1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

Bộ môn: Tín hiệu & Hệ thống - Khoa VT1Học kỳ/Năm biên soạn: II/2013

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Thời lượng môn học: 3TC (34LT + 8BT + 2TH+1TH)

Mục tiêu: Kiến thức: Sinh viên được học các kiến thức cơ bản về các kỹ thuật

truyền dẫn số làm cơ sở cho các môn học chuyên ngành như thông tin di động, mô phỏng hệ thống truyền thông, công nghệ truyền tải quang, các mạng truyền thông vô tuyến…

Kỹ năng: Sinh viên nắm được kỹ năng nghiên cứu, phân tích, đánh giávề các kỹ thuật truyền dẫn số.

Thái độ, chuyên cần: Tập cho sinh viên khả năng nghiên cứu độc lập, trách nhiệm và tính xây dựng trong hoạt động nhóm.

Nội dung: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Mã hóa nguồn Chương 3: Mã hóa kênh Chương 4: Kỹ thuật ghép kênh số Chương 5: Mã đường truyền Chương 6: Điều chế và giải điều chế Chương 7: Đồng bộ

GiíI THIÖU M¤N HäC

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Tài liệu tham khảo: A. Học liệu bắt buộc:

1- Bài giảng “Truyền dẫn số”. Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2013.

B- Học liệu tham khảo:[1] John G. P., Digital Communications, McGraw Hill, 4th edition 2007.[2] A. B. Carlson, P. B. Crilly and J. C. Rutledge, Communication Systems: An

Introduction to Signals and Noise in Electrical Communication, McGraw Hill, 2002, 4th Edition.

[3] Alberto Leon-Garcia and Indra Widjaja, Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architectures, McGraw Hill, 2001.

[4] John Bellamy, Digital Telephony, John Wiley &Sons, Inc., 2nd edition 1991.[5] Bernard Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications,

Prentice Hall, 4th edition 2000.[6] Simon Haykin, Communication Systems, John Wiley &Sons, Inc., 4th

edition 2004.[7] Leon W. Couch, Digital and Analog Communication Systems, Macmilan

Inc., 6th Editions, 2001.[8] William Stalling, Data and Computer Communications, Macmilan Inc., Fifth

Editions, 2003.

GiíI THIÖU M¤N HäC

2

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

GiíI THIÖU M¤N HäC Đánh giá:

Cá nhân55%Kiểm tra cuối kì

Cá nhân5%Thực hành

Cá nhân20%Kiểm tra giữa kì

Nhóm10%Bài tập /Thảo luận

Cá nhân10%Tham gia học tập trên lớp (đi học đầy đủ, chú ý nghe giảng; tích cực tham gia thảo luận)

Đối tượng đánh giáTrọng số đánh giáHình thức kiểm tra

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Néi dung

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung.

Ch­¬ng 2- M· hãa nguån.

Ch­¬ng 3- M· hãa kªnh.

Ch­¬ng 4- Kü thuËt ghÐp kªnh sè.

Ch­¬ng 5- M· ®­êng truyÒn.

Ch­¬ng 6- §iÒu chÕ vµ gi¶I ®iÒu chÕ sè.

Ch­¬ng 7- §ång bé.

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Néi dungCh­¬ng 1- Giíi thiÖu chung.

Đặc điểm của thông tin số

Quá trình phát triển của truyền dẫn số

Một số khái niệm cơ bản

Các phần tử cơ bản của hệ thống truyền dẫn số

Các kênh truyền dẫn và đặc tính

Các mô hình toán học cho các kênh truyền dẫn

3

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.1 Đặc điểm của thông tin số:• HHTT sử dụng để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác.• Thông tin (dưới dạng bản tin) được truyền từ nguồn tin nơi nhận tin.• Các bản tin: ở dạng liên tục/ rời rạc Nguồn tin liên tục/ rời rạc.• Nguồn tin liên tục: tập các bản tin (tập vô hạn); Nguồn tin rời rạc: tập các bản tin (tập hữu hạn).• Biểu diễn vật lý của một bản tin: tín hiệu (đại lượng vlý: dòng, áp, cường độ ánh sáng...). • Tùy theo dạng tín hiệu: tương tự/ số hệ thống thông tin tương tự/ hệ thống thông tin số.• Tín hiệu tương tự:- Đặc điểm cơ bản: nhận vô số giá trị, lấp đầy liên tục một dải nào đó (thời gian tồn tại là một giá trịkhông xác định: (t) tồn tại của bản tin.- Phân loại: tín hiệu liên tục (voice đầu ra các Micro); tín hiệu rời rạc (t/h PAM của chính t/h đầu ra micro)

