04 - Chuong 4_Truyen dan dai thong - Ly thuyet

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

CHƯƠNG 4
TRUYỀN DẪN DẢI THÔNG
4.1 CHUYỂN ĐỔI SỐ-TƯƠNG TỰ (Điều chế số)
 Khái niệm: Điều chế số là quá trình thay đổi một trong các
đặc tính (Biên độ, Tần số, Pha) của tín hiệu sóng mang (điều hoà,
sin) dựa trên thông tin của tín hiệu số (1 và 0).


Lý do điều chế số:

 Khi truyền dữ liệu từ một thiết bị số A sang một thiết bị số B dùng
đường dây điện thoại, vô tuyến. Hoặc khoảng cách truyền xa.
Dây điện thoại lại mang tín hiệu tương tự, nên phải chuyển đổi tín
hiệu số sang tín hiệu tương tự.
 Ghép kênh.


Sơ đồ khối
Digital/Analog
modulation

Hình 4.1


Phân loại:

Tín hiệu sin được định nghĩa từ ba đặc tính: biên độ, tần số và
góc pha.
Trong truyền số liệu, ta quan tâm đến các phương pháp sau:
 ASK (amplitude shift keying): điều chế số biên độ, khoá dịch biên độ
 FSK (frequency shift keying): điều chế số tần số, khoá dịch tần số
 PSK (phase shift keying): điều chế số pha, khoá dịch pha
Ngoài ra còn có phương thức thứ tư là QAM (quadrature amplitude
modulation) là phương thức điều chế rất hiệu quả dùng trong các modem.

www.hcmute.edu.vn

1

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

Digital/Analog
modulation

ASK

FSK

PSK

QAM

Hình 4.2


Các yếu tố của điều chế số

Có 2 yếu tố quan trọng điều chế số: Tốc độ bit/baud và tín hiệu
sóng mang (Sin).
 Tốc độ bit (Rbit): là số bit được truyền trong một giây (bps: bit per
second)
 Tốc độ baud (Rbaud=Nbaud): là số đơn vị tín hiệu truyền trong một
giây (baud/s)
Đơn vị tín hiệu là một tín hiệu sóng mang (sin) đã chứa tín hiệu
số (có thể mang 1bit, 2bit, 3 bit…)
Amplitude
1 bit
0

Bit rate : 5

Baud rate : 5

1 bit
1

1 bit
0

1 bit
1

1 bit
0
Time

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 second

Amplitude
2 bits
01

Bit rate : 10
2 bits
10

Baud rate : 5
2 bits
10

2 bits
11

2 bits
00

Time

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 second

Hình 4.3
Ý nghĩa tốc độ baud nhằm xác định băng thông cần thiết để
truyền tín hiệu.
2

www.hcmute.edu.vn

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu
Rbit= Rbaud x n
Ví dụ:
 Baud tương tự như xe, còn bit tương tự như người trong xe.
 Một chuyến xe chở một hoặc nhiều người.
 Nếu 1000 xe di chuyển từ điểm này sang điểm khác chỉ chở một
người (Ví dụ lái xe) thì mang được 1000 người.
 Với số xe trên, mỗi xe chở 4 người, ta vận chuyển được 4000 người.
 Số xe là đơn vị lưu thông trên đường, tức là tạo nhu cầu về độ rộng
của con đường.
Nói cách khác, tốc độ baud xác định băng thông cần thiết, chứ
không phải tốc độ bit.
Ví dụ 13: Một tín hiệu tương tự (sóng mang) mang 4 bit trong đơn
vị tín hiệu. Giả sử có 1000 đơn vị tín hiệu được truyền trong một giây,
hãy xác định tốc độ baud và tốc độ bit.
Giải:
Tốc độ baud = số đơn vị tín hiệu trong 1s = 1000 baud/giây
Tốc độ bit = tốc độ baud x số bit trong một đơn vị tín hiệu =1000 x
4 = 4000 bps.
Ví dụ 14: Cho tốc độ bit của tín hiệu là 3000 bps. Giả sử mỗi phần
tử tín hiệu mang 6 bit, hãy tính tốc độ baud.
Giải:
Tốc độ baud = tốc độ bit/ số bit trong mỗi phần tử tín hiệu = 3000/6
=500 baud/giây
 Tín hiệu sóng mang (carrier signal):
 Trong truyền dẫn analog, thiết bị phát tạo ra tần số sóng cao tần
làm nền cho tín hiệu thông tin. Tín hiệu nền này được gọi là sóng
mang hay tần số sóng mang (dạng điều hoà, sin).
 Thiết bị thu được chỉnh để thu tần số sóng mang, trong đó có tín
hiệu số đã được điều chế.
 Tín hiệu mang thông tin được gọi là tín hiệu điều chế.
4.1.1 ASK (amplitude shift keying: điều chế số biên độ):
www.hcmute.edu.vn

