Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Lê Nam Dương

531 trang ngocly 980

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Lê Nam Dương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_ky_thuat_truyen_so_lieu_le_nam_duong.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Lê Nam Dương

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ Kỹ thuật Truyền Số Liệu GV: Lê Nam Dương Data Communication Technology 1
Giới thiệu môn học  Động lực  Sự phát triển công nghệ máy tính  Nhu cầu truyền dữ liệu, trao đổi thông tin  Mục đích  Tiếp cận hệ thống truyền dữ liệu  Phƣơng pháp, nghi thức truyền  Tìm hiểu một số mạng truyền dữ liệu hiện nay Data Communication Technology 2
Tài liệu tham khảo  Data and Computer Communications – William Stallings.  Data Communications, Computer Networks and Open Systems – Fred Halsall.  Kỹ thuật truyền số liệu – Phạm Ngọc Đĩnh.  Truyền số liệu và mạng truyền số liệu – Nguyễn Hồng Sơn  Truyền số liệu và mạng thông tin số-Trần Văn Sư Data Communication Technology 3
Nội dung môn học  Tổng quan về truyền số liệu  Môi trường truyền dẫn  Các kỹ thuật cơ bản trong truyền dữ liệu  Nghi thức liên kết dữ liệu  Mạng truyền số liệu Data Communication Technology 4
Chƣơng 1:Tổng quan về truyền số liệu  Mô hình hệ thống truyền dữ liệu  Mạng truyền số liệu  Kiến trúc truyền số liệu dùng máy tính Data Communication Technology 5
1.1 Mô hình hệ thống truyền dữ liệu Data Communication Technology 6
Mô hình hệ thống truyền dữ liệu  Source system – hệ thống nguồn  Source – nơi chứa nguồn tin để gửi  Transmitter – bộ dùng để phát nguồn tin ra môi trường truyền dẫn  Destination system – nơi nhận dữ liệu  Receiver – bộ dùng để thu nhận thông tin  Destination – nơi cuối cùng thu nhận tin  Medium – Evironment transmission Data Communication Technology 7
Sơ đồ khối hệ thống truyền số liệu Thieát bò Thieát bò Thieát bò Thieát bò ñaàu bieán bieán ñaàu Thieát bò Nguoàn Keânh thoâng Nguoàn cuoái soá ñoåi soá ñoåi soá cuoái soá ghi tin lieäu lieäu tin lieäu thu lieäu thu nhaän phaùt phaùt Nhieãu DTE DCE DCE DTE NguoànThieátThieátNhieãu:KeânhThieát bò bòthoâng bò tin:Taùc ñaàuñaàubieán ghi Saép ñoäng tin: cuoáinhaän: cuoáiñoåi Thöïcxeáp xaáusoásoá Löu tin hieän lieäuleânlieäu giöõ töùc keânhgheùp phaùt:phaùtthu:vaø döôùi taùiCoù : thoâng keânh.BieánMaõ taïodaïngnhieäm hoaõ ñoåitin,Truyeànlaïi caùc caùclaøvuïtíntin nguyeânhieäu ngöôïctaäptöùcthoângdaãn thaønhtin,soátín laïi tinnhaân hieäulieäu löuvôùi treân caùc giöõ thaønhgaâytöøcaùc caùc töø ñaàu treân saithieát thieátmaõtín soùt thu hieäu caùc bòtöông trongbòtôùi töông ghibaêngcaáp ñaàu öùng,thoâng tin öùng2 töø,phaùt,phuønhö ngoaøi tinôû ñóañóa hôïp ñaàutheo ratöø,tö vôùi coùphaùt moät øbaêng keânhtheå ñoä töø, maõ suytruyeàn. haohoaù thöùchomaøn caáppheùp. hình nhö maõ theo choáng yeâu caàu nhieãu, cuûa maõ ngöôøi neùn, söû maõ duïng. maät, ghi leân caùc thieát bò ghi tin. Khi phaùt, ñoïc caùc thoâng tin töø thieát bò ghi tin thaønh tín hieäu soá lieäu laø caùc chuoãi xung doøng moâït chieàu theo quy luaät cuûa caùc töø maõ. Data Communication Technology 8
Nguyên lý hoạt động  Nguồn tin nguyên thủy cần truyền như văn bản, số liệu, âm thanh, hình ảnh đưa vào thiết bị đầu cuối qua thiết bị ngoại vi.  Tại đây tin tức được mã hoá thành các từ mã nguồn. Tuỳ theo yêu cầu của hệ thống mà có thể tiếp tục mã hoá lại, như mã chống nhiễu, mã nén, mã mật . Và có thể lưu trữ trên các ổ đĩa.  Các từ mã được chuyển thành tín hiệu số liệu, gọi là tín hiệu cấp 1, sau đó được đưa đến thiết bị chuyển đổi số liệu, tại đây chuyển thành tín hiệu cấp 2 phù hợp với kênh truyền và có khả năng ghép kênh.  Tín hiệu truyền trên kênh sẽ bị tiêu hao và chịu tác động của nhiều nguồn gây nhiễu. Do vậy, trong truyền số liệu người ta phải dùng nhiều biện pháp khắc phục.  Tại đầu thu, quá trình được thực hiện ngược lại. Data Communication Technology 9
Sơ đồ hệ thống truyền số liệu bằng Modem Dail-up Cổng COM Cổng COM RS232 RS232 Line Line Mạng MODEM MODEM CPU viễn thông CPU Dial up Dial up Phone Phone Data Communication Technology 10
Các chức năng cơ bản của hệ thống truyền số liệu  Sử dụng hạ tầng truyền thông  Giao diện kết nối  Phát tín hiệu  Đồng bộ  Kiểm soát trao đổi  Phát hiện và sửa lỗi  Đánh địa chỉ và chọn đường  Phục hồi  Khuôn dạng thông báo  Bảo mật  Quản trị mạng truyền thông Data Communication Technology 11
Sử dụng hạ tầng truyền thông  Hạ tầng viễn thông có giá thành cao  Nhiều NSD, nhiều thiết bị chia sẻ một đường truyền, một cơ sở hạ tầng viễn thông  Cần cơ chế sử dụng (truy cập)đường truyền sao cho:  Nếu đường truyền rỗi và có thiết bị muốn truyền tin, thiết bị đó phải được truyền tin (tính công bằng)  Hiệu suất sử dụng lớn nhất(thời gian chết của đường truyền nhỏ nhất)  Kỹ thuật:  kiểm soát đa truy cập, dồn kênh, tách kênh, kiểm soát tắc nghẽn Data Communication Technology 12
Giao diện, phát tín hiệu, đồng bộ  Thiết bị giao tiếp với môi trường truyền tin thông qua một giao diện  Giao diện chung cho nhiều đường truyền, nhiều tín hiệu-> giá thành rẻ  Chuẩn hóa các giao diện  Dữ liệu được truyền bằng tín hiệu trong môi trường truyền tin  Cần sinh tín hiệu thích hợp để truyền trong môi trường truyền tin và để trạm thu nhận tín hiệu  Các trạm tham gia truyền tin cần có một cơ chế đồng bộ, xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc của một đơn vị dữ liệu, của dữ liệu, phân biệt các đơn vị dữ liệu Data Communication Technology 13
Kiểm soát trao đổi  Cần xác định các qui tắc mà các thực thể tham gia truyền tin phải tuân theo  Các thực thể cần phối hợp với nhau để truyền tin  Tín hiệu lan truyền có thể bị lỗi, dẫn đến lỗi trong dữ liệu  Cần phát hiện và điều chỉnh các lỗi đó  Thông tin dư thừa  Truyền lại  Kiểm soát luồng dữ liệu: Tránh mất dữ liệu khi một trạm, một nút nào đó bị quá tải, không đủ khả năng xử lý dữ liệu Data Communication Technology 14
Đánh địa chỉ, chọn đƣờng, phục hồi  Khi môi trường truyền tin bị chia sẻ bởi hơn 2 thiết bị, cần phải phân biệt các thiết bị đó với nhau  Cần đánh số các thiết bị: địa chỉ  Trong trường hợp chuyển tiếp dữ liệu qua các trạm trung gian, cần phải chuyển tiếp sao cho dữ liệu có thể đến đích: chọn đường  Quá trình trao đổi thông tin có thể tiếp tục sau khi một phần của hệ thống bị sự cố và khởi động lại: phục hồi Data Communication Technology 15
Định dạng dữ liệu, bảo mật  Định dạng dữ liệu  Thỏa thuận giữa hai thực thể truyền thông về khuôn dạng dữ liệu  Các thông tin điều khiển có thể được bổ sung  Dữ liệu có thể được tổ chức thành các thông báo, gói tin, khung dữ liệu, . thích hợp với cách thức truyền tin  Bảo mật  Người gửi cần đảm bảo gửi thông tin cho người nhận (và chỉ người nhận)  Người nhận cần đảm bảo thông tin không bị thay đổi trên đường truyền Data Communication Technology 16
Quản trị mạng truyền thông  Cấu hình thiết bị  Kiểm soát trạng thái của hệ thống  Phản ứng khi có sự cố, quá tải, tắc nghẽn  Phòng, phát hiện và xử lý xâm nhập  Dự phòng phát triển Data Communication Technology 17
1.2 Mạng truyền số liệu Wide-Area  Giao tiếp điểm-điểm thường Switching không thực tế Network node  Các thiết bị cách xa nhau  Số kết nối tăng đáng kể khi số các thiết bị cần giao tiếp lớn Source system Destination system mạng truyền số liệu Trans Trans Dest Source Receiver mitter mission ination  Phân loại dựa vào phạm vi System hoạt động  Mạng cục bộ (Local-Area Local-Area Networks – LAN) Network  Mạng diện rộng (Wide- Area Networks – WAN) Data Communication Technology 18
Mạng cục bộ LAN  Mạng cục bộ LAN  Đặc điểm  Kết nối các thiết bị cùng tổ chức  Tốc độ cao  Thường dùng hệ thống broadcast  Hệ thống chuyển mạch và ATM đang được ứng dụng  Cấu hình  Chuyển mạch  Ethernet chuyển mạch (một hoặc nhiều bộ chuyển mạch)  ATM LAN  Fibre channel  Không dây  Cơ động  Dễ dàng cài đặt Data Communication Technology 19
Mạng diện rộng WAN  Mạng diện rộng WAN  Khác như thế nào so với mạng LAN?  Triển khai theo diện rộng  Dựa vào các mạch truyền dẫn công cộng  Công nghệ  Chuyển mạch mạch (circuit-switching)  Đường truyền dẫn dành riêng giữa 2 node mạng  Chuyển mạch gói (packet-switching)  Không được dành riêng đường truyền dẫn  Mỗi gói đi theo đường khác nhau  Chi phí đường truyền cao để khắc phục các lỗi truyền dẫn  Frame Relay  Được dùng trong chuyển mạch gói có xác suất lỗi thấp  ATM  Chế độ truyền bất đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode)  Dùng các gói có kích thước cố định (gọi là cell)  ISDN  Mạng số các dịch vụ tích hợp (Integrated Services Digital Network) Data Communication Technology 20
 Một cách phân loại khác  Dựa vào kiến trúc và kỹ thuật dùng để trao đổi dữ liệu  Mạng chuyển mạch (switched networks)  Mạng chuyển mạch mạch  Mạng chuyển mạch gói  Mạng phát tán (broadcast networks)  Mạng radio gói (packet radio net.)  Mạng vệ tinh (satellite net.)  Mạng cục bộ (local net.) Data Communication Technology 21
1.3 Sự chuẩn hóa các mô hình  Mô hình OSI  Mô hình TCP/IP Data Communication Technology 22
Mô hình OSI  Mô hình OSI là một mô hình kiến trúc cơ bản. Mô hình không dành riêng cho phần mềm hoặc phần cứng nào. OSI miêu tả các chức năng của mỗi lớp nhưng không cung cấp phần mềm hoặc thiết kế phần cứng để phục vụ cho mô hình này. Mục đích sau cùng của mô hình là cho khả năng hoạt động tương lai của nhiều thiết bị truyền thông. Data Communication Technology 23
Mô hình mạng ISO/OSI Real System Environment Application Layer  7 lớp  Ứng dụng (Application) Presentation Layer  Trình bày (Presentation) Session Layer  Giao dịch (Session) Enviroment OSI  Vận chuyển (Transport) Transport Layer  Mạng (Network)  Liên kết dữ liệu (Data Network Layer link) Datalink Layer  Vật lý (Physical) EnviromentNetwork Physical Layer Data Communication Technology 24
Mô hình OSI  Phát triển bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO)  7 tầng  Ứng dụng: Giao diện cho NSD truy cập+các dịch vụ phân tán  Trình diễn: Trao đổi dữ liệu với các biểu diễn khác nhau  Phiên: Cơ chế kiểm soát trao đổi thông tin giữa các CT theo phiên làm việc  Giao vận: Trao đổi thông tin tin cậy giữa hai hệ thống đầu cuối  Mạng: Cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin không phụ thuộc cách kết nối+trạm trung gian+công nghệ chuyển tiếp  Liên kết dữ liệu: Truyền dữ liệu tin cậy hiệu quả giữa hai trạm kết nối trực tiếp  Vật lý: Truyền chuỗi bit không cấu trúc trên môi trường truyền tin vật lý Data Communication Technology 25
Lớp ứng dụng  Cho phép người dùng (user), là người hay phần mềm, truy cập vào mạng. Lớp này cung cấp giao diện cho người dùng và hỗ trợ dịch vụ như thư điện tử, remote file access and transfer, shared database management, và các dạng dịch vụ phân phối dữ liệu khác. User User Application Application layer X.500 FTAM X.400 layer X.500 FTAM X.400 L7 data L7 data To presentation layer From presentation layer Data Communication Technology 26