• Nguồn tin chỉ gồm một số hữu hạn (M) các tin: bản tin có thể được đánh số thay vì truyền đi bản tin: chuyển các kí hiệu (symbol) là các con số tương ứng. Tín hiệu chỉ được biểu diễn bằng các con số (các kí hiệu) và được gọi là t/h số.- Đặc điểm cơ bản: chỉ nhận một số hữu hạn các giá trị; có thời gian tồn tại xđịnh, Ts (khoảng thời gian của một kí hiệu). - Phân loại: số mức M=2 (nhị phân); M>2: nhiều mức

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.1 Đặc điểm của thông tin số: (Cont.)• Ưu điểm HTTT số:- Tăng khả năng truyền dẫn, Các mạch số hoạt động tin cậy- Có khả năng tái sinh sau từng khoảng nhất định nên tạp âm tích lũy được loại bỏ.- Có khả năng tương thích với các hệ thống điều khiển & xử lí hiện đại: có khả năng vận hành, quản lí & bảo dưỡng (OA&M: ) hệ thống tự động.- T/h số dễ truyền mọi loại bản tin liên tục/ rời rạc hợp nhất các mạng thông tin thành một mạng duy nhất.

• Hạn chế HTTT số:- Phổ tín hiệu số (khi truyền bản tin liên tục) tương đối lớn so với phổ tín hiệu tương tự.Tương lai: áp dụng các kỹ thuật số hóa tín hiệu liên tục tiên tiến: phổ t/h số có thể so sánh được với phổ t/h tương tự.- Vấn đề đồng bộ

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.2 Vài nét về lịch sử của các hệ thống truyền dẫn số:• Năm 1837: Samuel Morse (1791-1872, American) phát triển hệ thống điện báo

• Năm 1875: Emile Baudot (1845 -1903, French): đưa ra hệ thống mã mới, mã Baudot, sửdụng các từ mã có chiều dài bằng 5 để mã hóa các ký tự.

• Năm 1897: Marconi (1874 -1937, Italian): phát triển hệ thống vô tuyến điện báo đầu tiên, là bước khởi đầu cho sự phát triển của các hệ thống thông tin vô tuyến.

• Năm 1937: Alec Reeves (1902-1971, English): phát triển kỹ thuật điều chế xung mã PCM. Từ đây, dữ liệu được truyền đi trong hệ thống số không chỉ là các message, mà có thể làcác dạng khác, ví dụ như dạng audio,vv…

• Năm 1948: Shannon (1916-2001, American): thiết lập nên những cơ sở toán học cho truyền dẫn thông tin. Những lý thuyết này là cơ sở quan trọng cho sự phát triển vượt bậc của các hệ thống thông tin vô tuyến ngày nay.

• Năm 1991: hệ thống thông tin di động GSM được ra đời ở châu Âu.

• Năm 1994: hệ thống CDMA IS-95 được tập đoàn Qualcom (Mỹ) triển khai.

4

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.2 Vài nét về lịch sử của các hệ thống truyền dẫn số:

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.2 Vài nét về lịch sử của các hệ thống truyền dẫn số:

• Điện báo của Samuel Morse 1838-1866• Điện thoại (telephony) 1876-1899

– Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại 1876– Xuất hiện tổng đài đầu tiên với 08 đường dây– Almond Strowger sáng chế ra tổng đài cơ điện kiểu từng

nấc (Step-by-step 1887)• Truyền hình (Television) 1923-1938• Radar và vi ba 1938-1945• Truyền thông vệ tinh 1955• Internet 1980-1983• Di động tế bào 1980-1985• Truyền hình số 2001-2005

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:

+ Tín hiệu (signal): Khái niệm: “Tín hiệu là hàm của một hay nhiều biến độc lập, mang thông tin

về bản chất của hiện tượng nào đó” / (đại lượng vật lý trung gian do thôngtin biến đổi thành).Trong viễn thông: một dạng năng lượng mang theo thông tin tách ra, đượcvà truyền từ nơi phát đến nơi nhận.

