Giao trinh ky thuat thong tin so - Nguyen Trung Hoa.pdf

"Don't study, don't know - Studying you will know!"

NGUYEN TRUNG HOA

Chæång I

Chæång 1 Giåïi thiãûu chung Trong cuäüc säúng tæì xa xæa, con ngæåìi luän coï nhu cáöu trao âäøi våïi nhau nhæîng tám tæ, tçnh caím, nhæîng kinh nghiãûm âáúu sinh täön..., nghéa laì coï nhu cáöu thäng tin (communication) tæïc trao âäøi tin tæïc våïi nhau. Hiãûn nay chæa coï mäüt âënh nghéa âáöy âuí vaì suïc têch cho khaïi niãûm tin tæïc (information), chuïng ta coï thãø taûm hiãøu âoï laì sæû caím hiãøu cuía con ngæåìi vãö thãú giåïi xung quanh thäng qua sæû tiãúp xuïc våïi noï.

Chæång naìy seî giåïi thiãûu mäüt caïch chung nháút vãö nhæîng váún âãö liãn quan âãún thäng tin, giåïi thiãûu så læåüc vãö lëch sæí phaït triãøn cuía thäng tin, tçm hiãøu vãö caïc dëch vuû vaì caïc maûng viãùn thäng khaïc nhau, mä hçnh täøng quaït cuía hãû thäúng thäng tin vaì chæïc nàng cuía caïc kháu chênh trong hãû thäúng thäng tin, âàûc biãût nãu så âäö khäúi chæïc nàng âáöy âuí cuía mäüt hãû thäúng thäng tin säú âãø laìm cå såíö tçm hiãøu caïc chæång tiãúp theo sau.

1.1 Så læåüc vãö lëch sæí thäng tin

Baíng sau seî nãu toïm læåüc vãö sæû phaït triãøn cuía lëch sæí thäng tin, bao gäöm nhæîng sæû kiãûn, nhæîng phaït minh quan troüng trong thäng tin.

Nàm Sæû kiãûn

3000 tr.CN Ngæåìi Ai Cáûp cäø phaït triãøn hãû thäúng chæî viãút tæåüng hçnh

1500 tr.CN Ngæåìi Do Thaïi & AÍ Ráûp phaït minh kyï tæû alphabet

300 tr.CN Ngæåìi Hindu phaït minh ra säú âãúm

800 Ngæåìi AÍ Ráûp hoaìn thaình hãû thäúng säú viãút

1440 Johannes Gutenberg chãú taûo maïy âaïnh chæî

1622 "Baín tin cháu Áu" phaït haình dæåïi hçnh thæïc baín in

1752 Benjamin Franklin chæïng minh seït coï baín cháút âiãûn

1799 Alessandro Volta phaït minh ra pin âiãûn âáöu tiãn

1820 Hans Christian Oersted chæïng minh ràòng doìng âiãûn taûo ra tæì træåìng

1827 George Simon Ohm âæa ra âënh luáût Ohm I = E/R

1831 Michael Faraday khaïm phaï ra ràòng sæû thay âäøi tæì træåìng taûo ra âiãûn træåìng

1834 Carl F. Gauss vaì Ernst H. Weber chãú taûo maïy âiãûn baïo âiãûn tæì

1838 William F. Cooke vaì Sir Charles Wheatstone chãú taûo maïy âiãûn baïo

1839 Joseph Niepace vaì Louis Daguerre phaït minh ra kyî thuáût chuûp aính

1844 Samuel F. B. Morse âãö xuáút thiãút láûp âæåìng dáy âiãûn baïo giæîa Baltimore. MD vaì Washington. DC

- 1 -

Chæång I

1850 Gustav Robert Kirchhoff âæa ra âënh luáût Kirchhoff I

1858 Thiãút láûp hãû thäúng caïp xuyãn Âaûi Táy Dæång âáöu tiãn vaì bë hoíng sau 26 ngaìy

1864 James C. Maxwell dæû âoaïn coï bæïc xaû âiãûn tæì

1866 Thiãút láûp hãû thäúng caïp xuyãn Âaûi Táy Dæång láön thæï hai

1871 Täø chæïc Hiãûp Häüi Kyî Thuáût Âiãûn Baïo åí Luán Âän

1872 Cäng ty Western Electric âæåüc thaình láûp. Alexander Graham Bell laìm viãûc taûi cäng ty naìy khi nghiãn cæïu phaït minh chiãúc maïy âiãûn thoaûi

1876 Alexander Graham Bell nháûn bàòng phaït minh vãö viãûc phaït minh ra maïy âiãûn thoaûi (ngaìy 7/3/1876) (*)

1877 Thomas A. Edison phaït minh ra maïy haït

1879 Thomas A. Edison phaït minh boïng âeìn âiãûn

1883 Thomas A. Edison khaïm phaï doìng electron trong âæåìng háöm goüi laì "hiãûu æïng Edison", cå såí cuía âeìn tube ngaìy nay

1884 Thaình láûp Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn Hoa Kyì (AIEE)

1885 Edward Branly phaït minh sæû taïch soïng radio kãút håüp

1887 Heinrich Hertz kiãøm tra lyï thuyãút cuía Maxwell

1889 George Eastman phaït triãøn film aính thæûc tãú

1889 Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn (IEE) thaình láûp tæì Hiãûp Häüi Kyî Thuáût Âiãûn Baïo åí Luán Âän

1894 Oliver Lodge giåïi thiãûu quaï trçnh truyãön khäng dáy qua khoaíng caïch 150 yards

1897 Guglielmo Marconi âàng kyï baín quyãön saïng chãú hãû thäúng âiãûn baïo vä tuyãún

1898 Valdemar Poulsen phaït minh kyî thuáût ghi tæì trãn dáy theïp

1900 Guglielmo Marconi truyãön tên hiãûu vä tuyãún xuyãn Âaûi Táy Dæång láön thæï nháút

1904 John A. Fleming phaït minh ra diode âæåìng háöm

1905 Reginald Fessenden thæûc hiãûn truyãön tiãúng noïi vaì ám nhaûc bàòng radio

1906 Lee de Forest phaït minh sæû khuãúch âaûi bàòng triode âæåìng háöm

1907 Thaình láûp Hiãûp Häüi Âiãûn Baïo Vä Tuyãún

1908 A. A. Campbell-Swinton âãö xuáút yï tæåíng cå baín vãö truyãön hçnh quaíng baï

1909 Thaình láûp Viãûn Vä Tuyãún

- 2 -

Chæång I

1912 Viãûn Kyî Thuáût Vä Tuyãún thaình láûp tæì Hiãûp Häüi Âiãûn Baïo Vä Tuyãún vaì Viãûn Vä Tuyãún

1915 Bell System hoaìn thaình hãû thäúng âiãûn thoaûi xuyãn luûc âëa åí Hoa Kyì

1918 Edwin H. Amstrong phaït minh maïy thu âäøi táön

1920 KDKA, Pittsburgh, PA bàõt âáöu phaït thanh quaíng baï

1920 J. R. Carson æïng duûng láúy máùu trong thäng tin

1926 J. L. Baird vaì C. F. Jenkins phaït minh ra truyãön hçnh

1927 Harold Black chãú taûo bäü khuãúch âaûi häöi tiãúp ám taûi phoìng thê nghiãûm Bell

1928 Philo T. Farnsworth âæa ra hãû thäúng truyãön hçnh âiãûn tæí âáöu tiãn

1933 Edwin H. Amstrong phaït minh ra kyî thuáût âiãöu táön FM

1934 Thaình láûp Hiãûp Häüi Thäng Tin Liãn Bang (FCC)

1935 Robert A. Watson-Watt phaït triãøn hãû thäúng radar thæûc tãú âáöu tiãn

1935 Giåïi thiãûu film aính maìu 3 låïp

1936 Táûp Âoaìn Phaït Thanh Truyãön Hçnh Anh (BBC) bàõt âáöu truyãön hçnh quaíng baï

1937 Alex Reeves âãö xuáút kyî thuáût âiãöu xung maî PCM

1938 Chester Carlson phaït triãøn kyî thuáût copy ténh âiãûn

1939 R. H. Varian, S. F. Varian, W. C. Hahn vaì G. F. Metcalf phaït minh ra äúng dáùn soïng

1941 John V. Atanasoff phaït minh ra maïy tênh taûi træåìng Âaûi hoüc Bang Iowa

1941 FCC truyãön hçnh quaíng baï åí Hoa Kyì

1945 John W. Mauchly åí Âaûi hoüc Pennsylvania phaït triãøn maïy tênh säú âiãûn tæí ENIAC

1947 Walter H. Brattain, John Bardeen vaì William Shockley chãú taûo transistor åí phoìng thê nghiãûm Bell

1947 Steve O. Rice âæa ra caïch biãøu diãùn thäúng kã cho nhiãùu åí phoìng thê nghiãûm Bell

1948 Claude E. Shannon xuáút baín " Lyï thuyãút thäng tin"

1950 Aïp duûng kyî thuáût gheïp kãnh phán thåìi gian TDM vaìo âiãûn thoaûi

1950 Phaït triãøn âiãûn thoaûi vä tuyãún

1953 Thiãút láûp caïp âiãûn thoaûi xuyãn Âaûi Táy Dæång âáöu tiãn 36 kãnh

1954 J. P. Gordon, H. J. Zeiger vaì C. H. Townes saín xuáút maze (maser) thaình cäng

1955 J. R. Pierce âãö xuáút thäng tin vãû tinh

- 3 -

Chæång I

1956 Videotape âæåüc sæí duûng láön âáöu båíi Ampex

1957 Liãn Xä phoïng thaình cäng vãû tinh âáöu tiãn Sputnik I

1958 A. L. Schawlow vaì C. H. Townes âæa ra nguyãn lyï laser

1958 Jack Kilby cuía Texas Instrument chãú taûo maûch têch håüp (IC) germani âáöu tiãn

1958 Robert Noyce cuía Fairchild chãú taûo maûch têch håüp (IC) silic âáöu tiãn

1960 Theodore H. Marman saín xuáút laser âáöu tiãn

1961 Hoa Kyì bàõït âáöu truyãön thanh FM stereo

1962 Vãû tinh Telstar I chuyãøn tiãúp tên hiãûu truyãön hçnh giæîa Hoa Kyì vaì Cháu Áu

1963 Thaình láûp Viãûn Kyî Thuáût Âiãûn vaì Âiãûn Tæí (IEEE)

1963-66 ÆÏng duûng maî sæía läùi vaì læåüng tæí hoaï thêch nghi cho thäng tin säú khäng läùi täúc âäü cao

1964 Hãû thäúng chuyãøn maûch âiãûn thoaûi âiãûn tæí (No. 1 ESS) âi vaìo hoaût âäüng

1965 Mariner IV truyãön aính tæì sao Hoaí vãö Traïi âáút

1965 Vãû tinh thäng tin thæång maûi âáöu tiãn Early Bird âi vaìo hoaût âäüng

1966 K. C. Kao vaì G. A. Hockham xuáút baín "Nguyãn lyï thäng tin quang"

1968 Phaït triãøn truyãön hçnh caïp

1971 Táûp âoaìn Intel âæa ra chip vi xæí lyï âáöu tiãn 4004

1972 Motorola âãö xuáút âiãûn thoaûi tãú baìo våïi FCC

1973 Giåïi thiãûu maïy queït (scanner) CAT

1976 Phaït triãøn maïy tênh caï nhán PC

1979 RAM 64 kb måí ra kyí nguyãn cuía VLSI

1980 Bell System phaït triãøn thäng tin såüi quang

1980 Philips vaì Sony saín xuáút âéa compact

1981 Saín xuáút maïy tênh caï nhán IBM

1984 Apple giåïi thiãûu maïy tênh Macintosh

1985 Maïy fax tråí nãn phäø biãún

1989 Motorola giåïi thiãûu âiãûn thoaûi tãú baìo boí tuïi

1990-nay Kyí nguyãn cuía xæí lyï tên hiãûu säú våïi vi xæí lyï, maïy hiãûn soïng säú, traíi phäø, maûng säú liãn kãút âa dëch vuû ISDN, truyãön hçnh phán giaíi cao HDTV, gheïp kãnh quang...

(*) Ngaìy 7/3/1876, nhaì phaït minh - tiãún sé Alexander Graham âæåüc tàûng bàòng saïng chãú vãö mäüt trong caïc thiãút bë coï yï nghéa nháút trong âåìi säúng chuïng ta, âoï laì maïy âiãûn thoaûi. Äng Bell âaî máút nhiãöu nàm nghiãn cæïu caïch liãn laûc våïi våü. Baì Bell bë âiãúc, nãn äng Bell tçm caïch

- 4 -

Chæång I

chuyãøn âäøi ám thanh thaình mäüt daûng tên hiãûu truyãön thäng khaïc sao cho baì våü coï thãø hiãøu âæåüc låìi noïi cuía äng ta.

Do coï mäüt säú kinh nghiãûm vãö âiãûn baïo, åí âoï caïc baín tin âæåüc maî hoïa vaì truyãön qua caïp, Bell quyãút âënh bàõt chæåïc caïch truyãön thäng naìy. Khi aïp duûng nguyãn lyï cå baín laì tên hiãûu truyãön thäng coï thãø chuyãøn âäøi tæì ám thanh thaình âiãûn, äng Bell coï thãø noïi vaìo thiãút bë truyãön thäng, thiãút bë naìy laûi chuyãøn âäøi soïng ám thoaûi thaình nàng læång âiãûn. Sau âoï nàng læåüng âiãûn naìy duìng âãø taûo ra baín tin maî hoïa tæång tæû nhæ baín tin âiãûn baïo. Âiãöu naìy baïo hiãûu mäüt sæû täút laình, nhæng cäng viãûc nghiãn cæïu cuía äng cuìng våïi tråü lyï - tiãún sé Watson âaî traíi qua nhiãöu tháút baûi.

Räöi mäüt ngaìy, váûn may âaî âãún. Trong khi âang laìm viãûc mäüt mçnh trong phoìng thê nghiãûm, Bell âaî laìm âäø axit ra baìn laìm viãûc. Axit naìy coï taïc duûng nhæ laì cháút xuïc taïc âãø taûo ra nguäön âiãûn maì sau naìy goüi laì pin. Khäng nháûn thæïc âæåüc sæû viãûc xaíy ra luïc âoï, tiãún sé Bell âaî goüi tiãún sé Watson. Tiãúng goüi cuía äng ta "tiãún sé Watson, vaìo âáy, täi cáön äng" âaî taïc âäüng âãún thiãút bë thê nghiãûm do hai äng chãú taûo træåïc âoï âãø laìm thiãút bë liãn laûc. Ám thanh cuía Bell âaî truyãön qua dáy dáùn âãún phoìng thæï hai nåi Watsonddang laìm viãûc.

Nghe tiãúng kãu, Watson chaûy âãún giuïp Bell. Hoü phaït hiãûn ra ràòng nãúu pin âæåüc kãút näúi qua maûch âiãûn (dáy dáùn) trong khi ngæåìi sæí duûng noïi, soïng ám do ngæåìi taûo ra âæåüc truyãön qua âäi dáy dáùn naìy âãún maïy thu tiãúp nháûn doìng âiãûn vaì chuyãøn âäøi nàng læåüng âiãûn tråí laûi thaình ám thanh. Tæì ngaìy âoï, mäüt ngaìy may màõn, sæû ra âåìi cuía nãön cäng nghiãûp måïi âaî bàõt âáöu: maïy âiãûn thoaûi âæåüc phaït minh.

Nàm 1877, Bell chaìo haìng baïn bàòng phaït minh cho Western Union Telegraph våïi giaï baïn 100.000 USD.

(Pháön naìy trêch chæång I saïch Cáøm nang truyãön thäng thoaûi vaì säú liãûu - NXB Bæu âiãûn thaïng 5/1999)

1.2 Khaïi quaït vãö dëch vuû viãùn thäng vaì maûng viãùn thäng

1.2.1 Dëch vuû viãùn thäng

Thäng tin (communications) laì sæû trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng coï nhu cáöu bàòng mäüt cäng cuû naìo âoï.

Viãùn thäng (telecommunications) laì mäüt trong caïc cäng cuû thäng tin. "Viãùn thäng" aïm chè mäüt khoaíng caïch âëa lyï âæåüc bàõc cáöu âãø thæûc hiãûn trao âäøi thäng tin tæì xa maì khäng cáön mäüt sæûû tråü giuïp nhán taûo naìo. Khoaíng caïch naìy haìm yï tæì vaìi inches âãún haìng ngaìn dàûm.

Âãø trao âäøi thäng tin tæì xa, ngæåìi ta phaíi xáy dæûng maûng viãùn thäng (telecommunications network).

Dëch vuû viãùn thäng (telecommunications services) laì hçnh thaïi trao âäøi thäng tin maì maûng viãùn thäng cung cáúp. Caïc dëch vuû viãùn thäng ngaìy nay ráút phong phuï vaì âa daûng, phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin ngaìy caìng cao cuía ngæåìi sæï duûng.

- 5 -

Chæång I

Hçnh 1.1 trçnh baìy mäüt säú dëch vuû viãùn thäng cå baín cuìng maûng tæång âæång cung cáúp dëch vuû âoï:

Maûng âiãûn thoaûi (telephone network) laì maûng láu âåìi nháút vaì låïn nháút trong caïc loaûi maûng viãùn thäng. Maûng âiãûn thoaûi âæåüc xáy dæûng nãn træåïc hãút laì âãø cung cáúp dëch vuû truyãön ám thoaûi, tuy nhiãn ngaìy nay phaûm vi æïng duûng cuía maûng âiãûn thoaûi ngaìy caìng âæåüc måí räüng: tæì dëch vuû thoaûi truyãön thäúng cho âãún dëch vuû thoaûi di âäüng, truyãön säú liãûu, fax, videotex...

Mang âiãn thoai CSPDN PSPDN Mang Telex

Dëch vuû thoaûi

Videotex Fax Teletex Telex

Truyãön säú liãûu

Hçnh 1.1 Mäüt säú dëch vuû viãùn thäng vaì maûng cung cáúp dëch vuû

Maûng telex ra âåìi tæì nhæîng nàm 1930, cung cáúp dëch vuû telex (âiãûn baïo) - gåíi vaì nháûn caïc baín tin âaïnh maïy trãn toaìn thãú giåïi. Hån 1,2 triãûu thuã bao telex âaî âáúu näúi vaìo maûng telex. Theo tiãu chuáøn hiãûn haình, telex laì hãû thäúng thäng tin täúc âäü tháúp 50 bps. Säú læåüng kyï tæû coï thãø truyãön âi ráút haûn chãú bao gäöm caïc kyï tæû in hoa vaì mäüt êt kyï tæû âàûc biãût. Màûc duì váûy, dëch vuû telex váùn âæåüc æa chuäüng khi cáön gåíi âi caïc baín tin ngàõn. Ngaìy nay caïc thuã bao telex coï thãø gåíi caïc baín tin âãún thuã bao teletex nhåì vaìo sæû thám nháûp dãù daìng giæîa caïc maûng khaïc nhau.

Maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh cäng cäüng CSPDN (Circuit Switching Public Data Network) ra âåìi tæì nhæîng nàm 1980 taûi caïc quäúc gia Scandinavia. Säú læåüng thuã bao tàng lãn væåüt träüi trong vaìi nàm gáön âáy. CSPDN âaî läi cuäún âæåüc säú læåüng khaïch haìng ráút låïn gäööm ngán haìng (caïc dëch vuû tæû âäüng trong ngán haìng), cäng ty xàng dáöu (caïc traûm xàng), caïc âaûi lyï du lëch (hãû thäúng âàût veï) ... Âáy laì maûng hoaìn toaìn säú, âæåüc thiãút kãú cho muûc âêch truyãön säú liãûu våïi bäún täúc âäü laì 600, 2400, 4800 vaì 9600 bps. CSPDN laì maûng chuyãøn maûch kãnh (circuit - switching), nghéa laì ngæåìi gåíi vaì ngæåìi nháûn kãút näúi træûc tiãúp våïi nhau trong suäút thåìi gian truyãön dáùn vaì phaíi hoaût âäüng åí cuìng täúc âäü. Chãú âäü truyãön trong CSPDN laì song cäng (full duplex), nghéa laì säú liãûu truyãön âäöng thåìi theo caí hai hæåïng.

Maûng säú liãu chuyãøn maûch goïi cäng cäüng PSPDN (Packet Switching Public Data Network) âæåüc giåïi thiãûu räüng raîi trãn toaìn thãú giåïi tæì giæîa nhæîng nàm 1970. Háöu hãt caïc maûng truyãön säú liãûu trãn thãú giåïi hiãûn nay laì maûng chuyãøn maûch goïi nhæ caïc maûng säú liãûu chuyãøn maûch goïi åí Táy Áu, USA, Canada, Nháût vaì nhiãöu næåïc khaïc. Khaïch haìng laì caïc træåìng âaûi hoüc, viãûn nghiãn cæïu, caïc cäng ty, caïc nhaì kinh doanh... Âiãøm háúp dáùn cuía PSPDN laì giuïp khaïch

- 6 -

Chæång I

haìng coï thãø truy cáûp âãún caïc cå såí dæî liãûu räüng låïn trãn toaìn thãú giåïi, trao âäøi thäng tin giæîa caïc maïy tênh... våïi giaï caí dãù cháúp nháûn. Trong PSPDN, baín tin âæåüc chia ra thaình caïc goïi tin (packet) vaì âæåüc gåíi âi ngay khi coï mäüt kãút näúi (connection) räùi. Caïc goïi tæì caïc thuã bao khaïc nhau coï thãø truyãön âi trãn cuìng mäüt kãút näúi âån, theo caïch naìy, mäüt vaìi cuäüc goüi coï thãø cuìng chia seí mäüt kãút näúi aío (virtual connection). Âãø caïc goïi âi âãún âuïng âêch, caïc goïi cáön phaíi mang âëa chè nháûn (receiver address). Khi âãún nåi caïc goïi cáön phaíi âæåüc kãút håüp laûi thaình baín tin gäúc bãn phaït. Váûy âiãøm khaïc biãût cå baín so våïi maûng chuyãøn maûch kãnh laì åí âáy khäng täön taûi kãút näúi træûc tiãúp giæîa caïc thuã bao.

Dëch vuû teletex coìn goüi laì " siãu telex", âáy chênh laì dëch vuû telex våïi nhiãöu æu âiãøm hån hàón. Láúy teletex åí Thuûy âiãøn laìm vê duû, âoï laì maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh, duìng nhæ telex truyãön thäúng nhæng täúc âäü hån âãún gáön 50 láön (2400 bps), cho pheïp truyãön caí kyï tæû in hoa vaì in thæåìng, taûi thuã bao coï thãø âaïnh maïy vàn baín, soaûn thaío, læu træî vaì truyãön âãún thuã bao khaïc khi coï yãu cáöu. Nhåì täúc âäüü truyãön cao nãn coï thãø gåíi âi nhæîng taìi liãûu låïn maì nãúu duìng telex træåïc âáy seî ráút âàõt.

Dëch vuû videotex laì dëch vuû âæåüc khai thaïc trãn maûng âiãûn thoaûi. Chè cáön sæí duûng PC laì ngæåìi sæí duûng coï thãø khai thaïc mäüt säú læåüng låïn dæî liãûu tæì caïc cå såí dæî liãûu, vê duû nhæ thäng tin vãö tên duûng cuía ngán haìng, âàng kyï phæång tiãûn giao thäng, giaï caí thë træåìng chæïng khoaïn... Videotex cuîng bao gäöm dëch vuû thæ âiãûn tæí, cho pheïp truyãön baín tin giæîa caïc thuã bao trong maûng. Videotex laìm viãûc våïi täúc âäü 1200 bps hæåïng tæì cå såí dæî liãûu vãö thuã bao vaì täúc âäü 75 bps cho hæåïng ngæåüc laûi. Thäng tin cung cáúp trong maûng sæí duûng täúc âäü 1200 bps cho caí hai hæåïng.

Truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi chuyãøn maûch cäng cäüng PSTN laì dëch vuû truyãön säú liãûu trong PSTN duìng modem. Våïi sæû tråü giuïp cuía âiãûn thoaûi, kãút näúi âæåüc thæûc hiãûn giäúng nhæ mäüt cuäüc goüi âiãûn thoaûi thäng thæåìng âãún thuã bao yãu cáöu. Modem âaím baío cho caïc maïy tênh coï thãø kãút näúi våïi nhau thäng qua âæåìng dáy âiãûn thoaûi hoàûc âæåìng thuã riãng (leased line)

Ngoaìi ra, coï thãø kãø thãm ráút nhiãöu maûng vaì caïc dëch vuû viãùn thäng khaïc nhau. Vê duû nhæ maûng caính baïo (alarm network), maûng bàng räüng (broadband network), maûng tæ (private network), maûng cuûc bäü LAN... Dëch vuû caính baïo coï thãø âæåüc khai thaïc trãn maûng âiãûn thoaûi, khaïch haìng thuã mäüt âæåìng dáy âàûc biãût, kãút näúi âãún mäüt maìn hçnh giaïm saït âàût taûi caính saït hoàûc cå quan an ninh âãø tçnh traûng an ninh âæåüc giaïm saït, theo doîi thæåìng xuyãn. Maûng bàng räüng cung cáúp nhæîng dëch vuû bàng räüng maì maûng âiãûn thoaûi khäng thãø âaïp æïng âæåüc. Nhæîng dëch vuû naìy bao gäöm truyãön hçnh caïp (cable TV), truyãön hçnh häüi nghë (conference TV), truyãön thanh häüi nghë (conference radio)... Noï âoìi hoíi mäi træåìng truyãön phaíi laì caïp âäöng truûc (coaxial cable) hoàûc såüi quang (fiber optic). Maûng tæ âæåüc thiãút láûp cho caïc täø chæïc, caïc doanh nghiãûp... Maûng naìy âäüc láûp våïi maûng âiãûn thoaûi, khäng tuán thuí caïc khuyãún nghë, caïc luáût cuía maûng âiãûn thoaûi. Maûng cuûc bäü LAN sæí duûng âãø truyãön thäng tin bãn trong caïc cäng ty låïn, maûng naìy âäüc láûp våïi maûng âiãûn thoaûi. Tuy nhiãn khi cáön kãút näúi LAN våïi caïc maûng khaïc thç cáön phaíi tuán theo caïc chuáøn giao tiãúp thäng thæåìng.

- 7 -

Chæång I

Liãn maûng (interworking between networks) laì sæû håüp nháút cuía táút caí caïc loaûi maûng viãùn thäng khaïc nhau vaìo trong mäüt maûng chung duy nháút, bàòng caïch âæa thãm cäøng (gateway) vaìo maûng. Theo âoï, maûng duy nháút naìy coï thãø cung cáúp táút caí caïc daûng dëch vuû viãùn thäng khaïc nhau våïi giaï cæåïc tháúp nháút. Âáy laì maûng hoaìn toaìn säú goüi laì maûng säú liãn kãút caïc dëch vuû ISDN (Intergrated Service Digital Networks). Coï hai loaûi ISDN laì ISDN bàng heûp N-ISDN xáy dæûng trãn nãön taíng cuía maûng säú liãn kãút IDN vaì ISDN bàng räüng B-ISDN xáy dæûng trãn nãön taíng cuía cäng nghãû truyãön dáùn khäng âäöng bäü ATM (Asynchronous Transfer Mode)

1.2.2 Caïc thaình pháön chênh cuía maûng viãùn thäng

Âãø xáy dæûng maûng viãùn thäng phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin cuía caïc âäúi tæåüng, yï tæåíng âáöu tiãn laì cáön phaíi cung cáúp caïc kãút näúi näúi táút caí caïc âäúi tæåüng våïi nhau tæìng âäi mäüt. Tuy nhiãn khi säú âäúi tæåüng tàng lãn vaì phaûm vi räüng hån lãn thç cáön phaíi phán chia phaûm vi âoï ra laìm nhiãöu khu væûc nhoí. Caïc âäúi tæåüng thuäüc khu væûc naìo seî âæåüc trung tám cuía khu væûc âoï phuûc vuû. Sau âoï âáúu näúi táút caí caïc trung tám naìy laûi våïi nhau. Táút caí caïc trang thiãút bë trong maûng viãùn thäng coï thãø phán thaình bäún nhoïm chênh nhæ sau (hçnh 1.2):

Nhoïm mäüt laì thiãút bë âáöu cuäúi (terminal equipment) hay coìn goüi laì thuã bao (subscriber), laì ngæåìi sæí duûng (user), coï nhiãûm vuû âæa tin tæïc vaìo maûng vaì láúy tin tæïc tæì maûng.

Nhoïm hai laì trung tám (center) hay coìn goüi laì täøng âaìi (exchange), laì nuït maûng (node), coï nhiãûm vuû thu tháûp táút caí nhu cáöu cuía caïc âäúi tæåüng, xæí lyï tin tæïc, chuyãøn maûch âãø täø chæïc viãûc trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng.

Nhoïm ba laì maûng truyãön dáùn (transfer network), coï nhiãûm vuû kãút näúi nhoïm mäüt våïi hai goüi laì âæåìng dáy thuã bao (subscriber line) vaì kãút näúi nhoïm hai våïi hai goüi laì âæåìng dáy trung kãú (trunk line).

Nhoïm bäún laì pháön mãöm (software) cuía maûng, coï nhiãûm vuû phäúi håüp hoaût âäüng cuía ba nhoïm trãn sao cho hiãûu quaí

℡

℡

3

1

2

Hçnh 1.2 Caïc thaình pháön chênh cuía maûng viãùn thäng

1.2.3 Maûng viãùn thäng tæång tæû vaì maûng viãùn thäng säú

Maûng viãùn thäng âæåüc goüi laì tæång tæû nãúu coï caïc âàûc âiãøm sau âáy:

- Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû

- 8 -

Chæång I

- Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû

- Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu tæång tæû

Maûng viãùn thäng âæåüc goüi laì säú nãúu coï caïc âàûc âiãøm sau âáy:

- Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì säú

- Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû hoàûc coï thãø laì säú våïi maûng hoaìn toaìn säú

- Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu säú

1.3 Hãû thäúng thäng tin

1.3.1 Khaïi niãûm vaì phán loaûi hãû thäúng hãû thäúng thäng tin

Nhæîng hãû thäúng thäng tin (communication system) cuû thãø maì con ngæåìi âaî sæí duûng vaì khai thaïc ráút âa daûng vaì khi phán loaûi chuïng, ngæåìi ta coï thãø dæûa trãn nhiãöu cå såí khaïc nhau. Vê duû trãn cå såí nàng læåüng mang tin ta coï thãø phán loaûi thaình:

- Hãû thäúng âiãûn tên duìng nàng læåüng mäüt chiãöu

- Hãû thäúng thäng tin vä tuyãún âiãûn duìng nàng læåüng soïng âiãûn tæì

- Hãû thäúng thäng tin quang nàng

- Hãû thäúng thäng tin duìng soïng ám, siãu ám...

Trãn cå såí biãøu hiãûn bãn ngoaìi cuía thäng tin ta coï thãø phán loaûi thaình:

- Hãû thäúng truyãön säú liãûu

- Hãû thäúng thäng tin thoaûi

- Hãû thäúng truyãön hçnh...

Càn cæï vaìo âàûc âiãøm cuía tên hiãûu âæa vaìo kãnh ta coï thãø phán thaình hai loaûi chênh:

- Hãû thäúng tæång tæû

- Hãû thäúng säú

Hçnh 1.3 trçnh baìy så âäö khäúi chæïc nàng cuía mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït, gäöm coï ba kháu chênh: nguäön tin (information source), kãnh tin (channel) va ì nháûn tin (information destination):

Kãnh tin Nháûn tin Nguäön tin

Hçnh 1.3 Så âäö khäúi chæïc nàng cuía mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït

Nguäön tin laì nåi saín sinh ra hay chæïa caïc tin cáön truyãön âi. Khi mäüt âæåìng truyãön tin âæåüc thiãút láûp âãø truyãön tin tæì nguäön tin âãún nháûn tin, mäüt daîy caïc tin cuía nguäön seî âæåûc truyãön âi

- 9 -

Chæång I

våïi mäüt phán bäú xacï suáút naìo âo. Daîy naìy âæåüc goüi laì mäüt baín tin (message). Váûy coï thãø âënh nghéa: nguäön tin laì táûp håüp caïc tin maì hãû thäúng thäng tin duìng âãø láûp caïc baín tin khaïc nhau âãø truyãön âi. Säú læåüng caïc tin trong nguäön coï thãø hæîu haûn hay vä haûn tæång æïng våïi nguäön tin råìi raûc hay liãn tuûc.

Kãnh tin laì mäi træåìng truyãön lan thäng tin. Âãø coï thãø truyãön lan trong mäüt mäi træåìng váût lyï xaïc âënh, thäng tin phaíi âæåüc chuyãøn thaình daûng tên hiãûu thêch håüp våïi mäi træåìng truyãön lan. Váûy kãnh tin laì nåi hçnh thaình vaì truyãön tên hiãûu mang tin âäöng thåìi åí âáúy cuîng saín sinh ra caïc nhiãùu (noise) phaï huíy thäng tin. Trong thæûc tãú kãnh tin coï ráút nhiãöu daûng khaïc nhau, vê duû dáy song haình, caïp âäöng truûc, äúng dáùn soïng, caïp såüi quang, vä tuyãún...

Nháûn tin laì cå cáúu khäi phuûc laûi thäng tin ban âáöu tæì tên hiãûu láúy åí âáöu ra cuía kãnh tin.

1.3.2 Hãû thäúng thäng tin säú

Mäüt muûc tiãu quan troüng trong thiãút kãú hãû thäúng thäng tin laì giaï caí, âäü phæïc taûp vaì cäng suáút tiãu thuû tháúp nháút våïi bàng thäng truyãön dáùn vaì thåìi gian truyãön tháúp nháút. Bàng thäng laì säú âo täúc âäü truyãön tin tæïc nhanh hay cháûm, bàng thäng coï thãø thay âäøi âæåüc vaì do âoï, noï laì mäüt thäng säú quan troüng trong thiãút kãú hãû thäúng thäng tin. Baíng 1.1 laì bàng thäng danh âënh cuía ba loaûi tên hiãûu phäø biãún. Viãûc sæí duûng bàng thäng vaì thåìi gian truyãön hiãûu quaí âaím baío cho nhiãöu thuã bao coï thãø âæåüc phuûc vuû våïi mäüt bàng thäng haûn chãú vaì trong mäüt khoaíng thåìi gian haûn chãú.

Tên hiãûu Bàng thäng

Thoaûi

Ám thanh quaíng baï

Video

4 kHz

15 kHz

6 MHz

Baíng 1.1 Bàng thäng danh âënh cuía mäüt säú tên hiãûu

Hçnh 1.4 trçnh baìy caïc thaình pháön trong mäüt hãû thäúng thäng tin säú âáöy âuí. Thæûc tãú khäng phaíi táút caí caïc hãû thäúng thäng tin säú âãöu coï âáöy duí caïc thaình pháön nhæ thãú naìy.

Háöu hãút tên hiãûu âæa vaìo hãû thäúng thäng tin säú (tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh...) laì tên hiãûu tæång tæû. Khäúi âënh daûng laìm nhiãûm vuû chuyãøn âäøi tên hiãûu tæì tæång tæû sang daîy tæì maî säú. Caïc tæì maî naìy âæåüc biãøu diãùn bàòng caïc bit nhë phán, räöi tuyì æïng duûng cuû thãø maì biãøu diãùn caïc bit hay nhoïm bit åí daûng thæïc thêch håüp. Viãûc chuyãøn âäøi tæång tæû sang säú trong hãû thäúng thäng tin säú thæåìng theo phæång phaïp âiãöu xung maî PCM (Pulse Code Modulation). Khäúi giaíi âënh daûng thæûc hiãûn cäng viãûc ngæåüc laûi, chuyãøn âäøi tên hiãûu tæì säú sang tæång tæû. Viãûc säú hoïa tên hiãûu tæång tæû laìm tàng bàng thäng truyãön dáùn cuía tên hiãûu nhæng cho pheïp bäü thu hoaût âäüng åí tyí säú tên hiãûu trãn nhiãùu tháúp hån. Âáy laì mäüt vê duû vãö sæû máu thuáùn giæîa taìi nguyãn naìy (bàng thäng) so våïi taìi nguyãn khaïc (cäng suáút truyãön). Viãûc chuyãøn âäøi tæång tæû/säú vaì säú/tæång tæû duìng kyî thuáût xæí lyï tên hiãûu säú giuïp cho tên hiãûu âæåüc maî hoïa hiãûu quaí træåïc khi truyãön âi vaì giaíi maî bãn thu khi chuïng bë aính hæåíng båíi nhiãùu, meïo vaì giao thoa.

- 10 -

Chæång I

Âiãöu naìy khiãún cho bäü thu phaït phæïc taûp hån nhæng cho pheïp truyãön dáùn chênh xaïc vaì khäng coï läùi.

Kãnh

thäng

tin

Âënh daûng

Maî hoïa

nguäön

Máût maî hoïa

Maî hoïa

kãnh

Gheïp kãnh

Âiãöu chãú

Âa truy cáûp

Giaíiâënh daûng

Giaíi maî

nguäön

Giaíimáût maî

Giaíimaî

kãnh

Taïch kãnh

Gaíi âiãöu chãú

Giaíi truy cáûp

Hçnh 1.4 Så âäö khäúi chæïc nàng cuía hãû thäúng thäng tin säú âáöy âuí

Khäúi maî hoïa nguäön laìm giaím säú bit nhë phán yãu cáöu âãø truyãön baín tin. Viãûc naìy coï thãø xem nhæ laì loaûi boí caïc bit dæ khäng cáön thiãút, giuïp cho bàng thäng âæåìng truyãön âæåüc sæí duûng hiãûu quaí hån.

Khäúi máût maî hoïa laìm nhiãûm vuû máût maî hoïa baín tin gäúc nhàòm muûc âêch an ninh. Noï bao gäöm caí sæû riãng tæ (âaím baío chè ngæåìi phaït coï quyãön våïi tin âang truyãön måïi âæåüc nháûn noï) vaì xaïc thæûc (âaím baío chè ngæåìi thu naìo maì ngæåìi phaït yãu cáöu thç måïi âæåüc nháûn tin).

Khäúi maî hoïa kãnh laìm nhiãûm vuû âæa thãm caïc bit dæ vaìo tên hiãûu säú theo mäüt quy luáût naìo âáúy, nhàòm giuïp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì tháûm chê sæía âæåüc caí läùi xaíy ra trãn kãnh truyãön. Viãûc naìy chênh laì maî hoïa âiãöu khiãøn läùi, vãö quan âiãøm tin tæïc, laì tàng thãm âäü dæ.

Nhæ váûy coï thãø noïi maî hoïa âiãöu khiãøn läùi âæa thãm âäü dæ laì máu thuáùn våïi maî hoïa nguäön loaûi boí âäü dæ. Caí hai quaï trçnh âãöu âæåüc thæûc hiãûn trong cuìng hãû thäúng, tuy nhiãn, kiãøu dæ xuáút hiãûn tæû nhiãn trong tin truyãön laì khäng cáön thiãút, khäng phaíi laì kiãøu dæ phuì håüp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì sæía läùi.

Giaíi maî nguäön, giaíi máût maî vaì giaíi maî hoïa kãnh âæåüc thæûc hiãûn åí bäü thu, caïc quaï trçnh naìy ngæåüc våïi caïc quaï trçnh maî hoïa bãn bäü phaït.

Khäúi gheïp kãnh giuïp cho nhiãöu tuyãún thäng tin coï thãø cuìng chia seí mäüt âæåìng truyãön váût lyï chung nhæ laì caïp, âæåìng truyãön vä tuyãún... Trong thäng tin säú, kiãøu gheïp kãnh thæåìng laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian (TDM), sàõp xãúp caïc tæì maî PCM nhaïnh vaìo trong mäüt khung TDM. Täúc âäü bit cuía tên hiãûu gheïp kãnh seî gáúp N láön täúc âäü bit cuía tên hiãûu PCM nhaïnh (N laì säú tên hiãûu PCM nhaïnh gheïp vaìo mäüt khung TDM) vaì bàng thäng yãu cáöu seî tàng lãn. Khäúi taïch kãnh bãn thu phán chia doìng bit thu thaình caïc tên hiãûu PCM nhaïnh.

Khäúi âiãöu chãú giuïp cho doìng tên hiãûu säú coï thãø truyãön âi qua mäüt phæång tiãûn váût lyï cuû thãø theo mäüt täúc âäü cho træåïc, våïi mæïc âäü meïo cháúp nháûn âæåüc, yãu cáöu mäüt bàng thäng táön säú cho pheïp. Khäúi âiãöu chãú coï thãø thay âäøi daûng xung, dëch chuyãøn phäø táön säú cuía tên hiãûu âãún

- 11 -

Chæång I

mäüt bàng thäng khaïc phuì håüp. Âáöu vaìo cuía bäü âiãöu chãú laì tên hiãûu bàng gäúc trong khi âáöu ra cuía bäü âiãöu chãú laì tên hiãûu thäng daíi. Khäúi giaíi âiãöu chãú bãn thu chuyãøn daûng soïng thu âæåüc ngæåüc laûi thaình tên hiãûu bàng gäúc

Khäúi âa truy cáûp liãn quan âãún caïc kyî thuáût hoàûc nguyãn tàõc naìo âoï, cho pheïp nhiãöu càûp thu phaït cuìng chia seí mäüt phæång tiãûn váût lyï chung (nhæ laì mäüt såüi quang, mäüt bäü phaït âaïp cuía vãû tinh...) Âáy laì biãûn phaïp hæîu hiãûu vaì håüp lyï âãø chia seí taìi nguyãn thäng tin haûn chãú cuía caïc phæång tiãûn truyãön dáùn. Coï mäüt säú kiãøu âa truy cáûp, mäùi kiãøu coï nhæîng æu âiãøm vaì khuyãút âiãøm riãng.

Dæûa theo så âäö khäúi naìy, näüi dung chênh cuía män hoüc bao gäöm nhæîng váún âãö sau:

1. Tên hiãûu vaì phán têch tên hiãûu

2. Säú hoïa vaì âënh daûng tên hiãûu

3. Maî hoïa nguäön

4. Maî hoïa kãnh

5. Gheïp kãnh vaì âa truy cáûp

6. Âiãöu chãú

Do nhæîng âàûc âiãøm riãng, pháön máût maî hoïa khäng âæåüc trçnh baìy åí âáy.

1.3.3 Æu âiãøm cuía thäng tin säú

Qua xem xeït caïc khäúi chæïc nàng trong hãû thäúng thäng tin säú åí trãn, roî raìng laì hãû thäúng thäng tin säú phæïc taûp hån so våïi hãû thäúng thäng tin tæång tæû. Tuy nhiãn, thäng tin säú ngaìy caìng âæåüc æa chuäüng hån trong caïc hãû thäúng thäng tin hiãûn âaûi vaì tæång lai seî thay thãú dáön caïc hãû thäng thäng tin tæång tæû hiãûn âang täön taûi. Coï thãø kãø ra mäüt vaìi lyï do cuía âiãöu naìy nhæ sau:

- Thêch håüp cho truyãön säú liãûu

- Haû giaï thaình

- Thuáûn låüi cho neïn säú liãûu

- Coï khaí nàng maî hoïa kãnh âãø giaím aính hæåíng cuía nhiãùu vaì giao thoa

- Dãù cán âäúi caïc máu thuáùn vãö bàng thäng, cäng suáút vaì thåìi gian truyãön âãø täúi æu hoaï viãûc sæí duûng caïc taìi nguyãn haûn chãú naìy

- Gia tàng viãûc sæí duûng caïc maûch têch håüp

- Giuïp cho chuáøn hoïa tên hiãûu báút kãø kiãøu, nguäön gäúc, dëch vuû. . .

- Laì cå såí âãø hçnh thaình maûng têch håüp âa dëch vuû ISDN

Sæû gia tàng yãu cáöu liãn kãút truyãön thoaûi vaì säú liãûu laì yãúu täú chênh thuïc âáøy sæû phaït triãøn cuía viãùn thäng.

1.3.4 Âæåìng truyãön tên hiãûu

- 12 -

Chæång I

Âæåìng truyãön giæîa bäü phaït vaì bäü thu coï thãø laì loaûi coï dáy hoàûc khäng dáy. Loaûi coï dáy nhæ laì càõp xoàõn âäi, caïp âäöng truûc hoàûc caïp såüi quang. Duì laì loaûi âæåìng truyãön naìo, tên hiãûu cuîng bë suy hao, meïo, giao thoa, nhiãùu . . . Coï thãø khàõc phuûc suy hao bàòng caïc bäü khuãúch âaûi hoàûc laì bäü làûp, khàõc phuûc meïo bàòng caïc bäü cán bàòng, khàõc phuûc giao thoa vaì nhiãùu bàòng caïc phæång phaïp xæí lyï tên hiãûu. Baín cháút cuía caïc âæåìng truyãön laì aính hæåíng chênh âãún viãûc thiãút kãú bäü phaït, bäü thu vaì bäü làûp.

Truyãön tên hiãûu bàòng dáy dáùn coï caïc æu âiãøm nhæ sau:

- Êt khi máút tuyãún

- Nàng læåüng tên hiãûu khäng bë máút maït nhiãöu vaì giao thoa giæîa caïc hãû thäúng khaïc nhau êt khi nghiãm troüng vaì coï thãø boí qua

- Caïc âàûc âiãøm cuía âæåìng truyãön (suy hao vaì meïo) thæåìng äøn âënh vaì dãù daìng buì âæåüc

Tuy nhiãn, truyãön tên hiãûu bàòng dáy dáùn gàûp caïc khuyãút âiãøm nhæ sau:

- Viãûc làõp âàût caïp ngáöm hoàûc caïp treo thæåìng âàõt tiãön vaì cáön phaíi coï kãú hoaûch láu daìi

- Thäng tin quaíng baï yãu cáöu kãút näúi váût lyï âãún thuã bao phæïc taûp

- Khäng thæûc hiãûn âæåüc thäng tin di âäüng

- Khäng dãù cáúu hçnh laûi maûng

Truyãön tên hiãûu khäng dáy coï caïc æu âiãøm nhæ sau:

- Reí vaì dãù thæûc hiãûn

- Dãù thäng tin quaíng baï

- Dãù thäng tin di âäüng

- Dãù daìng vaì nhanh choïng cáúu hçnh laûi maûng, dãù thãm båït nuït maûng

Tuy nhiãn, truyãön tên hiãûu khäng dáy gàûp caïc khuyãút âiãøm nhæ sau:

- Nàng læåüng tên hiãûu bë máút maït nhiãöu trong quaï trçnh truyãön

- Giao thoa giæîa caïc hãû thäúng khaïc nhau laì mäüt váún âãö nghiãm troüng

- Dung læåüng haûn chãú

- Caïc âàûc âiãøm cuía âæåìng truyãön thæåìng thay âäøi khäng âoaïn âæåüc, do âoï khoï âaím baío cháút læåüng thäng tin

- Phaíi láûp kãú hoaûch phán bäú táön säú cáøn tháûn cho caïc hãû thäúng khaïc nhau

1.4 Giåïi thiãûu hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU

Khi ngaìy caìng coï nhiãöu phaït minh måïi, ngaìy caìng coï nhiãöu saín pháøm vãö truyãön tin tung ra thë træåìng thç gáön nhæ chuïng ta råi vaìo tçnh traûng häùn âäün. Caïc thiãút bë thæûc hiãûn cuìng mäüt chæïc nàng nhæ nhau coï thãø khäng cuìng laìm viãûc våïi nhau, khäng thãø kãút näúi våïi nhau âæåüc

- 13 -

Chæång I

nãúu xuáút xæï tæì nhæîng haîng khaïc nhau, nhæîng quäúc gia khaïc nhau. Âãø giaíi quyãút tçnh traûng naìy, cáön âæa ra caïc tiãu chuáøn (standard) thêch håüp.

Hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU (International Telecommunications Union) laì cå quan nghiãn cæïu xæí lyï caïc váún âãö liãn quan âãùn viãùn thäng trãn thãú giåïi. Âáy laì cå quan cuía Liãn hiãûp quäúc UN coï truûc såí âàût taûi Geneva. Caïc häüi âäöng thæåìng træûc bãn dæåïi ITU gäöm (hçnh 1.5):

Ban thæ kyï, coï traïch nhiãûm coï traïch nhiãûm vãö kinh tãú vaì haình chênh

Ban âàng kyï táön säú quäúc tãú IFRB, chëu traïch nhiãûm phäúi håüp vaì sæí duûng táút caí caïc loaûi táön säú vä tuyãún

UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö thäng tin vä tuyãún CCIR, coï traïch nhiãûm giaíi quyãút caïc váún âãö khaïc vãö vä tuyãún

UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö âiãûn thoaûi vaì âiãûn baïo CCITT, coï traïch nhiãûm vãö caïc khêa caûnh khaïc trong viãùn thäng.

Ban thæ kyï

ITU

IFRB CCIR CCITT

UN

Hçnh 1.5 Täø chæïc cuía ITU

Váûy CCITT laì mäüt chi nhaïnh cuía ITU liãn quan háöu hãút âãún caïc khuyãún nghë (recommendation) trong viãùn thäng. Caïc khuyãún nghë måïi âæåüc âæa ra bäún nàm mäüt láön, mäùi láön xuáút baín taìi liãûu bàòng mäüt maìu khaïc nhau, vê duû saïch vaìng nàm 1981, saïch âoí nàm 1985... Caïc nhoïm khuyãún nghë âæåüc kyï hiãûu bàòng caïc kyï tæû khaïc nhau. Vê duû nhæ khuyãún nghë loaût V cho truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi, loaût X cho caïc váún âãö khaïc vãö truyãön säú liãûu, loaût I cho ISDN...

TOÏM TÀÕT CHÆÅNG

1. Tin tæïc coï thãø taûm hiãøu laì sæû caím hiãøu cuía con ngæåìi vãö thãú giåïi xung quanh thäng qua sæû tiãúp xuïc våïi noï. Thäng tin laì sæû trao âäøi tin tæïc giæîa caïc âäúi tæåüng coï nhu cáöu bàòng mäüt cäng cuû naìo âoï. Viãùn thäng laì mäüt trong caïc cäng cuû truyãön thäng. " Viãùn thäng" aïm chè mäüt khoaíng caïch âëa lyï âæåüc bàõc cáöu âãø thæûc hiãûn trao âäøi thäng tin tæì xa.

2. Âãø trao âäøi thäng tin tæì xa, ngæåìi ta phaíi xáy dæûng maûng viãùn thäng. Coï thãø kãø ra mäüt säú maûng viãùn thäng nhæ: maûng âiãûn thoaûi, maûng säú liãûu chuyãøn maûch kãnh cäng cäüng CSPDN, maûng säú liãu chuyãøn maûch goïi cäng cäüng PSPDN...

- 14 -

Chæång I

3. Dëch vuû viãùn thäng laì hçnh thaïi trao âäøi thäng tin maì maûng viãùn thäng cung cáúp. Caïc dëch vuû viãùn thäng ráút phong phuï vaì âa daûng, phuûc vuû cho nhu cáöu trao âäøi thäng tin ngaìy caìng cao cuía ngæåìi sæí duûng. Coï thãø kãø ra mäüt vaìi dëch vuû viãùn thäng nhæ: dëch vuû thoaûi gäöm caí cäú âënh vaì di âäüng, truyãön säú liãûu, ám thanh, hçnh aính, videotex, fax, teletex, caính baïo tæì xa, thoaûi häüi nghë, video häüi nghë ...

4. Thaình pháön chênh cuía maûng viãùn thäng bao gäöm: nhoïm mäüt laì thiãút bë âáöu cuäúi hay coìn goüi laì thuã bao, laì ngæåìi sæí duûng (user), coï nhiãûm vuû âæa tin tæïc vaìo maûng vaì láúy tin tæïc tæì maûng; nhoïm hai laì trung tám maûng hay coìn goüi laì täøng âaìi, laì nuït maûng, coï nhiãûm vuû thu tháûp táút caí nhu cáöu cuía caïc âäúi tæåüng, xæí lyï thäng tin, chuyãøn maûch âãø täø chæïc viãûc trao âäøi thäng tin giæîa caïc âäúi tæåüng; nhoïm ba laì maûng truyãön dáùn, coï nhiãûm vuû kãút näúi nhoïm mäüt våïi hai goüi laì âæåìng dáy thuã bao vaì kãút näúi nhoïm hai våïi hai goüi laì âæåìng dáy trung kãú; nhoïm bäún laì pháön mãöm cuía maûng, coï nhiãûm vuû phäúi håüp hoaût âäüng cuía ba nhoïm trãn sao cho hiãûu quaí.

5. Maûng viãùn thäng tæång tæû laì maûng viãùn thäng coï caïc âàûc âiãøm sau:

2 Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû

3 Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû

4 Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu tæång tæû

6. Maûng viãùn thäng säú laì maûng viãùn thäng coï caïc âàûc âiãøm sau:

5 Tên hiãûu truyãön trãn trung kãú laì tæång tæû

6 Tên hiãûu truyãön trãn âæåìng dáy thuã bao laì tæång tæû

7 Caïc nuït maûng xæí lyï tên hiãûu säú

7. Hãû thäúng thäng tin laì hãû thäúng âæåüc xáy dæûng nãn nhàòm muûc âêch truyãön tin tæïc tæì bãn phaït âãún bãn thu. Mäüt hãû thäúng thäng tin täøng quaït gäöm coï ba kháu chênh: nguäön tin, kãnh tin vaì nháûn tin. Nguäön tin laì nåi saín sinh ra hay chæïa caïc tin cáön truyãön âi. Kãnh tin laì mäi træåìng truyãön lan thäng tin, âäömg thåìi cuîng saín sinh ra nhiãùu phaï huyí tin. Nháûn tin laì cå cáúu khäi phuûc laûi thäng tin ban âáöu tæì tên hiãûu láúy åí âáöu ra cuía kãnh tin.

8. Háöu hãút tên hiãûu âæa vaìo hãû thäúng thäng tin säú (tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh...) laì tên hiãûu tæång tæû. Khäúi âënh daûng laìm nhiãûm vuû chuyãøn âäøi tæång tæû sang säú, sau âoï tçm caïch biãøu diãùn caïc bit hay nhoïm bit åí daûng thæïc thêch håüp våïi tæìng æïng duûng cuû thãø. Khäúi maî hoïa nguäön laìm giaím säú bit nhë phán yãu cáöu âãø truyãön baín tin. Khäúi máût maî hoïa laìm nhiãûm vuû máût maî hoïa baín tin. Khäúi maî hoïa kãnh laìm nhiãûm vuû âæa thãm caïc bit dæ vaìo theo mäüt quy luáût naìo âáúy, nhàòm giuïp cho bãn thu coï thãø phaït hiãûn vaì tháûm chê sæía âæåüc caí läùi xaíy ra trãn kãnh truyãön. Khäúi gheïp kãnh giuïp cho nhiãöu nguäön tin coï thãø cuìng chia seí mäüt âæåìng truyãön váût lyï chung. Khäúi âiãöu chãú giuïp cho doìng tên hiãûu säú coï thãø truyãön âi qua mäüt phæång tiãûn váût lyï cuû thãø theo mäüt täúc âäü cho træåïc, våïi mæïc âäü meïo cháúp nháûn âæåüc, yãu cáöu mäüt bàng thäng táön säú cho pheïp. Khäúi âa truy cáûp liãn quan âãún caïc

- 15 -

Chæång I

kyî thuáût hoàûc nguyãn tàõc naìo âoï, cho pheïp nhiãöu bäü phaït cuìng chia seí mäüt phæång tiãûn váût lyï chung.

9. UÍy ban tæ váún quäúc tãú vãö âiãûn thoaûi vaì âiãûn baïo CCITT, coï traïch nhiãûm vãö nhiãöu khêa caûnh trong viãùn thäng. Âáy laì mäüt cå quan quäúc tãú thuäüc Hiãûp häüi viãùn thäng quäúc tãú ITU, liãn quan âãún nhiãöu khuyãún nghë trong viãùn thäng. Vê duû nhæ khuyãún nghë loaût V cho truyãön säú liãûu trong maûng âiãûn thoaûi, loaût X cho caïc váún âãö vãö truyãön säú liãûu, loaût I cho ISDN...

.

- 16 -

- Chæång II- 9/15/2

Chæång 2 Tên hiãûu vaì phán têch tên hiãûu

Nhæ âaî giåïi thiãûu trong chæång træåïc, chæång naìy chuïng ta seî tçm hiãøu nhæîng neït chênh vãö tên hiãûu vaì phæång phaïp phán têch tên hiãûu.

Tên hiãûu (signal) laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Trong hãû thäúng truyãön tin, tên hiãûu nháûn âæåüc thæåìng bao gäöm pháön chæïa tin tæïc mong muäún vaì pháön khäng mong muäún thãm vaìo. Pháön mong muäún goüi laì tên hiãûu coï êch, pháön khäng mong muäún goüi laì nhiãùu (noise). Trong chæång naìy giaí sæí tên hiãûu vaì nhiãùu âæåüc cäüng vaìo nhau åí bãn thu vaì goüi chung laì tên hiãûu. Trong thæûc tãú coï thãø nhiãùu taïc âäüüng vaìo tên hiãûu bàòng caïch nhán vê duû nhæ fading.

Chæång naìy âæa ra caïc cäng cuû toaïn hoüc âãø biãøu diãùn tên hiãûu, trãn cå såí biãøu diãùn naìy tiãún haình phán têch tên hiãûu âãø ruït ra caïc âàûc træng thêch håüp cho tên hiãûu tuìy theo caïc khêa caûnh æïng duûng kyî thuáût khaïc nhau cuía noï.

Chæång naìy táûp trung giåïi thiãûu phæång phaïp phán têch thåìi gian, phán têch phäø (spectral analysis) vaì phán têch tæång quan (correlation analysis).

Phán têch thåìi gian âæåüc hiãøu theo nghéa biãøu diãùn tên hiãûu trong miãön thåìi gian vaì trãn cå såí âoï, tçm ra caïc âaûi læåüng âàûc træng cuía tên hiãûu nhæ nàng læåüng, cäng suáút, trë trung bçnh... Phán têch phäø liãn quan âãún viãûc mä taí tên hiãûu trong miãön táön säú vaì mäúi liãn quan giæîa mä taí trong miãön táön säú vaì miãön thåìi gian. Phán têch tæång quan åí cuäúi chæång daình âãø phán têch tên hiãûu ngáùu nhiãn. Tên hiãûu trong thäng tin chênh laì loaûi tên hiãûu ngáùu nhiãn naìy.

2.1 Giåïi thiãûu

2.1.1 Âënh nghéa tên hiãûu

Tên hiãûu âæåüc âënh nghéa nhæ laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Âoï laì mäüt âaûi læåüng váût lyï biãún thiãn theo thåìi gian, khäng gian hay caïc biãún âäüc láûp khaïc. Vãö màût toaïn hoüc, coï thãø xem tên hiãûu laì haìm theomäüt hoàûc nhiãöu biãún âäüc láûp. Vê duû nhæ, haìm

t5)t(x =

mä taí tên hiãûu thay âäøi tuyãún tênh theo biãún thåìi gian t. Hay haìm 2

y10xy2x3)y,x(s ++=

mä taí tên hiãûu theo hai biãún âäüc láûp x vaì y biãøu diãùn cho hai biãún khäng gian trong mäüt màût phàóng.

Mäüt vê duû khaïc, tên hiãûu tiãúng noïi laì sæû thay âäøi aïp suáút khäng khê theo thåìi gian. Nhæng ta khäng thãø biãøu diãùn tên hiãûu tiãúng noïi laì mäüt haìm theo thåìi gian maì täøng quaït, ta chè coï thãø biãøu diãùn mäüt âoaûn (segment) tiãúng noïi nhæ laì täøng cuía nhiãöu haìm sin khaïc biãn âäü, táön säú vaì pha nhæ sau:

- - 17


∑=

θ+πN

1iiii

)]t(t)t(F2sin[)t(A

Hçnh 2.1 laì mäüt vê duû vãö daûng soïng tên hiãûu tiãúng noïi - tæì tiãúng Anh "away"

Hçnh 2.1 Daûng soïng cuía tæì "away"

2.1.2 Phán loaûi tên hiãûu

Coï nhiãöu caïch khaïc nhau âãø phán loaûi tên hiãûu.

Trong mäüt vaìi æïng duûng, tên hiãûu coï thãø âæåüc taûo ra tæì nhiãöu nguäön hoàûc tæì nhiãöu bäü caím biãún. Nhæîng tên hiãûu nhæ váûy âæåüc goüi laì tên hiãûu âa kãnh (multichannel signals). Vê duû nhæ, tên hiãûu âiãûn tám âäö (ECG) 3 kãnh hoàûc 12 kãnh.

Xeït säú biãún âäüc láûp, ta tháúy coï nhæîng tên hiãûu laì haìm theo mäüt biãún âån, goüi laì tên hiãûu mäüt hæåïng (one-dimensional signals), coï nhæîng tên hiãûu laì haìm theo M biãún (M > 1), goüi laì tên hiãûu M-hæåïng (M-dimensional signals). Vê duû nhæ, tên hiãûu aính ténh laì tên hiãûu 2 hæåïng vç aính laì haìm âäü saïng theo hai biãún khäng gian.

Xeït giaï trë cuía haìm, coï thãø giaï trë âoï laì mäüt giaï trë thæûc hay phæïc. Do âoï ta coï thãø phán loaûi tên hiãûu thaình tên hiãûu thæûc hay phæïc.

Trong män hoüc naìy, ta chè xeït tên hiãûu thæûc, mäüt kãnh, mäüt hæåïng, biãún laì biãún thåìi gian. Ta kyï hiãûu tên hiãûu naìy laì s(t) hay x(t).

Âãø coï thãø phán têch tên hiãûu, yãu cáöu ta phaíi mä taí âæåüc tên hiãûu bàòng mäüt mä hçnh toaïn hoüc naìo âoï. Coï nhæîng tên hiãûu coï thãø xaïc âënh duy nháút bàòng mäüt mä hçnh toaïn hoüc quen thuäüc nhæ laì baíng biãøu, âäö thë... Loaûi tên hiãûu naìy âæåüc goüi laì tên hiãûu xaïc âënh hay táút âënh (deterministic signals). Loaûi tên hiãûu naìy âæåüc duìng âãø nháún maûnh ràòng ta coï thãø biãút roî táút caí caïc giaï trë cuía tên hiãûu trong quaï khæï, hiãûn taûi vaì tæång lai.

Tuy nhiãn, thæûc tãú coï nhiãöu tên hiãûu maì ta khäng thãø mä taí chênh xaïc âæåüc. Do âoï khäng thãø duìng mä hçnh toaïn hoüc quen thuäüc âãø biãøu diãùn tên hiãûu. Ta khäng thãø dæû âoaïn âæåüc haình vi cuía loaûi tên hiãûu naìy. Ta goüi âáy laì tên hiãûu ngáùu nhiãn (random signals). Âãø biãøu diãùn loaûi tên hiãûu naìy, ta phaíi dæûa vaìo caïc quan saït thäúng kã. Vê duû tên hiãûu tiãúng noïi, tên hiãûu nhiãùu laì nhæîng tên hiãûu ngáùu nhiãn.

- - 18


2.2 Biãøu diãùn tên hiãûu xaïc âënh theo thåìi gian

2.2.1 Tên hiãûu váût lyï vaì tên hiãûu toaïn hoüc

Tên hiãûu váût lyï (physical signals) laì tên hiãûu coï thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï (physically realizable). Tên hiãûu váût lyï phaíi thoaí maîn caïc yãu cáöu sau:

- Coï giaï trë hæîu haûn, xaïc âënh trong mäüt khoaíng thåìi gian hæîu haûn

- Coï phäø hæîu haûn, xaïc âënh trong mäüt daíi táön säú hæîu haûn

- Laì haìm liãn tuûc theo thåìi gian

- Laì haìm thæûc

- Coï tênh nhán quaí, nghéa laì biãn âäü s bàòng 0 våïi thåìi gian t < 0.

Ngæåüc våïi tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu toaïn hoüc (mathematical signals). Âoï laì tên hiãûu chè coï yï nghéa lyï thuyãút vaì hoaìn toaìn khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï. Hçnh 2.2 âæa ra mäüt vê duû vãö hai loaûi tên hiãûu xung vuäng váût lyï vaì toaïn hoüc.

-

t

t

(b)

(a)

Hçnh 2.2 Tên hiãûu xung vuäng váût lyï vaì toaïn hoüc

(a) Xung vuäng toaïn hoüc - (b) Xung vuäng váût lyï

2.2.2 Phán loaûi tên hiãûu dæûa theo daûng

Goüi kyï hiãûu biãøu diãùn tên hiãûu laì s(t), åí âáy s laì biãn âäü vaì t laì thåìi gian. Dæûa theo biãn âäü vaì thåìi gian, ta coï thãø phán tên hiãûu thaình 4 loaûi:

Tên hiãûu liãn tuûc (continuous-time signals) hay tên hiãûu tæång tæû (analog signals) laì tên hiãûu coï giaï trë xaïc âënh taûi moüi thåìi âiãøm tæì khi tên hiãûu sinh ra âãún khi kãút thuïc, nghéa laì caí biãn âäü vaì thåìi gian âãöu liãn tuûc.

Tên hiãûu råìi raûc (discrete-time signals) laì tên hiãûu chè xaïc âënh taûi caïc giaï trë naìo âoï cuía thåìi gian. Tên hiãûu naìy coï biãn âäü liãn tuûc vaì thåìi gian råìi raûc. Khoaíng caïch giæîa caïc thåìi âiãøm råìi raûc khäng nháút thiãút phaíi bàòng nhau, nhæng trong thæûc tãú thæåìng khoaíng caïch naìy âæåüc láúy bàòng nhau. Coï thãø taûo ra tên hiãûu råìi raûc bàòng hai caïch. Mäüt laìì láúy máùu tên hiãûu liãn tuûc, âáy laì caïch thäng thæåìng âãø chuyãøn tên hiãûu tæì liãn tuûc thaình råìi raûc. Hai laì âo (âãúm) mäüt âaûi

- 19


læåüng naìo âoï theo mäüt chu kyì nháút âënh, vê duû nhæ cán em beï theo tæìng thaïng, âo aïp suáút khäng khê theo giåì...

Tên hiãûu læåüng tæí hoïa (quantization signals) laì tên hiãûu chè coï táûp hæîu haûn säú mæïc biãn âäü, nghéa laì biãn âäü råìi raûc vaì thåìi gian liãn tuûc. Vê duû nhæ tên hiãûu ra cuía bäü giæî máùu báûc khäng ZOH.

Tên hiãûu säú (digital signals) laì tên hiãûu råìi raûc coï biãn âäü âæåüc råìi raûc hoïa, nghéa laì caí biãn âäü vaì thåìi gian âãöu råìi raûc.

Hçnh 2.3 laì âäö thë cuía 4 loaûi tên hiãûu trãn.

• •

• •

(b)

(d)

(a)

(c)

Hçnh 2.3 Âäö thë bäún loaûi tên hiãûu

(a) Liãn tuûc - (b) Råìi raûc - (c) Læåüng tæí hoïa - (d) Säú

2.2.3 Caïc tên hiãûu toaïn hoüc cå baín

- Tên hiãûu (delta) Dirac laì tên hiãûu âæåüc âënh nghéa båíi:

)0(sdt)t()t(s =δ∫∞

∞−

våïi s(t) laì haìm liãn tuûc taûi t = 0. Ngoaìi ra coìn coï âënh nghéa khaïc cho tên hiãûu Dirac laì:

1dt)t( =δ∫∞

∞−

- - 20


vaì

⎩⎨⎧

≠=∞

=δ0t,00t,

)t(

Âäö thë cuía tên hiãûu Dirac nhæ hçnh 2.4.

-

Hçnh 2.4 Tên hiãûu Dirac

1

0

Tên hiãûu Dirac âæåüc chæïng minh laì coï mäüt säú tênh cháút cuía nhæ:

)t(sdt)tt()t(s00

=−δ∫∞

∞−

)t(sdt)t()tt(s00

=δ+∫∞

∞−

)t(A)t(A δ=−δ

0tkhi,0)t(A ≠=δ

)tt()BA()tt(B)tt(A000

−δ+=−δ+−δ

Våïi y(t) liãn tuûc taûi t0 ta coï: )tt()t(Ay)]tt(A)[t(y000

−δ=−δ

,tt2jdte)t(

,

∫∞

∞−

π±=δ

-Tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë (unit step) laì tên hiãûu:

⎩⎨⎧

<>

=0t,00t,1

)t(u

Tæì âënh nghéa coï thãø suy ra mäúi quan hãû giæîa tên hiãûu Dirac vaì tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ sau:

∫∞−

=λλδt

)t(ud)(

vaì

)t(dt

)t(duδ=

- 21


Âäö thë cuía tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ hçnh 2.5.

1

0

Hçnh 2.5 Tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë

- Tên hiãûu chæî nháût (rectangular) laì tên hiãûu:

⎪⎩

⎪⎨⎧

>

≤=Π

2/Tt,0

2/Tt,1)

Tt(

Âäö thë cuía tên hiãûu chæî nháût nhæ hçnh 2.6.

-T/2 T/2

1

0

Hçnh 2.6 Tên hiãûu chæî nháût

Mäúi quan hãû giæîa tên hiãûu chæî nháût vaì tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë nhæ sau:

)2/Tt(u)2/Tt(uTt

−−+=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∏

- Tên hiãûu tam giaïc (triangular) laì tên hiãûu:

⎪⎩

⎪⎨

⎧

>

≤−=Λ

Tt,0

Tt,Tt

1)

Tt(

Âäö thë cuía tên hiãûu tam giaïc nhæ hçnh 2.7.

-T T

1

0

Hçnh 2.7 Tên hiãûu tam giaïc

- - 22


- Tên hiãûu däúc âån vë (unit ramp) laì tên hiãûu:

⎩⎨⎧

<>

=0t,00t,t

)t(r

Âäö thë cuía tên hiãûu däúc âån vë nhæ hçnh 2.8.

0

Hçnh 2.8 Tên hiãûu däúc âån vë

- Tên hiãûu haìm muî laì tên hiãûu:

⎪⎩

⎪⎨⎧

<

>=

−

1

1

at

tt,0

tt,Ae)t(x (a coï thãø laì säú thæûc hay phæïc)

Âäö thë cuía tên hiãûu haìm muî våïi a thæûc vaì 0 < a < 1 nhæ hçnh 2.9.

