1

Chương Tầng vật lý

2

Tổng quan

l  Đảm nhận việc truyền dòng bit l  đặt dòng bit từ máy trạm lên đường truyền l  lấy dòng bit từ đường truyền vào máy trạm

l  Một số vấn đề l  Phương tiện truyền l  Mã hóa l  Điều chế l  Dồn kênh…

3

Từ tín hiệu tới gói tin

Analog Signal

“Digital” Signal

Bit Stream 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1

Packets 0100010101011100101010101011101110000001111010101110101010101101011010111001

Header/Body Header/Body Header/Body

Receiver Sender Packet

Transmission

4

Đường truyền l  Hữu tuyến

l  Twisted Pair l  Coaxial Cable l  Fiber Optics

l  Vô tuyến, không dây l  Radio l  Hồng ngoại l  Ánh sáng l  …

5

Cáp xoắn đôi

(a) Category 3 UTP. (b) Category 5 UTP.

6

Đánh giá l  Đơn giản l  Rẻ tiền l  Được dùng rộng rãi l  Khả năng chống nhiễu kém

(đôi khi được bọc kim để chống nhiễu)

l  Khoảng cách nhỏ

l  Liên tục: khuếch đại từ 5km trở lên

l  Số l  Tín hiệu liên tục hoặc số l  Bộ lặp từ 2km

l  Khoảng cách hạn chế l  Giải thông hạn chế (x1MHz) l  Tốc độ hạn chế (100MHz) l  Nhiễu

7

II. Cáp đồng trục

Category Impedance Use

RG-59 75 Ω Cable TV

RG-58 50 Ω Thin Ethernet

RG-11 50 Ω Thick Ethernet

8

Ứng dụng l  Truyền bá TV l  Truyền các cuộc gọi điện

thoại đường dài l  10,000 cuộc gọi cùng lúc l  Đang bị thay thế bởi cáp

quang l  Liên kết các máy tính

khoảng cách ngắn l  Mạng cục bộ 10BaseT,

100BaseT, …

l  Liên tục l  Khuếch đại x km l  Khoảng cách nhỏ nếu

tần số lớn l  500MHz

l  Số l  Lặp lại mỗi 1km l  Gần hơn khi tốc độ cao

hơn

9

Cáp sợi quang

(a) Một sợi cáp (b) Một đường cáp với 3 lõi

10

IV. Cáp quang

11

Cáp quang

12

Ứng dụng l  Đường truyền khoảng

cách xa l  Đường truyền trong

thành phố l  Đường truyền giữa các

router của Cty viễn thông

l  Xương sống của LAN

l  Thông lượng cao hơn l  Nhỏ, nhẹ hơn l  Suy hao ít hơn l  Cách ly điện từ tốt l  Khoảng cách lặp lớn

hơn (10km)

13

Truyền thông không dây

l  Viba mặt đất l  Kết nối nội thị, hệ thống điện thoại di động

l  Viba vệ tinh l  TV, điện thoại đường dài

l  Quảng bá Radio l  Hồng ngoại

l  Phạm vi nhỏ, tốc độ thấp, không xuyên tường

14

Một vài khái niệm

l  Sóng vi ba: 1GHz đến 40GHz l  Sóng radio: 30MHz đến 1GHz l  Hồng ngoại: 300GHz đến 200 THz l  Ăng ten: thiết bị thu phát không dây

l  Ăng ten parabol l  Hệ số định hướng

15

Dải tần của các kênh truyền thông

16

Topology l  Điểm điểm

l  Hình sao l  Vòng l  Đồ thị

l  Điểm nhiều điểm l  Trục l  Vòng l  Vệ tinh

17

Điểm-điểm

1 2 3 4 5 N-2 N-1 N

18

Điểm-nhiều điểm

19

Phương thức truyền l  Đơn công – Simplex: Dữ liệu chỉ được truyền

theo 1 chiều l  Song công – (Full) Duplex: Dữ liệu có thể được truyền theo cả 2 chiều tại cùng 1 thời điểm

l  Bán song công – Half duplex: Dữ liệu có thể truyền theo cả 2 chiều nhưng tại 1 thời điểm thì chỉ có thể truyền theo 1 chiều

