View
2.029
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
Truyền số liệuData Communication
Lê Đắc Nhường
Khoa Toán Tin - Trường Đại học Hải Phòng
E-mail: Nhuongld@yahoo.com
Cell Phone: 0987.394.900
Nội dung2/48
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số
3.2 Dữ liệu số tín hiệu tương tự
3.3 Dữ liệu tương tự Tín hiệu số
3.4 Dữ liệu tương tự Tín hiệu tương tự
3.5 Trải phổ (Spread Spectrum)
Đặt vấn đề
3/48
Input/ Output:
Lựa chọn phương thức:
Các yêu cầu cụ thể: độ rộng giải tần, cực tiểu lỗi
Các phương tiện truyền thông được sử dụng
3/48
Điều chế và giải điều chế
4/48
4/48
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số (DIGITAL DATA – DIGITAL SIGNAL)
5/48
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số (DIGITAL DATA – DIGITAL SIGNAL)
6/48
Tín hiệu số
Dãy các xung điện áp rời rạc, gián đoạn,
Mỗi xung là một phần tử tín hiệu
Mã hoá số-số
Mỗi bit dữ liệu nhị phân các phần tử tín hiệu
các mức điện áp thấp/ cao.
Các khái niệm:
Tốc độ mã hoá dữ liệu: tốc độ dữ liệu được mã hoá (bps)
Độ dài bit: thời gian để máy phát phát tín hiệu ứng với 1 bit. (1/R)
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số (DIGITAL DATA – DIGITAL SIGNAL)
7/48
Signal element versus data element
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số (DIGITAL DATA – DIGITAL SIGNAL)
8/48
Biên dịch tín hiệu đến tại thiết bị nhận: các nhân tố quyết định:
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm - SNR (Signal to Noise Ratio)
Tốc độ số liệu (data rate)
Dải tần (bandwidth)
Tác động lẫn nhau giữa các nhân tố:
Tăng Data rate tăng tỷ lệ lỗi bit
Tăng SNR giảm tỷ lệ lỗi bit
Sự tăng bandwidth cho phép tăng data rate
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số9/48
Cơ sở đánh giá, so sánh các kỹ thuật mã hoá khác nhau:
Phổ của tín hiệu (Signal spectrum):
Loại bớt các thành phần cao tầngiảm dải tần
Loại bỏ thành phần một chiều – DC (Direct Current)
Ảnh hưởng của suy giảm tín hiệu và nhiễu: năng lượng cần tập trung
khoảng giữa của băng thông.
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số10/48
Cơ sở đánh giá, so sánh các kỹ thuật mã hoá khác nhau:
Nhịp đồng hồ (Clocking):
Xác định điểm bắt đầu/ kết thúc của 1 bit.
Đồng bộ máy phát và máy thu theo một đồng hồ riêng
chi phí cao + khó thực hiện.
Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu được truyền đi
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số11/48
Figure: Effect of lack of synchronization
12/48
Cơ sở đánh giá, so sánh các kỹ thuật mã hoá khác nhau:
Khả năng phát hiện lỗi (Error detection):
Chủ yếu được thực hiện ở tầng Data link
Mã hoá phát hiện lỗi ở mức vật lý : nhanh hơn
Nhiễu và sự miễn nhiễm tiếng ồn:
Kỹ thuật tốt có hiệu suất truyền cao hơn trong điều kiện truyền có
nhiễu
Biểu diễn bằng BER = Bit Error Rate
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số
13/48
Cơ sở đánh giá, so sánh các kỹ thuật mã hoá khác nhau:
Chi phí và độ phức tạp:
Chi phí tỷ lệ nghịch với tốc độ dữ liệu
Một vài loại mã đòi hỏi tốc độ truyền tín hiệu lớn hơn tốc độ số liệu
thực tế
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số
14/48
Các phương pháp mã hoá số-số
Nonreturn to Zero: NRZ
NRZ-L: Nonreturn to Zero Level
NRZI: Nonreturn to Zero Inverted
Bipolar -AMI
Pseudoternary
Manchester
Differential Manchester
B8ZS
HDB3
3.1 Dữ liệu số Tín hiệu số
NRZ (Nonreturn to Zero)
0,1 hai mức điện áp khác nhau.
Trong mỗi độ dài bit: mức điện áp không đổi.
Không có điện áp: bit 0
Điện áp dương không đổi: bit 1
15/48
3.1.1 Nonreturn to Zero
NRZ-L: Không trở về mức 0
0,1 hai mức điện áp khác nhau.
Không có điện áp: bit 1
Điện áp dương không đổi: bit 0
16/48
3.1.1 Nonreturn to Zero
17/48
NRZ-I: Không trở về mức 0, đảo mức 1
Xung điện áp chỉ thay đổi khi có sự thay đổi của bit 1.
