Bài giảng truyền dẫn số

Bài giảng Truyền dẫn số

Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. I
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................. VI
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ................... 2
1.1 Đặc điểm của thông tin số .................................................................................. 2
1.2. Các thành phần của hệ thống truyền thông số .................................................... 3
1.3 Các kênh truyền và đặc tính ............................................................................... 5
1.4. Các mô hình kênh truyền dẫn ............................................................................ 8
1.5 Tham số đánh giá chất lượng của hệ thống truyền dẫn số ........................... 10
1.6 Quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số................................................ 11
Câu hỏi và bài tập chương 1 .................................................................................... 13
CHƯƠNG 2: MÃ HÓA NGUỒN ............................................................................ 13
2.1 Mô hình toán học cho nguồn thông tin ............................................................. 13
2.2 Độ đo thông tin ................................................................................................ 14
2.2.1 Lượng tin tương hỗ trung bình và Entropy ................................................ 15
2.2.2 Đo thông tin cho biến ngẫu nhiên liên tục ................................................. 15
2.3 Mã hóa cho nguồn rời rạc................................................................................. 16
2.3.1 Mã hóa nguồn rời rạc không nhớ ............................................................... 16
2.3.2 Entropy của nguồn dừng rời rạc ................................................................ 19
2.3.3
2.4

Thuật toán Lempel-Ziv ........................................................................ 20

Mã hóa cho nguồn tương tự - lượng tử hóa tối ưu .................................... 21

2.4.1

Hàm tốc độ - méo ................................................................................ 21

2.4.2

Kỹ thuật lượng tử hóa .......................................................................... 22

2.5 Kỹ thuật mã hóa cho nguồn tương tự. .............................................................. 24
2.5.1 Mã hóa dạng sóng thời gian: ..................................................................... 25

i


Bài giảng Truyền dẫn số

Mục lục

2.5.1.1 Phương pháp điều chế xung mã PCM ................................................... 25
2.5.1.2 Điều xung mã vi sai DPCM .................................................................. 31
2.5.1.3 Điều chế Delta (DM) ............................................................................ 33
2.5.1.4 Điều chế xung mã vi sai thích ứng (ADPCM)......................................... 34
2.5.2

Bộ mã hóa dạng sóng trong miền tần số ............................................. 34

2.5.3 Mã hóa nguồn dựa trên mô hình phát âm ............................................. 34
Câu hỏi và bài tập chương 2 ................................................................................ 37
CHƯƠNG 3: MÃ HÓA KÊNH ............................................................................... 37
3.1. Phát hiện lỗi và sửa lỗi .................................................................................... 37

3.1.1. Phát hiện lỗi ............................................................................................. 38
3.1.2. Kiểm tra chẵn lẻ 2 chiều ........................................................................... 41
3.1.3. Các mã đa thức......................................................................................... 42
3.1.4. Sửa lỗi ...................................................................................................... 46
3.1.5. Ghép xen .................................................................................................. 46
3.1.6. Các vector mã và khoảng cách Hamming ................................................. 47
3.1.7. Hệ thống FEC .......................................................................................... 48
3.1.8. Hệ thống ARQ ......................................................................................... 51
3.2. Các mã khối tuyến tính ................................................................................... 55
3.2.1. Các mã khối tuyến tính hệ thống .............................................................. 58
3.2.2. Ma trận kiểm tra chẵn lẻ ........................................................................... 59
3.2.3. Kiểm tra Syndrome .................................................................................. 60
3.3. Các mã chập.................................................................................................... 62
3.3.1

Tạo mã chập........................................................................................... 62

3.3.2. Biểu diễn mã chập .................................................................................... 65
3.3.2.1. Sơ đồ hình cây..................................................................................... 65
3.3.2.2. Sơ đồ trạng thái ................................................................................... 66
3.3.2.3. Sơ đồ hình lưới .................................................................................... 67
3.3.3. Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi .................................................. 67
3.4. Các mã kết nối và giải mã lặp ......................................................................... 69

ii


Bài giảng Truyền dẫn số

Mục lục

3.4.1. Bộ mã hóa Turbo...................................................................................... 70
3.4.1.1. Tổng quan ........................................................................................... 70
Mã chập hệ thống và phi hệ thống.................................................................... 70
Mã chập hệ thống đệ quy .................................................................................. 70
3.4.1.2. Ghép xen Turbo .................................................................................. 72
Ghép xen giả ngẫu nhiên .................................................................................. 73
Ghép xen ngẫu nhiên - S .................................................................................. 73
Ghép xen ngẫu nhiên - S đối xứng ................................................................... 74
3.4.2. Giải mã Turbo .......................................................................................... 74
3.4.2.1. Giới thiệu ............................................................................................ 74
3.4.2.2. Kiến trúc bộ giải mã ............................................................................ 75
3.4.2.3. Giải mã lặp và bộ giải mã SISO .......................................................... 75
3.5.2. Đồ hình Tanner ........................................................................................ 79
3.5.3. Mã hóa ..................................................................................................... 81
3.5.3.1. Mã hóa sử dụng ma trận sinh G ........................................................... 81
3.5.3.2. Mã hóa sử dụng ma trận chẵn lẻ H ...................................................... 83
3.5.4. Giải mã .................................................................................................... 86
3.5.4.1. Thuật toán giải mã tổng tích trên miền xác suất SPA ........................... 88
Câu hỏi và bài tập chương 3 ................................................................................... 91
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH SỐ ......................................................... 94
4.1. Tổng quan về kỹ thuật ghép kênh .................................................................... 94
4.1.1. Khái niệm về ghép kênh ........................................................................... 94
4.1.2. Các kỹ thuật ghép kênh ............................................................................ 95
4. 2. Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống truyền dẫn số ......................... 104
4.2.1. Kỹ thuật ghép kênh TDM-PCM ............................................................. 104
4.2.2. Kỹ thuật ghép kênh PDH ........................................................................ 105
4.2.3. Kỹ thuật ghép kênh SDH ........................................................................ 106
Câu hỏi và bài tập chương 4 ................................................................................. 110
CHƯƠNG 5: MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN .................................................................. 110

