đề cương và đáp án môn kĩ thuật truyền dữ liệu

Câu 1: Hãy cho biết nguyên nhân suy giảm tín hiệu trên đường truyền. Vẽ sơ đồ minh họa. Câu 2: Cho biết có mấy loại nhiễu. Giải thích và vẽ sơ đồ minh họa tín hiệu nhiễu Câu 4: Điều kiện phân tách của mã hiệu là gì? Cho ví dụ

Câu 1: Hãy cho biết nguyên nhân suy giảm tín hiệu trên đường truyền Vẽ sơ đồ minh họa

Bao gồm các nguyên nhân sau đây: Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền và méo do trễ truyền, nhiễu Minh họa điện áp lúc truyền

và lúc nhận

1.Độ suy giảm tín hiệu trên đường truyền -Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm theo khoảng cách Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ tín hiệu là một hàm phức tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển -Cường độ tín hiệu nhận được phải: đủ mạnh để thiết bị nhận biết được, Đủ cao so với nhiễu để tín hiệu không bị lỗi -Do suy yếu là một hàm tăng theo tần sốKhắc phục: dùng kĩ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số, dùng bộ khuếch đại

2.Méo trễ lan truyền tín hiệu -xảy ra trong môi trường truyễn dẫn hữu tuyến -Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm, các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau

3.Nhiễu -Do tín hiệu thêm vào giữa các thiết bị phát và thu, bao gồm các loại nhiễu sau: Nhiễu nhiệt, Nhiễu điều chế, Nhiễu xuyên kênh (cross talk), Nhiễu xung

4.Tốc độ truyền kênh (khả năng kênh) -Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền -Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền

5.Tốc độ dữ liệu -Bao gồm số lần thay đổi tín hiệu đường truyền mỗi giây Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền

Câu 2: Cho biết có mấy loại nhiễu Giải thích và vẽ sơ đồ minh họa tín hiệu nhiễu

-Nhiễu trắng (nhiễu nhiệt): là tín hiệu nhiễu có công suất bằng nhau trong toàn khoảng băng thông Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng vì nó

có tính chất tương tự với ánh sáng trắng Nhiễu do nhiều nguôn khác

nhau gây ra như thời tiết, do bộ khuếch đại ở máy thu, nhiệt độ hay con người

-Nhiễu liên ký tự : gây bởi tín hiệu phản xạ có thời gian trễ khác nhau

từ các hướng khác nhau từ phát đến thu Ảnh hưởng này sẽ làm biến dạng hoàn toàn mẫu tín hiệu khiến bên thu không thể khôi phục lại được tín hiệu gốc ban đầu Để giảm nhiễu người ta dùng bộ lọc cos nâng và bộ lọc ngang ép không

-Nhiễu xuyên kênh: gây ra do các thiết bị phát trên các kênh liền nhau hay do tín hiệu truyền trên kênh vô tuyến bị dịch tần gây can nhiễu sang các kênh kề nó Để loại bỏ nhiễu xuyên kênh người ta phải có khoảng bảo vệ (guard band) giữa các dải tần.

-Nhiễu đồng kênh: xảy ra khi cả hai máy phát trên cùng một tần số hoặc trên cùng một kênh Máy thu điều chỉnh ở kênh này sẽ thu được

cả hai tín hiệu với cường độ phụ thuộc vào vị trí của máy thu so với hai máy phát Thường gặp trong hệ thống thông tin di động số Cellular, trong đó có tăng hiệu suất sử dụng phổ bằng cách sử dụng lại tần số Chỉ có thể tối thiểu hóa nhiễu đồng kênh bằng cách thiết kế mạng cellular phù hợp, các cell trong mạng có sử dụng cùng nhóm tần số không ảnh hưởng tới nhau, khoảng cách các cell cùng tần số phải đủ lớn.

-Nhiễu đa truy cập: do các tín hiệu của các user giao thoa với nhau, là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống Các phương pháp đa truy nhập gồm: -TDMA :đa truy nhập phân chia theo thời gian -FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số -CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã -DS CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp.

3 Vấn đề méo trễ truyền xãy ra trong môi trường nào?

Méo do trễ Méo do trễ là một hiện tượng đặc biệt đối với môi trường truyền hữu tuyến Hiện tượng méo này sinh ra bởi vì vận tốc truyền tín hiệu qua môi trường truyền hữu tuyến biến đổi khi tần số của tín hiệu

thay đổi Đối với một tín hiệu có dải thông giới hạn, vận tốc này có khuynh hướng đạt được giá trị lớn nhất tại các tần số gần với tần số cơ bản và giảm dần đối với các tần số nằm về hai phía biên của dải thông.

Do đó, khi tín hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau thì các thành phần này của tín hiệu sẽ di chuyển đến thiết bị thu tại các thời điểm khác nhau Hiện tượng méo do trễ là một hiện tượng rất quan trọng cần tính đến đối với dữ liệu số Ta hãy xét một chuỗi bit đang được truyền bằng tín hiệu tương tự hoặc số Vì hiện tượng méo do trễ, một vài thành phần của tín hiệu của một bit sẽ rớt lại vào các bit phía sau gây ra hiện tượng làm giới hạn tốc đọ truyền bit tối đa.

Câu 4: Điều kiện phân tách của mã hiệu là gì? Cho ví du

- Độ ch m giải ma: là số ky hiệu cần phải nhận đủ để có thể phân tách được từ ma Bất ky day ậ các từ ma nào của bộ ma cũng không được trùng với một day từ ma khác của cùng bộ ma VD: Lấy bộ ma 00, 01, 100, 1010, 1011 khi nhận được 1000101001011101101 chỉ có thể phân tách một cách duy nhất thành day các từ ma: 100_01_01_00-1011_1011_01

-Điều kiện để tách được ma: Định ly 1: Điều kiện cần và đủ để ma có tính phân tách là không có

1 tổ hợp ma nào trong các cột từ j>=2 trùng với 1 từ ma trong cột 1 Vd: Xét tính phân tách của

bộ ma 10, 100, 01, 011

Trong các cột từ 2, 3, … Các bảng thứ này không có tổ hợp ma nào trùng với các từ ma trong cột

1, nhưng có thể điền các cột j đến vô hạn mà không gặp cột trống Bộ ma này phân tách được nhưng độ chậm giải ma là vô hạn Định ly 2: Điều kiện cần và đủ để ma có tính phân tách là không có bất ky từ ma nào trùng với phần đầu của từ ma khác của cùng bộ ma -> ma có tính prefix Vd: Từ ma: 011001110 -> 01100111, 0110011, 011001, 01100, 0110, 011, 01, 0

Câu 5: Thế nào là điều chế và giải điều chế? Có mấy phương pháp điều chế? Vẽ sơ đồ minh hoạ

Điều chế: là quá trình chuyển đổi phổ tần của tín hiệu cần truyền đến một vùng 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, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau của cùng một đường truyền -Trong hệ thống truyền tin liên tục, các tin hình thành từ nguồn tin liên tục được biến đổi thành đại lượng điện (áp, dòng) và chuyển vào kênh VD: Điện thoại -> khi truyền qua khoảng cách lớn -> điều chế(I, F, P) -> tức là chuyển thông tin thành một dạng năng lượng thích hợp với môi trường +Đối với hệ thống truyền tin rời rạc, qui luật ma hiệu điều khiển 1 hoặc nhiều thông số của năng lượng được dùng để mang tin VD: Điện báo -> qui luật ma hiệu điều khiển biên độ dòng 1 chiều

-Giải điều chế: là phép biến đổi ngược lại của phép điều chế, điều khác là tín hiệu đầu vào của thiết bị giải điều chế không phải chỉ là tín hiệu đầu ra của thiết bị điều chế, mà là một hỗn hợp tín hiệu điều chế và tạp nhiễu Nhiệm vụ của các thiết bị giải điều chế là từ trong hỗn hợp đó lọc

ra được thông tin dưới dạng 1 hàm điện áp liên tục hoặc một day xung điện rời rạc giống như thông tin ở đầu vào thiết bị bị điều chế với sai số trong phạm vi cho phép VD: Tách sóng biên độ, tách sóng pha, tách sóng đồng bộ, lọc tin liên kết, lọc tối ưu…

