›
›

Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số - Chương 3: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền số liệu

ppt 168 trang phuongnguyen 3460
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số - Chương 3: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền số liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_truyen_thong_ky_thuat_so_chuong_3_cac_ky_thuat_co.ppt

Nội dung text: Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số - Chương 3: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền số liệu

  1. CHƯƠNG 3 CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG TRUYỀN SỐ LIỆU  Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng Email:hoangth@hcmup.edu.vn
  2. Nội dung  Tín hiệu và dữ liệu  Truyền dẫn dữ liệu  Cấu trúc kênh truyền  Tuần tự  Song song  Cấu trúc truyền  Bất đồng bộ  Đồng bộ  Các phương kiểm tra và phát hiện lỗi  Cấu hình  Giao tiếp V.24/EIA-232-F  Nén thông tin  Phân hợp kênh (Multiplexing)  ADSL CSE 501035 – Data Communication 2
  3. Thuật ngữ  Thành phần trong mô hình truyền dữ liệu (dưới góc độ vật lý)  Thiết bị  Thiết bị phát (Transmitter)  Thiết bị thu (Receiver)  Môi trường truyền (Medium)  Kết nối  Kết nối trực tiếp (Direct link)  Không cần các thiết bị trung gian  Kết nối điểm-điểm (Point-to-point)  Kết nối trực tiếp  Chỉ có 2 thiết bị dùng chung kết nối  Kết nối nhiều điểm (Multi-point)  ≥ 2 thiết bị dùng chung kết nối CSE 501035 – Data Communication 3
  4. Chế độ truyền  Simplex mode  Không dùng rộng rãi vì không thể Simplex operation gởi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều One-way only khiển cho bên phát  Television, teletext, radio  Half-duplex mode Half-duplex operation  Bộ đàm Two-way but not at the same time  Full-duplex mode  Điện thoại Full-duplex operation Both-way at the same time CSE 501035 – Data Communication 4
  5. Truyền dẫn dữ liệu  Dữ liệu  Thực thể mang thông tin  Analog  Các giá trị liên tục trong một vài thời khoảng  e.g. âm thanh, video  Digital  Các giá trị rời rạc  e.g. văn bản, số nguyên  Tín hiệu  Biểu diễn điện hoặc điện từ của dữ liệu  Analog  Biến liên tục  Môi trường liên tục (wire, fiber optic, space)  Băng thông tiếng nói 100Hz tới 7kHz  Băng thông điện thoại 300Hz tới 3400Hz  Digital  Dùng 2 thành phần một chiều  Truyền dẫn  Trao đổi dữ liệu thông qua việc xử lý và lan truyền tín hiệu CSE 501035 – Data Communication 5
  6. Tín hiệu – miền thời gian  Tín hiệu liên tục  Thay đổi liên tục theo thời gian  Tín hiệu rời rạc  Thay đổi từng mức theo thời gian  Tín hiệu chu kỳ  Mẫu lặp lại theo thời gian  Tín hiệu không tuần hoàn  Mẫu không lặp lại theo thời gian CSE 501035 – Data Communication 6
  7. Tín hiệu analog  Ba đặc điểm chính của tín hiệu analog bao gồm  Biên độ (Amplitute)  Tần số (Frequency)  Pha (Phase)  Biên độ của tín hiệu analog  Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel (dB) hay volts.  Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường độ mạnh.  Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”.  Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất phức tạp.  Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác nhau của nhiều tín hiệu. CSE 501035 – Data Communication 7
  8. Tần số của tín hiệu analog  Tốc độ thay đổi của tín hiệu trong một giây, đơn vị Hz hay số chu kỳ trong một giây (cycles per second)  Tín hiệu có tần số 30Hz ~ thay đổi 30 lần trong một giây.  Một chu kỳ là sự di chuyển sóng của tín hiệu từ điểm nguồn bắt đầu cho đến khi quay trở về lại điểm nguồn đó. CSE 501035 – Data Communication 8
  9. Pha của tín hiệu analog  Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời gian, được mô tả theo độ (degree)  Sự dịch pha xảy ra khi chu kỳ của tín hiệu chưa kết thúc, và một chu kỳ mới của tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước đó chưa hoàn tất  Tai người không cảm nhận được sự dịch pha  Tín hiệu mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha  Ví dụ các mối nối không hoàn hảo sẽ gây ra dịch pha CSE 501035 – Data Communication 9
  10. Tín hiệu – miền tần số CSE 501035 – Data Communication 10
  11. Thành phần của tiếng nói  Tầm tần số có khả năng nghe 20Hz – 20kHz  Tiếng nói 100Hz – 7kHz  Dễ dàng chuyển sang dạng tín hiệu điện từ để truyền dẫn  Các tần số với âm lượng khác nhau được chuyển thành tần số điện từ với điện áp khác nhau  Tầm tần số giới hạn cho kênh thoại  300 – 3400Hz CSE 501035 – Data Communication 11
  12. Tín hiệu số (digital)  Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả với hai trạng thái ON hay OFF hoặc là 0 hay 1  Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín hiệu analog. CSE 501035 – Data Communication 12
  13. Tín hiệu số (digital)  Các vấn đề khi sử dụng kênh thoại (voice channel) trong việc truyền tín hiệu số  Một tín hiệu số là một tổ hợp của các tín hiệu khác. Đặc biệt, tín hiệu số có thể được biểu diễn như sau Signal = f + f3 + f5 +f7 +f9 +f11 +f13 f  Do đó một 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),  Nếu biên độ của tần số f, f3, f5, là a, a3, a5, thì a = 3a3 = 5a5  Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, 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  Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín hiệu số CSE 501035 – Data Communication 13
  14. Tín hiệu số (digital)  Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại có băng thông 3.1kHz  Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit)  Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi CSE 501035 – Data Communication 14
  15. Dữ liệu và tín hiệu  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 CSE 501035 – Data Communication 15
  16. Truyền dẫn  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. CSE 501035 – Data Communication 16
  17. Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn  Analog data/Analog Signal Analog and digital transmission  Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ khác  Analog data/Digital Signal Analog Analog Digital data signal signal  Mã hóa dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số  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 CSE 501035 – Data Communication 17
  18. Truyền dẫn số  Ưu điểm  Công nghệ số  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  TDM > FDM  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 CSE 501035 – Data Communication 18
  19. Digital → Digital  Tín hiệu số Analog and digital transmission  Xung điện áp rời rạc, không liên tục  Mỗi xung là một phần tử tín hiệu Analog Analog Digital data signal signal  Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các phần tử tín hiệu Digital Analog Digital data signal signal CSE 501035 – Data Communication 19
  20. Thuật ngữ  Unipolar  Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu  Polar  Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm  Tốc độ dữ liệu (data rate)  Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)  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  Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây  Mark và Space  Tương ứng với 1 và 0 nhị phân CSE 501035 – Data Communication 20
  21. 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 tín hiệu  Tỉ số SNR  Tốc độ dữ liệu  Băng thông CSE 501035 – Data Communication 21
  22. Polar Encoding CSE 501035 – Data Communication 22
  23. Nonreturn to zero (NRZ)  Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)  2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0  Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu  Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 0→1 hoặc từ 1→0)  Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)  NRZI 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) CSE 501035 – Data Communication 23
  24. 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 CSE 501035 – Data Communication 24
  25. Multilevel Binary  Dùng nhiều hơn 2 mức  Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion)  Bit-0 được biểu diễn bằng không có tín hiệu  Bit-1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm  Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ  Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ) Amplitude  Không có thành phần một chiều  Băng thông thấp 0 1 0 0 1 1 1 0  Phát hiện lỗi dễ dàng  Pseudoternary Time  1 được biểu diễn bằng không có tín hiệu  0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ nhau  Không có ưu điểm và nhược điểm The 0s are positive and negative alternately so với bipolar-AMI CSE 501035 – Data Communication 25
  26. Multilevel Binary  Trade Off  Không hiệu quả bằng NRZ  Mỗi phần tử t/h chỉ biểu diễn 1 bit  Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit  Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0)  Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit lỗi 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 CSE 501035 – Data Communication 26
  27. 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 CSE 501035 – Data Communication 27
  28. 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 CSE 501035 – Data Communication 28
  29. 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 CSE 501035 – Data Communication 29
  30. Biphase CSE 501035 – Data Communication 30
  31. Polar Encoding CSE 501035 – Data Communication 31
  32. Bài tập CSE 501035 – Data Communication 32
  33. Bài tập CSE 501035 – Data Communication 33
  34. 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 CSE 501035 – Data Communication 36
  35. Bài tập 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 NRZ-L 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 NRZ-I 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 AMI 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 Pseudo-Ternary 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 Manchester 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 Differential Manchester CSE 501035 – Data Communication 38
  36. Scrambling  Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo ra hằng số điện áp  Chuỗi thay thế  Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa  Phải được nhận diện bởi bộ thu và thay thế trở lại chuỗi ban đầu  Cùng độ dài như chuỗi ban đầu  Không có thành phần một chiều  Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0  Không giảm tốc độ dữ liệu  Có khả năng phát hiện lỗi CSE 501035 – Data Communication 40
  37. 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 CSE 501035 – Data Communication 41
  38. B8ZS CSE 501035 – Data Communication 42
  39. 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 CSE 501035 – Data Communication 43
  40. HDB3 CSE 501035 – Data Communication 44
  41. Bài tập CSE 501035 – Data Communication 45
  42. Bài tập CSE 501035 – Data Communication 46
  43. So sánh các phương 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 CSE 501035 – Data Communication 49
  44. Digital → Analog  Ứng dụng Analog and digital  Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng điện transmission thoại công cộng Analog Analog Digital data signal signal  300Hz → 3400Hz Digital Analog Digital  Thiết bị data signal signal  MODEM (MOdulator-DEMulator)  Kỹ thuật  Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK)  Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK) Digital → Analog  Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK) ASK FSK PSK QAM CSE 501035 – Data Communication 50
  45. 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 CSE 501035 – Data Communication 51
  46. Điều biên (ASK) CSE 501035 – Data Communication 52
  47. Điều biên (ASK) CSE 501035 – Data Communication 53
  48. 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 CSE 501035 – Data Communication 54
  49. Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK) CSE 501035 – Data Communication 55
  50. 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 CSE 501035 – Data Communication 56
  51. 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 CSE 501035 – Data Communication 57
  52. Điều pha (PSK) CSE 501035 – Data Communication 58
  53. Điều pha (PSK)  Quadrature PSK (QPSK) Acos(2 fct + 0 ) 00 Acos(2 fct + 90 ) 01 s(t) = Acos(2 fct +180 ) 10 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 CSE 501035 – Data Communication 59
  54. 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 90 ¨  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 CSE 501035 – Data Communication 61
  55. Digital → Analog CSE 501035 – Data Communication 62
  56. Analog → Digital  Ứng dụng Analog and digital  Dùng để truyền dữ liệu tương tự trên transmission mạng truyền dữ liệu số Analog Analog Digital  Tận dụng các ưu điểm của truyền dẫn số data signal signal (thiết bị rẻ, dùng repeater, TDM, ) Digital Analog Digital  Số hóa data signal signal  Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZ-L hay các loại mã khác  Thiết bị Analog → Digital  CODEC (COder-DECoder)  Kỹ thuật PCM DM  Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM)  Điều chế Delta: Delta Modulation (DM) CSE 501035 – Data Communication 63
  57. 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  N: tốc độ lấy mẫu  f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu max  Dữ liệu tiếng nói 11111111  Giới hạn tần số <4000Hz  Tốc độ lấy mẫu cần thiết 0 8000 mẫu/giây 00000001 00000000 min CSE 501035 – Data Communication 64
  58. 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  Tùy thuộc vào các mức lượng tử 2n (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 CSE 501035 – Data Communication 65
  59. Điều chế xung mã (PCM) CSE 501035 – Data Communication 66
  60. Điều chế xung mã CSE 501035 – Data Communication 67
  61. Non-linear coding  Mức lượng tử không đều  Giảm méo tín hiệu  Companding (compressing-expanding) CSE 501035 – Data Communication 68
  62. 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 CSE 501035 – Data Communication 69
  63. Điều chế Delta (DM) CSE 501035 – Data Communication 70
  64. Điều chế Delta (DM) CSE 501035 – Data Communication 71
  65. Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu  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 thường và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt.  Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự.  EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)  8 bit  Được dùng trong các hệ thống máy tính IBM  Unicode  16 hoặc 32 bit  Hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong tương lai CSE 501035 – Data Communication 80
  66. Mã Baudot “JAMES BOND 007 SAYS HI!” CSE 501035 – Data Communication 81
  67. Mã ASCII CSE 501035 – Data Communication 82
  68. Cấu trúc kênh truyền  Song song (Parallel)  Mỗi bit dùng một đường truyền riêng. Nếu có 8 bits được truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8 đường truyền độc lập  Để truyền dữ liệu trên một đường truyền song song, một kênh truyền riêng được dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal)  Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp CSE 501035 – Data Communication 83
  69. Cấu trúc kênh truyền  Tuần tự (Serial)  Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền, bit này tiếp theo sau bit kia  Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này được mã hóa vào dữ liệu truyền đi)  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 CSE 501035 – Data Communication 84
  70. Truyền bất đồng bộ  Dữ liệu được truyền theo ký tự (5 → 8 bits)  Chỉ cần giữ đồng bộ trong một ký tự  Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới  Hành vi  Đối với dòng dữ liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự là đồng nhất (chiều dài của phần tử stop)  Ở trạng thái rảnh, bộ thu phát hiện sự chuyển 1 → 0  Lấy mẫu 7 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự)  Đợi việc chuyển 1 → 0 cho ký tự kế tiếp  Hiệu suất  Đơn giản  Rẻ  Phí tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự (~20%)  Thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn (dữ liệu nhập từ bàn phím) CSE 501035 – Data Communication 85
  71. Truyền bất đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 86
  72. Truyền bất đồng bộ  Đồng bộ bit  Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit  PISO – SIPO  Clock thường mất đồng bộ  Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát CSE 501035 – Data Communication 87
  73. Truyền bất đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 88
  74. Truyền bất đồng bộ  Đồng bộ ký tự (character synchronization): dùng start và stop bit CSE 501035 – Data Communication 89
  75. Truyền bất đồng bộ khung  Đồng bộ khung (frame synchronization): dùng các ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE) STX F R L ETX STX Start bit Stop bit F Frame contents (printable characters) ETX DLE STX DLE ETX DLE STX DLE Inserted Frame contents DLE DLE (binary data) DLE ETX CSE 501035 – Data Communication 90
  76. Truyền đồng bộ  Truyền không cần start/stop  Phải có tín hiệu đồng bộ  Đồng bộ bit (bit synchronization): sử dụng các phương pháp sau  Clock encoding and extraction (Timestamp)  Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền  Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được  RZ, Manchester (NRZ signaling), differential Manchester  Digital Phase-Lock-Loop  Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt  Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận  Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock được tái đồng bộ  Cần sử dụng các phương pháp mã hóa nhị phân (AMI, HDB3, B8ZS)  Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn  Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền CSE 501035 – Data Communication 94
  77. Truyền đồng bộ  Đồng bộ khung (frame synchronization): sử dụng các phương pháp sau  Character-oriented synchronous transmission  Dùng các ký tự điều khiển : SYN, STX, ETX, DLE.  Bit-orienter synchronous transmission  Dùng các mẫu bit điều khiển (flag byte or flag pattern) → bit stuffing problem  Hiệu quả (phí tổn thấp) hơn so với truyền bất đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 97
  78. Lỗi CSE 501035 – Data Communication 98
  79. Điều khiển lỗi  Môi trường truyền dẫn bị nhiễu (điện, từ, ) → dữ liệu nhận có lỗi  2 cách khắc phục khi phát hiện có lỗi  Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi, để bên nhận có thể phát hiện khi nào có lỗi và lỗi nằm ở đâu để sửa (có khả năng sửa lỗi)  Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để phát hiện khi nào có lỗi (không có khả năng sửa lỗi). Cơ chế yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai được dùng trong trường hợp này  Cơ chế phát hiện lỗi  BER: xác suất 1 bit đơn bị lỗi trong một thời khoảng nhất định  Phân loại lỗi  Single-bit error – nhiễu trắng  Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy giảm (khi truyền vô tuyến) CSE 501035 – Data Communication 99
  80. Quá trình phát hiện sai CSE 501035 – Data Communication 100
  81. 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 parity chẵn hay lẻ tương ứng D a t a D 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 CSE 501035 – Data Communication 101
  82. 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. CSE 501035 – Data Communication 102
