lecture 1 tong quan ve he thong vien thong -he thong vien thong 1- thuan
TRANSCRIPT
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1BÀI: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
VIỄN THÔNG
1
LECTURER: ĐỖ ĐÌNH THUẤN, Ph.D.dodinhthuan @ gmail.com
Nội dung tóm tắt môn học
� Nội dung của học phần bao gồm các phần chính sau:
� Môn học cung cấp cho sinh viên các khái niệm cơ bản về viễn thông như: tín hiệu, phổ, SNR, BER…các kỹ
2
về viễn thông như: tín hiệu, phổ, SNR, BER…các kỹ thuật điều chế trong hệ thống thông tin tương tự - số, các kỹ thuật ghép kênh, phân kênh, kỹ thuật trải phổ, các kênh truyền và các kỹ thuật chuyển mạch & tổng đài. Tổng quan về các hệ thống tương tự, hệ thống thông tin số, hệ thống thông tin trải phổ cũng được xem xét trong môn học này.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Thông tin môn học
� Tên học phần: Hệ thống viễn thông 1
� Mã học phần: TESY330464
� Môn học trước: Điện tử cơ bản 2, Điện tử thông tin.
� Đánh giá
3
� Điểm thứ 1 : 30% Kiểm tra trên lớp� Project, homeworks
� Điểm thứ giữa kỳ lần 1 : 10% Kiểm tra viết giữa kỳ.
� Điểm thứ giữa kỳ lần 2 : 10% Kiểm tra viết giữa kỳ.
� Điểm thứ 4 : 50% Kiểm tra viết cuối kỳ
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tài liệu tham khảo
� [1] Vũ Đình Thành, “Nguyên lý thông tin tương tự và số”, ĐH Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2003.
� [2] Vũ Đình Thành, “Hệ thống viễn thông”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1997.
� [3] Phạm Minh Việt, Thái Hồng Nhị, Hệ thống viễn thông
4
� [3] Phạm Minh Việt, Thái Hồng Nhị, Hệ thống viễn thông 1&2“, NXB KHKT, 2000.
� [4] Nguyễn Hồng Sơn, Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài 1&2, NXB Minh Khai, 2000.
� [5] Herbert Taub, Donald L. Schilling, “Principles of Communication Systems”, McGraw-Hill, 1987.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tài liệu tham khảo
� [6] Rogerl Freeman, “Fundamentals of Telecommunication”, Ed 2nd, 2005.
� [7] Bruce A. Carlson, “Communication Systems” – Mc GrawHill – 1986.
� [8] John Proakis, “Digital Communications” – Prentice
5
� [8] John Proakis, “Digital Communications” – Prentice Hall.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Nội dung chương 1
� Sơ đồ khối của hệ thống thông tin tương tự và hệ thống thông tin số.
� Nguồn tin.
� Mã hóa và giải mã nguồn.
Mã hóa và giải mã kênh.
6
� Mã hóa và giải mã kênh.
� Điều chế và giải điều chế.
� Ghép kênh và giải ghép kênh.
� Kênh truyền
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Sơ đồ khối hệ thống viễn thông
� Sơ đồ khối chính7
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Sơ đồ khối hệ thống viễn thông
� Sơ đồ khối chính8
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Sơ đồ khối hệ thống viễn thông
� Các khối chính� Format: tạo các kí tự (symbol) số� Source encode: mã hóa nguồn tin, loại bỏ thông tin
thừa, làm băng thông tín hiệu vào phù hợp băng thông kênh truyền
9
thông kênh truyền� Encrypt: bảo mật� Channel encode: giảm xác suất lỗi� Multiplex: nhiều tín hiệu khác nhau chia sẻ kênh
truyền� Modulate: chuyển kí tự thành dạng sóng (waveform)
phù hợp với kênh truyềnDinh-Thuan Do, Ph.D.
