (+A, -A, 0)

 Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit lỗi

HẠN CHẾ CỦA BIPOLAR

Trang 21

 Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo ra hằng số điện áp

 Chuỗi thay thế

 Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa

 Phải được nhận diện bởi bộ thu và thay thế trở lại chuỗi ban đầu

 Cùng độ dài như chuỗi ban đầu

 Không có thành phần một chiều

 Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0

 Không giảm tốc độ dữ liệu

 Có khả năng phát hiện lỗi

Trang 22

 B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)

 Dựa trên bipolar-AMI

 Nếu có 8 số 0 liên tiếp

 xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, mã thành 000+–0–+

 xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã thành 000–+0+–

 Gây ra 2 vi phạm mã AMI

 Khó có thể xuất hiện với tác động bởi nhiễu

 Bộ thu phát hiện và diễn giải chúng thành 8 số 0 liên tiếp

Trang 23

23 GV: Th.s Lương Hoài Thương

Trang 24

 HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

 Dựa trên bipolar-AMI

 Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế bởi một hoặc hai xung

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Bài tập

GV: Th.s Lương Hoài Thương 27

Trang 28

Bài tập

Trang 29

Bài tập

Trang 31

 Điều biên: A mplitude- S hift K eying (ASK)

 Điều tần: F requency- S hift K eying (FSK)

 Điều pha: P hase- S hift K eying (PSK)

TÍN HIỆU SỐ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ

Analog and digital transmission

Analog data Analog

signal Digital signal

QAM

Trang 32

CÁC YẾU TỐ ĐIỀU CHẾ SỐ

 Tốc độ bít (Rbit): là số bit được truyền trong một giây –bps

 Tốc độ baud (Rbaud = Nbaud): là số đơn vị tín hiệu truyền trong một giây baud/s

- Đơn vị tín hiệu là một tín hiệu sóng mang (sin) đã chứa tín hiệu số ( co thể mang 1bit, 2bit, 3 bit…)

Ý nghĩa tốc độ baud nhằm xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu.

 Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu Rbit= Rbaud x n

Trang 33

Trang 34

Điều biên (ASK)

 Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1 (thông thường một biên độ bằng 0)

 Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất

 Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp (~1200bps trên

kênh truyền thoại)

 Tần số của tín hiệu sóng mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn giao tiếp đang được sử dụng

 Kỹ thuật được dùng trong cáp quang

Trang 35

Điều biên ASK với 2 biên độ

2 sin(

1 )

f A

binary t

f

A t

Trang 36

Điều biên ASK một biên độ

1 )

f

A t

Trang 37

Băng thông (ASK)

Trang 38

Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)

 Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứng mức 1, tần số thấp tương ứng mức 0.

 Ít lỗi hơn so với ASK

 Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấp hơn trên mạng điện thoại

 Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên sóng radio hoặc cáp đồng trục

2 sin(

1 )

f A

binary t

f

A t

s



Trang 39

Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)

Trang 40

Điều tần (FSK) – Multiple (FSK)

 Dùng nhiều hơn 2 tần số

 Băng thông được dùng hiệu quả hơn

 Khả năng lỗi nhiều hơn

 Mỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit dữ liệu

Trang 42

Điều pha (PSK)

 Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này

 Điều pha hai pha (Binary PSK): có 2 pha thể hiện 2 số nhị phân

 Điều pha biến pha (Differential PSK) – thay đổi pha tương đối

so với sóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)

Trang 43

2 cos(

1 )

2 cos(

) 2

cos(

) 2

cos(

)

(

binary t

f A

binary t

f A

t f A

t f

A t

Trang 44

Giản đồ pha 2-PSK

Trang 45

Điều pha (4- PSK)

 Quadrature PSK (QPSK)

 M-ary PSK

 Hệ thống 64 và 256 trạng thái

 Cải thiện tốc độ dữ liệu với băng thông không đổi

 Tăng khả năng tiềm ẩn lỗi

270 2

cos(

10 )

180 2

cos(

01 )

90 2

cos(

00 )

0 2

cos(

) (

t f A

t s

c c c c



Trang 46

Sơ đồ khối bộ PSK-4

Trang 47

Sơ đồ bộ giải điều chế PSK-4

Trang 48

Băng thông 4 - PSK

Trang 49

Sơ đồ khối PSK-8

a, b xác định cực tính của tín hiệu

c xác định biên độ của tín hiệu 0.821v và 0.34v

Trang 50

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

 Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang

 Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 ¨

 Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế

 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường

 Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu

Trang 51

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

Trang 52

Sơ đồ khối QAM -8

Trang 53

Sơ đồ khối QAM-16

Trang 55

 Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM)

 Điều chế Delta: Delta Modulation (DM)

Analog data Analog signal Digital signal

Digital data Analog signal Digital signal

Analog  Digital

DM PCM

Trang 56

Điều chế xung mã (PCM)