Phân loại:- Theo không gian trạng thái: t/h một chiều, t/h nhiều chiều- Theo đặc tính hàm số: tín hiệu tương tự/tín hiệu số.- Theo thông tin (nguồn tin): tín hiệu âm thanh (trong đó có tín hiệu thoại, tín hiệu ca nhạc …); tín hiệu hình ảnh (hình ảnh tĩnh, hình ảnh động …); tín hiệu dữ liệu.- Theo năng lượng mang: tín hiệu điện, tín hiệu quang …- Theo vùng tần số: tín hiệu âm tần, tín hiệu cao tần, tín hiệu siêu cao tần. - Theo kênh: t/h đơn kênh, t/h đa kênh

5

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:

+ Hệ thống (system): Khái niệm: “Hệ thống là một thực thể làm thay đổi để thực hiện một chức

năng nào đó, trong quá trình đó tạo ra tín hiệu mới”.

Đặc điểm:- Thay đổi tín hiệu- Đầu vào (Input), đầu ra (Output).- Thuật toán.

Hệ thốngTín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu ra

(Input) (Output)

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:

+ Hệ thống Truyền thông (Communication System): Khái niệm: mô tả quá trình trao đổi thông tin (exchange of information) hoặc

là sự trao đổi thông tin qua lại giữa hai hoặc nhiều bên. Bao gồm: truyền thông cơ học (bưu chính) và truyền thông điện (viễn thông).

Mục đích chính của truyền thông là truyền tải thông tin từ nguồn tới nơi nhận (đích) thông qua một kênh truyền (channel)/ môi trường truyền.

Sơ đồ khối HTTT:

- Source: analog or digital- Transmitter: transducer, amplifier, modulator, oscillator, power amp., antenna.- Channel: e.g. cable, optical fibre, free space- Receiver: antenna, amplifier, demodulator, oscillator, power amplifier, transducer- Recipient: e.g. person, (loud) speaker, computer

Nguồn(Source)

Máy phát(Transmitter)

Kênh(Channel)

Máy thu(Receiver)

Đích(Recipient)

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:

+ Hệ thống Truyền thông (Communication System): Đặc điểm HTTT:

- Tín hiệu: các dữ liệu được truyền đi (dưới dạng tương tự hoặc số).- Máy phát: truyền đi một dạng sóng từ một tập các dạng sóng (xác định) trong một khoảng thời gian hữu hạn.- Máy thu: dựa vào tín hiệu thu được (đã bị thay đổi khi qua kênh truyền), máy thu phải quyết định dạng sóng nào đã được phát đi dữ liệu thu được là gì?

Một số loại HTTT:- PSTN (Public Switched Telephone Network ): voice, fax, modem.- Satellite systems - Radio,TV broadcasting- Cellular phones - Computer networks (LANs, WANs, WLANs)

6

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:

+ Chế độ truyền:

Truyền dẫn: quá trình truyền thông tin giữa các điểm kết cuối trong một hệ thống hay trong mạng viễn thông.

Trong HT VT: thực hiện truyền dẫn thông tin theo một chiều hoặc theo hai chiều.

- Các HT TT theo một chiều duy nhất: được gọi là thông tin đơn công.

- Các HT TT theo hai chiều: được gọi là hệ thống thông tin song công. Hệthống thông tin song công: bán song công và song công hoàn toàn

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.3 Một số khái niệm cơ bản:+ Chế độ truyền:

Simplex mode: - Tín hiệu được truyền dẫn chỉ theo một hướng.- Không dùng rộng rãi vì không thể gửi ngược lại lỗi hoặc tín hiệu điều khiển cho bên phát.- Television, teletext, radio

Half-duplex mode: - Tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng, nhưng việc truyền tin trên mỗi hướng chỉ được thực hiện tại một thời điểm.- Bộ đàm: người nói phải xác nhận bằng nút chuyển sang chế độ nghe thì bên kia mới được nói

Full-duplex mode: - Tín hiệu được truyền dẫn theo hai hướng trong cùng một thời gian.- Hầu hết các hệ thống viễn thông hiện đại sử dụng nguyên lý song công hoàn toàn.

