Giáo trình truyền số liệu đại học điện lực

CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN
Trong cuộc sống, việc trao đổi thông tin đóng vai trò rất quan trọng và không
thể thiếu. Có rất nhiều dạng và nhiều hình thxức, nhiều phương tiện trao đổi thông
tin với nhau. Việc trao đổi thông tin có thể là trực tiếp như đàm thoại trực tiếp giữa
người với người, hay là gián tiếp qua một hệ thống thông tin như là nói chuyện qua
điện thoại Có hàng nghìn ví dụ khác nhau về thông tin liên lạc trong cuộc sống,
trong đó thông tin số liệu là một phần đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thông tin.
Các hệ thống thông tin dùng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi khác. Tin
tức được đưa từ nguồn tin tới bộ nhận tin dưới dạng bản tin, bản tin là hình thức
chứa đựng một lượng thông tin nào đó. Các bản tin được tạo ra bởi nguồn thông tin
dưới dạng rời rạc, tương ứng chúng ta có nguồn thông tin liên tục và rời rạc. Đối
với nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập vô hạn, còn đối với nguồn tin rời
rạc các bản tin có thể là một tập hữu hạn.
Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu, có rất nhiều tín hiệu tuỳ
theo đại lượng vật lý để biểu diễn tín hiệu, có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau, tuỳ
theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, thí dụ: Như cường độ
dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng, để
truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu tương tự (analog) hay
tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin analog hay hệ thống
thông tin số digital.
Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụng
làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh
ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào
đó.Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không xác
định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra. Tín
hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm liên
tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là một
thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên độ
xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói trên
là một tín hiệu tương tự rời rạc.

Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin
này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi
các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ
biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số. Đặc trưng căn bản
của tín hiệu số là:a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị; b) tín hiệu số có
thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là Ts (Symbol Time-
interval: thời gian của một ký hiệu).
Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta
có hệ thống thông tin số nhị thập phân còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có
hệ thống M mức.
So với hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu điểm
cơ bản sau:
- Thứ nhất, do có khả năng tái sinh tín hiệu theo ngưỡng qua sau từng cự
ly nhất định nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số khỏe hơn
đối với các tạp âm so với tín hiệu analog.
- Thứ hai, do sử dụng tín hiệu số, tương thích với các hệ thống điều khiển
và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, quản trị và bảo trì (OA&M:
Operation, Administration and Maintenance) hệ thống một cách tự động, tốc độ.
- Thứ ba, tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền đưa khá dễ dàng mọi
bản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc hợp nhất các mạng thông tin truyền
đưa các loại dịch vụ thoại hay số liệu thành một mạng duy nhất. Nhược điểm căn
bản của các hệ thống thông tin số, so với các hệ thống thông tin tương tự trước đây
là phổ, phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn, so
với phổ của tín hiệu analog. Cần phải nhấn mạnh thêm ở đây rằng điều này không
nhất thiết vĩnh viễn đúng. Do các hạn chế về kỹ thuật hiện nay, phổ chiếm của các
tín hiệu số còn tương đối lớn hơn phổ chiếm của tín hiệu analog khi truyền các bản
tin liên tục, tuy nhiên trong tương lai khi các kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục tiên
tiến hơn được áp dụng thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ của tín
hiệu liên tục.
1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI CỦA HỆ THỐNG THÔNG

TIN SỐ
1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin số
Hình 1.1: Sơ đồ khối tiêu biểu của hệ thống thông tin số
*: Chuỗi bit
: Chuỗi dạng sóng
Tới bộ nhận
tin
Từ
nguồn tin
TẠO
KHUÔN
MÃ
HOÁ
NGUỒN
MÃ
HOÁ
MÂT
MÃ
HOÁ
KÊNH
GHÉP
KÊNH
ĐIỀU
CHẾ
TRẢI
PHỔ
ĐA
TRUY
NHẬP
MÁY

PHÁT
KÊNH
TRUYỀN
TẠO
KHUÔN
GIẢI MÃ
NGUỒN
GIẢI MÃ
MẬT
GIẢI MÃ
KÊNH
PHÂN
KÊNH
GIẢI
DIỀU
CHẾ
GIẢI
TRẢI
PHỔ
ĐA
TYUY
NHẬP
MÁY
THU
ĐỒNG
BỘ
Từ các nguồn khác
Tới các đích nhận tin
khác
*

*
*
*
* *
*
*
Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là: các tín hiệu được truyền đưa và
xử lý bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần
tử, thường được gọi là bảng chữ cái (alphabet). Các phần tử tín hiệu này có độ dài
hữu hạn xác định ‘Ts’ và trong các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài
Ts là như nhau, đối với mọi phần tử tín hiệu. Trong thực tế có rất nhiều loại hệ
thống thông tin số khác nhau, phân biệt theo tần số công tác, dạng loại môi trường
truyền dẫn Tùy theo loại hệ thống thông tin số thực tế, hàng loạt chức năng xử lý
tín hiệu số một cách hiệu quả về phương diện băng tần chiếm cũng như công suất
tín hiệu. Các chức năng xử lý tín hiệu như thế được mô tả bởi các khối trong sơ đồ
khối của hệ thống. Mỗi một khối mô tả trên hình 1.1, trong đó thể hiện tất cả các
chức năng xử lý tín hiệu chính nhất có thể có của các hệ thống thông tin số hiện
nay.
Trong sơ đồ khối hình 1.1, thực chất là sơ đồ mô tả lưu đồ xử lý tín hiệu, các
thuật toán cơ bản xử lý tín hiệu (song không phải trong hệ thống thông tin số nào
cũng nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này) được trình bày ở
mục sau.
1.2.2. Chức năng của từng khối
• Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng
tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân.
• Mã hóa nguồn và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tin nhằm
giảm tốc độ bít để giảm chiếm của tín hiệu số.
• Mã và giải mã mật: thực hiện mã và giải mã chuỗi bít theo một khóa xác định
nhằm bảo mật tin tức.
• Mã và giải mã kênh nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đường

truyền dẫn.
• Ghép- phân kênh, nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác
nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn.
• Điều chế và giải điều chế số, thường gọi tắt là MODEM.
• Trải và giải trải phổ, nhằm chống nhiễu (thường do kẻ địch cố ý gây ra để phá
liên lạc) và bảo mật tin tức.
• Đa truy nhập, cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử
dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu.
• Đồng bộ, bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ
thống thông tin liên kết (coherent).
• Lọc (được thực hiện tại máy thu phát đầu cuối), bao gồm lọc cố định nhằm
hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi
đường truyền.
Trên sơ đồ hình 1.1, các khối nhánh bên dưới (phần thu) thực hiện các thuật
toán xử lý ngược với các khối tương ứng ở nhánh trên (phần phát).
Trong số các chức năng nói trên thì các chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điều
chế và giải điều chế số là không thể thiếu đối với mọi lọai hệ thống thông tin số. Về
mặt thuật toán mà nói, khối điều chế số là một khối giao diện, thực hiện biến đổi tín
hiệu số thành các tín hiệu liên tục phù hợp với việc truyền đưa tín hiệu đi xa. Máy
phát đầu cuối chỉ thực hiện các thuật toán trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên tới tần số
thích hợp, khuyếch đại, lọc và phát xạ tín hiệu vào mỗi đường truyền dẫn. Đối với
một hệ thống thông tin số thì MODEM (điều chế và giải điều chế) đóng vai trò như
bộ não còn máy thu phát thì chỉ như cơ bắp mà thôi. Các khối chức năng còn lại
không phải là bắt buộc đối với tất cả mọi hệ thống thông tin số mà chỉ có mặt trong
từng loại hệ thống cụ thể và do vậy trên hình 1.1 chúng được diễn tả bằng những
khối đứt nét.
1.3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.3.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu
- Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị được diễn tả dưới
một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người