-

Hçnh 2.9 Tên hiãûu haìm muî thæûc giaím 0

- Tên hiãûu sin (tên hiãûu âiãöu hoìa) laì tên hiãûu:

)2

tT2sin(A)tf2cos(A)t

T2cos(A)t(x

00

0

π+θ+

π=θ+π=θ+

π=

ÅÍ âáy A laì biãn âäü, f0 = 1 / T0 laì táön säú chè säú láön làûp laûi tên hiãûu trong 1 âån vë thåìi gian, laì pha chè sai khaïc vãö goïc giæîa tên hiãûu x(t) vaì tên hiãûu tham chiãúu coï pha laì 0. θ

Âäö thë cuía tên hiãûu sin nhæ hçnh 2.10.

Hçnh 2.10 Tên hiãûu sin

- A

A

0

- 23


Táûp caïc tên hiãûu sin coï chung táön säú âæåüc mä taí båíi táön säú âoï vaì biãn âäü vaì pha cuía mäùi tên hiãûu. Ta coï thãø biãøu diãùn biãn âäü vaì pha cuía mäùi tên hiãûu dæåïi daûng phæïc goüi laì phasor.

Sæí duûng cäng thæïc Euler, ta coï . Váûy ta coï thãø viãút laûi biãøu thæïc cuía tên hiãûu sin nhæ sau:

β+β=β

sinjcosej

tf2jtf2jj

pp

)tf2(j 000 Xee]Ae[)t(x)]t(xRe[]AeRe[)t(xππθθ+π

≡=⇒≡=

åí âáy X laì säú phæïc, biãn âäü vaì pha cuía X laì biãn âäü vaì pha cuía tên hiãûu sin. Do âoï ta noïi X âàûc træng cho tên hiãûu sin ngoaûi træì táön säú. Ta noïi X laì biãøu diãùn phasor cuía tên hiãûu sin:

θ=

jAeX

2.2.4 Caïc âaûi læåüng âàûc træng cuía tên hiãûu

-Âäü daìi laì thåìi gian täön taûi cuía tên hiãûu tæì luïc bàõt âáöu xuáút hiãûn tên hiãûu cho âãún khi kãút thuïc. Thäng säú naìy qui âënh khoaíng thåìi gian báûn cuía hãû thäúng truyãön tin trong viãûc truyãön âi tin tæïc chæïa trong tên hiãûu.

-Trë trung bçnh (time average) cuía mäüt tên hiãûu âæåüc tênh theo cäng thæïc:

∫−

∞→=

2/T

2/TT

dt)t(sT1lim)t(s

Âënh nghéa tên hiãûu tuáön hoaìn våïi chu kyì TO laì tên hiãûu thoaí maîn t)Tt(s)t(s0

∀+= . Nhæ

váûy tên hiãûu váût lyï khäng tháût sæû laì tên hiãûu tuáön hoaìn.

Nãúu tên hiãûu tuáön hoaìn thç trë trung bçnh âæåüc tênh nhæ sau:

∫+

+−

=a2/T

a2/T0 0

dt)t(sT1)t(s

våïi a laì hàòng säú tuìy yï coï thãø bàòng 0.

Nãúu tên hiãûu váût lyï thç trë trung bçnh âæåüc tênh nhæ sau:

∫−=

2

1

t

t12

dt)t(stt

1)t(s

våïi t2 - t1 = T laì âäü daìi cuía tên hiãûu.

-Thaình pháön mäüt chiãöu cuía tên hiãûu DC laì thaình pháön khäng âäøi theo thåìi gian. Täøng quaït mäüt tên hiãûu coï thãø âæåüc phán têch thaình täøng cuía hai thaình pháön laì thaình pháön mäüt chiãöu vaì thaình pháön khäng âäøi theo thåìi gian coï trë trung bçnh bàòng 0 goüi laì thaình pháön xoay chiãöu. Tæì âáy coï thãø dãù daìng suy ra thaình pháön mäüt chiãöu chênh laì trë trung bçnh cuía tên hiãûu.

- Nàng læåüng chuáøn hoaï (normalized energy) cuía tên hiãûu âæåüc tênh theo:

- - 24


∫−

∞→=

2/T

2/T

2

Tdt)t(slimE

Âënh nghéa tên hiãûu nàng læåüng laì tên hiãûu coï nàng læåüng hæîu haûn khaïc 0.

- Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh (average normalized power) cuía tên hiãûu âæåüc tênh theo:

∫−

∞→==

2/T

2/T

2

T

2dt)t(s

T1lim)t(sP

Âënh nghéa tên hiãûu cäng suáút laì tên hiãûu coï cäng suáút hæîu haûn khaïc 0 vaì coï nàng læåüng vä haûn. Tæì âáy ta tháúy khäng coï tên hiãûu naìo væìa laì tên hiãûu nàng læåüng laûi væìa laì tên hiãûu cäng suáút

- Trë hiãûu duûng rms (root mean square) cuía tên hiãûu âæåüc âënh nghéa laì càn báûc hai cuía cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh.

2.3 Chuäùi Fourier - Phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn

Tên hiãûu s(t) nàng læåüng hæîu haûn tuáön hoaìn våïi chu kyì TO coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng täøng vä haûn cuía caïc tên hiãûu sin. Täøng naìy goüi laì chuäùi Fourier (Fourier series), coï thãø âæåüc viãút dæåïi nhiãöu daûng khaïc nhau. Mäüt trong caïc daûng âoï laì:

∑∑∞

=

∞

=

π+

π+=

1n 0n

1n 0n0 T

nt2sinbT

nt2cosaA)t(s

Hàòng säú AO laì trë trung bçnh cuía s(t), âæåüc tênh båíi:

∫−

=2/T

2/T00

0

dt)t(sT1A

Caïc hãû säú an vaì bn âæåüc tênh båíi:

∫

∫

−

−

π=

π=

2/T

2/T 00n

2/T

2/T 00n

0

0

dtT

nt2sin)t(sT2b

dtT

nt2cos)t(sT2a

Mäüt daûng khaïc cuía chuäùi Fourier laì:

∑∞

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Φ+

π+=

1nn

0n0 T

nt2cosCC)t(s

ÅÍ âáy CO , Cn vaì φn liãn quan våïi an , bn vaì AO theo cäng thæïc

- - 25


n

nn

2

n

2

nn

00

ab

arctg

baC

AC

−=Φ

+=

=

Váûy chuäùi Fourier cuía mäüt haìm tuáön hoaìn laì täøng caïc haìi cuía táön säú cå baín fO = 1/TO .Hãû säú Cn goüi laì biãn âäü cuía thaình pháön phäø (spectral component) Cn cos (2π n fOt + φn) taûi táön säú nfO . Hçnh 2.11a chè ra phäø biãn âäü âiãøn hçnh (amplitude spectrum) Cn cuía tên hiãûu tuáön hoaìn. Phäø naìy coï daûng råìi raûc nãn coìn âæåüc goüi laì phäø vaûch (line spectrum).

Chuäùi Fourier coìn coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng haìm muî (exponential form) nhæ sau:

∑∞

−∞=

π=

n

T/tn2j

n

0eA)t(s

åí âáy

dte)t(sT1A

2/T

2/T

T/tn2j

0n

0

0

0

∫−

π−=

Hãû säú An laì hãû säú phæïc, liãn hãû våïi Cn theo cäng thæïc :

njn

n

00

e2

CA

CA

Φ=

=

Caïc hãû säú An laì biãn âäü cuía thaình pháön phäø . Hçnh 2.11b chè ra phäø biãn âäü An . Âãø yï tháúy ràòng caïc vaûch phäø taûi hçnh 2.11a taûi táön säú fo âæåüc thay bàòng 2 vaûch phäø hçnh 2.11b våïi biãn âäü mäùi vaûch giaím âi mäüt næía, mäüt vaûch åí táön säú fO vaì vaûch kia åí táön säú -fO . Phäø biãn âäü hçnh 2.11a goüi laì phäø mäüt phêa (single - sided spectrum) coìn phäø biãn âäü hçnh 2.11b goüi laì phäø hai phêa (two - sided spectrum). Sæí duûng phäø hai phêa thuáûn tiãûn hån trong tênh toaïn, do âoïì sau naìy chuïng ta seî sæí duûng phäø hai phêa.

Vãö màût lyï thuyãút säú vaûch phäø cuía s(t) laì vä haûn, nghéa laì phäø âæåüc phán bäú trãn suäút thang táön säú. Tuy nhiãn nãúu tênh toaïn cuû thãø seî tháúy våïi háöu hãút tên hiãûu thç khi n tàng âãún mäüt giaï trë âuí låïn naìo âoï, biãn âäü Cn seî giaím khaï nhanh vaì coï thãø boí qua. Do âoï thæûc tãú coï thãø xem nhæ phäø chè phán bäú trãn mäüt khoaíng táön säú hæîu haûn.

Âënh nghéa khoaíng maì phäø chiãúm trãn thang táön säú goüi laì bãö räüng phäø (spectral bandwidth) cuía tên hiãûu.

Caïch xaïc âënh bãö räüng phäø nhæ sau: goüi B laì bãö räüng phäø, B âæûoc tênh laì sai khaïc giæîa hai táön säú dæång låïn nháút vaì nhoí nháút maì trong khoaíng âoï

- - 26


max)f(Sa)f(S ≥

Hãû säú a âæåüc choün laì hàòng säú dæång tuyì æïng duûng. Thæåìng choün 707.02/1a == . Ta

nháûn tháúy tên hiãûu sin biãn âäü A coï cäng suáút trung bçnh laì A2 / 2 vaì tên hiãûu sin biãn âäü 2/A coï cäng suáút trung bçnh bàòng mäüt næía laì A2 / 4. Ta biãút tyí säú cäng suáút laì 1/2 = -3 dB

Do âoï bàng thäng våïi 707.02/1a == coìn âæåüc goüi laì bàng thäng - 3 dB.

Hçnh 2.12 laì mäüt vê duû vãö xaïc âënh bàng thäng cuía tên hiãûu.

-

n/T0

n/T0 0/T0 1/T0 2/T0 3/T0 . . .

nA

Cn

(b)

(a)

. . . -3/T0 -2/T0 -1/T0 0 1/T0 2/T0 3/T0 . . .

Hçnh 2.11 (a) Phäø biãn âäü mäüt phêa cuía tên hiãûu tuáön hoaìn.

(b) Phäø biãn âäü hai phêa tæång æïng

Hçnh 2.12 Vê duû xaïc âënh bàng thäng tên hiãûu

maxnAa

n/T0B

0

2.4 Pheïp biãún âäøi Fourier - Phäø cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn

2.4.1 Càûp biãún âäøi Fourier thuáûn vaì ngæåüc

- 27


Xeït tên hiãûu s(t) khäng tuáön hoaìn. Âãø aïp duûng caïc cäng thæïc trong pháön træåïc ta xem tên hiãûu khäng tuáön hoaìn laì tên hiãûu tuáön hoaìn coï chu kyì låïn vä cuìng TO → ∞ . Nhæ ta âaî tháúy, tên hiãûu tuáön hoaìn laì täøng cuía caïc vaûch phäø. Caïc vaûch phäø naìy coï biãn âäü hæîu haûn vaì phán caïch nhau båíi khoaíng táön säú hæîu haûn fO = 1/TO . Khi TO → ∞ thç khoaíng caïch giæîa caïc vaûch phäø tråí nãn vä cuìng beï 1/TO → df. Biãún táön säú tæì khäng liãn tuûc tråí nãn liãn tuûc n /TO → f. Hãû säú Fourier An tråí thaình:

dfdte)t(sdte)t(sT1limAlim)f(A

tf2j2/T

2/T

T/tn2j

0TnT

0

0

0

00 ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=== ∫∫

∞

∞−

π−

−

π−

∞→∞→

Nãúu têch phán trong dáúu moïc vuäng häüi tuû thç A(f) laì mäüt vä cuìng beï. Âàût:

∫∞

∞−

π−= dte)t(s)f(S

tf2j

S(f) âæåüc goüi laì máût âäü phäø (spectral density) hay phäø hay laì biãún âäøi Fourier (Fourier Transform) cuía tên hiãûu s(t).

Cuîng láúy giåïi haûn nhæ trãn, ta coï thãø tênh ngæåüc s(t) tæì S(f) nhæ sau:

∫∑∞

∞−

π∞

−∞=

π

∞→== dfe)f(SeAlim)t(s

tf2j

n

T/tn2j

nT

0

0

Caïc cäng thæïc S(f) vaì s(t) håüp thaình càûp biãún âäøi Fourier cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn s(t). S(f) laì biãún âäøi thuáûn, s(t) laì biãún âäøi ngæåüc.

Càûp biãún âäøi Fourier chè roî, vãö màût váût lyï, coï thãø xem tên hiãûu s(t) laì täøng cuía vä säú dao âäüng âiãöu hoaì coï táön säú biãún thiãn liãn tuûc trãn suäút truûc táön säú våïi biãn âäü vä cuìng beï phán bäú trãn truûc táön säú theo máût âäü S(f).

2.4.2 Máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn

Vç tên hiãûu tuáön hoaìn chàóng qua chè laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn nãn täøng quaït, ta coï thãø gaïn caí khaïi niãûm máût âäü phäø cho tên hiãûu tuáön hoaìn. Do âàûc âiãøm cuía phäø vaûch nãn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn phaíi coï tênh cháút: låïn vä cuìng åí caïc vaûch phäø vaì triãût tiãu åí ngoaìi caïc vaûch âoï. Váûy coï thãø duìng tên hiãûu Dirac âãø biãøu diãùn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn. Láúy biãún âäøi Fourier cho caí hai vãú cuía cäng thæïc chuäùi Fourier daûng haìm muî, aïp duûng tênh cháút cuía tên hiãûu Dirac ta âæåüc máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn ST (f) nhæ sau:

dteeA)f(Stf2j

n

tfn2j

nT

0 π−∞

∞−

∞

−∞=

π

∫ ∑ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

∑ ∫∞

−∞=

∞

∞−

−π−=

n

t)fnf(2j

ndteA 0

- - 28


∑∞

−∞=

−δ=n

0n)nff(A

2.4.3 Phäø biãn âäü vaì phäø pha

Täøng quaït phäø S(f) laì mäüt haìm phæïc theo biãún f. Do âoï ta coï thãø biãøu diãùn S(f) dæåïi daûng sau:

[ ] [ ] )f(je)f(S)f(SImj)f(SRe)f(S

ϕ=+=

Trong âoï:

)]f(S[Im)]f(S[Re)f(S22

+= goüi laì phäø biãn âäü (amplitude spetrum), âån vë cuía phäø

biãn âäülaì A/Hz hay V/Hz

vaì )]f(SRe[)]f(SIm[arctg)f( =ϕ goüi laì phäø pha (phase spectrum), âån vë cuía phäø pha laì radian

hay âäü.

Hçnh 2.13 la ì phäø biãn âäü vaì phäø pha cuía tên hiãûu chæî nháût.

Hçnh 2.13 Phäø biãn âäü vaì phäø pha cuía tên hiãûu chæî nháût

2.4.4 Âënh lyï Parseval vaì máût âäü phäø nàng læåüng

Âënh lyï Parseval phaït biãøu nhæ sau:

∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

∗∗= df)f(S)f(Sdt)t(s)t(s

2121

Nãúu thç: )t(s)t(s)t(s21

==

∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

== df)f(Sdt)t(sE 22

Âáy cuîng chênh laì näüi dung cuía âënh lyï nàng læåüng Rayleigh.

Chæïng minh:

Biãún âäøi vãú traïi, aïp duûng cäng thæïc biãún âäøi Fourier ngæåüc, ta âæåüc:

- - 29


Vãú traïi = ∫ ∫∞

∞−

•∞

∞−

π

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡dt)t(sdfe)f(S

2

tf2j

1

Giaí sæí caïc têch phán naìy âãöu häüi tuû tuyãût âäúi, theo âënh lyï Fubini ta coï thãø thay âäøi thæï tæû láúy têch phán vaì âæåüc nhæ sau:

Vãú traïi = dfdte)t(s)f(Stf2j

21

∗∞

∞−

∞

∞−

π−

∫ ∫⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

∫∞

∞−

∗= df)f(S)f(S

21

Âënh nghéa máût âäü phäø nàng læåüng ESD (Energy Spectral Density) cuía tên hiãûu nàng læåüng laì:

E 2)f(S)f( =

Âån vë cuía E (f) laì joule trãn hertz (J/Hz). Sæí duûng âënh lyï Parseval coï thãø biãøu diãùn nàng læåüng chuáøn hoaï theo ESD nhæ sau:

∫∞

∞−

=E E (f)df

2.4.5 Máût âäü phäø cäng suáút

Máût âäü phäø cäng suáút PSD (Power Spectral Density) laì haìm nãu lãn mäúi liãn quan giæîa cäng suáút chuáøn hoaï cuía tên hiãûu vaì mä taí tên hiãûu trong miãön táön säú. PSD âæåüc âënh nghéa theo caïch tæång tæû nhæ ESD. PSD hiãûu quaí hån ESD vç loaûi tên hiãûu cäng suáút âæåüc sæí duûng räüng raîi trong viãûc nghiãn cæïu caïc hãû thäúng truyãön tin.

Træåïc hãút âënh nghéa haìm càõt goüt (truncated version) cuía mäüt tên hiãûu laì:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Π=

⎩⎨⎧

≠<<−

=Tt)t(s

t,02/Tt2/T),t(s

)t(sT

Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh tênh theo haìm càõt goüt laì:

∫ ∫−

∞

∞−∞→∞→

==2/T

2/T

2

TT

2

Tdt)t(s

T1limdt)t(s

T1limP

Sæí duûng âënh lyï Parseval thç cäng suáút trãn tråí thaình:

- - 30


dfT

)f(Slimdf)f(S

T1limP

2

T

T

2

TT ∫∫∞

∞−∞→

∞

∞−∞→ ⎟

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛==

ÅÍ âáy ST (f) laì biãún âäøi Fourier cuía sT(t). Têch phán bãn vãú phaíi goüi laì PSD. Váûy âënh nghéa máût âäü phäø cäng suáút PSD cuía tên hiãûu cäng suáút laì:

P (f) = ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∞→ T

)f(Slim

2

T

T

Âån vë cuía PSD laì W/Hz hay V2 /Hz hay A2 /Hz. Læu yï ràòng PSD laì mäüt haìm thæûc khäng ám theo táön sä ú. Tæì âáy coï thãø biãøu diãùn cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh theo PSD nhæ sau:

∫∞

∞−

=P P (f) df

2.4.6 Caïc tênh cháút cuía phäø

Baíng 2.1 nãu caïc tênh cháút cuía phäø. Pháön chæïng minh cho caïc tênh cháút naìy coi nhæ laì baìi táûp vãö nhaì.

2.5 Tên hiãûu ngáùu nhiãn ( quaï trçnh ngáùu nhiãn )

Âäúi våïi thäng tin, quan niãûm xaïc âënh vãö tên hiãûu chè coï thãø cháúp nháûn âæåüc vãö màût lyï thuyãút chæï khäng phuì håüp våïi thæûc tãú. Vç nãúu chuïng ta xem tên hiãûu laì biãøt træåïc thç vãö màût yï nghéa tin tæïc maì noïi, viãûc truyãön tên hiãûu laì khäng cáön thiãút. Hån næîa nhiãùu taïc âäüng vaìo hãû thäúng truyãön tin cuîng khäng thãø biãút træåïc. Tuy nhiãn nãúu chuïng ta hoaìn toaìn khäng biãút gç vãö tên hiãûu hay nhiãùu thç cuîng khäng coï cå såí gç âãø phán biãût tên hiãûu coï êch våïi nhiãùu, vaì do âoï seî khäng thãø thu âæåüc tên hiãûu. Âãø thu âæåüc tên hiãûu thäng tin ta phaíi biãút âæåüc caïc âàûc tênh thäúng kã cuía noï vaì diãùn taí trãn cå såí lyï thuyãút xaïc suáút. Ta goüi caïc tên hiãûu xeït theo quan âiãøm thäúng kã naìy laì tên hiãûu ngáùu nhiãn hay coìn goüi laì quaï trçnh ngáùu nhiãn (random processes).

2.5.1 Âënh nghéa vaì phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn

Âãø coï mäüt khaïi niãûm vãö quaï trçnh ngáùu nhiãn, træåïc hãút ta xeït mäüt vê duû cuû thãø. Theo doîi caïc daûng soïng âiãûn aïp phaït ra tæì cuìng mäüt nguäön nhiãùu hçnh 2.14, ta tháúy caïc daûng soïng âoï khäng giäúng nhau, âoï coï thãø laì )t(),...,t(),t(

i21ξξξ . Táûp táút caí caïc âæåìng cong { })t(

iξ goüi

laì táûp håüp (ensemble) vaì táûp håüp âoï âæåüc goüi laì quaï trçnh ngáùu nhiãn )t(ξ mä taí nhiãùu. Khi quan saït caïc daûng soïng âiãûn aïp phaït ra tæì cuìng mäüt nguäön nhiãùu, viãûc ta nháûn âæåüc mäüt âæåìng cong naìo trong táûp håüp âoï laì mäüt sæû kiãûn (event) ngáùu nhiãn khäng thãø dæû âoaïn âæåüc. Mäüt âæåìng cong goüi laì mäüt thãø hiãûn (sample function), caïc thãø hiãûn naìy tuy khaïc nhau

nhæng xeït theo quan âiãøm xaïc suáút thäúng kã thç chuïng laûi liãn hãû nhau båíi caïc quy luáût thäúng

)t(i

ξ

- - 31


Baíng 2.1 Tênh cháút cuía phäø

Tênh cháút Tên hiãûu Phäø

Tuyãún tênh )t(sa)t(sa2211

+ )f(Sa)f(Sa2211

+

Trãù thåìi gian )Tt(s

0− )f(Se 0Tf2j π−

Thang tyí lãû )at(s

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

afS

a1

Liãn håüp phæïc )t(s∗

)f(S −∗

Âaío thåìi gian )t(s − )f(S −

Âiãöu chãú

)tf2cos()t(s

0θ+π

[ ])ff(Se)ff(Se21

0

j

0

j++−

θ−θ

Trãù táön säú

tf2j 0e)t(sπ

)ff(S

0−

Vi phán n

n

dt

)t(sd

)f(S)f2j(n

π

Têch phán ∫∞−

ττt

d)(s )f()0(S21)f(S)f2j(

1δ−π

−

Cháûp ∫∞

∞−

ττ−τ=

∗

d)t(s)(s

)t(s)t(s

21

21

)f(S)f(S

21

Nhán

)t(s)t(s

21

∫∞

∞−

υυ−υ=

∗

d)f(S)(S

)f(S)f(S

21

21

Nhán våïi tn )t(stn

( n

nn

df

)f(Sd)2j−

π−

- Nãúu s(t) thæûc thç phäø biãn âäü laì haìm chàôn vaì phäø pha laì haìm leí - Nãúu s(t) thæûc chàôn thç S(f) laì haìm thæûc

- Nãúu s(t) thæûc leí thç S(f) laì haìm thuáön tuïy aío.

- - 32


kã. Ta coï thãø âaût âæåüc caïc thãø hiãûn âoï bàòng caïch quan saït âäöng thåìi âáöu ra cuía nhiãöu nguäön nhiãùu giäúng hãût nhau. Âãø täøng quaït, säú nguäön nhiãùu phaíi laì vä haûn.

-

Hçnh 2.14 Nguäön nhiãùu ngáùu nhiãn vaì mäüt vaìi thãø hiãûn cuía quaï trçnh nhiãùu ngáùu nhiãn

Tæì vê duû trãn ta coï thãø âënh nghéa quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt táûp håüp caïc haìm theo thåìi gian liãn hãû våïi nhau båíi nhæîng quy luáût thäúng kã. )i()t(),...,t(),t(

i21∞→ξξξ

Coï thãø phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn thaình quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc (continuous random process) hay råìi raûc (discrete randomm process) tuyì theo )t(ξ phán bäú liãn tuûc hay råìi raûc. Vê duû nhæ nhiãùu xeït åí trãn laì quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc, tên hiãûu nhë phán åí âáöu ra bäü taûo nhë phán laì quaï trçnh ngáùu nhiãn råìi raûc (hçnh 2.15).

)t(iξ

)t(2

ξ

)t(1

ξ

Nguäön nhiãùu

)t(i

ξ

)t(2

ξ

)t(1

ξ

Taûo nhë

phán

Hçnh 2.15 Mäüt säú thãø hiãûn cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn råìi raûc

- 33


2.5.2 Caïc haìm phán bäú xaïc suáút cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn

Xeït åí mäüt thåìi âiãøm t1 , quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt âaûi læåüng ngáùu nhiãn coï thãø láúy

caïc giaï trë . Âaûi læåüng ngáùu nhiãn naìy coï haìm phán bäú xaïc suáút

têch luyî CDF (Culmative Distribution Function) âæåüc âënh nghéa laì:

)t(1

ξ

)t(),...,t(),t(1i1211

ξξξ

{ }x)t(p)t,x(F111

≤ξ=

vaì coï haìm máût âäü xaïc suáút PDF (Probability Density Function) âæåüc âënh nghéa laì:

x)t,x(F

)t,x(f 1111 ∂

∂=

CDF vaì PDF åí trãn âæåüc goüi chung laì caïc haìm phán bäú xaïc suáút cáúp mäüt (do chè xeït åí mäüt thåìi âiãøm). ÅÍ âáy chè coï mäüt biãún thåìi gian laì t1 nãn âãø cho goün coï thãø thay t1 bàòng t.

Dãù daìng nháûn tháúy âæåìng cong CDF coï âàûc âiãøm laì âäöng biãún theo x vaì nàòm trong daíi (0,1); coìn âæåìng cong PDF coï âàûc âiãøm laì khäng ám vaì pháön diãûn têch giåïi haûn båíi PDF vaì truûc hoaình Ox laì 1.Hçnh 2.16 laì mäüt vê duû âäö thë cuía CDF vaì PDF

Âënh lyï (khäng chæïng minh):

{ } { } { } ∫=≤ξ≤=≤ξ−≤ξ=−2

1

x

x112111121111121

dx)t,x(fx)t(xpx)t(px)t(p)t,x(F)t,x(F

Âãø xaïc âënh hoaìn toaìn quaï trçnh ngáùu nhiãn ta xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí N thåìi âiãøm khaïc nhau våïi N låïn vä vuìng. Tuy nhiãn trong nhiãöu træåìng håüp ta chè cáön xeït âãún N = 2 laì âuí. Khi N = 2 ta coï CDF vaì PDF cáúp hai nhæ sau:

{ }

21

2121221212

221121212

xx)t,t,x,x(F

)t,t,x,x(f

x)t(,x)t(p)t,t,x,x(F

∂∂

∂=

≤ξ≤ξ=

x

x

CDF

PDF

Hçnh 2.16 CDF vaì PDF cuía mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc - - 34


2.5.3 Caïc trë trung bçnh theo táûp håüp

Sau âáy laì mäüt säú trë trung bçnh theo táûp håüp (ensemble average) coï yï nghéa hån caí:

Trë trung bçnh hay coìn goüi laì kyì voüng toaïn (expected value):

∫∞

∞−

= dx)t,x(xf)t(m11

Trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì moment cáúp hai (second moment):

∫∞

∞−

= dx)t,x(fx)t(m1

2

2

Phæång sai (variance):

[ ] )t(m)t(mdx)t,x(f)t(mx)t(2

121

2

1

2−=−=σ ∫

∞

∞−

Càn báûc hai cuía phæång sai goüi laì âäü lãûch chuáøn (standard deviation).

Moment häùn håüp cáúp hai laì moment láúy åí hai thåìi âiãøm khaïc nhau cuía haìm phán bäú xaïc suáút hai chiãöu:

212211221212 dxdx)t,x,t,x(fxx)t,t(m ∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

=

2.5.4 Caïc trë trung bçnh theo thåìi gian vaì haìm tæång quan

Xeït mäüt thãø hiãûn laì cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn trong khoaíng thåìi gian quan saït laì T.

Cuîng giäúng våïi tên hiãûu xaïc âënh âaî xeït åí træåïc, âäúi våïi tên hiãûu ngáùu nhiãn, ta coï caïc trë trung bçnh theo thåìi gian (time average) sau âáy:

)t(i

ξ

Giaï trë trung bçnh (mean value):

∫−

∞→ξ=ξ2/T

2/TkTi

dt)t(T1lim)t(

Giaï trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì giaï trë quán phæång (mean-square value):

∫−

∞→ξ=ξ2/T

2/T

2

iT

2

idt)t(

T1lim)t(

Càn báûc hai cuía giaï trë quán phæång goüi laì giaï trë quán phæång gäúc (root-mean-square value) hay laì trë hiãûu duûng rms.

Ta nháûn tháúy caïc trë trung bçnh trãn âáy phuû thuäüc vaìo thãø hiãûn i âæåüc choün vaì âäüc láûp våïi trë trung bçnh theo táûp håüp.

- - 35


Nãúu xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí hai thåìi âiãøm caïch nhau mäüt khoaín laì ta coï haìm tæû tæång quan (autocorrelation function) âæåüc âënh nghéa nhæ sau:

τ

dt)t()t(T1lim)t()t()(R

2/T

2/TiiTiii ∫

−∞→

τ+ξξ=τ+ξξ=τ

2.6 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng vaì ergodic

2.6.1 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng

Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng (stationary) nãúu caïc haìm phán bäú xaïc suáút khäng thay âäøi âäúi våïi sæû di chuyãøn báút kyì cuía thåìi gian. Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng báûc N (stationary to the order N) nãúu våïi ta coï:

N21t,...,t,t

)tt,...,tt,tt,x,...,x,x(f)t,...,t,t,x,...,x,x(fN21N21NN21N21N

∗∗∗+++=

åí âáy t* laì mäüt hàòng säú thæûc báút kyì. Quaï trçnh ngáùu nhiãn âæåüc goüi laì dæìng chàût cheî (strict stationary) nãúu báûc N låïn âãún vä cuìng. Khi choün t* = -t1 thç PDF phuû thuäüc vaìo N-1 hiãûu thåìi gian . Váûy coï thãø noïi PDF cáúp 1 khäng phuû thuäüc vaìo thåìi gian,

PDF cáúp 2 chè phuû thuäüc vaìo hiãûu thåìi gian 1N1312

tt,...,tt,tt −−−

τ=−12

tt .

Roî raìng laì âäúi våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng, caïc moment nhæ kyì voüng toaïn, moment cáúp 2, phæång sai, lãûch chuáøn âãöu laì hàòng säú, moment häùn håüp cáúp 2 laì haìm mäüt biãún.

)(m)t,t(m,)t(,)t(,m)t(m,m)t(m 22122

2211 τ=σ=σσ=σ==

2.6.2 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng ergodic

Qua trçnh ngáùu nhiãn dæìng goüi laì dæìng ergodic nãúu táút caí caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía mäüt thãø hiãûn báút kyì bàòng våïi trë trung bçnh theo táûp håüp tæång æïng.

Váûy våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng ergodic thç chè cáön choün mäüt thãø hiãûn cuîng âuí thay thãú cho toaìn bäü quaï trçnh vaì coï thãø âäöng nháút trë trung bçnh theo thåìi gian våïi trë trung bçnh theo táûp håüp:

Thaình pháön mäüt chiãöu (giaï trë trung bçnh, kyì voüng toaïn):

1im)t()t( =ξ=ξ

Cäng suáút (giaï trë quán phæång, moment cáúp 2):

2

22

im)t()t( =ξ=ξ

Trë hiãûu duûng:

2

1

2

2

2mm)t( +σ==ξ

Haìm tæû tæång quan: - - 36


)(mdxdx),x,x(fxx)(R)(R 22121221i τ=τ=τ=τ ∫∫∞

∞−

∞

∞−

2.6.3 Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng

Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng (wide-sense stationary) laì quaï trçnh ngáùu nhiãn chè dæìng âãún cáúp hai N = 2 (second-order stationary). Quaï trçnh dæìng chàût cheî thç âäöng thåìi cuîng laì dæìng theo nghéa räüng nhæng âiãöu ngæåüc laûi khäng âuïng.

Quaï trçnh dæìng theo nghéa räüng hay chàût cheî âãöu laì nhæîng khaïi niãûm âaî âæåüc lyï tæåíng hoaï. Thæûc tãú khäng thãø coï nhæîng quaï trçnh nhæ váûy, trong thæûc tãú ta chè coï thãø quan saït quaï trçnh ngáùu nhiãn trong mäüt khoaíng thåìi gian hæîu haûn âuí låïn naìo âoï.

2.6.4 Tênh cháút cuía haìm tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng

Âäúi våïi quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng, haìm tæû tæång quan coï caïc tênh cháút sau:

a- Haìm tæång quan laì haìm chàôn )(R)(R τ−=τ

Tháût váûy, tæì cäng thæïc dt)t()t(T1lim)(R

2/T

2/TT ∫

−∞→

τ+ξξ=τ , thay τ−= tt , vãú phaíi tråí

thaình:

)(R)(Rdt)t()t(T1lim

2/T

2/TT

τ=τ−=ξτ−ξ∫−

∞→

b- Cäng suáút mäüt chiãöu cuía quaï trçnh 2

1m)(R =∞

Ta xeït moment gäúc häùn håüp cáúp hai: )(m)t,t(m 2212 τ= . Cho , luïc âoï coï thãø coi hai âaûi læåüng ngáùu nhiãn

∞→τ)t( 1ξ vaì )t( 2ξ âäüc láûp våïi nhau vaì PDF hai chiãöu cuía noï

bàòng:

)x(f)x(f)t,x(f)t,x(f)t,x,t,x(f 211122111122112 ==

Luïc naìy ta coï:

21221211112 mdx)x(fxdx)x(fx)(m)(R ==∞=∞ ∫∫

∞

∞−

∞

∞−

Vãö váût lyï, trë trung bçnh biãøu thë thaình pháön mäüt chiãöu nãn bçnh phæång cuía trë trung bçnh

laì biãøu thë cäng suáút mäüt chiãöu cuía quaï trçnh. 2

1m)(R =∞

c- Cäng suáút täøng cuía quaï trçnh 2

1

22m)t()0(R +σ=ξ=

Tæì cäng thæïc dt)t()t(T1lim)(R

2/T

2/TT ∫

−∞→

τ+ξξ=τ , cho 0=τ , ta âæåüc:

- - 37


22

2/T

2/TT

m)t(dt)t()t(T1lim)0(R =ξ=ξξ= ∫

−∞→

Vãö váût lyï, trë trung bçnh bçnh phæång hay moment cáúp 2 biãøu thë cäng suáút täøng. Maì ta âaî biãút , trong âoï biãøu thë cäng suáút mäüt chiãöu nãn suy ra phæång sai

chênh laì cäng suáút xoay chiãöu cuía quaï trçnh.

21

22 mm +σ= 2

1m2σ

d- Haìm tæång quan âaût giaï trë cæûc âaûi taûi gäúc )0(R)(R ≤τ

Ta xeït læåüng khäng ám sau:

0)](R)0(R[2

dt)]t()t()t(2)t([T1limdt)]t()t([

T1lim

2/T

2/T

22

T

2/T

2/T

2

T

≥τ−=

τ+ξ+τ+ξξ−ξ=τ+ξ−ξ ∫∫−

∞→−

∞→

Váûy )0(R)(R ≤τ

Hçnh 2.17 minh hoüa caïc tênh cháút væìa xeït trãn.

cäng suáút täøng

R( τ )

Hçnh 2.17 Minh hoüa caïc tênh cháút cu

2.7 Máût âäü phäø cäng suáút PSD

2.7.1 Âënh nghéa PSD

Âãø thæûc hiãûn phán têch phäø cho quaï trçnh ngáùu nhiãn, ttên hiãûu xaïc âënh sang cho quaï trçnh ngáùu nhiãn.

Âënh nghéa haìm càõt goüt cuía mäüt thãø hiãûn )t(i

ξ nhæ sau

⎩⎨⎧

≠

≤−ξ=ξ

t,0

2/T),t()t( i

Ti

Biãún âäøi Fourier cuía haìm càõt goüt laì:

dte)t()f(T

T

tf2j

TiTi−

∞

∞−

π−

∫ =ξ=Ξ

- - 38

cäng suáút

cäng suáút mäüt chiãöu

xoay chiãöu

τ

ía haìm tæång quan

a xeït sæû måí räüng â

:

≤ 2/Tt

dte)t(tf2j

2/

2/i

π−

∫ ξ

ënh nghéa PSD cuía


)f(Ti

ξ laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn vç )t(Ti

ξ laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn. Theo âënh lyï

Parseval, nàng læåüng chuáøn hoaï trong khoaíng láúy têch phán (-T/2,T/2) laì:

∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

ξ=ξ= df)f(dt)t(E2

T

2

TT

Nàng læåüng chuáøn hoaï trung bçnh laì:

∫ ∫∫−

∞

∞−

∞

∞−

ξ=ξ=ξ=2/T

2/T

2

T

2

T

2

Tdf)f(dt)t(dt)t(E

Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh laì:

∫ ∫ ∫−

∞

∞−

∞

∞−∞→∞→∞→

ξ=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ=ξ=ξ=

2/T

2/T

22

TT

2

TT

2

T)t(df)f(

T1limdt)t(limdt)t(

T1limP

Cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh coìn coï thãø tênh âæåüc tæì PSD nhæ sau:

∫∞

∞−

=ξ= )t(P2 P (f) df

PSD cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn âæåüc tênh nhæ sau:

P ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛ Ξ=

∞→ T

)f(lim)f(

2

T

T

2.7.2 Âënh lyï Wiener - Khintchine

Thäng thæåìng PSD âæåüc tênh tæì haìm tæû tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn theo âënh lyï Wiener - Khintchine nhæ sau:

Nãúu )t(ξ laì mäüt quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng thç PSD laì biãún âäøi Fourier cuía haìm tæû tæång quan:

P ∫∞

∞−

τπ−ττ= de)(R)f(

f2j

Vaì ngæåüc laûi:

∫∞

∞−

=τ)(R P dfe)f(f2j τπ

Âënh lyï naìy cuîng coï thãø aïp duûng cho quaï trçnh ngáùu nhiãn khäng dæìng, våïi læu yï thay bàòng )(R τ )t,t(R τ+

- - 39


2.7.3 Tênh cháút cuía PSD

Tæì cäng thæïc âënh nghéa PSD vaì tênh cháút cuía haìm tæång quan, ta dãù daìng suy ra caïc tênh cháút sau âáy cuía PSD:

a- P (f) khäng ám

b- Khi )t(ξ thæûc, P (f) thæûc vaì chàôn

c- P ∫∞

∞−

ττ= d)(R)0(

d- P (f)df ∫∞

∞−

=)0(R


1. Tên hiãûu laì biãøu diãùn váût lyï cuía tin tæïc. Âoï laì mäüt âaûi læåüng váût lyï biãún thiãn theo thåìi gian, khäng gian hay caïc biãún âäüc láûp khaïc. Vãö màût toaïn hoüc, coï thãø xem tên hiãûu laì haìm theo mäüt hoàûc nhiãöu biãún âäüc láûp.

2. Trong hãû thäúng thäng tin, tên hiãûu nháûn âæåüc thæåìng bao gäöm pháön chæïa tin tæïc mong muäún vaì pháön khäng mong muäún thãm vaìo. Pháön mong muäún goüi laì tên hiãûu coï êch, pháön khäng mong muäún goüi laì nhiãùu.

3. Coï nhiãöu phæång phaïp phán têch tên hiãûu khaïc nhau, nhæ phán têch thåìi gian, phán têch phäø, phán têch tæång quan ...

4. Coï thãø phán loaûi tên hiãûu theo nhiãöu caïch. Vê duû nhæ: dæûa vaìo säú biãún phán tên hiãûu thaình loaûi mäüt hæåïng vaì nhiãöu hæåïng, dæûa vaìo nguäön tên hiãûu phán tên hiãûu thaình loaûi mäüt kãnh vaì nhiãöu kãnh, dæûa vaìo hiãûn tæåüng phán tên hiãûu thaình loaûi xaïc âënh vaì ngáùu nhiãn, dæûa vaìo tênh tuáön hoaìn phán tên hiãûu thaình loaûi tuáön hoaìn vaì khäng tuáön hoaìn...

5. Xeït tên hiãûu laì haìm theo biãún thåìi gian, kyï hiãûu laì s(t), trong âoï s laì biãn âäü. Coï thãø phán tên hiãûu naìy ra thaình 4 loaûi: tên hiãûu liãn tuûc hay tæång tæû laì tên hiãûu coï giaï trë xaïc âënh taûi moüi thåìi âiãøm tæì khi sinh ra âãún khi kãút thuïc, tên hiãûu råìi raûc laì tên hiãûu chè xaïc âënh taûi caïc thåìi âiãøm råìi raûc naìo âo, tên hiãûu læåüng tæí hoïa laì tên hiãûu chè coï táûp hæîu haûn säú mæïc biãn âäü, tên hiãûu säú laì tên hiãûu råìi raûc coï biãn âäü âæåüc råìi raûc hoïa.

6. Tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu coï thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï. Ngæåüc våïi tên hiãûu váût lyï laì tên hiãûu toaïn hoüc. Âoï laì tên hiãûu chè coï yï nghéa lyï thuyãút vaì hoaìn toaìn khäng thãø thæûc hiãûn âæåüc vãö màût váût lyï.

7. Trong lyï thuyãút tên hiãûu, thæåìng gàûp mäüt säú tên hiãûu toaïn hoüc laì: tên hiãûu Dirac, tên hiãûu bæåïc nhaíy âån vë, tên hiãûu chæî nháût, tên hiãûu tam giaïc, tên hiãûu däúc âån vë, tên hiãûu haìm muî, tên hiãûu âiãöu hoaì...

- - 40


8. Caïc âaûi læåüng âàûc træng cho tên hiãûu laì: âäü daìi, trë trung bçnh, thaình pháön mäüt chiãöu DC, nàng læåüng chuáøn hoïa, cäng suáút chuáøn hoïa trung bçnh, trë hiãûu duûng.

9. Tên hiãûu s(t) nàng læåüng hæîu haûn tuáön hoaìn våïi chu kyì TO coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng täøng vä haûn cuía caïc tên hiãûu sin. Täøng naìy goüi laì chuäùi Fourier :

∑∑∞

=

∞

=

π+

π+=

1n 0n

1n 0n0 T

nt2sinbT

nt2cosaA)t(s

Hàòng säú AO laì trë trung bçnh cuía s(t), caïc hãû säú an vaì bn tênh âæåüc tæì s(t).

10. Mäüt daûng khaïc cuía chuäùi Fourier laì:

∑∞

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Φ+

π+=

1nn

0n0 T

nt2cosCC)t(s

ÅÍ âáy CO , Cn vaì φn coï liãn quan våïi an , bn vaì A0.

Hãû säú Cn goüi laì biãn âäü vaì φn laì pha cuía thaình pháön phäø Cn cos (2π n fOt + φn) taûi táön säú nfO

11. Coï thãø duìng càûp (Cn,φn) âãø biãøu diãùn tên hiãûu tuáön hoaìn vaì goüi laì biãøu diãùn theo phæång phaïp phäø. Cn goüi laì phäø biãn âäü vaì φn goüi laì phäø pha. Phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn coï daûng råìi raûc nãn coìn âæåüc goüi laì phäø vaûch.

12. Chuäùi Fourier coìn coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng haìm muî nhæ sau:

∑∞

−∞=

π=

n

T/tn2j

n

0eA)t(s

Hãû säú An laì hãû säú phæïc, liãn hãû våïi Cn theo cäng thæïc :

njn

n

00

e2

CA

CA

Φ=

=

13. Caïc vaûch phäø Cn taûi táön säú f0 âæåüc thay bàòng 2 vaûch phäø An våïi biãn âäü mäùi vaûch giaím âi mäüt næía, mäüt vaûch åí táön säú fO vaì vaûch kia åí táön säú -fO . Phäø biãn âäü Cn goüi laì phäø mäüt phêa, coìn phäø biãn âäü An goüi laì phäø hai phêa.

14. Xem tên hiãûu khäng tuáön hoaìn laì tên hiãûu tuáön hoaìn coï chu kyì låïn vä cuìng TO → ∞ , tæì

chuäùi Fourier ta coï cäng thæïc biãún âäøi Fourier sau: . S(f) âæåüc

goüi laì máût âäü phäø hay phäø cuía tên hiãûu s(t).

∫∞

∞−

π−= dte)t(s)f(S

tf2j

15. Coï thãø tênh ngæåüc s(t) tæì S(f) nhæ sau: ∫∑∞

∞−

π∞

−∞=

π

∞→== dfe)f(SeAlim)t(s

tf2j

n

T/tn2j

nT

0

0

- - 41


16. Vç tên hiãûu tuáön hoaìn chàóng qua chè laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía tên hiãûu khäng tuáön hoaìn nãn täøng quaït, ta coï thãø gaïn caí khaïi niãûm máût âäü phäø cho tên hiãûu tuáön hoaìn. Do âàûc âiãøm cuía phäø vaûch nãn máût âäü phäø cuía tên hiãûu tuáön hoaìn phaíi coï tênh cháút: låïn vä cuìng

åí caïc vaûch phäø vaì triãût tiãu åí ngoaìi caïc vaûch âoï: ST(f) ∑∞

−∞=

−δ=n

0n)nff(A

17. Khoaíng maì phäø chiãúm trãn thang táön säú goüi laì bãö räüng phäø cuía tên hiãûu. Bãö räüng phäø âæåüc tênh laì sai khaïc giæîa hai táön säú dæång låïn nháút vaì nhoí nháút maì trong khoaíng âoï coï:

max)f(Sa)f(S ≥ . Hãû säú a âæåüc choün laì hàòng säú dæång tuyì æïng duûng. Bàng thäng våïi

707.02

1a == coìn âæåüc goüi laì bàng thäng -3dB.

18. Ta coï thãø biãøu diãùn S(f) dæåïi daûng: [ ] [ ] )f(je)f(S)f(SImj)f(SRe)f(S

ϕ=+= Trong

âoï: )]f(S[Im)]f(S[Re)f(S22

+= goüi laì phäø biãn âäü, âån vë laì A/Hz hay V/Hz vaì

)]f(SRe[)]f(SIm[arctg)f( =ϕ goüi laì phäø pha, âån vë laì radian hay âäü.

19. Âënh lyï Parseval : ∫ ∫∞

∞−

∞

∞−

∗∗= df)f(S)f(Sdt)t(s)t(s

2121

20. Âënh nghéa máût âäü phäø nàng læåüng ESD cuía tên hiãûu nàng læåüng laì: E 2)f(S)f( = .

Âån vë cuía E (f) laì joule trãn hertz (J/Hz).

21. Âënh nghéa máût âäü phäø cäng suáút PSD cuía tên hiãûu cäng suáút: P (f) = ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∞→ T

)f(Slim

2

T

T.

Âån vë cuía PSD laì W/Hz hay V2 /Hz hay A2 /Hz.

22. Tên hiãûu ngáùu nhiãn hay quaï trçnh ngáùu nhiãn laì tên hiãûu maì ta khäng thãø biãút træåïc caïc haình vi cuía noï. Âënh nghéa quaï trçnh ngáùu nhiãn laì mäüt táûp håüp caïc haìm theo thåìi gian

)i()t(),...,t(),t(i21

∞→ξξξ liãn hãû våïi nhau båíi nhæîng quy luáût thäúng kã.

23. Coï thãø phán loaûi quaï trçnh ngáùu nhiãn thaình quaï trçnh ngáùu nhiãn liãn tuûc hay råìi raûc tuyì theo )t(ξ phán bäú liãn tuûc hay råìi raûc.

24. Haìm phán bäú xaïc suáút têch luyî CDF cáúp 1 laì: { }x)t(p)t,x(F111

≤ξ= va ì haìm máût âäü

xaïc suáút PDF cáúp 1 laì:x

)t,x(F)t,x(f 11

11 ∂

∂= . Âæåìng cong CDF âäöng biãún theo x vaì

nàòm trong daíi (0,1); âæåìng cong PDF khäng ám vaì pháön diãûn têch giåïi haûn båíi PDF vaì truûc hoaình Ox laì 1.

- - 42


25. Haìm CDF cáúp 2 vaì haìm PDF cáúp 2 láön læåüt laì:

{ }

21

2121221212

221121212

xx)t,t,x,x(F

)t,t,x,x(f

x)t(,x)t(p)t,t,x,x(F

∂∂

∂=

≤ξ≤ξ=

26. Mäüt säú trë trung bçnh theo táûp håüp cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn laì:í trë trung bçnh hay kyì voüng toaïn, trë trung bçnh bçnh phæång hay coìn goüi laì moment cáúp hai, phæång sai, âäü lãûch chuáøn, moment häùn håüp cáúp hai.

27. Caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn laì: giaï trë trung bçnh, giaï trë quán phæång, giaï trë quán phæång gäúc hay laì trë hiãûu duûng .

28. Nãúu xeït quaï trçnh ngáùu nhiãn åí hai thåìi âiãøm caïch nhau mäüt khoaín laì ta coï haìm tæû

tæång quan:

τ

dt)t()t(T1lim)t()t()(R

2/T

2/TiiTiii ∫

−∞→

τ+ξξ=τ+ξξ=τ

29. Quaï trçnh ngáùu nhiãn goüi laì dæìng nãúu caïc haìm phán bäú xaïc suáút khäng thay âäøi âäúi våïi sæû di chuyãøn báút kyì cuía thåìi gian. Luïc âoï, PDF cáúp 1 khäng phuû thuäüc vaìo thåìi gian, PDF cáúp 2 chè phuû thuäüc vaìo hiãûu thåìi gian τ=−

12tt , kyì voüng toaïn, moment cáúp 2, phæång

sai, lãûch chuáøn âãöu laì hàòng säú, moment häùn håüp cáúp 2 laì haìm mäüt biãún.

30. Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng goüi laì dæìng ergodic nãúu táút caí caïc trë trung bçnh theo thåìi gian cuía mäüt thãø hiãûn báút kyì bàòng våïi trë trung bçnh theo táûp håüp tæång æïng.

31. Quaï trçnh ngáùu nhiãn dæìng theo nghéa räüng laì quaï trçnh ngáùu nhiãn chè dæìng âãún cáúp hai.

32. Âënh nghéa PSD cuía tên hiãûu xaïc âënh coï thãø måí räüng sang cho quaï trçnh ngáùu nhiãn. Coï

thãø tênh âæåüc cäng suáút chuáøn hoaï trung bçnh tæì PSD nhæ sau: ∫∞

∞−

=ξ= )t(P2 P (f) df

33. Thäng thæåìng PSD âæåüc tênh tæì haìm tæû tæång quan cuía quaï trçnh ngáùu nhiãn theo âënh lyï Wiener -Khintchine.

- - 43

- Chæång III -

Chæång 3 Kyî thuáût säú hoaï vaì âënh daûng tên hiãûu Háöu hãút caïc tên hiãûu cáön truyãön qua hãû thäúng truyãön tin säú âãöu laì tên hiãûu tæång tæû. Vç thãú váún âãö âáöu tiãn cáön qua tám åí âáy laì säú hoaï tên hiãûu tæång tæû. Lénh væûc säú hoaï tên hiãûu tæång tæû âaî âæåüc nghiãn cæïu maûnh trong vaìi chuûc nàm tråí laûi âáy. Sæû nghiãn cæïu âoï âaî taûo ra ráút nhiãöu kiãøu biãún âäøi khaïc nhau vaì trong mäùi kiãøu laûi coï ráút nhiãöu biãún thãø. Viãûc choün kiãøu cuû thãø naìo laì phuû thuäüc vaìo lénh væûc æïng duûng vaì cháút læåüng truyãön dáùn maì ta mong muäún âaût âæåüc.

Mäüt trong nhæîng phæång phaïp biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú phäø biãún hån caí seî âæåüc trçnh baìy kyî trong chæång naìy laì âiãöu chãú xung maî PCM (Pulse Code Modulation). PCM cho cháút læåüng âaím baío våïi giaï thaình tæång âäúi. Tæì PCM coï nhæîng phæång phaïp biãún thãø cuîng khaï thäng duûng laì PCM delta, âiãöu chãú xung maî vi sai DPCM (Differential Pulse Code Modulation), âiãöu chãú delta DM ( Delta Modulation), DM thêch nghi ADM (Adaptive DM). Caïc phæång phaïp sau cho täúc âäü tên hiãûu säú tháúp hån so våïi PCM, dáùn âãún sæí duûng bàng thäng tiãút kiãûm hån.

Tên hiãûu tæång tæû sau khi chuyãøn sang daûng säú cáön phaíi âæåüc biãøu diãùn dæåïi mäüt daûng thæïc thêch håüp âãø truyãön âi. Caïc daûng thæïc nhæ váûy goüi laì maî âæåìng (line code) vaì cäng viãûc âoï âæåüc goüi laì âënh daûng tên hiãûu säú (digital signal format). Chæång naìy seî giåïi thiãûu vãö mäüt säú loaûi maî âæåìng thæåìng gàûp cuìng våïi caïc âàûc âiãøm cuía chuïng.

Coï thãø noïi tiãúng noïi laì loaûi tên hiãûu thäng tin âæåüc truyãön phäø biãún nháút trong maûng viãùn thäng. Chæång naìy seî daình mäüt pháön âãø giåïi thiãûu så læåüc vãö kyî thuáût maî hoïa tiãúng noïi täúc âäü tháúp nhåì vaìo caïc bäü maî hoaï thoaûi (voice coder). Quaï trçnh säú hoaï tiãúng noïi luïc naìy âæåüc thæûc hiãûn dæûa trãn nguyãn tàõc chè maî hoaï âãø truyãön âi caïc täø håüp ám vë laì yãúu täú cå baín cáúu thaình nãn tiãúng noïi. Bäü giaíi maî coï thãø taûo laûi tiãúng noïi bàòng caïch khäi phuûc laûi caïc täø håüp ám vë naìy. Táút nhiãn luïc naìy tiãúng noïi chè âuí hiãøu chæï khäng coìn giæî âæåüc âäü phán biãût, tênh trung thæûc, ngæî âiãûu...cuía ngæåìi noïi nhæ PCM.

Pháön cuäúi chæång seî trçnh baìy vaìi neït vãö kyî thuáût maî hoïa audio cho täúc âäü tháúp nhæng cháút læåüng cao, dæûa trãn nguyãn tàõc maî hoïa bàng con (sub-band coding).

3.1 Láúy máùu

Láúy máùu (sampling) laì bæåïc âáöu tiãn trong quaï trçnh biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú theo kyî thuáût PCM. Muûc âêch cuía bæåïc láúy máùu naìy laì tæì tên hiãûu tæång tæû, ta taûo nãn mäüt daîy xung råìi raûc tuáön hoaìn räüng bàòng nhau, biãn âäü xung bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Daîy xung råìi raûc âoï coìn âæåüc goüi laì tên hiãûu âiãöu chãú biãn âäü xung PAM (Pulse Amplitude Modulation). Hçnh 3.1 âæa ra mäüt vê duû vãö tên hiãûu PAM. Vç âènh cuía tên hiãûu PAM naìy bàòng phàóng nãn ta coìn goüi laì tên hiãûu flat-top PAM.

Nãúu tên hiãûu PAM coï táön säú âuí låïn (tæïc laì khoaíng caïch giæîa caïc xung caûnh nhau âuí nhoí) thç coï thãø khäi phuûc laûi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu tæì tên hiãûu PAM.

- 44 -

- Chæång III -

Âënh lyï láúy máùu Shannon âæa ra giåïi haûn dæåïi cuía táön säú âoï laì hoàûc mS

f2f ≥ms

2ω≥ω ,

trong âoï laì táön säú cuía tên hiãûu PAM vaì laì táön säú cæûc âaûi cuía phäø tên hiãûu tæång tæû. S

fm

f

Træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi coï phäø tæì fL âãún fH thç táön säú láúy máùu âæåüc choün nhæ sau:

LsHf

1n2ff

n2

−≤≤ trong âoï ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−=

LH

H

fff

intn

Vê duû: Âãø láúy máùu tên hiãûu thoaûi tæång tæû coï phäø tæì 0.3 - 3.4 kHz thç theo âënh lyï láúy máùu tênh âæåüc n = int(3.4/3.1) = 1. Suy ra fs ≥ 6.8 kHz. Thæûc tãú, CCITT quy âënh fs = 8 kHz.

Hçnh 3.1 Tên hiãûu flat-top PAM

3.1.1 Láúy máùu tæû nhiãn (natural sampling)

Viãûc taûo ra tên hiãûu PAM coï âènh bàòng phàóng nhæ hçnh 3.1 ráút giäúng våïi láúy máùu tæû nhiãn, trong âoï láúy máùu tæû nhiãn laì quaï trçnh nhán tên hiãûu tæång tæû våïi daîy xung láúy máùu pT(t). Daîy xung láúy máùu pT(t) laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn våïi chu kyì

mSSf2f,f/1T ≥= , âäü räüng

xung laì , chiãöu cao xung laì h = 1. τ

Coï thãø khai triãøn Fourier cho daîy xung láúy máùu nhæ sau:

tT2jk

kT

e

Tk

Tksin

T1)t(p

π−∞

−∞=∑ τ

π

τπ

τ=

Tên hiãûu láúy máùu coï daûng:

)t(p)t(f)t(fTS

=

Máût âäü phäø cuía tên hiãûu láúy máùu laì:

- 45 -

- Chæång III -

)2(sin

)()(21)(

TkF

Tk

Tk

TPFF

kS

πωτπ

τπτωωπ

ω −=∗= ∑∞

−∞=

Hçnh 3.2 trçnh baìy tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu, tên hiãûu láúy máùu vaì phäø cuía chuïng.

Âiãøm cáön læu yï trong træåìng håüp naìy laì âènh cuía tên hiãûu láúy máùu baïm theo sæû biãún thiãn cuía tên hiãûu tæång tæû. Hçnh 3.2 a, c, e láön læåüt laì âäö thë cuía tên hiãûu tæång tæû, daîy xung láúy máùu vaì tên hiãûu láúy máùu. Vê duû tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng tháúp våïi phäø coï daûng nhæ hçnh 3.2b. Vç daîy xung láúy máùu tuáön hoaìn nãn phäø cuía daîy xung láúy máùu åí hçnh 3.2 d laì phäø råìi raûc, bao gäöm caïc xung Dirac caïch âãöu nhau 1/T. Vaì vç daîy xung láúy máùu laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn nãn âæåìng bao cuía caïc xung Dirac laì phäø cuía mäüt xung vuäng âån daûng (sinx)/x. Theo tênh cháút cuía pheïp biãún âäøi Fourier thç pheïp nhán trong miãön thåìi gian tæång âæång våïi pheïp cháûp trong miãön táön säú nãn phäø cuía tên hiãûu láúy máùu coï âæåüc bàòng caïch tênh nhæ trçnh baìy trãn âáy vaì càn cæï vaìo âoï, ta coï âæåüc âäö thë phäø cuía tên hiãûu láúy máùu nhæ hçnh 3.2 f.

Tæì hçnh 3.2 f, ta tháúy phäø cuía tên hiãûu láúy máùu bao gäöm vä säú phiãn baín phäø cuía tên hiãûu tæång tæû nàòm caïch nhau T/2π . Nãúu táön säú láúy máùu khäng thoaí maîn âënh lyï láúy máùu Shannon hoàûc

mSf2f ≥

ms2ω≥ω thç xaíy ra hiãûn tæåüng caïc phiãn baín phäø chäöng láún lãn

nhau. Ta goüi âáy laì hiãûn tæåüng chäöng phäø hay máûp måì phäø (aliasing).

Hçnh 3.2 Tên hiãûu láúy máùu tæû nhiãn vaì phäø

Viãûc thæûc hiãûn láúy máùu tæû nhiãn khaï dãù daìng, chè cáön mäüt chuyãøn maûch hai âáöu vaìo mäüt âáöu ra tæång tæû (analog bilateral switch) nhæ chè ra trong hçnh 3.3. Mäüt vê duû cuía loaûi chuyãøn maûch naìy laì 4016 (coï sàôn trong pháön cæïng cuía CMOS).

- 46 -

- Chæång III -

- 47 -

Chuyãøn maûch

pT(t)

fs(t) f(t)

Clock

Hçnh 3.3 Maûch taûo tên hiãûu PAM láúy máùu tæû nhiãn

3.1.2 Láúy máùu tæïc thåìi (instaneous sampling)

Ngoaìi caïch láúy máùu tæû nhiãn, ta coìn coï thãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM nhæ hçnh 3.1. Viãûc láúy máùu kiãøu naìy coìn âæåüc goüi laì láúy máùu tæïc thåìi, yï muäún noïi giaï trë cuía tên hiãûu flat-top PAM bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû åí ngay thåìi âiãøm láúy máùu vaì giæî nguyãn nhæ váûy trong suäút thåìi gian bàòng âäü räüng xung láúy máùu.

Âãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM, ta sæí duûng bäü láúy máùu vaì giæî máùu (sampler & holder) nhæ chè ra trong hçnh 3.4.

R

r

C

rC << τ RC >> T

Hçnh 3.4 Maûch láúy máùu vaì giæî máùu

Vaìo thåìi âiãøm láúy máùu, khoïa âoïng laûi. Tuû C âæåüc naûp ráút nhanh do rC ráút nhoí. Tuû C naûp âãún âiãûn aïp bàòng våïi giaï trë âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû vaìo. Quaï trçnh naìy chênh laì láúy máùu. Sau âoï khoïa måí ra. Do RC ráút låïn nãn âiãûn aïp trãn tuû C gáön nhæ khäng thay âäøi. Âáy chênh laì giai âoaûn giæî máùu.

Trong thæûc tãú ngæåìi ta ráút quan tám âãún kiãøu láúy máùu tæïc thåìi. Lyï do laì chuïng ta khäng cáön duìng hçnh daûng cuía xung âãø chæïa thäng tin truyãön âi vaì dãù taûo ra daûng xung chæî nháût. Thäng tin åí âáy chè chæïa trong biãn âäü cuía xung ngay taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Khi truyãön tên hiãûu qua khoaíng caïch xa, ta cáön duìng caïc bäü làûp (repeater) âãø loüc vaì khuãúch âaûi tên hiãûu træåïc khi truyãön tiãúp âãún bäü làûp kãú tiãúp hay bäü thu. ÅÍ âáy, bäü làûp chè cáön taïi taûo xung chæï khäng cáön khuãúch âaûi xung (khaïc cå baín våïi thäng tin tæång tæû)

3.1.3 Khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu

So saïnh hçnh daûng cuía tên hiãûu flat-top PAM åí hçnh 3.1 våïi hçnh daûng cuía tên hiãûu láúy máùu åí hçnh 3.2 e, ta tháúy chuïng khaïc nhau ráút êt. Do váûy maì viãûc khäi phuûc tên hiãûu tæång tæû ban

- Chæång III -

âáöu tæì tên hiãûu flat-top PAM hay tên hiãûu láúy máùu ráút giäúng nhau.

Tæì biãøu thæïc máût âäü phäø vaì hçnh veî 3.2 ta tháúy: nãúu táön säú láúy máùu thoía âënh lyï láúy máùu thç tæì tên hiãûu PAM, ta coï thãø khäi phuûc âæåüc tên hiãûu gäúc ban âáöu nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp táön säú càõt fm. Tên hiãûu khäi phuûc caìng giäúng våïi tên hiãûu ban âáöu nãúu tyí säú T/τ cæûc nhoí. Bäü loüc thäng tháúp naìy âæåüc goüi laì loüc khäi phuûc (reconstruction filter).

Tæì âáy, ta coï thãø tæû kiãøm tra laûi cäng thæïc læûa choün táön säú láúy máùu trong træåìng håüp tên hiãûu tæång tæû laì tên hiãûu thäng daíi thay vç laì tên hiãûu thäng tháúp.

Ngæåüc laûi, nãúu táön säú láúy máùu khäng thoía âënh lyï láúy máùu thç do aính hæåíng cuía hiãûn tæåüng chäöng phäø (aliasing), ta khäng thãø khäi phuûc tên hiãûu ban âáöu. Váûy âãø chäúng aính hæåíng cuía chäöng phäø, ta âàût ngay træåïc bäü láúy máùu mäüt bäü loüc thäng tháúp âãø loaûi boí caïc thaình pháön táön säú låïn hån . Viãûc loaûi boí naìy coï khi aính hæåíng âäi chuït âãún cháút læåüng tên hiãûu. 2/f

S

3.1.4 Kãút håüp láúy máùu våïi gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM

Nhæ âaî trçnh baìy åí trãn, tyí säú ráút nhoí nghéa laì khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh

nhau ráút låïn. Ngæåìi ta låüi duûng khoaíng caïch låïn naìy âãø gheïp vaìo vaì truyãön âi caïc xung PAM khaïc cuía caïc tên hiãûu tæì caïc kãnh khaïc. Phæång phaïp naìy goüi laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM (Time Division Multiplexing).

ST/τ

Âãø minh hoüa nguyãn lyï TDM, ta xeït vê duû hçnh 3.5 thæûc hiãûn gheïp kãnh phán thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM laì f1(t) vaì f2(t). Khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau trong doìng tên hiãûu gheïp kãnh khäng coìn laì T næîa maì laì T/2.

T/2 T

f1(t)

f2(t)

Hçnh 3.5 Gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM

Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM trçnh baìy trãn hçnh 3.6. Giaí sæí hai tên hiãûu laì tên hiãûu thäng tháúp (low-pass), táön säú täúi âa laì 3 kHz, theo âënh lyï láúy máùu thç táön säú láúy máùu nhoí nháút laì 6 kHz. Âiãöu naìy yãu cáöu täúc âäü täúi thiãøu cuía âäöng häö laì 12 kHz cho hãû thäúng naìy hoaût âäüng. Ngoaìi caïch duìng chung bäü láúy máùu ta cuîng coï thãø sæí duûng riãng tæìng bäü láúy máùu cho mäùi kãnh.

Viãûc truyãön tên hiãûu láúy máùu tæû nhiãn hay flat-top PAM qua kãnh thäng tin yãu cáöu mäüt bàng thäng ráút räüng so våïi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu vç âäü räüng xung quaï heûp. Khaí nàng chäúng nhiãùu cuía tên hiãûu PAM khäng âæåüc caíi thiãûn máúy so våïi truyãön træûc tiãúp tên hiãûu tæång tæû.

- 48 -

- Chæång III -

Âiãöu naìy dáùn âãún PAM khäng thêch håüp cho truyãön dáùn qua khoaíng caïch xa. Khi truyãön âi xa, phaíi chuyãøn âäøi PAM sang daûng säú. Baìi tiãúp theo seî xeït váún âãö chuyãøn âäøi tên hiãûu PAM sang daûng säú.

- 49 -

f1(t)

f2(t)

Láúy máùu

Taûo xung Clock

LPF PAM-

Hçnh 3.6 Så âäö thæûc hiãûn gheïp kãnh theo thåìi gian cho hai tên hiãûu PAM

3.2 Âiãöu chãú xung maî PCM

Kyî thuáût âiãöu chãú xung maî PCM âæåüc âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1937 båíi Alec Reeves - mäüt kyî sæ cuía haîng STC ( báy giåì laì mäüt bäü pháûn cuía Northern Telecom). PCM laì mäüt kyî thuáût hiãûu quaí chuyãøn âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú, trong âoï caïc xung PAM råìi raûc âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt tæì maî säú (digital word); âoï laì mäüt doìng bit näúi tiãúp (serial bit stream).

Tæì nhæîng nàm 1960, caïc hãû thäúng thäng tin sæí duûng PCM ngaìy caìng räüng raîi vç nhæîng æu âiãøm näøi báût sau âáy:

- Coï thãø sæí duûng caïc maûch säú khäng âàõt làõm trong hãû thäúng.

- Tên hiãûu PCM xuáút phaït tæì táút caí caïc nguäön tên hiãûu tæång tæû (audio, video...) coï thãø kãút håüp våïi tên hiãûu säú liãûu (vê duû tæì maïy tênh) vaì truyãön chung qua hãû thäúng truyãön tin säú täúc âäü cao (high-speed digital communication system).

- Khi truyãön tin qua khoaíng caïch xa, tên hiãûu PCM coï thãø âæåüc khäi phuûc hoaìn toaìn taûi mäùi traûm làûp trung gian (intermediate repeater station). Aính hæåíng cuía nhiãùu khäng bë têïch luyî maì chè cáön quan tám âãún nhiãùu truyãön dáùn giæîa hai traûm làûp caûnh nhau.

- Coï thãø giaím aính hæåíng cuía nhiãùu lãn tên hiãûu PCM bàòng caïch sæí duûng caïc kyî thuáût maî hoaï âàûc biãût, coï thãø sæía âæåüc háöu hãút caïc loaûi läùi.

- Coï thãø giaím båït sæû làûp laûi khäng cáön thiãút hay coìn goüi laì âäü dæ (redundancy) trong baín tin.

- Tên hiãûu PCM dãù læu træî.

Caïc æu âiãøm trãn coï giaï trë væåüt träüi so våïi khuyãút âiãøm chênh cuía tên hiãûu PCM laì âoìi hoíi bàng thäng truyãön dáùn räüng hån tên hiãûu tæång tæû tæång æïng nhiãöu láön.

Ba bæåïc cå baín âãø thæûc hiãûn PCM gäöm láúy máùu (sampling), læåüng tæí hoïa (quantizing) vaì maî hoïa (encoding) nhæ trçnh baìy trãn hçnh 3.7. Láúy máùu laì bæåïc nhàòm taûo ra tên hiãûu flat-top PAM âaî trçnh baìy trong baìi træåïc. Baìi naìy seî trçnh baìy hai bæåïc sau laì læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa.

- Chæång III -

T.h

PCM flat- top PAM

- 50 -

T.h tæång

Kãnh

Bäü thu PCM

PCM

tæû vaìo

Bäü phaït PCM

Loüc thäng tháúp

Láúy máùu & giæî máùu

Læåüng tæí hoïa M mæïc

Maî hoïa

Làûp khäi phuûc

Làûp khäi phuûc

Làûp khäi phuûc

Maûch taïi taûo

Giaíi maî Loüc thäng tháúp

T.h tæångtæû ra

PAM læåüng tæí

hoïa

PAM læåüng tæí

hoïa

Hçnh 3.7 Hãû thäúng truyãön dáùn PCM

3.2.1 Læåüng tæí hoïa

Haûn chãú cuía hãû thäúng truyãön tin qua khoaíng caïch xa laì sæû têch luyî nhiãùu, khiãún cho sæû suy giaím cháút læåüng tên hiãûu gia tàng theo khoaíng caïch. Coï thãø giaím båït aính hæåíng naìy bàòng caïch thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa (quantizing). Âoï laì sæû xáúp xè hoïa caïc giaï trë cuía caïc máùu tæång tæû bàòng caïch sæí duûng säú mæïc hæîu haûn M.

