Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 3: Truyền tải thông tin

Nội dung text: Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 3: Truyền tải thông tin

1. TRUYỀN DỮ LIỆU CHƯƠNG 3 TRUYỀN TẢI THÔNG TIN Khoa Mạng máy tính và Truyền thông Trường Đại học Công nghệ Thông tin
2. Nội dung ◼ Các khái niệm chính trong truyền tải thông tin ◼ Tần số, phổ và băng thông ◼ Các khái niệm của miền tần số ◼ Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số ◼ Dữ liệu và tín hiệu ◼ Sai số đường truyền ◼ Băng thông Nyquist ◼ Công thức năng suất Shannon
3. Các khái niệm chính trong truyền tải thông tin ◼ Thiết bị phát ◼ Thiết bị thu ◼ Môi trường truyền dẫn ❑ Có định hướng: dây soắn cặp, dây cáp quang ❑ Không có định hướng: không khí, nuớc, chân không
4. Các khái niệm chính (2) ◼ Nối trực tiếp: không có thiết bị ở giữa ◼ Điểm nối điểm ❑ Có kết nối trực tiếp ❑ Chỉ có 2 thiết bị chia sẻ đường link ◼ Kết nối đa điểm ❑ Có hơn 2 thiết bị chia sẻ đường kết nối
5. Các khái niệm chính (3) ◼ Đơn công (Simplex) ❑ Chỉ có thể truyền 1 chiều như là sóng Truyền hình ◼ Nửa song công (Half Duplex) ❑ Có thể truyền 2 chiều nhưng trong một thời điểm chỉ có thể truyền 1 chiều ◼ Song công (Duplex) ❑ Có thể truyền 2 chiều trong cùng một thời gian
6. Tần số, phổ và băng thông ◼ Các khái niệm tín hiệu trong miền thời gian ❑ Tín hiệu tuần tự (Analog signal): không có thay đổi đột ngột ❑ Tín hiệu số (Digital signal): Thay đổi từ một mức sang một mức khác ❑ Tín hiệu tuần hoàn: có chu kỳ theo thời gian ❑ Tín hiệu không tuần hoàn: Không có chu kỳ
7. Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số
8. Tín hiệu tuần hoàn
9. Sóng Sin ◼ Biên độ (Peak Amplitude - A) ❑ Cao độ lớn mạnh nhất của tín hiệu ❑ Tính bằng volts ◼ Tần số (Frequency - f) ❑ Nhịp độ thay đổi của tín hiệu ❑ Tín bằng Hertz (Hz) hoặt là số chu kỳ trong 1 giây ❑ Chu kỳ - thời gian cho vòng thay đổi ❑ T=1/f ◼ Pha (Φ): Vị trí tương đối về thời gian
10. Các sóng sin: s(t) = A sin(2 ft +)
11. Chiều dài sóng () ◼ Khoảng cách lan truyền của sóng cho 1 chu kỳ ◼ Giả sử sóng có tốc độ v ❑  = vT ❑ f = v 8 ❑ c = 3*10 m/s (tốc độ ánh sáng)
12. Các khái niệm của miền tần số ◼ Thông thường tín hiệu được tạo bởi nhiều tần số ◼ Thành phần bao gồm nhiều sóng sin ◼ Có thể quan sát (với biến đổi Fourier) với mỗi một tín hiệu có nhiều thành phần sóng sin ◼ Có thể vẽ tín hiệu trong miền tần số
13. Cộng các tần số (T=1/f)
14. Tín hiệu
15. Biểu diễn trong miền tần số
16. Phổ và băng thông ◼ Phổ (spectrum) ❑ Phạm vi của các tần số có chứa tín hiệu ◼ Băng thông tuyệt đối (Absolute bandwidth) ❑ Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất) ◼ Băng thông hiệu dụng (Effective bandwidth) ❑ Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của tín hiệu ◼ Thành phần DC
17. Băng thông A F 500 2500 Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz ◼ Băng thông tuyệt đối ◼ Băng thông hiệu dụng
18. Tần số của tín hiệu Miền thời gian Miền tần số A A T F 0 1 giây (s) A A f T F f A A T F 2f
19. Phổ của tín hiệu F (Hz) f = 300 Hz 300 F (Hz) 600 Hz 600 F (Hz) 700 Hz 700 F (Hz) Phổ: Tầm tần số chứa trong tín hiệu
20. Tín hiệu với thành phần DC
21. Tốc độ truyền dữ liệu và băng thông ◼ Mỗi một đường truyền đều có một dải giới hạn về tần số ◼ Điều này giới hạn tốc độ truyền mà đường truyền đó có thể mang
22. Truyền tải dữ liệu tuần tự và số ◼ Dữ liệu: các thực thể mang nội dung ◼ Tín hiệu: Dòng điện hoặc điện từ thể hiện dữ liệu ◼ Truyền tải: Truyền dữ liệu bằng cách lan truyền và xử lý các tín hiệu
23. Dữ liệu tuần tự và dữ liệu số ◼ Tuần tự ❑ Có giá trị liên tục trong một khoảng thời gian ❑ Ví dụ: âm thanh, video ◼ Số ❑ Có giá trị rời rạc ❑ Ví dụ: ký tự, số nguyên
24. Phổ của âm thoại (tuần tự)
25. Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số ◼ Thể hiện bởi loại dữ liệu được lan truyền ◼ Tuần tự ❑ Có giá trị liên tục ❑ Có nhiều môi trường truyền dẫn: dây đồng, cáp quang ❑ Băng thông của giọng nói từ 100Hz đến 7kHz ❑ Băng thông của điện thoại từ 300Hz đến 3400Hz ❑ Băng thôg của Video 4MHz ◼ Số: có 2~nhiều thành phần DC (mức điện áp)