3

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

 Khái niệm: Là quá trình các bit ‘1’ và ‘0’ làm thay đổi biên độ
của tín hiệu sóng mang (tần số và pha không thay đổi).
Ví dụ:
‘0’ vc1(t)=Vcm1 sin(2πfct+1800); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit
‘1’ vc2(t)=Vcm2 sin(2πfct+1800); Tồn tại trong 1 chu kỳ bit
Giả sử Vcm2 > Vcm1 ;
Ví dụ 15: Cho một tín hiệu số 01010, tốc độ bit là 5 bps, được điều
chế bằng phương pháp ASK. Tần số sóng mang fc= 20Hz. Biên độ đối
với bit ‘1’ là 5V, biên độ đối với bit ‘0’ là 2V. Pha ban đầu của sóng
mang là 1800.
a. Vẽ tín tín hiệu ASK.
b. Tín hiệu ASK có phải là tín hiệu điều hoà hay không? Giải thích.
c. Tính tốc độ Baud.
Giải:
a. Vẽ tín tín hiệu ASK.
‘0’ vc1(t)=2. sin(2π.20t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit
‘1’ vc2(t)=5 sin(2π.20t+1800) V; Tồn tại trong 1 chu kỳ bit
Chu kỳ bit Tb=1/ Rb=1/5 = 200ms
Chu kỳ sóng mang Tc=1/ fc=1/20 = 50ms
Vậy Tb= 4 Tc  1 chu kỳ bit chứa 4 chu kỳ sóng mang
Amplitude
1 bit
0

Bit rate : 5
1 bit
1

Baud rate : 5
1 bit
0

1 bit
1

1 bit
0
Time

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 baud

1 second

Hình 4.4
b. Tín hiệu ASK không phải là tín hiệu điều hoà.Vì có 2 biên độ.
c. Tốc độ Baud: Nbaud = Rbaud= 5 baud/s
 Khuyết điểm: ASK thường rất nhạy cảm với nhiễu biên độ.
Nhiễu này thường là các tín hiệu điện áp xuất hiện trên đường dây
từ các nguồn tín hiệu khác ảnh hưởng được lên biên độ của tín hiệu ASK.
4

www.hcmute.edu.vn

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

Phương pháp ASK thông dụng và được gọi là OOK (on-off
keying). Trong OOK, có một giá t
...
--------------------------------------
...ud
28,800 bps
4-wire

3000

256-QAM

V.33
FDX
2400baud
14,400 bps
4-wire

2700
2400

64-QAM

V.32terbo
FDX
2400baud
19,200 bps
4-wire

2100

32 QAM (trellis)

V.32bis
FDX
2400 baud
14,400 bps
4-wire

1500
1200

Two speed:1200
bps using 4-DPSK
or 2400 bps using
16 QAM

1800

3000

4096-QAM

600

1800

3000

128-QAM allows 7
bit per baud:6 data
bits plus one
redundant bit
Standard speed:
28,800bps, but
with data
compression can
achieve speeds up
to times that rate

Hình 6.54
Modem thông minh
Mục đích của modem là điều chế và giải điều chế. Các modem
ngày nay được gọi là modem thông minh khi có chứa phần mềm hỗ trợ
các chức năng phụ như tự động trả lời hay quay số, hiện đang phát triển
rất mạnh với nhiều phương thức hoạt động khác nhau.

4.5 MODEM 56K
 Modem truyền thống: giới hạn (dung lượng truyền cực đại) ở 33,6
Kbps theo Shannon.

42

www.hcmute.edu.vn

Chương 4: Truyền dẫn dải thông
Quantization limits
the rate from A to B
Modulation limits
the rate from A to B

A

PCM

Modulator

Switching Station
`

Demodulator
Internet
PCM

Local loop

Modem

Telephone
network

B
Internet
PCM
Switching Station

Modulator
Demodulator
Local loop

PCM

`

Modem

Quantization limits
the rate from A to B

Hình 6.55
 Modem 56K: dùng cơ chế không đối xứng, download với tốc độ
56Kbps và upload với tốc độ 33.6Kbps.
Quantization limits
the rate from A to B
A

PCM

Modulator

Switching Station
`

Demodulator
Local loop

Modem

Internet
PCM

Telephone
network

Internet
Provider

Digital link

Internet

Hình 6.56
 Modem cáp: Dùng phối hợp với hệ thống truyền hình cáp.

