CHƯƠng 1 TỔng quan về KỸ thuật truyền số liệU



tải về 0.93 Mb.
trang2/9
Chuyển đổi dữ liệu07.07.2016
Kích0.93 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Hệ thống A Hệ thống B


Tầng 7

Application





Kiểu 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 chuyển









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 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 bít 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. 

    CHƯƠNG 2



    MÃ HOÁ VÀ ĐIỀU CHẾ



.  Mục tiêu.

. Kiến thức cơ bản cần có để học chương này.

. Tài liệu tham khảo liên quan đến chương .

. Nội dung:

                   2.1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU .

                   2.2 MÃ HÓA .

                   2.3 ĐIỀU CHẾ .

. Vấn đề nghiên cứu của chương kế tiếp.

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.

Ðiều 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 nhu 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.

 

 2.1.1 Phổ tần gián đoạn .                                                                                                           



 2.1.2 Phổ tần liên tục .
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(t+) = Vmsin(2ft+)

Tín hiệu này có phổ tần là một vạch duy nhất có biên độ 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  = 2 / T  = 2f

T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhật.

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+                     

                             

Xét trường hợp chuỗi xung chữ nhựt với độ rộng  << T , ta có tín hiệu và phổ ở (H 2.4)



                                        v =



với x = tp / T

 


                         

(a)


                 

( b) Phổ tần trong trường hợp  = 0,1T



                            (H 2.4)

Nhận thấy biên độ của họa tần thứ n xác định bởi:



                                                    Vn=

          

(H 2.4.b) là phổ tần của tín hiệu (H 2.4.a) cho trường hợp  = 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 =   n / T =     n / T =1/

            hay BW=nf = n / T =1/



2.1.2 Phổ tần liên tục :

Ðối 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).

Ðường cong xác định bởi:

                                      V(f) = V 









(a)                               (H 2.5)

(b)



2.2. MÃ HOÁ:                                                                                                                                                    

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:



- Phổ tần của tín hiệu:

Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải rộng

Nếu tín hiệu có thành phần DC có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí dụ không thể ghép tín hiệu có thành phần DC qua biến thế và kết quả là không cách ly điện được.

Trong thực tế, sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông.

Vì các lý do trên, một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng thông không quá rộng và không nên chứa thành phần DC.

- Sự đồng bộ

Thường máy thu phải có khả năng nhận ra điểm bắt đầu và kết thúc của một bít để thực hiện sự đồng bộ với máy phát. Nên nhớ là trong chế độ truyền đồng bộ, máy phát và thu không tạo ra xung đồng hồ riêng rẻ mà máy thu phải phục hồi xung này từ chuỗi dữ liệu phát để sử dụng. Như vậy tín hiệu truyền phải tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ ẩn trong chuỗi dữ liệu, cụ thể là phải có sự biến đổi giữa các mức thường xuyên.



- Khả năng dò sai

Ðộ tin cậy trong một hệ thống thông tin là rất cần thiết do đó máy thu phải có khả năng dò sai để sửa chữa mà việc này có thực hiện dễ dàng hay không cũng tùy vào dạng mã.

- Tính miễn nhiễu và giao thoa

Các dạng mã khác nhau cho khả năng miễn nhiễu khác nhau. Thí dụ mã Bipolar-AMI là loại mã có khả năng phát hiện được nhiễu.

- Mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống

Các đặc tính này của hệ thống cũng tùy thuộc vào dạng mã rất nhiều.

 2.2.1 Các dạng mã phổ biến.                                                                                                       

2.2.2 Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa.
2.2.1 Các dạng mã phổ biến :

Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích khác nhau tùy vào các yêu cầu cụ thể về các tính chất nói trên (H 2.6)



- Nonreturn - to - zero - Level (NRZ - L)

               0 = mức cao

               1 = mức thấp

Ðây là dạng mã đơn giản nhất, hai trị điên thế cùng dấu (đơn cực) biểu diễn hai trạng thái logic. Loại mã này thường được dùng trong việc ghi dữ liệu lên băng từ.



- Nonreturn - to - zero inverted (NRZI)

0 = chuyển mức điện thế ở đầu bít

                1 = không chuyển mức điện thế ở đầu bít



(H 2.6)


NRZI là một thí dụ của mã vi phân: Sự mã hóa tùy vào sự thay đổi trạng thái của các bít liên tiếp chứ không tùy thuộc vào bản thân bít đó. Loại mã này có lợi điểm là khi giải mã máy thu dò sự thay đổi trạng thái của tín hiệu thay vì so sánh tín hiệu với một trị ngưỡng để xác định trạng thái logic của tín hiệu đó và kết quả cho độ tin cậy cao hơn.