hay máy móc.
-Tin tức: tin tức là ý nghĩa mà con người qui cho dữ liệu theo các qui ước cụ
thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số,
các ký hiệu, thông qua nó con người hiểu nhau . .
- Tín hiệu: Là biểu diễn vật lý của dữ liệu trên đường truyền. Có rất nhiều loại
tín hiệu khác nhau, tuỳ theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, ví
dụ như cường độ dòng điện, điện áp, ánh sáng Tuỳ theo dạng của các tín hiệu
được sử dụng, để truyền tải tin tức trong các hệ thống thông tin là các tín hiệu
tương tự (analog) hay tín hiệu số (digital) và tương ứng có các hệ thống thông tin
tương tự hay hệ thống thông tin số digital.
+ Tín hiệu tương tự:
Đặc điểm căn bản của một tín hiệu tương tự (đại lượng vật lý, được sử dụng
làm tín hiệu có quy luật biến thiên tương tự, với bản tin nhưng nó đã được sản sinh
ra từ nguồn tin) là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một giải nào
đó. Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị không
xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra.
Tín hiệu analog có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm
liên tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là
một thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều chế biên
độ xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation) của chính tín hiệu lối ra micro nói
trên là một tín hiệu tương tự rời rạc. Tín hiệu tương tự có thể được số hóa để trở
thành tín hiệu số để truyền trên hệ thống thông tin số.
+Tín hiệu số:
Trong trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin
này có thể đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi
các ký hiệu (symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ
biểu diễn các con số ( các ký hiệu ) và được gọi là tín hiệu số.
Đặc trưng căn bản của tín hiệu số là: a) tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các
giá trị; b) tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là
Ts ( viết tắt của Symbol Time- interval: Thời gian của một ký hiệu). Tín hiệu số có

thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta có hệ thống thông
tin số nhị thập phân và tín hiệu được biểu diễn bởi các số 0,1 còn trong trường hợp
tổng quát chúng ta có hệ thống M mức.
Các số nhị phân 0,1 gọi là các bit, tổ hợp 8 bit gọi là một byte (byte là đơn vị đo
lường dung lượng thông tin cơ bản). Trong kỹ thuật truyền số liệu, đôi khi xem các
đơn vị dữ liệu truyền dưới dạng một ký tự hay một khối gồm nhiều ký tự. Việc
nhóm các ký tự lại thành một khối dữ liệu gọi là đóng gói dữ liệu. Một khối như
vậy được gọi là một gói dữ liệu (packet) hay một khung (frame).
1Kb=2
10
byte =1024 byte
1Mb=2
10
Kb =1024 Kb

1Gb=2
10
Mb = 1024 Mb
1Tb=2
10
Gb=1024 Gb
1.3.2. Nhiễu
- Nhiễu (Noise): Bất cứ tín hiệu nào ngoài ý muốn xuất hiện trong hệ thống
truyền tin đều gọi là nhiễu hay còn gọi là tạp âm. Có nhiều nguồn nhiễu và nhiều
dạng nhiễu khác nhau.
+ Nhiễu nhiệt (Thermal Noise): Gây ra do tác động nhiệt của các electron trong
vật liệu làm linh kiện. Nhiễu này phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và không thể
loại trừ. Ở mọi nhiệt độ trên mức tuyệt đối zero, tất cả các phương tiện truyền
thông đều trải qua nhiễu nhiệt. Nó tạo nên các thành phần tần số ngẫu nhiên xuyên
qua phổ tần đã hoàn chỉnh, có biên độ thay đổi liên tục do đó còn được gọi là nhiễu

trắng (White Noise).
+ Nhiễu các tần số cạnh tranh (Intermodulation Noise): Sinh ra do các tín hiệu
có tần số khác nhau được truyền trên một kênh truyền. Nhiễu này có thể loại bỏ
bằng bộ lọc.
+ Nhiễu xuyên âm (Crosstalk): Nhiễu này gây ra do các tín hiệu truyền trên các
đường dây dẫn đặt cạnh nhau. Tín hiệu truyền trên đường dây này gây nhiễu cho
đường dây kia. Một ví dụ về nhiễu xuyên âm đó là khi ta đang nói điện thoại, có thể
nghe thấy tiếng của người khác xen vào ngay cả khi ta không đàm thoại. Đối với
nhiễu xuyên âm cũng có rất nhiều loại, nhưng đáng quan tâm nhất là nhiễu xuyên
âm đầu gần NEXT (Near End Crosstalk) và nhiễu xuyên âm đầu xa (Far End
Crosstalk).
Xuyên âm đầu gần là do tín hiệu không mong muốn thu được ở đầu gần của
một đôi cáp bị ghép cảm ứng từ với một đôi cáp bên cạnh đang truyền tín hiệu
ngược lại.
Xuyên âm đầu xa là do tín hiệu không mong muốn có mặt ở đàu xa của đôi dây
cáp. Nó xuất hiện do ghép điện từ của các đôi dây bên cạnh truyền thông tin cùng
hướng với đôi dây truyền tín hiệu mong muốn.
Nhiễu này có thể khắc phục bằng cách sử dụng bộ triệt nhiễu thích nghi.Ngoài
ra, việc truyền tín hiệu trên đường dây xoắn cũng giúp giảm bớt nhiễu xuyên âm.
1.3.3. Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio)
Ðể đánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền
tín hiệu đó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
được tín bằng tỉ số giữa năng lượng trung bình của tín hiệu và năng lượng trung
bình của nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm).
SNR=10lg (S/N) (dB)
Rõ ràng, nếu tỉ số SNR cao thì chất lượng tín hiệu thu sẽ cao và ngược lại, nếu
SNR thấp thì có nghĩa là chất lượng tín hiệu thu thấp. Một hệ thống hay mạch tốt khi
có khả năng nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêu cầu.

1.3.4. Tỉ lệ lỗi bit

Ảnh hưởng của suy hao tín hiệu, của nhiễu và các biến dạng tín hiệu nói chung
đều có thể làm làm thoái hóa tín hiệu dẫn đến sai dữ liệu ở máy thu. Tỉ lệ lỗi bit
BER được định nghĩa là tỉ số giữa số các bit nhận bị sai so với tổng số bit được
truyền trong một khoảng thời gian nhất định. Tỉ số BER càng nhỏ càng tốt. Ví dụ, tỉ
lệ lỗi bit là 10
-4
có nghĩa là trung bình 1 bit lỗi trong 10
4
bit nhận.
1.3.5 Độ suy giảm
Khi tín hiệu truyền trên kênh truyền,vì lý do nào đó có thể làm cho biên độ của
tín hiệu đó giảm xuống được gọi là sự suy giảm tín hiệu. Thông thường mức độ suy
giảm cho phép được quy định trên chiều dài kênh dẫn để đảm bảo hệ thống có thể
phát hiện và dịch đúng tín hiệu ở máy thu. Nếu suy giảm quá mức cho phép thì
người ta dùng các bộ khuếch đại, bộ lặp tín hiệu hoặc dùng các thiết bị để cân bằng
sự suy giảm của tín hiệu.
Độ suy giảm được tính bằng tỉ số giữa công suất tín hiệu được truyền P
phát
và
công suất tín hiệu nhận P
thu
, độ suy giảm L thường được tính bằng đơn vị dB.
L=10lgP
phát
/P
thu
(dB)
1.3.6 Tốc độ truyền tin
Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh thông tin hay còn gọi là thông lượng của
đường truyền được xác định là tốc độ truyền các bít nhị phân từ nguồn tới đích, đơn

vị là bits/giây (bps).
Ví dụ: nếu 6 bit nhị phân được truyền từ nguồn tới đích hết 6s thì:
Tốc độ truyền tin R =6bits/6s=1000 bits/s
Ngoài ra, thông lượng còn được đo bằng một đơn vị khác là tốc độ baud. Tốc
độ baud được định nghĩa là tốc độ thay đổi trạng thái tín hiệu trên kênh truyền hay
có thể hiểu là tốc độ truyền 1 mẫu tín hiệu có thể là 1 bit, 2 bit, 3 bit tùy vào trạng
thái. Chúng ta có thể chỉ truyền hai trạng thái tín hiệu là 0 và 1 trên đường truyền,
tuy nhiên do băng thông bị giới hạn, chúng ta cũng có thể dùng nhiều hơn hai trạng
thái tín hiệu. Điều này có nghĩa là mỗi trạng thái tín có thể đại diện cho nhiều ký số
nhị phân. Tổng quát, nếu số bit dùng cho mỗi trạng thái tín hiệu là n thì ta sẽ có số
trạng thái tín hiệu là M theo công thức sau.
M=2
n
trạng thái
Ví dụ, với 2 bit dùng để mã hóa cho một trạng thái tín hiệu thì ta sẽ có tất cả là
2
2
= 4 trạng thái tín hiệu, bao gồm các trạng thái 00,01,10, 11.
Mối quan hệ giữa tốc độ baud và tốc độ bit như sau:
R=R
s
log
2
M
Với M là số trạng thái tín hiệu được truyền trên kênh, R là tốc độ bit và R
s

là tốc
độ baud.
Như vậy khi ta chỉ dùng hai trạng thái tín hiệu để truyền (M=2) thì ta có tốc độ

baud chính bằng tốc độ bit.
1.3.7 Băng thông
Phổ tần của tín hiệu là dải tần số trong đó chứa hầu hết công suất của tín hiệu.
Khái niệm này cho ta xác định phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu đó chứa
một phổ tần quá rộng. Hay nói cách khác, phổ tần của tín hiệu chính bằng hiệu của
tần số lớn nhất và tần số nhỏ nhất của tín hiệu truyền trên kênh. Đơn vị của phổ tần
được tính bằng Hz.
W=f
max
-f
min
Bất kỳ một kênh hay đường truyền nào như cáp xoắn, cáp đồng trục, radio…
đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra các thành phần
tần số nào của tín hiệu sẽ được truyền qua kênh mà không bị suy giảm. Băng thông
của kênh truyền được định nghĩa là dải tần số của tín hiệu mà độ suy giảm khoảng
vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực đại khi tín hiệu đó truyền qua hệ thống.
Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với điểm nửa công suất.
Như đã nói ở mục trên, có thể truyền nhiều hơn một bit với mỗi lần thay đổi
trạng thái của tín hiệu nhờ đó có thể gia tăng tốc độ bit. Tuy nhiên, băng thông của
kênh luôn là yếu tố giới hạn tốc độ dữ liệu tối đa có thể đạt được. Định lý Nyquist
thể hiện mối quan hệ giữa băng thông và tốc độ tối đa của kênh:
C=2Wlog
2
M
Trong đó, C là tốc độ truyền dữ liệu tối đa của kênh có thể đạt được được tính
bằng bps, M là số trạng thái tín hiệu và W là băng thông của kênh tính bằng Hz.
Ví dụ:
Dữ liệu truyền qua mạng PSTN dùng lược đồ truyền với 8 trạng thái tín hiệu.
Nếu băng thông của PSTN là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng.
C=2Wlog

2
M
= 2x3.000xlog
2
8
= 18.000bps
Trên thực tế, tốc độ truyền dữ liệu tối đa sẽ nhỏ hơn giá trị so với lý thuyết do
một số nguyên nhân ví dụ như nhiễu.
Trong trường hợp có nhiễu trắng, Shannon chỉ ra rằng, tốc độ tối đa của kênh
được tính theo công thức sau:
C=Wlog
2
(1+S/N)
với S và N tính bằng Watts.
Như vậy, Shannon cho chúng ta một ranh giới tiêu chuẩn theo lý thuyết mà trên
cơ sở đó ra có thể phấn đấu để có một hệ thống thông tin nhằm đạt được tỉ lệ lỗi bit
ở đầu thu đạt được mức tối thiểu cho phép.
Ví dụ:
Dữ liệu truyền qua mạng PSTN có tỉ số SNR=20dB. Nếu băng thông của PSTN
là 3kHz. Xác định tốc độ tối đa của mạng theo lý thuyết.
SNR=10lg(S/N)=20
S/N=100
C=Wlog
2
(1+S/N)
=3000log
2
(1+100)
=19963bps
1.3.8 Phổ tần

Sự phân bố năng lượng của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và
được diễn tả bởi phổ tần.
Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải
rộng
Nếu tín hiệu có thành phần một chiều có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí
dụ không thể ghép tín hiệu có thành phần một chiều qua biến thế và kết quả là
không cách ly điện được.
Trong thực tế, sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông.
Vì các lý do trên, một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng
thông không quá rộng và không nên chứa thành phần một chiều.
1.3.9 Trễ truyền dẫn
Luôn luôn tồn tại một thời gian trễ tuy ngắn nhưng xác định khi một tín hiệu
lan truyền từ điểm này đến điểm khác qua môi trường truyền dẫn. Thời gian trễ này
được gọi là trễ truyền lan bởi môi trường, được ký hiệu là T
P
. T
P
được tính như sau:
T
P
=khoảng cách (m)/tốc độ lan truyền (m/s)
Tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian tự do bằng tốc độ ánh sáng, trong
cáp xoắn hoặc cáp đồng trục thấp hơn (khoảng 2.10
8
m/s).
Trong kỹ thuật truyền số liệu,dữ liệu thường được truyền dưới dạng một khối
hoặc một khung (frame). Thời gian dùng để truyền một khối tín hiệu hay một frame
với một tốc độ đường truyền R cho trước gọi là trễ truyền dẫn T
X

