›

Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Võ Thanh Tú

pdf 20 trang huongle 3420
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Võ Thanh Tú", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_truyen_so_lieu_vo_thanh_tu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật truyền số liệu - Võ Thanh Tú

  1. Bài giảng: KỸ THUẬT TRUYỀN SỐ LIỆU Vo Thanh Tu
  2. Nội dung  Khái niệm: Hệ thống truyền tin, rời rạc hoá một nguồn tin liên tục, Độ đo thông tin, Mã hóa, Điều chế  Mã hiệu, phương pháp biểu diễn mã  Kênh tin và giao tiếp truyền dữ liệu  Kỹ thuật truyền dữ liệu, Mô hình hệ thống truyền dữ liệu, Mạng truyền số liệu  Dồn kênh, phân kênh và chuyển mạch
  3. Chương 1: Nh ững khái niệm chung 1. HTTT  Trong cuộc sống ­> có nhu cầu tđtt (Communication): âm điệu, sóng điện từ, sóng ánh sáng ­> vật mang tin (carrier) chứa TT trong nó ­> tín hiệu (signal).  Truyền tin giữa các năng lượng khác nhau ­> XD chuẩn ­> đánh giá ­> thiết lập mô hình, đb tốc độ, chính xác 1. HTTT: Dựa trên cs năng lượng mang tin: ­ HT điện tín ­> dùng điện 1 chiều ­ HT TT vô tuyến ­> dùng nlượng sóng điện từ ­ HT TT quang ­> báo hiệu, ttin hồng ngoại, lazer. ­ HT TT dufng sóng âm, siêu âm. Dựa trên cs biểu diễn bên ngoài của TT: ­ HT truyền số liệu ­ HT truyền hình ­ HT TT thoaji Để đảm bảo tính logic: HT TT rời rạc và liên tục
  4. Định nghĩa:  Truyền tin (transmission) là dịch chuyển thông tin từ điểm này ­> đ khác (IS ­> ID).  Môi trường truyền tin (transmission media)­> gọi là kênh tin (Channel).  Sơ đồ khối: IS ­> Channel ­> ID.  Kênh tin là môi trường lan truyền TT: Truyền tín hiệu theo dây, qua các tầng điện ly, lan truyền trong đất, nước Môi trường lan truyền bao gồm: ­ MT trong đó tác động nhiễu cộng là chủ yếu ­> do nguồn công nghiệp vũ trụ ­ MT trong đó tác động nhiễu nhân là chủ yếu ­> tác động nhân và t/h. ­ Cả hai Sv(t) ­> Kênh ­> Sr(t) , Nn(t): nhiễu nhân, Nc(t) : nhiễu cộng Sr(t) = Nn(t). Sv(t) + Nc(t) : lý tưởng Thực tế: Sr(t) = Nn(t). Sv(t). H(t)+ Nv(t) , H(t): đặc tính xung của kênh Chú ý: Hiệu suất TT là tốc độ truyền của ht Độ chính xác TT là khả năng chống nhiễu của HT.
  5. Nguồn tin nguy ên thủy (NTNT)  NTNT là tập hợp những tin nguyên thủy: ­ Tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh, các biến đổi khí tượng. ­ NTNT là một hàm liên tục theo t/g f(t) ­ Hình ảnh đen trắng h(x,y,t): x,y là tọa độ kg hình • Những IS có thể được đưa trực tiếp hoặc bằng những phép biến đổi như rời rạc hóa theo t/g và theo mức rồi đưa vào kênh­> IS rời rạc (NTRR). Trước khi truyền ­> mã hóa thông tin • Mã hóa là phép biến đổi thống kê và chống nhiễu của IS.
