Chương I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1. Tin tức - dữ liệu - tín hiệu

Dữ liệu (Data): 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.

Thông Tin (Information): 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.

Thông tin khi truyền: Theo các dạng năng lượng khác nhau: Âm, điện, sóng quang, sóng điện

Vật mang tin: Môi trường dùng để mang thông tin (Là dạng năng lượng - Có khả năng lưu trữ, truyền gửi thông tin...)

Tín hiệu (Signal): 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. Bản chất tín hiệu vốn là một hàm đơn trị biến thiên theo thời gian hay tần số.

Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Tín hiệu tương tự (analog):

ü Tín hiệu có bất cứ giá trị nào trong một khoảng thời gian xác định.

ü 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.

ü Ba đặc điểm chính của tín hiệu tương tự bao gồm:

            o Biên độ (Amplitute):

§  Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel (dB) hay volts. §  Biên độ càng lớn thì tín hiệu càng mạng.

o Tần số (Frequency):

§  Tần số (f) của tín hiệu là số dao động của tín hiệu trong một đơn vị thời

      gian (thường tính bằng giây) hay còn gọi là tốc độ thay đổi của tín hiệu

      trong một giây, đơn vị Hz hay số chu kỳ 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.

o Pha (Phase):

§  Là đơn vị đo vị trí tương đối tại một thời điểm trong một chu kỳ đơn

      của tín hiệu, nó đặc trưng cho tính trễ.

§  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.

Tín hiệu số: 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.

- 4 -

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 tương tự

Các vấn đề khi truyền dữ liệu:

ü Thường dùng tín hiệu số cho dữ liệu số và tín hiệu tương tự cho dữ liệu tương tự ü Có thể dùng tín hiệu tương tự để mang dữ liệu số

ü Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu tương tự Bit Interval và Bit Rate:

Hầu hết các tín hiệu số là không tuần hoàn, chu kỳ và tần số không xác định. Hai khái niệm đặt ra ở đây là Bit Interval và Bit Rate. Bit Interval là khoảng thời gian cần thiết để gửi một bit. Bit Rate là số lượng Bit Interval trong 1 giây, theo cách nói khác, Bit Rate là số bit được gửi đi trong 1 giây (bps).

1.2 Mã hóa dữ liệu

Dữ liệu lưu trữ trong một máy tính là ở dạng các bít 0 và 1. Để có thể mang được từ nơi này sang nơi khác (ở trong hoặc ở ngoài máy tính), thì dữ liệu thường được chuyển đổi sang dạng tín hiệu số. Điều này được gọi là sự chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu số (digital to digital - D/D) hoặc mã hoá dữ liệu số sang tín hiệu số.

Đôi lúc chúng ta cần chuyển đổi một tín hiệu tương tự (ví dụ đoạn nói chuyện trong

điện thoại) sang tín hiệu số vì một vài lý do nào đó như giảm bởt hiệu ứng của tiếng ồn. Điều

này được gọi là sự chuyển tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (A/D) hoặc số hoá một tín hiệu

tương tự.

Vào lúc khác chúng ta lại cần chuyển một tín hiệu số từ đầu ra của một máy tính qua một phương tiện truyền thông được thiết kế cho dạng tín hiệu tương tự. Ví dụ như việc gửi tín hiệu từ nơi này đến nơi khác qua mạng điện thoại công cộng, tín hiệu số cung cấp bởi máy tính sẽ được chuyển sang tín hiệu tương tự. Điều này được gọi là biến đổi tương tự sang số hay điều chế tín hiệu số.

Thường thì một tín hiệu tương tự được truyền qua một khoảng cách dài sử dụng phương tiện truyền thông tương tự. Ví dụ âm thanh, âm nhạc từ một trạm radio, bản thân nó đã là một tín hiệu tương tự được phát qua không khí. Tuy nhiên, tần số của âm thanh hoặc âm nhạc không thích hợp cho việc truyền phát. Tín hiệu phát đi phải được mang bởi một tín hiệu có tần số cao hơn. Điều này được gọi là biến đổi tương tự sang tương tự (A/A) hay điều chế tín hiệu tương tự.

Các phương thức

     chuyển đổi

Số/số                       Tương tự/số

- 5 -

Số/tương tự                 Tương tự/tương

(D/D)

(A/D)

(D/A)

tự (A/A)

1.2.1 Dữ liệu số - Tín hiệu số

Chuyển đổi hoặc mã hoá số / số là sự miêu tả thông tin dạng số sang một tín hiệu số. Ví

dụ khi chúng ta truyền tín hiệu từ máy tính đến máy in, cả hai dữ liệu gốc và dữ liệu được

truyền đều ở dạng số. Trong kiểu mã hoá này các số nhị phân 0 và 1 phát ra bởi máy tính

được chuyển thành các xung điện thế, các xung này có thể truyền được qua dây dẫn điện.

01011101

Mã hoá số /số

Trong rất nhiều kỹ thuật mã hoá số / số, chúng ta chỉ bàn đến những kỹ thuật hữu dụng nhất cho việc truyền thông dữ liệu. Có 3 loại phổ biến: đơn cực, cực và lưỡng cực được chỉ ra như hình dưới.

Mã hoá số / số

Đơn cực                                         Cực                                       Lưỡng cực

Mã hoá đơn cực: là dạng đơn giản với chỉ một kỹ thuật được sử dụng.

