Các kỹ thuật cơ bản trong truyền dữ liệu

CSE 501035 – Data Communication
1
CÁC KỸ THUẬT
CƠ BẢN TRONG
TRUYỀN DỮ LIỆU
CSE 501035 – Data Communication
2
Nội dung

Tín hiệu và dữ liệu

Truyền dẫn dữ liệu

Cấu trúc kênh truyền

Tuần tự

Song song

Cấu trúc truyền

Bất đồng bộ

Đồng bộ

Các phương kiểm tra và phát hiện lỗi

Cấu hình

Giao tiếp V.24/EIA-232-F


Nén thông tin

Phân hợp kênh (Multiplexing)

ADSL
CSE 501035 – Data Communication
3
Thuật ngữ

Thành phần trong mô hình truyền dữ liệu (dưới
góc độ vật lý)

Thiết bị

Thiết bị phát (Transmitter)

Thiết bị thu (Receiver)

Môi trường truyền (Medium)

Kết nối

Kết nối trực tiếp (Direct link)

Không cần các thiết bị trung gian

Kết nối điểm-điểm (Point-to-point)

Kết nối trực tiếp


Chỉ có 2 thiết bị dùng chung kết nối

Kết nối nhiều điểm (Multi-point)

≥ 2 thiết bị dùng chung kết nối
CSE 501035 – Data Communication
4
Chế độ truyền

Simplex mode

Không dùng rộng rãi vì không thể
gởi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều
khiển cho bên phát

Television, teletext, radio

Half-duplex mode

Bộ đàm

Full-duplex mode

Điện thoại
One-way only
Simplex operation
Half-duplex operation
Two-way but not at
the same time
Full-duplex operation

Both-way at
the same time
CSE 501035 – Data Communication
5
Truyền dẫn dữ liệu

Dữ liệu

Thực thể mang thông tin

Analog

Các giá trị liên tục trong một vài thời khoảng

e.g. âm thanh, video

Digital

Các giá trị rời rạc

e.g. văn bản, số nguyên

Tín hiệu

Biểu diễn điện hoặc điện từ của dữ liệu

Analog

Biến liên tục


Môi trường liên tục (wire, fiber optic, space)

Băng thông tiếng nói 100Hz tới 7kHz

Băng thông điện thoại 300Hz tới 3400Hz

Digital

Dùng 2 thành phần một chiều

Truyền dẫn

Trao đổi dữ liệu thông qua việc xử lý và lan truyền tín hiệu
CSE 501035 – Data Communication
6
Tín hiệu – miền thời gian

Tín hiệu liên tục

Thay đổi liên tục theo
thời gian

Tín hiệu rời rạc

Thay đổi từng mức theo
thời gian

Tín hiệu chu kỳ

Mẫu lặp lại theo thời

gian

Tín hiệu không tuần
hoàn

Mẫu không lặp lại theo
thời gian
CSE 501035 – Data Communication
7
Tín hiệu analog

Ba đặc điểm chính của tín hiệu
analog bao gồm

Biên độ (Amplitute)

Tần số (Frequency)

Pha (Phase)

Biên độ của tín hiệu analog

Đo độ mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel
(dB) hay volts.

Biên độ càng lớn, tín hiệu càng có cường
độ mạnh.

Tín hiệu tiếng nói - từ “hello”.


Tiếng nói (speech) là một tín hiệu rất
phức tạp.

Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ hợp khác
nhau của nhiều tín hiệu.
CSE 501035 – Data Communication
8
Tần số của tín hiệu analog

Tốc độ thay đổi của tín hiệu
trong một giây, đơn vị Hz hay
số chu kỳ trong một giây (cycles
per second)

Tín hiệu có tần số 30Hz ~ thay đổi
30 lần trong một giây.

Một chu kỳ là sự di chuyển sóng
của tín hiệu từ điểm nguồn bắt
đầu cho đến khi quay trở về lại
điểm nguồn đó.
CSE 501035 – Data Communication
9
Pha của tín hiệu analog

Tốc độ thay đổi quan hệ của tín hiệu đối với thời gian, được
mô tả theo độ (degree)

Sự dịch pha xảy ra khi chu kỳ của tín hiệu chưa kết thúc, và
một chu kỳ mới của tín hiệu bắt đầu trước khi chu kỳ trước

đó chưa hoàn tất

Tai người không cảm nhận được sự dịch pha

Tín hiệu mang dữ liệu bị ảnh hưởng bởi sự dịch pha

Ví dụ các mối nối không hoàn hảo sẽ gây ra dịch pha
CSE 501035 – Data Communication
10
Tín hiệu – miền tần số
CSE 501035 – Data Communication
11
Thành phần của tiếng nói

Tầm tần số có khả năng nghe 20Hz – 20kHz

Tiếng nói 100Hz – 7kHz

Dễ dàng chuyển sang dạng tín hiệu điện từ để
truyền dẫn

Các tần số với âm lượng khác nhau được chuyển
thành tần số điện từ với điện áp khác nhau

