hệ thống viễn thông gt kma

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông ... 1

1.1.1. Một số khái niệm mở đầu ... 1

1.1.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông ... 1

1.2. Các công nghệ trong mạng viễn thông ... 7

1.2.1. Công nghệ chuyển mạch ... 7

1.2.2. Công nghệ truyền dẫn... 8

1.2.3. Công nghệ truy nhập ... 9

1.3. Kênh truyền thông ... 11

1.3.1. Kênh truyền có dây ... 13

1.3.2. Kênh truyền khơng dây ... 17

1.4. Một số kiến thức cơ bản ... 18

1.4.1. Mã hóa và giải mã ... 18

1.4.2. Điều chế và giải điều chế ... 20

1.4.3. Ngẫu nhiên hóa ... 21

1.4.4. Mật mã ... 22

1.5. Dịch vụ viễn thông ... 23

1.6. Giới thiệu phần mềm mô phỏng hệ thống viễn thông ... 25

CHƯƠNG 2. HỆ TH NG VIỄN TH NG TƯƠNG TỰ ... 26

2.3. Hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số ... 46

2.3.1. Nguyên lý ghép kênh phân chia theo tần số ... 46

2.3.2. Cấu trúc ghép kênh FDM ... 48

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ TRUYỀN DẪN S ... 51

3.1. Tổng quan về truyền dẫn số ... 51

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

3.1.1. Giới thiệu về hệ thống truyền dẫn số ... 51

3.1.2. Ưu điểm của hệ thống truyền dẫn số ... 54

3.1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền dẫn số ... 54

3.2. Kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục ... 58

3.2.1 Điều chế xung mã (PCM) ... 60

3.2.2 Điều chế xung mã vi sai ... 68

3.3.3. Kỹ thuật điều chế Delta ... 71

3.3. Mã đường truyền ... 72

3.3.1. Phân loại và các yêu cầu của mã đường truyền ... 72

3.3.2. Một số loại mã đường truyền ... 73

3.4. Định dạng xung truyền dẫn ... 76

3.4.1. Giao thoa giữa các ký hiệu (ISI) ... 76

3.4.2. Phương pháp thứ nhất của Nyquist để loại bỏ giao thoa các ký hiệu ... 77

3.5. Đồng bộ bít ... 82

3.6. Xác suất lỗi cho truyền thông số băng cơ sở ... 85

3.6.1. Xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu cực ... 85

3.6.2 Xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu đóng mở ... 87

3.6.3. Xác suất lỗi cho trường hợp tín hiệu lưỡng cực ... 88

3.7. Ghép kênh phân chia theo thời gian ... 90

3.7.1. Nguyên lý ghép kênh phân chia theo thời gian ... 90

3.7.2. Ghép kênh đồng bộ và không đồng bộ ... 92

3.7.3. Phân cấp số ... 94

3.8. Giới thiệu một số hệ thống sóng mang số ... 99

CHƯƠNG 4: HỆ TH NG THÔNG TIN QUANG ... 104

4.1. Giới thiệu chung về thông tin quang ... 104

4.2. Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin quang ... 105

4.4. Khuếch đại công suất quang ... 126

4.4.1. Khuếch đại quang sợi EDFA ... 126

4.5. Cấu trúc mạng truyền tải quang ... 128

4.5.1. Cấu trúc điểm-điểm ... 128

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

4.5.2. Cấu trúc Ring ... 129

4.6. Thiết kế tuyến truyền tải quang ... 130

CHƯƠNG 5: CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH ... 132

5.1. Chuyển mạch kênh ... 132

5.1.1. Tổng đài chuyển mạch số ... 132

5.1.2. Chuyển mạch thời gian kỹ thuật số ... 137

5.1.3. Chuyển mạch không gian kỹ thuật số ... 140

5.1.4. Chuyển mạch ghép ... 143

5.2. Chuyển mạch gói ... 146

5.2.1. Nguyên lý chuyển mạch gói ... 146

5.2.2 Chuyển mạch gói Datagram ... 149

5.2.3. Chuyển mạch gói mạch ảo ... 155

5.2.4. Các đặc điểm của chuyển mạch gói ... 158

6.2.2. Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7 ... 175

6.2.3. Mơ hình tham chiếu của SS7 ... 176

6.2.4. Phần chuyển giao bản tin... 176

6.2.5. Phần người sử dụng (UP: User Part) ... 178

6.3. Mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng ... 178

6.3.1. Giới thiệu chung về mạng số tích hợp đa dịch vụ ... 178

6.3.2. Mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ băng rộng ... 179

6.4. Chuyển tiếp khung (Frame Relay) ... 181

6.5. Mode chuyển giao không đồng bộ (ATM) ... 184

6.5.1. Nguyên lý ATM ... 184

6.5.2. Cấu trúc tế bào ATM ... 188

CHƯƠNG 7: HỆ TH NG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ... 190

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

7.1. Dải tần số sóng vơ tuyến và ứng dụng ... 190

7.2. Các phương pháp lan truyền sóng vơ tuyến ... 191

7.2.1. Lan truyền sóng đất ... 192

7.2.2. Phương pháp lan truyền sóng trời ... 193

7.2.3. Phương pháp lan truyền sóng tầm nhìn thẳng ... 193

7.3. Mơ hình kênh vơ tuyến ... 195

7.4. Hệ thống thơng tin vô tuyến ... 196

7.4.1. Kiến trúc máy phát vô tuyến ... 196

7.4.2. Kiến trúc máy thu vô tuyến ... 198

7.5. Hệ thống thông tin vệ tinh ... 200

7.5.1. Một số vấn đề chung về thông tin vệ tinh ... 200

7.5.2. Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh. ... 205

7.5.3. Tính tốn tuyến trong thơng tin vệ tinh ... 208

7.6. Hệ thống thông tin di động ... 217

7.6.1. Tổng quan hệ thống thông tin di động ... 217

7.6.2. Cấu trúc và hoạt động hệ thống thông tin di động ... 220

CHƯƠNG 8: CÁC THIẾT BỊ ĐẦU CU I THÔNG TIN ... 231

8.1. Máy điện thoại ... 231

8.1.1. Giới thiệu ... 231

8.1.2. Máy điện thoại bàn ... 233

8.2. Máy điện báo truyền chữ ... 237

8.2.1. Nguyên lý điện báo truyền chữ ... 238

8.2.2. Sơ đồ khối thu và phát ... 242

8.2.3. Méo tín hiệu điện báo ... 244

8.3. Máy truyền ảnh tĩnh (Facsimile) ... 245

8.3.1. Nguyên lý Facsimile và phân loại ... 245

8.3.2. Sơ đồ khối và kỹ thuật máy Fax ... 246

8.3.3. Chỉ tiêu, đặc trưng kỹ thuật của máy Fax ... 252

8.4. Modem ... 255

8.4.1. Giới thiệu ... 255

8.4.2. Các giao thức modem ... 256

8.4.3. Các bộ biến đổi đồng bộ-không đồng bộ ... 261

8.4.4. Sơ đồ khối modem ... 262

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 264

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT </b>

<small>ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số </small>

<small>ADSL Asymetric Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AGC Automatic Gain Control Tự động điều khiển hệ số khuếch đại </small>

<small>AMI Alternate Mark Inversion Mã lưỡng cực đảo dấu luân phiên ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ </small>

<small>ARQ Automatic Repeat-reQuest Tự động yêu cầu truyền lại </small>

<small>ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức chuyển giao không đồng bộ </small>

<small>AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng tính BCCH Broadcast Control CHannel Kênh điều khiển quảng bá </small>

<small>BISDN Broadband Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng BnZS Bipolar with N-Zero Substitution Mã thay thế n bít 0 liên tiếp </small>

<small>BSC Base Station Cotroller Bộ điều khiển trạm gốc </small>

<small>BSS Base Station Subsystem Hệ thống con điều khiển trạm gốc </small>

<small>CCD Charge-Coupled Device Thiết bị tích điện kép CCS7 Common Channel Signaling 7 Báo hiệu kênh chung số 7 CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra độ dư thừa vòng </small>

<small>CSPDN Circuit Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh DAC Digital Analog Converter Bộ chuyển đổi số thành tương tự </small>

<small>DCE Data Communication Equipment Thiết bị truyền thông số liệu </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b><small>Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt </small></b>

<small>DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối đường liên kết dữ liệu </small>

<small>DNHR Dynamic Non-Hierarchical Routing Định tuyến không phân lớp động DPCM Differential Pulse-Code Modulation Điều chế xung mã vi sai </small>

<small>DPSK Differential Phase-Shift Keying Khóa dịch pha vi sai </small>

<small>DSB-FC Double Sideband Full Carrier Điều chế biên độ hai biên có sóng mang DSB-SC Double-Sideband Suppressed-Carrier Điều chế biên độ hai biên triệt sóng mang DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch chuyển tán sắc </small>

<small>DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu </small>

<small>EDFA Erbium Doped Fiber Amplifiers Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium EHF Extremely High Frequency Tần số cực kỳ cao </small>

<small>ESCON Enterprise Systems Connection Kết nối hệ thống doanh nghiệp FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số </small>

<small>FDM Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số </small>

<small>GSM Global System for Mobile communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu </small>

<small>HDLC High-Level Data Link Control Giao thức điều khiển đường liên kết dữ liệu mức cao </small>

<small>IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ </small>

<small>ISI InterSymbol Interference Giao thoa giữa các ký hiệu </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b><small>Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt </small></b>

<small>ISO International Organization for Standardization Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế </small>

<small>ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế </small>

<small>LAI Location Area Identifier Số nhận dạng vùng định vị </small>

<small>LASER </small> ^{Light Amplification by Stimulated Emission of}

<small>MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MSRN Mobile Station Roaming Number Số lưu động của thuê bao di động </small>

<small>MTUP Mobile Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại di động </small>

<small>OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ kênh quang OLT Optical Line Terminal Thiết bị đầu cuối đường quang OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMS Operation and Maintenance Subsystem Hệ thống vận hành và bảo dưỡng OSI Open Systems Interconnection Kết nối hệ thống mở </small>

<small>OTDM Optical Time-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian quang OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang </small>

<small>PAM Pulse Amplitude Modulation Điều chế biên độ xung </small>

<small>PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b><small>Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt </small></b>

<small>PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng </small>

<small>PRBS Pseudo Random Binary Sequence Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản </small>

<small>PSPDN Packet-Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương </small>

<small>RACH Random Access CHannel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RWSR Random Write Sequential Read Đọc tuần tự ghi ngẫu nhiên </small>

<small>SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu </small>

<small>SDCCH Stand-alone Dedicated Control CHannel Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ </small>

<small>SDM Space-Division Multiplexing Ghép kênh phân theo không gian </small>

<small>SIM Subscriber Identity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu </small>

<small>SPC Stored Program Control Điều khiển bởi chương trình lưu sẵn </small>

<small>SS7 Signalling System No. 7 Hệ thống báo hiệu số 7 </small>

<small>SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ STM Synchronous Transport Module Mô-đun truyền tải đồng bộ STP Signalling Tranfer Point Điểm chuyển giao báo hiệu SWRR Sequene Write Random Read Đọc ngẫu nhiên ghi tuần tự </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b><small>Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa Tiếng Việt </small></b>

<small>TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động tạm thời </small>

<small>UNI User Network Interface Giao diện người sử dụng và mạng </small>

<small>VCC Virtual Circuit Connection Kết nối mạch ảo VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng mạch ảo </small>

<small>VCO Votage Controller Ossilator Bộ dao động điều khiển bởi điện áp </small>

<small>VLR Visistor Location Register Bộ định vị tạm trú </small>

<small>VSAT Very Small Aperture Terminal Thiết bị đầu cuối khẩu độ nhỏ </small>

<small>WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Bảng 4.1: Phân loại sợi dẫn quang ... 108

Bảng 4.2: Kích thước sợi và khẩu độ số tương ứng. ... 109

Bảng 4.3: Sự phân chia các băng sóng ... 122

Bảng 5.1: Trễ trong chuyển mạch gói ... 158

Bảng 6.1: Chức năng các byte của SOH ... 173

Bảng 6.2: Chức năng các byte của POH ... 174

Bảng 7.1: Phân loại, cơ chế và sử dụng sóng vơ tuyến ... 191

Bảng 7.2: Các băng sóng sử dụng trong thông tin vô tuyến ... 191

Bảng 7.3: Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh ... 208

Bảng 7.4: Hệ số tăng ích và diện tích hiệu dụng của một số ăng-ten thông dụng.212 Bảng 8.1: Các khuyến nghị CCITT cho các modem PSTN. ... 256

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>DANH MỤC HÌNH VẼ </b>

Hình 1.1: Mơ hình cơ bản hệ thống viễn thơng ... 2

Hình 1.2: Phân loại các cơng nghệ chuyển mạch ... 8

Hình 1.3: Các phương thức truyền dẫn ... 9

Hình 1.4: Mạng truy nhập và mạng lõi ... 10

Hình 1.5: Suy hao của cặp dây xoắn theo tần số [14] ... 13

Hình 1.6: Cáp đồng trục ... 15

Hình 1.7: Cấu trúc sợi quang và sự phản xạ ánh sáng trong sợi ... 15

Hình 1.8: Hệ thống truyền dẫn quang cơ bản... 16

Hình 1.9: Băng tần sóng vơ tuyến và ứng dụng ... 17

Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động hệ mật mã khóa đối xứng ... 23