Hoaût âäüng læåüng tæí hoïa âæåüc minh hoüa trãn hçnh 3.8. Tên hiãûu m(t) âæåüc âæa vaìo âáöu vaìo cuía bäü læåüng tæí hoaï, laì tên hiãûu ra cuía bäü læåüng tæí hoïa . )t(m

q

Quan saït trãn hçnh 3.8, ta tháúy coï daûng báûc thang biãn âäü råìi raûc, láúy caïc mæïc biãn âäü

gáön våïi m(t) laì ... m

)t(mq

-2 m-1 m0 m1 m2 m3 ... Ta goüi caïc mæïc naìy laì mæïc læåüng tæí hoïa. Säú mæïc naìy hæîu haûn. chuyãøn tæì mæïc naìy sang mæïc kia åí taûi giao âiãøm giæîa m(t) vaì

âæåìng chênh giæîa hai mæïc. Sæû khaïc nhau giæîa m(t) vaì nhiãöu hay êt tuyì thuäüc vaìo

khoaíng caïch giæîa hai mæïc caûnh nhau goüi laì kêch thæåïc bæåïc S (step size). Cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc coï thãø âæåüc caíi thiãûn nãúu giaím kêch thæåïc bæåïc, tuy nhiãn luïc âoï säú mæïc tàng lãn. Sau âáy laì mäüt säú vê duû vãö säú mæïc trong caïc hãû thäúng thæûc tãú: thoaûi cäng cäüng sæí duûng 256 mæïc, truyãön hçnh maìu thæång maûi sæí duûng 512 mæïc.

)t(mq

)t(mq

- Chæång III -

m-2

m-1

m0

S/2

S

mq(t)

m2

m1

m(t)

Hçnh 3.8 Minh hoüa hoaût âäüng læåüng tæí hoïa

Báy giåì ta xeït âãún khaí nàng haûn chãú sæû têch luyî nhiãùu cuía tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Giaí sæí tên hiãûu læåüng tæí hoïa âæåüc truyãön âãún mäüt traûm làûp, chëu aính hæåíng cuía nhiãùu nãn bë meïo (distorsion) nhæ veî trong hçnh 3.9 a. Cho tên hiãûu naìy âi vaìo bäü læåüng tæí hoïa mäüt láön næîa goüi laì taïi læåüng tæí hoïa (requantizer), âáöu ra luïc naìy âæåüc chè ra trãn hçnh 3.9 b. Quan saït trãn hçnh ta tháúy roî raìng laì läùi chè xuáút hiãûn nãúu biãn âäü nhiãùu væåüt quaï mäüt næía kêch thæåïc bæåïc vaì nhiãùu seî hoaìn toaìn bë loaûi boí nãúu biãn âäü åí dæåïi mäüt næía kêch thæåïc bæåïc. Váûy bàòng caïch tàng kêch thæåïc bæåïc ta coï thãø giaím båït sæû têch luyî nhiãùu. Tuy nhiãn tàng kêch thæåïc bæåïc thç seî dáùn âãún tàng sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa. Sai khaïc naìy goüi laì nhiãùu læåüng tæí hoïa (quantizing noise). Ta coï thãø tênh âæåüc cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa nhæ sau:

Goüi sai khaïc giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa åí mäüt mæïc naìo âoï laì . Theo sæû phán têch hoaût âäüng læåüng tæí hoïa åí trãn, ta ruït ra âæåüc daíi thay âäøi cuía

ξξ laì:

2/S2/S ≤ξ≤−

Giaí sæí ξ phán bäú âãöu thç haìm máût âäü xaïc suáút seî laì:

⎩⎨⎧

≠ξ≤ξ≤−

=ξ,0

2/S2/S,S/1)(f

Váûy cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa laì:

12Sd)(fmP

22/S

2/S

2

2

2

q=ξξξ==ξ= ∫

−

Roî raìng laì nhiãùu læåüng tæí hoïa seî tàng khi kêch thæåïc bæåïc tàng vaì ngæåüc laûi.

3.2.2 Maî hoïa

Sæû kãút håüp giæîa hoaût âäüng láúy máùu vaì læåüng tæí hoïa taûo ra tên hiãûu PAM læåüng tæí hoïa (quantized PAM), âoï laì daîy xung råìi raûc caïch nhau TS vaì coï biãn âäü cuîng råìi raûc hoïa våïi M

- 51 -

- Chæång III -

mæïc biãn âäü. Træåïc khi truyãön âi, mäùi máùu PAM læåüng tæí hoïa âæåüc maî hoïa thaình mäüt tæì maî säú (digital word) goüi laì tæì maî PCM (PCM word). Coï thãø sæí duûng maî Gray hoàûc maî nhë phán âãø biãøu diãùn tæì maî PCM. Goüi na laì säú bit cáön thiãút âãø maî hoïa mäùi tæì maî PCM. Caí maî Gray vaì maî nhë phán âãöu laì maî cå säú 2 nãn phaíi choün n sao cho:

1MlognMlog22

+<≤

- 52 -

S/2

Nhiãùu låïn Läùi

S

(a) (b)

Hçnh 3.9 (a) Tên hiãûu læåüng tæí hoïa våïi nhiãùu cäüng (b) Tên hiãûu sau bäü taïi læåüng tæí hoïa

Trong thæûc tãú thç bäü læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng taïch riãng maì gäüp chung trong bäü chuyãøn âäøi tæång tæû - säú ADC.

Coï ba phæång phaïp thäng duûng âãø chuyãøn âäøi tæång tæû - säú laì phæång phaïp âãúm (counting) hay maî hoïa theo âäü däúc (ramp), phæång phaïp näúi tiãúp (serial) hay xáúp xè liãn tiãúp (successive approximation) hay coìn goüi laì phaín häöi (feedback) vaì phæång phaïp song song (parallel).

Trong bäü maî hoïa âãúm trãn hçnh 3.10, khi lãûnh maî hoïa (encode command) phaït ra thç bäü láúy máùu thæûc hiãûn láúy máùu, mäüt âiãûn aïp däúc (daûng ràng cæa) âæåüc taûo ra vaìì bäü âãúm nhë phán bàõt âáöu âãúm. Âiãûn aïp âáöu ra cuía bäü taûo ràng cæa liãn tuûc so saïnh våïi âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû. Khi âiãûn aïp ràng cæa bàòng våïi âiãûn aïp cuía máùu thç lãûnh âoüc (read command) âiãöu khiãøn âoüc ra giaï trë nhë phán cuía bäü âãúm, âáy chênh laì tæì maî PCM. Luïc naìy bäü âãúm vaì bäü taûo ràng cæa reset vãö giaï trë 0 vaì chuáøn bë cho máùu tiãúp theo. Phæång phaïp naìy chè yãu cáöu êt linh kiãûn nhæng täúc âäü maî hoïa bë haûn chãú båíi täúc âäü bäü âãúm. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu Intersil ICL 7126 sæí duûng kyî thuáût naìy.

Coï thãø caíi tiãún phæång phaïp âãúm bàòng caïch khäng sæí duûng bäü taûo âiãûn aïp ràng cæa maì thay bàòng mäüt bäü têch phán chen giæîa bäü láúy máùu vaì so saïnh. Âiãûn aïp ra cuía bäü láúy máùu âæåüc láúy têch phán, âäü räüng cuía xung ra bäü têch phán tè lãû våïi giaï trë âiãûn aïp cuía máùu. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì âäü tuyãún tênh vaì âäü chênh xaïc ráút cao, loaûi træì nhiãùu täút, âån giaín vaì kinh tãú. Khuyãút âiãøm chênh laì thåìi gian chuyãøn âäøi A-D daìi.

Bäü maî hoïa näúi tiãúp trãn hçnh 3.11 hoaût âäüng bàòng caïch so saïnh liãn tiãúp âiãûn aïp cuía máùu tæång tæû våïi mäüt loaût caïc âiãûn aïp thæí (trial voltage). Caïc âiãûn aïp thæí naìy phuû thuäüc vaìo kãút

- Chæång III -

quaí so saïnh træåïc âoï laì dæång hay ám (tæång âæång våïi âiãûn aïp cuía máùu vaìo låïn hån hay nhoí hån âiãûn aïp thæí ) âãø tàng lãn hay giaím âi mäüt giaï trë bæåïc (step). Giaï trë bæåïc âæåüc choün âáöu tiãn låïn nháút sau âoï giaím nhoí dáön bàòng mäüt næía bæåïc træåïc, nhæ váûy quaï trçnh thæí seî nhanh choïng häüi tuû. Âiãûn aïp thæí âæåüc taûo ra tæì bäü chia âiãûn aïp (voltage divider) våïi caïc chuyãøn maûch on-off (on-off swich) âæåüc âiãöu khiãøn båíi mäüt maûch logic säú (digital logic circuit). Sau khi quaï trçnh thæí häüi tuû, giaï trë âàût trãn chuyãøn maûch âæåüc âoüc ra chênh laì tæì maî PCM.

- 53 -

T.h PCM

Reset

Láúy máùu & giæî máùu So saïnh

Taûo âiãûn aïp däúc

Bäü âãúm nhë phán

Chuyãøn song song/näúi tiãúp

Stop

Âãúm säú

Lãûnh âoüc

Clock

L î ãûnh mahoïa

T.h tæång tæû

Hçnh 3.10 Så âäö bäü maî hoïa âãúm

T.h PCM

Láúy máùu & giæî máùu So saïnh

Chuyãøn song song/näúi tiãúp

Âãúm nhë phán

Chia aïp & chuyãøn maûch

Logic säú

Lãûnh âoüc

L î ãûnh mahoïa

T.h tæång tæû

Hçnh 3.11 Så âäö bäü maî hoïa näúi tiãúp

- Chæång III -

Âäü chênh xaïc cuía phæång phaïp phuû thuäüc vaìo âäü chênh xaïc cuía caïc âiãûn aïp thæí, täúc âäü maî hoïa bë haûn chãú båíi täúc âäü cuía chuyãøn maûch. Phæång phaïp naìy yãu cáöu nhiãöu linh kiãûn hån phæång phaïp âãúm nhæng chênh xaïc hån. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu National Semiconductor 0804-8bit sæí duûng kyî thuáût naìy.

Âãø giaím thåìi gian chuyãøn âäøi A-D, coï thãø thay mäüt bäü so saïnh trãn âáy bàòng nhiãöu bäü so saïnh hoaût âäüng song song nhæ trãn hçnh 3.12. Bäü maî hoïa kiãøu naìy goüi laì maî hoïa song song.

44 (n-1) bäü so saïnh

T.h PCM Láúy máùu &

giæî máùu

Chuyãøn

song song sang näúi tiãúp

T.h tæång tæû

L î ãûnh mahoïa

Âãúm nhë phán

Lo

gic

säú

1

2

n-1

Hçnh 3.12 Så âäö bäü maî hoïa song song

Lãûnh âoüc

Mäùi bäü so saïnh âãöu coï âiãûn aïp tham chiãúu (reference) riãng. Âáöu ra cuía táút caí caïc bäü so saïnh âæåüc âæa âäöng thåìi âãún maûch logic säú âãø xaïc âënh tæì maî nhë phán ra (chênh laì tæì maî PCM) tæång æïng våïi mäùi máùu tæång tæû vaìo. Phæång phaïp naìy âaût âæåüc täúc âäü maî hoïa cao nháút nhæng täún nhiãöu linh kiãûn nháút so våïi hai phæång phaïp trãn, cáön sæí duûng âãún 2n - 1 bäü so saïnh. IC chuyãún âäøi A-D hiãûu RCA CA 3318-8bit sæí duûng kyî thuáût naìy.

Táút caí caïc IC kãø trãn âãöu cho tæì maî PCM ra åí daûng song song. Âãø truyãön âi trãn kãnh thäng tin cáön phaíi chuyãøn âäøi sang näúi tiãúp. Âiãöu naìy âæåüc thæûc hiãûn nhåì IC chuyãøn âäøi song song - näúi tiãúp goüi laì chip SIO (Serial-Input-Output). Chip SIO gäöm mäüt thanh ghi dëch chæïa dæî liãûu song song (thæåìng 8 hay 16 âæåìng vaìo). Dæî liãûu âæåüc dëch ra åí ä cuäúi cuìng cuía thanh ghi tæìng bit mäüt (bit-by-bit), ra theo mäüt âæåìng ra âån âãø taûo ra dæî liãûu näúi tiãúp. Caïc chip SIO thæåìng hoaût âäüng åí chãú âäü song cäng (full-duplex) nãn mäùi chip coï hai thanh ghi, mäùi thanh ghi cho mäüt hæåïng: mäüt thanh ghi chuyãøn âäøi näúi tiãúp - song song cho hæåïng maî hoaï PCM, mäüt thanh ghi chuyãøn âäøi song song - näúi tiãúp cho hæåïng giaíi maî PCM. Coï ba loaûi chip SIO laì: bäü thu phaït khäng âäöng bäü vaûn nàng UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), bäü thu phaït âäöng bäü vaûn nàng USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter), bäü thu phaït âäöng bäü - khäng âäöng bäü vaûn nàng USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter). UART thu phaït dæî liãûu näúi tiãúp khäng âäöng bäü, USRT thu phaït dæî liãûu näúi tiãúp âäöng bäü, USART kãút håüp UART vaì USRT vaìo trong cuìng mäüt chip.

ÅÍ âáöu thu, tên hiãûu PCM âæåüc giaíi maî tråí laûi thaình tên hiãûu tæång tæû nhåì bäü chuyãøn âäøi säú - tæång tæû DAC. Træåïc hãút, tên hiãûu PCM âæåüc chuyãøn âäøi sang daûng song song sæí duûng caïc

- 54 -

- Chæång III -

chip SIO nhæ âaî noïi åí trãn. Mäùi tæì maî song song âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt giaï trë cuía máùu tæång tæû xáúp xè våïi bãn phaït nhåì mäüt bäü giaíi maî. Daûng tên hiãûu âáöu ra cuía bäü giaíi maî chênh laì PAM læåüng tæí hoïa. Tên hiãûu PAM naìy âæåüc laìm mën nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp khäi phuûc (low-pass reconstruction filter) hay coìn goüi laì bäü loüc laìm mën (smoothing filter) âãø taûo laûi tên hiãûu tæång tæû (xem hçnh 3.7 pháön bäü thu PCM).

3.3 Mäüt säú âàûc âiãøm cuía tên hiãûu PCM

3.3.1 Bàng thäng cuía tên hiãûu PCM

Goüi R laì säú bit truyãön âi trong mäüt giáy cuía tên hiãûu PCM. R hay âæåüc goüi laì täúc âäü bit (âån vë tênh laì bit/s hay bps). Goüi n laì säú bit cuía mäüt tæì maî PCM; fs laì táön säú láúy máùu (chênh laì säú máùu trong mäüt giáy). Coï thãø dãù daìng tênh âæåüc R tæì n vaì fS nhæ sau:

SnfR =

Vê duû âäúi våïi thoaûi cäng cäüng thç n = 8, fS = 8kHz, do âoï R = 64 kbps.

Giæîa âäü räüng bàng thäng vaì täúc âäü bit coï mäüt mäúi quan hãû. Báy giåì ta seî tçm mäúi quan hãû naìy. Hçnh 3.13 minh hoüa täúc âäü bit täúi âa cuía tên hiãûu PCM trong hai træåìng håüp thäng duûng. Âoï laì træåìng håüp åí hçnh 3.13 a vaì hçnh 3.13 b. ÅÍ hçnh 3.13 a, sæí duûng troün mäüt ä bit laì Tb âãø biãøu diãùn mäüt bit, hçnh 3.13 b chè sæí duûng mäüt næía ä bit âãø biãøu diãùn mäüt bit, næía coìn laûi tråí vãö giaï trë tham chiãúu.

Ta nháûn tháúy åí hçnh 3.13 a, mäüt bit tæång âæång våïi mäüt láön tên hiãûu thay âäøi mæïc trong khi åí hçnh 3.13 b thç mäüt bit tæång âæång våïi hai láön thay âäøi mæïc. Ta biãøu diãùn sæû thay âäøi mæïc bàòng tên hiãûu sin. Tæì âáy tháúy ràòng åí hçnh 3.13 a, ta coï thãø truyãön âi täúc âäü bit laì 2 bps trãn Hz, åí hçnh 3.13 b thç täúc âäü naìy chè laì 1 bps trãn Hz. Ta goüi säú bit truyãön trong mäüt giáy trong mäüt Hz laì hiãûu quaí sæí duûng bàng thäng (bandwidth efficiency).

TbTb

(b) (a)

Hçnh 3.13 Täúc âäü bit täúi âa cuía tên hiãûu PCM

Qua phán têch åí trãn ta ruït ra bàng thäng täúi thiãøu cuía tên hiãûu PCM phaíi laì:

SPCMnf

21R

21B =≥ (træåìng håüp hçnh 3.13 a)

SPCM nfRB =≥ (træåìng håüp hçnh 3.13 b)

Ta âaî biãút âãø traïnh chäöng phäø thç táön säú láúy máùu phaíi laì våïi B laì bàng thäng cuía B2fS≥

- 55 -

- Chæång III -

tên hiãûu tæång tæû tæång æïng (giaí thiãút tên hiãûu coï bàng thäng hæîu haûn).Váûy bàng thäng cuía tên hiãûu PCM laì:

nBBPCM

≥ (træåìng håüp hçnh 3.13 a)

nB2BPCM ≥ (træåìng håüp hçnh 3.13 b)

Váûy bàng thäng cuía tên hiãûu PCM låïn hån bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû tæång æïng. Âáy laì khuyãút âiãøm chênh cuía hãû thäúng truyãön tin sæí duûng PCM.

Baíng 3.1 âæa ra quan hãû giæîa säú mæïc læåüng tæí hoïa M, âäü daìi tæì maî PCM n vaì bàng thäng cuía tên hiãûu PCM tênh theo bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû tæång æïng.

Vê duû: âäúi våïi tên hiãûu thoaûi, CCITT quy âënh táön säú láúy máùu laì 8 kHz vaì âäü daìi tæì maî laì 8 bit. Váûy täúc âäü cuía tên hiãûu thoaûi säú laì 64 kbps. Do âoï, bàng thäng täúi thiãøu cuía tên hiãûu thoaûi säú laì 32 kHz, låïn gáúp 8 láön so våïi bàng thäng cuía tên hiãûu thoaûi tæång tæû laì 4 kHz.

3.3.2 Aính hæåíng cuía nhiãùu lãn tên hiãûu PCM

Tên hiãûu tæång tæû khäi phuûc taûi âáöu thu cuía hãû thäúng PCM chëu aính hæåíng cuía nhiãùu nãn bë meïo. Coï hai loaûi nhiãùu chênh aính hæåíng lãn tên hiãûu PCM laì:

- Nhiãùu læåüng tæí hoïa gáy båíi bäü læåüng tæí hoïa M mæïc åí bãn maî hoïa PCM

- Läùi bit (bit error) åí tên hiãûu PCM khäi phuûc gáy båíi nhiãùu kãnh truyãön (channel noise).

Giaí sæí tên hiãûu tæång tæû vaìo coï PDF âäöng âãöu trong daíi tæì -V âãún +V, tên hiãûu PCM âæåüc âiãöu chãú kiãøu FSK räöi truyãön qua mäüt hãû thäúng säú coï tyí lãû läùi bit laì Pe , säú mæïc læåüng tæí hoïa âãöu laì M, ngæåìi ta âaî chæïng minh âæåüc:

Tyí säú cäng suáút âènh cuía tên hiãûu khäi phuûc (recovered peak signal power) trãn cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu (average noise power) laì:

( )e

2

2

outpkP)1M(41

M3N/S−+

=

Nãúu tên hiãûu vaìo âaût mæïc täúi âa thçì tyí säú cäng suáút trung bçnh cuía tên hiãûu trãn cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu laì:

( )e

2

2

outpkout P)1M(41M)N/S(

31N/S

−+==

Trong caïc hãû thäúng thæûc tãú, Pe nhoí khäng âaïng kãø nhåì quaï trçnh maî hoïa kãnh coï thãø sæía âæåüc háöu hãút läùi bit. Giaí sæí khäng coï läùi bit thç tyí säú S/N âènh vaì S/N trung bçnh chè phuû thuäüc vaìo nhiãùu læåüng tæí hoïa:

( ) ( ) 2

out

2

outpk MN/S,M3N/S == .

Giaï trë cuía caïc tyí säú S/N naìy tênh bàòng dB cho trong baíng 3.1.

- 56 -

- Chæång III -

- 57 -

Tæì quan âiãøm thæûc tiãùn, nhiãùu læåüng tæí hoïa åí âáöu ra bäü giaíi maî PCM coï thãø phán thaình bäún loaûi phuû thuäüc vaìo âiãöu kiãûn hoaût âäüng. Bäún loaûi âoï laì nhiãùu quaï taíi (overload noise), nhiãùu ngáùu nhiãn (random noise), nhiãùu haût (granular noise) vaì nhiãùu rung (hunting noise).

Nhiãùu quaï taíi xuáút hiãûn khi âiãûn aïp âènh cuía tên hiãûu tæång tæû væåüt quaï giaï trë âiãûn aïp âènh thiãút kãú. Luïc naìy, tên hiãûu khäi phuûc åí âáöu thu seî coï âènh bàòng phàóng gáön våïi giaï trë âènh thiãút kãú. Caïc âènh phàóng naìy laìm cho tên hiãûu khäi phuûc bë meïo, taûo ra caïc thaình pháön haìi khäng mong muäún. Vê duû meïo nghe âæåüc trong hãû thäúng âiãûn thoaûi PCM khi coï caïc mæïc âiãûn aïp cao xuáút hiãûn nhæ ám quay säú, báûn, tên hiãûu nháúc maïy.

Nhiãùu ngáùu nhiãn taûo ra båíi läùi læåüng tæí hoïa thay âäøi ngáùu nhiãn. Nãúu âiãûn aïp tên hiãûu tæång tæû vaìo khäng âuí låïn thç tyí säú S/N seî bë giaím. Nhiãùu ngáùu nhiãn nghe nhæ mäüt tiãúng rêt.

Nhiãùu haût xuáút hiãûn khi âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû giaím tæång âäúi nhoí so våïi giaï trë thiãút kãú, laìm cho tên hiãûu læåüng tæí hoïa gáön nhæ bàòng phàóng åí mæïc 0. Nhiãùu haût nghe nhæ tiãúng laûo xaûo. Coï thãø giaím nhiãùu haût bàòng caïch tàng säú mæïc læåüng tæí hoïa, nghéa laì tàng täúc âäü bit cuía tên hiãûu PCM hoàûc laì sæí duûng læåüng tæí hoïa khäng âãöu seî trçnh baìy trong muûc sau.

Säú mæïc læåüng tæí Chiãöu daìi tæì maî PCM Bàng thäng cuía tên hiãûu PCM (S/N)pk out (S/N)out

2 1 2B 10.8 6.0

4 2 4B 16.8 12.0

8 3 6B 22.8 18.1

16 4 8B 28.9 24.1

32 5 10B 34.9 30.1

64 6 12B 40.9 36.1

128 7 14B 46.9 42.1

256 8 16B 52.9 48.2

512 9 18B 59.0 54.2

1024 10 20B 65.0 60.2

2048 11 22B 71.0 66.2

4096 12 24B 77.0 72.2

8192 13 26B 83.0 78.3

16384 14 28B 89.1 84.3

32768 15 30B 95.1 90.3

65536 16 32B 101.1 96.3

Baíng 3.1 ( B laì bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû vaìo bäü læåüng tæí hoïa)

- Chæång III -

Nhiãùu rung xuáút hiãûn khi âiãûn aïp cuía tên hiãûu tæång tæû gáön nhæ laì mäüt hàòng säú nàòm giæîa hai mæïc læåüng tæí hoïa caûnh nhau, gáy ra mäüt tên hiãûu sin khäng mong muäún åí táön säú bàòng mäüt

næía táön säú láúy máùu åí âáöu ra cuía hãû thäúng PCM.

Giaí sæí ta coï thãø viãút laûi caïc tyí säú S/N tênh bàòng dB nhæ sau: n

2M =

α+= n02,6)N/S(dB

åí âáy n laì säú bit trong tæì maî PCM, α = 4,77 âäúi våïi S/N âènh vaì α = 0 âäúi våïi S/N trung bçnh. Tæì âáy ta tháúy cæï tàng thãm 1 bit trong tæì maî PCM thç S/N seî tàng âæåüc 6.02 dB.

Thæûc tãú thç tên hiãûu vaìo khäng âaût mæïc täúi âa. Giaï trë α chênh xaïc âæåüc chæïng minh laì:

)x/Vlg(2077.4 rms−=α

åí âáy V laì giaï trë âènh cuía bäü læåüng tæí hoïa vaì xrms laì giaï trë hiãûu duûng cuía tên hiãûu vaìo. Nháûn xeït ràòng α laì mäüt haìm theo mæïc tên hiãûu vaìo. Do âoï tyí säú (S/N) khäng âäöng âãöu.

3.4 Læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng âãöu

Tæì cäng thæïc tênh ta tháúy cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa phuû thuäüc vaìo kêch

thæåïc bæåïc S. Nãúu kêch thæåïc bæåïc khäng thay âäøi thç tyí säú S/N seî nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì låïn âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäüü låïn. Âãø âaût âæåüc tyí säú S/N âäöng âãöu maì khäng laìm tàng säú mæïc læåüng tæí hoïa thç tiãún haình læåüng tæí hoïa khäng âäöng âãöu (nouniform quantizing) våïi kêch thæåïc bæåïc læåüng tæí hoïa thay âäøi: kêch thæåïc bæåïc nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì ngæåüc laûi. Sæû thay âäøi kêch thæåïc bæåïc ráút hæîu hiãûu âäúi våïi tên hiãûu thoaûi, laì tên hiãûu coï 50% thåìi gian täön taûi våïi biãn âäü nhoí chè bàòng 1/4 giaï trë hiãûu duûng. Hçnh 3.14a laì mäüt vê duû vãö thay âäøi kêch thæåïc bæåïc .

qP

Âãø thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa khäng âãöu, træåïc hãút cho tên hiãûu tæång tæû âi qua mäüt bäü khuãúch âaûi neïn phi tuyãún goüi laì bäü neïn (compressor), räöi vaìo bäüü maî hoïa PCM sæí duûng læåüng tæí hoïa âãöu. Goüi tên hiãûu vaìo bäü neïn laì s1(t), tên hiãûu ra bäü neïn laì s2(t), quan hãû giæîa s1(t) vaì s2(t) âæåüc Smith tçm ra vaìo nàm 1957 nhæ sau:

)1ln(

))t(s1ln()t(s 1

2 µ+

µ+=

åí âáy giaï trë âènh cuía s1(t) vaì s2(t) laì 1± , µ laì hàòng säú dæång. Phæång phaïp neïn nhæ thãú naìy goüi laì neïn luáût (µ -law). Maûng âiãûn thoaûi åí mäüt säú næåïc nhæ Hoa Kyì, Canada, Nháût sæí duûng neïn luáût µ våïi = 255.

µµ

Mäüt luáût neïn khaïc goüi laì luáût A (A-law), sæí duûng chuí yãúu åí cháu Áu, do Cattermole tçm ra nàm 1969:

- 58 -

- Chæång III -

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

≤<+

+

≤≤+=

1)t(sA1,

Aln1

))t(sAln(1A1)t(s0,

Aln1

)t(sA

)t(s

11

11

2

Hçnh 3.14 b veî âàûc tuyãún neïn luáût A. Giaï trë A âiãøn hçnh laì A = 87,6.

Våïi A = 87.6, Dunlop vaì Smith âaî chæïng minh ràòng: so våïi læåüng tæí hoïa âãöu thç tyí säú (S/N) tàng âæåüc 24 dB khi A/1x < vaì tàng 38 dB khi A/1x > . Våïi luáût , tyí säú (S/N) tàng

hån mäüt chuït so våïi luáût A.

µ

Caí luáût neïn A vaì âãöu coï quan hãû vaìo-ra laì quan hãû loga. Do váûy, âàûc tuyãún neïn luáût A vaì âãöu coï daûng gáön giäúng nhau. Âoï laì âàûc tuyãún daûng loga.

µµ

- 59 -

(a) Vaìo

Khäng âãöu

Âãöu

- 1.0

- 1.0

1.0

1.0 0

A=87.6

A=1

A=5

(b)

Ra

Hçnh 3.14 Âàûc tuyãún neïn - giaîn (a) Âàûc tuyãún læåüng tæí hoïa M=8 (b) ÂàÛc tuyãún luáût A

- Chæång III -

Ngæåüc våïi quaï trçnh neïn bãn phaït, bãn thu thæûc hiãûn quaï trçnh giaíi neïn hay coìn goüi laì giaîn nhåì bäü giaîn (expandor). Âàûc tuyãún giaîn laì âaío ngæåüc cuía âàûc tuyãún neïn. Nhæ váûy, âàûc tuyãún giaîn laì âàûc tuyãún âäúi loga.

Sæû kãút håüp giæîa bäü neïn vaì bäü giaîn goüi chung laì bäü neïn - giaîn (compandor).

Âãø quaï trçnh neïn - giaîn khäng laìm aính hæåíng âãún cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc thç âáy phaíi laì mäüt quaï trçnh tuyãún tênh, nghéa laì täøng hai âàûc tuyãún neïn vaì giaîn phaíi laì mäüt âæåìng thàóng. Âiãöu naìy âæåüc thæûc hiãûn trong thæûc tãú bàòng caïch xáúp xè tuyãún tênh hoïa tæìng âoaûn. Caí hai luáût A vaì âãöu aïp duûng phæång phaïp naìy. µ

ÅÍ âáy ta xeït luáût A, âàûc tuyãún neïn luáût A âæåüc xáúp xè hoïa bàòng mäüt âæåìng gáúp khuïc 13 âoaûn (segment) nhæ trãn hçnh 3.15: coï saïu âoaûn cho pháön dæång tæì 18/2 +→+ , saïu âoaûn cho pháön ám hoaìn toaìn âäúi xæïng tæì 18/2 −→− vaì mäüt âoaûn åí giæîa tæì 8/28/2 +→− .

ITU âæa ra chuáøn maî hoïa G.711 âãø maî hoïa tên hiãûu thoaûi, säú mæïc læåüng tæí hoïa sæí duûng laì M = 256, âäü daìi tæì maî PCM laì n = 8, trong âoï coï mäüt bit âáöu tiãn troüng säú cao nháút laì bit dáúu vaì 7 bit coìn laûi chè giaï trë tuyãût âäúi. Quy æåïc bit dáúu laì 0 âãø chè giaï trë + cuía máùu tên hiãûu vaì laì 1 âãø chè giaï trë - cuía máùu tên hiãûu. Trong 7 bit chè giaï trë tuyãût âäúi thç 3 bit âáöu taûo thaình tæì maî chè âoaûn (coï 8 âoaûn cho mäùi pháön + hay -), 4 bit cuäúi cuìng taûo thaình tæì maî chè bæåïc læåüng tæí hoïa (coï 16 bæåïc læåüng tæí hoïa trong mäùi âoaûn).

Baíng 3.2 nãu cuû thãø vãö váún âãö naìy våïi luáût neïn choün trçnh baìy åí âáy laì luáût A = 87.6.

- 60 -

1.0 1/2 1/4 1/8 1/16

1/8 8

6

7

5

4

3

2

17/8

6/8

5/8

1.0

4/8

3/8

2/8

0

Hçnh 3.15 Âàûc tuyãún xáúp xè tuyãún tênh hoïa luáût A- 13 âoaûn (goïc 1/4 thæï nháút)

Tæì baíng 3.2, ta tháúy âäü daìi tæì maî thoaûi PCM khi læåüng tæí hoïa âãöu laì 13 bit âaî âæåüc neïn xuäúng coìn 8 bit khi læåüng tæí hoïa khäng âãöu.

Thæûc tãú coï hai thuáût toaïn thæûc hiãûn maî hoïa khäng âãöu. Ta xeït hai thuáût toaïn naìy våïi luáût A = 87.6. Goüi 3 bit âoaûn laì a, 4 bit bæåïc læåüng tæí laì b, x laì giaï trë læåüng tæí hoïa âãöu cuía máùu råìi raûc.

a- Thuáût toaïn 1:

- Chæång III -

Maî hoïa:

- Xaïc âënh bit dáúu: laì 0 khi x dæång vaì laì 1 khi x ám.

- Xaïc âënh a: a nhoí nháút thoía )7a0(2.32x a ≤≤<

Daíi biãn âäü vaìo Kêch thæåïc bæåïc Maî âoaûn Maî bæåïc læåüng tæí hoïa Säú thæï tæû tæì maî Biãn âäü ra bäü giaíi maî

0-1

2-3

...

30-31

2 000 0000

0001

...

1111

0

1

...

15

1

3

...

31

32-33

...

62-63

2 001 0000

...

1111

16

...

31

33

...

63

64-67

...

124-127

4 010 0000

...

1111

32

...

47

66

...

126

128-135

...

248-255

8 011 0000

...

1111

48

...

63

132

...

252

256-271

...

496-511

16 100 0000

...

1111

64

...

79

264

...

504

512-543

...

992-1023

32 101 0000

...

1111

80

...

95

528

...

1008

1024-1087

...

1984-2043

64 110 0000

...

1111

96

...

111

1056

...

2016

2048-2176

...

3968-4095

128 111 0000

...

1111

112

...

127

2112

...

4032

Baíng 3.2

- Xaïc âënh b: b nhoí nháút thoía )15b0(0a),1b(2

0a),1b(2r

a≤≤

⎩⎨⎧

≠+

=+<

ÅÍ âáy ⎩⎨⎧

≠−

==

0a,2.16x0a,x

ra

- 61 -

- Chæång III -

Giaíi maî:

Giaï trë tuyãût âäúi cuía máùu khäi phuûc åí âáöu ra cuía bäü giaíi maî laì: ⎩⎨⎧

≠+

=+=

0a),2/33b(20a,1b2

ya

.

Bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn khäng thay âäøi.

Vê duû: Mäüt máùu læåüng tæí hoïa coï giaï trë laì +121. Ta xaïc âënh âæåüc bit dáúu laì 0, a = 2, r = 57, b = 14. Váûy tæì maî PCM 8 bit laì: 0010 1110. Nãúu truyãön tæì maî naìy âi thç bãn giaíi maî seî khäi phuûc âæåüc giaï trë tuyãût âäúi laì: 22(14+33/2) = 122.

b- Thuáût toaïn 2:

Maî hoïa:

Ta thæûc hiãûn maî hoïa âãöu thäng thæåìng, âæåüc tæì maî 13 bit. Sau âoï thæûc hiãûn neïn säú 13 bit xuäúng coìn 8 bit. Thæûc sæû ta neïn säú 12 bit xuäúng coìn 7 bit vç bit cao nháút laì bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn. Baíng 3.3 trçnh baìy thuáût toaïn neïn.

Baíng 3.3 (x laì bit báút kyì)

- 62 -

1 a b c d x x x x x x x 1 1 1 a b c d

0 1 a b c d x x x x x x 1 1 0 a b c d

0 0 1 a b c d x x x x x 1 0 1 a b c d

0 0 0 1 a b c d x x x x 1 0 0 a b c d

0 0 0 0 1 a b c d x x x 0 1 1 a b c d

0 0 0 0 0 1 a b c d x x 0 1 0 a b c d

0 0 0 0 0 0 1 a b c d x 0 0 1 a b c d

0 0 0 0 0 0 0 a b c d x 0 0 0 a b c d

Baíng 3.4

1 1 1 a b c d 1 a b c d 1 0 0 0 0 0 0

1 1 0 a b c d 0 1 a b c d 1 0 0 0 0 0

1 0 1 a b c d 0 0 1 a b c d 1 0 0 0 0

1 0 0 a b c d 0 0 0 1 a b c d 1 0 0 0

0 1 1 a b c d 0 0 0 0 1 a b c d 1 0 0

0 1 0 a b c d 0 0 0 0 0 1 a b c d 1 0

0 0 1 a b c d 0 0 0 0 0 0 1 a b c d 1

0 0 0 a b c d 0 0 0 0 0 0 0 a b c d 1

7 bit12 bit

12 bit 7 bit

- Chæång III -

Giaíi maî:

Ta thæûc hiãûn giaíi maî âãöu thäng thæåìng, âæåüc tæì maî 8 bit. Sau âoï thæûc hiãûn giaîn säú 8 bit

thaình 13 bit. Thæûc sæû ta giaîn säú 7 bit thaình 12 bit vç bit cao nháút laì bit dáúu phaíi âæåüc giæî nguyãn. Baíng 3.4 trçnh baìy thuáût toaïn giaîn.

Ta coï thãø laìm laûi vê duû trãn vaì seî tháúy kãút quaí tæång tæû.

3.5 Caïc kyî thuáût säú hoïa giaím bàng thäng

Bàng thäng (bandwidth) laì mäüt taìi nguyãn thäng tin quyï giaï vaì coï haûn. Táút caí caïc âæåìng truyãön váût lyï (dáy xoàõn âäi, caïp âäöng truûc, caïp såüi quang, vi ba...) âãöu chè cho truyãön tên hiãûu qua trong mäüt daíi hæîu haûn cuía táön säú. Vç váûy cáön phaíi coï biãûn phaïp sæí duûng bàng thäng hiãûu quaí, nghéa laì laìm sao truyãön âæåüc nhiãöu kãnh thäng tin nháút våïi mäüt bàng thäng sàôn coï. Âiãöu naìy tæång âæång våïi tçm phæång phaïp giaím bàng thäng cuía tên hiãûu truyãön trãn kãnh.

Nhæ âaî phán têch, ta tháúy: trong mäüt hãû thäúng PCM thäng thæåìng, caïc máùu råìi raûc cuía tên hiãûu vaìo âæåüc maî hoïa mäüt caïch âäüc láûp våïi nhau. Váûy, hãû thäúng PCM thäng thæåìng coï khaí nàng maî hoïa nhæîng tên hiãûu báút kyì coï phäø khäng væåüt quaï mäüt næía táön säú láúy máùu. Song trong thæûc tãú, caïc tên hiãûu thäng tin nhæ tiãúng noïi, hçnh aính, ám thanh... coï sæû tæång quan (correlation) âaïng kãø giæîa caïc máùu caûnh nhau. Sæû tæång quan naìy laìm cho tên hiãûu coï âäü dæ (redundancy). Âãø tiãút kiãûm bàng thäng truyãön dáùn, coï thãø thæûc hiãûn caïc kyî thuáût säú hoïa khaïc hiãûu quaí hån PCM. Caïc kyî thuáût naìy quan tám âãún sæû tæång quan cuía tên hiãûu, sæí duûng âäü dæ âãø laìm giaím täúc âäü bit, tæïc laì giaím bàng thäng.

Baìi naìy trçnh baìy mäüt säú kyî thuáût giaím bàng thäng cuía tên hiãûu, bao gäöm: PCM delta, PCM vi sai DPCM (Differential PCM) , DPCM thêch nghi (Adaptive DPCM), âiãöu chãú delta DM (Delta Modulation) vaì âiãöu chãú delta thêch nghi ADM (Adaptive DM).

3.5.1 Kyî thuáût PCM delta

PCM delta laì mäüt kyî thuáût âån giaín âãø giaím bàng thäng cuía tên hiãûu PCM. Thay vç maî hoïa vaì truyãön âi toaìn bäü giaï trë cuía máùu, PCM delta chè maî hoïa vaì truyãön âi âäü chãnh lãûch giæîa caïc máùu caûnh nhau (difference in adjacent sample values). Thäng thæåìng âäü chãnh lãûch naìy nhoí hån giaï trë cuía toaìn bäüü máùu nãn maî hoïa âäü lãûch seî sæí duûng êt bit trong mäüt tæì maî hån so våïi PCM thäng thæåìng.

Delta PCM

+

-Láúy máùu

Trãù T

Maî hoïa PCM

(a)

Giaíi maî PCM

Trãù T(b)

Hçnh 3.16 Bäü phaït - thu PCM delta (a) Maî hoïa PCM delta (b) Giaíi maî PCM delta

- 63 -

- Chæång III -

Hçnh 3.16 trçnh baìy så âäö khäúi cuía bäü phaït - thu PCM delta. Bãn phaït vaì bãn thu âãöu sæí duûng bäü trãù våïi thåìi gian trãù T=1/fs, bäü trãù naìy âoïng vai troì nhæ bäü nhåï mäüt máùu. Bãn phaït, hiãûu cuía giaï trë máùu hiãûn taûi vaì giaï trë máùu træåïc âoï chênh laì âäü chãnh lãûch âæåüc âæa âãún bäü maî hoïa PCM thäng thæåìng. Bãn thu, giaï trë máùu hiãûn taûi âæåüc khäi phuûc bàòng caïch sæí duûng giaï trë máùu træåïc âoï cäüng våïi giaï trë chãnh lãûch nháûn âæåüc.

3.5.2 Kyî thuáût DPCM

Kyî thuáût DPCM thæûc hiãûn maî hoïa trãn cå såí PCM nhæng coï quan tám âãún sæû tæång quan giæîa caïc máùu gáön nhau. DPCM sæí duûng thuáût toaïn dæû âoaïn (predict) âãø dæû âoaïn giaï trë cuía máùu tæång lai cuía tên hiãûu, räöi âåüi cho âãïn khi giaï trë cuía máùu thæûc sæû xuáút hiãûn âãø kiãøm tra, sau âoï truyãön âi tên hiãûu biãøu diãùn sai khaïc giæîa giaï trë dæû âoaïn våïi giaï trë thæûc sæû. Sai khaïc naìy biãøu diãùn cho pháön khäng dæû âoaïn âæåüc. Theo caïch âoï, DPCM cho pheïp maî hoïa våïi âäü daìi tæì maî giaím âi, bàng thäng cuía tên hiãûu giaím âi.

Giaï trë cuía máùu tæång lai âæåüc tênh tæì giaï trë cuía máùu hiãûn taûi vaì cuía caïc máùu quaï khæï bàòng bäü dæû âoaïn (predictor). Âoï laì mäüt bäü loüc säú våïi caïc bäü trãù vaì bäü nhán nhæ trçnh baìy trong hçnh 3.17. Âáy laì så âäö bäü dæû âoaïn cáúp N: máùu tæång lai âæåüc tênh tæì N máùu træåïc âoï.

- 64 -

)kT(g~

cN c2c1 .....

.....T TT

)kT(g

Hçnh 3.17 Bäü dæû âoaïn duìng trong DPCM

Hçnh 3.18 a laì så âäö bäü phaït DPCM. )t(g laì tên hiãûu tæång tæû vaìo, laì tên hiãûu láúy

máùu (tên hiãûu PAM), laì läùi giæîa giaï trë thæûc sæû cuía vaì giaï trë dæû âoaïn

tæì caïc máùu træåïc. Läùi naìy âæåüc læåüng tæí hoïa thaình

)kT(g)kT(ε )kT(g )kT(g

)kT(qε vaì maî hoïa thaình tên hiãûu DPCM

truyãön âi. Tên hiãûu vaìo cuía bäü dæû âoaïn laì tên hiãûu dæû âoaïn træåïc âoï âæåüc sæía sai bàòng caïch cäüng thãm läùi dæû âoaïn

)kT(g~ )kT(g)kT(qε . Hçnh 3.18 b laì så âäö bäü thu DPCM, nguyãn lyï

laìm viãûc tæång tæû bäü thu PCM delta, thay bäü trãù bàòng bäü dæû âoaïn y hãût nhæ bãn phaït DPCM. Coï thãø tháúy PCM delta sæí duûng bäü trãù nhæ laì bäü dæû âoaïn cáúp 1.

Kyî thuáût DPCM thêch nghi (ADPCM) laì mäüt phiãn baín phæïc taûp hån cuía kyî thuáût DPCM. Trong ADPCM, caïc hãû säú dæû âoaïn (tæïc laì caïc hãû säú c1, c2, ... , cN) khäng cäú âënh maì thay âäøi phuì håüp våïi sæû thay âäøi cuía caïc säú liãûu thäúng kã cuía tên hiãûu. Táút nhiãn, giaï trë cuía caïc hãû säú naìy phaíi âæåüc truyãön âi trãn âæåìng truyãön. ITU âæa ra chuáøn maî hoïa ADPCM 32 kbps laì G.721. Bäü maî hoïa ADPCM láúy tên hiãûu PCM neïn 64 kbps (chuáøn G.711) vaì chuyãøn thaình tên hiãûu 32 kbps. Bäü maî hoïa duìng tæì maî 15 mæïc 4 bit âãø truyãön âi giaï trë sai khaïc âæåüc læåüng tæí hoïa giæîa tên hiãûu vaìo vaì tên hiãûu æåïc læåüng. Vãö màût cháút læåüng thç cháút læåüng cuía tên hiãûu

- Chæång III -

thoaûi ADPCM 32 kbps chè tháúp hån mäüt chuït so våïi PCM 64 kbps. Nhæng vãö låüi êch thç roî raìng ADPCM 32 kbps cho pheïp tàng gáúp âäi säú kãnh thoaûi so våïi PCM 64 kbps våïi cuìng mäüt bàng thäng truyãön dáùn. ITU coìn âæa ra chuáøn G.726 vaì G.727 cho pheïp täúc âäü bit laì 16 âãún 40 kbps.

ε(kT) g(t)

)kT(g )kT(g~

)kT(qε+

-

Láúy máùu

Dæû âoaïn

Maî hoïa PCM

(a)

)t(g)t(g~ ≈

)kT(g

)kT(g~)kT(qεDPCM Giaíi maî PCM

Dæû âoaïn

Loüc laìm mën

Læåüng tæí hoïa DPCM

(b)

Hçnh 3.18 Bäü phaït - thu DPCM (a) Maî hoïa DPCM (b) Giaíi maî DPCM

3.5.3 Kyî thuáût DM

- 65 -

]

Kyî thuáût DM laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía DPCM, trong âoï mäùi tæì maî chè coï mäüt bit nhë phán, nghéa laì chè coï hai mæïc læåüng tæí hoïa M = 2. Bit duy nháút naìy chè ra sæû tàng hay giaím cuía máùu sau so våïi máùu træåïc. Så âäö bäü phaït DM coï thãø thæûc hiãûn tæì så âäö bäü phaït DPCM bàòng caïch thay bäü læåüng tæí hoïa bàòng bäü so saïnh nhæ chè ra trong hçnh 3.19 a. Bäü dæû âoaïn âån giaín laì bäü trãù nhæ trong PCM delta, dæû âoaïn máùu sau bàòng våïi máùu træåïc, nghéa laì

. ÅÍ âáy khäng cáön sæí duûng bäü maî hoïa nhæ trong DPCM vç tên hiãûu åí âáöu ra cuía bäü so saïnh âaî coï daûng säú mong muäún. Hçnh 3.19 b laì så âäö bäü thu DM.

[ T)1k(g~)kT(g −=

Hçnh 3.20 veî daûng soïng cuía tên hiãûu DM. Cuîng nhæ PCM thäng thæåìng, tên hiãûu DM chëu

taïc âäüng cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa: tên hiãûu vaìo tæång tæû khaïc våïi tên hiãûu maî hoïa mäüt khoaíng

khäng væåüt quaï kêch thæåïc mäüt bæåïc læåüng tæí hoïa.

Tuy nhiãn, nhiãöu luïc bäü DM khäng thãø theo këp nhæîng biãún âäøi nhanh cuía tên hiãûu vaìo vaì vç váûy tên hiãûu maî hoïa caïch xa tên hiãûu vaìo mäüt khoaíng låïn hån kêch thæåïc bæåïc. Khi xaíy ra âiãöu âoï, ta noïi bäü DM bë quaï taíi theo âäü däúc (slope overload).

Ta dãù daìng nháûn tháúy nhiãùu læåüng tæíí hoïa seî giaím nãúu giaím kêch thæåïc bæåïc, trong khi âoï nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc seî giaím nãúu tàng kêch thæåïc bæåïc. Âãø giæî cho hai loaûi nhiãùu naìy nàòm trong phaûm vi cho pheïp, ngæåìi ta phaíi láúy máùu våïi táön säú láúy máùu låïn hån táön säú láúy máùu sæí duûng trong PCM, DPCM.

- Chæång III -

- 66 -

g(kT)g(t) ∆±=ε )kT(q

∆±

Láúy máùu

Trãù T

(a)

Loüc laìm mën

Trãù T

+

-

(b)

Hçnh 3.19 Bäü phaït - thu DM (a) Bäü phaït DM (b) Bäü thu DM

Khi tên hiãûu vaìo gáön nhæ laì mäüt hàòng säú thç tên hiãûu maî hoïa dao âäüng xung quanh mæïc tên hiãûu vaìo, gáy ra táön säú khäng mong muäún bàòng mäüt næía táön säú láúy máùu. Luïc naìy, nhiãùu læåüng tæí hoïa tråí thaình nhiãùu räùi (idle noise). Vç táön säú cæûc âaûi cuía tên hiãûu nhoí hån táön säú láúy máùu nhiãöu láön nãn coï thãø loaûi boí hoaìn toaìn nhiãùu räùi bàòng bäü loüc thäng tháúp khäi phuûc (loüc laìm mën).

εq(kT)

gî(kT)

g(t)

∆

-∆

T

∆

Start-up Nhiãùu räùi

Quaï taíi theo âäü däúc

Nhiãùu læåüng tæí hoïa

Hçnh 3.20 Daûng soïng cuía tên hiãûu DM vaì minh hoüa caïc loaûi nhiãùu

Qua phán têch trãn âáy ta tháúy màûc duì DM coï giaím âæåüc âäü daìi tæì maî nhæng táön säú láúy máùu laûi låïn hån táön säú láúy máùu duìng trong DPCM. Vç váûy, æu âiãøm chênh cuía DM so våïi DPCM khäng phaíi laì sæû tiãút kiãûm bàng thäng maì laì giaï thaình tháúp. Âaût âæåüc âiãöu naìy laì do trong DM khäng sæí duûng caïc bäü maî hoïa/ giaíi maî vaì bäü dæû âoaïn phæïc taûp âæåüc thay bàòng bäü trãù âån giaín.

- Chæång III -

3.5.4 Kyî thuáût ADM

Âãø giæî cho caí hai nhiãùöu læåüng tæí hoïa vaì nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc nàòm trong phaûm vi cho pheïp maì khäng tàng táön säú láúy máùu lãn nhiãöu láön nhæ trong DM, ngæåìi ta sæí duûng kyî thuáût DM thêch nghi ADM. ÅÍ âáy, kêch thæåïc bæåïc thay âäøi theo tên hiãûu vaìo, kêch thæåïc bæåïc låïn khi coï nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc vaì nhoí khi coï nhiãùu læåüng tæí hoïa.

Hçnh 3.21 trçnh baìy så âäö khäúi cuía bäü phaït ADM. Khäúi khuãúch âaûi âiãöu khiãøn cho kêch thæåïc bæåïc thay âäøi, kêch thæåïc naìy âæåüc biãøu diãùn båíi caïc xung coï biãn âäü hàòng säú

. Kêch thæåïc bæåïc thay âäøi phuû thuäüc vaìo caïc giaï trë quaï khæï cuía . Vê duû, nãúu

trong mäüt vaìi máùu caûnh nhau thç coï thãø suy ra ràòng

)kT(G

∆±qε

∆+=εq

)t(g âang tàng nhanh hån vaì

coï khaí nàng khäng baïm theo këp. Luïc naìy hãû thäúng ADM tàng kêch thæåïc bæåïc lãn âãø giaím nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc. Ngæåüc laûi, nãúu

)kT(g~

qε thay âäøi luán phiãn giæîa vaì ∆+ ∆−

thç suy ra ràòng )t(g thay âäøi cháûm vaì nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc khäng xuáút hiãûn. Luïc naìy giaím kêch thæåïc bæåïc âãø giaím nhiãùu læåüng tæí hoïa. Hçnh 3.22 minh hoüa caí hai træåìng håüp naìy. Thuáût toaïn âiãöu khiãøn thay âäøi kêch thæåïc bæåïc âån giaín laì:

[ ] [ ][ ] [⎩

⎨⎧

−ε−=ε− ]−ε=ε−

=T)1k()kT(,C/T)1k(G

T)1k()kT(,CT)1k(G)kT(G

qq

qq våïi C laì hàòng säú låïn hån 1.

g(kT)g(t) ∆±=ε )kT(qLáúy máùu

Trãù T

+

-

G(kT)

Âiãöu khiãøn kêch thæåïc bæåïc

Hçnh 3.21 Bäü phaït ADM

g(t)

Tên hiãûu biãún âäøi nhanh

Tên hiãûu biãún âäøi cháûm

Tàng kêch thæåïc bæåïc

Giaím kêch thæåïc bæåïc

εq(kT)

Hçnh 3.22 Daûng soïng tên hiãûu ADM minh hoüa kiïch thæåïc bæåïc thay âäøi

- 67 -

- Chæång III -

- 68 -

Hãû thäúng ADM âiãøn hçnh âaût âæåüc tyí säú S/N låïn hån DM tæì 8-14 dB. ADM coï thãø hoaût âäüng åí täúc âäü bit tháúp hån DM nhæ laì 32 kbps hay 16 kbps cho thoaûi.

Ngoaìi ra, ADM coìn coï thãø thæûc hiãûn våïi kêch thæåïc bæåïc thay âäøi liãn tuûc CVSD (Continuously Variable Slope Delta Modulation), åí âáy kêch thæåïc bæåïc thay âäøi liãn tuûc chæï khäng phaíi råìi raûc nhæ trong DM. Vê duû nhæ IC hiãûu MC3417 cuía Motorola thay âäøi kêch thæåïc bæåïc theo 3 bit cuäúi cuìng cuía daîy maî hoïa.

3.6 Âënh daûng tên hiãûu säú

Caïc baìi træåïc âaî xeït âãún quaï trçnh chuyãøn âäøi tên hiãûu tæì tæång tæû qua säú. Baìi naìy seî baìn âãún váún âãö biãøu diãùn tên hiãûu säú âoï nhæ thãú naìo cho phuì håüp âãø truyãön qua kãnh thäng tin. Âáy chênh laì váún âãö âënh daûng tên hiãûu säú (digital signal format). Caïc bit nhë phán 0 vaì 1 coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi nhiãöu daûng khaïc nhau goüi laì maî âæåìng (line code).

3.6.1 Caïc yãúu täú cáön xem xeït khi choün maî âæåìng

Viãûc læûa choün loaûi maî âæåìng naìo cho phuì håüp phaíi âæåüc dæûa vaìo mäüt hoàûc nhiãöu caïc yãúu täú dæåïi âáy:

- Thaình pháön mäüt chiãöu DC: Âäúi våïi caïc âæåìng truyãön kãút näúi AC nhæ duìng tuû âiãûn, biãún aïp..., nãúu trong thaình pháön cuía maî âæåìng coï chæïa thaình pháön DC thç thaình pháön naìy seî bë ngàn laûi gáy meïo tên hiãûu thu. Hån næîa, nãúu truyãön qua âæåìng truyãön bàòng kim loaûi, thaình pháön DC seî laìm noïng dáy khiãún cho suy hao tàng lãn.

- Bàng thäng: Bàng thäng cuía maî âæåìng caìng nhoí caìng täút, vç seî giuïp tiãút kiãûm âæåüc bàng thäng.

- Tyí lãû läùi bit BER (Bit Error Rate): BER âæåüc âënh nghéa laì säú bit thu bë läùi trãn täøng säú bit truyãön âi trong mäüt âån vë thåìi gian. Roî raìng BER caìng nhoí caìng täút.

- Tênh trong suäút (transparancy): Âoï laì âàûc tênh mäüt kyï tæû, mäüt bit, mäüt nhoïm bit naìo âoï coï thãø truyãön âi vaì nháûn laûi âæåüc. Nãúu maî khäng coï tênh trong suäút thç coï khaí nàng mäüt nhoïm bit hay mäüt kyï tæû naìo âoï bë chàûn laûi taûi mäüt traûm thu trãn âæåìng truyãön vaì khäng âãún âæåüc âêch cuäúi cuìng, hoàûc coï thãø mäüt doìng bit naìo âoï bë máút tên hiãûu âäöng häö.

- Khaí nàng dãù daìng khäi phuûc âäöng häö: Mäüt æu âiãøm näøi báût cuía thäng tin säú so våïi thäng tin tæång tæû laì khaí nàng khäi phuûc tên hiãûu taûi caïc traûm làûp trãn âæåìng truyãön, laìm cho cháút læåüng tên hiãûu säú khäng bë suy giaím theo khoaíng caïch. Hai cäng viãûc chênh cuía traûm làûp laì khuãúch âaûi biãn âäü cuía tên hiãûu vaì khäi phuûc tên hiãûu âäöng häö åí taûi täúc âäü bit âãø tên hiãûu âãún traûm làûp coï thãø âæåüc láúy máùu vaìo thåìi âiãøm thêch håüp.

- Khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi: ÅÍ âáy hiãøu khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi laì càn cæï vaìo quy luáût maî hoïa âãø phaït hiãûn läùi chæï khäng phaíi âæa thãm âäü dæ vaìo maî.

- Âån giaín trong viãûc thæûc hiãûn maî hoaï vaì giaíi maî.

3.6.2 Caïc loaûi maî âæåìng phäø biãún

Coï hai loaûi maî âæåìng chênh laì RZ (Return-to-Zero) vaì NRZ (Non-Return-to-Zero). Våïi ma î

- Chæång III -

- 69 -

RZ, daûng soïng tråí vãö mæïc âiãûn aïp tham chiãúu (thæåìng laì 0 V) trong mäüt næía ä bit. Maî NRZ thç khäng nhæ váûy, tæïc laì khäng quay tråí vãö mæïc âiãûn aïp tham chiãúu.

Trong mäùi loaûi, maî âæåìng laûi âæåüc phán loaûi tiãúp dæûa theo nguyãn tàõc âæåüc duìng âãø áún âënh caïc mæïc âiãûn aïp âãø biãøu diãùn bit PCM. Theo âáy, coï caïc loaûi maî âæåìng phäø biãún laì: Unipolar NRZ vaì Unipolar RZ, Polar NRZ vaì Polar RZ, Bipolar NRZ vaì Bipolar RZ. Ngoaìi ra, RZ coìn caïc loaûi nhæ Manchester, HDB3 (High Density Bipolar with maximum of 3 consecutive zero)..., NRZ coìn coï loaûi CMI (Coded Mark Inversion)...

a- Maî Unipolar: bit 1 biãøu diãùn båíi mæïc âiãûn aïp cao (+V) - goüi laì mark, bit 0 biãøu diãùn båíi mæïc 0 - goüi laì space.

b- Maî Polar: bit 1 biãøu diãùn båíi mæïc cao (+V), bit 0 biãøu diãùn båíi mæïc ngæåüc laûi (-V). Maî Unipolar vaì Polar thæåìng duìng trong háöu hãút caïc maûch säú.

c- Maî Bipolar: duìng 3 mæïc âiãûn aïp âãø biãøu diãùn hai loaûi bit nhë phán nãn maî naìy coìn âæåüc goüi laì maî giaí 3 cæûc tênh. Doìng bit 1 biãøu diãùn båíi sæû thay âäøi mæïc luán phiãn (+V, -V), bit 0 biãøu diãùn båíi mæïc 0. Maî Bipolar RZ âæåüc duìng phäø biãún hån Bipolar NRZ. Maî Bipolar naìy coìn âæåüc goüi laì AMI (Alternate Mark Inversion). Maî AMI âæåüc duìng phäø biãún trong giao tiãúp 64 kbps.

d- Maî Manchester: bit 1 biãøu diãùn båíi mæïc +V trong mäüt næía âáöu vaì -V trong mäüt næía sau cuía ä bit, bit 0 biãøu diãùn båíi mæïc -V trong mäüt næía âáöu vaì +V trong mäüt næía sau cuía ä bit. Maî Manchester âæåüc duìng räüng raîi âãø phán phäúi tên hiãûu âäöng häö trong caïc maûch VLSI, duìng trong âéa tæì vaì trong Ethernet LAN.

e- Maî HDB3: laì mäüt loaûi maî Bipolar RZ nhæng khi trong doìng bit PCM coï xuáút hiãûn 4 bit 0 liãn tiãúp thç thay 4 bit 0 âoï bàòng mäüt cuûm 4 bit âàûc biãût. Cuûm 4 bit âoï laì 000V hay B000V, trong âoï B laì bit tuán theo luáût bipolar (+V,-V luán phiãn nhæ âaî trçnh baìy trãn), V laì bit traïi luáût bipolar (+V,+V hoàûc -V, -V). Viãûc choün cuûm âàûc biãût laì 000V hay B00V coìn phaíi thoía maîn âiãöu kiãûn: giæîa hai bit V trong doìng maî HDB3, säú læåüng bit B phaíi leí. ITU âæa ra khuyãún nghë G.703 duìng maî HDB3 cho PCM gheïp kãnh täúc âäü 2, 8 vaì 34 Mbps.

f- Maî CMI: laì mäüt loaûi maî NRZ ráút phäø biãún. CMI sæí duûng caí hai mæïc âiãûn aïp +V vaì -V âãø biãøu diãùn bit 0 (-V trong mäüt næía âáöu vaì +V trong mäüt næía sau cuía ä bit) vaì cuîng sæí duûng caí hai mæïc âiãûn aïp nhæ váûy âãø biãøu diãùn bit 1 (mäùi mæïc chiãúm troün ä bit). Nãúu bit tiãúp theo laì 1 thç seî coï thay âäøi mæïc. Nhæ váûy, maî CMI laì sæû kãút håüp giæîa maî Manchester (cho bit 0) vaì Bipolar NRZ (cho bit 1). ITU âæa ra khuyãún nghë G.703 duìng maî CMI cho PCM gheïp kãnh täúc âäü 140 Mbps.

Hçnh 3.23 veî daûng soïng cuía caïc loaûi maî âæåìng âaî kãø trãn æïng våïi mäüt doìng bit PCM cuû thãø.

3.6.3 Âàûc âiãøm cuía maî âæåìng

a- Maî Unipolar: Hçnh 3.24 a vaì 3.24 b biãøu diãùn phäø cuía maî Unipolar NRZ vaì RZ. Maî Unipolar RZ coï khuyãút âiãøm laì chiãúm bàng thäng gáúp âäi maî Unipolar NRZ nhæng coï æu âiãøm laì coï thaình pháön âäöng häö f0 = 1/T0 nãn coï thãø khäi phuûc âäöng häö dãù daìng.

- Chæång III -

Caí maî NRZ vaì RZ âãöu coï thaình pháön mäüt chiãöu DC nãn khi truyãön qua caïc kãút näúi AC thç thaình pháön DC bë ngàn laûi laìm cho daûng soïng thu bë meïo. Maî Unipolar coï æu âiãøm laì dãù taûo ra (duìng caïc maûch TTL vaì CMOS) vaì noï chè yãu cáöu mäüt nguäön cung cáúp.

V

0

0 0 0 V

1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1

Unipolar NRZ

Unipolar RZ

Polar NRZ

Polar RZ

Bipolar NRZ

Bipolar RZ

HDB3

CMI

Manchester

Doìng bit PCMMäüt tæì

Hçnh 3.23 Daûng soïng cuía mäüt säú maî âæåìng thäng duûng

b- Maî Polar: Hçnh 3.24 c vaì 3.24 d biãøu diãùn phäø cuía maî Polar NRZphäø cuía maî Polar ráút giäúng phäø cuía maî Unipolar nãn bàng thäng, mkãút näúi AC vaì khaí nàng khäi phuûc âäöng häö cuía maî Polar cuîng giäúngâiãøm cuía maî Polar so våïi Unipolar laì våïi cuìng tyí lãû BER, yãu cáöu ctháúp hån 3 dB vaì mæïc ngæåîng quyãút âënh bãn thu cuía maî Polar laì 0 1 âäúi cæûc nhau). Khuyãút âiãøm cuía maî Polar so våïi Unipolar laì yãcung cáúp åí hai mæïc +V vaì -V. Caí maî Unipolar vaì Polar âãöu khäng vaì khäng coï khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi.

c- Maî Bipolar: Hçnh 3.24 e vaì 3.24 f biãøu diãùn phäø cuía maî Bipolar NR

- 70 -

-

+V

vaì RZ. Ta tháúy eïo khi truyãön qua maî Unipolar. Æu äng suáút tên hiãûu V (vç caïc bit 0 vaì u cáöu hai nguäön

coï tênh trong suäút

Z vaì RZ. So våïi

- Chæång III -

f0f0 2f0 2f0

(e)

V2T0/4

V2T0

2f0f0

(a)

V2T0/4

2f0f0

(b) (f)

(c)

(d)

(g)

(h)

V2T0

0.525V2T0

V2T0/4

V2T0

V2T0/16

2f02f0

2f0 2f0

f0f0

f0 f0

Hçnh 3.24 Phäø cuía maî âæåìng (a)Unipolar NRZ (b)Unipolar RZ (c)Polar NRZ (d)Polar RZ (e)Bipolar NRZ (f)Bipolar RZ vaì HDB3

(g)Manchester (h)CMI

- 71 -

- Chæång III -

- 72 -

maî Unipolar vaì Polar, æu âiãøm cuía maî Bipolar laì khäng chæïa thaình pháön DC nãn khäng gáy meïo daûng soïng khi truyãön qua caïc kãút näúi AC, bàng thäng cuía maî Bipolar nhoí hån, luáût Bipolar luán phiãn giæîa hai mæïc +V vaì -V giuïp maî Bipolar coï khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi. Tuy nhiãn, khi daîy säú 0 quaï daìi thç seî máút tên hiãûu âäöng häö, bäü thu phaíi phán biãût âæåüc 3 mæïc âiãûn aïp +V, - Vvaì 0 thay vç hai mæïc nhæ caïc maî âæåìng khaïc.

d- Maî Manchester: Hçnh 3.24 g biãøu diãùn phäø cuía maî Manchester. Æu âiãøm cuía maî Manchester laì khäng chæïa thaình pháön DC nãn maî Manchester phuì håüp våïi caïc âæåìng truyãön coï kãút näúi AC, khaí nàng khäi phuûc âäöng häö dãù daìng do coï thaình pháön âäöng häö f0 = 1/T0 (Hz), doìng bit 1 hoàûc 0 liãn tiãúp váùn âaím baío âuí säú láön chuyãøn âäøi mæïc nãn khäng bë máút tên hiãûu âäöng häö, tênh trong suäút âæåüc âaím baío. Khuyãút âiãøm cuía maî Manchester laì bàng thäng låïn, khäng coï khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi vaì bäü taûo maî cáön hai nguäön cung cáúp.

e- Maî HDB3: Hçnh 3.24 f (âæåìng neït âæït) biãøu diãùn phäø cuía maî HDB3. Maî HDB3 coï caïc æu âiãøm giäúng nhæ cuía Bipolar RZ. Thãm vaìo âoï, nhåì coï sæû thay thãú daîy 4 säú 0 liãn tiãúp bàng mäüt cuûm bit âàûc biãût nãn khaí nàng khäi phuûc âäöng häö dãù daìng vaì khäng bë máút tên hiãûu âäöng häö, baío âaím tênh trong suäút. Quy luáût maî hoïa coï xeït âãún âiãöu kiãûn säú bit B giæîa hai bit V phaíi leí giuïp cho khaí nàng phaït hiãûn läùi cuía maî HDB3 ráút cao. Váùn âãö maî hoïa vaì giaíi maî HDB3 tæång âäúi phæïc taûp so våïi caïc loaûi maî âæåìng khaïc.

f- Maî CMI: Hçnh 3.24 h biãøu diãùn phäø cuía maî CMI. Æu âiãøm cuía maî CMI laì khäng chæïa thaình pháön DC nãn daûng soïng thu khäng bë meïo do caïc kãút näúi AC, thaình pháön âäöng häö f0 = 1/T0 (Hz)coï màût trong maî CMI nãn dãù khäi phuûc âäöng häö, doìng bit 1 hoàûc 0 liãn tiãúp váùn âaím baío âuí säú láön chuyãøn âäøi mæïc nãn khäng bë máút tên hiãûu âäöng häö, tênh trong suäút âæåüc âaím baío. Bàng thäng cuía maî CMI låïn nhæng suy giaím nhanh åí ngoaìi táön säú f0 = 1/T0 khiãún cho bàng thäng -3dB váùn nhoí. Tuy nhiãn, bäü taûo maî CMI cáön coï hai nguäön cung cáúp åí hai mæïc +V vaì -V, maî CMI khäng coï khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi.

Baíng 3.5 so saïnh caïc âàûc âiãøm quan troüng cuía maî âæåìng nhæ khäi phuûc âäöng häö, khaí nàng tæû taïch läùi, daíi thäng chênh, khaí nàng kãút näúi AC, tênh trong suäút.

3.6.4 Giao thoa liãn kyï tæû vaì mä hçnh màõt

Qua daûng soïng cuía caïc loaûi maî âæåìng åí trãn, ta tháúy hçnh daûng cuía xung laì vuäng. Phán têch phäø tæì chæång træåïc cho tháúy bàng thäng cuía caïc xung vuäng laì vä haûn. Âãø truyãön caïc xungnaìy qua kãnh truyãön váût lyï coï bàng thäng hæîu haûn, cáön phaíi loüc táön säú bàòng bäü loüc thäng tháúp. Sæû loüc naìy laìm âäü räüng cuía xung giaîn ra trong miãön thåìi gian, khiãún cho caïc xung caûnh nhau coï thãø chäöng láún lãn nhau gáy ra sæû giao thoa liãn kyï tæû ISI (Intersymbol Interference). Hçnh 3.25 laì mäüt vê duû vãö aính hæåíng cuía ISI trong tên hiãûu thu.

Aính hæåíng cuía nhiãùu kãnh truyãön vaì cuía caïc yãúu täú khaïc coï thãø biãút âæåüc bàòng caïch quan saït daûng soïng maî âæåìng thu trãn oscilloscope. Hçnh 3.26 bãn phêa traïi laì daûng soïng NRZ polar

- Chæång III -

thu trong caïc træåìng håüp: (a) lyï tæåíng, (b) coï ISI, (c) coï ISI vaì nhiãùu khaïc. Bãn phaíi hçnh laì daûng soïng quan saït âæåüc trãn oscilloscope. Biãøu diãùn naìy giäúng hçnh màõt ngæåìi nãn âæåüc goüi laì mä hçnh màõt (eye pattern). Khi khäng coï bit läùi, màõt seî måí. Nãúu coï nhiãùu, màõt seî âoïng vaì caìng âoïng chàût khi coï nhiãùu låïn.

Maî âæåìng Khäi phuûc âäöng häö Tæû taïch läùi Daíi thäng Kãút näúi AC Tênh trong suäút

Unipolar (NRZ) Khoï Khäng fOKhäng Khäng

Unipolar (RZ) Dãù Khäng 2 fOKhäng Khäng

Polar (NRZ) Khoï Khäng fOKhäng Khäng

Polar (RZ) Dãù Khäng 2 fOKhäng Khäng

Bipolar (NRZ) Khoï Coï fO/2 Coï Khäng

Bipolar (RZ) Khoï Coï fO Coï Khäng

Manchester Dãùï Khäng 2f0Coï Coï

HDB-3 Dãù Coï fOCoï Coï

CMI Dãù Coï 2 fOCoï Coï

Baíng 3.5

T0

ISI

Thåìi âiãøm láúy máùu (bãn phaït)

Thåìi âiãøm láúy máùu (bãn thu)

Âaïp æïng cuía tæìng xung riãng Daûng soïng raDaûng soïng vaìo

Hçnh 3.25 Vê duû ISI cuía tên hiãûu thu trong hãû thäúng thäng tin säú

Mä hçnh màõt laì mäüt cäng cuû tuyãût våìi cho pheïp âaïnh giaï cháút læåüng cuía maî âæåìng thu âæåüc vaì khaí nàng taïch läùi cuía bäü thu . Mä hçnh màõt cung cáúp cho ta nhæîng thäng tin sau âáy: läùi âënh thåìi (timing error), giåïi haûn nhiãùu (noise margin), læåüng meïo täúi âa (maximum distortion).

- 73 -

- Chæång III -

Läùi âënh thåìi åí bäü láúy máùu bãn thu âæåüc tênh bàòng bãö räüng bãn trong cuía màõt (goüi laì âäü måí cuía màõt). Thåìi âiãøm láúy máùu täúi æu taûi âiãøm maì âäü måí doüc cuía màõt låïn nháút.

Giåïi haûn nhiãùu âæåüc tênh bàòng chiãöu cao cuía âäü måí doüc cuía màõt. Âáy chênh laì âäü dæû træî âäúi våïi nhiãùu. Màõt caìng âoïng laûi thç khaí nàng dáùn âãún läùi caìng låïn.

Læåüng meïo täúi âa âæåüc tênh bàòng âäü låïn cuía pháön trãn hay dæåïi màõt taûi thåìi âiãøm láúy máùu täúi æu.

(b)

(a)

Giåïi haûn

nhiãùu

Meïo täúi âa

Thåìi âiãøm láúy máùu täúi æu

(c)

Hçnh 3.26 Daûng soïng tên hiãûu polar NRZ vaì mä hçnh màõt tæång æïng (a)Loüc lyï tæåíng (b)Loüc våïi ISI (c)ISI cäüng våïi nhiãùu

3.7 Maî hoïa tiãúng noïi

Maî hoïa tiãúng noïi (speech coding) coï thãø phán thaình hai loaûi chênh laì maî hoïa soïng (waveform coding) vaì maî hoïa thoaûi (vocoding).

Bäü maî hoïa soïng sæí duûng caïc thuáût toaïn maî hoïa vaì giaíi maî âãø coï thãø taïi taûo âæåüc åí âáöu ra cuía hãû thäúng daûng soïng xáúp xè våïi âáöu vaìo. Nhæ váûy, chuïng giaí âënh mäüt mæïc tháúp hoàûc khäng coï sæû hiãøu biãút vãö baín cháút cuía tên hiãûu maì chuïng xæí lyï. Coï thãø aïp duûng maî hoïa soïng cho tên hiãûu báút kyì chæï khäng riãng tên hiãûu tiãúng noïi.

Bäü maî hoïa thoaûi (vocoder), mäüt caïch ráút âàûc træng, seî maî hoïa tên hiãûu tiãúng noïi vaì chè tên hiãûu tiãúng noïi maì thäi. Chæï nàng chuí yãúu cuía bäü maî hoïa thoaûi laì trêch ra vaì maî hoïa caïc thäng säú quan troüng nháút cuía tiãúng noïi. Caïc thäng säú naìy sau khi âæåüc maî hoïa seî truyãön âi âãún bãn thu, bãn thu sæí duûng caïc thäng säú naìy âãø âàût caïc giaï trë vaìo cho caïc bäü taûo haìm säú vaì bäü loüc âãø täøng håüp ám thanh tiãúng noïi. Nhåì chè maî hoïa vaì truyãön âi caïc thäng säú quan troüng

- 74 -

- Chæång III -

- 75 -

nháút nãn háöu hãút âäü dæ trong tiãúng noïi âaî âæåüc loaûi boí. Täúc âäü bit cuía tên hiãûu tiãúng noïi säú nhoí hån nhiãöu so våïi maî hoïa soïng.

Coï ba kiãøu thiãút kãú chênh cho vocoder laì vocoder kiãøu kãnh (channel vocoder), vocoder kiãøu formant vaì maî hoïa duìng dæû âoaïn tuyãún tênh LPC (Linear Prediction Coder).

Vocoder kiãøu kãnh, vãö cå baín, laì xaïc âënh phäø tæïc thåìi cuía tên hiãûu. Vocoder kãnh gäöm bäü phán têch phäø duìng giaìn loüc (filter bank) âãø phán chia nàng læåüng tiãúng noïi thaình caïc bàng con, räöi chènh læu hai næía chu kyì vaì loüc âãø xaïc âënh caïc mæïc cäng suáút tæång âäúi. Caïc mæïc cäng suáút naìy âæåüc maî hoïa vaì truyãön âãún bãn thu.

Vocoder kiãøu formant låüi duûng âàûc âiãøm quan troüng sau âáy cuía phäø tiãúng noïi: nàng læåüng cuía tiãúng noïi coï xu hæåïng táûp trung vaìo ba hay bäún âènh cao, goüi laì caïc formant. Noïi caïch khaïc, mäùi tæì tiãúng noïi chæïa âæûng ba hay bäún táön säú åí âoï biãn âäü cao nháút. Vocoder kiãøu formant phán têch tiãúng noïi âãø tçm ra vë trê vaì biãn âäü cuía caïc formant naìy, tæì âoï âæa ra mäüt mä hçnh cho phäø tiãúng noïi räöi maî hoïa vaì truyãön âi caïc thäng säú cuía mä hçnh naìy.

LPC vocoder laì loaûi vocoder phäø biãún nháút. LPC vocoder thæåìng âæåüc thiãút kãú thaình mäüt táöng caïc bäü loüc läùi dæû âoaïn tuyãún tênh. Caïc bäü loüc naìy loaûi khoíi tên hiãûu tiãúng noïi caïc thaình pháön coï thãø dæû âoaïn âæåüc tæì diãùn biãún træåïc âoï cuía tên hiãûu nhåì vaìo viãûc mä hçnh hoïa vuìng thanh ám cuía ngæåìi nhæ laì mäüt bäü loüc toaìn khäng (all-zero filter). LPC laì sæû måí räüng cuía DPCM âãø thæûc hiãûn mä hçnh hoïa âáöy âuí cå chãú taûo ra tiãúng noïi, nhæng khäng cáön truyãön âi caïc máùu läùi âæåüc læåüng tæí hoïa nhæ DPCM. Mäüt vê duû vãö bäü maî hoïa LPC nhæ váûy laì LPC-10 theo chuáøn Liãn bang 1015 cuía Hoa Kyì. Coï thãø thæûc hiãûn LPC-vocoder trãn mäüt chip DSP âån. LPC coìn âæåüc æïng duûng trong mäüt säú hãû thäúng tiãúng noïi thæång maûi, vê duû bäü âäö chåi táûp noïi vaì âaïnh váön cho treí em cuía haîng Texas Instruments.

Do loaûi boí hãút âäü dæ nãn vocoder coï thãø maî hoïa våïi täúc âäü bit truyãön dáùn ráút tháúp. Âaî coï caïc vocoder kiãøu kãnh laìm viãûc trong daíi tæì 1 âãún 2 kbps. Nãúu xaïc âënh chênh xaïc sæû biãún âäøi trong caïc formant thç vocoder kiãøu formant coï thãø cho tiãúng noïi cháúp nháûn âæåüc åí täúc âäü nhoí hån 1 kbps. Caïc LPC vocoder cho täúc âäü tiãúng noïi trong phaûm vi tæì 1.2 âãún 2.4 kbps.

Ngaìy nay coï xu hæåïng táûp trung nghiãn cæïu vaì sæí duûng caïc bäü maî hoïa tiãúng noïi lai giæîa maî hoïa soïng vaì maî hoïa thoaûi. Phæång phaïp maî hoïa tiãúng noïi lai naìy kãút håüp âæåüc æu âiãøm, khàõc phuûc âæåüc khuyãút âiãøm cuía maî hoïa soïng vaì maî hoïa thoaûi. Kãút quaí cho ra cháút læåüng tiãúng noïi maî hoïa täút våïi täúc âäü tháúp, tuy nhiãn âäü phæïc taûp laûi tàng lãn nhiãöu láön. Mäüt vê duû vãö bäü maî hoïa lai nhæ váûy laì CELP/MPE 4.8 kbps theo chuáøn Liãn bang 1016 cuía Hoa Kyì. Mäüt vê duû khaïc laì CELP 16 kbps theo chuáøn ITU-T G.728 duìng trong caïc hãû thäúng di âäüng , vê duû nhæ GSM.

Vãö cháút læåüng cuía vocoder thç do daûng soïng ra cuía vocoder khäng xáúp xè våïi daûng soïng vaìo

nãn ám thanh khoï hiãøu vaì khäng tæû nhiãn (giäúng nhæ robot noïi). Cháút læåüng cuía tiãúng noïi maî hoïa âæåüc âaïnh giaï bàòng âiãøm MOS (Mean Opinion Score).

Baíng 3.6 so saïnh täúc âäü, cháút læåüng MOS vaì âäü phæïc taûp trong thæûc hiãûn cuía caïc bäü maî hoïa caïc loaûi.

- Chæång III -

Kyî thuáût Täúc âäü bit (kbps) MOS Âäü phæïc taûp tæång âäúi PCM G.711 64 4.3 1

ADPCM G.721 32 4.1 10 DM 16 3 0.3

G.722 (7 kHz) 64 - 48 3.7 - 4.3 30 CELP/MPE 4.8 3.2 50-100

LPC-10 vocoder 2.4 2 40

Baíng 3.6 (Âiãøm MOS cao nháút laì 5.0)

3.8 Maî hoïa audio

Ngoaìi caïc kyî thuáût maî hoïa kãø trãn, coìn coï mäüt säú bäü maî hoïa audio hoaût âäüng dæûa trãn nguyãn tàõc maî hoïa miãön táön säú. ÅÍ âáy, tên hiãûu âæåüc phán chia thaình nhiãöu daíi bàng heûp riãng biãût nhåì mäüt giaìn loüc (filter bank) hay biãún âäøi Fourier råìi raûc DFT (Discrete Fourier Transform) âãø taûo thaình mäüt bäü maî hoïa bàng con SBC (Sub - Band Coder). Tên hiãûu trong miãön thåìi gian æïng våïi mäùi daíi âæåüc maî hoïa âäüc láûp. Thæûc tãú laì tên hiãûu trong caïc bàng riãng biãût khäng mang cuìng mäüt nàng læåüng nhæ nhau. Trong maî hoïa audio, daíi táön säú tháúp chæïa pháön låïn nàng læåüng cuía tên hiãûu, thãm vaìo âoï, nhiãùu læåüng tæí ráút êt aính hæåíng âãún tai ngæåìi nghe åí miãön táön säú tháúp. Âiãöu naìy cho pheïp ta coï thãø maî hoïa tên hiãûu åí bàng táön tháúp bàòng êt bit coìn tên hiãûu åí miãön táön säú cao âæåüc maî hoïa bàòng nhiãöu bit hån, dáùn âãún kãút quaí laì giaím âæåüc täúc âäü bit, giaím âæåüc bàng thäng truyãön dáùn.

Mäüt vê duû vãö maî hoïa bàng con âang âæåüc sæí duûng hiãûn nay laì bäü maî hoïa audio cháút læåüng cao ITU-T G.722, maî hoïa tên hiãûu tæì 0 - 7 kHz, phán chia tên hiãûu thaình 2 bàng con, cho täúc âäü bit cuía tên hiãûu maî hoïa laì 64/56/48 kbps våïi âiãøm MOS tæì 3.7 - 4.3. Bäü maî hoïa naìy khäng phæïc taûp làõm, coï thãø thæûc hiãûn trãn mäüt bäü vi xæí lyï cuía DSP.

Caïc haîng saín xuáút âáöu compact disc cuîng âaî thaình cäng våïi viãûc maî hoïa phán chia 32 bàng con âäúi våïi tên hiãûu hi-fi 20 kHz. Bäü maî hoïa PCM âån giaín láúy máùu våïi táön säú 44.1 kHz yãu cáöu 700 kbps hay 15 bit trãn mäüt máùu nhæng bäü maî hoïa bàng con trãn cå såí DFT thç chè yãu cáöu 88 kbps hay chè 2 bit trãn mäüt máùu.


1. Mäüt trong nhæîng phæång phaïp biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú phäø biãún hån caí laì âiãöu chãú xung maî PCM. Ba bæåïc cå baín âãø thæûc hiãûn PCM gäöm láúy máùu, læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa.

2. Láúy máùu laì bæåïc âáöu tiãn trong quaï trçnh biãún âäøi tên hiãûu tæång tæû sang säú theo kyî thuáût PCM. Muûc âêch cuía bæåïc láúy máùu naìy laì tæì tên hiãûu tæång tæû, ta taûo nãn mäüt daîy xung råìi raûc tuáön hoaìn räüng bàòng nhau, biãn âäü xung bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû taûi thåìi âiãøm láúy máùu. Daîy xung råìi raûc âoï coìn âæåüc goüi laì tên hiãûu PAM.

3. Nãúu tên hiãûu PAM coï táön säú âuí låïn thç coï thãø khäi phuûc laûi tên hiãûu tæång tæû ban âáöu tæì tên hiãûu PAM. Âënh lyï láúy máùu Shannon âæa ra giåïi haûn dæåïi cuía táön säú âoï laì ,

mSf2f ≥

- 76 -

- Chæång III -

trong âoï laì táön säú cuía tên hiãûu PAM vaì laì táön säú cæûc âaûi cuía phäø tên hiãûu tæång

tæû. S

fm

f

4. Láúy máùu tæû nhiãn laì quaï trçnh nhán tên hiãûu tæång tæû våïi daîy xung láúy máùu pT(t). Daîy xung láúy máùu pT(t) laì daîy xung vuäng tuáön hoaìn våïi chu kyì , âäü

räüng xung laì , chiãöu cao xung laì h = 1. Phäø cuía tên hiãûu láúy máùu bao gäöm vä säú phiãn baín phäø cuía tên hiãûu tæång tæû nàòm caïch nhau

mSSf2f,f/1T ≥=

τT/2π . Nãúu táön säú láúy máùu khäng thoaí maîn

âënh lyï láúy máùu Shannon thç xaíy ra hiãûn tæåüng caïc phiãn baín phäø chäöng láún lãn nhau, goüi laì hiãûn tæåüng chäöng phäø hay máûp måì phäø. Viãûc thæûc hiãûn láúy máùu tæû nhiãn khaï dãù daìng, chè cáön mäüt chuyãøn maûch tæång tæû hai âáöu vaìo mäüt âáöu ra.

5. Ngoaìi caïch láúy máùu tæû nhiãn, ta coìn coï thãø láúy máùu tæïc thåìi, taûo ra tên hiãûu flat-top PAM, giaï trë cuía tên hiãûu flat-top PAM bàòng våïi giaï trë cuía tên hiãûu tæång tæû åí ngay thåìi âiãøm láúy máùu vaì giæî nguyãn nhæ váûy trong suäút khoaíng thåìi gian bàòng våïi âäü räüng cuía xung láúy máùu. Âãø taûo ra tên hiãûu flat-top PAM, ta sæí duûng bäü láúy máùu vaì giæî máùu.

6. Nãúu táön säú láúy máùu thoía âënh lyï láúy máùu thç tæì tên hiãûu PAM, ta coï thãø khäi phuûc âæåüc tên hiãûu gäúc ban âáöu nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp táön säú càõt fm. Bäü loüc thäng tháúp naìy âæåüc goüi laì loüc khäi phuûc .

7. Låüi duûng khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau ráút låïn, ngæåìi ta gheïp vaìo trong khoaíng âoï caïc xung PAM khaïc cuía caïc tên hiãûu tæì caïc kãnh khaïc räöi truyãön âi. Phæång phaïp naìy goüi laì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM.

8. Læåüng tæí hoïa laì sæû xáúp xè hoïa caïc giaï trë cuía caïc máùu tæång tæû bàòng caïch sæí duûng säú mæïc hæîu haûn M. Khoaíng caïch giæîa caïc mæïc naìy goüi laì kêch thæåïc bæåïc S .

9. Sæû khaïc nhau giæîa tên hiãûu gäúc vaì tên hiãûu læåüng tæí hoïa goüi laì nhiãùu læåüng tæí hoïa. Cäng

suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa laì: 12SP

2

q= . Nhiãùu læåüng tæí hoïa seî tàng khi kêch

thæåïc bæåïc tàng vaì ngæåüc laûi.

10. Tên hiãûu læåüng tæí hoïa coï khaí nàng haûn chãú sæû têch luyî nhiãùu, seî hoaìn toaìn loaûi boí nhæîng nhiãùu coï biãn âäü åí dæåïi mäüt næía kêch thæåïc bæåïc. Váûy bàòng caïch tàng kêch thæåïc bæåïc ta coï thãø giaím båït sæû têch luyî nhiãùu. Tuy nhiãn tàng kêch thæåïc bæåïc thç seî dáùn âãún tàng nhiãùu læåüng tæí hoïa.

11. Sæû kãút håüp giæîa hoaût âäüng láúy máùu vaì læåüng tæí hoïa taûo ra tên hiãûu PAM læåüng tæí hoïa. Træåïc khi truyãön âi, mäùi máùu PAM læåüng tæí hoïa âæåüc maî hoïa thaình mäüt tæì maî säú goüi laì tæì maî PCM . Coï thãø sæí duûng maî Gray hoàûc maî nhë phán âãø biãøu diãùn tæì maî PCM. Âäü daìi cuía tæì maî PCM phaíi choün laì n thoaí maîn: 1MlognMlog

22+<≤

12. Trong thæûc tãú thç bäü læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa khäng taïch riãng maì gäüp chung trong bäü chuyãøn âäøi tæång tæû - säú ADC. Coï ba phæång phaïp thäng duûng âãø chuyãøn âäøi tæång tæû - säú laì phæång phaïp âãúm hay maî hoïa theo âäü däúc, phæång phaïp näúi tiãúp hay xáúp xè liãn tiãúp hay coìn goüi laì phaín häöi vaì phæång phaïp song song.

- 77 -

- Chæång III -

13. Tên hiãûu PCM âæåüc giaíi maî tråí laûi thaình tên hiãûu tæång tæû nhåì bäü chuyãøn âäøi säú - tæång tæû DAC. Mäùi tæì maî PCM âæåüc chuyãøn âäøi thaình mäüt giaï trë cuía máùu tæång tæû xáúp xè våïi bãn phaït nhåì mäüt bäü giaíi maî. Daûng tên hiãûu âáöu ra cuía bäü giaíi maî chênh laì PAM læåüng tæí hoïa. Tên hiãûu PAM naìy âæåüc laìm mën nhåì mäüt bäü loüc thäng tháúp khäi phuûc âãø taûo laûi tên hiãûu tæång tæû.

14. Bàng thäng cuía tên hiãûu PCM låïn hån bàng thäng cuía tên hiãûu tæång tæû tæång æïng êt nháút laì n láön. . Âáy laì khuyãút âiãøm chênh cuía hãû thäúng thäng tin sæí duûng PCM.

15. Coï hai loaûi nhiãùu chênh aính hæåíng lãn tên hiãûu PCM laì: nhiãùu læåüng tæí hoïa vaì läùi bit. Nhiãùu læåüng tæí hoïa coï thãø phán thaình bäún loaûi laì: nhiãùu quaï taíi, nhiãùu ngáùu nhiãn, nhiãùu haût vaì nhiãùu rung. Läùi bit gáy båíi nhiãùu kãnh truyãön, nhåì quaï trçnh maî hoïa kãnh nãn läùi naìy ráút nhoí khäng âaïng kãø.

16. Tyí säú tên hiãûu trãn nhiãùu S/N tênh bàòng dB laì: α+= n02,6)N/S(dB

; åí âáy α = 4,77

âäúi våïi S/N âènh vaì α = 0 âäúi våïi S/N trung bçnh nãúu tên hiãûu vaìo âaût mæïc täúi âa. Thæûc tãú thç tyí säú (S/N) khäng âäöng âãöu maì phuû thuäüc vaìo biãn âäü tên hiãûu tæång tæû.

17. Cäng suáút trung bçnh cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa phuû thuäüc vaìo kêch thæåïc bæåïc S. Nãúu kêch thæåïc bæåïc khäng thay âäøi thç tyí säú S/N seî nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì låïn âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäüü låïn. Âãø âaût âæåüc tyí säú S/N âäöng âãöu maì khäng laìm tàng säú mæïc læåüng tæí hoïa thç tiãún haình læåüng tæí hoïa khäng âäöng âãöu våïi kêch thæåïc bæåïc thay âäøi: kêch thæåïc bæåïc nhoí âäúi våïi tên hiãûu coï biãn âäü nhoí vaì ngæåüc laûi.

18. Âãø thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa khäng âãöu, træåïc hãút cho tên hiãûu tæång tæû âi qua mäüt bäü khuãúch âaûi neïn phi tuyãún goüi laì bäü neïn (compressor), räöi vaìo bäüü maî hoïa PCM sæí duûng læåüng tæí hoïa âãöu. Coï hai luáût neïn laì luáût µ vaì luáût A. Ngæåüc våïi quaï trçnh neïn bãn phaït, bãn thu thæûc hiãûn quaï trçnh giaíi neïn hay coìn goüi laì giaîn nhåì bäü giaîn (expandor).

19. Âãø quaï trçnh neïn - giaîn khäng laìm aính hæåíng âãún cháút læåüng cuía tên hiãûu khäi phuûc thç âáy phaíi laì mäüt quaï trçnh tuyãún tênh. Âiãöu naìy âæåüc thæûc hiãûn trong thæûc tãú bàòng caïch xáúp xè tuyãún tênh hoïa tæìng âoaûn. Âàûc tuyãún neïn luáût A âæåüc xáúp xè hoïa bàòng mäüt âæåìng gáúp khuïc 13 âoaûn.

20. Âãø tiãút kiãûm bàng thäng truyãön dáùn, coï thãø thæûc hiãûn caïc kyî thuáût säú hoïa khaïc hiãûu quaí hån PCM. Caïc kyî thuáût naìy quan tám âãún sæû tæång quan cuía tên hiãûu, sæí duûng âäü dæ âãø laìm giaím täúc âäü bit, tæïc laì giaím bàng thäng. Caïc kyî thuáût giaím bàng thäng thæåìng gàûp bao gäöm: PCM delta, PCM vi sai DPCM, DPCM thêch nghi, âiãöu chãú delta DM vaì âiãöu chãú delta thêch nghi AD.

21. PCM delta laì mäüt kyî thuáût âån giaín âãø giaím bàng thäng cuía tên hiãûu PCM. Thay vç maî hoïa vaì truyãön âi toaìn bäü giaï trë cuía máùu, PCM delta chè maî hoïa vaì truyãön âi âäü chãnh lãûch giæîa caïc máùu caûnh nhau .Thäng thæåìng âäü chãnh lãûch naìy nhoí hån giaï trë cuía toaìn bäüü máùu nãn maî hoïa âäü lãûch seî sæí duûng êt bit trong mäüt tæì maî hån so våïi PCM thäng thæåìng.

- 78 -

- Chæång III -

- 79 -

22. Kyî thuáût DPCM thæûc hiãûn maî hoïa trãn cå såí PCM nhæng sæí duûng thuáût toaïn dæû âoaïn âãø dæû âoaïn giaï trë cuía máùu tæång lai cuía tên hiãûu, räöi âåüi cho âãïn khi giaï trë cuía máùu thæûc sæû xuáút hiãûn âãø kiãøm tra so saïnh, sau âoï truyãön âi tên hiãûu biãøu diãùn sai khaïc giæîa giaï trë dæû âoaïn våïi giaï trë thæûc sæû. Sai khaïc naìy biãøu diãùn cho pháön khäng dæû âoaïn âæåüc. Theo caïch âoï, DPCM cho pheïp maî hoïa våïi âäü daìi tæì maî giaím âi, bàng thäng cuía tên hiãûu giaím âi.

23. Kyî thuáût DPCM thêch nghi laì mäüt phiãn baín phæïc taûp hån cuía kyî thuáût DPCM. Trong ADPCM, caïc hãû säú dæû âoaïn khäng cäú âënh maì thay âäøi phuì håüp våïi sæû thay âäøi cuía caïc säú liãûu thäúng kã cuía tên hiãûu. Giaï trë cuía caïc hãû säú naìy âæåüc truyãön âi trãn âæåìng truyãön.

24. Kyî thuáût DM laì mäüt træåìng håüp âàûc biãût cuía DPCM, trong âoï mäùi tæì maî chè coï mäüt bit nhë phán, nghéa laì chè coï hai mæïc læåüng tæí hoïa M = 2. Bit duy nháút naìy chè ra sæû tàng hay giaím cuía máùu sau so våïi máùu træåïc.

25. Cuîng nhæ PCM thäng thæåìng, tên hiãûu DM cuîng chëu taïc âäüng cuía nhiãùu læåüng tæí hoïa. Khi bäü DM khäng thãø theo këp nhæîng biãún âäøi nhanh cuía tên hiãûu vaìo thç tên hiãûu maî hoïa caïch xa tên hiãûu vaìo mäüt khoaíng låïn hån kêch thæåïc bæåïc, ta noïi bäü DM bë quaï taíi theo âäü däúc. Âãø giæî cho hai loaûi nhiãùu naìy nàòm trong phaûm vi cho pheïp, ta phaíi láúy máùu våïi táön säú láúy máùu låïn hån táön säú láúy máùu sæí duûng trong PCM nhiãöu láön.

26. Âãø giæî cho caí hai nhiãùöu læåüng tæí hoïa vaì nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc nàòm trong phaûm vi cho pheïp maì khäng tàng táön säú láúy máùu lãn nhiãöu láön nhæ trong DM, ngæåìi ta sæí duûng kyî thuáût DM thêch nghi ADM. ÅÍ âáy, kêch thæåïc bæåïc thay âäøi theo tên hiãûu vaìo, kêch thæåïc bæåïc låïn khi coï nhiãùu quaï taíi theo âäü däúc vaì nhoí khi coï nhiãùu læåüng tæí hoïa.

27. Âãø biãøu diãùn tên hiãûu säú cho phuì håüp âãø truyãön qua kãnh thäng tin, phaíi thæûc hiãûn âënh daûng tên hiãûu säú. Caïc bit nhë phán 0 vaì 1 coï thãø âæåüc biãøu diãùn dæåïi nhiãöu daûng khaïc nhau goüi laì maî âæåìng.

28. Viãûc læûa choün loaûi maî âæåìng naìo cho phuì håüp phaíi dæûa vaìo mäüt hoàûc nhiãöu caïc yãúu täú nhæ: thaình pháön mäüt chiãöu DC, bàng thäng, tyí lãû läùi bit BER, tênh trong suäút, khaí nàng dãù daìng khäi phuûc âäöng häö, khaí nàng tæû phaït hiãûn läùi, âån giaín trong viãûc thæûc hiãûn maî hoaï vaì giaíi maî.

29. Coï hai loaûi maî âæåìng chênh laì RZ vaì NRZ . Våïi maî RZ, daûng soïng tråí vãö mæïc âiãûn aïp tham chiãúu (thæåìng 0 V) trong mäüt næía ä bit, maî NRZ thç khäng quay tråí vãö mæïc âiãûn aïp tham chiãúu. Trong mäùi loaûi, maî âæåìng laûi âæåüc phán loaûi tiãúp thaình: Unipolar NRZ, ì Unipolar RZ, Polar NRZ,ì Polar RZ, Bipolar NRZ, ì Bipolar RZ, Manchester, HDB3, CMI...

30. Hçnh daûng cuía xung biãøu diãùn caïc maî âæåìng laì vuäng. Bàng thäng cuía caïc xung vuäng laì vä haûn. Âãø truyãön caïc xung naìy qua kãnh truyãön váût lyï coï bàng thäng hæîu haûn, cáön phaíi loüc táön säú bàòng bäü loüc thäng tháúp. Sæû loüc naìy laìm âäü räüng cuía xung giaîn ra trong miãön thåìi gian, khiãún cho caïc xung caûnh nhau coï thãø chäöng láún lãn nhau gáy ra sæû giao thoa liãn kyï tæû ISI

31. Aính hæåíng cuía nhiãùu kãnh truyãön vaì cuía caïc yãúu täú khaïc coï thãø biãút âæåüc bàòng caïch quan saït daûng soïng maî âæåìng thu trãn oscilloscope. Biãøu diãùn naìy âæåüc goüi laì mä hçnh màõt.

- Chæång III -

- 80 -

Mä hçnh màõt cho pheïp âaïnh giaï cháút læåüng cuía maî âæåìng thu âæåüc vaì khaí nàng taïch läùi cuía bäü thu, cung cáúp cho ta nhæîng thäng tin nhæ: läùi âënh thåìi, giåïi haûn nhiãùu, læåüng meïo täúi âa...

32. Maî hoïa tiãúng noïi chuyãøn âäøi tiãúng noïi tæì tæång tæû sang säú våïi täúc âäü cæûc tháúp so våïi PCM. Coï thãø phán thaình hai loaûi chênh laì maî hoïa soïng vaì maî hoïa thoaûi.

33. Bäü maî hoïa soïng sæí duûng caïc thuáût toaïn maî hoïa vaì giaíi maî âãø coï thãø taïi taûo âæåüc åí âáöu ra cuía hãû thäúng daûng soïng xáúp xè våïi âáöu vaìo, vê duû âiãøn hçnh laì PCM.

34. Bäü maî hoïa thoaûi (vocoder) hoaût âäüng trãn nguyãn tàõc chè maî hoaï âãø truyãön âi caïc täø håüp ám vë laì yãúu täú cå baín cáúu thaình nãn tiãúng noïi. Bäü giaíi maî taûo laûi tiãúng noïi bàòng caïch khäi phuûc laûi caïc täø håüp ám vë naìy. Nhåì chè maî hoïa vaì truyãön âi caïc thäng säú quan troüng nháút nãn háöu hãút âäü dæ trong tiãúng noïi âaî âæåüc loaûi boí, täúc âäü bit cuía tên hiãûu tiãúng noïi säú nhoí hån nhiãöu so våïi maî hoïa soïng. Tuy nhiãn luïc naìy tiãúng noïi chè âuí hiãøu chæï khäng coìn giæî âæåüc âäü phán biãût, tênh trung thæûc, ngæî âiãûu...cuía ngæåìi noïi nhæ PCM.

35. Coï ba kiãøu thiãút kãú chênh cho vocoder laì vocoder kiãøu kãnh, vocoder kiãøu formant vaì maî hoïa duìng dæû âoaïn tuyãún tênh LPC.

36. Maî hoïa audio dæûa trãn nguyãn tàõc maî hoïa bàng con: phán chia tên hiãûu thaình caïc daíi bàng riãng biãût vaì maî hoïa êt bit âäúi våïi tên hiãûu trong bàng táön tháúp , nhiãöu bit âäúi våïi tên hiãûu åí bàng táön cao. Kãút quaí laì giaím âæåüc säú bit yãu cáöu cho mäùi máùu, giaím âæåüc âäü räüng bàng thäng cuía tên hiãûu maî hoïa.

- Chæång IV -

Chæång 4 Maî hoïa nguäön Hãû thäúng thäng tin âæåüc sæí duûng âãø truyãön tin tæïc tæì nguäön tin âãún nháûn tin. Nguäön tin sinh ra tin dæåïi nhiãöu daûng khaïc nhau, vê duû ám thanh trong hãû thäúng radio, tên hiãûu video trong hãû thäúng vä tuyãún truyãön hçnh...

Tin naìy coï thãø âæåüc âæa træûc tiãúp vaìo kãnh âãø truyãön âi, nhæng trong thæûc tãú, tin naìy thæåìng âæåüc biãún âäøi räöi âæa vaìo kãnh truyãön. Vê duû nhæ tin laì vàn baín tiãúng Anh, nguäön tin coï khoaíng 40 kyï tæû (symbol) khaïc nhau, gäöm caïc máùu tæû alphabet, con säú, dáúu cháúm cáu...Vãö nguyãn tàõc ta coï thãø duìng 40 daûng soïng âiãûn aïp khaïc nhau âãø biãøu thë 40 kyï tæû naìy. Tuy nhiãn thæûc tãú thç phæång phaïp naìy khäng phuì håüp, quaï khoï thæûc hiãûn hay tháûm chê khäng thãø âæåüc, vç:

- Kãnh truyãön khäng phuì håüp vãö màût váût lyï âãø coï thãø mang nhiãöu kyï tæû khaïc nhau nhæ váûy.

- Daíi táön âoìi hoíi seî ráút räüng.

- Viãûc læu træî hay xæí lyï tên hiãûu træåïc khi truyãön ráút khoï, trong khi nãúu chuyãøn sang nhë phán thç moüi viãûc seî dãù daìng hån nhiãöu.

Váûy ta tháúy cáön phaíi thay âäøi daûng cuía tin khaïc âi so våïi daûng ban âáöu do nguäön cung cáúp. Cäng viãûc thay âäøi daûng naìy âæåüc goüi laì maî hoïa (encoding).

Cå såí lyï thuyãút cuía maî hoïa laì lyï thuyãút tin (information theory). Lyï thuyãút tin liãn quan âãún viãûc biãøu diãùn tin bàòng caïc kyï tæû, âæa ra giåïi haûn lyï thuyãút cho viãûc thæûc hiãûn hãû thäúng thäng tin, cho pheïp âaïnh giaï hiãûu suáút cuía hãû thäúng thæûc tãú. Nãön taíng cuía lyï thuyãút tin do Hartley vaì Nyquist âæa ra tæì nhæîng nàm 1920 vaì âæåüc Shannon hoaìn chènh vaì täøng kãút vaìo nàm 1948. Âáy laì mäüt lyï thuyãút phæïc taûp, pháön âáöu cuía chæång naìy daình âãø trçnh baìy nhæîng váún âãö cå baín nháút cuía lyï thuyãút tin.

Vãö caïc muûc âêch cuía maî hoïa, ta coï thãø toïm tàõt nhæ sau:

- Âënh daûng, âãø chuyãøn tin tæì daûng gäúc tæû nhiãn sang daûng chuáøn vê duû sang daûng säú PCM.

- Maî hoïa âæåìng, âãø âaím baío daûng soïng cuía kyï tæû truyãön âi phuì håüp våïi caïc âàûc âiãøm cuía kãnh truyãön.

- Maî hoïa nguäön (source encoding), nhàòm giaím säú kyï tæû trung bçnh yãu cáöu âãø truyãön baín tin.

- Máût maî hoïa (encryption), âãø maî hoïa baín tin bàòng mäüt khoïa máût maî nhàòm traïnh sæû thám nháûp traïi pheïp, âaím baío âäü an toaìn cho thäng tin.

- Maî hoïa kãnh truyãön (channel encoding), cho pheïp bãn thu coï thãø phaït hiãûn, kãø caí sæía

- 81 -

- Chæång IV -

âæåüc caïc läùi trong baín tin thu âãø tàng âäü tin cáûy cuía thäng tin.

Pháön âënh daûng vaì maî hoïa âæåìng âaî âæåüc xeït âãún trong chæång III. Do nhæîng âàûc âiãøm riãng, pháön máût maî hoïa khäng âæåüc âãö cáûp trong giaïo trçnh naìy. Pháön maî hoaï kãnh truyãön seî âæåüc trçnh baìy trong chæång sau. Chæång naìy trçnh baìy vãö maî hoïa nguäön, trong âoï táûp trung vaìo loaûi maî thäúng kã täúi æu. Loaûi maî naìy taûo ra tæì maî coï âäü daìi thay âäøi, trong âoï phäø biãún laì maî Huffman, bao gäöm maî Huffman cå såí (basic Huffman) vaì maî Huffman âäüng (dynamic Huffman). Pháön cuäúi chæång seî giåïi thiãûu så læåüc vãö maî hoïa fax (facsimile)

4.1 Lyï thuyãút tin

4.1.1 Âo tin tæïc

Âãø âaïnh giaï âënh læåüng cho tin tæïc, ngæåìi ta âæa ra khaïi niãûm læåüng tin (information content). Læåüng tin liãn quan âãún giaï trë cuía tin, hay noïi caïch khaïc laì khaí nàng dæû âoaïn âæåüc (predictability) cuía tin: mäüt tin coï khaí nàng âoaïn træåïc caìng nhiãöu thç caìng chæïa êt tin. Vê duû, baín tin vãö tyí säú tráûn boïng Manchester United - Bradford Academicals laì 7 - 0 chæïa ráút êt tin nhæng kãút quaí ngæåüc laûi thç gáy cháún âäüng, vaì do âoï chæïa ráút nhiãöu tin. Váûy xaïc suáút caìng cao thç baín tin caìng chæïa êt tin vaì ngæåüc laûi. Ta coï thãø viãút:

p (baín tin) = 1 khäng mang tin

p (baín tin) = 0 mang mäüt læåüng tin vä haûn.

Tæì nháûn xeït trãn, ta tháúy tin caìng coï yï nghéa khi noï caìng hiãúm gàûp, nãn âäü låïn cuía noï phaíi tyí lãû nghëch våïi xaïc suáút xuáút hiãûn cuía tin.

Xeït nguäön tin X råìi raûc sinh ra caïc tin i våïi xaïc suáút laì p(i), læåüng tin cuía tin i phaíi laì mäüt haìm coï caïc âàûc âiãøm sau:

- Tyí lãû nghëch våïi xaïc suáút xuáút hiãûn p(i), hay âoï laì haìm f(1/p(i)).

- Haìm naìy phaíi laì 0 khi p(i) = 1.

- Nãúu hai tin âäüc láûp thäúng kã laì i vaì j âäöng thåìi xuáút hiãûn, ta coï tin laì (i,j), læåüng tin chung cuía chuïng phaíi bàòng täøng læåüng tin cuía tæìng tin, nghéa laì:

f(1/p(i,j)) = f(1/p(i)) + f(1/p(j))

Theo luáût nhán xaïc suáút ta coï:

p(i,j) = p(i).p(j)

Do âoï:

f(1/(p(i).p(j))) = f(1/p(i)) + f(1/p(j))

Ta tháúy haìm loga thoaí maîn táút caí caïc yãu cáöu naìy. Váûy haìm log(1/p(i)) âæåüc choün âãø âaïnh giaï âënh læåüng cho tin. Læåüng tin cuía mäüt tin i âæåüc kyï hiãûu laì I(i). Âënh nghéa læåüng tin cuía mäüt tin i laì:

)i(plog)i(p

1log)i(I −==

- 82 -

- Chæång IV -

Âån vë âo cuía læåüng tin tuyì thuäüc vaìo cå säú cuía loga. Âån vë cuía læåüng tin laì bit, laì nat hay laì hartley khi cå säú cuía loga láön læåüt laì 2, la ì e hay laì 10. Trong âoï cå säú 2 thæåìng âæåüc choün hån caí. Khi choün cå säú 2 thç læåüng tin cuía tin i laì:

)i(plog)i(p

1log)i(I22

−== (bit)

Váûy coï thãø âënh nghéa bit nhæ sau: bit laì læåüng tin mang trong mäüt kyï tæû coï xaïc suáút xuáút hiãûn laì p = 0,5.

4.1.2 Entropy cuía nguäön tin

Entropy H âæåüc âënh nghéa laì giaï trë trung bçnh thäúng kã cuía læåüng tin. Âoï laì læåüng tin trung bçnh chæïa trong mäüt kyï tæû báút kyì cuía nguäön tin.

Xeït mäüt nguäön tin sinh ra M kyï tæû âäüc láûp thäúng kã. Nguäön tin naìy âæåüc goüi laì nguäön råìi raûc khäng nhåï (discrete memoryless source). Entropy cuía nguäön naìy laìì:

∑=

=M

1m2 )m(p

1log)m(pH (bit/kyï tæû)

trong âoï p (m) laì xaïc suáút choün kyï tæû thæï m.

Lyï thuyãút tin âaî chæïng minh giaï trë låïn nháút cuía entropy laì MlogH2max

= , âaût âæåüc khi

caïc kyï tæû âäüc láûp vaì âäöng xaïc suáút (equiprobable), nghéa laì:

M,1m,M/1)m(p =∀=

Âäúi våïi nguäön tin ASCII coï M = 128 thç entropy cæûc âaûi laì:

Hmax = - log2(1/128) = 7 (bit/kyï tæû).

Thæûc tãú thç âiãöu naìy khoï xaíy ra nãn entropy cuía nguäön ASCII laì:

7)m(p

1log)m(pH128

1m2

<= ∑=

(bit/kyï tæû)

Âäúi våïi nguäön tin nhë phán coï M = 2, nãúu p (1) = 1 vaì p (0) = 1-p thç entropy laì:

p11log)p1(

p1logp

)m(p1log)m(pH

22

2

1m2 −

−+== ∑=

(bit/kyï tæû)

4.1.3 Entropy coï âiãöu kiãûn vaì âäü dæ

Âäúi våïi caïc nguäön tin trong âoï viãûc sinh ra kyï tæû sau khäng âäüc láûp thäúng kã våïi caïc kyï tæû træåïc âoï ( goüi laì nguäön coï nhåï - memory source) thç cäng thæïc entropy trãn khäng âuí täøng quaït âãø tênh âæåüc entropy chênh xaïc.

Trong træåìng håüp naìy phaíi xeït âãún xaïc suáút coï âiãöu kiãûn (conditional probability). Vê duû våïi nguäön coï nhåï mäüt kyï tæû, nghéa laì kyï tæû sau âæåüc choün phuû thuäüc vaìo mäüt kyï tæû træåïc âoï, entropy âæåüc tênh nhæ sau:

- 83 -

- Chæång IV -

∑∑=j

2i )ij(p

1log)i,j(pH (bit/kyï tæû)

åí âáy laì xaïc suáút nguäön choün i vaì j, )i,j(p )ij(p laì xaïc suáút nguäön choün j nãúu træåïc âoï âaî

choün i. Theo âënh lyï Bayes, ta coï:

)ij(p)i(p)i,j(p =

Váûy:

∑∑=j

2i )ij(p

1log)ij(p)i(pH (bit/kyï tæû)

Sæû khaïc nhau giæîa entropy thæûc sæû cuía nguäön vaì entropy cæûc âaûi goüi laì âäü dæ (redundancy) cuía nguäön, kyï hiãûu laì r:

∑∑−=−=j

2i

2max )ij(p1log)ij(p)i(pMlogHHr (bit/kyï tæû)

Âäü dæ tæång âäúi cuía nguäön âæåüc âënh nghéa nhæ sau:

maxmax

max

HH1

HHH

r −=−

=

4.1.4 Sæû máút maït tin do nhiãùu

Goüi kyï tæû nguäön thæï i âæåüc truyãön âi laì , xaïc suáút xuáút hiãûn laì , læåüng tin cuía

laì : TX

iTX

i )i(pTX

TXi )i(I

TXTX

)i(p1log)i(ITX

2TXTX= (bit)

Âäúi våïi kãnh khäng nhiãùu (noiseless channel), giaí sæí âiãûn aïp tæång æïng våïi kyï tæû phaït laì

, khi bãn nháûn tin taïch âæåüc thç coï thãø biãút chàõc chàõn kyï tæû phaït åí nguäön laì .

Læåüng tin trong træåìng håüp naìy âæåüc baío toaìn khi truyãön qua kãnh:

RXv

TXi

RXv

TXi

)i(p1log)i(I)i:v(ITX

2TXTXTXRXRX== (bit)

Tuy nhiãn, âäúi våïi kãnh coï nhiãùu (noise channel), khi bãn nháûn tin taïch âæåüc âiãûn aïp thç

khäng thãø kãút luáûn chàõc chàõn vãö kyï tæû thæûc phaït åí nguäön. Sæû khäng chàõc chàõn naìy liãn quan âãún xaïc suáút

RXv

)vi(pRXTX

, âáy laì xaïc suáút phaït kyï tæû thæï i vaì taïch âæåüc âiãûn aïp åí bãn

nháûn (Âäúi våïi kãnh khäng nhiãùu, xaïc suáút naìy laì 1). Âäúi våïi kãnh coï nhiãùu, tin nháûn âæåüc êt hån tin truyãön âi mäüt læåüng liãn quan âãún âäü khäng chàõc chàõn cuía quyãút âënh. Thæûc tãú, læåüng tin nháûn âæåüc laì:

RXv

- 84 -

- Chæång IV -

)i(p

)vi(plog)i:v(I

TX

RXTX2TXRXRX

= (bit)

Giaí sæí bãn nháûn tin thæûc hiãûn quyãút âënh cæïng, âiãûn aïp chuyãøn âäøi træûc tiãúp thaình kyï tæû

nháûn laì . Trong træåìng håüp naìy, læåüng tin nháûn âæåüc laì: RX

v

RXi

)i(p

)ii(plog)i(I

TX

RXTX2RXRX

= (bit)

Sæû suy giaím læåüng tin trong mäùi kyï tæû do nhiãùu coï nghéa laì entropy nháûn nhoí hån entropy phaït. Entropy nháûn chênh laì entropy hiãûu quaí (effective entropy) cuía caïc kyï tæû nháûn. Kyï hiãûu entropy hiãûu quaí laì vaì âæåüc tênh nhæ sau:

effH

∑=i

RXRXRXeff)i(I)i(pH (bit/kyï tæû)

åí âáy laì xaïc suáút thu kyï tæû thæï i. )i(pRX

Sæû khaïc nhau giæîa vaì entropy phaït goüi laì âäü nghi ngåì (equivocation) E: eff

H

effH = H - E (bit/kyï tæû)

Âäü nghi ngåì âæåüc tênh tæì viãûc ta khäng chàõc laì kyï tæû truyãön âi coï giäúng våïi kyï tæû nháûn âæåüc hay khäng. Sæû khäng chàõc chàõn naìy laì do kãnh truyãön coï nhiãùu nãn coï thãø xem nhiãùu chênh laì tin ám cäüng vaìo doìng kyï tæû phaït.

Âäü nghi ngåì âæåüc âënh nghéa laì:

)ji(p1log)ji(p)j(p

)ji(p1log)j,i(pE

RXTX2

iRXTX

j jRX

RXTX2RXTX

i∑∑ ∑∑ ==

åí âáy laì xaïc suáút nháûn kyï tæû thæï j, )j(pRX

)ji(pRXTX

liãn quan âãún xaïc suáút läùi kyï tæû.

4.1.5 Täúc âäü láûp tin cuía nguäön tin

Ngoaìi thäng säú cå baín cuía nguäön laì entropy tuyì thuäüc vaìo cáúu truïc thäúng kã cuía nguäön, coìn coï mäüt thäng säú khaïc tuyì thuäüc vaìo tênh cháút váût lyï cuía nguäön. Âoï laì täúc âäü thiãút láûp tin (information rate) cuía nguäön, kyï hiãûu laì R. Thäng säú naìy chè ra sæû hçnh thaình tin nhanh hay cháûm âãø âæa vaìo kãnh. Vê duû con ngæåìi, do kãút cáúu cuía cå quan phaït ám nãn mäùi giáy chè phaït ám âæåüc tæì 5 âãún 7 tiãúng, trong khi mäüt thiãút bë âáöu cuäúi säú liãûu coï thãø âaût âãún haìng ngaìn kyï hiãûu trong mäüt giáy.

Täúc âäü thiãút láûp tin cuía nguäön coï âån vë laì læåüng tin trãn âån vë thåìi gian (træåìng håüp duìng loga cå säú 2 thç âån vë laì bit/s) vaì âæåüc tênh laì têch cuía entropy våïi säú kyï hiãûu láûp âæåüc trong mäüt âån vë thåìi gian:

- 85 -

- Chæång IV -

HnR0

= (bit/s)

trong âoï n0 laì säú kyï hiãûu láûp âæåüc trong mäüt âån vë thåìi gian, tuyì thuäüc vaìo tênh cháút váût lyï cuía nguäön.

Ta tháúy âãø náng cao täúc âäü thiãút láûp tin cuía nguäön cáön thiãút phaíi náng cao entropy. Täúc âäü láûp tin cuía nguäön seî cæûc âaûi khi entropy cuía nguäön cæûc âaûi.

4.1.6 Thäng læåüng kãnh

Âënh nghéa thäng læåüng cuía kãnh (channel capacity) laì læåüng tin täúi âa kãnh cho âi qua trong mäüt âån vë thåìi gian maì khäng gáy läùi. Kyï hiãûu thäng læåüng kãnh laì C vaì âån vë âo giäúng nhæ âån vë cuía täúc âäü láûp tin (bit/s).

Thäng thæåìng täúc âäü láûp tin beï hån nhiãöu so våïi thäng læåüng kãnh:

CR <<

a) Træåìng håüp truyãön tin trong kãnh khäng nhiãùu:

Khi kãnh khäng nhiãùu, toaìn bäü tin tæïc âãöu âæåüc truyãön qua kãnh maì khäng bë läùi. Læåüng tin täúi âa maì kãnh cho qua cuîng bàòng våïi læåüng tin täúi âa maì nguäön coï thãø thiãút láûp. Váûy thäng læåüng kãnh laì:

max0maxHnRC == (bit/s)

Theo Shannon, nãúu R < C thç coï thãø maî hoïa âãø laìm cho täúc âäü láûp tin cuía nguäön tiãúp cáûn våïi thäng læåüng kãnh:

εε<− ,RC laì vä cuìng beï

Phæång phaïp maî hoïa naìy âæåüc goüi laì maî hoaï thäúng kã täúi æu.

b) Træåìng håüp truyãön tin trong kãnh coï nhiãùu:

Trong kãnh coï nhiãùu, læåüng tin truyãön âi bë hao huût mäüt pháön do nhiãùu nãn thäng læåüng kãnh bë giaím âi. Læåüng giaím âi âoï chênh laì læåüng tin bë nhiãùu phaï huíy trong mäüt âån vë thåìi gian, âæåüc tênh bàòng n0 E. Váûy thäng læåüng kãnh coï nhiãùu laì:

)EH(nEnHnRmax00max0

−=−=

Theo Shannon, nãúu R < C thç coï thãø maî hoïa âãø tin âæåüc truyãön âi trong kãnh våïi xaïc suáút läùi beï tuyì yï vaì nãúu R > C thç khäng thãø truyãön tin âi maì khäng bë läùi. Phæång phaïp maî hoïa âãø giaím xaïc suáút läùi âæåüc goüi laì maî hoaï âiãöu khiãøn läùi.

Âãø so saïnh caïc loaûi hãû thäúng thäng tin khaïc nhau, ta coï thãø xeït kãnh truyãön cho thuáûn tiãûn. Xeït kãnh coï nhiãùu gausse tràõng, tyí säú tên hiãûu trãn nhiãùu trung bçnh laì S/N, bàng thäng cuía kãnh laì B. Theo âënh lyï Hartley - Shannon, thäng læåüng cuía kãnh naìy laì:

)N/S1(logBC2

+= (bit/s)

- 86 -

- Chæång IV -

Coï thãø aïp duûng räüng raîi kãút quaí naìy cho nhiãöu hãû thäúng khaïc nhau båíi vç coï thãø mä hçnh hoïa nhiãöu kãnh thaình kãnh gausse tràõng (white gaussian channel). Kãút quaí naìy cuîng âæåüc cháúp nháûn cho caí kãnh liãn tuûc vaì råìi raûc.

4.2 Cå baín vãö maî hoïa

4.2.1 Âënh nghéa maî hoïa

Cho nguäön tin råìi raûc X sinh ra N tin hay kyï tæû âäüc láûp ( ). Xeït mäüt táûp M

coï M pháön tæí hæîu haûn ( ). Ni21

x,...,x,...,x,x

q21m,...,m,m

Maî hoïa (encoding) nguäön tin X bàòng táûp M coï nghéa laì biãún âäøi mäùi tin cuía nguäön tin X

thaình mäüt táûp caïc pháön tæí thuäüc M nhàòm thoía maîn mäüt yãu cáöu naìo âoï cuía hãû thäúng thäng tin:

ix

il2i1iim...mmx →

Pheïp biãún âäøi ngæåüc laûi:

iil2i1i

xm...mm →

âæåüc goüi laì giaíi maî (decoding).

Thäng thæåìng, säú tin cuía nguäön tin ráút låïn nãn säú kyï hiãûu maî khäng thãø bàòng hoàûc nhiãöu hån säú tin.

4.2.2 Caïc tham säú cå baín cuía maî hoïa

Táûp M âæåüc goüi laì maî hiãûu (code), caïc pháön tæí goüi laì kyï hiãûu maî (symbol), säú kyï hiãûu maî

khaïc nhau trong maî goüi laì cå säú cuía maî. Maî nhë phán laì maî cå säú 2, trong âoï maî chè coï 2 kyï hiãûu maî laì 0 vaì 1.

km

Daîy liãn tuûc caïc kyï hiãûu maî duìng âãø maî hoïa mäüt tin cuía nguäön âæåüc goüi laì tæì maî (codeword). ÅÍ âáy tæì maî tæång æïng våïi tin laì .

ix

il2i1im...mm

Säú kyï hiãûu maî coï trong mäüt tæì maî âæåüc goüi laì âäü daìi cuía tæì maî (codeword length), kyï hiãûu laì l. Vê duû tæì maî 00100 coï âäü daìi laì 5.

Tham säú tiãúp theo laì troüng læåüng tæì maî (codeword weigh), âoï laì täøng säú caïc kyï hiãûu khaïc 0 coï màût trong tæì maîî, kyï hiãûu laì w. Vê duû tæì maî 110001 coï troüng læåüng laì 3.

Mäüt tham säú næîa laì khoaíng caïch maî (distance), kyï hiãûu laì d. Âoï laì säú kyï hiãûu cuìng vë trê khaïc nhau giæîa hai tæì maî daìi bàòng nhau. Vê duû khoaíng caïch giæîa hai tæì maî 110001 vaì 101000 laì 3.

Goüi C1 vaì C2 laì hai tæì maî daìi bàòng nhau. Coï thãø dãù daìng nháûn tháúy khoaíng caïch maî giæîa hai tæì maî naìy laì:

)CC(w)C,C(d2121

⊕=

- 87 -

- Chæång IV -

4.2.3 Phán loaûi maî

Ta coï thãø phán loaûi maî theo nhiãöu caïch khaïc nhau. Dæåïi âáy laì mäüt säú caïch hay gàûp:

- Dæûa vaìo âäü daìi cuía tæì maî, ta phán ra maî coï âäü daìi khäng âäøi goüi laì maî âãöu vaì maî coï âäü daìi thay âäøi goüi laì maî khäng âãöu. Âäúi våïi maî khäng âãöu, âäü daìi trung bçnh laì mäüt thäng säú cå baín cuía maî vaì âæåüc tênh theobiãøu thæïc:

∑=

=M

1mm

l)m(pl

trong âoï lm laì âäü daìi tæì maî tæång æïng våïi kyï tæû m.

- Dæûa vaìo troüng læåüng cuía tæì maî, ta phán ra maî coï troüng læåüng khäng âäøi vaì maî coï troüng læåüng thay âäøi.

- Dæûa vaìo khoaíng caïch maî giæîa hai tæì maî kãö nhau, ta phán ra maî coï khoaíng caïch khäng âäøi vaì maî coï khoaíng caïch thay âäøi.

- Dæûa vaìo cå säú cuía maî, ta phán ra maî nhë phán (maî cå säú 2), maî baït phán (maî cå säú 8), maî hexa (maî cå säú 16)... Trong âoï maî nhë phán laì maî thäng duûng nháút. Chæång naìy ta chè xeït maî nhë phán.

- Dæûa vaìo âäü tin cáûy, ta phán ra maî coï khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía läùi vaì maî khäng coï khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía läùi

- Dæûa vaìo hiãûu suáút thäng tin, ta phán ra maî täúi æu vaì maî chæa täúi æu.

4.2.4 Caïc phæång phaïp biãøu diãùn maî

a) Phæång phaïp liãût kã

Âáy laì phæång phaïp biãøu diãùn maî âån giaín nháút: chè cáön liãût kã caïc tin cuía nguäön vaì caïc tæì maî tæång æïng trong mäüt baíng.

Vê duû: nguäön tin coï 8 tin (kyï tæû), caïc tin âæåüc maî hoïa nhæ baíng 4.1

Phæång phaïp biãøu diãùn naìy coï æu âiãøm laì cuû thãø, roî raìng nhæng âäúi våïi caïc bäü maî låïn thç quaï cäöng kãönh.

Tin A B C D E F G H

Tæì maî 000 001 010 011 100 101 110 111

Baíng 4.1 Vê duû vãö baíng maî

b) Phæång phaïp ma tráûn

Tæì vê duû trãn, ta tháúy: coï nhæîng tæì maî laì täø håüp tuyãún tênh cuía caïc tæì maî khaïc. Chàóng haûn nhæ: ECBH,ECG,EBF,CBD ⊕⊕=⊕=⊕=⊕= . Váûy khäng cáön thiãút phaíi liãût kã hãút táút caí caïc tæì maî trong baíng maî maì chè cáön choün mäüt säú tæì maî laìm cå såí. Caïc tæì maî cå såí naìy seî láûp thaình baíng dæåïi daûng ma tráûn vaì goüi laì ma tráûn sinh (generated matrix).

- 88 -

- Chæång IV -

Vê duû ma tráûn sinh tæång æïng våïi baíng maî trãn laì:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

001010100

Khi thaình láûp ma tráûn sinh, quy æåïc loaûi boí caïc tæì maî gäöm toaìn kyï hiãûu 0.

c) Phæång phaïp cáy

Cáy maî (code tree) gäöm coï nuït gäúc (root node), nuït laï (leaf node) vaì caïc nuït nhaïnh (branch node). Gäúc cuía cáy goüi laì nuït gäúc. Tæì nuït gäúc phán ra täúi âa q nhaïnh (q laì cå säú cuía maî). Mäùi nhaïnh mang mäüt kyï hiãûu maî, âoï laì giaï trë cuía nhaïnh. Nhaïnh âæåüc bàõt âáöu åí nuït mæïc i vaì kãút thuïc åí nuït mæïc i+1. Nuït maì tæì âoï coìn phán nhaïnh tiãúp goüi laì nuït nhaïnh. Tæì mäùi nuït nhaïnh phán ra täúi âa q nhaïnh. Nuït cuäúi cuìng cuía cáy goüi laì nuït laï. Mäùi nuït laï biãøu diãùn mäüt cho mäüt tæì maî. Tæì maî bao gäöm caïc kyï hiãûu maî laì giaï trë cuía caïc nhaïnh theo thæï tæû âi tæì nuït gäúc qua caïc nuït nhaïnh âãún nuït laï.

Hçnh 4.1 laì vê duû vãö mäüt cáy maî cho bäü maî nhë phán gäöm caïc tæì maî laì 00, 01, 10, 1101, 11001.

Mæïc

11001

1101

1001

1

00

1

1

1

0

0

00

10Mæïc

Mæïc 5

Mæïc 4

Mæïc 3

Mæïc 2

Mæïc 1

Hçnh 4.1 Vê duû vãö cáy maî

Nhçn vaìo cáy maî ta coï thãø biãút âæåüc âáy laì maî âãöu hay khäng âãöu. Maî laì âãöu khi táút caí caïc nuït laï coï cuìng mæïc. Maî biãøu diãùn bàòng cáy maî åí hçnh 4.1 thuäüc loaûi maî khäng âãöu.

d) Phæång phaïp âa thæïc

Phæång phaïp naìy duìng laìm mä hçnh toaïn âãø biãøu diãùn maî voìng. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì coï thãø thæûc hiãûn maî hoïa vaì giaíi maî maî voìng dãù daìng bàòng caïch sæí duûng caïc pheïp toaïn âäúi våïi âa thæïc nhæ pheïp cäüng, nhán vaì chia.

Tæì maî k bit ( theo thæï tæû tæì traïi qua phaíi laì msb âãún lsb) coï thãø âæåüc

biãøu diãùn bàòng âa thæïc sau: 0122k1k

mmm...mm−−

- 89 -

- Chæång IV -

01

2

2

2k

2k

1k

1kmxmxm...xmxm)x(f +++++=

−

−

−

−

Vê duû tæì maî nhë phán 1101001 coï thãø biãøu diãùn bàòng âa thæïc: . 1xxx)x(f356+++=

4.3 Maî hoïa nguäön

Hãû thäúng thäng tin âæåüc sæí duûng âãø truyãön tin tæïc tæì nguäön tin âãún nháûn tin. Nguäön tin coï ráút nhiãöu daûng khaïc nhau, nhæng coï thãø phán thaình hai loaûi chênh laì nguäön liãn tuûc (continuous source) nhæ nguäön ám thanh, nguäön video... vaì nguäön råìi raûc (discrete source) nhæ nguäön dæî liãûu tæì maïy tênh.

Trong hãû thäúng thäng tin säú, âáöu ra cuía nguäön phaíi âæåüc chuyãøn thaình daûng thêch håüp âãø coï thãø truyãön âi bàòng kyî thuáût säú. Theo sæû phán loaûi nguäön, ta coï hai kyî thuáût maî hoïa nguäön chênh laì maî hoïa nguäön liãn tuûc vaì maî hoïa nguäön råìi raûc. Näüi dung maî hoïa nguäön liãn tuûc cuîng truìng våïi näüi dung säú hoaï tên hiãûu liãn tuûc âaî xeït trong chæång træåïc.

Trong pháön naìy, ta xeït quaï trçnh maî hoïa nguäön råìi raûc (discrete source encoding). Nguäön råìi raûc laì nguäön sinh ra caïc kyï tæû våïi mäüt quy luáût phán bäú xaïc suáút naìo âoï. Âãø cho âån giaín, ta xeït træåìng håüp nguäön khäng nhåï, caïc kyï tæû âæåüc sinh ra âäüc láûp våïi nhau. Thäng thæåìng, quy luáût phán bäú xaïc suáút sinh ra caïc kyï tæû laì khäng âãöu nãn âäü dæ cuía nguäön låïn, entropy cuía nguäön beï, täúc âäü láûp tin cuía nguäön coìn xa måïi âaût âãún thäng læåüng kãnh. Luïc âoï nhiãûm vuû cuía maî hoïa nguäön råìi raûc laì laìm cho cáúu truïc thäúng kã cuía nguäön tråí nãn håüp lyï bàòng caïch tàng entropy cuía caïc kyï tæû duìng âãø maî hoïa nguäön.

Nguyãn tàõc cuía maî hoïa nguäön råìi raûc laì maî hoïa caïc kyï tæû coï xaïc suáút sinh ra låïn bàòng caïc tæì maî ngàõn vaì maî hoïa caïc kyï tæû coï xaïc suáút sinh ra beï bàòng caïc tæì maî daìi. Loaûi maî naìy goüi laì maî hoïa thäúng kã (statistical encoding). Mäüt vê duû cuía maî hoïa thäúng kã laì maî Morse duìng âãø maî hoïa baín tin tiãúng Anh. Trong maî Morse, kyï tæû xuáút hiãûn nhiãöu nháút laì 'e' âæåüc maî hoaï bàòng tæì maî ngàõn nháút '.' (1 bit). Dæûa theo nguyãn tàõc naìy ta tháúy maî hoïa thäúng kã giuïp traïnh hiãûn tæåüng kãnh truyãön bë quaï taíi khi baín tin chæïa quaï nhiãöu kyï tæû coï xaïc suáút xuáút hiãûn låïn.

Viãûc truyãön tin seî tråí nãn kinh tãú hån nãúu maî thäúng kã coï âäü daìi trung bçnh cuía tæì maî laì nhoí nháút. Loaûi maî nhæ váûy goüi laì maî thäúng kã täúi æu (optimum statistical code). Âáy chênh laì maî hoïa neïn (copression)

Pháön sau âáy seî xeït cuû thãø caïc tiãu chuáøn cuía maî thäúng kã täúi æu cå säú 2.

4.3.1 Giåïi haûn cuía âäü daìi tæì maî trung bçnh

Giaí sæí nguäön tin X sinh ra caïc kyï tæû xi âäüc láûp. Maî hoïa nguäön tin X bàòng bäü maî nhë phán M, caïc kyï hiãûu maî 0 vaì 1 coï xaïc suáút bàòng nhau p(0) = p(1) = 0.5.

Læåüng tin riãng cuía mäüt kyï hiãûu 0 hay 1 bàòng våïi læåüng tin trung bçnh vaì âaût giaï trë cæûc âaûi:

12log)1(I)0(I2

=== (bit/kyï hiãûu)

Maî hoïa kyï tæû xi bàòng mäüt tæì maî nhë phán daìi li. Nhæ váûy læåüng tin chæïa trong tæì maî naìy seî laì li (bit). Læåüng tin trung bçnh chæïa trong mäüt tæì maî seî laì âäü daìi trung bçnh cuía tæì maî, laì L (bit)

- 90 -

- Chæång IV -

Âãø cho pheïp maî hoïa âaût hiãûu quaí cao, toaìn bäü læåüng tin riãng trong mäùi kyï tæû nguäön phaíi âæåüc chuyãøn hãút sang cho tæì maî tæång æïng, hay læåüng tin trung bçnh cuía tæì maî phaíi låïn hån hoàûc bàòng læåüng tin trung bçnh cuía mäüt kyï tæû nguäön. Læåüng tin trung bçnh cuía mäüt kyï tæû nguäön chênh laì entropy cuía nguäön H. Váûy:

HL ≥

Âáy laì giåïi haûn dæåïi cuía âäü daìi trung bçnh cuía tæì maî. Dáúu bàòng chè xaíy ra khi âäü daìi cuía mäüt tæì maî báút kyì bàòng våïi læåüng tin riãng cuía kyï tæû maì noï maî hoïa:

)x(ploglii

−=

Vç li laì säú nguyãn nãn - logp(xi) phaíi laì säú nguyãn. Khi âoï âäü daìi trung bçnh cuía tæì maî seî âaût täúi thiãøu L = Lmin. Ta coï bäü maî thäúng kã täúi æu. Thæåìng thç - logp(xi) khäng phaíi laì säú nguyãn nãn chè laì mäüt âiãöu kiãûn giåïi haûn. HL ≥

Ta coï thãø tháúy: âãø âäü daìi tæì maî trung bçnh nhoí nháút khi - logp(xi) khäng phaíi laì säú nguyãn thç L phaíi thoaí maîn báút âàóng thæïc sau:

1HLH +<≤

Váûy giåïi haûn trãn cuía âäü daìi tæì maî trung bçnh laì H+1. Mäüt bäü maî coï âäü daìi tæì maî trung bçnh thoaí âiãöu kiãûn naìy âæåüc goüi laì maî thäúng kã täúi æu.

4.3.2 Hiãûu suáút maî

Âënh nghéa hiãûu suáút maî (code efficiency) laì tyí säú giæîa entropy cuía nguäön tin coï caïc kyï tæû âäüc láûp vaì entropy cæûc âaûi cuía nguäön âoï:

%100xMlog

)m(p1log)m(p

%100xH

H

2

M

1m2

max

∑===η

Nãúu caïc kyï tæû nguäön âæåüc maî hoïa thaình mäüt táûp caïc kyï tæû måïi nhæ hçnh 4.2 thç H vaì H max laì

entropy vaì entropy cæûc âaûi cuía táûp kyï tæû måïi naìy.

Baín tin (Táûp kyï tæû 2)

Baín tin (Táûp kyï tæû 1) Maî hoïa

Hçnh 4.2 Chuyãøn âäøi baín tin giæîa hai táûp kyï tæû khaïc nhau

Nãúu caïc kyï tæû nguäön âæåüc maî hoïa thaình tæì maî nhë phán thç coï mäüt caïch khaïc âãø tênh hiãûu suáút maî:

- 91 -

- Chæång IV -

%100xl)m(p

H%100xLH

M

1mm∑

=

==η (bit/säú nhë phán)

åí âáy lm laì âäü daìi cuía mäùi tæì maî nhë phán vaì L laì âäü daìi tæì maî trung bçnh.

So saïnh hai cäng thæïc tênh hiãûu suáút maî åí trãn, ta ruït ra âæåüc:

Hmax (bit/kyï tæû) = L (bit/tæì maî)

4.3.3 Giaíi maî trong træåìng håüp tæì maî coï âäü daìi thay âäøi

Noïi chung laì chuïng ta âi tçm mäüt caïch maî hoïa hæîu hiãûu coï thãø biãøu diãùn caïc tin giäúng nhau maì trung bçnh duìng êt säú nhë phán hån. Kãút quaí laì âäü daìi cuía caïc tæì maî biãøu diãùn caïc kyï tæû khaïc nhau seî khaïc nhau. Váún âãö âàût ra laì laìm thãú naìo âãø bãn giaíi maî nháûn ra âæåüc âiãøm bàõt âáöu vaì kãút thuïc cuía caïc tæì maî daìi khaïc nhau nhæ váûy. Sau âáy laì caïc âàûc âiãøm cáön phaíi coï âãø giaíi maî våïi caïc tæì maî daìi khaïc nhau:

a) Giaíi maî duy nháút (unique decoding)

Âiãöu naìy laì cáön thiãút âãø cho caïc baín tin thu chè coï mäüt nghéa duy nháút. Xeït mäüt nguäön tin gäöm 4 kyï tæû alphabet, caïc kyï tæû âæåüc maî hoïa bàòng caïc tæì maî nhë phán nhæ sau:

A = 0, B = 01, C = 11, D = 00

Nãúu bãn thu nháûn âæåüc daîy tæì maî 0011thç khäng biãút laì bãn phaït truyãön âi DC hay laì AAC. Váûy vê duû trãn khäng thoía tênh giaíi maî duy nháút.

b) Giaíi maî tæïc thåìi (instaneous decoding)

Báy giåì xeït mäüt nguäön tin khaïc gäöm 4 kyï tæû alphabet, caïc kyï tæû âæåüc maî hoïa bàòng caïc tæì maî nhë phán nhæ sau:

A = 0, B = 10, C = 110, D = 111

Maî naìy coï thãø giaíi maî tæïc thåìi duìng cáy maî nhæ trong hçnh 4.3 a, vç khäng coï tæì maî hoaìn thaình naìo laì pháön âáöu (prefix) cuía tæì maî khaïc daìi hån noï. Maî thoía âiãöu kiãûn naìy goüi laì maî coï tênh prefix. Vê duû naìy ngæåüc våïi vê duû træåïc coï A laì pháön âáöu cuía caí B vaì D.

