Chương 3: Kỹ thuật mã hóa tín hiệu pptx

BK
TP.HCM
2008
dce
Chương 3

Kỹ

thuật mã hóa tín hiệu
 Dữ

liệu số, tín hiệu số
 Dữ

liệu số, tín hiệu tương tự
 Dữ

liệu tương tự, tín hiệu số
 Dữ

liệu tương tự, tín hiệu tương tự
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
2
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu analog
•

Ba đặc điểm chính của tín hiệu
analog bao gồm

–

Biên độ

(Amplitute)
–

Tần số

(Frequency)
–

Pha (Phase)
•

Biên độ

của tín hiệu analog
–

Đo độ

mạnh của tín hiệu, đơn vị: decibel
(dB) hay volts
–

Biên độ

càng lớn, tín hiệu càng có cường
độ

mạnh
–

Tín hiệu tiếng nói -

từ

“hello”
•

Tiếng nói (speech) là

một tín hiệu rất
phức tạp
•

Tiếng nói chứa hàng ngàn tổ

hợp khác
nhau
của nhiều tín hiệu
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
3
Data Communication and Computer Networks
Tần số

của tín hiệu analog

•

Tốc độ thay đổi của tín hiệu
trong một giây, đơn vị

Hz
hay số

chu kỳ

trong một
giây (cycles per second)
–

T/h 30Hz thay đổi 30 lần trong
một giây
•

Một chu kỳ

là

sự

di chuyển
sóng của tín hiệu từ điểm
nguồn bắt đầu cho đến khi
quay trở

về

lại điểm nguồn
đó.
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
4
Data Communication and Computer Networks
Pha của tín hiệu analog
•

Tốc độ thay đổi quan hệ

của
tín hiệu đối với thời gian,
được mô tả theo độ

(degree)
•

Sự

dịch pha xảy ra khi chu
kỳ

của tín hiệu chưa kết
thúc, và

một chu kỳ

mới của
tín hiệu bắt đầu trước khi
chu kỳ trước đó chưa hoàn
tất
–

Tai người không cảm nhận
được sự

dịch pha
–

T/h mang dữ

liệu bịảnh
hưởng bởi sự

dịch pha
•

Ví

dụ

các mối nối không hoàn
hảo sẽ

gây ra dịch pha
2008
dce

©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
5
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
•

Tín hiệu số

bao gồm chỉ

hai trạng thái, được diễn tả

với hai trạng thái ON hay OFF hoặc là

0 hay 1
•

Tín hiệu số

yêu cầu khả năng băng thông lớn hơn tín
hiệu analog.
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
6
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
•

Các vấn đề

khi sử

dụng kênh thoại (voice channel) trong việc
truyền tín hiệu số
–

Một tín hiệu số

là

một tổ

hợp của các tín hiệu khác. Đặc biệt, tín
hiệu số

có

thể được biểu diễn như sau
Signal = f + f
3

+ f
5

+f
7

+f
9

+f
11

+f
13

f

–

Do đómột tín hiệu số

gồm 1 tần số cơ bản (f), cộng thêm tần số

3f
(hài tần bậc 3), cộng thêm tần số

5f (hài tần bậc 5), …
–

Nếu biên độ

của tần số

f,

f
3

, f
5

, …

là

a,

a
3

, a
5

, …

thì

a

= 3a
3

= 5a
5

…
–

Để

gởi tín hiệu số

qua kênh truyền thoại, băng thông của kênh
truyền phải cho phép tần số cơ bản f, tần số

3f và

tần số 5f đi qua
mà

không ảnh hưởng nhiều đến các tần số

này
–

Đây là

yêu cầu tối thiểu để

bên nhận nhận đúng được tín hiệu số
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
7
Data Communication and Computer Networks
Tín hiệu digital
•

Truyền 1 tín hiệu số

nhị

phân tốc độ

2400bps trên kênh thoại có băng
thông 3.1kHz
–

Tần số cơ bản: 1200Hz (thông thường bằng ½

tốc độ

bit)
–

Chỉ

có

tần số cơ bản đi qua mà

không bị thay đổi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
8
Data Communication and Computer Networks
Dữ

liệu, tín hiệu và

truyền dẫn
•

Analog data/Analog Signal
–

Gởi bình thường hoặc mã hóa vào phần phổ

khác
•

Analog data/Digital Signal
–

Mã hóa dùng bộ codec để

tạo ra chuỗi bit số
•

Digital Data/Analog Signal
–

Được mã hóa dùng modem để

tạo ra t/h tương tự
•

Digital Data/Digital Signal
–

Biểu diễn trực tiếp dữ

liệu hoặc mã hóa để

tạo ra t/h số

có
đặc tính mong muốn
•

Analog Signal/Analog Transmission
–

Lan truyền thông qua các bộ

khuếch đại, xử lý t/h như
nhau bất kể

dữ

liệu là

số

hoặc tương tự
•

Analog Signal/Digital Transmission
–

Giả

sử

t/h biểu diễn dữ

liệu số, lan truyền qua các bộ

repeater
•

Digital Signal/Analog Transmission
–

Không dùng
•

Digital Signal/Digital Transmission
–

T/h là

chuỗi nhị

phân lan truyền qua các bộ

repeater

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

liệu số, tín hiệu số
Analog and digital
transmission
Analog
data
Analog
Analog
Analog
signal