Hình 1.11: Sơ đồ hoạt động hệ mật mã khóa cơng khai ... 23

Hình 2.1: Tín hiệu điều chế biên độ và hình bao ... 27

Hình 2.2: Phổ tín hiệu AM với tín hiệu đơn tần ... 28

Hình 2.3: Phổ tín hiệu M trong trường hợp tổng qt... 28

Hình 2.4: Tín hiệu điều chế AM với µ =0,5 và 1 ... 29

Hình 2.5: Sơ đồ khối máy phát M điển hình ... 30

Hình 2.6: Bộ điều chế biên độ luật bình phương ... 31

Hình 2.7: (a) Mạch tách sóng hình bao, (b) Dạng sóng vào mạch tách sóng hình bao, (c) Lối ra mạch tách sóng hình bao. ... 34

Hình 2.8: Sơ đồ máy thu ngoại sai điển hình ... 34

Hình 2.9: Phổ tần số ở lối ra bộ trộn ... 36

Hình 2.10: Tín hiệu FM với tín hiệu điều chế hình răng cưa. ... 38

Hình 2.11: Biểu diễn các hàm Bessel loại 1 ... 41

Hình 2.12: Mạch điều chế FM rực tiếp. ... 42

Hình 2.13: Máy phát FM theo phương pháp mstrong ... 45

Hình 2.14: Thu tín hiệu FM bằng cách sử dụng bộ vi phân ... 46

Hình 2.15: (a) Hệ thống FDM (b)Phổ tín hiệu FDM ... 48

Hình 2.16: Tạo nhóm cơ sở và phổ của nó... 49

Hình 2.17 Tạo siêu nhóm và phổ của nó ... 50

Hình 3.1: Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số ... 53

Hình 3.2: Truyền dẫn tín hiệu số ... 56

Hình 3.3: Sơ đồ thu phát số đơn giản ... 56

Hình 3.4: Đồng bộ bít trong máy thu số đơn giản ... 57

Hình 3.5: Sơ đồ thực hiện PCM ... 61

Hình 3.6: Lấy mẫu tín hiệu liên tục. ... 62

Hình 3.7: Tuyến tính hố (3.4) bằng 15 đoạn thẳng. ... 66

Hình 3.8. Tuyến tính hố (3.5) bằng 13 đoạn thẳng. ... 66

Hình 3.9: Cấu trúc mã hố và giải mã DPCM. ... 69

Hình 3.10: Cấu trúc mã và giải mã DPCM với bộ dự đốn. ... 70

Hình 3.11: Bộ lọc giàn dùng làm mạch dự đốn. ... 71

Hình 3.12: Điều chế và giải điều chế Delta ... 71

Hình 3.13: Hiện tượng quá tải sườn ... 72

Hình 3.14: Một số loại mã đường truyền ... 74

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 3.15: Ví dụ mã B8ZS và HDB3 ... 75

Hình 3.16: Mơ hình hệ thống băng gốc với các tín hiệu xung đơn vị... 77

Hình 3.17: Đặc tính lọc được làm cong. ... 80

Hình 3.18: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine tăng. ... 81

Hình 3.19: Khơi phục đồng bộ bít cho tín hiệu ZR. ... 83

Hình 3.20: Khơi phục tín hiệu đồng bộ cho tín hiệu NRZ cục. ... 83

Hình 3.21: Đồng bộ bít sớm muộn cho tín hiệu cực ... 84

Hình 3.22: Xác suất lỗi trong quyết định dựa vào ngưỡng. ... 86

Hình 3.23: Nguyên lý ghép kênh theo thời gian. ... 90

Hình 3.28: (a) tín hiệu điều chế, (b) tín hiệu PSK, (c) tín hiệu FSK... 100

Hình 3.29: (a) Mã hóa vi sai, (b) bộ thu tín hiệu DPSK ... 102

Hình 3.30: Giải điều chế FSK theo hai phương pháp: kết hợp và khơng kết hợp 103 Hình 4.1: Các thành phần cơ bản của tuyến thông tin sợi quang ... 106

Hình 4.2: Cấu trúc phân lớp của sợi quang ... 107

Hình 4.3 Cấu trúc các sợi quang ... 107

Hình 4.4: Truyền ánh sáng trong sợi quang chiết suất nhẩy bậc ... 108

Hình 4.5: Đường cong suy hao của sợi quang theo các cơ chế khác nhau ... 112

Hình 4.6: Tán sắc làm tăng độ rộng xung lối ra. ... 113

Hình 4.7: Giản đồ mức năng lượng ... 115

Hình 4.8: Ba quá trình cơ bản xảy ra giữa các trạng thái năng lượng của nguyên tử ... 115

Hình 4.9: Sơ đồ khối máy phát tín hiệu quang điều chế trực tiếp ... 118

Hình 4.10: Máy phát tín hiệu quang điều chế ngồi ... 119

Hình 4.11: Sơ đồ khối bộ thu quang ... 121

Hình 4.12: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống WDM ... 123

Hình 4.13: Hệ thống WDM đơn hướng và song hướng ... 125

Hình 4.14: Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b) ... 127

Hình 4.15: Cấu trúc của khuếch đại quang sợi EDFA ... 128

Hình 4.16: Cấu trúc hệ thống quang điểm – điểm ... 128

Hình 4.17 Mạng vịng WDM hai hướng 2 sợi quang ... 129

Hình 4.18: Mạng vịng WDM hai hướng 4 sợi quang ... 130

Hình 5.1: Mơ hình hệ thống chuyển mạch đơn giản ... 133

Hình 5.2: Mơ hình hệ thống chuyển mạch có module đường dây và trung kế ... 134

Hình 5.3: Mơ hình hệ thống chuyển mạch có các bộ điều khiển cục bộ ... 135

Hình 5.4: Mơ hình hệ thống chuyển mạch điển hình ... 136

Hình 5.5: Trường chuyển mạch thời gian kỹ thuật số ... 138

Hình 5.6: Trường chuyển mạch khơng gian kỹ thuật số ... 141

Hình 5.7: Cấu trúc trường chuyển mạch khơng gian thực tế ... 143

Hình 5.8: Ví dụ mơ hình chuyển mạch ghép TS ... 144

Hình 5.9: Ví dụ mơ hình chuyển mạch ghép ST ... 145

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 5.10: Ví dụ mơ hình chuyển mạch ghép TST ... 145

Hình 5.11: Gói trong mạng chuyển mạch gói ... 147

Hình 5.12: Ngun tắc tổng đài chuyển mạch gói ... 149

Hình 5.13: Hoạt động mạng chuyển mạch bản tin ... 150

Hình 5.14 Trễ trong chuyển mạch bản tin ... 150

Hình 5.15: Hoạt động của mạng chuyển mạch gói Datagram ... 152

Hình 5.16: Trễ trong chuyển mạch gói ... 153

Hình 5.17: Ví dụ bảng định tuyến trong chuyển mạch gói ... 154

Hình 5.18: Ngun lý chuyển mạch gói kênh ảo và trễ trong chuyển mạch gói kênh ảo ... 155

Hình 5.19: Trao đổi bản tin báo hiệu để thiết lập mạch ảo ... 156

Hình 5.20: Ví dụ bảng định tuyến trong chuyển mạch gói mạch ảo ... 157

Hình 5.21: Chuyển mạch gói xun qua ... 157

Hình 5.22: Các thành phần cơ bản của mạng điện thoại chuyển mạch kênh ... 160

Hình 5.23: Mơ hình phân cấp tổng đài theo ITU ... 162

Hình 5.24: Chu trình báo hiệu đường dây thuê bao ... 164

Hình 5.25: Thiết lập cuộc gọi điện thoại ... 165

Hình 5.26: Định tuyến theo cấu trúc phân lớp ... 166

Hình 5.27 Định tuyến luân phiên ... 167

Hình 5.28: Định tuyến luân phiên điển hình ... 167

Hình 5.29 Định tuyến luân phiên động ... 168

Hình 6.6: Các phần tử trong mạng báo hiệu số 7 ... 175

Hình 6.7: Mơ hình tham chiếu cho SS7 ... 176

Hình 6.8: Cấu trúc của một khối tín hiệu báo hiệu ... 177

Hình 6.9: Phương thức chuyển giao của BISDN ... 180

Hình 6.10: Cấu trúc khung Frame Relay ... 182

Hình 6.11: Cấu trúc DLCI ... 183

Hình 6.12: Ghép kênh trong ATM ... 185

Hình 6.13: Chuyển mạch TM đơn giản ... 186

Hình 6.14: Vai trị của đường ảo trong mạng ATM ... 187

Hình 6.15: Các kết nối ảo ATM ... 187

Hình 6.16: Tế bào ATM ... 188

Hình 6.17: Tiêu đề tế bào UNI và NNI ... 189

Hình 7.1: Sự lan truyền sóng vơ tuyến ... 192

Hình 7.2: Minh họa lan truyền sóng đất ... 192

Hình 7.3: Minh họa lan truyền sóng trời ... 193

Hình 7.4: Minh họa lan truyền sóng tầm nhìn thẳng ... 194

Hình 7.5: Đường nhìn thấy quang học và vơ tuyến ... 194

Hình 7.6: Kiến trúc máy phát trực tiếp ... 197

Hình 7.7: Sơ đồ khối chức năng của máy thu số ... 198

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 7.8: Các tín hiệu tới máy thu ... 199

Hình 7.9: Lựa chọn băng tần trong máy thu ... 200

Hình 7.10: Các lực tác động lên chuyển động của vệ tinh ... 202

Hình 7.11: Một số dạng quỹ đạo vệ tinh ... 202

Hình 7.12: Liên lạc giữa hai trạm mặt đất qua vệ tinh. ... 205

Hình 7.13: Cấu trúc bộ phát đáp vệ tinh ... 206

Hình 7.14: Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất... 208

Hình 7.15: Sơ đồ khối hệ thống thơng tin có kênh truyền là khơng gian tự do .... 211

Hình 7.16: Mặt phẳng chuẩn cho việc định nghĩa các tham số của tạp âm ... 212

Hình 7.17: Nguồn tạp âm ở ăng-ten và máy thu ... 213

Hình 7.18: Hệ số tạp âm của máy thu gồm n tầng mắc nối tiếp ... 214

Hình 7.19: Mơ hình hệ thống thơng tin để tính tốn dự trữ tuyến ... 216

Hình 7.20: Cấu trúc chung hệ thống thơng tin di động ... 222

Hình 7.21: Quá trình thực hiện cuộc gọi tới thuê bao di động ... 227

Hình 7.22: Quá trình thực hiện cuộc gọi từ thuê bao di động ... 228

Hình 8.1: Thủ tục thực hiện một cuộc gọi qua tổng đài ... 232

Hình 8.2: Các thành phần cơ bản của một máy điện thoại bàn ... 233

Hình 8.3: Sơ đồ khối máy điện thoại ... 234

Hình 8.4: Tín hiệu báo chng ... 234

Hình 8.5:. Hoạt động của khối đổ chng... 235

Hình 8.6: Tín hiệu tại đường dây khi nhấn phím “4” ở chế độ PULSE ... 235

Hình 8.7: Bàn phím số DTMF... 236

Hình 8.8: Sơ đồ nguyên lý máy điện thoại bàn EUROPHONE 2000A ... 236

Hình 8.9: Mạch điện báo truyền chữ cơ bản ... 238

Hình 8.10: Tín hiệu điện báo truyền chữ ... 239

Hình 8.11: a) Sơ đồ khối phát ; b) Sơ đồ khối thu ... 242

Hình 8.12: Méo tín hiệu điện báo ... 244

Hình 8.13: Sơ đồ khối máy FAX ... 246

Hình 8.14: Phân điểm ảnh ... 247

Hình 8.15: Ngun lí qt ảnh ... 247

Hình 8.16: Mơ tả phương pháp in truyền nhiệt ... 251

Hình 8.17: Mơ tả phương pháp in phun ... 251

Hình 8.23: Phổ tín hiệu V22bis và các mẫu điều chế ... 259

Hình 8.24: Giao diện chuẩn EIA 232D ... 260

Hình 8.25: Các tín hiệu RTS và CTS ... 261

Hình 8.26. Sử dụng DTR và DSR ... 261

Hình 8.27 Sơ đồ khối modem... 262

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>LỜI NÓI ĐẦU </b>

Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của viễn thông hiện đại, thế giới của điện thoại không dây, điện thoại di động tế bào, di động vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, các thơng tin liên lạc quốc gia và quốc tế qua cáp sợi quang và vệ tinh, các máy tính cá nhân, mạng truyền số liệu và các hệ thống viễn thông thông minh. Tất cả các thiết bị hiện đại trên kết nối với nhau tạo thành mạng thơng tin tồn cầu. Từ mạng thơng tin đó, người ta có thể ngay lập tức nhận được các thơng tin mình cần như: thời tiết, thể thao, tài chính, dịch vụ mua bán và các nguồn tin khác thông qua các hệ thống viễn thông và các mạng truyền số liệu hiện đại.