26. Ưu và nhược điểm của tín hiệu số ◼ Rẻ hơn ◼ Ít bị ảnh hưởng của nhiễu ◼ Suy hao nhiều hơn ❑ Các xung trở nên tròn và nhỏ đi ❑ Có thể dẫn tới mất mát thông tin
27. Suy hao của tín hiệu số
28. Chuyển âm thanh đầu vào thành tín hiệu tuần tự
29. Dữ liệu số dạng nhị phân ◼ Nhận được từ máy tính ◼ Có 2 thành phần DC ◼ Băng thông phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu
30. Chuyển từ dữ liệu máy tính ra tín hiệu số
31. Dữ liệu và tín hiệu ◼ Người ta sử dụng tín hiệu số hoặc tín hiệu tuần tự để truyền dữ liệu ◼ Các dữ liệu như dữ liệu số hay dữ liệu tuần tự cần được điều chế thành tín hiệu trước khi được truyền đi ◼ Có thể sử dụng tín hiệu tuần tự để mang dữ liệu số: dùng Modem ◼ Có thể sử dụng tín hiệu số để mang dữ liệu tuần tự: Đĩa CD audio
32. Tín hiệu tuần tự mang dữ liệu tuần tự và dữ liệu số
33. Tín hiệu số mang dữ liệu tuần tự và dữ liệu số
34. Việc truyền tín hiệu tuần tự ◼ Tín hiệu tuần tự được truyền không cần xử lý đến nội dung ◼ Có thể là dữ liệu tuần tự hay số ◼ Có thể có sự suy giảm khi truyền qua khoảng cách ◼ Có thể dùng bộ khuyếch đại để khuếch đại tín hiệu ◼ Có thể khuyếch đại cả nhiễu
35. Việc truyền tín hiệu số ◼ Phải quan tâm đến nội dung ◼ Thông tin có thể bị ảnh hưởng của nhiễu, suy giảm ◼ Có thể sử dụng bộ tiếp sức: bộ tiếp sức nhận tín hiệu, nhận biết các bit, truyền tiếp ◼ Khác phục được suy giam và không khuyếch đại nhiễu
36. Ưu điểm của truyền tín hiệu số ◼ Kỹ thuật số: giá rẻ với kỹ thuật LSI/VLSI ◼ Toàn vẹn thông tin: Có thể dùng với khoảng cách xa trên đường truyền chất lượng thấp ◼ Khả năng sử dụng ❑ Tiết kiệm khi sử dụng các đường băng thông cao ❑ Dễ ghép kênh (multiplexing) ◼ Bảo mật: dùng mã hóa ◼ Tính thống nhất: Có thể truyền cả dữ liệu tuần tự và số như nhau
37. Sai số đường truyền ◼ Tín hiệu nhận có thể khác với tín hiệu truyền ◼ Tuần tự: Giảm chất lượng tín hiệu ◼ Số: các bit sai ◼ Nguyên nhân: ❑ Suy giảm và méo tín hiệu ❑ Méo do độ trễ ❑ Nhiễu
38. Độ suy giảm tín hiệu ◼ 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 ◼ Cường độ tín hiệu nhận phải ❑ Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được ❑ Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi ◼ Suy giảm là một hàm tăng theo tần số
39. Độ suy giảm tín hiệu ◼ Đo bằng đơn vị decibel (dB) ◼ 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
40. Méo do 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
41. 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
42. Nhiễu nhiệt và nhiễu điều chế ◼ 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 điều chế ❑ Tín hiệu nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các tín hiệu dùng chung môi trường truyền
43. Nhiễu xuyên kênh và nhiễu xung ◼ Nhiễu xuyên kênh (crosstalk) ❑ Tín hiện từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác ◼ Nhiễu xung ❑ Xung bất thường (spike): như ảnh hưởng điện từ bên ngoài ❑ Thời khoảng ngắn ❑ Cường độ cao
44. Khả năng của kênh truyền ◼ Tốc độ truyền dữ liệu (Data rate) ❑ Tính bằng bit/giây ❑ Tốc độ mà dữ liệu có thể truyền đi ◼ Băng thông ❑ Tính bằng số chu kỳ trong một giây (Hz) ❑ Hạn chế bở thiết bị chuyền/nhận và đường truyền ❑ Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền.
45. Băng thông Nyquist ◼ Với đường truyền có băng thông là B thì với 2 mức thay đổi tín hiệu sẽ có tốc độ tín hiệu cao nhất là 2B ◼ C = 2Blog2M ❑ C: tốc độ truyền tín hiệu cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu ❑ B: băng thông của kênh truyền (Hz) ❑ M: số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền
46. Tốc độ kênh truyền
47. Bit rate
48. Công thức năng suất Shannon ◼ Xét tốc độ truyền, nhiễu và tỷ lệ lỗi ◼ Tốc độ càng cao dẫn đến thời gian cho một bit ngắn đi và một xuất hiện của nhiễu sẽ tác động đến nhiều bits. Với một mức nhiễu thì tốc độ truyền càng cao dẫn đến tỷ lệ lỗi càng nhiều. ◼ Signal to Noise ratio: ❑ SNRdb = 10 x log10 (S/N) (dB) ❑ SNR = S/N ❑ S: công suất tín hiệu ❑ N: công suất nhiễu ◼ Năng suất Shannon C = B x log2 (1 + SNR) (bps) ❑ C : tốc độ truyền tín hiệu cực đại của kênh truyền
49. Tài liệu tham khảo ◼ William Stallings (2010), Data and Computer Communications (9th Edition), Prentice Hall
50. HẾT CHƯƠNG 3