Lớp trình bày  Cung cấp định dạng dữ liệu, được dùng để truyền dữ liệu giữa các máy tính nối mạng (chuyển đổi mã ký tự, mã hoá ký tự, nén dữ liệu ) From application layer To application layer L7 data L7 data Presentation Presentation layer Encoded, encrypted, and layer Decoded, decrypted, and H6 H6 compressed data decompressed data L6 data L6 data To session layer From session layer Data Communication Technology 27
Lớp giao dịch  Cung cấp cơ chế điều khiển truyền thông điệp giữa các ứng dụng(trợ giúp danh bạ, quyền truy nhập, chức năng tính cước )  Cho phép hai ứng dụng tạo và sử dụng và xoá kết nối  Nhận dạng tên, bảo mật, phục hồi cần thiết cho hai máy tính kết nối qua mạng From presentation layer To presentation layer L6 data L6 data Session Session layer layer H5 115 syn syn syn syn syn syn L5 data L5 data To transport layer From transport layer Data Communication Technology 28
Lớp vận chuyển  Cung cấp cơ chế trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống  Cung cấp dịch vụ gởi thông điệp  Đảm bảo truyền không lỗi, theo thứ tự,  Đóng gói dữ liệu (tập hợp nhiều gói nhỏ)  Phân chia dữ liệu (phân chia gói lớn) Data Communication Technology 29
From session layer To session layer L5 data L5 data Transport Transport layer layer H4 H4 H4 H4 H4 H4 L4 data L4 data L4 data Hình 9 L4 data L4 data L4 data To network layer From network layer Data Communication Technology 30
Lớp mạng  Trung chuyển dữ liệu giữa lớp Transport và lớp Data Link  Đánh địa chỉ gói và dịch địa chỉ luận lý  Tìm đường kết nối máy tính khác thông qua mạng  Không cần thiết khi kết nối hai máy trực tiếp From Transport layer To transport layer L4 data Hình 7 L4 data Network Network layer layer H3 Packet Packet H3 L3 data L3 data To data link layer From data link layer Data Communication Technology 31
Lớp liên kết dữ liệu  Chịu trách nhiệm truyền dẫn tin cậy (error free) các gói của liên kết mạng trên một liên kết đơn  Đóng khung: xác định đầu và cuối của các gói  Phát hiện lỗi: xác định gói nào có lỗi trên đường truyền  Sửa lỗi: cơ chế truyền lại  Điều khiển truy cập: xác định thiết bị nào nắm quyền được kết nối tại một thời điểm. Data Communication Technology 32
From network layer To network layer L3 data L3 data Data Data link T2 H2 Frame Frame T2 H2 link layer layer 10101000000010 10101000000010 To physical layer From physical layer Data Communication Technology 33
` ` ` ` ` 10 28 53 65 87 Hình 6 T2 Data 10 87 Trailer Source Destination addresss address Data Communication Technology 34
Lớp vật lý  Phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn  Điều khiển việc truyền dữ liệu(chuỗi các bit) thực sự trên cáp mạng  Định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền dẫn, mã hóa thông tin, và kiểu kết nối được sử dụng From data link layer To data link layer L2 data L2 data Physical 10101000000010 10101000000010 Physical layer layer Transmission medium Data Communication Technology 35
Quá trình truyền đồng cấp ` ` L7 data 7 7 L7 data L7 data H6 6 6 L7 data H6 L6 data H5 5 5 L6 data H5 L5 data H4 4 4 L5 data H4 L4 data H3 3 3 L4 data H3 T2 L3 data H2 2 2 T2 L3 data H2 01010101010110101000001000 1 1 01010101010110101000001000 Transmission medium Data Communication Technology 36
Truyền dữ liệu qua mô hình OSI Data Communication Technology 37
Truyền dữ liệu qua mô hình OSI Data Communication Technology 38
Mô hình TCP/IP  Xây dựng trên cơ sở  hai giao thức chính TCP/IP  Mạng chuyển mạch gói thử nghiệm ARPANET  Gồm 4 tầng  Tầng ứng dụng  Tầng giao vận  Tầng mạng  Tầng vật lý  Được dùng rộng rãi và phổ biến  Internet  Intranet Data Communication Technology 39
Mô hình TCP/IP Data Communication Technology 40
TCP - IP  Lớp vật lý  Giao tiếp vật lý giữa các thiết bị và môi trường truyền  Tính chất của môi trường truyền- mức tính hiệu, tốc độ truyền  Lớp truy xuất mạng  Trao đổi dữ liệu giữa thiết bị và mạng truyền  cung cấp chức năng tìm đường giữa hai thiết bị trong cùng một network  Yêu cầu các dịch vụ từ mạng truyền Data Communication Technology 41
TCP - IP  Lớp Inthernet  Cung cấp chức năng tìm đường giữa hai thiết bị khác mạng.  Còn được thực hiện trong các router  Lớp transport  Đảm bảo nhận dữ liệu tín cậy giữa hai ứng dụng  Chắc chắn dữ liệu đi đúng đến đích và đúng thứ tự gởi  Lớp ứng dụng  Cung cấp các dịch vụ để truy cập mạng Data Communication Technology 42
Dữ liệu truyền qua TCP - IP Data Communication Technology 43
So sánh giữa TCP/IP và OSI Data Communication Technology 44
So sánh giữa TCP/IP và OSI Data Communication Technology 45
Câu hỏi ôn tập chƣơng I Data Communication Technology 46
Chƣơng 2: Môi trƣờng Truyền dẫn  Khái niệm về tín hiệu  Các nhân tố ảnh hưởng đến việc truyền số liệu  Môi trường truyền dẫn Data Communication Technology 47
2.1 Khái niệm về tín hiệu  Thông tin: nội dung, ý nghĩa của một sự kiện, một đối tượng, một quá trình  Tín hiệu: sự biến đổi các thông số của một quá trình vật lý theo quy luật của tin tức  Tín hiệu là một hàm của thời gian s(t)  Ví dụ:  Tín hiệu âm thanh, tiếng nói là sự thay đổi áp suất không khí theo thời gian  Tín hiệu ảnh là hàm độ sáng theo không gian và thời gian  Tín hiệu điện là sự thay đổi của điện áp, dòng điện, Data Communication Technology 48
Phân loại tín hiệu  Tín hiệu liên tục  Thay đổi mịn theo thời gian  Tín hiệu rời rạc  Thay đổi từng mức theo thời gian  Tín hiệu tuần hoàn  Lặp lại theo thời gian  Tín hiệu không tuần hoàn  Không lặp lại theo thời gian Data Communication Technology 49
Khái niệm tín hiệu về tần số  Tín hiệu chứa nhiều thành phần tần số khác nhau  Một thành phần là hài sin tuần hoàn  Bất cứ tín hiệu nào (digital, analog) đều có thể biểu diễn bởi tổ hợp các hàm tuần hoàn  Biểu diễn tín hiệu theo tần số  Trục hoành: giá trị tần số  Trục tung: biên độ hài tần tương ứng Data Communication Technology 50
Khái niệm tín hiệu về tần số Data Communication Technology 51
Tần số, phổ, băng thông  Phổ - spectrum  Hình ảnh của tín hiệu trong miền tần số  Tầm tần số chứa trong tín hiệu  Băng thông  Khoảng tần số hiệu dụng của tín hiệu, kênh truyền  Băng thông tuyệt đối, băng thông hiệu dụng  Thành phần DC  Có tần số là 0 (hz) Data Communication Technology 52
Khái niệm về dữ liệu  Các thực thể chứa đựng thông tin  Phân thành 2 loại  Dữ liệu tương tự  Có giá trị liên tục trong một khoảng thời gian  Dữ liệu số  Giá trị rời rạc theo thời gian Data Communication Technology 53
Khái niệm về tín hiệu  Tín hiệu điện hoặc điện từ  Có hai loại  Tín hiệu tương tự  Thay đổi liên tục theo thời gian  Tín hiệu số  Sử dụng 2 thành phần DC  Giả sử là mức 0, hoặc 1 Data Communication Technology 54
Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu  Tín hiệu tương tự  Dùng để truyền dữ liệu tương tự  Tín hiệu số  Dùng để truyền dữ liệu số  Ngoại lệ  Tín hiệu tương tự mang dữ liệu số  Tín hiệu số mang dữ liệu tương tự Data Communication Technology 55
Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu Data Communication Technology 56
Truyền dữ liệu và kiểu dữ liệu  Truyền tín hiệu tương tự  Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách  Khuếch đại bao gồm nhiễu (amplifier)  Không cần quan tâm dữ liệu bên trong t/h  Truyền dữ liệu số  Cần chú ý nội dung bên trong  Khoảng cách truyền ngắn  Dùng repeater để tăng khoảng cách truyền Data Communication Technology 57
Truyền dẫn số  Công nghệ số  LSI, VLSI  Toàn vẹn dữ liệu  Repeater không khuếch đại nhiễu  Truyền khoảng cách xa với những đường truyền kém chất lượng hơn  Hiệu quả kênh truyền :TDM > FDM  Bảo mật : dùng kỹ thuật mã hóa Data Communication Technology 58
2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến truyền tin  Truyền tin tương tự: méo, giảm chất lượng tín hiệu nhận được  Truyền tin số: lỗi bit, 0 chuyển thành 1 và ngược lại  Các yếu tố quan trọng  Suy hao tín hiệu và méo trên suy hao  Độ trễ tín hiệu và méo do trễ  Nhiễu Data Communication Technology 59
Suy hao tín hiệu  Tín hiệu nhận được khác với tín hiệu truyền đi  Analog – suy giảm chất lượng tín hiệu  Digital – lỗi trên bit  Nguyên nhân  Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền  Méo do trễ truyền  Nhiễu Data Communication Technology 60
Độ suy giảm tín hiệu  Định nghĩa (signal attenuation)  Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách)  Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn  Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ tín hiệu là một hàm phức tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển  Cường độ tín hiệu nhận phải  Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được  Đủ cao so với nhiễu để tín hiệu không bị lỗi  Suy yếu là một hàm tăng theo tần số  Kỹ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số  Dùng bộ khuyếch đai (khuyếch đại ở tần số cao nhiều hơn)  Đo bằng đơn vị decibel (dB)  Cường độ tín hiệu suy giảm theo hàm logarit  Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-) Data Communication Technology 61
Độ suy giảm tín hiệu  Đo bằng đơn vị decibel (dB)  Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit  Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-)  Công thức  Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB)  P1: công suất của tín hiệu nhận (W)  P2: công suất của tín hiệu truyền (W)  Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối  Công suất suy giảm ½ độ hao hụt là 3dB  Công suất tăng gấp đôi độ lợi là 3dB Data Communication Technology 62
Trễ lan truyền tín hiệu  Méo trễ truyền  Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến  Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số  Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm  Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau  Công thức  Transmission propagation delay Tp = S/V  S : khoảng cách vật lý (meter)  V : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, vd: với sóng điện từ: v = 2 x 106 (m/s)  Round trip delay Tx = N/R  N : khối lượng dữ liệu truyền (bit)  R : tốc độ truyền bit trên đường truyền. Data Communication Technology 63
Nhiễu  Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu  Các loại nhiễu  Nhiễu nhiệt  Nhiễu điều chế  Nhiễu xuyên kênh (cross talk)  Nhiễu xung Data Communication Technology 64
Nhiễu Data Communication Technology 65
 Nhiễu nhiệt: Do dao động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn  Phân tán đồng nhất trên phổ tần số  Nhiễu trắng  Không thể loại bỏ giới hạn hiệu suất của hệ thống  Nhiễu trong băng thông 1Hz của bất kỳ chất dẫn nào N0 = kT  N0: mật độ công suất nhiễu (watt/Hz)  k: hằng số Boltzmann (= 1.38 x 10-23 J/0K)  T: nhiệt độ (0K)  Nhiễu trong băng thông W Hz: N = N0W = kTW Data Communication Technology 66
