Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu

294 trang phuongnguyen 6000

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_ky_thuat_truyen_so_lieu.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu

EÏ TTRRƯƯỜỜNNGG ĐĐẠẠII HHỌỌCC SSƯƯ PPHHẠẠMM KKỸỸ TTHHUUẬẬTT TTPP HHCCMM KKHHOOAA ĐĐIIỆỆNN ĐĐIIỆỆNN TTỬỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG  GIÁO TRÌNH: KKỸỸ TTHHUUẬẬTT TTRRUUYYỀỀNN SSỐỐ LLIIỆỆUU BIÊN SOẠN: NGUYỄN VIỆT HÙNG NGUYỄN NGÔ LÂM NGUYỄN VĂN PHÚC  TP. HỒ CHÍ MINH – 9/2011
EÏ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG  GIÁO TRÌNH: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU BIÊN SOẠN: NGUYỄN VIỆT HÙNG NGUYỄN NGÔ LÂM NGUYỄN VĂN PHÚC  TP. HỒ CHÍ MINH – 9/2011
MỤC LỤC Trang Chương 1: Mở đầu 1 Chương 2: Các khái niệm cơ bản 4 Chương 3: Mô hình OSI 23 Chương 4: Tín hiệu 40 Chương 5: Mã hóa và điều chế 53 Chương 6: Truyền dữ liệu số: Giao diện và modem 90 Chương 7: Môi trường truyền dẫn 121 Chương 8: Ghép kênh 151 Chương 9: Phát hiện và sửa lỗi 182 Chương 10: Điều khiển kết nối dữ liệu 206 Chương 11: Giao thức kết nối dữ liệu 228 Chương 12: Mạng cục bộ 257
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 1: Mở đầu CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 MỘT SỐ Ý NIỆM MỞ ĐẦU 1.1.1 Mở đầu Mức độ kết nối thông tin toàn cầu hiện đang gia tăng như vũ bảo. Ngày càng có nhiều công nghệ viễn thông phát triển rất nhanh. Yêu cầu mới trong truyền dẫn như: thiết kế, sử dụng và quản lý thông tin. 1.1.2 Mục tiêu cơ bản của truyền số liệu Trao đổi thông tin tốt nhất giữa hai đối tác 1.1.3 Quá trình phát triển 1.1.3.1 Viễn thông 1837 - Samuel Morse chế tạo hệ thống điện tín. 1843 - Alexander Bain đăng ký bản quyền máy in tín hiệu điện tín. 1876 - Alexander Graham Bell, chế tạo ra điện thoại đầu tiên. 1880 - Các điện thoại trả tiền đầu tiên. 1915 – Dịch vụ điện thoại liên lục địa và kết nối thoại xuyên Đại Tây dương đầu tiên. 1947 – Phát minh ra transistor tại phòng thí nghiệm Bell Labs 1951 – Điện thoại đường dài xuất hiện 1962 – Điện thoại quốc tế dùng vệ tinh đầu tiên. 1968 - Phán quyết của tòa án Carterfone nhằm cho phép kết nối các thiết bị của hãng chế tạo khác vào các thiết bị của mạng Bell System Network 1970 – Cho phép MCI cung cấp dịch vụ điện thoại đường dài nhằm cạnh tranh. 1984 – Bãi bỏ độc quyền của AT&T 1980s – Mạng dịch vụ công cộng số 1990s – Xuất hiện điện thoại di động 1.1.3.2 Phần cứng: (định luật Moore) Xuất hiện: 1965 Do Gordon Moore, đồng sáng lập công ty Intel. Phát biểu: Dung lượng các chip mới tăng gấp đôi và giá thành giảm phân nửa so với các chip đã chế tạo trước đó trong vòng từ 18-24 tháng. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 1 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 1: Mở đầu So sánh: Nếu ứng dụng được hướng phát triển này vào kỹ thuật hàng không thì giá thành một máy bay chỉ còn 500 đô la, và ta có thể đi vòng quanh thế giới trong 20 phút. 1.1.3.3 Mạng: Internet, Intranet và Extranet Internet: mạng các mạng dịch vụ dùng cho thuê bao toàn cầu. Intranet: mạng riêng của cơ quan dùng công nghệ Internet Extranet: Mạng intranet có một số chức năng chia sẻ được thông tin với tổ chức đối tác. 1.1.4 Hướng phát triển Bên cạnh các đóng góp to lớn của phương thức truyền số liệu và mạng, hiện nay đang xuất hiện các vấn đề sau: Yếu tố tấn công virus máy tính. Tin tặc (Hacking). Great Global Grid (GGG). Dịch vụ mạng phát triển mạnh (Web services). Thư rác (Email Spamming): hàng tỉ thư rác/ngày, thiệt hại lên đến hàng chục tỉ đô la mỗi năm. 1.1.5 Nội dung tài liệu Tài liệu biên dịch này chủ yếu nhằm phục vụ cho sinh viên khoa Điện – Điện tử trong bước đầu nghiên cứu về kỹ thuật truyền số liệu, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo tốt chuẩn bị cho sinh viên khi nghiên cứu về mạng truyền thông công nghiệp. Tài liệu gồm 12 chương: Chương 1: Mở đầu, nhằm trình bày một số ý niệm cơ bản về kỹ thuật truyền số liệu, quá trình với xu hướng phát triển trong tương lai Chương 2: Các ý niệm cơ bản; trình bày các ý niệm cơ bản về cấu hình đường truyền, cấu hình cơ bản của mạng, các chế độ truyền dẫn, các dạng mạng LAN, MAN, WAN, phương thức kết nối liên mạng. Chương 3: Mô hình OSI; trình bày về mô hình mạng, chức năm các lớp trong mạng, giao thứcTCP/IP. Chương 4: Tín hiệu; trình bày các dạng tín hiệu analog và số dùng trong kỹ thuật truyền số liệu. Chương 5: Mã hóa và điều chế; trình bày các ý niệm cơ bản về các kỹ thuật chuyển đổi cơ bản dùng trong truyền số liệu như chuyển đổi tín hiệu số-số, chuyển đổi tín hiệu tương tự-số, chuyển đối tín hiệu số- tương tự và chuyểu đổi tín hiệu tương tự-tương tự. Chương 6: Truyền dẫn dữ liệu số: Giao diện và modem; trình bày các chế độ truyền số liệu cơ bản là nối tiếp và song song, đồng bộ và không Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 2 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 1: Mở đầu đồng bộ, giao diện DTE-DCE cùng một số chuẩn giao diện cơ bản, cơ chế truyền dẫn số liệu của modem, modem 56K, modem dùng trong truyền hình cáp. Chương 7: Môi trường truyền dẫn; trình bày các dạng môi trường truyền dẫn cơ bản là môi trường có định hướng và môi trường không định hướng, cấu tạo, các chế độ truyền dẫn, suy hao qua môi trường truyền, hiệu năng của môi trường, độ dài sóng, dung lượng Shannon, và so sánh ưu nhược điểm của các dạng môi trường truyền. Chương 8: Ghép kênh; trình bày các chế độ ghép kênh, và phân kênh theo tần số FDM, phân kênh và ghép kênh theo bước sóng WDM, phân kênh và ghép kênh theo thời gian (TDM). Ứng dụng của kỹ thuật ghép kênh, hệ thống điện thoại. Dây thuê bao số DSL, cáp quang FTTC. Chương 9: Phát hiện và sữa lỗi; trình bày về các dạng lỗi trong truyền dẫn. Phương pháp phát hiện lỗi, phương pháp VRC, LCR, CRC, Checksum. Phương pháp phát hiện và sửa lỗi Hamming. Chương 10: Điều khiển kết nối dữ liệu; trình bày về các chuẩn đường truyền, điều khiển lưu lượng, kiểm tra lỗi trên đường truyền. Chương 11: Giao thức kết nối dữ liệu; trình bày về các giao thức không đồng bộ, giao thức đồng bộ, các giao thức theo hướng ký tự và các giao thức theo hướng bit. Các thủ tục truy xuất đường truyền. Chương 12: Mạng cục bộ LAN; trình bày về đề án 802, Ethernet và các dạng mạng Ethernet vòng và bus Token, giao diện FDDI. Đặc điểm quan trọng trong tài liệu này là trong từng chương đều có phần các ý niệm cơ bản và từ khóa, cùng với phần tóm tắt và các bài luyện tập củng cố dạng câu hỏi, bài trắc nghiệm và bài tập. Điều này giúp định hướng cho sinh viên tham khảo tài liệu, phát huy khả năng đọc tài liệu và tự học tốt. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 3 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trước khi khảo sát cách truyền dữ liệu từ thiết bị này đến thiết bị khác, vấn đề quan trọng là ta phải hiểu mối quan hệ giữa các thiết bị truyền dữ liệu. Có năm khái niệm chung để cung cấp về các mối quan hệ cơ bản giữa các thiết bị thông tin. Đó là: Cấu hình đường dây Tôpô mạng Chế độ truyền Các loại mạng Các kết nối liên mạng 2.1 CẤU HÌNH ĐƯỜNG DÂY + Khái niệm: Cấu hình đường dây là phương thức để hai hay nhiều thiết bị mắc vào kết nối. Kết nối (link) là đường truyền thông tin vật lý để truyền dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác, đường thẳng kết nối hai điểm. + Phân loại: Có hai loại cấu hình đường dây: Cấu hình điểm - điểm Cấu hình đa điểm Cấu hình đường dây nhằm định nghĩa phương thức kết nối thông tin giữa các thiết bị với nhau. 2.1.1 Cấu hình điểm - điểm (point to point): + Đặc điểm: Cấu hình điểm - điểm cung cấp kết nối được dành riêng cho hai thiết bị. Toàn dung lượng kênh được dùng cho truyền dẫn giữa hai thiết bị. Hầu hết cấu hình điểm -điểm đều dùng dây hay cáp để nối hai điểm (hoặc vô tuyến: vi ba, vệ tinh, hồng ngoại) + Ví dụ: Dùng bộ remote để điều khiển TV, kết nối điểm điểm giữa hai thiết bị dùng đường hồng ngoại. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 4 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.1 +Ưu điểm: Không cần giải quyết bài toán lưu thông Phát hiện và tách lỗi dễ dàng Đảm bảo tính riêng tư (Bảo mật) +Khuyết điểm: Hiệu quả sử dụng đường truyền không cao( Khi tần suất sử dụng thấp) 2.1.2. Cấu hình đa điểm (multipoint): + Đặc điểm: Cấu hình đa điểm: kết nối có nhiều hơn hai thiết bị trên một đường truyền. Dung lượng kênh được chia sẻ theo thời gian. Hình 2.2 + Ưu điểm: Hiệu quả sử dụng đường truyền cao + Khuyết điểm: Cần giải quyết bài toán lưu thông Khó phát hiện và tách lỗi. Không đảm bảo tính riêng tư (Không bảo mật) Câu hỏi: Cấu hình đường dây là gì? Phân loại, nêu đặc điểm và ưu khuyết điểm của từng loại. Cấu hình đường dây là gì? Phân loại, nêu ví dụ. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 5 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản 2.2. TÔPÔ MẠNG (Topology: hình học) + Khái niệm: là biểu diễn hình học các mối quan hệ của tất cả các tuyến (link) và thiết bị đang kết nối (thường được gọi là các nút) tới các thiết bị khác. Thuật ngữ tôpô mạng nói đến phương thức mạng được bố trí về mặt luận lý hoặc vật lý. + Phân loại: Có 5 dạng tôpô cơ bản là: lưới, sao, cây, bus và vòng. Và một dạng Tôpô hỗn hợp. Hình 2.3 Tôpô định nghĩa cách sắp xếp vật lý hoặc luận lý của các kết nối trong mạng. - Tôpô dạng sao, không có nghĩa là các thiết bị phải được sắp xếp vật lý xung quanh hub theo hình sao. - Khi xem xét lựa chọn dạng tôpô thì phải xem xét thêm về cấp bậc liên quan của các thiết bị được kết nối. Có hai quan hệ có thể là: Đồng cấp (peer to peer): thiết bị chia sẻ kết nối ngang hàng với nhau Sơ cấp-thứ cấp (primary-secondary): một thiết bị điều khiển lưu thông và các thiết bị còn lại phải truyền qua nó. - Tôpô vòng và lưới thường thích hợp với truyền dẫn đồng cấp. - Tôpô sao và cây thường thích hợp cho truyền dẫn sơ cấp- thứ cấp. - Tôpô bus thích hợp cho cả hai dạng: đồng cấp và sơ cấp- thứ cấp. - Câu hỏi: Tôpô mạng là gì? Phân loại và nêu phạm vi sử dụng mỗi loại. 2.2.1. LƯỚI (Mesh): + Đặc điểm: - Mỗi thiết bị có một kết nối điểm-điểm chuyên dụng (dedicated) tới các thiết bị còn lại. - Một mạng lưới nếu có n thiết bị thì sẽ có n(n-1)/2 số kết nối. - Mỗi thiết bị cần có (n-1) cổng vào/ra (I/O: input/output). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 6 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản + Ví dụ: Có 5 thiết bị kết nối theo tôpô lưới. Số kết nối: 5(5-1)/2= 10 Mỗi thiết bị cần có 4 cổng vào/ra + Ưu điểm so với các dạng mạng khác: - Kết nối điểm-điểm chuyên dụng đảm bảo mỗi kết nối chỉ truyền dẫn dữ liệu riêng, nên không xuất hiện bài toán lưu thông. - Tôpô lưới rất bền vững (Khi một kết nối bị hỏng thì không ảnh hưởng lên toàn mạng). - Tính riêng tư hoặc vấn đề an ninh. (Khi dùng đường truyền riêng biệt thì chỉ có hai thiết bị trong kết nối dùng được thông tin này, các thiết bị khác không thể truy cập vào kết nối này được). - Kết nối điểm-điểm cho phép phát hiện và tách lỗi rất nhanh. (Có thể điều khiển lưu thông để tránh các đường truyền nghi ngờ bị hỏng. Nhà quản lý dễ dàng phát hiện chính xác nơi bị hỏng để nhanh chóng tìm ra nguyên nhân và có biện pháp khắc phục). + Khuyết điểm: - Số kết nối và số cổng I/O nhiều nên chi phí lắp đặt sẽ tăng. - Mở rộng mạng khó khăn. Cấu hình lưới chỉ được dùng rất giới hạn, đường trục (backbone) kết nối các máy tính lớn (mainframe) trong một mạng hỗn hợp với nhiều cấu hình khác. 2.2.2 SAO (Star): + Đặc điểm: - Mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với một thiết bị điều khiển trung tâm (Hub). - Chức năng Hub: Tạo kết nối giữa các thiết bị khi có yêu cầu, thu tín hiệu và phát (Repeater: thiết bị lặp, mang tính tích cực) - Nếu Tôpô sao có n thiết bị thì sẽ có n kết nối. - Mỗi thiết bị có 1 ngõ I/O Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 7 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.5 + Ưu điểm: - Ít tốn kém hơn so với tôpô lưới. (số kết nối, số ngõ I/O) - Mỗi thiết bị chỉ cần một kết nối và chỉ cần một cổng I/O để kết nối với các thiết bị khác. - Tính bền vững cao. - Phát hiện lỗi dễ dàng. + Khuyết điểm: - Chi phí Hub. - Tính bảo mật không cao. - Mở rộng thiết bị có giới hạn. - Khoảng cách giữa Hub và thiết bị có giới hạn. 2.2.3 CÂY (Tree): + Đặc điểm: - Đây là biến thể của dạng sao. - Các nút trong cây được kết nối với hub trung tâm để điều khiển lưu thông đến mạng. - Các thiết bị không hoàn toàn kết nối trực tiếp vào hub trung tâm. - Phần lớn các thiết bị được kết nối với hub phụ (nối với hub trung tâm). - Số kết nối = số thiết bị (n) + số hub phụ (m) = n + m Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 8 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.6 - Hub trung tâm của cây mang tính tích cực: bộ lặp (repeater), tạo khả năng mở rộng cự ly của mạng. - Hub phụ có thể là tích cực hoặc thụ động, chỉ nhằm cung cấp những kết nối vật lý đơn giản giữa các thiết bị. + Ưu điểm và khuyết điểm: tương tự như dạng sao. Khi thêm vào các hub phụ, làm cho mạng có hai ưu điểm. - Cho phép thêm nhiều thiết bị được kết nối với hub trung tâm và có thể tăng cự ly tín hiệu di chuyển trong mạng. - Cho phép phân cấp mạng và tạo mức ưu tiên của các thiết bị khác nhau. 2.2.4. BUS: + Đặc điểm: - Tôpô bus là dạng cấu hình đa điểm. - Một đường cáp dài được gọi là trục (backbone) nhằm kết nối các thiết bị trong mạng. Hình 2.7 - Các nút được nối với cáp bus thông qua nhánh rẽ (drop line) và điểm nối (tap). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 9 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản - Điểm nối thường bị tổn hao nhiệt do yếu tố nhánh rẽ. Từ đó có giới hạn về số điểm nối mà cáp chính có thể hỗ trợ và khoảng cách giữa các điểm nối. + Ưu điểm: - Hiệu qủa sử dụng kết nối cao. - Dễ lắp đặt, thay đổi vị trí lắp đặt thiết bị. + Khuyết điểm : - Khó phát hiện và phân cách hỏng hóc. - Khó gắn thêm thiết bị vào. - Các điểm nối có thể tạo tín hiệu phản xạ làm giảm chất lượng truyền tín hiệu trong bus. Yếu tố này có thể được khống chế bằng cách giới hạn số lượng và cự ly thích hợp của các điểm nối hay phải thay thế đường trục. - Tính bền vững kém. (Khi có lỗi hoặc đứt cáp thì toàn mạng sẽ bị ngừng truyền dẫn tín hiệu do vòng bị hỏng có thể tạo sóng phản xạ lên đường trục, tạo nhiễu loạn trên toàn mạng.) 2.2.5. VÒNG (Ring): + Đặc điểm: - Mỗi thiết bị có kết nối điểm - điểm với thiết bị bên phải và thiết bị bên trái của nó. - Tín hiệu di chuyển trong vòng theo một chiều, từ thiết bị này sang thiết bị khác, cho đến khi đến đích. - Mỗi thiết bị trong mạng là một bộ lặp. - Nếu có n thiết bị thì sẽ cần n kết nối. - Mỗi thiết bị có một ngõ phát và một ngõ thu. Hình 2.8 + Ưu điểm - Tương đối dễ thiết lập và tái cấu trúc - Phát hiện lỗi tương đối đơn giản. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 10 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Thông thường trong mạng, tín hiệu di chuyển, khi một thiết bị bị hỏng thì sẽ xuất hiện tín hiệu báo động, thông báo cho người quản lý mạng về hỏng hóc và vị trí hỏng hóc này. + Khuyết điểm: - Việc di chuyển của tín hiệu trong mạng chỉ theo một chiều (thời gian truyền chậm). - Tính bền vững thấp (Khi có một thiết bị hỏng thì toàn mạng sẽ dừng hoạt động. Ví dụ: Giả sử có 8 thiết bị, hãy cho biết số kết nối để kết nối các thiết bị trên lần lượt theo các dạng tôpô: Lưới, sao, cây, bus, vòng. Lưới: 8(8-1)/2 = 28 kết nối. Sao: 8 kết nối + Hub 8. Cây: nhiều hơn 8 kết nối + Hub trung tâm + hub phụ. Bus: 1 kết nối + 8 nhánh rẽ + 8 điểm nối + 2 kết nối cuối Bus. Vòng: 8 kết nối. Câu hỏi: Nêu đặc điểm của một loại tôpô. Trình bày ưu, khuyết điểm. Tính số kết nối trong tôpô đó. 2.2.6. TÔPÔ HỖN HỢP ( Hybrid Topologies ): + Đặc điểm: - Tồn tại ít nhất 2 dạng trong các dạng tôpô sau: lưới, sao, bus và vòng. - Kết hợp cấu hình nhiều mạng con để thành một mạng lớn. + Ví dụ: Cho 1 tôpô hỗn hợp có mạng trục dạng sao có 3 kết nối, mỗi kết nối được nối đến lần lượt tới các tôpô sau: bus (4 thiết bị), vòng (4 thiết bị) và sao (3 thiết bị). Hình 2.9 2.3. CHẾ ĐỘ TRUYỀN DẪN + Khái niệm: Là chế độ nhằm định nghĩa chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị được kết nối với nhau. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 11 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản + Phân loại: Có 3 dạng: - Đơn công (simplex) - Bán song công (half-duplex) - Song công (full-duplex = duplex) Hình 2.10 2.3.1 Đơn công (simplex): + Đặc điểm: - Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo một chiều. - Một thiết bị phát và một thiết bị thu. Hình 2.11 2.3.2 Bán song công (half-duplex): + Đặc điểm: - Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo hai chiều ở 2 thời điểm khác nhau. - Một thiết bị phát và một thiết bị thu hoặc ngược lại. Hình 2.12 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 12 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản 2.3.3 Song công (full-duplex): + Đặc điểm: - Chiều lưu thông tín hiệu giữa hai thiết bị theo hai chiều có thể ở cùng thời điểm. - Một thiết bị phát - thu và thiết bị còn lại thu - phát. Hình 2.13 Câu hỏi: Nêu khái niệm chế độ truyền dẫn. Phân loại các chế độ và cho ví dụ. 2.4. CÁC DẠNG MẠNG Hiện nay, khi nói đến mạng thì người ta nghĩ ngay đến: mạng cục bộ (LAN; local area network), mạng MAN (metropolitain area network) và mạng WAN (wide area network) như hình 2.14. Hình 2.14 2.4.1 Mạng LAN: Ban đầu được dùng kết nối các thiết bị trong một văn phòng nhỏ, một tòa nhà, hay khuôn viên trường đại học (xem hình 2.15). Tuỳ theo nhu cầu, mạng LAN có thể chỉ gồm hai máy tính và một máy in trong một văn phòng, cho đến việc mở rộng với nhiều văn phòng và các thiết bị thoại, hình ảnh và ngoại vị khác. Hiện nay, cự ly của mạng LAN thường giới hạn trong khoảng vài km. LAN được thiết kế cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính và máy chủ. Tài nguyên này có thể là phần cứng (thí dụ máy in) hay phần mềm (các chương trình ứng dụng) và dữ liệu. Ngoài kích thước thì mạng LAN còn phân biệt với các mạng khác từ phương pháp cấu hình mạng cũng như môi trường truyền dẫn.Thông thường, trong mạng LAN chỉ dùng một môi trường truyền dẫn. Cấu hình thường dùng là bus, vòng và sao. Tồc độ truyền dẫn từ 4 đến 16 Mbps trong các mạng LAN truyền thống, hiện nay tốc độ này có thể lên đến 100 Mbps với một sô` hệ thống có thể lên đến tốc độ gigabit. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 13 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.15 2.4.2 Mạng MAN: Được thiết kế để hoạt động trong toàn cấp thành phố, nó có thể là một mạng như mạng truyền hình cáp, hay có thể là mạng kết nối nhiều mạng LAN thành mạng lớn hơn, như hình 2.16 Hình 2.16 2.4.3 Mạng WAN: Cung cấp truyền dẫn dữ liệu, hình ảnh, thoại, và video trong diện rộng bao gồm quốc gia, lục địa và toàn cầu (hình 2.17). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 14 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.17 2.5 LIÊN MẠNG Khi kết nối nhiều mạng, ta có kết nối liên mạng (internetwork hay internet). Chú ý là internet này không phải là Internet là một dạng mạng toàn cầu đặc biệt, xem hình 2.18 Hình 2.18 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 15 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản TÓM TẮT  Cấu hình đường dây là quan hệ giữa các thiết bị thông tin với đường truyền thông tin. - Trong cấu hình điểm nối điểm, chỉ có hai thiết kết nối với nhau mà thôi. - Trong cấu hình nhiều điểm, có nhiều hơn 2 thiết bị được kết nối với nhau.  Tôpô là phương thức sắp xếp vật ý hay luận lý trong mạng. Các thiết bị có thể được bố trí thành dạng lưới, sao, cây, bus, vòng và hỗn hợp.  Có ba phương thức truyền dẫn thường gặp là: đơn công, bán song công và song công. - Truyền dẫn đơn công chỉ đi theo một chiều mà thôi. - Truyền dẫn bán song công thì theo hai chiều nhưng không đồng thời (phát thì không thu, và ngược lại). - Song công thông tin truyền theo hai chiều cùng một lúc.  Các mạng được chia thành: LAN, MAN và WAN.  LAN: mạng cục bộ.  MAN: mạng trong một thành phố.  WAN: mạng toàn cầu. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 16 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản BÀI TẬP CHƯƠNG 2 I. CÂU HỎI ÔN TẬP: 1. Tôpô mạng liên quan với cấu hình đường dây như thế nào? 2. Định nghĩa ba chế độ truyền dẫn ? 3. Cho biết ưu điểm của các dạng tôpô mạng? 4. Ưu điểm của cấu hình nhiều điểm so với điểm - điểm là gì? 5. Cho biết các yếu tố cơ bản nhằm xác định các hệ thống thông tin là LAN, MAN hay WAN. 6. Cho biết hai dạng cấu hình đường dây? 7. Cho biết 5 dạng tôpô mạng cơ bản? 8. Phân biệt giữa quan hệ đồng cấp và quan hệ sơ cấp - thứ cấp? 9. Trình bày các khuyết điểm của các tôpô mạng ? 10. Trình bày công thức tính số kết nối cần thiết để thiết lập tôpô mạng dạng lưới? 11. Phân loại 5 tôpô mạng cơ bản theo cấu hình đường dây? 12. Giả sử có n thiết bị trong mạng, xác định số cáp kết nối cần thiết để thiết lập tôpô mạng dạng : lưới, vòng, bus và sao ? 13. Khác biệt giữa hub trung tâm và hub phụ là gì ? Khác biệt giữa hub tích cực và hub thụ động là gì? Chúng quan hệ với nhau như thế nào? 14. Yếu tố giới hạn kích thước mạng bus là gì? (các Tap) 15. Trình bày phương pháp phát hiện lỗi về cáp nối trong các tôpô mạng ? 16. Kết nối liên mạng (internet) là gì ? Internet là gì? Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 17 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản II. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 1. Cho biết tôpô mạng nào cần có bộ d. Tự động điều khiển trung tâm (hub): 7. Cho biết dạng tôpô mạng nào mà khi a. Lưới có n thiết bị, mỗi thiết bị cần thiết phải có (n-1) cổng I/O: b. Sao a. Lưới c. Bus b. Sao d. Vòng c. Bus 2. Tôpô nào có cấu hình đa điểm: a. Lưới d. Vòng b. Sao 8. Dạng cấu hình đường dây nào để kết nối chỉ định (riêng) giữa hai thiết bị: c. Bus a. Điểm - điểm d. Vòng b. Nhiều điểm 3. Cho biết dạng kết nối thông tin giữa bàn phím và máy tính là : c. Sơ cấp a. Đơn công d. Thứ cấp b. Bán song công 9. Dạng cấu hình đường dây nào mà có nhiều hơn hai thiết bị chia sẻ đường c. Song công truyền. d. Tự động a. Điểm - điểm 4. Mạng có 25 thiết bị, hãy cho biết b. Nhiều điểm tôpô nào có dây nối nhiều nhất: c. Sơ cấp a. Lưới d. Thứ cấp b. Sao 10. Chế độ truyền dẫn nào mà dung c. Bus lượng kênh truyền được chia sẻ cho d. Vòng 2 thiết bị thông tin trong mọi thời gian. 5. Mạng cây là biến thể của mạng a. Đơn công a. Lưới b. Bán song công b. Sao c. Song công c. Bus d. Tất cả sai d. Vòng 11. Nhà xuất bản MacKenzie 6. Truyền hình là một thí dụ về phương Publishing, với tổng hành dinh đặt thức truyền dẫn tại London và nhiều văn phòng đặt a. Đơn công tại Châu Á, Âu, Nam Mỹ, có thể đã được kết nối dùng mạng: b. Bán song công a. LAN c. Song công b. MAN Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 18 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản c. WAN a. Sơ cấp đến đồng cấp d. Tất cả đều sai b. Đồng cấp đến sơ cấp 12. Văn phòng công ty A có hai máy c. Sơ cấp đến thứ cấp tính kết nối với một máy in, như thế d. Đồng cấp họ dùng mạng: 16. Tôpô mạng nào mà khi cáp đứt thì a. LAN mạng ngừng hoạt động b. MAN a. Lưới c. WAN b. Cây d. Tất cả đều sai c. Bus 13. Cho biết dạng tôpô mạng có cấu d. Sao hình điểm - điểm: 17. Một mạng dùng nhiều hub thì có cấu a. Lưới hình dạng b. Vòng a. Lưới c. Sao b. Cây d. Tất cả đều đúng c. Bus 14. Trong dạng kết nối nào mà đường d. Sao truyền chỉ dùng cho hai thiết bị 18. Mạng nào có tính riêng tư và vấn đề a. Sơ cấp bảo mật thông tin yếu nhất: b. Thứ cấp a. Lưới c. Chỉ định b. Cây d. Tất cả đều sai c. Bus 15. Trong tôpô mạng lưới, quan hệ giữa d. Sao một thiết bị với một thiết bị khác là: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 19 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản III. BÀI TẬP 1. Giả sử có 6 thiết bị được kết nối theo tôpô lưới, cần có bao nhiêu cáp? Mỗi thiết bị cần bao nhiêu cổng I/O? (Xem phần tài liệu) 2. Hãy xác định loại tôpô mạng trong hình 2.19: (Dạng Bus) Hình 2.19 3. Hãy xác định loại tôpô mạng trong hình 2.20: Hỗn hợp Hình 2.20 4. Hãy xác định loại tôpô mạng trong hình 2.21: Hỗn hợp Hình 2.21 5. Hãy xác định loại tôpô mạng trong hình 2.22: Cây Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 20 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản Hình 2.22 6. Hãy xác định loại tôpô mạng trong hình 2.23: vòng Hình 2.23 7. Trong hình 2.24, Hãy xác định loại tôpô mạng nào là dạng vòng: Hình 2.24 8. Trong bốn dạng mạng sau, cho biết hậu quả nếu có 1 kết nối bị lỗi: a. Năm thiết bị kết nối theo dạng lưới. b. Năm thiết bị kết nối theo dạng sao (không tính hub). c. Năm thiết bị kết nối theo dạng bus. d. Năm thiết bị kết nối theo dạng vòng. 9. Hãy vẽ mạng hỗn hợp có tôpô mạng trục là sao và 3 mạng vòng. 10. Hãy vẽ mạng hỗn hợp có trục là mạng vòng và 2 mạng bus. 11. Hãy vẽ mạng hỗn hợp có trục là mạng bus kết nối với hai mạng trục là mạng vòng. Mỗi mạng vòng nối 3 mạng sao. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 21 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 2: Các khái niệm cơ bản 12. Hãy vẽ mạng hỗn hợp có trục chính là mạng sao kết nối với hai mạng trục là mạng bus. Mỗi mạng bus nối 3 mạng vòng. 13. Một mạng có 4 máy tính, nếu chỉ còn có bốn đoạn cáp nối, hãy cho biết dạng mạng thích hợp nhất trong trường hợp này ? 14. Giả sử muốn thêm hai thiết bị mới vào trong một mạng hiện hữu với 5 thiết bị, khi dùng mạng lưới thì cần bao nhiêu cáp nối? Khi dùng mạng vòng thì cần bao nhiêu cáp nối? 15. Năm máy tính được kết nối theo cấu hình đa điểm, cáp chỉ có thể truyền 100 kbps. Nếu tất cả các máy tính đều có dữ liệu cần gởi, cho viết tốc độ trung bình của mỗi máy tính là bao nhiêu? 16. Khi dùng điện thoại kết nối với thuê bao khác, cho biết lúc này là kết nối điểm - điểm hay đa điểm? giải thích? 17. Cho biết các phương thức truyền dẫn thích hợp nhất (đơn công, bán song công và song công) trong các trường hợp sau: a. Máy tính với màn hình b. Đàm thoại giữa 2 người c. Đài truyền hình Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 22 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH OSI Tổ chức ISO (International Standard Organization) đề ra các tiêu chuẩn cho quốc tế. + Khái niệm: OSI (Open Systems Interconnection) là một tiêu chuẩn của ISO bao trùm tất cả các yếu tố thông tin mạng. Hệ thống mở là mô hình cho phép hai hệ thống khác nhau có thể thông tin với nhau bất kể kiến trúc mạng của nó ra sao. + Mục đích của mô hình OSI: Mở rộng thông tin giữa nhiều hệ thống khác nhau mà không đòi hỏi phải có sự thay đổi về phần cứng hay phần mềm đối với hệ thống hiện hữu. Mô hình OSI không phải là giao thức (protocol) mà là mô hình giúp hiểu và thiết kế kiến trúc mạng một cách mềm dẻo, bền vững và dễ diễn đạt hơn. ISO là tổ chức còn OSI là mô hình. Câu hỏi: Mô hình OSI là gì? Nêu mục đích của mô hình OSI. 3.1 TỔNG QUAN MÔ HÌNH OSI : Mô hình OSI là một khung sườn phân lớp để thiết kế mạng cho phép thông tin trong tất cả các hệ thống máy tính khác nhau. Mô hình OSI gồm 7 lớp riêng biệt nhưng có quan hệ với nhau, mỗi lớp nhằm định nghĩa một phân đoạn trong quá trình di chuyển thông tin qua mạng. Việc hiểu rõ mô hình OSI sẽ cung cấp cơ sở cho việc khám phá việc truyền số liệu. Hình 3.1 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 23 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI 3.1.1 KIẾN TRÚC LỚP: Mô hình OSI được xây dựng từ 7 lớp: - Lớp vật lý (lớp 1) - Lớp kết nối dữ liệu (lớp 2) - Lớp mạng (lớp 3) - Lớp vận chuyển (lớp 4) - Lớp kiểm soát kết nối (lớp 5) - Lớp biểu diễn (lớp 6) - Lớp ứng dụng (lớp 7). Hình sau minh họa phương thức một dữ liệu được gởi đi từ thiết bị A đến thiết bị B. Hình 3.2 Trong quá trình di chuyển, bản tin phải đi qua nhiều nút trung gian. Các nút trung gian này thường nằm trong ba lớp đầu tiên trong mô hình OSI. Khi phát triển mô hình, các nhà thiết kế đã tinh lọc quá trình tìm kiếm dữ liệu thành các thành phần đơn giản nhất. Chúng xác định các chức năng kết mạng được dùng và gom chúng thành các nhóm riêng biệt gọi là lớp. Mỗi lớp định nghĩa một tập các chức năng riêng biệt so với lớp khác. Thông qua việc định nghĩa và định vị các chức năng theo cách này, người thiết kế tạo ra được một kiến trúc vừa mềm dẻo, vừa dễ hiểu. Quan trọng hơn hết, mô hình OSI cho phép có được tính minh bạch (transparency) giữa các hệ thống tương thích. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 24 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI 3.1.2 CÁC QUÁ TRÌNH ĐỒNG CẤP: Trong một thiết bị đơn, mỗi lớp gọi dịch vụ của lớp ngay phía dưới. Ví dụ: lớp 3, dùng các dịch vụ của lớp 2 và cung cấp dịch vụ cho lớp 4. Giữa các thiết bị, lớp x của một thiết bị phải thông tin với lớp x của thiết bị kia, thông qua một chuỗi các luật và qui ước được gọi là giao thức (protocole). Quá trình để mỗi thiết bị thông tin với nhau tại một lớp được gọi là quá trình đồng cấp (peer to peer processes). Hình 3.3 Tại lớp vật lý, truyền dữ liệu trực tiếp: Thiết bị A gởi một luồng bit đến thiết bị B. Tuy nhiên tại các lớp cao hơn, thông tin này phải di chuyển xuống qua các lớp của thiết bị A, để đi đến thiết bị B, và tiếp tục đi lên đến lớp cần thiết. Mỗi lớp trong thiết bị phát tin gắn thêm vào bản tin vừa nhận một thông tin riêng của mình và gởi đến lớp phía dưới của nó. Thông tin thêm vào ở mỗi lớp gọi là Header và Trailer (dữ liệu điều khiển được thêm vào tại phần đầu và phần cuối của dữ liệu gốc). Header được thêm vào tại lớp 6, 5, 4, 3, và 2. Trailer được thêm vào tại lớp 2. Header được thêm vào ở lớp 6, 5, 4, 3, và 2. Trailer thường chỉ được thêm vào ở lớp 2. Tại lớp 1, toàn bộ gói dữ liệu được chuyển thành dạng có thể truyền được đến thiết bị thu. Tại Thiết bị thu, bản tin này được trải ra từng lớp, với mỗi quá trình nhận và lấy thông tin ra. Ví dụ, lớp 2 gở ra các thông tin của mình, và chuyển tiếp phần còn lại lên lớp 3. Tương tự, lớp 3 gỡ phần của mình và truyền tiếp sang lớp 4, và cứ thế tiếp tục. 3.1.3 GIAO DIỆN GIỮA CÁC LỚP Việc chuyển dữ liệu và thông tin mạng đi xuống các lớp của thiết bị phát và đi ngược lên qua các lớp của thiết bị thu được thực hiện nhờ có phần giao diện của hai lớp cận kề nhau. Mỗi giao diện định nghĩa thông tin và các dịch vụ mà lớp phải cung cấp cho lớp trên nó. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 25 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Các giao diện được định nghĩa tốt và các chức năng lớp cung cấp tính modun cho mạng. Miễn sao một lớp vẫn cung cấp các dịch vụ cần thiết cho các lớp trên nó, việc thực thi chi tiết của các chức năng này có thể được thay đổi hoặc thay thế không đòi hỏi phải thay thế các lớp xung quanh. 3.1.4 SẮP XẾP CÁC LỚP + Bảy lớp có thể được nhóm thành ba nhóm con sau: - Lớp 1, 2, 3: là nhóm con các lớp hỗ trợ mạng, nhằm giải quyết các yếu tố vật lý và truyền dữ liệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác (như các đặc tính điện, kết nối vật lý, định địa chỉ vật lý và thời gian truyền cũng như độ tin cậy). - Lớp 5, 6, và 7: lớp kiểm soát kết nối, biểu diễn và ứng dựng có thể được xem là nhóm con các lớp hỗ trợ người dùng (chúng cho phép khả năng truy cập đến nhiều hệ thống phần mềm). - Lớp 4: lớp vận chuyển, bảo đảm tính tin cậy cho việc truyền dẫn hai đầu mút (end to end) trong khi đó lớp 2 đảm bảo độ tin cậy trên một đường truyền đơn. + Các lớp trên của mô hình OSI hầu như luôn luôn thực thi trong phần mềm; + Các lớp dưới được thực thi kết hợp phần cứng và phần mềm, trừ lớp vật lý hầu như là thuộc phần cứng. 3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC LỚP Phần này trình bày ngắn gọn chức năng của từng lớp trong mô hình OSI. 3.2.1 LỚP VẬT LÝ (Lớp 1): + Chức năng: Truyền luồng bit đi qua môi trường vật lý. Liên quan đến các đặc tính cơ, điện của giao diện thiết bị và môi trường truyền. + Vị trí lớp 1: Hình 3.4 + Các đặc tính liên quan : Đặc tính vật lý của giao diện giữa thiết bị và môi trường: Lớp vật lý định nghĩa các đặc tính của giao diện giữa các thiết bị và môi trường truyền. Ngoài ra, lớp còn định nghĩa dạng của môi trường truyền. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 26 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Biểu diễn các bit: Dữ liệu lớp vật lý bao gồm luồng các bit (chuỗi các giá trị 0 và 1) mà không cần phải phiên dịch. Để truyền dẫn, các bit này phải được mã hóa thành tín hiệu điện hoặc quang. Lớp vật lý định nghĩa dạng mã hóa (cách bit 0 và 1 được chuyển đổi thành tín hiệu). Tốc độ dữ liệu: Số bit được truyền đi trong một giây. Nói cách khác, lớp vật lý định nghĩa độ rộng mỗi bit (chu kỳ bit). Đồng bộ bit: Thiết bị phát và thiết bị thu cần được đồng bộ theo cấp độ bit. Nói cách khác, đồng hồ của thiết bị phát và thiết bị thu phải được đồng bộ hóa. Cấu hình đường dây: cấu hình điểm - điểm và đa điểm Tôpô mạng: Định nghĩa phương thức kết nối thiết bị để tạo thành mạng. Thiết bị có thể được nối theo lưới, sao, cây, vòng hay bus. Chế độ truyền: đơn công, bán song công hay song công. Nêu chức năng của lớp vật lý và đặc tính liên quan của nó trong mô hình OSI. 3.2.2 LỚP KẾT NỐI DỮ LIỆU: + Chức năng: truyền khung (frame) từ nút đến nút (trong 1 mạng). + Vị trí: Hình 3.5 + Các đặc tính liên quan : Tạo khung (framing): Lớp 2 chia luồng bit nhận được thành các đơn vị dữ liệu dễ quản lý được gọi là khung (frame). Định (tạo) địa chỉ vật lý: Nếu frame được phân phối đến nhiều hệ thống trong cùng mạng thì lớp kết nối dữ liệu thêm vào frame một header để định nghĩa địa chỉ vật lý của nơi phát (địa chỉ nguồn) và nơi nhận (địa chỉ đích). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 27 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Nếu frame muốn gởi đến hệ thống ngoài mạng của nguồn phát, thì địa chỉ nơi nhận là địa chỉ của thiết bị nối với mạng kế tiếp. Ví dụ 1: Định địa chỉ vật lý Hình 3.6 Điều khiển lưu lượng: Nếu tốc độ nhận dữ liệu của thiết bị thu bé hơn so với tốc độ của thiết bị phát thì lớp kết nối dữ liệu tạo cơ chế điều khiển lưu lượng tránh quá tải của thiết bị thu. Kiểm tra lỗi: Lớp 2 thêm khả năng tin cậy cho lớp vật lý bằng cách thêm cơ chế phát hiện và gởi lại các frame bị hỏng hay thất lạc. Đồng thời, cũng tạo cơ chế tránh gởi trùng các frame. Kiểm tra lỗi thường được thực hiện nhờ trailer được thêm vào ở phần cuối của frame. Điều khiển truy cập: Khi hai hoặc nhiều thiết bị được mắc trên cùng một tuyến, cần có giao thức của lớp kết nối dữ liệu để xác định thiết bị nào nắm quyền trên kết nối tại một thời điểm. 3.2.3 LỚP 3 (MẠNG): + Chức năng: Nhằm phân phối các gói (packet) từ nguồn đến đích có thể đi qua nhiều mạng. Chú ý: Nếu hai hệ thống được kết nối cùng mạng, thì không cần thiết phải có lớp mạng. Khi hai thiết bị này ở hai mạng khác nhau, thì cần có lớp mạng để thực hiện giao nhận nguồn – đích . + Vị trí: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 28 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Hình 3.7 + Các đặc tính liên quan : Định (tạo) địa chỉ luận lý: - Địa chỉ vật lý do lớp 2 giải quyết định địa chỉ cục bộ. - Nếu gói dữ liệu đi qua các mạng, thì nhất thiết phải có thêm một hệ thống định địa chỉ khác giúp phân biệt giữa hệ thống nguồn và hệ thống đích. - Lớp mạng thêm header vào gói từ lớp trên xuống, trong đó chứa địa chỉ luận lý của nơi gởi và nơi nhận. Định tuyến (routing): Khi nhiều mạng độc lập được nối với nhau để tạo ra liên mạng (mạng của mạng) hay một mạng lớn hơn, thì thiết bị kết nối là bộ định tuyến (router hoặc gateways) được dùng để chuyển đường đi của gói đến đích, lớp mạng được thiết lập cho mục tiêu này. Ví dụ 2: Định địa chỉ luận lý; A E ` ` 10 87 Bus F 20 T2 Data A P 10 20 R T G 99 ` T2 Data A P 99 33 45 Ring N H 33 R ` 66 Z 71 T2 Data A P 66 95 P M ` ` 95 77 Bus Hình 3.8 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 29 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Câu Hỏi: 1. Địa chỉ vật lý, địa chỉ luận lý là gì? Hãy so sánh hai địa chỉ đó. 2. So sánh việc truyền dữ liệu của lớp 1, 2, 3. 3.2.4 LỚP VẬN CHUYỂN: + Chức năng: Lớp vận chuyển nhằm chuyển toàn bản tin từ thiết bị đầu cuối phát đến thiết bị đầu cuối thu (end to end). Khi lớp mạng nhận ra việc chuyển end to end của một gói riêng, lớp không nhận ra bất kỳ quan hệ nào giữa các gói này. Lớp sẽ xử lý các gói riêng biệt, vì cho rằng các gói này thuộc vào các bản tin riêng biệt, cho dù phải hay không phải đi nữa. Mặt khác, lớp vận chuyển bảo đảm là toàn bản tin đều đến là nguyên vẹn và theo thứ tự, bỏ qua việc kiểm tra lỗi, và điều khiển lưu lượng tại cấp nguồn đến đích. Hình 3.9 minh họa quan hệ giữa lớp vận chuyển với lớp mạng và lớp kiểm soát kết nối Để tăng cường tính an ninh, lớp vận chuyển có thể tạo một kết nối giữa hai cổng cuối. Kết nối là một đường nối luận lý giữa nguồn và đích liên quan đến mọi gói trong bản tin. Việc tạo kết nối bao gồm ba bước: thiết lập kết nối, truyền dữ liệu, và nhả kết nối. Thông qua việc xác nhận việc truyền dẫn tất cả mọi gói trên một đường, lớp vận chuyển kiểm soát thêm được lên trình tự truyền, lưu lượng, phát hiện và sửa lỗi. Hình 3.9 Các nhiệm vụ của lớp vận chuyển bao gồm: Định địa chỉ điểm dịch vụ (service-point addressing): Một máy tính thường chạy nhiều chương trình trong cùng một lúc. Vì thế, chuyển giao nguồn – đích không có nghĩa là từ một máy tính đến máy khác mà còn từ những quá trình đặc thù (chạy chương trình) lên các chương trình khác. Như thế header của lớp vận chuyển phải bao gồm một dạng địa chỉ đặc biệt là gọi là địa chỉ điểm dịch vụ (service-point addressing) hay còn gọi là địa chỉ cổng. Lớp mạng lấy mỗi gói đến đúng từ máy tính, lớp vận chuyển lấy toàn bản tin đến đúng quá trình của máy tính đó. Phân đoạn và hợp đoạn: Một bản tin được chia thành nhiều phân đoạn truyền đi được, mỗi phân đoạn mang số chuỗi. Các số này cho phép lớp vận chuyển Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 30 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI tái hợp đúng bản tin khi đến đích để có thể nhận dạng và thay thế các gói bị thất lạc trong khi truyền dẫn. Điều khiển kết nối: Lớp vận chuyển có thể theo hướng kết nối hay không kết nối. Lớp vận chuyển theo hướng không kết nối xử lý mỗi phân đoạn như là gói độc lập và chuyển giao đến lớp vận chuyển của thiết bị đích. Lớp vận chuyển theo hướng kết nối tạo kết nối với lớp vận chuyển của thiết bị đích trước khi chuyển giao gói. Sau khi chuyển xong dữ liệu, thì kết thúc kết nối. Điều khiển lưu lượng: Tương tự như trong lớp kết nối dữ liệu, lớp vận chuyển có nhiệm vụ điều khiển lưu lượng. Tuy nhiên, điều khiển lưu lượng trong lớp này được thực hiện bằng cách end to end thay vì kết nối đơn. Kiểm tra lỗi: Tương tự như lớp kết nối dữ liệu, lớp vận chuyển cũng có nhiệm vụ kiểm tra lỗi. Tuy nhiên, kiểm tra lỗi trong lớp này được thực hiện bằng cách end to end thay vì kết nối đơn. Lớp vận chuyển của thiết bị phát bảo đảm là toàn bản tin đến lớp vận chuyển thu không bị lỗi (hỏng hóc, thất lạc hay trùng lắp). Việc sửa lỗi thường được thực hiện trong qua trình truyền lại. Ví dụ 3: hình 3.10 Hình 3.10 Dữ liệu đến từ lớp trên địa chỉ service-point (port) là j và k ( j là địa chỉ của ứng dụng gởi và k là địa chỉ của ứng dụng thu). Do kích thước của dữ liệu lớn hơn khả năng của lớp mạng, nên dữ liệu được chia thành hai gói, mỗi gói vẫn còn giữa địa chỉ điểm dịch vụ (j và k). Nên trong lớp mạng, địa chỉ mạng (A và P) được thêm vào mỗi gói. Các gói sẽ di chuyển theo các đường khác nhau và đến đích theo hay không theo thứ tự. Hai gói được chuyển giao đến lớp mạng đích, có nhiệm vụ gở bỏ header lớp mạng. Hai gói được truyền tiếp sang lớp vận chuyển, được tái hợp để chuyển giao lên lớp trên. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 31 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI 3.2.5 LỚP KIỂM SOÁT KẾT NỐI: Các dịch vụ do ba lớp đầu (vật lý, kết nối dữ liệu, và lớp mạng) đôi khi chưa đủ cho một số quá trình. Lớp kiểm soát là lớp điều khiển đối thọai: thiết lập, duy trì, và đồng bộ hóa tương tác giữa các hệ thống thông tin. Các nhiệm vụ của lớp kiểm soát: Điều khiển đối thoại: Lớp kiểm soát cho phép hai hệ thống đi vào đối thoại. Lớp cho phép thông tin giữa hai quá trình bán song công hoặc song công. Ví dụ đối thoại giữa đầu cuối kết nối với thiết bị chủ là bán song công. Đồng bộ hoá: Lớp kiểm soát cho phép quá trình thêm các checkpoint (điểm đồng bộ) vào trong dòng dữ liệu. Ví dụ: một hệ thống gởi một file gồm 2000 trang, nên chèn vào checkpoint sau mỗi 100 trang đề bảo đảm mỗi đơn vị 100 trang được nhận và xác nhận một cách độc lập. Trong trường hợp này, nếu truyền dẫn bị đứt vào trang 523, thì việc truyền lại chỉ bắt đầu vào trang 501, không cần truyền lại các trang từ 1 đến 500. Hình 3.11 minh họa quan hệ giữa lớp kiểm soát với lớp vận chuyển và lớp trình bày. Hình 3.11 3.2.6 LỚP TRÌNH BÀY: Lớp trình bày liên quan đến vấn đề về cú pháp (syntax) và ngữ nghĩa (sematic) của tin tức trao đổi giữa hai hệ thống. Hình 3.12 cho thấy quan hệ giữa lớp trình bày với lớp ứng dụng và lớp kiểm soát. Hình 3.12 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 32 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Các nhiệm vụ của lớp 6 là: Biên dịch (translation): Các quá trình (chương trình đang chạy) của hai hệ thống thường trao đổi thông tin theo dạng chuỗi các ký tự, số, v.v Thông tin này nhất thiết phải được chuyển sang dòng bit trước khi được gởi đi. Do các máy tính khác nhau thường dùng các phương pháp mã hóa khác nhau, nên lớp trình bày có nhiệm vụ vận hành chung trong hai hệ thống này. Lớp trình bày tại thiết bị phát thay đổi dạng thông tin từ dạng của thiết bị phát (sender- depending) sang dạng thông thường. Tại thiết bị thu, thì lớp trình bày chuyển dạng thông thường thành dạng của thiết bị thu (receiving depending). Mã khóa (encryption) và Giải mã khóa (decryption): Để mang các thông tin nhạy cảm, hệ thống phải có khả năng bảo đảm tính riêng tư. Mã khóa là quá trình mà thiết bị phát chuyển đổi thông tin gốc thành dạng khác và gởi đi bản tin đi qua mạng. Giải mã khóa (decryption) là quá trình ngược lại nhằm chuyển bản tin trở về dạng gốc. Nén: Nén dữ liệu nhằm giảm thiểu số lượng bit để truyền đi. Nén dữ liệu ngày càng trở nhên quan trọng trong khi truyền multimedia như văn bản, audio, và video. 3.2.7 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. Hình 3.13 minh họa quan hệ giữa lớp ứng dụng với user và lớp trình bày. Trong số các dịch vụ có được, thì hình vẽ chỉ trình bày 3 dạng: X.400 (message handle services); X.500 (directory services); và chuyển file access, and management (FTAM). User trong hình đã dùng X.400 và gởi một email. Chú ý là không có thêm header hay trailer trong lớp này. Hình 3.13 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 33 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI Các đặc tính của lớp này là: Mạng đầu cuối ảo (network virtual terminal): là một version của phần mềm của đầu cuối vật lý và cho phép user log on vào thiết bị chủ (remote host). Để làm việc này, lớp ứng dụng tạo ra một phần mềm mô phỏng đầu cuối cho remote host. Máy tính của user đối thoại phần mềm đầu cuối này, tức là với host và ngược lại. Remote host tưởng là đang đối thoại với terminal của mình và cho phép bạn log on. Quản lý, truy cập và truyền dữ liệu (FTAM: file transfer, access, and management): Ứng dụng này cho phép user truy cập vào remote computer (để đọc hay thay đổi dữ liệu), để truy lục file từ remote computer và quản lý hay điều khiển file từ remote computer. Dịch vụ thư điện tử: Ứng dụng này cho cung cấp cơ sở cho việc gởi, trả lời và lưu trữ thư điện tử. Dịch vụ thư mục (directory services): Ứng dụng này cung cấp nguồn cơ sở dữ liệu (database) phân bố và truy cập nguồn thông tin toàn cầu về các dịch vụ và mục đích khác nhau. TÓM TẮT VỀ CHỨC NĂNG CÁC LỚP: Chức năng của bảy lớp được tóm tắt ở hình 3.14: Hình 3.14 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 34 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI TÓM TẮT  International Standard Organization (ISO) tạo ra mô hình gọi là OSI (Open System Interconnection) nhằm cho phép thông tin giữa các hệ thống khác nhau. - Bảy lớp trong mô hình OSI cung cấp các nguyên tắc để phát triển các kiến trúc tương thích một cách vạn năng, phần cứng và phần mềm.  Lớp vật lý, kết nối dữ liệu, và lớp mạng là các lớp hỗ trợ mạng  Lớp vận chuyển là lớp hỗ trợ mạng và hỗ trợ user  Lớp kiểm soát, trình bày và ứng dụng là các lớp hỗ trợ user  Lớp vật lý điều phối các chức năng cần thiết để truyền dòng bit trong môi trường vật lý  Lớp kết nối dữ liệu có nhiệm vụ giao nhận đơn vị dữ liệu từ một trạm đến trạm kế mà không có lỗi  Lớp mạng chịu trách nhiệm giao nhận từ nguồn đến đích một gói qua nhiều kết nối mạng  Lớp vận chuyển có nhiệm vụ giao nhận từ nguồn đến đích toàn bản tin  Lớp kiểm soát thiết lập, duy trì, và đồng bộ các tương tác giữa các thiết bị thông tin.  Lớp trình bày bảo đảm khả năng hoạt động qua lại giữa các thiết bị thông tin xuyên qua biến đổi dữ liệu thành format được các thiết bị chấp nhận chung.  Lớp ứng dụng thiết lập khả năng truy cập mạng của user  TCP/IP là giao thức năm lớp dạng phân cấp được phát triển trước khi có mô hình OSI, và là giao thức thích hợp cho Internet. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 35 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI BÀI TẬP CHƯƠNG 3 I.CÂU HỎI ÔN TẬP: 1. Hãy cho biết các lớp hỗ trợ mạng trong mô hình OSI ? 2. Hãy cho biết các lớp hỗ trợ user (người dùng) trong mô hình OSI ? 3. Hãy cho biết sự khác biệt giữa phương thức giao nhận trong lớp mạng và lớp vận chuyển? 4. Quan hệ giữa OSI và ISO như thế nào? 5. Hãy liệt kê các lớp trong mô hình OSI? 6. Quá trình thông tin đồng cấp là gì? 7. Hãy cho biết phương thức lấy thông tin từ một lớp này sang lớp khác trong mô hình OSI? 8. Header và trailer là gì ? Chúng được thêm vào và gở bỏ ra sao ? 