Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Giáo trình Truyền dữ liệu
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 1
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
Z CHƯƠNG 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VÀI DÒNG LỊCH SỬ
NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG
HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG
TỰ HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ
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 đầu vào năm 1837 với sự phát minh điện tín
của Samuel F. B. Morse. Đó là hệ thống truyền các xung điện biểu diễn cho các dấu chấm,
vạch (tương đương với các số nhị phân 1, 0) trên các đường dây đồng nhờ các máy cơ điện.
Các tổ hợp khác nhau của các mã này thay cho các chữ, số, dấu.... được gọi là mã Morse. Bản
điện tín đầu tiên được phát hiện ở Anh do Charles Wheatstone và William Cooke thực hiện
nhưng hệ thống của họ phải dùng 6 đường dây.
Năm 1840, Morse đăng ký sáng kiến về điện tín ở Mỹ và đến năm 1844 thì đường
dây điện tín đầu tiên được thiết lập giữa Baltimore và Washington D.C..
Năm 1849, bản tin đầu tiên được in nhưng với vận tốc rất chậm, cho đến năm 1860
vận tốc in đạt được là 15 bps.
Công ty Điện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) được thiết lập năm
1850 ở Rochester, New York cho phép thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các cá nhân.
Năm 1874, Emile Baudot thiết kế được máy phát dùng phương pháp đa hợp, có thể
truyền cùng lúc 6 bản tin trên cùng một đường dây.
Năm 1876, Alexander Graham Bell đã đưa điện tín lên một bước phát triển mới: sự ra
đời của điện thoại. Thay vì chuyển bản tin thành các chuỗi mã Morse, Bell đã cho thấy rằng
người ta có thể truyền thẳng tín hiệu điện đặc trưng cho tiếng nói trên các đường dây. Những
hệ thống điện thoại đầu tiên cần các cặp đường dây khác nhau cho hai người muốn trao đổi
thông tin với nhau, một người phải nối điện thoại của mình vào đúng đường dây nối với điện
thoại của người mà mình muốn liên lạc. Dần dần sự kết nối được thực hiện bởi các tổng đài
cơ khí rồi tổng đài điện tử, số . . . . Người ta không còn biết hệ thống hoạt động thế nào, chỉ
cần quay (bây giờ thì bấm) số và được kết nối.
Năm 1899, Marconi thành công trong việc phát tin bằng vô tuyến.
Có thể nói điện tín là phương tiện duy nhất được dùng để phát tin đi xa cho đến năm
1920, lúc đài phát thanh thương mại đầu tiên ra đời.
Năm 1945, đánh dấu một sự kiện quan trọng đó là việc phát minh ra chiếc máy tính
điện tử đầu tiên: chiếc ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Được thiết
kế để tính đạn đạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC là thiết bị đầu tiên có thể xử lý thông
tin dưới dạng điện. 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 định chính xác có thể thực hiện được nhờ
tín hiệu điện, một khả năng quan trọng trong hệ thống thông tin hiện nay.
Comment [c1]: Page: 1
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 2
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
Sau đó Đại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business Machines
Corporation) đã cho ra đời những chiếc máy tính đa dụng, điều khiển tự động đầu tiên.
Đến năm 1951 thì số lượng các chủng loại máy tính gia tăng rất nhiều (người ta đánh
giá sự gia tăng này có tốc độ tỉ lệ với hàm mũ) và nhu cầu trao đổi thông tin trong mọi người
cũng gia tăng với mức độ tương tự.
Nhưng cho đến năm 1968 công ty AT & T xem như độc quyền: chỉ các thiết bị do
chính công ty sản xuất mới được nối vào hệ thống thông tin quốc gia. Vào thời điểm này,
Hiệp hội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) của Mỹ, thông qua
Tòa án tối cao đã ký quyết định Carterfone, cho phép các thiết bị của các nhà chế tạo khác
được nối vào hệ thống, quyết định này đã tác động thật sự đến sự ra đời của một kỹ nghệ
mới: kỹ nghệ thông tin dữ liệu. Theo thời gian sự phát triển của kỹ nghệ này đã đưa đến
những hệ thống thông tin dữ liệu số được thực hiện ở những khoảng cách đáng kể.
