LÝ THUYẾT THÔNG TIN SỐ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ

Các thành phần:Nguồn: tương tự hoặc sốTạo khuôn tín hiệu: tạo khuôn dạng tín hiệu, thực hiện biến đổi tin tức cần truyền ơ dạng tín hiệu liên tục hay tín hiệu sốMã hóa và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bit để giảm phổ của tín hiệu số.Mã và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bit theo một khóa xác định nhằm bảo mật tin tức.Mã và giải mã kênh: thực hiện nhằm chống nhiễu và các tác động xấu của kênh truyền dẫnĐồng bộ: Đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ thống thông

ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN SỐ

Câu 1: Tín hiệu tương tự, Tín hiệu sô, tham số tín hiệu tương tự, số

- Tín hiệu tương tự: là tín hiệu liên tục theo thời gian Biên đô, pha hoặc tần số dòng

điện thay đổi liên tục theo thời gian

- Ở hình trên ta thấy điện thế thay đổi theo đồ thị hình sin, không phải rời rạc như tín hiệu số Trong đời sống, tín hiệu tương tự khá nhiều như sóng âm thanh, sóng ánh sáng, xung não, Sự thay đổi của nhiệt độ, đổ ẩm, vận tốc cũng tạo ra đồ thị dạng sin

- Ưu điểm:

 Tín hiệu tương tự (còn gọi là Analog) thường có biểu đồ hiển thị dưới dạng hình Sin, Cos Hoặc bất kì một hình cong nào đó

 Ngày nay, trong ngành sản xuất các thiết bị thông tin liên lạc, camera quan sát,… Và

các hệ thống bộ đàm Analog đều sử dụng kiểu điều chế tần số FM.

 Kiểu điều chế này tạo ra tín hiệu diễn ra liên tục với tín hiệu âm thanh Nhờ cách tích hợp một hệ thống đơn giản như vậy vào đơn chip Giá thành của các thiết bị Analog so với các thiết bị Digital thấp hơn rất nhiều.

 Lưu lượng tín hiệu analog không gặp bất cứ vấn đề gì về mạng hoặc rủi ro khi truyền tải Băng thông truyền qua cáp đồng trục hầu như không giới hạn nên bạn

có thể hoàn toàn yên tâm

 Hơn nữa hình ảnh, âm thanh sử dụng bằng tín hiệu tương tự không bị ảnh hưởng Hoặc nhiễu bởi các vấn đề bên ngoài hệ thống giám sát hình ảnh.

 Tuy nhiên, việc sử dụng các thiết bị tín hiệu Analog đang giảm dần do sự ra đời của tín hiệu kỹ thuật số

Nhược điểm:

 Là nền tảng của các dòng thiết bị số sau này Nên nó cũng tồn tại nhiều khuyết điểm

Đó là lắp đặt các thiết bị Analog khá rắc rối và không thẩm mỹ như thiết bị Digital.

 Bên cạnh đó dữ liệu của tín hiệu Analog dễ bị tác động khi có ai đó trực tiếp tác

động đến thiết bị hoặc cáp truyền tải

 Trên 1 kênh tần số liên lạc nó chỉ cho phép 1 nhóm liên lạc trong cùng cùng một thời điểm Không được hỗ trợ các phần mềm, ứng dụng, …

- Tín hiệu số : là tín hiệu rời rạc theo biên độ Vì trong một thời điểm nó chỉ có một

trong hai giá trị là 0 hoặc 1 (ứng với 0V hoặc 5V) được biểu diễn như hình dưới

Trong cuộc sống, ví dụ về tín hiệu số có thể thấy là máy truyền mã morse, tín hiệu trong dây mạng, usb,

- Ưu điểm:

 Loại bỏ tất cả các tạp âm trong hệ thống truyền tải tín hiệu

 Giúp cho việc sao chép thông tin không bị giảm chất lượng và không có giới hạn về

số lần sao chép

 Dao động nhiệt và điện áp không bị ảnh hưởng đến tín hiệu digital

 Không bị biến dạng (dù là biến dạng tuyến tính hay không tuyến tính)

 Tốc độ không làm biến dạng méo dao động

- Nhược điểm:

 Vì ở dạng số liệu số, nên tín hiệu digital dễ bị tổn thất

 Chỉ mất vài byte dữ liệu cũng gây ra lỗi cho tín hiệu âm thanh

 Hệ thống xử lý tín hiệu digital phức tạp và tốn kém hơn so với kỹ thuật analog

 Không thể cắt nối băng (hay đĩa) ghi âm digital như trong ghi âm analog

So sánh:

Tín hiệu Liên tục theo tời gian, gần gũi với tự nhiên hơn. Rời rạc theo thời gian, gần gũi với máy tính và thiết bị tính toán.

