dce2008Chương 3 K thu t mã hóa tín hi uBKTP.HCMD D D Dli li li liu s , tín hi u s u s , tín hi u tương t u tương t , tín hi u s u tương t , tín hi u tương t.dce2008Tín hi u analog• Ba đ c đi m chính c a tín hi u analog bao g m– Biên đ (A ppt

BK
TP.HCM
2008
dce
Chương 3
Kỹ thuật mã hóa tín hiệu
 Dữ liệu số, tín hiệu số
 Dữ liệu số, tín hiệu tương tự
 Dữ liệu tương tự, tín hiệu số
 Dữ liệu tương tự, tín hiệu tương tự
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
2
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu analog
• Ba
đặ
c
đ
i
ể
m chính c
ủ
a tín hi
ệ
u
analog bao g
ồ
m
– Biên độ (Amplitute)

– Tần số (Frequency)
– Pha (Phase)
• Biên
độ
c
ủ
a tín hi
ệ
u analog
– Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel
(dB) hay volts
– Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường
độ mạnh
– Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”
• Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất
phức tạp
• Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác
nhau của nhiều tín hiệu
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
3
Data Communication and Computer Networks
Tần số của tín hiệu analog
• T
ố
c
độ
thay
đổ

i c
ủ
a tín hi
ệ
u
trong m
ộ
t giây,
đơ
n v
ị
Hz
hay s
ố
chu k
ỳ
trong m
ộ
t
giây (cycles per second)
– T/h 30Hz thay đổi 30 lần trong
một giây
• M
ộ
t chu k
ỳ
là s
ự
di chuy
ể

n
sóng c
ủ
a tín hi
ệ
u t
ừ đ
i
ể
m
ngu
ồ
n b
ắ
t
đầ
u cho
đế
n khi
quay tr
ở
v
ề
l
ạ
i
đ
i
ể
m ngu

ồ
n
đ
ó.
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
4
Data Communication and Computer Networks
Pha của tín hiệu analog
• T
ố
c
độ
thay
đổ
i quan h
ệ
c
ủ
a
tín hi
ệ
u
đố
i v
ớ
i th
ờ
i gian,

đượ
c mô t
ả
theo
độ
(degree)
• S
ự
d
ị
ch pha x
ả
y ra khi chu
k
ỳ
c
ủ
a tín hi
ệ
u ch
ư
a k
ế
t
thúc, và m
ộ
t chu k
ỳ
m
ớ

i c
ủ
a
tín hi
ệ
u b
ắ
t
đầ
u tr
ướ
c khi
chu k
ỳ
tr
ướ
c
đ
ó ch
ư
a hoàn
t
ấ
t
– Tai người không cảm nhận
được sự dịch pha
– T/h mang dữ liệu bị ảnh
hưởng bởi sự dịch pha
• Ví dụ các mối nối không hoàn
hảo sẽ gây ra dịch pha

2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
5
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
• Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả
với hai trạng thái ON hay OFF hoặc là 0 hay 1
• Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín
hiệu analog.
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
6
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
• Các v
ấ
n
đề
khi s
ử
d
ụ
ng kênh tho
ạ
i (voice channel) trong vi
ệ
c
truy

ề
n tín hi
ệ
u s
ố
– Một tín hiệu số là một tổ hợp của các tín hiệu khác. Đặc biệt, tín
hiệu số có thể được biểu diễn như sau
Signal = f + f
3
+ f
5
+f
7
+f
9
+f
11
+f
13
f
∞
– Do đó một tín hiệu số gồm 1 tần số cơ bản (f), cộng thêm tần số 3f
(hài tần bậc 3), cộng thêm tần số 5f (hài tần bậc 5), …
– Nếu biên độ của tần số f, f
3
, f
5
, … là a, a
3
, a

5
, … thì a = 3a
3
= 5a
5
…
– Để gởi tín hiệu số qua kênh truyền thoại, băng thông của kênh
truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số 3f và tần số 5f đi qua
mà không ảnh hưởng nhiều đến các tần số này
– Đây là yêu cầu tối thiểu để bên nhận nhận đúng được tín hiệu số
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
7
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
• Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại có băng
thông 3.1kHz
– Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit)
– Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
8
Data Communication and Computer Networks
Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn
• Analog data/Analog Signal
– Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ khác
• Analog data/Digital Signal
– Mã hóa dùng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số