  6. Các quá trình  Để n/c định lượng NT cũng như HTTT, c/ta mô hình hóa toán học NT bằng 4 quá trình: ­ QT ngẫu nhiên liên tục: Nguồn tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh trong httt thoại, truyền hình với FM, AM ­ QT ngẫu nhiên rời rạc: là qt nn l/tục sau khi được lượng tử hóa. VD: 1 ngôn ngữ, t/h điện tín, các lệnh đkhiển. ­ Dãy ngẫu nhiên liên tục: là nguồn lt đã được gián đoạn hóa theo t/g. VD: Hệ TT xung điều biên xung (PAM: Pulse Amplitude Modulation), điều pha xung (PPM), điều tần xung (PFM) không bị lượng tử hóa. ­ Dãy ngẫu nhiên rời rạc: Các httt xung có lượng tử hóa như FM, AM, điều biên xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM)
  7. VD: Sơ đồ truy ền số liệu Source System Destination System Trans­ Trans­ Des­ Source mission Receiver mitter tination System Sơ đồ kh ố i t ổ ng quát (mô hình Shannon)  Ứng dụng dữ liệu  Ứng dụng video  Ứng dụng âm thanh, tiếng nói.  Ứng dụng thời gian thực Ví dụ
  8. VD: Quá tr ình biến đổi tín hiệu  Dữ liệu: biểu diễn số liệu, khái niệm, dưới dạng thích hợp cho việc giao tiếp, xử lý, diễn giải  Thông tin: ý nghĩa được gán cho dữ liệu  Tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua một môi trường truyền dẫn
  9. 2. Rời rạc hó a một nguồn tin liên tục (NTLT) Phép biến đổi NTLT –> RR g ồm 2 bước: b1: Khâu rr hóa theo tg gọi là khâu lấy mẫu b2: Khâu lượng tử hóa theo mức + Lấy mẫu: là một hàm tin là tính mẫu tại thời điểm nhất định. Định lý: Một hàm s(t) có phổ hữu hạn, không có thành phần tần số lớn hơn ωmax có thể được thay thế bằng các mẫu của nó lấy tại những điểm cách nhau 1 khoảng Δt ≤ / ωmax + Lượng tử hóa: Hàm S(t) thể hiện NT lt, bđổi lt trong phạm vi (Smin, Smax), ta phân chia phạm vi đó thành một số mức nhất định, đánh số các mức từ Smin S0 S1 S2 , Smax. Việc biến dạng hóa sự biến đổi biên độ của S(t) là cho biên độ lấy mức Si nhất định khi nó tăng hoặc giảm gần đến mức đó. Như vậy S(t) sẽ trở thành hàm biến đổi theo bậc thang gọi là hàm lượng tử hóa S’(t) Một NTLT sau khi lấy mẫu và lượng tử hóa ­> NTRR
  10. 3. Độ đo thô ng tin (Metric)  Độ đo của mộ t đại lượng là cách ta xác định độ lớn của đại lượng đó. Mỗi M phải thỏa mãn 3 tính chất sau: ­ M phải cho phép ta xđ được độ lớn của đlượng ­ M phải không âm ­ M phải tuyến tính, tức là gtrij tự đo được của đlượng tổng cộng phải bằng tổng g trị của các đl riêng phần. • M là hàm tỷ lệ nghịch với xsxh của tin f(1/p(xi)) cho tin xi có xsxh p(xi) (khi p=1 ­> một tin không cho ta lượng tin) • Khi 2 tin đồng thời xh: f(1/p(xi,xj)) = f(1/p(xi)) +f(1/p(xj)) Vì 2 tin là độc lập thống kê nên: p(xi,xj) = p(xi).p(xj) ⇒ F là một làm log. Vậy lượng đo TT của 1 tin xi là: I(xi) = logb(1/ p(xi)) (Hiện nay thường dùng các độ đo b=2, b=e, b= 10)
