Tài liệu Truyền dữ liệu

  • Số trang: 212 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 197 |
  • Lượt tải: 0
tranvantruong

Đã đăng 3224 tài liệu

Mô tả:

truyền dữ liệu
LỜI NÓI ðẦU   Giáo trình ñược biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông. Nội dung gồm chín chương, trọng tâm ñi vào phần cứng ñồng thời có giới thiệu một số giao thức của hệ thống truyền dữ liệu. - Chương 1 và 2 ôn tập một số kiến thức cơ bản có bổ sung một số khái niệm mới chuẩn bị cho các chương tiếp theo. - Chương 3 tập trung vấn ñề mã hóa, phân tích tính chất và khả năng các loại mã, thiết kế các loại mạch tạo mã. - Chương 4, 5 và 6 tìm hiểu các IC cùng giao thức truyền ñồng bộ, bất ñồng bộ ñồng thời khảo sát các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền dữ liệu. - Chương 7 bàn về biện pháp truyền dữ liệu nhờ ñường dây ñiện thoại, kỹ thuật dùng trong modem. - Chương 8 trình bày các phương pháp ña hợp. - Chương 9 ñề cập ñến kỹ thuật truyền tín hiệu số trên hệ thống thông tin. Tìm hiểu hoạt ñộng của các IC CODEC. Theo chủ quan của tác giả, sự sắp xếp các chương với thứ tự như trên là hợp lý. Như chúng ta ñã biết, vấn ñề truyền thông ñã và ñang phát triển rất nhanh với kỹ thuật ngày càng hoàn hảo nên những gì viết ra ngày hôm nay có thể không hoàn toàn thích hợp trong tương lai. Tuy nhiên phần kiến thức cơ bản hàm chứa trong giáo trình luôn luôn vẫn là nền tảng cho sự phát triển sau này.. Ðây cũng là mong muốn mà người viết hy vọng mang ñến cho các em sinh viên. Mặc dù giáo trình ñược viết cho ñối tượng là sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông, nhưng với những ai có quan tâm tới phần cứng của các hệ thống truyền dữ liệu cũng có thể tìm thấy ở ñây ñôi ñiều bổ ích. Cuối cùng tác giả xin thành thật cám ơn Thạc sĩ Ðoàn Hòa Minh ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể giáo trình có thể hoàn thành. Người viết Nguyễn Trung Lập MỤC LỤC CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ . 1.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG . 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ . 1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI . CHƯƠNG 2 MÃ HÓA VÀ ðIỀU CHẾ: 2.1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU . 2.2 MÃ HÓA . 2.3 ðIỀU CHẾ . CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÃ TRONG TRUYỀN DỮ LIỆU: 3.1 MÃ NHỊ PHÂN CỦA CÁC CHỮ SỐ . 3.2 CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI . 3.3 MÃ NÉN DỮ LIỆU . 3.4 MẬT MÃ . CHƯƠNG 4: TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ðỒNG BỘ: 4.1 HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU . 4.2 MẪU TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN BẤT ðỒNG BỘ . 4.3 VÀI IC THỰC HIỆN GIAO THỨC BẤT ðỒNG BỘ . CHƯƠNG 5: CÁC CHUẨN GIAO TIẾP: 5.1 GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ðIỆN VÒNG 20mA . 5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D . 5.3 CHUẨN GIAO TIẾP RS-449, 422A&423A . CHƯƠNG 6: TRUYỀN NỐI TIẾP ðỒNG BỘ 6.1 GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ðỒNG BỘ . 6.2 CÁC GIAO THỨC ðỒNG BỘ . 6.3 KHẢO SÁT VÀI IC LSI TRUYỀN ðỒNG BỘ . 6.4 KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN . CHƯƠNG 7: TRUYỀN TÍN HIỆU BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ: MODEMS 7.1 DẪN NHẬP. 7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN. 7.3 MỘT SỐ MODEM ðỒNG BỘ VÀ BẤT ðỒNG BỘ. 7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI . CHƯƠNG 8: CẤC PHƯƠNG PHÁP ðA HỢP 8.1 ðA HỢP TẦN SỐ . 8.2 ðA HỢP THỜI GIAN . CHƯƠNG 9 TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ BẰNG SÓNG MANG SỐ: 9.1 9.2 9.3 9.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . ðIỀU MÃ XUNG . ðIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA . 2914 COMBO CHIP . WWW.UPDATESOFTS.COM – 2006 CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Nội dung : 1.1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ . 1.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG . 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ . 1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI . 1 . 1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ: Thông tin dữ liệu là phương pháp truyền thông dùng mã nhị phân thay cho tín hiệu. Có thể coi lịch sử thông tin dữ liệu bắt ñầu vào năm 1837 với sự phát minh ñiện tín của Samuel F. B. Morse. Ðó là hệ thống truyền các xung ñiện biểu diễn cho các dấu chấm, vạch (tương ñương với các số nhị phân 1, 0) trên các ñường dây ñồng nhờ các máy cơ ñiện. Các tổ hợp khác nhau của các mã này thay cho các chữ, số, dấu.... ñược gọi là mã Morse. Bản ñiện tín ñầu tiên ñược phát hiện ở Anh do Charles Wheatstone và William Cooke thực hiện nhưng hệ thống của họ phải dùng 6 ñường dây. Năm 1840, Morse ñăng ký sáng kiến về ñiện tín ở Mỹ và ñến năm 1844 thì ñường dây ñiện tín ñầu tiên ñược thiết lập giữa Baltimore và Washington D.C.. Năm 1849, bản tin ñầu tiên ñược in nhưng với vận tốc rất chậm, cho ñến năm 1860 vận tốc in ñạt ñược là 15 bps. Công ty Ðiện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) ñược thiết lập năm 1850 ở Rochester, New York cho phép thực hiện việc trao ñổi thông tin giữa các cá nhân. Năm 1874, Emile Baudot thiết kế ñược máy phát dùng phương pháp ña hợp, có thể truyền cùng lúc 6 bản tin trên cùng một ñường dây. Năm 1876, Alexander Graham Bell ñã ñưa ñiện tín lên một bước phát triển mới: sự ra ñời của ñiện thoại. Thay vì chuyển bản tin thành các chuỗi mã Morse, Bell ñã cho thấy rằng người ta có thể truyền thẳng tín hiệu ñiện ñặc trưng cho tiếng nói trên các ñường dây. Những hệ thống ñiện thoại ñầu tiên cần các cặp ñường dây khác nhau cho hai người muốn trao ñổi thông tin với nhau, một người phải nối ñiện thoại của mình vào ñúng ñường dây nối với ñiện thoại của người mà mình muốn liên lạc. Dần dần sự kết nối ñược thực hiện bởi các tổng ñài cơ khí rồi tổng ñài ñiện tử, số . . . . Người ta không còn biết hệ thống hoạt ñộng thế nào, chỉ cần quay (bây giờ thì bấm) số và ñược kết nối. Năm 1899, Marconi thành công trong việc phát tin bằng vô tuyến. Có thể nói ñiện tín là phương tiện duy nhất ñược dùng ñể phát tin ñi xa cho ñến năm 1920, lúc ñài phát thanh thương mại ñầu tiên ra ñời. Năm 1945, ñánh dấu một sự kiện quan trọng ñó là việc phát minh ra chiếc máy tính ñiện tử ñầu tiên: chiếc ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Ðược thiết kế ñể tính ñạn ñạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC là thiết bị ñầu tiên có thể xử lý thông tin dưới dạng ñiện. Mặc dù ENIAC không giữ một vai trò trực tiếp trong việc thông tin dữ liệu nhưng nó cho thấy rằng các tính toán và quyết ñịnh chính xác có thể thực hiện ñược nhờ tín hiệu ñiện, một khả năng quan trọng trong hệ thống thông tin hiện nay. Sau ñó Ðại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business Machines Corporation) ñã cho ra ñời những chiếc máy tính ña dụng, ñiều khiển tự ñộng ñầu tiên. Ðến năm 1951 thì số lượng các chủng loại máy tính gia tăng rất nhiều (người ta ñánh giá sự gia tăng này có tốc ñộ tỉ lệ với hàm mũ) và nhu cầu trao ñổi thông tin trong mọi người cũng gia tăng với mức ñộ tương tự. Nhưng cho ñến năm 1968 công ty AT & T xem như ñộc quyền: chỉ các thiết bị do chính công ty sản xuất mới ñược nối vào hệ thống thông tin quốc gia. Vào thời ñiểm này, Hiệp hội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) của Mỹ, thông qua Tòa án tối cao ñã ký quyết ñịnh Carterfone, cho phép các thiết bị của các nhà chế tạo khác ñược nối vào hệ thống, quyết ñịnh này ñã tác ñộng thật sự ñến sự ra ñời của một kỹ nghệ mới: kỹ nghệ thông tin dữ liệu. Theo thời gian sự phát triển của kỹî nghệ này ñã ñưa ñến những hệ thống thông tin dữ liệu số ñược thực hiện ở những khoảng cách ñáng kể. Và bây giờ,với sự phát triển vũ bảo của máy tính , công nghệ chế tạo IC ña chức năng, khả năng to lớn của cáp quang và hệ thống vệ tinh ñịa tĩnh, thông tin dữ liệu số ñã trở thành phổ biến và có một sức mạnh ñến kỳ lạ, nó có thể thỏa mãn nhiều yêu cầu về thông tin liên lạc của mọi người trên toàn cầu trong một khoảng thời gian rất ngắn. Chương này ñề cập ñến một số khái niệm chung và tìm hiểu một cách sơ lược các hệ thống truyền tương tự, hệ thống truyền số cùng một số tính chất cơ bản của chúng. 