Nhiễu  Nhiễu điều chế  T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h dùng chung môi trường truyền  Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát  Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)  T/h từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác  Cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu nhiệt  Nhiễu xung  Xung bất thường (spike)  e.g. ảnh hưởng điện từ bên ngoài  Thời khoảng ngắn  Cường độ cao  Ảnh hưởng nhiều đến quá trình trao đổi dữ liệu số  Xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở tốc độ 4800bps Data Communication Technology 67
Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh)  Đặc điểm  Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền.  Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền  Công thức Nyquist  Nếu tốc độ truyền tín hiệu là 2W thì tín hiệu với tần số nhỏ hơn (hoặc bằng) W là đủ; ngược lại nếu băng thông là W thì tốc độ tín hiệu cao nhất là 2W  C = 2W x log2M  C : tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu  W : băng thông của kênh truyền (Hz)  M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền -1  Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ ) Data Communication Technology 68
Tốc độ kênh truyền Data Communication Technology 69
Tốc độ kênh truyền Data Communication Technology 70
Tốc độ dữ liệu  Baud rate (baud/s)  Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thay đổi tín hiệu đường truyền mỗi giây)  Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây)  Bit rate (bps hoặc bit/s)  Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền  Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu  Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân  Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn bằng 2 hay nhiều bit, tốc độ bit khác với tốc độ baud  Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate R = Rs x log2M = Rs x m  R : tốc độ bit (bit/s)  Rs : tốc độ baud (baud/s)  M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền  m : số bit mã hóa cho một tín hiệu Data Communication Technology 71
Bit rate Data Communication Technology 72
Tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu  Signal to Noise ratio SNR = 10 x log10 (S/N) (dB)  S : công suất tín hiệu nhận  N : công suất nhiễu  Công thức Shannon-Hartley C = W x log2 (1 + S/N) (bps)  C : tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không có nhiễu Data Communication Technology 73
Ví dụ  Giả sử một tín hiệu đi qua môi trường truyền và công suất bị giảm một nửa. Tính độ suy giảm theo deciBel (dB).  Độ suy giảm (dB) 10 log10 (P2 / P1) 10 log (0,5P / P ) 10 log (0,5) 10( 0,3) 3dB 10 1 1 10  tức là giảm đi 3 dB, tức là phân nửa công suất. Data Communication Technology 74
Ví dụ  Nếu một kênh có rất nhiều nhiễu thì tỉ số S/N gần bằng 0, tức là nhiễu quá mạnh làm yếu tín hiệu. Như thế, dung lượng truyền lúc này là: C = B log2(1+S/N)= B log2(1+ 0) = B log2(1)= B.0 = 0  Điều này tức là dung lượng kênh truyền là không bất kể băng thông là bao nhiêu, tức là ta không thể truyền tin qua kênh này. Data Communication Technology 75
Ví dụ  giải thông W=3100Hz S signal  Thông lượng: 6200bps: 2 mức 10log N noise tín hiệu db  4 mức tín hiệu : 12400bps CWSN log2 (1 / )  8 mức tín hiệu: 18600bps  Thông lượng vô hạn?  Nhiễu có thể làm thay đổi một bit  Khoảng cách giữa các mức phải lớn hơn nhiễu  Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu đo bằng db: 30  Thông lượng? C 3100log2 (1 1000) 30894 bps Data Communication Technology 76
Ví dụ  Tính tốc độ bit cao nhất lý thuyết của một đường dây điện thoại thông thường, với băng thông 3000 Hz (từ 300 Hz đến 3.300 Hz), tỉ số S/N là 3162 (35 dB). Như thế, dung lượng truyền lý thuyết cao nhất là: C = B log2(1+S/N)= 3000 log2(1+3162)= 3000 log2(3163)= 3000 x11,62= 34.860bps Như thế, nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu trong đường dây điện thoại, thì phải một là tăng băng thông hay cải thiện tỉ số S/N. Data Communication Technology 77
Ví dụ  Giả sử ta cần tải một tài liệu văn bản với tốc độ 100 trang mỗi giây, một trang trung bình có 24 dòng và một dòng có 80 ký tự, một ký tự có 8 bit. Tính tốc độ bit cần truyền trong 1s?  Giải: Một trang trung bình có 24 dòng và 80 ký tự trong từng dòng, nếu giả sử cần 8 bit để biểu diễn một ký tự thì, tốc độ bit (bit rate) là: 100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.000 bps = 1,636 Mbps. Data Communication Technology 78
Ví dụ  Một kênh thoại được rời rạc hóa, được cấu tạo từ một tín hiệu tương tự có băng thông tín hiệu thoại là 4 KHz. ta cần lấy mẫu tín hiệu với hai lần tần số cao nhất. Với giả sử mỗi mẫu cần 8 bit, hỏi tốc độ bit (bit rate) là bao nhiêu?  Giải: Tốc độ bit được tính theo: 2 x 4.000 x 8 = 64.000 bps = 64 Kbps. Data Communication Technology 79
Ví dụ  Cho biết tốc độ bit (bit rate) của truyền hình độ phân giải cao (HDTV)?  Giải: HDTV dùng tín hiệu số để truyền tín hiệu hình chất lượng cao. Màn hình của HDTV thường có tỷ lệ 16:9. Như thế thì có 1.920 x 1080 pixel cho mỗi màn hình, với tốc độ quét dòng là 30 lần trong mỗi giây. Mỗi pixel màu thì cần được biểu diễn bằng 24 bit.  Vậy tốc độ bit của truyền hình độ phân giải cao: 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 bps Các đài phát hình đã dùng phương pháp nén tín hiệu xuống còn từ 20 đến 40 Mbps/ Data Communication Technology 80
2.3 Môi trƣờng truyền dẫn  Hữu tuyến (guided media – wire)  Cáp đồng  Cáp quang  Vô tuyến (unguided media – wireless)  Vệ tinh  Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave,  Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu  Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn  Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn  Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách  Băng thông  Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao  Suy yếu truyền dẫn  Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung)  Số thiết bị nhận (receiver)  Môi trường hữu tuyến  Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm Data Communication Technology 81
Môi trƣờng truyền dẫn Data Communication Technology 82
Môi trƣờng truyền dẫn hữu tuyến  Cáp xoắn đôi  Cáp đồng trục  Cáp quang Frequency Typical Typical Delay Repeater Range Attenuation Spacing Twisted pair 0 to 3.5 kHz 0.2 dB/km @ 1 50 µs/km 2 km (with loading) kHz Twisted pairs 0 to 1 MHz 0.7 dB/km @ 1 5 µs/km 2 km (multi-pair cables) kHz Coaxial cable 0 to 500 MHz 7 dB/km @ 10 4 µs/km 1 to 9 km MHz Optical fiber 186 to 370 THz 0.2 to 0.5 5 µs/km 40 km dB/km Data Communication Technology 83
Cáp đồng: two-wire open line Single pair Terminating Connector Flat ribon Data Communication Technology 84
Data Communication Technology 85
Cáp đồng: twisted-pair  Tách rời  Xoắn lại với nhau  Thường được bó lại Insulating outer cover Multi core Insulating outer cover Protective screen (shield) Data Communication Technology 86
Cáp đồng: twisted-pair  Ứng dụng  Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất  Mạng điện thoại  Giữa các thuê bao và hộp cáp (subscriber loop)  Kết nối các tòa nhà  Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX)  Mạng cục bộ (LAN)  10Mbps hoặc 100Mbps  Ưu – nhược điểm  Rẻ  Dễ dàng làm chủ  Tốc độ dữ liệu thấp  Tầm ngắn Data Communication Technology 87
Cáp đồng: twisted-pair  Đặc tính truyền dẫn  Analog  Cần bộ khuếch đại mỗi 5km tới 6km  Độ suy giảm t/h: ~1dB/km  Chuẩn trong ĐT: = 6dB  Digital  Dùng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số  Cần bộ lặp (repeater) mỗi 2km hoặc 3km  Khoảng cách giới hạn  Băng thông giới hạn (1MHz)  Tốc độ dữ liệu giới hạn (100MHz)  Dễ bị nhiễu và tác động của môi trường ngoài Data Communication Technology 88
Cáp đồng: twisted-pair  Không vỏ bọc giáp – Unshielded Twisted Pair (UTP)  Dây ĐT bình thường  Rẻ nhất  Dễ lắp đặt  Dễ bị nhiễu trường điện từ bên ngoài  Vỏ bọc giáp – Shielded Twisted Pair (STP)  Vỏ giáp bện giúp giảm nhiễu và tác động bên ngoài  Đắt hơn  Khó lắp đặt (cứng, nặng) Data Communication Technology 89
Cáp đồng: twisted-pair  UTP Cat 3  Lên đến 16MHz  Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết các văn phòng  Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới 10cm  UTP Cat 4  Lên đến 20 MHz  UTP Cat 5  Lên đến 100MHz  Được dùng phổ biến hiện nay trong các văn phòng  Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm  Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100.106 bits/second  STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 10.106 bits/second Data Communication Technology 90
Cáp đồng: twisted-pair Data Communication Technology 91
Cáp đồng: Unshielded Twisted-Pair Data Communication Technology 92
Cáp đồng: Shielded Twisted-Pair Data Communication Technology 93
Cáp đồng: Coaxial  Ứng dụng  Môi trường truyền linh hoạt nhất  Cáp truyền hình  Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa  FDM  Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi  Sẽ bị thay thế bởi cáp quang  Kết nối các thiết bị khoảng cách gần  Mạng cục bộ  Đặc tính truyền dẫn  Hiệu ứng bề mặt (skin effect)  Analog  Cần bộ khuyếch đại mỗi vài km  Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao  Lên đến 500MHz  Digital  Cần bộ lặp (repeater) mỗi km  Khoảng cách càng ngắn nếu tốc độ dữ liệu càng tăng Data Communication Technology 94
Cáp đồng: Coaxial Data Communication Technology 95
Cáp đồng: coaxial Dielectric insulating material Insulating outer cover Center conductor Braided outer conductor Data Communication Technology 96
Cáp đồng: đặc điểm chung  Xác suất bit lỗi trên đường truyền (Bit Error Rate – BER) vào khoảng 10-6.  Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu (crosstalk, thermal, ) và môi trường xung quanh.  Tốc độ truyền thông tin thay đổi tùy theo phạm vi hệ thống được triển khai :  LAN: tốc độ 10Mbps ~ 100Mbps, khoảng cách khoảng vài trăm mét (UTP: length < 100 m).  WAN: tốc độ truyền thấp hơn, từ vài chục Kbps đến vài Mbps. Ví dụ: T1 ~ 1,5Mbps, E1 ~ 2Mbps, đường ĐT: 64Kbps Data Communication Technology 97
Các chuẩn cáp đồng  Thường được phân cấp theo RG (radio governement rating). Mỗi số RG cho một tập các đặc tính vật lý, bao gồm kích thước dây đồng, kích thước lớp cách điện và kích cở của lớp bọc ngoài.  Các chuẩn thường gặp là:  RG-8: dùng cho thick Ethernet.  RG-9: dùng cho thick Ethernet.  RG-11: dùng cho thick Ethernet.  RG-58: dùng cho thin Ethernet.  RG-59: dùng cho TV. Data Communication Technology 98
Cáp quang Data Communication Technology 99
Cáp quang Data Communication Technology 100
Cáp quang Data Communication Technology 101