Thông tin là một trong những nhu cầu không thể thiếu với con người. Nói đến thơng tin cũng đồng thời nói tới việc giao lưu trao đổi các tin tức.

Giáo trình này trình bày về cấu trúc, nguyên lý hoạt động cơ bản của một số hệ thống viễn thơng điển hình. Trong khi trình bày về những hệ thống đó các vấn đề được đề cập đến đó là: vấn đề xử lý tín hiệu, các kỹ thuật viễn thơng được áp dụng, cũng như kết nối trong hệ thống.

Toàn bộ nội dung của giáo trình được trình bày trong 8 chương như sau: Chương 1. Trình bày các khái niệm cơ bản về hệ thống kỹ thuật viễn thông, q trình xử lý tín hiệu trong hệ thống viễn thơng điển hình, các cơng nghệ sử dụng trong hệ thống viễn thông, cũng với một số các khái niệm cơ bản khác.

Chương 2. Trình bày về các hệ thông điều chế biên độ, tần số và ghép kênh phân chia theo tần số. Chương này được viết ở khía cạnh kỹ thuật của các hệ thống do đó địi hỏi người đọc đã có những kiến thức nền về các phương pháp điều chế tín hiệu tương tự.

Chương 3. Trình bày các nguyên lý cơ bản của việc truyền dẫn tín hiệu số từ việc định khuôn dạng tín hiệu, mã đường truyền, định dạng ký hiệu truyền dẫn, ghép/phân kênh, đồng bộ cho đến tính xác suất lỗi truyền bít.

Chương 4. Chương này giới thiệu hệ thống thông tin quang ở mức độ cơ bản với những nội dung chính như cấu trúc hệ thống, truyền dẫn tín hiệu ánh sáng trong sợi quang, các thành phần thiết bị trong hệ thống, kỹ thuật ghép kênh quang, mạng truyền tải quang và chỉ dẫn thiết kế cơ bản đối với một tuyến truyền dẫn quang dựa vào dự trữ cơng suất.

Chương 5. Trình bày cơ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói từ đó giới thiệu hệ thống điện thoại với cấu trúc và hoạt động của nó.

Chương 6. Trình bày các cơng nghệ viễn thông tiên tiến được áp dụng trong

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

các mạng đường trục cũng như phần mạng của người sử dụng. Công nghệ truyền tải đồng bộ SDH, công nghệ chuyển tiếp khung FR, phương thức chuyển giao không đồng bộ ( TM), và mạng số liệu tích hợp dịch vụ băng rộng. Cũng ở trong chương này, hệ thống báo hiệu số 7 được sử dụng cung cấp các chức năng báo hiệu cho các mạng thoại cũng như số liệu cũng được trình bày. Các nội dung trình bày trong chương này chỉ mang tính chất giới thiệu về các công nghệ, bản chất công nghệ, ứng dụng cơng nghệ. Vì vậy nội dung của chương này giúp sinh viên có những định hướng nghiên cứu lĩnh vực viễn thông quan tâm.

Chương 7. Giới thiệu một số vấn đề chính về thơng tin vơ tuyến như dải tần số, phương thức lan truyền, và kênh vô tuyến, kiến trúc thu phát vô tuyến. Hệ thống thơng tin vệ tinh cũng được trình bày ở trong chương với tập trung vào phần tính tốn cho một tuyến thơng tin vệ tinh. Và cuối cùng, hệ thống thông tin di động được trình bày trên khía cạnh cấu trúc và hoạt động của hệ thống di động GSM điển hình.

Chương 8. Một số các thiết bị đầu cuối thông tin điển hình được trình bày. Chương này được biên soạn bởi TS.Đinh Nho Thanh.

Giáo trình được viết dựa trên kinh nghiệm giảng dạy và một số tài liệu tham khảo trong và ngoài nước. Do nội dung giáo trình bao trùm nhiều vấn đề về lý thuyết cũng như thực tế áp dụng của các hệ thống, kỹ thuật viễn thơng cho nên giáo trình khơng thể tránh khỏi những sai sót về nội dung cũng như các thuật ngữ sử dụng. Tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực điện tử viễn thông, của các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông, khoa Mật mã, các em sinh viên để giáo trình được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>CHƯƠNG 1: T NG QUAN HỆ TH NG VIỄN TH NG </b>

<b> 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông </b>

1.1.1. Một số khái niệm mở đầu

Công nghệ viễn thông hiện tại đã đạt tới mức mà chỉ trong giây lát chúng ta có thể trao đổi thơng tin với nhau từ hai điểm bất kỳ trên trái đất. Sau đây ta sẽ tìm hiểu một số khái niệm mở đầu.

<b>Thơng tin: Có thể hiểu một cách chung nhất đó là sự hiểu biết, tri thức có khả </b>

năng được biểu diễn dưới những dạng thích hợp cho quá trình trao đổi, truyền đưa, lưu giữ hay xử lý.

<b>Bản tin: Còn được gọi tắt là tin, là biểu diễn vật lý của thông tin được tạo ra </b>

từ một nguồn. Bản tin có thể ở dạng tương tự hoặc số. Bản tin tương tự là đại lượng vật lý biến thiên và thường là liên tục theo thời gian. Bản tin số là chuỗi có thứ tự của các ký hiệu được lựa chọn từ một tập có hữu hạn các ký hiệu rời rạc. Dù bản tin ở bất cứ dạng nào thì mục đích của hệ thống truyền thơng là phải tái tạo lại bản tin tại đầu thu sao cho nó giống hoặc khác ở mức chấp nhận được với bản tin được tạo ra từ nguồn. Nội dung hay cái mà ta rút ra được từ bản tin chính là thơng tin của bản tin đó.

<b>Truyền thơng: là khái niệm mơ tả q trình trao đổi thơng tin. Trong thực tế, </b>

có nhiều hình thức trao đổi thơng tin được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, chúng ta nói chuyện trực tiếp với nhau, nói chuyện qua máy điện thoại hay tán gẫu qua mạng Internet, đó đều là q trình truyền thơng.

<b>Viễn thơng: là q trình trao đổi thơng tin hay quảng bá thơng tin dưới các </b>

dạng khác nhau ở cự ly xa nhờ vào hệ thống truyền dẫn điện tử. Như vậy có thể thấy viễn thơng là một dạng truyền thông đặc biệt.

<b>M ng viễn thông: à tập hợp các nút mạng và đường truyền dẫn tạo nên các </b>

tuyến nối giữa hai hay nhiều điểm khác nhau để thực hiện q trình truyền thơng. Tùy vào loại dịch vụ mạng cung cấp mà có nhiều thiết bị khác nhau đóng vai trị nút mạng. Ví dụ, trong mạng điện thoại chuyển mạch cơng cộng thì nút mạng là các tổng đài, cịn trong mạng Internet thì nút mạng là các bộ định tuyến.

1.1.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thông

Hệ thống viễn thông được xây dựng để truyền bản tin hay thông tin từ một nguồn tạo bản tin tới một hoặc nhiều đích. Nhìn chung một hệ thống viễn thơng có thể được biển diễn bởi sơ đồ chức năng gồm các khối như Hình 1.1. Thơng tin được tạo ra từ nguồn tin có thể ở dưới dạng tiếng nói, hình ảnh, chữ viết. Đặc điểm

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

quan trọng của các nguồn tin là lối ra của nó có tính bất định, nếu không ta không cần thiết phải truyền bản tin.

Do chỉ có một số ít bản tin ở dưới dạng điện nên cần có bộ chuyển đổi đầu vào để chuyển đổi lối ra của nguồn tin thành tín hiệu dạng điện, có thể ở dạng dịng điện hay điện áp thích hợp cho truyền dẫn. Ví dụ, chiếc micro được sử dụng như bộ chuyển đổi đầu vào để chuyển tiếng nói thành tín hiệu điện, hay chiếc camera được sử dụng để chuyển hình ảnh thành tín hiệu điện. Tại đích đến của thông tin, một bộ biến đổi ngược lại được sử dụng để chuyển tín hiệu điện nhận được thành dạng phù hợp với thơng tin nơi phát ví dụ như tiếng nói, hình ảnh,... Giả sử ta đã có các bộ chuyển đổi phù hợp thì nhiệm vụ chính của hệ thống viễn thơng khi đó là truyền tín hiệu. Trong ngữ cảnh này, thuật ngữ tín hiệu và bản tin có thể sử dụng thay thế cho nhau bởi chúng đều là biểu hiện vật lý của thông tin.

<i>H n : Mô n cơ bản ệ t ống viễn t ông </i>

Các thành phần quan trọng nhất của hệ thống viễn thông bao gồm ba thành phần đó là bộ phát, kênh truyền thông, và bộ thu. Chức năng của các thành phần này được mô tả khái quát ở phần dưới đây.

<b>Bộ phát. Bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành dạng phù hợp cho việc </b>

truyền dẫn qua kênh truyền vật lý. Ví dụ, trong hệ thống phát thanh và truyền hình quảng bá, Cục tần số vô tuyến điện quy định dải tần số cho mỗi đài phát. Do đó bộ phát phải chuyển đổi tín hiệu thơng tin được phát sang dải tần số phù hợp với tần số được ấn định cho đài phát đó. Hơn thế nữa tín hiệu được phát từ nhiều đài khác nhau không được chồng lấn lên nhau. Các chức năng tương tự được thực hiện trong hệ thống điện thoại, trong đó tín hiệu tiếng nói dưới dạng điện đến từ nhiều người sử dụng được phát trên cùng dây dẫn.

Nói chung, bộ phát thực hiện việc ghép tín hiệu tin tức vào kênh truyền thông qua một quá trình cịn được gọi là điều chế. Thường thì quá trình điều chế liên quan đến việc sử dụng tín hiệu thơng tin để làm thay đổi một hoặc nhiều thông số như biên độ, tần số, pha của một sóng mang dạng sin. Ví dụ trong hệ thống phát thanh quảng bá M, tín hiệu thơng tin phát đi được chứa trong sự thay đổi biên độ của một sóng mang dạng sin, trong đó tần số trung tâm trong dải tần số là tần số được ấn định cho đài phát đó. Đây là một ví dụ của điều chế biên độ. Trong hệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

thống phát thanh quảng bá FM, tín hiệu thơng tin phát đi được chứa trong sự thay đổi tần số của sóng mang dạng sin. Đây là một ví dụ của điều chế tần số. Và tất nhiên điều chế pha (PM) là phương pháp thứ ba để gắn tín hiệu thơng tin vào pha sóng mang dạng sin.

Nói chung, các phương pháp điều chế như M, FM và PM được thực hiện tại bộ phát và như đã được trình bày ở trên, được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu thơng tin thành dạng phù hợp với đặc tính của kênh truyền. Do đó, trong q trình điều chế, tín hiệu thơng tin được chuyển đến tần số phù hợp với tần số được ấn định cho kênh truyền. Việc lựa chọn phương pháp điều chế nào phụ thuộc vào một số tham số như lượng băng thông được ấn định, loại nhiễu và can nhiễu gặp phải khi tín hiệu được truyền trên kênh truyền. Trong hầu hết các trường hợp, q trình điều chế cịn cho phép có thể truyền đồng thời nhiều tín hiệu thơng tin trên một kênh truyền vật lý.

Ngoài chức năng điều chế, bộ phát còn thực hiện một số chức năng như lọc lấy tín hiệu có ích, khuếch đại tín hiệu đã được điều chế và trong trường hợp thơng tin vơ tuyến, bộ phát cịn thực hiện chức năng bức xạ tín hiệu nhờ ăng-ten phát.

<b>Kênh truyền thông. Kênh truyền thông là môi trường vật lý để chuyển tải tín </b>

hiệu tin tức từ nơi phát tới nơi nhận tin. Kênh truyền có thể coi như là một bộ lọc làm suy giảm và méo dạng tín hiệu được truyền trên đó. Sự suy giảm tín hiệu tăng dần lên cùng với sự tăng khoảng cách truyền dẫn. Méo dạng sóng tín hiệu truyền bởi vì sự khác nhau về suy giảm và dịch pha của các thành phần tần số khác nhau của tín hiệu. Ví dụ như xung vng sẽ bị trải rộng ra khi truyền dẫn. Kiểu méo này ta gọi là méo tuyến tính. Méo tuyến tính có thể sửa được một phần hay gần như hoàn toàn bằng cách đặt tại đầu thu bộ cân bằng có đặc tính khuếch đại và pha bù với những đặc tính của kênh truyền. Ngồi méo tuyến tính, kênh truyền cịn sinh ra méo phi tuyến khi đối với các tín hiệu có biên độ lớn. Méo phi tuyến không chỉ làm thay đổi dạng tín hiệu mà nó cịn gây nhiễu cho các tín hiệu khác cùng truyền trên kênh. oại méo này cũng có thể sửa được một phần nhờ vào bộ cân bằng tại đầu thu có đặc tính ngược với kênh truyền.