Công

dụng

Thường dùng cho đo lường, làm việc với các thiết bị chuyên về analog

Dùng trong tính toán, truyền thông dữ liệu số

Khả năng

lưu trữ

Lưu dưới dạng sóng, trên các thiết

bị từ (băng từ, đĩa từ, ), chứa nhiều thông tin hơn

Lưu dưới dạng bit, trên các thiệt

bị nhớ đắt tiền (fash, rom, ), chứa ít thông tin hơn

Truyền

thông

Lượng dữ liệu truyền đi nhiều hơn

và ít bị lỗi

Lượng dữ liệu truyền đi trong 1 khoản thời gian rất ít và dễ bị nhiễu

Câu 2: Mô hình hệ thống thông tin số (sơ đồ thành phần, nguyên lý, ưu điểm của hệ thống thông tin số so với hệ thống tương tự)

Các thành phần:

- Nguồn: tương tự hoặc số

- Tạo khuôn tín hiệu: tạo khuôn dạng tín hiệu, thực hiện biến đổi tin tức cần truyền ơ dạng tín hiệu liên tục hay tín hiệu số

- Mã hóa và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bit để giảm phổ của tín hiệu số

- Mã và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bit theo một khóa xác định nhằm bảo mật tin tức

- Mã và giải mã kênh: thực hiện nhằm chống nhiễu và các tác động xấu của kênh truyền dẫn

- Đồng bộ: Đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ thống thông tin liên kết

- Lọc: Lọc hạn chế phố tần, lọc chống tạp nhiễu, lọc thích nghi sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền

+Các nhánh bên thu thực hiện thuật toán xử lý ngược lại tương ứng

Với các khối của nhánh bên phát

Ghi chú:

+ Một số khối tạo khuôn, điều chế, đồng bộ, Là không thể thiếu

Modem đóng vai trò như bộ não của hệ thống

- Ghép kênh và phân kênh: cho phép Nhiều nguồn tin có thể chia sẻ cùng một Đường truyền vật lý (cáp, hay đường Truyền vô tuyến) Trong hệ thống truyền Dẫn

số, ghép kênh thường sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)

- Điều chế và giải điều chế (MODEM): điều chế giúp dòng tín hiệu số có thể truyền qua một phương tiện truyền dẫn vật lý cụ thể với tốc độ cho trước, với mức độ méo chấp nhận được và yêu cầu một lượng băng thông nhất định

- Trải và giải trải phổ: nhằm chống nhiễu và bảo mật tin tức

- Đa truy nhập: cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mang thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo yêu cầu

- Kênh truyền tin: Môi trường vật lý cụ thể dùng để truyền tín hiệu giữa nơi phát và nơi thu, làm suy hao năng lượng, méo tín hiệu và mất thông tin của tin hiệu

Hai loại chính: đường truyền hữu tuyến và đường truyền vô tuyến

+ đường truyền hữu tuyến:

Thông tin đượcc truyền đi trong dòng

Điện, ánh sáng chay trong dây dẫn

Vi dụ: cáp dây dòng xoắn, cáp đồng

Trục, sợi quang

+ đường truyền vô tuyến: Truyền tin bằng sự bức xạ của sóng điện từ trong không gian, tín hiệu bị ảnh hưởng nhiễu bởi các yếu tố bên ngoài Ví dụ: HT phát thanh, truyền hình quang

bá, HT di động, vệ tinh,

 Ưu điểm của hệ thống thông tin số

So vói hệ thống thông tin tương tự thì hệ thống thông tin số có một số ưu điểm sau:

 Tín hiệu số khỏe hơn tín hiệu tương tự đối với tạp âm và nhiễu

 Có khả năng chống nhiễu cao nhờ mã hóa chống nhiễu, Không bị ảnh hưởng của môi trường

 Tín hiệu truyền dưới dang xung nên đầu thu có thể khôi phục lại các xung chính xác,

dễ dàng

 Có khả năng tách tạp âm ra khỏi tín hiệu khi

 Truyền, trên đường truyền không tích lūy tạp âm

 Hệ thống số dùng các kỹ thuật mới, điều chế, tách sóng hiện đại dễ dàng kết hợp với các mạng hiện đại tạo thành mạng đa liên kết có nhiều dịch vụ mới