  11. 4. Mã hóa:  Mã hóa là ph ép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn. Phép bđổi ấy tương đương trên quan điểm TT và nhằm cải tiến các chỉ tiêu kỷ thuật của httt. VD: Cho nguồn tin A có 4 tin đẳng xác suất với sơ đồ thống kê: A= a1 a2 a3 a4 ¼ ¼ ¼ ¼ Lượng tin I(ai) = 1. (log21/4) = 2 bit Bằng một phép mã hóa như sau: a1­> b1b1 , a2­> b1b2 , a3­> b2b1 , a4­> b2b2 Chúng ta biến đổi thành 1 nguồn tin mới gồm có 2 ký hiệu đẳng xác suất: B = b1 b2 ½ ½ Lượng tin chứa trong 1 tin của B cũng bằng lượng tin chứa trong tin tương ứng của A. VD: tin b1b2 a1 trong A: I(b1,b1)=2.log2(2)=2(bit)
  12. 5. Điều chế v à giải điều chế  Trong hhttlt, cá c tin hình thành từ NTLT được bđổi thành đại lượng điện (áp, dòng) và chuyển vào kênh. VD: Điện thoại ­> khi truyền qua k/c lớn ­> điều chế(I, F, P) ­> tức là chuyển TT thành một dạng năng lượng thích hợp với môi trường. • Đối với htttrr, qui luật mã hiệu điều khiển 1 hoặc nhiều thông số của năng lượng được dùng để mang tin. • VD: Điện báo ­> qui luật mã hiệu điều khiển biên độ dòng 1 chiều. • Các pp đchế cao tần cũng giống như trường hợp ttlt, nhưng làm việc gián đoạn theo tg gọi là khóa lịch. • VD: PP khóa lịch biên độ (ASK: Amplitude Shift Key), PSK, FSK. • Giải điều chế là phép biến đổi ngược lại của phép đchế, điều khác là t/h đầu vào của t/ bị giải điều chế không phải chỉ là t/ h đầu ra của tbđchế, mà là một hỗn hợp thđchế và tạp nhiễu . ⇒ Nhiệm vụ của các tb giải đchế là từ trong hỗn hợp đó lọc ra được TT dượi dạng 1 hàm điện áp liên tục hoặc một dãy xung điện rời rạc giống như TT ở đầu vào tbđc với sai số trong phạm vi cho phép. VD: Tách sóng biên độ, tách sóng pha, tách sóng đồng bộ, lọc tin liên kết, lọc tối ưu
  13. 6. Quá trình truy ền từ nguồn đến đích  Mã hóa, Điều chế và giải điều chế, truyền, nhận. Source System Coding Trans­ Source Modulating Media mitter Destination System Receive Demodulating Decoding Destination End
  14. VD1 : Quá trình truyền Source System Destination System Trans­ Trans­ Des­ Source mission Receiver mitter tination System  Liên quan đến các vấn đề truyền dữ liệu số dạng thô  Truyền dẫn dữ liệu (data transmission)  Mã hóa dữ liệu (data encoding)  Kỹ thuật trao đổi dữ liệu số (digital data communication)  Điều khiển liên kết dữ liệu (data link control)  Phân hợp (multiplexing)  Liên kết (link) hoặc mạch (circuit)  Kênh (channel)
  15. VD2: Mạng truy ền số liệu  Giao tiếp điểm­ điểm Wide­Area Switching thường không thực tế Network node  Các thiết bị cách xa nhau  Số kết nối tăng đáng kể khi số các thiết bị cần giao tiếp lớn ⇒ mạng truyền số liệu Source system Destination system  Trans Trans Dest Phân loại dựa vào phạm Source mitter mission Receiver ination vi hoạt động System  Mạng cục bộ (Local­Area Networks – LAN) Local­Area Network  Mạng diện rộng (Wide­ Area Networks – WAN)