- Bipolar - AMI

0 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

1 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bít 1 liên tiếp

- Pseudoternary

0 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bít 0 liên tiếp

            1 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

Hai loại mã có cùng tính chất là sử dụng nhiều mức điện thế để tạo mã (Multilevel Binary), cụ thể là 3 mức: âm, dương và không. Lợi điểm của loại mã này là:

- Dễ tạo đồng bộ ở máy thu do có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu điện mặc dù các trạng thái logic không đổi (tuy nhiên điều này chỉ thực hiện đối với một loại bit, còn loại bít thứ hai sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật ngẫu nhiên hóa)

- Có điều kiện tốt để dò sai do sự thay đổi mức điện thế của các bít liên tiếp giống nhau nên khi có nhiễu xâm nhập sẽ tạo ra một sự vi phạm mà máy thu có thể phát hiện dễ dàng.

Một khuyết điểm của loại mã này là hiệu suất truyền tin kém do phải sử dụng 3 mức điện thế .

- Manchester

            0 = Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bít

1 = Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bít

- Differential Manchester

Luôn có chuyển mức ở giữa bít

0 = chuyển mức ở đầu bít

1 = không chuyển mức ở đầu bít

Hai mã Manchester và Differential Manchester có cùng tính chất : mỗi bít được đặc trưng bởi hai pha điện thế (Biphase) nên luôn có sự thay đổi mức điện thế ở từng bít do đó tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ để tạo đồng bộ. Do có khả năng tự thực hiện đồng bộ nên loại mã này có tên Self Clocking Codes. Do mỗi bít được mã bởi 2 pha điện thế nên vận tốc điều chế (Modulation rate) của loại mã này tăng gấp đôi so với các loại mã khác, cụ thể , giả sử thời gian của 1 bít là T thì vận tốc điều chế tối đa (ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liên tiếp) là 2/T.
2.2.2 Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa (Scrambling techniques) :

Ðể khắc phục khuyết điểm của loại mã AMI là cho một mức điện thế không đổi khi có một chuỗi nhiều bít 0 liên tiếp, người ta dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa. Nguyên tắc của kỹ thuật này là tạo ra một sự thay đổi điện thế giã bằng cách thay thế một chuỗi bít 0 bởi một chuỗi tín hiệu có mức điện thế thay đổi, dĩ nhiên sự thay thế này sẽ đưa đến các vi phạm luật biến đổi của bít 1, nhưng chính nhờ các bít vi phạm này mà máy thu nhận ra để có biện pháp giải mã thích hợp. Dưới đây giới thiệu hai dạng mã đã được ngẫu nhiên hóa và được dùng rất nhiều trong các hệ thông tin với khoảng cách rất xa và vận tốc bit khá lớn:



- B8ZS : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 8 bít liên tục được thay bởi một chuỗi với 2 mã vi phạm luật đảo bít 1

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung dương, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + - 0 - +

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung âm, các bit 0 này được thay thế bởi 000 - + 0 + -

- HDB3 : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 4 bít liên tục được thay bởi một chuỗi với 1 mã vi phạm luật đảo bít 1

Sự thay thế chuỗi 4 bít của mã HDB3 còn theo qui tắc sau:



Cực tính của xung trước đó

Số bít 1 từ lần thay thế cuối cùng

Lẻ chẵn


-

+


000- +00+

000+ -00-


Ngoài ra hệ thống Telco còn có hai loại mã là B6ZS và B3ZS dựa theo qui luật sau:



- B6ZS: Thay chuỗi 6 bit 0 bởi 0 - + 0 + - hay 0 + - 0 - + sao cho sự vi phạm xảy ra ở bit thứ 2 và thứ 5

- B3ZS: Thay chuỗi 3 bit 0 bởi một trong các chuỗi: 00 +, 00 -, - 0 - hay + 0 +, tùy theo cực tính và số bit 1 trước đó (tưong tự như HDB3).

Lưu ý là kỹ thuật ngẫu nhiên hóa không làm gia tăng lượng tín hiệu vì chuỗi thay thế có cùng số bit với chuỗi được thay thế.

(H 2.7) là một thí dụ của mã B8ZS và HBD3.





1   2   3   4   5   6   7   8   9


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương