cac ki thuat co ban trong trruyen so lieu 3424[1]

CHƯƠNG 3 CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG TRUYỀN SỐ LIỆU

[email protected]

CSE 501035 – Data Communication 2

Nội dung Tín hiệu và dữ liệu Truyền dẫn dữ liệu Cấu trúc kênh truyền

Tuần tự Song song

Cấu trúc truyền Bất đồng bộ Đồng bộ

Các phương kiểm tra và phát hiện lỗi Cấu hình Giao tiếp V.24/EIA232F Nén thông tin Phân hợp kênh (Multiplexing) ADSL


Thuật ngữ Thành phần trong mô hình truyền dữ liệu (dưới góc độ

vật lý) Thiết bị

Thiết bị phát (Transmitter) Thiết bị thu (Receiver)

Môi trường truyền (Medium) Kết nối

Kết nối trực tiếp (Direct link) Không cần các thiết bị trung gian

Kết nối điểmđiểm (Pointtopoint) Kết nối trực tiếp Chỉ có 2 thiết bị dùng chung kết nối

Kết nối nhiều điểm (Multipoint) ≥ 2 thiết bị dùng chung kết nối


Chế độ truyền Simplex mode

Không dùng rộng rãi vì không thể gởi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều khiển cho bên phát

Television, teletext, radio Halfduplex mode

Bộ đàm Fullduplex mode

Điện thoại

Oneway only

Simplex operation

Halfduplex operation

Twoway but not atthe same time

Fullduplex operation

Bothway atthe same time


Truyền dẫn dữ liệu Dữ liệu

Thực thể mang thông tin Analog

Các giá trị liên tục trong một vài thời khoảng e.g. âm thanh, video

Digital Các giá trị rời rạc e.g. văn bản, số nguyên

Tín hiệu Biểu diễn điện hoặc điện từ của dữ liệu Analog

Biến liên tục Môi trường liên tục (wire, fiber optic, space) Băng thông tiếng nói 100Hz tới 7kHz Băng thông điện thoại 300Hz tới 3400Hz

Digital Dùng 2 thành phần một chiều

Truyền dẫn Trao đổi dữ liệu thông qua việc xử lý và lan truyền tín hiệu


Tín hiệu – miền thời gian Tín hiệu liên tục

Thay đổi liên tục theo thời gian

Tín hiệu rời rạc Thay đổi từng mức theo

thời gian Tín hiệu chu kỳ

Mẫu lặp lại theo thời gian Tín hiệu không tuần hoàn

Mẫu không lặp lại theo thời gian


Tín hiệu analog Ba đặc điểm chính của tín hiệu analog

bao gồm Biên độ (Amplitute) Tần số (Frequency) Pha (Phase)

Biên độ của tín hiệu analog Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel

(dB) hay volts. Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường độ

mạnh. Tín hiệu tiếng nói từ “hello”.

Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất phức tạp.

Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác nhau của nhiều tín hiệu.


Tần số của tín hiệu analog Tốc độ thay đổi của tín hiệu trong

một giây, đơn vị Hz hay số chu kỳ trong một giây (cycles per second) Tín hiệu có tần số 30Hz ~ thay đổi 30

lần trong một giây. Một chu kỳ là sự di chuyển sóng

của tín hiệu từ điểm nguồn bắt đầu cho đến khi quay trở về lại điểm nguồn đó.


Pha của tín hiệu analog Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời gian, được mô tả

theo độ (degree) Sự dịch pha xảy ra khi chu kỳ của tín hiệu chưa kết thúc, và một

chu kỳ mới của tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước đó chưa hoàn tất Tai người không cảm nhận được sự dịch pha Tín hiệu mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha

Ví dụ các mối nối không hoàn hảo sẽ gây ra dịch pha


Tín hiệu – miền tần số


Thành phần của tiếng nói Tầm tần số có khả năng nghe 20Hz – 20kHz

Tiếng nói 100Hz – 7kHz Dễ dàng chuyển sang dạng tín hiệu điện từ để truyền dẫn Các tần số với âm lượng khác nhau được chuyển thành

tần số điện từ với điện áp khác nhau Tầm tần số giới hạn cho kênh thoại

300 – 3400Hz


Tín hiệu số (digital) Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả với

hai trạng thái ON hay OFF hoặc là 0 hay 1 Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín

hiệu analog.


Tín hiệu số (digital) Các vấn đề khi sử dụng kênh thoại (voice channel) trong việc

truyền tín hiệu số Một tín hiệu số là một tổ hợp của các tín hiệu khác. Đặc biệt, tín hiệu số có

thể được biểu diễn như sau Signal = f + f3 + f5 +f7 +f9 +f11 +f13 ....f∞

Do đó một tín hiệu số gồm 1 tần số cơ bản (f), cộng thêm tần số 3f (hài tần bậc 3), cộng thêm tần số 5f (hài tần bậc 5), …

Nếu biên độ của tần số f, f3, f5, … là a, a3, a5, … thì a = 3a3 = 5a5 … Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, băng thông của kênh truyền phải

cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần số 5f đi qua mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này

Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín hiệu số


Tín hiệu số (digital)

Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại có băng thông 3.1kHz Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit) Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi


Dữ liệu và tín hiệu Thường dùng tín hiệu số cho dữ liệu số và tín hiệu analog cho dữ

liệu analog Có thể dùng tín hiệu analog để mang dữ liệu số

Modem Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu analog

Compact Disc audio


Truyền dẫn Truyền dẫn analog

Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền (số hoặc tương tự) Suy giảm khi truyền xa Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa

Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu

Truyền dẫn số Quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền. Nhiễu và sự suy giảm tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến sự tích hợp. Dùng bộ lặp (repeater) để truyền dữ liệu đi xa.

Không khuếch đại nhiễu.


Analog data/Analog Signal Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ khác

Analog data/Digital Signal Mã hóa dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số

Digital Data/Analog Signal Được mã hóa dùng modem để tạo ra t/h tương tự

Digital Data/Digital Signal Biểu diễn trực tiếp dữ liệu hoặc mã hóa để tạo ra t/h số có đặc tính mong muốn

Analog Signal/Analog Transmission Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý t/h như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc

tương tự Analog Signal/Digital Transmission

Giả sử t/h biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeater Digital Signal/Analog Transmission

Không dùng Digital Signal/Digital Data

T/h là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater

Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫnAnalog and digital

transmissionAnalog

dataAnalog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal


Truyền dẫn số Ưu điểm

Công nghệ số Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành

Toàn vẹn dữ liệu Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất lượng

Hiệu quả kênh truyền TDM > FDM

Bảo mật Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng

Tích hợp Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau


Digital → Digital Tín hiệu số

Xung điện áp rời rạc, không liên tục Mỗi xung là một phần tử tín hiệu Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các

phần tử tín hiệu

Analog and digital transmission

Analog data

Analog signal

Digital signal

Digital data

Analog signal

Digital signal


Thuật ngữ Unipolar

Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu Polar

Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm

Tốc độ dữ liệu (data rate) Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

Độ rộng (chiều dài 1 bit) Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit

Tốc độ điều chế Tốc độ mức tín hiệu thay đổi Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây

Mark và Space Tương ứng với 1 và 0 nhị phân


Diễn giải tín hiệu Cần biết

Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc) Mức tín hiệu

Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải tín hiệu Tỉ số SNR Tốc độ dữ liệu Băng thông


Polar Encoding


Nonreturn to zero (NRZ)

Nonreturn to ZeroLevel (NRZL) 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0 Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 0→1 hoặc từ 1→0)

Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) NRZI cho các bit 1 Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở đầu thời khoảng bit. Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition) Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition)


Nonreturn to Zero (NRZ) Mã hóa sai phân

Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu (thay vì bằng mức tín hiệu)

Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, cảm giác cực tính dễ

dàng bị mất Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ

Ưu Dễ dàng nắm bắt Băng thông dùng hiệu quả

Nhược Có thành phần một chiều Thiếu khả năng đồng bộ

Dùng trong việc ghi băng từ Ít dùng trong việc truyền tín hiệu


Multilevel Binary Dùng nhiều hơn 2 mức BipolarAMI (Alternate Mark

Inversion) Bit0 được biểu diễn bằng không có

tín hiệu Bit1 được biểu diễn bằng xung

dương hay xung âm Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ Không mất đồng bộ khi dữ liệu là

một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ)

Không có thành phần một chiều Băng thông thấp Phát hiện lỗi dễ dàng

Pseudoternary 1 được biểu diễn bằng không có tín

hiệu 0 được biểu diễn bằng xung dương

âm xen kẽ nhau Không có ưu điểm và nhược điểm so

với bipolarAMI The 0s are positive and negative alternately

Amplitude

Time

0 1 00 1 1 01


Trade Off Không hiệu quả bằng NRZ

Mỗi phần tử t/h chỉ biểu diễn 1 bit Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit

Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, A, 0) Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit

lỗi

Multilevel Binary

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1


Biphase Manchester

Thay đổi ở giữa thời khoảng bit Thay đổi được dùng như tín hiệu đồng bộ dữ liệu L→H biểu diễn 1 H→L biểu diễn 0 Dùng trong IEEE 802.3


Biphase Differential Manchester

Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng cho đồng bộ Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0 Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1 Dùng trong IEEE 802.5


Biphase Ưu và nhược điểm

Nhược điểm Tối thiểu có 1 thay đổi trong

thời khoảng 1 bit và có thể có 2 Tốc độ điều chế tối đa bằng 2

lần NRZ Cần băng thông rộng hơn

Ưu điểmĐồng bộ dựa vào sự thay đổi ở

giữa thời khoảng bit (self clocking)

Không có thành phần một chiều

Phát hiện lỗi Khi thiếu sự thay đổi mong đợi


Biphase


Polar Encoding


Bài tập


Bài tập1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0

NRZL

NRZI

AMI

PseudoTernary

Manchester

DifferentialManchester


Bài tập1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0

NRZL

NRZI

AMI

PseudoTernary

Manchester



Bài tập0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0


Bài tậpNRZL

NRZI

AMI

PseudoTernary

Manchester



Bài tập0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0

NRZL

NRZI

AMI

PseudoTernary

Manchester



Bài tập0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0

0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0

1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0


Scrambling Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo ra hằng số

điện áp Chuỗi thay thế

Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa Phải được nhận diện bởi bộ thu và thay thế trở lại chuỗi ban đầu Cùng độ dài như chuỗi ban đầu

Không có thành phần một chiều Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0 Không giảm tốc độ dữ liệu Có khả năng phát hiện lỗi


B8ZS B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)

Dựa trên bipolarAMI Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, mã

thành 000+–0–+ Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã thành

000–+0+– Gây ra 2 vi phạm mã AMI Có thể lầm lẫn với tác động gây ra bởi nhiễu Bộ thu phát hiện và diễn giải chúng thành 8 số 0 liên tiếp


B8ZS


HDB3HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

Dựa trên bipolarAMI Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế theo quy luật như sau


HDB3


Bài tập


Bài tập

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

AMI

B8ZS

HDB3


Bài tập

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

+ + + + +

+ + +

AMI

B8ZS

HDB3


So sánh các phương pháp mã hóa Phổ tín hiệu

Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông Tập trung công suất ở giữa băng thông

Đồng bộ Đồng bộ bộ thu và bộ phát Tín hiệu đồng bộ ngoại vi Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu

Khả năng phát hiện lỗi Có thể được tích hợp trong cơ chế mã hóa

Nhiễu và khả năng miễn nhiễm Vài mã tốt hơn các mã khác

Độ phức tạp và chi phí Tốc độ tín hiệu cao hơn (và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn) dẫn tới chi phí

cao Vài mã đòi hỏi tốc độ tín hiệu cao hơn tốc độ dữ liệu


Ứng dụng Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng điện thoại

công cộng 300Hz → 3400Hz

Thiết bị MODEM (MOdulatorDEMulator)

Kỹ thuật Điều biên: AmplitudeShift Keying (ASK) Điều tần: FrequencyShift Keying (FSK) Điều pha: PhaseShift Keying (PSK)

Digital → AnalogAnalog and digital

transmissionAnalog

dataAnalog Analog signalsignal

Digital Digital signalsignal

Digital data

Analog signal


Digital → Analog

FSK PSKASK

QAM


Điều biên (ASK) Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1

(thông thường một biên độ bằng 0)

Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp

(~1200bps trên kênh truyền thoại) Tần số của tín hiệu sóng mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn

giao tiếp đang được sử dụng Kỹ thuật được dùng trong cáp quang

+

=00

1)2cos()(

binary

binarytfAts cθπ


Điều biên (ASK)


Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK) Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứng mức 1, tần số

thấp tương ứng mức 0.