  16. Chương 2: M ã hiệu Trong các htttrr hoặc lt nhưng đã được rr hóa, bản tin thông thường thông qua các phép biến đổi. ­ Ở bên phát ­> đổi thành số (nhị phân), mã hóa ­ Ở bên thu ­> đổi ngược lại, giải mã, liên tục hóa 1. Định nghĩa: _ Mã hiệu (code): là nguồn một nguồn tin với sơ đồ thống kê được xây dựng nhằm thỏa mãn một số yêu cầu do hệ thống truyền tin đề ra. Mã hiệu chính là tập hữu hạn các dấu hiệu riêng (symbol), hay bảng chữ riêng có phân phối xác suất thỏa mãn một số yêu cầu qui định. VD: ­Trong TT điện báo khóa lịch (manip) tần số (FSK, PSK), 2 tần số hoặc 1 góc pha ngược nhau 1800, cơ số mã m=2. ­ Điện báo morse: m=3
  17. Định nghĩa v à điều kiên thiết lập mã  Quá trình mã hóa (encoding) là việc sử dụng mã hiệu để biểu diễn các tin của SI.  Vì số ký hiệu mã phải dùng 1 tổ hợp các ký hiệu mã. ­> dãy này gọi là từ mã (codeword).  Từ mã là 1 dãy liên tục các ký hiệu mã được dùng để mã hóa SI­> tập từ mã ­> mã khối.  ĐK t/lập mã chung cho các loại mã hiệu: có q/luật đảm bảo sự phân tách ra được 1 cách duy nhất các từ mã. VD: SI: a,b,c,d được mã hóa theo qui luật a­>00, b­>01, c­>10, d­>11. aabcdb ­>000001101101 Khi giải mã tách từng nhóm 2 ký hiệu mã tương ứng Nếu đem nguồn trên với bộ mã khác sẽ cho kq khác. ĐK riêng cho mỗi loại mã: Đ/v bộ mã còn tồn tại đk riêng phải được thõa mãn khi thiết lập mã. VD: Mã thống kê tối ưu phải đạt được độ dài trung bình của các từ mã tối thiểu, mã chống nhiễu phải cho phép phát hiện sai càng nhiều càng tốt.
  18. − n 1 k ∑ ak m = k 0 2. Phương ph áp biểu diễn mã 2.1 Các bảng mã : ­ Bảng đối chiếu mã: liệt kê tin của nguồn kèm theo từ mã. Nếu bộ mã lớn ­> cồng kềnh. VD: Tin a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 Từ mã 00 01 100 1010 1001 ­ Mặt toạ độ của mã: là 1 biểu diễn dựa trên 2 thông số của từ mã, là độ dài n và trọng số b để lập một mặt phẳng có 2toạ độ, trên đó mỗi từ mã được bd bằng 1 điểm. n−1 k  b = ∑ ak m k =0  ak: giá trị riêng của ký hiệu thứ k trong từ mã kể từ trái sang phải với mã nhị phân.  k: là số thứ tự, m: là cơ số của mã
  19. VD: Trọng số của từ mã nhị phân có 4 ký hiệu 1011 bằng: b = 1.20+0.21+1.22+1.23 = 13 Mỗi từ mã sẽ hoàn toàn xác định khi ta xác định được (n,b) của nó. Định lý: Không có 2 từ mã mã hoá 2 tin khác nhau của cùng một bộ mã thoã mãn đồng thời : ni =nj , bi=bj
  20. 2.2 Đồ hình m ã  Cây mã là một đồ hình gồm các nút và các nhánh. Gốc của cây gọi là nút gốc. Từ nút gốc phân ra m nhánh, mỗi nhánh đại biểu 1 trị. Mỗi nhánh kết thúc tại 1 nút ở cấp cao hơn nút xuất phát ­> tiếp tục phân ra. VD: Cây mã cho bộ mã 00, 01, 100, 1010, 1011 0 1 mức gốc (0) mức 1 (m=1) 0 1 0 mức 2 (m=2) 00 01 1 mức 3 (m=3) 100 1 0 mức 4 (m=4) 1010 1011