20

Hình thức truyền l  Truyền nối tiếp: Truyền 1 bit tại 1 thời điểm (trên 1 dây dẫn) l  Truyền song song: Truyền đồng thời nhiều bit tại cùng 1 thời điểm (trên nhiều dây dẫn)

A B 1010

A B

1

0

1

0

21

Giao diện đường truyền l  Thiết bị đầu cuối dữ liệu (data terminal equipment,

DTE) l  Không có các tính năng truyền thông l  Cần có các thiết bị bổ sung để truy cập đường truyền

l  Thiết bị cuối kênh dữ liệu (data circuit terminating equipment, DCE) l  Truyền các bít trên đường truyền l  Trao đổi dữ liệu và các thông tin điều khiển với DCE qua

các dây nối l  Cần các giao diện chuẩn, rõ ràng giữa DTE, DCE

22

DTE-DCE

23

Giao diện đường truyền l  Cơ

l  Hình dạng giắc cắm, số lượng chân, đảm bảo cắm được lẫn nhau

l  Điện l  Mức điện áp sử dụng l  Chiều dài xung (tần số xung nhịp) l  Phương pháp mã hóa

l  Chức năng l  Dây dẫn nào dùng làm gì l  Có 4 nhóm: dữ liệu, điều khiển, đồng bộ, nối đất

l  Thủ tục l  Các thủ tục, chuỗi các sự kiện để thực hiện việc truyền tin

24

Ví dụ: EIA-232-E (RS-232)

l  Chuẩn định nghĩa cho cổng nối tiếp l  Cơ: ISO 2110 l  Điện: V. 28 l  Chức năng: V. 24 l  Thủ tục: V. 24

25

Ví dụ: V.24 /EIA-232-E l  Cơ:

l  25 chân hoặc 15 chân l  Khoảng cách 15m

l  Điện l  Tín hiệu số l  1=-3v, 0=+3v (NRZ-L) l  Tốc độ truyền tin 20kbps l  Khoảng cách < 15m

26

Mã hóa thông tin l  Sử dụng các tín hiệu rời rạc, điện áp khác nhau để

biểu diễn các bít 0 và 1. l  Việc truyền phải được đồng bộ giữa hai bên l  Có thể mã hóa theo từng bit hoặc một khối các bit,

e.g., 4 hay 8 bits. l  Có nhiều cách biểu diễn khác nhauà Xem lại phần

truyền số liệu

12/19/19 27

Các phương pháp mã hóa dữ liệu số - tín hiệu số

l  NRZ l  NRZ-L,NRZI

l  Nhị phân đa mức l  Đa cực AMI l  pseudoternary

l  Hai pha l  Manchester

12/19/19 28

NRZ-L Non Return to Zero Level

l  Trong thời gian của một bít, tín hiệu không trở về mức 0

l  Không có chuyển mức trong khoảng thời gian của một bít

l  NRZ-L Non return to zero level l  Bít 1 tương ứng mức tín hiệu cao/thấp l  Bít 0 tương ứng với mức tín hiệu thấp/cao

12/19/19 29

NRZ-I Non return to zero invert

l  Bít 0 tương ứng với không chuyển mức ở đầu thời gian bít l  Bít 1 tương ứng với chuyển mức ở đầu thời gian bít l  Là một phương pháp điều chế vi sai:

l  0 và 1 tương ứng với chuyển mức, không phải với mức giá trị l  Tin cậy/Đơn giản hơn điều chế theo mức l  Không phụ thuộc vào cực của tín hiệu