Và bây giờ, với sự phát triển vũ bảo của máy tính , công nghệ chế tạo IC đa chức
năng, khả năng to lớn của cáp quang và hệ thống vệ tinh địa tĩnh, thông tin dữ liệu số đã trở
thành phổ biến và có một sức mạnh đến 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 đề cập đến 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 (Information, Data & Signal)
Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được 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 đã được chuyển đổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và
/hoặc chuyển đổi) 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), đó là các đại lượng điện có bất cứ giá
trị nào trong một khoảng thời gian xác định. Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hình sin.
Một tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trở thành tín hiệu số.
- Tín hiệu số: có dạng sóng như (H.1.1b), đó là tín hiệu mà biên độ chỉ có một trong
hai giá trị duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic đặc 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). Đây chưa phải
là tín hiệu số nhưng nó cũng chỉ có các giá trị nhất định mà người ta có thể số hóa bằng các số
nhị phân nhiều bit hơn. Trong trường hợp của (H 1.1c) tín hiệu có thể có một trong bốn giá trị
0, 1, 2, 3; để có thể mã hóa tín hiệu này cần các số nhị phân hai bit, hệ thống truyền tín hiệu
này là hệ thống truyền nhị phân hai bit.
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 3
(a) (b) (c)
(H 1.1)
Tín hiệu trên đường truyền, gọi là sóng mang, có thể là loại tương tự hay số và được
dùng để truyền dữ liệu tương tự hay dữ liệu số. Thí dụ: Tiếng nói là loại dữ liệu tương tự và
được truyền trên hệ thống điện 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 được biểu diễn dưới dạng những xung điện nhị
phân được truyền bởi tín hiệu tương tự nhờ MODEM (Modulator/Demodulator) (H 1.2b). Tín hiệu
tương tự sẽ qua mạch CODEC (Coder/Decoder) để được số hóa (H 1.2c) và dữ liệu số có thể
được truyền thẳng qua hệ thống số (H 1.2d).
Nguồn Tín hiệu truyền
ĐIỆN THOẠI Tiếng nói ⎯→ ⎯→ Tín hiệu tương tự
(a)
MODEM Tín hiệu số ⎯→ ⎯→ Tín hiệu tương tự
(b)
Tín hiệu tương tự CODEC ⎯→ ⎯→ Tín hiệu số
(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 đường
truyền. Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng và tín hiệu số có thể bị lỗi.
- Cường độ tín hiệu: Cường độ của tín hiệu thường được biểu diễn bởi công suất
hoặc điện áp trên tổng trở tải của nó. Ta phải nói tín hiệu có công suất 0,133mW hoặc có biên
độ 100mV trên tổng trở 75Ω .
- Tỉ số cường độ hai tín hiệu: dùng mô tả độ lợi hoặc độ suy giảm của hệ thống,
thường được biểu diễn bằng đơn vị Decibel (dB) xác định theo thang logarithm:
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
Tỉ số tín hiệu = 10log P2
P1
dB
Sự tiện lợi của đơn vị dB là người ta có thể xác định độ lợi (hay độ suy giảm) của một
hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) bằng cách cộng các độ lợi của các tầng với nhau.
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 4
Người ta thường biểu thị công suất tuyệt đối của một tín hiệu bằng cách so sánh với
một tín hiệu chuẩn có công suất 1W :
Công suất tín hiệu = 10log
___________________________________________________ _____
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
_____________________________________________
1W
P dB
Ngoài ra, người ta còn dùng đơn vị dBm để xác định cường độ tín hiệu so với tín hiệu
chuẩn có công suất 1mW
Công suất tín hiệu = 10log 1mW
P dBm
Một tín hiệu có công suất 1W tương đương với 0 dB và 30dBm.
Thí dụ : Tín hiệu có biên độ 100mV ở 75Ω tương đương 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 đổi đơn vị phải để ý đến tổng trở tải của tín hiệu.
Biểu thức P = ( V2/R ) có thể được dùng để tính điện áp hiệu dụng hoặc tỉ số điện áp.
Trong các hệ thống điện thoại tổng trở tải thường dùng là 600Ω.
Thí dụ: Tín hiệu 100mV trên tải 75Ω tương đương với 282mV, nếu tải là 600Ω.
Thật vậy, ở 600Ω, điện áp của tín hiệu xác định bởi :
V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079
V = 0,079 = 0,282 V = 282 mV
Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì :
Tỉ số tín hiệu = 20log 1
2
V
V dB
- Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio)
Để 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. Đây 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 để có thể phân
biệt được tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận được)?
