Bài giảng: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Vo Thanh Tu Nội dung  Khái niệm: Hệ thống truyền tin, rời rạc hố nguồn tin liên tục, Độ đo thơng tin, Mã hóa, Điều chế  Mã hiệu, phương pháp biểu diễn mã  Kênh tin giao tiếp truyền liệu  Kỹ thuật truyền liệu, Mơ hình hệ thống truyền liệu, Mạng truyền số liệu  Dồn kênh, phân kênh chuyển mạch Chương 1: Những khái niệm chung HTTT Trong sống -> có nhu cầu tđtt (Communication): âm điệu, sóng điện từ, sóng ánh sáng… -> vật mang tin (carrier) chứa TT -> tín hiệu (signal)  Truyền tin lượng khác -> XD chuẩn -> đánh giá -> thiết lập mơ hình, đb tốc độ, xác… HTTT: Dựa cs lượng mang tin: HT điện tín -> dùng điện chiều HT TT vơ tuyến -> dùng nlượng sóng điện từ HT TT quang -> báo hiệu, ttin hồng ngoại, lazer HT TT dufng sóng âm, siêu âm Dựa cs biểu diễn bên ngồi TT: HT truyền số liệu HT truyền hình HT TT thoaji Để đảm bảo tính logic: HT TT rời rạc liên tục  Định nghĩa: Truyền tin (transmission) dịch chuyển thơng tin từ điểm -> đ khác (IS -> ID)  Mơi trường truyền tin (transmission media)-> gọi kênh tin (Channel)  Sơ đồ khối: IS -> Channel -> ID  Kênh tin mơi trường lan truyền TT: Truyền tín hiệu theo dây, qua tầng điện ly, lan truyền đất, nước… Mơi trường lan truyền bao gồm: - MT tác động nhiễu cộng chủ yếu -> nguồn cơng nghiệp vũ trụ - MT tác động nhiễu nhân chủ yếu -> tác động nhân t/h - Cả hai Sv(t) -> Kênh -> Sr(t) , Nn(t): nhiễu nhân, Nc(t) : nhiễu cộng Sr(t) = Nn(t) Sv(t) + Nc(t) : lý tưởng Thực tế: Sr(t) = Nn(t) Sv(t) H(t)+ Nv(t) , H(t): đặc tính xung kênh Chú ý: Hiệu suất TT tốc độ truyền ht Độ xác TT khả chống nhiễu HT  Nguồn tin ngun thủy (NTNT)  • • NTNT tập hợp tin ngun thủy: Tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh, biến đổi khí tượng NTNT hàm liên tục theo t/g f(t) Hình ảnh đen trắng h(x,y,t): x,y tọa độ kg hình Những IS đưa trực tiếp phép biến đổi rời rạc hóa theo t/g theo mức đưa vào kênh-> IS rời rạc (NTRR) Trước truyền -> mã hóa thơng tin Mã hóa phép biến đổi thống kê chống nhiễu IS Các q trình Để n/c định lượng NT HTTT, c/ta mơ hình hóa tốn học NT q trình: - QT ngẫu nhiên liên tục: Nguồn tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh httt thoại, truyền hình với FM, AM - QT ngẫu nhiên rời rạc: qt nn l/tục sau lượng tử hóa VD: ngơn ngữ, t/h điện tín, lệnh đkhiển - Dãy ngẫu nhiên liên tục: nguồn lt gián đoạn hóa theo t/g VD: Hệ TT xung điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation), điều pha xung (PPM), điều tần xung (PFM)… khơng bị lượng tử hóa - Dãy ngẫu nhiên rời rạc: Các httt xung có lượng tử hóa FM, AM, điều biên xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM)  VD: Sơ đồ truyền số liệu Destination System Source System Source Transmitter Transmission System Receiver Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon)   Ứng dụng liệu Ứng dụng âm thanh, tiếng nói   Ví dụ Ứng dụng video Ứng dụng thời gian thực Destination VD: Q trình biến đổi tín hiệu  Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, … dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải  Thơng tin: ý nghĩa gán cho liệu  Tập hợp thiết bị kết nối thơng qua mơi trường truyền dẫn Rời rạc hóa nguồn tin liên tục (NTLT) Phép biến đổi NTLT –> RR gồm bước: b1: Khâu rr hóa theo tg gọi khâu lấy mẫu b2: Khâu lượng tử hóa theo mức + Lấy mẫu: hàm tin tính mẫu thời điểm định Định lý: Một hàm s(t) có phổ hữu hạn, khơng có thành phần tần số lớn ωmax thay mẫu lấy điểm cách khoảng Δt ≤  /ωmax + Lượng tử hóa: Hàm S(t) thể NT lt, bđổi lt phạm vi (Smin, Smax), ta phân chia phạm vi thành số mức định, đánh số mức từ Smin S0 S1 S2…, Smax Việc biến dạng hóa biến đổi biên độ S(t) cho biên độ lấy mức Si định tăng giảm gần đến mức Như S(t) trở thành hàm biến đổi theo bậc thang gọi hàm lượng tử hóa S’(t) Một NTLT sau lấy mẫu lượng tử hóa -> NTRR Độ đo thơng tin (Metric) Độ đo đại lượng cách ta xác định độ lớn đại lượng Mỗi M phải thỏa mãn tính chất sau: - M phải cho phép ta xđ độ lớn đlượng - M phải khơng âm - M phải tuyến tính, tức gtrij tự đo đlượng tổng cộng phải tổng g trị đl riêng phần • M hàm tỷ lệ nghịch với xsxh tin f(1/p(x i)) cho tin xi có xsxh p(xi) (khi p=1 -> tin khơng cho ta lượng tin) • Khi tin đồng thời xh: f(1/p(xi,xj)) = f(1/p(xi)) +f(1/p(xj)) Vì tin độc lập thống kê nên: p(xi,xj) = p(xi).p(xj) ⇒ F làm log Vậy lượng đo TT tin xi là: I(xi) = logb(1/ p(xi)) (Hiện thường dùng độ đo b=2, b=e, b= 10)  Kiểm tra chẵn lẻ   Ví dụ: bên gởi truyền ký tự ASCII G (mã ASCII là1110001) dùng phương pháp kiểm tra lẽ, nối bit truyền 11100011 Bên nhận kiểm tra ký tự nhận được: tổng bit lẻ, xem khơng có lỗi; bit số lẻ bit bị lỗi đảo ngược rõ ràng bên nhận phát lỗi Tuy nhiên, hai hay số chẵn bit bị lỗi đảo ngược khơng phát lỗi Kiểm tra thêm theo chiều dọc: Các phép đo việc dùng hai kiểm tra chiều ngang VRC (Vertical Redundancy Check) kiểm tra chiều dọc LRC (Longitudinal Redundancy Check) giảm tỷ lệ lỗi khơng phát hai đến bốn bậc so với dùng VRC Tuy nhiên, sơ đồ khơng phải thật tốt, co nhiều ký tự bị lỗi, phương pháp khơng phát điểm sai CSE 501035 – Data Communication 113 CSE 501035 – Data Communication 114 Một số giao thức điều khiển lỗi  Giao thức truyền đơn cơng khơng ràng buộc (Unrestricted Simplex Protocol)    Giao thức dùng cho việc truyền tải thơng tin chiều từ người gởi sang người nhận Kênh truyền giả định khơng có lỗi bên nhận giả định xử lý hết tất thơng tin gởi đến cách nhanh chóng Giao thức truyền đơn cơng dừng chờ (Simplex Stop-and-wait Protocol)  Giao thức thiết kế cho truyền tải thơng tin chiều từ người gởi sang người nhận Kênh truyền tải thơng tin giả định khơng có lỗi Nhưng, bên nhận có vùng lưu trữ có khả hạn chế tốc độ xử lý giới hạn, giao thức phải thiết kế dự phòng cho trường hợp liệu máy gởi đến nhanh làm tràn vùng lưu trữ thơng tin bên nhận Giao thức truyền đơn cơng cho kênh truyền có nhiễu (Simplex Protocol for Noisy Channel )  Trong trường hợp này, kênh truyền giả định có lỗi bên nhận phát khung bị lỗi với kỹ thuật xử lý lỗi Parity check hay CRC Các trường hợp xảy sau:    Nếu người gởi khơng biết khung có đến nơi nhận tốt hay khơng => sư dụng khung báo nhận Nếu khung báo nhận bị => sư dụng đếm thời gian Nếu bên nhận khơng phân biệt khung trùng lắp bên gởi gởi lại => đánh số thứ tự cho khung CSE 501035 – Data Communication 115 Vấn đề truyền tải thơng tin theo hai chiều (Duplex)   Việc truyền tải thơng tin hai bên giao tiếp mong muốn diễn cách đồng thời theo hai chiều chiều để khai thác tối đa khả kênh truyền => sử dụng chế độ truyền tải hai chiều, gọi song cơng (Duplex) Ngun tắc thực sau: Vẫn thực việc truyền tải khung, nhiên ta có phân biệt thành loại khung: liệu (data), báo nhận ACK (acknowledgement), báo khơng nhận NACK(Not Acknowledgement) trường xác định loại (Type) khung  Khi bên truyền tin, kết hợp đưa thơng tin báo cho bên biết tình trạng gói tin mà nhận trước Ta gọi kỹ thuật piggyback  CSE 501035 – Data Communication 116  Có chế độ truyền tải  Chế độ truyền bình thường (NRM- Normal Response Mode), sử dụng với cấu hình đường nối kết khơng cân Máy khởi động truyền tải liệu cho máy phụ Nhưng máy phụ thực việc truyền liệu cho máy trả lời cho u cầu máy  Chế độ truyền đồng : Được sử dụng với