iii


Bài giảng Truyền dẫn số

Mục lục

5.1. Tổng quan về mã đường truyền ..................................................................... 110
5.2. Các loại mã truyền đường truyền .................................................................. 115
5.2.1 Mã AMI .................................................................................................. 115
5.2.2. Mã CMI (Coded Mark Inversion) ........................................................... 116
5.2.3. Mã HDBn............................................................................................... 117
5.2.4. Mã BnZS (Binary N-Zero Substitution).................................................. 118
Câu hỏi và bài tập chương 5 ................................................................................. 120
CHƯƠNG 6: ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ SỐ ............................................ 121
6.1. Tổng quan về điều chế số ........................................................................... 121
6.2. Các phương thức điều chế - giải điều chế ...................................................... 122
6.2.1. Điều chế khóa dịch biên độ (ASK) ......................................................... 123
6.2.2. Điều chế khóa dịch pha (PSK)................................................................ 125
6.2.2.1 Điều chế BPSK .................................................................................. 125
6.2.2.2. Khóa dịch pha vi phân (DPSK) ......................................................... 128
6.2.2.3. Khóa dịch pha cầu phương (QPSK) và Khóa dịch pha M-ary (MPSK)
...................................................................................................................... 128
6.2.3. Điều chế khóa dịch tần (FSK) ................................................................ 129
6.2.4. Điều biên cầu phương (QAM) ................................................................ 130
6.3. Đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật điều chế ............................................... 132
6.3.1. Điều chế ASK ........................................................................................ 132
6.3.2. Điều chế PSK ......................................................................................... 133
6.3.3. Điều chế FSK ......................................................................................... 134

6.3.4. Điều chế QAM ....................................................................................... 135
Câu hỏi và bài tập chương 6 ................................................................................. 136
CHƯƠNG 7: ĐỒNG BỘ ....................................................................................... 138
7.1. Đồng bộ trong truyền dẫn số ....................................................................... 138
7.2. Đồng bộ phía thu........................................................................................... 139
7.2.1. Mạch vòng khóa pha .............................................................................. 139
7.2.2.1. Đồng bộ ký hiệu vòng hở .................................................................. 142
iv


Bài giảng Truyền dẫn số

Mục lục

7.2.2.2. Đồng bộ ký hiệu vòng kín ................................................................. 144
7.2.3. Đồng bộ khung ....................................................................................... 146
7.3. Đồng bộ mạng............................................................................................... 148
7.3.1. Đồng bộ phía phát vòng hở .................................................................... 150
7.3.2. Đồng bộ phía phát vòng kín ................................................................... 153
Câu hỏi và bài tập chương 7 ................................................................................. 155
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 156

v


Bài giảng Truyền dẫn số

Các thuật ngữ viết tắt

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A/D

Analog/Digital

Chuyển đổi tương tự /số

AAL

ATM Adaptation Layer

Lớp thích ứng ATM

ADM

Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép xen/rẽ

ADMo
ADPCM

Adaptive Delta Modulation
Adaptive Differential PCM

Điều chế Delta thích ứng
Điều chế xung mã vi sai thích ứng

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng

AM
ATC
ATM

Amplitude Modulation
Adaptive Transform Coding
Asynchronous Transfer Mode

Điều biên
Mã hóa chuyển đổi thích nghi
Phương thức truyền tải không đồng
bộ

AUG

Administrative Unit Group

Nhóm khối quản lý

AU-n
AWGN

Administrative Unit-n
Additive White Gaussian Noise

Khối quản lý mức n
Kênh nhiễu trắng cộng

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi Bit

BIP-n

Bit Interleaved Parity-n

Từ mã kiểm tra chẵn lẻ n bit xen bit

B-ISDN

Mạng số liên kết đa dịch vụ băng
rộng

BPSK

Broadband Integrated Services
Digital Network
Binary Phase Shift Keying

BSC

Binary Symmetric Channel

Kênh nhị phân đối xứng

CDF

Cumulative Distribution Function

Hàm phân bố tích lũy

CDM

Code Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo mã

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CMI

Code Mark Inversion

Mã đảo dấu

CPU

Central Processing Unit

Khối xử lý trung tâm

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra chu kỳ thặng dư

D/A
DCT

Digital / Analog
Discrete Cosine Transform

Chuyển đổi số/tương tự
Biến đổi Cosin rời rạc

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Fourier rời rạc

DM
DMS
DMUX

Delta Modulation
Discrete Memoryless Source
Demultiplexer

Điều chế Delta
Nguồn không nhớ rời rạc
Bộ tách kênh

DPCM

Differential Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã vi sai

Điều chế khóa dịch pha nhị phân

vi


Bài giảng Truyền dẫn số

Các thuật ngữ viết tắt

DSL

Digital Subcriber Line

Đường dây thuê bao số

DSLAM

Digital Subscriber Line Access
Multiplexer

Bộ tập trung đường dây thuê bao số

DSP

Digital Signal Processing

Xử lý tín hiệu số

DWDM

Dense WDM

Ghép kênh theo bước sóng mật độ
cao

DWT

Descrete Wavelet Transform

Biến đổi Wavelet rời rạc

DXC

Digital cross- Connect

Nối chéo số

E/O

Electrical- to- Optical

Chuyển đổi điện - quang

FDDI

Fiber Distributed Data Interface

Giao diện dữ liệu phân phối sợi quang

FDM

Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

FFT

Fast Fourier Transfrom

Biến đổi Fourier nhanh

HCCC

Hybrid Concatenated Convolutional Kết nối hỗn hợp các bộ mã tích chập
Code

HDB-3

High Density Bipoler -3 zero

Mã hai cực mật độ cao- tối đa có 3 bit
0 liên tiếp

HDLC

High-level Data Link Control
Protocol

Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu
mức cao

HEC

Header Error Control

Kiểm tra lỗi tiêu đề

IP
ISI

Internet Protocol
Intersymbol Interference

Giao thức Internet
Nhiễu xen ký hiệu

ISO

International Organization for
Standardization

Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế

ITU

International Telecommunication
Union

Liên minh Viễn thông Quốc tế

KLT

Karhunen – Loeve Transform

Chuyển đổi Karhunen – Loeve

LAPS

Link Access Procedure -SDH

Thủ tục truy nhập tuyến SDH

LCP
LLR

Link Control Protocol
Log Likelihood Ratio

Giao thức điều khiển liên kết
Tỉ số xác suất log

LOS

Line Of Sight

Tầm nhìn thẳng

LPC

Linear Predictive Coder

Mã hóa dự đoán tuyến tính

LTI

Linear Time Invariant

Hệ thống tuyến tính bất biến theo thời

vii


Bài giảng Truyền dẫn số

Các thuật ngữ viết tắt

gian
LZW

Lempel Ziv-Wench Transform

Chuyển đổi Lempel Ziv-Wench

MAC
MSED

Media Access Control
Minimun Squared Euclidean
Distance

Điều khiển truy nhập phương tiện
Khoảng cách Euclidean bình phương
tối thiểu

MSOH

Multiplex Section OverHead

Mào đầu đoạn ghép

MTU

Maximum Transmission Unit

Khối truyền dẫn cực đại

MUX

Multiplexer

Bộ ghép

NG-SDH

NRZ

Next- Generation SDH
Non-Return-to-Zero

SDH thế hệ tiếp theo
Không trở về không

O/E

Optical -to- Electrical

Chuyển đổi quang thành điện

OA&M

Operation, Administration and
Maintenance

Vận hành, quản lý và bảo dưỡng

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép phân chia theo tần số trực giao