Âäi khi maî khäng coï tênh prefix nhæng váùn âaím baío giaíi maî duy nháút, tuy nhiãn luïc naìy khäng thãø giaíi maî tæïc thåìi âæåüc maì phaíi máút thãm thåìi gian âãø xem xeït caïc säú tiãúp theo træåïc khi kãút luáûn chênh xaïc âæåüc âiãøm kãút thuïc cuía tæì maî. Vê duû nhæ nguäön tin sau:

A = 0, B = 01, C = 011, D = 111

Ta tháúy nãúu bãn thu nháûn âæåüc säú 0 thç phaíi chåì nháûn thãm säú tiãúp theo. Nãúu säú tiãúp theo laì 0 thç quyãút âënh säú 0 træåïc laì A, nãúu säú tiãúp theo laì 1 thç chåì nháûn thãm mäüt säú næîa, räöi cæï tiãúp tuûc nhæ váûy.

Thuáût toaïn giaíi maî (hçnh 4.3 c) giaí sæí bãn thu âaî coï sàôn baíng tæì maî vaì baíng maî ASCII tæång æïng. Doìng bit thu âæåüc xæí lyï trong biãún DOÌNG BIT.ì Biãún TÆÌ MAÎ âæåüc duìng âãø læu caïc bit vaìo mäùi tæì maî trong khi caïc tæì maî naìy âæåüc hçnh thaình dáön. Nhæ ta tháúy tæì læu âäö, mäùi khi tæì

- 92 -

- Chæång IV -

maî âæåüc nháûn daûng, tæì maî ASCII tæång æïng âæåüc viãút vaìo trong biãún BÄÜ ÂÃÛM THU. Thuí tuûc naìy âæåüc làûp laûi cho âãún khi xæí lyï hãút táút caí caïc bit. Hçnh 4.3 b laì mäüt vê duû vãö giaíi maî.

Doìng bit thu: 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 - - - thåìi gian

Tæì maî: A B A D

1000001 1000010 1000001 1000100

B

A

1

D

1

C

0

0

10

N Y

Y

N

TÆÌ MAÎ = 0

Âoüc bit tiãúp theo tæì DOÌNG BIT & gàõn thãm vaìo caïc bit âang coï trong TÆÌ MAÎ

TÆÌ MAÎ âaî coï sàôn trong cáy maî ?

Taíi kyï tæû ASCII vaìo BÄÜ ÂÃÛM THU

Âaî xæí lyï táút caí bit trong DOÌNG BIT

Begin (c)

(b)

(a)

End

Hçnh 4.3 Thuáût toaïn giaíi maî vaì mäüt vê duû giaíi maî thæûc tãú (a) Vê duû cáy maî (b) Vê duû giaí i maî (c) Thuáût toaïn giaíi maî

- 93 -

- Chæång IV -

4.4 Maî hoïa Huffman

Nháûn tháúy xaïc suáút xuáút hiãûn cuía caïc kyï tæû trong nguäön tin laì khäng bàòng nhau, coï nhæîng kyï tæû xuáút hiãûn thæåìng xuyãn hån nhæîng kyï tæû khaïc, nàm 1952, Huffman âaî âæa ra mäüt thuáût toaïn maî hoïa dæûa trãn xaïc suáút xuáút hiãûn cuía caïc kyï tæû. Thuáût toaïn cuía Huffman täúi æu theo nghéa âäü daìi tæì maî trung bçnh laì nhoí nháút. Maî Huffman khäng coï âàûc tênh sæía läùi, nhæng coï tênh giaíi maî duy nháút vaì tæïc thåìi. Sau âáy ta seî xeït hai vê duû, mäüt vê duû vãö maî hoïa Huffman cå såí vaì mäüt vê duû vãö maî hoïa Huffman âäüng.

4.4.1 Maî hoïa Huffman cå såí (basic Huffman encoding)

Giaí sæí coï mäüt säú baín tin âæåüc truyãön giæîa hai maïy tênh qua maûng PSTN. Caïc baín tin chè chæïa caïc kyï tæû tæì A âãún H. Theo kãút quaí thäúng kã cho tháúy xaïc suáút xuáút hiãûn cuía caïc kyï tæû nhæ sau:

Kyï tæû A B C D E F G H

X.suáút 0.1 0.18 0.4 0.05 0.06 0.1 0.07 0.04

Entropy cuía nguäön laì:

∑=

==8

1m2

55.2)m(p

1log)m(pH (bit/kyï tæû)

Entropy cæûc âaûi cuía nguäön laì:

38logH2

== (bit/kyï tæû)

Nhæ váûy hiãûu suáút cuía nguäön laì:

%85%100x355.2

==η

Nãúu mäùi kyï tæû trãn âæåüc maî hoïa thaình 3 bit thç hiãûu suáút maî hoïa seî giæî nguyãn khäng thay âäøi laì 85 %.

Maî hoïa Huffman thæûc hiãûn maî hoïa sæí duûng êt bit hån cho caïc kyï tæû coï xaïc suáút xuáút hiãûn cao vç chuïng âæåüc truyãön âi thæåìng xuyãn hån vaì ngæåüc laûi, nhiãöu bit hån cho caïc kyï tæû coï xaïc suáút xuáút hiãûn tháúp nãn coï thãø tàng âæåüc hiãûu suáút.

Thuáût toaïn maî hoïa Huffman gäöm caïc bæåïc sau:

(1) Sàõp xãúp caïc kyï tæû theo thæï tæû xaïc suáút giaím dáön.

(2) Gaïn cho hai kyï tæû coï xaïc suáút xuáút hiãûn tháúp nháút våïi hai nhaïnh (0) vaì (1) cuía cáy maî. Tæì hai kyï tæû coï xaïc suáút tháúp nháút giaím coìn mäüt kyï tæû våïi xaïc suáút bàòng täøng cuía hai xaïc suáút.

(3) Làûp laûi tæì bæåïc (1) cho âãún khi chè coìn laûi mäüt kyï tæû duy nháút våïi xaïc suáút laì 1.

(4) Duyãût cáy maî âãø tçm ra tæì maî tæång æïng våïi tæìng kyï tæû cuía nguäön.

- 94 -

- Chæång IV -

Hçnh 4.4 a trçnh baìy vê duû vãö maî hoïa Huffman cho nguäön tin trãn. Nãúu ta quy æåïc gaïn cho nhaïnh âi ra tæì kyï hiãûu coï xaïc suáút cao hån laì 1 vaì nhaïnh kia laì 0, nhaïnh 0 veî åí bãn traïi, nhaïnh 1 veî åí bãn phaíi thç ta coï thãø veî laûi cáy maî Huffman væìa láûp âæåüc nhæ hçnh 4.4 b.

(a)

C 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.60(1)

B 0.18 0.18 0.18 0.19 0.23 0.37(1) 0.40(0)

A 0.10 0.10 0.13 0.18 0.19(1) 0.23(0)

F 0.10 0.10 0.10 0.13(1) 0.18(0)

G 0.07 0.09 0.10(1) 0.10(0)

E 0.06 0.07(1) 0.09(0)

D 0.05(1) 0.06(0)

H 0.04(0)

Thæï tæû troüng säú = 0.04 0.05 0.06 0.07 0.09 0.10 0.10 0.13 0.18 0.19 0.23 0.37 0.40 0.60

1

D 0.05

1.0

H 0.04

F 0.10 0.09

0.19 B 0.18

G 0.07 E 0.06

0.13 A 0.10

0.23 0.37

1

1

1 1

1 1

0

0 0

0 0

0 0.60 C 0.40

1 0 (b)

Hçnh 4.4 Vê duû maî hoïa Huffman

(a) Taûo cáy maî (b) Cáy maî

Goüi troüng säú cuía caïc nuït trong cáy maî laì xaïc suáút cuía nuït âoï, ta nháûn tháúy cáy maî Huffman væìa láûp laì cáy maî täúi æu theo nghéa thæï tæû troüng säú cuía caïc nuït tàng dáön theo chiãöu tæì dæåïi lãn trãn vaì traïi sang phaíi.

Nhçn vaìo cáy maî, ta tháúy kãút quaí maî hoïa Huffman cuía nguäön tin trãn nhæ sau:

- 95 -

- Chæång IV -

Kyï tæû C B A F G E D H

Tæì maî 0 110 100 1111 1011 1010 11101 11100

Âäü daìi tæì maî trung bçnh báy giåì laì:

L = 1(0.4) + 3(0.18 + 0.10) + 4(0.10 + 0.07 + 0.06) + 5(0.05 + 0.04) = 2.61(bit/kyï tæû)

Váûy âäü låüi maî hoïa laì:

%7.97%100x61.255.2%100x

LH

===η

Qua vê duû trãn ta tháúy hiãûu suáút 85 % khi khäng maî hoïa âaî tàng lãn âãún 97.7 % khi maî hoïa Huffman.

Ta tháúy ràòng phæång phaïp maî hoïa Huffman khäng phaíi chè cho mäüt bäü maî duy nháút, vç ta coï thãø kyï hiãûu báút cæï nhaïnh naìo laì 0 hay 1 chæï khäng bàõt buäüc. Táút nhiãn khi âoï hiãûu suáút maî hoïa seî khäng thay âäøi, nhæng thæï tæû troüng säú cuía caïc nuït seî thay âäøi.

Do tæì maî Huffman khaïc nhau âäúi våïi caïc táûp kyï tæû khaïc nhau nãn âãø bãn thu coï thãø giaíi maî âæåüc thç yãu cáöu bãn thu phaíi biãút caïc tæì maî liãn quan âãún dæî liãûu phaït. Coï thãø thæûc hiãûn âiãöu naìy bàòng hai caïch. Hoàûc laì bãn phaït gåíi baíng maî træåïc khi phaït dæî liãûu, hoàûc laì bãn thu phaíi coï sàôn baíng maî.

Phæång phaïp âáöu coï æu âiãøm laì coï thãø maî hoïa neïn thêch nghi, vç tæì maî coï thãø thay âäøi cho phuì håüp våïi kiãøu dæî liãûu truyãön, nhæng coï khuyãút âiãøm laì phaíi máút thåìi gian truyãön baíng maî måïi mäùi khi gåíi kiãøu dæî liãûu måïi.

4.4.2 Maî hoïa Huffman âäüng (dynamic Huffman encoding)

Khaïc våïi maî hoïa Huffman cå såí, phæång phaïp maî hoïa Huffman âäüng khäng yãu cáöu bãn phaït vaì bãn thu biãút baíng maî liãn quan âãún dæî liãûu phaït, cuîng khäng yãu cáöu kãút quaí thäúng kã xaïc suáút xuáút hiãûn kyï tæû cuía nguäön tin. Phæång phaïp maî hoïa Huffman âäüng cho pheïp caí bãn phaït (maî hoïa) vaì bãn thu (giaíi maî) láûp cáy maî Huffman - vaì dáùn âãún baíng maî - mäüt caïch âäüng khi kyï tæû âæåüc phaït/ thu.

Våïi phæång phaïp naìy, nãúu kyï tæû phaït âang coï màût trong cáy maî thç tæì maî tæång æïng seî âæåüc xaïc âënh giäúng maî Huffman cå såí vaì gåïi âi theo caïch thäng thæåìng. Nãúu kyï tæû chæa coï màût trong cáy maî - nghéa laì xuáút hiãûn láön âáöu, thç noï seî âæåüc gåíi âi theo daûng khäng neïn. Bäü maî hoïa bãn phaït cáûp nháût vaìo cáy maî Huffman bàòng caïch tàng säú láön xuáút hiãûn (tàng troüng säú) cuía kyï tæû phaït hoàûc laì âæa thãm kyï tæû måïi vaìo cáy.

Ngoaìi ra, âãø cho bãn thu coï thãø xaïc âënh âæåüc kyï tæû maì noï nháûn, mäùi tæì maî phaït âæåüc maî hoïa theo cuìng caïch cuía bãn thu. Bãn thu tiãún haình caïc thay âäøi giäúng nhæ bãn phaït vaì coï mäüt baíng sao riãng cuía cáy. Nhåì âoï bãn thu seî xaïc âënh âuïng tæì maî tiãúp theo âæåüc nháûn tuyì vaìo cáúu truïc cáy måïi cáûp nháût.

Caí bãn phaït vaì bãn thu âãöu bàõt âáöu våïi mäüt cáy maî chè coï mäüt nhaïnh traïi - nhaïnh 0 - vaì mäüt

- 96 -

- Chæång IV -

nuït laï räùng (empty leaf node) - nuït laï coï 0 láön xuáút hiãûn.

Âãø mä taí chi tiãút phæång phaïp naìy, ta xeït vê duû baín tin truyãön âi bàõt âáöu bàòng daîy kyï tæû:

A B C D C D C . . .

Hçnh 4.5 minh hoüa caïc bæåïc láûp cáy maî Huffman.

Træåïc tiãn, caí bãn phaït vaì bãn thu cuìng thaình láûp cáy ban âáöu ( mäüt nhaïnh 0 vaì mäüt nuït laï räùng e0).

Tiãúp theo, bäü maî hoïa bàõt âáöu âoüc kyï tæû âáöu tiãn trong baín tin - A - vaì gaïn 'A'ï vaìo nhaïnh phaíi- nhaïnh 1 âáöu tiãn. Vç âáy laì láön xuáút hiãûn âáöu tiãn cuía 'A' nãn noï âæåüc truyãön âi khäng neïn (daûng ASCII). Vç cáy bãn giaíi maî âang räùng nãn noï nháûn ra daîy bit nháûn âæåüc laì mäüt kyï tæû khäng neïn vaì noï sàõp xãúp kyï tæû naìy vaìo trong cáy theo caïch giäúng bãn maî hoïa (hçnh 4.5a).

Våïi mäùi kyï tæû tiãúp theo, træåïc hãút bäü maî hoïa kiãøm tra xem kyï tæû âoï âaî coï màût trong cáy maî chæa. Nãúu coï räöi thç bäü maî hoïa seî gåíi tæì maî theo caïch thäng thæåìng giäúng nhæ maî Huffman cå såí, tæì maî âæåüc xaïc âënh båíi vë trê cuía kyï tæû trong cáy. Nãúu chæa coï thç bäü maî hoïa gåíi tæì maî hiãûn haình cho nuït laï räùng - âæåüc xaïc âënh båíi vë trê cuía nuït laï räùng trong cáy, theo sau laì tæì maî khäng neïn cuía kyï tæû. Vç bäü giaíi maî cuîng coï cáy maî y nhæ váûy nãn noï coï thãø suy ra tæì doìng bit nháûn âæåüc âáu laì tæì maî coï neïn, âáu laì nuït laï räùng våïi kyï tæû khäng neïn theo sau.

Bäü maî hoïa vaì giaíi maî cáûp nháût vaìo cáy maî dæûa trãn kyï tæû cuäúi cuìng âæåüc phaït/ thu. Nãúu âáy laì kyï tæû måïi thç nuït laï räùng âang täön taûi trong cáy âæåüc thay bàòng mäüt nuït nhaïnh måïi, nuït laï räùng âæåüc gaïn bãn nhaïnh 0 vaì kyï tæû bãn nhaïnh 1 (hçnh 4.5 b).

Nãúu kyï tæû âaî coï màût trong cáy thç säú láön xuáút hiãûn cuía nuït laï tæång æïng tàng lãn 1. Vê du û hçnh 4.5 e, bäü maî hoïa kiãøm tra vaì tháúy kyï tæû 'C' âaî coï màût trong cáy maî nãn noï truyãön âi tæì maî tæång æïng laì '01', troüng säú cuía nuït C tæì 1 tàng lãn thaình 2. Caïc vê duû tæång tæû khaïc åí trong hçnh 4.5 f va ì g.

Luïc naìy, vë trê cuía nuït laï coï thãø khäng coìn laì vë trê täúi æu næîa. Vç váûy, mäùi láön cáûp nháût cáy - tæïc laì thãm kyï tæû måïi hoàûc tàng säú láön xuáút hiãûn cuía kyï tæû sàôn coï - caí bäü maî hoïa vaì giaíi maî âãöu phaíi kiãøm tra vaì nãúu cáön thç phaíi thay âäøi vë trê hiãûn taûi cuía táút caí caïc nuït trong cáy.

Âãø âaím baío caí bäü maî hoïa vaì giaíi maî âãöu laìm viãûc naìy theo cuìng mäüt caïch, træåïc hãút caí bäü maî hoïa vaì giaíi maî phaíi liãût kã caïc troüng säú cuía caïc nuït theo chiãöu tæì traïi sang phaíi, tæì dæåïi lãn trãn bàõt âáöu tæì nuït laï räùng. Nãúu thæï tæû sàõp xãúp tàng dáön thç khäng thay âäøi cáy, nãúu khäng âuïng thç phaíi thay âäøi cáúu truïc cuía cáy bàòng caïch thay âäøi vë trê cuía caïc nuït trong cáy. Khi âæa nuït laï âãún vë trê måïi phaíi keìm theo toaìn bäü caïc nhaïnh vaì nuït con cuía chuïng (hçnh 4.5 c âãún 4.5 g).

Qua vê duû trãn ta tháúy nãúu truyãön daîy kyï tæû A B C D C D C... bàòng maî ASCII thç máút 49 bit, trong khi duìng maî Huffman âäüng thç máút 41 bit. Bàng thäng truyãön dáùn chè âæåüc tiãút kiãûm bàõt âáöu tæì khi coï kyï tæû làûp laûi. Thæûc tãú, caïc file vàn baín luän coï sæû làûp laûi kyï tæû, vaì maî Huffman âäüng âæåüc æïng duûng trong nhiãöu æïng duûng truyãön thäng, nhæ laì neïn dæî liãûu trong modem V.32.

- 97 -

- Chæång IV -

B1

C1

1

e 0

2

0 1

0 1

1 0

0

B1 e 0

A1 e 0

e 0

0 1

1 0

A1 1

A1

1 0

2

B1

A1

1 0

C1

1

e 0

0 1

0 1

(c) C 0 0 'C'

(d) D 1 0 0 'D'

(b) B 0 'B'

(a) A 'A'

Phaït Kyï tæû

- 98 -

- Chæång IV -

B1

1 0

2

C1 A1 B1

2

D1

1

e 0

3

B1

A1

1 0

C1

2

0 1

0 1

1 0

D1

1

e 0

0 1

1 0

0 1

1 0

2

C2 A1

2

D1

1

e 0

0 1

1 0

0 1

(e) C 01

(d) D 1 0 0 'D'

- 99 -

- Chæång IV -

1 0

0

C2

1 0

3

B1 A1

2

D1

1

e 0

0 1

1 0

0 1

(f) D 001

C2

1

3

B1 A1

3

D2

2

e 0

0 1

1 0

0 1

C2

1 0

4

B1 D2

2

A1

1

e 0

0 1

1 0

0 1

C3

5

B1 D2

2

A1

1

e 0

0 1

1 0

0 1

(g) C 11

- 100 -

- Chæång IV -

1 0

2

C3 4

B1

A1

1

e 0

0 1

1 0

D2

0 1

Hçnh 4.5 Vê duû maî hoïa Huffman âäüng

4.5 Maî hoïa facsimile (fax)

Fax laì dëch vuû truyãön caïc taìi liãûu säú âen tràõng, gäöm caïc vàn baín âaïnh maïy, viãút tay, tranh aính, âäö thë, baíng biãøu... Trong maïy fax coï maïy queït, queït mäüt trang theo chiãöu doüc våïi âäü phán giaíi laì 3.85 hoàûc 7.7 doìng/ mm vaì 1728 âiãøm aính (pixel) trãn mäùi doìng. Nãúu mäùi pixel âæåüc læåüng tæí hoïa nhë phán thaình bit 0 cho maìu tràõng vaì bit 1 cho maìu âen thç mäüt trang giáúy A4 taûo ra khoaíng 2 triãûu bit. Nãúu truyãön trang A4 khäng neïn qua modem 4.8 kbps thç máút gáön 7 phuït âãø truyãön.

Thæûc tãú, trong háöu hãút caïc taìi liãûu, nhiãöu doìng queït chè gäöm toaìn maìu tràõng, nhiãöu doìng khaïc chæïa caí daîy daìi maìu tràõng vaì daîy daìi maìu âen. Vç maïy fax thæåìng duìng våïi maûng cäng cäüng nãn ITU-T âaî âæa ra caïc chuáøn liãn quan. Âoï laì fax nhoïm 1, nhoïm 2, nhoïm 3 vaì nhoïm 4. Nhoïm 1 vaì nhoïm 2 ngaìy nay ráút êt duìng, nhoïm 3 duìng trong maûng PSTN, nhoïm 4 duìng trong maûng hoaìn toaìn säú ISDN. Caí nhoïm 3 vaì nhoïm 4 âãöu âaût tyí lãû neïn khoaíng 10:1. Do váûy âãø truyãön trang A4 våïi fax nhoïm 3 chè máút chæa âáöy 1 phuït, våïi fax nhoïm 4 do coï âæåìng truyãön täúc âäü cao hån (64kbps) nãn chè máút vaìi giáy.

Quaï trçnh maî hoïa træåïc tiãn laì phán têch täøng quaït trang taìi liãûu âæåüc queït. Baíng maî fax âæåüc taûo ra dæûa trãn cå såí vãö táön suáút xuáút hiãûn cuía mäüt säú pixel tràõng vaì âen liãn tuûc (goüi laì run length) trong mäùi doìng queït. Tæì maî ngàõn hån thç âæåüc áún âënh cho caïc run length hay xuáút hiãûn hån vaì ngæåüc laûi. Noïi caïch khaïc, âáy chênh laì maî hoïa Huffman cå såí. Baíng maî fax cäú âënh gäöm hai baíng maî riãng biãût: baíng maî cuäúi (termination-codes table) vaì baíng maî make-up (make-up codes table). Baíng 4.2 laì baíng maî nhoïm 3 vaì nhoïm 4 theo chuáøn ITU-T.

Baíng maî cuäúi duìng cho caïc run length tæì 0 âãún 63 pixel, bæåïc nhaíy laì 1 pixel. Baíng maî make-up duìng cho caïc run length tæì 64 âãún 2560 pixel, bæåïc nhaíy laì 64 pixel. Kyî thuáût queït

- 101 -

- Chæång IV -

ngáöm âënh laì táút caí caïc doìng âãöu bàõt âáöu våïi êt nháút laì 1 pixel maìu tràõng. Theo caïch naìy, bãn thu biãút âæåüc tæì maî âáöu tiãn luän luän liãn quan âãún pixel maìu tràõng.

(a)

Run length tràõng Tæì maî Run length âen Tæì maî

0 00110101 0 0000110111

1 000111 1 010

2 0111 2 11

3 1000 3 10

................. ................ ............... ..................

62 00110011 62 000001100110

63 00110100 63 000001100111

(b)

Run length tràõng Tæì maî Run length âen Tæì maî

64 11011 64 0000001111

128 10010 128 000011001000

192 010111 192 000011001001

.................. ................... .................. ...................

2560 000000011111 2560 000000011111

EOL 00000000001 EOL 00000000001

Baíng 4.2 Baíng maî Fax nhoïm 3 vaì nhoïm 4 (ITU-T)

(a) Baíng maî cuäúi (b) Baíng maî make-up

Vê duû mäüt run length gäöm 12 pixel tràõng thç âæåüc maî hoïa træûc tiãúp thaình 001000, mäüt run length gäöm 140 pixel âen thç âæåüc maî hoïa thaình 000011001000 + 0000111, vç 140 pixel = 128 pixel + 12 pixel. Nãúu run length gäöm nhiãöu hån 2560 pixel thç seî âæåüc maî hoïa bàòng caïch duìng nhiãöu maî make - up cäüng våïi mäüt maî cuäúi.

Mäüt vê duû khaïc, mäüt doìng queït cuía daîy kyï tæû T I E âæåüc maî hoïa nhæ hçnh 4.6.

Fax nhoïm 3 khäng coï thuí tuûc xæí lyï läùi. Nãúu trong quaï trçnh truyãön coï mäüt hoàûc vaìi bit läùi thç bãn thu seî máút âäöng bäü. Âãø cho pheïp bãn thu coï thãø âäöng bäü laûi, mäùi doìng queït luän âæåüc kãút

- 102 -

- Chæång IV -

thuïc bàòng kyï tæû EOL (end-of-line), mäùi trang kãút thuïc bàòng daîy 6 kyï tæû EOL liãn tiãúp. Theo caïch naìy, nãúu bãn thu khäng giaíi maî âæåüc sau mäüt säú bit täúi âa æïng våïi mäüt tæì maî thç noï phaíi tçm EOL. Nãúu sau vaìi doìng queït váùn chæa tçm âæåüc EOL thç bãn thu ngæng giaíi maî vaì thäng baïo cho bãn phaït.

Fax nhoïm 4 coï thuí tuûc xæí lyï läùi. Âoï laì thuí tuûc MMR (modified-modifed read) [ 6]

1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 bit | 6W |2B| 9W |2B| 5W | 8B |2W run length 1110 10100 1100 0111 tràõng 11 11 000101 âen 111011101001111000001010111 âáöu ra cuía maî hoïa fax (Huffman)

Hçnh 4.6 Vê duû maî hoïa fax


1. Læåüng tin laì mäüt âaûi læåüng duìng âãø âaïnh giaï âënh læåüng cho tin tæïc. Læåüng tin liãn quan âãún khaí nàng dæû âoaïn âæåüc cuía tin. Læåüng tin âæåüc tênh laì logarit ám cuía xaïc suáút xuáút hiãûn cuía tin. Nãúu cå säú cuía liogarit laì 2 thç âån vë vuía læåüng tin laì bit.

2. Entropy H cuía nguäön tin laì læåüng tin trung bçnh chæïa trong mäüt kyï tæû báút kyì cuía nguäön tin. Giaï trë låïn nháút cuía entropy âaût âæåüc khi caïc kyï tæû âäüc láûp vaì âäöng xaïc suáút. Entropy cuía mäüt nguäön tin nhë phán âäüc láûp thäúng kã, xaïc suáút xuáút hiãûn cuía säú '1' vaì '0' bàòng nhau laì 1 bit/säú nhë phán.

3. Sæû phuû thuäüc thäúng kã cuía caïc kyï tæû vaì xaïc suáút xuáút hiãûn caïc kyï tæû khäng bàòng nhau laìm cho entropy cuía nguäön nhoí hån entropy cæûc âaûi. Sai khaïc giæîa entropy cæûc âaûi vaì entropy thæûc sæû cuía nguäön laì âäü dæ.

4. Nhiãùu trãn kãnh truyãön laìm cho quyãút âënh taûi bãn thu vãö kyï tæû thu khäng chàõc chàõn âuïng. Vç váûy nhiãùu laìm giaím læåüng tin trong doìng kyï tæû thu. Læåüng tin cuía caïc kyï tæû thu âæåüc goüi laì entropy hiãûu quaí, bàòng entropy phaït træì âi âäü nghi ngåì do nhiãùu. Coï thãø xem nhiãùu nhæ laì tin ám cäüng thãm vaìo doìng kyï tæû phaït.

- 103 -

- Chæång IV -

5. Täúc âäü thiãút láûp tin cuía nguäön laì mäüt thäng säú phuû thuäüc vaìo tênh cháút váût lyï cuía nguäön. Thäng säú naìy chè ra sæû hçnh thaình tin nhanh hay cháûm âãø âæa vaìo kãnh, âæåüc tênh laì têch cuía entropy våïi säú kyï hiãûu nguäön láûp âæåüc trong mäüt âån vë thåìi gian, âån vë âo laì bit/s. Täúc âäü láûp tin cuía nguäön seî cæûc âaûi khi entropy cuía nguäön cæûc âaûi.

6. Thäng læåüng cuía kãnh laì læåüng tin täúi âa kãnh cho âi qua trong mäüt âån vë thåìi gian maì khäng gáy läùi. Âån vë âo giäúng nhæ âån vë cuía täúc âäü láûp tin (bit/s). Thäng thæåìng täúc âäü láûp tin beï hån nhiãöu so våïi thäng læåüng kãnh. Theo Shannon, coï thãø maî hoïa âãø laìm cho täúc âäü láûp tin cuía nguäön tiãúp cáûn våïi thäng læåüng kãnh.

7. Maî hoïa nguäön tin X bàòng táûp M coï nghéa laì biãún âäøi mäùi tin cuía nguäön tin X thaình mäüt táûp caïc pháön tæí thuäüc M nhàòm thoía maîn mäüt yãu cáöu naìo âoï cuía hãû thäúng thäng tin. Pheïp biãún âäøi ngæåüc laûi âæåüc goüi laì giaíi maî.

8. Caïc tham säú cå baín cuía maî gäöm âäü daìi cuía tæì, maî troüng læåüng tæì maî, khoaíng caïch maî ...

9. Coï thãø phán loaûi maî theo nhiãöu caïch khaïc nhau, dæûa vaìo âäü daìi cuía tæì maî, troüng læåüng cuía tæì maî, khoaíng caïch maî giæîa hai tæì maî kãö nhau, cå säú cuía maî, âäü tin cáûy, hiãûu suáút thäng tin...

10. Coï nhiãöu phæång phaïp biãøu diãùn maî khaïc nhau: phæång phaïp liãût kã laì phæång phaïp âån giaín nháút, coï æu âiãøm laì roî raìng, cuû thãø nhæng cäöng kãönh, khäng thêch håüp våïi caïc bäü maî låïn; phæång phaïp ma tráûn ruït goün tæì phæång phaïp liãût kã, thêch håüp våïi caïc maî khäúi tuyãún tênh; phæång phaïp cáy giuïp cho viãûc giaíi maî dãù daìng, nhçn vaìo cáy coï thãø biãút âæåüc mäüt säú âàûc âiãøm cuía bäü maî; phæång phaïp âa thæïc thêch håüp våïi caïc maî voìng, giuïp cho viãûc maî hoïa vaì giaíi maî maî voìng dãù daìng bàòng caïch sæí duûng caïc pheïp toaïn âäúi våïi âa thæïc.

11. Maî hoïa nguäön nhàòm loaûi boí âäü dæ trong caïc kyï tæû duìng âãø maî hoïa, laìm cho viãûc truyãön vaì læu træî thäng tin tråí nãn hiãûu quaí hån. Noïi chung thç maî hoïa nguäön phaíi thoía tênh giaíi maî duy nháút.

12. Nguyãn tàõc cuía maî hoïa nguäön råìi raûc laì maî hoïa caïc kyï tæû coï xaïc suáút sinh ra låïn bàòng caïc tæì maî ngàõn vaì maî hoïa caïc kyï tæû coï xaïc suáút sinh ra beï bàòng caïc tæì maî daìi. Loaûi maî naìy goüi laì maî hoïa thäúng kã.

13. Viãûc truyãön tin seî tråí nãn kinh tãú hån nãúu maî thäúng kã coï âäü daìi trung bçnh cuía tæì maî laì nhoí nháút. Loaûi maî nhæ váûy goüi laì maî thäúng kã täúi æu. Âáy cuîng chênh laì maî hoïa neïn.

14. Maî Huffman laì mäüt loaûi maî thäúng kã täúi æu. Maî Huffman âaût âæåüc yãu cáöìu vãö âäü daìi tæì maî trung bçnh nhoí nháút vaì thoaí tênh giaíi maî duy nháút. Thãm vaìo âoï, maî Huffman coìn thoaí tênh giaíi maî tæïc thåìi, nghéa laì khäng coï tæì maî naìo truìng våïi pháön âáöu cuía tæì maî khaïc daìi hån noï.

15. Maî hoïa fax - loaûi maî hoïa duìng trong dëch vuû facsimile - laì mäüt æïng duûng cuía maî hoaï Huffman cå såí. Âáy laì loaûi maî thoaí tênh giaíi maî duy nháút, tæïc thåìi vaì khäng coï täøn hao.

Phæång phaïp maî hoïa nguäön cho pheïp âaût nhæîng chè tiãu kinh tãú täút, tuy nhiãn cáön phaíi âaím baío chè tiãu truyãön tin chênh xaïc. Âãø giaíi quyãút váún âãö naìy coï mäüt giaíi phaïp laì maî hoïa kãnh.

- 104 -

- Chæång V -

Chæång 5 Maî hoïa kãnh Theo quan âiãøm cuía ngaình thäng tin, taìi nguyãn thäng tin chuí yãúu laì cäng suáút, thåìi gian vaì bàng thäng cuía tên hiãûu. Âäúi våïi mäüt mäi træåìng thäng tin cho træåïc, ba taìi nguyãn naìy coï thãø máu thuáùn láùn nhau. Viãûc cán âäúi caïc máu thuáùn naìy tuìy vaìo tæìng træåìng håüp cuû thãø. Tuy nhiãn, nhçn chung thç ta coï thãø âaût âæåüc täúc âäü truyãön säúî liãûu cao nháút trong mäüt bàng thäng nhoí nháút trong khi giæî cho cháút læåüng truyãön dáùn åí mæïc cháúp nháûn âæåüc. Trong thäng tin säú thç cháút læåüng truyãön dáùn coï liãn quan máût thiãút våïi xaïc suáút läùi bit Pb taûi âáöu thu.

Âënh lyï vãö thäng læåüng kãnh cuía Shannon- Hartley:

)N/S1(logBC2

+= (bit/s)

âaî chè ra giåïi haûn lyï thuyãút cuía täúc âäü truyãön säú liãûu tæì bäü phaït coï cäng suáút cho træåïc, qua mäüt kãnh våïi bàng thäng cho træåïc, hoaût âäüng trong mäi træåìng coï nhiãùu âaî biãút. Tuy nhiãn, âãø thæûc hiãûn âæåüc giåïi haûn lyï thuyãút naìy, ta phaíi tçm âæåüc mäüt phæång phaïp maî hoïa phuì håüp (theo Shannon thç phæång phaïp naìy coï täön taûi).

Trong thæûc tãú, yãu cáöu cuía viãûc thiãút kãú laì phaíi thæûc hiãûn âæåüc mäüt täúc âäü truyãön säú liãûu yãu cáöu (thæåìng âæåüc xaïc âënh båíi dëch vuû cung cáúp) trong mäüt bàng thäng haûn chãú cuía mäüt kãnh truyãön sàôn coï vaì mäüt cäng suáút haûn chãú tuìy æïng duûng cuû thãø. Hån næîa, coìn phaíi âaût âæåüc täúc âäü naìy våïi mäüt tyí säú BER (Bit Error Rate) vaì thåìi gian trãù cháúp nháûn âæåüc. Nãúu mäüt tuyãún truyãön dáùn PCM khäng âaût âæåüc tyí säú BER yãu cáöu våïi caïc raìng buäüc naìy thç cáön phaíi sæí duûng caïc phæång phaïp maî hoïa âiãöu khiãøn läùi (error control coding).

Maî hoïa âiãöu khiãøn läùi, coìn âæåüc goüi laì maî hoïa kãnh (channel encoding) âæåüc sæí duûng âãø phaït hiãûn vaì sæía caïc kyï tæû hay caïc bit thu bë läùi. Maî hoïa phaït hiãûn läùi (error detection coding) âæåüc sæí duûng nhæ laì bæåïc âáöu tiãn cuía quaï trçnh sæía läùi bàòng caïch kêch cho âáöu cuäúi thu phaït ra tên hiãûu yãu cáöu làûp laûi tæû âäüng ARQ (Automatic Repeat reQuest), truyãön theo hæåïng ngæåüc laûi vãö cho âáöu cuäúi phaït. Nãúu quaï trçnh truyãön laûi thaình cäng thç coi nhæ laì âaî sæía âæåüc läùi. Nãúu kyî thuáût ARQ khäng thêch håüp, chàóng haûn nhæ khi trãù truyãön dáùn quaï låïn thç seî sæí duûng kyî thuáût maî hoïa sæía läùi khäng phaín häöi FECC (Forward Error Correction Coding). Caí maî phaït hiãûn läùi vaì maî sæía läùi âãöu âæa thãm âäü dæ vaìo dæî liãûu phaït, trong âoï âäü dæ thãm vaìo trong maî sæía läùi nhiãöu hån trong maî phaït hiãûn läùi. Lyï do laì âäúi våïi maî sæía läùi, âäü dæ thãm vaìo phaíi âuí cho bãn thu khäng chè phaït hiãûn âæåüc läùi maì coìn sæía âæåüc läùi, khäng cáön phaíi truyãön laûi.

Pháön âáöu cuía chæång naìy seî trçnh baìy täøng quan vãö âiãöu khiãøn läùi aïp duûng trong hãû thäúng thäng tin säú, bao gäöm giåïi thiãûu vãö caïc phæång phaïp âiãöu khiãøn läùi, phán loaûi caïc maî âiãöu khiãøn läùi.

Pháön sau cuía chæång táûp trung vaìo caïc loaûi maî âiãöu khiãøn läùi, bao gäöm hai loaûi chênh laì maî khäúi (block code) vaì maî cháûp (convolutional code).

- 105 -

- Chæång V -

Pháön maî khäúi seî nãu mäüt loaûi maî khäúi âån giaín nháút laì maî kiãøm tra chàôn leí parity.

Pháön maî khäúi tuyãún tênh (linear block code) seî táûp trung trçnh baìy vãö maî voìng (cyclic code) vaì mäüt loaûi maî voìng âån giaín laì maî Hamming.

Pháön maî cháûp åí cuäúi chæång seî trçnh baìy phæång phaïp duìng så âäö cáy (tree diagram), så âäö læåïi (trellis diagram) vaì så âäö traûng thaïi (state diagram) âãø minh hoüa cho quaï trçnh maî hoïa maî cháûp. Pháön giaíi maî maî cháûp trçnh baìy thuáût toaïn Viterbi duìng så âäö læåïi.

Caïc näüi dung vãö maî hoïa âæåüc trçnh baìy åí âáy theo quan âiãøm laì daình cho ngæåìi âaî nàõm âæåüc lyï thuyãút maî hoïa, chè nãu thuáût toaïn maî hoïa vaì giaíi maî, âæa ra vê duû minh hoüa, chæï khäng nãu cå såí toaïn hoüc.

5.1 Täøng quan vãö âiãöu khiãøn läùi

5.1.1 Caïc phæång phaïp âiãöu khiãøn läùi

Âaûi læåüng âo läùi thäng thæåìng laì tyí lãû läùi bit BER (Bit Error Rate) hay xaïc suáút läùi bit (Pb). Pb âån giaín laì xaïc suáút mäüt bit nhë phán báút kyì truyãön âi bë läùi. BER laì tyí säú läùi trung bçnh, âæåüc tênh laì têch cuía Pb vaì Rb, åí âáy Rb laì täúc âäü bit trong kãnh. Pb âiãøn hçnh trong mäüt hãû thäúng PCM tuyãún tênh laì 10 -7, trong hãû thäúng PCM neïn phi tuyãún laì 10 -5, trong hãû thäúng ADPCM laì 10 -4.

Âiãöu khiãøn läùi nhàòm muûc âêch laì laìm giaím tyí lãû läùi trong mäüt hãû thäúng khi tyí lãû naìy låïn quaï mæïc cho pheïp. Nhçn chung coï nàm phæång phaïp âiãöu khiãøn läùi.

Giaíi phaïp âáöu tiãn vaì dãù tháúy nháút laì tàng cäng suáút phaït, nhæng khäng phaíi luïc naìo cuîng coï thãø thæûc hiãûn âæåüc. Vê duû nhæ, âäúi våïi mäüt maïy âiãûn thoaûi boí tuïi thç khäng cháúp nháûn khäúi læåüng cuía pin quaï låïn.

Giaíi phaïp thæï hai, ráút hiãûu quaí trong viãûc chäúng laûi läùi chuìm gáy båíi fading, laì sæí duûng phán táûp (diversity). Coï ba kiãøu phán táûp chênh laì phán táûp khäng gian, phán táûp táön säú vaì phán táûp thåìi gian. Caí ba kiãøu phán táûp naìy âãöu âæa thãm âäü dæ vaìo trong dæî liãûu phaït bàòng caïch truyãön gáúp âäi: qua hai âæåìng, taûi hai táön säú hay vaìo hai thåìi âiãøm khaïc nhau. Trong phán táûp khäng gian, sæí duûng hai hay nhiãöu antenna âàût taûi nhæîng vë trê âuí xa âãø coï mäüt trong caïc antenna âoï thu âæåüc tên hiãûu täút nháút, êt bë fading nháút. Phán táûp táön säú sæí duûng hai hay nhiãöu táön säú khaïc nhau âãø phaït cuìng mäüt tin. Phán táûp táön säú coï thãø laì trong bàng hay ngoaìi bàng tuìy vaìo khoaíng caïch táön säú giæîa caïc soïng mang. Trong hãû thäúng phán táûp thåìi gian, phaït cuìng mäüt tin nhæng vaìo hai hay nhiãöu thåìi âiãøm khaïc nhau.

Giaíi phaïp thæï ba laì truyãön song cäng, hay coìn goüi laì kiãøm tra echo (echo checking). ÅÍ âáy, khi bäü phaït phaït tin âãún bäü thu, tin âæåüc phaït ngæåüc vãö bäü phaït trãn mäüt kãnh häöi tiãúp riãng. Nãúu tin phaït ngæåüc vãö khaïc våïi tin phaït âi thç biãút laì coï läùi. Phæång phaïp naìy coï khuyãút âiãøm laì yãu cáöu bàng thäng gáúp âäi so våïi truyãön trãn mäüt hæåïng nãn khäng cháúp nháûn khi cáön táûn duûng phäø.

Phæång phaïp thæï tæ âãø âäúi phoï våïi BER cao laì yãu cáöu làûp laûi tæû âäüng ARQ (Automatic Repeat reQuest). Trong hãû thäúng ARQ, maî phaït hiãûn läùi (error detecting code) âæåüc sæí duûng âãö bãn thu kiãøm tra läùi trong khäúi säú liãûu thu vaì traí låìi cho bãn phaït trãn mäüt kãnh häöi tiãúp.

- 106 -

- Chæång V -

Tên hiãûu traí låìi laì cháúp nháûn ACK (ACKnowledgment) khi säú liãûu thu âuïng vaì khäng cháúp nháûn NAK (Non - AcKnowledgment) khi säú liãûu thu sai. Nãúu bãn phaït nháûn NAK, bãn phaït phaíi tiãún haình truyãön laûi khäúi säú liãûu bë läùi. Coï hai kyî thuáût ARQ chênh laì ARQ dæìng vaì âåüi (stop and wait ARQ) vaì ARQ liãn tuûc (continuous ARQ). Trong hãû thäúng ARQ dæìng vaì âåüi, sau khi phaït khäúi säú liãûu âi, bãn phaït dæìng laûi vaì chåì nháûn traí låìi tæì bãn thu, räöi tuyì theo traí låìi âoï laì ACK hay NAK maì bãn phaït phaït khäúi säú liãûu tiãúp theo hay phaït laûi khäúi säú liãûu væìa räöi. Nãúu thåìi gian chåì quaï thåìi gian quy âënh (goüi laì time-out), bãn phaït coi nhæ laì khäúi säú liãûu væìa phaït bë läùi vaì váùn tiãún haình phaït laûi. Haûn chãú cuía phæång phaïp naìy laì thåìi gian trãù truyãön dáùn låïn. Trong hãû thäúng ARQ liãn tuûc, caïc khäúi säú liãûu âãöu mang säú thæï tæû - N - vaì baín tin traí låìi ACK/NAK cuîng mang säú thæï tæû N tæång æïng. Bãn phaït liãn tuûc phaït âi caïc khäúi säú liãûu maì khäng chåì nháûn traí låìi tæì bãn thu. Bãn thu kiãøm tra läùi caïc khäúi säú liãûu thu vaì traí låìi vãö cho bãn phaït baín tin ACK/NAK keìm theo säú thæï tæû cuía khäúi tin tæång æïng. Khi naìo bãn phaït nháûn traí låìi NAK tæì bãn thu, bãn phaït seî phaït laûi táút caí caïc khäúi säú liãûu kãø tæì khäúi säú liãûu bë läùi âäúi våïi ARQ luìi laûi N (go-back-N ARQ), hoàûc bãn phaït seî chè phaït laûi khäúi säú liãûu bë läùi âäúi våïi ARQ choün loüc (selective ARQ). Màûc duì ARQ choün loüc ráút hiãûu quaí trong sæí duûng bàng thäng nhæng yãu cáöu dung læåüng bäü nhåï låïn hån ARQ luìi laûi N, âàûc biãût trong caïc kãút näúi täúc âäü cao. ARQ phuì håüp våïi caïc hãû thäúng thäng tin maïy tênh, vç åí âoï coï sàôn kãnh song cäng âãø bãn thu coï thãø phaït laûi cho bãn phaït baín tin ACK/NAK. Tuy nhiãn, trong caïc âæåìng truyãön daìi våïi täúc âäü cao, âiãøn hçnh nhæ thäng tin vãû tinh thç ráút khoï thæûc hiãûn ARQ.

Phæång phaïp thæï nàm âãø giaím BER laì thæûc hiãûn maî hoïa sæía läùi khäng phaín häöi FECC (Forward Error Correction Coding). Trong lëch sæí, viãûc cháúp nháûn sæí duûng räüng raîi FECC coï trãù hån so våïi caïc phæång phaïp khaïc, båíi vç âäü phæïc taûp vaì giaï caí cuía noï cao hån. Ngaìy nay, âäü phæïc taûp âaî giaím xuäúng nhåì vaìo sæû gia tàng caïc chip maî hoïa/ giaíi maî VLSI. FECC låüi duûng sæû khaïc nhau giæîa täúc âäü truyãön dáùn vaì thäng læåüng kãnh âãø giaím xaïc suáút läùi Pb. Viãûc giaím xaïc suáút läùi bë traí giaï bàòng viãûc tàng thåìi gian trãù truyãön dáùn, do tàng âäü dæ cho âuí âãø maî coï thãø phaït hiãûn vaì sæía âæåüc läùi vaì do máút thåìi gian kiãøm tra khäúi säú liãûu thu âãø sæía läùi. Tuy nhiãn, låüi êch cuía FECC coï âæåüc thæåìng nhiãöu hån khuyãút âiãøm vãö âäüì trãù låïn.

Maî khäúi

Maî khäng voìng

Maî Golay RS

Hamming (e=1) e>1

BCH nhë phán

Maî voìng

Maî tuyãún tênh (Maî nhoïm)

Maî khäng tuyãún tênh

Maî cháûp

Maî hoïa âiãöu khiãøn läùi

Hçnh 5.1 Phán loaûi maî âiãöu khiãøn läùi

- 107 -

- Chæång V -

5.1.2 Phán loaûi maî âiãöu khiãøn läùi

Nhçn chung, coï thãø phán loaûi maî phaït hiãûn vaì sæía läùi (goüi chung laì maî hoïa kãnh - maî hoïa âiãöu khiãøn läùi) theo så âäö trong hçnh 5.1.

a) Maî khäúi

Maî khäúi âæåüc âàûc træng båíi hai säú nguyãn n vaì k, vaì mäüt ma tráûn sinh hay âa thæïc sinh. Hçnh 5.2 minh hoüa mäüt bäü maî hoïa maî khäúi våïi k bit tin vaìo vaì n bit maî hoïa ra. Tæì maî n bit âæåüc taûo ra duy nháút tæì k bit tin vaì (n-k) laì säú bit kiãøm tra dæ. Tyí lãû maî (coder rate) laì R = k/n, laì tiãu chuáøn âãø âaïnh giaï âäü dæ cuía maî. Tyí lãû maî thæåìng tæì 1/2 âãún 1. Maî hãû thäúng (systematic code) laì maî coï màût caïc bit tin cuìng våïi caïc bit dæ trong tæì maî. Trong caïc taìi liãûu vãö maî hoïa thç coï hai âënh nghéa vãö maî hãû thäúng. Âënh nghéa nghiãm ngàût hån cho ràòng maî coï tênh hãû thäúng khi k bit tin phaíi nàòm liãn tuûc thaình mäüt khäúi vaì caïc bit dæ phaíi nàòm liãn tuûc trong mäüt khäúi khaïc. Âënh nghéa êt nghiãm ngàût hån thç chè yãu cáöu trong tæì maî coï màût caïc bit tin chæï khäng cáön phaíi nàòm liãn tuûc thaình khäúi.

Bäü maî hoïa khäúi n bit

maî hoïa

k bit tin

Tæì maî n bit

(n-k) bit k bit

Pháön tin Pháön dæ

Hçnh 5.2 Maî khäúi hãû thäúng (n, k)

Maî khäúi tuyãún tênh (liear block code) - coìn goüi laì maî nhoïm (group code) - coï caïc tæì maî coï tæång æïng 1-1 våïi caïc pháön tæí thuäüc nhoïm toaïn hoüc. Maî tuyãún tênh coï chæïa tæì maî gäöm toaìn säú 0 vaì coï tênh cháút âoïng, chàóng haûn âäúi våïi maî tuyãún tênh nhë phán, våïi hai tæì maî vaì

báút kyì, ta luän coï , cuîng laì mäüt tæì maî. Viãûc coï chæïa tæì maî gäöm toaìn säú

0 vaì tênh cháút âoïng laìm cho viãûc tênh toaïn âäúi våïi maî tuyãún tênh âàûc biãût dãù. Hçnh 5.3 laì mäüt vê duû âån giaín vãö maî tuyãún tênh. Noï minh hoüa cho tênh cháút âoïng cuía maî. Coï 4 kyï tæû nguäön laì a, b, c, vaì d, k = 2, n = 5. Âáy laì maî (5, 2)

iC

jC

kjiCCC =+

kC

a = 00 00000

b = 01 00111

c = 10 11100 Maî hoïa

d = 11 11011

cdb,bdc,dbc =⊕=⊕=⊕

Hçnh 5.3 Minh hoüa tênh cháút âoïng cuía maî khäúi tuyãún tênh

Maî voìng (cyclic code) laì mäüt låïp con cuía maî khäúi tuyãún tênh khäng coï tæì maî gäöm toaìn säú 0.

- 108 -

- Chæång V -

Mäüt maî khäúi tuyãún tênh âæåüc goüi laì maî voìng nãúu sau mäüt láön dëch voìng mäüt tæì maî thç cuîng âæåüc mäüt tæì maî thuäüc cuìng bäü maî. Vê duû caïc tæì maî sau âáy âæåüc goüi laì maî voìng:

1101000, 0110100, 0011010, 1000110, 0001101, 1010001, 0100011.

Maî Golay laì mäüt loaûi maî voìng sæía âæåüc sai nhiãöu läùi. Maî Golay (23, 12) coï khaí nàng sæía âæåüc 3 läùi cho tæì maî daìi 23 bit. Maî naìy âæåüc Golay phaït minh nàm 1949 vaì âæåüc nhiãöu chuyãn gia quan tám nghiãn cæïu tåïi cáúu truïc vaì cå chãú giaíi maî. Thæûc tãú âang coï hai phæång phaïp giaíi maî laì phæång phaïp Kasami vaì giaíi maî tçm kiãúm coï hãû thäúng (systematic search decoding). Maî Golay (23, 12) âæåüc sæí duûng khaï phäø biãún trong mäüt säú hãû thäúng thäng tin.

Maî BCH nhë phán (binary BCH code) laì mäüt loaûi maî voìng âæåüc Hocquenghem tçm ra nàm 1959, sau âoï âæåüc Bose vaì Chaudhuri tçm ra mäüt caïch âäüc láûp vaìo nàm 1960. Maî BCH coï

thãø sæía âæåüc t läùi trong tæì maî daìi n bit, våïi . Vê duû maî

BCH (15, 7) coï thãø sæía sai täúi âa 2 läùi.

1t2d,mtkn,12nmin

m+≥≤−−=

Maî RS âæåüc Reed vaì Solomon giåïi thiãûu láön âáöu tiãn vaìo nàm 1960. Theo lyï thuyãút maî, coï thãø xem maî RS laì maî BCH khäng nhë phán. Maî RS âæåüc täø chæïc theo kyï tæû. Maî RS taûo thaình n kyï tæû, mäùi kyï tæû daìi m bit, m tuìy thuäüc vaìo æïng duûng cuû thãø, vê duû m = 8 thç mäùi kyï tæû chênh laì mäüt byte. Maî RS hoaût âäüng trãn kyï tæû nhiãöu bit chæï khäng phaíi trãn tæìng bit nhæ caïc maî voìng khaïc. Mäüt âàûc âiãøm quan troüng cuía maî RS laì khaí nàng sæía läùi chuìm. Maî RS coï

thãø sæía sai t läùi, våïi 2

knt −= . ÅÍ âáy n vaì k laì säú kyï tæû maî hoïa vaì säú kyï tæû mang tin chæï

khäng phaíi säú bit. Vê duû maî RS (31, 15) coï 15 kyï tæû vaìo, mäùi kyï tæû 5 bit, tæïc laì 75 bit tin vaì 31 kyï tæû maî hoïa, mäùi kyï tæû 5 bit. Maî naìy coï thãø sæía âæåüc 8 läùi bit âäüc láûp hoàûc 4 läùi chuìm daìi khäng quaï 5 bit. Maî RS âæåüc duìng räüng raîi trong caïc âáöu CD vaì trong bäü nhåï maïy tênh.

Maî Hamming laì mäüt træåìng håüp riãng âån giaín nháút cuía maî BCH nhë phán. Maî naìy âæåüc R.W. Hamming âæa ra vaì âæåüc duìng trong mäüt säú hãû thäúng thäng tin. Maî Hamming coï khaí

nàng sæía sai 1 läùi. Quan hãû giæîa n vaì k thoía maîn báút âàóng thæïc: 1n

22n

k

+≤

b) Maî cháûp

Maî cháûp cuîng âæåüc âàûc træng båíi hai säú nguyãn laì n vaì k nhæ maî khäúi, nhæng n bit ra khoíi bäü maî hoïa khäng chè phuû thuäüc vaìo k bit vaìo maì coìn phuû thuäüc vaìo K-1 bäü k bit vaìo træåïc âoï. K âæåüc goüi laì âäü daìi raìng buäüc (constraint length). Maî cháûp (n, k, K) âæåüc xáy dæûng tæì caïc thanh ghi dëch kK bit. Váûy coï thãø xem maî cháûp laì maî coï nhåï, âoï laì âiãøm khaïc biãût cå baín cuía maî cháûp so våïi maî khäúi.

Maî cháûp âæåüc Elias âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1955. Sau âoï, Wozencraft âæa ra mäüt thuáût toaïn giaíi maî tæång âäúi hiãûu quaí. Nàm 1963, Massey âæa ra caïch giaíi maî êt hiãûu quaí hån nhæng dãù thæûc hiãûn. Nàm 1967, Viterbi âaî âæa ra thuáût toaïn giaíi maî täúi æu âæåüc goüi laì thuáût toaïn Viterbi. Tæì âáy, maî cháûp âæåüc æïng duûng räüng raîi trong ngaình viãùn thäng.

5.1.3 Khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía läùi cuía maî khäúi

- 109 -

- Chæång V -

a) Mäúi quan hãû giæîa khoaíng caïch Hamming vaì khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía läùi

Lyï thuyãút maî âaî chæïng minh ràòng: khoaíng caïch Hamming giæîa caïc tæì maî trong mäüt bäü maî coï

liãn quan âãún khaí nàng phaït hiãûn sai vaì sæía sai cuía bäü maî âoï, cuû thãø laì:

1srd ++≥

trong âoï d laì khoaíng caïch Hamming, r laì säú läùi phaït hiãûn âæåüc, s laì säú läùi sæía âæåüc, rs ≤ .

Ta kiãøm tra âiãöu naìy qua mäüt vê duû minh hoüa sau âáy:

Giaí sæí ta coï bäü maî âãöu M. M coï 8 tæì maî nhæ sau:

Kyï tæû A B C D E F G H

Tæì maî 000 001 010 011 100 101 110 111

Tæì M, ta láûp bäü maî M1 coï khoaíng caïch Hamming âãöu laì 2. Nãúu choün tæì maî B (001) laìm tæì maî xuáút phaït thç bäü maî M1 bao gäöm 4 tæì maî sau:

Kyï tæû B C E H

Tæì maî 001 010 100 111

Goüi 4 tæì maî trãn laì tæì maî duìng vaì 4 tæì maî coìn laûi laì tæì maî cáúm.

Trong træåìng håüp sai 1 läùi, roî raìng caïc tæì maî duìng âæåüc truyãön âi seî chuyãøn thaình caïc tæì maî cáúm bãn thu. Cuû thãø laì B (001) chuyãøn thaình F (101), D (011), A (000); C chuyãøn thaình G(110), A (000), D (011); E chuyãøn thaình A (000), G (110), F (101); H chuyãøn thaình D (011), F (101), G (110). Luïc naìy coï thãø dãù daìng phaït hiãûn âæåüc läùi. Nãúu bãn thu nháûn âæåüc tæì maî laì A, coï thãø kãút luáûn laì tæì maî truyãön âi bë läùi nhæng khäng thãø kãút luáûn âæåüc tæì maî naìo (B, C hay E) âaî truyãön âi. Noïi caïch khaïc, khi säú træåìng håüp sai nhiãöu hån säú tæì maî cáúm thç khäng thãø phaït hiãûn âæåüc läùi. Trong træåìng håüp sai 2 läùi, ta tháúy tæì maî duìng naìy seî chuyãøn thaình tæì maî duìng khaïc nãn khäng thãø phaït hiãûn âæåüc läùi.

Tæì M, ta láûp bäü maî M2 coï khoaíng caïch Hamming âãöu laì 3. Nãúu choün tæì maî B (001) laìm tæì maî xuáút phaït thç bäü maî M2 bao gäöm 2 tæì maî sau:

Kyï tæû B G

Tæì maî 001 110

Trong træåìng håüp sai 1 läùi, roî raìng caïc tæì maî duìng âæåüc truyãön âi seî chuyãøn thaình caïc tæì maî cáúm bãn thu. Cuû thãø laì B (001) chuyãøn thaình F (101), D (011), A (000); G chuyãøn thaình C(010), E (100), H (111). Luïc naìy coï thãø dãù daìng phaït hiãûn âæåüc läùi vaì do säú træåìng håüp sai

- 110 -

- Chæång V -

khäng truìng nhau vaì bàòng säúú tæì maî cáúm nãn coï thãø sæía âæåüc läùi. Trong træåìng håüp sai 2 läùi, ta tháúy tæì maî duìng chuyãøn thaình tæì maî cáúm nhæng truìng våïi tæì maî cáúm trong træåìng håüp sai 1 läùi chè phaït hiãûn âæåüc läùi chæï khäng sæía âæåüc läùi.

Toïm laûi, tæì vê duû trãn ta coï thãø kãút luáûn: nãúu khoaíng caïch Hamming laì 2 thç coï khaí nàng phaït hiãûn âæåüc 1 läùi, nãúu khoaíng caïch Hamming laì 3 thç coï khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía âæåüc 1 läùi vaì phaït hiãûn âæåüc 2 läùi. Âiãöu naìy hoaìn toaìn âuïng chæïng minh trãn vãö mäúi quan hãû giæîa khoaíng caïch Hamming vaì khaí nàng phaït hiãûn vaì sæía läùi cuía maî.

Cuîng qua vê duû trãn vãö bäü maî M2 ta tháúy ràòng: våïi säú læåüng tæì maî trong bäü maî laì 2 thæûc sæû trong mäùi tæì maî chè coï 1 bit tin. Nhæng åí âáy chiãöu daìi tæì maî laì 3. Nhæ váûy trong 3 bit âoï coï 2 bit dæ. "Dæ" åí âáy hiãøu theo nghéa laì khäng mang tin nhæng âæåüc thãm vaìo nhàòm muûc âêch kiãøm tra läùi. Pháön sau ta seî xeït täøng quaït vãö mäúi quan hãû giæîa âäü daìi täøng cäüng cuía tæì maî vaì säú bit tin.

b) Mäúi quan hãû giæîa âäü daìi täøng cäüng cuía tæì maî vaì säú bit tin

Âãø tçm ra mäúi quan hãû giæîa âäü daìi täøng cäüng cuía tæì maî vaì säú bit tin, træåïc hãút ta âæa ra khaïi niãûm vector läùi e. Vector läùi laì vector biãøu diãùn vë trê caïc bit läùi xuáút hiãûn trong tæì maî thu, qui æåïc bit khäng läùi âæåüc biãøu diãùn laì 0 vaì bit läùi âæåüc biãøu diãùn laì 1.

Vê duû tæì maî phaït laì 1110010 vaì tæì maî thu laì 1100110. Luïc naìy vector läùi laì e = 0010100

Goüi âäü daìi täøng cäüng cuía tæì maî laì: n; suy ra säú tæì maî täøng cäüng laì: 2n

Goüi säú bit tin trong tæì maî laì : k; suy ra säú tæì maî duìng laì: 2k

Váûy säú tæì maî cáúm laì: 2n - 2k

Goüi E laì säú læåüng vector läùi, ta coï:

n321E...EEEE ++++=

Åí âáy Ei laì vector läùi biãøu diãùn træåìng håüp sai i läùi.

)!in(!i!nCE

i

ni −==

Våïi mäùi tæì maî duìng truyãön âi thç täúi âa coï thãø xaíy ra E træåìng håüp läùi. Váûy våïi säú tæì maî duìng laì 2k thç täúi âa coï thãø xaíy ra Ex2k træåìng håüp läùi. Âãø coï thãø phaït hiãûn vaì sæía hãút táút caí caïc läùi naìy thç yãu cáöu mäùi træåìng håüp sai phaíi chuyãøn tæì maî duìng sang mäüt tæì maî cáúm khaïc nhau, noïi caïch khaïc, säú træåìng håüp sai khäng âæåüc væåüt quaï säú læåüng tæì maî cáúm, nghéa laì:

knk222Ex −≤ .

Trong træåìng håüp sai 1 läùi, ta coï:

nEE1==

Váûy quan hãû giæîa n vaì k phaíi thoía maîn báút âàóng thæïc sau:

- 111 -

- Chæång V -

1n22

nk

+≤

5.2 Maî khäúi

5.2.1 Maî kiãøm tra chàôn leí (parity)

Âáy laì loaûi maî khäúi âån giaín nháút. Maî naìy âæåüc duìng phäø biãún trong truyãön säú liãûu daûng ASCII. Våïi phæång phaïp naìy, mäùi kyï tæû træåïc khi truyãön âi âæåüc thãm vaìo mäüt bit chàôn leí, goüi laì bit parity (P). Bit P âæåüc tênh toaïn dæûa vaìo kyï tæû phaït sao cho täøng säú bit 1 trong kyï tæû (kãø caí bit P) laì säú chàôn nãúu parity laì loaûi chàôn ( even parity) vaì laì säú leí nãúu parity laì loaûi leí (odd parity). Duìng maî parity leí seî traïnh âæåüc træåìng håüp truyãön tæì maî gäöm toaìn säú 0, tuy nhiãn, maî parity chàôn laûi âæåüc duìng phäø biãún hån.

Hçnh 5.4 laì mäüt vê duû minh hoüa cho maî kiãøm tra chàôn leí. Bit parity chàôn laì 1, bit parity leí laì 0 våïi kyï tæû 1001001. Tyí lãû maî laì 7/8, mäüt mæïc dæ ráút tháúp.

1 0 0 1 0 0 1 P

Hçnh 5.4 Vê duû maî parity

B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6

P chàôn = 1P leí = 0 R = k/n = 7/8

7 bit tin 1bit kiãøm tra

B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

P leíP chàôn

Hçnh 5.5 Maûch tênh toaïn bit parity

- 112 -

- Chæång V -

Khi nháûn kyï tæû, bãn thu seî thæûc hiãûn tênh toaïn bit parity tæång tæû nhæ bãn phaït vaì so saïnh. Nãúu chuïng bàòng nhau thç kãút luáûn khäng coï läùi, nãúu khaïc nhau thç kãút luáûn coï läùi.

Maûch tênh toaïn bit parity cho caí bãn phaït vaì bãn thu âån giaín laì táûp caïc cäøng XOR nhæ trãn hçnh 5.5.

Báy giåì ta xeït âãún khaí nàng phaït hiãûn läùi cuía maî parity. Giaí sæí duìng P chàôn, caïc tæì maî mang tin laì 7 bit tæì 0000000 âãún 1111111, caïc tæì maî liãn tiãúp trong bäü maî naìy seî laì:

0000000 0

0000001 1

0000010 1

..................

Ta tháúy khoaíng caïch Hamming cuía bäü maî naìy laì 2. Váûy theo lyï thuyãút maî, maî naìy chè phaït hiãûn âæåüc 1 läùi. Tuy nhiãn, thæûc tãú maî naìy phaït hiãûn âæåüc táút caí caïc läùi âån hay caïc läùi xuáút hiãûn våïi säú läùi leí, khäng phaït hiãûn âæåüc caïc läùi xuáút hiãûn våïi säú läùi chàôn.

5.2.2 Maî kiãøm tra täøng khäúi BCC(Block sum Check Character)

Khi truyãön âi mäüt khäúi kyï tæû, mäüt kyï tæû trong khäúi coï thãø bë läùi, vaì vç váûy coi nhæ khäúi âoï bë läùi. Xaïc suáút khäúi kyï tæû bë läùi goüi laì xaïc suáút läùi khäúi (block error rate). Khi truyãön âi khäúi kyï tæû, ta coï thãø caíi thiãûn khaí nàng khaí nàng phaït hiãûn läùi cuía maî parity bàòng caïch khäng chè thãm bit P cho riãng tæìng kyï tæû âån leí maì coìn thãm táûp caïc bit P tênh trãn caí mäüt khäúi hoaìn chènh.

Våïi phæång phaïp naìy, mäùi kyï tæû trong khäúi âæåüc thãm vaìo mäüt bit P, goüi laì bit parity haìng (row parity), mäùi vë trê cuía bit trong khäúi âæåüc thãm mäüt bit P goüi laì bit parity cäüt (column parity). Táûp caïc bit parity cäüt taûo thaình kyï tæû kiãøm tra täøng khäúi BCC.

Hçnh 5.6 trçnh baìy mäüt vê duû duìng parity chàôn cho haìng vaì parity leí cho cäüt.

B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 P

1 0 0 1 1 1 0 0

0 1 1 0 0 0 1 1

1 1 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0 1 BCC =

Caïc bit parity cäüt

Caïc

bit

Parity

haìng

Näüi dung khung

1

Hçnh 5.6 Vê duû kiãøm tra täøng modulo-2

- 113 -

Bit P cho BCC

- Chæång V -

Qua vê duû trãn ta tháúy màûc duì hai bit läùi trong mäüt kyï tæû khäng âæåüc phaït hiãûn nhåì bit parity haìng nhæng seî âæåüc phaït hiãûn nhåì bit parity cäüt. Maî naìy khäng phaït hiãûn âæåüc hai bit läùi trong cuìng kyï tæû xaíy ra åí cuìng cäüt vaìo cuìng thåìi âiãøm (vê duû nhæ caïc bit läùi xuáút hiãûn åí caïc vë trê nhæ âaïnh dáúu trong hçnh). Tuy nhiãn, khaí nàng naìy ráút êt xaíy ra nãn maî kiãøm tra täøng âaî caíi thiãûn âæåüc khaí nàng phaït hiãûn läùi cuía maî parity âån. Nãúu xaíy ra läùi âån thç càn cæï vaìo bit P haìng vaì P cäüt thu sai khaïc so våïi P haìng vaì P cäüt tênh, ta coï thãø xaïc âënh âæåüc vë trê bit läùi, do âoï coï thãø sæía läùi.

Phæång phaïp kiãøm tra täøng thæåìng âæåüc duìng trong træåìng håüp säú liãûu truyãön âi laì mäüt maíng kyï tæû ASCII.

Phæång phaïp naìy coï mäüt biãún thãø laì sæí duûng täøng buì 1 âãø tênh BCC thay cho täøng modulo-2. Trong phæång phaïp måïi naìy, xem caïc kyï tæû trong khäúi cáön truyãön nhæ laì caïc säú nhë phán khäng dáúu. Træåïc hãút, cäüng caïc säú naìy laûi duìng thuáût toaïn buì 1, sau âoï âaío ngæåüc kãút quaí laûi taûo thaình BCC. Bãn thu tiãún haình tênh täøng buì 1 cuía táút caí caïc kyï tæû trong khäúi (kãø caí BCC), nãúu khäng coï läùi xuáút hiãûn thç kãút quaí phaíi bàòng 0. Læu yï ràòng, våïi thuáût toaïn buì 1, bit nhåï cuäúi cuìng âæåüc quay voìng räöi cäüng vaìo täøng âang coï cho nãn säú 0 seî âæåüc biãøu diãùn hoàûc laì toaìn säú 0 hoàûc laì toaìn säú 1.

Phæång phaïp måïi naìy âæåüc trçnh baìy qua vê duû trãn hçnh 5.7. Tæì vê duû ta tháúy phæång phaïp måïi naìy phaït hiãûn läùi täút hån phæång phaïp täøng modulo-2.

Bãn phaït Bãn thu

0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1

1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1

1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

1 0 1 0 0 0 1 = täøng buì 1 0 1 0 1 1 0 1

Mb

5

a

H

b

1

0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 1 0 0 1 0

0 1 0 1 1 0 1 = BCC

Âaío bit

Hçnh 5.7 Vê duû kiãøm tra

aî kiãøm tra täøng buì 1 thæåìng âæåüc tênh toaïn bàòng phaín tin giao thæïc qua internet.

.2.3 Maî khäúi tuyãún tênh

) Vê duû vãö maî khäúi tuyãún tênh

çnh 5.8 minh hoüa mäüt maûch taûo maî khäúi tuyãún tên

it kiãøm tra chàôn leí (P1 âãún P3).

- 112 -

1

1

1 1 1 1 1 1 1 = säú 0 trong säú buì 1

täøng buì 1

áön mãöm, duìng âãø kiãøm tra läùi cho caïc

h (4, 7) gäöm 4 bit tin (I1 âãún I4) vaì 3

- Chæång V -

Giaí sæí duìng parity chàôn, mäúi quan hãû giæîa caïc bit tin vaì bit kiãøm tra laì:

3213

4212

4311

IIIP

IIIP

IIIP

⊕⊕=

⊕⊕=

⊕⊕=

Nãúu caïc bit tin laì I1 = 1, I2 = 0, I3 = 1, I4 = 1, caïc bit P tênh âæåüc seî laì P1 = 1, P2 = 0 vaì P3 = 0.