Đối với tín hiệu như (H.1.1b), giả sử biên độ ứng với mức 1 là 1 V và 0 V cho mức 0,
một lỗi sẽ phát sinh nếu mức 0 được phát đi mà nhiễu có giá trị dương lớn hơn 0,5 V và nếu
mức 1 phát đi mà nhiễu có biên độ âm và trị tuyệt đối lớn hơn 0,5 V. Như vậy giá trị tối đa
cho phép của nhiễu là 0,5 V so với trị tối đa của tín hiệu là 1 V và tỉ số SNR tối thiểu là:
SNRMIN = 6dB
0,5
1 20log N
S 20log = =
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
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 5
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
- Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu.
Khái niệm này cho ta xác định phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu đó chứa một phổ tần
quá rộng.
- 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. Độ suy giảm 3 dB
tương ứng với điểm nửa công suất.
Một kênh truyền tốt phải có băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu, điều này
khiến cho tín hiệu được tái tạo không bị méo dạng và suy giảm đáng 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:
- Điểm - điểm (Point to point): Thí dụ liên lạc giữa máy tính và máy in
- Nhiều điểm (Multipoint): Hệ thống nhiều điểm 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 đài thứ cấp truy xuất trực
tiếp đài sơ cấp nhưng giá thành cao vì phải sử dụng đường dây riêng
* Mạng vòng (H 1.3b): Thông tin phải đi theo vòng từ đài sơ cấp đến đài thứ cấp.
Nếu có một đài hỏng, hệ thống ngưng làm việc.
* Mạng multidrop (H 1.3c): Các đài thứ cấp nối chung một đường 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:
- Đơn 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) để hiển thị thông tin nhận được.
- Bán song công (Half duplex transmission, HDX): tín hiệu truyền theo hai hướng
nhưng không đồng 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 để phát (push to
send), khi ở chế độ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại.
- Song công (full duplex transmission, FDX): tín hiệu truyền theo hai chiều đồng
thời. Hệ thống này thường có 4 đường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền. Phương thức này
được dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point)
- Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): Đài sơ cấp có khả năng phát tín
hiệu tới một đài thứ cấp đồng thời nhận thông tin từ một đài thứ cấp khác. Phương thức này
giới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint)
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 6
(H 1.3)
1.2.4 Các phương pháp truyền
Để truyền tín hiệu người ta có thể dùng một trong hai phương pháp: phương pháp
truyền dải nền và phương pháp điều chế.
- Phương pháp truyền dải nền : Tín hiệu được truyền có cùng dải tần với tín hiệu
nguồn. Thí dụ trong điện thoại, tín hiệu âm thanh hữu ích có tần số trong khoảng 300-3000
Hz được truyền đi mà không có sự biến đổi nào về phổ tần của nó.
- Phương pháp điều chế : Đây là phương pháp cho phép dời phổ tần của tín hiệu
nguồn đến một khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền và tránh được nhiễu do giao thoa
(nghĩa là các phổ tần cách nhau một khoảng đủ để không chồng lên nhau).
1.2.5 Các phương pháp dồn kênh
Để có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một đường truyền
mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải dồn kênh. Có hai phương pháp dồn kênh:
phương pháp đa hợp phân tần số và phương pháp đa hợp phân thời gian .
(H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh.
(H.1.4)
- Dồn kênh theo phương pháp đa hợp phân thời gian (TDM: Time Division
Multiplexing)
(H 1.5) minh họa phương pháp TDM .
_______________________________________
Nguyễn Trung Lập ệu
______________________________________________________________
Truyền dữ li
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 7
(H 1.5)
Khóa chuyển mạch được sử dụng để nối tuần tự mỗi tín hiệu cần truyền đến đường
truyền trong một khoảng thời gian nhất định. Dĩ nhiên các khóa chuyển mạch ở máy phát
(dồn kênh) và máy thu (phân kênh) phải hoạt động đồng bộ để các máy thu thu đúng tín hiệu
của nó.
- Dồn kênh theo phương pháp đa 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 điều chế của mỗi kênh được chọn lựa sao cho mỗi tín hiệu đã được
điều chế chiếm một dải tần riêng trong cả phổ tần của đường truyền và phải được cách ly theo
qui định. Để thực hiện được 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 điều chế (nếu truyền
dải nền thì không cần bộ điều chế và giải điều chế). Trong hệ thống này tín hiệu trên đường
truyền là tín hiệu tương tự.
Bộ phận chuyển đổi ở máy phát biến tin tức thành tín hiệu tương tự, sau khi được xử
lý (như lọc, khuếch đại, phối hợp trở kháng.....) sẽ qua bộ phận điều chế để dời phổ tần; cuối
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 8
cùng bộ phận giao tiếp chuẩn bị tín hiệu phát tương thích với môi trường truyền hay kênh
truyền.