 Thiết bị gọn nhẹ, không có nhiều bộ lọc cồng kềnh và là phương thức truyền hiện đại

do đó hiện nay được sử dụng rất nhiều

 Độ chính xác cao

 Sao chép trung thực nhiều lần

 Cho phép giảm dung lượng lưu trữ, tăng tốc độ truyền

 Linh hoạt và mềm dẻo do xử lý bằng máy tính

Tuy nhiên: Hệ thống phức tạp, chi phí lớn và yêu cầu độ chính xác cao đặc biệt

trong các hệ thống đồng bộ số

Câu 3:

-Khái niệm:

Điều chế xung mã (PCM) là quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, trong đó

độ lớn các mẫu tức thời của tín hiệu tương tự được biểu diễn bởi các từ số tương ứng với một chuỗi các tổ hợp xung (bit)

- Thành phần:

Lọc: hạn chế băng tần của tín hiệu tương tự đầu vào

Lấy mẫu: tạo tín hiệu PAM

Lượng tử hóa: Làm tròn các mẫu tới một số hữu hạn các giá trị

Mã hóa: mỗi mẫu lượng tử được mã hóa bởi số bit cố định

- Nguyên lí

a, Lọc nhằm hạn chế phổ tần của tín hiệu liên tục cần truyền: Biến đổi Fourier của các tín hiệu liên tục thực tế là vô hạn theo biến tần số, chí ít cũng do thời gian tồn tại của chúng hữu hạn Chính vì vậy, các tín hiệu liên tục cần truyền nhất thiết phải được lọc nhằm hạn chế phổ tới tần số cực đại W nào đó nhằm thỏa mãn tiền đề về băng tần hạn chế của định lý lấy mẫu

b, Lấy mẫu: Tín hiệu liên tục sau lọc được rời rạc hóa nhờ lấy mẫu tín hiệu liên tục bằng chuỗi xung nhịp có tần số fs theo định lí lấy mẫu để có được các tín hiệu điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation)

c, Lương tử hóa: Số giá trị có thể có của tín hiệu PAM sau lấy mẫu là vô hạn, do vậy

số bit cần thiết để các giá trị các xung PAM sau lấy mẫu là vô hạn và điều này không thể thực hiện được Để hạn chế số bit mã cần sử dụng, giá trị của từng xung PAM cần được làm tròn thành một trong các giá trị mẫu xác định gọi là các mức lượng tử (có số hữu hạn) và quá trình này gọi là lượng tử hóa

d, Mã hóa: Các giá trị mức lượng tử ứng với các xung PAM đợc mã hóa bằng các tổ hợp mã nhị phấn để truyền đi trên hệ thống truyền dẫn số

Câu 4: Nguyên tắc chuyển đổi và ứng dụng của mã đường truyền cực, đơn cực và lưỡng cực 4.2

Dữ liệu nhị phân được truyền có thể sử dụng nhiều dạng xung khác nhau Việc lựa chọn một cặp đặc biệt của xung để đại diện cho các kí hiệu 1 và 0 được gọi là mã hóa đường truyền (line coding) Đây là quá trình chuyển đổi ánh xạ chuỗi số liệu nhị phân thành tín hiệu

số (dạng sóng truyền dẫn)

Ứng dụng:

Tạo ra phổ tín hiệu số sao cho phù hợp với kênh truyền hơn

Tạo khả năng tách tín hiệu đồng bộ ở bộ thu

Tăng tốc độ truyền dẫn

Giám sát chất lượng Có khả năng phát hiện lỗi và có thể sửa lỗi

Nguyên tắc:

Tự đồng bộ hóa

Không có thành phần một chiều (DC = 0)

Năng lượng ở tần số thấp phải nhỏ

Có nhiều cạnh xung để khôi phục xung clock ở bộ thu

Tín hiệu đã mã hóa phải có khả năng giải mã duy nhất thành tín hiệu gốc

Dễ phục hồi tín hiệu clock cho để đồng bộ hóa dễ dàng

Dải tần hẹp để tiết kiệm băng thông đường truyền

Biến đổi có quy luật sao cho máy thu kiểm soát được lỗi bit

Câu 5: Khái niệm, nguyên nhân, hậu quả và phương thức khắc phục nhiễu ISI.