Ít lỗi hơn so với ASK Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấp hơn trên

mạng điện thoại Có thể dùng tần số cao (330MHz) để truyền trên sóng radio hoặc

cáp đồng trục

++

=0)2cos(

1)2cos()(

2

1

binarytfA

binarytfAts

c

c

θπθπ


Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK)


Điều tần (FSK) – Multiple (FSK) Dùng nhiều hơn 2 tần số Băng thông được dùng hiệu quả hơn Khả năng lỗi nhiều hơn Mỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit dữ liệu


Điều pha (PSK) Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này

PSK vi phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so với sóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định)

Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang (Phase Amplitude Modulation)

Phương pháp này thường được dùng trong truyền dữ liệu ở tốc độ 2400bps (2 bits per phase change CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bits encoding per phase change CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bits encoding per phase/amplitude change)

Tổng quát cho mã hóa NRZL

+

=0)2cos(

1)2cos()(

binarytfA

binarytfAts

c

c

πππ

elements signaldifferent ofnumber :L

element signalper bits ofnumber :l

(bps) rate data :R

(bauds) rate modulation :D

Llog

R

l

RD

2

==


Điều pha (PSK)


Điều pha (PSK) Quadrature PSK (QPSK)

Mary PSK Hệ thống 64 và 256 trạng thái Cải thiện tốc độ dữ liệu với băng thông không đổi Tăng khả năng tiềm ẩn lỗi

++++

=

11)2702cos(

10)1802cos(

01)902cos(

00)02cos(

)(

tfA

tfA

tfA

tfA

ts

c

c

c

c

ππππ


Hiệu suất Băng thông

Băng thông ASK và PSK liên quan trực tiếp với tốc độ bitBT = (1+r)R

Băng thông FSK có quan hệ với tốc độ dữ liệu đối với các tần số thấp, có quan hệ với độ dịch chuyển của các tần số điều chế đối với tần số cao

BT = 2∆F + (1+r)R Tín hiệu nhiều mức

BT = (1+r)R/m = (1+r)R/log2M Trong trường hợp có lỗi, tốc độ lỗi của PSK và QPSK

cao hơn khoảng 3dB so với ASK và FSK


Quadrature Amplitude Modulation (QAM) QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wireless Kết hợp giữa ASK và PSK Mở rộng logic của QPSK Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang

Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 ¨ Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu


Digital → Analog


Analog → Digital Ứng dụng

Dùng để truyền dữ liệu tương tự trên mạng truyền dữ liệu số

Tận dụng các ưu điểm của truyền dẫn số (thiết bị rẻ, dùng repeater, TDM, …)

Số hóa Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZL hay các

loại mã khác Thiết bị

CODEC (COderDECoder) Kỹ thuật

Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM)

Điều chế Delta: Delta Modulation (DM)


Analog data

Analog Analog signalsignal

Digital signal

Digital data



Analog → Digital

DMPCM


Điều chế xung mã (PCM) Lý thuyết lấy mẫu

“Nếu tín hiệu f(t) được lấy mẫu đều với tốc độ lấy mẫu cao hơn tối thiểu 2 lần tần số tín hiệu cao nhất, thì các mẫu thu được chứa đủ thông tin của tín hiệu ban đầu. T/h f(t) có thể được tái tạo, dùng bộ lọc thông thấp”

Công thức Nyquist: N >= 2f N: tốc độ lấy mẫu f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu

Dữ liệu tiếng nói Giới hạn tần số <4000Hz Tốc độ lấy mẫu cần thiết

8000 mẫu/giây

m a x

m i n

0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1


Điều chế xung mã (PCM)

PAM (Pulse Amplitude Modulation) Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B

Lượng tử hóa các xung PAM Xác định giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng

đó Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2n (n là số bit cần thiết để số hóa 1 xung)

Mã hóa dữ liệu Thực hiện các thao tác mã hóa thông tin trước khi truyền đi

Continuoustime,continuousamplitude(analog) input signal

Discretetime,continuousamplitudesignal (PAM pulses)

Discretetime,discreteamplitudesignal (PCM pulses)

Digital bitstream output signal


Điều chế xung mã (PCM)


Điều chế xung mã


Nonlinear coding Mức lượng tử không đều Giảm méo tín hiệu Companding (compressingexpanding)


Điều chế Delta (DM) Tín hiệu tương tự được xấp xỉ bởi hàm bậc thang (staircase) Hành vi nhị phân

Đi lên hay xuống 1 mức (δ) tại mỗi thời khoảng lấy mẫu Hiệu suất

Để tái tạo tiếng nói tốt PCM 128 mức (7 bit) Băng thông thoại 4khz Cần 8000 x 7 = 56kbps đối với PCM

Kỹ thuật nén dữ liệu có thể cải thiện thêm Ví dụ: kỹ thuật mã xen khung (interframe coding) cho video


Điều chế Delta (DM)


Analog → Analog Ứng dụng

Dùng để điều chế dữ liệu tương tự: thay đổi tần số truyền (tần số cao hơn truyền dẫn tốt hơn)

Dùng cho FDM Kỹ thuật

Điều chế biên: Amplitude Modulation (AM) Điều chế góc (Angle Modulation) Điều chế tần số: Frequency Modulation (FM) Điều chế pha: Phase Modulation (PM)


Analog data

Analog signal


Digital data



Analog → Analog

AngleAM

PMFM


Điều chế biên (AM) Biên độ của sóng mang được thay đổi bởi biên độ của tín hiệu

được truyền đis(t) = [1+nax(t)]cos(2?fct) Tạo ra t/h 2 bên (DSBTC), trong đó chỉ cần có một bên na<1 – t/h bao là bản sao của t/h ban đầu na >1 – t/h bao cắt trục thời gian (thông tin bị mất) Pt = Pc(1+ na

2/2) Pt và Pc – công suất t/h được truyền đi và t/h sóng mang na – chỉ số điều chế, tỉ số biên độ t/h được truyền và sóng mang

SSB và DSBSC Ưu điểm

Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế) Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhau

Khuyết điểm Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu Không sử dụng hiệu quả năng lượng


Điều chế biên (AM)

M(f)

fB

M(f)

ffc – B fc + Bfc

Upper sideband

Lower sideband

Discrete carrierterm


Điều chế tần số (FM)


Điều chế góc s(t) = Accos[2πfct + Φ(t)] Phương pháp điều tần số (FM)

Tín hiệu được truyền đi thay đổi thành phần tần số của sóng mang tỷ lệ với biên độ và tần số của tín hiệu truyền đi