-Các phương pháp điều chế cao tần: cũng giống như trường hợp truyền tin liên tục, nhưng làm việc gián đoạn theo thời gian gọi là khoá lịch VD: Phương pháp điều chế khoá lịch biên độ ASK(Amplitude Shift Key), điều pha PSK, điều tần FSK dùng sóng mang có tần số cao để truyền tín hiệu đi xa

Câu 6: Thế nào là truyền dẫn nối tiếp không đồng bộ và đồng bộ?

-Truyền dẫn nối tiếp không đồng bộ: là cách thức truyền các ky tự ma hóa thông tin đi tại những

thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai kí tự không cần thiết phải là một giá trị cố định Ở chế độ truyền này, máy thu và máy phát độc lập trong việc sử dụng đồng hồ hay bộ xung clock cho việc dịch bit dữ liệu và do đó không cần truyền tín hiệu đồng hồ giữa 2 đầu thu và phát

-Một số nguyên tắc trong nối tiếp bất đồng bộ bao gồm:

Đồng bộ bit:

-Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit: PISO – SIPO

-Đồng hồ của thiết bị thu chạy không đồng bộ với tín hiệu thu

-Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát để lấy mẫu tín hiệu đến, ngay điểm giữa thời của bit dữ liệu Với N càng lớn thì vị trí lấy mẫu có khuynh hướng gần giữa thời bit hơn -Đồng bộ ky tự : Mạch điều khiển truyền nhận được lập trình để hoạt động với số bit bằng nhau trong một ky tự kể cả số bit stop, bit start và bit kiểm tra giữa thu và phát

Các bước :

-Phát hiện và nhận start bit

-Đếm đúng số bit đa được lập trình

-Chuyển ky tự nhận được vào thanh ghi đệm thu nội bộ

-Thông báo với thiết bị điều khiển (CPU) rằng đa nhận được một ky tự mới

-Đợi cho đến khi phát hiện một start bit kế tiếp

Đồng bộ khung : Khi thông điệp gồm khối các ky tự thì thường được xem như một frame thông tin (information frame) Bên cạnh việc đồng bộ bit và đồng bộ ky tự, máy thu còn phải xác định được điểm đầu và điểm kết thúc của một frame

-Nguyên tắc: đóng gói chúng thành một khối hoàn chỉnh dùng các ky tự điều khiển (STX, ETX, DLE)

_Truyền dẫn nối tiếp đồng bộ : là cách thức truyền mà trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là

như nhau và trong hệ thống truyền kí tự khoảng thờigian từ bit cuối của kí tự này đến bit đầu của kí tự kế tiếp bằng 0 hoặc bằng bội số tổng thời gian cần thiết truyền hoàn chỉnh của một kí

tự -Việc thêm các start bit và nhiều stop bit vào mỗi một ky tự hay byte trong thông tin nối tiếp bất đồng bộ làm cho hiệu suất truyền giảm xuống, đặc biệt là khi truyền một thông điệp gồm một khối ky tự Mặt khác phương pháp đồng bộ bit được dùng ở đây trở lên thiếu tin cậy khi gia tăng tốc độ truyền Vì lí do này người ta đưa ra phương pháp mới gọi là truyền đồng bộ khắc phục được những nhược điểm trên

_Một số nguyên tắc trong nối tiếp đồng bộ bao gồm:

-Nguyên tắc đồng bộ bit : đồng hồ thu chạy đồng bộ với tín hiệu đến, các start bit và stop bit không được dùng, mỗi frame được truyền như là dòng liên tục các ky số nhị phân Máy thu đồng

bộ bit trong hai cách là ma hóa xung đồng hồ với thông tin định thời được nhúng vào trong tín hiệu truyền và sau đó được tách ra bởi máy thu, hoặc máy thu có một đồng hồ cục bộ được giữ đồng bộ với tín hiệu thu nhờ một thiết bị gọi là DPLL - lợi dụng sự chuyển trạng thái từ bit 1 ->0 hay từ 0 ->1 trong tín hiệu thu để duy trì sự đồng bộ qua một khoảng thời gian định kì nào đó Ngoài ra còn có thể phối hợp cả hai cách trên

-Truyền đồng bộ thiên hướng ky tự : được dùng chủ yếu để truyền các khối ky tự, vì không có start bit hay stop bit nên để thực hiện đồng bộ ky tự, máy phát thêm vào các ky tự điều khiển truyền (gọi là ky tự điều khiển đồng bộ SYN) ngay trước các khối ky tự truyền gồm hai chức năng: đầu tiên cho máy thu duy trì đồng bộ bit và khi điều khiển đa được thực hiện thì cho phép máy thu bắt đầu biên dịch luồng bit theo các ranh giới ky tự chính xác (sự đồng bộ ky tự)

-Truyền đồng bộ thiên hướng bit : Việc dùng một cặp ky tự bắt đầu và kết thúc một frame để đồng bộ frame, cùng với việc thêm vào các ky tự DLE không hiệu quả cho việc truyền số liệu nhị phân Dạng của các ky tự điều khiển truyền thay đổi theo các bộ ma ky tự khác nhau, vì vậy chỉ

có thể sử dụng với một bộ ky tự  Để khắc phục các vấn đề này người ta dùng phương pháp truyền đồng bộ thiên hướng bit Ba cách đồng bộ frame thiên hướng bit là dùng cờ, chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu frame, cưỡng bức ma hóa bit

Câu 7: Thiết kế một sơ đồ mạng truyền dữ liện LANWAN-LAN và giải thích quá trình truyền dữ liệu như thế nào từ trạm nguồn đến trạm đích Chức năng của các thiết bị tham gia truyền dữ liệu

Quá trình truyền một file âm thanh từ Trường ĐHKH Huế sang một địa điểm tại Mỹ như sau:

Âm thanh từ Micro -> Loa ngoài -> Laptop-> Access Point -> Switch -> Router -> Modem -> Transducer -> Cloud server -> Cáp quang -> Transducer -> Modem ->Router->Switch->

Accesspoint -> Laptop-> Loa ngoài.

Hình vẽ mô tả đường truyền với các thông số kỹ thuật của các thiết bị và loại đường dây được

sử dụng:

Giải thích quá trình truyền dữ liệu:

-Âm thanh phát ra micro dưới dạng sóng cao tần truyền đến loa, được loa biến đổi thành sóng

âm tần tai người nghe được

-Loa được nối với cổng AV Laptop bằng dây AV, âm thanh đó chuyển từ dạng sóng sang dạng điện từ , sau đó được Laptop ghi vào bộ nhớ dưới dạng số là file âm thanh mp3

-Sinh viên ở ĐHKH Huế dùng Laptop để gửi file mp3 này lên Internet thông qua mạng không dây của Access point (LinksysWRT300N) trong trường ĐHKH bán kính 100m với địa chỉ IP

192.168.0.10, file này được điều chế khi qua Router, và tiếp tục được chuyển thành tín hiệu số khi qua Modem (để truyền trong cáp đồng trục với băng thông ~0 to 500 MHz) và truyền đến Cloud của nhà mạng FPT

-Nhà mạng FPT sử dụng thiết bị Transducer để chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền trên tuyến cáp quang biển AAG (Asia - America Gateway) băng thông 186 - 370 THz kéo dài từ Việt Nam đến châu Mỹ để truyền file