• Digital Data/Analog Signal
– Được mã hóa dùng modem để tạo ra t/h tương tự
• Digital Data/Digital Signal
– Biểu diễn trực tiếp dữ liệu hoặc mã hóa để tạo ra t/h số có
đặc tính mong muốn
• Analog Signal/Analog Transmission
– Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý t/h như
nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tự
• Analog Signal/Digital Transmission
– Giả sử t/h biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ
repeater
• Digital Signal/Analog Transmission
– Không dùng
• Digital Signal/Digital Transmission
– T/h là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater
Analog and digital
transmission
Analog
data
Analog
signal
Digital
signal
Digital
data
Analog
signal
Digital
signal
2008

dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
9
Data Communication and Computer Networks
Dữ liệu số, tín hiệu số
Analog and digital
transmission
Analog
data
Analog
Analog
Analog
signal
signal
signal
Digital
Digital
Digital
signal
signal
signal
Digital
data
Analog
Analog
Analog
signal
signal
signal
Digital

Digital
signal
signal
• Tín hiệu số
– Xung
đ
i
ệ
n áp r
ờ
i r
ạ
c, không liên t
ụ
c
– M
ỗ
i xung là m
ộ
t ph
ầ
n t
ử
tín hi
ệ
u
– D
ữ
li
ệ

u nh
ị
phân
đượ
c mã hóa thành các ph
ầ
n t
ử
tín hi
ệ
u
2008
dce
Thuật ngữ
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
10
Data Communication and Computer Networks
•Baseband signal
•Carrier signal
•Bandpass
•Lowpass
•Highpass
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
11
Data Communication and Computer Networks
Thuật ngữ
• Unipolar
– Tất cả các phần tử t/h có cùng dấu

• Polar
– Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng
thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm
• T
ố
c
độ
d
ữ
li
ệ
u
– Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)
•
Độ
r
ộ
ng (chi
ề
u dài 1 bit)
– Thời gian thiết bị phát dùng để truyền 1 bit
• T
ố
c
độ đ
i
ề
u ch
ế
(t

ố
c
độ
tín hi
ệ
u)
– Tốc độ mức t/h thay đổi
– Đơn vị là baud = số phần tử t/h trong 1 giây
• Mark và Space
– Tương ứng với 1 và 0 nhị phân
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
12
Data Communication and Computer Networks
Diễn giải tín hiệu
• Cần biết
– Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và
kết thúc)
– Mức tín hiệu tương ứng với bit 0, 1
• Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải t/h
– Tỉ số SNR: càng lớn thì BER càng giảm
– Tốc độ dữ liệu (bps): càng tăng thì BER càng tăng
– Băng thông: càng lớn thì tốc độ dữ liệu càng tăng
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
13
Data Communication and Computer Networks
Nonreturn to Zero (NRZ)

• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
– 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0
– Thông thường, điện áp âm dùng cho bit 1 và điện áp dương dùng cho bit 0
– Điện áp không thay đổi trong thời khoảng bit
• Không có transition (no return to 0V level)
– NRZ: bit 0 – không có điện áp; bit 1 – điện áp dương
• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
– NRZI cho các bit 1
– Xung điện áp hằng số suốt thời khoảng bit
– Dữ liệu được mã căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi t/h ở đầu thời khoảng bit
– Thay đổi t/h (L→H hoặc H→L) mã hóa nhị phân 1
– Không có thay đổi t/h mã hóa nhị phân 0
– Một ví dụ cho mã hóa sai phân (differential encoding)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
14
Data Communication and Computer Networks
Nonreturn to Zero (NRZ)
• Mã hóa sai phân
– D
ữ
li
ệ
u
đượ
c bi
ể
u di
ễ

n b
ằ
ng s
ự
thay
đổ
i m
ứ
c t/h (thay vì
b
ằ
ng m
ứ
c t/h)
– Nh
ậ
n bi
ế
t s
ự
thay
đổ
i d
ễ
dàng h
ơ
n so v
ớ
i nh
ậ

n bi
ế
t m
ứ
c
– Trong các h
ệ
th
ố
ng truy
ề
n d
ẫ
n ph
ứ
c t
ạ
p, c
ả
m giác c
ự
c
tính d
ễ
dàng b
ị
m
ấ
t
• Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ

–
Ư
u
• Dễ dàng nắm bắt
• Băng thông dùng hiệu quả
– Nh
ượ
c
• Có thành phần một chiều
• Thiếu khả năng đồng bộ
– Dùng trong vi
ệ
c ghi b
ă
ng t
ừ
, USB, CD
– Ít dùng trong vi
ệ
c truy
ề
n t/h
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
15
Data Communication and Computer Networks
Multilevel Binary
• Dùng nhi
ề

u h
ơ
n 2 m
ứ
c tín hi
ệ
u
• Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion)
– 0 được biểu diễn bằng không có t/h
– 1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm
– Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ
– Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề
đồng bộ)
– Không có thành phần một chiều
– Băng thông thấp
– Phát hiện lỗi dễ dàng
• Pseudoternary
– 1 được biểu diễn bằng không có t/h
– 0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ nhau
– Không có ưu điểm và nhược điểm so với bipolar-AMI
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
16
Data Communication and Computer Networks
Multilevel Binary
• Trade Off
– Không hi
ệ
u qu

