CHƯƠng 1 TỔng quan về KỸ thuật truyền số liệU

    TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU

  (xem slide)

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.

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 định 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; để 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.

(H 1.1)

Nguồn		Tín hiệu truyền
Tiếng nói 	ĐIỆN THOẠI	   Tín hiệu tương tự
	(a)
Tín hiệu số  	MODEM	  Tín hiệu tương tự
	(b)
Tín hiệu tương tự  	CODEC	 Tín hiệu số
	(c)
Dữ liệu số 	H. T. SỐ	 Tín hiệu số
	(d)

Tỉ số tín hiệu = 10log

dB

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

dB

Công suất tín hiệu = 10log

Bm

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 600W.

Thí dụ: Tín hiệu 100mV trên tải 75W tương đương với 282mV, nếu tải là 600W.

Thật vậy, ở 600W, điện áp của tín hiệu xác định bởi :

V² = P.R = 0,133.10^-3.600 = 0,079

V =

= 0,282 V = 282 mV

Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì :

Tỉ số tín hiệu = 20log

dB

Ðể đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu đó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. 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 để có thể phân biệt được tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận được)?

Ðối 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 =

- 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. Ðộ 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.

Về hình trạng, hệ thống thông tin có thể có dạng :

- 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:

- 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) để hiển thị thông tin nhận được.

Ðể truyền tín hiệu người ta có thể dùng một trong hai phương pháp: phương pháp truyền dải nền và phương pháp điều chế.

(H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh.

(H 1.5) minh họa phương pháp TDM .

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.

(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. Ðể 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 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.

 

1 . 4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ :

                   1.4.1 Sơ đồ khối .

                  1.4.2 Vận tốc truyền tín hiệu .

                  1.4.3 Truyền nối tiếp và song song .

                  1.4.4 Truyến đồng bộ và bất đồng bộ .

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.

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.

(a)

(b)

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 hoá 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.

- 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 ).

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 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. Ðể 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. Ðối 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.
  
• 
  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.
  

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.