cấu hình nối kết cân Cả hai máy có quyền khởi động truyền tải liệu mà khơng cần cho phép máy  Chế độ truyền bất đồng (ARM-Asynchronous Response Mode): Sử dụng cấu hình khơng cân Một máy phụ khởi động truyền tải khơng cần cho phép tường minh máy Máy đảm trách vai trò bảo trì đường truyền bao gồm việc khởi động, phục hồi lỗi xóa nối kết CSE 501035 – Data Communication 117 Điều khiển luồng (flow control) Nếu số lượng liệu truyền hai thiết bị nhỏ,thiết bị phát truyền tất liệu tức thời máy thu có đủ tài ngun để tiếp nhận liệu nhiên,trong nhiều tình truyền tin điều kiện khơng thể có => dùng phương pháp điều khiển luồng liệu để đảm bảo máy thu khơng bỏ qua phần liệu khơng đủ tài ngun để lưu giữ CSE 501035 – Data Communication 118 Các phương pháp phát lỗi Điều khiển lỗi Forward: khung phát thêm vào ttin để bên thu -> phát lỗi xuất hiện, xđ vị trí lỗi  Điều khiển lỗi Feedback: phát lỗi -> truyền lại, khơng xđ vị trí  Các pp: parity bit, kiểm tra tổng khối, kiểm tra độ dư vòng  4.6 Dồn kênh – Phân kênh Tính chất cần thiết dồn kênh – phân kênh Khi A B xa ta XD: - XD hàng loạt đường truyền -> nối từ cặp - XD đường truyền chung: tập trung ttin vào đường chung -> dồn kênh tách ttin từ đường chung -> phân kênh Ưu nhược điểm Các kỹ thuật Dồn kênh khơng gian (SDM: Space Division Mul)  Dồn kênh tần số (FDM: Frenquecy ‘ ‘)  Dồn kênh thời gian (TDM: Time ‘ ‘)  4.7 Chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch khơng gian thời gian  Ngun lý chung  4.8 Quản lý liên kết liệu  Điều khiển dòng điều khiển lỗi     Giả sử kết nối thiết lập để trao đổi thơng tin Giai đoạn thiết lập kết nối – khởi tạo biến tuần tự, cấp phát đệm, … Giai đoạn ngắt kết nối – thu hồi đệm, … Quản lý liên kết (link management)  Lớp liên kết liệu liên quan đến việc truyền liệu liên kết      Khoảng cách gần    Đường điều khiển riêng biệt Handshaking control    Các gói/khung đặc biệt dùng để điều khiển (supervisory packet/frame) Supervisory frame dùng để thực nghi thức ARQ, ảnh hưởng đến cách thực Đồng Bất đồng Nghi thức    Điểm-điểm Liên kết vật lý luận lý thơng qua mạng chuyển mạch Chế độ truyền dẫn  Khoảng cách xa  Liên kết Hướng đến ký tự Hướng đến bit Chế độ dịch vụ người dùng   Best-try/datagram (connectionless mode) Reliable/virtual-circuit (connectionoriented mode) Nghi thức BSC S e le c t Y s e q u e n c e S e le c t s e q u e n c e E it h e r : s la v e n o t r e a d y o r : s la v e r e a d y NAK EOT ACK F ir s t d a t a b lo c k ( ) A C K (0 ) N e x t d a t a b lo c k ( ) A C K (1 ) X N e x t d a t a b lo c k ( ) N o rm a l N A K (0 ) N e x t d a t a b lo c k ( ) D a ta tra n s fe r A C K (0 ) L a s t d a t a b lo c k ( n ) A C K (0 /1 ) E n d o f t r a n s m is s io n EOT S e le c t Y s e q u e n c e F a s t s e le c t F ir s t d a t a b lo c k ( ) D a ta tra n s fe r M ASTER F a s t s e le c t A C K (0 ) SLAVE Nghi thức hướng đến bit P r im a ry A S e c o n d a ry B V (S )= V (R )= S N R M (B ,P = ) U A (B ,F = ) V (R = ) V (S = ) D a ta tra n s fe r P r im a r y d is c o n n e c te d D IS C (B ,P = ) S e c o n d a r y d is c o n n e c te d U A (B ,F = ) N o r m a l R e s p o n s e M o d e (N R M ) - m u ltid r o p lin k C o m b in e d P /S (A ) C o m b in e d P /S (B ) V (S )= V (R )= S A B M (B ,P = ) U A (B ,F = ) V (R = ) V (S = ) D a ta tra n s fe r D IS C (A ,P = ) P r im a r y a n d S e c o n d a r y d is c o n n e c te d U A (A ,F = ) P r im a r y d is c o n n e c te d S e c o n d a r y d is c o n n e c te d A s y n c h r o n o u s B a la n c e d M o d e (A B M ) - p o in t-to -p o in t lin k HDLC Trao đổi khung thơng tin, khung giám sát khung khơng số giai đoạn Khởi tạoTrao đổi liệuNgắt kết nối [...]