Giáo trình Truyền số liệu: Phần 1 CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

(NB) Giáo trình Truyền số liệu: Phần 1 gồm có 3 chương cung cấp kiến thức về tổng quan về mạng truyền số liệu, giao tiếp vật lý và môi trường truyền dữ liệu, giao tiếp kết nối số liệu. Mời các bạn cùng tham khảo

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LẠI NGUYỄN DUY HUỲNH THANH HÒA

VŨ PHƯƠNG THẢO

GIÁO TRÌNH

TRUYỀN SỐ LIỆU

(GIÁO TRÌNH DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG NGÀNH

CNKT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG)

TP HỒ CHÍ MINH - 2019

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU 1

1.1 THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 1

1.2 CÁC DẠNG THÔNG TIN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN 2

1.3 KHÁI QUÁT MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU 2

1.3.1 Mô hình hệ thống truyền số liệu hiện đại 3

1.3.2 DTE (Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu) 3

1.3.3 DCE (Data Circuit Terminal Equipment – Thiết bị cuối kênh dữ liệu ) 3

1.3.4 Kênh truyền tin 3

1.4 SỰ CHUẨN HOÁ VÀ MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI 4

1.4.1 Kiến trúc phân tầng 4

1.4.2 Mô hình tham chiếu OSI 4

1.5 MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ 6

1.5.1 Chuyển đổi tương tự-tương tự 6

1.5.2 Chuyển đổi tương tự-số 9

1.5.3 Chuyển đổi số-tương tự 13

1.5.4 Chuyển đổi số-số 17

BÀI TẬP CHƯƠNG 1 17

CHƯƠNG 2 GIAO TIẾP VẬT LÝ VÀ MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DỮ LIỆU 18