.
T
X
=N/R
Trong đó, N là độ lớn của khối tín hiệu được truyền (bit), R là tốc độ đường
truyền.(bit/s).
Như vậy, tham số trễ của một liên kết số liệu (chính là thời gian kể từ khi bit
đầu tiên của khối được truyền đi đến bit cuối cùng của báo nhận thu được) bao gồm
cả trễ truyền lan T
P
và trễ truyền dẫn T
X
.
Ứng với mỗi tần số tín hiệu khác nhau thì tốc độ lan truyền sẽ khác nhau. Do
tín hiệu số có các thành phần số khác nhau tạo nên nên nó sẽ đến máy thu với các
độ trễ khác nhau, dẫn đến méo tín hiệu tại máy thu. Méo sẽ gia tăng khi tốc độ bit
tăng. Như vậy, tín hiệu có thể bị méo do trễ pha hoặc do suy hao.
Để xác định các thành phần tần số tạo nên tín hiệu số, người ta dùng phương
pháp toán học là phân tích Fourier. Phân tích Fourier cho rằng bất kỳ tín hiệu tuần
hoàn nào cũng đều được hình thành từ một dãy xác định các thành phần tần số
riêng biệt. Chu kỳ của tín hiệu xác định thành phần tần số cơ bản. Các thành phần
tần số khác có tần số là bội của tần số cơ bản gọi là các hài bậc cao của tần số cơ
bản.
1.3.10 Chế độ thông tin và các chế độ truyền
a) Các chế độ thông tin
Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống
thông tin có thể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức:
- Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều.
Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại. Trong hệ
thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) để hiển thị

thông tin nhận được.
- Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai
hướng nhưng không đồng thời. HDX được dùng khi hai thiết bị muốn trao đổi
thông tin với nhau một cách luân phiên. Hai thiết bị phải có thể chuyển đổi qua lại
giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền.
- Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều
đồng thời. Hệ thống này thường có 4 đường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền.
Phương thức này được dùng trong hệ thống điểm - điểm (point to point)
- Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): F/FDX được dùng khi hai
thiết bị muốn trao đổi thông tin với nhau theo cả hai hướng một cách đồng
thời.Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều điểm (multipoint).
b) Các kiểu truyền
Tùy theo cách thức đưa tín hiệu ra đường truyền mà ta có hai cách truyền: song
song và nối tiếp. Hình sau mô tả hai cách truyền nối tiếp và song song.
- Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt được phát đi từng bít trên cùng một đường
dây. Phương pháp này có ưu điểm là đỡ tốn dây, việc mã hóa lỗi, kiểm soát lỗi dễ
dàng hơn (vấn đề mã hoá lỗi, kiểm soát lỗi sẽ được đề cập ở các mục sau). Tuy
nhiên, phương pháp này chậm hơn so với truyền song song và cần phải có đồng bộ
bit.
- Truyền song song: các bit được truyền đồng thời . Tốc độ truyền song song
khá nhanh nhưng phải tốn nhiều đường dây. Phương pháp truyền này không cần
phải đồng bộ bit. Truyền song song tổn hao tín hiệu nhiều hơn và dễ xảy ra lỗi kép
khó phát hiện, có nhiễu xuyên âm… Phương pháp này chỉ được áp dụng truyền khi
khoảng cách phát và thu ngắn.
(a)
(b)
Hình 1.5: Kiểu truyền nối tiếp và song song
c) Các chế độ truyền
Trong các hệ thống truyền số liệu, các tín hiệu có thể truyền theo chế độ đồng
bộ (synchronous) và bất đồng bộ (asynchronous). Hai chế độ truyền này khác nhau

chủ yếu ở việc thực hiện sự đồng bộ và do đó đưa tới cách định dạng tín hiệu
truyền khác nhau.
- Truyền bất đồng bộ: hay còn gọi là chế độ truyền dị bộ, trong chế độ bất
đồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố định, hay nói cách khác tại những thời
điểm khác nhau khoảng thời giữa hai ký thự không nhất thiết là một giá trị cố định.
Thông thường, số liệu được truyền giữa các thiết bị truyền số liệu (DTE) dưới dạng
chuỗi liên tiếp các bit gồm nhiều phần tử 8 bit gọi là các byte hay ký tự truyền
trong cả chế độ đồng bộ và bất đồng bộ.
- Truyền đồng bộ: cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là
như nhau. Trong hệ thống truyền ký tự, khoảng thời gian tính từ bit cuối của ký tự
này đến bit đầu của ký tự kế tiếp thì bằng không hoặc bằng bội số tổng thời gian
cần thiết truyền hoàn chỉnh ký tự. Tuy nhiên, xét trong các mức cao hơn mức vật lý
trong mô hình OSI (sẽ xét đến phần sau) thì việc đồng bộ được thực hiện theo từng
khối dữ liệu.
Các chế độ truyền này sẽ được trình bày kỹ hơn ở chương sau.
1.3.11 Mô hình tham chiếu OSI
a. Kiến trúc phân tầng
Để giảm độ phức tạp khi thiết kế và cài đặt mạng mạng số liệu được thiết kế
theo quan điểm kiến trúc 7 tầng nguyên tắc là : mỗi hệ thống trong một mạng đều
có số lượng tầng là 7 chức năng của mỗi tầng là như nhau , xác định giao diện giữa
2 tầng kề nhau và giao thức giữa 2 tầng đồng mức của 2 hệ thống kết nối với
nhau .
Trên thực tế dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống này
sang tầng thứ i của hệ thống kia (trừ tầng thấp nhất trực tiếp sử dụng đường truyền
vật lý) . Từ hệ thống gửi truyền sang hệ thống nhận theo quy trình như sau :
Dữ liệu từ tầng i của hệ thống gửi sẽ đi từ tầng trên xuống tầng dưới và tiếp tục
đến tầng dưới cùng – tầng vật lý qua đường truyền vật lý chuyển đến hệ thống
nhận và dữ liệu sẽ đi ngược lên các tầng trên đến tầng đồng mức thứ i. Như vậy 2
hệ thống kết nối với nhau chỉ có tầng vật lý mới có kết nối vật lý còn các tầng khác
chỉ có kết nối logic

b. Mô hình tham chiếu
Mô hình OSI được hình thành vào năm 1974 bởi hội đồng các tiêu chuẩn được
biết như tổ chức các tiêu chuẩn quốc tế (ISO). Mô hình này, như là mô hình liên kết
các hệ thống mở, hoặc mô hình OSI, phân chia hệ thống thông tin thành 7 lớp.
Mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt như một phần công việc để cho phép
các chương trình ứng dụng trên các hệ thống khác liên lạc, nếu như chúng đang
hoạt động trên cùng một hệ thống. Mô hình OSI là một mô hình kiến trúc cơ bản.
Mô hình không dành riêng cho phần mềm hoặc phần cứng nào. OSI miêu tả các
chức năng của mỗi lớp nhưng không cung cấp phần mềm hoặc thiết kế phần cứng
để phục vụ cho mô hình này. Mục đích sau cùng của mô hình là cho khả năng hoạt
động tương lai của nhiều thiết bị truyền thông.
Một thiết bị truyền thông có thể được thiết kế dựa trên mô hình này. Thông qua
việc đề cập nhiều lần bởi các qui định của LAN, có một số dữ liệu và thông tin
thoại được thiết kế theo mô hình OSI.
Có 7 và chỉ 7 lớp tạo lên mô hình này (Việc qui định các mức và các lớp có thể
được sử dụng, hình 1.6 mô tả các lớp theo trình tự từ dưới lên trên; Lớp vật lý
(physical layer), lớp liên kết dữ liệu Data link layer), lớp mạng (Network layer), lớp
vận chuyển (Transport layer), lớp tập hợp (Session layer), lớp trình bầy
(presentation) và lớp ứng dụng (application layer). Mỗi lớp có một mục đích riêng
và có chức năng độc lập của chúng.
Application Ứng dụng
Presentation Trình bày
Session Phiên
Transport Vận chuyển
Network Mạng
Datalink Liên kết dữ liệu
Physical Vật Lý
Hình 1.6: Mô hình tham chiếu OSI
Physical layer: Lớp này định nghĩa các phương pháp sử dụng để truyền và thu
dữ liệu trên mạng, nó bao gồm: cáp, các thiết bị được sử dụng để kết nối bộ giao