I1 I2 I3 I4 P1 P2 P3

Hçnh 5.8 Maûch taûo maî khäúi (4, 7)

Ta coï thãø viãút laûi quan hãû giæîa caïc bit tin vaì bit kiãøm tra trong vê duû trãn nhæ sau:

43211

43211

43211

xI0xI1xI1xI1P

xI1xI0xI1xI1P

xI1xI1xI0xI1P

⊕⊕⊕=

⊕⊕⊕=

⊕⊕⊕=

Tæì caïc phæång trçnh quan hãû naìy, ta ruït ra ma tráûn kiãøm tra H nhæ sau:

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

100:0111010:1011001:1101

H

Pháön bãn traïi cuía âæåìng cháúm cháúm laì caïc hãû säú cuía caïc bit tin I1 âãún I4, pháön bãn phaíi âæåìng cháúm cháúm laì ma tráûn 3x3 coï âæåìng cheïo laì 1 (ma tráûn âån vë).

b) Ma tráûn sinh (generator matrix)

Ma tráûn sinh, kyï hiãûu laì G, laì mäüt ma tráûn 4 x 7, âæåüc taûo ra bàòng caïch kãút håüp mäüt ma tráûn âån vë 4 x 4 våïi ma tráûn hoaïn vë cuía ma tráûn bãn traïi âæåìng cháúm cháúm cuía H. Trong vê duû trãn, ma tráûn sinh laì:

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

011:1000101:0100110:0010111:0001

G

Nhåì ma tráûn sinh G, ta coï thãø tênh toaïn âæåüc tæì maî bàòng caïch nhán vector haìng m biãøu diãùn

- 113 -

- Chæång V -

cho tæì maî mang tin våïi G. Trong vê duû trãn, daîy mang tin laì 1011, tæì maî khäúi tuyãún tênh (4,7) âæåüc taûo ra laì:

[ ] [1011100

0001110001010101000111000111

1011 =

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

]

Ta nháûn tháúy ma tráûn kãút quaí chênh laì vector biãøu diãùn cho tæì maî khäúi (4, 7) gäöm coï hai pháön: 4 bit bãn traïi laì 4 bit tin I1 âãún I4, 3 bit bãn phaíi chênh laì 3 bit kiãøm tra P1 âãún P3.

Theo caïch láûp maî naìy, ta nháûn tháúy khoaíng caïch Hamming täúi thiãøu laì 3, do âoï maî naìy sæía sai âæåüc 1 läùi.

c) Baíng syndrome âãø giaíi maî sæía läùi

Syndrome laì mäüt tæì maî âäüc láûp våïi tæì maî phaït vaì chè phuû thuäüc vaìo daîy thu bë läùi, kyï hiãûu vector syndrome laì s. Baíng syndrome laì táûp håüp táút caí caïc syndrome coï thãø coï. Goüi c laì vector biãøu diãùn cho tæì maî khäúi (n, k) . Ta coï quan hãû:

cGxm =

Goüi e laì vector läùi vaì r laì tæì maî thu, ta coï:

ecr ⊕=

Syndrome âæåüc tênh nhæ sau: TTTTTT

HxeHxe0HxeHxcHx)ec(Hxrs =⊕=⊕=⊕==

Baíng syndrome âæåüc tênh sàôn våïi giaí thiãút laì truyãön âi tæì maî gäöm toaìn bit 0. Vê duû baíng syndrome trong træåìng håüp sai 1 läùi nhæ hçnh 5.9:

Vector läùi Syndrome

00100000010100000010100000010011000010001010010000011010000011110000000000000000

Hçnh 5.9 Baíng syndrome hoaìn chènh cho táút caí caïc läùi âån

Nhçn vaìo baíng hçnh 5.9 ta tháúy: khi khäng coï läùi syndrome laì 0, khi coï läùi syndrome khaïc 0

- 114 -

- Chæång V -

vaì caïc syndrome khäng giäúng nhau nãn coï thãø càn cæï vaìo syndrome âãø biãút vë trê bit läùi, tæì âoï sæía âæåüc läùi. Vê duû trãn, giaí sæí thu âæåüc tæì maî 1011101, tæì maî âuïng sæía âæåüc seî laì c nhæ sau:

[ ]

[ ] [ ] [1011100c001

001010100110101011111

1011101s

1011101r

=⇒=

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

=

]

Træåìng håüp xuáút hiãûn läùi chuìm, ngæåìi ta sæí duûng kyî thuáût taûo loaûn (interleaving): xaïo träün thæï tæû caïc bit tin trong baín tin maî hoïa træåïc khi phaït vaì sàõp xãúp laûi sau khi thu, âãø taïch chuìm läùi thaình caïc läùi âån räöi måïi âæa âãún bäü giaíi maî.

5.3 Maî voìng

5.3.1 Âàûc âiãøm cuía maî voìng

Nhæ âaî giåïi thiãûu åí trãn (5.1.2), maî voìng laì mäüt låïp con cuía maî khäúi tuyãún tênh. Maî voìng coï caïc âàûc âiãøm sau:

- Cáúu truïc toaïn hoüc cuía maî voìng cho pheïp khaí nàng sæía läùi cao.

- Coï thãø thæûc hiãûn maî voìng dãù daìng bàòng pháön cæïng, bàòng caïc thanh ghi dëch vaì caïc cäøng XOR

- Dëch voìng mäüt tæì maî cuîng âæåüc mäüt tæì maî thuäüc cuìng bäü maî.

- Coï thãø biãøu diãùn maî voìng bàòng âa thæïc

- Coï thãø taûo ra tæì maî voìng bàòng caïch nhán modulo-2 vector mang tin våïi âa thæïc sinh. Luïc naìy maî voìng âæåüc goüi laì maî voìng khäng hãû thäúng

5.3.2 Maî kiãøm tra âäü dæ voìng CRC (Cyclic Redundancy Check)

Maî CRC laì mäüt loaûi maî voìng âæåüc sæí duûng räüng raîi trãn caïc kãnh truyãön näúi tiãúp bit âãø phaït hiãûn läùi (khäng sæía läùi). Trong CRC, mäüt táûp bit kiãøm tra âæåüc tênh toaïn cho mäùi khung tin dæûa vaìo näüi dung khung, sau âoï âæåüc gàõn thãm vaìo âuäi khung âãø truyãön âi. Bãn thu thæûc hiãûn tênh toaïn tæång tæû nhæ bãn phaït âãø phaït hiãûn läùi. Caïc bit kiãøm tra goüi laì daîy kiãøm tra khung FCS (Frame Check Sequence). Thuáût toaïn cuû thãø nhæ sau:

a) Tênh toaïn taûo maî CRC bãn phaït vaì kiãøm tra läùi bãn thu

Goüi M(x) laì âa thæïc tin báûc k-1, G(x) laì âa thæïc sinh báûc r

- 115 -

- Chæång V -

Thæûc hiãûn pheïp chia cho G(x), seî âæåüc: r

x)x(M

)x(G)x(R)x(Q

)x(Gx)x(M

r

+= , våïi Q(x) laì thæång säú vaì R(x) laì säú dæ

Tæì âáy suy ra:

)x(Q)x(G

)x(Rx)x(Mr

=+

Âàût laì âa thæïc biãøu diãùn cho tæì maî CRC phaït. Roî raìng laì nãúu khäng coï läùi xuáút hiãûn thç bãn thu, sau khi chia tæì maî thu cho âa thæïc sinh ta seî âæåüc pháön dæ laì 0.

)x(Rx)x(M)x(Tr+=

b) Vê duû

Vê duû cáön truyãön âi mäüt khung tin 8 bit 11100110 qua âæåìng truyãön säú liãûu, sæí duûng maî CRC âãø phaït hiãûn läùi, âa thæïc sinh sæí duûng laì 11001.

Tæì maî CRC âæåüc taûo ra nhæ hçnh 5.10 sau:

1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1

⊕ 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0

0 0 1 0 1 1 1

⊕ 1 1 0 0 1

1 1 1 0 0

⊕ 1 1 0 0 1

0 0 1 0 1 0 0

⊕ 1 1 0 0 1

0 1 1 0 1 0

⊕1 1 0 0 1

0 0 0 1 1 0

Dæ (FCS)

Hçnh 5.10 Vê duû taûo maî CRC

Sau khi thæûc hiãûn tênh toaïn nhæ trãn, ta tçm âæåüc tæì maî CRC laì: 11100110 0110, trong âoï 8 bit âáöu laì 8 bit tin vaì 4 bit sau laì 4 bit kiãøm tra.

Giaí sæí taûi bãn thu, ta thu âæåüc tæì maî: 111001101111. Hçnh 5.11 trçnh baìy viãûc thæûc hiãûn pheïp chia âa thæïc thu cho âa thæïc sinh nhæ trãn.

- 116 -

- Chæång V -

1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

⊕ 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0

0 0 1 0 1 1 1

⊕ 1 1 0 0 1

1 1 1 0 0

⊕ 1 1 0 0 1

0 0 1 0 1 1 1

⊕ 1 1 0 0 1

0 1 1 1 0 1

⊕1 1 0 0 1

0 0 1 0 0 1

Dæ 0≠ nãn phaït hiãûn âæåüc läùi

Hçnh 5.11 Vê duû giaíi maî CRC vaì phaït hiãûn läùi

Viãûc læûa choün âa thæïc sinh ráút quan troüng vç noï xaïc âënh caïc kiãøu läùi coï thãø phaït hiãûn. Mäüt âa thæïc sinh báûc r coï êt nháút 3 säú 1 seî phaït hiãûn âæåüc táút caí caïc läùi âån, táút caí caïc läùi âäi, táút caí caïc läùi xaíy ra våïi säú leí, táút caí caïc läùi chuìm ngàõn hån r vaì háöu hãút caïc läùi chuìm daìi hån hoàûc bàòng r. Sau âáy laì mäüt vaìi âa thæïc sinh thæåìng duìng trong thæûc tãú:

CRC - 16: G(x) = x16 + x15 + x2 + 1

CRC - CCITT: G(x) = x16 + x12 + x5 + 1

CRC - 32: G(x) = x32 + x26 + x23 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1

CRC - 16 vaì CRC - CCITT âæåüc duìng räüng raîi trong WAN, CRC - 32 âæåüc duìng trong háöu hãút caïc LAN. Khaí nàng tæû sæía läùi cuía CRC tháúp nhæng khaí nàng phaït hiãûn läùi ráút cao nãn thæåìng âæåüc duìng kãút håüp våïi ARQ âãø sæía läùi.

c) Maûch thæûc hiãûn maî CRC

Hçnh 5.12 trçnh baìy så âäö thæûc hiãûn CRC bãn phaït.

Ta xeït cuû thãø vê duû trãn. Säú bit trong FCS laì 4 nãn cáön mäüt thanh ghi dëch 4 bit (goüi laì thanh ghi FCS) âãø biãøu diãùn x3, x2, x1 vaì x0 trong âa thæïc sinh (goüi laì caïc bit têch cæûc - active bit). Våïi âa thæïc sinh naìy thç caïc säú x3 va ì x0 la ì 1 coìn x2 va ì x1 laì 0. Traûng thaïi måïi cuía x1 vaì x2 âæåüc thay bàòng traûng thaïi træåïc âoï cuía x0 vaì x1. Traûng thaïi måïi cuía x0 vaì x3 âæåüc xaïc âënh båíi traûng thaïi cuía âæåìng phaín häöi âaî XOR våïi säú træåïc âoï.

Maûch hoaût âäüng nhæ sau: træåïc tiãn xoïa thanh ghi dëch FCS vaì naûp song song 8 bit âáöu tiãn trong khung tin vaìo thanh ghi vaìo song song - ra näúi tiãúp PISO (Parallel Input - Serial Output). Tên hiãûu âiãöu khiãøn phaín häöi laì 1. Theo täúc âäü cuía âäöng häö phaït TxC, caïc bit naìy âæåüc dëch ra âæåìng truyãön láön læåüt tæì msb âãún lsb. Cuìng luïc naìy, doìng bit naìy âæåüc XOR våïi - 117 -

- Chæång V -

Tên hiãûu âiãön khiãøn phaín häöi (tæì 1 thaình 0 sau 8 N TxC)

FCS

PISO

lsb msb

x0 x1 x2 x3

TxD

Naûp song song tæìng byte trong N byte trong khung tin

TxC

Thanh ghi PISO Thanh ghi FCS TxC

lsb msb X0 X1 X2 X3

0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0

1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1

2 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0

3 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1

4 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0

5 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0

6 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0

8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Hçnh 5.12 Så âäö maûch taûo CRC bãn phaït

x3 qua âæåìng phaín häöi tråí laûi caïc âáöu vaìo choün loüc cuía FCS. Sau khi 8 bit âáöu (byte âáöu tiãn

- 118 -

- Chæång V -

trong khung tin) âi qua hãút thanh ghi PISO, thuí tuûc naìy âæåüc làûp laûi. Sau khi xuáút ra byte tin cuäúi cuìng trong khung tin, thanh ghi PISO âæåüc naûp toaìn laì säú 0, tên hiãûu âiãöu khiãøn phaín häöi tæì 1 tråí thaình 0, do âoï näüi dung cuía thanh ghi FCS - laì caïc bit kiãøm tra - âi theo sau khung tin phaït ra âæåìng truyãön. Trong hçnh 5.12, ta âaî giaí sæí khung tin chè coï 1 byte (N = 1)

Thanh ghi SIPO Thanh ghi FCS RxC RxD

lsb msb X0 X1 X2 X3

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 0

2 1 1 1 1 1 0 0

3 0 1 1 1 1 1 1 0

4 0 0 1 1 1 0 1 1 1

5 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

6 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1

7 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1

8 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0

9 1 0 1 0 1

10 1 0 0 1 1

11 0 0 0 0 0

12

0 0 0 0

Hçnh 5.13 Så âäö maûch kiãøm tra CRC bãn thu

Âoüc byte

FCS

SIPO

lsb msb

x0 x1 x2 x3

RxC

Âoüc song song byte (xN)

RxD

Dæ = 0

- 119 -

- Chæång V -

Hçnh 5.13 trçnh baìy så âäö kiãøm tra CRC bãn thu. Säú liãûu thu RxD láön læåüt âæåüc dëch vaìo thanh ghi vaìo näúi tiãúp - ra song song SIPO ( Serial Input - Parallel Output) åí giæîa mäùi ä bit. Caïc bit RxD láön læåüt âæåüc XOR våïi x3 vaì phaín häöi tråí laûi thanh ghi SIPO, mäùi khi nháûn âæåüc byte 8 bit, thiãút bë âiãöu khiãøn seî âiãöu khiãøn âoüc byte.

d) Giaíi maî maî CRC bàòng phæång phaïp báùy läùi

Xeït træåìng håüp maî CRC âæåüc thaình láûp våïi säú bit tin k vaì säú bit täøng cäüng n thoaí maîn báút

âàóng thæïc: 1n

22n

k

+≤ . Vê duû k = 4, n = 7

Phán têch ra caïc thæìa säú nguyãn täú räöi choün thæìa säú báûc r laìm âa thæïc sinh. Vê duû: 1xn+

)1xx)(1xx)(1x(1x3237

+++++=+ .

Choün âa thæïc sinh laì hoàûc laì 1xx)x(G23++= 1xx)x(G

3++=

Maî CRC trong træåìng håüp naìy coï khaí nàng sæía âæåüc läùi, cuû thãø laì 1 läùi.

Y

N

ÂÃÚM = 0

Dëch voìng T'(x) sang traïi

Chia T'(x) cho Ü G(x) - dæ laì R'(x)

T'(x) = T'(x) + R'(x)

Dëch voìng T'(x) sang phaíi ÂÃÚM láön

Tàng ÂÃÚM lãn 1

W ≤ 1 ?

Tênh troüng læåüng dæ W

End

Begin

Hçnh 5.14 Thuáût toaïn sæía läùi maî CRC bàòng phæång phaïp báùy läùi

- 120 -

- Chæång V -

Hçnh 5.14 trçnh baìy thuáût toaïn sæía läùi cho maî CRC bàòng phæång phaïp báùy läùi. Goüi T'(x) laì âa thæïc biãøu diãùn cho tæì maî thu. Quaï trçnh sæía läùi bàõt âáöu bàòng viãûc dëch voìng T'(x) sang traïi, sau âoï chia cho G(x) âãø tçm säú dæ R'(x). Viãûc dëch voìng seî diãùn ra nhiãöu láön cho âãún khi troüng læåüng dæ nhoí hån hoàûc bàòng 1. Trong læu âäö trãn, ta duìng biãún ÂÃÚM âãø âãúm säú láön dëch voìng traïi. Sau âoï cäüng T'(x) våïi R'(x), läùi âæåüc báùy vaì sæía sau pheïp cäüng naìy. Tuy nhiãn, ta cáön phaíi sæía laûi vë trê caïc bit trong T'(x) do nhæîng láön dëch voìng traïi. Do âoï, phaíi dëch voìng T'(x) ngæåüc laûi sang phaíi våïi säú láön bàòng säú láön træåïc âoï âaî dëch voìng sang traïi (säú láön dëch voìng phaíi åí âáy chênh laì ÂÃÚM).

Vê duû tin laì 4 bit 1100, âa thæïc sinh choün laì 1xx23++ . Thæûc hiãûn maî hoïa ta âæåüc tæì maî

phaït laì 1100 101. Giaí sæí bãn thu thu âæåüc tæì maî 1110 101. Kiãøm tra läùi bàòng caïch chia T'(x) cho G(x), ta tháúy pheïp chia coìn dæ nãn kãút luáûn coï läùi. Váûy tiãún haình sæía läùi nhæ sau:

Dëch voìng traïi láön thæï nháút âæåüc 1101011, chia cho G(x) dæ laì 011.

Dëch voìng traïi láön thæï hai âæåüc 1010111, chia cho G(x) dæ laì 110.

Dëch voìng traïi láön thæï ba âæåüc 0101111, chia cho G(x) dæ laì 001.

Thæûc hiãûn pheïp cäüng modulo-2: 0101111 ⊕ 001 ta âæåüc 0101110, räöi dëch voìng sang phaíi 3 láön ta âæåüc laûi tæì maî 1100101 giäúng nhæ bãn phaït.

5.3.3 Maî Hamming

Maî Hamming laì mäüt træåìng håüp riãng âån giaín nháút cuía maî voìng. Maî Hamming coï d = 3, coï khaí nàng sæía âæåüc 1 läùi.

Mäüt tæì maî Hamming âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng täøng quaït . ÅÍ âáy i laì caïc

bit tin vaì c laì caïc bit kiãøm tra.

....iiciicicc8421

Caïc bit c chênh laì kãút quaí cuía pheïp XOR giaï trë chè vë trê cuía caïc bit 1 våïi nhau. Quaï trçnh kiãøm tra läùi bãn thu diãùn ra tæång tæû nhæ bãn phaït. Nãúu kãút quaí cuía pheïp XOR laì mäüt giaï trë khaïc 0 thç âoï chênh laì vë trê cuía bit läùi.

Vê duû xeït khaí nàng sæía läùi âån cuía maî Hamming (7, 11) trong træåìng håüp tæì maî mang tin laì 1011101.

Tæì maî Hamming coï daûng: . 101c011c1cc8421

Caïc bit 1 åí caïc vë trê: 3, 6, 9 vaì 11. Âäøi caïc säú naìy sang nhë phán:

101111,10019,01117,01106,00113 ↔↔↔↔↔

Tênh XOR:

100110111001011101100011 =⊕⊕⊕⊕ .

Váûy tæì maî Hamming phaït âi laì: 10100110101

Giaí sæí åí bãn thu, thu âæåüc tæì maî: 10000110101. Âäøi giaï trë chè vë trê cuía caïc bit 1 sang nhë phán räöi tênh XOR tæång tæû nhæ bãn phaït:

- 121 -

- Chæång V -

101111,10019,01117,01106,00011 ↔↔↔↔↔

3001110111001011101100001 ↔=⊕⊕⊕⊕

Tæì âáy xaïc âënh âæåüc bit läùi laì bit åí vë trê thæï 3. Váûy tæì maî thu âæåüc sæía laûi laì: 10100110101 giäúng nhæ tæì maî phaït.

5.4 Maî cháûp

5.4.1 Maî hoïa maî cháûp

Nhæ trçnh baìy åí muûc 5.1.2, maî cháûp âæåüc âàûc træng båíi ba säú nguyãn laì n, k vaì K. Maî cháûp (n, k, K) âæåüc xáy dæûng tæì caïc thanh ghi dëch kK bit. ÅÍ âáy ta xeït loaûi maî cháûp phäø biãún nháút laì maî cháûp coï k = 1. Bäü maî hoïa laì thanh ghi dëch K bit. Âáöu ra cuía caïc vë trê trong thanh ghi âæåüc læûa choün âãø cäüng modulo-2 våïi nhau. Säú læåüng bäü cäüng modulo-2 chênh laì n. Mäüt bäü chuyãøn maûch seî láön læåüt láúy máùu mäùi âáöu ra cuía bäü cäüng modulo-2 theo nhëp cuía âäöng häö thanh ghi dëch.

Hçnh 5.15 minh hoüa mäüt bäü maî hoïa maî cháûp våïi k = 1, K = 3, n = 2.

a) Biãøu diãùn maî cháûp bàòng âa thæïc sinh

2

1

T0 T0 T0

Vaìo 1 1 0 1Ra 11 10 11 01

Hçnh 5.15 Vê duû bäü maî hoïa maî cháûp tyí lãû 1/2

Coï thãø biãøu diãùn bäü maî hoïa maî cháûp bàòng caïc âa thæïc sinh. Mäùi âa thæïc sinh biãøu diãùn cho mäüt bäü cäüng modulo-2. Âa thæïc sinh coï báûc 1K −≤ miãu taí sæû kãút näúi giæîa âáöu ra cuía mäüt vë trê trong thanh ghi dëch våïi bäü cäüng modulo-2. Theo vê duû trãn, hai âa thæïc sinh

laì vaì 2

1x1)x(G += x1)x(G

2+=

Giaí sæí daîy tin vaìo bäü maî hoïa laì 1100, daîy maî hoïa seî laì 11101101 . . ., nghéa laì æïng våïi mäüt bit tin vaìo coï hai bit maî hoïa ra. Do âoï, tyí lãû maî laì 1/2.

Âënh nghéa âaïp æïng xung cuía maî hoïa laì âaïp æïng cuía bäü maî hoïa khi bit vaìo laì 1. Trong vê duû trãn, âaïp æïng xung seî laì: 110110. Våïi daîy vaìo laì 1101, ta tháúy daîy ra coï thãø âæåüc tênh laì cháûp daîy vaìo våïi âaïp æïng xung. Do âoï maî naìy coï tãn laì maî cháûp.

b) Biãøu diãùn maî cháûp bàòng så âäö cáy

Hçnh 5.16 trçnh baìy så âäö cáy biãøu diãùn maî cháûp cho vê duû trãn. Giaí sæí ban âáöu toaìn bäü thanh ghi âæåüc xoaï vãö 0. Âoüc så âäö cáy theo phæång ngang tæì traïi qua phaíi, mäùi nhaïnh cáy

- 122 -

- Chæång V -

biãøu diãùn mäüt tæì maî hai bit ra æïng våïi mäüt bit vaìo. Mäùi khi coï bit vaìo laì 0, âi sang nhaïnh phaíi tiãúp theo åí phêa trãn, nãúu bit vaìo laì 1 thç âi sang nhaïnh phaíi tiãúp theo åí phêa dæåïi.

10 10

00

10

01

11

00

11

00

0

1

Hçnh 5.16 Så âäö cáy biãøu diãùn bäü m

Giaí sæí daîy vaìo laì 110, âi theo âæåìng neït âáûm trãnsäú bit vaìo laì L thç säú nhaïnh trong så âäö cáy seî lacáy ráút cäöng kãönh.

c) Biãøu diãùn maî cháûp bàòng så âäö læåïi

Nhçn trong så âäö cáy ta tháúy thæûc tãú laì bäü maî hoïahiãûu laì a, b, c vaì d tæång æïng våïi caïc càûp bit nhë ph

Tæì så âäö cáy, ta tháúy: láön phán nhaïnh âáöu tiãn, tabäún nuït vaì cæï sau mäùi láön phán nhaïnh säú nuït tàng næía trãn vaì næía dæåïi cuía cáy giäúng hãût nhau. Nhæ coï cuìng traûng thaïi âãöu coï thãø kãút håüp våïi nhau thcáy trãn hçnh 5.16, ta âæåüc så âäö læåïi trãn hçnh 5.1

Caïc nuït trong læåïi biãøu diãùn traûng thaïi cuía bäü matraûng thaïi. Tæì mäùi nuït læåïi coï hai nhaïnh ra: mäüt nmäüt nhaïnh æïng våïi bit vaìo laì 1 (âæåìng neït âæït). Tâæåüc làûp laûi.

01

10

1

1111 0000

d

c

b

a

Hçnh 5.17 Så âäö læåïi biãøu diãùn bäü m - 123 -

01 11

11 01

00

aî hoïa maî cháûp åí hçnh 5.15

så âäö cáy, ta âæåüc daîy ra laì 111011. Nãúu ì 2L. Nhæ váûy, khi säú bit vaìo tàng thç så âäö

maî cháûp chè coï 4 traûng thaïi phán biãût, kyï án 00, 10, 01 va ì 11.

ûo ra hai nuït, láön phán nhaïnh thæï hai taûo ra gáúp âäi. Sau láön phán nhaïnh thæï ba, ta tháúy váûy, vaìo thåìi âiãøm ti naìo âoï, hai nuït báút kyì aình mäüt nuït. Aïp duûng âiãöu naìy cho så âäö 7.

î hoïa. Caïc nuït åí cuìng haìng biãøu diãùn cuìng haïnh æïng våïi bit vaìo laì 0 (âæåìng neït liãön), äøng quaït, sau cäüt nuït thæï K, cáúu truïc læåïi

10

01 01

10 10

111

11 11

00 00

00 00

10

aî hoïa maî cháûp åí hçnh 5.15

- Chæång V -

5.4.2 Giaíi maî maî cháûp bàòng thuáût toaïn Viterbi

Khaïc våïi maî khäúi coï âäü daìi tæì maî cäú âënh, maî cháûp khäng coï kêch thæåïc âàûc thuì. Tuy váûy, maî cháûp cuîng bë eïp vaìo mäüt cáúu truïc khäúi bàòng caïch gàõn thãm mäüt säú bit 0 vaìo cuäúi mäüt daîy tin âãø âaím baío âuäi daîy tin âæåüc dëch hãút qua thanh ghi dëch. Caïc bit 0 naìy khäng mang tin nãn tyí lãû maî seî nhoí hån k/n. Âãø giæî cho tyí lãû maî xáúp xè våïi k/n, chu kyì gàõn thãm bit 0 thæåìng ráút daìi. Chàóng haûn trong vê duû trãn âáy, sau 300 bit tin måïi gàõn thãm 2 bit 0. Váûy tyí lãû maî laì 300/604 xáúp xè 1/2.

Coï ba kiãøu giaíi maî cháûp chênh laì kiãøu tuáön tæû, ngæåîîng vaì Viterbi, trong âoï Viterbi laì phäø biãún nháút.

Thuáût toaïn Viterbi dæûa trãn cå såí giaíi maî lán cáûn gáön nháút (nearest neighbour). Thuáût toaïn tênh khoaíng caïch Hamming (goüi laì metric) giæîa tên hiãûu thu vaìo thåìi âiãøm ti vaì táút caí caïc âæåìng trong læåïi dáùn âãún mäùi traûng thaïi åí cuìng thåìi âiãøm ti. Khi hai âæåìng cuìng dáùn âãún mäüt traûng thaïi, choün ra âæåìng coï khoaíng caïch Hamming ngàõn hån, goüi laì âæåìng säúng (surviving path). Viãûc choün âæåìng säúng âæåüc thæûc hiãûn cho táút caí caïc traûng thaïi vaìo táút caí caïc thåìi âiãøm.

Ta xeït laûi vê duû maî hoïa maî cháûp hçnh 5.15. Giaí sæí daîy thu laì 1010001010, daîy vaìo bäü maî hoïa laì 5 bit, trong âoï coï 3 bit tin vaì 2 bit 0 thãm vaìo.

Træåïc hãút ta xáy dæûng læåïi giaíi maî nhæ hçnh 5.18.

1

1

0

0

2

1 1

1

21 2

0 1 0

1 2

12 1 1

1 0

1 0 1 1

0

a = 00

b = 10

c = 01

d = 11

Hçnh 5.18 Så âäö læåïi giaíi maî

Thæûc hiãûn so saïnh, choün âæåìng coï metric tháúp hån, cuäúi cuìng ta coìn laûi âæåìng säúng laì âæåìng in âáûm (neït âæït vaì neït liãön) trãn hçnh 5.19. Tæì âáy suy ra daîy tin giaíi maî laì: 11100

1

2

0 1

0

Hçnh 5.19 Âæåìng säúng vaì kãút quaí giaíi maî

- 124 -

- Chæång V -

Trong thæûc tãú, bäü giaíi maî Viterbi gäöm coï ba khäúi chênh. Thæï nháút laì khäúi tênh giaï trë metric nhaïnh BMV (Branch Metric Value), thæï hai laì khäúi tênh metric âæåìng PMV (Path Metric Vaue) - laì täøng caïc metric nhaïnh doüc theo mäüt âæåìng trong læåïi vaì thæï ba laì khäúi xaïc âënh âáöu ra - choün âæåìng coï metric nhoí nháút.


1. Âaûi læåüng âo läùi thäng thæåìng laì tyí lãû läùi bit BER hay xaïc suáút läùi bit (Pb).

2. Âiãöu khiãøn läùi nhàòm muûc âêch laì laìm giaím tyí lãû läùi trong mäüt hãû thäúng khi tyí lãû naìy låïn quaï mæïc cho pheïp. Nhçn chung coï nàm phæång phaïp âiãöu khiãøn läùi.

3. Giaíi phaïp âáöu tiãn vaì dãù tháúy nháút laì tàng cäng suáút phaït, nhæng khäng phaíi luïc naìo cuîng coï thãø thæûc hiãûn âæåüc.

4. Giaíi phaïp thæï hai, ráút hiãûu quaí trong viãûc chäúng laûi läùi chuìm gáy båíi fading, laì sæí duûng phán táûp. Coï ba kiãøu phán táûp chênh laì phán táûp khäng gian, phán táûp táön säú vaì phán táûp thåìi gian

5. Giaíi phaïp thæï ba laì truyãön song cäng, hay coìn goüi laì kiãøm tra echo

6. Phæång phaïp thæï tæ âãø âäúi phoï våïi BER cao laì yãu cáöu làûp laûi tæû âäüng ARQ Trong hãû thäúng ARQ, maî phaït hiãûn läùi âæåüc sæí duûng âãö bãn thu kiãøm tra läùi trong khäúi säú liãûu thu vaì traí låìi cho bãn phaït trãn mäüt kãnh häöi tiãúp. Tên hiãûu traí låìi laì cháúp nháûn ACK khi säú liãûu thu âuïng vaì khäng cháúp nháûn NAK khi säú liãûu thu sai. Nãúu bãn phaït nháûn NAK, bãn phaït phaíi tiãún haình truyãön laûi khäúi säú liãûu bë läùi.

7. Phæång phaïp thæï nàm âãø giaím BER laì thæûc hiãûn maî hoïa sæía läùi khäng phaín häöi FECC (Forward Error Correction Coding).

8. Maî hoïa kãnh, coìn âæåüc goüi laì maî hoïa âiãöu khiãøn läùi, âæåüc sæí duûng âãø phaït hiãûn vaì sæía caïc kyï tæû hay caïc bit thu bë läùi, bao gäöm maî hoïa phaït hiãûn läùi vaì maî hoïa sæía läùi khäng phaín häöi FECC

9. Nhçn chung, coï thãø phán loaûi maî phaït hiãûn vaì sæía läùi thaình maî khäúi vaì maî cháûp

10. Maî khäúi âæåüc âàûc træng båíi hai säú nguyãn n vaì k, vaì mäüt ma tráûn sinh hay âa thæïc sinh. Maî khäúi tuyãún tênh - coìn goüi laì maî nhoïm - coï caïc tæì maî coï tæång æïng 1-1 våïi caïc pháön tæí thuäüc nhoïm toaïn hoüc.

11. Maî kiãøm tra chàôn leí (parity) laì loaûi maî khäúi âån giaín nháút. Maî naìy âæåüc duìng phäø biãún trong truyãön säú liãûu daûng ASCII

12. Maî voìng (cyclic code) laì mäüt låïp con cuía maî khäúi tuyãún tênh khäng coï tæì maî gäöm toaìn säú 0. Mäüt maî khäúi tuyãún tênh âæåüc goüi laì maî voìng nãúu sau mäüt láön dëch voìng mäüt tæì maî thç cuîng âæåüc mäüt tæì maî thuäüc cuìng bäü maî.

13. Maî CRC laì mäüt loaûi maî voìng âæåüc sæí duûng räüng raîi trãn caïc kãnh truyãön näúi tiãúp bit âãø phaït hiãûn läùi. Trong CRC, mäüt táûp bit kiãøm tra âæåüc tênh toaïn cho mäùi khung tin dæûa vaìo

- 125 -

- Chæång V -

näüi dung khung, sau âoï âæåüc gàõn thãm vaìo âuäi khung âãø truyãön âi. Bãn thu thæûc hiãûn tênh toaïn tæång tæû nhæ bãn phaït âãø phaït hiãûn läùi.

14. Maî Hamming laì mäüt træåìng håüp riãng âån giaín nháút cuía maî voìng. Maî Hamming coï khaí nàng sæía sai 1 läùi.

15. Maî cháûp cuîng âæåüc âàûc træng båíi hai säú nguyãn laì n vaì k nhæ maî khäúi, nhæng n bit ra cuía bäü maî hoïa khäng chè phuû thuäüc vaìo k bit vaìo maì coìn phuû thuäüc vaìo K-1 bäü k bit vaìo træåïc âoï.

16. Maî cháûp (n, k, K) âæåüc xáy dæûng tæì caïc thanh ghi dëch kK bit. Váûy coï thãø xem maî cháûp laì maî coï nhåï, âoï laì âiãøm khaïc biãût cå baín cuía maî cháûp so våïi maî khäúi.

17. Coï nhiãöu caïch khaïc nhau âãø biãøu diãùn bäü maî hoïa maî cháûp nhæ âa thæïc sinh, så âäö cáy, så âäö læåïi.

18. Thuáût toaïn giaíi maî cháûp âæåüc duìng räüng raîi nháút laì thuáût toaïn Viterbi. Cäng viãûc cå baín nháút trong thuáût toaïn Viterbi laì læûa choün âæåìng coï metric nhoí nháút vaì loaûi boí caïc âæåìng khaïc.

- 126 -

- Chæång VI -

Chæång 6 Gheïp kãnh vaì truyãön dáùn tên hiãûu säú Trong nhiãöu æïng duûng thäng tin, caïc tên hiãûu mang tin khaïc nhau phaíi âæåüc truyãön âi trãn mäüt kãnh váût lyï chung. Kãnh naìy coï thãø laì mäüt caïp âån, mäüt såüi quang hay trong træåìng håüp vä tuyãún laì khoaíng khäng tæû do giæîa hai antenna. Kyî thuáût chia seí kãnh váût lyï chung naìy âæåüc goüi laì gheïp kãnh (multiplexing) . Âãø coï thãø taïch laûi âæåüc caïc tên hiãûu sau khi gheïp kãnh, caïc tên hiãûu âoï phaíi "âuí phán biãût âæåüc våïi nhau" theo mäüt caïch naìo âoï, hay thæåìng âæåüc goüi laì træûc giao nhau.

Pháön âáöu cuía chæång trçnh baìy hai phæång phaïp gheïp kãnh chênh laì gheïp kãnh phán chia theo táön säú FDM (Frequency Division Multiplexing) vaì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM (Time Division Multiplexing). Trong pháön gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian seî âi vaìo chi tiãút hai kiãøu phán cáúp hãû thäúng TDM laì phán cáúp cáûn âäöng bäü PDH (Plessiochronous Digital Hierarchy) vaì phán cáúp âäöng bäü SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

Mäüt kyî thuáût khaïc tæång tæû nhæ gheïp kãnh seî âæåüc trçnh baìy tiãúp theo. Âoï laì kyî thuáût âa truy cáûp (multiple accessing) - cho pheïp nhiãöu càûp thu - phaït cuìng chia seí mäüt âæåìng truyãön dáùn chung. Váún âãö thiãút yãúu cuía âa truy cáûp chênh laì chia seí taìi nguyãn haûn chãú mäüt caïch hiãûu quaí vaì håüp lyï.

Trong näüi dung âa truy cáûp, seî baìn vãö ba kyî thuáût âa truy cáûp phäø biãún laì âa truy cáûp phán chia theo táön säú FDMA (Frequency Division Multiple Accessing), âa truy cáûp phán chia theo thåìi gian TDMA (Time Division Multiple Accessing) vaì âa truy cáûp phán chia theo maî CDMA (Code Division Multiple Accessing).

Näü dung chênh cuäúi cuìng trong chæång laì truyãön dáùn tên hiãûu säú. Pháön naìy liãn quan âãún kyî thuáût khäi phuûc âäöng häö, khäi phuûc tên hiãûu säú vaì caïc váún âãö thæåìng naíy sinh khi truyãön thäng tin qua mäüt säú mäi træåìng truyãön.

6.1 Gheïp kãnh phán chia theo táön säú ( FDM )

FDM laì kyî thuáût gheïp kãnh truyãön thäúng âäúi våïi thoaûi vaì caïc æïng duûng quaíng baï. FDM thæûc hiãûn truyãön âäöng thåìi caïc tên hiãûu khaïc nhau qua cuìng mäüt kãnh bàng räüng bàòng caïch sæí duûng caïc soïng mang táön säú khaïc nhau. Sæû træûc giao giæîa caïc tên hiãûu åí âáy chênh laì træûc giao vãö táön säú. Phäø cuía caïc tên hiãûu naìy khäng bë chäöng lãn nhau. Do caïc tên hiãûu naìy lãûch táön våïi nhau nãn bàòng caïc bäü loüc bãn thu, ta coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu ra.

6.1.1 Nguyãn lyï gheïp vaì taïch kãnh FDM

Hçnh 6.1 laì så âäö khäúi cuía bäü gheïp kãnh FDM bãn phaït. Træåïc tiãn, N tên hiãûu khaïc nhau âæåüc âiãöu chãú våïi N soïng mang phuû coï táön säú khaïc nhau, räöi cäüng táút caí caïc soïng mang phuû âaî âiãöu chãú laûi, taûo thaình tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí. Coï thãø sau âoï tên hiãûu täøng håüp naìy âæåüc âiãöu chãú våïi mäüt soïng mang chênh, hçnh thaình tên hiãûu FDM âãø truyãön qua kãnh bàng räüng. Kiãøu âiãöu chãú duìng trong âiãöu chãú soïng mang phuû vaì âiãöu chãú soïng mang chênh coï

- 127 -

- Chæång VI -

Tên hiãûu FDM

xN(t)

x2(t)

x1(t) fSC1

Âiãöu chãú chênh

x(t)∑

Loüc

fSC2

fSCN

Loüc

Loüc

Âiãöu chãú soïng mang phuû

Hçnh 6.1 Bäü ph

0 BSC1

|X(f)|

BSC2

Hçnh 6.2 Phäø cuía tên hiãûu t

Tên hiãûu FDM

Tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí

Giaíi âiãöu chãú chênh

Hçnh 6.3 Bäü th

- 128 -

Tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí

a

u

ït FDM

f

BSCN

B

äøng håüp bàng cå såí

xN(t)

x2(t)

x1(t) fSC1

Loüc

Loüc

Loüc

fSC2

fSCN

Giaíi âiãöu chãú soïng mang phuû

FDM

- Chæång VI -

thãø khaïc nhau. Táút caí caïc kiãøu âiãöu chãú âãöu coï thãø duìng âæåüc, vê duû nhæ AM, DSB, SSB, PM, FM ... Hçnh 6.2 laì phäø cuía tên hiãûu FDM, bao gäöm táút caí caïc tên hiãûu âiãöu chãú khäng bë chäöng phäø, nãúu khäng thç xuyãn ám giæîa caïc tên hiãûu seî xuáút hiãûn taûi âáöu ra cuía bäü thu.

Bãn thu, tên hiãûu FDM træåïc hãút âæåüc giaíi âiãöu chãú âãø taûo laûi tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí, sau âoï qua caïc bäü loüc âãø phán chia caïc soïng mang phuû ra. Cuäúi cuìng, caïc soïng mang phuû âæåüc giaíi âiãöu chãú âãø taûo laûi caïc tên hiãûu ban âáöu. Hçnh 6.3 laì så âäö bäü taïch kãnh FDM bãn thu.

6.1.2 Phán cáúp hãû thäúng âiãûn thoaûi FDM âiãøn hçnh

Hçnh 6.4 minh hoüa sæû phán cáúp cuía hãû thäúng âiãûn thoaûi FDM theo Cäng ty âiãûn thoaûi vaì âiãûn baïo Hoa Kyì (AT&T).

Tên hiãûu FDM nhoïm cå såí

fSC = 108

fSC = 104

fSC = 100

fSC = 96

fSC = 92

fSC = 88

fSC = 84

fSC = 80

fSC = 76

fSC = 72

fSC = 68

fSC = 64

fSC = 3396

fSC = 3148

fSC = 2900

fSC = 2652

fSC = 2356

fSC = 2108

fSC = 1860

fSC = 1612

fSC = 1364

fSC = 1116

fSC = 612

fSC = 564

fSC = 516

fSC = 468

fSC = 420

Tên hiãûu FDM siãu nhoïm

Tên hiãûu FDM nhoïm chuí

FDM mæïc 3 FDM mæïc 2FDM mæïc 1

Hçnh 6.4 Phán cáúp FDM theo AT&T (fSC tênh bàòng kHz)

- 129 -

- Chæång VI -

ÅÍ âáy, 12 tên hiãûu thoaûi tæång tæû (coìn goüi laì 12 kãnh thoaûi) âæåüc gheïp kãnh phán táön säú sæí duûng kiãøu âiãöu chãú SSB, taûo thaình FDM nhoïm cå baín (basic group). Bàng thäng cuía tên hiãûu FDM nhoïm cå baín laì 48 kHz, chiãøm daíi táön säú tæì 60 - 108 kHz. Váûy mäùi tên hiãûu FDM nhoïm cå baín coï thãø thay bàòng mäüt tên hiãûu coï bàng thäng räüng 48 kHz. Mäùi kãnh thoaûi tæång tæû coï bàng thäng tæì 0.3 - 3.4 kHz âæåüc sàõp xãúp cho chiãúm mäüt daíi táön säú 4 kHz. Khoaíng táön säú daình thãm naìy goüi laì daíi phoìng vãû (guard band). YÏ nghéa cuía chuïng laì daình mäüt khoaíng caïch giæîa caïc kãnh lán cáûn âãø bäü taïch kãnh FDM coï thãø taïch riãng caïc kãnh ra bàòng caïc bäü loüc thæûc tãú.

Cáúp gheïp cao hån trong hãû thäúng âiãûn thoaûi FDM laì siãu nhoïm (super group), gheïp tæì 5 tên hiãûu FDM nhoïm cå baín, kiãøu âiãöu chãú laì SSB, bàng thäng laì 240 kHz, bao gäöm 60 kãnh thoaûi. Tæång tæû nhæ trãn, mäùi tên hiãûu FDM siãu nhoïm coï thãø xem tæång âæång våïi mäüt tên hiãûu coï bàng thäng räüng 240 kHz.

Tiãúp theo, 10 tên hiãûu FDM siãu nhoïm coï thãø gheïp kãnh phán táön säú duìng kiãøu âiãöu chãú SSB âãø taûo thaình mäüt tên hiãûu FDM nhoïm chuí (master group) coï bàng thäng laì 2.52 MHz chæïa 600 kãnh thoaûi.

Kyî thuáût FDM âáöu tiãn laì âæåüc duìng cho thäng tin tæång tæû vaì ngaìy nay âang âæåüc duìng laûi trong caïc hãû thäúng thäng tin såüi quang. ÅÍ âoï, caïc bæåïc soïng khaïc nhau âæåüc duìng âãø truyãön âäöng thåìi caïc tên hiãûu khaïc nhau trãn mäüt såüi quang. Luïc naìy, thuáût ngæî gheïp kãnh phán chia theo bæåïc soïng WDM (Wavelength Division Multiplexing) thæåìng âæåüc duìng nhiãöu hån thuáût ngæî FDM.

6.2 Gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian ( TDM )

TDM laì kyî thuáût gheïp kãnh cho caí tên hiãûu tæång tæû vaì säú. Tuy nhiãn vãö nguyãn tàõc, tên hiãûu tæång tæû phaíi âæåüc säú hoïa træåïc khi gheïp. Cuîng coï thãø thæûc hiãûn láúy máùu kãút håüp våïi gheïp kãnh TDM nhæ âaî trçnh baìy trong chæång 3. TDM thæûc hiãûn truyãön caïc tên hiãûu khaïc nhau qua cuìng mäüt kãnh bàng räüng våïi cuìng táön säú nhæng vaìo caïc thåìi âiãøm khaïc nhau. Sæû træûc giao giæîa caïc tên hiãûu åí âáy chênh laì træûc giao vãö thåìi gian.

Trong khäúi gheïp kãnh bãn phaït, thåìi gian âæåüc phán thaình caïc khe thåìi gian, áún âënh mäùi khe cho mäüt doìng säú âãún tæì mäüt kãnh khaïc nhau theo caïch xoay voìng. Viãûc taïch kãnh âæåüc thæûc hiãûn bãn thu bàòng caïch chuyãøn maûch tên hiãûu thu vaìo caïc thåìi âiãøm thêch håüp. Khaïc våïi FDM, trong hãû thäúng TDM, yãu cáöu táút caí caïc bäü phaït vaì thu phaíi tuán theo mäüt âäöng häö chung.

6.2.1 Nguyãn lyï gheïp vaì taïch kãnh TDM

Âãø minh hoüa cho nguyãn lyï gheïp vaì taïch kãnh TDM, ta xeït vê duû âån giaín laì gheïp TDM cho 3 tên hiãûu tæång tæû x1(t), x2(t) vaì x3(t) , sau âoï truyãön qua hãû thäúng PCM nhæ hçnh 6.5.

Bäü láúy máùu kãút håüp våïi gheïp kãnh coï thãø xem nhæ mäüt bäü chuyãøn maûch 3 âáöu vaìo, láön læåüt láúy máùu caïc tên hiãûu tæång tæû trong 3 kãnh. Nhæ váûy âáöu ra cuía bäü láúy máùu chênh laì daîy xung PAM âæåüc láúy máùu láön læåüt tæì ba tên hiãûu tæång tæû vaìo. Táön säú láúy máùu âæåüc xaïc âënh theo âënh lyï láúy máùu nhæ træåìng håüp khäng gheïp kãnh. Goüi táön säú láúy máùu laì fS, chu kyì láúy máùu laì

- 130 -

- Chæång VI -

TS = 1/ fS, khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau trong daîy xung TDM-PAM laì TS/ 3. Bäü chuyãøn maûch bãn thu phaíi âäöng bäü hoaìn toaìn våïi bäü chuyãøn maûch bãn phaït âãø caïc xung PAM xuáút hiãûn chênh xaïc trong kãnh tæång æïng. Âiãöu naìy âæåüc goüi laì âäöng bäü khung (frame synchronization). Bäü loüc thäng tháúp (LPF) âæåüc sæí duûng âãø taïi taûo tên hiãûu tæång tæû tæì caïc xung PAM. Nãúu bàng thäng cuía kãnh truyãön khäng âuí räüng thç coï thãø xaíy ra giao thoa liãn kyï tæû ISI duì cho âäöng bäü trong hãû thäúng váùn âæåüc duy trç täút. Tên hiãûu trong kãnh naìy coï thãø xuáút hiãûn trong kãnh khaïc vaì goüi hiãûn tæåüng naìy laì xuyãn ám (crosstalk).

Hçnh 6.6 minh hoüa daûng soïng tên hiãûu tæång tæû vaìo vaì daîy xung TDM-PAM cho hãû thäúng gheïp 3 kãnh trãn hçnh 6.5. Âãø âån giaín, giaí sæí bãö räüng caïc xung PAM laì 0.

Hçnh 6.5 Hãû thäúng TDM - PCM 3 kãnh

x3(t)

x2(t)

x1(t)

T/h tæång tæû raT/h tæång tæû vaìo

x1(t)

ADC

x3(t)

x2(t) Kãnh DAC

LPF

LPF

LPF

TDM PAM TDM PCMTDM PCM

& nhiãùu TDM PAM

Âäöng bäü

x3(t)

x2(t)

x1(t)

TS

t

TS/3

Hçnh 6.6 Minh hoüa daûng soïng tên hiãûu tæång tæû vaìo vaì tên hiãûu TDM-PAM cuía hãû thäúng TDM-PCM 3 kãnh hçnh 6.5

6.2.2 Âäöng bäü khung (frame synchronisation) trong hãû thäúng TDM

Tæì phán têch trãn vãö hoaût âäüng gheïp/ taïch kãnh TDM, ta tháúy âäöng bäü khung laì cáön thiãút âãø bãn thu coï thãø phán biãût chênh xaïc dæî liãûu trong kãnh naìy våïi dæî liãûu trong kãnh khaïc, tæì âoï dæî liãûu âæåüc âæa âãún kãnh âáöu ra thêch håüp.

Coï thãø cung cáúp âäöng bäü khung cho maûch taïch kãnh bãn thu bàòng hai caïch: gåíi tên hiãûu âäöng bäü khung tæì bäü phaït trãn mäüt kãnh riãng hoàûc cheìn tên hiãûu âäöng bäü khung vaìo chênh tên hiãûu TDM. Caïch thæï hai kinh tãú hån do khäng cáön mäüt kãnh âäöng bäü riãng. Nhæ minh hoüa trãn hçnh 6.7, tên hiãûu âäöng bäü khung (coìn goüi laì tæì maî âäöng bäü khung) coï thãø âæåüc gheïp kãnh - 131 -

- Chæång VI -

cuìng våïi caïc tæì maî mang tin trong hãû thäúng TDM-N kãnh bàòng caïch truyãön tæì maî âäöng bäü khung K bit vaìo âáöu cuía mäùi khung.

Âäöng bäü khung

Dæî liãûu kãnh 1 Dæî liãûu kãnh 2 Dæî liãûu kãnh N sKs2 s1 Dæî liãûu kãnh N s1

Khung

Tin

Hçnh 6.7 Khuän daûng cuía mäüt khung TDM

Hçnh 6.8 laì maûch khäi phuûc âäöng bäü khung tæì doìng tên hiãûu TDM thu. Vãö nguyãn tàõc, maûch âäöng bäü khung tênh tæång quan cheïo giæîa tên hiãûu TDM khäi phuûc våïi tæì maî âäöng bäü khung

âæåüc xaïc âënh bàòng caïc hãû säú nhán cäú âënh laì . Giaí sæí caïc

bit âäöng bäü âæåüc âënh daûng laì

)s,...,s,s(S = )s,...,s,s(1s

K21 K21

i±= . Theo nhëp âäöìng häö thu, caïc bit trong tên hiãûu TDM

láön læåüt âæåüc dëch vaìo thanh ghi K ä. Näüi dung thanh ghi chênh laì K bit gáön nháút. Caïc bit naìy âæåüc nhán våïi caïc bit cuía tæì maî âäöng bäü khung ( , sau âoï âæåüc cäüng laûi räöi âæa

âãún âáöu vaìo dæång cuía maûch so saïnh. Khi K bit cuía tæì maî âäöng bäü khung xuáút hiãûn trong doìng tên hiãûu TDM vaì âæåüc âæa vaìo thanh ghi thç bit s

)s,...,s,sK21

1 åí trong ä s1, bit s2 åí trong ä s2, . . . Luïc naìy âiãûn aïp vaìo bäü so saïnh laì:

Ks...ssv2

K

2

2

2

1C=+++=

K laì âiãûn aïp låïn nháút coï thãø coï âäúi våïi daîy dæî liãûu báút kyì trong thanh ghi. Âàût ngæåîng cuía bäü so saïnh nhoí hån K mäüt êt, laì 1Kv

T−= , thç âáöu ra cuía bäü so saïnh seî åí mæïc cao chè trong

khoaíng Tb giáy khi tæì maî âäöng bäü khung hoaìn toaìn sàõp xãúp trong thanh ghi. Nhæ váûy, tên hiãûu âäöng bäü khung âaî âæåüc khäi phuûc.

Âäöng bäü khungvT

vC

sK s1

TDM

Clk

_+

1 2 3 K

Hçnh 6.8 Maûch âäöng bäü khung

Khaí nàng khäi phuûc nháöm coï thãø xaíy ra khi caïc bit tin liãn tiãúp giäúng nhæ tæì maî âäöng bäü khung. Roî raìng xaïc suáút khäi phuûc nháöm seî giaím xuäúng nãúu ta tàng chiãöu daìi tæì maî âäöng bäü - 132 -

- Chæång VI -

khung lãn. Cuîng coï thãø maî hoïa tæì maî âäöng bäü khung theo mäüt caïch riãng sao cho khoï truìng våïi doìng bit tin.

Thæûc tãú thæåìng duìng daîy giaí ngáùu nhiãn PN (Pseudorandom Noise) âãø laìm tæì maî âäöng bäü.

6.2.3 Caïc phæång phaïp gheïp kãnh TDM

Xeït vãö phæång diãûn truyãön dáùn, coï hai chãú âäü truyãön näúi tiãúp laì truyãön näúi tiãúp âäöng bäü vaì truyãön näúi tiãúp khäng âäöng bäü. Hãû thäúng säú phaíi âæåüc thiãút kãú âãø coï thãø hoaût âäüng âæåüc trong caí âæåìng truyãön näúi tiãúp âäöng bäü vaì khäng âäöng bäü.

Trong hãû thäúng âäöng bäü (synchronous system), âäöng häö näüi cuía mäùi thiãút bë âæåüc thiãút kãú âãø hoaût âäüng äøn âënh láu daìi vaì âäöng bäü våïi âäöng häö chuí cuía hãû thäúng. Mäùi bit trong dæî liãûu âæåüc khoaï pha våïi âäöng häö chuí. Tên hiãûu âäöng bäü âæåüc phaït cho bãn thu trãn mäüt âæåìng âäöng häö riãng hoàûc "nhuïng" vaìo trong doìng dæî liãûu (nhæ maî âæåìng Manchester).

Trong hãû thäúng khäng âäöng bäü (asynchronous system), âäöng häö näüi cuía thiãút bë thu chaûy tæû do, khäng cáön âäöng bäü våïi âäöng häö näüi cuía thiãút bë phaït, yãu cáöu chè cáön âaût âæåüc âäöng bäü bãn trong mäùi kyï tæû. Khåíi âáöu mäùi kyï tæû laì bit "start" âãø kêch khåíi âäöng häö thu vaì kãút thuïc laì mäüt hoàûc hai bit "stop" âãø kãút thuïc âäöng häö thu. Thæåìng duìng hai bit "stop" âäúi våïi täúc âäü nhoí hån 300 bps vaì mäüt bit "stop" våïi täúc âäü trãn 300 bps. Hãû thäúng naìy thêch håüp trong træåìng håüp dæî liãûu xuáút hiãûn trãn âæåìng truyãön khäng thæåìng xuyãn.

Trong hãû thäúng TDM khäng âäöng bäü, caïc nguäön khaïc nhau âæåüc gheïp kãnh våïi nhau theo nguyãn tàõc kyï tæû xen kyï tæû (character-by-character). Hãû thäúng TDM âäöng bäü hiãûu quaí hån do khäng cáön bit "start" vaì caïc bit "stop".

Trong hãû thäúng TDM thäng minh (intelligent TDM), dæî liãûu tæì nhiãöu loaûi nguäön khaïc nhau coï thãø gheïp kãnh våïi nhau. Hãû thäúng naìy coï khaí nàng cung cáúp caïc chuyãøn âäøi vãö täúc âäü, vãö maî, vãö giao thæïc. Pháön cæïng cuía hãû thäúng TDM thäng minh coï caïc bäü vi xæí lyï hoàûc maïy vi tênh. Thæåìng thç chuïng kãút näúi âãún caïc âæåìng coï dæî liãûu vaìo vaì huyí kãút näúi taûm thåìi âãún caïc âæåìng khäng coï dæî liãûu vaìo. Do âoï, täúc âäü dæî liãûu ra cuía bäü gheïp kãnh nhoí hån täøng dung læåüng dæî liãûu cuía caïc âæåìng vaìo bäü gheïp kãnh. Kyî thuáût gheïp kãnh naìy âæåüc goüi laì gheïp kãnh thäúng kã (statistical multiplexing). Noï cho pheïp tàng säú læåüng nguäön gheïp vaìo mäüt âæåìng truyãön chung cuía hãû thäúng.

Coï thãø phán bäü gheïp kãnh ra laìm ba loaûi chênh. Kiãøu TDM thæï nháút âãø kãút näúi âãún âæåìng truyãön âäöng bäü. Trong kiãøu naìy, kyî thuáût gheïp kãnh âæåüc duìng laì bit xen bit (bit-by-bit). Kiãøu TDM thæï hai âãø kãút näúi âãún âæåìng truyãön cáûn âäöng bäü. Trong træåìng håüp naìy, âäöng häö riãng cuía caïc nguäön dæî liãûu vaìo khäng âäöng bäü chênh xaïc vãö táön säú. Do âoï seî coï sai khaïc vãö täúc âäü bit giæîa caïc doìng dæî liãûu âãún tæì nhiãöu nguäön khaïc nhau. Âãø hiãûu chènh sæû sai khaïc âoï, ngæåìi ta cheìn thãm mäüt säú bit vaìo doìng dæî liãûu ra cuía bäü gheïp kãnh, laìm cho täúc âäü bit tàng lãn âäi chuït. Kyî thuáût naìy âæåüc goüi laì cheìn bit (bit stuffing). Kiãøu TDM thæï ba coï thãø gheïp caïc nguäön khäng âäöng bäü vaì taûo ra tên hiãûu täúc âäü cao khäng âäöng bäü (khäng coï cheìn bit) hoàûc tên hiãûu täúc âäü cao âäöng bäü (coï cheìn bit).

Hçnh 6.9 laì cáúu truïc cuía mäüt bäü gheïp kãnh TDM âæåüc thiãút kãú âãø gheïp tên hiãûu tæì 11 nguäön,

- 133 -

- Chæång VI -

trong âoï nguäön 1 laì tæång tæû bàng thäng 2 kHz, nguäön 2 laì tæång tæû bàng thäng 4 kHz, nguäön 3 laì tæång tæû bàng thäng 2 kHz, nguäön 4-11 laì säú, âäöng bäü taûi täúc âäü 7200 bps. Âãø âån giaín, giaí sæí duìng âæåìng truyãön TDM âäöng bäü vaì duìng âæåìng truyãön riãng âãø cáúp tên hiãûu âäöng bäü khung cho bãn thu.

Træåïc hãút cáön phaíi säú hoïa caïc nguäön tæång tæû. Táön säú láúy máùu caïc nguäön tæång tæû theo Nyquist láön læåüt laì 4 kHz, 8 kHz vaì 4 kHz. Bäü chuyãøn maûch gheïp kãnh giäúng nhæ hçnh 6.5, seî láön læåüt láúy máùu nguäön 1, nguäön 2, nguäön 3 räöi nguäön 2 (nguäön 2 âæåüc láúy máùu hai láön do táön säú láúy máùu gáúp âäi so våïi nguäön 1 vaì 3). Váûy bäü chuyãøn maûch naìy coï bäún âáöu vaìo vaì mäüt âáöu ra, táön säú chuyãøn maûch laì f1 = 8 kHz. Viãûc láúy máùu naìy taûo ra tên hiãûu TDM PAM 16000 máùu trong mäüt giáy. Giaí sæí mäùi máùu âæåüc chuyãøn sang tæì maî PCM 4 bit. Nhæ váûy tên hiãûu TDM PCM åí âáöu ra ADC coï täúc âäü laì 64 kbps.

Tên hiãûu tæì 8 nguäön säú âæåüc cheìn thãm bit âãø taûo thaình caïc doìng säú täúc âäü 8 kbps.

Tên hiãûu säú TDM PCM seî âæåüc kãút håüp våïi dæî liãûu tæì caïc doìng säú 8 kbps bàòng caïch sæí duûng mäüt bäü chuyãøn maûch gheïp kãnh thæï hai. Bäü chuyãøn maûch naìy hoaût âäüng theo kiãøu xoay voìng láön læåüt láúy máùu doìng TDM PCM 64 kbps, doìng säú 8 kbps tæì nguäön 4, doìng TDM PCM 64 kbps, doìng säú 8 kbps tæì nguäön 5, vaì cæï nhæ thãú. Váûy, bäü chuyãøn maûch thæï hai laì bäü chuyãøn maûch 16 âáöu vaìo vaì 1 âáöu ra, táön säú chuyãøn maûch laì f2 = 8 kHz.

8 kbps

8 kbps

8 kbps

Tên hiãûu TDM PAM 16 kHz

Tên hiãûu TDM PCM 64 kbps

Tên hiãûu TDM PCM 128 kbps

f2 = 8 kHz

Nguäön 4 7.2 kbps

f1 = 4 kHz

Nguäön 3 2 kHz

Nguäön 2 4 kHz

Nguäön 1 2 kHz ADC

4 bit

Cheìn bit

Nguäön 11 7.2 kbps

Cheìn bit

Nguäön 5 7.2 kbps

Cheìn bit

Hçnh 6.9 TDM våïi âáöu vaìo tæång tæû vaì säú

- 134 -

- Chæång VI -

Vê duû naìy cho tháúy æu âiãøm chênh cuía TDM laì coï thãø sàõp xãúp âãø gheïp kãnh cho caí nguäön tæång tæû vaì säú.

6.2.4 Phán cáúp cáûn âäöng bäü PDH (Plessiochronous Digital Hierarchy)

Trong thæûc tãú, coï thãø chia TDM cáûn âäöng bäü ra laìm hai loaûi chênh. Loaûi thæï nháút bao gäöm caïc bäü gheïp kãnh sæí duûng âãø kãút näúi våïi caïc hãû thäúng maïy tênh säú. Loaûi naìy gheïp tên hiãûu säú tæì nhiãöu nguäön khaïc nhau âãø truyãön qua mäüt âæåìng truyãön täúc âäü cao âãún mäüt maïy tênh säú. Täúc âäü ra cuía bäü gheïp kãnh âæåüc tiãu chuáøn hoïa åí 1.2, 2.4, 3.6, 4.8, 7.2, 9.6 va ì 19.2 kbps.

Loaûi thæï hai bao gäöm caïc bäü gheïp kãnh sæí duûng trong caïc maûng cäng cäüng. Coï hai chuáøn chênh laì chuáøn Bàõc Myî vaì Nháût âæåüc AT & T (American Telephone & Telegraph company) âãö xuáút vaì chuáøn thæï hai do ITU-T âãö xuáút.

Chuïng ta âaî biãút ràòng våïi TDM, mäùi tên hiãûu säú tæì mäüt nguäön khaïc nhau âæåüc sàõp xãúp vaìo mäüt khe thåìi gian riãng trong mäüt luäöng tên hiãûu täøng coï täúc âäü bit cao hån. Vç mäùi tên hiãûu tæång tæû âæåüc láúy máùu våïi táön säú 8 kHz nãn taûo ra mäüt máùu 8 bit trong mäùi khung 125 sµ . Do âoï, täúc âäü luäöng täøng phuû thuäüc vaìo säú kãnh gheïp. Theo chuáøn Bàõc Myî/ Nháût, cáúp 1 gheïp 24 kãnh thoaûi/ dæî liãûu trong khi theo chuáøn CCITT, cáúp 1 gheïp 30 kãnh thoaûi/ dæî liãûu. Ngoaìi tên hiãûu thoaûi/ dæî liãûu, chuïng ta phaíi gheïp thãm caïc bit khaïc nhàòm caïc muûc âêch khaïc nhau, vê duû caïc bit chè thë âáöu khung cho muûc âêch âäöng bäü khung vaì caïc bit thiãút láûp cuäüc goüi cho muûc âêch baïo hiãûu. Trong hãû thäúng TDM Bàõc Myî/ Nháût, duìng 1 bit âån åí âáöu mäùi khung thay âäøi luán phiãn giæîa 0 vaì 1 âäúi våïi caïc khung liãn tiãúp. Thäng tin baïo hiãûu chæïa trong bit âáöu cuía khe 6 vaì 12, váûy trong hai khe naìy chè coï 7 bit tin. Nhæ váûy täúc âäü luäöng täøng laì:

Mbps544.1s125/bit)18x24( =µ+

Luäöng naìy âæåüc goüi laì DS1 hay T1.

Trong hãû thäúng theo ITU-T, khe 0 âæåüc duìng cho muûc âêch âäöng bäü khung vç noï cho pheïp bäü thu phán biãût khung naìy våïikhung khaïc. Thäng tin baïo hiãûu mang trong khe 16. Nhæ váûy, täúc âäü luäöng täøng laì:

Mbps048.2s125/bit)8x32( =µ

Luäöng naìy âæåüc goüi laì E1.

Hçnh 6.10 trçnh baìy cáúu truïc khung cuía luäöng T1 vaì E1.

Âãø âaût âæåüc täúc âäü luäöng täøng cao hån, ta coï thãø gheïp nhiãöu luäöng T1 hoàûc E1. Baíng 6.1 trçnh baìy caïc täúc âäü bit, säú kãnh thoaûi/ dæî liãûu cuìng våïi tãn cuía luäöng täøng tæång æïng âäúi våïi hai hãû thäúng phán cáúp TDM theo chuáøn Bàõc Myî vaì ITU-T. Thæûc tãú thç âáöu vaìo cuía caïc bäü gheïp kãnh cáúp cao hån khäng phaíi luän luän laì âáöu ra cuía caïc bäü gheïp kãnh cáúp tháúp hån. Vê duû, tên hiãûu video phone säú coï thãø chuyãøn âäøi træûc tiãúp thaình tên hiãûu E1 hoàûc tên hiãûu video säú coï thãø chuyãøn âäøi træûc tiãúp thaình tên hiãûu E3. Caïc luäöng täøng täúc âäü cao hån cuîng yãu cáöu caïc bit thãm vaìo âãø âäöng bäü khung vaì âiãöu khiãøn. Vê duû, gheïp 4 luäöng E1 cáön 0.256 Mbps cho caïc chæïc nàng âiãöu khiãøn, taûo thaình luäöng E2 coï täúc âäü laì:

Mbps448.8256.0048.2x4 =+

- 135 -

- Chæång VI -

Phán cáúp theo chuáøn cuía Nháût coï khaïc mäüt êt so våïi chuáøn Bàõc Myî. Caïc cáúp gheïp laì cáúp 1 vaì cáúp 2 giäúng DS1 vaì DS2, cáúp 3 (32.064 Mbps - 480 kãnh thoaûi/dæî liãûu), cáúp 4 (97.728 Mbps - 1440 kãnh thoaûi/dæî liãûu) vaì cáúp 5 (397.200 Mbps - 5760 kãnh thoaûi/dæî liãûu).

Hçnh 6.10 Cáúu truïc khung T1/ E1

Kyï hiãûu Täúc âäü bit (Mbps) Säú kãnh thoaûi/dæî liãûu

Bàõc Myî DS1 1.544 24

DS1C 3.152 48

DS2 6.312 96

DS3 44.736 672

DS4E 139.264 1920

DS4 274.176 4032

DS5 560.160 8064

CCITT E1 2.048 30

E2 8.448 120

E3 34.368 480

E4 139.264 1920

E5 565.148 7680

8 bit tin (khe 1-5, 7-11,

13-24)

8 bit tin (khe 1-15, 17-31)

1 khung T1 = 125 sµ = 24 khe + 1 bit âáöu

7 bit tin + 1 bit baïo hiãûu

24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2

1 bit âáöu khung

1 bit âáöu khung

1 khung E1 = 125 sµ = 32 khe

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Âäöng bäü khung Baïo hiãûu

Baíng 6.1 Phán cáúp TDM theo chuáøn cuía Bàõc Myî vaì CCITT

- 136 -

- Chæång VI -

Tuy viãûc taûo ra caïc luäöng báûc cao ráút âån giaín nhæng phæïc taûp laûi naíy sinh khi cáön cung cáúp caïc luäöng báûc tháúp cho khaïch haìng tæì caïc luäöng báûc cao. Háöu hãút caïc hãû thäúng säú træåïc âáy âæåüc caíi taûo tæì caïc hãû thäúng tæång tæû. Mäùi doìng tên hiãûu TDM sæí duûng mäüt nguäön âäöng häö riãng. Do âoï, khi kãút håüp hai hay nhiãöu luäöng báûc tháúp, ta phaíi tæìng bæåïc thæûc hiãûn buì sai khaïc vãö täúc âäü âäöng häö bàòng caïc bit laìm âáöy, coìn goüi laì bit âãûm (justification bit), laìm cho täúc âäü luäöng tên hiãûu ra bäü gheïp cao hån mäüt chuït so våïi täøng caïc täúc âäü cuía caïc luäöng vaìo. Kiãøu gheïp kãnh naìy âæåüc goüi laì cáûn âäöng bä (plesiochronous) ü, nghéa laì gáön âäöng bäü vaì kiãøu phán cáúp nhæ trãn goüi laì phán cáúp cáûn âäöng bäü PDH.