Cáp quang: lợi ích và ứng dụng  Lợi ích  Dung lượng cao  Tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps trên 1km coaxial cable và thấp hơn của twisted-pair cable)  Kích thước và trọng lượng nhỏ  Độ suy hao của tín hiệu trên đường truyền thấp.  Cách ly trường điện từ (Ít bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung quanh)  Khoảng cách giữa các bộ lặp xa -9 -12  Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền vào khoảng 10 10  Ứng dụng  Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km).  Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks)  Đường trung kế khoảng cách xa  Trung kế đô thị  Trung kế tổng đài nông thôn  Thuê bao Data Communication Technology 102
Cáp quang: đặc tính truyền dẫn  Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz  Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được  Light Emitting Diode (LED)  Rẻ  Tầm nhiệt độ hoạt động rộng  Tuổi thọ cao  Injection Laser Diode (ILD)  Hiệu quả hơn  Tốc độ dữ liệu cao hơn  Wavelength Division Multiplexing Data Communication Technology 103
Cáp quang: đặc tính truyền dẫn Nguồn LED/ LED/ ILD  Sóng lan truyền có hướng 1014 sáng đến 1015 Hz ILD ILD  Một phần phổ hồng ngoại và Băng 20MHz 1GHz/k Lên đến phổ nhìn thấy được thông /km m 1000GHz/k m  Light Emitting Diode (LED) Ứng LAN, Mod Long haul  Rẻ dụng comput length telecom.  Tầm nhiệt độ hoạt động rộng er data phone lines links lines  Tuổi thọ cao  Injection Laser Diode (ILD) Đường > 80 50 – 60 1.5 – 5  Hiệu quả hơn kính lõi (µm)  Tốc độ dữ liệu cao hơn  Wavelength Division Độ suy 0.5 – 0.5 – 0.15 Multiplexing giảm t/h 2.0 2.0 (dB/km) Data Communication Technology 104
Cáp quang: chế độ truyền multimode: several paths/time delays narrow: 1 wavelength no time delays Data Communication Technology 105
Cáp quang: chế độ truyền Step-index Graded-index multimode Single-mode multimode Nguồn sáng LED/ILD LED/ILD ILD Băng thông Rộng (lên đến Rất rộng (200MHz- Cực rộng (3GHz- 200MHz/km) 3GHz/km) 50GHz/km) Ghép nối khó khó khó Ứng dụng Truyền dữ liệu máy Đường điện thoại (khoảng Viễn thông đường dài tính cách trung bình) Giá thành Rẻ nhất Trung bình Đắt nhất Đường kính lõi 50-125 50-125 2-8 (µm) Đường kính vỏ 125-440 125-440 15-60 (µm) Độ suy giảm 10-50 7-15 0.2-2 (db/km) Data Communication Technology 106
Cáp quang Optical Dielectric SLT Cable, 72-Fiber, Composite (24 SM/48MM) Data Communication Technology 107
Truyễn dẫn vô tuyến  Truyền và nhận thông qua anten  Khắc phục những khó khăn về địa  Có hướng lý khi triển khai hệ thống  Chùm định hướng (focused beam)  Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn  Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền thận (BER) thay đổi tùy theo hệ thống  Vô hướng được triển khai. Ví dụ: BER của vệ  Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng tinh ~ 10-10  Có thể được nhận bởi nhiều anten  Tầm tần số  Tốc độ truyền thông tin đạt được  2GHz đến 40GHz thay đổi, từ vài Mbps đến hàng  Sóng viba (microwave)  Định hướng cao trăm Mbps  Điểm-điểm  Vệ tinh  Phạm vi triển khai đa dạng: LAN  30MHz đến 1GHz (vài km), WAN (hàng chục km)  Vô hướng  radio 11 14  3 x 10 đến 2 x 10  Chi phí để triển khai hệ thống ban  Hồng ngoại đầu rất cao  Cục bộ Data Communication Technology 108
Vô tuyến: các băng tần truyền dẫn Data Communication Technology 109
Vô tuyến: sóng viba mặt đất  Chảo parabol (thường 10 inch)  Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight)  Khoảng cách max giữa các anten d 7.14 kh  h: chiều cao của anten  k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng (k=4/3)  Ví dụ: tháp anten cao 100m cách xa 82km  Chuỗi tháp anten: điểm-điểm 4 d 2  Độ suy giảm t/h L 10log  dB  d: khoảng cách – : chiều dài sóng  Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách cần amp/repeater mỗi 10-100km  Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa)  Viễn thông khoảng cách xa  Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm trên đường thẳng)  Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao Data Communication Technology 110
Vô tuyến: sóng vệ tinh  Vệ tinh là trạm trung chuyển  Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một tần số khác  Cần quĩ đạo địa tĩnh  Cao 35.784 km  Ứng dụng  Truyền hình  Điện thoại đường dài  Mạng riêng  Đặc tính  Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz  10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển  Cặp tần số thu/phát  (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band  (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band  Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm  Trễ 240-300ms, đáng chú ý trong viễn thông Data Communication Technology 111
Vô tuyến: vệ tinh VSAT : very smal aperture terminal down down Satellite link link Satellite Up Equatorial Orbit Equatorial down link miles 22,300 link Up link Footprint Earth ground VSAT VSAT station Earth Hub station point-to-point point-to-multipoint Data Communication Technology 112
Vô tuyến: sóng radio  Vô hướng, 30MHz – 1GHz  Sóng FM  Truyền hình UHF và VHF  Truyền theo đường thẳng (line of sight)  Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh  Phản xạ Data Communication Technology 113
Vô tuyến: sóng hồng ngoại  Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ)  Cản bởi các bức tường  Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển bằng hồng ngoại (IRD port) Data Communication Technology 114
Lan truyền vô tuyến  Tín hiệu lan truyền theo 3 đường  Sóng mặt đất  Dọc theo đường bao trái đất  < 2MHz  AM radio  Sóng bầu trời  Radio nghiệp dư, dịch vụ toàn cầu BBC, VOA  Tín hiệu phản xạ từ tầng điện ly  Đường thẳng  Khoảng trên 30MHz  Có thể xa hơn đường thẳng quang học do có phản xạ Data Communication Technology 115
Lan truyền sóng mặt đất Signal propagation Transmit Receive antenna Earth antenna Ground-wave propagation (below 2MHz) Data Communication Technology 116
Lan truyền sóng bầu trời ionosphere Signal propagation Transmit Receive antenna Earth antenna Sky-wave propagation (2MHz to 30MHz) Data Communication Technology 117
Lan truyền đƣờng thẳng Signal propagation Transmit Receive antenna antenna Earth Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz) Data Communication Technology 118
Nhiễu đa luồng Data Communication Technology 122
So sánh các môi trƣờng truyền  Khi cần thiết phải đánh giá một môi trường truyền trong các ứng dụng cụ thể thì cần quan tâm đến 5 yếu tố sau:  Chi phí: chi phí vật tư và lắp đặt  Tốc độ: là tốc độ truyền bps với độ tin cậy cao, chú ý là tốc độ thay đổi theo tần số (tần số càng cao thì truyền càng nhiều bps), cũng như kích thước của môi trường hay thiết bị truyền dẫn, và vấn đề điều hòa của môi trường dẫn điện. Data Communication Technology 123
 Suy hao  Nhiễu điện từ trường: (EMI: electromagnetic interference) nói lên khả năng cảm nhận của môi trường đối với năng lượng điện từ trường từ bên ngoài vào đường kết nối lên trên tín hiệu truyền.  An ninh: là tính bảo vệ cho an ninh khi truyền, thí dụ sóng điện trường, dây dẫn điện rất dễ bị thâm nhập lậu, còn cáp quang thì khó hơn Data Communication Technology 124
Bảng so sánh Phương tiện Giá Tốc độ Suy hao Nhiễu Độ an toàn truyền dẫn điện từ (An ninh) UTP Rẻ 1 – 100 Mbps Nhiều Nhiều Thấp STP Vừa 1 – 150 Mbps Nhiều Vừa Thấp Cáp đồng trục Vừa 1 Mbps – 1 Gbps Vừa Vừa Thấp Cáp quang Cao 10 Mbps – 2 Gbps Thấp Không Cao Radio Moderate 1 – 10 Mbps Low-high High Low Microwave High 1 Mbps – 10 Gbps Variable High Moderate Satellite High 1 Mbps – 10 Gbps Variable High Moderate Cellular High 9.6 – 19.2 Kbps Low Moderate Low Data Communication Technology 125
2.4 Các chuẩn giao tiếp vật lý  Các loại tín hiệu  Các chuẩn giao tiếp vật lý Data Communication Technology 126
Các loại tín hiệu  Tín hiệu dùng chuẩn V.28  Tín hiệu dòng 20mA  Tín hiệu dùng chuẩn RS-422A (V.11)  Tín hiệu truyền trên cáp đồng trục  Tín hiệu cáp quang  Tín hiệu vệ tinh và radio Data Communication Technology 127
Tín hiệu dùng chuẩn V.28  Các mức tín hiệu được quy định dùng cho một số giao tiếp EIA/ITU-T được chỉ ra trong khuyến nghị V28.  Chuẩn V.28 được xem là giao tiếp điện không cân bằng.  Các tín hiệu điện áp được dùng trên đường dây là đối xứng so với mức tham chiếu gốc và ít nhất là mức, +3v cho bit 0 và -3v cho bit 1.  Các mức tín hiệu dùng theo chuẩn V.28 có tác dụng chống suy giảm và loại nhiễu tốt. Data Communication Technology 128
Tín hiệu dòng 20mA  Mặc dù không mở rộng tốc độ nhưng nó tăng khoảng cách vật lý giữa 2 thiết bị thông tin.  Hoạt động chính là trạng thái chuyển mạch được điều khiển bởi luồng bit dữ liệu truyền: chuyển mạch được đóng tương ứng với bit 1, do đó cho dòng 20mA qua ,và ngược lại chuyển mạch mở cho bit 0 do đó không cho dòng 20mA qua.  Tại đầu thu dòng điện được phát hiện bởi mạch cảm biến dòng và các tín hiệu nhị phân sẽ được tái tạo lại.  Giao tiếp này loại bỏ nhiễu tốt hơn so với giao tiếp điều khiển bằng điện áp V.28. Phù hợp với đường dây dài (đến 1Km), nhưng tốc độ vừa phải. Data Communication Technology 129
Tín hiệu dùng chuẩn RS-422A  Muốn tăng khoảng cách vật lý và tốc độ chúng ta sẽ dùng chuẩn RS-422A còn gọi là V.11.  Chuẩn này cơ bản dựa trên cáp xoắn đôi và được xem như giao tiếp điện cân bằng. Một mạch phát vi phân tạo ra tín hiệu sinh đôi bằng nhau và ngược cực theo mỗi tín hiệu nhị phân 0 hay 1 khi được truyền.  Tương tự mạch thu chỉ cảm nhận theo hiệu số giữa hai tín hiệu trên hai đầu vào của chúng nhờ đó nhiễu tác động đồng thời lên cả 2 dây sẽ không ảnh hưởng đến tín hiệu cần thu. dùng chuẩn RS-422A với đường dây 10m có tốc độ 10Mbps và 1Km với tốc độ 100kbps. Data Communication Technology 130
Tín hiệu truyền trên cáp đồng trục  Băng thông hữu hạn trong cáp đồng trục có thể lên đến 350MHz (còn được gọi băng tần cao). Có thể dùng băng tần cao này bằng một trong 2 cách :  Chế độ băng thông cơ bản : trong tất cả băng thông sẵn có được dùng để tiếp nhận một kênh tốc độ cao (10Mbps hay cao hơn).  Chế độ băng thông rộng : trong đó băng thông sẵn có được chia thành một số các kênh có tốc độ nhỏ hơn trên một cáp. Data Communication Technology 131
Chế độ băng cơ bản  Trong chế độ này cáp được diều khiển bởi một nguồn điện áp tại một đầu nên hạn chế được can nhiễu từ ngoài, phù hợp với truyền số liệu tốc độ cao lên đến 10Mbps qua khoảng cách vài trăm mét. Data Communication Technology 132
Chế độ băng rộng  Dùng chế độ này các kênh truyền được thực hiện trên một cáp nhờ kỹ thuật ghép kênh phân tầng FDM (Frequency Division multiplexing). FDM yêu cầu một modem RF (Radio Frequency) giữa mỗi thiết bị và cáp.  Sóng truyền được điều chế bằng dữ liệu truyền và sóng thu được giải điều chế để suy ra số liệu. Data Communication Technology 133
Tín hiệu cáp quang  Có một số dạng mã hoá tín hiệu quang phù hợp với hoạt động của cáp đến 50 Mbps.  Có 3 mức năng lượng quang là : 0, một nửa mức tối đa và mức tối đa.  Module truyền thực hiện từ các mức điện áp nhị phân sang tín hiệu quang và đặt lên cáp nhờ các bộ nối đặc biệt và một vi mạch LED tốc độ cao. Data Communication Technology 134
Tín hiệu vệ tinh và radio  Kênh truyền trong các hệ thống vệ tinh và radio được tạo ra nhờ bộ ghép kênh phân tầng (FDM Frequency Division multiplexing).  Bên cạnh đó dung lượng sẵn có của mỗi kênh còn được chia nhỏ hơn nhờ kỹ thuật ghép kênh phân thời gian đồng bộ (TDM : Time Division multiplexing) Data Communication Technology 135
Các chuẩn giao tiếp vật lý  Giao tiếp EIA-232D (V.24)  Giao tiếp EIA-530  Giao tiếp EIA-430 (V35 )  Giao tiếp X21  Giao tiếp ISDN Data Communication Technology 136
Giao tiếp EIA – 232D (V24 )  Giao tiếp EIA –232D còn gọi là V24 được định nghĩa như là một giao tiếp chuẩn cho việc kết nối giữa DTE và modem.  Thông thường modem được đề cập đến như một DCE (Data connect Equipment), đầu nối giữa DTE và modem là đầu nối 25 chân do vậy cần dùng cáp 25 sợi để nối DTE và DCE.  Chuẩn này quy định tín hiệu nhị phân 0 và 1 tương ứng với hiệu điện thế -3v và lớn hơn +3v, tốc độ không vượt quá 20Kbs với khoảng cách dưới 15m, tất nhiên có thể đạt được tốc độ và khoảng cách lớn hơn Data Communication Technology 137
Giao tiếp EIA-530  Chuẩn EIA-530 là giao tiếp có tập tín hiệu giống giao tiếp EIA-232D/V24. Điều khác nhau là giao tiếp EIA-530 dùng các tín hiệu điện vi sai theo RS 422A /V11 để đạt được cự ly truyền xa hơn và tốc độ cao hơn Data Communication Technology 138
Giao tiếp EIA-430 (V35 )  Giao tiếp EIA-430/V35 được định nghĩa cho việc giao tiếp giữa một DTE với một modem đồng bộ băng rộng hoạt động vớí tốc độ từ 48Kbps đến 168 Kbps.  Giao tiếp này dùng tập tín hiệu giống với giao tiếp EIA- 232D/V24. Các tín hiệu điện là một tập hợp không cân bằng (V28) và cân bằng (RS 422A/V11).  Các đường tín hiệu không cân bằng dùng cho các chức năng điều khiển còn các đường tín hiệu cân bằng dùng cho dữ liệu và tín hiệu đồng hồ. Vì tất cả các đường tín hiệu dữ liệu và đồng hồ là cân bằng nên trong các trường hợp truyền với đường cáp dài thường hay sử dụng các đường truyền nhận EIA-430/V35.  Giao tiếp EIA-430/V35 dùng bộ nối 34 chân nhưng với các áp dụng chỉ dùng các đường truyền số liệu và đồng hồ thì có bộ kết nối nhỏ hơn. Data Communication Technology 139
Giao tiếp X21  Giao tiếp X21 được định nghĩa cho giao tiếp giữa một DTE và DCE trong một mạng dữ liệu công cộng.  Giao tiếp X21 cũng được dùng như một giao tiếp kết nối cuối cho các mạch thuê riêng với tốc độ là bội số của 64Kbps.  Tất cả các đường tín hiệu dùng đồng bộ phát và thu cân bằng (RS-422A/V11) Data Communication Technology 140
Giao tiếp ISDN  Giao tiếp ISDN một chuẩn được số hoá hoàn toàn vào mạch truyền số liệu PSTN.  Mạch thoại được số hoá hoạt động tại tốc độ 64kbps và một thiết bị kết nối cuối mạng cơ bản cung cấp hai mạch như vậy cùng với một mạch 16kbps cho mục đích thiết lập và xoá cuộc gọi.  Ba mạch riêng biệt được ghép kênh cho mục đích truyền đến và đi từ một tổng đài gần nhất lên một cặp dây.  Thiết bị kết nối cuối mạng tách biệt các đường dẫn đi và đến lên hai cặp dây riêng biệt.  Năng lượng có thể được cấp từ thiết bị kết nối cuối mạng cho các DTE nếu có nhu cầu. Data Communication Technology 141
Data Communication Technology 142
Chƣơng 3 Các kỹ thuật cơ bản trong truyền dữ liệu  Các mã truyền  Cấu hình kết nối cơ bản  Kỹ thuật mã hóa và điều chế  Kỹ thuật đồng bộ  Kỹ thuật truy nhập đƣờng truyền  Kỹ thuật phát hiện sai và sửa lỗi  Kỹ thuật nén dữ liệu Data Communication Technology 143
Các mã truyền  Mã Morse  Mã Baudot  Mã EBCDIC  Mã ASCII  Mã Unicode Data Communication Technology 144
 Mã Moore là tập hợp các chuỗi chấm và gạch biểu diễn các ký tự và chứ số  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 thƣờng và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt.  Phổ biến nhất hiện nay đƣợc sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự.  EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)  8 bit  Đƣợc dùng trong các hệ thống máy tính IBM  Unicode  16 hoặc 32 bit  Hứa hẹn đƣợc sử dụng rộng rãi trong tƣơng lai Data Communication Technology 145
Mã Baudot Data Communication Technology 146
Mã ASCII Data Communication Technology 147
Cấu hình kết nối cơ bản  P2p – point to point – điểm điểm  Cung cấp liên kết dành riêng cho 2 T/B  Dùng cáp đồng, cáp quang, vô tuyến  Đa điểm – multi point  Nhiều hơn hai thiết bị nối kết với nhau  Mô hình  Hình cây, hình lưới, hình sao, hình vòng Data Communication Technology 148
Kết nối hình cây PC1 PC2 SERVER PC4 PC3 Data Communication Technology 149
Kết nối hình lƣới PC2 PC1 PC3 PC4 Data Communication Technology 150
Kết nối hình sao PC1 PC2 HUB PC4 PC3 Data Communication Technology 151
Kết nối hình vòng PC1 PC2 PC4 PC3 Data Communication Technology 152
Chế độ truyền Simplex operation  Simplex mode One-way only  Không dùng rộng rãi vì không thể gởi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều khiển cho bên phát Half-duplex operation  Television, teletext, radio Two-way but not at the same time  Half-duplex mode  Bộ đàm Full-duplex operation  Full-duplex mode Both-way at the same time  Điện thoại Data Communication Technology 153
Kỹ thuật mã hóa và điều chế  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 Data Communication Technology 154
 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. Data Communication Technology 155
 Analog data/Analog Signal Analog and digital  Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ khác transmission  Analog data/Digital Signal Analog Analog Digital  Mã hóa dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số data signal signal  Digital Data/Analog Signal Digital Analog Digital  Được mã hóa dùng modem để tạo ra t/h tương tự data signal signal  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 Data Communication Technology 156
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 Data Communication Technology 157
Unipolar  Mức 1 được mã hóa là một mức điện áp dương hoặc âm nào đó  Mức 0 là điện áp 0 v  Mức trung bình DC khác 0  Khó xác định thời điểm xuất hiện bit khi mức tín hiệu ít thay đổi  Đơn giản, ngày nay ít dùng Data Communication Technology 158
Unipolar 0 1 0 0 1 1 1 0 Mã hóa Unipolar Data Communication Technology 159
Polar  Dùng 2 mức điện áp âm và dương  Thành phần trung bình giảm đáng kể  Đối với mã hóa Manchester và Manchester vi sai thì thành phần DC hoàn toàn bằng 0 vì:  Một bit được mã hóa bởi 2 mức điện áp ngược nhau trong 1/ 2 chu kỳ của bit đó Data Communication Technology 160
Polar Data Communication Technology 161
Nonreturn to zero (NRZ)  Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)  2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0  Thông thường điện áp dương dùng cho bit 0 và điện áp âm dùng cho bit 1  Nonreturn to Zero Inverted (NRZ-I)  NRZ-I 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) Data Communication Technology 162
Data Communication Technology 163
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 Data Communication Technology 164
RZ  Return to zero  Dùng 3 mức điện áp: dương, âm, zero  Tín hiệu thay đổi trong khoảng mỗi bit  Tín hiệu thay đổi trong khoảng mỗi bit  Bit 0: thay đổi từ âm đến zero  Bit 1: thay đổi từ dương xuống zero  Đồng bộ bit hiệu quả  Đòi hỏi băng thông rộng Data Communication Technology 165
Return to Zero (RZ) Value 0 1 0 0 1 1 1 0 Time These transitions can be used for synchronization Data Communication Technology 166
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 Data Communication Technology 167
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 Data Communication Technology 168
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 điểm  Đồng 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 Data Communication Technology 169
Biphase Data Communication Technology 170
Bipolar  Có 3 loại chính  AMI  B8ZS  HDB3  Dùng 3 mức điện áp: dương, âm, zero  Bit 0 có điện áp 0  Bit 1 có sự thay đổi mức điện áp dương âm xen kẽ Data Communication Technology 171
AMI  AMI: Alternate Mark Inversion  Bit 0: điện áp mức Zero  Bit 1: thay đổi mức dương âm cho hai bit 1 kế cận.  Trung bình DC bằng 0  Không đảm bảo đồng bộ bit khi có nhiều bit 0 kéo dài. Data Communication Technology 172
AMI 0 0 1 0 0 1 1 0 t Data Communication Technology 173
B8ZS  B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)  Dựa trên bipolar-AMI  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 Data Communication Technology 174
B8ZS Data Communication Technology 175
Ví dụ Amplitude 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Time Data Communication Technology 176
HDB3 HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)  Dựa trên bipolar-AMI  Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế theo quy luật như sau:  Làm những sai phạm khi gặp 4 bit 0 liên tiếp  Dựa vào số bit 1 suất hiện từ lần thay thế cuối cùng  Chẵn: Bit 0 thứ nhất và thứ tư được mã hóa thành bit vi phạm  Lẽ: Bit 0 thứ tư được mã hóa thành bit vi phạm Data Communication Technology 177
HDB3 Data Communication Technology 178
Amplitude 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Time Data Communication Technology 179
So sánh các phƣơng 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 Data Communication Technology 180
Digital Analog Digital/Analog modulation Digital Analog ASK FSK PSK QAM Data Communication Technology 181
 Ứng dụng  Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng điện thoại công cộng  300Hz 3400Hz  Thiết bị  MODEM (MOdulator-DEMulator)  Kỹ thuật  Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK)  Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK)  Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK) Data Communication Technology 182
Các yếu tố của digital Analog  Tốc độ bit và tốc độ baud  Tốc độ bit là số bit được truyền trong một giây  Tốc độ baud là số đơn vị tín hiệu trong một giây cần có để biểu diễn số bit được truyền.  Tín hiệu sóng mang  Trong truyền dẫn analog thì thiết bị phát tạo ra tần số sóng cao tần làm nền cho tín hiệu thông tin được gọi là tần số sóng mang (sóng mang)  Thiết bị thu được chỉ định để thu tần số sóng mang trong đó có tín hiệu số được điều chế và tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế. Data Communication Technology 183
Ví dụ 1  Một tín hiệu analog mang 4 bit trong mỗi phần tử tín hiệu. Nếu 1000 phần tử tín hiệu được gởi trong một giây, xác định tốc độ baud và tốc độ bit.  Giải:  Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu = 1000 baud/giây  Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu =1000 x 4 = 4000 bps. Data Communication Technology 184