tiếp mạng của trạm tới cáp.
Tín hiệu liên quan tới dữ liệu truyền/thu và khả năng xác định các lối dữ liệu trê
phương tiện mạng ( the cable plant).
Datalink layer: lớp này đồng bộ hoá truyền dẫn và vận dụng điều khiển lối vào
mức khung và phục hồi thông tin có thể truyền trên lớp vật lí. Khuôn dạng khung
và CRC (kiểm tra vòng) được thực hiện tại các lớp vật lý. Lớp này thực hiện các
phương pháp truy nhập như Ethernet và Token Ring. Nó luôn cung cấp địa chỉ lớp
vật lí cho khung truyền.
Network layer: Lớp này điều khiển việc chuyển tiếp các thông báo giữa các
trạm. Trên cơ sở một số thông tin, lớp này sẽ cho phép dữ liệu theo trình tự giữa hai
trạm để hạn chế cho cả hai đường logic và vật lí. Lớp này cho phép các khối dữ liệu
được truyền tới các mạng khác thông qua việc sử dụng một số thiết bị được biết
như router. Qua các router được định nghĩa tại lớp này.
Transport layer: Lớp này cung cấp cho truyền dẫn end - to - end của dữ liệu
( trạm nguồn tới trạm đích). Nó cho phép dữ liệu được truyền một cách tin cậy, và
đảm bảo rằng dữ liệu được truyền hoặc được thu không có lỗi, chính xác theo trình
tự.
Session layer: Lớp này thiết lập, duy trì và cắt đứt liên kết giữa hai trạm trên
một mạng. Lớp này chịu trách nhiệm biên dịch địa chỉ tên trạm. Presentation layer:
Lớp này thực hiện chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu
của các ứng dụng qua môi trường OSI.
Application layer: Lớp này được sử dụng cho các ứng dụng, đó là yếu tố để
thực hiện trên mạng. Các ứng dụng như truyền file, thư điện tử
Trên đây là những gì mà mô hình OSI đã thực hiện. Ngay sau khi mô hình OSI
này ra đời thì nó được dùng làm có sở để nối các hệ thống mở phục vụ cho các ứng
dụng phân tán. Từ “mở” ở đây nói lên khả năng hai hệ thống có thể kết nối để trao
đổi thông tin với nhau, nếu chúng tuân thủ theo mô hình tham chiến và các chuẩn
liên quan. Điều quan trọng nhất của mô hình OSI là đưa ra các giải pháp cho vấn đề
truyền thông giữa các trạm không giống nhau Hai hệ thống dù khác nhau như thế
nào đều có thể truyền thông với nhau nếu chúng bảo đảm những điều kiện sau:

- Chúng cài đặt cùng một tập các chức năng truyền thông
- Các chức năng đó được tổ chức thành một tập các tầng các tầng đồng mức
phải cung cấp các chức năng như nhau
- Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao thức chung
Để bảo đảm bảo các điều kiện trên cần phải có các chuẩn. Các chuẩn phải xác
định các chức năng và dịch vụ của tầng. các chuẩn cũng phải cũng xác định các
giao thức giữa các tầng đồng mức . Mô hình OSI 7 lớp chính là cơ sở để xây dựng
các chuẩn đó.
c. Phương thức hoạt động
Ở mỗi tầng trong mô hình OSI có 2 phương thức hoạt động: phương
thức có liên kết (connection oriented) và phương thức không liên kết
(connectionless)
Với phương thức có liên kết trước khi truyền dữ liệu cần thiết lập một liên lết
logic giữa các thực thể đồng mức. như vậy quá trình truyền thông gồm 3 giai đoạn:
- Thiết lập liên kết logic : 2 thực thể đồng mức ở 2 hệ thống sẽ thương lượng
với nhau về các thông số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau
- Truyền dữ liệu : Dữ liệu sẽ được truyền với cơ chế kiểm soát và quản lý kèm
theo ( như kiểm soát lỗi , kiểm soát luồng, cắt/hợp dữ liệu )
- Huỷ bỏ liên kết: giải phóng các tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên
kết để dùng cho các liên kết khác
Mỗi giai đoạn trên thường được thể hiện bằng một hàm tương ứng. Thí dụ hàm
connect thể hiện giai đoạn thiết lập liên kết, hàm Data thể hiện giai đoạn truyền dữ
liệu và hàm Disconnect thể hiện giai đoạn huỷ bỏ liên kết. Cùng với 4 hàm nguyên
thuỷ trên cho mỗi giai đoạn ta sẽ có 12 thủ tục chính để xây dựng các dịch vụ và
các giao thức chuẩn theo kiểu OSI. Còn đối với phương thức không liên kết thì
không cần thiết lập liên kết logic và mỗi đơn vị dữ liệu được truyền độc lập với các
đơn vị dữ liệu trước hoặc sau nó. Phương thức này chỉ có duy nhất một giai đoạn
truyền dữ liệu.
So sánh 2 phương thức hoạt động trên thi phương thức có liên kết cho phép
truyền dữ liệu tin cậy, do được kiểm soát và quản lý chặt chẽ theo từng liên kết

lôgic, nhưng cài đặt khó khăn .
Phương thức không liên kết cho phép các PDU có thể được truyền đi theo nhiều
đường khác nhau để tới đích, thích nghi được với sự thay đổi trạng thái của mạng,
nhưng lại gặp phải khó khăn khi tập hợp lại các PDU để chuyển tới người dùng. Về
nguyên tắc 2 tầng lân cận không nhất thiết phải dùng chung một phương thức hoạt
động.
1.4 PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN
Phương tiện truyền dẫn là môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu từ phía
phát tới phía thu. Phương tiện truyền dẫn gồm có cả hữu tuyến và vô tuyến.
Đường truyền vô tuyến truyền sóng điện từ gồm có:
- Tia hồng ngoại
- Radio
- Sóng cực ngắn (viba)
- Laser
Đường truyền hữu tuyến gồm có:
- Cáp đồng trục
- Cáp xoắn đôi (có vỏ bọc và trần)
- Cáp sợi quang
1.3.1 Đường truyền vô tuyến
Môi trường truyền dẫn của đường truyền vô tuyến là không gian tự do. Do vậy,
giá thành đường truyền vô tuyến tập trung ở phía thu và phát. Ưu điểm của đường
truyền vô tuyến là tính linh động, tuy nhiên độ an toàn không cao bằng đường
truyền hữu tuyến, bị ảnh hưởng bởi môi trường như mưa, vật cản…
Dải tần vô tuyến có thể được chia như bảng sau:
Băng
tần
Ký hiệu Đặc tính lan truyền Phạm vi ứng dụng
3-30KHz
(Chục km)
Tần số rất thấp