... liên kết, lọc tối ưu…  6 Quá trình truyền từ nguồn đến đích  Mã hóa, Điều chế và giải điều chế, truyền, nhận Source System Source Coding Modulating Transmitter Media Destination System Receive Demodulating Decoding Destination End VD1 : Quá trình truyền Destination System Source System Source  Transmitter Transmission System Receiver Destination Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô... sight) Kho ng cách max giữa các anten  h: chiều cao của anten  k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng (k=4/3)  Ví dụ: tháp anten cao 100m cách xa 82km  Chuỗi tháp anten: điểm-điểm Độ suy giảm t/h  d: kho ng cách – λ: chiều dài sóng  Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương kho ng cách → cần amp/repeater mỗi 10-100km  Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa) Viễn thông kho ng... thực tế Wide-Area Network Các thiết bị cách xa nhau  Số kết nối tăng đáng kể khi số các thiết bị cần giao tiếp lớn ⇒ mạng truyền số liệu Switching node   Phân loại dựa vào phạm vi hoạt động   Source system Source Mạng cục bộ (LocalArea Networks – LAN) Mạng diện rộng (WideArea Networks – WAN) Trans mitter Destination system Trans mission System Local-Area Network Receiver Dest ination Chương 2: Mã... truyền -> phải biến đổi thành -> t/h điện VD: 1 -> +V, 0 -> -V gửi đến đường truyền -> bên nhận +V -> 1, -V -> 0 Thực tế những t/h điện bị giảm và méo do môi trường, tốc độ bit của số liệu được truyền, kho ng cách giữa 2 tbị thông tin 2 Môi trường truyền dẫn: Đường truyền -> quyết định tốc độ bps     Hữu tuyến (guided media – wire)  Cáp đồng  Cáp quang Vô tuyến (unguided media – wireless)  Vệ... định bởi môi trường và tín hiệu  Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn  Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và kho ng cách  Băng thông  Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao  Suy yếu truyền dẫn  Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung)  Số thiết bị nhận (receiver)  Môi trường hữu... Transmission System Receiver Destination Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô Truyền dẫn dữ liệu (data transmission)  Mã hóa dữ liệu (data encoding)  Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data communication)  Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control)  Phân hợp (multiplexing)  Liên kết (link) hoặc mạch (circuit)  Kênh (channel)  VD2: Mạng truyền số liệu  Giao tiếp điểm-điểm thường... nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một tần số khác Cần quĩ đạo địa tĩnh  Cao 35.784 km Ứng dụng  Truyền hình  Điện thoại đường dài  Mạng riêng Đặc tính  Thường trong kho ng tần số 1-10 GHz  < 1 GHz: quá nhiều nhiễu  >10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển  Cặp tần số thu/phát  (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band  (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) ... truyền, nhận Source System Source Coding Modulating Transmitter Media Destination System Receive Demodulating Decoding Destination End VD1 : Q trình truyền Destination System Source System Source ... biên xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM)  VD: Sơ đồ truyền số liệu Destination System Source System Source Transmitter Transmission System Receiver Sơ đồ khối tổng quát (mô hình Shannon) ... tiếp lớn ⇒ mạng truyền số liệu Switching node   Phân loại dựa vào phạm vi hoạt động   Source system Source Mạng cục (LocalArea Networks – LAN) Mạng diện rộng (WideArea Networks – WAN) Trans