Phổ tần số
� Phổ tần số: Các dải tần số dùng trong viễn thông
� Khởi nguồn từ hệ thống viễn thông tần số thấp chẳng hạn như mạng điện thoại cho đến khi
10
chẳng hạn như mạng điện thoại cho đến khi phát triển các hệ thống viễn thông dùng tần số cao như mạng vệ tinh
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Băng thông (Bandwidth)
� Băng thông biểu diễn cho một dải tần sốBandwidth is 400 MHz
11
300 MHz 700 MHz
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các thành phần cơ bản hệ thống viễn thông
� Các thành phần cơ bản hệ thống viễn thông
12
� Ví dụ đơn giản
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các thành phần cơ bản hệ thống viễn thông
� Các ảnh hưởng đến kênh truyền
13
� Ví dụ đơn giản
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Suy hao
14
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Suy hao � Vấn đề này trở thành vấn đề quan trọng khi cự ly
truyền dẫn dài, ví dụ như các tuyến truyền dẫn liên quốc gia
15
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Suy hao � Giải pháp giảm suy hao� #1 Dùng bộ khuếch đại
16
� #2 dùng kênh truyền tốt hơn, như cáp quang� #3 dùng tín hiệu số, vì có bộ phát hiện ngưỡng ở
bộ tách sóng (detector)Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Méo tuyến tính
17
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Méo tuyến tính� Phụ thuộc vào loại kênh, chiều dài kênh
18
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Méo tuyến tính � Một vài loại méo tuyến tính cơ bản (đơn vị dB)
19
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Méo tuyến tính � Giải pháp giảm méo tuyến tính: � #1: tín hiệu phải nằm trong vùng băng thông kênh-> qui luật: băng thông tín hiệu phải nhỏ hơn hoặc
20
-> qui luật: băng thông tín hiệu phải nhỏ hơn hoặc bằng băng thông kênh
� #2: sử dụng bộ cân bằng (equalizer)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise � Các nguồn bên ngoài: nhiễu từ các kênh kế bên
(crosstalk), nhiễu từ các contact switches, bức xạ khởi động mô tô, đèn huỳnh quang, nhiễu tự nhiên từ ánh sáng, bức xạ mặt trời,…
21
nhiên từ ánh sáng, bức xạ mặt trời,…
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise � Ví dụ: nhiễu từ các kênh kế bên (crosstalk),
22
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise � Các nguồn nội: nhiễu nhiệt (do chuyển động tự
do của các electron trong các vật dẫn, tán xạ ngẫu nhiên, và tái tổ hợp các sóng mang trong các thiết bị điện tử).
23
các thiết bị điện tử).
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise � Các nguồn nội: � Công thức tính mật độ công suất nhiễu nhiệt
N=kTB (watts)
24
N=kTB (watts)� K=1,3803 x 10-23 J/K� T: nhiệt độ kelvin, T=t0C+273� B băng thông (Hz)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Ví dụ:� Cho máy thu với nhiệt nhiễu 294K và băng
thông 10 MHz, mức nhiễu nhiệt ngõ ra máy thu sẽ là
25
thu sẽ là N=-228,6dB+10log294+10log107
=-228,6+24,7+70=-133,9 dB
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise � ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài có thể tối thiểu
hoá hay loại bỏ� ảnh hưởng của nhiễu nội có thể tối thiểu hoá
26
nhưng không bao giờ loại bỏ được� eliminated.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise: các giải pháp giảm nhiễu ngoài� bọc cáp (Shielding) hay xoắn đôi (twisting).
27
� Thiết kế cáp chống nhiễu� Thiết kế phù hợp cho kênh� Thiết kế bộ lọc BPF hay LPF ở phía thu
� Sử dụng truyền dẫn số
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Noise: các giải pháp giảm nhiễu nội� Làm mát/lạnh� Thiết kế bộ lọc BPF hay LPF
28
� Thiết kế bộ lọc BPF hay LPF ở phía thu
� Sử dụng truyền dẫn số
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Các ảnh hưởng do cả suy hao và noise:
� Ta cần giải pháp mới là dùng trạm lặp
29
� Ta cần giải pháp mới là dùng trạm lặp
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Nhiễu AWGN
� Additive: nhiễu thường cộng vào tín hiệu mang tin.
