slide môn học cơ sở thông tin số

Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Layout

1

Introduction
Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Giới thiệu chung
Các nguyên tắc cơ bản sử dụng trong phân tích và thiết kế các hệ
thống truyền thông số
Đặc điểm của các kênh truyền vật lý

Information

source and input
transducer

Source
encoder

Channel
encoder

Digital
modulator

Physical
channel
Output signal
Output
transducer

Source
decoder

Channel
decoder

Digital
demodulator


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Mã hoá nguồn – nén số liệu
Mỗi khối k bit thông tin được mã hoá thành một khối n bit – từ
mã/code word
k/n được gọi là tốc độ mã/code rate
Bộ điều chế số ánh xạ từng khối bit thành từng tín hiệu/signal
waveforms
Điều chế nhị phân và điều chế M mức, M = 2b
Tín hiệu truyền đi chịu các ảnh hưởng ngẫu nhiên của nhiễu
nhiệt/addictive thermal noise, nhiễu do con người tạo ra, hay các
loại nhiễu khác trong môi trường truyền lan/atmospheric noise
Tần suất lỗi xác định độ hiệu quả của các bộ điều chế và giải điều
chế/modulator–demodulator


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Layout

1

Introduction
Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Tốc độ truyền dữ liệu một cách an toàn bảo đảm qua kênh truyền bị
ràng buội bởi hai yếu tố:
Công suất tín hiệu
Băng thông của kênh truyền


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Các kênh dùng dây điện thoại hay cáp đồng trục: băng thông từ vài
trăm kHz tới vài MHz, tín hiệu bị biến dạng hay suy hao về cả biên
độ và pha, nhiễu chủ yếu là xuyên kênh (crosstalk) và nhiễu nhiệt

Kênh cáp quang: băng thông rộng, điều chế nguồn ánh sáng, nguồn
nhiễu chủ yếu là các diode quang và các bộ khuyếch đại điện tử
Các kênh không dây: năng lượng điện từ bị ảnh hưởng bởi môi
trường truyền lan, có các loại như truyền lan sóng đất
(ground-wave), sóng trời (sky-wave) và trực tiếp (LOS/line-of-sight)
Kênh truyền âm học dưới nước: không truyền được xa, bộ phát tín
hiệu phải mạnh, có hiện tượng đa đường (multi-path channels)
Kênh lưu trữ: có nhiễu nhiệt, nhiễu chéo (interference), cần sử dụng
mã hoá kênh và điều chế


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Layout

1

Introduction
Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Kênh nhiễu nhiệt

Nhiễu có nguồn gốc từ các phần tử điện tử, các bộ khuyếch đại
trong hệ thống hay từ nhiễu chéo
Nếu nhiễu chủ yếu là dạng thứ nhất thì kênh có thể được mô hình
hoá thống kê bởi quá trình nhiễu gaussian
r (t) = αs(t) + n(t)
α là hệ số suy hao (attenuation factor)


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Kênh tuyến tính bất biến (theo thời gian)

Đối với một số kênh (kênh thoại), tín hiệu bị "lọc" do kênh có băng
thông hạn chế
∞
r (t) = s(t) ⋆ c(t) + n(t) = −∞ c(τ )s(t − τ )dτ + n(t)

Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Kênh tuyến tính thay đổi theo thời gian

Kênh âm học dưới nước và kênh radio truyền qua (hoặc phản xạ)
tầng ion trong không gian
Kênh được mô hình hoá bởi các bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời
gian với đáp ứng xung c(τ ; t), là đáp ứng của hệ thống tại thời điểm
t với tín hiệu vào tại thời điểm t − τ
r (t) = s(t) ⋆ c(τ ; t) + n(t)
Với các kênh truyền sử dụng trong điện thoại di động:
c(τ ; t) = Lk=1 ak (t)δ(τ − τk )
r (t) = Lk=1 ak (t)s(t − τk ) + n(t)


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Layout

1

Introduction
Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Samuel Morse (1837): mã nhị phân có độ dài thay đổi để mã hoá
các chữ cái tiếng Anh
Emile Baudot (1875): mã Baudot có độ dài từ mã cố định, không
thay đổi
Nyquist (1924): tốc độ xung tối đa là 2W xung/s với W là độ rộng
băng tần tối thiểu để không có hiện tượng nhiễu ký hiệu, và các
xung là g (t) = (sin 2πWt)/2πWt
Shannon (1948): tín hiệu với độ rộng băng tần W có thể được khôi
phục lại từ các mẫu được lấy ở tốc độ Nyquist
s(t) =
n

n
2W

sin[2πW (t − n/2W )]
2πW (t − n/2W )]


Introduction

Các phần tử trong một hệ thống truyền thông
Các đặc điểm của kênh truyền
Mô hình toán học của các kênh truyền thông
Lịch sử phát triển ngành truyền thông dùng công nghệ số

Hartley (1928): tồn tại một giới hạn về tốc độ truyền số liệu qua
kênh có băng tần hạn chế khi tín hiệu có biên độ cực đại là Amax
(ràng buộc về công suất) và độ phân giải biên độ (amplitude
resolution) Aδ
Shannon (1948): thông lượng/channel capacity của kênh nhiễu cộng
gaussian trắng (AWGN – addictive white gaussian noise):
C = W log2 1 +
Kotelnikov (1947) và Hamming (1950)

P
WN0