  83. 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) CSE 501035 – Data Communication 103
  84. Block Sum Check  Biến thể  Dùng tổng bù 1 (1’s-complement sum) thay cho tổng modulo 2 (2- modulo sum)  Các ký tự trong block được truyền được coi như các số nhị phân không dấu  Tốt hơn phương pháp modulo 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 communication 1 0 1 1 0 1 1 content 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1’s-complement sum 1 0 0 1 1 0 1 1 invert 1 1 1 1 1 1 1 Zero in 1’s-complement 0 1 1 0 0 1 0 CSE 501035 – Data Communication 104
  85. Cyclic Redundancy Check  Nguyên lý  k-bit message  Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame gởi đi (k+n bit) chia hết cho 1 số xác định trước  Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số và nếu không có phần dư thì có khả năng không có lỗi  Số học modulo 2  Exlusive-or 1 1 1 1 + 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 x 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 CSE 501035 – Data Communication 105
  86. Cyclic Redundancy Check  Xác định FCS  T: frame được truyền (k+n bit)  M: message dữ liệu cần truyền (k bit đầu của T)  F: FCS (n bit sau của T)  P: số chia được xác định trước (n+1 bit) T = 2n M + F 2n M R F = R = Q +  Kiểm tra P P T = 2n M + R T 2n M + R R R = = Q + + = Q P P P P CSE 501035 – Data Communication 106
  87. Cyclic Redundancy Check  Cách khác để xác định FCS: đa thức  M = 111101 → M(x) = X5 + X4 + X3 + X2 + 1  P = 1101 → P = X3 + X2 + 1  FCS có 3 bits (n = 3)  Dữ liệu dịch trái n bits: 2nM(x) = X8 + X7 + X6 + X5 + X3 X3 + X2 + 1 X8 + X7 + X6 + X5 + X3 X8 + X7 + X5 X6 + X3 X6 + X5 + X3 X5 X5 + X4 + X2 T = 111101011 X4 + X2 X4 + X3 + X X3 + X2 + X X3 + X2 + 1 FCS = 011 X + 1 CSE 501035 – Data Communication 107
  88. Cyclic Redundancy Check M P 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 T 1 1 1 0 1 1 0 1 FCS 111101011 0 1 1 CSE 501035 – Data Communication 108
  89. Cyclic Redundancy Check  P  Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn  Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện  Yêu cầu tối thiểu: msb và lsb phải là 1  Biểu diễn lỗi  Error=nghịch đảo bit (i.e. exclusive-or của bit đó với 1)  Tr = T + E  T: frame được truyền  Tr: frame nhận được  E: error pattern với 1 tại những vị trí lỗi xảy ra  Error không bị phát hiện iff Tr chia hết cho P (i.e. iff E chia hết cho P)  Các lỗi được phát hiện  Tất cả các lỗi bit đơn  Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng  Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1)  Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS  Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn CSE 501035 – Data Communication 109
  90. Cyclic Redundancy Check  4 P được sử dụng rộng rãi  CRC-12 = X12 + X11 + X3 + X2 + X + 1  12-bit FCS  6-bit characters  CRC-16 = X16 + X15 + X2 + 1  16-bit FCS  8-bit characters  US  CRC-CCITT = X16 + X12 + X5 +1  Europe  CRC-32 = X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1  32-bit FCS  Point-point synchronous transmission, DoD apps CSE 501035 – Data Communication 110
  91. Cyclic Redundancy Check Message + FCS0 + FCS1 + FCS2 + FCSn - 2 + FCSn - 1 P1 P2 Pn - 2 Pn - 1 X X X X + + E + D C + B + A E D P = 110101 P = 111011 + C + E + D C + B A B P = 101011 + A CSE 501035 – Data Communication 111
  92. Cyclic Redundancy Check M=1010001101 A B C D E Input P=110101 Initial 0 0 0 0 0 1010001101 Step 1 0 0 0 0 1 1 1 + Step 2 0 0 0 1 0 0 Step 3 0 0 1 0 1 1 E Step 4 0 1 0 1 0 0 Step 5 1 0 1 0 0 0 D Step 6 1 1 1 0 1 0 Step 7 0 1 1 1 0 1 x2 + Step 8 1 1 1 0 1 1 C Step 9 0 1 1 1 1 0 Step 10 1 1 1 1 1 1 B Step 11 0 1 0 1 1 0 Step 12 1 0 1 1 0 0 x4 + Step 13 1 1 0 0 1 0 Step 14 0 0 1 1 1 0 x5 A Step 15 0 1 1 1 0 0 FCS = 01110 CSE 501035 – Data Communication 112
  93. Sửa lỗi  Sửa các lỗi được phát hiện thông thường yêu cầu truyền lại khối dữ liệu  Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ liệu không dây  BER cao  Truyền lại nhiều  Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều so với thời gian truyền dữ liệu (vd truyền vệ tinh)  Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo  Cần thiết phải sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được CSE 501035 – Data Communication 113
  94. Quá trình sửa sai CSE 501035 – Data Communication 114
  95. Quá trính sửa sai  Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k)  Từ mã – Codeword  Forward error correction (FEC) encoder  Codeword được truyền đi  Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi, nhưng có chứa lỗi  Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC  Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu  Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi  Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được  Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra)  FEC trích xuất khối dữ liệu sai CSE 501035 – Data Communication 115
  96. Cấu hình đường truyền  Cấu hình  Sắp xếp vật lý các trạm trên môi trường  Cấu hình truyền thống CSE 501035 – Data Communication 116
  97. Giao tiếp  Giao tiếp  Thiết bị xử lý dữ liệu (DTE) thường không có các phương tiện phát dữ liệu  Cần một thiết bị giao tiếp (DCE) – ví dụ: modem, NIC,  DCE phát các bit dữ liệu trên môi trường truyền dẫn  DCE trao đổi dữ liệu và thông tin điều khiển với DTE  Được thực hiện thông qua mạch trao đổi  Cần một chuẩn giao tiếp rõ ràng  Đặc tính  Cơ khí  Kết nối  Điện  Điện áp, định thời, mã hóa,  Chức năng  Dữ liệu, điều khiển, định thời, đất,  Thủ tục  Chuỗi các sự kiện CSE 501035 – Data Communication 117
  98. Chuẩn V.24/EIA–232–F  ITU-T v.24  Chỉ đặc tả chức năng và thủ tục  Tham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điện  EIA-232-F (USA)  RS-232  Đặc tính cơ khí: ISO 2110  Đặc tính điện: v.28  Chức năng: v.24  Thủ tục: v.24 CSE 501035 – Data Communication 118
  99. Kết nối V.24/EIA–232 (DTE) CSE 501035 – Data Communication 119
  100. V.24 EIA-232 Name Direction to Function Data signals 103 BA Transmitted data DCE Transmitted by DTE 104 BB Received data DTE Received by DTE Control signals 105 CA Request to send DCE DTE wishes to transmit 106 CB Clear to send DTE DCE is ready to receive, response to RTS 107 CC DCE ready DTE DCE is ready to operate 108.2 CD DTE ready DCE DTE is ready to operate 125 CE Ring indicator DTE DCE is receiving a ringing signal on the channel line 109 CF Received line signal detector DTE DCE is receiving a signal within appropriate limits on the channel line Timing signals 113 DA Transmitter sig. elm. timing DCE Clocking signal 114 DB Transmitter sig. elm. timing DTE Clocking signal; 115 DD Receiver sig. elm. timing DTE Clocking signal for circuit 104 Ground 102 AB Signal ground/common return Common ground reference for all circuits CSE 501035 – Data Communication 120
  101. Local/Remote loopback testing DTE Local DCE Local loopback testing DTE Local DCE Remote DCE Remote loopback testing CSE 501035 – Data Communication 121
  102. Nghi thức  Ví dụ modem riêng bất đồng bộ  Khi modem được bật lên và sẵn sàng, nó (DCE) bật tín hiệu “DCE ready”  Khi DTE sẵn sàng gởi dữ liệu, nó bật tín hiệu “Request To Send”  Cấm chế độ nhận dữ liệu (nếu trong chế độ truyền half-duplex)  Modem đáp lại sẵn sàng bằng tín hiệu “Clear To Send”  DTE gởi dữ liệu  Khi dữ liệu đến, modem gắn vào DTE sẽ bật tín hiệu “Line Signal Detector” và gởi dữ liệu cho DTE CSE 501035 – Data Communication 122
  103. Hoạt động quay số (1) CSE 501035 – Data Communication 123
  104. Hoạt động quay số (2) CSE 501035 – Data Communication 124
  105. Hoạt động quay số (3) CSE 501035 – Data Communication 125
  106. Chuẩn giao tiếp EIA RS–232C DTR on DTR on DSR on DSR on DTR Data Terminal Ready number RI on DSR Data Set Ready RTS on DCD on CTS on DCD Data Carrier Detect TxD RI RxD on Ring Indicator RTS off DCD off CTS off RTS Request To Send RTS on CTS Clear To Send CTS on DCD on TxD Transmitted Data TxD on RxD on RxD Received Data RTS off Carrier Off RTS off CTS off CTS off DCD off DCD off DTR off DTR off DSR off DSR off Time CSE 501035 – Data Communication 126
  107. Trao đổi thông tin giữa DCE và DTE  Trao đổi thông tin giữa DTE và  Trao đổi thông tin giữa 2 DTE DCE  Không cần DCE  Truyền dữ liệu (DTE→DCE)  Null modem cable  Bật DTR và RTS  Đợi DSR  Đợi CTS  Truyền dữ liệu  Nhận dữ liệu (DCE→DTE)  Bật DTR  Đợi DSR  Nhận dữ liệu CSE 501035 – Data Communication 127
  108. Cấu hình dây dẫn kết nối DTE  DTE CSE 501035 – Data Communication 128
  109. Nén dữ liệu  Run-length encoding (packed decimal)  Dùng cho message gồm các chữ số  Mã BCD thay vì ASCII  Có thể dùng 4 bit thấp đối với các thông tin đầy đủ Uncompressed STX 00110010 00110001 00111001 00111000 00110101 00110110 STX 2 1 9 8 5 6 Packed Decimal STX Control # 0010 0001 1001 1000 0101 0110 STX CSE 501035 – Data Communication 129
  110. Nén dữ liệu  Differential encoding (relative encoding)  Encoding used if differences between values is much smaller than the values themselves Original 1509 1506 1508 1510 1511 1509 1513 Encoded 1509 -3 +2 +2 +1 -2 +4  Send only the difference in magnitude STX ‘+’ ’1’ ’‘ ‘+’ ‘2’ ‘’ ‘+’ ‘’ ETX BCC End-of-value delimiters Flag +3 +4 +5 +5 +4 +3 Flag All difference values binary-encoded in a single (signed) byte  Character suppresion  Encoding used if 3 or more of same character found Original AAAABBCCCCCDEEEEFF Encoded A4B2C5D1EEEE4F2 CSE 501035 – Data Communication 130