Chuyển mức điện áp nếu gặp bit 1
Không chuyển mức điện áp nếu gặp bit 0
Là ví dụ của mã hoá vi sai: dữ liệu được biểu diễn bằng sự thay
đổi mức tín hiệu.
3.1.1 Nonreturn to Zero
18/48
3.1.1 Nonreturn to Zero
Figure: Polar NRZ-L and NRZ-I schemes
19/48
So sánh giữa NRZ-L và NRZ-I:
NRZ-L cần phân biệt cực tính của tín hiệu, ngược lại với NRZ-I
NRZ-I tin cậy hơn: trong môi trường truyền có tạp âm, phát
hiện sự chuyển mức tín hiệu là dễ dàng hơn việc so sánh mức
tín hiệu với một giá trị ngưỡng (NRZ-L).
3.1.1 Nonreturn to Zero
20/48
Đánh giá NRZ:
Ưu điểm
Dễ thiết kế nhất
Sử dụng tối ưu dải tần (dải tần thấp)
Nhược điểm
Có thành phần một chiều.
Dễ mất đồng bộ:
Với một dãy dài các bit 1 hoặc 0 đối với NRZ-L hoặc một dãy dài các bit 0
đối với NRZI, đầu ra của coder có điện áp không đổi trong một thời gian
dài mất đồng bộ khi giữa đầu phát và đầu thu có chênh lệch thời gian.
Ít được sử dụng cho việc truyền tín hiệu
Chỉ sử dụng cho việc truyền ở khoảng cách ngắn
3.1.1 Nonreturn to Zero
21/48
3.1.1 Nonreturn to Zero
Figure: Polar RZ scheme
3.1.2 Multilevel Binary
22/48
Multilevel Binary
Khắc phục một số nhược điểm của NRZ sử dụng hơn hai mức
tín hiệu.
Bipolar-AMI (Alternate mark inversion): Mã đảo dấu luân phiên
lưỡng cực
Pseudoternary: Giả mã bậc 3.
3.1.2 Multilevel Binary
23/48
Bipolar-AMI:
Bit 0: mức điện áp 0
Bit 1:
Xung dương hoặc âm
Các giá trị 1 liên tiếp: các xung thay đổi cực tính luân phiên nhau
24/48
Đánh giá Bipolar-AMI:
Ưu điểm:
Không mất đồng bộ nếu một chuỗi dài các bit 1
Độ rộng dải tần nhỏ hơn đáng kể so với NRZ
Dễ phát hiện lỗi nhờ sự thay đổi luân phiên cực tính tín hiệu
Nhược
Có thể mất đồng bộ khi có dãy dài các bit 0
3.1.2 Multilevel Binary
3.1.2 Multilevel Binary
25/48
Pseudoternary
Bit 1: biểu diễn bằng điện áp 0.
Bit 0:
Biểu diễn bởi một xung âm hoặc dương.
Các giá trị 0 liên tiếp: biểu diễn bằng các xung thay đổi cực tính luân phiên.
The 0s are positive and negative alternately
Amplitude
Time
0 1 00 1 1 01
26/48
3.1.2 Multilevel Binary
Figure : Bipolar schemes: AMI and pseudoternary
27/48
Khắc phục nhược điểm của Multilevel Binary
Chèn thêm các bit làm cho tín hiệu phải chuyển mức. (trong ISDN -tốc
độ truyền số liệu thấp).
Trộn các bit số liệu trước khi coding. (truyền số liệu tốc độ cao)
So sánh Multilevel Binary và NRZ.
Multilevel binary không hiệu quả bằng NRZ: Mỗi phần tử tín hiệu chỉ
biểu diễn cho 1 bit thông tin, (lý thuyết: log23 bits = 1.58 bits)
Multilevel binary đòi hỏi thiết bị nhận phải phân biệt giữa ba mức, ở
NRZ là 2 mức tín hiệu Multilevel binary cần có công suất lớn hơn
3.1.2 Multilevel Binary
3.1.2 Multilevel Binary: 2B1Q scheme
3.1.2 Multilevel Binary: 8B6T scheme
3.1.2 Multilevel Binary: 4D-PAM5 scheme
3.1.2 Multilevel Binary: Multitransition: MLT-3 scheme
4.32
3.1.2 Multilevel Binary: Summary of line coding schemes
3.1.3 Biphase33/48
Biphase:
Gồm một nhóm các kỹ thuật mã hoá khắc phục được các nhược
điểm của các mã NRZ.
Hai kỹ thuật biphase được sử dụng phổ biến là:
Manchester (Mã báo hiệu tách pha)
Differential Manchester (Mã báo hiệu tách pha vi sai)
3.1.3 Biphase
34/48
Manchester: Mã báo hiệu tách pha
Có sự chuyển mức tín hiệu ở giữa mỗi khoảng bit làm 2 vai trò:
Cung cấp một cơ chế đồng hồ
Biểu diễn số liệu
Bit 1: Tín hiệu chuyển từ thấp tới cao
Bit 0: Tín hiệu chuyển từ cao xuống thấp
Được Sử dụng chuẩn bởi IEE802.3
3.1.3 Biphase
35/48
Differential Manchester: mã báo hiệu tách pha vi sai
Tín hiệu đồng hồ: sự chuyển mức tín hiệu ở giữa khoảng bit.