Φ’(t) = nfm(t) Ưu điểm

Khó bị ảnh hưởng của nhiễu Sử dụng hiệu quả năng lượng

Khuyết điểm Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệu

truyền đi ban đầu (dữ liệu) Hiện thực mạch điều chế và giải điều chế phức tạp hơn so với phương

pháp điều biên


Điều chế góc


Điều chế góc Phương pháp điều chế pha (PM)

Φ(t) = npm(t) Tín hiệu truyền đi không ảnh hưởng đến thành phần biên độ và

tần số mà chỉ làm thay đổi pha của sóng mang Phổ tần số của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều

pha tương tự như phương pháp điều tần → phương pháp điều pha cũng có các đặc điểm tương tự phương pháp điều tần

Tuy nhiên, có hai lý do phương pháp điều pha được dễ chấp nhận hơn

Đối với bên nhận: tần số của tín hiệu nhận được là cố định, chỉ có pha thay đổi nên chỉ cần thiết kế bộ lọc tần số chỉ cho một tần số duy nhất thay vì nhiều tần số như trong phương pháp điều tần ? giảm chi phí thiết kế và hiện thực mạch

Trong trường hợp tín hiệu điều chế chỉ nhận một số giá trị (như tín hiệu số), mạch điều chế và giải điều chế hiện thực theo phương pháp điều pha được đơn giản rất nhiều


Hiệu suất Băng thông

AM BT = 2B

FM&PM BT = 2(β+1)B

FM&PM cần băng thông lớn hơn so với AM


Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu Baudot (Emile Baudot)

5 bit (32 mã) dùng 2 mã 5 bit (letter & figure) để mã hết các ký tự, chữ số và dấu

ASCII (American Standard Code for Information Interchange) 7 bit (128 mã), bao gồm các ký tự chữ thường và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự

dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt. Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự.

EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) 8 bit Được dùng trong các hệ thống máy tính IBM

Unicode 16 hoặc 32 bit Hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong tương lai


Mã Baudot

“JAMES BOND 007 SAYS HI!”


Mã ASCII


Cấu trúc kênh truyền Song song (Parallel)

Mỗi bit dùng một đường truyền riêng. Nếu có 8 bits được truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8 đường truyền độc lập

Để truyền dữ liệu trên một đường truyền song song, một kênh truyền riêng được dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal)

Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp


Cấu trúc kênh truyền Tuần tự (Serial)

Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền, bit này tiếp theo sau bit kia

Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này được mã hóa vào dữ liệu truyền đi)

2 cách truyền Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bitĐồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ


Truyền bất đồng bộ Dữ liệu được truyền theo ký tự (5 → 8 bits)

Chỉ cần giữ đồng bộ trong một ký tự Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới

Hành vi Đối với dòng dữ liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự là đồng nhất (chiều

dài của phần tử stop) Ở trạng thái rảnh, bộ thu phát hiện sự chuyển 1 → 0 Lấy mẫu 7 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự) Đợi việc chuyển 1 → 0 cho ký tự kế tiếp

Hiệu suất Đơn giản Rẻ Phí tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự (~20%) Thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn (dữ liệu nhập từ

bàn phím)


Truyền bất đồng bộ


Truyền bất đồng bộ Đồng bộ bit

Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit PISO – SIPO

Clock thường mất đồng bộ Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát


Truyền bất đồng bộ


Truyền bất đồng bộ Đồng bộ ký tự (character synchronization): dùng start và

stop bit


Truyền bất đồng bộ khung Đồng bộ khung (frame synchronization): dùng các ký tự điều

khiển (STX, ETX, DLE)

S T X F R L E T X

S t a r t b i t S t o p b i tS T X

E T X

F F r a m e c o n t e n t s( p r i n t a b l e c h a r a c t e r s )

S T XD L E D L E E T X

D L E

S T X

D L E

E T X

F r a m e c o n t e n t s( b i n a r y d a t a )D L E

D L EI n s e r t e dD L E


Truyền bất đồng bộ tốc độ xung clock


Truyền đồng bộ Truyền không cần start/stop Phải có tín hiệu đồng bộ Đồng bộ bit (bit synchronization): sử dụng các phương pháp sau

Clock encoding and extraction (Timestamp) Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được RZ, Manchester (NRZ signaling), differential Manchester

Digital PhaseLockLoop Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock được tái đồng bộ

Cần sử dụng các phương pháp mã hóa nhị phân (AMI, HDB3, B8ZS) Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền


Mã hóa và tách dữ liệu đồng bộ

C l o c ke n c o d e r

L o c a lc l o c k

P I S O

C l o c ke x t r a c tc i r c u i t

S I P O

T x D R x D

T r a n s m i t e r R e c e i v e r

M a n c h e s t e r e n c o d e ds i g n a l ( T x D / R x D )

E x t r a c t e d c l o c k ( R x C )

R e c e i v e d d a t a

T x C

B i t s t r e a m

TimeStamp


Digital Phase – Lock – Loop

B i te n c o d e r

L o c a lc l o c k

P I S O

D P L L S I P O

T x D R x D


B i td e c o d e r

x Nl o c a lc l o c k

C l o c ke n c o d e r

L o c a lc l o c k

P I S O

D P L L S I P O

T x D R x D


x Nl o c a lc l o c k

Hybrid

DPLL


Truyền đồng bộ Đồng bộ khung (frame synchronization): sử dụng các phương pháp sau

Characteroriented synchronous transmission Dùng các ký tự điều khiển : SYN, STX, ETX, DLE.

Bitorienter synchronous transmission Dùng các mẫu bit điều khiển (flag byte or flag pattern)

→ bit stuffing problem Hiệu quả (phí tổn thấp) hơn so với truyền bất đồng bộ


Lỗi


Điều khiển lỗi Môi trường truyền dẫn bị nhiễu (điện, từ, …) → dữ liệu nhận có lỗi 2 cách khắc phục khi phát hiện có lỗi

Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi, để bên nhận có thể phát hiện khi nào có lỗi và lỗi nằm ở đâu để sửa (có khả năng sửa lỗi)

Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để phát hiện khi nào có lỗi (không có khả năng sửa lỗi). Cơ chế yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai được dùng trong trường hợp này

Cơ chế phát hiện lỗi BER: xác suất 1 bit đơn bị lỗi trong một thời khoảng nhất định Phân loại lỗi

Singlebit error – nhiễu trắng Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy giảm (khi truyền vô

tuyến)


Quá trình phát hiện sai


Parity Bit parity

Parity chẵn: (N + P) phải là một số chẵn

Parity lẻ: (N + P) phải là một số lẻ N: tổng số bit 1 có trong dữ liệu cần

kiểm tra lỗi P: giá trị của bit parity, là 0 hay 1 sao

cho tổng số bit 1 (N+P) luôn là một số chẵn (lẻ) tùy theo phương pháp parity chẵn hay lẻ tương ứng

D a t a D a t a ( ASCII ) B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7

Parity bit (odd )

h 1 0 0 0 0 1 1 0 e 1 0 0 0 0 0 1 1


Parity Đặc điểm

Chỉ dò được lỗi sai một số lẻ bit, không dò được lỗi sai một số chẵn bit

Không sửa được lỗi Hiệu suất truyền thông tin kém,

do số bit thêm vào để dò tìm lỗi chiếm tỷ lệ lớn so với dữ liệu truyền đi.