12/19/19 30

NRZ-L và NRZ-I

12/19/19 31

NRZ l  Ưu điểm

l  Đơn giản, sử dụng tối đa đường truyền l  Giải tần số tập trung từ 0 đến ½ tốc độ dữ liệu

l  Vd 9600bps->4800khz l  Nhược điểm

l  Khó đồng bộ bằng tín hiệu l  Vd với NRZ-L khi có nhiều 0 hoặc 1 liên tiếp, tín hiệu giữ một mức trong

khoảng thời gian dài, dễ mất đồng bộ. Với NRZ-I, một chuỗi 0 cũng gây ra tình trạng như vậy

l  Thành phần một chiều l  Ứng dụng

l  Lưu trữ dữ liệu trên các vật liệu từ tính l  Ít dùng trong truyền số liệu

12/19/19 32

Điều chế nhị phân đa mức

l  Sử dụng nhiều hơn 2 mức tín hiệu cho một bít l  Bipolar alternate mark inversion. Lưỡng cực đảo mức 1

l  0 Tương ứng với không có tín hiệu l  1 tương ứng với có tín hiệu. Tín hiệu đảo cực giữa hai bít 1 liên

tiếp l  Giả tam phân (pseudoternary)

l  1 Tương ứng với không có tín hiệu l  0 tương ứng với có tín hiệu. Tín hiệu đảo cực giữa hai bít 0 liên

tiếp

12/19/19 33

Điều chế nhị phân đa mức

12/19/19 34

Điều chế nhị phân đa mức l  Thành phần một chiều=0 l  Có khả năng phát hiện lỗi l  Đồng bộ khi có nhiều bít 1(0), không đồng bộ khi có

nhiều bít 0(1) l  Giải thông thấp hơn l  3 mức tín hiệu cho một bít:

l  Không sử dụng tối ưu đường truyền l  Tăng tỉ lệ lỗi (đích cần phân biệt 3 mức tín hiệu)

12/19/19 35

Điều chế hai pha: Manchester l  Luôn luôn có chuyển mức ở giữa thời gian của một bít

l  Thấp lên cao: 0, cao xuống thấp 1 l  Chuyển mức cung cấp cơ chế đồng bộ

l  Manchester l  Luôn có chuyển mức ở giữa bít l  0-sườn âm, 1-sườn dương

l  Manchester visai l  0: có chuyển mức ở đầu bít, 1 không có chuyển mức l  Chuyển mức ở giữa bít chỉ phục vụ cho đồng bộ l  Luôn có chuyển mức tín hiệu ở giữa bit

12/19/19 36

Điều chế hai pha

12/19/19 37

Điều chế Manchester

12/19/19 38

Tốc độ điều chế

l  Số lượng chuyển mức trong thời gian một bit l  Có bao nhiêu tín hiệu dùng cho 1 bít trong mã hóa

manchester? l  Baud/s

12/19/19 39

Điều chế số số

12/19/19 40

2. Điều chế số-liên tục l  Ví dụ: truyền số liệu thông qua hệ thống điện thoại

l  Hệ thống điện thoại truyền, chuyển tiếp tín hiệu điện có tần số 300Hz đến 3400Hz

l  Tại nguồn và đích, dữ liệu số cần được điều chế thành tín hiệu liên tục để truyền trên đường điện thoại

l  Căn cứ vào tính chất của tín hiệu, chúng ta có 3 kỹ thuật điều chế l  Điều chế khóa dịch biên độ l  Điều chế khóa dịch pha l  Điều chế khóa dịch tần số

l  A cos(2PI ft + phi)

12/19/19 41

Điều chế khóa dịch biên độ (ASK)

l  0 và 1 tương ứng với hai biên độ tín hiệu, thông thường một trong hai biên độ=0

l  Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu (1200bps cho đường thoại)

l  Khó đồng bộ l  Thường được dùng trong

cáp quang (LED hoặc laser)

cos(2 ) 1( )

0 0A ft cho

s tcho

π⎧= ⎨⎩

12/19/19 42

Điều chế khóa dịch tần số (FSK)

l  Hai giá trị nhị phân được biểu diễn bởi hai tín hiệu tần số khác nhau

l  Ví dụ về điều tần song công l  Tỷ suất lỗi thấp hơn l  Dùng trong truyền số liệu

qua đường điện thoại (tần số thấp), hoặc trong mạng không dây (tần số cao)

12/19/19 43

Điều chế khóa dịch pha (PSK)

l  0,1 tương ứng với hai độ lệch pha khác nhau

l  0,1 tương ứng với chuyển pha (vi sai)

l  Có thể sử dụng giải thông một cách hiệu quả hơn khi mã hóa cùng lúc nhiều bít

l  Có thể kết hợp với điều biên l  Nếu tốc độ dữ liệu là 9600

bps, tốc độ điều chế là ?