Viãûc sæí duûng bit âãûm taûi mäùi mæïc phán cáúp cho tháúy ta khäng thãø xaïc âënh chênh xaïc thåìi âiãøm bàõt âáöu cuía doìng bit täúc âäü tháúp trong mäüt doìng bit täúc âäü cao hån. Âiãöu naìy laìm cho viãûc gheïp/ xen reî kãnh khi cáön phaíi qua nhiãöu cäng âoaûn phæïc taûp. Vê duû, ba täøng âaìi A, B vaì C âàût taûi ba thaình phäú xa nhau kãút näúi våïi nhau bàòng trung kãú E4 139.264 Mbps (noïi goün laì 140 Mbps). Mäüt khaïch haìng våïi caïc site âàût giæîa caïc täøng âaìi coï nhu cáöu thuã âæåìng truyãön E1 2.048 Mbps (noïi goün laì 2 Mbps) cho maûng riãng. Vç khäng thãø xaïc âënh chênh xaïc luäöng 2 Mbps trong luäöng 140 Mbps nãn ngæåìi váûn haình phaíi láön læåüt taïch kãnh tæì 140 Mbps xuäúng 34 Mbps, tæì 34 Mbps xuäúng 8 Mbps, tæì 8 Mbps xuäúng 2 Mbps räöi gheïp tråí laûi tæì 2 Mbps lãn 8 Mbps, tæì 8 Mbps lãn 34 Mbps, tæì 34 Mbps lãn 140 Mbps. Viãûc taïch/ gheïp naìy âæåüc thæûc hiãûn trong mäüt thiãút bë goüi laì bäü gheïp xen reî ADM (Add-Drop Multiplexer). Roî raìng, thiãút bë yãu cáöu ráút phæïc taûp. Hçnh 6.11 chè ra vë trê caïc ADM, caïc site khaïch haìng vaì täøng âaìi trong vê duû naìy.

140 Mbps

2 Mbps

Maûng âang täön taûi

Maûng riãng

Site khaïch haìng

A

B C

ADM ADM

ADM

Hçnh 6.11 Cung cáúp maûng riãng trong PDH

Roî raìng laì nhu cáöu thuã âæåìng truyãön täúc âäü cao nhæ trong vê duû trãn âáy seî ngaìy caìng tàng lãn. Do váûy, cáön phaíi coï mäüt maûng truyãön dáùn mãöm deío, linh hoaût hån cuîng nhæ nhiãöu dëch vuû måïi âæåüc khai thaïc hån. Âãø âaïp æïng yãu cáöu naìy, mäüt kiãøu hãû thäúng truyãön dáùn hoaìn toaìn måïi âæåüc âæa ra âãø khàõc phuûc táút caí caïc haûn chãú cuía PDH - goüi laì hãû thäúng phán cáúp âäöng bäü SDH. - 137 -

- Chæång VI -

6.2.5 Phán cáúp âäöng bäü SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

SDH âæåüc âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1986 båíi haîng Bellcore (Hoa Kyì) dæåïi tãn goüi laì maûng quang âäöng bäü SONET (Synchronous Optical NETwork). Muûc âêch laì thiãút láûp mäüt chuáøn truyãön dáùn bàng räüng, âäöng bäü táút caí caïc thiãút bë theo mäüt âäöng häö chuí, sao cho táút caí caïc thiãút bë trãn thãú giåïi coï thãø kãút näúi våïi nhau duìng caïc giao thæïc baïo hiãûu vaì âënh daûng khung chuáøn.

Nàm 1988, ITU vaì ETSI (European Telecom Standards Institute) âaî cháúp nháûn SONET vaì âäøi tãn thaình SDH våïi muûc âêch laì âæa ra mäüt chuáøn toaìn cáöu vãö truyãön dáùn quang, âiãöu khiãøn, thiãút bë, baïo hiãûu... Täúc âäü truyãön cå såí trong SDH laì 155.52 Mbps (viãút goün laì 155 Mbps) - vaì âæåüc goüi laì module truyãön âäöng bäü cáúp 1 (Synchronous Transport Module level 1) hay âån giaín laì STM-1. Caïc täúc âäü cao hån laì STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2.5 Gbps), STM-64 (10 Gbps), STM-128 (20 Gbps). Trong phán cáúp SONET, duìng khaïi niãûm OC (Optical Signal) thay cho STM.

Cuîng nhæ PDH, tên hiãûu STM-1 bao gäöm mäüt táûp caïc khung làûp laûi våïi chu kyì s125µ . Näüi dung cuía mäùi khung mang caïc doìng tên hiãûu PDH täúc âäü khaïc nhau 1.5/ 2/ 6/ 34/ 45 hay 140Mbps. Mäùi doìng naìy chæïa trong mäüt container khaïc nhau. Ngoaìi caïc bit tin, container coìn chæïa caïc bit cheìn thãm âãø cán chènh täúc âäü. Mäüt säú thäng tin âiãöu khiãøn âæåüc thãm vaìo container goüi laì maìo âáöu âæåìng POH (Path OverHead). Chæïc nàng cuía POH laì mang thäng tin häù tråü thäng baïo vë trê nåi maì container seî âæåüc truyãön âãún, mang caïc thäng tin vãö giaïm saït vaì baío trç âæåìng truyãön, vê duû nhæ tyí säú BER cuía container liãn quan. Sæû kãút håüp cuía container våïi POH taûo nãn container aío VC (Virtual Container). ì

Mäüt khung STM-1 coï thãø chæïa nhiãöu VC cuìng loaûi hoàûc khaïc loaûi. Do âäüû trãù truyãön dáùn coï thãø thay âäøi nãn vë trê cuía container trong mäüt khung STM-1 coï thãø khäng cäú âënh. Âãø sàõp xãúp caïc thay âäøi naìy, mäüt con troí (pointer) âàût åí âáöu mäùi VC vaì liãn kãút våïi VC taûo ra âån vë nhaïnh TU (Tribitary Unit) . Nhiãöu TU gheïp laûi våïi nhau taûo thaình TUG (Tribitary Unit Group) . VC cáúp cao nháút trong khung STM-1 goüi laì âån vë âiãöu khiãøn AU (Administrative Unit). Nhiãöu AU gheïp laûi thaình AUG (Administrative Unit Group). Cáúu truïc khung STM-1 gäöm AUG vaì maìo âáöu âoaûn SOH (Section OverHead). SOH chæïa caïc thäng tin cáön htiãút cho baío trç, baío dæåîng trãn âoaûn maì SOH âoï liãn quan âãún. ÅÍ âáy cáön phán biãût roî hai khaïi niãûm path vaì section. Path laì âæåìng truyãön tæì âáöu cuäúi âãún âáöu cuäúi qua mäüt hãû thäúng truyãön dáùn hoaìn chènh, trong khi âoï section chè laì chiãöu daìi cuía mäüt âoaûn caïp giæîa hai traûm làûp.

Khi cáön täúc âäü truyãön dáùn cao hån 155 Mbps cuía STM-1, ngæåìi ta gheïp N cáúp STM-1 âãø âæåüc caïc cáúp STM-N. Hçnh 6.12 laì mäüt säú vê duû gheïp kãnh trong SDH theo ITU vaì ETSI.

Coï thãø noïi SDH coï ráút nhiãöu æu âiãøm vaì hoaìn toaìn thêch æïng våïi viãûc æïng duûng caïc loaûi dëch vuû måïi nhæ trong ISDN. Qua phán têch trãn âáy ta tháúy viãûc triãøn khai SDH khäng dáùn âãún loaûi boí caïc thiãút bë PDH âang täön taûi. Kyî thuáût taïch gheïp kãnh trong SDH âån giaín hån trong PDH, cho pheïp taïch gheïp nhiãöu luäöng säú dung læåüng khaïc nhau chè qua mäüt táöng, do âoï coï thãø phuûc vuû âæåüc khaïch haìng våïi mäüt dung læåüng báút kyì theo nhu cáöu. Viãûc taïch gheïp mäüt táöng dáùn âãún tinh giaím thiãút bë, giaím màût bàòng âàût thiãút bë, giaím giaï thaình khai thaïc.

- 138 -

- Chæång VI -

Táút caí caïc thiãút bë trong SDH âãöu coï pháön mãöm liãn quan goüi laì pháön quaín lyï maûng, giuïp cho quaín lyï maûng âæåüc mãöm deío hån. Ngoaìi chæïc nàng quaín lyï thäng thæåìng, caïc pháön mãöm quaín lyï maûng coìn âaím baío nhiãöu chæïc nàng khaïc nhæ giaïm saït cháút læåüng, quaín lyï cáúu hçnh, quaín lyï kiãøm kã, baío vãû maûng.... Nhåì quaín lyï maûng bàòng pháön mãöm nãn coï thãø tiãún haình giaïm saït tæì xa, baío dæåîng táûp trung, tæì âoï cho pheïp giaím chi phê. Vê duû nhæ, ta coï thãø thiãút láûp cáúu hçnh cho ADM vaì cáúu hçnh laûi tæì xa âãø cung cáúp mäüt bàng thäng báút kyì theo yãu cáöu cuía khaïch haìng maì khäng cáön thæûc hiãûn taïch kãnh.

x7

x3

x4

x3

STM-1 AU-4 VC-4 C-4

TUG-3 TU-3 VC-3

TUG-2

C-3

C-2 VC-2 TU-2

C-12 VC-12 TU-12

C-11 VC-11 TU-11

AUG

PDH

C-11 (1.5 Mbps); C-12 (2 Mbps); C-2 (6 Mbps); C-3 (34 Mbps vaì 45 Mbps); C-4 (140 Mbps)

Hçnh 6.12 Phán cáúp gheïp kãnh SDH (theo ITU vaì ETSI)

6.3 Âa truy cáûp

Âa truy cáûp laì kyî thuáût cho pheïp nhiãöu càûp thu-phaït cuìng chia seí mäüt kãnh váût lyï chung. YÏ tæåíng sæí duûng mäüt kãnh chung cho pheïp nhiãöu bäü phaït phaït tin âäöng thåìi thæûc ra âaî coï tæì thåìi cuía Thomas Edison 1873. Hãû thäúng âa truy cáûp luïc âoï chênh laì hãû thäúng âiãûn baïo, cho pheïp truyãön hai baín tin âiãûn baïo qua cuìng dáy âãún cuìng hæåïng, trong âoï mäüt baín tin âæåüc gåíi bàòng caïch thay âäøi cæûc tênh vaì baín tin kia âæåüc gåíi bàòng caïch thay âäøi trë tuyãût âäúi.

Ngaìy nay, âa truy cáûp âæåüc æïng duûng räüng raîi trong nhiãöu hãû thäúng thäng tin. Vê duû nhiãöu thuã bao truy cáûp âãún cuìng traûm gäúc trong hãû thäúng thäng tin di âäüng, hoàûc laì nhiãöu traûm màût âáút liãn laûc âãún cuìng vãû tinh trong trong hãû thäúng thäng tin vãû tinh.

Âäi khi ráút dãù láùn läün giæîa thuáût ngæî "gheïp kãnh" vaì "âa truy cáûp". Âa truy cáûp muäún noïi âãún træåìng håüp caïc nguäön tin khäng âæåüc sàõp âàût laûi våïi nhau vaì hoaût âäüng âäüc láûp våïi nhau. Nguäön tin thæåìng âæåüc goüi laì user.

Khaïi quaït vãö mä hçnh thäng tin säú nhiãöu user âaî coï tæì nhæîng nàm 1960 nhæng maîi âãún nàm 1980 måïi phaït triãøn khi âaî mä taí âæåüc âàûc træng riãng cuía kãnh nhiãöu user. Tæì âoï, säú læåüng caïc cäng trçnh nghiãn cæïu vãö lénh væûc naìy tàng lãn nhanh choïng vaì taûo thaình mäüt nhaïnh nghiãn cæïu nàng âäüng nháút trong thäng tin säú.

- 139 -

- Chæång VI -

Hçnh 6.13 trçnh baìy mä hçnh hãû thäúng thäng tin âa truy cáûp våïi hai træåìng håüp laì mäüt bäü thu vaì nhiãöu bäü thu.

User 1

User 2

User K

Nhiãùu

Thu

User 1

User 2

User K

Thu 1

Thu 2

Thu K

(b) (a)

Nhiãùu

Hçnh 6.13 Mä hçnh hãû thäúng âa truy cáûp (a) Hãû thäúng mäüt bäü thu (b) Hãû thäúng nhiãöu bäü thu

Nhæ âaî giåïi thiãûu åí âáöu chæång, caïc phæång phaïp âa truy cáûp âæåüc chia thaình ba loaûi chênh. Âoï laì âa truy cáûp phán chia theo táön säú FDMA, âa truy cáûp phán chia theo thåìi gian TDMA vaì âa truy cáûp phán chia theo maî CDMA. Caïc phæång phaïp cå baín naìy coï thãø kãút håüp våïi nhau âãø taûo thaình mäüt phæång phaïp âa truy cáûp måïi. Nguyãn tàõc cå baín cuía táút caí caïc phæång phaïp âa truy cáûp dæûa vaìo viãûc phán chia taìi nguyãn thäng tin hæîu haûn cho caïc user khaïc nhau mäüt caïch håüp lyï vaì hiãûu quaí.

6.3.1 Âa truy cáûp phán chia theo táön säú FDMA

Trong phæång phaïp âa truy cáûp naìy, âäü räüng bàng thäng cáúp phaït cho hãû thäúng laì B Hz âæåüc chia thaình n bàng con, mäùi bàng con coï âäü räüng bàng laì B/n Hz âæåüc áún âënh cho mäùi user. Táút caí caïc user naìy phaït tên hiãûu cuìng luïc, tên hiãûu âæåüc maî hoïa cuìng caïch. Coï thãø minh hoüa nguyãn lyï FDMA nhæ hçnh 6.14. Hçnh häüp chæî nháût trong khäng gian 3 chiãöu maî- thåìi gian- táön säú biãøu diãùn cho taìi nguyãn phán chia cho mäùi user. Bãö räüng cuía hçnh häüp thãø hiãûn âäü räüng cuía bàng con daình cho mäüt user, bãö daìi thãø hiãûn thåìi gian hoaût âäüng cuía user, bãö cao thãø hiãûn cho maî sæí duûng.

Trong hãû thäúng FDMA, caïc user phaït liãn tuûc caïc soïng mang âäöng thåìi trãn caïc táön säú khaïc nhau. Cáön âaím baío khoaíng caïch âuí låïn giæîa tæìng kãnh bë soïng mang chiãúm âãø âãö phoìng caïc bäü loüc khäng hoaìn haío seî gáy ra nhiãöu giao thoa kãnh lán cáûn. Khoaíng táön säú naìy âæåüc goüi laì bàng baío vãû (guard band). Bäü thu phán loaûi tên hiãûu FDMA bàòng caïch loüc ra soïng mang riãng tæång æïng våïi user. Viãûc loüc seî âæåüc thæûc hiãûn dãù daìng hån khi bàng baío vãû räüng. Tuy nhiãn, viãûc sæí duûng bàng baío vãû räüng seî dáùn âãún giaím hiãûu suáút sæí duûng bàng thäng cuía hãû thäúng. Vç váûy cáön phaíi dung hoìa giæîa kyî thuáût vaì tiãút kiãûm bàng thäng. Âãø âaím baío FDMA hoaût âäüng täút, cáön phaíi phán chia vaì quy hoaûch táön säú thäúng nháút trãn toaìn thãú giåïi.

- 140 -

- Chæång VI -

Hçnh 6.14 Nguyãn lyï FDMA

User 1 User 2 . . . . . . User N

Bàng thäng baío vãû

Bàng thäng cuía hãû thäúng B

Maî

Táön säú

Thåìi gian

Trong thæûc tãú, FDMA âæåüc æïng duûng trong caïc hãû thäúng âiãûn thoaûi khäng dáy, hãû thäúng thäng tin vãû tinh...

Vãö màût kãút cáúu, FDMA coï nhæåüc âiãøm laì mäùi soïng mang chè truyãön âæåüc mäüt kãnh læu læåüng, vç váûy nãúu hãû thäúng cáön N kãnh læu læåüng thç phaíi cáön N soïng mang. Âãø tàng hiãûu suáút sæí duûng bàng thäng, coï thãø kãút håüp FDMA våïi gheïp kãnh song cäng theo thåìi gian TDD (Time Division Duplex). Trong hãû thäúng FDMA/ TDD, caí maïy thu vaì phaït sæí duûng chung mäüt soïng mang (chung bàng con) nhæng phán chia theo thåìi gian, nghéa laì thu phaït luán phiãn.

Phæång phaïp FDMA êt nhaûy caím våïi sæû phán taïn thåìi gian do truyãön lan soïng, khäng cáön âäöng bäü thåìi gian vaì êt trãù do khäng cáön xæí lyï tên hiãûu nhiãöu.

6.3.2 Âa truy cáûp phán chia theo thåìi gian TDMA

Hçnh 6.15 minh hoüa nguyãn lyï cuía TDMA. Âãø biãøu diãùn taìi nguyãn cuía mäùi kãnh, ta cuîng duìng hçnh häüp chæî nháût tæång tæû nhæ trong FDMA. Tuy nhiãn, åí âáy bãö räüng cuía hçnh häüp thãø hiãûn khe thåìi gian daình cho mäüt user, bãö daìi thãø hiãûn bàng thäng toaìn bäü cuía hãû thäúng, bãö cao thãø hiãûn cho maî sæí duûng. Nhæ váûy, trong phæång phaïp âa truy cáûp naìy, tên hiãûu cuía mäùi user chè âæåüc phaït theo cuûm (burst) råìi raûc chæï khäng liãn tuûc. Caïc cuûm tuáön tæû âæåüc sàõp xãúp laûi thaình mäüt cáúu truïc thåìi gian daìi hån goüi laì khung (frame). Táút caí caïc user trong hãû thäúng TDMA phaíi phaït theo cáúu truïc khung naìy. Mäùi soïng mang mang mäüt cuûm seî chiãúm toaìn bäü bàng thäng cáúp phaït cho hãû thäúng.

Pháön thu seî âiãöu khiãøn måí cäøng cho cuûm cáön thu trong khe thåìi gian daình cho maïy thu phuì håüp. Qua âáy ta tháúy khaïc våïi FDMA, åí TDMA, váún âãö âäöng bäü laì vä cuìng quan troüng. Âäöng bäü cho pheïp ta xaïc âënh âuïng vë trê cuía cuûm cáön láúy ra åí maïy thu hay cuûm cáön phaït âi åí maïy phaït tæång æïng. Mäüt váún âãö quan troüng næîa laì åí trong cuûm, ngoaìi thäng tin cuía user coìn cáön nhiãöu thäng tin bäø sung nhæ: thäng tin âãø khäi phuûc soïng mang, âãø âäöng bäü bit, âãø cho pheïp maïy thu xaïc âënh âæåüc âiãøm bàõt âáöu cuûm... Ngoaìi ra, bãn thu cáön phaït hiãûn chênh xaïc thåìi âiãøm bàõt âáöu cuía mäüt khung, do váûy, trong mäüt khung, thæåìng âáöu khung laì caïc cuûm - 141 -

- Chæång VI -

tham chiãúu räöi måïi âãún caïc cuûm læu læåüng nhæ hçnh 6.16. Âãø âäöng bäü täút, giæîa caïc cuûm cáön coï khoaíng thåìi gian träúng âãø traïnh cho caïc cuûm khoíi chäöng láún lãn nhau. Khoaíng thåìi gian naìy goüi laì khoaíng baío vãû (guard time).

Ngoaìi váún âãö âäöng bäü, so våïi FDMA, thiãút bë trong hãû thäúng TDMA phæïc taûp hån khi cáön dung læåüng cao. Hån næîa, do âoìi hoíi xæí lyï säú tên hiãûu phæïc taûp nãn xaíy ra trãù låïn.

Æu âiãøm näøi báût cuía TDMA so våïi FDMA laì tiãút kiãûm táön säú hån. Tuy nhiãn, nãúu duìng mäüt càûp táön säú cho mäüt càûp thu-phaït thç seî khäng âuí âaím baío dung læåüng cuía maûng. Vç váûy, TDMA thæåìng âæåüc sæí duûng kãút håüp våïi FDMA cho caïc maûng âoìi hoíi dung læåüng cao. Mäüt æïng duûng phäø biãún laì kãút håüp FDMA/ TDMA trong hãû thäúng thäng tin di âäüng toaìn cáöu GSM (Global System Mobile)

Hçnh 6.15 Nguyãn lyï TDMA

User N

User 2

User 1 Khung

Khe baío vãû

Bàng thäng cuía hãû thäúng

Thåìi gian

Maî

Táön säú

Khung

1 2 N

Cuûm tham chiãúu Cuûm læu læåüng

N

Khe baío vãû

Thåìi gian

Hçnh 6.16 Cáúu truïc khung TDMA

6.3.3 Âa truy cáûp phán chia theo maî CDMA

CDMA laì phæång thæïc âa truy cáûp måïi, cho pheïp nhiãöu user phaït tin âäöng thåìi vaì sæí duûng toaìn bäü bàng thäng cuía kãnh chung. Tuy nhiãn, tên hiãûu tæì mäùi user âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng sao cho bäü thu coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu âoï ra duì chuïng truìng nhau vãö thåìi gian vaì táön säú. Hçnh 6.17 minh hoüa nguyãn lyï cuía CDMA. Nhæ FDMA vaì TDMA, ta cuîng - 142 -

- Chæång VI -

duìng hçnh häüp chæî nháût âãø biãøu diãùn taìi nguyãn daình cho mäùi user. Caïc hçnh häüp chæî nháût naìy coï cuìng bãö daìi vaì bãö räüng, tæång træng cho caïc tên hiãûu trong caïc user chiãúm toaìn bäü bàng räüng cuía hãû thäúng vaì âæåüc phaït âi cuìng luïc. Bãö cao cuía caïc hçnh häüp naìy tæåüng træng cho loaûi maî sæí duûng, mäùi user âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng.

Maî hoïa theo maî N

Khoaíng thåìi gian user phaït tên hiãûu

Maî hoïa theo maî 1

Bàng thäng cuía hãû thäúng

Táön säú

Maî

Thåìi gian

Hçnh 6.17 Nguyãn lyï CDMA

Âãø hiãøu hån vãö nguyãn lyï cuía CDMA, ta xeït vê duû âån giaín cho mäüt hãû thäúng CDMA gäöm 2 user sau âáy:

Xeït hai tên hiãûu s1(t) vaì s2(t) nhæ hçnh 6.18a. Hçnh 6.18b laì âäö thë cuía phäø tæång æïng. Hai tên

hiãûu naìy âæåüc goüi laì træûc giao nhau vç ∫τ

==0

21210dt)t(s)t(ss,s

s1(t) |S1(f)|

(b)

|S2(f)|

τ

τ

-1

1

1

s2(t)

(a)

Hçnh 6.18 Vê duû hai tên hiãûu træûc giao vaì phäø cuía chuïng

- 143 -

- Chæång VI -

Tæì hçnh veî ta tháúy roî raìng laì hai tên hiãûu naìy bë chäöng cháûp nhau caí trong miãön thåìi gian vaì miãön táön säú. Giaí sæí tên hiãûu phaït tæì user thæï nháút âæåüc maî hoïa âaío cæûc theo s1(t) vaì tên hiãûu phaït tæì user thæï hai âæåüc maî hoïa âaío cæûc theo s2(t). Nghéa laì âäúi våïi user thæï nháút, bit 1 âæåüc maî hoïa thaình + s1(t) vaì bit 0 âæåüc maî hoïa thaình - s1(t), âäúi våïi user thæï hai, bit 1 âæåüc maî hoïa thaình + s2(t) vaì bit 0 âæåüc maî hoïa thaình - s2(t). Tên hiãûu maî hoïa tæì mäùi user vaì tên hiãûu täøng truyãön trãn kãnh chung âæåüc minh hoüa qua hçnh 6.19.

x1(t) + x2(t)

x2(t)

1 0 1 1 1 0 0 1x1(t)

1 1 0 1 1 0 0 0 x1(t) + x2(t)

x2(t)

x1(t) User 1

User 2

Thu 1

Thu 2

(a) (b)

Hçnh 6.19 Hãû thäúng CDMA hai user

(a) Så âäö hãû thäúng (b) Daûng tên hiãûu phaït tuì mäùi user vaì trãn kãnh chung

Bàòng caïch quan saït daûng soïng tên hiãûu thu, mäùi bäü thu seî dãù daìng giaíi maî ra caïc doìng bit thu tæång æïng. Våïi bäü thu thæï nháút, viãûc giaíi maî âæåüc thæûc hiãûn dæûa vaìo cæûc tênh cuía xung, cuû thãø laì xung dæång tæång âæång våïi bit 1 vaì xung ám tæång âæång våïi bit 0. Våïi bäü thu thæï hai, viãûc giaíi maî âæåüc thæûc hiãûn dæûa vaìo chiãöu tàng giaím cuía xung, cuû thãø laì xung tàng tæång âæång våïi bit 1 vaì xung giaím tæång âæång våïi bit 0.

Váûy nhåì sæû træûc giao cuía tên hiãûu maì bäü thu coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu tæì caïc user khaïc nhau duì chuïng âi trãn cuìng kãnh váût lyï, cuìng hæåïng, cuìng luïc vaì cuìng bàng thäng.

Trong hãû thäúng CDMA, vç mäùi user phaíi âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng vaì nhæ vê duû trãn ta tháúy caïc tên hiãûu maî hoïa phaíi træûc giao nhau nãn trong thæûc tãú, ngæåìi ta sæí duûng tên hiãûu giaí nhiãùu ngáùu nhiãn PN (Pseudorandom Noise) laì loaûi tên hiãûu coï âàûc tênh træûc giao täút.

Trong thæûc tãú, CDMA âæåüc æïng duûng räüng raîi trong caïc hãû thäúng thäng tin di âäüng thãú hãû sau. CDMA coï nhiãöu æu âiãøm näøi träüi so våïi FDMA vaì TDMA nhæ:

- Cho dung læåüng cao hån

- Khaí nàng chäúng nhiãùu täút hån

- Baío máût thäng tin täút hån

- Dãù daìng aïp duûng cho caïc hãû thäúng âoìi hoíi cung cáúp dung læåüng kãnh linh hoaût cho tæìng user

- Vç coï thãø sæí duûng chung táön säú cho nhiãöu user nãn quy hoaûch maûng cuîng âån giaín hån

- 144 -

- Chæång VI -

Tuy nhiãn, CDMA khäng traïnh khoíi caïc khuyãút âiãøm nhæ:

- Âäöng bäü phæïc taûp, ngoaìi âäöng bäü âënh thåìi nhæ trong TDMA coìn phaíi âäöng bäü maî PN.

- Viãûc xæí lyï tên hiãûu phæïc taûp hån...

6.4 Truyãön dáùn tên hiãûu säú

Ta biãút ràòng âãø truyãön tên hiãûu noïi chung vaì tên hiãûu säú noïi riãng, cáön phaíi coï mäüt mäi træåìng váût lyï cuû thãø. Baìi naìy seî trçnh baìy vãö caïc loaûi mäi træåìng truyãön âæåüc sæí duûng räüng raîi nháút.

Âãø truyãön tên hiãûu nhë phán qua mäüt âæåìng truyãön, cáön phaíi chuyãøn caïc con säú nhë phán âoï thaình tên hiãûu âiãûn. Vê duû bit 0 âæåüc chuyãøn thaình âiãûn aïp -V vaì bit 1 âæåüc chuyãøn thaình âiãûn aïp +V. Trong thæûc tãú, tên hiãûu âiãûn coï thãø bë suy hao vaì meïo do nhiãöu nguyãn nhán khaïc nhau. Suy hao vaì meïo laìm cho bäü thu khäng thãø phán biãût chênh xaïc bit 0 vaì bit 1. Pháön sau cuía baìi seî phán têch caïc nguyãn nhán gáy suy hao vaì meïo.

6.4.1 Mäi træåìng truyãön dáùn

Coï ráút nhiãöu loaûi mäi træåìng truyãön. Loaûi mäi træåìng truyãön ráút quan troüng vç noï quyãút âënh täúc âäü bit truyãön dáùn cæûc âaûi. Sau âáy laì caïc loaûi mäi træåìng truyãön dáùn thäng duûng:

a) Âæåìng dáy song haình

Âáy laì mäi træåìng truyãön dáùn âån giaín nháút. Dáy kim loaûi naìy caïch ly våïi dáy kim loaûi kia mäüt khoaíng khäng. Loaûi naìy coï thãø näúi caïc thiãút bë caïch nhau 50 m, duìng täúc âäü bit trung bçnh (< 19.2 kbps). Tên hiãûu (doìng hoàûc aïp) âæåüc truyãön trong dáy naìy coìn tham chiãúu âáút âæåüc aïp trong dáy kia.

Âæåìng dáy song haình thæåìng duìng trong maûng truyãön säú liãûu âãø näúi træûc tiãúp hai DTE (Data Terminal Equipment) våïi nhau hoàûc DTE våïi DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Caïch näúi nhæ thãú thæåìng sæí duûng nhiãöu dáy, mäùi dáy cho mäüt tên hiãûu riãng vaì dáy âáút chung. Táút caí caïc dáy nàòm trong mäüt caïp nhiãöu loîi hoàûc caïp deûp phàóng.

Nhæåüc âiãøm cuía loaûi dáy naìy laì nhiãùu xuyãn ám (crosstalk). Nhiãùu naìy gáy ra do sæû gheïp âiãûn dung (capacitive coupling) giæîa hai dáy caûnh nhau trong cuìng caïp. Hån næîa, cáúu truïc håí laìm cho noï nhaûy våïi nhiãùu giaí tæì caïc nguäön tên hiãûu âiãûn khaïc gáy båíi bæïc xaû âiãûn tæì. Nhæîng yãúu täú naìy laìm haûn chãú chiãöu daìi âæåìng truyãön vaì täúc âäü bit.

b) Âæåìng dáy xoàõn âäi

Dáy xoàõn âäi coï thãø loaûi træì nhiãùu giaí täút hån. Trong mäüt caïp coï nhiãöu càûp dáy xoàõn vaìo nhau. Dáy tên hiãûu vaì dáy âáút xoàõn vaìo nhau giuïp cho tên hiãûu giao thoa âæåüc caí hai dáy thu nháûn, laìm giaím sai khaïc tên hiãûu trãn hai dáy. Hån næîa, sæû xoàõn âäi cuía mäùi càûp dáy bãn trong caïp laìm giaím âæåüc xuyãn ám. Hçnh 6.20 laì så âäö veî cáúu truïc dáy xoàõn âäi.

Âæåìng dáy xoàõn âäi thêch håüp våïi täúc âäü bit khoaíng 1 Mbps cho khoaíng caïch dæåïi 100 m vaì

täúc âäübit tháúp hån cho khoaíng caïch daìi hån. Loaûi dáy xoàõn âäi coï cáúu truïc tinh vi hån laì dáy xoàõn khäng boüc kim UTP (Unshielded Twisted Pairs) âæåüc duìng räüng raîi trong maûng âiãûn thoaûi cho täúc âäü bit cao hån qua khoaíng caïch daìi hån. Loaûi dáy xoàõn coï boüc kim STP

- 145 -

- Chæång VI -

(Shielded Twisted Pairs) coï låïp maìn chàõn baío vãû âæåüc duìng âãø giaím caïc aính hæåíng cuía tên hiãûu giao thoa (xem hçnh 6.20)

Càûp dáy âån

Låïp boüc caïch âiãûn

STP

UTP

Maìn baío vãû

Hçnh 6.20 Cáúu truïc dáy xoàõn âäi

c) Caïp âäöng truûc

Haûn chãú chênh cuía dáy xoàõn âäi laì täúc âäü bit khäng cao do hiãûu æïng bãö màût (skin effect). Khi täúc âäü bit cuía tên hiãûu truyãön dáùn (cuîng laì táön säú) tàng lãn, doìng tên hiãûu chè chaûy åí màût ngoaìi cuía dáy, laìm giaím diãûn têch bãö màût sæí duûng, dáùn âãún tàng âiãûn tråí, laìm tàng suy hao. Hån næîa, åí táön säú cao, do hiãûu æïng bæïc xaû nãn nàng læåüng cuía tên hiãûu cuîng bë máút maït nhiãöu hån. Vç váûy, våïi nhæîng æïng duûng yãu cáöu täúc âäü bit cao hån 1 Mbps, cáön phaíi coï thiãút bë thu phaït tinh vi hån vaì sæí duûng loaûi mäi træåìng truyãön dáùn khaïc.

Caïp âäöng truûc seî laìm giaím thiãøu hai hiãûu æïng trãn. Hçnh 6.21 veî cáúu truïc cuía caïp âäöng truûc.

Cháút âiãûn mäi Låïp boüc caïch âiãûn

Voí dáùn âiãûnLoîi dáùn âiãûn

Hçnh 6.21 Cáúu truïc caïp âäöng truûc

Chênh giæîa caïp laì loîi dáùn âiãûn ràõn laìm dáy tên hiãûu vaì bao quanh laì låïp voí dáùn âiãûn âäöng truûc laìm dáy tham chiãúu âáút. Khoaíng giæîa hai låïp dáùn âiãûn laì dung mäi ràõn hoàûc coï cáúu truïc täø ong.

Dáy tên hiãûu nàòm giæîa nãn âæåüc che chàõn täút khoíi caïc tên hiãûu nhiãùu bãn ngoaìi. Tuy nhiãn, váùn coï täøn hao tên hiãûu ráút êt do bæïc xaû âiãûn tæì vaì hiãûu æïng bãö màût vç coï låïp voí dáùn âiãûn bãn ngoaìi. Caïp âäöng truûc coï thãø truyãön âæåüc täúc âäü 10 Mbps qua vaìi tràm meït hoàûc cao hån khi

tên hiãûu âæåüc âiãöu chãú.

d) Caïp såüi quang

- 146 -

- Chæång VI -

Caïp såüi quang laì mäi træåìng truyãön dáùn khaïc hàón táút caí caïc loaûi trãn. Thäng tin truyãön âi dæåïi daûng mäüt chuìm aïnh saïng trong såüi thuyí tinh chæï khäng phaíi dæåïi daûng tên hiãûu âiãûn trãn dáy kim loaûi. Soïng aïnh saïng coï bàng thäng ráút låïn so våïi soïng âiãûn, cho pheïp såüi quang coï thãø truyãön âæåüc täúc âäü haìng tràm Mbps. Soïng aïnh saïng cuîng khäng chëu aính hæåíng cuía âiãûn tæì træåìng vaì xuyãn ám. Do âoï, caïp såüi quang ráút hiãûu quaí khi sæí duûng âãø truyãön täúc âäü bit tháúp trong mäi træåìng nhiãùu âiãûn cao. Caïp såüi quang cuîng âæåüc sæí duûng åí nhæîng nåi quan troüng cáön âäü an toaìn cao.

Mäùi såüi quang gäöm mäüt såüi thuyí tinh âån âãø truyãön tên hiãûu, nàòm trong mäüt voí boüc âãø ngàn aïnh saïng tæì bãn ngoaìi. Bäü phaït quang thæûc hiãûn chuyãøn âäøi tên hiãûu âiãûn thäng thæåìng sang tên hiãûu aïnh saïng. Bäü thu quang thæûc hiãûn chæïc nàng ngæåüc laûi åí âáöu cuäúi thu. Thäng thæåìng, bäü phaït quang sæí duûng LED hoàûc laser diode LD vaì bäü thu quang sæí duûng photodiode hoàûc transistor quang âãø thæûc hiãûn caïc chuyãøn âäøi.

Hçnh 6.22a veî cáúu truïc såüi quang. Mäùi såüi thuíy tinh âån gäöm hai pháön: loîi thuíy tinh åí giæîa vaì voí thuyí tinh boüc ngoaìi våïi chiãút suáút tháúp hån. Aïnh saïng truyãön doüc theo loîi thuíy tinh theo ba caïch, tuyì theo loaûi såüi quang vaì bãö räüng cuía loîi.

Trong såüi quang âa mode chiãút suáút báûc âãöu (multimode stepped index fiber) , váût liãûu chãú taûo voí quang vaì loîi quang khaïc nhau nhæng chiãút suáút laì âäöng nháút, chiãút suáút cuía voí nhoí hån chiãút suáút cuía loîi. Caïc tia saïng do bäü phaït quang phaït ra våïi goïc tåïi nhoí hån goïc tåïi haûn seî âæåüc phaín xaû toaìn pháön taûi giao diãûn voí-loîi vaì âæåüc lan truyãön doüc theo loîi bàòng caïch phaín xaû nhiãöu láön. Caïc tia saïng phaït ra våïi goïc tåïi khaïc nhau seî âæåüc truyãön âi våïi thåìi gian khaïc nhau, dáùn âãún tên hiãûu thu coï âäü räüng xung låïn hån âäü räüng xung cuía tên hiãûu vaìo, laìm giaím täúc âäü bit. Do âoï, loaûi caïp naìy chè sæí duûng væoïi täúc âäü bit væìa phaíi. Sæû lan truyãön aïnh saïng trong såüi naìy âæåüc chè ra trãn hçnh 6.22b.

Hçnh 6.22 Nguyãn lyï såüi quang

Thu quang Phaït quang

Caïp quang nhiãöu loîi

T.h âiãûn raT.h âiãûn vaìo

Loîi quang

Låïp boüc plastic

Voí quang

(b)

(a)

(a) Cáúu truïc caïp; (b) Truyãön aïnh saïng trong såüi quang âa mode chiãút suáút báûc

Âãø giaím båït sæû taïn sàõc aïnh saïng, ta coï thãø thay váût liãûu chãú taûo loîi bàòng loaûi coï chiãút suáút thay âäøi, giaím dáön tæì tám loîi cho âãún giao diãûn loîi-voí. Luïc naìy, tia saïng âæåüc truyãön âi bãn - 147 -

- Chæång VI -

trong loîi theo âæåìng hçnh sin chæï khäng phaíi âæåìng gáúp khuïc nhæ træåìng håüp såüi quang âa mode chiãút suáút báûc. Âäü giaîn cuía xung thu giaím nhoí hån, cho pheïp tàng täúc âäü bit lãn nhiãöu. Såüi quang cáúu taûo nhæ váûy goüi laì såüi quang âa mode chiãút suáút biãún âäøi âãöu (multimode graded index fiber).

Âãø tàng täúc âäü bit lãn næîa, ta giaím âæåìng kênh cuía loîi xuäúng coìn bàòng mäüt bæåïc soïng âån

( m103 µ− ) âãø cho táút caí aïnh saïng phaït ra âãöu lan truyãön theo mäüt âæåìng truyãön âån (khäng bë taïn sàõc). Kãút quaí laì âäü räüng xung ra gáön bàòng âäü räüng xung vaìo. Såüi quang loaûi naìy goüi laì såüi quang âån mode (monomode fiber), thæåìng duìng våïi LD, hoaût âäüng åí täúc âäü lãn âãún haìng tràm Mbps.

e) Vãû tinh

Ngoaìi caïc mäi træåìng kãø trãn, coï thãø truyãön tên hiãûu thäng tin bàòng soïng vä tuyãún qua khäng trung nhæ trong hãû thäúng vãû tinh. Tên hiãûu âæåüc âiãöu chãú båíi chuìm soïng âiãûn tæì hçnh noïn (soïng SHF 3-30 GHz) räöi phaït tæì traûm màût âáút lãn vãû tinh. Chuìm soïng naìy âæåüc thu räöi chuyãøn tiãúp âãún âêch âaî âënh bàòng bäü phaït âaïp (transponder) trãn vãû tinh. Mäüt vãû tinh coï nhiãöu bäü phaït âaïp nhæ váûy, mäùi bäü phaït âaïp tiãúp nháûn mäüt daíi táön säú riãng. Mäüt kãnh vãû tinh âiãøn hçnh coï bàng thäng ráút cao (500 MHz) vaì coï thãø cung cáúp haìng tràm kãút näúi täúc âäü cao bàòng caïch sæí duûng kyî thuáût gheïp kãnh.

Vãû tinh duìng trong thäng tin thæåìng laì vãû tinh âëa ténh (geostationary). Vãû tinh âëa ténh quay âäöng bäü våïi sæû quay cuía traïi âáút. Quyî âaûo cuía vãû tinh phaíi âæåüc læûa choün âãø noï cung cáúp mäüt tuyãún thäng tin táöm nhçn thàóng (line-of-sight communication path) giæîa traûm thu vaì phaït. Do tênh âënh hæåïng cuía anttena, nãn tên hiãûu coï thãø âæåüc thu nháûn trong mäüt phaûm vi âëa lyï ráút räüng hoàûc âæåüc táûp trung laûi âãø chè thu nháûn trong mäüt phaûm vi heûp. Trong træåìng håüp sau, cäng suáút tên hiãûu cao hån, cho pheïp duìng chaío thu âæåìng kênh nhoí- goüi laì VSAT (Very Small Aperture Terminal).

Mäüt hãû thäúng vãû tinh âiãøn hçnh âæåüc trçnh baìy trãn hçnh 6.23a. Hãû thäúng naìy goüi laì âiãøm näúi âiãøm (point-to-point). Mäùi traûm màût âáút hoaût âäüng åí nhæîng táön säú khaïc nhau. Mäüt cáúu hçnh khaïc goüi laì âa âiãøm (multipoint) âæåüc trçnh baìy trãn hçnh 6.23b. Cáúu hçnh naìy gäöm mäüt traûm màût âáút trung tám goüi laì hub, liãn laûc våïi mäüt säú traûm VSAT khaïc phán bäú xung quanh.

Thäng thæåìng, hub phaït quaíng baï âãún caïc VSAT trãn mäüt táön säú âån nhæng åí hæåïng ngæåüc laûi, mäùi VSAT phaït âãún hub trãn mäüt táön säú riãng. Âãø liãn laûc våïi mäüt VSAT cuû thãø, hub phaït quaíng baï baín tin våïi chè säú nháûn daûng VSAT åí âáöu baín tin. Våïi caïc æïng duûng VSAT kãút näúi VSAT, træåïc hãút VSAT phaït baín tin âãún hub thäng qua vãû tinh, räöi sau âoï hub seî phaït quaíng baï caïc baín tin âãún VSAT.

f) Soïng vi ba

Liãn kãút bàòng soïng vi ba âæåüc sæí duûng räüng raîi åí nhæîng nåi khoï làõp âàût tuyãún thäng tin hæîu tuyãún, vê duû nhæ qua säng häö, âáöm láöy hoàûc sa maûc... Vç soïng vi ba truyãön qua khäng khê nãn coï thãø bë giaïn âoaûn båíi caïc váût caín do con ngæåìi vaì caïc âiãöu kiãûn thåìi tiãút coï haûi. Trong tuyãún

- 148 -

- Chæång VI -

thäng tin vãû tinh, soïng chuí yãúu truyãön qua khäng gian tæû do nãn êt chëu aính hæåíng båíi caïc yãúu täú naìy. Thäng tin vi ba táöm nhçn thàóng coï thãø cho pheïp khoaíng caïch truyãön dáùn âaût âæåüc

50 km. Daíi táön sæí duûng trong liãn kãút vi ba laì UHF (0.3-3GHz) vaì SHF (3-30GHz)

Hçnh 6.23 Truyãön dáùn bàòng vãû tinh

Traûm hub

VSAT

(b)

Traûm màût âáút

Antenna

Vãû tinh

Tuyãún xuäúng

Tuyãún lãn

(a)

(a) Âiãøm näúi âiãøm; (b) Âa âiãøm

g) Soïng radio

Soïng radio táön säú tháúp hån (VHF: 30-300MHz, HF: 3-30MHz) âæåüc sæí duûng åí nhæîng nåi coï liãn kãút cäú âënh qua mäüt khoaíng caïch væìa phaíi. Vê duû nhæ, âãø kãút näúi caïc maïy tênh trong mäüt thaình phäú våïi mäüt maïy tênh tæì xa. Maïy phaït - goüi laì traûm gäúc BS (Base Station) âæåüc âàût åí mäüt âiãøm cäú âënh näúi âãún maûng hæîu tuyãún - cung cáúp liãn kãút vä tuyãún giæîa mäùi user vaì traûm trung tám. Vuìng phuí soïng cuía mäüt traûm gäúc âæåüc goüi laì tãú baìo (cell) (xem hçnh 6.24).

Vuìng phuí soïng cuía mäùi traûm gäúc bë haûn chãú båíi cäng suáút phaït, do âoï mäüt traûm gäúc chè cung cáúp âuí säú kãnh cho toaìn bäü taíi trong khu væûc âoï maì thäi. Nãúu æïng duûng yãu cáöu vuìng phuí soïng räüng hån hoàûc máût âäü user cao hån thç cáön phaíi sæí duûng nhiãöu traûm gäúc sàõp xãúp liãön kãö nhau theo cáúu truïc âa tãú baìo (multiple cells). Trong thæûc tãú, kêch thæåïc cuía mäùi tãú baìo thay âäøi phuû thuäüc vaìo caïc yãúu täú nhæ máût âäü user vaì âëa thãú âëa phæång.

F

User

BS

F

Maûng cäú âënh

Hçnh 6.24 Tãú baìo âån - 149 -

- Chæång VI -

Mäùi traûm gäúc hoaût âäüng sæí duûng mäüt bàng táön khaïc våïi caïc traûm lán cáûn. Tuy nhiãn, vç vuìng phuí soïng cuía mäùi traûm gäúc bë haûn chãú nãn coï thãø sæí duûng laûi bàng táön taûi nhæîng vuìng khaïc trong maûng.

6.4.2 Caïc nguäön gáy suy hao vaì meïo

Báút kyì tên hiãûu naìo khi truyãön âi trãn báút kyì mäi træåìng truyãön dáùn naìo cuîng âãöu chëu caïc aính hæåíng khaïc nhau, laìm suy giaím cháút læåüng tên hiãûu thu. Caïc aính hæåíng âoï laì suy hao, sæû haûn chãú bàng thäng, meïo do trãù vaì nhiãùu. Hçnh 6.25 cho tháúy caïc yãúu täú naìy aính hæåíng nhæ thãú naìo âãún tên hiãûu khäi phuûc (xeït riãng tæìng aính hæåíng vaì xeït täøng håüp caïc aính hæåíng).

Tên hiãûu khäi phuûc

Tên hiãûu âäöng häö

Caïc aính hæåíng

Tên hiãûu thu

Tên hiãûu phaït

Thäng tin phaït

Thäng tin thu 0 1 0 1 1 0

Täøng håüp caïc aính hæåíng

Nhiãùu kãnh truyãön

Meïo do trãù

Bàng thäng haûn chãú

Suy hao

0 1 0 0 1 0

Thåìi gian

Läùi bit

Hçnh 6.25 Aính hæåíng cuía suy hao vaì meïo - 150 -

- Chæång VI -

a) Suy hao

Suy hao laì hiãûn tæåüng biãn âäü cuía tên hiãûu bë giaím âi khi truyãön qua mäüt mäi træåìng truyãön dáùn. Thäng thæåìng, phaíi giåïi haûn chiãöu daìi cuía tuyãún truyãön dáùn âãø suy hao nàòm trong phaûm vi cho pheïp, nhàòm âaím baío cho maûch thu coï thãø taïch âæåüc tên hiãûu. Nãúu tuyãún truyãön dáùn daìi hån, phaíi âàût caïc bäü khuãúch âaûi xen vaìo giæîa tuyãún âãø buì suy hao.

Suy hao khäng cäú âënh maì gia tàng theo táön säú. Vç mäüt tên hiãûu bao gäöm mäüt daíi nhiãöu thaình pháön táön säú nãn tên hiãûu bë meïo. Âãø khàõc phuûc váún âãö naìy, maûch khuãúch âaûi phaíi âæåüc thiãút kãú sao cho hãû säú khuãúch âaûi thay âäøi âäúi våïi caïc tên hiãûu táön säú khaïc nhau. Hoàûc ta sæí duûng mäüt thiãút bë goüi laì bäü cán bàòng (equalizer) âãø san bàòng meïo qua mäüt daíi táön xaïc âënh.

Âãø âo suy hao vaì hãû säú khuãúch âaûi, ta sæí duûng âån vë decibel (dB). Kyï hiãûu cäng suáút phaït tên hiãûu laì P1 vaì cäng suáút thu laì P2, ta coï:

Suy hao = dBPP

log102

110

Hãû säú khuãúch âaûi = dBPP

log101

210

Do âån vë cuía P1 vaì P2 âãöu laì watt nãn dB laì vä hæåïng vaì âån giaín laì noï âo mäúi quan hãû vãö biãn âäü giæîa hai mæïc cäng suáút. Viãûc sæí duûng logarit åí âáy coï yï nghéa laì coï thãø tênh suy hao/khuãúch âaûi täøng trãn mäüt kãnh truyãön dáùn nhiãöu âoaûn bàòng caïch cäüng táút caí caïc suy hao/khuãúch âaûi cuía caïc âoaûn riãng biãût.

b) Sæû haûn chãú bàng thäng

Báút kyì mäi træåìng truyãön dáùn naìo cuîng âãöu coï mäüt bàng thäng xaïc âënh. Bàng thäng naìy laì daíi caïc thaình pháön táön säú sin coï thãø truyãön qua kãnh maì khäng bë meïo.

Theo Fourier (chæång 2), tên hiãûu tuáön hoaìn coï thãø âæåüc phán têch thaình täøng cuía vä säú tên hiãûu sin coï táön säú laì táön säú cå baín vaì laì bäüi säú cuía táön säú cå baín. Tên hiãûu säú truyãön chênh laì tên hiãûu nhë phán ngáùu nhiãn, âãø phán têch, ta coï thãø xem tên hiãûu naìy laì caïc daîy tuáön hoaìn nhæ laì 101010..., 110110..., 11101110... Váûy tên hiãûu säú truyãön bao gäöm nhiãöu thaình pháön táön säú nãn chè nhæîng táön säú naìo nàòm trong bàng thäng cuía kãnh måïi coï thãø thu âæåüc maì khäng bë meïo. Bàng thäng cuía kãnh caìng låïn thç tên hiãûu thu caìng gáön våïi tên hiãûu gäúc.

Âënh lyï Nyquist xaïc âënh täúc âäü truyãön tin cæûc âaûi qua mäüt kãnh khäng nhiãùu - laì C - âæåüc tênh nhæ sau:

MlogW2C2

= (bps)

åí âáy W laì bàng thäng cuía kãnh (tênh bàòng Hz) vaì M laì säú mæïc tên hiãûu. Nãúu thãm vaìo tên hiãûu thäng tin caïc bit cho caïc muûc âêch khaïc thç täúc âäü dæî liãûu coï êch seî tháúp hån täúc âäü bit thæûc sæû. Do âoï, khi ta truyãön thäng tin qua mäüt kãnh, ta coï ba täúc âäü: signaling rate (taûm dëch laì täúc âäü kyï hiãûu), täúc âäü bit (bit rate) vaì täúc âäü dæî liãûu (data rate) - ba täúc âäü naìy coï thãø bàòng nhau hoàûc khaïc nhau. Chàóng haûn nhæ, tên hiãûu âiãöu chãú 4 mæïc (cæï hai bit nhoïm laûi - 151 -

- Chæång VI -

thaình mäüt kyï hiãûu) coï täúc âäü bit låïn gáúp âäi täúc âäü kyï hiãûu; hoàûc tên hiãûu âæåüc maî hoïa parity coï täúc âäü dæî liãûu bàòng baíy pháön taïm täúc âäü bit.

Nhán âáy, nhàõc laûi mäüt khaïi niãûm coï liãn quan âãún bàng thäng cuía kãnh âaî âæåüc noïi âãún åí chæång 3. Âoï laì hiãûu quaí sæí duûng bàng thäng (bandwidth efficiency) cuía kãnh truyãön - kyï hiãûu laì B vaì âæåüc tênh nhæ sau:

bS

2

WT1

WTMlog

WRB === (bps Hz-1)

åí âáy R laì täúc âäü bit, TS laì chu kyì cuía kyï hiãûu, Tb laì khoaíng thåìi gian cuía mäüt bit - laì nghëch âaío cuía R. Tæì âáy coï thãø tháúy ràòng täúc âäü bit caìng cao thç hiãûu quaí sæí duûng bàng thäng cuía kãnh caìng cao.

c) Meïo do trãù

Täúc âäü lan truyãön cuía tên hiãûu sin doüc theo âæåìng truyãön thay âäøi theo táön säú tên hiãûu. Vç váûy, khi phaït mäüt tên hiãûu säú, caïc thaình pháön táön säú khaïc nhau trong tên hiãûu seî âãún nåi våïi thåìi gian trãù khaïc nhau, gáy ra meïo do trãù. Mæïc âäü meïo tàng khi täúc âäü bit tàng vç khi âoï, mäüt vaìi thaình pháön táön säú trong mäüt bit bë trãù vaì giao thoa våïi caïc táön säú trong bit tiãúp theo. Meïo do trãù coìn âæåüc goüi laì giao thoa liãn kyï tæû ISI. Aính hæåíng cuía noï laì laìm thay âäøi tæïc thåìi âiãøm chuyãøn tiãúp bit cuía tên hiãûu thu. Vç tên hiãûu thu thæåìng âæåüc láúy máùu vaìo giæîa cuía mäùi bit nãn âiãöu naìy seî laìm cho viãûc khäi phuûc tên hiãûu thu khäng chênh xaïc khi täúc âäü bit tàng.

Âãø khàõc phuûc meïo do trãù, ta sæí duûng bäü cán bàòng - taûo ra thåìi gian trãù cán bàòng - âàûc tuyãún trãù cán bàòng coï daûng sao cho khi cäüng våïi âàûc tuyãún trãù do kãnh truyãön gáy ra, seî thu âæåüc mäüt âàûc tuyãún trãù gáön nhæ laì hàòng säú. Noïi caïch khaïc, viãûc sæí duûng bäü cán bàòng coï taïc duûng laìm cho táút caí caïc thaình pháön táön säú khaïc nhau trong tên hiãûu âi âãún maûch thu våïi thåìi gian trãù nhæ nhau.

d) Nhiãùu

Khi kãnh truyãön räùi (khäng coï tên hiãûu), sæû hiãûn diãûn cuía tên hiãûu âiãûn trãn kãnh seî laì 0. Tuy nhiãn, trong thæûc tãú, váùn täön taûi caïc biãún âäøi ngáùu nhiãn trãn kãnh - goüi laì mæïc nhiãùu âæåìng dáy (line noise level). Khi tên hiãûu truyãön bë suy hao, biãn âäü tên hiãûu coï thãø bë giaím xuäúng dæåïi mæïc nhiãùu nãön. Vç váûy, mäüt thäng säú quan troüng liãn quan âãún mäi træåìng truyãön laì tyí säú cäng suáút trung bçnh cuía tên hiãûu thu, S, trãn cäng suáút cuía mæïc nhiãùu, N. Tyí säú naìy âæåüc goüi laì tyí säú tên hiãûu trãn nhiãùu SNR (Signal to Noise Ratio) vaì thæåìng âæåüc biãøu diãùn bàòng decibel. Ta coï:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

NSlg10SNR (dB)

Roî raìng laì tyí säú SNR cao coï nghéa laì cäng suáút tên hiãûu cao hån so våïi mæïc nhiãùu hiãûn haình, kãút quaí laì cháút læåüng cuía tên hiãûu täút. Ngæåüc laûi, tyí säú SNR tháúp nghéa laì cháút læåüng cuía tên hiãûu täöi.

- 152 -

- Chæång VI -

Täúc âäü thäng tin låïn nháút cuía kãnh truyãön coï liãn quan âãún tyí säú SNR vaì coï thãø xaïc âënh bàòng cäng thæïc Shannon vaì Hartley nhæ sau:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

NS1logWC

2 (bps)

Coï nhiãöu nguyãn nhán gáy ra nhiãùu. Mäüt trong caïc nguyãn nhán âoï laì xuyãn ám (crosstalk) trong dáy song haình vaì dáy xoàõn âäi. Xuyãn ám gáy ra do sæû aính hæåíng âiãûn khäng mong muäún giæîa caïc dáy caûnh nhau trong cuìng mäüt caïp, laìm cho tên hiãûu truyãön trong dáy naìy loüt vaìo dáy bãn caûnh gáy nhiãùu. Mäüt vê duû thæåìng gàûp vãö xuyãn ám laì khi sæí duûng âiãûn thoaûi, ta nghe âæåüc cuäüc goüi khaïc.

Coï nhiãöu loaûi xuyãn ám nhæng nguy hiãøm hån caí laì xuyãn ám âáöu gáön NEXT (Near-End crosstalk). Âáy laì loaûi xuyãn ám gáy ra do aính hæåíng âiãûn cuía tên hiãûu âi ra tæì maïy phaït lãn tên hiãûu vaìo mäüt maïy thu gáön âoï. Tên hiãûu måïi ra maïy phaït nãn maûnh, trong khi tên hiãûu vaìo âãún maïy thu âaî bë yãúu âi do suy hao vaì meïo. Do váûy, tên hiãûu vaìo maïy thu bë suy giaím cháút læåüng nghiãm troüng. Âãø khàõc phuûc váún âãö naìy, ngæåìi ta sæí duûng maûch loaûi boí NEXT thêch nghi (adaptive NEXT canceler). Hçnh 6.26 trçnh baìy vë trê âàût maûch loaûi boí NEXT âiãøn hçnh. Maûch loaûi boí taûo mäüt baín sao cuía tên hiãûu xuyãn ám, räöi láúy tên hiãûu thu træì âi tên hiãûu xuyãn ám baín sao naìy.

Thiãút bë âáöu cuäúi

NEXT

_

+

Maûch phaït

Maûch thu

Maûch loaûi boí NEXT

Tên hiãûu phaït

Tên hiãûu thu

Hçnh 6.26 Maûch loaûi boí NEXT thêch nghi

Mäüt daûng nhiãùu khaïc laì nhiãùu xung (impulse noise). Nhiãùu naìy gáy ra do caïc xung âiãûn tæì caïc hoaût âäüng hoàûc caïc thiãút bë aính hæåíng âãún âæåìng truyãön tên hiãûu. Vê duû, sæû phoïng âiãûn cuía caïc tia chåïp, hoaût âäüng chuyãøn maûch trong caïc täøng âaìi cuî. Trong âiãûn thoaûi, aính hæåíng naìy khäng quan troüng làõm, noï coï thãø gáy mäüt tiãúng click låïn. Nhæng trong truyãön säú liãûu, aính hæåíng cuía nhiãùu xung coï thãø ráút nghiãm troüng, vê duû mäüt nhiãùu xung trong næía giáy coï thãø laìm hoíng 1200 bit säú liãûu åí täúc âäü 2400 bps. Âiãöu may màõn laì nhiãùu xung khäng xaíy ra thæåìng xuyãn.

Daûng thæï ba cuía nhiãùu laì nhiãùu nhiãût (thermal noise), täön taûi trong táút caí caïc thiãút bë âiãûn tæí vaì caïc mäi træåìng truyãön báút kãø caïc aính hæåíng bãn ngoaìi. Nhiãùu naìy gáy ra do sæû chuyãøn

- 153 -

- Chæång VI -

âäüng nhiãût cuía caïc âiãûn tæí trong mäùi nguyãn tæí trong váût liãûu chãú taûo thiãút bë hay âæåìng truyãön. Taûi nhiãût âäü trãn 0oK, táút caí caïc mäi træåìng truyãön dáùn vaì thiãút bë âãöu coï nhiãùu nhiãût. Noï taûo ra caïc thaình pháön táön säú ngáùu nhiãn våïi biãn âäü biãún thiãn liãn tuûc. Do âoï, nhiãùu nhiãût coìn goüi laì nhiãùu tràõng (white noise).

Mæïc nhiãùu nhiãût trong bàng thäng 1 Hz trong mäüt âæåìng truyãön báút kyì âæåüc tênh nhæ sau:

kTN0= (WHz-1)

ÅÍ âáy N0 laì máût âäü cäng suáút cuía nhiãùu, tênh bàòng WHz-1, k laì hàòng säú Boltzmann (1.3803x10-23 JK-1) vaì T laì nhiãût âäü Kelvin (K).

6.5 Khäi phuûc tên hiãûu säú

Khi truyãön tên hiãûu âi, duì sæí duûng báút cæï loaûi mäi træåìng gç, tên hiãûu cuîng seî bë suy hao vaì meïo. Âãø khàõc phuûc, ta âàût caïc bäü làûp (repeater) doüc theo âæåìng truyãön theo mäüt cæû ly nháút âënh. Khoaíng giæîa hai traûm làûp goüi laì mäüt hop hay âoaûn (section). Mäüt âæåìng truyãön thäng tin qua khoaíng caïch xa thæåìng chæïa nhiãöu âoaûn nhæ váûy.

6.5.1 Bäü làûp taïi taûo tên hiãûu säú

Coï thãø chia bäü làûp ra laìm hai loaûi. Âoï laì bäü làûp khuãúch âaûi (amplifying repeater) vaì bäü làûp taïi taûo (regenerative repeater). Âäúi våïi thäng tin tæång tæû, sæí duûng bäü làûp khuãúch âaûi. Âäúi våïi thäng tin säú, thæåìng duìng bäü làûp taïi taûo. Nhiãûm vuû cuía bäü làûp taïi taûo (goüi ngàõn goün laì bäü làûp) trong thäng tin säú laì khuãúch âaûi vaì sæía daûng tên hiãûu. Hçnh 6.27 chè ra så âäö cuía mäüt tuyãún thäng tin säú gäöm m âoaûn, nghéa laì m - 1 bäü làûp.

n2(t)2

V∆±

)t(n12

V +α± ∆

n1(t)

2V∆±

Bäü làûp

nm(t)

Bäü làûp

)t(n22

V +α± ∆

Bäü thuBäü phaït

2V∆±

Hçnh 6.27 Tuyãún nhiãöu âoaûn sæí duûng bäü làûp taïi taûo

Nãúu tên hiãûu nhë phán truyãön âi våïi mæïc âiãûn aïp laì 2V∆± thç âiãûn aïp vaìo bäü làûp thæï nháút laì

)t(nV +α± ∆ α12 , åí âáy laì hãû säú suy hao âiãûn aïp tuyãún tênh vaì n1(t) laì âiãûn aïp ngáùu nhiãn

trong âoaûn thæï nháút. Nãúu bäü làûp âæåüc thiãút kãú täút, tên hiãûu ra cuía bäü làûp âæåüc khuãúch âaûi vaì

sæía daûng, tråí nãn gáön nhæ laì 2V∆± vaì cæï tiãúp tuûc nhæ váûy cho âãún âoaûn cuäúi cuìng.

Hçnh 6.28 trçnh baìy så âäö khäúi âån giaín cuía mäüt bäü làûp taïi taûo våïi tên hiãûu NRZ âån cæûc. Bäü loüc khuãúch âaûi seî khuãúch âaûi biãn âäü cuía tên hiãûu vaìo lãn âãún mæïc tæång thêch våïi caïc maûch coìn laûi vaì loüc tên hiãûu âãø laìm giaím aính hæåíng cuía suy hao vaì meïo. Maûch âäöng bäü bit taûo ra tên hiãûu âäöng häö, âäöng bäü våïi âäöng häö phaït âãø coï thãø láúy máùu tên hiãûu thu bë meïo åí âiãøm giæîa ä bit (nåi âäü måí cuía giaín âäö màõt låïn nháút). Bäü so saïnh taûo mäüt xung heûp åí âáöu ra khi giaï trë

- 154 -

- Chæång VI -

láúy máùu låïn hån mæïc ngæåîng choün træåïc VT. Âäü räüng cuía xung naìy bàòng âäü räüng cuía xung âäöng häö taûi âáöu ra cuía maûch âäöng bäü bit. Âiãûn aïp ngæåîng VT thæåìng choün laì mäüt næía giaï trë láúy máùu âènh - âènh. Nãúu nhiãùu nhoí, xung åí âáöu ra cuía bäü so saïnh seî chè xuáút hiãûn khi coï bit 1 trong doìng tên hiãûu NRZ vaìo. Nhæ váûy, bäü so saïnh âoïng vai troì laì mäüt maûch quyãút âënh. Maûch âa haìi mäüt traûng thaïi bãön seî xuáút ra mäüt xung räüng Tb = 1/R mäùi khi âáöu ra cuía bäü so saïnh åí mæïc cao, åí âáy R laì täúc âäü âäöng häö taûo ra tæì maûch âäöng bäü bit. Nhæ váûy, qua bäü làûp, nãúu khäng kãø läùi bit thç tên hiãûu NRZ âaî âæåüc khäi phuûc, loaûi boí caïc aính hæåíng cuía suy hao vaì meïo.

Toïm laûi, bäü làûp taïi taûo gäöm coï bäún khäúi chæïc nàng chênh laì: bäü loüc khuãúch âaûi, âäöng bäü bit, láúy máùu vaì quyãút âënh.

Maûch quyãút âënh Bäü loüc khuãúch âaûi

Maûch láúy máùu Tên hiãûu ra

Tên hiãûu vaìo

Clk _

+Bäü loüc Maûch âa haìi mäüt traûng thaïi bãön

Maûch âäöng bäü bit

Hçnh 6.28 Bäü làûp taïi taûo tên hiãûu NRZ âån cæûc

6.5.2 Maûch âäöng bäü bit

Qua pháön trçnh baìy vãö bäü làûp åí trãn, ta tháúy: âãø coï thãø taïi taûo tên hiãûu, cáön thiãút phaíi coï âäöng häö thu chaûy âäöng bäü hoaìn toaìn våïi âäöng häö phaït. Âäöng häö thu coï thãø laì âäöng häö phaït âæåüc truyãön trãn mäüt kãnh âäöng bäü riãng hoàûc âæåüc khäi phuûc tæì chênh trong doìng tên hiãûu thu. Træåìng håüp truyãön tên hiãûu âäöng häö trãn kãnh riãng laì khäng kinh tãú vaì êt âæåüc duìng trong caïc hãû thäúng thäng tin säú.

Ta táûp trung xeït træåìng håüp thæï hai: maûch âäöng bäü bit taûo ra âäöng häö tæì trong doìng tên hiãûu thu. Âäü phæïc taûp cuía maûch âäöng bäü bit tuyì thuäüc vaìo loaûi maî âæåìng sæí duûng. Vê duû nhæ, maûch âäöng bäü bit cho maî RZ læåîng cæûc coï âuí säú læåüng bit 1 (HDB3, B6ZS) coï cáúu truïc nhæ trçnh baìy trãn hçnh 6.29.

Tên hiãûu âäöng

häö ra

_

+

vT

w4(t)

w3(t)

RZ âån cæûc

w2(t) = w12(t)

RZ læåîng cæûc

w1(t)

Maûch bçnh phæång

Maûch cäüng hæåíng

f0 = 1/Tb So saïnh

Hçnh 6.29 Maûch âäöng bäü bit

- 155 -

- Chæång VI -

Træåïc tiãn, tên hiãûu thu âæåüc chuyãøn thaình tên hiãûu RZ âån cæûc bàòng mäüt maûch bçnh phæång (hoàûc laì maûch chènh læu hai næía chu kyì). Viãûc chènh læu hoàûc bçnh phæång seî laìm máút âi "vãút khuyãút" taûi táön säú fo = 1/Tb (xem hçnh 6.30a) vaì âæa thaình pháön táön säú fo vaìo (xem hçnh 6.30b). Táön säú naìy chênh laì táön säú âäöng häö vaì coï thãø taïch âæåüc bàòng maûch cäüng hæåíng táön säú f0 hoàûc PLL åí sau (xem hçnh 6.30c). Bäü so saïnh våïi mæïc ngæåîng VT tiãúp theo âoïng vai troì laì maûch taûo daûng xung âäöng häö (xem hçnh 6.30d).

Vãút khuyãút

(d)

(c)

(b)

Tb

Bäü loüc khäi phuûc âäöng häö

vT

0 f0 2f0

0 f0 2f0

(a)

Hçnh 6.30 Daûng soïng tên hiãûu & phäø trong maûch âäöng bäü bit


1. Gheïp kãnh (multiplexing) laì kyî thuáût chia seí kãnh váût lyï chung. Âãø coï thãø taïch laûi âæåüc caïc tên hiãûu sau khi gheïp kãnh, caïc tên hiãûu âoï phaíi "âuí phán biãût âæåüc våïi nhau" theo mäüt caïch naìo âoï.

2. Coï hai kyî thuáût gheïp kãnh chênh laì gheïp kãnh phán chia theo táön säú FDM (Frequency Division Multiplexing) vaì gheïp kãnh phán chia theo thåìi gian TDM (Time Division Multiplexing).

3. FDM thæûc hiãûn truyãön âäöng thåìi caïc tên hiãûu khaïc nhau qua cuìng mäüt kãnh bàng räüng bàòng caïch sæí duûng caïc soïng mang táön säú khaïc nhau. Phäø cuía caïc tên hiãûu naìy khäng bë chäöng lãn nhau. Do caïc tên hiãûu naìy lãûch táön våïi nhau nãn bàòng caïc bäü loüc bãn thu, ta coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu ra.

- 156 -

- Chæång VI -

4. Bãn phaït, caïc tên hiãûu khaïc nhau âæåüc âiãöu chãú våïi caïc soïng mang phuû coï táön säú khaïc nhau, räöi cäüng táút caí caïc soïng mang phuû âaî âiãöu chãú laûi, taûo thaình tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí. Sau âoï tên hiãûu täøng håüp naìy âæåüc âiãöu chãú våïi mäüt soïng mang chênh, hçnh thaình tên hiãûu FDM âãø truyãön qua kãnh bàng räüng. Bãn thu, tên hiãûu FDM træåïc hãút âæåüc giaíi âiãöu chãú âãø taûo laûi tên hiãûu täøng håüp bàng cå såí, sau âoï qua caïc bäü loüc âãø phán chia caïc soïng mang phuû ra. Cuäúi cuìng, caïc soïng mang phuû âæåüc giaíi âiãöu chãú âãø taûo laûi caïc tên hiãûu ban âáöu.

5. Theo sæû phán cáúp hãû thäúng FDM cuía cäng ty AT&T, kiãøu âiãöu chãú duìng trong âiãöu chãú soïng mang phuû laì âiãöu chãú âån biãn SSB.

6. TDM thæûc hiãûn truyãön caïc tên hiãûu khaïc nhau qua cuìng mäüt kãnh bàng räüng våïi cuìng táön säú nhæng vaìo caïc thåìi âiãøm khaïc nhau. Trong khäúi gheïp kãnh bãn phaït, thåìi gian âæåüc phán thaình caïc khe thåìi gian, áún âënh mäùi khe cho mäüt doìng säú âãún tæì mäüt kãnh khaïc nhau theo caïch xoay voìng. Viãûc taïch kãnh âæåüc thæûc hiãûn bãn thu bàòng caïch chuyãøn maûch tên hiãûu thu vaìo caïc thåìi âiãøm thêch håüp. Trong hãû thäúng TDM, yãu cáöu táút caí caïc bäü phaït vaì thu phaíi tuán theo mäüt âäöng häö chung.

7. Caïc khe thåìi gian âæåüc sàõp xãúp laûi thaình mäüt cáúu truïc låïn hån goüi laì khung TDM. Âäöng bäü khung laì cáön thiãút âãø bãn thu coï thãø phán biãût chênh xaïc caïc khung våïi nhau, tæì âoï phán biãût chênh xaïc caïc khe våïi nhau. Tên hiãûu âäöng bäü khung thæåìng âæåüc gheïp chung vaìo trong khung TDM vaì âæåüc taïch ra bàòng maûch âäöng bäü khung phuì håüp.