-Tại Mỹ, cuối tuyến cáp quang là 1 Transducer khác có nhiệm vụ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện Khi qua Modem của nhà mạng AT&T của Mỹ, dữ liệu được giải ma file thành dạng tín hiệu số Modem được nối với một Router để định tuyến đường truyền đến địa chỉ IP người nhận 17.16.0.2, tại đây có 1 Accesspoint phạm vi 500m, Laptop ở đây sẽ kết nối với internet thông qua Accesspoint này và thu nhận dữ liệu về bộ nhớ lưu thành tệp mp3

-Laptop chuyển thành tín hiệu điện từ truyền qua loa thông qua dây AV Out, tín hiệu được loa chuyển thành sóng âm thanh và truyền đến tai người bạn ở Mỹ Mô hình quá trình truyền dữ liệu Chức năng của các thiết bị tham gia truyền dữ liệu:

-Accesspoint TPLink: 4 cổng LAN, 1 cổng WAN, 150Mbps, băng tần 2,4Ghz và 5GHz -Router Tenda: 5 cổng RJ45, 10/100Mbps, 2.4GHz-2.5GHz -Modem TPLink: 4 cổng RJ45, 10/100Mbps, tần số 2.4- 2.5GHz

Câu 9: Thế nào là quá trình ngẫu nhiên rời rạc, day ngẫu nhiên liên tục, day ngẫu nhiên rời rạc Cho ví dụ và giải thích

_ QT ngẫu nhiên liên tục: Nguồn tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh trong hệ thống truyền tin thoại, truyền hình với FM, AM

_ QT ngẫu nhiên rời rạc: là quá trình ngẫu nhiên liên tục sau khi được lượng tử hóa VD: 1 ngôn ngữ, tín hiệu điện tín, các lệnh đkhiển là các nguồn tin liên tục sau khi được lượng tử hóa thì chuyển thành tín hiệu dạng số rời rạc

-Day ngẫu nhiên liên tục: là nguồn liên tục đa được gián đoạn hóa theo thời gian VD: Hệ thông tin xung điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation), điều pha xung (PPM), điều tần xung (PFM)… không bị lượng tử hóa

-Day ngẫu nhiên rời rạc: các hệ thống truyền tin xung có lượng tử hóa VD: FM, AM, điều biên xung lượng tử hóa, điều xung ma (PCM)…

VD: Quá trình biến đổi tín hiệu -Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dưới dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử ly, diễn giải -Thông tin: y nghĩa được gán cho dữ liệu -Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua một môi trường truyền dẫn

Câu 10: Cho một bộ mã, xác định hàm cấu trúc của mã Cho từ mã xác định mã có tính Prefix.

Hàm cấu trúc của ma cho ta đặc tính quan trọng của ma là sự phân bố của các từ ma theo độ dài, ky hiệu G (n1) Ví dụ: cho một bộ ma 00, 01, 100, 1010, 1011 có hàm G(n) dưới dạng sau: G(ni) = 2, khi ni=

2 G(ni) = 1, khi ni= 3 G(ni) = 2, khi ni= 4 Từ hàm cấu trúc có thể phân biệt được ma đều hay không đều Định ly 2 về phân tách các ma hiệu, ta có: Điều kiện cần và đủ để ma có tính phân tách được là không có bất ky từ ma nào trùng với phần đầu của từ ma khác của cùng bộ ma nên ma có tính prefix VD: từ ma

011001110 có thể tách thành bộ ma gồm các từ ma sau: 01100111, 0110011, 011001, 01100,

0110,011,01,0 và không có từ ma nào trong số này trùng với phần đầu của từ ma khác trong cùng bộ ma -> ma có tính Prefix

Câu 11:Thế nào là chuyển mạch theo không gian, thời gian Giải thích và vẽ sơ đồ minh họa

-Chuyển mạch không gian

+Được phát triển cho môi trường tương tự

+Đường kết nối riêng biệt một cách vật ly

+Chuyển mạch ma trận điểm kết nối (crossbar matrix)

Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm -Việc mất các điểm kết nối dẫn tới việc không có khả năng kết nối qua điểm đó

-Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém Khi tất cả các trạm được kết nối, chỉ có vài điểm kết nối được dùng -Non-blocking Chuyển mạch không gian 1 tầng