Ví dụ 2  Tốc độ bit của tín hiệu là 3000. Nếu mỗi phần tử tín hiệu mang 6 bit, cho biết tốc độ baud?  Giải  Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây Data Communication Technology 185
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) Acos(2 f t c ) binary 1 s(t) 0 binary 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 Data Communication Technology 186
Điều biên (ASK) Data Communication Technology 187
Điều biên (ASK) Data Communication Technology 188
Băng thông dùng cho ASK  Khi phân tích phổ tín hiệu điều chế ASK, ta có giá trị phổ trong đó có các yếu tố quan trọng là sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2 ở hai biên. Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2 Data Communication Technology 189
 Băng thông cần thiết cho ASK được tính theo: BW = (1+d).Nbaud = (1+d).Rbaud ≈ Rbaud  Trong đó:  BW: băng thông  Rbaud, Nbaud: tốc độ baud  d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0) Data Communication Technology 190
Ví dụ  Tìm băng thông của tín hiệu ASK truyền với tốc độ bit 2 kbps. Chế độ truyền bán song công.  Giải Trong ASK, tốc độ bit bằng tốc độ baud. Tốc độ baud là 2000, nên tín hiệu ASK cần có băng thông tối thiểu bằng tốc độ baud. Như thế, băng thông tối thiểu là 2000 Hz. Data Communication Technology 191
Ví dụ  Tín hiệu ASK có băng thông là 5000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud?  Giải: Trong ASK thì tốc độ baud bằng băng thông, tức là tốc độ baud là 5000, đồng thời do tốc độ bit bằng tốc độ baud nên tốc độ bit là 5000 bps. Data Communication Technology 192
Ví dụ  Cho băng thông hệ thống truyền ASK 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), vẽ phổ ASK song công của hệ thống. Tìm tần số sóng mang và băng thông của mỗi hướng, giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng.  Giải Do hệ thống ASK song công nên băng thông trong mỗi chiều là BWmỗi hướng = (1/2). BWhệ thống =10khz / 2 = 5khz = 5.000 Hz Data Communication Technology 193
Tần số sóng mang là tần số giữa fc thuận = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz fc nghịch = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz Amplitude fC(backward) fC(forward) Frequency 1000 3500 6000 8500 11.000 Data Communication Technology 194
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. Acos(2 f1t c ) binary 1 s(t) Acos(2 f2t c ) binary 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 (3-30MHz) để truyền trên sóng radio hoặc cáp đồng trục Data Communication Technology 195
Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK) Data Communication Technology 196
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 Data Communication Technology 197
Băng thông của FSK Amplitude BW = fC1 – fC0 + Nbaud Nbaud/2 fC1 – fC0 Nbaud/2 Frequency fC0 fC1 BW = /fC0 - fC1/+ Nbaud = f + Nbaud Data Communication Technology 198
Ví dụ  Tìm băng thông tối thiểu của tín hiệu FSK truyền với tốc độ bit 2kbps. Chế độ truyền dẫn bán song công và các sóng mang cách 3kHz.  Giải: Tín hiệu FSK dùng hai tần số fC0 và fC1, nên; BW = (fC1 - fC0 )+ Tốc độ baud Do trong trường hợp này thì tốc độ bit bằng tốc độ baud, nên: BW = (fC1 - fC0 )+ Tốc độ baud = (3.000) + 2.000 = 5.000 Hz Data Communication Technology 199
Ví dụ  Tìm tốc độ bit lớn nhất của tín hiệu FSK nếu băng thông của môi trường là 12khz và sai biệt giữa hai sóng mang ít nhất là 2kHz, chế độ truyền song công.  Giải: Với chế độ truyền song công, thì chỉ có 6.000 Hz là được truyền theo mỗi hướng (thu hay phát). Đối với FSK, khi có fC1 và fC0 là tần số sóng mang. BW = (fC1 - fC0 )+ Tốc độ baud → Tốc độ baud = BW - (fC1 - fC0 ) = 6.000 – 2.000 = 4.000 baud/s Đồng thời, do tốc độ baud bằng tốc độ bit nên tốc độ bit cũng là 4.000 bps Data Communication Technology 200
Điều pha (PSK)  Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này Acos(2 fct ) binary1 s(t) Acos(2 fct) binary 0  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 NRZ-L D : modulation rate (bauds) R R R : data rate (bps) D l log 2L l : number of bits per signal element L : number of different signal elements Data Communication Technology 201
Điều pha (PSK) Data Communication Technology 202
Điều pha (PSK)  Quadrature PSK (QPSK) Acos(2 fct 0 ) 00 Acos(2 fct 90 ) 01 s(t) Acos(2 f t 180 ) 10 c Acos(2 fct 270 ) 11  M-ary 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 Data Communication Technology 203
 Từ đó, phát triển lên 8 – PSK. Thay vì dùng góc 900, ta thay đổi tín hiệu từ các góc pha 450.  Với 8 góc pha khác nhau, dùng ba bit (một tribit), theo đó quan hệ giữa số bit tạo thay đổi với góc pha là lũy thừa của hai.  8–PSK truyền nhanh gấp 3 lần so với 2–PSK Data Communication Technology 204
Băng thông cho PSK  Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn PSK thì tương tự như của ASK  Tốc độ bit tối đa thì lớn hơn nhiều lần Amplitude Minimum bandwidth = Nbaud Frequency fC fC – Nbaud/2 fC + Nbaud/2 Data Communication Technology 205
Ví dụ  Tìm băng thông của tín hiệu QPSK, với tốc độ 2kbps theo chế độ bán song công  Giải: Trong phương pháp 4 – PSK thì tốc độ baud bằng nửa tốc độ bit = 1.000bps. Trong tín hiệu PSK thì tín hiệu có băng thông bằng tốc độ baud, nên băng thông là 1.000 Hz Data Communication Technology 206
Ví dụ  Cho tín hiệu 8–PSK có băng thông 5.000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud?  Giải: Trong PSK thì tốc độ baud bằng với băng thông, tức là tốc độ baud bằng 5.000, còn tốc độ bit bằng ba lần tốc độ baud tức là 15.000 bps. Data Communication Technology 207
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 900  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 Data Communication Technology 209
011 01 00 010 000 001 101 100 110 10 11 111 4-QAM 8-QAM 1 amplitude, 4 phases 2 amplitude, 4 phases Data Communication Technology 210
Data Communication Technology 211
Băng thông của QAM  Băng thông tối thiểu cần cho truyền dẫn QAM thì giống như của ASK và PSK, đồng thời QAM cũng thừa hưởng ưu điểm của PSK so với ASK. Data Communication Technology 212
Tốc độ bit / tốc độ baud  Giả sử tín hiệu FSK được dùng truyền tín hiệu qua đường thoại có thể gởi đến 1200 bit trong một giây, tức có tốc độ bit là 1200 bps. Mỗi tần số thay đổi biểu diễn một bit; như thế thì cần có 1200 phần tử tín hiệu để truyền 1200 bit. Trong tốc độ baud, cũng là 1200 bps. Mỗi thay đổi của tín hiệu trong hệ thống 8 – QAM, được biểu diễn dùng ba bit, như thế với tốc độ bit là 1200 bps, thì tốc độ baud chỉ là 400. Data Communication Technology 213
Bit Hình 38 Baud rate = N Bit rate = N 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Dibit Baud rate = N Bit rate = 2N 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Tribit Baud rate = N Bit rate = 3N 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Quadbit Baud rate = N Bit rate = 4N 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Data Communication Technology 214
Bảng so sánh tốc độ bit và tốc độ baud Modulation Units Bits/Baud Baud Rate Bit Rate ASK,FSK, 2-PSK Bit 1 N N 4-PSK, 4-QAM Dibit 2 N 2N 8-PSK, 8-QAM Tribit 3 N 3N 16-QAM Quadbit 4 N 4N 32-QAM Pentabit 5 N 5N 64-QAM Hexabit 6 N 6N 128-QAM Septabit 7 N 7N 256-QAM Octabit 8 N 8N Data Communication Technology 215
Ví dụ  Giản đồ pha trạng thái gồm 8 điểm cách đều nhau trên một vòng tròn. Nếu tốc độ bit là 4800 bps, tìm tốc độ baud ?  Giải: Giản đồ trạng thái-pha cho thấy đây là dạng 8 –PSK với các điểm cách nhau 450. Do 23 = 8, nên mỗi lần truyền 3 bit, như thế tốc độ baud là 4.800/3 = 1600 baud Data Communication Technology 216
Ví dụ  Tính tốc độ bit của tín hiệu 16 – QAM, có tốc độ baud là 1000?  Giải: Hệ thống 16 – QAM dùng 4 bit khi truyền (do 24 = 16). Vậy tốc độ bit là 1.000 x4 = 4.000 bps. Data Communication Technology 217
Ví dụ  Tìm tốc độ baud của tín hiệu 64 –QAM có tốc độ bit 72.000 bps?  Giải: Trong hệ 64-QAM , truyền 6 bit trong mỗi phần tử tín hiệu (do 26 = 64) Vậy tốc độ baud là 72.000/6 = 12.000 baud Data Communication Technology 218
Analog Digital  Trong quá trình truyền tín hiệu, ta cũng cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự  Ví dụ khi gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, do tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu analog được gọi là quá trình số hóa tín hiệu analog  Giảm thiểu khối lượng lớn các giá trị trong thông tin của tín hiệu analog để có thể được biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà không bị thất thoát thông tin Analog/Digital Conversion (codec) Data Communication Technology 219
 Ứng dụng  Dùng để truyền dữ liệu tương tự trên Analog Digital mạng truyền dữ liệu số  Tận dụng các ưu điểm của truyền dẫn số (thiết bị rẻ, dùng repeater, TDM, ) PCM DM  Số hóa  Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZ-L hay các loại mã khác  Thiết bị  CODEC (COder-DECoder)  Kỹ thuật  Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM)  Điều chế Delta: Delta Modulation (DM) Data Communication Technology 220
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 max 11111111  N: tốc độ lấy mẫu  f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu 0  Dữ liệu tiếng nói  Giới hạn tần số <4000Hz 00000001  Tốc độ lấy mẫu cần thiết 00000000 8000 mẫu/giây min Data Communication Technology 221
Điều chế xung mã (PCM) Continuous-time, Discrete-time, Discrete-time, Digital bit continuous-amplitude continuous-amplitude discrete-amplitude stream output (analog) input signal signal (PAM pulses) signal (PCM pulses) signal  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 n  Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2 (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 Data Communication Technology 222
Điều chế xung mã (PCM) Data Communication Technology 223
PAM (Pulse Amplitude Modulation  Bước đầu tiên trong chuyển đổi tương tự - số là điều chế biên độ - xung  Kỹ thuật này lấy tín hiệu analog, lấy mẫu và tạo ra chuỗi xung là kết quả của phần lấy mẫu này.  Phương pháp lấy mẫu này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác của thông tin số liệu Amplitude Amplitude Time Time a . Analog signal b . PAM signal Data Communication Technology 224
Amplitude +127 +127 +125 +110 +100 +90 +88 +75 +77 +52 +50 +38 +48 +39 +24 +26 +25 Time 25 15 50 50 75 80 100 125 Data Communication Technology 225
+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 Sign bit + is 0 is 1 Hình 19 +024 +038 +048 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 Direction of transfer Data Communication Technology 226