Block Sum Check Block Sum Check (BSC): sử dụng parity hàng và cột

Không sửa được sai, chỉ sửa được sai khi số bit sai trong dữ liệu là một Dò tìm được tất cả các lỗi sai một số lẻ bit và hầu hết các lỗi sai một số

chẵn bit. Không dò được lỗi sai một số chẵn bit xảy ra đồng thời trên cả hàng và cột.

D a t a D a t a

Start

B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 Parity (even)

Stop

H 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 E 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 L 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 L 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 O 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0

BCC (odd)

1 1 0 1 1 1 1 0 1 0


Block Sum Check Biến thể

Dùng tổng bù 1 (1’scomplement sum) thay cho tổng modulo 2 (2modulo sum)

Các ký tự trong block được truyền được coi như các số nhị phân không dấu Tốt hơn phương pháp modulo 2

1111111

1

01111111

0100110

1100000

0011011

1101101

0100000

1111111

1

01111111

0100110

1100000

0011011

1101101

0100000

Zero in 1’s com plem ent0100110

1011001

1

00110011

1100000

0011011

1101101

0100000

0100110

1011001

1

00110011

1100000

0011011

1101101

0100000

invert1’scom plem ent sum

content com m unicat ion


Cyclic Redundancy Check Nguyên lý

kbit message Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame

gởi đi (k+n bit) chia hết cho 1 số xác định trước Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số và nếu không có phần dư thì

có khả năng không có lỗi Số học modulo 2

Exlusiveor

1 1 1 1

+ 1 0 1 0

0 1 0 1 1 1 0 0 1

x 1 1

1 1 0 0 1

1 1 0 0 1

1 0 1 0 1 1


Cyclic Redundancy Check Xác định FCS

T: frame được truyền (k+n bit) M: message dữ liệu cần truyền (k bit đầu của T) F: FCS (n bit sau của T) P: số chia được xác định trước (n+1 bit)

Kiểm tra P

RQ

P

Mn2 +=

FMn2 T +=

R F =

RMn2 T +=

QP

R

P

RQ

P

RMn2

P

T =++=+=


Cyclic Redundancy Check Cách khác để xác định FCS: đa thức

M = 111101 → M(x) = X5 + X4 + X3 + X2 + 1 P = 1101 → P = X3 + X2 + 1 ⇒ FCS có 3 bits (n = 3) Dữ liệu dịch trái n bits: 2nM(x) = X8 + X7 + X6 + X5 + X3

X8 + X7 + X5X3 + X2 + 1 X8 + X7 + X6 + X5 + X3

X6 + X3

X6 + X5 + X3

X5

X5 + X4 + X2

X4 + X2

X4 + X3 + XX3 + X2 + XX3 + X2 + 1

X + 1

⇒

FCS = 011

T = 111101011


Cyclic Redundancy Check

1 1 1 1 0 11 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

0

MP

1 1 0 11 0 0 11 1 0 1

1 0 0 01 1 0 1

1 0 1 01 1 0 1

1 1 1 01 1 0 1

0 1 1

FCS

111101011

T


Cyclic Redundancy Check P

Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện Yêu cầu tối thiểu: msb và lsb phải là 1

Biểu diễn lỗi Error=nghịch đảo bit (i.e. exclusiveor của bit đó với 1) Tr = T + E

T: frame được truyền Tr: frame nhận được E: error pattern với 1 tại những vị trí lỗi xảy ra

Error không bị phát hiện iff Tr chia hết cho P (i.e. iff E chia hết cho P) Các lỗi được phát hiện

Tất cả các lỗi bit đơn Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1) Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn


Cyclic Redundancy Check 4 P được sử dụng rộng rãi

CRC12 = X12 + X11 + X3 + X2 + X + 1 12bit FCS 6bit characters

CRC16 = X16 + X15 + X2 + 1 16bit FCS 8bit characters

US CRCCCITT = X16 + X12 + X5 +1

Europe CRC32 = X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7

+ X5 + X4 + X2 + X + 1 32bit FCS Pointpoint synchronous transmission, DoD apps


Cyclic Redundancy Check

FCS1+FCS0 FCS2+ FCSn 2+ FCSn 1++

X X X XP1 P2 Pn 2 Pn 1

Message

AA

BB

+

CC

DD

EE

+

+

P = 110101

AABBCCDDEE+

P = 111011

+ + +

AABBCCDDEE+

P = 101011

+ +


Cyclic Redundancy CheckA B C D E Input

Initial 0 0 0 0 0

Step 1 0 0 0 0 1 1Step 2 0 0 0 1 0 0Step 3 0 0 1 0 1 1Step 4 0 1 0 1 0 0Step 5 1 0 1 0 0 0Step 6 1 1 1 0 1 0Step 7 0 1 1 1 0 1Step 8 1 1 1 0 1 1Step 9 0 1 1 1 1 0Step 10 1 1 1 1 1 1Step 11 0 1 0 1 1 0Step 12 1 0 1 1 0 0Step 13 1 1 0 0 1 0Step 14 0 0 1 1 1 0Step 15 0 1 1 1 0 0AA

BB

+

CC

DD

EE

+

+1010001101

x2

1

x4

x5

M=1010001101P=110101

FCS = 01110


Sửa lỗi Sửa các lỗi được phát hiện thông thường yêu cầu truyền

lại khối dữ liệu Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ liệu

không dây BER cao

Truyền lại nhiều Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều so với thời gian truyền dữ

liệu (vd truyền vệ tinh) Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo

Cần thiết phải sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được


Quá trình sửa sai


Quá trính sửa sai Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k)