2.1 CÁC LOẠI TÍN HIỆU 18

2.1.1 Tín hiệu dùng theo chuẩn RS232C/V.24 18

2.1.2 Tín hiệu Dòng 20mA 18

2.1.3 Tín hiệu dùng theo chuẩn RS-422A (V.11) 18

2.1.4 Tín hiệu truyền trên cáp đồng trục 19

2.1.5 Tín hiệu cáp quang 19

2.1.6 Tín hiệu vệ tinh và vô tuyến 19

2.2 SỰ SUY GIẢM VÀ BIẾN DẠNG TÍN HIỆU 19

2.2.1 Sự suy giảm 19

2.2.2 Băng thông bị giới hạn 20

2.2.3 Sự biến dạng do trễ pha 20

2.2.4 Sự can nhiễu (Tạp âm) 20

2.2.5 Dung lượng kênh truyền: 20

2.3 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 20

2.3.1 Môi trường truyền dẫn có định hướng 20

2.3.1.1 Các đường truyền 2 dây không xoắn (Cáp song hành) 21

2.3.1.2 Cáp đồng trục 21

2.3.1.3 Các đường dây xoắn đôi 21

2.3.1.4 Cáp quang 21

2.3.2 Môi trường truyền dẫn không dây 22

2.3.2.1 Viba vệ tinh 22

2.3.2.2 Vi ba mặt đất 23

2.3.2.3 Đường truyền vô tuyến tần số thấp 23

2.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP VẬT LÝ 24

2.4.1 Giao tiếp EIA – 232D (V24) 24

2.4.2 Giao tiếp EIA-530 24

2.4.3 Giao tiếp EIA-430 (V35) 24

2.4.4 Giao tiếp X21 24

2.4.5 Giao tiếp ISDN 24

BÀI TẬP CHƯƠNG 2 25

CHƯƠNG 3 GIAO TIẾP KẾT NỐI SỐ LIỆU 26

3.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRUYỀN SỐ LIỆU 26

3.1.1 Các chế độ thông tin (Communication Modes) 26

3.1.2 Các chế độ truyền (Transmission Modes) 26

3.1.2.1 Truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transmission) 26

3.1.2.2 Truyền đồng bộ (Synchronous Transmission) 26

3.1.3 Kiểm soát lỗi (Error Control ) 27

3.1.4 Điều khiển luồng (Flow Control) 27

3.1.5 Các giao thức liên kết dữ liệu 27

3.1.6 Mã truyền (Transmission Code) 28

3.1.7 Các đơn vị dữ liệu (Data Unit) 28

3.1.8 Giao thức (Protocol) 29

3.1.10 Đường nối và liên kết 29

3.2 THÔNG TIN NỐI TIẾP BẤT ĐỒNG BỘ 29

3.2.1 Khái quát 29

3.2.3 Nguyên tắc đồng bộ ký tự 30

3.2.4 Nguyên tắc đồng bộ Frame 30

3.3 THÔNG TIN NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ 30

3.3.1 Khái quát 30

3.3.2 Nguyên tắc đồng bộ bit trong truyền đồng bộ 31

3.3.3 Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự 31

3.3.4 Truyền đồng bộ thiên hướng bit 33

BÀI TẬP CHƯƠNG 3 35

CHƯƠNG 4 XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN 36

4.1 MÃ HÓA SỐ LIỆU MỨC VẬT LÝ 36

4.1.1 Unipolar: 36

4.1.2 Mã hóa NRZ (Non Return to Zero Level): 36

4.1.3 Nonreturn - to - Zero - Level (NRZ – L) 36

4.1.3 Nonreturn - to - Zero Inverted (NRZ – I) 37

4.1.4 Mã RZ 37

4.1.5 Mã Manchester 37

4.1.6 Mã Manchester vi sai (Differential Manchester) 37

4.2 PHÁT HIỆN LỖI VÀ SỬA SAI 38

4.2.1 Tổng quan 38

4.2.2 Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ theo ký tự (Parity Bit) 38

4.2.3 Phương pháp kiểm tra tổng khối 39

4.2.4 Phương pháp mã dư thừa - mã vòng (CRC) 40

4.2.5 Phát hiện và sửa sai theo mã Hamming 42

4.3 NÉN SỐ LIỆU 44

4.3.1 Khái quát 44

4.3.2 Nén nhờ đơn giản mã cho các chữ số (Packed Decimal) 45

4.3.3 Nén theo mã hóa quan hệ 45

4.3.4 Nén bằng cách bỏ bớt các ký tự giống nhau (mã hoá độ dài loạt Run-Length Encoding)45

4.3.5 Phương pháp mã hoá Huffman (dạng mã hóa thống kê) 46

4.4 MẬT MÃ HÓA SỐ LIỆU 49

4.4.1 Khái quát 49

4.4.2 Mật mã hóa cổ điển 50

4.4.3 Mã hóa công khai 51

BÀI TẬP CHƯƠNG 4 53

CHƯƠNG 5 NGHI THỨC CƠ SỞ VÀ NGHI THỨC ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT SỐ LIỆU 54

5.1 TỔNG QUAN 54

5.2 KIỂM SOÁT LỖI 54

5.2.1 Automatic Repeat Request (ARQ) 54

5.2.1.1 Stop and Wait ARQ 54

5.2.1.2 Cấu trúc khung Idle RQ 57

5.2.1.3 Go-Back-n ARQ 57

5.2.1.4 Selective-Reject ARQ 60

5.2.2 So sánh giữa phương pháp Go-Back-n và Selective-Reject 61

5.3 KIỂM SOÁT LUỒNG 62

5.4 CÁC NGHI THỨC (GIAO THỨC) LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU 62

5.4.1 Các giao thức bất đồng bộ 62

5.4.1.2 Giao thức YMODEM 63

5.4.1.3 Giao thức Kermit 63

5.4.2 Các giao thức đồng bộ 63

5.4.2.1 Các giao thức thiên hướng bit 63

BÀI TẬP CHƯƠNG 5 66

PHỤ LỤC A MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN SỐ LIỆU 67

PHỤ LỤC B KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG MÁY TÍNH CỤC BỘ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU

Trang bị cho sinh viên: Cách thức truyền số liệu giữa nơi phát và nơi thu từ đơn giản đến phức tạp Các thành phần cơ bản của một mạng thông tin số liệu Nhận diện được các mạng truyền số liệu cơ bản trong thực tế cuộc sống

Thông tin khi liên lạc luôn phải gắn liền với một vài dạng thông tin nào đó như: đàm thoại giữa người với người, đọc sách, gửi và nhận thư, nói chuyện qua điện thoại, xem phim hay truyền hình, tham dự diễn đàn, Do đó gia công chế biến để truyền đi thông tin là một phần quan trọng trong lĩnh vực thông tin

Hình 1.1: Hệ thống thông tin cơ bản

Mỗi hệ thống truyền tin có các đặc trưng riêng nhưng đều có một nguyên lý chung là tất cả các hệ thống truyền tin đều nhằm mục đích chuyển tải thông tin từ điểm này đến điểm khác Trong các hệ thống truyền tin, thông tin thường được gọi là dữ liệu hay thông điệp, để truyền thông tin từ một điểm này đến điểm khác trong hệ thống truyền tin cần phải có sự tham gia của 3 thành phần: nguồn tin, môi trường truyền, và đích thu Các thành phần này là yêu cầu tối thiểu trong bất cứ quá trình truyền tin nào Nếu một trong các thành phần này không tồn tại thì truyền tin không thể xảy ra

Để truyền tín hiệu, các chủ thể phải hiểu được thông điệp Nơi nhận thông điệp phải có khả năng dịch thông điệp một cách chính xác Điều này là hiển nhiên bởi vì trong giao tiếp hàng ngày nếu chúng nói mà người khác không thể hiểu thì hiệu quả thông tin không đạt yêu cầu Tương tự, nếu máy tính mong muốn thông tin đến với tốc độ chỉ định và ở một dạng mã nào

đó nhưng thông tin lại đến với tốc độ khác và với dạng mã khác thì rõ ràng không thể đạt được hiệu quả truyền tin

Trong một hệ thống truyền tin, hiện tượng nhiễu có thề xảy ra trong quá trình truyền và thông

tin có thể bị ngắt quãng Bất kỳ sự xâm nhập không mong muốn nào vào tín hiệu đều bị gọi

là nhiễu

1.2 CÁC DẠNG THÔNG TIN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN

Tất cả những gì mà con người muốn trao đổi với nhau và được gia công chế biến để truyền đi trong không gian được hiểu là tín hiệu Việc gia công tín hiệu cho phù hợp với mục đích và phù hợp với đường truyền vật lý được gọi là xử lý tín hiệu Máy tính chính là hạt nhân trong việc xử lý thông tin, nó điều khiển các quá trình truy nhập số liệu, các máy tính kết hợp với các hệ thống thông tin tạo thành một hệ thống truyền số liệu Có 2 nguồn thông tin đó là thông tin tương tự và thông tin số Trong đó nguồn thông tin tương tự sẽ biến thiên liên tục theo sự thay đổi của giá trị vật lý thể hiện chất lượng của thông tin (như tiếng nói, tín hiệu hình ảnh…), còn nguồn thông tin số là tín hiệu rời rạc thể hiện thông tin bởi nhóm các giá trị rời rạc (0,1)

Thông tin số có nhiều ưu điểm hơn:

- Thông tin số chống nhiễu tốt hơn

- Cung cấp chất lượng truyền dẫn tốt hơn với mọi khoảng cách

- Những phần tử bán dẫn dùng trong truyền dẫn tin hiệu số là những mạch tổ hợp được sản xuất hàng loạt

1.3 KHÁI QUÁT MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU

Mạng truyền số liệu bao gồm 2 hay nhiều hệ thống truyền hoặc nhận tin được ghép nối với nhau theo các hệ thống phân cấp hoặc phân chia thành các trung tâm xử lý trao đổi thông tin với các chức năng riêng Mạng truyền số liệu là một hệ thống nhằm nối các máy tính lại với nhau, sự thông tin giữa chúng được thực hiện bởi các giao thức (là tập hợp những quy định quy tắc mà tất cả mọi người hay máy tính phải tuân theo) đã được chuẩn hoá, có nghĩa là các phần mềm trong các máy tính khác nhau có thể cùng nhau giải quyết một công việc nào đó hoặc trao đổi thông tin với nhau Mạng truyền số liệu được thiết kế nhằm mục đích có thể nối nhiều thiết bị đầu cuối với nhau Để truyền số liệu ta có thể dùng mạng điện thoại hoặc dùng đường truyền riêng có tốc độ cao Dịch vụ truyền số lỉệu trên kênh thoại là một trong các dịch

vụ đầu tiên của việc truyền số liệu Trên mạng này có thể có nhiều máy tính cùng chủng loại

hoặc khác loại được ghép nối lại với nhau, khi đó cần giải quyết những vấn đề phân chia tài nguyên

1.3.1 Mô hình hệ thống truyền số liệu hiện đại

Sự kết hợp giữa phần cứng, các giao thức truyền thông và các thuật toán đã tạo ra các hệ thống truyền số liệu hiện đại, tất nhiên những kỹ thuật cơ sở vẫn được dùng nhưng chúng được xử lý tinh vi hơn

Hình 1.2: Mô hình mạng truyền số liệu hiện đại

1.3.2 DTE (Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu)

Là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin DTE thường là máy tính hoặc máy Fax hoặc là trạm cuối Tất cả các ứng dụng của người sử dụng (chương trình, dữ liệu) đều nằm trong DTE Chức năng của DTE thường lưu trữ các phần mềm ứng dụng, đóng gói dữ liệu rồi gửi ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức xác định, DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó Như vậy mạng truyền số liệu chính là nối các DTE lại với nhau

để cho phép chúng ta phân chia tài nguyên, trao đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung

1.3.3 DCE (Data Circuit Terminal Equipment – Thiết bị cuối kênh dữ liệu )

Chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường truyền (Mạng) nó có thể là một Modem, Card mạng hoặc một thiết bị số nào đó, DCE có thể được cài đặt bên trong DTE hoặc đứng riêng như một thiết bị độc lập Trong thiết bị DCE thường có các phần mềm, phần mềm và phần cứng kết hợp với nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó là chuyển đổi tín hiệu biểu diễn dữ liệu của người dùng thành dạng chấp nhận được bởi đường truyền

1.3.4 Kênh truyền tin

Kênh truyền tin là môi trường mà trên đó 2 thiết bị DTE trao đổi dữ liệu với nhau trong các

phiên làm việc

Hình 1.3: Kênh truyền tin

Trong môi trường thực này 2 hệ thống được nối với nhau bằng một đoạn cáp đồng trục và một đoạn cáp sợi quang, modem C để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền trong cáp đồng trục, modem D lại chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu số và qua Tranducer E để chuyển đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp sợi quang cuối cùng Tranducer F lại chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện để tới DTE

1.4 SỰ CHUẨN HOÁ VÀ MÔ HÌNH THAM CHIẾU OSI

1.4.1 Kiến trúc phân tầng

Để giảm độ phức tạp khi thiết kế và cài đặt mạng số liệu được thiết kế theo quan điểm kiến trúc 7 tầng với nguyên tắc là : mỗi hệ thống trong một mạng đều có số lượng tầng là 7, chức năng của mỗi tầng là như nhau Trên thực tế dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống này sang tầng thứ i của hệ thống kia (trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đường truyền vật lý)