Mã hoá cực: có 3 kiểu con: NRZ, RZ, và biphase. Hai trong số chúng có những sự biết đổi phức tạp.

Mã hoá lưỡng cực có ba sự biến đổi: AMI, B8ZS, và HDB3.

1.2.1.1. Mã hoá đơn cực

Mã hoá đơn cực rất đơn giản và thô sơ. Tính đơn giản của nó cung cấp sự chỉ dẫn dễ dàng làm cơ sở phát triển cho các hệ thống mã hoá phức tạp hơn và cho phép chúng ta nghiên cứu các loại bài toán mà bất kỳ hệ thống truyền số nào cũng phải thực hiện.

Hệ thống truyền số làm việc dựa trên xung điện cùng với một kết nối trung gian, thường

là dây dẫn hoặc cáp. Trong hầu hết các kiểu mã hoá, mức điện áp cao thấp ứng với giá trị nhị

phân 1 hoặc 0. Tính có cực của một xung ám chỉ việc lựa chọn là cực dương hay cực âm. Mã

hoá đơn cực có tên như vậy là bởi vì nó chỉ sử dụng một cực. Tính có cực này chỉ định 1

trong 2 trạng thái 0 hoặc 1 (thường là 1). Trạng thái còn lại (thường là 0) được đại diện bởi

điện áp 0.

Mã hoá đơn cực chỉ sử dụng một mức điện áp (mức điện áp dương hoặc âm).

Biên độ

0     1      0      0      1      1      1      0

thời gian

Trong ví dụ này, mã nhị phân 1 được mã hoá ứng với giá trị dương và mã nhị phân 0

được mã hoá ứng với giá trị 0. Hơn nữa việc mã hoá đơn cực không phức tạp và dễ thực hiện.

- 6 -

Tuy nhiên, mã hoá đơn cực có ít nhất 2 vấn đề làm cho nó ít mong muốn: thành phần một chiều và sự đồng bộ hoá.

Thành phần một chiều (DC): Biên độ trung bình của một tín hiệu mã hoá đơn cực là khác 0. Điều này tạo ra thành phần dòng một chiều (DC) - một thành phần có tần số bằng 0. Khi một tín hiệu chứa thành phần DC, nó không thể truyền đi mà không xử lý.

Đồng bộ hoá: Khi một tín hiệu không ổn định, bên nhận không thể xác định điểm đầu

và điểm cuối của mỗi bit. Vì thế vấn đề đồng bộ hoá trong việc mã hoá đơn cực có thể xảy ra

bất cứ khi nào dòng dữ liệu gồm một loạt các chữ số 0 hoặc 1. Quá trình số hoá dùng sự thay

đổi mức điện áp để chỉ ra sự thay đổi giá trị bit. Sự thay đổi tín hiệu cũng chỉ ra rằng một bit

vừa kết thúc và một bit mới đã bắt đầu. Tuy nhiên trong mã hoá đơn cực một loạt các bít cùng

giá trị, như 7 số 1, tức là không có sự thay đổi điện áp, mức điện áp dương không bị phá vỡ

sau 7 lần miễn là nhận giá trị bit 1. Bất cứ khi nào không có tín hiệu thay đổi để chỉ ra điểm

bắt đầu của bit tiếp theo trong chuỗi, bên nhận phải dựa trên một mức thời gian. Chẳng hạn

với tốc độ bit 1000 bps, nếu bên nhận xác định một điện áp dương trễ 0.005s, mà tốc độ đọc 1

bít là 0.001s, hay 5 bit.

Sự thiếu đồng bộ giữa đồng hồ của bên nhận và bên gửi làm sai lệch thời gian của tín hiệu, ví dụ 5 bít 1 bị kéo dài thành 0.006s, và do đó bên nhận sẽ hiểu thành 6 bít 1. Một bit phụ trong dòng dữ liệu gây ra mọi thứ sau khi nó được giải mã nhầm. Một giải pháp được phát triển để điều khiển việc đồng bộ hoá trong truyền phát một cực là sử dụng một dấu tách, mắc song song một đường mang một xung đồng hồ và cho phép bên nhận phân chia để đồng bộ hoá lại thời gian của nó. Nhưng việc nhân đôi số đường sử dụng cho truyền phát đồng nghĩa với việc làm tăng chi phí và vì vậy sẽ không kinh tế.

1.2.1.2. Mã hoá cực:

Mã hoá cực sử dụng 2 mức điện thế, một điện áp dương và một điện áp âm. Bằng việc sử dụng cả 2 mức, trong phương pháp mã hoá cực, mức điện thế trung bình trên đường truyền được giảm xuống và vấn đề về thành phần DC của mã hoá đơn cực vì thế được giảm nhẹ. Trong mã hoá Manchester và Manchester vi sai (xem trang sau), mỗi bit gồm có cả hai điện thế dương và điện thế âm, vì vậy thành phần DC hoàn toàn có thể loại ra.