Từ mã – Codeword Forward error correction (FEC) encoder

Codeword được truyền đi Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi,

nhưng có chứa lỗi Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC

Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra)

FEC trích xuất khối dữ liệu sai


Cấu hình đường truyền Cấu hình

Sắp xếp vật lý các trạm trên môi trường

Cấu hình truyền thống


Giao tiếp Giao tiếp

Thiết bị xử lý dữ liệu (DTE) thường không có các phương tiện phát dữ liệu Cần một thiết bị giao tiếp (DCE) – ví dụ: modem, NIC, … DCE phát các bit dữ liệu trên môi trường truyền dẫn DCE trao đổi dữ liệu và thông tin điều khiển với DTE

Được thực hiện thông qua mạch trao đổi Cần một chuẩn giao tiếp rõ ràng

Đặc tính Cơ khí

Kết nối Điện

Điện áp, định thời, mã hóa, … Chức năng

Dữ liệu, điều khiển, định thời, đất, … Thủ tục

Chuỗi các sự kiện


Chuẩn V.24/EIA–232–F

ITUT v.24 Chỉ đặc tả chức năng và thủ tục Tham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điện

EIA232F (USA) RS232 Đặc tính cơ khí: ISO 2110 Đặc tính điện: v.28 Chức năng: v.24 Thủ tục: v.24


Kết nối V.24/EIA–232 (DTE)


V.24 EIA232 Name Direction to Function

Data signals

103 BA Transmitted data DCE Transmitted by DTE

104 BB Received data DTE Received by DTE

Control signals

105 CA Request to send DCE DTE wishes to transmit

106 CB Clear to send DTE DCE is ready to receive, response to RTS

107 CC DCE ready DTE DCE is ready to operate

108.2 CD DTE ready DCE DTE is ready to operate

125 CE Ring indicator DTE DCE is receiving a ringing signal on the channel line

109 CF Received line signal detector DTE DCE is receiving a signal within appropriate limits on the channel line

Timing signals

113 DA Transmitter sig. elm. timing DCE Clocking signal

114 DB Transmitter sig. elm. timing DTE Clocking signal;

115 DD Receiver sig. elm. timing DTE Clocking signal for circuit 104

Ground

102 AB Signal ground/common return Common ground reference for all circuits


Local/Remote loopback testing

DTE Local DCE

Remote DCE

Local loopback testing

Remote loopback testing

DTE Local DCE


Nghi thức Ví dụ modem riêng bất đồng bộ Khi modem được bật lên và sẵn sàng, nó (DCE) bật tín hiệu “DCE

ready” Khi DTE sẵn sàng gởi dữ liệu, nó bật tín hiệu “Request To Send”

Cấm chế độ nhận dữ liệu (nếu trong chế độ truyền halfduplex) Modem đáp lại sẵn sàng bằng tín hiệu “Clear To Send” DTE gởi dữ liệu Khi dữ liệu đến, modem gắn vào DTE sẽ bật tín hiệu “Line Signal

Detector” và gởi dữ liệu cho DTE


Hoạt động quay số (1)


Chuẩn giao tiếp EIA RS–232C

DTR onDSR on

DTR onDSR on

RI onConnection setup

RTS onCarrier OnDCD on CTS onTxDData tonesRxD on RTS off

CTS offCarrier OffDCD offRTS onCTS on

Carrier On DCD on

RxD onData tonesTxD on

RTS offCTS off

RTS offCTS offCarrier Off

DCD off DCD offDTR offDSR off

DTR offDSR off

Time

numberDTR Data Terminal Ready

DSR Data Set Ready

DCD Data Carrier Detect

RI Ring Indicator

RTS Request To Send

CTS Clear To Send

TxD Transmitted Data

RxD Received Data


Trao đổi thông tin giữa DCE và DTE Trao đổi thông tin giữa DTE và

DCE Truyền dữ liệu (DTE→DCE)

Bật DTR và RTS Đợi DSR Đợi CTS Truyền dữ liệu

Nhận dữ liệu (DCE→DTE) Bật DTR Đợi DSR Nhận dữ liệu

Trao đổi thông tin giữa 2 DTE Không cần DCE Null modem cable


Cấu hình dây dẫn kết nối DTE ↔ DTE


Nén dữ liệu Runlength encoding (packed decimal)

Dùng cho message gồm các chữ số Mã BCD thay vì ASCII Có thể dùng 4 bit thấp đối với các thông tin đầy đủ

STX 00110010 00110001 00111001 00111000 00110101 00110110 STX

STX 0010 0001 1001 1000 0101 0110 STXControl #

2 1 9 8 5 6

Uncompressed

Packed Decimal


Differential encoding (relative encoding) Encoding used if differences between values is much smaller than the values themselves

Original 1509 1506 1508 1510 1511 1509 1513 Encoded 1509 3 +2 +2 +1 2 +4 Send only the difference in magnitude

Character suppresion Encoding used if 3 or more of same character found

Original AAAABBCCCCCDEEEEFF Encoded A4B2C5D1EEEE4F2

Nén dữ liệu

‘+’STX ’1’ ’‘ ‘+’ ‘2’ ‘’ ‘+’ … ‘’ ETX BCC

Endofvalue delimiters

+3Flag +4 +5 +5 +4 +3 … Flag

All difference values binaryencodedin a single (signed) byte


Nén dữ liệu Huffman encoding (Statistical Methods)

Đặc điểm Đây là mã thống kê (phương pháp nén mã tối ưu) Mã hóa dựa trên xác suất sử dụng của các ký tự Những ký tự được dùng nhiều nhất sẽ có từ mã ngắn nhất Không có tính prefix

Giải thuật Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần Một cặp bit 01 được gán cho 2 nguồn tin có xác suất nhỏ nhất 2 nguồn tin này được kết hợp, tạo thành nguồn tin mới có xác suất bằng tổng

xác suất của 2 nguồn tin thành phần Sắp xếp lại các nguồn tin theo thứ tự giảm dần của xác suất Quá trình trên được lặp lại đến khi 2 nguồn tin cuối cùng được kết hợp Từ mã cho mỗi nguồn tin được viết theo thứ tự từ gốc đến ngọn

Chiều dài từ mã trung bình Lavg = Σli x pi

li : chiều dài nguồn tin Xi pi : xác suất xuất nguồn tin Xi


Huffman codeC T

2 5

P r o b

0 . 2 1

2 4

2 6

0 . 1 7

0 . 1 5

2 3 0 . 1 2

2 7

2 2

0 . 1 0

0 . 0 6

2 8 0 . 0 5

2 1

2 9

0 . 0 5

0 . 0 4

2 0 0 . 0 3

3 0 0 . 0 2

0

1

0 . 0 5

0 . 0 40

1

0 . 0 5

0 . 0 50

1

0 . 0 9

0 . 0 60

1

0 . 1 0

0 . 1 00

1

0 . 1 5

0 . 1 20

1

0 . 1 7

0 . 1 50

1

0 . 2 1

0 . 20

1

0 . 3 2

0 . 2 70

1

0 . 5 9

0 . 4 10

1

0 . 0 9

0 . 0 6

0 . 1 0

0 . 1 5

0 . 1 2

0 . 2 0

0 . 1 7

0 . 1 5

0 . 2 7

0 . 2 1

0 . 2 0

0 . 3 2

0 . 2 7

0 . 4 1

2 5

2 4

2 6

2 3

2 7

2 2

2 8

2 1

2 9

2 0

3 0

C T

0 1 0 0 0 1

H u f f m a n c o d e

0 1 0 0 0 0

0 1 0 0 1

1 1 1 1

1 1 1 0

0 1 0 1

1 1 0

0 1 1

0 0 1

0 0 0

1 0

2 1 2 3 2 9 2 7 2 9

2 52 01 51 0

5

P r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n

L a v g = 2 . 0 , 2 1 + 3 . 0 , 1 7 + 3 . 0 , 1 5 + 3 . 0 , 1 2 + 3 . 0 , 1 + 4 . 0 , 0 6 + 4 . 0 , 0 5 + 4 . 0 , 0 5 +5 . 0 , 0 4 + 6 . 0 . 0 3 + 6 . 0 , 0 2 = 3 , 1 8 b i t s


Nén dữ liệu ShannonFano encoding (Statistical Methods)

Đặc điểm Mã tối ưu Không có tính prefix

Giải thuật Sắp xếp các nguồn tin theo thứ tự giảm dần về xác suất Chia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho

phần trên, gán 1 cho phần dưới Lặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tin Ghi ra các từ mã


Shannon – Fano Các nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứng X1 (30%), X2 (20%), X3 (10%), X4 (10%), X5 (20%), X6 (5%), X7 (3%), X8 (2%) Lavg = 2.0,3+2.0,2+3.0,2+3.0,1+3.0,1+4.0,05+5.0,03+5.0,02 = 2,65 bits

Initial Sorted Shannon-Fano code Code word STT

Xi % Xi % Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 1 X1 30 X1 30 0 0 00 2 X2 20 X2 20 0 1 01 3 X3 10 X5 20 1 0 0 100 4 X4 10 X3 10 1 0 1 101 5 X5 20 X4 10 1 1 0 110 6 X6 5 X6 5 1 1 1 0 1110 7 X7 3 X7 3 1 1 1 1 0 11110 8 X8 2 X8 2 1 1 1 1 1

11111


Phân hợp kênh (Multiplexing)MultiplexingMultiplexing

FrequencyDivisionMultiplexing (FDM)FrequencyDivisionMultiplexing (FDM)

TimeDivisionMultiplexing (TDM)

TimeDivisionMultiplexing (TDM)

SynchronousSynchronous AsynchronousAsynchronous


Frequency – Division Multiplexing (FDM) Phương pháp này chỉ hiện thực được

khi băng thông môi trường truyền lớn hơn băng thông mà tín hiệu được truyền yêu cầu

Nhiều tín hiệu có thể được truyền đồng thời nếu mỗi tín hiệu được điều chế trên một tần số sóng mang

Các tần số sóng mang khác nhau sao cho băng thông của các tín hiệu được điều chế không trùng lấp nhau (guard bands)

Ví dụ broadcast radio

Kênh truyền được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấp phát tĩnh)


FDM


FDM

Animation


FDM


FDM

FDM của 3 kênh thoại


FDM

AT&T’s analog hierachyAT&T’s analog hierachy


Wavelength Division Multiplexing Nhiều chùm ánh sáng với tần số khác nhau Truyền trong cáp quang Một dạng của FDM Mỗi màu ánh sáng (chiều dài sóng khác nhau) được truyền trên

kênh dữ liệu riêng biệt

1997 tại Bell Labs 100 chùm ánh sánh Mỗi chùm tốc độ 10 Gbps 1 terabit per second (Tbps)

Hệ thống thương mại hiện tại có 160 kênh, mỗi kênh 10 Gbps Phòng thí nghiệm (Alcatel) có thể có 256 kênh với tốc độ 39.8

Gbps mỗi kênh 10.1 Tbps Trên 100km


Hoạt động WDM Cùng kiến trúc tổng quát như các FDM khác Nguồn sáng tạo ra các chùm laser với tần số khác nhau Nhiều chùm sáng kết hợp với nhau để lan truyền trên cùng một

cáp quang Bộ khuếch đại quang học

Khuếch đại tất cả chiều dài sóng khác nhau Thông thường khoảng cách ~10km

Phân kênh tại đích đến Thông thường tầm chiều dài sóng 1550nm 200MHz per channel Hiện tại lên đến 50GHz


Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM Chưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa) Các kênh sít nhau hơn WDM 200GHz


Time – Division Multiplexing (TDM)

Synchronous TDM Phương pháp này chỉ hiện thực được khi tốc độ dữ liệu (băng thông,…) môi trường

truyền lớn hơn tốc độ dữ liệu mà tín hiệu được truyền yêu cầu

Nhiều tín hiệu (cả analog và digital) có thể được truyền đồng thời trên cùng một đường truyền bằng cách đan xen các phần của mỗi tín hiệu theo thời gian (time slot)

Time slot được gán trước và tĩnh (time slot được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu để truyền)

Time slot có thể được gán không đồng đều giữa các nguồn dữ liệu


TDM


TDM

TDM Animation


TDM – Điều khiển liên kết Không cần header và tailer Không cần các nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu (cho

toàn bộ đường truyền phân/hợp) Điều khiển dòng

Tốc độ dữ liệu của đường truyền phân/hợp cố định Nếu có một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác vẫn

tiếp tục Nguồn phát tương ứng phải ngưng

→ bỏ kênh trống (empty slot) Điều khiển lỗi

Lỗi được phát hiện và xử lý bởi từng kênh riêng biệt


TDM – Điều khiển liên kết


TDM – Framing Không có cờ (flag) hoặc các ký tự SYNC để đóng khung các bó

TDM Phải có cơ chế đồng bộ Cơ chế đóng khung số

Một bit điều khiển được thêm vào mỗi bó TDM Các bit điều khiển này tạo thành một kênh khác – “kênh điều khiển”