(VLF)
- Sóng mặt đất
- Lan truyền cự ly xa
- Mức tạp nhiễu khí
quyển lớn
Ứng dụng nhiều cho thông
tin dưới nước (solar)
30-300KHz
(Km)
Tần số thấp (LF) - Tương tự như VLF
nhưng bị hấp thụ vào ban
ngày
Vô tuyến hàng hải
300-
3000KHz
(Trăm mét)
Tần số trung bình
(MF)
- Sóng mặt đất và
sóng trời ban đêm
- Suy hao thấp ban
đêm cao vào ban ngày
- Tạp khí quyển
Vô tuyến và định vị hàng
hải, các tần số cho cứu hộ
và vô tuyến quảng bá AM
3-30MHz
(Chục mét)
Tần số cao (HF) Phản xạ tầng điện ly thay
đổi theo thời gian trong

ngày, mùa và tấn số
Vô tuyến nghiệp dư; phát
sóng quốc tế; thông tin
quân sự, hàng không
đường dài.
30-300MHz
(mét)
Tần số rất cao
(VHF)
Lan truyền theo tần nhìn
thẳng (LoS)
Truyền hình VHF, phát
thanh FM, thông tin đạo
hàng AM, thông tin vi ba
0,3-3GHz
(dm)
Tần số cực cao
(ultrahigh
frequency-UHF)
Lan truyền theo tầm nhìn
thẳng
Truyền hình UHF, radar,
thông tin vi ba
3-30GHz
(cm)
Tần số siêu cao
(superhigh
frequency-SHF)
Lan truyền Los, suy hao
nhanh theo lượng mưa,

suy hao khí quyền do ôxi
và hơi nước, hấp thụ hơi
nước cao ở 22GHz.
Thông tin vệ tinh, thông
tin vi ba.
30-300GHz
(mm)
Tần số siêu siêu
cao (Extremely
High Frequency
EHF)
LoS, hấp thụ hơi nước
tại 183GHz và hấp thụ ô
xi tại 60 và 119GHz
Rada, vệ tinh thử nghiệm.
10
3
-10
7
GHz


Hồng ngoại, ánh
sáng nhìn thấy và
tia cực tím
LoS Thông tin quang
Một số dải tần hay sử dụng trong truyền sóng:
a) Radio
Radio chiếm giải tần từ 10kHz đến 1GHz, trong đó có các băng tần quen thuộc
như:

- Sóng ngắn
- VHF (Very High Frequency)
- UHF (Ultra Hight Frequency)
b) Hồng ngoại
Hồng ngoại được dùng cho kết nối điểm – điểm hoặc quảng bá. Truyền bằng
phương pháp hồng ngoại có đặc điểm là tốc độ chậm, khoảng cách ngắn và chịu
ảnh hưởng bởi thời tiết. Tuy nhiên truyền bằng hồng ngoại tiện lợi, giá thành lắp
đặt rẻ và dễ dàng.
c) Viba
Viba sử dụng dải tần từ 1GHz đến 30GHz và được chia thành nhiều băng tần
khác nhau:
- Băng tần 2GHz
- Băng tần 6 GHz
- Băng tần 11GHz
- Băng tần 19 GHz
- Băng tần 29GHz
Có hai dạng truyền thông viba là hệ thống mặt đất và vệ tinh.
Các liên kết viba mặt đất được dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết khi
không thể hoặc quá đắt để thực hiện một đường truyền hữu tuyến (ví dụ qua sông,
sa mạc, đồi núi hiểm trở…). Môi trường truyền sóng là tầng đối lưu mặt đất. Địa
hình ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thông tin. Khoảng cách truyền đạt hơn
50km.
Vi ba vệ tinh được dùng rộng rãi để thông tin liên lạc giữa các quốc gia với
nhau hoặc cung cấp các đường truyền tốc độ cao.
Có hai cấu hình đó là điểm nối điểm và đa điểm. Với cấu hình điểm – điểm, hệ
thống gồm một vệ tinh liên kết với hai trạm mặt đất với các kênh đường lên và
đường xuống hoạt động ở tần số khác nhau.
Cấu hình đa điểm thì ở mặt đất có một trạm trung tâm, trạm này liên lạc với các
trạm VSAT phân bố trên phạm vi quốc gia. Với thế hệ vệ tinh kế tiếp mạnh hơn sẽ
có khả năng định tuyến trên vệ tinh mà không cần đến trạm trung tâm và còn có thể

liên lạc trực tiếp giữa các VSAT.
d) Laser
Trong thông tin liên lạc, laser được sử dụng cho quân sự, giữa các tòa nhà cao
tầng với cấu hình điểm nối điểm.
1.3.2 Đường truyền hữu tuyến
a) Các đường truyền 2 dây không xoắn
Một đường truyền 2 dây không xoắn là môi trường truyền dẫn đơn giản nhất.
Mỗi dây cách ly với dây kia và cả 2 xuyên tự do (không xoắn nhau qua môi trường
không khí). Loại dây này thích hợp cho kết nối 2 thiết bị cách xa nhau đến 50 m
dùng tốc độ bit nhỏ hơn 19,2kbps. Tín hiệu thường là mức điện thế hay cường độ
dòng điện vào tham chiếu điện thế đất (ground , không cân bằng) đặt lên một dây
trong khi điện thế đất đặt vào dây kia. Mặc dù một đường 2 dây có thể được dùng
để nối 2 máy tính một cách trực tiếp, nhưng thường dùng nhất là cho kết nối một
DTE đến một thiết bị kết cuối mạch dữ liệu cục bộ DCE (data circuit terminating
equipment), ví dụ như Modem các kết nối như vậy thường dùng dây đa đường cách
tổ chức thông thường là cách ly riêng một dây cho mỗi tín hiệu và một dây nối đất
(ground). Bộ dây hoàn chỉnh được bọc trong một cáp nhiều lõi được bảo vệ hay
dưới dạng một hộp. Với loại dây này cần phải cẩn thận tránh can nhiễu giữa các tín
hiệu điện trong các dây dẫn kề nhau trong cùng một cáp. Hiện tượng này gọi là
nhiễu xuyên âm.Ngoài ra cấu trúc không xoắn khiến chúng rất dễ bị xâm nhập bởi
các tín hiệu nhiễu bắt nguồn từ các nguồn tín hiệu khác do bức xạ điện từ, trở ngại
chính đối với các tín hiệu truyền trên loại dây này là chỉ một dây có thể bị can
nhiễu, ví dụ như dây tín hiệu tạo thêm mức sai lệch tín hiệu giữa 2 dây. Vì máy thu
hoạt động trên cơ sở phân biệt mức chênh lệch điện thế giữa hai dây, nên điều này
dẫn đến đọc sai tín hiệu gốc. Các yếu tố ảnh hưởng này đồng thời tạo ra giới hạn về
cự ly cũng như về tốc độ truyền
b) Cáp xoắn đôi (Twisted Pair)
Cáp xoắn có cấu tạo như hình dưới, một cặp dây cách điện nhau được xoắn lại
với bước xoắn đều đặn. Cặp dây được xoắn lại với nhau để tăng khả năng chống
nhiễu, triệt tiêu nhiễu đồng pha. Hơn nữa, nếu có nhiều cặp xoắn trong cùng một