Dữ liệu từ hệ thống này gửi truyền sang hệ thống kia theo quy trình như sau : Dữ liệu từ tầng i của hệ thống gửi sẽ đi từ tầng trên xuống tầng dưới và tiếp tục đến tầng dưới cùng – tầng vật

lý qua đường truyền vật lý chuyển đến hệ thống nhận và dữ liệu sẽ đi ngược lên các tầng trên đến tầng đồng mức thứ i Như vậy 2 hệ thống kết nối với nhau chỉ có tầng vật lý mới có kết nối vật lý còn các tầng khác chỉ có kết nối logic

1.4.2 Mô hình tham chiếu OSI

Mô hình OSI là một mô hình kiến trúc cơ bản Mô hình không dành riêng cho phần mềm hoặc phần cứng nào OSI miêu tả các chức năng của mỗi lớp nhưng không cung cấp phần mềm hoặc thiết kế phần cứng để phục vụ cho mô hình này Mục đích sau cùng của mô hình là cho khả năng hoạt động tương lai của nhiều thiết bị truyền thông Có 7 và chỉ 7 lớp tạo lên mô hình này (Việc qui định các mức và các lớp có thể được sử dụng, hình 1.6 mô tả các lớp theo trình tự từ dưới lên trên; Lớp vật lý (Physical layer), lớp liên kết dữ liệu (Data link layer), lớp mạng (Network layer), lớp vận chuyển (Transport layer), lớp tập hợp (Session layer), lớp trình bày (Presentation layer) và lớp ứng dụng (Application layer) Mỗi lớp có một mục đích riêng

và có chức năng độc lập của chúng

Physical layer (vật lý): Lớp này định nghĩa các phương pháp sử dụng để truyền và thu dữ

liệu trên mạng gồm: cáp, các thiết bị được sử dụng để kết nối bộ giao tiếp mạng của trạm tới cáp Tín hiệu liên quan tới dữ liệu truyền hoặc thu và khả năng xác định các lối dữ liệu trên phương tiện mạng Khuôn dạng khung truyền và CRC (kiểm tra vòng) được thực hiện tại các lớp vật lý

Datalink layer (liên kết dữ liệu): lớp này đồng bộ hoá sự truyền dẫn, vận dụng điều khiển

lối vào và phục hồi thông tin có thể truyền trên lớp vật lí Lớp này thực hiện các phương pháp truy nhập như Ethernet và Token Ring Nó luôn cung cấp địa chỉ lớp vật lí cho khung truyền

Network layer (tầng mạng): Lớp này điều khiển việc chuyển tiếp các thông báo giữa các

trạm, cho phép các khối dữ liệu được truyền tới các mạng khác thông qua việc sử dụng một số thiết bị được biết như router

Transport layer (vận chuyển): Lớp này cung cấp cho truyền dẫn trạm nguồn tới trạm đích

Nó cho phép dữ liệu được truyền một cách tin cậy, và đảm bảo rằng dữ liệu được truyền hoặc được thu không có lỗi, chính xác theo trình tự

Hình 1.4: Mô hình tham chiếu OSI

Session layer (tầng phiên): Lớp này thiết lập, duy trì và cắt đứt liên kết giữa hai trạm trên

một mạng Lớp này chịu trách nhiệm biên dịch địa chỉ tên trạm

Presentation layer (tầng trình bày): Lớp này thực hiện chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp

ứng yêu cầu truyền dữ liệu của các ứng dụng qua môi trường OSI

Application layer (tầng ứng dụng): Lớp này được sử dụng cho các ứng dụng, đó là yếu tố

để thực hiện trên mạng Các ứng dụng như truyền file, thư điện tử

Ngay sau khi mô hình OSI này ra đời thì nó được dùng làm có sở để nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng dụng phân tán tức là hai hệ thống có thể kết nối để trao đổi thông tin với nhau, nếu như chúng tuân thủ theo mô hình tham chiến và các chuẩn liên quan Mô hình OSI đưa ra các giải pháp cho vấn đề truyền thông giữa các trạm không giống nếu chúng bảo đảm những điều kiện sau:

- Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông

- Các chức năng đó được tổ chức thành một tập các tầng

- Các tầng đồng mức phải cung cấp các chức năng như nhau

- Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung

Để bảo đảm bảo các điều kiện trên cần phải có các chuẩn Các chuẩn phải xác định các chức năng và dịch vụ của tầng các chuẩn cũng phải cũng xác định các giao thức giữa các tầng đồng mức Mô hình OSI 7 lớp chính là cơ sở để xây dựng các chuẩn đó

1.5 MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ

Như đã biết thì thông tin cần được chuyển thành tín hiệu trước khi được truyền dẫn trong môi trường truyền tin Phương thức chuyển đổi thông tin thì phụ thuộc vào định dạng ban đầu của thông tin cũng như format được phần cứng sử dụng Một tín hiệu đơn giản thì không thể mang thông tin một cách đơn giản mà nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu sao cho máy thu có thể nhận dạng được theo phương thức mà máy phát gởi đi Một trong những phương thức truyền đi là chuyển các mẫu này thành các bit 1 và 0 như trong mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Dữ liệu lưu trữ trong máy tính theo dạng 1 và 0,

để chuyển các tín hiệu này đi (từ trong máy tín ra hay ngược lại) thì dữ liệu thường phải được chuyển đổi từ tín hiệu digital sang tín hiệu digital hay là quá trình chuyển đổi số-số Đôi khi,

ta phải chuyển đổi từ tín hiệu analog sang tín hiệu digital (như trong trường hợp điện thoại) nhằm giảm nhiễu, quá trình này được gọi là chuyển đổi analog-digital hay còn gọi là lượng tử hóa tín hiệu analog Trong một trường hợp khác, ta cần chuyển một tín hiệu digital trong một môi trường dành cho tín hiệu analog, quá trình này được gọi là chuyển đổi digital-analog hay còn gọi là điều chế một tín hiệu số Thông thường thì một tín hiệu analog được gởi đi cự ly xa trong một môi trường analog, tức là tín hiệu cần được điều chế ở tần số cao, quá trình này được gọi là chuyển đổi analog – analog , hay còn gọi là điều chế tín hiệu analog

1.5.1 Chuyển đổi tương tự-tương tự

Đây là phương pháp chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng analog khác để có thể truyền dẫn được

Hình 1.5 Sơ đồ chuyển đổi tín hiệu Analog/Analog

Có ba phương pháp là AM (Amplitude Modulation), FM (Frequency Modulation) và PM (Phase Modulation)

Hình 1.6 Các phương pháp điều chế

AM (Amplitude Modulation):

Trong phương thức này, sóng mang được điều chế sao cho biên độ thay đổi theo tín hiệu điều chế, trong khi các giá trị tần số và góc pha được giữ không đổi nhu vẽ ở hình 41, trong đó tín hiệu điều chế trở thành đường bao của sóng mang

Hình 1.7 Tín hiệu điều chế AM

Băng thông của tín hiệu AM:

Băng thông của tín hiệu AM thì bằng hai lần băng thông của tín hiệu điều chế và bao phủ vùng xung quanh tần số trung tâm của sóng mang (xem hình 1.4, trong đó vẽ phổ của tín hiệu)

Hình 1.8 Băng thông AM

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

Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530 đến 1700 KHz (1,7 MHz) Tuy nhiên các tần

số phát này phải được phân cách với ít nhất là 10 KHz (một băng thông AM) nhằm tránh giao thoa Nếu một đài phát dùng tần số 1100 KHz, thì tần số sóng mang kế không được phép bé hơn 1110 KHz

FM (Frequency Modulation):

Trong phương thức này, thì tần số sóng mang được điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế (audio) Giá trị biên độ đỉnh và pha của sóng mang được giữa không đổi

Băng thông tín hiệu FM:

Băng thông FM là 10 lần băng thông của tín hiệu điều chế và tương tự như băng thông tín hiệu AM, băng thông này cũng bao trùm tần số trung tâm của sóng mang như vẽ ở hình 1.6 Băng thông của tín hiệu audio khi phát theo chế độ stereo thường là 15 KHz Mỗi đài phát FM cần một băng thông tối thiểu là 150 KHz Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho mỗi đài nhằm dự phòng các dải tần bảo vệ (guard band)

Các chương trình phát FM phát trong dải tần từ 88 đến 108 MHz, các đài phải được phân cách

ít nhất 200 KHz để tránh trùng lắp sóng Trong tầm từ 88 đến 108 MHz, có khả năng có 100 kênh FM, trong đó có thể dùng cùng lúc 50 kênh như vẽ ở hình 1.7

Hình 1.9 Tín hiệu điều chế FM

Hình 1.10 Băng thông FM

Hình 1.11 Các kênh điều chế FM

PM (Phase Modulation):

Nhằm đơn giản hóa yêu cầu của phần cứng, đôi khi PM được dùng thay thế FM trong một số

hệ thống, theo đó góc pha của sóng mang được điều chế theo biên độ tín hiệu điều chế, trong khi biên độ và tần số của sóng mang được giữ không đổi

1.5.2 Chuyển đổi tương tự-số

Đôi khi ta cũng cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự, thí dụ như khi gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, do tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu analog Quá trình này được gọi là chuyển đổi tương tự - số hay còn gọi là quá trình số hóa tín hiệu analog Điều này cho phép giảm thiểu khối lượng lớn các giá trị trong thông tin của tín hiệu analog để có thể được biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà không bị thất thoát thông tin Hình 1.12 minh họa bộ chuyển đổi tương tự - số, còn được gọi là bộ codec (coder – decoder)

Hình 1.12 Sơ đồ chuyển đổi tín hiệu Analog/Digital

Trong chuyển đổi tương tự - số, ta biểu diễn các thông tin có trong tín hiệu liên tục thành chuỗi các tín hiệu số (1 hay 0)

PAM (Pulse Amplitude Modulation):

Bước đầu tiên trong chuyển đổi tương tự - số là điều chế biên độ - xung (PAM: pulse amplitude modulation) Kỹ thuật này lấy tín hiệu analog, lấy mẫu và tạo ra chuỗi xung là kết quả của phần lấy mẫu này

Phương pháp lấy mẫu này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác thông tin số liệu Tuy nhiên, phương pháp PAM là bước đầu của phương pháp biến đổi tương tự -số, được gọi là PCM (pulse code modulation)

Hình 1.13 Tín hiệu PAM

PAM dùng một kỹ thuật gọi là lấy mẫu và giữ (sample and hold)

PAM không được dùng trong thông tin số với lý do là tuy đã rời rạc hóa nhưng tín hiệu PAM cũng chứa quá nhiều thành phần biện độ với các giá trị khác nhau (vẫn còn là dạng analog), như thế cần có một phương pháp khác thích hợp hơn, gọi là PCM

PCM (Pulse Coded Modulation):

PCM chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số, như thế cần có thêm một bước lượng tử hóa (quantalization), là phương thức gán các giá trị chung cho các tín hiệu ở trong cùng một mức

Hình 1.14 Tín hiệu PCM Hình 1.10 trình bày một phương thức đơn giản để gán các giá trị dấu và xuất cho các mẫu lượng tử Mỗi giá trị được chuyển sang giá trị bay bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu

Hình 1.15 Các bit nhị phân này được biến thành tín hiệu số dùng một trong các phương pháp chuyển đổi

số - số đã thảo luận ở chương trước Hình 1.12 vẽ kết quả của phương pháp điều chế xung mã PCM của một tín hiệu số được chuyển theo mã unipolar, trong hình chỉ vẽ giá trị 3 mẫu đầu

Hình 1.16

PCM được thực hiện theo 4 bước: lấy mẫu và giữ (PAM), lượng tử hóa, mã hóa nhị phân và

mã hóa số - số Hình 1.13 minh họa quá trình này PCM là phương pháp lấy mẫu tín hiệu được dùng trong số hóa tín hiệu thoại trong truyền dẫn T-line trong hệ thống viễn thông Bắc

Mỹ

Hình 1.17

Tốc độ lấy mẫu (sampling rate)

Theo định lý Nyquist, để bảo đảm độ chính xác khi khôi phục tín hiệu tín hiệu analog nguyên thủy dùng phương pháp PAM thì tốc độ lấy mẫu phải ít nhất hai lần tần số cao nhất của tín hiệu gốc Thí dụ, để có thể lấy mẫu tín hiệu thoại có tần số cao nhất 4000Hz, ta cần có tốc độ lấy mẫu là 8000 mẫu/ giây

Theo định lý Nyquist thì tốc độ lấy mẫu phải ít nhất lớn hơn hai lần tần số tín hiệu cao nhất Tốc độ lấy mẫu hai lần lớn hơn tần số x HZ tức là tín hiệu phải được lấy mẫu tại (½) x giây

Dùng thí dụ lấy mẫu tín hiệu thoại, tức là một mẫu cho mỗi (1/8000) giây

Hình 1.18

1.5.3 Chuyển đổi số-tương tự

Chuyển đổi số-tương tự hay điều chế số-tương tự là quá trình thay đổi một đặc tính của tín hiệu analog dựa trên thông tin của tín hiệu số (0 và 1) Khi truyền dữ liệu từ một máy tính sang máy tính khác dùng đường dây điện thoại công cộng, thì ta truyền tín hiệu số của máy tính, nhưng do dây điện thoại lại mang tín hiệu analog, nên nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu

số này Tín hiệu số cần được điều chế dùng tín hiệu analog để thể hiện hai giá trị phân biệt của tín hiệu số

Hình 1.19

Như ta đã biết thì tín hiệu sin được định nghĩa từ ba đặc tính: biên độ, tần số và góc pha Trong truyền số liệu thì quan tâm đến các phương pháp sau: ASK (amplitude shift keying), FSK (frequency shift keying), PSK (phase shift keying) Ngoài ra còn có phương thức thứ tư

là QAM (quadrature amplitude modulation) là phương thức điều chế rất hiệu quả dùng trong các modem

Hình 1.20

ASK (amplitude shift keying):

Phương pháp này được trình bày trong hình 1.17, với các bit 1 và 0 làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang, trong đó tốc độ truyền tín hiệu ASK bị giới hạn bởi các đặc tính vật lý của môi trường truyền

Hình 1.21 Điều không may là truyền dẫn ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu Nhiễu này thường là các tín hiệu điện áp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên

độ của tín hiệu ASK

Ngoài ra, còn có một phương pháp ASK thông dụng và được gọi là OOK (on-off keying) Trong OOK thì có một giá trị bit tương đương với không có điện áp Điều này cho phép tiết kiệm đáng kể năng lượng truyền tin

Băng thông dùng cho ASK:

Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ vẽ ở hình 1.18 trong đó có các yếu

tố quan trọng là sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2 ở hai biên

Hình 1.22

FSK (frequency shift keying):

Trong phương pháp này, tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit 1 và 0, trong khi biên độ và góc pha được giữ không thay đổi như vẽ ở hình 1.19 FSK tránh được hầu hết các dạng nhiễu của ASK Do máy thu chỉ quan tâm đến yếu tố thay đổi tần số trong một chu kỳ, nên bỏ qua được các gia nhiễu điện áp Yếu tố giới hạn lên FSK là khả năng vật

lý của sóng mang