 Lý thuyết lấy mẫu

 “Nếu tín hiệu f(t) được lấy mẫu đều với tốc độ lấy mẫu cao hơn tối thiểu 2lần tần số tín hiệu cao nhất, thì các mẫu thu được chứa đủ thông tin củatín hiệu ban đầu T/h f(t) có thể được tái tạo, dùng bộ lọc thông thấp”

 Công thức Nyquist: N >= 2f

 N: tốc độ lấy mẫu

 f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu

 Dữ liệu tiếng nói

Trang 57

Điều chế xung mã (PCM)

 PAM (Pulse Amplitude Modulation)

 Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B

 Lượng tử hóa các xung PAM

 Xác định giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng đó

 Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2 n (n là số bit cần thiết để số hóa 1 xung)

Discrete-time, discrete-amplitude signal (PCM pulses)

Digital bit stream output signal

Trang 58

Điều chế xung mã (PCM)

Trang 59

Điều chế xung mã

Trang 60

Non-linear coding

 Mức lượng tử không đều

 Giảm méo tín hiệu

 Companding (compressing-expanding)

Trang 61

Sự nén - giãn

 PCM tuyến tính: quan hệ giữa điện áp và giá trị mã hóa là quan hệ

đường thẳng trong đó sự gia tăng các mức là không đổi.

 Điểm bất lợi của phương pháp PCM là sai số như nhau với mọi điện áp tín hiệu.

 Khắc phục: dùng phương pháp mã hóa theo đường cong, cụ thể là dạng

logarit, ta gọi là PCM logarit

 Tín hiệu có giá trị nhỏ được mã hóa với khoảng cách mức nhỏ hơn và tín hiệu có giá trị càng lớn được mã hóa với khoảng cách mức càng lớn hơn.

Trang 62

Sự nén - giãn

Luật nén µ-255:

 Mỗi tín hiệu được lấy mẫu và mã hóa bởi số nhị phân 12 bit để có đươc độ phân giải cao.

 Thay vì truyền đi 12 bit này, người ta nén xuống còn 8 bit.

 Bit dấu không thay đổi

 11 bit còn lại được chia thành 8 đoạn mỗi đoạn 3 bít xác định bằng cách lấy 7 trừ cho số số 0 đầu tiên của mã 11 bit.

 Bit 1 đầu tiên sau các bit 0 sẽ không được phát đi, 4 bit theo sau ngay bit 1 này được phát đi trọn vẹn và đó là các bit cuối cùng của mã 8 bit, tất cả các bit còn lại

sẽ bị bỏ đi

Trang 63

Xác định mẫu mã hoá 12 bít bằng: Vt/h/Vref => đổi sang nhị phân 12 bit có dạng

SC1Axxx

S:bit dấu, C=Σ0 sau s, A:4 bit sau bit 1, xxx só bit còn lại.

Mã nén có dạng SBA ( B=7-C: lấy 3 bit)

Mã truyền: SAB  SBA

Trang 64

9F

Trang 65

Điều chế Delta (DM)

 Tín hiệu tương tự được xấp xỉ bởi hàm bậc thang (staircase)

 Hành vi nhị phân

 Đi lên hay xuống 1 mức () tại mỗi thời khoảng lấy mẫu

Trang 66

Điều chế Delta (DM)

So sánh tín hiệu tương tự với bước delta

 Nếu delta < t/h thì bước delta đi lên – ngõ ra nhị phân 1

 Nếu delta ≥ t/h thì bước delta đi xuống – ngõ ra nhị phân 0

Trang 67

Điều chế Delta (DM)

Trang 68

69

Trang 69

Trang 70

Hiệu suất của điều chế

 Để tái tạo tiếng nói tốt

 PCM - 128 mức (7 bit)

 Băng thông thoại 4khz

 Cần 8000 x 7 = 56kbps đối với PCM

 Kỹ thuật nén dữ liệu có thể cải thiện thêm

 Ví dụ: kỹ thuật mã xen khung (interframe coding) cho video

Trang 71

Analog  Analog

 Ứng dụng

 Dùng để điều chế dữ liệu tương tự: thay đổi tần số truyền (tần

số cao hơn truyền dẫn tốt hơn)

 Dùng cho FDM

 Kỹ thuật

 Điều chế biên: Amplitude Modulation (AM)

 Điều chế góc (Angle Modulation)

 Điều chế tần số: Frequency Modulation (FM)

 Điều chế pha: Phase Modulation (PM)

Analog data Analog signal Digital signal

Digital data Analog signal Digital signal

Analog  Analog

Angle AM

PM FM

Trang 72

Điều chế biên (AM)

M(f)

f B

M(f)

f

fc – B fc fc + B

Upper sideband

Lower sideband

Discrete carrier term

BWAM=2Fmax=2BWi

Trang 73

Ví dụ: Băng thông của tín hiệu thoại thường là 5KHz Như thế các đài phát thanh AM cần băng thông tối đa là 10 KHz Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz.