  111. Nén dữ liệu  Huffman encoding (Statistical Methods)  Đặc điểm  Đây là mã thống kê (phương pháp nén mã tối ưu)  Mã hóa dựa trên xác suất sử dụng của các ký tự  Những ký tự được dùng nhiều nhất sẽ có từ mã ngắn nhất  Không có tính prefix  Giải thuật  Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần  Một cặp bit 0-1 được gán cho 2 nguồn tin có xác suất nhỏ nhất  2 nguồn tin này được kết hợp, tạo thành nguồn tin mới có xác suất bằng tổng xác suất của 2 nguồn tin thành phần  Sắp xếp lại các nguồn tin theo thứ tự giảm dần của xác suất  Quá trình trên được lặp lại đến khi 2 nguồn tin cuối cùng được kết hợp  Từ mã cho mỗi nguồn tin được viết theo thứ tự từ gốc đến ngọn  Chiều dài từ mã trung bình Lavg = li x pi  li : chiều dài nguồn tin Xi  pi : xác suất xuất nguồn tin Xi CSE 501035 – Data Communication 131
  112. Huffman code CT Prob 25 0.21 0.27 0.32 0.41 0.59 0 24 0.17 0.20 0.21 0.27 0.32 0 0.41 1 26 0.15 0.17 0.20 0.21 0 0.27 1 23 0.12 0.15 0.15 0.17 0 0.2 1 27 0.10 0.12 0.15 0 0.15 1 22 0.06 0.09 0.10 0.10 0 0.12 1 CT Huffman code 28 0.05 0.06 0.09 0 0.10 1 25 1 0 21 0.05 0.05 0 0.06 1 24 0 0 0 29 0.04 0.05 0 0.05 1 26 0 0 1 20 0.03 0 0.04 1 Probability distribution 23 0 1 1 30 0.02 1 25 20 27 1 1 0 15 22 0 1 0 1 10 5 28 1 1 1 0 21 1 1 1 1 21 23 29 27 29 29 0 1 0 0 1 20 0 1 0 0 0 0 Lavg=2.0,21+3.0,17+3.0,15+3.0,12+3.0,1+4.0,06+4.0,05+4.0,05+ 5.0,04+6.0.03+6.0,02 = 3,18 bits 30 0 1 0 0 0 1 CSE 501035 – Data Communication 132
  113. Nén dữ liệu  Shannon-Fano encoding (Statistical Methods)  Đặc điểm  Mã tối ưu  Không có tính prefix  Giải thuật  Sắp xếp các nguồn tin theo thứ tự giảm dần về xác suất  Chia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho phần trên, gán 1 cho phần dưới  Lặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tin  Ghi ra các từ mã CSE 501035 – Data Communication 133
  114. Shannon – Fano  Các nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứng  X1 (30%), X2 (20%), X3 (10%), X4 (10%), X5 (20%), X6 (5%), X7 (3%), X8 (2%)  Lavg = 2.0,3+2.0,2+3.0,2+3.0,1+3.0,1+4.0,05+5.0,03+5.0,02 = 2,65 bits Initial Sorted Shannon-Fano code Code word STT Xi % Xi % Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 1 X1 30 X1 30 0 0 00 2 X2 20 X2 20 0 1 01 3 X3 10 X5 20 1 0 0 100 4 X4 10 X3 10 1 0 1 101 5 X5 20 X4 10 1 1 0 110 6 X6 5 X6 5 1 1 1 0 1110 7 X7 3 X7 3 1 1 1 1 0 11110 8 X8 2 X8 2 1 1 1 1 1 11111 CSE 501035 – Data Communication 134
  115. Phân hợp kênh (Multiplexing) Multiplexing Frequency-Division Time-Division Multiplexing (FDM) Multiplexing (TDM) Synchronous Asynchronous CSE 501035 – Data Communication 135
  116. Frequency – Division Multiplexing (FDM)  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 trùng lấp nhau (guard bands)  Ví dụ broadcast radio  Kênh truyền được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấp phát tĩnh) CSE 501035 – Data Communication 136
  117. FDM CSE 501035 – Data Communication 137
  118. FDM Animation CSE 501035 – Data Communication 138
  119. FDM CSE 501035 – Data Communication 139
  120. FDM FDM của 3 kênh thoại CSE 501035 – Data Communication 140
  121. FDM AT&T’s analog hierachy CSE 501035 – Data Communication 141
  122. 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  CSE 501035 – DataTrên Communication 100km 142
  123. 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 CSE 501035 – Data Communication 143
  124. Dense Wavelength Division Multiplexing  DWDM  Chưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa)  Các kênh sít nhau hơn WDM  200GHz CSE 501035 – Data Communication 144
  125. Time – Division Multiplexing (TDM)  Synchronous 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 CSE 501035 – Data Communication 145
  126. TDM CSE 501035 – Data Communication 146
  127. TDM CSE 501035 – Data Communication 147
  128. TDM TDM Animation CSE 501035 – Data Communication 148
  129. TDM – Điều khiển liên kết  Không cần header và tailer  Không cần các nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu (cho toàn bộ đường truyền phân/hợp)  Điều khiển dòng  Tốc độ dữ liệu của đường truyền phân/hợp cố định  Nếu có một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác vẫn tiếp tục  Nguồn phát tương ứng phải ngưng → bỏ kênh trống (empty slot)  Điều khiển lỗi  Lỗi được phát hiện và xử lý bởi từng kênh riêng biệt CSE 501035 – Data Communication 149
  130. TDM – Điều khiển liên kết CSE 501035 – Data Communication 150
  131. TDM – Framing  Không có cờ (flag) hoặc các ký tự SYNC để đóng khung các bó TDM  Phải có cơ chế đồng bộ  Cơ chế đóng khung số  Một bit điều khiển được thêm vào mỗi bó TDM  Các bit điều khiển này tạo thành một kênh khác – “kênh điều khiển”  Dùng mẫu bit định dạng trên kênh điều khiển  Ví dụ mẫu 01010101, khác với kênh dữ liệu  So sánh mẫu bit đến trên từng kênh với mẫu bit mẫu bit đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 151