Biểu diễn:
Bit 0: Có chuyển mức tín hiệu ở đầu khoảng bit
Bit 1: Không có chuyển mức tín hiệu ở đầu khoảng bit
Manchester code là một mã vi sai (differential encoding scheme)
Được sử dụng bởi chuẩn IEEE 802.5
3.1.3 Biphase
36/48
Figure : Polar biphase: Manchester and differential Manchester schemes
3.1.3 Biphase
37/48
So sánh Biphase với NRZ
Ưu
Đồng bộ hoá tốt hơn: Trong 1 khoảng bit, tín hiệu chuyển mức1-
2 lần Biphase codes còn được gọi là Self-clocking codes
Có thể phát hiện lỗi dựa vào việc thiếu sự chuyển mức tín hiệu.
Nhược
Tốc độ tín hiệu lớn nhất gấp hai lần NRZ yêu cầu độ rộng giải
tần lớn gấp 2 Ít được sử dụng trong các ứng dụng truyền
thông cự ly lớn (thường sử dụng trong mạng LAN <=10Mbps.
3.1.4 Scrambling techniques38/48
Các kỹ thuật trộn/ đổi tần (Scrambling techniques)
Khắc phục tính dễ bị mất đồng bộ:
Thay thế các dãy bit có thể sinh ra mức điện áp tín hiệu không đổi
kéo dài bằng một dãy bit sẽ sinh ra sự chuyển mức tín hiệu đủ nhanh
duy trì sự đồng bộ của đồng hồ bên nhận.
Dãy thay thế phải nhận ra được bởi bên nhận và thay lại bằng dãy số
liệu ban đầu.
Không làm tăng data rate
3.1.4 Scrambling techniques39/48
Mục tiêu thiết kế các kỹ thuật Scrambling:
Không có thành phần một chiều
Không có các chuỗi dài tín hiệu ở đường là mức 0
Không làm tăng tốc độ số liệu
Có khả năng phát hiện lỗi
Hai kỹ thuật scrambling:
B8ZS
HDB3
3.1.4 Scrambling techniques40/48
Figure : AMI used with scrambling
3.1.4 Scrambling techniques41/48
B8ZS: Bipolar with 8-zero substitution
Mã lưỡng cực với 8 bit 0 thay thế.
Nếu có 8 bit 0 liên tiếp và:
nếu xung điện áp ứng với bit cuối cùng trước đó là dương, thì
8 bit 0 đó sẽ được mã hoá thành 000+-0-+.
nếu xung điện áp ứng với bit cuối cùng trước đó là âm, thì 8
bit 0 đó sẽ được mã hoá thành 000-+0+-.
3.1.4 Scrambling techniques42/48
B8ZS: Bipolar with 8-zero substitution
3.1.4 Scrambling techniques43/48
B8ZS: Bipolar with 8-zero substitution
Luật trên vi phạm luật mã hoá Bipolar-AMI, đó là sự kiện không thể
xảy ra do noise hoặc các hư hỏng do truyền bên nhận có thể
nhận ra và sẽ thay bằng 8 bit 0.
3.1.4 Scrambling techniques44/48
HDB3: High-Density Bipolar-3 zero
Mã lưỡng cực mật độ dày 3 bit 0, dựa trên mã đảo dấu luân
phiên lưỡng cực Bipolar-AMI
Nếu có 4 bit 0 liên tiếp, không giống Bipolar-AMI mà tạo ra một
dãy gồm từ 1 đến 2 xung, theo cách sau:
Xung ứng với bit 0 thứ tư bị thay thế bằng 1 xung gây ra sự vi phạm
luật mã hoá Bipolar.
Các xung gây ra sự vi phạm luật mã hoá bipolar sẽ luân phiên đảo
cực tính để tránh sinh ra thành phần DC.
3.1.4 Scrambling techniques45/48
HDB3: High-Density Bipolar-3 zero
HDB3 substitutes four consecutive zeros with 000V or B00V depending
on the number of nonzero pulses after the last substitution.
3.1.4 Scrambling techniques46/48
HDB3: High-Density Bipolar-3 zero
3.1.4 Scrambling techniques
47/48
3.1.4 Scrambling techniques
48/48
Bài tập
Bài tập
Bài tập
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
Bài tập
NRZ-L
NRZ-I
AMI
Pseudo-Ternary
Manchester
Differential
Manchester
Bài tập
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0
1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
NRZ-L
NRZ-I
AMI
Pseudo-Ternary
Manchester
Differential
Manchester
Bài tập
Bài tập
Recommended