signal
signal
Digital
Digital
Digital
signal
signal
signal
Digital
data
Analog
Analog
Analog
signal
signal
signal
Digital
Digital
signal
signal
•

Tín hiệu số
–

Xung điện áp rời rạc, không liên tục
–

Mỗi xung là

một phần tử

tín hiệu
–

Dữ

liệu nhị phân được mã hóa thành các phần tử

tín hiệu
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
10
Data Communication and Computer Networks
Thuật ngữ
•

Unipolar
–

Tất cả

các phần tử

t/h có

cùng dấu
•

Polar
–

Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng
thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm
•

Tốc độ

dữ

liệu
–

Tốc độ

truyền dẫn dữ

liệu theo bps (bit per second)
•

Độ

rộng (chiều dài 1 bit)
–

Thời gian thiết bị

phát dùng để

truyền 1 bit
•

Tốc độ điều chế

(tốc độ

tín hiệu)
–

Tốc độ

mức t/h thay đổi
–

Đơn vị

là

baud = số

phần tử

t/h trong 1 giây
•

Mark và

Space
–

Tương ứng với 1 và

0 nhị

phân
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
11
Data Communication and Computer Networks
Diễn giải tín hiệu
•

Cần biết
–

Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và

kết thúc)
–

Mức tín hiệu tương ứng với bit 0, 1
•

Yếu tốảnh hưởng đến việc diễn giải t/h
–

Tỉ

số

SNR: càng lớn thì

BER càng giảm
–

Tốc độ

dữ

liệu (bps): càng tăng thì

BER càng tăng
–

Băng thông: càng lớn thì

tốc độ

dữ

liệu càng tăng
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
12
Data Communication and Computer Networks
Nonreturn to Zero (NRZ)
•

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
–

2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0
–

Điện áp không thay đổi trong thời khoảng bit
•

Không có

transition (no return to 0V level)
–

Bit 0 –

không có điện áp; bit 1 – điện áp dương
–

Thông thường, điện áp âm dùng cho bit 0 và điện áp dương dùng cho bit 1
•

Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
–

NRZI cho các bit 1
–

Xung điện áp hằng số

suốt thời khoảng bit
–

Dữ

liệu được mã căn cứ

vào việc có

hay không sự thay đổi t/h ở đầu thời khoảng bit
–

Thay đổi t/h (L→H hoặc H→L) mã hóa nhị

phân 1
–

Không có thay đổi t/h mã hóa nhị

phân 0
–

Một ví

dụ

cho mã hóa sai phân (differential encoding)
2008
dce

©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
13
Data Communication and Computer Networks
Nonreturn to Zero (NRZ)
•

Mã hóa sai phân
–

Dữ

liệu được biểu diễn bằng sự thay đổi mức t/h

(thay vì

bằng mức t/h
)
–

Nhận biết sự thay đổi dễ

dàng hơn so với nhận biết mức
–

Trong các hệ

thống truyền dẫn phức tạp, cảm giác cực
tính dễ

dàng bị

mất
•

Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ
–

Ưu
•

Dễ

dàng nắm bắt
•

Băng thông dùng hiệu quả
–

Nhược
•

Có

thành phần một chiều
•

Thiếu khả năng đồng bộ
–

Dùng trong việc ghi băng từ, USB

–

Ít dùng trong việc truyền t/h
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
14
Data Communication and Computer Networks
Multilevel Binary
•

Dùng nhiều hơn 2 mức tín hiệu
•

Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion)
–

0 được biểu diễn bằng không có t/h
–

1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm
–

Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ
–

Không mất đồng bộ

khi dữ

liệu là

một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị

vấn đề
đồng bộ)
–

Không có

thành phần một chiều
–

Băng thông thấp
–

Phát hiện lỗi dễ

dàng
•

Pseudoternary
–

1 được biểu diễn bằng không có t/h
–

0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ

nhau

–

Không có ưu điểm và nhược điểm so với bipolar-AMI
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
15
Data Communication and Computer Networks
Multilevel Binary
•

Trade Off
–

Không hiệu quả

bằng NRZ
–

Mỗi phần tử

t/h chỉ

biểu diễn 1 bit
•

Hệ

thống 3 mức có

thể

biểu diễn log
2

3 = 1.58 bit
–

Bộ

thu phải có

khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0)
–

Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác
suất bit lỗi của binary code
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
16
Data Communication and Computer Networks
Biphase: Manchester
•

Manchester
–

Thay đổi ở

giữa thời khoảng bit
–

Thay đổi được dùng như t/h đồng bộ

(clock) và

dữ

liệu
–

LH biểu diễn 1
–

HL biểu diễn 0
–

Dùng trong IEEE 802.3 (ethernet)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
17
Data Communication and Computer Networks
Biphase: Differential Manchester
•

Differential Manchester
–

Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ

dùng cho đồng bộ
–

Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0
–

Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1
–

Dùng trong IEEE 802.5 (token ring)
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
18
Data Communication and Computer Networks
Biphase
•

Ưu và nhược điểm
–

Nhược
•

Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và

có

thể

có

2
•

Tốc độ điều chế

tối đa bằng 2 lần NRZ
•

Cần băng thông rộng hơn
–

Ưu
•

Đồng bộ

dựa vào sự thay đổi ở

giữa
thời khoảng bit (self clocking)
•

Không có

thành phần một chiều
•

Phát hiện lỗi
–

Khi thiếu sự thay đổi mong đợi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
19
Data Communication and Computer Networks
Bài tập
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
20
Data Communication and Computer Networks
Scrambling
•

Dùng kỹ

thuật scrambling để

thay thế

các chuỗi tạo
ra hằng số điện áp
•

Chuỗi thay thế

–

Phải tạo ra đủ

sự thay đổi t/h, dùng cho việc đồng bộ

hóa
–

Phải được nhận diện bởi bộ

thu và

thay thế

trở

lại chuỗi
ban đầu
–

Cùng độ

dài như chuỗi ban đầu
•

Không có

thành phần một chiều
•

Không tạo ra chuỗi dài các t/h mức 0
•

Không giảm tốc độ

dữ

liệu
•

Có

khả năng phát hiện lỗi
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
21
Data Communication and Computer Networks
B8ZS và

HDB3
•

B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution)
–

Dựa trên bipolar-AMI
–

Nếu có

8 số

0 và xung điện áp cuối cùng trước đólà


dương, mã thành 000+–0–+
–

Nếu có

8 số

0 và xung điện áp cuối cùng trước đólàâm,


mã thành 000–+0+–
–

Gây ra 2 vi phạm mã AMI
–

Có

thể

lầm lẫn với tác động gây ra bởi nhiễu
–

Bộ

thu phát hiện và

diễn giải chúng như 8 số

0
•

HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
–

Dựa trên bipolar-AMI
–

Chuỗi 4 số 0 được thay thế

bằng chuỗi có

1 hoặc 2 xung
theo quy tắc:
•

Nếu số

bit 1 kể

từ

lần thay thế

cuối cùng là

lẻ: “

0000”

-> “000V”
•

Nếu số

bit 1 kể

từ

lần thay thế

cuối cùng là

chẵn: “

0000”

-> “B00V”
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
22
Data Communication and Computer Networks

B8ZS và

HDB3
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
23
Data Communication and Computer Networks
Bài tập
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
25
Data Communication and Computer Networks
Dữ

liệu số, tín hiệu tương tự
•

Ứng dụng
–

Dùng để

truyền dữ

liệu số

trên
mạng điện thoại công cộng

•

300Hz  3400Hz
•

Thiết bị
–

MODEM (MOdulator-DEMulator)
•

Kỹ

thuật
–

Điều biên: Amplitude-Shift Keying
(ASK)
–

Điều tần: Frequency-Shift Keying
(FSK)
–

Điều pha: Phase-Shift Keying
(PSK)
Digital 

Analog
FSK PSKASK

QAM
Analog and digital
transmission
Analog
data
Analog
Analog
Analog
signal
signal
signal
Digital
Digital
Digital
signal
signal
signal
Digital
data
Analog
Analog
signal
signal
Digital
Digital
Digital
signal
signal
signal
2008

dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
26
Data Communication and Computer Networks
Điều biên (ASK)
•

Dùng 2 biên độ

khác nhau của sóng mang để

biểu
diễn 0 và 1 (thông thường một biên độ

bằng 0)
•

Sử

dụng một tần số

sóng mang duy nhất
•

Phương pháp này chỉ

phù

hợp trong truyền số

liệu
tốc độ

thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại)
•

Tần số

của tín hiệu mang được dùng phụ

thuộc vào
chuẩn giao tiếp đang được sử

dụng
•

Kỹ

thuật được dùng trong cáp quang
–

LED: sáng, không sáng
–

ILD: 2 mức sáng khác nhau






00
1)2cos(
)(
binary
binarytfA
ts
cc
