![Điều chế biên (AM)
Biên độ của sóng mang được thay đổi bởi biên độ của tín
hiệu được truyền đi
s(t) = [1+nax(t)]cos(2πfct)
Tạo ra tín hiệu 2 bên (DSBTC)
SSB và DSBSC
Ưu điểm
Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế)
Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhau
Khuyết điểm
Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu
Không sử dụng hiệu quả năng lượng
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 51](https://image.slidesharecdn.com/truyensolieu-120429230527-phpapp02/85/Data-communication-and-networking-51-320.jpg)
![Điều chế góc
s(t) = Accos[2πfct + Φ(t)]
Phương pháp điều tần số (FM)
Tín hiệu phát thay đổi thành phần tần số tỷ lệ với biên độ
và tần số của tín hiệu truyền đi
Ưu điểm
Khó bị ảnh hưởng của nhiễu
Sử dụng hiệu quả năng lượng
Khuyết điểm
Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín
hiệu truyền đi ban đầu (dữ liệu)
Điều chế và giải điều chế phức tạp hơn so với phương pháp
điều biên
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 53](https://image.slidesharecdn.com/truyensolieu-120429230527-phpapp02/85/Data-communication-and-networking-53-320.jpg)
Data communication and networking
- 1. Các vấn đề cơ bản của truyền số liệu bvhieu@dit.hcmut.edu.vn bvhieu@cse.hcmut.edu.vn 1
- 2. Nội dung Dữ liệu và tín hiệu Truyền dẫn dữ liệu Kỹ thuật mã hóa tín hiệu Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) Lỗi và phát hiện, sữa lỗi Cấu hình Giao tiếp V.24/EIA-232-F Nén thông tin Phân hợp kênh ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2
- 3. Nội dung Dữ liệu và tín hiệu Truyền dẫn dữ liệu Kỹ thuật mã hóa tín hiệu Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) Lỗi và phát hiện, sữa lỗi Cấu hình Giao tiếp V.24/EIA-232-F Nén thông tin Phân hợp kênh ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 3
- 4. Tín hiệu số (digital) Tín hiệu số có thể được biểu diễn như sau x = f + f3 + f5 +f7 +f9 +f11 +f13 ....f∞ Tín hiệu số gồm 1 tần số cơ bản (f), cộng thêm tần số 3f (hài tần bậc 3), cộng thêm tần số 5f (hài tần bậc 5), … Gọi biên độ của tần số f, f3, f5,… là a, a3, a5, … thì a = 3a3 = 5a5 … Yêu cầu: băng thông của kênh truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần số 5f đi qua mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4
- 5. Tín hiệu số (tt) Có thể truyền tín hiệu số tốc độ 2400bps qua kênh truyền băng thông 3.1kHz ? Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5
- 6. Dữ liệu và tín hiệu Thường dùng tín hiệu số truyền dữ liệu số Thường dùng tín hiệu tương tự truyền dữ liệu tương tự Có thể dùng tín hiệu tương tự mang dữ liệu số Modem Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu tương tự Compact Disc audio Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6
- 7. Nội dung Dữ liệu và tín hiệu Truyền dẫn dữ liệu Kỹ thuật mã hóa tín hiệu Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) Lỗi và phát hiện, sữa lỗi Cấu hình Giao tiếp V.24/EIA-232-F Nén thông tin Phân hợp kênh ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7
- 8. Truyền dẫn Truyền dẫn tương tự Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền Suy giảm khi truyền xa Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu m(t) s(t) m(t) Digital/Analog Modulator analog Demodulator fc S(f) f fc Bộ môn Kỹ thuật máy tính 8
- 9. Truyền dẫn (tt) 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. g(t) x(t) g(t) Encoder Decoder Digital/Analog digital x(t) t Bộ môn Kỹ thuật máy tính 9
- 10. Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn Analog data/Analog Signal Analog and digital transmission Gởi bình thường Analog Analog Digital Mã hóa vào phần phổ khác data signal signal Analog data/Digital Signal Digital Analog Digital data signal signal Dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số Digital Data/Analog Signal Được mã hóa dùng modem để tạo ra tín hiệu tương tự Digital Data/Digital Signal Gởi bình thường Mã hóa để tạo ra tín hiệu số có đặc tính mong muốn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 10