Nguồn tin Đích

Nguồn Đích

Nguồn Đích

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung

1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống số:+ Sơ đồ HT TDS:

7

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống số:+ Chức năng các khối:

Nguồn tin (Information Source):- Dạng tương tự (tiếng nói, âm thanh, video) hay dạng số (dữ liệu máy tính).

Định dạng dữ liệu (Format):- Biến đổi dạng dữ liệu của nguồn tin thành các bit dữ liệu nhị phân.

Mã hóa nguồn (Source Encode):- Loại bỏ thông tin dư thừa biểu diễn thông tin truyền đi càng ít bit dữ liệu càng tốt (quá trình nén dữ liệu).

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống số:+ Chức năng các khối:

Mã hóa kênh (Channel Encode): - Quá trình đưa thêm vào các bit dư mà nhờ đó máy thu có thể thực hiện việc phát hiện lỗi và sửa lỗi.

Bộ điều chế số (Digital Modulator): - Ánh xạ chuỗi thông tin nhị phân thành các dạng sóng tín hiệu. Nghĩa là:chuỗi thông tin được mã hóa sẽ phát một bit tại một thời điểm (với tốc độ R bitps); DM sẽ ánh xạ bit 0 thành dạng sóng S0(t) và bit 1 thành S1(t): mỗi bit được phát riêng biệt quá trình này gọi là điều chế nhị phân.

Kênh (Channel): - Môi trường vật lí để gửi tín hiệu từ máy phát đến máy thu.

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống số:

+ Các tham số cơ bản:

Tốc độ truyền dẫn, tốc độ bit (bps hoặc bit/s)

Tỉ lệ lỗi bit (BER)

Trễ (do truyền và xử lí tín hiệu)

“Rung pha định thời” trong luồng bit từ bộ giải mã kênh

8

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.5 Các kênh truyền dẫn và đặc tính:+ Cung cấp kết nối giữa máy phát & máy thu: kênh vật lí là một đôi dây mang t/h điện hoặc sợi quang mang thông tin về một chùm ánh sáng được điều chế hoặc một kênh dưới nước hoặc không gian mà tín hiệu mang thông tin bức xạ.

Kênh dây dẫn kim loại: (Dải tần của kênh)

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.5 Các kênh truyền dẫn và đặc tính:

Kênh sợi quang: (Dải tần của kênh)

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.5 Các kênh truyền dẫn và đặc tính:

Kênh vô tuyến: (Dải tần của kênh)

9

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.5 Các kênh truyền dẫn và đặc tính:

Kênh vô tuyến: (Dải tần của kênh)

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.6 Các mô hình toán học cho kênh truyền dẫn:Có 3 mô hình thông dụng:

a- Mô hình kênh nhiễu cộng:

Ví dụ: Tín hiệu truyền trong không gian chỉ có tổn hao không gian tự do và ởmáy thu chỉ có ảnh hưởng bởi nhiễu nhiệt.

b. Mô hình kênh lọc tuyến tính:

Ví dụ: Tín hiệu truyền trên kênh thoại truyền thống

+ r(t)s(t)

n(t)

Mô hình kênh truyền

Tín hiệu thu

s(t) r(t)

Tín hiệu phát

( ) ( ) ( )r t s t n t

Hệ số suy hao

+ r(t)s(t)

n(t)

Bộ lọc tuyến tính

c(t) ( ) ( )* ( ) ( )r t s t c t n t

Đáp ứng xung của kênh

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chung1.6 Các mô hình toán học cho kênh truyền dẫn:

c. Mô hình kênh bất biến tuyến tính:

+ r(t)s(t)

n(t)

Kênh lọc bất biến

tuyến tính c(t)

( ) ( )* ( ) ( )r t s t c t n t

Đáp ứng xung của kênh, thay đổi theo thời gian

10

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN SỐ

www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: TH & HT - KHOA VT1

Ch­¬ng 1- Giíi thiÖu chungCâu hỏi & bài tập chương 1:

1. Trình bày quá trình phát triển của hệ thống truyền dẫn số

2. Trình bày các phần tử cơ bản của hệ thống truyền thông số.

3. Phân tích các tham số hiệu năng của hệ thống truyền dẫn số.

4. Trình bày các mô hình kênh truyền trong hệ thống truyền dẫn số