Tốc độ lấy mẫu  Theo định lý Nyquist, để bảo đảm độ chính xác khi khôi phục tín hiệu tín hiệu analog nguyên thủy dùng phương pháp PAM thì tốc độ lấy mẫu phải ít nhất hai lần tần số cao nhất của tín hiệu gốc.  Ví dụ: để có thể lấy mẫu tín hiệu thoại có tần số cao nhất 4000Hz, ta cần có tốc độ lấy mẫu là 8000 mẫu/ giây.  Theo định lý Nyquist thì tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu. Data Communication Technology 227
Highest frequency = x Hz Amplitude Sampling rate = 2x samples/second Time sampling interval = 1/2x Data Communication Technology 228
Ví dụ  Hãy cho biết tốc độ lấy mẫu của tín hiệu có băng thông 10kHz ( từ 1khz đến 11khz)?  Giải:Tốc độ lấy mẫu phải là hai lần tần số cao nhất của tín hiệu Tốc độ lấy mẫu = 2 (11.000) = 22.000 mẫu/ giây. Data Communication Technology 229
Số bit trong mỗi mẫu  Sau khi tìm được tốc độ lấy mẫu, ta cần xác định số bit cần truyền trong mỗi mẫu.  Điều này tùy thuộc vào mức chính xác cần thiết. Số bit được chọn sao cho tín hiệu gốc có thể được tái tạo biên độ với độ chính xác cần thiết. Data Communication Technology 230
Ví dụ  Lấy mẫu tín hiệu, mỗi mẫu cần 12 mức chính xác (+0 đến +5 và –0 đến –5). Hỏi cần bao nhiêu bit cần truyền trong mỗi mẫu?  Giải: Cần bốn bit, 1 bit dùng biểu diễn dấu, và 3 bit cho giá trị. Với 3 bit ta có thể biểu diễn được 23=8 mức (000 đến 111), nhiều hơn yêu cầu cần có. Hai bit thì không đủ do 22= 4, còn 4 thì quá nhiều do 24 = 16. Data Communication Technology 231
Tốc độ bit  Sau khi có được số bit trong mẫu, ta cần tính tốc độ bit dùng công thức sau: Tốc độ bit = tốc độ lấy mẫu x số bit trong mỗi mẫu. Rbit = fs x n n: số bit trong mỗi mẫu. Data Communication Technology 232
Ví dụ  Cần số hóa tín hiệu thoại, tìm tốc độ bit với giả sử có 8 bit trong mỗi mẫu?  Giải Tiếng nói con người thường tồn tại trong vùng tần số từ 0 đến 4000 Hz, như thế tốc độ lấy mẫu là: Tốc độ lấy mẫu = 4000 x 2 = 8000 mẫu/giây. Vậy tốc độ bit được tính theo: Tốc độ bit = Tốc độ lấy mẫu x số bit trong mỗi mẫu = 8000 x 8 = 64.000 bps = 64Kbps Data Communication Technology 233
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 () 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 Data Communication Technology 234
Điều chế Delta (DM) Data Communication Technology 235
Điều chế Delta (DM) Data Communication Technology 236
Băng thông của AM  Băng thông của tín hiệu AM thì bằng hai lần băng thông của tín hiệu điều chế và bao phủ vùng xung quanh tần số trung tâm của sóng mang Amplitude Frequency fC BWm BWm BWt = 2 x BWm Data Communication Technology 240
 Băng thông của tín hiệu voice thường là 5 KHz. Như thế các đài phát thanh AM cần băng thông tối đa là 10 KHz. Trong thực tế, FCC (Federal Communication Commission) cho phép mỗi đài AM có băng thông là 10 KHz.  Các đài AM phát các tần số sóng mang từ 530Khz đến 1700 KHz (1,7 MHz). Tuy nhiên các tần số phát này phải được phân cách với ít nhất là 10 KHz (một băng thông AM) nhằm tránh giao thoa. Nếu một đài phát dùng tần số 1100 KHz, thì tần số sóng mang kế không được phép bé hơn 1110 KHz fC = Carrier frequency of the station fC fC fC fC fC fC fC 1700 530 10 KHz KHz KHz Data Communication Technology 241
Ví dụ  Có tín hiệu audio với băng thông 4 KHz, tìm băng thông của tín hiệu AM ? không tính đến các qui định của FCC.  Giải: Tín hiệu AM có băng thông là hai lần băng thông tín hiệu gốc: BW = 2 x 4KHz = 8 KHz Data Communication Technology 242
Băng thông của FM  Băng thông FM là 10 lần băng thông của tín hiệu điều chế và tương tự như băng thông tín hiệu AM, băng thông này cũng bao trùm tần số trung tâm của sóng mang  Băng thông của tín hiệu audio khi phát theo chế độ stereo thường là 15 KHz. Mỗi đài phát FM cần một băng thông tối thiểu là 150 KHz. Cơ quan FCC cho phép 200 KHz (0,2 MHz) cho mỗi đài nhằm dự phòng các dải tần bảo vệ (guard band). BWm = Bandwidth of the modulating signal Amplitude (audio) BWt = Total bandwidth (radio) fC = Frequency of the carrier Frequency fC 5 BWm 5 BWm BWt = 10 x BWm Data Communication Technology 246
 Các chương trình phát FM phát trong dải tần từ 88 đến 108 MHz, các đài phải được phân cách ít nhất 200 KHz để tránh trùng lắp sóng. Trong tầm từ 88 đến 108 MHz, có khả năng có 100 kênh FM, trong đó có thể dùng cùng lúc 50 kênh fC = Carrier frequency of the station fC fC fC fC fC No No No station station station here here here 108 88 200 MHz MHz KHz Data Communication Technology 247
Ví dụ  Có tín hiệu audio với dải tần 4 MHz, tìm băng thông cần cho điều chế FM không tính đến qui định của FCC.  Giải: Tín hiệu FM cần 10 lần băng thông của tín hiệu gốc: BW = 10 x 4 MHz = 40 MHz Data Communication Technology 248
Kỹ thuật truyền  Truyền song song  Truyền nối tiếp  Truyền bất đồng bộ  Truyền đồng bộ Data Communication Technology 251
Truyền song song  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 Data Communication Technology 252
Truyền song song Data Communication Technology 253
Truyền nối tiếp  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 bit  Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ Data Communication Technology 254
Truyền nối tiếp Data Communication Technology 255
Truyền bất đồng bộ  Được dùng trong trường hợp dữ liệu tạo ra ngẫu nhiên (vd thông tin giữa bàn phím và máy tính)  Ứng dụng trong truyền dữ liệu tốc độ thấp và trung bình  Dữ liệu thường được đặt giữa một start bit và một hoặc nhiều hơn một stop bit.  Trong truyền bất đồng bộ có nhiều phương pháp đồng bộ dữ liệu  Đồng bộ byte, đồng bộ bit, đồng bộ khung Data Communication Technology 256
Truyền bất đồng bộ Đồng bộ byte  Ký tự được mã hóa từ 5 đến 8 bit. Ký tự nằm giữa bit start, 1 đến 2 bit stop  Khi đường truyền ở dạng Idle  Gặp chuyển trạng thái từ 1 về 0  Báo cho phía thu biết đang có dữ liệu đến  Sự chuyển trạng thái này là báo hiệu của bit start  LSB truyền trước, MSB truyền sau  Có thể chèn thêm bit kiểm tra chẳn lẽ P Data Communication Technology 257
Truyền bất đồng bộ Đồng bộ bit  Bộ thu lấy mẫu tại trung tâm mỗi bit  Phía phát dùng bộ PISO theo nhịp phát  Xung nhịp phía thu hoạt động độc lập so với bên phát  Để quá trình thu làm việc tin cậy thì cần mạch tạo nhịp cục bộ gần với trung tâm của mỗi bit ,cho phép truyền nhận đúng dữ liệu Data Communication Technology 258
Truyền bất đồng bộ Đồng bộ khung STX A B ETX Đồng bộ khung trường hợp truyền ký tự in được DLE STX DLE DLE DLE ETX Dữ liệu nhị phân Chèn thêm  Ứng dụng cho thông tin truyền đi có nhiều ký tự  Cần xác định  Start of text – bắt đầu khung  End of text - kết thúc khung  Truyền nhị phân cũng giống ký tự nhưng  Chèn DLE khi gặp một DLE Data Communication Technology 262
Ƣu nhƣợc truyền bất đồng bộ  Ưu điểm  Phần cứng đơn giản  Ưu tiên cho dữ liệu nhỏ, khoảng cách ngắn  Nhược điểm  Hiệu suất thấp do thêm start/stop bit  Dễ xảy ra lỗi khi dữ liệu lớn Data Communication Technology 263
Truyền đồng bộ  Truyền không cần start/stop bit  Phải có tín hiệu đồng bộ  Nhịp phía thu phải hoạt động đồng bộ với tín hiệu nhận được  3 phương pháp tạo nhịp phía thu  Mã hóa xung nhịp clock  DPLL – vòng khóa pha số  Hybrid – nguyên lý lai  2 phương pháp đồng bộ bit  Định hướng ký tự  Định hướng bit Data Communication Technology 264
Mã hóa nhịp  Xung nhịp được nhúng (mã hóa) vào trong tín hiệu phát  Phía thu sẽ tách nhịp trở lại cung cấp cho mạch thu  Dùng phương pháp mã hóa đường dây – biến đổi số - số để mã hóa nhịp Data Communication Technology 266
Data Communication Technology 268
Nguyên lý lai (Hybrid) Transmiter Receiver Clock TxD RxD encoder DPLL SIPO Local PISO clock xN local clock  Khi tốc độ bit tăng lên, thì rất khó khăn việc duy trì đồng bộ. Do vậy, mã hóa Manchester và DPLL kết hợp như kỹ thuật lai cũng được đưa vào sử dụng.  DPLL được sử dụng để giữ nhịp nội đồng bộ với tín hiệu nhận được.  Việc dùng mã hóa Manchester có nghĩa là có ít nhất một quá độ ở mỗi bit. Do vậy nhịp nội sẽ giữ đồng bộ tin cậy hơn.  Tuy nhiên khi áp dụng mã Manchester thì sẽ cần băng thông rộng hơn Data Communication Technology 269
Data Communication Technology 270
Nguyên lý kiểm soát truyền đồng bộ Định hƣớng ký tự  Truyền định hướng ký tự chủ yếu là truyền các khối ký tự như các file ký tự ASCII  Do không có start, stop bit nên phía phát chèn thêm hai hoặc nhiều ký tự SYN đầu và cuối của khối ký tự. Quá trình này gọi là đồng bộ ký tự  Đồng bộ bit  Làm mốc để diễn dịch dòng dữ liệu  Dữ liệu truyền được đóng gói theo cấu trúc hoặc kiểu truyền trong suốt:  Hiệu suất kém do việc chèn thêm các SYN,STX,ETX Data Communication Technology 271
Nguyên lý kiểm soát truyền đồng bộ Định hƣớng ký tự Chiều truyền Thời gian SYN SYN STX ETX Nội dung khung – các ký tự in được Đồng bộ ký tự Data Communication Technology 272
Nguyên lý kiểm soát truyền đồng bộ Định hƣớng ký tự Data Communication Technology 273
 Định hướng ký tự không hiệu quả vì cần có cặp ký tự đầu khung và cuối khung cùng với các ký tự DLE.  Hơn nữa, khuôn dạng của ký tự điều khiển truyền dẫn khác nhau đối với các cặp ký tự khác nhau, vì vậy sơ đồ chỉ thể sử dụng với một kiểu ký tự nào đó dù nội dung khung có thể là số liệu nhị phân thuần khiết.  Để khắc phục vấn đề này, hiện nay đang sử dụng phải biến sơ đồ truyền dẫn định hướng bit cho cả khung gồm ký tự in được và cả số liệu nhị phân. Data Communication Technology 274
Nguyên lý kiểm soát truyền đồng bộ Định hƣớng bit  Hiệu suất lớn hơn định hướng ký tự  Dùng cờ mẫu 8 bit 01111110 cho bắt đầu và kết thúc một khung dữ liệu.  Truyền trạng thái rảnh  gồm 8 bit 11111111(trong trường hợp dùng linecodes)  Gặp 5 bit 1 liên tiếp, sẽ chèn thêm 1 bit 0  Phía thu sẽ bỏ bit 0 này khi phát hiện điều này Data Communication Technology 275
Chiều truyền Nội dung khung 111111111 01111110 01111110 111111111 Line idle Cờ mở Cờ đóng Line idle bộ phát Enable/Disable Chèn Loại bỏ bit 0 bit 0 PISO TC RC SIPO |01111110|11011001111101101101111100 .11|01111110| data Flag open Flag close Các bit 0 được chèn Data Communication Technology 276
Nguyên lý kiểm soát truyền đồng bộ Định hƣớng bit  Trong mạng cục bộ LAN:  Mẫu bit gọi là Preamble gồm 10 bit: “1010101010” được truyền trước để các trạm có thể bám đồng bộ  Mẫu bit “10101011” là cờ mở và cờ đóng cho khung dữ liệu. Data Communication Technology 277
Kỹ thuật ghép và phân kênh  Khái niệm ghép kênh (Multiplexing)  Thuật ngữ “ghép kênh”: chỉ quá trình kết hợp hay tổ hợp nhiều tín hiệu lối vào (có tốc độ bit thấp) tạo nên một tín hiệu lối ra (có tốc độ bit cao hơn)  Điều kiện đơn kênh: Tại một thời điểm, môi trường truyền dẫn chỉ cho phép duy nhất một kênh truyền/tín hiệu truyền qua  Trong trường hợp nhiều kênh truyền cùng chia sẻ một môi trường truyền dẫn: khi đó tài nguyên của môi trường truyền sẽ phải chia nhỏ, môi kênh truyền sẽ được chia một phần tài nguyên đó  Tài nguyên của môi trường truyền dẫn: thời gian, tần số, mã, không gian Data Communication Technology 278
