Điện tử viễn thông 1 chuong 1 cac khai niem co ban 2016 khotailieu

Nội dung Sơ đồ khối Hệ thống thông tin số Tín hiệu – Dữ liệu Các khái niệm cơ bản Môi trường truyền... Truyền dẫn Truyền dẫn tương tự Không quan tâm dến nội dung dữ liệu được truyề

Nội dung

Sơ đồ khối Hệ thống thông tin số Tín hiệu – Dữ liệu

Các khái niệm cơ bản

Môi trường truyền

Sơ đồ khối của hệ thống thông tin số

Chức năng từng khối:

• Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tin tức

cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân

• Mã hóa nguồn: thực hiện nén nhằm giảm tốc độ bít để

giảm chiếm của tín hiệu số

• Mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một

khóa xác định nhằm bảo mật tin tức

• Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động

xấu khác của đường truyền dẫn

• Ghép, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin

khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một

hệ thống truyền dẫn

• Điều chế, thường gọi tắt là MODEM: đưa tín hiệu sang

phổ tần thích hợp với kênh truyền để truyền giảm suy hao

• Trải phổ: nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý

gây ra để phá liên lạc) và bảo mật tin tức

• Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy

nhập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu

• Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng

mang đối với các hệ thống thông tin liên kết (coherent)

• Lọc (được thực hiện tại máy thu phát đầu cuối), bao

gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền

(Bên thu thực hiện ngược lại)

Các khái niệm cơ bản: tín hiệu

Tín hiệu tương tự (analog signal)

Các giá trị liên tục theo thời gian

Tín hiệu số (digital signal)

Giữ ở một mức sau dó chuyển sang một mức khác

Trang 5

Tín hiệu tuần hoàn

Lập lại theo thời gian

Chu kì T

Tần số f=1/T

Trang 9

Một số tín hiệu sin

x(t) = Asin(2 ft + )

Trang 11

Khái niệm miền tần số

Biểu diễn miền tần số của tín hiệu sin

Khái niệm miền tần số

Giá trị miền tần số của tín hiệu bất kì ?

Phân tích Fourier

Phân tích một tín hiệu bất kì thành tổng các tín

hiệu sin

Truyền dẫn

Truyền dẫn tương tự

Không quan tâm dến nội dung dữ liệu được truyền Suy giảm khi truyền xa

Dùng bộ khuếch dại (amplifier) dể truyền dữ liệu di xa

Khuếch dại cả tín hiệu lẫn nhiễu

m(t) Digital/Analog Modulator analog s(t) Demodulator m(t)

fc

S(f)

f

fc

Truyền dẫn (tt)

Truyền dẫn số

Quan tâm dến nội dung dữ liệu được truyền

Nhiễu và sự suy giảm tín hiệu sẽ ảnh hưởng dến

sự tích hợp

Dùng bộ lặp (repeater) dể truyền dữ liệu di xa

Không khuếch dại nhiễu

g(t) Digital/Analog Encoder x(t)

digital Decoder g(t)

x(t)

t

Hiệu quả kênh truyền

Có thể truyền nhiều kênh hơn trên cùng một đường truyền

Analog and digital transmission Analog

data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal

Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn

Dữ liệu tương tự/ tín hiệu tương tự

Gởi bình thường

Mã hóa vào phần phổ khác

Dữ liệu tương tự/ tín hiệu số

Dùng bộ codec dể tạo ra chuỗi

bit số

Dữ liệu số/ tín hiệu tương tự

ðược mã hóa, dùng modem dể tạo ra tín hiệu

Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn (tt)

Tín hiệu tương tự/ truyền dẫn tương tự

Lan truyền thông qua các bộ khuếch dại, xử lý tín hiệu như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tự

Tín hiệu tương tự/ truyền dẫn số

Xem tín hiệu biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeater

Tín hiệu số/ truyền dẫn tương tự

Không dùng

Tín hiệu số/ truyền dẫn số

Tín hiệu là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater

Dữ liệu số - Tín hiệu tương tự

Kỹ thuật: Điều chế số (chi tiết ở chương II)

Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK)

Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK)

Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK)

Dữ liệu tương tự - Tín hiệu số

Kỹ thuật (Chi tiết ở chương II)

Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation

(PCM) Điều chế Delta: Delta Modulation (DM)

Tín hiệu tương tự - Dữ liệu tương tự

Ứng dụng

ðiều chế dữ liệu tương tự: thay đổi tần số truyền Dùng cho dồn kênh FDM

Kỹ thuật (Chi tiết ở chương II)

ðiều chế biên: Amplitude Modulation (AM)

ðiều chế góc (Angle Modulation)

ðiều chế tần số: Frequency Modulation (FM) ðiều chế pha: Phase Modulation (PM)

Sự sai khác tín hiệu (impairments)

Tín hiệu nhận dược khác với tín hiệu truyền

Ảnh hưởng

Truyền dẫn tương tự: suy giảm chất lượng tín hiệu

Truyền dẫn số: lỗi trên bit

Nguyên nhân

Suy giảm tín hiệu (attenuation)

Méo trễ lan truyền (delay distortion)

Nhiễu (noise

Trang 17

Suy giảm tín hiệu (attenuation)

Cường dộ (biên dộ) của tín hiệu bị suy giảm

Suy giảm tín hiệu (tt)

Cường dộ suy giảm theo hàm logarit

Công thức

P1 công suất nơi phát (watts)

P2 công suất nơi nhận(watts)

Méo trễ truyền lan

Vận tốc lan truyền tín hiệu thay dổi theo tần

Nhiễu

Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết

bị thu

Nhiễu nhiệt (thermal noise)

Nhiễu diều chế (intermodulation noise)

Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

Nhiễu xung (impulse noise)

Trang 21

Nhiễu trong băng thông W (Hz):

Trang 22

Nhiễu điều chế

Xảy ra khi nhiều tần số khác nhau dùng

chung môi trường truyền

Sinh ra tín hiệu tần số là tổng hoặc hiệu,

hoặc tích tần số của các tín hiệu ban dầu

Do tính phi tuyến của môi trường truyền và

thiết bị thu/phát

Trang 23

Nhiễu xuyên kênh

Tín hiệu từ đường truyền này ảnh hưởng

sang các đường truyền khác

Thường cùng dộ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu

nhiệt

Trang 24

Nhiễu xung

Xung bất thường (spike)

Thời khoảng ngắn, cường dộ cao

Không thể doán trước, biên dộ nhiễu biến dộng Ảnh hưởng nhỏ dến truyền tương tự

Là nguyên nhân chính dẫn dến lỗi trong truyền dẫn số

Ví dụ: xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở tốc dộ 4800bps

SNR

Ðể 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

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu được tín bằng tỉ số giữa năng lượng trung bình của tín hiệu và năng lượng trung bình của nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm)

Độ suy giảm

Độ suy giảm được tính bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu được truyền Pphát và công suất tín hiệu nhận P thu , độ suy giảm L thường được tính bằng đơn vị dB

L=10lgPphát/Pthu (dB)

Bài tập: Chuyển đổi giữa đơn vị độ suy giảm L(dB) sang L (không thứ nguyên)

Tỉ lệ lỗi bit BER

Ảnh hưởng của suy hao tín hiệu, của nhiễu và các biến dạng tín hiệu nói chung đều có thể làm làm thoái hóa tín hiệu dẫn đến sai dữ liệu ở máy thu

Tỉ lệ lỗi bit BER được định nghĩa là tỉ số giữa số các bit nhận bị sai so với tổng số bit được truyền trong một khoảng thời gian nhất định

Ví dụ: Ý nghĩa của BER = 10-6 ?

Tốc độ truyền tin

Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh thông tin của đường truyền được xác định là tốc độ truyền các bít nhị phân từ nguồn tới đích, đơn vị là bits/giây (bps), hoặc kbps, Gbps…

Ngoài ra, thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là tốc độ baud

Tốc độ baud được định nghĩa là tốc độ thay đổi trạng thái tín hiệu trên kênh truyền Nếu số bit dùng cho mỗi trạng thái tín hiệu là n thì ta sẽ có

số trạng thái tín hiệu là M theo công thức sau

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 Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với điểm nửa công suất

C là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tính bằng bps

M là số trạng thái tín hiệu, W là băng thông của kênh tính bằng Hz

Nếu có nhiễu trắng, C=Wlog2 (1+S/N)

Ví dụ: Dữ liệu truyền qua mạng PSTN dùng với tỉ số SNR=20dB Nếu băng thông của PSTN là 3kHz Xác định tốc độ tối đa của mạng theo lý thuyết

SNR=10lg(S/N)=20 ->S/N=100

C=Wlog2(1+S/N)=3000log2(1+100) =19963bps

Phân loại liên kết

Liên kết trực tiếp (direct link)

ðường truyền giữa hai thiết bị không có các thiết

bị trung gian khác (ngoài repeater hoặc amplifier)

Kết nối diểm diểm (point to point)

Kết nối trực tiếp

Chỉ có hai thiết bị dùng môi trường truyền

Kết nối nhiều diểm (multi point)

Nhiều thiết bị chia sẻ môi trường truyền

Phân loại môi trường truyền

Hữu tuyến (guided media – wire)

Phổ điện trường

Trang 34

Môi trường truyền dẫn hữu tuyến

Cáp xoắn đôi (twisted pair)

Cáp đồng trục (coaxial cable)

Cáp quang (optical fiber)

Frequency Range

Typical Attenuation

Typical Delay

Repeater Spacing

Cáp xoắn đôi

Hai dây đồng cách điện

Xoắn lại với nhau

Thường được bó lại

Trang 36

Cáp xoắn đôi - Ứng dụng

Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất Mạng điện thoại

Giữa các thuê bao và hộp cáp

Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX)

Mạng cục bộ (LAN)

10Mbps hoặc 100Mbps

Trang 37

Cáp xoắn đôi – Ưu nhược diểm

Cáp xoắn đôi – ðặc tính truyền dẫn

Truyền tín hiệu tương tự

Cần bộ khuếch đại (amplifier) mỗi 5km tới 6km

Cáp xoắn đôi – Phân loại

Không vỏ bọc giáp –

Unshielded Twisted Pair (UTP)

Dây diện thoại thông thường

Khó lắp dặt (cứng, nặng)

Trang 40

Cáp xoắn dôi – Phân loại (tt)

Cáp xoắn đôi – Tóm tắt

Trang 42

Cáp đồng trục

Trong cùng là kim loại dẫn tín hiệu

Tiếp dến là lớp cách diện

Lưới bảo vệ bên ngoài

Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ

Trang 43

Cáp đồng trục - Ứng dụng

Cáp truyền hình

Truyền dẫn ðT khoảng cách xa

Có thể truyền cùng lúc 10.000 cuộc gọi

Kết nối các hệ thống máy tính khoảng cách

gần

Mạng cục bộ

Kết nối các thiết bị khoảng cách gần cần

đường truyền tốc độ cao

Trang 44

Cáp đồng trục – ðặc tính truyền dẫn

Truyền tín hiệu tương tự

Cần bộ khuyếch đại vài km

Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao

Phổ tín hiệu truyền lên dến 500MHz

- 10base5:

Yellow Ethernet:

- 10 base 2:

Black Ethernet

Cáp quang

Trong cùng sợi quang rất nhỏ, đường kính 8 dến 100 um, làm bằng thủy tinh hoặc plastic Bao bởi lớp áo có đặc tính quang khác

Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ

Cáp quang - Ứng dụng

Môi trường truyền thích hợp dể triển khai các

ứng dụng mạng số da dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks) ðường trung kế khoảng cách xa

Trung kế dô thị

Trung kế tổng dài nông thôn

Mạng cục bộ

Cáp quang – Ưu diểm

Cáp quang - ðặc tính truyền dẫn

Sóng lan truyền có hướng 1014 dến 1015 Hz

Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy dược

Thiết bị phát

Light Emitting Diode (LED)

Rẻ Tầm nhiệt dộ hoạt dộng rộng Tuổi thọ cao

Injection Laser Diode (ILD)

Hiệu quả hơn Tốc dộ dữ liệu cao hơn

Wavelength Division Multiplexing

Cáp quang - Chế độ truyền

Truyền dữ liệu máy tính

Rẻ nhất 50-125 125-440 10-50

Graded-index multimode

LED/ILD Rất rộng (200MHz- 3GHz/km)

khó ðường diện thoại (khoảng cách trung bình)

Trung bình 50-125 125-440 7-15

Single-mode

ILD Cực rộng (3GHz- 50GHz/km)

khó Viễn thông đường dài

ðắt nhất 2-8

15-60 0.2-2

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền

Sự lan truyền không dây

Phân loại

Có hướng

Chùm định hướng (focused beam)