OLTM

Optical Line Terminal Multiplexer

Bộ ghép đầu cuối quang

PAM
PCCC

Pulse Amplitude Modulation
Parallel Concatenated

Điều biên xung
Kết nối song song các mã tích chập

Convolutional Code
PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã

PDF

Probability Density Funtion

Hàm mật độ xác suất

PDH

Plesiochronous Digital Hierachy

Phân cấp số cận đồng bộ

PDS

Power Density Spectral

Mật độ phổ công suất

PDU

Protocol Data Unit

Khối dữ liệu giao thức

pFCS

Payload Frame Check Sequence

Dãy kiểm tra khung tải trọng

PFI

Payload FCS Indicator

Bộ chỉ thị dãy kiểm tra khung tải
trọng

PLD

PayLoad

Tải trọng

PLI

Payload Length Indicator

Bộ chỉ thị chiều dài tải trọng

PLL

Phase - Locked Loop

Vòng khoá pha

PO
PON

Primary Out
Passive Optical Networks

Đầu ra sơ cấp
Mạng quang thụ động

POS

Packet Over SDH

Gói trên SDH

PPP

Point-to-Point Protocol

Giao thức điểm - điểm
viii


Bài giảng Truyền dẫn số

Các thuật ngữ viết tắt

PSK

Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha

PTI

Payload Type Identifier

Nhận dạng kiểu tải trọng

PTR
QAM

Pointer
Quadrature Amplitude Modulation

Con trỏ
Điều chế biên độ cầu phương

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha cầu phương

RCR CLK
RCT

Receiver Recovery Clock
Reversible Color Transform

Đồng hồ khôi phục từ tín hiệu thu
Chuyển đổi màu thuận nghịch

RLC/ RLE

Run Length Coding/ Encoding

Mã hóa/giải mã độ dài chạy

RSC

Recursive Systematic

Mã chập hệ thống đệ quy

Convolutional Code
RSOH

Regenerator Section OverHead

Mào đầu đoạn lặp

SA
SBC
SCCC

Source Address
Subband Coding
Serial Concatenated

Địa chỉ nguồn
Mã hóa băng con
Kết nối nối tiếp các mã chập

Convolutional Code - SCCC
SD
SDH

Starting Delimiter
Synchronous Digital Hierarchy

Bộ giới hạn đầu khung
Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SOVA

Soft Output Viterbi Algorithm

Viterbi ngõ ra mềm

SPM

Self phase Modulation

Hiệu ứng tự điều chế dịch pha

SSED

Sum of Squared Euclidean Distance Tổng bình phương khoảng cách
Euclidean

STM-N

Môđun truyền dẫn đồng bộ mức N

TCM

Synchronous Transmistion
Module -N
Trellis Coded Modulation

TDM

Time-Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức lược đồ dữ liệu người sử
dụng

VC

Virtual Container

Contenơ ảo

VCG

Virtual Concatenation Group

Nhóm kết chuỗi ảo

VCO

Voltage Controlled Oscillator

Bộ tạo dao động điều khiển bằng điện

Điều chế mã lưới

ix


Bài giảng Truyền dẫn số

Các thuật ngữ viết tắt

áp
VDSL

Very High Speed Digital Subscriber
Đường thuê bao số tốc độ rất cao
Line

VLC

Variable Length Code

Mã hóa độ dài thay đổi

VPI/VCI

Virtual Path Identifier/ Virtual
Channel Identifier

Bộ nhận dạng đường ảo/Bộ nhận
dạng kênh ảo

WDM

Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

x


Bài giảng Truyền dẫn số

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Các hệ thống thông tin số hiện đang phát triển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và
đã thay thế hầu hết các hệ thống thông tin tương tự. Ở nước ta, có thể nói rằng hiện
nay gần như tất cả các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn đều đã được số hoá. Việc
nghiên cứu về các hệ thống thông tin số nói chung và các hệ thống truyền dẫn số nói
riêng vì thế đã trở thành một nội dung cơ bản của chương trình đào tạo Kỹ sư ngành
Điện tử - Truyền thông.
Tài liệu giảng dạy này được biên soạn theo đề cương môn học "Truyền dẫn số"

trong chương trình đào tạo Đại học ngành Điện tử - Truyền thông của Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông nhằm trình bày những vấn đề cơ bản nhất về một hệ thống
truyền dẫn số cùng với các kỹ thuật liên quan. Bài giảng được tổ chức thành 7 chương
cụ thể như sau:
Những vấn đề chung về các hệ thống truyền dẫn số được trình bày một cách
khái quát trong chương một, xoay quanh sơ đồ khối chức năng tổng quát tiêu biểu của
các hệ thống truyền dẫn số. Mô hình kênh truyền cũng được giới thiệu trong chương
này.
Chương hai trình bày các phương pháp mã hoá nguồn cơ bản trong các hệ
thống truyền dẫn số, trong đó đi sâu vào một số phương pháp mã hoá dạng sóng tiêu
biểu như điều chế xung mã (PCM), điều chế xung mã vi sai (DPCM) và điều chế xung
mã vi sai tự thích nghi (ADPCM). Phương pháp mã hoá nguồn dựa trên mô hình cũng
được giới thiệu một cách khái quát trong chương hai.
Chương ba trình bày về những kỹ thuật điều khiển lỗi để cải thiện tỷ lệ lỗi trong
các ứng dụng yêu cầu cao mà tỷ lệ lỗi vốn có của các kênh truyền dẫn số là không
được như mong muốn. Các loại mã khối tuyến tính, mã chập và mã Turbo cũng được
giới thiệu trong chương ba.
Những vấn đề liên quan đến ghép kênh trong hệ thống tuyền dẫn số được trình
bày trong chương bốn, bao gồm ghép kênh sơ cấp, phân cấp tốc độ số cận đồng bộ
PDH và giới thiệu sơ bộ về phân cấp tốc độ số đồng bộ SDH.
Chương năm phân tích vấn đề biểu diễn tín hiệu số phù hợp để truyền qua kênh
thông tin. Các bít nhị phân 0 và 1 có thể được biểu diễn nhiều dạng khác nhau gọi là
mã đường truyền. Các mã loại mã AMI, CMI, HDBn, BnZS được trình bày kỹ trong
chương.
Chương sáu của bài giảng được dành để mô tả các kỹ thuật điều chế số, bao
gồm: Điều chế khóa dịch biên độ (ASK), điều chế khóa dịch pha (PSK), điều chế khóa
dịch tần (FSK), điều biên cầu phương (QAM).
Vấn đề đồng bộ trong các hệ thống truyền dẫn số được đề cập đến trong chương
bảy.
Sau mỗi chương có các bài tập hoặc câu hỏi để sinh viên tự kiểm tra và đánh