 Hai trạm truyền tin không bao giờ sử dụng hết khả năng của đường truyền  Do đó cần chia sẻ đường truyền cho nhiều quá trình trao đổi thông tin: Dồn kênh, tách kênh  DTE không yêu cầu tốc độ truyền tin cao  Tốc độ truyền tin càng cao, khối lượng thông tin trao đổi càng lớn, thì chi phí trên một đơn vị thông tin càng nhỏ  Dồn kênh, tách kênh được sử dụng phổ biến trong viễn thông Data Communication Technology 279
Ví dụ về dồn kênh: Truyền hình cáp  Tín hiệu video  483 dòng, 30 hình/s  Tia điện tử quét 241 ½ dòng chẵn, sau đó quét 241 ½ dòng lẻ  Thời gian trở về sau mỗi hình=21 dòng  Tổng cộng 525x30 dòng/s  Mỗi dòng quét trong 1/15750=63.5 micro s  Thời gian trở về sau mỗi dòng 11 micro s  Thời gian quét 52,5 micro s  Màn hình 4:3  độ phân giải 70% số điểm  khi đó số điểm trên 1 dòng là 4/3x0,7x 483=450  Tần số tín hiệu video: (450/2)x(1/52.5)~4Mhz Data Communication Technology 280
Ví dụ về dồn kênh: Truyền hình cáp  Điều biên tín hiệu video  Tín hiệu đen trắng  Tín hiệu màu  Tín hiệu audio  Tổng cộng 6MHz  Truyền hình cáp, giải thông 500Mhz  Dồn kênh được ~100 đài cùng một lúc Data Communication Technology 281
Ghép kênh  Multiplixer Data Communication Technology 282
Phân hợp kênh  Nhiều đường kết nối trên một đường dây vật lý  Dùng cho kết nối xa, dung lượng lớn  Cáp quang, cáp đồng trục, viba Data Communication Technology 283
Phân hợp kênh  Lý do phân hợp kênh  Tăng tốc độ kênh truyền, nâng cao hiệu dụng kênh truyền  Giá thành kênh truyền giảm  Thiết bị cá nhân không đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao  Các máy tính lướt web chỉ cần tốc độ 64kbps  Các kênh thoại không yêu cầu băng thông truyền cao Data Communication Technology 284
Phƣơng pháp phân hợp kênh  Kết hợp hai yếu tố  Băng thông và thời gian của kênh Data Communication Technology 285
 Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM)  Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)  Ghép kênh phân chia theo mã (CDM)  Ghép kênh phân chia theo không gian (SDM)  Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) Data Communication Technology 286
Frequency – Division Multiplexing (FDM)  Thường dùng ghép kênh cho tín hiệu tương tự  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 chồng lấn nhau (guard bands)  Ví dụ broadcast radio  Kênh truyền được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấp phát tĩnh) Data Communication Technology 287
FDM Operating Data Communication Technology 288
FDM Data Communication Technology 289
FDM Data Communication Technology 290
FDM Data Communication Technology 291
FDM – hợp kênh Data Communication Technology 292
FDM – tách kênh Data Communication Technology 293
Ghép 3 kênh thoại Data Communication Technology 294
Hạn chế FDM  Băng thông đường truyền phải lớn băng thông mỗi kênh  Nhiễu  Nhiễu Crosstalk  Phổ của tín hiệu thành phần chồng lắp lên nhau  Mỗi kênh thoại chỉ cần băng thông 4khz  Nhiễu điều chế  Các thiết bị, linh kiện trong mạch điều chế hoạt động phi tuyến sinh ra các hài lạ Data Communication Technology 295
FDM – mạng AT&T Data Communication Technology 296
Phân kênh theo bƣớc sóng WDM (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 Data Communication Technology 297
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 Data Communication Technology 298
WDM - Operating  Nguồn sáng được tạo ra từ nguồn laser có tần số khác nhau  Nhiều chùm sáng kết hợp với nhau để lan truyền trên một đường cáp quang  Phân kênh tại đích đến  Công nghệ mới DWDM  Mỗi kênh lên tới 200Ghz Data Communication Technology 299
WDM – hợp kênh Data Communication Technology 300
WDM – phân kênh Data Communication Technology 301
WDM – Ring network Data Communication Technology 302
WDM – Systems 1 Data Communication Technology 303
WDM – system 2 Data Communication Technology 304
WDM – System 3 Data Communication Technology 305
Dense Wavelength Division Multiplexing  DWDM  Chưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa)  Các kênh sít nhau hơn WDM  200GHz Data Communication Technology 306
Time – Division Multiplexing (TDM)  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 Data Communication Technology 307
TDM Data Communication Technology 308
Điều khiển liên kết TDM  Các frame TDM không có header và trailer  Không cần điều khiển lớp Datalink  Điều khiển dòng  Tốc độ đường truyền phân hợp kênh được cố định và các bộ phân hợp kênh phải hoạt động ở tốc độ đó  Nếu một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác vẫn tiếp tục  Điều khiển lỗi  Lỗi được phát hiện và sữa lỗi cho từng kênh Data Communication Technology 309
Mô hình về TDM Data Communication Technology 310
Hệ thống TDM thực tế  Sử dụng TDM phân cấp  USA/Canada/Japan dùng một hệ thống  ITU-T châu âu dùng hệ thống khác tương tự  Hệ thống Mỹ dùng trên phân cấp DS1  Truyền cả thoại và dữ liệu  24 kênh – tốc độ lên tới 1.544 Mbps  1khung có 8 bit/kênh và 1 bit đồng bộ khung  Có thể kết hợp nhiều DS1 tạo thành DS2 có tốc độ 6.312 Mbps Data Communication Technology 311
TDM – Định dạng DS1 Data Communication Technology 312
Cấu trúc phân cấp TDM Data Communication Technology 313
Ghép kênh đồng bộ theo thời gian ( STMD)  STDM: Synchronous Time Division Multiplexing  Tốc độ môi trường truyền phải lớn hơn tín hiệu được truyền  Nhiều tín hiệu số đồng thời được truyền trên một kênh truyền bằng cách  Đan xen mỗi phần tử của mỗi tín hiệu theo thời gian – Time Slot  Dữ liệu xen kẽ là: bit, block, byte, nhiều byte Data Communication Technology 314
STDM Data Communication Technology 315
Hoạt động của STDM Data Communication Technology 316
Đặc điểm của STDM  Dữ liệu truyền được phân frame giống nhau về cấu trúc  Mỗi frame gồm một tập khe thời gian – time slot  Chuỗi time slot trong các frame cấp cho một nguồn tin gọi là một kênh – channel  Time slot được gán trước cho mỗi kênh và không thay đổi gọi là đồng bộ Data Communication Technology 317
TDM – bất đồng bộ  Nhiều Slot time bị bỏ trống  Khi kênh truyền không có dữ liệu  Cấp phát Time Slot động theo nhu cầu  Số slot trong một frame nhỏ hơn số kênh đầu vào  Hổ trợ nhiều nguồn phát hơn so với TDM đồng bộ có cùng chung Băng thông  Bộ phân hợp kênh quét các đường nhập và tập hợp data cho đến khi đầy khung Data Communication Technology 318
Định dạng TDM bất đồng bộ Data Communication Technology 319
Ghép kênh theo mã (CDM)  Khái niệm  Mỗi “người dùng” hay tín hiệu được gán một từ mã trong không gian mã trực giao cho trước, sau đó các kênh tín hiệu được ghép lại và truyền đi  Đặc điểm  Mỗi kênh tín hiệu được sử dụng toàn bộ băng thông của hệ thống và toàn bộ khung thời gian truyền dẫn  Bộ ghép và giải ghép phức tạp Data Communication Technology 320
Sơ đồ bộ phát CDMA Data Communication Technology 321
Sơ đồ bộ thu CDMA Data Communication Technology 322
Bảng so sánh Data Communication Technology 323
Kỹ thuật phát hiện lỗi và sửa sai  Là công việc quan trọng, phía thu sẽ xác nhận việc truyền đã đúng chưa, nếu chưa nó yêu cầu phía phát truyền lại  Lý do tất yếu phải kiểm soát lỗi:  Các tín hiệu điện đại diện luồng bit truyền rất dễ bị thay đổi do sự thâm nhập điện từ cảm ứng lên các đường dây từ các thiết bị điện tử gần đó -> lỗi đường truyền  Hệ thống cần phải có một vài biện pháp để nơi thu có khả năng biết được thông tin thu có chứa lỗi hay không. Hơn nữa, nếu phát hiện được lỗi sẽ có một cơ cấu thích hợp để thu về bản copy chính xác của thông tin Data Communication Technology 324
Cách khắc phục khi phát hiện có lỗi  2 hướng kiểm soát lỗi  Kiểm soát lỗi hướng tới (Forward error control), trong đó mỗi ký tự hay Frame dữ liệu được truyền sẽ chứa một vài thông tin bổ sung nhằm giúp máy thu không chỉ phát hiện ra lỗi mà còn xác định lỗi nằm ở đâu trong luồng bit truyền. Sau đó chỉ cần đảo ngược các bit lỗi để có được thông tin chính xác.  Kiểm soát lỗi quay lui (Feedback error control), trong đó mỗi ký tự hay Frame dữ liệu được truyền chỉ chứa lượng thông tin đủ cho máy thu phát hiện lỗi, không thể xác định vị trí bit bị lỗi trong luồng dữ liệu thu được. Tuy nhiên sẽ có một lược đồ truyền lại để máy phát truyền bản copy khác của thông tin bị sai này. Data Communication Technology 325
Phân loại lỗi  Lỗi 1 bit  Chỉ 1 bit bị lỗi, không ảnh hưởng các bit xung quanh  Thường xảy ra do nhiễu trắng  Lỗi chùm (busrt error)  Một chuỗi liên tục B bit trong đó bit đầu, bit cuối và các bit bất kỳ nằm giữa chuỗi đều bị lỗi.  Thường xảy ra do nhiễu xung  Ảnh hưởng càng lớn đối với tốc độ truyền cao Data Communication Technology 326
Các phƣơng pháp phát hiện lỗi  Có 6 phương pháp phát hiện sai  Phương pháp dội  Phương pháp lặp  Phương pháp kiểm tra chẳn lẽ  Phương pháp kiểm tra khối BSC  Mã CRC  Mã Hamming, Hufman. Data Communication Technology 327
Phƣơng pháp dội (Echoing) Thông điệp Bộ phát Bộ thu Bản sao  Phía phát sẽ lƣu lại thông điệp khi đã phát và xóa thông điệp lƣu này khi nhận lại đƣợc bản sao từ phía thu giống với nó.  Phía thu khi nhận dữ liệu sẽ phát lại bản sao về phía phát.  Nếu phía phát kiểm tra bản sao từ phía thu và thông điệp lƣu ban đầu sai thì nó sẽ gởi lại. Data Communication Technology 328
Phƣơng pháp lặp Bản sao Thông điệp Bộ phát Bộ thu  Thông điệp sẽ được truyền thêm một bản sao, kèm theo thông điệp Data Communication Technology 329
Phƣơng pháp kiểm tra chẵn lẻ (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 D a t a parity chẵn hay lẻ tương Dứng a t a Parity bit ( ASCII ) B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 (odd ) h 1 0 0 0 0 1 1 0 e 1 0 0 0 0 0 1 1 Data Communication Technology 330
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. Data Communication Technology 331
Kiểm tra tổng khối BSC  Dữ liệu truyền dạng khối gồm hàng&cột  Kiểm tra parity cho cả hàng và cột  Có khả năng phát hiện tất cả các bit sai kể cả vị trí của chúng nhờ vào định vị hàng và cột  Thích hợp cho việc kiểm tra lỗi bit ngẫu nhiên, lỗi bit truyền nhóm, thích hợp cho định hướng ký tự  Đáng tin cậy trong thực tế Data Communication Technology 332
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 Start D a t a Parity Stop B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 (even) 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 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 (odd) Data Communication Technology 333
Đặc PO B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 điểm 0 0 0 0 0 0 1 0 STX st 1 0 1 0 1 0 0 0 1 b st 0 1 0 0 0 1 1 0 2 b st 0 0 1 0 0 0 0 0 3 b st 1 0 1 0 1 1 0 1 4 b st 0 1 0 0 0 0 0 0 5 b st 1 1 1 0 0 0 1 1 6 b 1 0 0 0 0 0 1 1 ETX 0 1 0 0 0 0 0 1 BCC Data Communication Technology 334