Mã hoá cực sử dụng 2 mức biên độ (mức dương và mức âm)

Trong số rất nhiều kiểu mã hoá cực đa dạng, chúng ta sẽ chỉ kiểm tra 3 kiểu thông dụng nhất: nonreturn to zero (NRZ), return to zero (RZ), và biphase. Mã hoá NRZ bao gồm 2 cách: nonreturn to zero, level (NRZ-L), và nonreturn to zero, invest (NRZ-I). Biphase cũng có 2 phương pháp. Đầu tiên, Manchester là phương pháp được sử dụng bởi mạng LAN. Kế đến, Manchester vi sai, là phương thức được sử dụng bởi mạng Token Ring LAN

Polar

NRZ                                RZ                               Biphase

NRZ-L              NRZ-I                                 Manchester         Manchester vi sai

Mã hoá Nonreturn to Zero (NRZ):

Trong mã hoá NRZ, mức của tín hiệu luôn là dương hoặc âm. Hai phương thức thông dụng nhất của việc truyền phát NRZ được trình bầy như sau:

ü Mã hoá NRZ-L:

- 7 -

Trong mã hoá NRZ-L, mức của tín hiệu phụ thuộc vào kiểu của bit mà nó trình bày. Điện thế dương quy ước là bit 0, tín hiệu điện thế âm quy ước là bit 1; theo cách đó mức của tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái của các bit.

Trong NRZ-L mức của tín hiệu phụ thuộc vào trạng thái của bit

Một vấn đề có thể nảy sinh khi có một dãy dài các bit 0 và 1 trong dữ liệu. Bên nhận

nhận một dòng điện thế liên tục và có thể xác định có bao nhiêu bit được gửi dựa vào

đồng hồ của chúng, điều này có thể được đồng bộ hoặc không được đồng bộ với đồng hồ

người gửi.

ü Mã hoá NRZ-I:

Trong NRZ-I . Một sự đảo ngược của điện thế miêu tả một bit 1. Sự chuyển đổi trạng thái giữa điện thế dương và điện thế âm đưa ra một bit 1. Một bit 0 được miêu tả như một sự không thay đổi. NRZ-I tốt hơn NRZ-L vì sự đồng bộ hoá cung cấp bởi sự thay đổi tín hiệu trong mỗi thời điểm một bit 1 gặp phải. Hiện trạng của chuỗi bit 1 trong luồng dữ liệu cho phép bên nhận đồng bộ hoá thời gian của nó đến nơi nhận thực sự của việc truyền. Một chuỗi bit 0 có thể gây ra vấn đề, tuy nhiên do các bít 0 không hẳn như vậy, chúng giảm thiểu vấn đề xảy ra.

Trong NRZ-I các tín hiệu được đảo ngược nếu một bit 1 được gặp.

Biên độ

0       1       0

NRZ-L

NRZ-I

0      1       1       1       0

thời gian

thời gian

Trong chuỗi NRZ-L, điện thế dương và âm có nghĩa rõ ràng; dương đối với 0 và âm đối với 1. Trong chuỗi NRZ-I , bên nhận tìm kiếm sự thay đổi từ một mức này đến mức khác như là cơ sở để nhận ra bít 1.

Mã hoá Return to Zero (RZ)

Như chúng ta có thể thấy, ở bất cứ thời điểm nào thì dữ liệu gốc cũng chứa đựng các số 1 và không liên tiếp nhau. Bên nhận có thể mất vị trí của nó. Và như chúng ta đã đề cập đến trong phần thảo luận về mã hoá đơn cực, một cách để đảm bảo đồng bộ hoá là gửi các tín hiệu thời gian phân tách trên một kênh phân tách. Tuy nhiên giải pháp này sẽ làm tăng chi phí đồng thời dễ xảy ra lỗi của bản thân chúng. Một giải pháp tốt hơn là bằng cách nào đó chứa đựng việc đồng bộ hoá trong tín hiệu mã hoá. Một vài thứ giống như giải pháp được cung cấp bởi NRZ-I, nhưng khả năng trình bày trình bày chuỗi 0 và 1 là như nhau.

Giá trị

0          1         0          0         1         1          1         0

Thời gian

- 8 -

Để đảm bảo việc đồng bộ hoá, cần phải có một tín hiệu thay đổi cho mỗi bit. Bên nhận có thể sử dụng những thay đổi này để xây dựng, cập nhật và đồng bộ hoá đồng hồ của nó. Như chúng ta đã biết ở trên, NRZ-I   thực hiện điều này cho một chuỗi tuần tự các bít 1. Nhưng để thay đổi với mỗi bit, chúng ta cần phải có nhiều hơn 2 mức. Một giải pháp đó là mã hoá theo kiểu Return to Zero (RZ), bằng việc sử dụng 3 giá trị: dương, âm và không. Trong RZ, những thay đổi tín hiệu không phải giữa các bít, nhưng ở trong mỗi bit. Giống như NRZL, điện thế dương có nghĩa là 0, và điện thế âm có nghĩa là 1. Trong khoảng thời gian của một nửa bit, một nửa tín hiệu còn lại trở về 0. Một bit 1 thực tế được miêu tả là dương-0 và một bit 0 được miêu tả là âm -0 sẽ tốt hơn chỉ có một mình dương và âm.

Sự bất lợi chính của mã hoá RZ là đòi hỏi 2 thay đổi tín hiệu để mã hoá 1 bit, và vì vậy nó chiếm giữ giải rộng hơn. Tuy nhiên có ba khả năng để chúng ta kiểm tra tốt hơn, đó là hiệu quả tốt nhất.

Mã hóa Biphase:

Có lẽ giải pháp tốt nhất cho đến nay để giải quyết vấn đề đồng bộ hoá là mã hoá Biphase. Trong phương pháp này sẽ thay đổi tín hiệu trong khoảng thời gian của mỗi bit nhưng không trở về 0. Thay vào đó nó chuyển sang cực đối diện. Giống như RZ, ở giữa khoảng thời gian truyền cho phép đồng bộ hoá.