 Khái niệm:

- Với hệ thống thông tin số trên dải băng gốc, băng tần của hệ thống là hữu hạn dải tần số làm việc từ 0 đến một giá trị fmax nào đó Do đó tín hiệu số khi truyền qua hệ thống sẽ bị hạn phổ

- Theo tính chất của phép biến đổi Fourie ngược điều này sẽ làm cho tín hiệu thu được bị trải rộng ra trên miền thời gian và gây nhiễu lẫn nhau đối với các symbol (ký hiệu) được truyền kế tiếp nhau hay còn gọi là nhiễu ISI

 Nguyên nhân:

- Sự không chính xác của định thời

- Độ rộng băng tần không đủ

- Méo biên độ: Các bộ lọc được sử dụng có đáp ứng xung riêng, do đó đáp ứng tần số của kênh bị ảnh hưởng Khi mà đặc tuyến tần số của kênh truyền tin lệch khỏi các giá trị chuẩn hoặc các giá trị mong muốn thì sẽ có méo xung Việc bù các sai lệch đó gọi là cân bằng biên độ

- Méo pha: Một xung là sự tổng hợp hoặc trồng nhau của các sóng hình sin có biên độ và pha riêng biệt Nếu các quan hệ pha tương đối của các sóng hình sin

đó biến đổi thì sẽ xuất hiện méo pha Méo pha xuất hiện khi các thành phần tần

số có sự khác biệt về độ lệch thời gian trong quá trình truyền dẫn qua môi trường Các bộ cân bằng độ lệch thời gian thường được sử dụng để bù độ lệch

và giảm méo pha

 Hậu quả:

- Tín hiệu thu bị méo rất lớn và tin tức có thể bị nhận sai do bộ quyết định sai do vượt ngưỡng quyết định

 Khắc phục:

- Để giảm nhiễu xuyên âm người ta phải làm thế nào hạn chế dải thông mà vẫn không gây ra ISI Khi dải thông bị giới hạn, xung sẽ có đỉnh tròn thay vì đỉnh phẳng Những phương pháp để loại bỏ nhiễu ISI là dùng bộ lọc cos nâng và bộ lọc ngang ép không (phương pháp Nyquist I)

Câu 6: Khái niệm, sơ đồ, thành phần, ưu nhược điểm, ứng dụng của hệ thống ghép kênh TDM.

 Khái niệm:

TDM (Time Division Multiplexing): Ghép kênh phân chia theo thời gian Là một kỹ thuật để tách băng thông trên một đường truyền chia ra làm nhiều khung, mỗi khung

sẽ được chia thành nhiều khe thời gian (Time Slot) Mỗi người sử dụng sẽ được cung cấp một Time Slot riêng dành cho việc truyền tải dữ liệu của mình Đơn giản hơn thì có nghĩa là trên đường truyền từ nhà cung cấp dịch vụ đến người sử dụng chỉ có một mình người thuê đường truyền đó sử dụng luồng tín hiệu, cho phép bảo mật và đảm bảo được tốc độ của đường truyền

 Sơ đồ:

 Thành phần:

 Ưu điểm:

- TDM mềm dẻo hơn FDM do có thể phân phối nhiều khe thời gian trong một khung thời gian cho cùng một người dùng

- TDM yêu cầu cấu hình thiết bị đơn giản hơn FDM

 Nhược điểm:

- Cần phải đồng bộ thời gian thu, phát giữa trạm gốc và tất cả các thiết bị di động

- Yêu cầu tốc độ truyền (ký hiệu) lớn, do vậy băng tần yêu cầu lớn, độ rộng một ký hiệu hẹp hơn vì vậy ảnh hưởng của ISI có thể lớn hơn

 Ứng dụng: Tín hiệu thoại T1, ISDN, …

Câu 7: Cấu trúc khung và đa khung của PCM30:

- N = 30

- Cấu trúc ghép kênh cơ sở chuẩn Châu Âu

- Tốc độ bit ở ngõ ra Encoder : 2048 kbit/s

- Line encoder : HDB3

-Mỗi

đa khung (mutiframe) có 16 khung (frame) (F0, F1, …F15) có độ dài 2 ms

- Mỗi khung dài 125 µm chia làm 32 khe thời gian (time slot) (Ts0-Ts31)

- Mỗi khe thời gian dài 3,9µs gồm 1 từ mã 8 bit

- Thời gian của mỗi bit là 488ns

- Luật nén: Luật A và A = 87,6

- Công suất báo hiệu:

- Báo hiệu kênh liên kết: 2 kbit / s

- báo hiệu kênh chung: 64 kbit / s

- Trong nhiều khung, hệ thống PCM 30 kênh sẽ có dữ liệu đặc trưng sau: +Tần số đa khung: 500 Hz