Trong q trình truyền dẫn, tín hiệu khơng chỉ bị méo dạng do ảnh hưởng của kênh truyền mà chúng còn bị ảnh hưởng bởi các nguồn nhiễu sinh ra các tín hiệu ngẫu nhiên, đó là các tín hiệu mà ta khơng biết trước. Các nguồn gây nhiễu có thể ở bên ngoài hay nội tại trong môi trường truyền dẫn. Các nguồn gây nhiễu bên ngồi có thể nói đến như là sự can nhiễu giữa các kênh truyền tín hiệu gần kề, nhiễu do các thiết bị điện, hay các nguồn nhiễu tự nhiên như chớp, bão từ, phát xạ của mặt trời,... Nếu chúng ta xem xét các hiện tượng trên một cách thấu đáo thì

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

nhiễu bên ngồi có thể bị loại bỏ tới mức tối thiểu, thậm chí là triệt tiêu hồn tồn. Nhiễu nội sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các electron trong vật dẫn, sự phát xạ ngẫu nhiên, sự tán xạ hay tái kết hợp của các điện tích trong các thiết bị điện. Nhiễu nội phổ biến nhất sinh ra do sự chuyển động nhiệt của các electron trong vật dẫn còn được gọi là nhiễu nhiệt. Nếu xem xét cẩn thận thì ta chỉ có thể hạn chế phần nào ảnh hưởng của nhiễu nội chứ khơng bao giờ triệt tiêu hồn tồn được. Nhiễu là một nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến tốc độ truyền thông.

<b>Bộ thu. Chức năng của bộ thu là khơi phục tín hiệu thơng tin từ tín hiệu nhận </b>

được. Nếu ở phía phát tín hiệu thơng tin được sử dụng để điều chế sóng mang thì tại đầu thu thao tác giải điều chế sóng mang được sử dụng để khơi phục tín hiệu thơng tin từ sóng mang đã được điều chế. Do tín hiệu truyền trên kênh truyền thông từ nơi phát đến nơi nhận nên tín hiệu thu được khơng cịn giữ nguyên dạng như ban đầu, nó đã bị méo dạng và thêm vào đó là bị nhiễu tác động vào. Bởi nguyên nhân này mà tín hiệu sau khi giải điều chế cũng bị méo dạng và bị nhiễu tác động vào. Như vậy, bên cạnh chức năng giải điều chế, bộ thu còn thực hiện một số các chức năng khác như lọc tín hiệu và triệt nhiễu.

Để đánh giá chất lượng của hệ thống viễn thông người ta xem xét khả năng tái tạo thông tin tại nơi nhận tin. Nơi nhận tin mong muốn nhận được bản tin càng giống với bản tin nơi phát càng tốt. Xét trên phương diện các chỉ tiêu kỹ thuật, đánh giá chất lượng hệ thống viễn thông thông qua tham số SNR đối với hệ thống tương tự và BER đối với hệ thống số.

SNR được dùng để đánh giá ảnh hưởng của nhiễu. SNR được định nghĩa là tỷ số giữa cơng suất tín hiệu trên cơng suất nhiễu. Do kênh truyền làm suy giảm công suất tín hiệu và nhiễu được tích lũy dọc theo đường truyền nên tín hiệu sẽ bị suy giảm, đồng thời công suất nhiễu tăng lên khi khoảng cách truyền dẫn càng lớn. Như vậy, SNR thay đổi liên tục dọc theo kênh truyền. Việc sử dụng các mạch khuếch đại nhằm tăng cơng suất tín hiệu nhưng khi đó cơng suất nhiễu cũng tăng lên tương ứng, vì vậy SNR vẫn khơng đổi. Như vậy, dùng khuếch đại sẽ không cải thiện được tỷ số cơng suất tín hiệu trên nhiễu trong khi đó tăng SNR là một thao tác quan trọng giúp tăng chất lượng của hệ thống truyền thông.

Tỷ lệ lỗi bít BER được định nghĩa là tổng số bít lỗi trên tổng số bít được truyền đi. Chúng ta sẽ nói về BER rõ hơn trong chương 3 khi trình bày về nguyên lý truyền dẫn số.

Một tham số khác để đánh giá hoạt động của hệ thống viễn thông là tốc độ truyền thông. Về cơ bản, tốc độ này phụ thuộc vào hai yếu tố chính: độ rộng băng B của kênh truyền và công suất của tín hiệu S.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Độ rộng băng B của kênh đó là khoảng tần số mà kênh có thể truyền tin với độ chính xác chấp nhận được. Yêu cầu về độ chính xác truyền tin phụ thuộc vào các hệ thống khác nhau. Giả sử một kênh có thể truyền tín hiệu chính xác với tần số nằm trong dải từ 0 đến 5000Hz thì độ rộng băng của kênh đó là 5000Hz hay 5kHz.

Để hiểu rõ vai trò của độ rộng băng B, chúng ta hãy xem xét khả năng tăng tốc độ truyền dẫn thông tin bằng cách nén tín hiệu về thời gian. Nếu tín hiệu được nén theo thời gian hai lần thì tín hiệu này được truyền đi với khoảng thời gian giảm đi một nửa và tốc độ truyền tín hiệu sẽ tăng gấp đơi. Nén tín hiệu hai lần về thời gian sẽ làm cho tín hiệu biến đổi nhanh hơn hai lần điều này cũng tương ứng với tần số của tín hiệu tăng lên hai lần. Do đó để truyền tín hiệu này chính xác thì kênh truyền u cầu cần phải có độ rộng băng tăng gấp đôi. Như vậy tốc độ truyền tin phụ thuộc trực tiếp vào độ rộng băng B của kênh. Ta có thể tổng quát như sau, nếu kênh có độ rộng băng B có thể truyền N xung trong mỗi giây, và nếu truyền kN xung (với k  N<small>*</small>

) trên giây thì độ rộng băng của kênh cần là kB. Số xung truyền trên mỗi giây hay nói cách khác tốc độ truyền xung trên kênh phụ thuộc trực tiếp vào độ rộng băng của kênh.

Cùng với độ rộng băng của kênh, cơng cuất của tín hiệu S cũng đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ truyền dẫn thông tin. Trước hết, cơng suất tín hiệu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn. Tăng cơng suất tín hiệu sẽ làm giảm ảnh hưởng của nhiễu, thông tin sẽ được truyền đi với độ chính xác cao hơn. Khi SNR lớn hơn cho phép ta truyền tin trên khoảng cách dài hơn. Với hệ thống truyền thông cụ thể giá trị tối thiểu của SNR tại đầu thu phải hoàn toàn được xác định.

Vai trị thứ hai của cơng suất tín hiệu khơng nhìn thấy trực tiếp nhưng rất quan trọng, đó là khả năng trao đổi với độ rộng kênh truyền. Để đảm bảo tốc độ truyền dẫn và độ chính xác cho trước cần có sự dung hịa giữa S và B. Đó là nếu ta muốn giảm B thì phải tăng S và ngược lại.

Tóm lại, hai nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến tốc độ truyền thông là S và B. Với một kênh truyền thông cho trước, một nhân tố có thể có ảnh hưởng hơn so với nhân tố kia, khi đó hệ thống viễn thông sẽ được thiết kế theo hướng của nhân tố có ảnh hưởng nhiều. Ví dụ, một kênh thoại có độ rộng băng giới hạn 3kHz, nhưng cơng suất tín hiệu trên đó là lớn. Ngược lại, các thiết bị trong khơng gian có độ rộng băng lớn khi đó cơng suất tín hiệu u cầu là nhỏ. Như vậy, cơng suất tín hiệu u cầu trong hai trường hợp trên là khác nhau.

Do SNR tỷ lệ với cơng suất của tín hiệu nên ta có thể nói rằng SNR và B có

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

thể trao đổi cho nhau. Quan hệ giữa độ rộng băng và SNR tuân theo quy luật hàm số mũ. Với tốc độ truyền thông cho trước ứng với độ rộng băng B1 và SNR1 thì có thể truyền cùng tốc độ đó trên kênh độ rộng băng B2 và SNR2 với điều kiện như sau [9]:

<small>1/ 2</small>

Từ phương trình (1.1) ta thấy rằng nếu cần tăng độ rộng băng lên gấp đôi thì SNR yêu cầu chỉ tăng lên căn bậc hai của SNR cũ, nếu cần tăng độ rộng băng lên ba lần thì SNR yêu cầu tăng lên căn bậc ba của SNR cũ. Ở đây ta chỉ cần tăng độ rộng băng lên một lượng nhỏ thì ta có lợi nhiều về mặt cơng suất tín hiệu. Tuy nhiên, cũng từ phương trình (1.1) ta thấy, nếu cơng suất tăng lên nhiều thì độ rộng băng không giảm được bao nhiêu. Trong thực tế, việc trao đổi giữa SNR và B thường xảy ra theo hướng tăng B để đạt được lợi ích về cơng suất tín hiệu phát mà hiếm khi ta làm theo chiều ngược lại.

Phương trình (1.1) cho chúng ta biết giới hạn trên mà ta có thể trao đổi giữa SNR và B. Khơng phải tất cả các hệ thống đều đạt được giới hạn trên.Ví dụ trong sơ đồ điều chế tần số FM sử dụng trong các hệ thống phát thanh, để nâng cao chất lượng tín hiệu tại đầu thu thì độ rộng băng của kênh truyền sẽ phải tăng lên. Chúng ta biết rằng hệ thống FM không phải là một sơ đồ sử dụng băng tần hiệu quả trong việc làm giảm SNR yêu cầu và hiệu suất của nó khác xa với giới hạn cho bởi (1.1). Mặt khác trong hệ thống PCM thì hiệu suất lại rất gần với giới hạn cho bởi (1.1). Nói chung, truyền dẫn tín hiệu số thì sự trao đổi giữa B và SNR sẽ gần với giới hạn lý thuyết hơn so với truyền dẫn tín hiệu tương tự.

Giới hạn tốc độ truyền thông ứng với độ rộng băng B và SNR cho trước được Shannon tổng qt hóa bởi phương trình.

<small>21 /</small>

Trong đó C là tốc độ truyền tin trong một giây, tốc độ C hay còn được gọi là dung năng của kênh, là số tối đa ký hiệu nhị phân (bit) mà có thể truyền dẫn trong 1s với xác suất lỗi gần bằng 0. Nói cách khác kênh có thể truyền <i><small>Blog</small></i>₂



<small>1 </small> <i><small>SNR</small></i>



số nhị phân, hay kí hiệu trên 1 giây với độ chính xác theo mong muốn của chúng ta. Thêm nữa, ta không thể truyền dẫn ở tốc độ cao hơn tốc độ trên mà khơng mắc lỗi truyền dẫn. Phương trình Shannon đã đưa ra giới hạn tốc độ truyền tin trên kênh ứng với SNR và B xác định. Nếu kênh khơng có nhiễu



<i><small>N</small></i> <small> 0</small>



thì <i><small>C</small></i> <small> </small>, khi đó ta có thể truyền bao nhiêu thơng tin trên kênh cũng được. Chúng ta có thể lý giải điều này như sau: Nếu kênh khơng có nhiễu, thì tại đầu thu ta có thể tách một xung với bất cứ biên độ nào với độ chính xác tuyệt đối. Do đó, mức biên độ bên

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

phía phát có thể lấy nhỏ tùy ý, điều này khiến số lượng mức biên độ ta có thể dùng là vơ cùng và ta có thể gán mỗi mức biên độ cho một bản tin. Tuy nhiên, thực thi các hệ thống này rất khó vì ta phải có được các bộ phát và tách xung với độ chính xác cao về biên độ. Thực tế là không thể thực hiện được hệ thống đáp ứng được yêu cầu trên, chính điều này làm giới hạn tốc độ truyền thơng.

Tóm lại, trong phần này ta đã mơ tả vai trò của B và SNR trong việc làm giới hạn hoạt động của hệ thống truyền thông. Chúng ta cũng đã đề cập tới khả năng trao đổi giữa hai nhân tố này, B và SNR. Cần phải nhớ rằng kết qủa của Shannon cho ta biết giới hạn trên của tốc độ truyền tin trên một kênh. Trên thực tế, các hệ thống hoạt động ở dưới tốc độ Shannon.

<b> 1.2. Các công nghệ trong m ng viễn thông </b>

Để đảm bảo xây dựng một mạng viễn thông, các công nghệ cơ bản sau đây được sử dụng: công nghệ chuyển mạch, công nghệ truyền dẫn và công nghệ truy nhập.