Mã hoá Biphase được bổ sung là: Manchester và Manchester vi sai.

      ü Manchester:

Mã hoá Manchester sử dụng cách đảo ngược mỗi bít trong khoảng thời gian của nó để đồng bộ và miêu tả bit. Việc chuyển trạng thái âm-dương tương ứng với bít 1 và dương-âm tương ứng với bít 0. Ở đây ta sử dụng việc một chuyển trạng thái đơn cho hai mục đích. Mã hoá Manchester đạt được theo mức của đồng bộ hoá như RZ, nhưng chỉ có 2 giá trị biên độ.

ü Manchester vi sai:

Trong Manchester vi sai việc đảo ngược trong khoảng thời gian của mỗi bít được

sử dụng cho vấn đề đồng bộ hoá, nhưng sự có mặt hoặc thiếu vắng của việc biến đổi

được thêm vào ở đầu trong khoảng thời gian tạm ngưng được sử dụng để xác định cho

bit. Một sự biến đổi có nghĩa là bít  0 và sự không biến đổi có nghĩa là bít  1.

Manchester vi sai yêu cầu 2 sự thay đổi tín hiệu để trình bày bít 0 nhưng chỉ có 1 để

trình bày bit 1.

Biên độ

Manchester

Manchester

vi sai

1.2.1.3 Mã hoá lưỡng cực:

Thời gian

Thời gian

Mã hoá lưỡng cực, giống như RZ, sử dụng 3 mức điện thế: dương, âm và 0. Tuy nhiên không giống như RZ, mức 0 trong mã hoá lưỡng cực được sử dụng để miêu tả bit 0, còn bít 1 ứng với điện thế âm hoặc dương. Nếu đầu tiên một bit được miêu tả bởi biên độ dương, thì bít 1 thứ hai sẽ được miêu tả ở biên độ âm, còn bít 1 thứ ba lại được miêu tả bằng biên độ dương... Việc luân phiên này xuất hiện cả khi các bit 1 rời rạc nhau.

- 9 -

Ba kiểu của mã hoá lưỡng cực thông thường để truyền thông dữ liệu là: AMI, B8ZS, và HDB3

Lưỡng cực

AMI                                     B8ZS                                      HDB3

ü Mã hoá AMI (đảo dấu xen kẽ lưỡng cực):

Mã hóa AMI là kiểu mã hoá lưỡng cực đơn giản nhất; trong tên gọi của nó; từ “dấu” xuất phát từ điện tín và có nghĩa là 1. Vì vậy AMI có nghĩa là đảo 1 xen kẽ nhau. Một vị trí trung lập, điện thế 0 sẽ trình bày bít 0. Những bít 1 được miêu tả bởi các điện áp dương âm đan xen nhau. Hình 5.10 đưa ra ví dụ này.

Biên độ

0     1     0     0     1     1    1     0

Thời gian

Một sự biến đổi của AMI được gọi là giả ba bậc với bít 0 nằm xen kẽ giữa điện thế dương và điện thế âm.

Với việc đảo lộn trong mỗi lần xuất hiện của 1, AMI đạt được 2 mục đích: thứ nhất các thành phần DC là 0, và thứ 2 một dẫy dài các số 1 được đồng bộ hoá. Không có kỹ thuật nào để chắc chắn việc đồng bộ hoá cho một chuỗi dài các số 0.

Hai biến đổi của AMI vừa được phát triển để giải quyết vấn đề đồng bộ hoá chuỗi 0, đặc biệt cho việc truyền phát ở khoảng cách lớn. Đầu tiên, được sử dụng ở Bắc Mỹ, được gọi là B8ZS (lưỡng cực thay thế 8-zero). Thứ hai, được sử dụng ở Nhật và Châu Âu, được gọi là HDB3 (lưỡng cực mật độ cao 3). Cả hai kiểu này đều là sự thích nghi với AMI mà chỉ thay đổi mẫu gốc trong trường hợp có nhiều chuỗi 0 liên tiếp.

ü B8ZS:

B8ZS là một sự thoả thuận được chấp nhận ở Bắc Mỹ để cung cấp việc đồng bộ hoá cho chuỗi 0. Trong tất cả các tình huống, các chức năng B8ZS tương tự như của AMI. AMI thay đổi cực với mọi 1 gặp phải. Những thay đổi này cung cấp sự đồng bộ hoá cần thiết bởi bên nhận. Nhưng tín hiệu không thay đổi trong suốt chuỗi 0, vì vậy việc đồng bộ hoá thường bị mất.

Sự khác nhau giữa B8ZS và AMI xuất hiện bất cứ khi nào có 8 hoặc nhiều hơn các bít 0 liên tiếp gặp phải trong dòng dữ liệu. Giải pháp cung cấp bởi B8ZS là áp đặt sự thay đổi tín hiệu giả bên trong chuỗi 0 (được gội là violation). Ở mọi thời điểm có 8 bit 0 xuất hiện liên tiếp, B8ZS đưa vào những thay đổi trong mẫu dựa trên sự khác biệt của bit 1 trước đó (1 chỉ xuất hiện ở phía trước của chuỗi 0).