12/19/19 44

Kết hợp với điều biên

12/19/19 45

Điều chế số/liên tục

12/19/19 46

3. Điều chế dữ liệu liên tục- số l  Điều chế dữ liệu liên tục thành dữ liệu số, sau đó

l  Điều chế thành tín hiệu số l  Mã hóa trực tiếp bằng NRZ-L l  Sử dụng phương pháp mã hóa tín hiệu số khác

l  Điều chế thành tín hiệu liên tục l  Sử dụng các biện pháp điều chế số-liên tục đã học

l  Có hai phương pháp chính điều chế dữ liệu liên tục thành dữ liệu số l  Điều chế mã xung l  Điều chế Delta

12/19/19 47

Điều chế mã xung (PCM)

l  Pulse Code Modulation l  Lấy mẫu tín hiệu dựa trên định

luật lấy mẫu của Shannon l  Nếu tần số lấy mẫu >= 2 lần tần

số (có ý nghĩa) cao nhất của tín hiệu, phép lấy mẫu bảo toàn thông tin của tín hiệu

l  Vd: Tiếng nói tần số tối đa 4300Hz, cần lấy mẫu với tần số min 8600Hz

l  Tiến hành theo hai bước l  Lấy mẫu (PAM) l  Lượng tử hóa

12/19/19 48

Điều chế delta (Delta Modulation) l  Sử dụng hàm bậc thang

l  Khi hàm số tăng, xung=1 l  Khi hàm số giảm, xung=0

l  Tổng quát l  Biểu diễn giá trị của đạo hàm theo bít

l  Tham số l  Bậc thang l  Tốc độ lấy mẫu

l  Sai số l  Khi tín hiệu thay đổi chậm: nhiễu lượng tử l  Khi tín hiệu thay đổi nhanh: nhiễu tràn

12/19/19 49

12/19/19 50

Dữ liệu liên tục tín hiệu liên tục

l  Kết hợp tín hiệu m(t) và sóng mang có tần số Fc thành một tín hiệu tập trung xung quanh Fc

l  Cho phép chuyển tín hiệu trên một tần số khác phù hợp với kênh truyền

l  Cho phép dồn kênh bằng các tần số sóng mang khác nhau

l  3 phương pháp chính dựa vào đặc điểm của tín hiệu l  Điều biên l  Điều tần l  Điều chế góc pha

12/19/19 51

Điều biên

l  Biến đổi biên độ sóng mang theo đầu vào

l  Nếu đầu vào cũng là hình sin l  Tín hiệu đầu ra sẽ có hai

thành phần lệch với tần số sóng mang một khoảng bằng tần số đầu vào

l  Na<1 điều biên hợp lệ l  Na>1 mất thông tin

l  Giải thông=2 lần giải thông đầu vào

l  Điều biên một chiều: 1 lần giải thông

12/19/19 52

Bài tập-01

l  Biểu diễn các tín hiệu mã hóa chuỗi dữ liệu sau đây bằng các phương pháp mã hóa đã học l  11000000 00000010 11001101 01010101

12/19/19 53

Bài tập-02

l  Dữ liệu mã hóa bằng mã manchester (không vi sai) cho tín hiệu l  Xác định thời gian của từng bít l  Xác định dữ liệu ban đầu

12/19/19 54

Bài tập-04

l  Biểu diễn phương pháp điều chế pha-biên độ sau bằng công thức

l  Tốc độ ký hiệu là 2400 baud. Tốc độ dữ liệu là bao nhiêu?