1 . 2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG : 1.2.1. Tin tức, dữ liệu và tín hiệu. 1.2.2 Băng thông . 1.2.3 Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc . 1.2.4 Các phương pháp truyền . 1.2.5. Các phương pháp dồn kênh . 1.2.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu (Information, Data & Signal): - Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị ñược diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc. -Tin tức: Ý nghĩa mà con người qui cho dữ liệu theo các qui ước cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu, thông qua nó con người hiểu nhau . . .. Trong hệ thống truyền thông, thường người ta không phân biệt dữ liệu và tin tức. - Tín hiệu: Là tin tức, dữ liệu ñã ñược chuyển ñổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và /hoặc chuyển ñổi) cho phù hợp với môi trường truyền thông. Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. - Tín hiệu tương tự: có dạng sóng như (H.1.1a), ñó là các ñại lượng ñiện có bất cứ giá trị nào trong một khoảng thời gian xác ñịnh. Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hình sin. Một tín hiệu tương tự có thể ñược số hóa ñể trở thành tín hiệu số. - Tín hiệu số: có dạng sóng như (H.1.1b), ñó là tín hiệu mà biên ñộ chỉ có một trong hai giá trị duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic ñặc trưng bởi hai số 0 và 1 trong hệ nhị phân. Hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân. Trong các hệ thống truyền số, ta còn gặp tín hiệu có dạng như (H.1.1c). Ðây chưa phải là tín hiệu số nhưng nó cũng chỉ có các giá trị nhất ñịnh mà người ta có thể số hóa bằng các số nhị phân nhiều bít hơn. Trong trường hợp của (H 1.1c) tín hiệu có thể có một trong bốn giá trị 0, 1, 2, 3; ñể có thể mã hóa tín hiệu này cần các số nhị phân hai bít, hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân hai bít. (a) (b) (c) (H 1.1) Tín hiệu trên ñường truyền, gọi là sóng mang, có thể là loại tương tự hay số và ñược dùng ñể truyền dữ liệu tương tự hay dữ liệu số. Thí dụ: Tiếng nói là loại dữ liệu tương tự và ñược truyền trên hệ thống ñiện thoại bởi tín hiệu tương tự (H 1.2a); những dữ liệu có nguồn gốc là số, thí dụ như mã ASCII của các ký tự ñược biểu diễn dưới dạng những xung ñiện nhị phân ñược truyền bởi tín hiệu tương tự nhờ MODEM (Modulator/Demodulator) (H 1.2b). Tín hiệu tương tự sẽ qua mạch CODEC (Coder/Decoder) ñể ñược số hóa (H 1.2c) và dữ liệu số có thể ñược truyền thẳng qua hệ thống số (H 1.2d). Tín hiệu Nguồn → Tiếng nói ðIỆN THOẠI truyền → Tín hiệu tương tự (a) Tín hiệu số MODEM → (b) → Tín hiệu tương tự Tín hiệu tương tự → Tín hiệu số CODEC → (c) Dữ liệu số H. T. SỐ → → Tín hiệu số (d) (H 1.2) - Nhiễu: là các tín hiệu ngoài ý muốn, xuất hiện trong hệ thống hoặc trên ñường truyền. Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng và tín hiệu số có thể bị lỗi. - Cường ñộ tín hiệu: Cường ñộ của tín hiệu thường ñược biểu diễn bởi công suất hoặc ñiện áp trên tổng trở tải của nó. Ta phải nói tín hiệu có công suất 133mW hoặc có biên ñộ 100mV trên tổng trở 75Ω . - Tỉ số cườnng ñộ hai tín hiệu: dùng mô tả ñộ lợi hoặc ñộ suy giảm của hệ thống, thường ñược biểu diễn bằng ñơn vị Decibel (dB) xác ñịnh theo thang logarithm: Tỉ số tín hiệu = 10log dB Sự tiện lợi của ñơn vị dB là người ta có thể xác ñịnh ñộ lợi (hay ñộ suy giảm) của một hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) bằng cách cộng các ñộ lợi của các tầng với nhau. Người ta thường biểu thị công suất tuyệt ñối của một tín hiệu bằng cách so sánh với một tín hiệu chuẩn có công suất 1W : Công suất tín hiệu = 10log dB Ngoài ra, người ta còn dùng ñơn vị dBm ñể xác ñịnh cường ñộ tín hiệu so với tín hiệu chuẩn có công suất 1mW : Công suất tín hiệu = Bm 10log Một tín hiệu có công suất 1W tương ñương với 0 dB và 30dBm. Thí dụ: Tín hiệu có biên ñộ 100mV ở 75Ω tương ñương với 0,133 mW, tính theo dBm là: 10log(0,133/1mW) = - 8,76 dBm. Dấu trừ cho biết mức tín hiệu là 8,76 dBm dưới 1mW. Lưu ý, trong chuyển ñổi ñơn vị phải ñể ý ñến tổng trở tải của tín hiệu. Biểu thức P = ( V2/R ) có thể ñược dùng ñể tính ñiện áp hiệu dụng hoặc tỉ số ñiện áp. Trong các hệ thống ñiện thoại tổng trở tải thường dùng là 600Ω. Thí dụ: Tín hiệu 100mV trên tải 75Ω tương ñương với 282mV, nếu tải là 600Ω. Thật vậy, ở 600Ω, ñiện áp của tín hiệu xác ñịnh bởi : V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079 = 0,282 V = 282 mV V = Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì : Tỉ số tín hiệu = 20log dB - Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) Ðể ñánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu ñó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Ðây là tỉ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín hiệu nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm). Nếu tín hiệu 2 dBm có mức nhiễu là -20 dBm, thì tỉ số SNR là 22 dBm. Nói cách khác mức tín hiệu lớn hơn mức nhiễu 22 dBm. Thí dụ: Với tín hiệu số như (H.1.1b), SNR tối thiểu phải là bao nhiêu ñể có thể phân biệt ñược tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận ñược)? Ðối với tín hiệu như (H.1.1b), giả sử biên ñộ ứng với mức 1 là 1 V và 0 V cho mức 0, một lỗi sẽ phát sinh nếu mức 0 ñược phát ñi mà nhiễu có giá trị dương lớn hơn 0,5 V và nếu mức 1 phát ñi mà nhiễu có biên ñộ âm và trị tuyệt ñối lớn hơn 0,5 V. Như vậy giá trị tối ña cho phép của nhiễu là 0,5 V so với trị tối ña của tín hiệu là 1 V và tỉ số SNR tối thiểu là: SNRMIN = Một hệ thống hay mạch tốt khi có khả năng nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêu cầu. 1.2.2 Băng thông : - Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong ñó chứa hầu hết công suất của tín hiệu. Khái niệm này cho ta xác ñịnh phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu ñó chứa một phổ tần quá rộng. - Băng thông của kênh truyền là dải tần số của tín hiệu mà ñộ suy giảm khoảng vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực ñại khi tín hiệu ñó truyền qua hệ thống. Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với ñiểm nửa công suất. Một kênh truyền tốt phải có băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu, ñiều này khiến cho tín hiệu ñược tái tạo không bị méo dạng và suy giảm ñáng kể trong quá trình truyền. 1.2.3 Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc : Về hình trạng, hệ thống thông tin có thể có dạng : - Ðiểm - ñiểm (Point to point): Thí dụ liên lạc giữa máy tính và máy in - Nhiều ñiểm (Multipoint): Hệ thống nhiều ñiểm có thể có một trong các dạng: sao (star), vòng (ring) và multidrop * Mạng hình sao (H 1.3a): Thuận lợi trong liên lạc vì ñài thứ cấp truy xuất trực tiếp ñài sơ cấp nhưng giá thành cao vì phải sử dụng ñường dây riêng. * Mạng vòng (H 1.3b): Thông tin phải ñi theo vòng từ ñài sơ cấp ñến ñài thứ cấp. Nếu có một ñài hỏng, hệ thống ngưng làm việc. * Mạng multidrop (H 1.3c): Các ñài thứ cấp nối chung một ñường dây vào trạm sơ cấp Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống thông tin có thể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức: - Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều. Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại. Trong hệ thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) ñể hiển thị thông tin nhận ñược. - Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai hướng nhưng không ñồng thời. Hệ thống thông tin dùng Walkie - Talkie là một thí dụ của phương thức liên lạc bán song công. Các máy truyền bán song công có một nút ấn ñể phát (push to send), khi ở chế ñộ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại. - Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều ñồng thời. Hệ thống này thường có 4 ñường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền. Phương thức này ñược dùng trong hệ thống ñiểm - ñiểm (point to point) - Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): Ðài sơ cấp có khả năng phát tín hiệu tới một ñài thứ cấp ñồng thời nhận thông tin từ một ñài thứ cấp khác. Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều ñiểm (multipoint) (H 1.3) 1.2.4 Các phương pháp truyền : Ðể truyền tín hiệu người ta có thể dùng một trong hai phương pháp: phương pháp truyền dải nền và phương pháp ñiều chế. - Phương pháp truyền dải nền : Tín hiệu ñược truyền có cùng dải tần với tín hiệu nguồn. Thí dụ trong ñiện thoại, tín hiệu âm thanh hữu ích có tần số trong khoảng 300-3000 Hz ñược truyền ñi mà không có sự biến ñổi nào về phổ tần của nó. - Phương pháp ñiều chế : Ðây là phương pháp cho phép dời phổ tần của tín hiệu nguồn ñến một khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền và tránh ñược nhiễu do giao thoa (nghĩa là các phổ tần cách nhau một khoảng ñủ ñể không chồng lên nhau). 1.2.5 Các phương pháp dồn kênh : Ðể có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một ñường truyền mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải dồn kênh. Có hai phương pháp dồn kênh: phương pháp ña hợp phân tần số và phương pháp ña hợp phân thời gian . (H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh. (H 1.4) - Dồn kênh theo phương pháp ña hợp phân thời gian (TDM: Time Division Multiplexing) (H 1.5) minh họa phương pháp TDM . (H 1.5) Khóa chuyển mạch ñược sử dụng ñể nối tuần tự mỗi tín hiệu cần truyền ñến ñường truyền trong một khoảng thời gian nhất ñịnh. Dĩ nhiên các khóa chuyển mạch ở máy phát (dồn kênh) và máy thu (phân kênh) phải hoạt ñộng ñồng bộ ñể các máy thu thu ñúng tín hiệu của nó. - Dồn kênh theo phương pháp ña hợp phân tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing). (H 1.6) minh họa phương pháp FDM cho 3 kênh truyền (3 tín hiệu tương tự). Tần số sóng mang của mỗi bộ ñiều chế của mỗi kênh ñược chọn lựa sao cho mỗi tín hiệu ñã ñược ñiều chế chiếm một dải tần riêng trong cả phổ tần của ñường truyền và phải ñược cách ly theo qui ñịnh. Ðể thực hiện ñược việc này người ta dùng các mạch cộng hưởng LC có tần số cộng hưởng khác nhau cho mỗi kênh truyền. Các hệ thống truyền thanh và truyền hình sử dụng phương pháp dồn kênh này. (H 1.6) 1 . 3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ : (H 1.7) mô tả một hệ thống truyền tương tự dùng phương pháp ñiều chế (nếu truyền dải nền thì không cần bộ ñiều chế và giải ñiều chế). Trong hệ thống này tín hiệu trên ñường truyền là tín hiệu tương tự. Bộ phận chuyển ñổi ở máy phát biến tin tức thành tín hiệu tương tự, sau khi ñược xử lý (như lọc, khuếch ñại, phối hợp trở kháng.....) sẽ qua bộ phận ñiều chế ñể dời phổ tần; cuối cùng bộ phận giao tiếp chuẩn bị tín hiệu phát tương thích với môi trường truyền hay kênh truyền. Các công việc ñược thực hiện theo chiều ngược lại ở máy thu. (H 1.7) 1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ : 1.4.1 Sơ ñồ khối . 1.4.2 Vận tốc truyền tín hiệu . 1.4.3 Truyền nối tiếp và song song . 1.4.4 Truyến ñồng bộ và bất ñồng bộ . 1.4.1 Sơ ñồ khối : (H 1.8) mô tả một hệ thống truyền số. Tín hiệu trên ñường truyền của hệ thống là tín hiệu số, tức các ñiện áp tương ứng cho các mức 0 và 1 của các mã nhị phân biểu thị cho tin tức. Bộ phận chính của hệ thống là bộ phận biến ñổi A→D (Analog to Digital Converter, ADC) ở máy phát (biến tín hiệu tương tự thành tín hiệu số) và biến ñổi D→A (Digital to Analog Converter, DAC) ở máy thu (biến tín hiệu số thành tín hiệu tương tự). Việc truyền tín hiệu số ñược thực hiện bằng cách phát tuần tự các mã nhị phân này. (H 1.8) 1.4.2 Vận tốc truyền tín hiệu (Baud rate) : Một trong những ñặc trưng quan trọng ñể ñánh giá chất lượng một hệ thống truyền số là vận tốc truyền tín hiệu, ñược tính bằng baud. Baud là vận tốc thay ñổi trạng thái sóng mang (số lần thay ñổi sóng mang trong một giây) còn gọi là vận tốc ñiều chế (baud rate). Trong thực tế người ta hay dùng ñơn vị