cáp thì sự xoắn của mỗi cặp cũng làm giảm nhiễu xuyên âm (nhiễu xuyên âm đã
được trình bày trong mục 1.1.2).
Hình 1.7: Cáp xoắn
Cáp xoắn đôi có trở kháng lớn (100Ω ÷ 150Ω), rẻ tiền, mềm dẻo nên dễ đi dây
trong phòng, có thể áp dụng phương thức truyền song công. Cáp xoắn đôi có hai
loại, đó là loại có vỏ bọc (STP-Shielded Twist Pair) và loại không có vỏ bọc (UTP-
Unshielded Twist Pair).
- Cáp STP: cáp STP bên ngoài có lớp bọc kim. Lớp này có tác dụng chống
nhiễu điện từ. Cáp STP có thể có một đôi dây xoắn hoặc nhiều cặp dây xoắn bên
trong. Tốc độ truyền lý thuyết của STP là 500Mb/s, tuy nhiên thực tế ít khi đạt
được giá trị đó.
- Cáp UTP: cáp UTP có tính năng giống như cáp STP nhưng kém hơn về khả
năng chống nhiễu điện từ và suy hao do không có vỏ bọc kim bên ngoài, tuy nhiên
giá thành của UTP thấp hơn. Cáp UTP có được sự cân bằng giữa giá cả và tính
năng nên rất hay được sử dụng.
Có 5 loại cáp UTP hay được dùng, đó là:
+ CAT 1 và CAT 2 (CAT-Categories): tốc độ thấp (dưới 4Mb/s), thích hợp cho
truyền thoại và dữ liệu.
+ CAT 3: tốc độ 10Mb/s, 100Mb/s.
+ CAT4: thích hợp cho việc truyền dữ liệu tốc độ 10 Mb/s hoặc 100 Mb/s
nhưng phổ biến là 20 Mb/s. CAT4 ít thấy trên thị trường.
+ CAT5: sử dụng với tốc độ 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1000 Mb/s.
b) Cáp đồng trục (co-axial)
Các yếu tố giới hạn chính đối với cáp xoắn là khả năng và hiện tượng dược gọi
là “ hiệu ứng ngoài da. Khi tốc độ bit truyền gia tăng dòng điện chạy trên đường
dây có khuynh hướng chỉ chạy trên bề mặt của dây dẫn, do đó dùng rất ít phần dây
có sẵn điều này làm tăng trở kháng của đường dây đối với cá tín hiệu có tần số cao,
dẫn đến suy hao lớn đối với tín hiệu. Ngoài ra với tần số cao thì năng lượng tín hiệu
bị tiêu hao nhiều do ảnh hưởng bức xạ. Chính vì vậy trong các ứng dụng yêu cầu
tốc độ bit cao hơn 1Mbps, chúng ta dùng các mạch thu phát phức tạp hơn.

Dây tín hiệu trung tâm được bảo vệ hiệu quả đối với các tín hiệu xuyên nhiễu từ
ngoài nhờ lưới dây bao quanh bên ngoài, chỉ suy hao lượng tối thiểu do bức xạ điện
từ và hiệu ứng ngoài da do có lớp dây dẫn bao quanh. Cáp đồng trục có thể dùng
với một số loại tín hiệu khác nhau nhưng thông dụng nhất là dùng cho tốc độ 10
Mbps trên cự ly vài trăm mét, nếu dùng điều chế tốt thì có thể đạt được thông số
cao hơn.
Sở dĩ có tên như vậy là vì hai đường dây dẫn của nó có cùng một trục chung.
Cáp đồng trục có cấu tạo như hình sau:
Hình 1.8: Cáp đồng trục
Trong cùng là dây dẫn trung tâm thường bằng đồng cứng (gọi là inner
conductor). Một dây dẫn thứ hai (outer conductor) bao xung quanh dây dẫn trung
tâm, dây dẫn này có thể là dây bện hoặc lá kim loại hoặc cả hai. Vì nó có chức năng
chống nhiễu nên còn gọi là lớp bọc kim (shield). Giữa hai dây dẫn là lớp cách điện,
gồm có lớp cách điện thường bằng nhựa PVC bao quanh dây dẫn trong cùng và
lớp cách điện thứ hai gọi là braid thường bằng thiếc bọc hoặc lưới đan. Lớp ngoài
cùng là lớp vỏ PVC bảo vệ cáp.
Cáp đồng trục chia làm hai loại chính là cáp 10BASE5 và 10BASE2.
- Cáp 10BASE5: còn có các tên khác nhau là Thicknet (do được dùng cho mạng
Thick Ethernet), Yellow Ethernet (vì có vỏ bọc màu vàng) hay là RG-8. Cáp
10BASE5 có trở kháng 50Ω. Kích thước của trục cáp khoảng 0,5 inch, phần lõi
khoảng 2,19
mm
. Cáp này giá tương đối cao, tương đối khó lắp đặt vì cứng nên chủ
yếu chỉ dùng để đi giữa các tòa nhà với nhau (đi thẳng). Khoảng cách truyền của
cáp tối đa là 500m khi chưa dùng bộ lặp tín hiệu. Khoảng cách mở rộng là 2500m.
Cáp này đạt tốc độ 10Mb/s. Khả năng chống nhiễu sóng điện từ và sóng radio tốt.
-Cáp 10BASE2: : còn có các tên khác nhau là Thinnet (do được dùng cho mạng
Thin Ethernet), Black Ethernet (vì có vỏ bọc màu đen) hay là RG-58. Cáp
10BASE2 cũng có trở kháng 50Ω. Đường kính của cả sợ cáp khoảng 0,5 inch, phần
lõi khoảng 0,9

mm
. Cáp này giá rẻ hơn 10BASE5, lắp đặt dễ hơn vì mềm mại hơn. vì
cứng nên chủ yếu chỉ dùng để đi giữa các tòa nhà với nhau (đi thẳng). Khoảng cách
truyền của cáp tối đa là 185m khi chưa dùng bộ lặp tín hiệu. Khoảng cách mở rộng
là 925m. Cáp này đạt tốc độ 10Mb/s. Khả năng chống nhiễu sóng điện từ và sóng
radio tốt như 10BASE5.
- Ngoài hai loại này ra thì cáp đồng trục còn có các loại khác như:
+ RG62 dùng cho mạng ARC net (mạng ARC net có cơ chế gần giống như
Token Ring).
+ Cáp RG11 sử dụng cho băng rộng.
+ RG 59 dùng cho truyền hình cáp hoặc cáp anten TV…
c) Cáp sợi quang
Cáp sợi quang có cấu tạo như hình sau. Trong cùng cáp là lõi quang với một
hoặc nhiều sợ thủy tinh, tiếp theo là lớp phủ thủy tinh với hệ số khúc xạ thấp và
ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ cáp.
Hình 1.9: Cáp sợi quang
Cáp sợi quang có thể hoạt động ở một trong hai chế độ đó là chế độ đơn mode
hoặc chế độ đa mode.
Khác với các loại cáp khác truyền tín hiệu điện, cáp quang truyền tín hiệu dưới
dạng ánh sáng. Dữ liệu trước khi truyền qua cáp sợi quang phải được chuyển sang
dạng quang và khi thu thì biến đổi ngược lại. Cáp quang có tốc độ truyền cao, lên
tới hàng trăm Mbps, độ suy hao rất thấp nên có thẻ chạy cáp trong phạm vi vài km.
Ngoài ra, vì truyền tín hiệu dưới dạng ánh sáng nên nó hoàn toàn không bị ảnh
hưởng của nhiễu điện từ và nhiễu xuyên âm như trong các loại cáp đồng. Hơn nữa,
rất khó để thu trộm tín hiệu trên cáp quang nên độ bảo mật của nó rất cao. Nhìn
chung, cáp quang là loại cáp lý tưởng cho mọi loại mạng tuy nhiên nó có nhược
điểm là khó lắp đặt (đấu nối cáp) và giá thành cao hơn các loại cáp khác.
CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ LIỆU TRUYỀN
2.1 SỐ HÓA TÍN HIỆU
Dữ liệu cần truyền đi có thể ởn dạng tín hiệu tương tự hoặc số. Để đưa tín hiệu