Các công việc được thực hiện theo chiều ngược lại ở máy thu.
(H 1.7)
1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ
1.4.1 Sơ đồ khối
(H 1.8) mô tả một hệ thống truyền số. Tín hiệu trên đường truyền của hệ thống là tín
hiệu số, tức các điện 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 đổi A→D (Analog to Digital Converter,
ADC) ở máy phát (biến tín hiệu tương tự thành tín hiệu số) và biến đổi D→A (Digital to
Analog Converter, DAC) ở máy thu (biến tín hiệu số thành tín hiệu tương tự).
Việc truyền tín hiệu số được 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 đặc trưng quan trọng để đánh giá chất lượng một hệ thống truyền số
là vận tốc truyền tín hiệu, được tính bằng baud.
Baud là vận tốc thay đổi trạng thái sóng mang (số lần thay đổi sóng mang trong một
giây) còn gọi là vận tốc điều chế (baud rate).
Trong thực tế người ta hay dùng đơn 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
được điều 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 đôi số tín hiệu (vận tốc thay đổi bit nhanh gấp đôi
vận tốc thay đổi sóng mang), như vậy số bit/s gấp đôi số baud.
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 9
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 đưa tín hiệu ra đường 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 được phát đi từng bit trên cùng một đường dây.
Tốc độ truyền chậm nhưng ít tốn kém hơn so với cách truyền song song.
- Truyền song song: mã ký tự được gửi đi dưới dạng song song, nghĩa là các bit được
phát đi đồng thời trên các đường truyền. Tốc độ truyền song song khá nhanh nhưng phải tốn
nhiều đường dây. Do đó, cách truyền này được dùng trong thực tế khi phần phát và thu ở gần
nhau.
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 ⎯⎯⎯⎯→
(a)
b7 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
6 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b5 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b4 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b3 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b1 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
b0 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
Tx register Rx register (b)
(H 1.9)
1.4.4 Truyền đồng bộ và bất đồng bộ
Trong các hệ thống truyền số các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng bộ và bất
đồng bộ. Hai chế độ truyền này khác nhau chủ yếu ở việc thực hiện sự đồng bộ và do đó đưa
tới cách định dạng tín hiệu truyền khác nhau.
- Truyền đồng bộ: Trong chế độ đồng bộ dữ liệu truyền được hình thành theo các
dạng cố định. Thí dụ các ký tự được mã hóa bằng mã ASCII và bản tin được truyền thành
từng khối (block), sự đồng bộ được 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 đến hằng Mbps.
Một bất lợi của cách truyền đồng bộ là máy phát phải gửi tín hiệu xung đồng hồ để
đồng bộ máy thu. Nếu việc này không thực hiện được thì ở máy thu phải thiết kế một vòng
khóa pha (PLL) để phục hồi xung đồng bộ từ dòng dữ liệu.
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 10
- Truyền bất đồng bộ: Trong chế độ bất đồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố
định. (H 1.10) cho ta 3 dạng của tín hiệu thường gặp trong cách truyền bất đồng bộ.
(H 1.10a) là 3 bản tin a,b,c được truyền tuần tự. Các bản tin dài ngắn khác nhau và
cách nhau không đều.
(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 độ phân giải tín hiệu chứ không tùy thuộc vào dữ liệu.
Trong tất cả các trường hợp để tạo sự đồng bộ máy phát phải gửi kèm các xung đồng
bộ ở đầu và cuối mỗi ký tự (trong (H 1.10a) đó là các xung S hoặc T ).
(H 1.10)
1.5 HÊ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI
Sự phát triển của lãnh vực thông tin liên lạc với kỹ thuật truyền số liệu đã trở nên phổ
biến trên toàn cầu. Việc thông tin ngày càng nhiều, yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy
ngày càng cao. Để bảo đảm điều này các hệ thống thông tin phải tuân thủ một số qui định về
tất cả các khía cạnh như tốc độ truyền, phương pháp mã hóa, qui tắc gán địa chỉ, các biện
pháp thực hiện khi có lỗi v. v . . . Tập hợp tất cả các qui định 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. Đối
với một hệ thống chỉ có hai phần tử thì giao thức rất đơn giản. Vấn đề 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 định chuẩn quốc tế (International Standards Organization, ISO) đã quan tâm
tới vấn đề kết nối các thiết bị khác nhau từ năm 1977 và đến năm 1984 thì mô hình tham
chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ra đời, gọi tắt là mô hình OSI (Reference Model for
Open Systems Interconnection).
Mô hình OSI là mô hình phân tầng được xây dựng dựa trên các nguyên tắc chủ yếu
sau đây:
- Số tầng càng hạn chế càng tốt
- Ranh giới giữa các tầng bảo đảm việc tương tác và mô tả các dịch vụ là tối thiểu
và có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng.
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 11
_____________________________________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
- Các chức năng khác nhau và các công nghệ sử dụng khác nhau phải được tách biệt
trong các tầng khác nhau
- Khi thay đổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không ảnh hưởng đến 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
được hủy bỏ trong trường hợp không cần nữa.
Kết quả ta được mô hình OSI gồm 7 tầng
Tầng cao nhất liên quan đến 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 định phải thực hiện ngay trong chính bản thân tầng đó còn có
những qui định dịch vụ đưa 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 điều khiển của mỗi tầng được ghép vào bản tin ở máy phát và được tách ra ở máy
thu ở tầng tương ứng, dĩ nhiên các thông tin này chỉ được 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
← ⎯ ⎯ ⎯ →
Kết nối logic
Tầng 7
Ứng dụng
↓ ↑
Tầng 6
Presentation
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 6
Trình bày
↓ ↑
Tầng 5
Session
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 5
Giao dịch
↓ ↑
Tầng 4
Transport
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 4
Vận chuyễn
↓ ↑
Tầng 3
Network
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 3
Mạng
↓ ↑
Tầng 2
Data link
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 2
Liên kết DL
↓ ↑
Tầng 1
Physical
← ⎯ ⎯ ⎯ → Tầng 1
Vật lý
↓←⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯→↑
Kết nối vật lý
(H 1.11)
Tầng 1 : Tầng vật lý (physical layer)
Qui định về các tính chất vật lý của hệ thống. Tầng vật lý liên quan đến nhiệm vụ
truyền dòng bit không cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ
các phương tiện cơ, điện, hàm (chức năng), thủ tục.
Tầng 2 : Tầng liên kết dữ liệu (data link layer)
Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý bảo đảm độ tin cậy. Tầng
này qui định các chức năng của kênh số liệu trên một đường truyền giữa hai điểm của hệ
____________________________________________________Chương 1 Những khái niệm cơ bản I
- 12
thống thí dụ những qui định về sự đồng bộ hóa, đặc tính của khung dữ liệu, đánh số khung,
kiểm tra lỗi, kiểm tra luồng dữ liệu trong quá trình liên lạc.
Tầng 3: Tầng mạng (network layer)
Qui định các chức năng mạng như chọn đường, gán địa 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 điều 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 định các chức năng truyền dữ liệu giữa hai đầu mút (end to end) như tốc độ
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 định các thủ tục thiết lập cuộc đối thoại giữa hai bên, có trách nhiệm thiết lập, duy trì,
đồng bộ hóa và kết thúc cuộc đối thoại.
Tầng 6 : Tầng trình bày (presentation layer)
Tầng này xác định các qui tắc ngôn ngữ và có trách nhiệm đảm bảo số liệu thu được
có một cú pháp có thể dịch được 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 bit
dùng cho màn hình là một qui định thuộc tầng 6 này.
Tầng 7: Tầng ứng dụng (application layer)
Tầng này qui định các ứng dụng thực tế, đưa 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 định những
thủ tục cho người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường.
Tầng ứng dụng là tầng duy nhất không phải phục vụ tầng trên.
_______________________________________________________________ _________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
_____________________
________________________________________________________________
____________________ Chương 2 Mã hóa và điều chế II - 1
$ CHƯƠNG 2
MÃ HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ
PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU
Phổ tần gián đoạn
Phổ tần liên tục
MÃ HÓA
Các dạng mã phổ biến
Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa
ĐIỀU CHẾ
Biên độ
Góc
Xung
Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao đổi, chúng có thể là
tiếng nói, hình ảnh, tập hợp các con số, các ký hiệu, các đại lượng đo lường . . . được đưa vào
máy phát để phát đi hay nhận được ở máy thu.
Tín hiệu chính là tin tức đã được xử lý để có thể truyền đi trên hệ thống thông tin.
Việc xử lý bao gồm chuyển đổi, mã hóa và điều chế.