8. Coï 4 phæång phaïp gheïp TDM laì: gheïp bit xen bit (bit-by-bit), kyï tæû xen kyï tæû (character-by-character), gheïp thäúng kã (statistical multiplexing) vaì cheìn bit (bit stuffing).

9. Coï thãø phán cáúp hãû thäúng TDM cäng cäüng theo hai kiãøu chênh chênh. Kiãøu thæï nháút goüi laì phán cáúp cáûn âäöng bäü PDH (Plessiochronous Digital Hierarchy). Kiãøu thæï hai goüi laì phán cáúp âäöng bäü SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

10. Trong hãû thäúng PDH, caïc luäöng TDM báûc cao âæåüc taûo ra tæì viãûc gheïp caïc luäöng TDM báûc tháúp. Do mäùi luäöng TDM sæí duûng mäüt nguäön âäöng häö riãng nãn khi kãút håüp caïc luäöng báûc tháúp, phaíi thæûc hiãûn buì sai khaïc vãö täúc âäü âäöng häö bàòng caïc bit âãûm (justification bit), laìm cho täúc âäü luäöng tên hiãûu ra bäü gheïp cao hån mäüt chuït so våïi täøng caïc täúc âäü cuía caïc luäöng vaìo. Viãûc sæí duûng bit âãûm laìm cho ta khäng thãø xaïc âënh chênh xaïc thåìi âiãøm bàõt âáöu cuía doìng bit täúc âäü tháúp trong mäüt doìng bit täúc âäü cao hån. Âiãöu naìy laìm cho viãûc gheïp/ xen reî kãnh khi cáön phaíi qua nhiãöu cäng âoaûn phæïc taûp.

11. SDH âæåüc âãö xuáút láön âáöu tiãn vaìo nàm 1986 dæåïi tãn goüi laì SONET. Nàm 1988, ITU vaì ETSI âaî cháúp nháûn SONET vaì âäøi tãn thaình SDH. Âiãøm khaïc biãût cå baín cuía SDH so våïi PDH laì trong khung SDH coï thãm vaìo caïc thäng tin häù tråü thäng baïo chênh xaïc âiãøm maì luäöng báûc tháúp âæåüc gheïp vaìo trong mäüt luäöng báûc cao. Âiãöu naìy giuïp cho viãûc gheïp/ xen reî kãnh khi cáön tråí nãn âån giaín.

12. Âa truy cáûp laì kyî thuáût tæång tæû nhæ gheïp kãnh, cho pheïp nhiãöu càûp thu-phaït cuìng chia seí mäüt kãnh váût lyï chung. Nhæng âa truy cáûp muäún noïi âãún træåìng håüp caïc nguäön tin khäng âæåüc sàõp âàût laûi våïi nhau vaì hoaût âäüng âäüc láûp våïi nhau. Nguäön tin âæåüc goüi laì user.

- 157 -

- Chæång VI -

13. Coï ba loaûi âa truy cáûp chênh: âa truy cáûp phán chia theo táön säú FDMA, âa truy cáûp phán chia theo thåìi gian TDMA vaì âa truy cáûp phán chia theo maî CDMA. Nguyãn tàõc cå baín cuía táút caí caïc phæång phaïp âa truy cáûp dæûa vaìo viãûc phán chia taìi nguyãn thäng tin hæîu haûn cho caïc user khaïc nhau mäüt caïch håüp lyï vaì hiãûu quaí.

14. Trong hãû thäúng FDMA, âäü räüng bàng thäng chung cuía hãû thäúng âæåüc chia thaình caïc bàng con. Táút caí caïc user cuìng luïc phaït tên hiãûu trãn caïc soïng mang táön säú khaïc nhau, mäùi soïng mang âiãöu chãú chiãúm mäüt bàng con. Bäü thu phán loaûi tên hiãûu FDMA bàòng caïch loüc ra tæìng bàng con riãng tæång æïng våïi mäùi maïy thu.

15. FDMA coï nhæåüc âiãøm laì mäùi soïng mang chè truyãön âæåüc mäüt kãnh læu læåüng, vç váûy nãúu hãû thäúng cáön N kãnh læu læåüng thç phaíi cáön N soïng mang. Nhæng FDMA coï æu âiãøm laì êt nhaûy caím våïi sæû phán taïn thåìi gian do truyãön lan soïng, khäng cáön âäöng bäü thåìi gian vaì êt trãù do khäng cáön xæí lyï tên hiãûu nhiãöu.

16. Trong hãû thäúng TDMA, tên hiãûu cuía mäùi user âæåüc phaït theo cuûm (burst) råìi raûc. Caïc cuûm tuáön tæû âæåüc sàõp xãúp laûi thaình mäüt cáúu truïc thåìi gian daìi hån goüi laì khung (frame). Táút caí caïc user phaíi phaït theo cáúu truïc khung naìy. Pháön thu seî âiãöu khiãøn måí cäøng cho cuûm cáön thu trong khe thåìi gian daình cho maïy thu phuì håüp.

17. ÅÍ TDMA, váún âãö âäöng bäü laì vä cuìng quan troüng. Ngoaìi váún âãö âäöng bäü, so våïi FDMA, thiãút bë trong hãû thäúng TDMA phæïc taûp hån khi cáön dung læåüng cao. Hån næîa, do âoìi hoíi xæí lyï säú tên hiãûu phæïc taûp nãn xaíy ra trãù låïn. Æu âiãøm näøi báût cuía TDMA so våïi FDMA laì tiãút kiãûm táön säú hån.

18. CDMA laì phæång thæïc âa truy cáûp måïi, cho pheïp nhiãöu user phaït tên hiãûu âäöng thåìi vaì sæí duûng toaìn bäü bàng thäng cuía kãnh chung. Tuy nhiãn, tên hiãûu tæì mäùi user âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng sao cho bäü thu coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu âoï ra duì chuïng truìng nhau vãö thåìi gian vaì táön säú.

19. CDMA coï nhiãöu æu âiãøm näøi träüi so våïi FDMA vaì TDMA nhæ: cho dung læåüng cao hån, khaí nàng chäúng nhiãùu täút hån, baío máût thäng tin täút hån, quy hoaûch maûng cuîng âån giaín hån. Tuy nhiãn, CDMA khäng traïnh khoíi caïc khuyãút âiãøm nhæ: âäöng bäü phæïc taûp hån, viãûc xæí lyï tên hiãûu phæïc taûp hån...

20. Âãø truyãön tên hiãûu noïi chung vaì tên hiãûu säú noïi riãng, cáön phaíi coï mäüt mäi træåìng váût lyï cuû thãø. Coï ráút nhiãöu loaûi mäi træåìng truyãön khaïc nhau, trong âoï thäng duûng laì: âæåìng dáy song haình, dáy xoàõn âäi loaûi khäng boüc kim vaì coï boüc kim, caïp âäöng truûc, caïp såüi quang loaûi âa mode chiãút suáút báûc, âa mode chiãút suáút biãún âäøi vaì âån mode, vãû tinh, vi ba, radio.

21. Báút kyì tên hiãûu naìo khi truyãön âi trãn báút kyì mäi træåìng truyãön dáùn naìo cuîng âãöu chëu caïc aính hæåíng khaïc nhau, laìm suy giaím cháút læåüng tên hiãûu thu. Caïc aính hæåíng âoï laì suy hao, sæû haûn chãú bàng thäng, meïo do trãù vaì nhiãùu.

- 158 -

- Chæång VI -

22. Âãø khàõc phuûc, ta âàût caïc bäü làûp (repeater) doüc theo âæåìng truyãön theo mäüt cæû ly nháút âënh. Khoaíng giæîa hai bäü làûp goüi laì hop hay âoaûn (section). Mäüt âæåìng truyãön thäng tin qua khoaíng caïch xa thæåìng chæïa nhiãöu âoaûn nhæ váûy.

23. Coï thãø chia bäü làûp ra laìm hai loaûi: bäü làûp khuãúch âaûi (amplifying repeater) vaì bäü làûp taïi taûo (regenerative repeater). Âäúi våïi thäng tin tæång tæû, sæí duûng bäü làûp khuãúch âaûi. Âäúi våïi thäng tin säú, thæåìng duìng bäü làûp taïi taûo. Nhiãûm vuû cuía bäü làûp taïi taûo trong thäng tin säú laì khuãúch âaûi vaì sæía daûng tên hiãûu. Bäü làûp taïi taûo gäöm coï bäún khäúi chæïc nàng chênh laì: bäü loüc khuãúch âaûi, âäöng bäü bit, láúy máùu vaì quyãút âënh.

24. Maûch âäöng bäü bit taûo ra âäöng häö tæì trong doìng tên hiãûu thu. Âäü phæïc taûp cuía maûch âäöng bäü bit tuyì thuäüc vaìo loaûi maî âæåìng sæí duûng.

Thäng tin säú cáön êt nháút ba loaûi tên hiãûu âäöng bäü. Mäüt laì âäöng bäü bit âãø phán biãût caïc bit våïi nhau nhàòm taïi taûo tên hiãûu. Hai laì âäöng bäü khung âãø phán biãût caïc nhoïm säú liãûu våïi nhau nhæ trong hãû thäúng TDM/ TDMA. Ba laì âäöng bäü soïng mang - cáön thiãút trong maûch giaíi âiãöu chãú kãút håüp seî xeït åí chæång sau.

- 159 -

- Chæång VII -

Chæång 7 Âiãöu chãú tên hiãûu säú Âiãöu chãú (modulation) noïi chung laì laìm biãún âäøi caïc âàûc tênh cuía mäüt tên hiãûu theo mäüt tên hiãûu khaïc. Trong hãû thäúng thäng tin, tên hiãûu bë biãún âäøi goüi laì soïng mang (carrier) vaì tên hiãûu gáy ra sæû biãún âäøi âoï goüi laì tên hiãûu mang tin (information signal). Coï thãø âënh nghéa âiãöu chãú laì sæû biãún âäøi caïc thäng säú cuía soïng mang theo tên hiãûu mang tin.

Chæång naìy trçnh baìy vãö âiãöu chãú trung táön IF (Intermediate Frequency) hoàûc âiãöu chãú cao táön RF (Radio Frequency) (goüi chung laì âiãöu chãú) våïi soïng mang laì tên hiãûu sin coï caïc thäng säú laì biãn âäü, táön säú vaì goïc pha.

Muûc âëch chênh cuía âiãöu chãú laì gàõn tên hiãûu mang tin (thæåìng laì bàng gäúc baseband) vaìo tên hiãûu soïng mang coï phäø thêch håüp hån, taûo thaình tên hiãûu thäng daíi (bandpass signal) âãø:

- Laìm cho tên hiãûu mang tin tæång xæïng våïi caïc âàûc âiãøm cuía kãnh truyãön

- Kãút håüp caïc tên hiãûu laûi våïi nhau (sæí duûng gheïp kãnh phán táön säú) räöi truyãön âi qua mäüt mäi træåìng váût lyï chung.

- Bæïc xaû tên hiãûu duìng caïc antenna coï kêch thæåïc phuì håüp thæûc tãú.

- Âënh vë phäø vä tuyãún nhàòm giæî cho giao thoa giæîa caïc hãû thäúng åí dæåïi mæïc cho pheïp.

ÅÍ bãn thu, quaï trçnh diãùn ra ngæåüc laûi so våïi bãn phaït: taïch laûi tên hiãûu mang tin bàng gäúc tæì tên hiãûu thäng daíi. Quaï trçnh naìy âæåüc goüi laì giaíi âiãöu chãú (demodulation) hay taïch soïng (detection). Pháön âáöu cuía chæång seî giåïi thiãûu så læåüc vãö lyï thuyãút quyãút âënh. Âäöng thåìi giåïi thiãûu cå baín vãö váún âãö thu täúi æu. Âáy laì nhæîng kiãún thæïc cáön thiãút âãø tçm hiãøu vãö giaíi âiãöu chãú trong pháön sau.

Tiãúp theo seî mä taí caïc kyî thuáût âiãöu chãú nhë phán (binary modulation), bao gäöm: âiãöu chãú khoaï dëch biãn âäü ASK (Amplitude Shift Keying), âiãöu chãú khoaï dëch táön säú FSK (Frequency Shift Keying), âiãöu chãú khoaï dëch pha PSK (Phase Shift Keying).

Âãø so saïnh caïc så âäö âiãöu chãú khaïc nhau, ta dæûa vaìo hiãûu suáút phäø vaì hiãûu suáút cäng suáút. Hiãûu suáút phäø (spectral efficiency) laì säú âo täúc âäü truyãön tin trãn bàng thäng sæí duûng, âån vë laì bit/s/Hz. Mäüt yãu cáöu âàût ra âäúi våïi kyî thuáût thäng tin laì truyãön tin våïi täúc âäü täúi âa trãn mäüt bàng thäng täúi thiãøu coï thãø âæåüc. Âiãöu naìy âàûc biãût âuïng âäúi våïi thäng tin vä tuyãún, vç phäøø táön vä tuyãún ráút haûn heûp, vaì do âoï, noï laì mäüt taìi nguyãn thäng tin quyï giaï.

Hiãûu suáút cäng suáút (power efficiency) liãn quan âãún tyí säú Eb/NO âäúi våïi mäüt xaïc suáút läùi bitcho træåïc. Trong thæûc tãú, âiãöu naìy nghéa laì so saïnh cäng suáút tên hiãûu yãu cáöu båíi caïc så âäö âiãöu chãú khaïc nhau âãø giæî âæåüc BER xaïc âënh æïng våïi mäüt täúc âäü truyãön tin xaïc âënh.

Cuäúi chæång seî giåïi thiãûu mäüt säú kyî thuáût âiãöu chãú tàng hiãûu suáút phäø vaì kyî thuáût âiãöu chãú tàng hiãûu suáút cäng suáút.

- 160 -

- Chæång VII -

7.1 Så læåüc vãö lyï thuyãút quyãút âënh

Viãûc quyãút âënh coï aính hæåíng quan troüng âãún cháút læåüng cuía hãû thäúng thäng tin säú. Vãö cå baín, âäúi våïi doìng tên hiãûu nhë phán coï hai kiãøu quyãút âënh chênh laì:

- Quyãút âënh mãöm (nhiãöu mæïc)

- Quyãút âënh cæïng (hai mæïc)

Hçnh 7.1 so saïnh hai loaûi bäü thu quyãút âënh mãöm vaì cæïng. Bäü thu quyãút âënh mãöm (hçnh 7.1a) thæûc hiãûn læåüng tæí hoïa tên hiãûu tæïc thåìi cäüng våïi nhiãùu, sæí duûng caïc mæïc læåüng tæí hoïa cho træåïc, mäùi mæïc âæåüc biãøu diãùn bàòng mäüt tæì vaìi bit. Hçnh 7.1c minh hoüa quaï trçnh quyãút âënh mãöm 8 mæïc (3 bit) âiãøn hçnh. Mäùi quyãút âënh mãöm chæïa thäng tin vãö khaí nàng kyï tæû naìo âæåüc truyãön âi nhiãöu nháút (000 dãún 011 chè âënh kyï tæû truyãön laì 0 vaì 100 âãún 111 chè âënh kyï tæû truyãön âi laì 1) vaì thäng tin vãö tênh håüp lyï cuía quyãút âënh. Quyãút âënh mãöm coï thãø âæåüc chuyãøn thaình quyãút âënh cuäúi cuìng (laì quyãút âënh cæïng) bàòng caïch xem xeït daîy tæì maî PCM liãn tiãúp räöi âæa ra quyãút âënh vãö mæïc maì tæì âoï biãøu diãùn, kãút håüp våïi giaíi maî âiãöu khiãøn läùi.

Quyãút âënh cæïng (hçnh 7.1b) phäø biãún hån quyãút âënh mãöm. Hai chuáøn quyãút âënh chênh sæí duûng trong træåìng håüp naìy laìì Bayes vaì Neyman-Pearson. Chuáøn Bayes âæåüc duìng nhiãöu trong thäng tin säú vaì chuáøn Neyman-Pearson âæåüc duìng nhiãöu trong caïc æïng duûng radar.

Âiãøm khaïc nhau cå baín giæîa hai chuáøn naìy laì chuáøn Bayes giaí sæí biãút træåïc sæû thäúng kã vãö sæû xuáút hiãûn cuía säú 1 vaì säú 0, coìn chuáøn Neyman-Pearson thç ngæåüc laûi. Do váûy, chuáøn Neyman-Pearson thêch håüp våïi æïng duûng radar vç thæåìng thç sæû xuáút hiãûn cuía muûc tiãu laì khäng biãút træåïc.

S & H Læåüng

tæí hoïa 8mæïc

Kãút håüp quyãút âënh mãöm/ Giaíi maî âiãöu khiãøn läùi (a)

Quyãút âënh cæïngQuyãút âënh mãöm

Q/â mãöm 000 010 100 110 001 011 101 111

0 1 Q/â cæïng

S & H Læåüng

tæí hoïa 2mæïc

Giaíi maî âiãöu khiãøn läùi

Quyãút âënh cæïng

(c)

(b)

Säú 1Säú 0

Hçnh 7.1 So saïnh bäü thu quyãút âënh cæïng vaì quyãút âënh mãöm

- 161 -

- Chæång VII -

7.2 Cå baín vãö quaï trçnh thu täúi æu

Trong muûc 6.4 vaì 6.5, ta âaî xeït quaï trçnh khäi phuûc tên hiãûu säú. Âoï chênh laì quaï tçnh so saïnh giaï trë cuía tên hiãûu thu våïi mäüt mæïc ngæåîng taûi thåìi âiãøm láúy máùu åí giæîa ä bit. Quaï trçnh naìy coìn âæåüc goüi laì láúy máùu âiãøm giæîa (centre point sampling). Tæì âáy naíy sinh ra mäüt cáu hoíi laì nãúu ta láúy máùu tên hiãûu taûi nhiãöu thåìi âiãøm khaïc nhau trong mäüt ä bit thç coï thãø tàng âæåüc âäü tin cáûy cuía quyãút âënh hay khäng? Cáu traí låìi laì “Coï”. Hçnh 7.2 minh hoüa cho giaíi phaïp naìy. Ta thæûc hiãûn láúy máùu tên hiãûu thu taûi n thåìi âiãøm khaïc nhau, sau âoï cäüng caïc kãút quaí laûi våïi nhau vaì so saïnh våïi n láön mæïc ngæåîng, räöi âæa ra quyãút âënh cuäúi cuìng. Nãúu thç täøng råìi raûc naìy seî tråí thaình têch phán. Ngæåîng quyãút âënh sau khi láúy têch phán tråí thaình:

∞→n

)dtvdtv(00 T

01

T

002

1 ∫∫ +

Åí âáy v0 vaì v1 láön læåüt laì âiãûn aïp biãøu diãùn cho säú 0 vaì säú 1. Sau mäùi bit, âáöu ra cuía bäü têch phán âæåüc reset vãö 0 âãø chuáøn bë cho bit tiãúp theo. Kyî thuáût naìy âæåüc goüi laì taïch I+D (integrate and dump detection). Taïch I+D laì mäüt træåìng håüp riãng cuía mäüt kyî thuáût taïch täúi æu goüi laì loüc phäúi håüp (match filtering)

C¸c thêi ®iÓm lÊy mÉu

Ng−ìng q/®Þnh

1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

1 0 1 1

1 0 1 1Sè liÖu ph¸t

Q/® cuèi cïng

TÝn hiÖu thu

H×nh 7.2 LÊy mÉu t¹i nhiÒu thêi ®iÓm

7.2.1 Loüc phäúi håüp

Bäü loüc âæïng træåïc maûch quyãút âënh trong bäü thu âæåüc goüi laì phäúi håüp våïi mäüt xung naìo âoï nãúu noï laìm cho tyí säú SNR âaût giaï trë låïn nháút taûi thåìi âiãøm láúy máùu khi xung âoï coï màût åí âáöu vaìo bäü loüc.

Âaïp æïng biãn âäü vaì âaïp æïng pha cuía bäü loüc phäúi håüp âæåüc xaïc âënh nhæ sau:

Giaí sæí hãû thäúng thäng tin säú truyãön âi caïc xung coï daûng v(t) nhæ hçnh 7.3a, máût âäü phäø nàng læåüng chuáøn hoïa ESD nhæ hçnh 7.3b. Nãúu nhiãùu trong hãû thäúng laì nhiãùu tràõng thç máût âäü phäø cäng suáút cuía nhiãùu laì NPSD coï thãø âæåüc biãøu diãùn bàòng ESD khäng âäøi trong mäüt chu kyì xung nhæ hçnh 7.3c. Nãúu chia phäø ra caïc bàng con thç tæì hçnh veî ta tháúy coï nhæîng bàng nhæ bàng j coï SNR låïn vaì coï nhæîng bàng nhæ bàng r coï SNR nhoí hån nhiãöu. Báút kyì bàng con naìo coï chæïa nàng læåüng tên hiãûu âãöu coï thãø tham gia vaìo quaï trçnh quyãút âënh. Tuy nhiãn, dãù tháúy ràòng nhæîng bàng con coï SNR cao thç seî aính hæåíng âãún quaï trçnh quyãút âënh nhiãöu hån nhæîng bàng con coï SNR tháúp. Do NPSD laì hàòng säú nãn SNR tyí lãû våïi

2)f(V . Ta cuîng biãút ràòng

- 162 -

- Chæång VII -

máût âäü cäng suáút hay nàng læåüng qua mäüt bäü loüc thç tyí lãû våïi 2)f(H . Âiãöu naìy dáùn âãún yãu

cáöu vãö âaïp æïng biãn âäü cuía bäü loüc phäúi håüp våïi giaí thiãút nhiãùu tràõng nhæ sau:

Bçnh phæång cuía âaïp æïng biãn âäü cuía bäü loüc phäúi håüp phaíi coï daûng giäúng våïi daûng cuía máût âäü phäø nàng læåüng cuía xung maì noï phäúi håüp, nghéa laì:

222 )f(Vk)f(H =

T0 -1/2T0 1/2T0

NPSD x T0

r j

2

(c

v(t)

(b)(a)

V(f)

H×nh 7.3 (a) Xung truyÒn (b) Phæ ®iÖn ¸p cña xung tÝn hiÖ

(c) MËt ®é phæ n¨ng l−îng cña xung tÝn hiÖu vµ cña nhiÔu t

Báy giåì ta xem nhæ phäø cuía xung trãn hçnh 7.3 âæåüc taûo thaình tæì nhiãöu vTheo Fourier, xung truyãön âi coï thãø âæåüc phán têch thaình täøng cuía vä säú sosàõp xãúp âãø táút caí caïc soïng cos âäöng thåìi âaût cæûc âaûi taûi mäüt thåìi âiãøm thç â(vaì laì cäng suáút cuía tên hiãûu) seî laì giaï trë cæûc âaûi taûi thåìi âiãøm âoï.

Bäü loüc, muäún âaût âæåüc âiãöu naìy, phaíi coï âaïp æïng pha âäúi dáúu våïi phäø pha Nhæ váûy, xung sau khi loüc seî coï phäø pha bàòng 0 vaì caïc soïng cos thaình phâaûi taûi caïc thåìi âiãøm t = 0, T0, 2T0 ... Trong thæûc tãú, âãø coï thãø thæûc hiãûnthãm vaìo âaïp æïng pha cuía bäü loüc mäüt âäü dëch pha tuyãún tênh laì (âãø ânhán quaí). §iÒu nµy dÉn ®Õn yªu cÇu vÒ ®¸p øng pha cña bé läc phèi hîp n

0Tje ω−

Â¸p øng pha cña bé läc phèi hîp âäúi dáúu våïi phäø pha cuía xung maì noï pmäüt læåüng dëch pha tuyãún tênh laì 0fT2π− , nghéa laì:

0v fT2)f()f( π−Φ−=Φ

Toïm laûi, âaïp æïng táön säú cuía bäü loüc phäúi håüp laì: 0fT2j* e)f(kV)f(H π−=

Coï thãø måí räüng âaïp æïng biãn âäü cuía bäü loüc phäúi håüp cho træåìng håüp nhiãùu

)f(G)f(Vk

)f(Hn

=

- 163 -

)f(V

)

u

r¾ng

aûch phäø gáön nhau. ïng cos. Nãúu coï thãø iãûn aïp cuía tên hiãûu

cuía xung truyãön âi. áön seî cuìng âaût cæûc âæåüc bäü loüc, phaíi aím baío cho bäü loüc h− sau:

häúi håüp cäüng thãm

báút kyì nhæ sau:

- Chæång VII -

våïi Gn(f) laì PSD cuía nhiãùu

7.2.2 Bäü taïch tæång quan

AÏp dung cäng thæïc biãún âäøi Fourier ngæåüc vaì cäng thæïc vãö âaïp æïng táön säú cuía bäü loüc phäúi håüp, ta tçm âæåüc âaïp æïng xung cuía bäü loüc phäúi håüp nhæ sau:

)tT(kv)t(h 0* −=

Coï thãø diãùn giaíi cäng thæïc naìy nhæ sau: âaïp æïng xung cuía bäü loüc phäúi håüp laì âaío ngæåüc xung maì noï phäúi håüp, bë trãù âi mäüt khoaíng thåìi gian bàòng âäü räüng cuía xung. Tæì âáy ta cuîng tháúy ràòng: coï thãø tçm xung ra cuía bäü loüc phäúi håüp træûc tiãúp tæì âáöu vaìo.

Nãúu xung vaìo laì thæûc, theo cäng thæïc têch cháûp, ta tênh âæåüc tên hiãûu ra nhæ sau:

)(kR)t(vininvvout τ=

Váûy tên hiãûu ra cuía bäü loüc phäúi håüp laì tæû tæång quan cuía xung vaìo.

Hçnh 7.4 laì bäü thu trong hãû thäúng thäng tin säú duìng cå chãú taïch soïng tæång quan. ÅÍ âáy, tên hiãûu vaìo coï khaïc våïi tên hiãûu tham chiãúu mäüt læåüng, âoï laì nhiãùu. Âáöu ra cuía bäü tæång quan seî âaût cæûc âaûi taûi âiãøm cuäúi cuía xung vaìo, tæïc laì sau T0 giáy. Do âoï, nãúu thåìi âiãøm láúy máùu chênh xaïc thç seî dáùn âãún SNR täúi æu.

Hçnh 7.4 Bäü thu tæång quan

vin(t) = v(t) + n(t)

v(t)

∫ −

0

0

kT

T)1k(dt

kT0

7.3 Âiãöu chãú nhë phán

Âiãöu chãú nhë phán laì kiãøu âiãöu chãú âån giaín nháút vaì ráút phäø biãún trong thæûc tãú. Âáy laì træåìng håüp tên hiãûu mang tin bàng gäúc laì tên hiãûu nhë phán. Pháön naìy seî trçnh baìy chi tiãút caïc kiãøu âiãöu chãú nhë phán cå baín.

7.3.1 Âiãöu chãú khoaï dëch biãn âäü nhë phán (BASK)

Trong hãû thäúng BASK, biãn âäü cuía soïng mang táön säú fc âæåüc chuyãøn âäøi giæîa hai giaï trë tuyì thuäüc vaìo tên hiãûu bàng gäúc, biãn âäü cuía soïng mang gäöm hai mæïc A0 vaì A1 biãøu diãùn cho hai kyï tæû 0 vaì 1 tæång æïng. Trong thæûc tãú, daûng soïng BASK gäöm caïc xung "mark" biãøu diãùn kyï tæû 1 vaì "space" biãøu diãùn kyï tæû 0. Luïc naìy BASK coìn âæåüc goüi laì âiãöu chãú khoïa on-off OOK (On-Off Keying) vaì tên hiãûu BASK âæåüc biãøu diãùn nhæ sau:

( )⎪⎩

⎪⎨⎧ πΠ

=0,0

1,tf2cosT/tA)t(f c01

säú cho

säúcho

- 164 -

- Chæång VII -

Bäü âiãöu chãú OOK coï thãø âæåüc thæûc hiãûn nhæ laì mäüt khoïa chuyãøn maûch âån giaín, khoïa soïng mang åí on hay off tuìy tên hiãûu mang tin laì 1 hay 0 hoàûc laì mäüt bäü âiãöu chãú cán bàòng, nhán soïng mang våïi våïi tên hiãûu OOK âån cæûc bàng gäúc. Hçnh 7.5 trçnh baìy så âäö âiãöu chãú OOK kiãøu cán bàòng. Tên hiãûu âiãöu chãú OOK coï phäø âiãûn aïp vaì PSD cán bàòng quanh táön säú soïng mang .

cf±

Bäü taïch soïng OOK coï thãø laì kãút håüp (coherent) hay khäng kãút håüp (noncoherent). Træåìnghåüp taïch soïng kãút håüp coï thãø duìng mäüt bäü loüc phäúi håüp (matched filter) âån giaín (hçnh 7.6a), âáöu ra cuía bäü loüc phäúi håüp âaût cæûc âaûi khi âáöu vaìo coï tên hiãûu vaì bàòng 0 khi âáöu vaìo khäng coï tên hiãûu. Hoàûc duìng bäü taïch soïng tæång quan (hçnh 7.6b), yãu cáöu laì phaíi coï bäü khäi phuûc soïng mang CR (Carrier Recovery). Tên hiãûu sau âoï âæåüc láúy máùu vaì quyãút âënh ngæåîng våïi âäöng häö láúy ra tæì bäü khäi phuûc âäöng häö STR (Symbol Timing Recovery).

Hçnh 7.5 Âiãöu chãú on-off: daûng soïng, bäü âiãöu chãú, phäø (e)

(d) (c)

(b)

- f c f c -1/T0 1/T0

T0

1 0

(a)

0

(a) Tên hiãûu bàng gäúc (b) Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu bàng gäúc (c) Bäü âiãöu chãú OOK

(d) Tên hiãûu OOK thäng daíi (e) Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu OOK thäng daíi

Kiãøu taïch soïng khäng kãút håüp âæåüc sæí duûng phäø biãún hån, vê duû duìng bäü taïch soïng âæåìng bao (envelope detector) âãø khäi phuûc tên hiãûu bang gäúc, sau âoï taïch soïng I+D. Træåïc bäü taïch soïng laì bäü loüc thäng daíi âãø tàng tyí säú C/N (hçnh 7.6c). Mäüt caïch khaïc, bäü taïch khäng kãút håüp coï thãø âæåüc cáúu truïc thaình hai kãnh tæång quan âãø taïch thaình pháön âäöng pha (I) vaì vuäng pha (Q) cuía tên hiãûu, sau âoï bçnh phæång thaình pháön I vaì Q räöi cäüng laûi (hçnh 7.6d). Sæû sàõp xãúp naìy khàõc phuûc âæåüc yãu cáöu vãö âäöng bäü pha soïng mang. Kiãøu naìy coï veí phæïc taûp nhæng våïi sæû phaït triãøn cuía cäng nghãû VLSI, chuïng tråí nãn nhoí, nheû vaì reí hån so våïi bäü loüc vaì taïch âæåìng bao trong caïc thiãút kãú truyãön thäúng.

Thåìi âiãøm quyãút âënh åí bäü quyãút âënh bãn thu laì f(nT0) vaì âiãûn aïp quyãút âënh laì:

⎩⎨⎧

=0,01 cho,kE

)nT(f 10 säú cho

säú

- 165 -

- Chæång VII -

trong âoï E1 laì nàng læåüng chuáøn hoïa chæïa trong kyï tæû 1 vaì k laì hàòng säú, coï thãø âàût bàòng 1.

Træåìng håüp sæí duûng bäü loüc phäúi håüp, xaïc suáút läùi âæåüc tênh nhæ sau:

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2/1

0

1e N

E21erf1

21P

Trong âoï N0 laì PSD cuía nhiãùu, erf(x) laì haìm läùi (cho sàôn trong baíng hoàûc tênh).

Âàût )EE(21E

01+= laì nàng læåüng trung bçnh theo thåìi gian trãn mäüt kyï tæû, læu yï våïi

OOK thç E0 = 0, ta âæåüc: ⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2/1

0e N

E2

1erf121P

(d)

(c)

(b)

OOK tsin cω

tcos cω

OOK

OOK

OOK Loüc phäúi håüp

STR

CR ∫

0T

0dt

STR

STR

BPF

∫0T

0dt

∫0T

0dt

( )2

( )2 STR

(a)

Hçnh 7.6 Bäü thu OOK kãút håüp vaì khäng kãút håüp

(a) Bäü thu duìng bäü loüc phäúi håüp (b) Bäü thu tæång quan (c) Bäü thu taïch soïng âæåìng bao (d) Bäü thu 2 kãnh

Sæí duûng caïc quan hãû:

- 166 -

- Chæång VII -

N/BCTN/E

)V(BNN

)V(T/EC

00

2

0

2

0

=

=

=

åí âáy C laì cäng suáút soïng mang thu láúy trung bçnh trãn táút caí caïc kyï tæû vaì N laì cäng suáút nhiãùu chuáøn hoïa trong mäüt bàng thäng B (Hz). Tæì caïc quan hãû trãn ta âæåüc:

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/1

0e N

C2

)BT(erf1

21P

Taïch khäng kãút håüp nhaûy våïi sæû thay âäøi pha trong kyï tæû thu. Âiãöu naìy seî laìm giaím CNR thu, nhæng khäng âaïng kãø. Do âoï trong thæûc tãú, háöu hãút sæí duûng taïch OOK kiãøu khäng kãút håüp

7.3.2 Âiãöu chãú khoïa dëch pha nhë phán BPSK (khoïa âaío pha)

Trong hãû thäúng âiãöu chãú BPSK, tên hiãûu bàng gäúc âæåüc gàõn vaìo soïng mang bàòng caïch thay âäøi pha cuía soïng mang tuyì thuäüc vaìo tên hiãûu bàng gäúc, nghéa laì:

( )( )⎩

⎨⎧

+Π

Π=

0),tf2cos(T/tA1 ,tf2cosT/tA

)t(fc0

c0

säú chosäúcho

φπ

π

Vãö nguyãn tàõc, coï thãø choün báút kyì nhæng thæåìng choün traûng thaïi ngæåüc pha, tæïc laì . Kiãøu âiãöu chãú naìy coìn âæåüc goüi laì âiãöu chãú khoaï âaío pha PRK (Phase Reversal

Keying). Hçnh 7.7 trçnh baìy bäü phaït PRK, daûng soïng tên hiãûu vaì phäø.

φ0180=φ

(e)

(d) (c)

(b)

- f c f c -1/T0 1/T0

T0

1

-1

(a)

0

Hçnh 7.7 Âiãöu chãú PRK: daûng soïng, bäü âiãöu chãú, phäø

(b) Tên hiãûu bàng gäúc (b) Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu bàng gäúc (c) Bäü âiãöu chãú PRK

(d) Tên hiãûu PRK thäng daíi (e) Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu PRK thäng daíi

- 167 -

- Chæång VII -

Taïch soïng PRK laì kiãøu taïch soïng kãút håüp, coï thãø thæûc hiãûn bàòng bäü loüc phäúi håüp hoàûc tæång quan. Vç kyï tæû 0 vaì 1 ngæåüc pha nhau nãn chè cáön bäü thu mäüt kãnh nhæ hçnh 7.8.

Mæïc âiãûn aïp quyãút âënh sau khi loüc laì:

⎪⎩

⎪⎨⎧

−=

0,kE

1 cho,kE)nT(f 0

säú cho

säú

OOK

STR∫

0T

0dt

CR

Hçnh 7.8 Bäü thu tæång quan PRK

Xaïc suáút läùi trong bäü thu naìy âæåüc tênh laì:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2/1

0e N

Eerf121P

Biãøu diãùn xaïc suáút läùi theo tyí säú CNR seî coï daûng nhæ sau:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/1

0e NC)BT(erf1

21P

7.3.3 Âiãöu chãú khoïa dëch táön nhë phán BFSK

BFSK biãøu diãùn säú 1 vaì säú 0 bàòng caïc xung soïng mang våïi hai táön säú laì f1 vaì f2, nghéa laì:

( )( )⎩

⎨⎧

Π

Π=

0,tf2cosT/tA1 ,tf2cosT/tA

)t(f20

10

säú chosäúcho

π

π

Hçnh 7.9 biãøu diãùn bäü phaït BFSK, daûng soïng tên hiãûu vaì phäø. Trong thæûc tãú, bäü âiãöu chãú BFSK thæåìng laì mäüt bäü dao âäüng âiãöu khiãøn säú. Coï thãø tháúy tên hiãûu BFSK laì xãúp chäöng cuía hai tên hiãûu OOK (hçnh 7.9d), do váûy phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu BFSK laì xãúp chäöng cuía hai phäø âiãûn aïp OOK (hçnh 7.9e), mäüt biãøu diãùn cho tên hiãûu OOK táön säú f1 vaì mäüt biãøu diãùn cho tên hiãûu OOK táön säú f2. Læu yï phäø tên hiãûu BFSK coï vuìng bë chäöng láún, nãúu khoaíng caïch giæîa f1 vaì f2 låïn thç sæû chäöng láún naìy coi nhæ khäng daïng kãø.

Bäü taïch soïng BFSK coï thãø kãút håüp hay khäng kãút håüp. Taïch soïng khäng kãút håüp coï tyí säú CNR khäng täút bàòng taïch soïng kãút håüp giäúng nhæ trong hãû thäúng OOK. Hçnh 7.10 laì bäüü thu BFSK kãút håüp vaì khäng kãút håüp. Bäü thu khäng kãút håüp (hçnh 7.10c) tæång tæû nhæ bäü thu OOK hai kãnh trãn hçnh 7.6d

Nãúu caïc kyï tæû nhë phán trong hãû thäúng BFSK træûc giao nhau, nghéa laì:

- 168 -

- Chæång VII -

0dt)tf2cos()tf2cos( 2

T

01

0

=∫ ππ

thç khi âáöu ra cuía mäüt kãnh trong bäü thu kãút håüp laì täúi âa thç âáöu ra cuía kãnh kia seî täúi thiãøu. Sau khi træì caïc tên hiãûu cho nhau thç âiãûn aïp quyãút âënh trong bäü thu BFSK træûc giao seî giäúng nhæ træåìng håüp PSK

f 2 f 2

0

1

f 2 f1

f2

f1

(f1+ f 2)/2

(e)

(d)

(c)

f1 f 2 -1/T0 1/T0

T0

1 0

0

(a)

f1

(b)

Hçnh 7.9 Âiãöu chãú BFSK: daûng soïng, bäü âiãöu chãú, phäø

(a)Tên hiãûu bàng gäúc (b)Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu bàng gäúc (c) Bäü âiãöu chãú BFSK (d) Tên hiãûu BFSK (e) Phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu BFSK

Xaïc suáút läùi trong bäü thu kãút håüp âäúi våïi BFSK træûc giao âæåüc tênh laì:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2/1

0e N

E2

1erf121P

Biãøu diãùn xaïc suáút läùi theo tyí säú CNR seî coï daûng nhæ sau:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/10

e NC

2)BT(erf1

21P

Træåìng håüp BFSK khäng tæång quan thç giæîa hai kyï tæû BFSK seî coï mäüt sæû tæång quan naìo âoï. Kyï hiãûu càûp kyï tæû BFSK laì f1(t) va ì f2(t), hãû säú tæång quan chuáøn hoïa âæåüc âënh nghéa nhæ sau:

- 169 -

- Chæång VII -

2

2

2

1

21

)t(f)t(f

)t(f)t(f=ρ

BFSK

(b)

(a)

BFSK

LPF

Maûch quyãút âënh

BPF

VCO@ f1

LPF

VCO@ f1

(c)

BFSK

tsin 1ω

tcos 1ω

∫0T

0dt

∫0T

0dt

( )2

( )2

tsin 2ω

tcos 2ω

∫0T

0dt

∫0T

0dt

( )2

( )2


BPF


Hçnh 7.10 Bäü thu BFSK

(a) Bäü thu kãút håüp duìng PLL (b) Bäü thu khäng kãút håüp (c) Bäü thu khäng kãút håüp hai kãnh

Âãø tênh toaïn thæûc tãú, coï thãø viãút laûi hãû säú ρ nhæ sau:

- 170 -

- Chæång VII -

∫∫ ==00 T

021

21

T

021

0RMS2RMS1

dt)t(f)t(fEE

1dt)t(f)t(fT1

ff1

ρ

Trong hãû thäúng BFSK, ta coï E1 = E2 = E, do âoï:

012

012012T

021

0 T)ff(T)ff(cos[]T)ff(sin[dt)tf2cos()tf2cos(

T2 0

−−−

== ∫ πππ

ππρ

Hçnh 7.11 laì âäö thë cuía hãû säú theo 2(fρ 2 - f1)T0. Caïc âiãøm 0 biãøu diãùn cho hãû thäúng BFSK træûc giao vaì âiãøm 1.43 biãøu diãùn cho hãû thäúng BFSK täúi æu. Täúi æu åí âáy theo nghéa laì tiãút kiãûm âæåüc 0.8dB tyí säú CNR so våïi BFSK træûc giao.

1

2(f2-f1)T0

1.43

π32

−

Hçnh 7.11 Âäö thë cuía ρ

7.3.4 Khäi phuûc soïng mang

Taïch soïng kãút håüp trong caïc bäü thu væìa xeït yãu cáöu phaíi coï mäüt tên hiãûu tham chiãúu truìng pha våïi pha cuía soïng mang trong tên hiãûu. Vê duû våïi bäü thu PRK, ta coï thãø thæûc hiãûn khäi phuûc soïng mang theo maûch voìng bçnh phæång nhæ hçnh 7.12.

PRK

÷2PLL

LPF

fx2 VCO

2/π

LPF

Giaíi â/chãú

( )2

Hçnh 7.12 Voìng biình phæång khäi phuûc soïng mang

- 171 -

- Chæång VII -

Træåïc tiãn ta bçnh phæång tên hiãûu PRK, seî thu âæåüc táön säú gáúp âäi táön säú soïng mang maì khäng bë dëch chuyãøn pha. Tiãúp âãún duìng voìng khoaï pha nhæ laì mäüt bäü chia âäi táön säú âãø taûo ra tên hiãûu tham chiãúu. Voìng khoïa pha taûo ra tên hiãûu tham chiãúu væåüt 900 so våïi tên hiãûu vaìo, do váûy cáön mäüt maûch dëch pha 900 åí trong voìng vaì giæîa voìng våïi bäü giaíi âiãöu chãú, âãø tên hiãûu tham chiãúu coï pha chênh xaïc nhàòm giaíi âiãöu chãú chênh xaïc.

Maûch khäi phuûc naìy coï thãø cho ra soïng mang truìng pha hoàûc ngæåüc pha so våïi soïng mang phaït. Âiãöu naìy seî laìm cho kyï tæû trong dæî liãûu giaíi âiãöu chãú bë âaío ngæåüc.

Âãø khàõc phuûc, coï thãø sæí duûng phæång phaïp maî hoïa vi sai træåïc khi âiãöu chãú PRK vaì âæåüc goüi laì âiãöu pha vi sai DPSK. Maûch maî hoïa vi sai âæåüc trçnh baìy trãn hçnh 7.13a. Theo caïch naìy, säú 1 âæåüc biãøu diãùn bàòng mäüt sæû dëch pha coìn säú 0 thç khäng dëch pha.

Âãø giaíi âiãöu chãú, ta coï thãø duìng mäüt kyï tæû laìm tham chiãúu cho kyï tæû tiãúp theo (hçnh 7.13b). Kiãøu giaíi âiãöu chãú naìy coï æu âiãøm laì âån giaín , reí tiãön. Tuy nhiãn, vç tên hiãûu tham chiãúu cuîng bë nhiãùu nãn so våïi PSK kãút håüp thç xaïc suáút läùi åí âáy seî låïn hån.

Daîy bit vaìo Tåïi âiãöu chãú DPSK

T0

LPF

STR T0

(a) (b)

Hçnh 7.13 (a) Maî hoïa vi sai (b) Giaíi âiãöu chãú DPSK

7.3.5 So saïnh caïc kyî thuáût diãöu chãú khoïa nhë phán

Vãö hiãûu suáút cäng suáút, càn cæï vaìo cäng thæïc tênh xaïc suáút läùi, ta nháûn tháúy OOK vaì BFSK coï cuìng hiãûu suáút cäng suáút, nghéa laì coï cuìng xaïc suáút läùi våïi cuìng tyí säú <E>/N0. PRK cho hiãûu suáút cäng suáút täút hån, nghéa laì Pe tháúp hån våïi cuìng <E>/N0. Noïi caïch khaïc, PRK tiãút kiãûm âæåüc cäng suáút nguäön. Nãúu so saïnh cäng suáút âènh thç FSK træûc giao yãu cáöu cäng suáút låïn hån PRK nhæng nhoí hån OOK vç táút caí nàng læåüng truyãön dáùn OOK âãöu däön vaìo âãø truyãön mäüt kiãøu kyï hiãûu.

Baíng 7.1 toïm tàõt quan hãû vãö hiãûu suáút cäng suáút cuía ba loaûi âiãöu chãú kãø trãn.

OOK BFSK træûc giao PRK

0

1

NE

4 2 1

0NE >< 2 2 1

Baíng 7.1 Quan hãû vãö hiãûu suáút cäng suáút cuía ba loaûi âiãöu chãú

- 172 -

- Chæång VII -

Vãö nguyãn tàõc, nãúu daûng tên hiãûu laì xung vuäng thç hiãûu suáút phäø laì 0 bit/s/Hz. Båíi vç bãö räüng phäø cuía xung vuäng laì vä haûn. Tuy nhiãn, ta coï thãø âënh nghéa hiãûu suáút phäø danh âënh dæûa vaìo bàng thäng danh âënh. Bàng thäng danh âënh laì bãö räüng cuía buïp soïng chênh cuía phäø cuía tên hiãûu. Baíng 7.2 toïm tàõt caïc hiãûu suáút phäø danh âënh cuía ba hãû thäúng âiãöu chãú trãn.

BASK BFSK træûc giao BPSK

Täúc âäü dæî liãûu (bit/s) 1/T0 1/T0 1/T0

Bàng thäng danh âënh (Hz) 2/T0 (n+4)/2T0 2/T0

Hiãûu suáút phäø danh âënh (bit/s/Hz) 1/2 2/(n+4) 1/2

Baíng 7.2 Quan hãû hiãûu suáút phäø cuía caïc kiãøu âiãöu chãú khoïa nhë phán

(n laì säú âiãøm 0 trãn âäö thë hçnh 7.11)

Tæì âáy ta nháûn tháúy: trong caïc phæång phaïp âiãöu chãú nhë phán trãn khäng coï phæång phaïp naìo sæí duûng bàng thäng âàûc biãût hiãûu quaí., noïi caïch khaïc laì hiãûu suáút phäø tháúp. Pháön sau seî trçnh baìy vãö caïc phæång phaïp âiãöu chãú laìm tàng hiãûu suáút phäø.

7.4 Âiãöu chãú tàng hiãûu suáút phäø

Nhæ âaî giåïi thiãûu tæì âáöu chæång, hiãûu suáút phäø, kyï hiãûu sη , âæåüc âënh nghéa laì täúc âäü truyãön tin trãn mäüt âån vë bàng thäng chiãúm duûng. Nghéa laì coï thãø tênh âæåüc hiãûu suáút phäø nhæ sau:

)Hz/s/bit(BHR s

s =η

Å í âáy Rs laì täúc âäü kyï hiãûu, H laì entropy, tæïc laì læåüng tin trung bçnh chæïa trong mäüt kyï hiãûu vaì B laì bàng thäng chiãúm duûng.

Täúc âäü kyï hiãûu laì:

0s T/1R =

Entropy trong hãû thäúng coï M kyï hiãûu âäüc láûp vaì âäöng xaïc suáút laì:

MlogH 2=

Do váûy, hiãûu suáút phäø laì:

)Hz/s/bit(BTMlog

0

2s =η

Tæì âáy ta tháúy, muäún tàng hiãûu suáút phäø, ta tàng säú læåüng kyï hiãûu M lãn vaì giaím têch T0B xuäúng. Âáy chênh laì caïch âæåüc sæí dung trong caïc kyî thuáût âiãöu chãú tàng hiãûu suáút phäø.

Ta biãút bàng thäng täúi thiãøu laì: 0T/1B = . Do váûy têch T0B täúi thiãøu laì bàòng 1.

Thæûc tãú hiãûn nay âaî coï caïc hãû thäúng âiãöu chãú våïi M lãn âãún 64, 128, . . ., 1024

- 173 -

- Chæång VII -

7.4.1 Âiãöu chãú khoïa dëch pha M mæïc

Âiãöu chãú khoïa dëch pha M mæïc, goüi tàõt laì MPSK, laì træåìng håüp måí räüng cuía PSK 2 mæïc, tàng säú traûng thaïi pha tæì 2 lãn 4, 8, 16, . . ., 2i. Giaín âäö pha (coìn goüi laì choìm sao) cho træåìng

håüp M = 16 nhæ trãn hçnh 7.14, åí âáy coï 16 pha phán biãût.

Hçnh 7.14 Giaín âäö pha cuía PSK 16 mæïc

Xaïc suáút läùi trong hãû thäúng MPSK våïi âæåüc xáúp xè båíi Stein vaì Jones nhæ sau: 4M ≥

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/1

0e N

EM

sinerf1P π

Coï thãø viãút laûi theo tyí säú CNR, våïi quan hãû C = E/T0 vaì N = N0B nhæ sau:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/1

0e NC

Msin)BT(erf1P π

Âiãöu chãú nhiãöu mæïc åí âáy coï thãø xem nhæ laì quaï trçnh sàõp xãúp n bit nhë phán vaìo trong mäüt kyï hiãûu M mæïc, mäùi kyï hiãûu laì mäüt xung IF. Do âoï, läùi taïch soïng trong mäüt kyï hiãûu chênh laì mäüt vaìi läùi bit trong daîy bit maî hoïa tæång æïng. Váûy xaïc suáút läùi bit Pb khäng chè phuû thuäüc vaìo xaïc suáút läùi kyï hiãûu Pe vaì entropy H maì coìn phuû thuäüc vaìo sæû sàõp xãúp bit vaì kiãøu läùi xuáút hiãûn. Vê duû nhæ, trong hãû thäúng PSK 16 mæïc nhæ hçnh 7.14, kiãøu läùi hay xaíy ra nháút laì nháöm láùn giæîa hai traûng thaïi pha lán cáûn. Nãúu duìng maî Gray âãø sàõp xãúp caïc kyï hiãûu nhë phán thç chè coï mäüt läùi bit âån khi coï läùi kyï hiãûu. Trong træåìng håüp naìy, xaïc suáút läùi bit laì:

MlogPP

2

eb =

Ta coï quan hãû giæîa nàng læåüng kyï hiãûu vaì nàng læåüng bit laì:

- 174 -

- Chæång VII -

MlogEE

2b =

Tæì âáy coï thãø biãøu diãùn Pb theo Eb/N0 nhæ sau:

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/1

0

b2

2b N

EMlogM

sinerf1Mlog

1P π

hoàûc theo tyí säú CNR nhæ sau:

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/1

02

b NC

Msin)BT(erf1

Mlog1P π

Vç caïc kyï hiãûu trong tên hiãûu PSK nhiãöu mæïc âãöu coï phäø biãn âäü nhæ nhau nãn bãö räüng phäø cuía tên hiãûu chè phuû thuäüc vaìo täúc âäü kyï hiãûu (goüi laì täúc âäü baud) vaì daûng xung chæï khäng phuû thuäüc vaìo M. Âäúi våïi daûng xung vuäng, bàng thäng danh âënh cuía tên hiãûu PSK M mæïc laì 2/T0 Hz. Trong træåìng håüp naìy, hiãûu suáút phäø laì:

Mlog5.0 2s =η (bit/s/Hz)

Hiãûu suáút phäø täúi âa coï thãø âæåüc laì trong træåìng håüp bàng thäng âæåüc tênh cho mäüt bãn 1/T0, nghéa laì:

Mlog2s =η (bit/s/Hz)

Baíng 7.3 so saïnh mäüt vaìi thäng säú cuía caïc hãû thäúng PSK.

Eb/N0 yãu cáöu cho Pb=10-6

Bàng thäng täúi thiãøu

Hiãûu suáút phäø täúi âa

CNR yãu cáöu cho bàng thäng täúi thiãøu

PRK 10.6 dB Rb 1 10.6 dB

QPSK 10.6 dB 0.5Rb 2 13.6 dB

8-PSK 14.0 dB 0.33Rb 3 18.8 dB

16PSK 18.3 dB 0.25Rb 4 24.3 dB

Baíng 7.3 So saïnh caïc kyî thuáût âiãöu chãú PSK

7.4.2 Âiãöu biãn cáöu phæång QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Âäúi våïi bäü phaït, ta coï thãø kãút håüp âiãöu biãn våïi âiãöu pha âãø caíi thiãûn sæû phán bäú traûng thaïi pha trong choìm sao. Phæång phaïp naìy âæåüc giåïi thiãûu láön âáöu tiãn vaìo nàm 1960 våïi 2 mæïc biãn âäü (tæång âæång 2 voìng) vaì 8 mæïc pha trãn mäùi voìng (hçnh 7.15a). Vç âáy laì sæû kãút håüp giæîa âiãöu biãn vaì âiãöu pha nãn noï âæåüc goüi laì âiãöu chãú khoïa biãn âäü/pha APK

- 175 -

- Chæång VII -

(Amplitude/Phase Keying). Sau âoï ngæåìi ta nháûn tháúy ràòng nãúu säú âiãøm åí voìng trong giaím coìn 4, säú âiãøm åí voìng ngoaìi tàng lãn 12 (hçnh 7.15b) thç caïc âiãøm trãn choìm sao caïch âãöu nhau hån. Âãún nàm 1962, ngæåìi ta âæa ra mäüt caïch choün biãn âäü vaì pha khaïc (hçnh 7.15c). Ngæåìi ta nháûn tháúy kiãøu naìy dãù thæûc hiãûn hån vaì Pe coï âæåüc caíi thiãûn âäi chuït. Vç tên hiãûu APK naìy coï thãø xem laì càûp ASK nhiãöu mæïc âæåüc âiãöu chãú trãn caïc soïng mang vuäng goïc nãn noï thæåìng âæåüc goüi laì âiãöu biãn cáöu phæång QAM. Nhæ váûy QAM laì mäüt træåìng håüp riãng cuía APK. Tuy nhiãn, thæûc tãú âäi khi ngæåìi ta duìng thay âäøi giæîa hai thuáût ngæî APK vaì QAM.

(c) (b) (a)

Hçnh 7.15 Choìm sao cuía caïc tên hiãûu âiãöu chãú (a) APK 16 (8,8) (b) APK 16 (4,12) (c) QAM 16 (4 x 4)

Giaí sæí caí M traûng thaïi âãöu âäüc láûp thäúng kã vaì âäöng xaïc suáút, Carlson âaî tênh xáúp xè xaïc suáút läùi trong hãû thäúng QAM våïi nhiãùu Gauss nhæ sau:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ><−

−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

2/1

02/1

2/1

e NE

)1M(23erf1

M1M2P

ÅÍ âáy < E > laì nàng læåüng trung bçnh trãn mäüt kyï hiãûu QAM. Nãúu daûng xung laì hçnh chæî nháût thç:

0

2

T)1M(2v

31E −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ∆>=<

ÅÍ âáy laì sai khaïc âiãûn aïp giæîa hai mæïc biãn âäü caûnh nhau vaì Tv∆ 0 laì âäü daìi mäüt kyï hiãûu

Viãút theo tyí säú CNR, ta âæåüc:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

2/1

02/1

2/1

e NC

)1M(2BT3erf1

M1M2P

Nãúu duìng maî Gray âãø sàõp xãúp caïc bit doüc theo caïc truûc âäöng pha vaì vuäng pha trãn choìm sao QAM, xaïc suáút läùi bit seî laì:

- 176 -

- Chæång VII -

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

2/1

0

b22/1

2/1

2b N

E)1M(2

Mlog3erf1M

1MMlog

2P

Hoàûc viãút theo tyí säú CNR laì:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

2/1

02/1

2/1

2b N

C)1M(2

BT3erf1M

1MMlog

2P

Cuîng nhæ PSK nhiãöu mæïc, táút caí caïc kyï hiãûu trong APK hoàûc QAM âãöu chiãúm cuìng mäüt daíi táön säú nhæ nhau, do váûy hiãûu suáút phäø cuía tên hiãûu âiãöu chãú APK/QAM (danh âënh vaì täúi âa) cuîng giäúng PSK nhiãöu mæïc. Tuy nhiãn, våïi cuìng mäüt xaïc suáút läùi, tyí säú CNR vaì do âoï laì tyí säú Eb/N0 yãu cáöu trong âiãöu chãú QAM tháúp hån so våïi PSK nhiãöu mæïc. Vê duû nhæ, våïi

thç CNR vaì E1BT,10P 06

b == −b/N0 âæåüc liãût kã trong baíng 7.4

Âiãöu chãú CNR (dB) Eb/N0 (dB)

PRK 10.6 10.6

QPSK 13.6 10.6

4QAM 13.6 10.6

16PSK 24.3 18.3

16QAM 20.5 14.5

Baíng 7.4 So saïnh caïc kiãøu âiãöu chãú khaïc nhau

7.4.3 Âiãöu chãú khoïa pha cáöu phæång QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

Âiãöu chãú QPSK coï thãø xem laì 4PSK våïi biãn âäü soïng mang laì A hoàûc laì xãúp chäöng cuía hai tên hiãûu BASK våïi biãn âäü laì 2/A± vaì soïng mang laì tf2cos cπ vaì (chênh laì 4QAM). Hçnh 7.16 laì giaín âäö choìm sao cuía tên hiãûu QPSK. Caïc muîi tãn keìm theo chè ra ràòng táút caí caïc chuyãøn âäøi giæîa bäún traûng thaïi âãöu coï thãø xaíy ra. Hçnh 7.17 laì så âäö bäü phaït vaì hçnh 7.18 laì så âäö bäü thu QPSK.

tf2sin cπ

Hçnh 7.16 Choìm sao cuía tên hiãûu QPSK keìm våïi caïc chuyãøn âäøi traûng thaïi coï thãø coï - 177 -

- Chæång VII -

Bäü phaït QPSK coï thãø thæûc hiãûn tæì hai bäü phaït PRK âæåüc sàõp xãúp trãn hai kãnh laì kãnh I vaì kãnh Q, mäùi kãnh hoaût âäüng åí täúc âäü bit bàòng mäüt næía täúc âäü cuía toaìn bäü hãû thäúng QPSK.

tf2sin2

1cπ

tf2cos2

1cπ

∑

tf2cos cπ

Kãnh I Rs= Rb/2

Kãnh Q Rs= Rb/2

Näúi tiãúp/

song song

2/π

Dæî liãûu nhë phán Rb=1/Tb

QPSK Rs= Rb/2

Hçnh 7.17 Så âäö bäü phaït QPSK

Hçnh 7.18 Så âäö bäü thu QPSK

)4/tf2cos( c ππ −

Q/â ngæåîng

QPSK

Rs= Rb/2

)4/tf2cos( c ππ + Dæî liãûu

nhë phánRb=1/Tb

Song song Näúi tiãúp/

Têch phán Q/â ngæåîng

Têch phán

Hiãûu suáút phäø cuía QPSK cao gáúp âäi so våïi PRK. Båíi vç caïc kyï hiãûu trong mäùi kãnh chiãúm cuìng daíi táön säú vaì coï bàng thäng bàòng mäüt næía so våïi PRK åí cuìng täúc âäü.

Xaïc suáút läùi Pe trong hãû thäúng QPSK roî raìng seî xáúu hån PRK, båíi vç miãön quyãút âënh trãn giaín âäö choìm sao giaím tæì mäüt næía màût phàóng xuäúng coìn mäüt pháön tæ. Tuy nhiãn xaïc suáút läùi Pb thç laûi giäúng nhau, vç mäùi kãnh I hay Q trong hãû thäúng QPSK âãöu âäüc láûp våïi nhau (træûc giao nhau). Vãö nguyãn tàõc, coï thãø truyãön tên hiãûu kãnh I træåïc kãnh Q, do âoï baín tin täøng seî máút thåìi gian truyãön gáúp âäi. Tuy nhiãn trong thæûc tãú, mäùi kyï hiãûu trãn kãnh I hoàûc kãnh Q chiãúm thåìi gian gáúp âäi vaì nàng læåüng giaím âi mäüt næía so våïi kyï hiãûu trong PRK nãn nàng læåüng cuía baín tin täøng (vaì do âoï laì nàng læåüng trãn mäüt bit Eb) trong QPSK vaì PRK laì nhæ nhau (hçnh 7.19). Xaïc suáút läùi bit Pb laì:

- 178 -

- Chæång VII -

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

2/1

0

bb N

Eerf121P

Viãút theo tyí säú CNR laì:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

2/12/1

bb NC)BT(erf1

21P

Åí âáy Tb laì mäüt næía âäü daìi kyï hiãûu QPSK, T0. Âáy laì lyï do âãø noïi ràòng BER cuía QPSK vaì PRK laì nhæ nhau.

Xaïc suáút läùi kyï tæû Pe âæåüc tênh tæì xaïc suáút bit trãn kãnh I bë läùi, hay bit trãn kãnh Q bë läùi, hay caí hai bit trãn hai kãnh bë läùi, nghéa laì:

2bbbbbe PP)P1()P1(PP +−+−=

A

0

-A

2 4 6 8

Es = Eb

1 3 5 7

1 2 3 4 5 6 7 8

Es = Eb

Eb

2/A 0

2/A−

2/A 0

2/A−

T/h nhë phán

T/h kãnh I

T/h kãnh Q

Hçnh 7.19 Doìng bit vaìo, doìng bit kãnh I vaì Q tæång æïng vaì sæû phán bäú nàng læåüng bit

7.5 Âiãöu chãú tàng hiãûu suáút cäng suáút

Coï mäüt säú hãû thäúng thäng tin laìm viãûc trong mäi træåìng sàôn coï bàng thäng räüng nhæng laûi bë haûn chãú vãö cäng suáút tên hiãûu. Nhæîng hãû thäúng nhæ váûy cáön phaíi dæûa vaìo caïc kyî thuáût âiãöu chãú tàng hiãûu suáút cäng suáút âãø âaût âæåüc mäüt tyí lãû läùi vaì mäüt täúc âäü dæî liãûu naìo âoï. Noïi chung, coï thãø caíi thiãûn täúc âäü dæî liãûu bàòng caïch tàng säú læåüng kyï hiãûu åí bäü phaït (tàng M). Âãø viãûc tàng säú læåüng kyï hiãûu khäng laìm giaím khoaíng caïch giæîa caïc âiãøm trãn choìm sao vaì khäng laìm tàng cäng suáút phaït, coï mäüt phæång phaïp laì sæí duûng tên hiãûu nhiãöu hæåïng- âæa thãm caïc truûc træûc giao nhau vaìo giaín âäö choìm sao.

- 179 -

- Chæång VII -

Âiãöu chãú khoïa dëch nhiãöu táön säú MFSK (Multi-frequency Shift Keying) laì mäüt træåìng håüp cuía âiãöu chãú nhiãöu hæåïng nhàòm tàng hiãûu suáút cäng suáút. Caïc kyï hiãûu âæåüc thiãút kãú sao cho træûc giao nhau tæìng âäi mäüt. Hçnh 7.20 chè ra ràòng phäø âiãûn aïp cuía tên hiãûu MFSK træûc giao laì xãúp chäöng cuía phäø tên hiãûu OOK.

=

Hçnh 7.20 Phäø cuía tên hiãûu MFSK træûc giao

f1 f2 f3

Täúc âäü dæî liãûu tàng lãn hoaìn toaìn laì do bàng thäng tàng lãn. Vç mäùi kyï hiãûu chæïa læåüng tin laì (bit) nãn hiãûu suáút phäø danh âënh cuía MFSK træûc giao laì: MlogH 2

2)1M)(2/n(Mlog2

s +−=η (bit/s/Hz)

Åí âáy n laì säú âiãøm 0 trãn âäö thë hçnh 7.11. Våïi n = 2, hiãûu suáút phäø laì:

1MMlog2

s +=η (bit/s/Hz)

Tên hiãûu nhiãöu hæåïng cuîng coï thãø âaût âæåüc bàòng caïch duìng caïc máùu bit maî hoïa træûc giao (hçnh 7.21). Lyï tæåíng thç mäùi kyï hiãûu maî hoïa mang læåüng tin laì MlogH 2= (bit), nhæng âãø âaût âæåüc sæû træûc giao tæìng âäi mäüt, caïc kyï hiãûu phaíi coï chiãöu daìi bàòng M säú nhë phán (xem hçnh 7.21). Bàng thäng danh âënh cuía caïc kyï hiãûu naìy laì M/T0 (Hz) âäúi våïi tên hiãûu bàng cå baín vaì laì 2M/T0 Hz âäúi våïi tên hiãûu thäng daíi, åí âáy T0/M laì khoaíng thåìi gian cuía mäüt säú nhë phán. Nãúu caïc kyï hiãûu âäöng xaïc suáút thç hiãûu suáút phäø danh âënh cuía tên hiãûu thäng daíi maî hoïa træûc giao laì:

M2Mlog2

s =η (bit/s/Hz)

Vaì hiãûu suáút phäí täúi âa (våïi T0B = M) laì:

MMlog2

s =η (bit/s/Hz)

- 180 -

- Chæång VII -

Trong træåìng håüp taïch soïng kãút håüp täúi æu coï nhiãùu Gauss, caïc kyï hiãûu âäöng xaïc suáút vaì coï nàng læåüng bàòng nhau, xaïc suáút läùi kyï hiãûu âæåüc giåïi haûn båíi:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−≤

0e N2

Eerf1)1M(21P

Åí âáy E laì nàng læåüng kyï hiãûu. Nàng læåüng trong mäüt bit laì: Mlog/EE 2b =

Tæì hçnh 7.21 ta tháúy âäúi våïi mäüt bit báút kyì trong mäüt kyï tæû cho sàôn, chè coï M/2 läùi ngoaìi täøng säú M-1 läùi kyï hiãûu seî dáùn âãún bit âoï bë läùi. Do âoï xaïc suáút läùi bit trong tên hiãûu MFSK træûc giao laì:

eb P1M)2/M(P

−=

000

001

Táûp kyï hiãûu træûc giao Caïc bit tin tæång æïng

111

110

101

100

011

010

Hçnh 7.21 Táûp maî træûc giao gäöm 8 kyï tæû

ÆÏng duûng chênh cuía hãû thäúng MFSKlaì trong hãû thäúng âiãûn baïo Piccolo, coï 32 táön säú vaì täúc âäü kyï hiãûu laì 10 kyï hiãûu trong 1 giáy, mäùi kyï hiãûu laì 100 ms.

Mäüt æïng duûng khaïc cuía MFSK hiãûn âang âæåüc triãøn khai ráút räüng raîi laì FDM træûc giao (OFDM) duìng nhiãöu trong truyãön hçnh vãû tinh, trong LAN khäng dáy. . .


1. Âiãöu chãú IF hoàûc RF âæåüc sæí dung træåïc hãút laì âãø dëch phäø cuía tên hiãûu säú lãn mäüt daíi táön säú phuì håüp. Âiãöu naìy giuïp cho bàng táön maì tên hiãûu chiãúm phuì håüp våïi bàng thäng cuía âæåìng truyãön, âãø gheïp kãnh theo táön säú hoàûc laì cho pheïp tên hiãûu âæåüc bæïc xaû bàòng caïc anten coï kêch thæåïc thæûc tãú.

- 181 -

- Chæång VII -

2. Âãø so saïnh caïc kiãøu âiãöu chãú khaïc nhau, duìng hai thäng säú laì hiãûu suáút phäø vaì hiãûu suáút cäng suáút. Hiãûu suáút phäø coï âån vë laì bit/s/Hz, vaì hiãûu suáút cäng suáút liãn quan âãún giaï trë Eb/N0 yãu cáöu âäúi våïi mäüt xaïc suáút läùi bit cho træåïc.

3. Coï ba kyî thuáût âiãöu chãú chênh cho tên hiãûu nhë phán. Âoï laì ASK, FSK vaì PSK. Trong caïc phæång phaïp naìy, biãn âäü, táön säú vaì pha cuía tên hiãûu soïng mang bë thay âäøi theo tên hiãûu nhë phán vaìo.

4. ASK vaì FSK âãöu sæí duûng tên hiãûu træûc giao. Bäü thu ASK vaì FSK coï thãø duìng loaûi khäng kãút håüp, våïi æu âiãøm laì sæû âån giaín trong thiãút kãú. PSK yãu cáöu phaíi taïch soïng kãút håüp, phaíi khäi phuûc soïng mang, do âoï khoï thæûc hiãûn hån vaì âàõt hån. Tuy nhiãn coï thãø traïnh viãûc naìy bàòng caïch maî hoïa vi sai træåïc khi âiãöu chãú- goüi laì DPSK Hãû thäúng DPSK khäng âaût âæåüc xaïc suáút läùi täút nhæ PSK nhæng buì laûi kinh tãú hån.

5. PSK yãu cáöu cäng suáút tên hiãûu tháúp hån so våïi ASK vaì FSK våïi cuìng mäüt xaïc suáút läùi.

6. Trong truyãön thäng, ngæåìi ta sæí duûng phäø biãún ba phæång phaïp âiãöu chãú laì PSK, DPSK vaì FSK khäng kãút håüp.

7. M-PSK, APK, QAM laì caïc kyî thuáût âiãöu chãú tàng hiãûu suáút phäø. Âàûc âiãøm chung cuía caïc kiãøu âiãöu chãú naìy laì säú læåüng kyï hiãûu âiãöu chãú nhiãöu hån 2.

8. APK yãu cáöu cäng suáút tên hiãûu tháúp hån MPSK våïi cuìng mäüt xaïc suáút läùi. Hiãûu suáút phäø cuía APK vaì MPSK nhæ nhau. QAM laì mäüt træåìng håüp riãng cuía APK, dãù thæûc hiãûn hån vaì coï xaïc suáút läùi âæåüc caíi thiãûn âäi chuït.

9. MFSK laì kiãøu âiãöu chãú tàng hiãûu suáút cäng suáút. Cäng suáút phaït tiãút kiãûm laì vç tàng bãö räüng phäø våïi mäüt xaïc suáút läùi cho træåïc.

- 182 -

- Chæång VII -

- 183 -

Giao trinh ky thuat thong tin so - Nguyen Trung Hoa.pdf

Documents

Transcript of Giao trinh ky thuat thong tin so - Nguyen Trung Hoa.pdf