TV cable
Splitter

Cable box

Network
card
`

Hình 6.57
www.hcmute.edu.vn

43

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

TỪ KHÓA VÀ Ý NIỆM


56K Modem



Hayes compatible modem



Asynchronous transmission



Intelligent modem



Bell modems



Interface



Cable modem



Link access procedure for modem (LAPM)



Data circuit-terminating eqipment (DCE)



Data termainal equipment (DTE)



Modem



DB-9, DB-15, DB- 25, DB-37



Modulation - demodulation



Modulator -demodulator



Null modem



Chuẩn RS-422, RS-423



Differential phase shift keying (DPSK)



Serial transmission



Synchronous transmission



Trellis-coded modulation



Downloading, uploading



Start bit, stop bit



EIA-232, EIA-449, EIA 530



Vseries, V.21, V.22, V. 22bis, V.32, V.32 bis, V.34, V.42, V.42bis,

X.21

44

www.hcmute.edu.vn

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

TÓM TẮT
 DTE: (Data terminal equipment) Thiết bị đầu cuối: là nguồn hay
đích của dữ liệu số nhị phần
 DCE (Data-circuit equipment) Mạch đầu cuối: nhận tín hiệu từ
DTE và chuyển thành dạng thích hợp cho quá trình truyền trên
mạng. Mạch này cũng thực hiện quá trình chuyển đổi ngược lại.
 Giao diện DTE-DCE được định nghĩa bởi các đặc tính về cơ, điện
và chức năng
 Chuẩn EIA-232 là chuẩn được dùng nhiều trong giao diện DTEDCE gồm cọc nối 25 chân (DB-25), với các chức năng đặc thù cho
mỗi chân. Các chức năng này có thể là ground, data, timing, dự
phòng và chưa đặt tên.
 Chuẩn EIA-449 cung cấp tốc độ truyền dữ liệu tốt và cự ly xa hơn
chuẩn EIA-232
 Chuẩn EIA-449 định nghĩa các cổng 37 chân (DB-37) được dùng
cho kênh sơ cấp, kênh thứ cấp dùng cổng nối 9 chân.
 DB-37 chia thành hai hạng mục, Category I (các chân tương thích
với EIA-232) và Category II ( các chân mới không tương thích
được với EIA-232)
 Các đặc trưng về điện của EIA-449 được định nghĩa bởi các chuẩn
RS-423 và RS-422.
 RS-422 là mạch cân bằng dùng hai dây để truyền tín hiệu. Suy
giảm tín hiệu do nhiễu trong RS-422 ít hơn so với RS-423.
 X.21 giảm bớt số chân điều khiển trong giao diện nhờ truyền thông
tin điều khiển trong các chân dữ liệu.
 Modem rỗng nhằm kết nối hai DTE tương thích không cần mạng
hay điều chế
 Modem là một DCE nhằm điều chế và giải điều chế tín hiệu
 Modem chuyển đổi tín hiệu số dùng các phương thức điều chế
ASK, FSK, PSK hay QAM.
 Các đặc tính vật lý của dây truyền giới hạn tần số của tín hiệu truyền

www.hcmute.edu.vn

45

Chương 4: Truyền dẫn dải thông

 Dây điện thoại thông thường dùng dải tần số từ 300Hz và 3300Hz.
Để thông tin dữ liệu dùng dải tần 600hz đến 3000hz, và cần có dải
thông tần (băng thông) là 2400Hz.
 Điều chế ASK dễ bị ảnh hưởng của nhiễu
 Do phải dùng hai tần số truyền nên điều chế FSK có băng thông
rộng hơn so với ASK và PSK.
 Điều chế PSK và QAM có hai ưu điểm so với ASK:
Không nhạy cảm với nhiễu
Mỗi thay đổi tín hiệu có thể biểu diễn nhiều hơn một bit
 Modem thông dụng nhất hiện này đã vượt qua các khả năng do
modem Bell cung cấp (V series) do UIT-T định nghĩa.
 Trellis coding là kỹ thuật dùng redundancy để cung cấp tốc độ lỗi bé.
 Một modem thông minh có chứa phần mềm nhằm thực hiện các
chức năng khác với chức năng điều chế và giải điều chế.
 Modem 56K là dạng không đối xứng, nên download với tốc độ
56K và upload với tốc độ 33.6 K
 Cáp đồng trục dùng trong truyền hình cáp có thể cung cấp băng thông
lớn (tức là cho phép tốc độ bit cao) cho môi trường truyền số liệu.

46

www.hcmute.edu.vn