giá kiến thức của mình.
1


Bài giảng Truyền dẫn số

Lời nói đầu

Tuy nhiên, do đây là lần biên soạn đầu tiên nên bài giảng không tránh khỏi
thiếu sót về nội dung và hình thức.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các bạn đọc để
hoàn thiện hơn bài giảng này.
Các ý kiến góp ý qua e-mail xin được gửi về: ,
; .
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Nhóm tác giả biên soạn

2


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ
Chương một trình bày các nguyên lý cơ bản làm nền tảng cho việc phân tích và thiết
kế của các hệ thống truyền thông kỹ thuật số. Các nội dung của truyền thông kỹ thuật
số liên quan đến việc truyền thông tin dưới dạng số từ một nguồn thông tin tới một
hoặc nhiều đích đến. Đặc biệt quan trọng trong phân tích và thiết kế của hệ thống
truyền thông là những đặc tính của các kênh vật lý thông qua đó thông tin được truyền

đi. Các đặc điểm của các kênh nói chung ảnh hưởng đến thiết kế của các khối chức
năng cơ bản của hệ thống truyền thông.
1.1 Đặc điểm của thông tin số
Các hệ thống thông tin được sử dụng để truyền đưa tin tức từ nơi này đến nơi
khác. Tin tức được truyền đưa từ nguồn tin tới nơi nhận tin dưới dạng các bản tin. Các
bản tin được tạo ra từ nguồn có thể ở dạng liên tục hay rời rạc, tương ứng chúng ta có
các nguồn tin liên tục hay rời rạc. Đối với nguồn tin liên tục, tập các bản tin là một tập
vô hạn, còn đối với nguồn tin rời rạc tập các bản tin có thể có là một tập hữu hạn. Biểu
diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. Có rất nhiều loại tín hiệu khác nhau
tùy theo đại lượng vật lý được sử dụng để biểu diễn tín hiệu, thí dụ như cường độ dòng
điện, điện áp, cường độ ánh sáng... Tuỳ theo dạng của các tín hiệu được sử dụng để
truyền tải tin tức trong các hệ thống truyền tin là các tín hiệu tương tự hay tín hiệu số,
tương ứng sẽ có các hệ thống thông tin tương tự hay hệ thống thông tin số. Đặc điểm
căn bản của một tín hiệu tương tự là tín hiệu có thể nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục
một dải nào đó. Thêm vào đó, thời gian tồn tại của các tín hiệu tương tự là một giá trị
không xác định cụ thể, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của bản tin do nguồn tin sinh ra.
Tín hiệu tương tự có thể là tín hiệu liên tục hay rời rạc tùy theo tín hiệu là một hàm
liên tục hay rời rạc của biến thời gian. Tín hiệu điện thoại ở lối ra của một micro là
một thí dụ tiêu biểu về tín hiệu tương tự liên tục, trong khi đó tín hiệu điều biên xung
PAM của chính tín hiệu lối ra micro nói trên là một tín hiệu tương tự rời rạc. Trong
trường hợp nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin thì các bản tin này có thể
đánh số được và do vậy thay vì truyền đi các bản tin ta chỉ cần chuyển đi các ký hiệu
(symbol) là các con số tương ứng với các bản tin đó. Tín hiệu khi đó chỉ biểu diễn các
con số (các ký hiệu) và được gọi là tín hiệu số.
Đặc trưng cơ bản của tín hiệu số là:
a) Tín hiệu số chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị;
b) Tín hiệu số có thời gian tồn tại xác định, thường là một hằng số ký hiệu là TS
(viết tắt của Symbol Time-interval: Thời gian của một ký hiệu).
Tín hiệu số có thể nhận M giá trị khác nhau. Trong trường hợp M=2, chúng ta
có hệ thống thông tin số nhị phân còn trong trường hợp tổng quát chúng ta có hệ thống

M mức. So với các hệ thống thông tin tương tự, các hệ thống thông tin số có một số ưu
điểm cơ bản sau: Thứ nhất, do có khả năng tái tạo tín hiệu theo ngưỡng, sau từng cự ly
2


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

nhất định nên tạp âm tích lũy có thể loại trừ được, tức là các tín hiệu số “khoẻ” hơn đối
với tạp âm so với tín hiệu tương tự ; Thứ hai, do sử dụng tín hiệu số, tương thích với
các hệ thống điều khiển và xử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác, vận hành và bảo
dưỡng hệ thống một cách tự động ; thứ ba, tín hiệu số có thể sử dụng được để truyền
đưa khá dễ dàng mọi loại bản tin, rời rạc hay liên tục, tạo tiền đề cho việc hợp nhất các
mạng thông tin truyền đưa các loại dịch vụ thoại hay số liệu thành một mạng duy nhất.
Nhược điểm của các hệ thống thông tin số so với các hệ thống thông tin tương
tự trước đây là phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục tương đối lớn
hơn so với phổ của tín hiệu tương tự. Trong tương lai khi các kỹ thuật số hoá tín hiệu
liên tục tiên tiến hơn được áp dụng, thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh được với phổ
của tín hiệu liên tục.
1.2. Các thành phần của hệ thống truyền thông số
Đặc trưng cơ bản của hệ thống thông tin số là: Các tín hiệu được truyền đưa và
xử lý bởi hệ thống là các tín hiệu số, nhận các giá trị từ một tập hữu hạn các phần tử,
thường được gọi là bảng chữ cái (alphabet). Các phần tử tín hiệu này có độ dài hữu
hạn xác định TS và trong các hệ thống thông tin số hiện nay, nói chung độ dài TS là như
nhau đối với mọi phần tử tín hiệu. Trong thực tế có rất nhiều loại hệ thống thông tin số
khác nhau, phân biệt theo tần số công tác, môi trường truyền dẫn... Tùy theo loại hệ
thống thông tin số thực tế, hàng loạt chức năng xử lý tín hiệu số khác nhau có thể được
sử dụng nhằm thực hiện việc truyền đưa các tín hiệu số một cách hiệu quả về phương
diện băng tần chiếm cũng như công suất tín hiệu. Các chức năng xử lý tín hiệu như thế

được mô tả bởi các khối trong sơ đồ khối của hệ thống. Mỗi một khối mô tả một thuật
toán xử lý tín hiệu. Sơ đồ khối tiêu biểu của một hệ thống thông tin số được mô tả trên
hình 1.1, trong đó thể hiện tất cả các chức năng xử lý tín hiệu cần thiết của các hệ
thống thông tin số hiện nay.

3


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Hình 1.1: Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống truyền thông số
Trong đó, nguồn tin là nơi tạo ra các bản tin chứa đựng những thông tin cần
phát đi, các bản tin này có thể là các ký hiệu mã… Đầu ra của nguồn tin là chuỗi các
ký hiệu được biến đổi từ bảng chữ cái nào đó, thông thường là các ký hiệu nhị phân.
Đầu ra của nguồn tin có nhiều thông tin dư thừa nên bộ mã nguồn được thiết kế
để chuỗi đầu ra của nguồn tin trở thành chuỗi các chữ số nhị phân có độ dư thừa ít
nhất. Nếu bộ mã nguồn tạo ra rb bit/giây thì rb được gọi là tốc độ dữ liệu.
Kênh truyền là nguyên nhân chủ yếu gây ra lỗi cho tín hiệu thu, nên bộ mã kênh
thực hiện thêm các bit kiểm tra vào chuỗi thông tin để thực hiện chức năng phát hiện
lỗi hoặc sửa lỗi. Bộ mã kênh nhằm giảm tối thiểu các lỗi xuất hiện trên đường truyền.
Nó ấn định bản tin k chữ số đầu vào thành bản tin mới n chữ số đầu ra dài hơn gọi là từ
k
n

mã. Mỗi bộ mã được mô tả bằng tỷ số R   1 được gọi là tốc độ mã. Như vậy, bộ mã
kênh làm tăng tốc độ truyền dữ liệu và làm tăng độ rộng băng tần trên kênh.
Điều chế nói chung là biến đổi các đặc tính của một tín hiệu theo một tín hiệu
khác. Trong hệ thống thông tin, tín hiệu bị biến đổi gọi là sóng mang và tín hiệu gây ra

sự biến đổi đó gọi là tín hiệu mang tin. Có thể định nghĩa điều chế là sự biến đổi các
thông số của sóng mang theo tín hiệu mang tin. Mục đích chính của điều chế là gắn tín
hiệu mang tin (thường là băng gốc baseband) vào tín hiệu sóng mang có phổ thích hợp
hơn, tạo thành tín hiệu thông dải (bandpass signal).
Kênh là phương tiện được sử dụng để truyền tải tin. Ví dụ: Kênh hữu tuyến,
kênh vô tuyến, kênh sợi quang... Hai ảnh hưởng quan trọng nhất của kênh là nhiễu và

4


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

độ rộng băng tần. Ngoài ra, trong kênh thông tin di động còn bị hạn chế bởi truyền lan
đa đường, trong cáp sợi quang còn bị tán sắc tín hiệu...
Tùy theo yêu cầu đầu vào bộ giải mã kênh, bộ giải điều chế tạo ra chuỗi nhị phân
hay lượng tử. Bộ giải mã kênh thực hiện đánh giá bản tin thu được, với mục tiêu làm
giảm tối thiểu ảnh hưởng tạp nhiễu trên kênh, quá trình giải mã được dựa trên nguyên
tắc mã hoá và đặc tính của kênh. Sau đó, bộ giải mã nguồn biến đổi chuỗi đầu vào
thành chuỗi đầu ra và phân phối tới nơi nhận tin.
1.3 Các kênh truyền và đặc tính
Các kênh truyền thông cung cấp kết nối giữa bộ phát và bộ thu. Kênh vật lý có
thể là một cặp dây mang tín hiệu điện, hoặc sợi quang mang thông tin về một chùm
ánh sáng được điều chế, hoặc một kênh dưới nước hoặc không gian mà tín hiệu mang
thông tin bức xạ bằng cách sử dụng một anten. Phương tiện truyền thông khác có thể
được mô tả kênh truyền thông như các phương tiện lưu trữ dữ liệu, chẳng hạn như
băng từ, đĩa từ, đĩa quang.
Các kênh dây dẫn kim loại: Mạng điện thoại sử dụng rộng rãi các đường dây để
truyền tín hiệu thoại, như giọng nói, dữ liệu và truyền tải video. Đường dây xoắn đôi

và cáp đồng là các đường truyền dẫn điện cơ bản, chúng truyền băng thông tương đối
khiêm tốn. Cáp điện thoại thường được sử dụng để kết nối từ khách hàng đến tổng đài
trung tâm có băng thông vài trăm KHz. Mặt khác, cáp đồng trục có băng thông đến vài
MHz.

Hình 1.2: Dải tần của kênh có dây
Tín hiệu truyền qua các kênh sử dụng dây dẫn có thể bị méo cả về biên độ và
pha hơn nữa còn chịu ảnh hưởng của nhiễu cộng. Kênh dây xoắn đôi cũng dễ bị nhiễu
xuyên âm can thiệp từ các kênh liền kề. Bởi vì các kênh có dây mang theo một tỷ lệ
phần trăm lớn các thông tin liên lạc hàng ngày của chúng ta trên khắp đất nước và trên
thế giới. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên các đặc tính của các tính chất truyền
của chúng để giảm thiểu sự méo biên độ và méo pha gặp phải trong quá trình truyền
tải tín hiệu.
5


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Kênh sợi quang: Sợi quang sử dụng chất liệu thủy tinh làm lớp lõi để truyền tia sáng,
dựa trên nguyên lý phản xạ của tia ánh sáng khi đi từ môi trường này sang môi trường
khác. Khi tia sáng đi từ môi trường có hệ số phản xạ cao hơn sang môi trường có hệ số
phản xạ thấp hơn thì sẽ bị uốn về phía môi trường có hệ số phản xạ cao hơn, nên xung
ánh sáng được truyền trong sợi quang. Sợi quang là vật liệu cách điện, chỉ truyền ánh
sáng. Suy hao tín hiệu trong sợi quang là rất nhỏ, chỉ cỡ 0,2 dB/Km và không chịu ảnh
hưởng của giao thoa sóng điện từ. Môi trường sợi quang có độ rộng băng gần như
không giới hạn. Đây chính là ưu điểm vượt trội của sợi quang so với cáp đồng trục.
Ngoài ra truyền dẫn trên sợi quang còn có các ưu điểm khác nữa là không bị ảnh
hưởng bởi nhiễu điện từ trường, an toàn, kích thước nhỏ và nhẹ.