1.2.1. Công nghệ chuyển mạch

Chuyển mạch là quá trình thiết lập một tuyến nối giữa một đầu vào và đầu ra của một thiết bị chuyển mạch giúp cho việc trao đổi thông tin trong khoảng thời gian nhất định. Ví dụ như quá trình đấu nối một tuyến liên lạc giữa hai thuê bao (điện thoại, máy tính, fax,..) thơng qua một hay nhiều thiết bị chuyển mạch. Khái niệm chuyển mạch thoại đã có từ khi phát minh ra máy điện thoại vào năm 1786, vào thời điểm đó quá trình thiết lập tuyến nối được thực hiện nhờ điện thoại viên và bàn đấu nối. Hình thức chuyển mạch này còn được gọi là chuyển mạch nhân công. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, tổng đài cũng từng bước được cải thiện và hồn thiện, từ tổng đài nhân cơng lên tổng đài tự động cơ điện, tổng đài điện tử và tổng đài điện tử số được điều khiển bằng chương trình (SPC).

Xét về cơng nghệ chuyển mạch người ta chia thành công nghệ chuyển mạch kênh và cơng nghệ chuyển mạch gói. Trong cơng nghệ chuyể mạch kênh các tổng đài liên quan thực hiện quá trình báo hiệu để thiết lập kênh liên lạc trước khi hai thuê bao đàm thoại. Kênh liên lạc này được dành riêng cho hai thuê bao trong suốt quá trình liên lạc. Khi kết thúc, kênh liên lạc được giải phóng và sẵn sàng phục vụ cho cuộc đàm thoại khác. Trong khi đó, chuyển mạch gói khơng thực hiện việc thiết lập kênh liên lạc dành riêng cho 2 thuê bao. Để thực hiện thông tin từ nơi gửi tới nơi nhận, thông tin được chia thành các gói nhỏ và được gán địa chỉ đích cho mỗi gói để nó có thể đến nơi nhận một cách chính xác.

Cơng nghệ chuyển mạch kênh được sử dụng tại các nút mạng điện thoại công

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

cộng, mạng số liệu tích hợp đa dịch vụ và mạng điện thoại di động. Về cơng nghệ chuyển mạch gói, người ta chia nhỏ thành chuyển mạch gói mạch ảo (VC: Virtual Circuit) và chuyển mạch datagram. Trong chuyển mạch gói mạch ảo, sau khi một mạch ảo được thiết lập giữa các đầu cuối trong mạng thì các gói sẽ di chuyển trên mạch ảo đó. Kiểu chuyển mạch gói mạch ảo được sử dụng trong các mạng như X.25, Frame Relay, hay TM. Trong khi đó, với chuyển mạch datagram, các gói được định tuyến độc lập tại các nút mạng, do đó các gói có thể đến đích theo các đường khác nhau cũng như theo thứ tự khác nhau và phải được ráp lại thành bản tin tại đích. Các mạng cục bộ, mạng Internet áp dụng phương pháp chuyển mạch này. Hiện nay, để nâng cao hơn hiệu quả của chuyển mạch, các công nghệ chuyển mạch mới được ứng dụng rộng rãi ví dụ như là chuyển mạch IP, chuyển mạch nhãn đa giao thức (MP S) được đưa vào sử dụng để tăng tốc độ chuyển mạch nhằm đáp ứng tốt hơn với các dịch vụ băng rộng. Hình 1.2 mơ tả việc phân loại các cơng nghệ chuyển mạch.

<i>Hình 1.2: P ân loại các công ng ệ c uyển mạc </i>

1.2.2. Công nghệ truyền dẫn

Truyền dẫn là q trình chuyển tải thơng tin giữa các điểm khác nhau trong một hệ thống hay một mạng nào đó. Thơng thường khoảng cách tuyến thơng tin giữa hai điểm đầu cuối có thể rất dài và có thể có rất nhiều nút mạng nằm trên tuyến. Một hệ thống truyền dẫn cơ bản bao gồm bộ phát, bộ thu và kênh truyền thông, chức năng các phần này chúng ta đã mô tả trong mục 1.1. Trong mạng viễn thông, việc truyền dẫn được thực hiện giữa các thiết bị đầu cuối người sử dụng và mạng cũng như các nút mạng với nhau. Có ba môi trường truyền dẫn cơ bản được sử dụng đó là cáp đồng, cáp quang và khơng gian. Trong hệ thống viễn thông việc thực hiện truyền dẫn thơng tin có thể là theo một chiều hoặc là theo hai chiều. Các hệ thống thông tin theo một chiều duy nhất thì được gọi là thơng tin đơn cơng; các hệ thống có thể thơng tin theo hai chiều thì được gọi là hệ thống thơng tin song công. Hệ thống thông tin song công lại được chia thành bán song công và song cơng hồn tồn. Các hình thức này biểu diễn trên Hình 1.3

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Đối với thông tin đơn cơng tín hiệu được truyền dẫn chỉ theo một hướng. Điều này có nghĩa là khi một bên truyền thơng chỉ đóng vai trị là thiết bị phát thì bên cịn lại đóng vai trị thu và khơng thể đổi vai trị cho nhau. Ví dụ, với hệ thống phát thanh truyền hình, tín hiệu chỉ được gửi đi từ máy phát đến thiết bị đầu cuối là thiết bị thu vơ tuyến; hoặc ví dụ khác như hệ thống nhắn tin chỉ cho phép người dùng thu bản tin theo chữ cái và con số.

Đối với thông tin bán song cơng, tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng, nhưng việc truyền tin trên mỗi hướng chỉ được thực hiện tại một thời điểm. Điều này có nghĩa là một khi một bên truyền thơng đóng vai trị là thiết bị phát thì bên kia phải đóng vai trị thiết bị thu và ngược lại. Ví dụ như hệ thống thơng tin vơ tuyến di động (điện đàm), người nói phải xác nhận bằng nút chuyển sang chế độ nghe thì bên kia mới được nói.

Trong phương pháp truyền dẫn song cơng hồn tồn, tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng trong cùng một thời điểm. Cả hai bên truyền thơng đều đóng vai trị là thiết bị thu và phát đồng thời. Ví dụ như thông tin thoại thông thường, hai người có thể nói và nghe đồng thời. Hầu hết các hệ thống viễn thông hiện đại sử dụng nguyên lý song cơng hồn tồn, để đơn giản các hệ thống này gọi là hệ thống song cơng.

<i>Hình 1.3: Các p ương t ức truyền dẫn </i>

1.2.3. Công nghệ truy nhập

Cùng với sự phát triển của xã hội thông tin, nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng tăng từ dịch vụ thoại cho tới dịch vụ số liệu, hình ảnh và đa

Song công: Tại một thời điểm tín hiệu thể truyền theo 2 hướng

Ví dụ: điện thoại, ISDN,..

Bán song công: Tại một thời điểm tín hiệu chỉ

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

phương tiện. Do dó hiện nay mạng viễn thơng trên thế giới đang phát triển theo hướng số hóa hoàn toàn, đa dịch vụ và đa phương tiên. Xét một cách tổng quát, tổ chức một mạng viễn thông được chia thành: mạng truy nhập và mạng lõi như thể hiện trên Hình 1.4.

Mạng truy nhập là phần mạng giữa nút mạng và thiết bị đầu cuối khách hàng, là mạng trung gian cung cấp dịch vụ viễn thông tới khách hàng. Mạng truy nhập nằm ở vị trí đầu cuối của mạng viễn thông và bao gồm tất cả các thiết bị, đường dây kết nối giữa thiết bị đầu cuối khách hàng với nút mạng. Trải qua quá trình phát triển, mạng truy nhập phần lớn đã được số hóa, cáp quang hóa. Tuy nhiên, mạng truy nhập, cịn gọi là mạng thuê bao, vẫn còn phát triển chậm. Nó được coi là một trong những cản trở để tiến tới mạng băng rộng. Dựa vào kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng mà người ta phân loại mạng truy nhập như sau: mạng truy nhập cáp đồng, mạng truy nhập quang, và mạng truy nhập vơ tuyến.

<i>Hình 1.4: Mạng truy n ập và mạng lõi </i>

 Mạng truy nhập cáp đồng

Đối với mạng điện thoại truyền thống PSTN, mạng truy nhập, hay còn gọi là mạng thuê, bao gồm mạng cáp đồng kết nối giữa các giá đấu dây tại tổng đài và máy điện thoại tại nhà khách hàng. Cấu trúc chi tiết của mạng cáp đồng chia làm ba phần: mạng cáp gốc, mạng cáp nhánh và dây thuê bao.

Mạng truy nhập truyền thống dựa trên mạng cáp đồng tồn tại một số nhược điểm chính như băng tần hạn chế, suy hao lớn, chất lượng không cao, và độ tin cậy và bảo mật thấp.

 Mạng truy nhập quang

Mạng truy nhập cáp quang là mạng truy nhập dùng môi trường truyền dẫn chủ yếu là cáp sợi quang để thực hiện truyền dẫn thông tin từ thiết bị đầu cuối khách hàng tới nút mạng. Nó là một hệ thống truyền dẫn quang được áp dụng vào

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

trong mạng truy nhập để tạo ra tốc độ truy nhập cao với chất lượng tốt.

Đặc điểm chính của mạng truy nhập quang là có thể cung cấp các dịch vụ băng rộng, chất lượng truyền dẫn tốt và độ tin cậy cao.

 Mạng truy nhập vô tuyến

Truy nhập vô tuyến là phương thức truy nhập mà ở đó dùng toàn bộ hay một phần từ giao diện nút phục vụ cho tới thiết bị đầu cuối khách hàng là vơ tuyến. Tức là có sử dụng sóng vô tuyến để làm môi truyền truyền dẫn trong mạng truy nhập.

Mạng truy nhập vô tuyến được chia ra làm 2 loại chính: mạng truy nhập vơ tuyến cố định và truy nhập vô tuyến di động. Mạng truy nhập vô tuyến cố định chủ yếu phục vụ cho các th bao có vị trí cố định hoặc thuê bao di động trong một phạm vi nhất định. Thiết bị kết cuối của khách hàng chủ yếu là máy điện thoại, máy fax hay máy tính. Truy nhập vơ tuyến cố định có thể chia ra thành: mạch vịng vơ tuyến cố định, hệ thống VS T, hệ thống vi ba điểm – đa điểm. Mạng truy nhập di động phục vụ cho các thuê bao trong khi di chuyển hay th bao có vị trí di động. Thiết bị đầu cuối khách hàng có thể là máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên xe. Các hệ thống vô tuyến di dộng bao gồm: hệ thống thơng tin di động tồn cấu, hệ thống thông tin di động vệ tinh, hệ thống điện thoại di động tổ ong,…

Để đảm bảo chất lượng thông tin qua mạng truy nhập vô tuyến, nhiều kỹ thuật được áp dụng như điều chế, giải điều chế, khuếch đại và lọc, mã hóa và giải mã, … Dịch vụ mà mạng truy nhập vơ tuyến di động cung cấp có thể là dịch vụ thoại, fax, nhắn tin hay dịch vụ hình ảnh và số liệu. Mạng truy nhập vơ tuyến có một số ưu điểm như tổ chức mạng linh hoạt, lắp đặt và bảo dưỡng đơn giản, chi phí lắp đặt và mở rộng mạng thấp, và có thể cung cấp dịch vụ trong trạng thái di động, khẩn cấp.

<b> 1.3. Kênh truyền thông </b>

Kênh truyền thông là môi trường vật lý cụ thể dùng để truyền tín hiệu giữa nơi phát và nơi thu. Trong viễn thơng đơi khi khái niệm kênh cịn được hiểu là một kết nối giữa nơi phát và thu, kênh đó có thể là kênh logic. Tuy nhiên trong phần này ta không xem xét kênh truyền ở khía cạnh này. Kênh truyền được chia thành 2 loại chính: kênh truyền có dây và kênh truyền không dây. Cặp dây đồng, cáp đồng trục, sợi quang là những ví dụ của kênh truyền có dây. Kênh truyền không dây là kênh sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn như trong các hệ thống phát thanh, truyền hình quảng bá hay hệ thống thơng tin di động. Khả năng kênh truyền thông tin tin cậy được quyết định bởi một số tính đặc tính. Thứ nhất là dải tần số kênh truyền cho tín hiệu truyền qua mà không gây nên méo dạng đáng kể lên tín hiệu. Đặc tính này được thể hiện ở đáp ứng biên độ và đáp ứng pha của

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

kênh truyền. Giả sử kênh truyền chỉ cho dải tần số từ <i>f</i>₁ đến <i>f</i>₂ đi qua thì độ rộng băng hay cịn gọi là băng thơng kênh truyền khi đó là <i>B</i>  <i>f</i>₂ – <i>f</i>₁ (Hz). Các thiết bị thu và phát phải hoạt động ở dải tần số của kênh truyền và được thiết kế sao cho có thể loại bỏ các thành phần méo dạng để đảm bảo có thể thu đúng tín hiệu. Thứ hai, tín hiệu truyền sẽ bị suy giảm khi nó được lan truyền trong mơi trường truyền dẫn và nhiễu cũng được tạo ra trong môi trường và thiết bị thu. Những hiện tượng này quyết định tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) đối với hệ thống tương tự và tỷ số lỗi bít BER đối với hệ thống số tại bộ thu. Do đó khi xem xét một kênh truyền cụ thể, chúng ta cần quan tâm đến các đặc tính như:

Đáp ứng biên độ, đáp ứng pha và băng thông của kênh.

Khả năng chống chịu của môi trường truyền đối với nhiễu và can nhiễu từ các nguồn khác.

Một số điểm khác biệt giữa mơi trường truyền có dây và khơng dây có thể kể ra như sau:

Thứ nhất, đối với môi trường có dây, năng lượng tín hiệu được truyền trong dây dẫn, do đó tại đầu thu tín hiệu chịu ít can nhiễu từ các nguồn khác, hơn nữa nếu muốn tăng dung lượng truyền dẫn thì ta có thể tăng thêm số dây dẫn. Đối với môi trường không dây, tất cả các bộ thu sử dụng chung dải tần số được cấp phép, do đó can nhiễu tác động tới chúng là điều khơng thể tránh khỏi. Dải tần số trong môi trường khơng dây là giới hạn, do đó khơng thể tăng dung lượng truyền dẫn lên được. Tuy nhiên trên thực tế, dung lượng đối với các hệ thống sử dụng mơi trường truyền khơng dây có thể tăng thêm bằng cách sử dụng lại dải tần số được cấp phát tại vùng địa lý đủ xa để sao cho nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận là không đáng kể.

Thứ hai, trong môi trường truyền dẫn có dây, độ suy giảm tín hiệu tại một tần số xác định phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn và tuân theo biểu thức 10<small>kd</small>

, trong đó k là hằng số phụ thuộc vào tần số và d là khoảng cách truyền dẫn. Như vậy suy hao trong môi trường có dây là kd (dB). Cịn đối với mơi trường truyền không dây, độ suy hao tỷ lệ với <i><small>n</small></i>

<i><small>d</small></i> , trong đó <i><small>n</small></i> là hằng số phụ thuộc vào môi trường khơng gian có vật cản hay không. <i><small>n</small></i> <small> 2</small> đối với không gian tự do và

<small> 2</small>

<i><small>n</small></i> <small></small> đối với mơi trường có sự hiện hữu của vật cản. Suy hao trong môi trường không dây là <i><small>nlog d</small></i>

 

theo đơn vị dB. Tới đây ta nhận thấy rằng, suy hao theo dB trong mơi trường có dây tỷ lệ tuyến tính với khoảng cách truyền, cịn trong mơi trường không dây suy hao này tỷ lệ với <i><small>log</small></i> của khoảng cách truyền. Tại một tần số sử dụng, cùng cơng suất phát, tín hiệu trong mơi trường không dây truyền được

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

đi xa hơn trong mơi trường có dây. 1.3.1. Kênh truyền có dây

<i> 1.3.1.1. Cặp dây đồng </i>

Kênh truyền đơn giản nhất là cặp dây dẫn song song bằng đồng được cách ly về điện. Tín hiệu được truyền trên một dây và dây còn lại được sử dụng để truyền mức đất tham chiếu. Hệ thống sử dụng cặp dây đồng song song này chịu tác động mạnh của hiện tượng xuyên âm và nhiễu. Xuyên âm là hiện tượng thu nhận tín hiệu được truyền từ các dây liền kề. Bởi vì các dây dẫn không được bọc chống nhiễu nên tín hiệu truyền trên nó cũng bị ảnh hưởng của nhiễu hay can nhiễu từ các nguồn điện bên ngồi. Sự chênh lệch điện áp giữa dây truyền thơng tin và dây đất chính là tín hiệu mong muốn tại đầu thu. Do đó nếu một trong hai dây chịu tác động của nhiễu hay xuyên âm thì khi đó lỗi sẽ xảy ra. Bởi vì lý do này này nên cặp dây song song chỉ được sử dụng để truyền tín hiệu ở khoảng cách ngắn.

<i>Hình 1.5: Suy hao của cặp dây xoắn t eo tần số [14] </i>

<i>Bảng : Tốc độ dữ liệu c o cặp dây xoắn đường kín 0,0 6 inch [14] </i>

Cặp dây xoắn bao gồm 2 sợi dây được xoắn lại với nhau đề làm giảm can nhiễu. Khi hai dây ở gần nhau khiến cho can nhiễu tác động vào hai sợi là như nhau và do đó là chênh lênh lệch điện áp giữa hai dây sẽ gần như không bị ảnh

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

hưởng bởi can nhiễu. Khi hai sợi được xoắn vào nhau cũng giúp làm giảm ảnh hưởng của hiện tượng xuyên âm khi một số cặp dây được đặt cùng trong một cáp. Trong hệ thống điện thoại, đường truyền từ thuê bao tới trung tâm chuyển mạch nội hạt hoặc giữa các tổng đài với nhau sử dụng cặp dây xoắn. Do có nhiều cặp dây được bọc vào trong một cáp điện thoại nên hiện tượng xuyên âm vẫn còn đáng kể, đặc biệt là ở những tần số cao.

Cặp dây xoắn có thể cho qua dải tần số tương đối lớn. Độ suy giảm của cặp dây xoắn, được tính theo dB/km, có thể biến đổi từ 1 đến 6dB/km tại tần số từ 100Hz đến 10kHz, phụ thuộc vào đường kính sợi như chỉ ra trên Hình 1.5 . Do đó độ rộng băng của cặp dây xoắn giảm theo khoảng cách. Bảng 1.1 chỉ ra giới hạn tốc độ dữ liệu truyền thực tế có thể truyền trên đường truyền đơn hướng với đường kính sợi là 0,016 inch tương đương 0,04064 cm.

Cặp dây xoắn được ứng dụng hầu hết trong hệ thống dây dẫn của hệ thống điện thoại, các đường nối trung tâm chuyển mạch tới các thuê bao còn được gọi là mạch vòng thuê bao hay các đường trung kế. Đường mạch vòng thuê bao điện thoại được thiết kế để hoạt động ở băng thông 4 kHz, do dó tốc độ truyền dữ liệu trên nó bị giới hạn khoảng dưới 40 kb/s. Tuy nhiên, hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu truyền số liệu với tốc độ cao, công nghệ đường dây thuê bao số bất đối xứng ký hiệu DS ra đời. Công nghệ này sử dụng nguyên trạng đường mạch vòng thuê bao, số liệu được truyền dẫn ở tần số lớn hơn 4 kHz để tách biệt với dải tần dùng cho tín hiệu thoại. Từ bất đối xứng ở đây thể hiện ở chỗ tốc độ dữ liệu cho đường lên từ đầu cuối người dùng tới mạng và đường xuống theo chiều ngược lại là khác nhau, cụ thể là tùy thuộc vào khoảng cách đường truyền, tốc độ đường lên có thể thay đổi từ 64 kb/s đến 640 kb/s còn tốc độ đường xuống từ 1,536 kb/s đến 6,144 kb/s. Cặp dây xoắn còn được ứng dụng trong các mạng số liệu cục bộ ( N) ở hầu hết tất cả các chuẩn do khoảng cách giữa máy tính và thiết bị mạng là ngắn hơn 100m. Một số loại dây được sử dụng trong các mạng N có thể kể ra đó là UTP C T3, UTP C T5, hay STP, tốc độ truyền dữ liệu thường được sử dụng là 100Mb/s.

<i> 1.3.1.2. Cáp đồng trục </i>

Trong cáp đồng trục lớp dẫn điện đặc ở giữa được đặt đồng trục với lớp dẫn điện hình trụ bên ngồi. Giữa hai lớp dẫn điện này là lớp chất cách điện đặc và ngoài cùng là lớp vỏ bảo vệ như thể hiện trên Hình 1.6. Sự sắp xếp 2 lớp dẫn điện đồng trục với nhau giúp cáp đồng trục có khả năng chống can nhiễu và xuyên âm tốt hơn so với cặp dây xoắn. Cáp đồng trục có băng thơng lớn hơn nhiều so với cặp dây xoắn. Ví dụ, cáp trong hệ thống truyền hình cáp có băng thơng 500Mhz.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Trước đây cáp đồng trục được sử dụng cho hệ thống truyền tải đường trục của mạng điện thoại tương tự. Mỗi sợi cáp có thể mang được cỡ 10000 cuộc gọi đồng thời. Hệ thống truyền dẫn số cũng sử dụng cáp đồng trục đã được đưa vào sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ trước. Những hệ thống này hoạt động ở tốc độ từ 8,884 Mb/s đến 564,992 Mb/s. Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống truyền dẫn sử dụng cáp đồng trục bị dừng lại và được thay thế bởi hệ thống truyền dẫn sợi quang với băng thông lớn hơn nhiều và giá thành rẻ hơn.

<i>Hình 1.6: Cáp đồng trục </i>

Ứng dụng rộng rãi nhất của cáp đồng trục hiện nay là trong hệ thống truyền hình cáp. Ngồi ra cáp đồng trục cịn được sử dụng trong các mạng cục bộ như mạng N chuẩn 10base5. Cáp đồng trục có thể sử dụng làm các đường truyền sóng từ ăng-ten tới máy thu và ngược lại từ máy phát tới ăng-ten.

<i> 1.3.1.3. Sợi quang </i>

<i>Hình 1.7: Cấu trúc sợi quang và sự p ản xạ án sáng trong sợi </i>

Truyền dẫn đường trục sử dụng cặp dây xoắn và cáp đồng trục đã nhanh chóng được thay thế bằng sợi quang với những ưu điểm vượt trội về băng thông, tốc độ hay độ suy hao truyền dẫn rất thấp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Sợi quang có cấu tạo gồm lớp lõi hình trụ mỏng làm bằng thủy tinh được bao bọc xunh quanh bởi lớp vỏ bằng nhựa và ngoài cùng là lớp áo bảo vệ sợi quang như thể hiện trên Hình 1.7. Thơng tin được truyền trong lõi của sợi quang dưới dạng chùm sáng. Vật liệu chế tạo lớp lõi có chiết suất lớn hơn lớp vỏ một chút. Tỷ số chiết suất của hai lớp lõi và vỏ bọc quyết định góc tới hạn θ_c . Khi tia sáng đi vào sợi quang với góc tới nhỏ hơn góc tới hạn thì khi nó đi tới bề mặt tiếp xúc giữa lớp lõi và vỏ bọc, tia sáng sẽ bị phản xạ toàn phần trở lại lớp lõi. Theo cách thức như vậy tia sáng được dẫn đi trong sợi quang.

Độ suy hao trong sợi quang được giữ ở mức thấp bằng cách điều khiển các tạp chất có trong thủy tinh. Khi sợi quang được phát minh vào năm 1970, nó có độ suy hao cỡ 20dB/km. Trong khoảng 10 năm sau đó, đã có thể chế tạo sợi quang với độ suy hao 0,2dB/km. Có ba cửa sổ bước sóng với hệ số suy hao thấp đó là các cửa sổ xung quanh bước sóng 850nm, 1300nm và 1550nm. Các hệ thống truyền dẫn quang đầu tiên hoạt động ở bước sóng 850nm với các bộ phát quang ED rẻ tiền cho phép tốc độ truyền dẫn cỡ vài chục Mb/s. Các hệ thống truyền dẫn quang hiện tại chủ yếu hoạt động ở dải bước sóng quang 1300nm và 1550nm cho phép tốc độ truyền dẫn lên tới vài Gb/s.

<i>Hình 1.8: Hệ t ống truyền dẫn quang cơ bản </i>

Hình 1.8 chỉ ra sơ đồ khối chức năng của hệ thống truyền dẫn quang. Bộ phát bao gồm một nguồn phát ánh sáng có thể điều chế theo tín hiệu điện đầu vào nhằm tạo ra chùm sáng nhằm ghép vào sợi quang. Thông thường chuỗi thông tin nhị phân được chuyển thành chuỗi xung ánh sáng tại một bước sóng cụ thể tương ứng với bít nhị phân: 1 là có xung, 0 là khơng có xung. Một bộ tách sóng quang tại đầu thu chuyển tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện mà qua đó thơng tin gốc có thể được khơi phục lại. Vùng bước sóng xung quang 1300nm với độ suy hao nhỏ hơn 0,5dB/Km và vùng bước sóng xung quanh 1550nm với độ suy hao nhỏ hơn 0,2dB/Km có băng thông cỡ khoảng 25THz. Rõ ràng, băng thông của hệ thống truyền dẫn quang là rất lớn và vấn đề giới hạn băng thông là không cần thiết với thông tin quang.

Với những ưu điểm to lớn sợi quang được sử dụng trong các hệ thống truyền

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

tải đường trục với tốc độ truyền dẫn khi có sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM có thể từ 40Gb/s lên tới 1600Gb/s. Chi phí xây dựng hệ thống truyền tải quang là đắt hơn so với truyền dẫn bằng cặp dây xoắn và cáp đồng trục. Do đó nó đa phần được sử dụng trong truyền tải đường dài, khi đó chi phí hệ thống được chia sẻ cho nhiều người dùng. Mạng truy nhập truyền dẫn quang cung cấp cho người dùng các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn tuy vậy giá thành vẫn còn đắt. Sợi quang hiện nay còn được sử dụng trong một số chuẩn của mạng cục bộ như FDDI (Fiber Distributed Data Interface) hay Gigabit Ethernet.