- 11. Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn (tt) Analog Signal/Analog Transmission Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý tín hiệu như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tự Analog Signal/Digital Transmission Xem tín hiệu biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeater Digital Signal/Analog Transmission Không dùng Digital Signal/Digital Data Tín hiệu là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater Bộ môn Kỹ thuật máy tính 11
- 12. Truyền dẫn số Ưu điểm Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành Toàn vẹn dữ liệu Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất lượng Hiệu quả kênh truyền Có thể truyền nhiều kênh hơn trên cùng một đường truyền Bảo mật Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng Tích hợp Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12
- 13. Nội dung Dữ liệu và tín hiệu Truyền dẫn dữ liệu Kỹ thuật mã hóa tín hiệu Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) Lỗi và phát hiện, sữa lỗi Cấu hình Giao tiếp V.24/EIA-232-F Nén thông tin Phân hợp kênh ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 13
- 14. Tiêu chí so sánh các phương pháp mã hóa Phổ tín hiệu Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông Thiếu thành phần một chiều cho phép “ac coupling” thông qua bộ biến đổi, cho phép các thiết bị tách rời vật lý 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 14
- 15. Tiêu chí so sánh các phương pháp mã hóa(tt) Khả năng phát hiện lỗi Nhiễu và khả năng miễn nhiễm Độ phức tạp và chi phí Bộ môn Kỹ thuật máy tính 15
- 16. Dữ liệu số - Tín hiệu số 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 16
- 17. Thuật ngữ Unipolar Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu Polar Một trạng thái được biểu diễn bằng mức điện áp dương Một trạng thái được biểu diễn bằng mức điện áp âm Độ rộng (chiều dài 1 bit) Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bit Tốc độ điều chế Tốc độ mức tín hiệu thay đổi (baud rate) Mark và Space Tương ứng với 1 và 0 nhị phân Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17
- 18. Diễn giải tín hiệu Cần biết Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc) Mức tín hiệu Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải t/h Tỉ số SNR Tốc độ dữ liệu Băng thông Bộ môn Kỹ thuật máy tính 18
- 19. Nonreturn to zero (NRZ) Điện áp không thay đổi trong thời khoảng bit 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 (NRZI) Có thay đổi tín hiệu mã hóa 1 Không có thay đổi tín hiệu mã hóa 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 19
- 20. Ưu và nhược điểm của NRZ Ưu điểm của NRZI so với NRZL Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, mức dễ dàng bị mất Ưu điểm của NRZ Dễ dàng nắm bắt Băng thông dùng hiệu quả Nhược điểm của NRZ Có thành phần một chiều Thiếu khả năng đồng bộ Dùng trong việc ghi băng từ Ít dùng trong việc truyền t/h Bộ môn Kỹ thuật máy tính 20
- 21. Multilevel Binary Dùng nhiều hơn 2 mức tín hiệu Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) Sử dụng 3 mức tín hiệu 0 được biểu diễn bằng mức điện áp giữa 1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm Các xung thay đổi cực tính xen kẻ nhau Pseudoternary: ngược lại Bipolar AMI Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21
- 22. Ưu và nhược điểm Ưu điểm Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ) Phát hiện lỗi dễ dàng Không có thành phần một chiều Nhược điểm Băng thông thấp Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0) Cần thêm gần 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit lỗi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22