Chuyển đổi là biến các tin tức dưới dạng không điện thành ra tín hiệu điện.
Mã hóa là gán cho tín hiệu một giá trị nhị phân và đặc trưng bởi các mức điện áp cụ
thể để có thể truyền trên kênh truyền và phục hồi ở máy thu.
Điều chế là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi một thông số nào đó của một tín
hiệu khác, tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền đến nơi thu nên được gọi
là sóng mang (carrier wave). Mục đích của sự điều chế là dời phổ tần của tín hiệu cần truyền
đến một vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất của đường truyền và nhất là có thể truyền
đồng thời nhiều kênh cùng một lúc (đa hợp phân tần số).
Chương này đề cập đến sự điều 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 đến 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
được bằng cách dùng chuỗi Fourier để 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 được khảo sát nhờ biến đổi Fourier.
- Loại thứ ba là tín hiệu có tính ngẫu nhiên, không được diễn tả bởi một hàm toán học
nào. Thí dụ như các loại nhiễu, được khảo sát nhờ phương tiện xác suất thống kê.
Các loại tín hiệu, nói chung, có thể được xét đến dưới một trong hai lãnh vực :
- Lãnh vực thời gian: Trong lãnh vực này tín hiệu được diễn tả bởi một hàm theo thời
gian, hàm này cho phép xác định biên độ của tín hiệu tại mỗi thời điểm.
- 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 được diễn tả bởi phổ tần.
Trong giới hạn của môn học, chúng ta chỉ đề cập đến hai loại tín hiệu đầu.
__________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________________________
____________________ Chương 2 Mã hóa và điều chế II - 2
2.1.1 Phổ tần gián đoạn
Tín hiệu có tính tuần hoàn đơn 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 độ Vm tại tần số f (H 2.1)
(H 2.1)
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 nhựt 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) (b)
(H 2.2)
Tín hiệu (H 2.2.a) phân tích thành chuỗi Fourier:
v = cos7ω .....) 7
1 cos5ω
5
1 cos3ω
3
1 (cosω
4V
t − t + t − t
π .
Với ω = 2π / T = 2π f
T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhựt.
Lưu ý , nếu dời tín hiệu (H 2.2.a) lên một khoảng V theo trục tung thì phổ tần có
thêm thành phần một chiều (H 2.3)
(a) (H 2.3) (b)
v = V + 7 t.....) 7
1 5 t
5
1 3 t
3
1 ( t
4
ω − ω + ω − ω
π
cos cos cos cos
V
Xét trường hợp chuỗi xung chữ nhựt với độ rộng τ << T , ta có tín hiệu và phổ ở
(H 2.4).
__________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu
________________________________________________________________
____________________ Chương 2 Mã hóa và điều chế II - 3
v= cos3ω .....) 3x
sin3x cos2ω
2x
sin2x
cosω
x
sinx ( T
2V
T
V
t t t
τ τ
+ + +
với x = πτ / T
(a) (H 2.4) (b) Phổ tần trong trường hợp τ = 0,1T
Nhận thấy biên độ của họa tần thứ n xác định bởi Vn =
nx
sinnx
T
2Vτ
(H 2.4.b) là phổ tần của tín hiệu (H 2.4.a) cho trường hợp τ = 0,1 T. Trong trường hợp
này tần số đầu tiên của tín hiệu có biên độ đạt trị 0 là 10f.
Nếu xem băng thông BW của tín hiệu là khoảng tần số mà biên độ tín hiệu đạt giá trị
0 đầu tiên (vì năng lượng tín hiệu tập trung trong khoảng tần số này) ta có:
BW xác định bởi:
sin(nx) = 0
nx = π ⇒ nπτ / T = π ⇒ n / T = 1/τ
hay BW = nf = n/T = 1/τ
2.1.2 Phổ tần liên tục
Đối với chuỗi xung ở trên khi T càng lớn khoảng cách phổ vạch càng thu hẹp lại và
khi T → ∞, chuỗi xung trở thành một xung duy nhất và phổ vạch trở thành một đường cong
liên tục có dạng bao hình của biên độ phổ trước đây (H 2.5).
Đường cong xác định bởi:
V(f) = Vτ ⏐
πfτ
sinπfτ ⏐
(a) (b)
(H 2.5)
2.2. Mã hóa
Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản là
gán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một trị khác cho mức logic còn lại. Tuy
nhiên để sử dụng mã một cách có hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tính chất sau:
__________________________________________________________________________
Nguyễn Trung Lập Truyền dữ liệu