9. Phân các lớp trong mô hình OSI theo chức năng? 10. Các đặc tính liên quan của lớp vật lý? 11. Chức năng của lớp kết nối dữ liệu? 12. Chức năng của lớp mạng? 13. Chức năng lớp vận chuyển? 14. Lớp vận chuyển tạo ra kết nối giữa nguồn và đích. Cho biết ba bước được thực hiện trong kết nối này ? 15. Cho biết khác biệt giữa địa chỉ luận lý và địa chỉ vật lý ? 16. Chức năng của lớp kiểm soát ? 17. Mục đích của bộ điều khiển đối thoại là gì ? 18. Chức năng của lớp trình bày là gì ? 19. Cho biết mục tiêu phiên dịch của lớp trình bày? 20. Cho biết các dịch vụ do lớp ứng dụng cung cấp? 21. Cho biết quan hệ giữa các lớp trong TCP/IP với các lớp trong mô hình OSI? Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 36 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI II.CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 22. Mô hình nào cho thấy các chức 30. Dịch vụ thư mục cho user được thực hiện năng mạng mà máy tính cần được tổ trong lớp: chức: a. kết nối dữ liệu a. ITU-T b. kiểm soát b. OSI c. vận chuyển c. ISO d. ứng dụng d. ANSI 31. Giao nhận nút-nút của đơn vị dữ liệu được 23. Mô hình OSI gồm bao nhiêu lớp: thực hiện ở lớp: a. 3 a. vật lý b. 5 b. kết nối dữ liệu c. 7 c. vận chuyển d. 8 d. mạng 24. Việc xác định các điểm đồng bộ 32. Khi dữ liệu di chuyển từ lớp thấp đến lớp được thực hiện ở lớp: cao hơn thì header sẽ được: a. vận chuyển a. thêm vào b. kiểm soát b. bớt đi c. trình bày c. sắp xếp lại d. ứng dụng d. thay đổi 25. Giao nhận end to end của toàn bản 33. Khi dữ liệu di chuyển từ lớp cao đến lớp tin là chức năng của lớp: thấp hơn thì header sẽ được: a. mạng a. thêm vào b. vận chuyển b. bớt đi c. kiểm soát c. sắp xếp lại d. trình bày d. thay đổi 26. Lớp gần với môi trường truyền dẫn 34. Lớp nằm giữa lớp mạng và lớp kiểm soát nhất là lớp: là: a. vật lý a. vật lý b. kết nối dữ liệu b. kết nối dữ liệu c. mạng c. vận chuyển d. vận chuyển d. trình bày 27. Các đơn vị dữ liệu được gọi là 35. Lớp 2 quan hệ giữa lớp vật lý và lớp: frame trong lớp: a. mạng a. vật lý b. kết nối dữ liệu b. kết nối dữ liệu c. vận chuyển c. mạng d. trình bày d. vận chuyển 36. Khi dữ liệu đươc truyền từ thiết bị A đến 28. Giải khóa mã và khóa mã là vai trò thiết bị B thì header từ lớp thứ 5 của A sẽ của lớp: được thiết bị B đọc ở lớp: a. vật lý a. vật lý b. kết nối dữ liệu b. vận chuyển c. trình bày c. kiểm soát d. kiểm soát d. trình bày 29. Điều khiển đối thoại là chức năng 37. Việc phiên dịch một ký tự sang một dạng của lớp: mã khác được thực hiện ở lớp: a. vận chuyển a. vận chuyển b. kiểm soát b. kiểm soát c. trình bày c. trình bày d. ứng dụng d. ứng dụng Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 37 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI 38. Các bit được biến đổi thành tín hiệu b. đối thoại điện từ trường trong lớp: c. giao thức a. vật lý d. bit b. kết nối dữ liệu 42. Chức năng của lớp nào nhằm kết nối giữa c. vận chuyển lớp hỗ trợ người dùng và lớp hỗ trợ mạng: d. trình bày a. lớp mạng 39. Trailer của frame được thêm vào b. lớp vật lý nhằm mục đích kiểm tra lỗi thực c. lớp vận chuyển hiện ở lớp: d. lớp kiểm soát a. vật lý 43. Chức năng chính của lớp vận chuyển là: b. kết nối dữ liệu a. chuyển giao nút-nút c. vận chuyển b. chuyển giao bản tin end to end d. trình bày c. đồng bộ 40. Cho biết tại sao mô hình OSI được d. cập nhật và bảo trì bảng định tuyến phát triển: 44. Các checkpoint của lớp kiểm soát có chức a. Nhà sản xuất không thích giao năng: thức TCP/IP a. cho phép gởi lại một phần file b. Tốc độ truyền dữ liệu tăng b. phát hiện và khôi phục lỗi theo hàm mũ c. điều khiển và thêm vào các header c. Cần có tiêu chuẩn nhằm cho d. dùng trong điều khiển đối thoại phép hai hệ thống thông tin với 45. Dịch vụ của lớp ứng dụng là: nhau a. network virtual terminal d. tất cả đều sai b. file transfer, access, và management 41. Lớp vật lý nhằm truyền gì trong c. mail service môi trường vật lý : d. tất cả đều đúng a. chương trình Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 38 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 3: Mô hình OSI III.BÀI TẬP: 46. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Xác định tuyến truyền b. Điều khiển lưu lượng c. Giao diện với thế giới bên ngoài d. Truy cập vào mạng dùng cho user e. Thay đổi từ ASCII sang EBCDIC f. Chuyển gói 47. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Truyền dữ liệu end to end với độ tin cậy b. Chọn lọc mạng c. Định nghĩa frame d. Dịch vụ cho user như email và chuyển file e. Truyền dòng bit qua môi trường truyền vật lý 48. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng: a. Thông tin trực tiếp với các chương trình ứng dụng của người dùng b. Sửa lỗi và truyền lại c. Giao diện chức năng, cơ và điện học d. Phụ trách thông tin giữa các nút kề nhau e. Tái hợp các gói dữ liệu 49. Sắp xếp theo từng lớp của mô hình OSI theo chức năng a. Cung cấp format và dịch vụ chuyển mã b. Thiết lập, quản lý, và kết thúc kiểm soát c. Bảo đảm tin cậy trong truyền dẫn d. Cung cấp sự phụ thuộc từ những biểu diễn dữ liệu khác nhau Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 39 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu CHƯƠNG 4: TÍN HIỆU 4.1 TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Tín hiệu có thể có dạng tương tự (analog) hay số (digital). Thuật ngữ dữ liệu tương tự cho biết thông tin là liên tục, còn dữ liệu số thì cho biết thông tin có các trạng thái rời rạc. Dữ liệu tương tự có các giá trị liên tục hay có vô hạn giá trị trong tầm hoạt động. Dữ liệu số có các giá trị rời rạc, hay chỉ có một số hữu hạn các giá trị. Trong truyền số liệu, ta thường dùng các tín hiệu tương tự có chu kỳ và các tín hiệu số không có chu kỳ. Hình 4.1 So sánh giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Phân loại: Tín hiệu tương tự có chu kỳ và không có chu kỳ. 4.1.1 Tín hiệu tương tự có chu kỳ Có thể được chia thành tín hiệu đơn (điều hoà) và tín hiệu hỗn hợp ( tổng hợp nhiều tín hiệu điều hoà ). Xét một tín hiệu tương tự có chu kỳ đơn giản, thí dụ sóng sin; ta thấy rằng không thể phân tích tín hiệu này thành các thành phần đơn giản hơn được. Tín hiệu tương tự có chu kỳ là tín hiệu hỗn hợp khi là tổ hợp của nhiều sóng sin đơn giản. Thí dụ, hình 4.2 vẽ sóng sin : Hình 4.2 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 40 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Thí dụ 1: Nguồn điện khu vực được biểu diễn bằng một sóng sin có biên độ đỉnh từ 155 đến 170 V. Tuy nhiên, nguồn này tại Mỹ là từ 110 V đến 120 V. Khác biệt này tùy thuộc vào giá trị hiệu dụng RMS. Trong đó, trị đỉnh -đỉnh là 2 2 trị RMS. Hình 4.3 vẽ hai tín hiệu có cùng tần số nhưng trị đỉnh khác nhau. Hình 4.3 Thí dụ 2: Nguồn áp từ pin là không đổi, thí dụ, trị đỉnh của một pin AA thường là 1,5 V. Tần số và chu kỳ Tần số và chu kỳ là nghịch đảo của nhau: 1 1 f và T ; khi f có thứ nguyên là Hz thì T có thứ nguyên là giây T f Bảng 1: Đơn vị của chu kỳ và tần số. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 41 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Thí dụ 3: Nguồn điện khu vực có tần số là 60 Hz. Chu kỳ của sóng sin được xác định như sau: 1 1 T 0,0166x 103 ms 1 6 ,6 ms f 60 Thí dụ 4: Viết giá trị chu kỳ 100 ms sang đơn vị s. 100 ms = 100 x103s = 105 s Thí dụ 5: Chu kỳ của tín hiệu là 100 ms. Tính tần số tín hiệu theo KHz. 1 1 1000 f 10Hz 10 x 10 3 KHz 10 2 KHz T 100x10 3 100 Pha: Pha mô tả vị trí tương đối của tín hiệu so với trị 0. Hình 4.4 Mô tả các tín hiệu có cùng tần số, biên độ, nhưng khác pha. Thí dụ 6: Một sóng sin lệch 1/6 chu kỳ theo gốc thời gian. Tính góc pha theo độ và theo radian. Giải: Một chu kỳ là 3600, vậy 1/6 chu kỳ là: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 42 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu (1/6)x3600=600= 60x(2 /360)rad=( /3) rad = 1,046 rad . Hình 4.5 Vẽ quan hê giữa độ dài sóng và chu kỳ Hình 4.6 Vẽ cách biểu diễn tín hiệu trong miền thời gian và miền tần số. Chú ý: Một sóng hoàn toàn sin được biểu diễn bằng một gai đơn trong miền tần số. Thí dụ 7: Cách biểu diễn trong miền tần số thì hữu hiệu hơn khi dùng với nhiều sóng sin. Thí dụ trong hình 4.7 minh họa 3 dạng sóng sin, được biểu diễn chỉ bằng 3 gai nhọn trong miền tần số. Hình 4.7 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 43 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Ghi chú: Tín hiệu sóng sin chỉ dùng một tần số thì không hữu dụng trong thông tin số do ta cần gởi đi các tín hiệu hỗn hợp, nên cần tạo ra tín hiệu gồm nhiều tần số sóng sin. Theo dùng phân tích Fourier, thì có thể khai triển tín hiệu hỗn hợp thành nhiều tín hiệu sóng sin có tần số, biên độ và pha khác nhau. Nếu tín hiệu hỗn hợp là tuần hoàn, thì phân tích cho chuỗi các tín hiệu có tần số rời rạc, còn nếu tín hiệu không có chu kỳ, thì phân tích cho tổ hợp các sóng sin có tần số liên tục. Thí dụ 8: Hình 4.8 vẽ sóng hỗn hợp có chu kỳ f. Dạng tín hiệu này tuy không tiêu biễu trong kỹ thuật truyền số liệu. Xét 3 tín hiệu cảnh báo, có các tần số khác nhau. Việc phân tích các tín hiệu này, giúp ta hiểu rõ hơn về phương thức khai triển các tín hiệu hỗn hợp. Hình 4.8 Một tín hiệu hỗn hợp tuần hoàn Hình 4.9 Khai triển tín hiệu hỗn hợp có tuần hoàn, trong miền thời gian và miền tần số Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 44 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu 4.1.2 Tín hiệu tương tự không tuần hoàn: Thí dụ 9: Hình 4.10 vẽ tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn. Đó có thể là dạng tín hiệu ra rừ một micrô hay từ điện thoại khi phát âm từ two. Trong trường hợp này thì tín hiệu hỗn hợp không thể là tuần hoàn được, do ta không thể phát âm nhiều lần từ này với cùng âm sắc như nhau. Hình 4.10 Biểu diễn tín hiệu không tuần hoàn trong miền thời gian và miền tần số. Ghi chú: Băng thông (băng thông) của tín hiệu hỗn hợp là sai biệt giữa tần số cao nhất và thấp nhất có trong tín hiệu này. Hình 4.11 Băng thông của tín hiệu hỗn hợp tuần hoàn và không tuần hoàn Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 45 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Thí dụ 10: Nếu phân tích tín hiệu tuần hoàn thành 5 sóng hài sin có tần số lần lượt là 100, 300, 500, 700 và 900 Hz. Cho biết băng thông của tín hiệu? Vẽ phổ với giả sử là tất cả sóng hài đều có giá trị lớn nhất là 10V. Giải: Gọi fh là tần số cao nhất, fl là thấp nhất, và B lá khỗ sóng, thì B = fh - fl = 900 – 100 = 800 Hz Phổ chỉ gồm 5 gai nhọn xuất hiện tại các tần số 100, 300, 500, 700 và 900 Hz như vẽ ở hình 4.12 Hình 4.12 Khỗ sóng trong ví dụ 10 Thí dụ 11: Tín hiệu tuần hoàn có băng thông là 20 Hz. Tần số cao nhất là 60 Hz, tìm tần số thấp nhất? Vẽ phỗ của tín hiệu sóng hài chứa có biên độ giống nhau. Giải: Gọi fh là tần số cao nhất, fl là thấp nhất, và B lá khỗ sóng, thì B = fh - fl 20 = 60 – fl fl =60 – 20 = 40 Hz Phổ chứa tất cả các tần số có giá trị nguyên, như vẽ trong hình 4.13 Hình 4.13 Băng thôngcủa thí dụ 11. Thí dụ 12: Một tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn có băng thông là 200 kHz, có tần số trung tâm là 140 kHz, và biên độ đỉnh là 20 V. Hai giá trị biên độ tại hai tần số cực trị là 0. Vẽ tín hiệu trong miền tần số. Giải: Tần số thấp nhất phải là 40 kHz và tần số cao nhất là 240 kHz. Hình 4.14 vẽ tín hiệu trong miền tần số và băng thông. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 46 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Hình 4.14 Thí dụ 13: Một thí dụ về tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn là tín hiệu lan truyền sóng AM. Tại Mỹ, sóng AM có băng thông là 10 KHz. Băng thông chung dùng cho phát sóng AM từ 530 KHz đến 1700 KHz. Thí dụ 14: Một thí dụ về tín hiệu hỗn hợp không tuần hoàn trong sóng FM. Tại Mỹ, sóng FM có băng thông là 200 KHz. băng thông chung dùng cho phát sóng FM là từ 88 đến 108 MHz. Thí dụ 15: Một thí dụ khác là tín hiệu hỗn hợp dùng trong tuyền tín hiệu truyền hình đen trắng. Màn hình TV đươc tạo nên từ nhiều điểm ảnh (pixel). Giả sử độ phân giải là 525 x 700, ta có 367.500 pixel trong mỗi màn hình. Nếu quét 30 dòng trong một giây, ta có 367.500 x 30 = 11.025.000 pixel mỗi giây. Tình huống xấu nhất là các tín hiệu liên tiếp đen rồi trắng. Ta có thể gởi 2 pixel cho mỗi chu kỳ. Như thế, thì cần có 11.025.000/2 = 5.521.500 chu kỳ mỗi giây (Hz). Vậy, băng thông cần thiết là 5,5125 MHz. 4.2 TÍN HIỆU SỐ Thay vì dùng tín hiệu tương tự, ta có có thể dùng tín hiệu số để biểu diễn thông tin. Thí dụ, có thể dùng mức điện áp dương để mã hóa 1 và dùng điện áp không cho 0. Một tín hiệu số còn có thể có nhiều hơn hai mức, điều này cho phép gởi đi nhiều hơn một bit cho mỗi mức. Hình 4.15 Hai dạng tín hiệu số: một dùng hai mức và một dùng bốn mức. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 47 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Thí dụ 16: Một tín hiệu số có 8 mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Giải: Ta tính số bit theo công thức sau: Số bit trong một mức = log2 8 = 3. Như thế mỗi mức tín hiệu có thể truyền được 3 bit. Thí dụ 17: Một tín hiệu số có 9 mức. Cho biết có thể truyền bao nhiêu bit cho mỗi mức? Giải: Tính số bit theo công thức vừa trình bày ở thí dụ 16: Mỗi mức tín hiệu truyền đi được log2 9= 3,17 bit. Rõ ràng là kết quả này là không hiện thực. Số bit cần truyền đi cần là số nguyên là tương đương với số mũ 2. Trong trường hợp này thì nên dùng 4 bit cho mỗi mức tín hiệu truyền. Thí dụ 18: 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. Tìm số 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. Thí dụ 19: 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. Thí dụ 20: 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 tỉ 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. 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 bps hay 1,5 Gbps Các đài phát hình đã dùng phương pháp nén tín hiệu xuống còn từ 20 đến 40 Mbps Ghi chú: Tín hiệu số là dạng tín hiệu hỗn hợp tương tự có băng thông là vô cùng. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 48 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Hình 4.16 Tín hiệu số tuần hoàn và không tuần hoàn đươc biểu diễn trong miền thời gian và miền tần số. Hình 4.17 Truyền dẫn trong dải tần cơ sở (Baseband transmission). Hình 4.18 Băng thông của hai kênh thông tần số thấp. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 49 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Hình 4.19 Truyền dẫn trên dải tần cơ sở dùng môi trường chuyên dụng. Ghi chú: Truyền dẫn tín hiệu số trên dải tần sơ sở thì có thể duy trì được dạng tín hiệu số nếu ta dùng kênh truyền thông tần số thấp có băng thông rất lớn hay băng thông vô hạn. Thí dụ 21: Một thí dụ về kênh chuyên dụng trong đó toàn băng thông của môi trường chỉ dùng truyền một kênh là mạng LAN. Hầu hết các mạng LAN dùng dây dẫn hiện nay đều dùng kênh chuyên dụng cho hai trạm thông tin lẫn nhau. Trong cấu hình mạng dạng bus với dùng kết nối nhiều điểm, thì tại một thời điểm, chỉ có hai trạm có thể thông tin với nhau (chia sẽ thời gian: timesharing), các trạm khác thì phải đợi. Trong cấu hình mạng LAN hình sao, thì toàn mạng và hub được dùng để thông tin giữa hai đối tượng. Phần này được trình bày chi tiết trong chuơng mạng LAN. Hình 4.20 Xấp xỉ thô tín hiệu số chỉ dùng một sóng hài (trong trườnghợp xấu nhất: worst case). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 50 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Hình 4.21 Mô phỏng tín hiệu số dùng sóng hài bậc ba. Ghi chú: Khi truyền dẫn trên dải tần cơ sở thì băng thông cần thiết là tỉ lệ với tốc độ bit (bit rate); nếu ta muốn truyền bit nhanh hơn, thì cần phải có băng thông rộng hơn. Bảng 2: Băng thông cần có. Thí dụ 22: Tìm băng thông cần có của kênh truyền thông tần số thấp nếu cần gởi với tốc độ 1 Mbps dùng phương pháp truyền trên dải tần cơ sở. Giải: Lời giải còn tùy theo mức chính xác cần có: a. Băng thông tối thiểu, là B = (tốc độ bit)/2, tức là 500 KHz b. Tốt hơn thì dùng hài bậc một và bậc ba, tức là B = 3 x 500KHz = 1,5 MHz c. Tốt hơn nữa là hài bậc một, bậc ba và bậc năm, B = 5 x 500 KHz = 2,5 MHz Thí dụ 23: Ta dùng hai kênh thông tần số thấp có băng thông là 100 KHz, cho biết tốc độ truyền bit tối đa là bao nhiêu? Giải: Tốc độ truyền bit tối đa có thể đạt được nếu ta dùng sóng hài bậc một. Tốc độ bit là 2 x (băng thông hiện có), tức là 200 Kbps. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 51 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 4: Tín hiệu Hình 4.22 Băng thông của kênh dải thông. Ghi chú: Nếu kênh đang truyền là kênh thông dải, ta không thể truyền tín hiệu số qua kênh trực tiếp được, mà cần chuyển đổi sang tín hiệu tương tự trước khi truyền. Hình 4.23 Điều chế tín hiệu số để truyền dẫn trong kênh truyền thông dải. Thí dụ 24: Một thí dụ về truyền dẫn băng rộng dùng phương pháp điều chế là trường hợp gởi tín hiệu từ máy tính qua dây thuê bao điện thoại, là đường nối từ máy thuê bao đến tổng đài. Các dây này được thiết kế dùng cho truyền thoại với băng thông rất hạn chế. Kênh truyền được xem là kênh truyền thông dải. Ta cần chuyển đổi tín hiệu số từ máy tính thành tín hiệu tương tự, và gởi như tín hiệu âm tần. Ta cần thiết lập hai bộ chuyển đổi để chuyển tín hiệu số sang tương tư khi gởi đi và ngược lại tại đầu thu. Bộ chuyển đổi này được gọi là modem và sẽ nghiên cứu kỹ trong chương modem Thí dụ 25: Thí dụ thứ hai là hệ thống điện thoại số di động (digital cellular telephone). Để nhận được tốt, điện thoại di động số chuyển tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số. Mặc dù băng thông được qui hoạch cho điện thoại di động là rất rộng, ta vẫn không thể gởi trực tiếp tín hiệu số này mà không chuyển đổi. Lý do là kênh truyền giữa người gọi và người được gọi lại có dạng kênh thông dải, nên nhất thiết phải chuyển đổi tín hiệu thoại dạng số sang tín hiệu tương tự dạng hỗn hợp trước khi gởi đi. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 52 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế CHƯƠNG 5: MÃ HOÁ VÀ ĐIỀU CHẾ . 5.1 CHUYỂN ĐỔI DIGITAL – DIGITAL + Khái niệm: chuyển đổi (Mã hóa) số-số là phương pháp biểu diễn dữ liệu số bằng tín hiệu số. Ví dụ: khi truyền dữ liệu từ máy tính sang máy in, dữ liệu gốc và dữ liệu truyền đều ở dạng số. + Đặc điểm: các bit ‘1’ và ‘0’ được chuyển đổi thành chuỗi xung điện áp để có thể truyền qua đường dây. + Sơ đồ khối: + Phân loại: unipolar (Mã đơn cực), polar (Mã có cực), bipolar (Mã lưỡng cực). 5.1.1 Unipolar- Mã đơn cực: Là dạng mã hóa đơn giản nhất (nguyên thủy-ra đời đầu tiên). Một mức điện áp biểu thị cho bit ‘0’ và một mức điện áp khác biểu thị cho bit ‘1’. Ví dụ: Bit ‘0’ 0 volt và ‘1’ +V volt (+5V, +9V ).; Tồn tại trong một chu kỳ Bit Ví dụ 1: Cho 1 chuỗi bit 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã Unipolar (đơn cực). Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 53 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Amplitude 0 1 0 0 1 1 1 0 5V Time + Ưu điểm : đơn giản và chi phí thấp. + Khuyết điểm: Tồn tại điện áp một chiều (DC) và bài toán đồng bộ. - Thành phần DC: Trị trung bình của mã đơn cực khác không, tạo ra thành phần điện áp DC trên đường truyền. Khi tín hiệu tồn tại thành phần DC, không thể đi xuyên qua môi trường truyền. - Khả năng đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi, máy thu không thể xác định được thời gian tồn tại của một bit (Chu kỳ bit). Hướng giải quyết có thể dùng thêm một dây dẫn để truyền tín hiệu đồng bộ giúp máy thu biết về chu kỳ bit. 5.1.2 Polar: + Khái niệm: mã hóa polar dùng hai mức điện áp: một mức có giá trị dương và một mức có giá trị âm, nhằm giảm thành phần DC. + Phân loại: NRZ, RZ và Biphase. NRZ: NRZ-L (nonreturn to zero–level: Cổng COM RS232) và NRZ–I (nonreturn to zero – invert) RZ (return to zero). Biphase: Manchester (dùng trong mạng ethernet LAN), Manchester vi sai ( thường được dùng trong Token Ring LAN) 5.1.2.1 NRZ + Đặc điểm: Tín hiệu có giá trị là dương (+V) hoặc âm (-V). + Phân loại: NRZ – L (Cổng COM RS232) và NRZ – I a. NRZ – L: + Đặc điểm: Bit ‘0’ +V (+3V, +5V, +15V ); Bit ‘1’ -V (-3V, -5V,- 15V ) Ví dụ 2: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã NRZ – L. + Ưu điểm: Thành phần DC giảm hơn so với mã đơn cực. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 54 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế + Khuyết điểm: Bài toán đồng bộ: Khi tín hiệu truyền có giá trị không thay đổi, máy thu không thể xác định được thời gian tồn tại của một bit (Chu kỳ bit). Hướng giải quyết có thể làm dùng thêm một dây dẫn để truyền tín hiệu đồng bộ giúp máy thu biết về chu kỳ bit b. NRZ – I: + Đặc điểm: Gặp bit ‘1’ sẽ đảo cực điện áp trước đó. Gặp bit ‘0’ sẽ không đảo cực điện áp trước đó. (Bit đầu tiên có thể giả sử dương hoặc âm) Ví dụ 3: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã NRZ – I. Giả sử ban đầu điện áp dương. Biên độ NRZ-I 0 1 0 0 1 1 1 0 +V t -V Đảo cực điện áp vì bit kế tiếp là ‘1’ Ưu điểm hơn NRZ – L vấn đề đồng bộ đã được giải quyết khi gặp chuỗi bit 1 liên tiếp. 5.1.2.2 RZ : + Đặc điểm: Bit ‘0’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp -V và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V. Bit ‘1’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ sau của bit là điện áp 0V. Ví dụ 4: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã RZ. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 55 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế + Ưu điểm: Giải quyết vấn đề đồng bộ cho chuỗi bit ‘1’ hoặc chuỗi bit ‘0’ liên tiếp. + Khuyết điểm: có băng thông rộng hơn (dải tần số lớn). Có 3 mức điện áp. Tuy nhiên, ta sẽ thấy đây là phương pháp hiệu quả nhất. (Một phương pháp mã hóa tín hiệu số tốt phải có dự phòng cho chế độ đồng bộ) 5.1.2.3 BIPHASE: + Đặc điểm: Tồn tại điện áp +V và -V trong 1 bit. Thành phần DC bằng zêrô. Phương pháp đồng bộ hóa tốt. + Phân loại: Manchester và Manchester vi sai. - Manchester: Bit ‘0’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp +V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp -V Bit ‘1’ Nửa chu kỳ đầu của bit là điện áp –V và nửa chu kỳ còn lại là điện áp +V - Manchester vi sai: Gặp bit ‘0’ sẽ đảo cực điện áp trước đó. Gặp bit ‘1’ sẽ giữ nguyên cực điện áp trước đó. Luôn luôn có sự thay đổi điện áp tại giữa chu kỳ bit. Ví dụ 5: Cho chuỗi 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã Manchester và Manchester vi sai. Giả sử ban đầu điện áp dương. + Ưu điểm: Các vị trí giữa chu kỳ bit cho phép tạo đồng bộ. Thành phần DC triệt tiêu. 5.1.3 BIPOLAR (Lưỡng cực) + Đặc điểm: Dùng ba mức điện áp: dương, âm, và zêrô (0 volt). + Phân loại: AMI, B8ZS và HDB3 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 56 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế 5.1.3.1 AMI (Alternate Mark Inversion) + Đặc điểm: Bit ‘0’ 0 Volt. Bit ‘1’ điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit). Ví dụ 6: Cho chuỗi dữ liệu 01001110, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã AMI. Biến thể của phương pháp này được gọi là giả tam nguyên (pseudo-ternary) theo đó các bit 0 lần lượt nhận các giá trị điện áp dương và âm. + Ưu điểm : - AMI làm triệt tiêu thành phần DC của tín hiệu - Đồng bộ đối với chuỗi các giá trị bit “1” liên tiếp. + Khuyết điểm : - Dễ mất đồng bộ đối với chuỗi các giá trị bit “0” liên tiếp. 5.1.3.2 B8ZS (Bipolar 8- Zero Substitution): + Đặc điểm: Bit ‘1’ điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước đó. Bit ‘0’ đếm số bit ‘0’ liên tiếp: Nếu không phải là nhóm 8 bit ‘0’ liên tiếp sẽ mã hoá là 0 Volt. Nếu là 8 bit 0 liên tiếp sẽ mã hoá như sau: + 00000000 + 000 + - 0 - + (+ +V; - -V) - 00000000 - 000 - + 0 +- (+ +V; - -V) Ví dụ 7: Cho chuỗi 10000000000100, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng mã B8ZS. Giả sử bit ‘1’ đầu tiên có điện áp dương. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 57 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế 5.1.3.3 HDB3 (High-Density Bipolar) + Đặc điểm: Bit 1 điện áp -V hoặc + V luân phiên (Tồn tại 1 chu kỳ bit), đảo cực điện áp trước đó. Bit 0 đếm số bit 0 Nếu không phải là 4 bit ‘0’ liên tiếp sẽ mã hoá là 0 Volt. Nếu là 4 bit ‘0’ liên tiếp thì sẽ tính tổng số xung (+ hoặc -) Là số lẻ: +0000 +000+ Là số chẵn: +0000 +-00- -0000 -+00+ Ví dụ 8: Dùng mã HDB3, mã hóa luồng bit 10000000000100, biết bit ‘1’ đầu tiên là điện áp dương. Ví dụ 9: Cho 1 chuỗi nhị phân 10 bit ‘0’ liên tiếp, hãy biểu diễn chuỗi bit này dưới dạng các mã Unipolar, NRZ-I, NRZ-L, RZ, Manchester, Manchester vi sai, AMI, B8ZS, HDB3. Giả sử điện áp trước 10 bit này là dương và số bit 1 là số chẵn. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 58 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế 5.2 CHUYỂN ĐỔI ANALOG – DIGITAL Khi ta cần rời rạc hóa tín hiệu tương tự. Ví dụ: như khi gởi tín hiệu thoại qua đường dây dài, do tín hiệu số có tính chống nhiễu tốt hơn so với tín hiệu tương tự (analog). +Khái niệm: chuyển đổi tương tự - số (số hóa tín hiệu tương tự) là quá trình chuyển tín hiệu tương tự thành luồng tín hiệu số. Hoặc (biểu diễn các thông tin có trong tín hiệu liên tục thành chuỗi các tín hiệu số 1, 0). + Mục đích: Giảm thiểu khối lượng lớn các giá trị trong thông tin của tín hiệu tương tự để có thể được biểu diễn thành luồng tín hiệu số mà không bị thất thoát thông tin. codec (coder – decoder). Chống nhiễu. Dễ xử lý. +Sơ đồ khối: Analog/Digital Conversion (codec) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 59 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Chú ý: Có thể sử dụng bất kỳ dạng tín hiệu số nào trong mục 5.1 Không làm thất thoát hay làm giảm chất lượng tin. 5.2.1 PAM (Pulse Amplitude Modulation –Điều chế biên độ xung): + PAM : Lấy mẫu và tạo ra chuỗi xung- Bước đầu tiên cho việc chuyển đổi tương tự - số Hình 5.1 + Điều kiện lấy mẫu (sampling rate) Theo định lý Nyquist, tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu. fs ≥ 2 fi max Chu kỳ lấy mẫu: TS =1/fS PAM không được dùng trong thông tin số với lý do là tuy đã rời rạc hóa nhưng tín hiệu PAM cũng chứa quá nhiều thành phần biên độ với các giá trị khác nhau (vẫn còn là dạng tương tự). 5.2.2 PCM (Pulse Coded Modulation - Điều chế xung mã): + Khái niệm: PCM là quá trình chuyển tín hiệu PAM sang tín hiệu số. + Các bước thực hiện PCM: 4 bước: Lấy mẫu và giữ (PAM). Lượng tử hóa. Mã hóa nhị phân. Mã hóa số - số. - PAM: lấy mẫu và giữ (theo định lý Nyquist) Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 60 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế - Lượng tử hóa (quantilization): là phương thức gán giá trị bất kỳ của tín hiệu (sau khi lấy mẫu) về một mức đã được định sẵn. 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 - Mã hoá nhị phân: Chuyển mỗi mẫu lượng tử thành 1 tổ hợp nhị phân. Số bit cho 1 mức= log2[tổng số mức lượng tử) Ví dụ: Có 256 mức lượng tử, suy ra Số bit cho 1 mức: log2[256]=8 Ví dụ: Mỗi giá trị được chuyển sang giá trị bảy bit nhị phân tương ứng, bit thứ tám nhằm biểu thị dấu. 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 +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 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 61 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế - Mã hoá số- số: Chuyển các bit nhị phân thành tín hiệu số (mã đơn cực, lưỡng cực .) Ví dụ : phương pháp điều chế xung mã PCM của một tín hiệu số được chuyển theo mã unipolar, trong hình chỉ vẽ giá trị 3 mẫu đầu. + PCM là phương pháp lấy mẫu tín hiệu được dùng trong số hóa tín hiệu thoại trong truyền dẫn T-line trong hệ thống viễn thông Bắc Mỹ, E -line trong hệ thống viễn thông Châu Âu. Highest frequency = x Hz Amplitude Sampling rate = 2x samples/second Time sampling interval = 1/2x Hình 5.2 Ví dụ 10: Tính tốc độ lấy mẫu (tần số lấy mẫu) của tín hiệu có băng thông 10kHz ( từ 1khz đến 11khz)? Giải: fs ≥ 2 fimax Tốc độ lấy mẫu phải là hai lần tần số cao nhất của tín hiệu, Tốc độ lấy mẫu = 2 x 11.000 = 22.000 mẫu/ giây. Số bit trong mỗi mẫu là Log2(Tổng số mức) n = Log2(M) n: là số bit trong mỗi mẫu. ( số nguyên ) M: là tổng số mức Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 62 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Ví dụ 11: Lấy mẫu tín hiệu, có 12 mức. Hỏi cần bao nhiêu bit trong mỗi mẫu? Giải: Số bit cần trong mỗi mẫu là: n = Log2(M)= Log2(12)= 3,17 làm tròn 4 + Tốc độ bit (bit rate): 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 (bps: bit per second) fs : Tần số lấy mẫu (tốc độ lấy mẫu) n: số bit trong mỗi mẫu. Ví dụ 12: Cần số hóa tín hiệu thoại, tính tốc độ bit, giả sử có 8 bit trong mỗi mẫu? Giả sử tín hiệu thoại có tần số cực đại là 4 KHz. Giải: Tốc độ lấy mẫu = 4000 x 2 = 8000 mẫu/giây. 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 Câu Hỏi: 1. Vẽ sơ đồ khối của kỹ thuật PCM, giải thích chức năng từng khối, nêu điều kiện lấy mẫu. 2. Tính tốc độ lấy mẫu, chu kỳ lấy mẫu, tốc độ bit của luồng PCM. 5.3 CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ (Điều chế số) +Khái niệm: Điều chế số là quá trình thay đổi một trong các đặc tính (Biên độ, Tần số, Pha) của tín hiệu sóng mang (điều hoà, sin) dựa trên thông tin của tín hiệu số (1 và 0). +Lý do điều chế số: Khi truyền dữ liệu từ một thiết bị số A sang một thiết bị số B dùng đường dây điện thoại, vô tuyến. Hoặc khoảng cách truyền xa. Dây điện thoại lại mang tín hiệu tương tự, nên phải chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự. Ghép kênh. + Sơ đồ khối + Phân loại: Tín hiệu sin được định nghĩa từ ba đặc tính: biên độ, tần số và góc pha. Trong truyền số liệu, ta quan tâm đến các phương pháp sau: Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 63 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế ASK (amplitude shift keying): điều chế số biên độ, khoá dịch biên độ FSK (frequency shift keying): điều chế số tần số, khoá dịch tần số PSK (phase shift keying): điều chế số pha, khoá dịch pha Ngoài ra còn có phương thức thứ tư là QAM (quadrature amplitude modulation) là phương thức điều chế rất hiệu quả dùng trong các modem. + Các yếu tố của điều chế số Có 2 yếu tố quan trọng điều chế số: Tốc độ bit/baud và tín hiệu sóng mang (Sin). Tốc độ bit (Rbit): là số bit được truyền trong một giây (bps: bit per second) Tốc độ baud (Rbaud=Nbaud): là số đơn vị tín hiệu truyền trong một giây (baud/s) Đơn vị tín hiệu là một tín hiệu sóng mang (sin) đã chứa tín hiệu số (có thể mang 1bit, 2bit, 3 bit ) Ý nghĩa tốc độ baud nhằm xác định băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu Rbit= Rbaud x n + Ví dụ: Baud tương tự như xe, còn bit tương tự như người trong xe. Một chuyến xe chở một hoặc nhiều người. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 64 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Nếu 1000 xe di chuyển từ điểm này sang điểm khác chỉ chở một người (Ví dụ lái xe) thì mang được 1000 người. Với số xe trên, mỗi xe chở 4 người, ta vận chuyển được 4000 người. Số xe là đơn vị lưu thông trên đường, tức là tạo nhu cầu về độ rộng của con đường. Nói cách khác, tốc độ baud xác định băng thông cần thiết, chứ không phải tốc độ bit. Ví dụ 13: Một tín hiệu tương tự (sóng mang) mang 4 bit trong đơn vị tín hiệu. Giả sử có 1000 đơn vị tín hiệu được truyền trong một giây, hãy xác định tốc độ baud và tốc độ bit. Giải: Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu trong 1s = 1000 baud/giây Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu =1000 x 4 = 4000 bps. Ví dụ 14: Cho tốc độ bit của tín hiệu là 3000 bps. Giả sử mỗi phần tử tín hiệu mang 6 bit, hãy tính tốc độ baud. Giải: Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6 =500 baud/giây + Tín hiệu sóng mang (carrier signal): Trong truyền dẫn analog, thiết bị phát tạo ra tần số sóng cao tần làm nền cho tín hiệu thông tin. Tín hiệu nền này được gọi là sóng mang hay tần số sóng mang (dạng điều hoà, sin). Thiết bị thu được chỉnh để thu tần số sóng mang, trong đó có tín hiệu số đã được điều chế. Tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế. 5.3.1 ASK (amplitude shift keying: điều chế số biên độ): + Khái niệm: Là quá trình các bit ‘1’ và ‘0’ làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang (tần số và pha không thay đổi). Ví dụ: 0 ‘0’ vc1(t)=Vcm1 sin(2πfct+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’ vc2(t)=Vcm2 sin(2πfct+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Giả sử Vcm2 > Vcm1; Ví dụ 15: Cho một tín hiệu số 01010, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp ASK. Tần số sóng mang fc= 20Hz. Biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V. Pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Vẽ tín tín hiệu ASK. b. Tín hiệu ASK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu ASK. 0 ‘0’ vc1(t)=2. sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’ vc2(t)=5 sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 65 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 4 Tc 1 chu kỳ bit chứa 4 chu kỳ sóng mang b. Tín hiệu ASK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì có 2 biên độ. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= 5 baud/s + Khuyết điểm: ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu biên độ. Nhiễu này thường là các tín hiệu điện áp xuất hiện trên đường dây từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên độ của tín hiệu ASK. Phương pháp ASK thông dụng và được gọi là OOK (on-off keying). Trong OOK, có một giá trị bit tương đương với không có điện áp. Điều này cho phép tiết kiệm đáng kể năng lượng truyền tin. + Băng thông ASK: Có vô số tần số (Không tuần hoàn). Sóng mang fc ở giữa, các giá trị fc – Nbaud/2 và fc + Nbaud/2 ở hai biên. Băng thông cần thiết để truyền tín hiệu ASK được tính theo công thức sau: BW = fmax – fmin = (fc + Nbaud/2) – (fc – Nbaud/2 = Nbaud = Rbaud Trong đó: BW: băng thông [Hz] Rbaud, Nbaud: tốc độ baud [baud/s] Vậy băng thông tối thiểu cần cho quá trình truyền tín hiệu ASK bằng tốc độ baud (1 hướng - trên đường dây). Thực tế BW = (1+d) Nbaud Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 66 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế d: là thừa số liên quan đến điều kiện đường dây (có giá trị bé nhất là 0) Ví dụ 16: Cho một tín hiệu số 01010, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp ASK. Tần số sóng mang fc= 20Hz. Biên độ đối với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V. Pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Tính tốc độ Baud. b. Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. c. Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên. Giải: a. Tính tốc độ Baud. Tín hiệu ASK, Rbaud= Rbit=5 baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu ASK trên. BW = Rbaud=5 (Hz); c. Vẽ phổ của tín hiệu ASK trên. Amplitude Băng thông Frequency (Hz) 20 17,5 22,5 + Băng thông hệ thống truyền tín hiệu thay đổi theo chế độ truyền: Đường dây có 1 hướng truyền (chế độ đơn công): băng thông của đường dây tối thiểu bằng băng thông của tín hiệu BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu. Đường dây có 2 hướng truyền nhưng không đồng thời (chế độ bán song công): băng thông của đường dây tối thiểu bằng băng thông của tín hiệu BWhệ thống = BWđường dây = BWtín hiệu= BWmỗi hướng . Đường dây có 2 hướng truyền đồng thời (chế độ song công): BWhệ thống = BWđường dây min = 2.BWtín hiệu + BWbảo vệ. BWbảo vệ: dải tần số bảo vệ 2 hướng (lý tưởng bằng 0) Ví dụ 17: Tính băng thông hệ thống truyền tín hiệu ASK với tốc độ bit là 2 kbps. Chế độ truyền dẫn bán song công. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 67 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Giải: Vì hệ thống bán song công nên: BWhệ thống = BWmỗi hướng Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud x 1= Rbaud Suy ra BWmỗi hướng = Rbaud = Rbit = 2000Hz Băng thông tối thiểu của hệ thống là BWhệ thống = 2kHz. Ví dụ 18: Cho tín hiệu ASK có băng thông 5kHz, tính tốc độ bit và tốc độ baud. Giải: Vì điều chế ASK nên Rbit = Rbaud Mà BWASK = Rbaud ; Suy ra tốc độ bit Rbit =5000 bps; Suy ra tốc độ baud Rbaud =5000 baud/s; Ví dụ 19: Cho băng thông hệ thống truyền ASK là 10 kHz (1 kHz đến 11 kHz), hệ thống truyền song công. Giả sử không có khoảng trống tần số giữa hai hướng (BWbảo vệ=0). a. Tính băng thông của mỗi hướng. b. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). c. Vẽ phổ ASK của hệ thống. Giải: a. Tính băng thông của mỗi hướng. Do hệ thống ASK song công nên BWhệ thống = 2. BWmỗi hướng Suy ra BWmỗi hướng = (1/2). BWhệ thống = 10khz / 2 = 5khz = 5.000 Hz b. Tính tần số sóng mang mỗi hướng (Hướng thuận và hướng nghịch). Tần số sóng mang là tần số giữa: + Hướng nghịch (tần số thấp): fchướng nghịch = fmin+ (1/2). BWmỗi hướng = 1.000 + 5.000/2 = 3500 Hz + Hướng thuận (tần số cao): Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 68 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế fc hướng thuận = fmax - (1/2). BWmỗi hướng = 11.000 - 5.000/2 = 8500 Hz c. Vẽ phổ ASK của hệ thống 5.3.2 FSK (frequency shift keying): +Khái niệm: Là phương pháp mà tần số của tín hiệu sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit ‘1’ và ‘0’ (biên độ và góc pha không thay đổi). Ví dụ: 0 Bit ‘0’ ứng với sóng mang vc1(t) = Vcm sin(2πfc1t+180 ); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 Bit ‘1’ ứng với sóng mang vc2(t) = Vcm sin(2πfc2t+180 ): Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Giả sử fc2 > fc1; Ví dụ 20: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp FSK. Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20Hz, tần số đối với bit ‘0’ là 10Hz và pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Vẽ tín tín hiệu FSK. b. Tín hiệu FSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu FSK 0 ‘0’ vc1(t)=5sin(2π.10t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’ vc2(t)=5sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang bit ‘0’; Tc1=1/ fc1=1/10 = 100ms Chu kỳ sóng mang bit ‘1’; Tc2=1/ fc2=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc1 =4Tc2 1 chu kỳ bit chứa 2 chu kỳ sóng mang fc1 và chứa 4 chu kỳ sóng mang fc2. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 69 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế b. Tín hiệu FSK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì tần số thay đổi. c. Tốc độ Baud: Một đơn vị tín hiệu mang 1 bit nên Rbit = Rbaud Suy ra Rbaud= 5 baud/s + Băng thông của FSK: Phổ FSK chính là tổ hợp của hai phổ ASK tập trung quanh 2 tần số: fC1 (bit 0) và fC2 (bit 1). BW = fmax – fmin BW = fC2 + (1/2)Rbaud -[ fC1- (1/2)Rbaud ] BW = /fC2 - fC1/+ Rbaud = f + Nbaud = f + Rbaud BWFSK = f + Rbaud ; BWASK =Rbaud ; f: Độ lệch tần số của 2 sóng mang Nbaud = Rbaud: Tốc độ baud Rbit = Rbaud Ví dụ 21: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp FSK. Biên độ sóng mang là 5V, tần số đối với bit ‘1’ là 20Hz, tần số đối với bit ‘0’ là 10Hz và pha ban đầu của sóng mang là 1800. a. Tính tốc độ Baud. b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 70 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Giải: a. Tính tốc độ Baud. FSK, Rbaud = Rbit = 5baud/s b. Tính băng thông của tín hiệu FSK trên. BWFSK = f + Rbaud = 20-10+5 = 15Hz c. Vẽ phổ của tín hiệu FSK trên. + Ưu điểm FSK so với ASK : FSK tránh được hầu hết các dạng nhiễu biên độ. + Khuyết điểm FSK so với ASK: Nếu cùng một tốc độ bit thì băng thông FSK lớn hơn băng thông ASK. Ví dụ 22: Tính băng thông nhỏ nhất của hệ thống FSK, biết tốc độ bit 2kbps, chế độ truyền dẫn bán song công và các sóng mang cách nhau 3kHz. Giải: Rbit = 2kbps ; f = 3kHz; bán song công Vì hệ thống truyền bán song công nên: BWhệ thống= BWmỗi hướng= f + Rbaud Trong FSK, Rbit =Rbaud ; suy ra Rbaud = 2000 baud/s BWhệ thống = f + Rbaud = 3.000 + 2.000 = 5.000 Hz =5 kHz Ví dụ 23: Tính tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK nếu băng thông của hệ thống là 12kHz và độ lệch tần số của giữa hai sóng mang ít nhất là 2kHz, chế độ truyền song công. Giải: Cho FSK; fmin = 2kHz; song công; BWhệ thống = 12khz Tính Rbit max ? Vì hệ thống truyền song công nên: BWhệ thống= 2.BWmỗi hướng Suy ra: BWmỗi hướng= (1/2)BWhệ thống = 12kHz/2 = 6kHz= 6.000Hz Mà trong FSK, băng thông được tính theo công thức BWFSK = BWmỗi hướng = f + Rbaud ; Trong FSK, Rbit = Rbaud. Suy ra Rbit= BWmỗi hướng - f Rbit Max = BWmỗi hướng - fmin= 6.000 – 2.000 = 4.000 bps = 4 kbps Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 71 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Vậy tốc độ bit cực đại của tín hiệu FSK là 4 kbps. 5.3.3 PSK (phase shift keying): + Khái niệm: Pha của sóng mang thay đổi để biểu diễn các bit ‘1’ và ‘0’ (biên độ và tần số không đổi). Ví dụ: 0 ‘0’ vc1(t) = Vcm sin(2πfct+0 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’ vc2(t) = Vcm sin(2πfct+180 ) ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Ví dụ 24: Cho một tín hiệu số 01101, tốc độ bit là 5 bps, được điều chế bằng phương pháp PSK, biên độ 5V, tần số sóng mang 20Hz, pha đối với bit ‘1’ là 1800, pha đối với bit ‘0’ là 00 a. Vẽ tín tín hiệu PSK. b. Tín hiệu PSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu PSK 0 ‘0’ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit 0 ‘1’ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 4Tc 1 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. b. Tín hiệu PSK không phải là tín hiệu điều hòa.Vì có 2 pha. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= Rbit =5 baud/s + Băng thông của PSK: Giống băng thông ASK BW2-PSK = Rbaud Nbaud = Rbaud: Tốc độ baud Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 72 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế + Ưu điểm PSK (2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, Băng thông hẹp (nhỏ hơn băng thông của FSK) BWASK = Rbaud ; nhiễu biên độ BWFSK = f + Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ BWPSK = Rbaud ; không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ + Giản đồ trạng thái pha: 0 0 ‘0’ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; ‘1’ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+180 ) PSK không bị ảnh hưởng của các dạng nhiễu tác động như ASK, đồng thời cũng không bị ảnh hưởng của yếu tố băng thông rộng như FSK. Điều này có nghĩa là một thay đổi nhỏ của tín hiệu cũng có thể được máy thu phát hiện, như thế thay vì chỉ dùng hai thay đổi của tín hiệu từ một bit, ta có thể dùng với bốn sự thay đổi thông qua dịch pha của hai bit. + 4-PSK (QPSK): 4 pha, 1 pha được biểu diễn 2 bit. Ví dụ 25: Cho một tín hiệu số 0110101100, tốc độ bit là 10 bps, được điều chế bằng phương pháp 4-PSK (QPSK). Biên độ 5V. Tần số sóng mang 20Hz. Pha được biểu diễn như sau: ‘00’ pha là 00 ; ‘01’ pha là 900 ; ‘10’ pha là 1800 ; ‘11’ pha là 2700 (-900). a. Vẽ tín tín hiệu QPSK. b. Tín hiệu QPSK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích. c. Tính tốc độ Baud. Giải: a. Vẽ tín tín hiệu QPSK 0 ‘00’ vc1(t)= 5 sin(2π.20t+0 ) V ; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘01’ vc2(t)= 5 sin(2π.20t+90 )V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘10’ vc3(t)= 5 sin(2π.20t+180 )V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit 0 ‘11’ vc4(t)= 5 sin(2π.20t -90 )V; Tồn tại trong 2 chu kỳ bit Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/10 =100ms Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms Vậy Tb= 2Tc 1 chu bit chứa 2 chu kỳ sóng mang fc. Vậy 2Tb= 4Tc 2 chu bit chứa 4 chu kỳ sóng mang fc. Cho một tín hiệu số 0110101100 Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 73 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế b. Tín hiệu QPSK không phải là tín hiệu điều hòa. Vì có 4 pha. c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= (1/2)Rbit =5 baud/s + Băng thông của QPSK: Giống băng thông ASK BW = Rbaud Nbaud=Rbaud: Tốc độ baud + Ưu điểm QPSK(2-PSK, BPSK): không bị ảnh hưởng nhiễu biên độ, nếu cùng 1 băng thông cho trước thì tốc độ của dữ liệu lớn hơn tốc độ của các phương pháp điều chế khác. + Giản đồ trạng thái pha QPSK: Tương tự, ta cũng có các phương pháp điều chế pha khác 2n - PSK, có n bit biểu diễn 1 pha, khoảng cách giữa các pha là 3600/2n. Từ đó, có thể 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. Đồng thời 8–PSK cũng cho phép truyền nhanh gấp 3 lần so với 2 – PSK, như minh họa ở hình 33. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 74 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Bài giảng: Truyền số liệu Chương 5: Mã hóa và điều chế Hình 5.3 + Băng thông dùng cho 2n -PSK: Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự như của ASK (Bằng tốc độ Baud). Băng thông tối thiểu dùng cho truyền dẫn 2n -PSK thì tương tự như của ASK, tuy nhiên tốc độ bit tối đa thì lớn hơn nhiều lần. Tức là tuy có cùng tốc độ baud tối đa giữa ASK và PSK, nhưng tốc độ bit của PSK dùng cùng băng thông này có thể lớn hơn hai hay nhiều lần như minh họa ở hình 5.4 Hình 5.4 Ví dụ 26: Tìm băng thông của tín hiệu QPSK(4 – PSK), với tốc độ 2kbps theo chế độ bán song công. Giải: Vì hệ thống bán song công nên BWhệ thống= BWmỗi hướng= BWQPSK Phương pháp điều chế 4 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 2 bit, Rbit = 2 x Rbaud ; Suy ra Rbaud = (1/2). Rbit=1000 baud/s; Mà BWPSK = Rbaud ; Suy ra BWQPSK = 1000Hz. Ví dụ 27: Cho tín hiệu 8–PSK có băng thông 5.000 Hz, tìm tốc độ bit và tốc độ baud? Giải: Phương pháp điều chế 8 – PSK, 1 pha (đơn vị tín hiệu) chứa 3 bit, Rbit = 3 x Rbaud ; Mà BW8-PSK = Rbaud ; Suy ra Rbaud =5000 baud/s ; Suy ra Rbit = 3x Rbaud =15.0000 bps=15kbps ; 5.3.4 QAM (quadrature Amplitude Modulation) PSK bị giới hạn từ khả năng phân biệt các thay đổi góc pha nhỏ của thiết bị, điều này làm giảm tốc độ bit. Biên dịch: Nguyễn Việt Hùng Trang 75 Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -