Bài giảng Truyền dữ liệu - Chương 3: Truyền tải thông tin

CHƯƠNG 3 TRUYỀN TẢI THÔNG TIN 
TRUYỀN DỮ LIỆU 
Khoa Mạng máy tính và Truyền thông 
Trường Đại học Công nghệ Thông tin 
Nội dung 
Các khái niệm chính trong truyền tải thông tin 
Tần số, phổ và băng thông 
Các khái niệm của miền tần số 
Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số 
Dữ liệu và tín hiệu 
Sai số đường truyền 
Băng thông Nyquist 
Công thức năng suất Shannon 
Các khái niệm chính trong truyền tải thông tin 
Thiết bị phát 
Thiết bị thu 
Môi trường truyền dẫn 
Có định hướng: dây soắn cặp, dây cáp quang 
Không có định hướng: không khí, nuớc, chân không  
Các khái niệm chính (2) 
Nối trực tiếp: không có thiết bị ở giữa 
Điểm nối điểm 
Có kết nối trực tiếp 
Chỉ có 2 thiết bị chia sẻ đường link 
Kết nối đa điểm 
Có hơn 2 thiết bị chia sẻ đường kết nối 
Các khái niệm chính (3) 
Đơn công (Simplex) 
Chỉ có thể truyền 1 chiều như là sóng Truyền hình 
Nửa song công (Half Duplex) 
Có thể truyền 2 chiều nhưng trong một thời điểm chỉ có thể truyền 1 chiều 
Song công (Duplex) 
Có thể truyền 2 chiều trong cùng một thời gian 
Tần số, phổ và băng thông 
Các khái niệm tín hiệu trong miền thời gian 
Tín hiệu tuần tự (Analog signal): không có thay đổi đột ngột 
Tín hiệu số (Digital signal): Thay đổi từ một mức sang một mức khác 
Tín hiệu tuần hoàn: có chu kỳ theo thời gian 
Tín hiệu không tuần hoàn: Không có chu kỳ 
Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số 
Tín hiệu tuần hoàn 
Sóng Sin 
Biên độ (Peak Amplitude - A) 
Cao độ lớn mạnh nhất của tín hiệu 
Tính bằng volts 
Tần số (Frequency - f) 
Nhịp độ thay đổi của tín hiệu 
Tín bằng Hertz (Hz) hoặt là số chu kỳ trong 1 giây 
Chu kỳ - thời gian cho vòng thay đổi 
T=1/f 
Pha ( Φ ): Vị trí tương đối về thời gian 
Các sóng sin: s(t) = A sin(2 ft +  ) 
Chiều dài sóng (  ) 
Khoảng cách lan truyền của sóng cho 1 chu kỳ 
Giả sử sóng có tốc độ v 
 = vT 
f = v 
c = 3*10 8 m/s (tốc độ ánh sáng) 
Các khái niệm của miền tần số 
Thông thường tín hiệu được tạo bởi nhiều tần số 
Thành phần bao gồm nhiều sóng sin 
Có thể quan sát (với biến đổi Fourier) với mỗi một tín hiệu có nhiều thành phần sóng sin 
Có thể vẽ tín hiệu trong miền tần số 
Cộng các tần số(T=1/f) 
Tín hiệu 
Biểu diễn trongmiền tần số 
Phổ và băng thông 
Phổ (spectrum) 
Phạm vi của các tần số có chứa tín hiệu 
Băng thông tuyệt đối (Absolute bandwidth) 
Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất) 
Băng thông hiệu dụng (Effective bandwidth) 
Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của tín hiệu 
Thành phần DC 
Băng thông 
A 
F 
Băng thông tuyệt đối 
Băng thông hiệu dụng 
500 
2500 
Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz 
T 
A 
Tần số của tín hiệu 
Miền thời gian 
Miền tần số 
A 
T 
T 
A 
1 giây (s) 
f 
A 
A 
A 
0 
f 
2f 
F 
F 
F 
Phổ của tín hiệu 
f = 300 Hz 
300 
F ( Hz ) 
600 Hz 
600 
F ( Hz ) 
700 Hz 
700 
F ( Hz ) 
F ( Hz ) 
Phổ: Tầm tần số chứa trong tín hiệu 
Tín hiệu với thành phần DC 
Tốc độ truyền dữ liệu và băng thông 
Mỗi một đường truyền đều có một dải giới hạn về tần số 
Điều này giới hạn tốc độ truyền mà đường truyền đó có thể mang 
Truyền tải dữ liệu tuần tự và số 
Dữ liệu: các thực thể mang nội dung 
Tín hiệu: Dòng điện hoặc điện từ thể hiện dữ liệu 
Truyền tải: Truyền dữ liệu bằng cách lan truyền và xử lý các tín hiệu 
Dữ liệu tuần tự và dữ liệu số 
Tuần tự 
Có giá trị liên tục trong một khoảng thời gian 
Ví dụ: âm thanh, video 
Số 
Có giá trị rời rạc 
Ví dụ: ký tự, số nguyên 
Phổ của âm thoại (tuần tự) 
Tín hiệu tuần tự và tín hiệu số 
Thể hiện bởi loại dữ liệu được lan truyền 
Tuần tự 
Có giá trị liên tục 
Có nhiều môi trường truyền dẫn: dây đồng, cáp quang .. 
Băng thông của giọng nói từ 100Hz đến 7kHz 
Băng thông của điện thoại từ 300Hz đến 3400Hz 
Băng thôg của Video 4MHz 
Số: có 2~nhiều thành phần DC (mức điện áp) 
Ưu và nhược điểm của tín hiệu số 
Rẻ hơn 
Ít bị ảnh hưởng của nhiễu 
Suy hao nhiều hơn 
Các xung trở nên tròn và nhỏ đi 
Có thể dẫn tới mất mát thông tin 
Suy hao của tín hiệu số 
Chuyển âm thanh đầu vào thành tín hiệu tuần tự 
Dữ liệu số dạng nhị phân 
Nhận được từ máy tính 
Có 2 thành phần DC 
Băng thông phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu 
Chuyển từ dữ liệu máy tính ra tín hiệu số 
Dữ liệu và tín hiệu 
N gười ta sử dụng tín hiệu số hoặc tín hiệu tuần tự để truyền dữ liệu 
Các dữ liệu như dữ liệu số hay dữ liệu tuần tự cần được điều chế thành tín hiệu trước khi được truyền đi 
Có thể sử dụng tín hiệu tuần tự để mang dữ liệu số: dùng Modem 
Có thể sử dụng tín hiệu số để mang dữ liệu tuần tự: Đĩa CD audio 
Tín hiệu tuần tự mang dữ liệu tuần tự và dữ liệu số 
Tín hiệu số mang dữ liệu tuần tự và dữ liệu số 
Việc truyền tín hiệu tuần tự 
Tín hiệu tuần tự được truyền không cần xử lý đến nội dung 
Có thể là dữ liệu tuần tự hay số 
Có thể có sự suy giảm khi truyền qua khoảng cách 
Có thể dùng bộ khuyếch đại để khuếch đại tín hiệu 
Có thể khuyếch đại cả nhiễu 
Việc truyền tín hiệu số 
Phải quan tâm đến nội dung 
Thông tin có thể bị ảnh hưởng của nhiễu, suy giảm  
Có thể sử dụng bộ tiếp sức: bộ tiếp sức nhận tín hiệu, nhận biết các bit, truyền tiếp 
Khác phục được suy giam và không khuyếch đại nhiễu 
Ưu điểm của truyền tín hiệu số 
Kỹ thuật số: giá rẻ với kỹ thuật LSI/VLSI 
Toàn vẹn thông tin: Có thể dùng với khoảng cách xa trên đường truyền chất lượng thấp 
Khả năng sử dụng 
Tiết kiệm khi sử dụng các đường băng thông cao 
Dễ ghép kênh (multiplexing) 
Bảo mật: dùng mã hóa 
Tính thống nhất: Có thể truyền cả dữ liệu tuần tự và số như nhau 
Sai số đường truyền 
Tín hiệu nhận có thể khác với tín hiệu truyền 
Tuần tự: Giảm chất lượng tín hiệu 
Số: các bit sai 
Nguyên nhân: 
Suy giảm và méo tín hiệu 
Méo do độ trễ 