1.3.2. Kênh truyền không dây

Kênh truyền không dây sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn. Truyền dẫn không dây sử dụng sóng vơ tuyến ở dải tần số từ 3kHz đến 300Ghz. Trong thông tin vô tuyến, năng lượng sóng vơ tuyến được bức xạ ra ngồi khơng gian nhờ thiết bị, còn gọi là ăng-ten, tại một tần số xác định. Tùy thuộc vào tần số và ăng-ten được sử dụng mà năng lượng sóng vơ tuyến có thể bức xạ đơn hướng hay vơ hướng. Trong trường hợp bức xạ đơn hướng, hướng của ăng-ten thu phải được hiệu chỉnh sao cho trùng với hướng của bức xạ sóng vơ tuyến tới thì mới có thể thu được sóng vơ tuyến để đưa tới bộ thu tương ứng để khơi phục tín hiệu thơng tin. Cịn đối với trường hợp bức xạ vô hướng, bất cứ thiết bị thu nào nằm trong vùng phủ sóng của ăng-ten phát đều có thể thu và phục hồi được tín hiệu thơng tin.

<i>Hình 1.9: Băng tần sóng vô tuyến và ứng dụng </i>

Kênh truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng của rất nhiều hiện tượng khi truyền dẫn làm suy giảm và méo dạng tín hiệu truyền. Như chúng ta đã chỉ ra ở trên, độ suy hao kênh vô tuyến thay đổi theo hàm log của khoảng cách truyền dẫn. Độ suy hao này tăng lên khi có mưa. Hiện tượng phading đa đường và can nhiễu là những ảnh hưởng thường xuyên và lớn đối với thông tin vô tuyến. Phading đa đường là hiện tượng tín hiệu tại đầu thu là tổng của hai hay nhiều phiên bản của tín hiệu phát tới đầu thu theo các đường khác nhau và tại những thời điểm lệch nhau chút ít. Nếu

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

các tín hiệu tới đầu thu có pha ngược nhau thì chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Phading đa đường dẫn tới sự thay đổi biên độ và pha của tín hiệu thu theo thời gian. Can nhiễu là hiện tượng năng lượng sóng vơ tuyến tới máy thu từ một máy phát khác. Can nhiễu có thể tạo ra từ những người dùng khác trong cùng dải tần số hoặc từ những máy phát tạo năng lượng ở dải tần số khác gần với dải tần số người sử dụng. Can nhiễu này còn được gọi can nhiễu kênh liền kề. Can nhiễu gây ảnh hưởng trầm trọng đến hoạt động của hệ thống thông tin vô tuyến. Do đó việc quy định tần số, cơng suất của các máy phát phải được quy định rõ ràng bởi các cơ quan quản lý tần số vô tuyến.

Hình 1.9 chỉ ra các băng tần của sóng vơ tuyến và ứng dụng của nó. Các băng tần này cịn có thể biểu diễn thơng qua bước sóng. Dải băng tần số thấp ( F) với tần số trải từ 30kHz đến 300kHz với bước sóng tương ứng từ 10km đến 1km, trong khi đó dải tần số cực kỳ cao (EHF) từ 30Ghz đến 300Ghz với bước sóng tương ứng từ 1 cm tới 1mm. Chúng ta lưu ý rằng độ rộng băng của dải tần số càng cao thì

Đặc điểm lan truyền của sóng vơ tuyến phụ thuộc vào tấn số. Sóng vơ tuyến ở các băng tần V F, F, MF lan truyền dọc theo bề mặt trái đất dưới dạng sóng đất. Sóng V F có thể phát hiện tại khoảng cách lên tới 1000km, cịn sóng MF, ví dụ như trong phát thanh M thì khoảng cách lan truyền ngắn hơn. Sóng vô tuyến ở dải tần HF bị phản xạ bởi tầng điện ly và có thể sử dụng cho thơng tin khoảng cách xa. Cuối cùng, sóng vô tuyến ở dải VHF và các dải cao hơn không bị phản xạ bởi tầng điện ly và chỉ có thể được phát hiện trong trường hợp tồn tại tầm nhìn thẳng ( OS: line of sight) giữa ăng-ten phát và thu.

Các hệ thống sử dụng kênh truyền vơ tuyến có thể là các hệ thống phát thanh truyền hình quảng bá, các hệ thống thông tin di động, các tuyến truyền dẫn viba điểm - điểm, điểm - đa điểm, hệ thống thông tin vệ tinh, mạng cục bộ Wireless N, các hệ thống điện đàm, thông tin không dây cá nhân,…

<b> 1.4. Một số kiến thức cơ bản </b>

1.4.1. Mã hóa và giải mã

Trong các hệ thống truyền tin có hai vấn đề được đặt ra đó là làm sao có thể truyền tin với hiệu suất cao nhất và làm sao có thể chống lại được nhiễu tốt nhất. Hai vấn đề này có thể được giải quyết bằng mã hóa. Mã hóa là thao tác khơng thể thiếu trong các hệ thống thông tin số và nó được phát triển theo hai hướng chính là mã hóa nguồn và mã hóa kênh hay cịn gọi là mã phát hiện sai và sửa sai.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Mã hóa nguồn là phương pháp mã hóa dùng để tối ưu hóa nguồn tin. Chúng ta biết rằng hầu hết các bản tin con người muốn truyền đi đều chứa các thành phần mà nếu khơng truyền đi tại đầu thu vẫn có thể hiểu đúng thông tin. Các thành phần

<b>này được gọi các thành phần dư thừa. Các thành phần dư thừa gây lãng phí tài </b>

nguyên kênh truyền, do đó bản tin thường được xử lý trước khi truyền để loại bỏ các thành phần dư thừa. Công việc này được thực hiện nhờ biện pháp mã hóa

<b>nguồn tin, sử dụng các bộ mã hay còn gọi là mã nguồn. </b>

Một trong những mã nguồn thường được sử dụng là mã Huffman. Quy luật lập mã dựa vào đặc tính thống kê của nguồn tin. Từ mã trong mã Huffman có độ dài thay đổi, nguồn tin xuất hiện với xác suất càng nhỏ từ mã tương ứng của nó càng dài. Mã Huffman là mã tối ưu theo số bít trung bình mã hóa cho các nguồn tin.

<b>Trái với mã hóa nguồn, mã hóa kênh là phương pháp để làm giảm thiểu lỗi </b>

nhận bản tin tại đầu thu. Mã hóa kênh được thực hiện theo nguyên tắc thêm một số bít vào bản tin cần truyền đi theo một quy tắc nào đó giúp cho việc phát hiện lỗi và sửa lỗi nếu có lỗi xảy ra ở đầu thu. Số bít thêm vào bản tin có thể xem như thêm các thành phần dư thừa vào bản tin. Ở đây chúng ta lưu ý rằng mã kênh không làm giảm sai số khi truyền tin mà chỉ làm giảm sai số khi nhận bản tin tại đầu thu. Nói cách khác mã kênh giúp cho bản tin truyền đi có khả năng chống nhiễu. Một trong những kỹ thuật đơn giản nhất của mã kênh đó là truyền mỗi bít 3 lần. Trong kỹ thuật này, để truyền 0 thì ta truyền 000 và để truyền 1 thì ta truyền 111. Cơng việc này được thực hiện nhờ bộ mã hóa bên phát. Bên thu phải thực hiện việc giải mã bằng việc sử dụng bộ giải mã. Có 8 chuỗi 3 bít mà bộ thu có thể thu được và bộ giải mã được thực hiện giải mã theo luật số lớn với các giải mã như sau:

<small>000 -> 0 001 -> 0 010 -> 0 100 ->0 111 ->1 110 - >1 101 ->1 011 ->1 </small>

Bộ mã hóa và giải mã theo quy tắc ở trên có thể phát hiện và sửa được lỗi đơn tức là lỗi xảy ra đối với 1 bít và như vậy, bản tin thu được với xác suất lỗi thấp hơn. Giả sử tại đầu thu nhận được chuỗi 101 thì điều này có nghĩa bít ở giữa đã bị lỗi, nếu nhận được chuỗi 110 thì bít thứ 3 bị lỗi. Kỹ thuật mã kênh dựa theo luật số lớn ở trên làm tốc độ bít tăng thêm 3 lần và đó là kỹ thuật mã hóa khơng có hiệu quả. Trải qua nhiều năm phát triển, đã có nhiều loại mã kênh ra đời, các mã có thể được xếp vào hai dạng chính là mã khối và mã chập. Hai dạng mã này khác nhau ở chỗ có cần bộ nhớ hay khơng cần bộ nhớ trong các bộ mã hóa và giải mã.

Mã khối: Mã khối là một ánh xạ của <i><small>k</small></i> ký hiệu nhị phân đầu vào sang n ký hiệu nhị phân đầu ra. Bởi vậy bộ mã hóa khối là thiết bị khơng nhớ. Vì <i><small>n</small></i><small></small><i><small>k</small></i> nên có thể chọn mã để cho độ dư thừa, chẳng hạn khi các bít kiểm tra chẵn lẻ, nó được

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

bộ giải mã sử dụng để tìm và sửa một số lỗi nào đó. Các mã được biểu thị



<i><small>n k</small></i><small>,</small>



8 ^và<i>^k</i>^{nằm trong khoảng từ 3 cho đến vài trăm.}

Nhóm mã cây: Một mã cây được tạo ra từ một bộ mã hóa có nhớ, các mã xoắn là tập con của các mã cây. Bộ mã xoắn nhận k ký hiệu nhị phân tại đầu vào và tạo ra n ký hiệu nhị phân tại đầu ra của nó, trong đó n ký hiệu đầu ra phụ thuộc vào



<i><small>m</small></i><small></small><i><small>k</small></i>



ký hiệu đầu vào. Phải đưa bộ nhớ vào vì <i><small>m</small></i><small>0</small>. Tỷ lệ mã được định nghĩa bằng <i>R^k</i>

 . Các giá trị điển hình của <i><small>k</small></i> và <i><small>n</small></i> nằm trong khoảng từ 1 đến 8, các giá trị của m nằm trong khoảng từ 2 đến 60. Giá trị của <i><small>R</small></i> nằm từ từ ¹

<small>4</small> đến

8^{[1]. Giá trị nhỏ của}<i>^R</i>^{chỉ độ dư thừa cao, nó có tác dụng điều khiển lỗi tốt}

nhưng làm giảm lưu lượng tin tức. 1.4.2. Điều chế và giải điều chế

Mục đích của hệ thống viễn thông là truyền bản tin từ một nguồn tin tới nơi nhận tin dưới dạng mà nơi nhận có thể hiểu thơng tin nó nhận được trong điều kiện nguồn tin và nơi nhận tin cách xa nhau. Để làm được điều này, bộ phát phải biến đổi tín hiệu tin thành dạng sao cho phù hợp với mơi trường truyền dẫn. Việc biến

<b>đổi tín hiệu tin này được thực hiện thơng qua q trình điều chế. Điều chế thực </b>

hiện bằng đổi các thơng số của sóng mang theo quy luật của tín hiệu tin. Tại nơi nhận, bộ thu thực hiện khơi phục tín hiệu tin gốc từ tín hiệu sóng mang đã được điều chế sau khi nó đã đi qua kênh truyền với những biến dạng nhất định do kênh truyền và nhiễu gây nên. Việc khôi phục tín hiệu tin gốc được thực hiện nhờ quá

<b>trình được gọi là giải điều chế, đó là q trình thực hiện ngược lại với quá trình </b>

điều chế ở bộ phát. Tuy nhiên, do tín hiệu bộ thu nhận được có chứa nhiễu và những méo dạng nhất định nên bộ thu khơng thể khơi phục chính xác tín hiệu tin gốc được. Chất lượng bản tin được khôi phục phụ thuộc vào kiểu điều chế được sử dụng. Hay nói cách khác, chúng ta nhận thấy rằng một số kiểu điều chế sẽ ít chịu ảnh hưởng của nhiễu và méo dạng hơn các kiểu khác.

Chúng ta có thể phân loại điều chế ra làm ba dạng chính: điều chế tương tự, điều chế xung và điều chế số. Trong điều chế tương tự, một tín hiệu dạng sin được

<b>sử dụng với vai trị là sóng mang. Khi biên độ của sóng mang thay đổi theo quy </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

luật của tín hiệu tin ta có kiểu điều chế biên độ ( M), và khi góc của sóng mang thay đổi theo quy luật của tín hiệu tin ta có kiểu điều chế góc. Điều chế góc có thể phân chia thành 2 kiểu: điều chế tần số (FM) và điều chế pha (PM) trong đó tần số tức thời và pha tức thời của sóng mang tương ứng thay đổi theo quy luật của tín hiệu tin.

Trong điều chế xung, khác với điều chế tương tự, sóng mang được sử dụng là một chuỗi xung chữ nhật tuần hoàn. Điều chế xung được thực hiện bằng cách thay đổi các thông số của chuỗi xung như biên độ, độ rộng, hay vị trí theo quy luật của tín hiệu tin tức. Trong các trường hợp này, ta gọi các kiểu điều chế tương ứng là điều chế biên độ xung, điều chế độ rộng xung, hay điều chế vị trí xung.