Tầm tần số giới hạn cho kênh thoại

300 – 3400Hz
CSE 501035 – Data Communication
12
Tín hiệu số (digital)


Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả
với hai trạng thái ON hay OFF hoặc là 0 hay 1

Tín hiệu số yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn
tín hiệu analog.
CSE 501035 – Data Communication
13
Tín hiệu số (digital)

Các vấn đề khi sử dụng kênh thoại (voice channel) trong
việc truyền tín hiệu số

Một tín hiệu số là một tổ hợp của các tín hiệu khác. Đặc biệt, tín hiệu
số có thể được biểu diễn như sau
Signal = f + 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
CSE 501035 – Data Communication
14
Tín hiệu số (digital)

Truyền 1 tín hiệu số nhị phân tốc độ 2400bps trên kênh thoại có băng
thông 3.1kHz

Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½ tốc độ bit)


Chỉ có tần số cơ bản đi qua mà không bị thay đổi
CSE 501035 – Data Communication
15
Dữ liệu và tín hiệu

Thường dùng tín hiệu số cho dữ liệu số và tín hiệu analog
cho dữ liệu analog

Có thể dùng tín hiệu analog để mang dữ liệu số

Modem

Có thể dùng tín hiệu số để mang dữ liệu analog

Compact Disc audio
CSE 501035 – Data Communication
16
Truyền dẫn

Truyền dẫn analog

Không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền (số hoặc tương tự)

Suy giảm khi truyền xa

Dùng bộ khuếch đại (amplifier) để truyền dữ liệu đi xa

Khuếch đại cả tín hiệu lẫn nhiễu


Truyền dẫn số

Quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền.

Nhiễu và sự suy giảm tín hiệu sẽ ảnh hưởng đến sự tích hợp.

Dùng bộ lặp (repeater) để truyền dữ liệu đi xa.

Không khuếch đại nhiễu.
CSE 501035 – Data Communication
17

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 Data

T/h là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater
Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn
Analog and digital
transmission
Analog
data
Analog
signal
Digital
signal
Digital
data
Analog
signal
Digital
signal

CSE 501035 – Data Communication
18
Truyền dẫn số

Ưu điểm

Công nghệ số

Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành

Toàn vẹn dữ liệu

Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater

Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất
lượng

Hiệu quả kênh truyền

TDM > FDM

Bảo mật

Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng

Tích hợp

Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau
CSE 501035 – Data Communication
19

Digital → Digital

Tín hiệu số

Xung điện áp rời rạc, không liên tục

Mỗi xung là một phần tử tín hiệu

Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành
các phần tử tín hiệu
Analog and digital transmission
Analog
data
Analog
signal
Digital
signal
Digital
data
Analog
signal
Digital
signal
CSE 501035 – Data Communication
20
Thuật ngữ

Unipolar

Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu


Polar

Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng
thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm

Tốc độ dữ liệu (data rate)

Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second)

Độ rộng (chiều dài 1 bit)

Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit

Tốc độ điều chế

Tốc độ mức tín hiệu thay đổi

Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây

Mark và Space

Tương ứng với 1 và 0 nhị phân
CSE 501035 – Data Communication
21
Diễn giải tín hiệu

Cần biết

Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc)


Mức tín hiệu

Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải tín hiệu

Tỉ số SNR

Tốc độ dữ liệu

Băng thông
CSE 501035 – Data Communication
22
Polar Encoding
CSE 501035 – Data Communication
23
Nonreturn to zero (NRZ)

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0

Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu

Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 0→1 hoặc từ 1→0)

Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)

NRZI cho các bit 1

Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở đầu thời

khoảng bit.

Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition)

Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition)
CSE 501035 – Data Communication
24
Nonreturn to Zero (NRZ)

Mã hóa sai phân

Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu (thay
vì bằng mức tín hiệu)

Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức

Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, cảm giác cực
tính dễ dàng bị mất

Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ

Ưu

Dễ dàng nắm bắt

Băng thông dùng hiệu quả

Nhược

Có thành phần một chiều


Thiếu khả năng đồng bộ

Dùng trong việc ghi băng từ

Ít dùng trong việc truyền tín hiệu
CSE 501035 – Data Communication
25
Multilevel Binary

Dùng nhiều hơn 2 mức

Bipolar-AMI (Alternate Mark
Inversion)

Bit-0 được biểu diễn bằng không
có tín hiệu

Bit-1 được biểu diễn bằng xung
dương hay xung âm

Các xung 1 thay đổi cực tính xen
kẽ

Không mất đồng bộ khi dữ liệu là
một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn
đề đồng bộ)

Không có thành phần một chiều


Băng thông thấp

Phát hiện lỗi dễ dàng

Pseudoternary

1 được biểu diễn bằng không có
tín hiệu

0 được biểu diễn bằng xung
dương âm xen kẽ nhau

Không có ưu điểm và nhược điểm
so với bipolar-AMI
The 0s are positive and negative alternately
Amplitude
Time
0
1
00
1
1
01