bit/s (bps) là vận tốc truyền bit (bit rate), tức số bit mà hệ thống truyền trong một giây. Trong hệ thống truyền nhị phân (tín hiệu cần truyền có dạng (H 1.1b)), sóng mang chỉ ñược ñiều chế bởi một trong hai trạng thái của tín hiệu, vận tốc bit và vận tốc tín hiệu bằng nhau (số bit/s = số baud). Trong hệ thống truyền nhị phân hai bit (Thí dụ, dùng số nhị phân hai bit mã hóa tín hiệu có dạng (H 1.1c)), số lượng bit sẽ gấp ñôi số tín hiệu (vận tốc thay ñổi bit nhanh gấp ñôi vận tốc thay ñổi sóng mang), như vậy số bit/s gấp ñôi số baud. Thí dụ : Tính vận tốc truyền tín hiệu (H 1.1c), nếu thời gian tương ứng với một giá trị của tín hiệu là T = 0,0001s. Vận tốc truyền tín hiệu = số baud = 1/T = 1/0,0001 = 10.000 baud. Vận tốc truyền bit br = 2.baud = 20.000 bit/s 1.4.3 Truyền nối tiếp và song song : Tùy theo cách thức ñưa tín hiệu ra ñường truyền mà ta có hai cách truyền: song song và nối tiếp. (H.1.8) mô tả hai cách truyền. - Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt ñược phát ñi từng bít trên cùng một ñường dây. Tốc ñộ truyền chậm nhưng ít tốn kém hơn so với cách truyền song song. - Truyền song song: mã ký tự ñược gửi ñi dưới dạng song song, nghĩa là các bít ñược phát ñi ñồng thời trên các ñường truyền. Tốc ñộ truyền song song khá nhanh nhưng phải tốn nhiều ñường dây. Do ñó, cách truyền này ñược dùng trong thực tế khi phần phát và thu ở gần nhau. (a) (b) (H1.9) 1.4.4 Truyền ñồng bộ và bất ñồng bộ : Trong các hệ thống truyền số các tín hiệu có thể truyền theo chế ñộ ñồng bộ và bất ñồng bộ. Hai chế ñộ truyền này khác nhau chủ yếu ở việc thực hiện sự ñồng bộ và do ñó ñưa tới cách ñịnh dạng tín hiệu truyền khác nhau. - Truyền ñồng bộ: Trong chế ñộ ñồng bộ dữ liệu truyền ñược hình thành theo các dạng cố ñịnh. Thí dụ các ký tự ñược mã hoá bằng mã ASCII và bản tin ñược truyền thành từng khối (block), sự ñồng bộ ñược thực hiện ở những khoảng thời gian giữa các khối của bản tin. Do truyền một lần cả bản tin nên vận tốc truyền khá lớn, từ 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps cho ñến hằng Mbps. Một bất lợi của cách truyền ñồng bộ là máy phát phải gửi tín hiệu xung ñồng hồ ñể ñồng bộ máy thu. Nếu việc này không thực hiện ñược thì ở máy thu phải thiết kế một vòng khóa pha (PLL) ñể phục hồi xung ñồng bộ từ dòng dữ liệu. - Truyền bất ñồng bộ: Trong chế ñộ bất ñồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố ñịnh. (H 1.10) cho ta 3 dạng của tín hiệu thường gặp trong cách truyền bất ñồng bộ. (H 1.10a) là 3 bản tin a,b,c ñược truyền tuần tự. Các bản tin dài ngắn khác nhau và cách nhau không ñều. (H 1.10b) là trường hợp thời gian T của các bản tin giống nhau nhưng khoảng cách các bản tin thì bất kỳ, không phải là bội số của T. Trong hai trường hợp này băng thông cần thiết tùy thuộc vào dữ liệu. (H 1.10c) là một dạng khác của tín hiệu thường gặp trong các bản tin phát bằng phương pháp quét (thí dụ trong các máy FAX). Trong trường hợp này băng thông của hệ thống tùy thuộc vào ñộ phân giải tín hiệu chứ không tùy thuộc vào dữ liệu. Trong tất cả các trường hợp ñể tạo sự ñồng bộ máy phát phải gửi kèm các xung ñồng bộ ở ñầu và cuối mỗi ký tự (trong (H 1.10a) ñó là các xung S hoặc T ). (H 1.10) 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI : Sự phát triển của lãnh vực thông tin liên lạc với kỹ thuật truyền số liệu ñã trở nên phổ biến trên toàn cầu. Việc thông tin ngày càng nhiều, yêu cầu về ñộ chính xác và ñộ tin cậy ngày càng cao. Ðể bảo ñảm ñiều này các hệ thống thông tin phải tuân thủ một số qui ñịnh về tất cả các khía cạnh như tốc ñộ truyền, phương pháp mã hóa, qui tắc gán ñịa chỉ, các biện pháp thực hiện khi có lỗi v. v . . . Tập hợp tất cả các qui ñịnh mà các hệ thống thông tin phải tuân theo gọi là các giao thức (protocols). Nhờ có giao thức, các hệ thống không tương thích nhau có thể liên lạc với nhau. Ðối với một hệ thống chỉ có hai phần tử thì giao thức rất ñơn giản. Vấn ñề trở nên phức tạp và khó khăn khi chủng loại các hệ thống và các phần tử của hệ thống tăng lên. Một tập hợp các giao thức cho phép hai hệ thống bất kỳ nào cũng có thể liên lạc với nhau bất chấp cấu trúc bên trong của nó, gọi là một HỆ THỐNG MỞ. Tổ chức ñịnh chuẩn quốc tế (International Standards Organization, ISO) ñã quan tâm tới vấn ñề kết nối các thiết bị khác nhau từ năm 1977 và ñến năm 1984 thì mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ra ñời, gọi tắt là mô hình OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection). Mô hình OSI là mô hình phân tầng ñược xây dựng dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sau ñây: - Số tầng càng hạn chế càng tốt - Ranh giới giữa các tầng bảo ñảm việc tương tác và mô tả các dịch vụ là tối thiểu và có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng. - Các chức năng khác nhau và các công nghệ sử dụng khác nhau phải ñược tách biệt trong các tầng khác nhau - Khi thay ñổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không ảnh hưởng ñến các tầng khác. - Mỗi tầng chỉ có ranh giới và giao diện với tầng ngay trên và dưới nó. - Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết. Và các tầng con cũng có thể ñược hủy bỏ trong trường hợp không cần nữa. Kết quả ta ñược mô hình OSI gồm 7 tầng Tầng cao nhất liên quan ñến việc lý giải khái niệm và ngôn ngữ còn các tầng thấp hơn nói về các qui tắc truyền thông tin giữa các bộ phận (máy phát và máy thu). Trong mỗi tầng ngoài những qui ñịnh phải thực hiện ngay trong chính bản thân tầng ñó còn có những qui ñịnh dịch vụ ñưa lên tầng trên kế tiếp. Máy phát và thu cần phải thống nhất các qui tắc áp dụng trong tầng tương ứng, có nghĩa là chúng phải làm việc theo cùng một thể thức. Thông tin ñiều khiển của mỗi tầng ñược ghép vào bản tin ở máy phát và ñược tách ra ở máy thu ở tầng tương ứng, dĩ nhiên các thông tin này chỉ ñược máy thu hiểu khi chúng cùng sử dụng một giao thức. (H 1.11) cho ta thấy sự phân cấp này. Hệ thống A Hệ thống B Tầng 7 Application Tầng 7 Ứng dụng Kiểu nối logic ↓ Tầng 6 Presentation ↓ Tầng 5 Session ↓ Tầng 4 Transport ↓ Tầng 3 Network ↓ Tầng 2 Data link ↓ Tầng 1 Physical ↓← Tầng 6 Trình bày Tầng 5 Giao dịch Tầng 4 Vận chuyển Tầng 3 Mạng Tầng 2 Liên kết DL Tầng 1 Vật lý   → Kết nối vật lý (H 1.11) Tầng 1 : Tầng vật lý (physical layer) Qui ñịnh về các tính chất vật lý của hệ thống. Tầng vật lý liên quan ñến nhiệm vụ truyền dòng bit không cấu trúc qua ñường truyền vật lý, truy nhập ñường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, ñiện, hàm (chức năng), thủ tục. Tầng 2 : Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) Cung cấp phương tiện ñể truyền thông tin qua liên kết vật lý bảo ñảm ñộ tin cậy. Tầng này qui ñịnh các chức năng của kênh số liệu trên một ñường truyền giữa hai ñiểm của hệ thống thí dụ những qui ñịnh về sự ñồng bộ hóa, ñặc tính của khung dữ liệu, ñánh số khung, kiểm tra lỗi, kiểm tra luồng dữ liệu trong quá trình liên lạc. Tầng 3: Tầng mạng (network layer) Qui ñịnh các chức năng mạng như chọn ñường, gán ñịa chỉ, chuyển tiếp thông tin, thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu, tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Giao thức trong tầng này ñiều khiển việc truyền thông qua các mạng trong hệ thống với công nghệ chuyển mạch thích hợp. Tầng 4 : Tầng vận chuyển (transport layer) Qui ñịnh các chức năng truyền dữ liệu giữa hai ñầu mút (end to end) như tốc ñộ truyền, xếp thứ tự các thông tin, tổ chức sự tái tạo bản tin (kiểm tra lỗi, phục hồi các từ bị mất trong quá trình liên lạc...). Giao thức trong tầng này cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplexer), tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Tầng 5 : Tầng giao dịch (session layer) Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng. Giao thức của tầng này qui ñịnh các thủ tục thiết lập cuộc ñối thoại giữa hai bên, có trách nhiệm thiết lập, duy trì, ñồng bộ hóa và kết thúc cuộc ñối thoại. Tầng 6 : Tầng trình bày (presentation layer) Tầng này xác ñịnh các qui tắc ngôn ngữ và có trách nhiệm ñảm bảo số liệu thu ñược có một cú pháp có thể dịch ñược trong quá trình ứng dụng. Nói cách khác tầng này mô tả các phương pháp trình bày dữ liệu như mã hóa, giải mã, nén dữ liệu....Thí dụ mã ASCII 8 bít dùng cho màn hình là một qui ñịnh thuộc tầng 6 này. Tầng 7: Tầng ứng dụng (application layer) Tầng này qui ñịnh các ứng dụng thực tế, ñưa ra các thủ tục cho việc xử lý số liệu của bản thân người sử dụng như cách thức xử lý từ, soạn văn bản....Tầng này cũng qui ñịnh những thủ tục cho người sử dụng có thể truy nhập ñược vào môi trường. Tầng ứng dụng là tầng duy nhất không phải phục vụ tầng trên. - CHƯƠNG 2 MÃ HOÁ VÀ ðIỀU CHẾ . Nội dung: 2.1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU . 2.2 MÃ HÓA . 2.3 ðIỀU CHẾ . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao ñổi, chúng có thể là tiếng nói, hình ảnh, tập hợp các con số, các ký hiệu, các ñại lượng ño lường . . . ñược ñưa vào máy phát ñể phát ñi hay nhận ñược ở máy thu. Tín hiệu chính là tin tức ñã ñược xử lý ñể có thể truyền ñi trên hệ thống thông tin. Việc xử lý bao gồm chuyển ñổi, mã hóa và ñiều chế. Chuyển ñổi là biến các tin tức dưới dạng không ñiện thành ra tín hiệu ñiện. Mã hóa là gán cho tín hiệu một giá trị nhị phân và ñặc trưng bởi các mức ñiện áp cụ thể ñể có thể truyền trên kênh truyền và phục hồi ở máy thu. Ðiều chế là dùng tín hiệu cần truyền ñể làm thay ñổi một thông số nào ñó của một tín hiệu khác, tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền ñến nơi thu nên ñược gọi là sóng mang (carrier wave). Mục ñích của sự ñiều chế là dời phổ tần của tín hiệu cần truyền ñến một vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất của ñường truyền và nhất là có thể truyền ñồng thời nhiều kênh cùng một lúc (ña hợp phân tần số). Chương này ñề cập ñến sự ñiều chế và mã hóa. Nhưng trước tiên, chúng ta cần nhắc lại một số tính chất của tín hiệu qua việc phân tích tín hiệu không sin thành tổng của các tín hiệu hình sin và lưu ý ñến mối quan hệ tần số-thời gian của tín hiệu. 2 . 1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU : Trong một hệ thống thông tin tồn tại 3 dạng tín hiệu với phổ tần khác nhau: - Loại thứ nhất là các tín hiệu có tính tuần hoàn có dạng hình sin hoặc không. Một tín hiệu không sin là tổng hợp của nhiều tín hiệu hình sin có tần số khác nhau. Kết quả này có ñược bằng cách dùng chuỗi Fourier ñể phân tích tín hiệu. - Loại thứ hai là các tín hiệu không có tính tuần hoàn mà có tính nhất thời (thí dụ như các xung lực), loại tín hiệu này ñược khảo sát nhờ biến ñổi Fourier. - Loại thứ ba là tín hiệu có tính ngẫu nhiên, không ñược diễn tả bởi một hàm toán học nào. Thí dụ nhu các loại nhiễu, ñược khảo sát nhờ phương tiện xác suất thống kê. Các loại tín hiệu, nói chung, có thể ñược xét ñến dưới một trong hai lãnh vực : - Lãnh vực thời gian: Trong lãnh vực này tín hiệu ñược diễn tả bởi một hàm theo thời gian, hàm này cho phép xác ñịnh biên ñộ của tín hiệu tại mỗi thời ñiểm. - Lãnh vực tần số : Trong lãnh vực này người ta quan tâm tới sự phân bố năng lượng của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và ñược diễn tả bởi phổ tần. Trong giới hạn của môn học, chúng ta chỉ ñề cập ñến hai loại tín hiệu ñầu. 2.1.1 Phổ tần gián ñoạn 2.1.2 Phổ tần liên tục . 2.1.1 Phổ tần gián ñoạn : Tín hiệu có tính tuần hoàn ñơn giản nhất là tín hiệu hình sin v(t)=Vm sin(ωt+φ) = Vmsin(2πft+φ) Tín hiệu này có phổ tần là một vạch duy nhất có biên ñộ Vm tại tần số f (H 2.1) (H2.1) Các dạng tín hiệu tuần hoàn khác có thể phân tích thành tổng các tín hiệu hình sin, như vậy phổ tần của chúng phức tạp hơn, gồm nhiều vạch ở các tần số khác nhau. Tín hiệu thường gặp có dạng hình chữ nhật mà bởi phép phân tích thành chuỗi Fourier ta thấy phổ tần bao gồm nhiều vạch ở các tần số cơ bản f và các họa tần 3f, 5f, 7f .... (H 2.2). (a) (H 2.2) (b) Tín hiệu (H 2.2.a) phân tích thành chuỗi Fourier: v = Với ω = 2π / T = 2πf T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhật.
- Xem thêm -