+ Chu kỳ đa khung: 2 ms

+Thời gian các vị trí trong mỗi khung đa: 32x16 = 512 Bits, trong mỗi khung đa: 256x16 = 4096

Câu 8:

Cấu trúc khung và đa khung PCM24 (luồng DS1)

a Tốc độ bit:

V=(8bit/TS*24TS/khung+1)*8.103khung/s=1544Kb/s

b Mô tả:

- Mỗi khung gồm 24 TS chứa 24 kênh thoại và 2 bit cờ

- Đa khung gồm 12 khung hoặc 24 khung:

+ Đa khung 12 khung:

Bit F các khung chẵn: tạo từ mã đồng bộ đa khung 00111 và bit S cảnh báo mất đồng bộ đa khung

Bit F các khung lẻ: tạo từ mã đồng booj khung 101010

Khung F6 và F12: bít thứ 8 của tất cả các TS được sử dụng để truyền báo hiệu

+ Đa khung 24 khung:

Bit F các khung F4, F8, F12, F20, F24: tạo từ mã đồng bộ đa khung 001011

Bit F các khung F2, F6, F10, F14, F18, F22: tạo mã CRC-6

Bit F các khung còn lại: dùng cho đồng bộ khung và cảnh báo mất đồng bộ khung

Bit F6, F12, F18, F24: bit 8 của tất cả các TS được sử dụng để truyền báo hiệu

9 Trình bày ưu nhược điểm của phương thức ghép kênh bậc cao PDH và SDH

PDH

Nhược điểm:

- PDH chủ yếu các dịch vụ thoại còn các dịch vụ phi thoại (số liệu, ISDN) tín hiệu băng rộng khó đáp ứng

- Tốc độ tối đa được tiêu chuẩn hóa là 140Mbps (quốc tế) và 565 với cấp quốc gia -> khó tạo ra các xa lộ thông tin

- Khi muốn truy xuất 1 luồng cấp cao phải trải qua nhiều cấp độ Ngược lại khi ghép 1 luồng cấp thấp lên cao phải ghép lần lượt các cấp

- Khả năng quản lí, giám sát mạng kém Khung tín hiệu của bộ ghép PDH không đủ các byte nghiệp vụ để cung cấp cho điều khiển, giám sát quan lí và bả dưỡng hệ thống

- Còn tồn ttaij 2 loại phân cấp truyền dẫn khác nhau -> việc khó khan phức tạp cho việc hòa mạng và đồng bộ mạng

- Chưa có tiêu chuẩn chung cho thiết bị đường dây

- Với các đường tốc độ cao, thiết bị đầu cuối độc lập với thiết bị ghép kênh dẫn đến thiết bị rất cồng kềnh, phức tạp

Ưu điểm:

- Giảm độ di pha

- Có cấu trúc khung đặc trưng

SHD

Ưu điểm:

- Làm đơn giản hóa mạng lưới nhờ việc tách ghép luồng trực tiếp và nối chéo luồng bằng phần mềm

- SHD tương thích với tất cả các tín hiệu PDH

- Tốc độ trên 140Mbit/s đầu tiên được tiêu chuẩn hóa trên phạm vi toàn thế giới

- Việc truyền dẫn tín hiệu quang đc tiêu chuẩn hóa thích hợp với thiết bị của các nhà sản xuất

- Cấu trúc khối- tách ghép luồng thông tin trở nên dễ dàng

- Các trang bị kênh riêng cho giám sát, quản lí, đo thử or điều khiển sử dụng trong quản lí mạng

Nhược điểm:

- Kĩ thuật phức tạp hơn

- Dung lượng không đc đảm bảo cho hệ thống tín hiệu CEPT

- Việc sắp xếp theo nguyên lí byte xen byte làm tang độ di pha

- Việc ghép luồng không đồng bộ vs nhau mà phải sử dụng 1 số bộ giao tiếp khác

- Đồng bộ phải đc cung cấp từ ngoài

- Thiếu tín hiệu ghép trung gian 8Mbit/s

- Luồng STM- 1 có tốc độ 155,52 Mbit/s chỉ chứa 63 luồng 2 Mbit/s or 3 luồng 34Mbit/s Câu 10: Khái niệm, phân loại, đặc điểm, sơ đồ và ví dụ về điều chế 2-ASK, B-FSK, 2-PSK

2-ASK:

Khái niệm: bit 1 đc biểu diễn bằng 1 sóng amh có biên độ là hằng số; còn bit 0 không xuất hiện sóng mang