Dạng thường được sử dụng và được đưa vào chuẩn của điều chế xung là điều chế xung mã (PCM). Bước đầu tiên của PCM chính là điều chế biên độ xung, tiếp

<i>đến biên độ của các xung đã được điều chế được đưa vào lượng tử óa hay nói đơn </i>

giản hơn chính là làm tròn tới giá trị gần nhất trong một tập các mức biên độ rời rạc được định trước và cuối cùng, biên độ xung đã lượng tử hóa được mã hóa thành một từ mã nhị phân tương ứng. Việc biểu diễn các xung bởi các số nhị phân 0 và 1 rất thuận tiện cho việc truyền dẫn trên kênh. Tuy nhiên, trong q trình lượng tử hóa, một lượng thơng tin trong bản tin gốc đã bị mất đi và do đó bản tin gốc khơng thể được khơi phục lại một các chính xác. Tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng số mức biên độ rời rạc trong tập trên đủ lớn thì méo dạng do quá trình lượng tử hóa gây nên sẽ khơng được nhận biết bởi tai người trong trường hợp của tín hiệu tiếng nói và mắt người trong trường hợp tín hiệu hình ảnh hai chiều. Trong các kiểu điều chế trên thì PCM là phương thức điều chế có được nhiều ưu điểm và thường được sử dụng để truyền dẫn tín hiệu tương tự.

Giống như điều chế tương tự, điều chế số chỉ khác ở chỗ tín hiệu tin đầu vào điều chế là tín hiệu số biễu diễn cho chuỗi bít nhị phân 0 và 1. Sóng mang cũng là tín hiệu dạng sin.

1.4.3. Ngẫu nhiên hóa

Trong các hệ thống viễn thông số liệu trước khi đưa lên điều chế sóng vơ tuyến được ngẫu nhiên hố vì các lý do sau:

 Tăng thêm các chuyển đổi mức ở luồng số để dễ dàng khôi phục lại đồng hồ từ tín hiệu thu. Hay nói cách khác làm cho số liệu trở nên thông suốt hơn, tránh các trường hợp xuất hiện các chuỗi bít 0 hay 1 dài liên tiếp. Điều này hết sức cần thiết để khôi phục số liệu tại đầu thu.

 àm cho phổ của tín hiệu vơ tuyến sau điều chế tập trung đồng đều ở một

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

vùng, tránh tình trạng phổ vạch dẫn đến khố pha nhầm ở đầu thu. Trong một số trường hợp ngẫu nhiên hố các kênh vơ tuyến khác nhau sẽ giảm nhiễu giữa các kênh này khi chúng làm việc ở tần số gần nhau.

Ngẫu nhiên hoá được thực hiện theo hai phương pháp: Ngẫu nhiên hoá đồng bộ (hay ngẫu nhiên hoá khởi động lại) và ngẫu nhiên hố dị bộ (hay cịn gọi là ngẫu nhiên hoá tự đồng bộ).

Nguyên tắc chung của cả hai phương pháp ngẫu nhiên hố nói trên là luồng số cần phát được cộng modul-2 với luồng số cơ số hai giả ngẫu nhiên (PRBS: Pseudo Random Binary Sequence) được tạo ra từ một bộ tạo mã giả ngẫu nhiên. Các bộ tạo mã giả ngẫu nhiên được xây dựng trên cơ sở các đa thức tạo mã có cấu trúc là một chuỗi các flip-flop mắc nối tiếp với nhau hay các thanh ghi dịch.

1.4.4. Mật mã

Mật mã được sử dụng để bảo vệ tính bí mật của thông tin khi thông tin được truyền trên các kênh truyền thông công cộng như điện thoại, mạng máy tính, mạng internet… Giả sử một người muốn gửi cho người B một văn bản <i><small>p</small></i> trên kênh truyền thông công cộng. <i><small>p</small></i> còn được gọi là bản rõ. Để bảo mật lập cho <i><small>p</small></i> một bản mật mã <i><small>c</small></i> hay đơn giản gọi là bản mã, và thay cho việc gửi <i><small>p</small></i>, gửi cho B bản mã <i><small>c</small></i>. B nhận được c và giải mã c để có được văn bản p như định gửi. Để biến

<i><small>p</small></i> thành <i><small>c</small></i> và B biến <i><small>c</small></i> thành <i><small>p</small></i>, và B phải thỏa thuận trước với nhau các thuật toán lập mã và giải mã, và đặc biệt là khóa mật mã chung <i><small>K</small></i> để thực hiện các thuật tốn đó. Người ngồi, khơng biết được các thơng tin đó, đặc biệt là khóa mật mã

<i><small>K</small></i>, thì dù có lấy trộm được <i><small>c</small></i> trên kênh truyền thông công cộng cũng không thể tìm được văn bản <i><small>p</small></i> mà và B trao đổi với nhau. Trong thực tiễn, đã có hoạt động bảo mật thì cũng có hoạt động ngược lại là khám phá bí mật từ các bản mã mật "lấy trộm" được, ta thường gọi hoạt động này là mã thám, hoạt động này quan trọng khơng kém gì hoạt động bảo mật! Vì các thuật tốn lập mật mã hóa và giải mật mã khơng nhất thiết là bí mật, nên mã thám thường được tập trung vào việc tìm khóa mật mã, do đó cũng có người gọi cơng việc đó là phá khóa.

Các hệ mật mã được chia làm 2 loại chính: hệ mật mã khóa đối xứng và hệ mật mã khóa cơng khai. Đối với hệ mật mã khóa đối xứng, cứ mỗi lần truyền tin bảo mật, cả người gửi và người nhận B phải cùng thỏa thuận trước với nhau một khóa chung <i><small>K</small></i>, sau đó người gửi dùng thuật toán <i>E_K</i> để lập bản mã <i><small>C</small></i> cho bản rõ

<i><small>P</small></i> gửi đi, và người nhận dùng thuật toán <i>D_K</i> để giải mã bản mã nhận được. Người gửi và người nhận cùng có một khóa chung <i><small>K</small></i> , được giữ như bí mật riêng của hai người, dùng cả cho lập mật mã và giải mật mã, ta gọi những hệ mật mã với cách sử

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

dụng đó là hệ mật mã khóa đối xứng, đơi khi cũng gọi là hệ mật mã truyền thống, vì đó là cách đã được sử dụng từ hàng ngàn năm nay. Sơ đồ hoạt động của hệ mật mã khóa đối xứng được mơ tả trên Hình 1.10.

<i>Hình 1.10: Sơ đồ oạt động ệ mật mã k óa đối xứng </i>

Tuy nhiên, về nguyên tắc hai hàm lập mã và giải mã là khác nhau, không nhất thiết phải phụ thuộc cùng một khóa. Nếu ta xác định mỗi khóa <i><small>K</small></i> gồm có hai phần



<small>' , '' , </small>



<small>'</small>

<i><small>K</small></i> <small></small> <i><small>KKK</small></i> dành cho việc lập mật mã (và ta có hàm lập mã <i>E_K</i>_' ), <i><small>K</small></i><small>''</small>

dành cho việc giải mã (và có hàm giải mã <i>D_K</i>_''), các hàm lập mã và giải mã thỏa mãn hệ thức <i><small>DK</small></i><small>''</small>



<i><small>EK</small></i><small>'</small>

 

<i><small>x</small></i>



<small></small> <i><small>x</small></i> với mọi <i><small>x</small></i> thuộc tập các bản rõ thì ta được một hệ mật mã khóa bất đối xứng. Như vậy, trong một hệ mật mã khóa bất đối xứng, các khóa lập mã và giải mã (<i><small>K</small></i><small>'</small> và <i><small>K</small></i><small>''</small>) là khác nhau, nhưng tất nhiên có quan hệ với nhau. Trong hai khóa đó, khóa cần phải giữ bí mật là khóa giải mã <i><small>K</small></i><small>''</small>, cịn khóa lập mã <i><small>K</small></i><small>'</small> có thể được cơng bố cơng khai; tuy nhiên điều đó chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi việc biết K' tìm <i><small>K</small></i><small>''</small> là cực kỳ khó khăn đến mức hầu như khơng thể thực hiện được. Một hệ mật mã khóa bất đối xứng có tính chất nói trên, trong đó khóa lập mật mã <i><small>K</small></i><small>'</small> của mỗi người tham gia đều được công bố công khai, được gọi là hệ mật mã khóa cơng khai. Khái niệm mật mã khóa cơng khai mới được ra đời vào giữa những năm 1970, và ngay sau đó đã trở thành một khái niệm trung tâm của khoa học mật mã hiện đại. Hình 1.11 mơ tả q trình hoạt động của hệ mật mã khóa cơng khai.

<i>Hình 1.11: Sơ đồ oạt động ệ mật mã k óa công k ai </i>

<b> 1.5. Dịch vụ viễn thông </b>

Hiện nay cùng với sự phát triển nhanh chóng hạ tầng mạng viễn thông, các dịch vụ viễn thông có chất lượng ngày càng tốt và đáp ứng hầu hết nhu cầu người sử dụng. Một số dịch vụ viễn thơng cơ bản sẽ được trình bày sau đây.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

Dịch vụ điện thoại được cho là dịch vụ vẫn chiếm ưu thế trong nhiều năm nữa. Tiếng nói được truyền bằng tín hiệu điều chế xung mã trong đó tiếng nói được lấy mẫu với tốc độ 8 kHz và mỗi mẫu được mã hóa bởi một tổ hợp 8 bít, dẫn đến tốc độ truyền dẫn 64kb/s. Các phép thử chủ quan về các sút kém trong truyền dẫn các tín hiệu thoại PCM cho thấy rằng các suy giảm chất lượng bắt đầu được nhận thấy khi tỷ lệ lỗi bít vượt quá giá trị vào khoảng 10<small>-6</small>

, vì vậy giá trị này được sử dụng rộng rãi trong các chỉ tiêu chất lượng. Do tín hiệu thoại ít nhạy cảm với jitter nên có thể chịu đựng được jitter khá cao. Các dạng mã hóa tiếng nói khác hiệu quả hơn cũng đã được đề xuất, đặc biệt với các hệ thống có băng tần hạn chế như hệ thống điện thoại di động hay đối với trường hợp chi phí truyền dẫn sẽ lên quá cao nếu không sử dụng cách mã hóa hiệu quả hơn như điều chế xung mã vi sai thích nghi tốc độ 32kb/s.

Truyền số liệu là dịch vụ phát triển nhanh chóng trong hầu hết các mạng thông tin. Ngoài các dịch vụ fax và điện báo truyền chữ truyền thống, các nguồn lưu lượng số liệu có tốc độ tới quãng 64kb/s đang được sinh ra từ q trình hình thành các mạng máy tính cá nhân, các dịch vụ chuyển khoản điện tử tại nơi bán hàng, và thư tín điện tử. Một nguồn lưu lượng 64kb/s khác nữa có tầm quan trọng đối với tồn mạng điện thoại đó là các tuyến báo hiệu giữa các tổng đài số. Số liệu thường được truyền theo các khối và nhiều kỹ thuật sửa lỗi có thể được áp dụng để sửa một số nhỏ lỗi. Các lỗi truyền dẫn hoặc có thể phát hiện được tại máy thu số liệu, chẳng hạn nhờ việc kiểm tra mã dư vòng (CRC: Cyclic Redundancy Code), rồi tự động yêu cầu truyền lại các khối số liệu bị lỗi hoặc có thể sửa lỗi bằng các thuật toán sửa lỗi tiến (FEC : Forward Error Correction) trong đó các bít thêm vào cho phép cả phát hiện lỗi lẫn sửa lỗi. Các yêu cầu chất lượng đối với các mạng truyền số liệu thường liên quan tới một độ đo nào đó về thơng lượng mạng và số giây không bị lỗi đã được chấp nhận như một tham số tiêu chuẩn [4].

Hình thức tối ưu để truyền các tín hiệu truyền hình vẫn đang được tiếp tục xem xét. Mã hóa số đơn giản một tín hiệu ảnh màu động dẫn đến các tốc độ truyền dẫn khá cao (cỡ khoảng 140 Mb/s). Hệ quả là những nỗ lực đã được thực hiện nhằm phát triển các bộ mã hóa hiệu quả về tốc độ, lợi dụng độ dư thừa trong các tín hiệu video. Đối với hệ tiêu chuẩn Châu Âu, tốc độ truyền dẫn tín hiệu truyền hình màu là 34 Mb/s dựa trên bộ mã hóa tốc độ bít suy giảm và tốc độ 45 Mb/s là tiêu chuẩn đối với hệ Mỹ nhờ sử dụng điều chế xung mã vi sai (DPCM) kết hợp với mã sửa lỗi. Tác động của các lỗi trong truyền dẫn hình điển hình hiển nhiên phụ thuộc vào cả kỹ thuật mã được áp dụng lẫn cảm nhận chủ quan của người xem về chất lượng hình ảnh. Tỷ lệ lỗi cho phép nằm trong giải rộng từ khoảng <small>104</small>_đến

</div>