Trang 75

Điều chế tần số (FM)

Trang 76

Các chương trình phát FM phát trong dải tần từ 88 MHz đến 108 MHz, các đài phải được phân cách ít nhất 200 KHz để tránh trùng lắp sóng.

Trang 78

Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu

 Baudot (Emile Baudot)

 5 bit (32 mã)

 dùng 2 mã 5 bit (letter & figure) để mã hết các ký tự, chữ số và dấu

 ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

 7 bit (128 mã), bao gồm các ký tự chữ thường và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt.

 Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự.

 EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

Trang 79

Mã Baudot

Trang 80

Mã ASCII

Trang 81

Trang 82

Cấu trúc kênh truyền

 Song song (Parallel)

 Mỗi bit dùng một đường truyền riêng Nếu có 8 bits được truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8

đường truyền độc lập

 Để truyền dữ liệu trên một đường truyền song song, một kênh truyền riêng được dùng để

thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal)

 Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp

Trang 83

Cấu trúc kênh truyền

 Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit

 Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ

Trang 84

Truyền bất đồng bộ và đồng bộ

 Những yêu cầu định vị thời gian (timing) đòi hỏi một cơ chế đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận

 Có 2 giải pháp

 Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit

 Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ

Trang 85

Truyền bất đồng bộ

 Dữ liệu được truyền theo ký tự (5 - 8 bits).

 Để tạo sự đồng bộ thì cần thêm vào các bit start, stop, parity.

 Bit start (0) trước mỗi ký tự, bit stop (1) sau mỗi ký tự, parity trước bit stop.

 Số bit start là 1, bit stop có thể là 1, 1.5, 2 tùy thuộc vào loại mã.

 Ở trạng thái nghĩ máy sẽ phát bit 1 gọi là bit nghỉ.

 Bit LSB luôn truyền đi trước.

Trang 86

Truyền bất đồng bộ

Trang 87

1 Phía phát cần phát đi ký tự “TA” (ASCII) được truyền theo nguyên tắc bất đồng bộ: 1

bit start và 2 bits stop.

a Hãy tạo dãy data phát.

b vẽ các loại mã đã học NRZL, MANCHESTER, AMI, HDB3.

2 Cho dãy số liệu được mã hóa dưới dạng HDB3 truyền theo nguyên tắc bất đồng bộ có 1 bit start, 2 bit stop.

a Ký tự được truyền đi là ký tự nào ?

b Hãy vẽ các loại mã NRZ-I, AMI, B8ZS

HDB30

Trang 88

Cơ chế hoạt động của truyền bất đồng bộ

 Đối với dòng dữ liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự là đồng nhất

 Ở trạng thái không truyền, bộ thu tìm - xác định sự chuyển 1  0, lấy mẫu 7

khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự), đợi việc chuyển 1  0 cho ký tự kế tiếp

 Đơn giản, rẻ

 Phí tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự (~20%)

 Thích hợp cho truyền thông báo ngắn.

 Khi truyền file dữ liệu dài thì truyền nối tiếp không đồng bộ kém hiệu quả.

Trang 89

Truyền đồng bộ - mức bit

 Truyền các khối dữ liệu không cần start/stop bits

=> Dữ liệu được truyền liên tục.

 Để đồng bộ máy phát và máy thu:

 Truyền xung ck cùng với dữ liệu: dung 2 dây phát, 2 dây thu => khoảng cách ngắn.

 Bên thu tạo xung ck dựa vào dữ liệu truyền, để ckt=ckp

 => sử dụng trong PLL (Phase Locked Loop) trong modem thu.

 Dùng cờ hiệu để đồng bộ: sử dụng trong nhiều mạng đồng bộ Tiêu biểu là:

BISYNC, SDLC, HDLC

Trang 90

GIAO THỨ BISYNC (bisynchronous - BSC)

 BISYNC là giao thức kiểm tra theo thứ tự

 Thông báo dạng BISYNC được truyền theo khối, mỗi khối có một hay nhiều tín hiệu đồng bộ SYN.

 Mã được dùng trong BISYNC thường là mã ASCII

 Các ký tự điều khiển là: SYN, SOH, STX, EXT.

Trang 92

Ví dụ truyền chữ TEST và kiểm tra chẵn lẻ theo hàng

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6

Bản tin được truyền có dạng là

Trang 93

GIAO THỨC SDLC Synchronous Data Link Control

Trang 94

 Có dạng 01111110, đặt ở đầu & cuối bản tin

 Máy nhận quét tìm cờ để đồng bộ

 Chèn thêm bit (bit stuffing) được dùng để tránh lẫn lộn dữ liệu chứa 01111110

 0 được chèn thêm vào mỗi khi chuỗi 5 số 1 liên tiếp xuất hiện

 Nếu máy nhận phát hiện 5 số 1, nó kiểm tra bit kế tiếp

 Nếu bit đó là 0, nó xóa bit 0 đó

Trường cờ

Định dạng
Số trang	199
Dung lượng	11,23 MB