- 23. Biphase - Manchester Thay đổi ở giữa thời khoảng bit Thay đổi vừa là tín hiệu đồng bộ vừa là dữ liệu L→H biểu diễn 1 H→L biểu diễn 0 Dùng trong IEEE 802.3 (CSMA/CD Ethernet) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 23
- 24. Biphase - Differential Manchester Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng đồng bộ Dữ liệu được biểu diễn bằng việc có hay không có thay đổi ở đầu thời khoản bit Thay đổi : biểu diễn 0 Không thay đổi : biểu diễn 1 Dùng trong IEEE 802.5 (Token ring LAN) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 24
- 25. Ưu và nhược điểm của Biphase Nhược điểm 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 25
- 26. Bài tập Bộ môn Kỹ thuật máy tính 26
- 27. Bài tập – Giải Bộ môn Kỹ thuật máy tính 27
- 28. Scrambling (xáo trộn) Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế một chuỗi điện áp Chuỗi thay thế Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa Có thể thay thế trở lại chuỗi ban đầu Cùng độ dài như chuỗi ban đầu Không có thành phần một chiều Không có chuỗi dài các tín hiệu không thay đổi điện áp Không giảm tốc độ dữ liệu Có khả năng phát hiện lỗi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 28
- 29. Scrambling – B8ZS Dựa trên bipolar-AMI Có 8 số 0 thì sẽ thay thế Nếu xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, thay thế bằng 000+–0–+ Xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã thành 000–+0+– Gây ra 2 vi phạm mã AMI Bộ thu diễn giải chúng trở lại thành 8 số 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 29
- 30. Scrambling – HDB3 Dựa trên bipolar-AMI Chuỗi 4 số 0 được thay thế theo quy tắc Bộ môn Kỹ thuật máy tính 30
- 31. Dữ liệu số - Tín hiệu tương tự Ứng dụng Truyền dữ liệu số trên mạng điện thoại công cộng Phổ đường truyền: 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) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 31
- 32. 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) ⎧ A cos(2π f c t + θ c ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ 0 binary 0 Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất Chỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại) Tần số của tín hiệu mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn giao tiếp đang được sử dụng Kỹ thuật được dùng trong cáp quang Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32
- 33. Điều biên (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 33
- 34. 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. ⎧ A cos(2π f1t + θ c ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ A cos(2π f 2t + θ 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 34
- 35. Điều tần (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35
- 36. Điều tần (FSK) – Multiple FSK (MFSK) 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 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36
- 37. Điều pha (PSK) Sử dụng một tần số sóng mang Thay đổi pha để biểu diễn các giá trị ⎧ A cos(2π f c t + ϕ ) binary 1 s (t ) = ⎨ ⎩ A cos(2π f c t ) 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) 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) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37
- 38. Điều pha (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 38
- 39. Điều pha - Quadrature PSK (QPSK) Sử dụng bốn giá trị lệch pha ⎧ A cos(2π f c t + 0 ) 00 ⎪ ⎪ A cos(2π f c t + 90 ) 01 s (t ) = ⎨ ⎪ A cos(2π f c t + 180 ) 10 ⎪ A cos(2π f c t + 270 ) ⎩ 11 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39
- 40. Hiệu suất Băng thông Băng thông ASK và PSK liên quan trực tiếp với tốc độ bit BT = (1+r)R Băng thông FSK có quan hệ với tốc độ dữ liệu và độ dịch chuyển của các tần số điều chế BT = 2ΔF + (1+r)R Tín hiệu nhiều mức BT = (1+r)R/m = (1+r)R/log2M Trong trường hợp có lỗi, tốc độ lỗi của PSK và QPSK cao hơn khoảng 3dB so với ASK và FSK Bộ môn Kỹ thuật máy tính 40
- 41. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wireless Kết hợp giữa ASK và PSK Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường Bộ môn Kỹ thuật máy tính 41