- 10 -

Nếu bít 1 trước đó là dương, 8 bít 0 sẽ được mã hoá là 0, 0, 0, +, -, 0, -, +. Hãy nhớ rằng bên nhận đang tìm kiếm sự thay đổi để xác định 1. Khi nó thấy có 2 điện tích dương liên tiếp bao quanh 3 bít 0, nó nhận ra mẫu, tính toán và đưa vào violation để không gây ra lỗi. Sau đó nó tìm kiếm phần còn lại của những violation trông đợi. Khi tìm thấy chúng, bên nhận chuyển 8 bít thành 0 và quay trở lại chế độ AMI thông thường.

Nếu cực của bít 1 trước đó là âm, mẫu của các violation sẽ là tương tự nhưng đảo ngược lại cực. Cả mẫu dương và âm được chỉ ra trong hình 1.13.

ü HDB3:

Vấn đề đồng bộ hoá chuỗi liên tiếp các số 0 được giải quyết ở Nhật và Châu Âu khác với Mỹ. Quy ước này, gọi là HDB3, đưa sự thay đổi vào mẫu AMI mỗi thời điểm 4 bít 0 liên tiếp thay cho 8 bit như của Bắc Mỹ. Mặc dù tên gọi của nó là HDB3, các mẫu thay đổi bất cứ khi nào có 4 bít 0 liên tiếp.

Như trong B8ZS, mẫu của các violation trong HDB3 được dựa trên sự phân cực của

bít 1 trước đó. Tuy nhiên khác với B8ZS, HDB3 cũng nhìn vào số các bít 1 vừa xuất hiện

trong dòng bít kể từ lần thay thế cuối cùng. Bất cứ khi nào số của bít 1 kể từ lần thay thế cuối

cùng là lẻ, B8ZS đẩy một violation vào vị trí thứ 4 của các bít 0 liên tiếp. Nếu sự phân cực

của bít trước đó là dương, violation là dương. Nếu sự phân cực của bit trước đó là âm,

violation là âm.

Bất cứ khi nào số của bít 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là chẵn, B8ZS đẩy violation vào vị trí đầu tiên và vị trí thứ 4 của các bít 0 liên tiếp. Nếu cực của bít trước là dương, cả hai violation là âm. Nếu cực của bit trước đó là âm, cả hai violation là dương.

Ví dụ 1: Sử dụng B8ZS, mã hoá dòng bít 10000000000100; áp dụng với cực của bít 1 đầu tiên là 1.

Biên độ

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

Thời gian

Ví dụ 2: Sử dụng HDB3, mã hoá dòng bít 10000000000100; áp dụng với số các bít 1 ở trước nó là chẵn và bít 1 đầu tiên là dương.

Biên độ

1    0     0    0    0    0

0    0    0    0     0    1    0    0

- 11 -

Thời gian

1.2.2. Dữ liệu tương tự - tín hiệu  số

Đôi khi chúng ta cần số hoá một tín hiệu tương tự. Ví dụ để gửi giọng nói của con người trong một khoảng cách xa. Chúng ta cần số hoá nó để giảm nhiễu và ồn. Vấn đề này được gọi là “chuyển đối tín hiệu tương tự về tín hiệu số” hoặc là số hoá tín hiệu tương tự.

Analog/Digital

conversion

(codec)

Trong sự chuyển đổi từ tín hiệu tương tự về tín hiệu số, chúng ta đưa ra các thông tin dưới dạng sóng liên tục như là một dãy nhịp của các tín hiệu số (1s hoặc 0s).

Chuyển đổi tín hiệu tương tự về tín hiệu số cần sử dụng một vài tín hiệu số đã được trình bày tại phần 5.1. Cấu trúc của sự chuyển đổi là không có vấn đề gì. Vấn đề là làm như thế nào để chuyển các thông tin từ số lượng lớn các giá trị tới số rời rạc của các giá trị mà không ảnh hưởng tới giác quan con người và chất lượng của tín hiệu.

1.1.1.1.            Điều chế biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM)

Bước đầu tiên trong quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự về tín hiệu số được gọi là điều chế biên độ xung. Kỹ thuật này thao tác với tín hiệu thương tự, đơn giản nó và tạo ra những dải của xung cơ bản có kết quả mẫu tín hiệu tương tự. Thuật ngữ “mẫu” có nghĩa là đơn vị biên độ của tín hiệu trong 1 khoảng thời gian là bằng nhau.

Lý thuyết mẫu được dùng trong điều chế biên độ xung là hiệu quả hơn trong các vùng khác của năng lượng, nó là dữ liệu truyền thông. Tuy nhiên PAM là nền tảng quan trọng trong chuyển đổi tín hiệu tương tự về tín hiệu số lý thuyết này được gọi là điều chế xung theo mã (pulse code modulation - PCM)

Trong PAM, tín hiệu ban dầu là mẫu tại thời gian nghỉ bằng nhau

Amplitude                                                      Amplitude

Time                                                               Time

a. Anaglog signal                                            b. PAM signal

PAM gọi là kỹ thuật mẫu và giữ. Ở hiện tại, cấp độ tín hiệu là đọc, tiếp theo là trợ giúp tổng hợp. Những mẫu giá trị xảy ra chỉ trong sự xuất hiện của sóng, nhưng nhìn chung kết quả trong PAM vẫn còn ngắn.

Lý do PAM không hữu dụng trong dữ liệu truyền thông là, mặc dù nó truyền đổi sóng

gốc từ một dải của xung, những xung này vẫn còn có biên độ(vẫn là tín hiệu tương tự, không

phải là tín hiệu số). Để tạo ra tín hiệu số chúng ta phải sửa đổi chúng bằng cách dùng PCM.