Hình 1.3: Dải tần của kênh quang
Kênh vô tuyến: Sử dụng sóng điện từ trường để mang thông tin trong không gian tự
do. Có ba loại kênh vô tuyến điển hình là: Kênh viba, kênh di động và kênh vệ tinh.
Kênh viba thường hoạt động ở dải tần từ 1 GHz đến 30 GHz trong tầm nhìn thẳng
(LOS-Line Of Sight).
Kênh di động là kênh kết nối với người dùng di động. Kênh dạng này chịu ảnh hưởng
nhiều bởi hiệu ứng đa đường. Đây là loại kênh khá phức tạp trong thông tin vô tuyến.
Kênh vệ tinh độ cao của vệ tinh địa tĩnh vào khoảng 30000 km. Tần số thường dùng ở
băng C cho đường lên là 6 GHz và đường xuống là 4 GHz. Độ rộng băng tần của kênh
truyền lớn vào cỡ 500 MHz. Khi tia sóng lan truyền trong không gian, có thể đi theo
các hướng khác nhau phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tần số.
Phổ sóng vô tuyến có thể được chia thành ba băng tần rộng có một trong ba đặc tính
truyền lan cơ bản: Sóng mặt đất, sóng trời và sóng trực tiếp theo tầm nhìn thẳng
(LOS).
Truyền lan sóng mặt đất: Truyền lan các sóng điện từ có tần số dưới 2 MHz. Ở đây
sóng điện từ có khuynh hướng đi theo đường cong của trái đất. Sự nhiễu xạ của sóng
sẽ làm cho sóng lan truyền theo bề mặt của trái đất. Cơ chế này được dùng trong phát
thanh điều biên AM, việc phủ sóng địa phương theo đường cong mặt đất. Để bức xạ có
hiệu suất cao thì anten cần dài hơn 1/10 bước sóng.
Truyền lan sóng trời: Lan truyền các sóng điện từ có tần số từ 2 đến 30 MHz, đạt
được khoảng cách phủ sóng xa bằng phản xạ sóng từ tầng điện li và tại các đường biên
6


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

của trái đất. Tầng điện ly đóng vai trò như một tầng phản xạ. Đài phát sẽ có các vùng

phủ sóng dọc theo bề mặt của trái đất. Trong đó vùng phủ sóng gần anten phát là do cơ
chế sóng mặt đất, còn các vùng phủ sóng khác là do sóng trời, sẽ có các vùng không
được phủ sóng dọc theo bề mặt trái đất giữa anten phát và anten thu. Truyền lan của
sóng trời chủ yếu là do phản xạ từ tầng F (tầng điện ly có độ cao từ 144 km đến 400
km). Nhờ tầng này ta có thể thu được các đài phát thanh quốc tế ở băng tần HF từ mặt
bên kia của trái đất vào bất cứ thời gian nào trong ngày hoặc đêm.

Hình 1.4: Dải tần của các kênh không dây
Truyền lan sóng trực tiếp: Đặc trưng cho sự truyền lan các sóng có tần số trên 30
MHz. Ở đây sóng điện từ được lan truyền theo đường thẳng. Trường hợp này rất ít có
sự khúc xạ bởi tầng điện ly. Thực tế, tín hiệu sẽ lan truyền xuyên qua tầng điện ly.
Phương pháp này có bất lợi đối với thông tin giữa hai trạm mặt đất, là quỹ đạo tín hiệu
phải nằm trên đường chân trời. Nếu không trái đất sẽ chắn tầm nhìn thẳng. Do vậy, các
anten cần được đặt trên các tháp cao để anten thu có thể “nhìn” thấy anten phát.
Ngoài phương thức truyền lan theo sóng trực tiếp của tầm nhìn thẳng, sóng có thể
được truyền theo phương thức tán xạ từ tầng điện ly hoặc tán xạ trong tầng đối lưu. Sự
truyền lan theo phương thức tán xạ phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn
của tầng khí quyển.

7


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Hình 1.5: Dải tần của các kênh sóng đất và sóng trời

Hình 1.6: Dải tần của các kênh truyền lan LOS
Ngoài các kênh thông tin trên, trong thực tế còn có một số kênh thông tin như

kênh truyền tin âm thanh dưới nước, ví dụ như tín hiệu âm tần phát ra từ cá voi được
lan truyền trong môi trường nước; kênh lưu trữ, ví dụ như thông tin có thể được lưu
vào bộ nhớ (đĩa quang, đĩa từ,) sau đó được vận chuyển bởi các phương tiện truyền tin.
1.4. Các mô hình kênh truyền dẫn
Trong thiết kế của các hệ thống truyền thông để truyền thông tin thông qua các
kênh vật lý, một vấn đề đặt ra là xây dựng các mô hình toán học phản ánh được những
đặc tính quan trọng của môi trường truyền dẫn. Các mô hình toán học cho kênh được
sử dụng trong thiết kế bộ mã hóa và điều chế kênh tại phía phát và bộ giải điều chế và
bộ giải mã kênh ở phía thu. Trong phần này mô tả ngắn gọn về các mô hình kênh
thường xuyên được sử dụng để mô tả các kênh vật lý mà chúng ta gặp phải trong thực
tế.
8


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Mô hình kênh nhiễu cộng: Mô hình toán học đơn giản cho một kênh truyền thông là
mô hình kênh nhiễu cộng. Trong mô hình này, tín hiệu đầu vào s(t) bị nhiễu bởi một
quá trình thêm vào tạp âm ngẫu nhiên n(t). Theo tính vật lý, nhiễu cộng có thể phát
sinh từ các thành phần điện tử và bộ khuếch đại tại máy thu của hệ thống thông tin liên
lạc…

Hình 1.7: Mô hình kênh nhiễu cộng
Nếu tạp âm chủ yếu gây ra bởi các thành phần điện tử và bộ khuếch đại ở người
nhận, nó có thể được mô tả như tạp âm nhiệt. Đây là loại tạp âm được đặc trưng thống
kê như là một quá trình nhiễu Gauss. Do đó, kết quả mô hình toán học cho các kênh
thường được gọi là các kênh nhiễu cộng Gauss. Mô hình này được sử dụng rộng rãi,
đơn giản và dễ tính toán .

r (t )   s (t )  n(t )

(1.1)

trong đó α là thành phần suy hao.
Mô hình kênh lọc tuyến tính: Trong một số kênh vật lý, chẳng hạn như các kênh điện
thoại có dây, các bộ lọc được sử dụng để đảm bảo rằng các tín hiệu truyền không vượt
quá giới hạn băng thông được chỉ định và do đó không ảnh hưởng lẫn nhau. Kênh này
thường đặc trưng toán học như các kênh lọc tuyến tính với nhiễu cộng. Do đó, nếu các
kênh đầu vào là các tín hiệu s(t), các kênh đầu ra là tín hiệu:


r (t )  s(t ) * c(t )  n(t ) 

 c(t )s(t   )d  n(t )



(1.2)

c(t) là đáp ứng xung của bộ lọc tuyến tính và * biểu thị tích chập.

Hình 1.8: Kênh lọc tuyến tính với nhiễu cộng
9


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Mô hình kênh lọc tuyến tính với c(t) thay đổi theo thời gian: Chẳng hạn như các ứng
dụng di động, kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự di chuyển của phía phát và
phía thu dẫn đến sự thay đổi đường truyền sóng. Các kênh này được mô tả toán học
như các bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian. c( ; t ) đáp ứng xung của kênh thay
đổi theo thời gian.


r (t )  s (t ) * c( ; t )  n(t ) 

 c( ; t ) s(t   )d  n(t )



(1.3)

Một mô hình tốt để truyền tín hiệu qua các kênh vật lý, chẳng hạn như tầng điện
ly (ở tần số dưới 30 MHz) và kênh vô tuyến di động tế bào, là một trường hợp đặc biệt
của công thức trên, trong đó các đáp ứng xung thời gian có dạng:
L

c ( ; t )   ak (t ) (t   k )
k 1

(1.4)

Trong đó ak (t ) là yếu tố suy hao theo thời gian cho các đường dẫn truyền đa
đường L và t k  là thời gian trễ tương ứng. Từ 2 công thức trên ta có dạng tín hiệu thu:
L

r (t )   ak (t ) s (t   k )  n(t )
k 1

(1.5)

Do đó, tín hiệu nhận được bao gồm thành phần đa đường, mỗi thành phần bị
suy giảm bởi ak (t ) và trễ bởi t k 

Hình 1.9: Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian
1.5 Tham số đánh giá chất lượng của hệ thống truyền dẫn số
Các tham số chất lượng chủ yếu đối với các hệ thống thông tin số là độ chính
xác truyền tin và tốc độ truyền tin. Các yêu cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin
số cũng là nhanh chóng và chính xác. Cần nói thêm ở đây rằng, hai yêu cầu này nói
chung luôn mâu thuẫn với nhau. Về nguyên tắc, muốn truyền tin thật chính xác thì
phải chấp nhận giảm tốc độ truyền và ngược lại, truyền tin càng nhanh thì lỗi truyền
tin xảy ra càng nhiều hơn. Các cơ quan và các tổ chức chính liên quan tới việc xác
định các tiêu chuẩn về chất lượng mạng viễn thông, hệ thống thông tin số nói chung và
10


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

hệ thống truyền dẫn nói riêng là:
a) Uỷ ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC: Federal Communications Commission):
Xác định các tiêu chuẩn cho các hệ thống theo hệ Bắc Mỹ;
b) Hội nghị các cơ quan quản lý bưu chính và viễn thông châu Âu (CEPT: European
Conference of Posts and Telecommunications) và Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
(ETSI: European Telecommunications Standards Institute): Xác định các tiêu chuẩn

cho các hệ thống theo hệ châu Âu;
c) Các nhóm nghiên cứu (SG: Study Group) của Liên minh viễn thông quốc tế (ITU:
Inter-national Telecommunication Union), trước đây là Hội đồng tư vấn điện thoại và
điện báo quốc tế CCITT, và các nhóm nghiên cứu của Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế
CCIR trước đây, nay là ITU-R: Các nhóm nghiên cứu này xác lập các tiêu chuẩn dưới
hình thức các khuyến nghị cho viễn thông trên toàn cầu, bao gồm cả các hệ thống Mỹ
và châu Âu.
Đối với thông tin số, tham số độ chính xác truyền tin thường được đánh giá qua
tỷ lệ lỗi bít (BER) thường được hiểu là tỷ lệ giữa số bít nhận bị lỗi và tổng số bít đã
truyền trong một khoảng thời gian quan sát nào đó. Khi thời gian quan sát tiến đến vô
hạn thì tỷ lệ này tiến tới xác suất lỗi bít. Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là
vô hạn nên tỷ lệ lỗi bít chỉ gần bằng với xác suất lỗi bít, tuy nhiên trong nhiều trường
hợp thực tế người ta cũng vẫn thường xem và gọi BER là xác suất lỗi bít. Trong một
số hệ thống thông tin số sử dụng các biện pháp mã hoá hiệu quả tiếng nói như đối với
điện thoại di động chẳng hạn, thì độ chính xác truyền tin cũng còn được thể hiện qua
tham số chất lượng tiếng nói xét về khía cạnh chất lượng dịch vụ.
Khả năng truyền tin nhanh chóng của một hệ thống thông tin số thường được
đánh giá qua dung lượng tổng cộng của hệ thống, là tốc độ truyền thông tin (có đơn vị
là b/s) tổng cộng của cả hệ thống với một độ chính xác đã cho. Nhìn chung, dung
lượng của một hệ thống tùy thuộc vào băng tần truyền dẫn của hệ thống, kỹ thuật điều
chế số, mức độ tạp nhiễu...
Ngoài ra các hệ thống thông tin số còn có thêm các yêu cầu về tính bảo mật và
độ tin cậy (khả năng làm việc của hệ thống với BER không vượt quá giá trị xác định).
Các yếu tố về giá thành và tốc độ thu hồi vốn đầu tư, gọi chung là yêu cầu về tính kinh
tế cũng có một vai trò to lớn.
1.6 Quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số
Quá trình phát triển hệ thống thông tin số nói chung và các hệ thống truyền dẫn
số nói riêng đã đặt nền móng cho các hệ thống truyền dẫn số hiện đại ngày nay. Hai
quá trình phát triển ảnh hưởng tới hệ thống truyền dẫn số đó là quá trình số hóa tín
hiệu truyền dẫn và quá trình phát triển của các loại mã.

Mạng điện thoại được xây dựng dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy
điện thoại. Đến những năm 1970, mạng này đã hoàn thiện bằng việc thực hiện
truyền tín hiệu tương tự trong cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số
FDM-Frequency Division Multiplexing). FDM dùng trong các tuyến đường dài để kết

11


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục. Thiết bị truyền dẫn loại này
rất đắt so với giá của một tổng đài điện thoại, vì vậy, chuyển mạch được xem như
một thiết bị nhằm tiết kiệm sử dụng tài nguyên khan hiếm lúc bấy giờ là băng thông
truyền dẫn. Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện, sử
dụng phương pháp điều chế xung mã (PCM) do Alec Reeves nêu ra lần đầu tiên vào
năm 1937. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự (như tiếng nói của con người) ở
dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu thoại tương tự chuẩn 4 KHz có thể
truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 Kbit/s. Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng
hạ giá thành sản xuất các hệ thống truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và
truyền chúng trong một đôi cáp đồng mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu
tương tự duy nhất. Hiện tượng này được gọi là lợi dây. Do giá thành thiết bị điện tử số
bắt đầu giảm nên sử dụng các công nghệ này đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
Ở châu Âu và sau đó là rất nhiều nơi trên thế giới, sơ đồ TDM chuẩn được áp
dụng để ghép 30 kênh 64 Kbit/s, cùng với hai kênh thông tin điều khiển kết hợp tạo
thành một luồng có tốc độ 2,048 Mbit/s. Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên, lưu
lượng trên mạng tăng, luồng chuẩn tốc độ 2 Mbit/s không đủ đáp ứng cho lưu lượng
tải trên mạng trung kế. Để tránh không phải sử dụng quá nhiều kết nối 2 Mbit/s thì
cần tạo ra môt mức ghép kênh cao hơn. Châu Âu đưa ra chuẩn ghép 4 luồng 2 Mbit/s

thành một kênh 8 Mbit/s. Mức ghép kênh này không khác bao nhiêu so với mức
ghép kênh mà các tín hiệu đầu vào được kết hợp từng bit chứ không phải từng byte,
nói cách khác là mới áp dụng chèn bit chứ chưa thực hiện chèn byte. Tiếp đó, do nhu
cầu ngày càng tăng, các mức ghép kênh cao hơn nữa được xây dựng thành
chuẩn, tạo ra môt phân cấp đầy đủ các tốc độ bit là 34 Mbit/s, 140 Mbit/s và 565
Mbit/s.
Một số mốc phát triển của việc mã hóa tín hiệu trong hệ thống truyền thông số
được tóm tắt như sau:
Năm 1837: Hệ thông điện báo đầu tiên ra đời, là một hệ thống truyền thông kỹ thuật
số. Điện báo điện được phát triển bởi Samuel Morse và đã được chứng minh vào năm
1837. Morse đã phát minh ra mã nhị phân có độ dài thay đổi, trong đó chữ cái của
bảng chữ cái tiếng Anh được đại diện bởi một chuỗi các dấu chấm và dấu gạch ngang
(từ mã). Trong đoạn mã này, thư từ thường xuyên xảy ra hơn được đại diện bởi các từ
mã ngắn, trong khi thư xảy ra ít thường xuyên được đại diện bởi các từ mã dài hơn. Vì
vậy, mã Morse là tiền thân của mã hóa có độ dài thay đổi.
Năm 1875: Gần 40 năm, sau thời kỳ của Morse, Emile Baudot đã đề xuất một loại mã
dành cho truyền thông điện tín trong đó các mẫu tự trong bảng Alphabet Tiếng Anh
được mã hóa bởi các từ mã nhị phân có chiều dài từ mã cố định bằng 5. Với mã
Baudot, các thành phần của từ mã nhị phân này là các bit dấu “1” hoặc bit trống “0”.
Như vậy, Samuel Morse đã khởi xướng cho sự phát triển của hệ thống truyền thông số
bằng điện đầu tiên là hệ thống điện tín (Telegraphy), cũng được xem như là truyền
thông số hiện đại lúc bấy giờ.
12


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

Năm 1924: Nyquist đã tập trung vào việc xác định tốc độ truyền tín hiệu tối đa có thể

đạt được qua một kênh truyền điện tín với độ rộng băng kênh cho trước mà không có
nhiễu liên ký hiệu (ISI). Ông đã đưa ra được mô hình toán học của một hệ thống
truyền thông điện tín (Telegraph) trong đó tín hiệu phát đi có dạng:

s(t )   an g (t  nT )

(1.6)

n

Trong đó g(t) là một hình dạng xung cơ bản và an là một chuỗi dữ liệu nhị phân {± 1}
truyền với tốc độ của 1/T bits/s. Nyquist đã xác định được dạng xung tối ưu có băng
tần giới hạn W Hz đảm bảo tốc độ bít tối đa mà không gây nhiễu giao thoa giữa các ký
hiệu (ISI) tại các thời điểm lấy mẫu k/T ( trong đó k = 0, ± 1, ± 2) ... Nghiên cứu của
ông đã dẫn ông đến kết luận rằng. Tốc độ truyền xung cực đại là 2W xung / s và được
gọi là tốc độ Nysquist. Hơn nữa, tốc độ này có thể đạt được khi sử dụng các xung
sin(2 Wt )
. Vì dạng xung này cho phép khôi phục lại dữ liệu mà không có ISI
g (t ) 
2 Wt
tại các thời điểm lấy mẫu. Kết quả nghiên cứu của Nyquist là phù hợp với lý thuyết
lấy mẫu đối với các tín hiệu giới hạn băng do Shannon đưa ra vào năm 1948. Như
vậy, có thể nói rằng các công trình nghiên cứu của các tác giả nói trên đã đặt nền móng
cho sự phát triển của các hệ thống thông tin số hiện đại ngày nay.
Câu hỏi và bài tập chương 1
1. Trình bày các phần tử cơ bản của hệ thống truyền thông số?
2. Phân tích các tham số để đánh giá hiệu năng của hệ thống truyền dẫn số?
3. Trình bày các mô hình kênh truyền trong hệ thống truyền dẫn số?
4. Trình bày quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số?

13


Bài giảng Truyền dẫn số

Chương I: Tổng quan về hệ thống truyền thông số

14