  132. TDM – pulse stuffing  Vấn đề: đồng bộ các nguồn dữ liệu khác nhau  Tín hiệu clock trên các nguồn dữ liệu khác nhau bị “trôi” (drift)  Tốc độ dữ liệu của các nguồn dữ liệu khác nhau không quan hệ theo một tỉ lệ đơn giản  Giải pháp – Pulse Stuffing  Tốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung) cao hơn tổng các tốc độ đầu vào  Chèn thêm các bit/xung không có ý nghĩa vào mỗi tín hiệu đầu vào cho đến khi nó bằng với clock cục bộ  Các bit/xung được thêm vào tại những vị trí cố định (biết trước) trong khung và nó sẽ bị loại bỏ khi đến bộ phân kênh CSE 501035 – Data Communication 152
  133. TDM – nguồn tương tự và nguồn số CSE 501035 – Data Communication 153
  134. TDM – hệ thống truyền mang  Phân cấp TDM  USA/Canada/Japan dùng một hệ thống  ITU-T (châu Au) dùng một hệ thống khác (nhưng tương tự)  Hệ thống Mỹ xây dựng dựa trên định dạng DS-1  24 kênh được phân hợp  Mỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit khung → 193 bit/khung  Đối với truyền thoại, mỗi kênh chứa một từ của dữ liệu được số hóa (PCM, 8000 mẫu/giây)  Tốc độ dữ liệu 8000 x 193 = 1.544Mbps  5 trong số 6 khung có các mẫu PCM 8 bit  Khung thứ 6 chứa một từ PCM 7 bit và một bit tín hiệu  Các bit tín hiệu tạo thành một dòng (stream) cho mỗi kênh để điều khiển và chứa thông tin tìm đường  Định dạng tương tự cho dữ liệu số  23 kênh dữ liệu (7 bit/khung và 1 bit chỉ thị cho dữ liệu hoặc điều khiển hệ thống)  Kênh thứ 24 dùng để đồng bộ  DS-1 có thể dùng hỗn hợp dữ liệu số và tương tự  Dùng cả 24 kênh  Không có ký tự đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 154
  135. TDM – T1 vs. E1 CSE 501035 – Data Communication 155
  136. TDM – T1  Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbps  T1 = 24 kênh thoại = dịch vụ số mức 1 (DS1)  TDM  Đóng khung đơn giản: thêm 101010 (1 bit/khung)  Bất kỳ chuỗi khác → tái đồng bộ CSE 501035 – Data Communication 156
  137. TDM – đường truyền E1  E1  Dùng ở châu Âu, tương tự như T1 (dùng ở Mỹ)  Có 32 bytes trong một khung dài 125µs = 2048 Mbps  30 kênh được dùng cho dữ liệu  1 kênh dùng để đồng bộ  1 kênh dùng để báo hiệu (điều khiển) CSE 501035 – Data Communication 157
  138. CSE 501035 – Data Communication 158
  139. TDM – phân cấp CSE 501035 – Data Communication 159
  140. TDM – bất đồng bộ  TDM thống kê/thông minh  Trong TDM đồng bộ, Users nhiều slot có thể bị bỏ A trống To remote B computer  TDM bất đồng bộ cấp ộ C phát time slot đ ng tùy theo nhu cầu D  Bộ hợp kênh quét các Wasted T0 T1 T2 T3 T4 bandwidth đường nhập và tập hợp Synchronous TDM A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 dữ liệu cho đến khi đầy khung First cycle Second cycle  Tốc độ dữ liệu ra thấp Asynchronous TDM A1 B1 B2 C2 Extra bandwidth available hơn tốc độ các đường First cycle Second cycle nhập gộp lại  Có thể gây vấn đề trong thời gian cao điểm  Đệm các đường nhập  Giữ kích thước bộ đệm tối thiểu để giảm thời gian trễ CSE 501035 – Data Communication 160
  141. TDM – bất đồng bộ  mc – tốc độ dữ liệu tối đa của đường truyền trung kế  mi – tốc độ dữ liệu tối đa của nguồn thứ i  pi – xác xuất dữ liệu của nguồn thứ i  mc có thể nhỏ hơn tổng các mi  pimi < mc  Nguyên tắc 80%  Bao nhiêu terminal tốc độ 9600bps có thể dùng chung đường truyền 56Kbps khi dùng kỹ thuật TDM hoặc STDM (pi là 75%) CSE 501035 – Data Communication 161
  142. Kích thước bộ đệm và thời gian trễ CSE 501035 – Data Communication 162
  143. TDM bất đồng bộ - định dạng khung Overall frame Subframe with one source per frame Subframe with multiple source per frame CSE 501035 – Data Communication 163
  144. Asymmetrical Digital Subscriber Line  ADSL  xDSL  High data rate DSL  Single line DSL  Very high data rate DSL  Liên kết giữa thuê bao và mạng  Đường thuê bao  Hiện tại dùng cáp twisted pair  Có thể có băng thông lớn hơn  1 MHz hoặc lớn hơn  Bất đối xứng  Tốc độ dòng dữ liệu xuống (downstream) lớn hơn tốc độ dòng dữ liệu lên (upstream)  FDM  25kHz thấp nhất cho thoại  Plain old telephone service (POTS)  Dùng kỹ thuật loại bỏ echo (echo cancellation) hoặc FDM để cho 2 băng tần  Dùng FDM trong các băng tần  Phạm vi 5.5km CSE 501035 – Data Communication 164
  145. Cấu hình kênh truyền ADSL CSE 501035 – Data Communication 165
  146. Discrete Multitone  DMT  Nhiều tín hiệu sóng mang ở các tần số khác nhau  Vài bit trên mỗi kênh  Kênh phụ 4kHz  Gởi t/h test và dùng kênh phụ với tỉ số SNR tốt hơn  256 kênh phụ downstream mỗi kênh 4kHz (60kbps)  15.36MHz  Impairments bring this down to 1.5Mbps to 9Mbps CSE 501035 – Data Communication 166
  147. DMT Transmitter CSE 501035 – Data Communication 167
  148. Đọc thêm  W. Stallings, Data and Computer Communications (7th edition), Prentice Hall 2004, chapters 3, 5, 6, 8  Web pages from ITU-T on V. specification  Các website về ADSL và SONET CSE 501035 – Data Communication 168