Nhiễu 
Độ suy giảm tín hiệu 
Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách) 
Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn 
Cường độ tín hiệu nhận phải 
Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được 
Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi 
Suy giảm là một hàm tăng theo tần số 
Độ suy giảm tín hiệu 
Đo bằng đơn vị decibel (dB) 
Công thức 
Attenuation = 10log 10 (P1/P2) (dB) 
P1: công suất của tín hiệu nhận (W) 
P2: công suất của tín hiệu truyền (W) 
Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối 
Công suất suy giảm ½ độ hao hụt là 3dB 
Công suất tăng gấp đôi độ lợi là 3dB 
Méo do trễ truyền 
Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến 
Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số 
Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm 
Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau 
Nhiễu 
Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu 
Các loại nhiễu 
Nhiễu nhiệt 
Nhiễu điều chế 
Nhiễu xuyên kênh (cross talk) 
Nhiễu xung 
Nhiễu 
Nhiễu nhiệt và nhiễu điều chế 
Nhiễu nhiệt 
Do dao động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn 
Phân tán đồng nhất trên phổ tần số 
Nhiễu trắng 
Không thể loại bỏ giới hạn hiệu suất của hệ thống 
Nhiễu điều chế 
Tín hiệu nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các tín hiệu dùng chung môi trường truyền 
Nhiễu xuyên kênh và n hiễu xung 
Nhiễu xuyên kênh (crosstalk) 
Tín hiện từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác 
Nhiễu xung 
Xung bất thường (spike): như ảnh hưởng điện từ bên ngoài 
Thời khoảng ngắn 
Cường độ cao 
Khả năng của kênh truyền 
Tốc độ truyền dữ liệu (Data rate) 
Tính bằng bit/giây 
Tốc độ mà dữ liệu có thể truyền đi 
Băng thông 
Tính bằng số chu kỳ trong một giây (Hz) 
Hạn chế bở thiết bị chuyền/nhận và đường truyền 
Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền. 
Băng thông Nyquist 
Với đường truyền có băng thông là B thì với 2 mức thay đổi tín hiệu sẽ có tốc độ tín hiệu cao nhất là 2B 
C = 2Blog 2 M 
C	: tốc độ truyền tín hiệu cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu 
B	: băng thông của kênh truyền (Hz) 
M: số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền 
Tốc độ kênh truyền 
Bit rate 
Công thức năng suất Shannon 
Xét tốc độ truyền, nhiễu và tỷ lệ lỗi 
Tốc độ càng cao dẫn đến thời gian cho một bit ngắn đi và một xuất hiện của nhiễu sẽ tác động đến nhiều bits. Với một mức nhiễu thì tốc độ truyền càng cao dẫn đến tỷ lệ lỗi càng nhiều. 
Signal to Noise ratio: 
SNR db = 10 x log 10 (S/N) (dB) 
SNR = S/N 
S	: công suất tín hiệu 
N	: công suất nhiễu 
Năng suất Shannon 
	C = B x log 2 (1 + SNR) (bps) 
C	: tốc độ truyền tín hiệu cực đại của kênh truyền 
Tài liệu tham khảo 
William Stallings (2010), Data and Computer Communications (9th Edition), Prentice Hall 
HẾT CHƯƠNG 3