- 42. Tín hiệu tương tự - Dữ liệu số Ứng dụng Truyền dữ liệu tương tự trên mạng truyền dữ liệu số Số hóa Thiết bị CODEC (COder-DECoder) Kỹ thuật Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM) Điều chế Delta: Delta Modulation (DM) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 42
- 43. 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” Công thức Nyquist: N >= 2f N: tốc độ lấy mẫu f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu Tiếng nói truyền qua điện thoại giới hạn tần số <4000Hz. Tần số lấy mẫu bằng bao nhiêu? Bộ môn Kỹ thuật máy tính 43
- 44. Điều chế xung mã (tt) Input Discrete Discrete Digital bit signals time, time, stream continuous discrete output amplitude amplitude signal signal signal PAM (Pulse Amplitude Modulation) Các xung được lấy mẫu ở tần số R=2B Lượng tử hóa (Quantizer) các xung PAM Giá trị của điểm được lấy mẫu, rơi vào khoảng nào thì lấy giá trị khoảng đó Số mức lượng tử là 2n (n là số bit dùng số hóa một xung) Mã hóa dữ liệu Thực hiện các thao tác mã hóa trước khi truyền đi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 44
- 45. Điều chế xung mã (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 45
- 46. PCM - Non-linear coding Mức lượng tử không đều Giảm méo tín hiệu Companding (compressing-expanding) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 46
- 47. Companding 1.0 0.8 Output signal 0.6 magnitude 0.4 0.2 0.0 Input signal magnitude Bộ môn Kỹ thuật máy tính 47
- 48. Điều chế Delta (DM) Tín hiệu tương tự được xấp xỉ bởi hàm bậc thang (staircase) Chỉ đi lên hay xuống 1 mức (δ) tại mỗi thời khoảng lấy mẫu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 48
- 49. Điều chế Delta (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 49
- 50. Tín hiệu tương tự - Dữ liệu số Ứng dụng Điều chế dữ liệu tương tự: thay đổi tần số truyền Dùng cho dồn kênh FDM Kỹ thuật Điều chế biên: Amplitude Modulation (AM) Điều chế góc (Angle Modulation) Điều chế tần số: Frequency Modulation (FM) Điều chế pha: Phase Modulation (PM) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 50
- 51. Điều chế biên (AM) Biên độ của sóng mang được thay đổi bởi biên độ của tín hiệu được truyền đi s(t) = [1+nax(t)]cos(2πfct) Tạo ra tín hiệu 2 bên (DSBTC) SSB và DSBSC Ưu điểm Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế) Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhau Khuyết điểm Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu Không sử dụng hiệu quả năng lượng Bộ môn Kỹ thuật máy tính 51
- 52. Điều chế biên Bộ môn Kỹ thuật máy tính 52
- 53. Điều chế góc s(t) = Accos[2πfct + Φ(t)] Phương pháp điều tần số (FM) Tín hiệu phát thay đổi thành phần tần số tỷ lệ với biên độ và tần số của tín hiệu truyền đi Ưu điểm Khó bị ảnh hưởng của nhiễu Sử dụng hiệu quả năng lượng Khuyết điểm Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệu truyền đi ban đầu (dữ liệu) Điều chế và giải điều chế phức tạp hơn so với phương pháp điều biên Bộ môn Kỹ thuật máy tính 53
- 54. Điều chế góc Bộ môn Kỹ thuật máy tính 54
- 55. Phương pháp điều chế pha (PM) Φ(t) = npm(t) Tín hiệu truyền đi làm thay đổi pha của sóng mang Phổ của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều pha tương tự như phương pháp điều tần → phương pháp điều pha cũng có các đặc điểm tương tự phương pháp điều tần Ưu điểm của điều chế pha Tần số của tín hiệu là cố định, pha thay đổi. Chỉ cần thiết kế bộ lọc tần số cho một tần số duy nhất thay vì nhiều tần số như trong phương pháp điều tần ? Trong trường hợp tín hiệu điều chế chỉ nhận một số giá trị (như tín hiệu số), mạch điều chế và giải điều chế hiện thực theo phương pháp điều pha được đơn giản rất nhiều Bộ môn Kỹ thuật máy tính 55
- 56. Hiệu suất Băng thông AM BT = 2B FM&PM BT = 2(β+1)B FM và PM cần băng thông lớn hơn so với AM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 56