30
� White
� Gaussian: giả sử rằng biên độ điện áp nhiễu có phân bố Gaussian hoặc Normal
White noise ( ) constfpo =
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Các ảnh hưởng đến kênh truyền
� Các ảnh hưởng khác� Fading� Dịch Doppler (Doppler Shift): � Nhiễu tái sử dụng tần số (Frequency-reuse
31
� Nhiễu tái sử dụng tần số (Frequency-reuse interference)
� Tán sắc (Chromatic Dispersion)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất hệ thống
32
� Hệ thống viễn thông số: xác suất lỗi Pe� Hệ thống viễn thông tương tự:
� SNR signal-to-noise ratio� Phần trăm méo tín hiệu
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
� Phần trăm méo tín hiệu� Lỗi trung bình bình phương MSE (mean-square
error) giữa dạng sóng phát và thu
�
Tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất hệ thống
33
� Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR� Thông thường người ta đánh giá chất lượng
hệ thống thông qua tỉ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu hay gọi là SNR
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
trên công suất nhiễu hay gọi là SNRS/N (dB)=10log(Ps/Pn)
� Ps: công suất tín hiệu� Pn: công suất nhiễu
Tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất hệ thống
� Đánh giá hệ thống viễn thông: BER � Tại sao cần dùng: để biểu diễn tổng số lỗi xảy ra
trong đường truyền dẫn, diễn tả chất lượng tuyến� BER là một đặc tính của thiết bị
34
� BER trực tiếp liên quan tỉ số Eb/No� BER cải thiện khi Eb/No tăng
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất hệ thống
� Đánh giá hệ thống viễn thông � Chất lượng của hệ thống cơ bản đo bằng tỉ số lỗi bit
(bit error rate (BER)� BER là một hàm của SNR:
35
�Điều chế Binary Phase Shift Keying (BPSK): bit = 0 → symbol = 1, bit = 1 → symbol = -1
�Đối với kênh AWGN dùng BPSK
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Tốc độ cực đại mà dữ liệu có thể phát qua kênh truyền, dưới các điều kiện đã cho, được gọi là dung lượng kênh truyền (channel capacity).
� Tốc độ dữ liệu (Data rate)� Tốc độ tính bằng bit/s (bps)
36
� Tốc độ tính bằng bit/s (bps)� Băng thông (bandwidth)
� Tính bằng chu kì trên giây, hay Hertz� Ràng buộc bởi thiết bị phát và đặc tính môi
trường truyền� Tỉ lệ lỗi (Error rate)
� Tỉ lệ lỗi xảy ra, ví dụ lỗi khi thu một bit 1 khi một bit 0 được phát,
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Tỉ lệ lỗi (Error rate)� Tỉ lệ lỗi xảy ra, ví dụ lỗi khi thu một bit 1 khi một
bit 0 được phát, � Mục tiêu là sử dụng có hiệu quả nhất băng thông đã cho, cụ thể ta có thể đạt được tốc độ dữ liệu cao
37
đã cho, cụ thể ta có thể đạt được tốc độ dữ liệu cao nhất có thể với một giới hạn của tỉ lệ lỗi tương ứng với băng thông đã cho
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� 2 công thức tính dung lượng� Đặt vấn đề: với băng thông đã cho, tốc độ dữ
liệu nào có thể đạt được?� Công thức Nyquist
38
� Công thức Nyquist� Giả sử không nhiễu (noise free)
C = 2B log2M
� Công thức dung lượng Shannon� Giả sử nhiễu trắng
C = B log2(1+SNR)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức Nyquist� Giả sử kênh không nhiễu� Công thức Nyquist: nếu tốc độ truyền dẫn tín
hiệu là 2B, thì tín hiệu với các tần số không
39
hiệu là 2B, thì tín hiệu với các tần số không lớn hơn B đủ mang tín hiệu đó� Cho băng thông B, tốc độ dữ liệu cao nhất sẽ là
2B
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức Nyquist� Tại sao có những giới hạn này?