Dùng mẫu bit định dạng trên kênh điều khiển Ví dụ mẫu 01010101, khác với kênh dữ liệu

So sánh mẫu bit đến trên từng kênh với mẫu bit mẫu bit đồng bộ


TDM – pulse stuffing Vấn đề: đồng bộ các nguồn dữ liệu khác nhau

Tín hiệu clock trên các nguồn dữ liệu khác nhau bị “trôi” (drift)

Tốc độ dữ liệu của các nguồn dữ liệu khác nhau không quan hệ theo một tỉ lệ đơn giản

Giải pháp – Pulse Stuffing Tốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung) cao hơn tổng

các tốc độ đầu vào Chèn thêm các bit/xung không có ý nghĩa vào mỗi tín hiệu đầu

vào cho đến khi nó bằng với clock cục bộ Các bit/xung được thêm vào tại những vị trí cố định (biết trước)

trong khung và nó sẽ bị loại bỏ khi đến bộ phân kênh


TDM – nguồn tương tự và nguồn số


TDM – hệ thống truyền mang Phân cấp TDM

USA/Canada/Japan dùng một hệ thống ITUT (châu Au) dùng một hệ thống khác (nhưng tương tự)

Hệ thống Mỹ xây dựng dựa trên định dạng DS1 24 kênh được phân hợp Mỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit khung

→ 193 bit/khung Đối với truyền thoại, mỗi kênh chứa một từ của dữ liệu được số hóa (PCM, 8000

mẫu/giây) Tốc độ dữ liệu 8000 x 193 = 1.544Mbps 5 trong số 6 khung có các mẫu PCM 8 bit Khung thứ 6 chứa một từ PCM 7 bit và một bit tín hiệu Các bit tín hiệu tạo thành một dòng (stream) cho mỗi kênh để điều khiển và chứa thông tin tìm

đường Định dạng tương tự cho dữ liệu số

23 kênh dữ liệu (7 bit/khung và 1 bit chỉ thị cho dữ liệu hoặc điều khiển hệ thống) Kênh thứ 24 dùng để đồng bộ

DS1 có thể dùng hỗn hợp dữ liệu số và tương tự Dùng cả 24 kênh Không có ký tự đồng bộ


TDM – T1 vs. E1


TDM – T1

Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbps T1 = 24 kênh thoại = dịch vụ số mức 1 (DS1) TDM

Đóng khung đơn giản: thêm 101010 (1 bit/khung) Bất kỳ chuỗi khác → tái đồng bộ


TDM – đường truyền E1 E1

Dùng ở châu Âu, tương tự như T1 (dùng ở Mỹ) Có 32 bytes trong một khung dài 125µs = 2048 Mbps

30 kênh được dùng cho dữ liệu 1 kênh dùng để đồng bộ 1 kênh dùng để báo hiệu (điều khiển)


TDM – phân cấp


TDM – bất đồng bộ TDM thống kê/thông minh

Trong TDM đồng bộ, nhiều slot có thể bị bỏ trống

TDM bất đồng bộ cấp phát time slot động tùy theo nhu cầu

Bộ hợp kênh quét các đường nhập và tập hợp dữ liệu cho đến khi đầy khung

Tốc độ dữ liệu ra thấp hơn tốc độ các đường nhập gộp lại

Có thể gây vấn đề trong thời gian cao điểm

Đệm các đường nhập Giữ kích thước bộ đệm tối

thiểu để giảm thời gian trễ

U s e r s

A 1

A

B

C

D

T 0 T 1 T 2 T 3 T 4

T o r e m o t ec o m p u t e r

B 1 C 1 D 1 A 2 B 2 C 2 D 2

A 1 B 1 B 2 C 2 E x t r a b a n d w i d t ha v a i l a b l e

F i r s t c y c l e S e c o n d c y c l e

F i r s t c y c l e S e c o n d c y c l e

W a s t e db a n d w i d t h

S y n c h r o n o u s T D M

A s y n c h r o n o u s T D M


TDM – bất đồng bộ mc – tốc độ dữ liệu tối đa của đường truyền trung kế mi – tốc độ dữ liệu tối đa của nguồn thứ i pi – xác xuất dữ liệu của nguồn thứ i mc có thể nhỏ hơn tổng các mi

Σpimi < mc

Nguyên tắc 80% Bao nhiêu terminal tốc độ 9600bps có thể dùng chung đường truyền 56Kbps khi dùng kỹ thuật TDM hoặc STDM (pi là 75%)


Kích thước bộ đệm và thời gian trễ


TDM bất đồng bộ định dạng khung

Overall frame

Subframe with one source per frame

Subframe with multiple source per frame


Asymmetrical Digital Subscriber Line ADSL

xDSL High data rate DSL Single line DSL Very high data rate DSL

Liên kết giữa thuê bao và mạng Đường thuê bao

Hiện tại dùng cáp twisted pair Có thể có băng thông lớn hơn 1 MHz hoặc lớn hơn

Bất đối xứng Tốc độ dòng dữ liệu xuống (downstream) lớn hơn tốc độ dòng dữ liệu lên

(upstream) FDM

25kHz thấp nhất cho thoại Plain old telephone service (POTS)

Dùng kỹ thuật loại bỏ echo (echo cancellation) hoặc FDM để cho 2 băng tần Dùng FDM trong các băng tần

Phạm vi 5.5km


Cấu hình kênh truyền ADSL


Discrete Multitone DMT Nhiều tín hiệu sóng mang ở các tần số khác nhau Vài bit trên mỗi kênh Kênh phụ 4kHz Gởi t/h test và dùng kênh phụ với tỉ số SNR tốt hơn 256 kênh phụ downstream mỗi kênh 4kHz (60kbps)

15.36MHz Impairments bring this down to 1.5Mbps to 9Mbps


DMT Transmitter


Đọc thêm W. Stallings, Data and Computer Communications (7th

edition), Prentice Hall 2004, chapters 3, 5, 6, 8 Web pages from ITUT on V. specification Các website về ADSL và SONET

cac ki thuat co ban trong trruyen so lieu 3424[1]

Documents