Lưu ý: PAM có một vài ứng dụng, nhưng bản thân nó không dùng trong dữ liệu truyền thông. Tuy nhiên đây là bước quan trọng phổ biến đầu tiên trong lý thuyết chuyển đổi và được gọi là PCM.

- 12 -

1.2.2.2. Điều chế xung theo mã (PCM)

PCM sửa đổi vấn đề tạo ra xung bằng PAM để hoàn thành một tín hiệu số. Làm như vậy, PCM đầu tiên lượng tử hoá những xung của PAM. Sự lượng tử là lý thuyết thừa hưởng những giá trị trong một dãy đã biết tới mẫu đặc biệt.

Amplitude

+48 +39

+127

+52

+125

+110

+90

+88

+77

+38

+24                        +26

-15                                                                                        Time

-50

-80

Hình 1.18 trình bày 1 mẫu phương thức của thừa kế tín hiệu và giá trị độ lớn lượng tử hoá mẫu. Mỗi giá trị chuyển đổi vào tương đương 7 bít nhị phân. Bít thứ 8 là bít dấu (+ là 0 và - là 1).

+024               00011000               -015               10001111              +125         01111101

+038               00100110               -080               11010000              +110         01101110

+048               00110000               -050               10110010              +090         01011010

+039               00100111              +052              00110110              +088         01011000

+026               00011010              +127              01111111              +077         01001101

Tốc độ lấy mẫu (Sampling Rate).

Như chúng ta đã thấy từ các hình vẽ trước, sự chính xác của mỗi tín hiệu số được tái tạo lại từ các tín hiệu tương tự phụ thuộc vào số mẫu đã đem theo. Sử dụng PAM và PCM chúng ta tái tạo lại sóng chính xác bằng cách đem theo số lượng mẫu không xác định, hoặc chúng ta có thể tái tạo sự phát ra trống không của chính nó. Rõ ràng chúng ta muốn tìm một số ở đâu đó trên trục số. Như vậy, câu hỏi là “Có bao nhiêu mẫu thì đủ?”

Trên thực tế, rất ít thông tin đáng chú ý cho việc gửi và nhận để tạo lại cấu trúc của tín hiệu tương tự. Theo định lý Nyquist để đảm bảo tính chính xác trong sự tái tạo tín hiệu tương tự nguyên bản ta sử dụng PAM, sự tốc độ lấy mẫu phải tiến hành hai lần ở tần số cao nhất của tín hiệu gốc. Như vậy, nếu chúng ta muốn mẫu giọng nói điện thoại với tần số lớn nhất 4000 Hz, chúng ta cần tốc độ lấy mẫu của 8000 mẫu trên 1 giây.

Lưu ý: Theo định lý Nyquist, sự tốc độ lấy mẫu ít nhất phải tiến hành 2 lần ở tần số cao

nhất.

- 13 -

Một sự tốc độ lấy mẫu hai lần ở tần số x Hz có nghĩa tín hiệu phải được lấy mẫu mỗi ½ x giây. Dùng giọng nói qua đường dây điện thoại ở trên là một ví dụ, điều này có nghĩa là một mẫu mỗi 1/8000 giây.

Để hiểu rõ hơn về định lý xét ví dụ sau: Tốc độ lấy mẫu là bao nhiêu ở dải băng rộng 10000 Hz (1000 tới 11000)?

Giải: Tốc độ lấy mẫu hai lần ở tần số cao nhất của tín hiệu

               Þ Tốc độ lấy mẫu = 2(11000) = 22000 mẫu/giây.

Amplitude

Tần số cao nhất = x Hz

Tốc độ mẫu = 2x mẫu/giây

Time

Thời gian giữa 2 mẫu = ½ x

Bao nhiêu bit cho một mẫu?

Sau khi chúng ta tìm được tốc độ lấy mẫu, chúng ta cần xác định số bit cần truyền cho mỗi mẫu. Điều này phục thuộc vào mức độ của độ chính xác cần thiết. Số bit là những lựa chọn cho tín hiệu gốc cần tái tạo với độ chính xác mong muốn trong biên độ.

Ví dụ: Một tín hiệu là mẫu, mỗi mẫu yêu cầu ít nhất 12 mức của độ chính xác (+0 đến +5 và -0 đến -5). Bao nhiêu bit sẽ được gửi cho mỗi mẫu?

Giải: Chúng ta cần 4 bit: 1 bit cho dấu và 3 bit cho giá trị. 3 bit giá trị có thể biểu diễn bằng 23 = 8 mức (000 đến 111), điều đó là nhiều hơn cái ta cần. Với 2 bit giá trị là không đủ vì 22 = 4. Với 4 bit giá trị thì quá lớn vì 24 = 16(thừa quá nhiều).

Tốc độ Bit (Bit Rate).

Sau khi tìm được số bit trên mỗi mẫu, ta cần tính toán Bit Rate theo công thức:

Bit Rate = Tốc độ lấy mẫu x Số bit trên mỗi mẫu

Ví dụ: Chúng ta muốn số hoá giọng nói con người. Bit Rate là gì? với giả thiết 8 bit trên một mẫu.

Giải: Giọng nói bình thường của người thường ở tần số từ 0 đến 4000 như vậy tốc độ lấy mẫu là: Tốc độ lấy mẫu = 2 x 4000 = 8000 mẫu/giây.

Bit Rate có thể tính toán như sau:

Bit Rate = Tốc độ lấy mẫu x Số bit trên một mẫu

             = 8000x8 = 64000 bit/s = 64 Kbps.

- 14 -

1.2.3. Dữ liệu số - Tín hiệu tương tự

Biến đổi D/A (hay còn gọi là điều biến D/A) là quá trình thay đổi một trong những đặc trưng của tín hiệu tương tự dựa vào thông tin trong tín hiệu số (0 và 1). Khi truyền dữ liệu từ một máy tính đến máy tính khác qua đường điện thoại công cộng, chẳng hạn như: dữ liệu gốc là số, nhưng vì các đường dây điện thoại mang các tín hiệu tương tự, nên dữ liệu phải được chuyển đổi. Dữ liệu số phải được điều biến thành tín hiệu tương tự, điều đó được thực hiện trông như hai giá trị phân biệt tương ứng với số nhị phân 0 và 1.

Có nhiều thiết bị biến đổi D/A, nhưng chúng ta sẽ chỉ bàn đến những thiết bị có lợi nhất cho việc truyền dữ liệu.

Một tín hiệu hình sin có 3 đặc trưng: biên độ, tần số và pha. Khi thay đổi một trong 3 đặc trưng này, ta sẽ tạo được phiên bản mới của tín hiệu hình sin đó. Chẳng hạn tín hiệu gốc là mức 1, có thể biến đổi thành mức 0 hoặc ngược lại. Vì thế, bằng sự thay đổi liên tục hình dáng của một tín hiệu điện đơn giản, ta có thể dùng nó để mô tả dữ liệu số. Bất cứ ba đặc trưng trên có thể được thay đổi theo cách này, đưa cho ta ít nhất 3 thiết bị để biến đổi dữ liệu số thành tín hiệu tương tự: ASK (Amplitude Shift Keying - dời biên độ).

FSK (Frequency Shift Keying - dời  tần số).

PSK (Phase Shift Keying - dời pha).

Hơn nữa, thiết bị thứ tư tốt hơn cả là thay đổi hỗn hợp của cả biên độ, tần số và pha được gọi là bộ điều chế biên độ cầu phương QAM  (Quadrature Amplitude Modulation). QAM là hiệu quả nhất so 3 thiết bị trước, và là thiết bị được dùng trong tất cả các MODEM hiện đại (hình 5.23).

Các thành phần của bộ biến đổi D/A:

Trước khi thảo luận các phương pháp cụ thể để biến đổi D/A, có hai vấn đề cơ bản phải được định nghĩa: tốc độ truyền bit/baud và tín hiệu mang.

Bit Rate and Baud Rate:

Hai thuật ngữ được dùng thường xuyên trong việc truyền dữ liệu là bit rate và baud rate. Bit rate là số bit được truyền trong một giây. Baud rate chỉ ra số đơn vị tín hiệu trên một giây được yêu cầu để mô tả những bit đó. Khi thảo luận về hiệu quả máy tính, thì bit rate là quan trọng hơn, vì ta muốn biết thời gian xử lý từng mẩu tin.Tuy nhiên, trong việc truyền dữ liệu, thì chú trọng đến tính hiệu quả của việc chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác trong các mẩu tin hay các khối tin. Các đơn vị tín hiệu ít hơn được yêu cầu là hiệu quả hơn cho hệ thống và băng thông hẹp hơn được yêu cầu để truyền các bit; vì vậy, chúng ta chú trọng hơn vào baud rate. Baud rate xác định băng thông yêu cầu để gửi tín hiệu.

Baud rate = Bit rate / (số bít trên một đơn vị tín hiệu)

- 15 -

1.2.3.1 Điều chế biên độ (ASK)

Cường độ tín hiệu mang được biến đổi sang dạng số nhị phân 0 hoặc 1. Trường hợp này tần số và pha là không đổi trong khi biên độ thay đổi. Điện áp biểu diễn ở mức 1 và mô tả mức 0 là sang trái với hệ thống. Khoảng thời gian 1 bit là là giai đoạn được định nghĩa là 1 bit. Đỉnh biên độ của tín hiệu trong suốt khoảng thời gian mỗi bít là không đổi và sự thay đổi của nó phụ thuộc vào bit (0 hoặc 1). Tốc độ truyền dùng ASK bị giới hạn bởi các tính chất vật lý của môi trường truyền.

Không may, việc truyền ASK là nhạy cảm cao với nhiễu. Thuật ngữ tiếng ồn (nhiễu) ám

chỉ đến điện áp không định trước can thiệp vào đường truyền bởi các hiện tượng khác như là

sự nóng lên hay điện từ được sinh ra bởi các nguồn khác. Các điện áp không định trước này

trộn lẫn với tín hiệu làm thay đổi biên độ. Mức 0 có thể bị đổi thành mức 1 hoặc ngược lại. Rõ

ràng nhiễu là vấn đề khó giải quyết đối với ASK, do chỉ có dựa vào biên độ để nhận biết.

Nhiễu thường tác động lên biên độ; vì thế ASK là phương pháp điều chế bị ảnh hưởng nhất

bởi nhiễu.

Kỹ thuật ASK phổ biến được gọi là OOK (on-off-keying). Với OOK, các giá trị bit

được mô tả không theo điện áp. Sự tiến bộ là giảm bớt trong năng lực yêu cầu để truyền thông

tin.