� Bởi vì nhiễu liên kí tự (intersymbol interference), chẳng hạn như các ISI này sinh ra
40
interference), chẳng hạn như các ISI này sinh ra bởi méo độ trễ (delay distortion).
� Chẳng hạn các tín hiệu nhị phân (2 mức điện áp), tốc độ dữ liệu cực đại tương ứng băng thông B Hz là 2B bps� Một tín hiệu biểu diễn bằng một bit
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức Nyquist� Các tín hiệu có nhiều hơn 2 mức thì mỗi tín hiệu có
thể biểu diễn bằng hơn 1 bit� Ví dụ nếu tín hiệu có 4 mức khác nhau, thì tín
hiệu có thể biểu diễn bởi 2 bit: 00, 01, 10, 11
41
hiệu có thể biểu diễn bởi 2 bit: 00, 01, 10, 11� Với tín hiệu nhiều mức, công thức Nyquist trở thành
� C = 2B log2M� M là số mức tín hiệu rời rạc, B là băng thông đã
cho, C là dung lượng kênh tính bằng bps.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức Nyquist� Với tín hiệu nhiều mức, công thức Nyquist
� C = 2B log2M�Độ lớn của M như thế nào ?
Thiết bị thu phải phải phân biệt một trong M phần
42
�Thiết bị thu phải phải phân biệt một trong M phần tử tín hiệu
�Nhiễu và các ảnh hưởng (impairments) trên đường truyền dẫn sẽ giới hạn giá trị thực tế của M.
� Công thức Nyquist chỉ ra rằng nếu các tham số khác như nhau, tăng gấp đôi băng thông sẽ tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức dung lượng Shannon� Bây giờ xem xét mối quan hệ giữa tốc độ dữ liệu,
noise và tỉ lệ lỗi� Tốc độ dữ liệu nhanh hơn sẽ truyền mỗi bit nhanh
hơn, nhưng cụm các ảnh hưởng của nhiễu sẽ ảnh
43
hơn, nhưng cụm các ảnh hưởng của nhiễu sẽ ảnh hưởng đến nhiều bit� Ơ một mức nhiễu đã cho, tốc độ liệu cao hơn sẽ
gây ta tỉ lệ lỗi cao hơn� Tất cả các khái niệm này có quan hệ chặt với nhau
trong công thức phát triển bởi Claude Shannon.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Giới hạn dung lượng Shannon� Công thức dung lượng
� C: dung lượng kênh tính bits/giây (bps)� Bch: băng thông kênh (Hz)
44
� Bch: băng thông kênh (Hz)� SNR: Signal-to-Noise Ratio (không thứ nguyên)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức dung lượng Shannon� Trong công thức phát triển bởi Claude Shannon.