đòi hỏi sự căn chỉnh hướng cẩn thận

Vô hướng

Tắn hiệu lan truyền theo mọi hướng

Có thể dược nhận bởi nhiều anten

Tầm tần số

1GHz đến 40GHz (sóng viba – microwave)

Sóng lan truyền dịnh hướng cao

Thích hợp cho truyền diểm-diểm (point to point) ðược sử dụng trong giao tiếp vệ tinh

30MHz đến 1GHz : radio

Sóng lan truyền vô hướng

Sóng radio (LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF …)

Hồng ngoại

Cục bộ

ðặc diểm

Khắc phục những khó khăn về dịa lý

Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay dổi tùy theo hệ thống dược triển khai

Ví dụ: BER của vệ tinh 10-10

Tốc dộ truyền từ vài Mbps dến hàng trăm

Mbps

Phạm vi triển khai da dạng: LAN, WAN

Chi phí dể triển khai hệ thống ban dầu rất

cao

Sóng viba mặt dất

Chảo parabol (đường kính thường 10 inch) Chùm sóng dịnh hướng theo đường ngắm (line of sight)

Các chảo parabol thường dược gắn ở trên cao dể truyền nhận

Khoảng cách tối đa giữa các anten

d = 7.14 kh

h: chiều cao của anten

k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng

(k=4/3)

Sóng viba vệ tinh

Vệ tinh là trạm trung chuyển

Vệ tinh nhận trên một tần số (uplink),

khuyếch dại (hoặc lặp lại tín hiệu) và truyền trên một tần số khác (downlink)

Cần vệ tinh dịa tĩnh

Cao 35.784 km

Khoảng cách giữa hai vệ tinh dịa tĩnh là 40 nếu dùng cặp tần số 4/6 GHz và 30 với cặp tần số 12/14 GHz

Sóng viba vệ tinh

Sóng viba vê tinh – Ứng dụng

Truyền hình

ðiện thoại đường dài

Mạng thương mại riêng

Sóng viba vệ tinh – ðặc tính truyền dẫn

Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz

< 1 GHz: quá nhiều nhiễu

>10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển

Cặp tần số thu/phát

4/6 GHz band (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425

uplink) 12/14 GHz band (11.7-12.2 downlink, 14-14.5

Nhiễu đa luồng

Vô tuyến: sóng hồng ngoại

Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ)

Bị cản bởi các bức tường

Ứng dụng

Bộ diều khiển TV từ xa

Cổng diều khiển bằng hồng ngoại (IRD port)

Tần số không cần phải dăng kí

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền

Môi trường truyền dẫn hữu tuyến Môi trường truyền dẫn không dây

Sự lan truyền không dây

Lan truyền vô tuyến

Tín hiệu lan truyền theo 3 cách

Sóng mặt dất (ground wave propagation)

Dọc theo đường bao trái dất < 2MHz

AM radio Sóng bầu trời (sky wave propagation)

Radio nghiệp dư, dịch vụ toàn cầu BBC, VOA Tín hiệu phản xạ từ tầng diện ly

ðường thẳng (light-of-sight propagation)

Khoảng trên 30MHz

Có thể xa hơn đường thẳng quang học do có khúc xạ

Lan truyền sóng mặt dất

Ground-wave propagation (below 2MHz)

Lan truyền sóng bầu trời

Sky-wave propagation (2 to 30MHz)

Lan truyền đường thẳng

Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz)

Khúc xạ

Vận tốc sóng diện từ là hàm số của mật dộ vật liệu

Vận tốc sóng diện từ thay dổi khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác

Hướng truyền của sóng sẽ bị bẻ cong tại biên

Chỉ số khúc xạ

Sin(góc tới)/sin(góc khúc xạ)

Thay dổi theo chiều dài sóng

Gây ra sự thay dổi hướng dột ngột khi chuyển tiếp giữa các môi trường

Gây ra sự bẻ cong từ từ nếu mật dộ môi trường truyền thay dổi Mật dộ khí quyển giảm theo dộ cao

Tín hiệu radio bị bẻ cong về phía trái dất

Optical and radio Horizons

Câu hỏi và bài tập