tương tự vào mạng số thì cần phải có quá trình biến đổi dữ liệu ở dạng tương tự
thành tín hiệu ở dạng số còn được gọi là quá trình số hóa. Thiết bị dùng để chuyển
đổi dữ liệu tương tự sang dạng số để truyền đi, và hồi phục trở lại tín hiệu tương tự
từ dữ liệu số được gọi là Codec (Coder – decoder). Hai nguyên lý phổ biến nhất
được dùng trong Codec là điều chế xung mã PCM và điều chế Delta.
2.1.1. Điều chế xung mã PCM
Hình 2.1: Qúa trình điều chế xung mã PCM
Điều chế xung mã dựa trên cơ sở lý thuyết lấy mẫu, phát biểu như sau:
“ Nếu một tín hiệu f(t) được lấy mẫu tại các khoảng thời gian tuần hoàn với tốc
độ lấy mẫu lớn hơn hai lần tần số cực đại của nó, thì các mẫu này chứa toàn bộ
các thông tin về tín hiệu gốc f(t). Hàm f(t) có thể được khôi phục lại từ các mẫu này
khi dùng một bộ lọc thông thấp”.
Nếu tín hiệu thoại được hạn chế dưới tần số 4000 Hz thì với lý thuyết trên, các
mẫu được lấy với tần số 8000 mẫu trong một giây sẽ đủ để mang toàn bộ thông tin
của tín hiệu thoại này.
Quá trình lấy mẫu được mô tả trên hình 2.1 a và b. Các xung lấy mẫu có độ
rộng đủ hẹp, với biên độ tỷ lệ với biên độ tín hiệu gốc tại thời điểm lấy mẫu. Quá
trình này còn gọi là điều chế biên độ xung (PAM).
Tiếp theo, các xung PAM được lượng tử hóa. Biên độ của xung PAM được lấy
gần đúng bằng các trị số nguyên mô tả được nhờ n bit. Trong hình vẽ trên, n = 3.
Bởi vậy, 2
3
= 8 mức có thể dùng để xấp xỉ gía trị cuả xung PAM.
Quá trình biến đổi dần từ tín hiệu tương tự - có thời gian liên tục và biên độ liên
tục – thành tín hiệu số được tóm tắt trên hình 2.2. Tín hiệu số là từng khối n bit, mô
tả gía trị biên độ của xung PCM. Tại đầu thi sẽ có quá trình hồi phục lại tín hiệu
gốc. So với lý thuyết mẫu, quá trìn biến đổi PCM có thêm bp hot ước lượng tử
hóa.Vì vậy tín hiệu hồi phục sẽ sai khác với tín hiệu gốc. Sai số này được gọi là sai
số lượng tử.
Để đơn giản, trong sơ đồ trên mô tả các mức lượng tử khi lấy gần đúng về biên

độ là như nhau (lượng tử đều). Như vậy sai số tuyệt đối cho mỗi mẫu là như nhau
không phụ thuộc vào giá trị tín hiệu, do đó tín hiệu nhỏ sẽ bị méo nhiều hơn so với
khi tín hiệu mạnh. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng mã hóa phi tuyến,
tức là lượng tử không đều – bước lượng tử nhỏ khi tín hiệu nhỏ và bước lượng tử
lớn khi tín hiệu lớn.
Hiệu quả hoàn toàn tương tự khi dùng lượng tử đều song kết hợp với bộ nén
giãn. Tại phần phát, tín hiệu đầu vào qua bộ nén giãn sẽ được khuyếch đại mạnh
hơn ở phần tín hiệu yếu và khuyếch đại ít ở phần tín hiệu mạnh. Tại đầu thu, quá
trình hồi phục ngược lại sẽ được thực hiện.
Hình 2.2: Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số
Trong hệ thống E1 theo khuyến nghị G.711 của CCITT, đặc tính nén giãn tuân
theo quy luật A biểu thị qua công thức
y = (1+ lnAx)/ (1+lnA)
ở đây: A: Hằng số = 87.6
x: Mức tín hiệu vào bộ nén đã chuẩn hóa
y: Mức tín hiệu đầu ra bộ nén đã chuẩn hóa
Hình 2.3: Đặc tính nén 13 đoạn theo khuyến nghị G.711 CCITT
Đặc tính này được gần đúng bằng 13 đoạn tuyến tính, chia thành 128 bậc theo
cả hai hướng dương và âm như mô tả trên hình 2.3. Đoạn đầu gồm 2×16 = 32 bậc
chiều dương và 32 bậc chiều âm đối xứng qua gốc tọa độ. 12 đoạn khác mỗi đoạn
gồm 16 bậc. Các bậc được chia đều trong mỗi giai đoạn. Chúng ta có thể thấy, một
nửa dải động của tín hiệu vào chỉ được biểu thị bằng 16 bậc lượng tử cuối cùng,
trong khi 1/64 dải động của nó ở đoạn đầu gần giá trị 0 đã được biểu thị bằng 32
bậc.
Hình 2.4: Hiệu quả của việc nén dữ liệu
Hình trên cũng chỉ rõ hiệu quả của việc nén này. Trên hình vẽ ta thấy rõ, trong
đoạn đầu, tỷ số tín/tạp âm lưọng tử tăng tuyến tính và sau đó giữ gần không đổi
khoảng 37 – 38 dB trong toàn dải động còn lại.
Để biểu thị tổng cộng 256 mức lượng tử, hệ thống E1 cần phải dùng 8 bít (2
8

=
256) cho mỗi mẫu. Với tín hiệu thoại, các mẫu được lấy với tần số 8000 mẫu trong
1 giây. Một mẫu được biểu thị bằng 8 bít. Vì vậy, 8.8000 bit/s = 64 000 bit/s là tốc
độ của một kênh PCM cơ bản.
2.1.2 Điều chế Delta DM
Có nhiều kỹ thuật khác được dùng nhằm làm tăng hiệu suất quá trình số hóa
hay giảm độ phức tạp của thiết bị so với kỹ thuật điều chế xung mã PCM, trong đó
phải kể tới một phương pháp khá phổ dụng là điều chế Delta (DM)
Với DM, dữ liệu analog được xấp xỉ bằng hàm bậc thang tăng hay giảm chỉ 1
nấc tại mỗi thời điểm lấy mẫu. Đặc tính quan trọng của hàm này là nó có tính nhị
phân. Tại mỗi thời điểm lấy mẫu, nó chỉ có thể có một trong hai trạng thái: tăng hay
giảm một lượng không đổi. vì thế, đầu ra của quá trình DM là một bít nhị phân đơn
đại diện cho mỗi mẫu. Theo nghĩa này, có thể nói luồng bít ra mô tả chiều hướng
tăng giảm của dữ liệu analog hơn là mô tả bản thân biên độ của nó. Người ta
thường dùng bit 1 để mô tả chiều hướng tăng, còn bít 0 mô tả chiều hướng giảm.
Một ví dụ về quá trình DM được mô tả trên hình trên. Cũng như với PCM, việc
lấy gần đúng gây nên những sai số, như sai số lượng tử và sai số do quá tải sườn.
để giảm các sai số này, cần lựa chọn bước bậc thang б và thời gian giữa các lần lấy
mẫu T
s
một các hợp lý.