� Tham số quan trọng là SNR: tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu, là tỉ lệ công suất tín hiệu trên công suất chứa trong nhiễu
45
chứa trong nhiễu� Về cơ bản, SNR được đo ở phía thu, bởi vì thiết
bị thu xử lý tín hiệu và khôi phục dữ liệu� Để cho tiện, tỉ lệ này tính bằng decibel
� SNR = signal power / noise power� SNRdb
= 10 log10 (SNR)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức dung lượng Shannon :� C = B log2(1+SNR)� Giả sử chỉ có nhiễu trắng. Do đó, nó biểu diễn dung
lượng cực đại về lý thuyết có thể đạt được
46
� Vài lưu ý:� Với mức nhiễu đã cho, tốc độ dữ liệu có thể tăng bằng
cách tăng độ mạnh của tín hiệu hoặc băng thông� Khi cường độ tín hiệu tăng, các ảnh hưởng phi tuyến
trong hệ thống sẽ dẫn tới tăng nhiễu� Bởi vì nhiễu giả sử là nhiễu trắng, nên băng thông rộng
hơn, nhiễu sẽ tác động hệ thống nhiều hơn. Vì thế B tăng, SNR giảm.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Dung lượng kênh
� Công thức dung lượng Shannon :� C = B log2(1+SNR) bit/s
� Nghĩa là kênh với dung lượng C, thì ta có thể tìm ra kiểu mã hóa để phát dữ liệu với tốc R < C mà không có lỗi. Do đó, người ta không thể phát tốc độ R > C mà không
47
Do đó, người ta không thể phát tốc độ R > C mà không có lỗi.
� Chú ý: C là hàm phi tuyến của SNR�Ở SNR thấp, C ≃ SNR�Ở SNR cao, C ≃ log2(SNR)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Ví dụ
� Xem xét một ví dụ liên quan các công thức Nyquist và Shannon. Giả sử phổ của kênh nằm giữa 3 MHz và 4 MHz, và SNRdB = 24dB. Vì thế, B = 4 MHz – 3 MHz = 1 MHz
SNR = 24 dB = 10 log10(SNR) � SNR = 251
48
SNRdB = 24 dB = 10 log10(SNR) � SNR = 251
� Dùng công thức Shannon, giới hạn dung lượng C là
C = 106 x 1og2(1+251) ≈ 8 Mbps.
� Nếu muốn đạt giới hạn này, cần ít nhất bao nhiêu mức tín hiệu?
->dùng công thức Nyquist: C = 2Blog2M. Ta có 8 x 106 = 2 x 106 x log2M � M = 16.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tỉ số Eb/No
� Tỉ số năng lượng bit thông tin trên mật độ nhiễu tính bằng:
Eb/No (dB) = C/No (dB) - R (dB)
với C/No là sóng mang thu được trên mật độ nhiễu
49
tính bằng dB, và R là tốc độ thông tin (information rate)
-> Công thức trên chưa quan tâm đến loại điều chế
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Tỉ số Eb/No
� Khi xét ảnh hưởng của điều chế, mối quan hệ giữa kí tự phát và mật độ nhiễu:
Eb/No (dB) = Es/No (dB) - r (dB) ;
với r là tỉ lệ mã hóa (coding rate) dB.
50
� Ví dụ:
Một tỉ lệ mã hóa 1/2 dẫn đến r bằng -3 dB. Do đó, Es/No cho tín hiệu này sẽ nhỏ hơn 3 dB so với Eb/No [Eb/No = Es/No - (-3dB)].
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Phân loại hệ thống viễn thông
� Thiết kế đơn giản� Giá thành rẻ
� Miễn nhiễm noise� Cho phép ghép
Băng tần cơ sở tương tự Băng tần cơ sở số
51
Giá thành rẻ Cho phép ghép kênh TDM
� Sử dụng hiệu quả băng thông
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Phân loại hệ thống viễn thông
� Cho phép dùng anten
� Cho phép dùng anten
Sóng mang tương tự Sóng mang số
52
� Dùng FDM � Dùng FDM� Cũng có các ưu điểm của hệ thống băng tần cơ sở số
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Phân loại hệ thống viễn thông
� Hệ thống analog baseband� m(t) có thể mang giá trị bất kỳ trong miền giá
trị liên tục ở thời điểm t� Băng cơ sở: m(t) có phổ miền tần số khoanh
53
� Băng cơ sở: m(t) có phổ miền tần số khoanh vùng quanh tần số zero (tần số cơ sở)
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Phân loại hệ thống viễn thông
� Ví dụ hệ thống analog baseband54
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Phân loại hệ thống viễn thông
� Hệ thống analog baseband� Hệ thống này gửi tín hiệu băng cơ sở tương
tự m(t) mà không cần chỉnh sửa (modifications).
55
� Sử dụng cho truyền thông cự ly ngắn
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Điều chế và số hoá 56
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Điều chế và số hoá � Trong điều chế, tín hiệu m(t) được kết hợp
với tín hiệu tần số cao (được gọi là sóng mang – carrier).
57
� Do đó, các tần số bị dịch đi
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Điều chế (trong các hệ thống sóng mang tương tự và số) có ưu điểm� Cho phép sử dụng kích thước anten hợp lý hơn� Cho phép ghép kênh (FDM). Giống như CDMA
và OFDMA trong các hệ thống số.
58
và OFDMA trong các hệ thống số.� Cho phép tăng SNR và băng thông
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Điều chế� Ví dụ về các hệ thống sóng mang tương tự:
� Radio AM và FM.� Truyền hình tương tự (NTSC và PAL).
59
� Truyền hình tương tự (NTSC và PAL).
� Ví dụ về các hệ thống sóng mang tương tự:� Radio số� Truyền hình số (DVB-S, DVB-T, ATSC)� Mạng đô thị WiMAX (metropolitan)� Mạng LAN Wi-Fi� Mạng di động tổ ong thế hệ 2G, 3G, 4G� Modem quay số (dial-up), modem ADSL
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Vấn đề số hóa� Để chuyển tín hiệu băng cơ sở tương tự sang tín
hiệu băng cơ sở số cần: � Lấy mẫu– Sampling.
60
� Lượng tử hoá– Quantization.� Ghép bit– Mapping (tín hiệu dạng các luồng bit 0, 1,
ví dụ 6V, 10V, .., được ánh xạ thành các mã nhị phân 0110, 1010, …).
� Mã hoá– Encoding (coding).�Định dạng xung– Pulse Shaping.
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Vấn đề số hóa� Để chuyển tín hiệu
băng cơ sở tương tự sang tín hiệu băng cơ sở số cần:
61
băng cơ sở số cần: � Ánh xạ bit–
Mapping (tín hiệu dạng các luồng bit 0, 1, ví dụ 6V, 10V, .., được ánh xạ thành các mã nhị phân 0110, 1010, …).
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Mã hóa� Để chuyển tín hiệu băng cơ sở tương tự sang tín
hiệu băng cơ sở số cần: � Mã hoá– Encoding (coding).
62
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Điều chế và số hoá
� Ví dụ các hệ thống băng cơ sở số� Các kết nối nối tiếp (RS-232) hay các cổng USB� Kết nối Ethernet (dùng phổ biến trong mạng LAN)�Điện thoại (giữa các tổng đài nội hạt –local
63
exchange), chẳng hạn các hệ thống PDH chuẩn E1, E2, E3,…
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Kỹ thuật ghép kênh
� Khái niệm:� Ghép kênh là việc kết hợp các luồng thông tin từ nhiều
nguồn tin để truyền qua môi trường truyền chung � Phân kênh là việc tách các kênh đã kết nối thành các
luồng thông tin rời rạc
64
luồng thông tin rời rạc
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Kỹ thuật ghép kênh
� Ghép kênh với mục đích chính là chia sẻ đường truyền
65
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Kỹ thuật ghép kênh
� Kênh tín hiệu thoại cơ bản
� Tín hiệu thoại có băng thông 4kHz
� Lý thuyết lấy mẫu Nyquist:
� Tần số lấy mẫu gấp 2 lần tần số cao nhất
66
� Tần số lấy mẫu 8kHz, mỗi mẫu là 125us
� 256 mức tín hiệu=> 8 bit/mẫux 8000 mẫu/s=64kbps
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Kỹ thuật ghép kênh
� Phân loại: Có 3 loại:
� Frequency division multiplexing (FDM)
� Time division multiplexing (TDM)
� Wavelength Devision Multiplexing (WDM)
67
� TDM và FDM được sử dụng khá rộng rãi
� WDM là một dạng của FDM sử dụng cho thông tin quang
Dinh-Thuan Do402018 - He thong vien thong 1
Kỹ thuật ghép kênh
� Ứng dụng của các kỹ thuật ghép kênh:
� TDM
� Synchronous TDM (E-1, ISDN, optical fiber)
� Statistical TDM (LANs)
68
� FDM (cable, cell phones, broadband)
� WDM (optical fiber)
Kỹ thuật ghép kênh
� Frequency division multiplexing (FDM)
69
Dinh-Thuan Do
Kỹ thuật ghép kênh
� Frequency division multiplexing (FDM)
� Ứng dụng
� Phát thanh quảng bá, truyền hình, truyền hình cáp, hệ thống di động AMPS (Mỹ)
Đây là kỹ thuật ghép kênh xuất hiện đầu tiên
70
� Đây là kỹ thuật ghép kênh xuất hiện đầu tiên
� Do liên quan tín hiệu tương tự, FDM bị ảnh hưởng của nhiễu lớn
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
71
Dinh-Thuan Do
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Yếu tố quan trọng nhất trong TDM là đồng bộ
� Đồng bộ (định thời) thực thi bằng cách:
� Sử dụng tính thống kê tín hiệu TDM
72
� Chèn bit
� marker pulses
� pilot tones
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Cấu trúc khung tín hiệu PDH
73
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Phân cấp ghép kênh PDH
74
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Tiêu chuẩn ghép kênh Bắc Mỹ
75
Dinh-Thuan Do402018 - He thong vien thong 1
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Tiêu chuẩn ghép kênh Bắc Mỹ
76
Dinh-Thuan Do402018 - He thong vien thong 1
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Tiêu chuẩn ghép kênh Bắc Mỹ
77
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Tiêu chuẩn ghép kênh Châu Âu
78
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Tiêu chuẩn ghép kênh Châu Âu
79
Kỹ thuật ghép kênh
� Time division multiplexing (TDM)
� Ghép kênh SDH
80
Dinh-Thuan Do
Ví dụ
� Ví dụ TDM kết hợp FDM� Hệ thống vô tuyến tổ ong GSM (cellular)
� Mỗi 8 cuộc gọi có thể được kết hợp lại dùng TDMA trong 1 kênh 200 kHz
81
trong 1 kênh 200 kHz� Các kênh 200kHz được ghép với nhau dùng FDMA
� Hệ thống truyền hình quảng bá số DVB và ATSC� Khoảng 6 đến 12 kênh TV (TV stations) được ghép
trên kênh 6 MHz hay 8 MHz dùng TDM
Dinh-Thuan Do, Ph.D.
Kỹ thuật ghép kênh
� Wavelength Division Multiplexing
� WDM: nhiều tia ánh sáng ở các tần số hay bước sóng khác nhau được phát trên cùng cáp sợi quang
� Các hệ thống thương mại có thể ghép 160 kênh loại 10Gbps và truyền tốc độ 160*10Gbps=1.6Tbps
82
10Gbps và truyền tốc độ 160*10Gbps=1.6Tbps
� Ví dụ: Alcatel có hệ thống 256 kênh 39.8 Gbps/kênh; 39.8*256=10.1Tbps
� Cấu trúc tương tự FDM
� Bộ ghép kênh ghép các nguồn laser để phát qua sợi quang đơn
Kỹ thuật ghép kênh
� Wavelength Division Multiplexing
� Phần lớn hệ thống quang WDM hoạt động ở dải 1550nm
� Ngoài ra, còn có Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) với khoảng cách kênh nhỏ hơn
83
Multiplexing (DWDM) với khoảng cách kênh nhỏ hơn 200GHz
Kỹ thuật ghép kênh
� Wavelength Division Multiplexing
84