ả
b
ằ
ng NRZ
– M
ỗ
i ph
ầ
n t
ử
t/h ch
ỉ
bi
ể
u di
ễ
n 1 bit
• Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log
2
3 = 1.58 bit
– B
ộ
thu ph
ả
i có kh
ả
n
ă
ng phân bi
ệ

t 3 m
ứ
c (+A, -A, 0)
– C
ầ
n thêm kho
ả
ng 3dB công su
ấ
t
để đạ
t
đượ
c cùng xác
su
ấ
t bit l
ỗ
i c
ủ
a binary code
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
17
Data Communication and Computer Networks
Biphase: Manchester
• Manchester
– Thay đổi ở giữa thời khoảng bit
– Thay đổi được dùng như t/h đồng bộ (clock) và dữ liệu

– L→H biểu diễn 1
– H→L biểu diễn 0
– Dùng trong IEEE 802.3 (ethernet), RFID
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
18
Data Communication and Computer Networks
Biphase: Differential Manchester
• Differential Manchester
– Thay
đổ
i gi
ữ
a th
ờ
i kho
ả
ng bit ch
ỉ
dùng cho
đồ
ng b
ộ
– Thay
đổ
i
đầ
u th
ờ

i kho
ả
ng bi
ể
u di
ễ
n 0
– Không có thay
đổ
i
ở đầ
u th
ờ
i kho
ả
ng bi
ể
u di
ễ
n 1
– Dùng trong IEEE 802.5 (token ring)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
19
Data Communication and Computer Networks
Biphase
•
Ư
u và nh

ượ
c
đ
i
ể
m
– Nhược
• Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và có thể có 2
• Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ
• Cần băng thông rộng hơn
– Ưu
• Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa
thời khoảng bit (self clocking)
• Không có thành phần một chiều
• Phát hiện lỗi
– Khi thiếu sự thay đổi mong đợi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
20
Data Communication and Computer Networks
Bài tập
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
21
Data Communication and Computer Networks
Scrambling
• Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo
ra hằng số điện áp

• Chuỗi thay thế
– Ph
ả
i t
ạ
o ra
đủ
s
ự
thay
đổ
i t/h, dùng cho vi
ệ
c
đồ
ng b
ộ
hóa
– Ph
ả
i
đượ
c nh
ậ
n di
ệ
n b
ở
i b
ộ

thu và thay th
ế
tr
ở
l
ạ
i chu
ỗ
i
ban
đầ
u
– Cùng
độ
dài nh
ư
chu
ỗ
i ban
đầ
u
• Không có thành phần một chiều
• Không tạo ra chuỗi dài các t/h mức 0
• Không giảm tốc độ dữ liệu
• Có khả năng phát hiện lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
22
Data Communication and Computer Networks

B8ZS và HDB3
• B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)
– D
ự
a trên bipolar-AMI
– N
ế
u có 8 s
ố
0 và xung
đ
i
ệ
n áp cu
ố
i cùng tr
ướ
c
đ
ó là
d
ươ
ng, mã thành 000+–0–+
– N
ế
u có 8 s
ố
0 và xung
đ
i

ệ
n áp cu
ố
i cùng tr
ướ
c
đ
ó là âm,
mã thành 000–+0+–
– Gây ra 2 vi ph
ạ
m mã AMI
– Có th
ể
l
ầ
m l
ẫ
n v
ớ
i tác
độ
ng gây ra b
ở
i nhi
ễ
u
– B
ộ
thu phát hi

ệ
n và di
ễ
n gi
ả
i chúng nh
ư
8 s
ố
0
• HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
– D
ự
a trên bipolar-AMI
– Chu
ỗ
i 4 s
ố
0
đượ
c thay th
ế
b
ằ
ng chu
ỗ
i có 1 ho
ặ
c 2 xung
theo quy t

ắ
c:
• Nếu số bit 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là lẻ: “ 0000” -> “000V”
• Nếu số bit 1 kể từ lần thay thế cuối cùng là chẵn: “ 0000” -> “B00V”
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
23
Data Communication and Computer Networks
B8ZS và HDB3
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
24
Data Communication and Computer Networks
Bài tập
2008
dce
• Mua bus 1 để thực hành