1.2.3.2 Điều chế tần số (FSK)

Tần số tín hiệu mang được biến đổi để mô tả các chữ số nhị phân 0 hoặc 1. Tần số tín hiệu mang trong suốt thời gian mỗi bit là không đổi, giá trị của phụ thuộc vào bit 0 hoặc 1: còn lại biên độ và pha là không đổi.

FSK tránh được hầu hết các vấn đề nhiễu của ASK. Bởi vì thiết bị nhận coi tần số tiêu biểu thay đổi qua số chu kỳ đã cho, nó có thể bỏ qua các đỉnh điện áp. Các yếu tố giới hạn của FSK là môi trường vật lý của sóng mang.

Băng thông FSK

Mặc dù FSK dịch giữa 2 tần số mang, nó dễ phân tích thành 2 tần số trong cùng thời điểm. Ta có thể nói phổ FSK là sự hỗn hợp của 2 phổ ASK tập trung quanh tần số fc0 và fc1. băng thông yêu cầu cho việc truyền FSK bằng tốc độ baud rate của tín hiệu cộng với tần số dịch (khác nhau giữa hai tần số mang): BW = (fc1-fc0) + Nbaud.

- 16 -

1.2.3.3 Điều chế pha (PSK)

Pha của sóng mang được biến đổi để biểu diễn sang số nhị phân 0 hoặc 1. Cả biên độ và tần số là không đổi, còn pha thì thay đổi. Ví dụ, nếu ta bắt đầu với một pha 0o để mô tả bít 0, thì ta có thể thay đổi pha sang 180o để gửi số nhị phân 1. Pha của tín hiệu trong suốt thời gian mỗi bít là không đổi và giá trị của nó phụ thuộc vào bit 0 hoặc 1.

Phương pháp ở trên thường được gọi là 2-PSK hoặc PSK nhị phân, bởi vì 2 pha khác nhau (0o và 180o) được dùng. Hình 5.30 chỉ rõ điều này bằng mối quan hệ giữa pha sang giá trị bit. Sơ đồ thứ hai, được gọi là chòm sao (constellation) hoặc sơ đồ trạng thái pha, chỉ ra cùng mối quan hệ được minh hoạ chỉ bằng các pha.

1.3  Các phương pháp truyền tin

1.3.1 Cấu trúc kênh truyền

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 gửi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp

- 17 -

Truyền nối tiếp (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)

Có hai cách truyền nối tiếp:

Bất đồng bộ: Khi truyền bất đồng bộ người ta phát từng ký hiệu riêng rẽ, cách biệt nhau và để phân biệt các ký tự người ta thêm tín hiệu đầu (start) và cuối (stop) vào mỗi ký tự.

Đồng bộ: Khi truyền đồng bộ để nhận biết giá trị các thời điểm là 0 hay 1 cần phải có

tín hiệu xung clock gọi là tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu đồng bộ có chu kỳ là T, nghĩa là mỗi giây

nguồn sẽ cung cấp

1

T

bits.

1.3.2 Chế độ truyền tin

Mạch đơn công (một chiều: simplex): thông tin chỉ có thể truyền từ nguồn sang thiết bị

thu mà chiều ngược lại không thể thực hiện được. Ví dụ: dữ liệu được truyền từ máy tính sang

máy in.

Simplex operation

One-way only

Mạch bán song công (hai chiều ngắt quãng: half duplex). Hai thiết bị đầu cuối có thể truyền dữ liệu cho nhau tại những thời điểm khác nhau.

Half-duplex operation

Two-way but not at

     the same time

Mạch song công (hai chiều toàn phần: duplex). Hai thiết bị đầu cuối có thể truyền dữ liệu cho nhau đồng thời.

Full-duplex operation

Both-way at

the same time

- 18 -

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1.1. Anh chị hãy trình bày về các loại tín hiệu được sử dụng trong truyền dẫn hiện nay. Nêu

       các đặc trưng, ưu nhược điểm của chúng

1.2. Trình bày hiểu biết cúa anh chị về các đại lượng liên quan đến tín hiệu truyền dẫn. Nêu

       các khắc phục các nhược điểm (nếu có)

1.3. Trình bày hiểu biết của anh chị về các phương thức truyền dẫn hiện nay. Các ưu nhược

       điểm của các phương thức này.

1.4. Cho chuỗi bít cần truyền: 1001 0111 0011 1010 1101 1111 0101 1101. Anh chị hãy mã

       hóa chuỗi bít trên theo phương pháp mã hóa NRZ-I, 3 bậc, Manchester, FSK.

1.6.Cho chuỗi ký tự cần truyền   theo mã ASCII mở rộng là “TEST”. Anh chị hãy mã hóa

       chuỗi ký tự trên theo phương pháp mã hóa NRZ, AMI, Manchester, FSK.

1.7.Tín hiệu xung PAM được lấy mẫu với tốc độ 12 KHz từ tín hiệu tương tự dạng sóng hình

       sin 1KHz. Hãy xác định xung PAM tự nhiên, xung PAM đỉnh phẳng, Xung DM.

1.8. Một máy thu DM thu được chuỗi bít nhị phân: 1001 0111 0011 1010 1101 1111 0101

       1101. Anh chị hãy vẽ tín hiệu tương tự tìm kiếm xuất hiện tại đầu ra của bộ tích phân

- 19 -