M¸y tÝnh
A
B
C
D
DTE1
DTE2
DTE3
DTE4
D C B A
4x nbit/s
Hình 1.3. Ghép kênh bít
- Ghép kênh ký tự : Thời gian cho 1 ký tự được chia thành 4 phần bằng
nhau, mỗi phần cho 1 kênh (mỗi phần giữ 8 bít) kết quả có 1 dòng ký tự.
Hình 1.4. Ghép kênh ký tự
1.1.2 Các phương pháp truyền tin số.
Có 2 phương pháp truyền dẫn tín hiệu số chủ yếu. Đó là phương pháp
truyền không đồng bộ và phương pháp truyền đồng bộ.
• Phương pháp truyền không đồng bộ(Asynchronous Communication).
Phương pháp truyền không đồng bộ là các nhóm bít (tương ứng các ký
hiệu) được truyền đi tách rời nhau, mỗi nhóm bít được bắt đầu và kết thúc
bằng các bít đặc biệt (Start, Stop bít) với mục đích đồng bộ thu và phát. Thời
điểm bắt đầu truyền các nhóm bít là bất kỳ và không liên quan đến nhau.
Hình 1.5 Phương pháp truyền không đồng bộ
5
ChiÒu cña kªnh tin hiÖu sè
Start Parity Stops
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
Charater
Ưu điểm của phương pháp này là yêu cầu đồng bộ giữa thu và phát không
đòi hỏi chặt chẽ lắm nhờ có bít Start và bít Stop xác định thời điểm đầu và
cuối của nhóm bít cho nên sự sai pha tích luỹ chỉ diễn ra trong thời gian thu
nhóm bít đó. Chính điều đó dẫn tới ưu điểm thứ 2 là thiết bị trong hệ thống
khá đơn giản, giá thành hệ thống hạ.
Nhược điểm của phương pháp truyền không đồng bộ là hiệu quả sử dụng
kênh thấp do phải truyền nhiều bít Start và bít Stop là những bít không mang
tin. Mặt khác, tốc độ truyền tin cũng rất bị hạn chế. Các Modem có tốc độ
không lớn hơn 1200 bit/s thường sử dụng phương pháp này.
• Phương pháp truyền đồng bộ (Synchronous Communication).
Phương pháp truyền đồng bộ khắc phục được các nhược điểm của phương
pháp không đồng bộ. Bản chất của phương pháp này là các tín hiệu số được
gửi đi một cách liên tục với tốc độ không đổi. Trong trường hợp này, thiết bị
thu đầu cuối cần phải tạo ra và duy trì tần số nhịp đồng bộ với tín hiệu số đầu
vào (tức là đồng bộ với tần số nhịp bên phát) trong suốt thời gian làm việc.
Có nhiều phương pháp duy trì đồng bộ giữa thu và phát, như chèn thêm
các bít đồng bộ vào dãy tín hiệu số, xáo trộn dãy tín hiệu số hoặc thiết lập mã
truyền dẫn đặc biệt. Các thuật toán trên cho phép duy trì đồng bộ giữa thu và
phát ngay cả khi dãy tín hiệu gồm một chuỗi bit 0 hay bit 1 liên tiếp hoặc thiết
bị phát tạm dừng.
Trong hệ thống truyền đồng bộ, số liệu có thể được tổ chức thành từng
khối (Block), theo các thủ tục khác nhau. Ví dụ thủ tục chuẩn BISYNC
(Binary Synchronous Communication Protocol) có cấu trúc sau:
Hình 1.6 Khuôn dạng khối tin của giao thức BISYNC
6
SYN SYN SOH HEADER STX TEXT ETX BCC
Mạng điện thoại
(Telephone
network)
Modem Modem
DTE
DTE
Modem
R/T R/S
Modem
SYN : Ký tự đồng bộ. Sau khi phát hiện hai ký tự đặc biệt đã biết trước,
thiết bị thu bắt đầu ghi nhận ký tự SOH.
SOH : (Start of Header) byte mở đầu, xác định kích thước và các đặc tính
của trường Header.
HEADER: Trường này có độ dài thay đổi, có thể dùng để chứa địa chỉ nơI
nhận tin.
STX : (Start of Text) chỉ ra rằng ngay sau byte này là bắt đầu của văn bản.
TEXT: Trường này có độ dài thay đổi, chứa đựng các ký tự mã ASCII hoặc
EBCDIC (nội dung tin tức cần truyền).
ETX: (End of Text) byte này đánh dấu kết thúc của khối tin văn bản.
BCC : (Block Check Character) đây là tổng kiểm tra 3 bit (LCR) hoặc 16
bit (CRC) dùng để kiểm tra phát hiện lỗi.
1.1.3 Truyền số liệu qua mạng điện thoại và hệ thống thông tin vô tuyến.
Mạng điện thoại công cộng (Puplic Telephone Network) là hệ thống thông
tin được ứng dụng rộng rãi nhất với quy mô rộng lớn ở mọi quốc gia. Nhiệm
vụ chính của nó là đảm bảo kết nối và truyền dẫn các cuộc thoại ở các phạm
vi khác nhau. Ngày nay tại bất kỳ đâu trên đất nước ta đều có thể liên lạc điện
thoại đi mọi nơi trên thế giới.
Việc ứng dụng rộng rãi các hệ thống vi xử lý trong mọi lĩnh vực đời sống
kinh tế đặt ra một vấn đề bức thiết là tổ chức hệ thống thông tin số với các
quy mô khác nhau. Đối với các hệ thống thu thập thông tin quy mô nhỏ
phương án trước mắt giải quyết vấn đề này là sử dụng chính mạng điện thoại
công cộng và các máy thông tin vô tuyến, với các thiết bị ghép nối thích hợp
như là Modem .
7
Hình 1.7 Hệ thống truyền số liệu trên kênh điện thoại và vô tuyến.
Hình trên là sơ đồ tổng quát nối ghép thiết bị đầu cuối số liệu với mạng
điện thoại và mạng vô tuyến. Trong đó:
+ DTE : Thiết bị đầu cuối số liệu.
+ R/T : Thiết bị thu phát vô tuyến điện.
MODEM với chức năng phối hợp biến đổi dạng tín hiệu số thành dạng tín
hiệu tương tự phù hợp với kênh thoại khi truyền tin và biến đổi ngược lại khi
nhận tin, hai quá trình đó là điều chế và giải điều chế (Modulation -
Demodulation gọi tắt là Modem). Modem đảm bảo việc truyền dẫn số liệu
nên người ta thường gọi là thiết bị truyền dẫn số liệu (Data Communication
Equipment - DCE).
1.1.4 Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số, mạng chuyển đổi mạch
công cộng và mạng chuyển đổi gói.
• Mạng ghép kênh và hệ thống nối mạch số.
8
64kbit/s
2mbit
A+B
Mạng viễn thông số
A
C
B
B
T
C
M
X
C
M
X
C
A + B
GS
BT
C
M
X
C
M
X
C
PC
M
2400bit/s
L
M
X
9600bit/s
9600bit/s
Hình 1.8. Mạng ghép kênh.
- Ba thuê bao (A, B, C) được nối với bộ ghép kênh nội hạt (LMX),
cùng các tốc độ thấp khác nhau, ba kênh này nối ghép thành đường 64Kbit/s.
- Kênh 64Kbit/s được nối vào hệ thống (PCM) và được vận chuyển
trong hệ thống kênh 2Mbit/s hoặc cao hơn qua mạng.
- Các kênh của hệ thống (PCM) kết thúc tại tổng đài trong mạch
đầu cuối (ETC). Bộ chọn nhóm (GS) trong tổng đài thường nối các kênh
64Kbit/s giữa các (ETC) từ các kênh tốc độ thấp (A, B, C) sử dụng loại ghép
kênh (MXC) loại này tương tự (ETC) nhưng có 2 chức năng quan trọng là :
+ Nhận dạng và chia các kênh 64Kbit/s thành các kênh tốc độ thấp (A, B, C).
+ Chuyển đổi mỗi kênh tốc độ thấp thành kênh 64Kbit/s, sau đó nối qua
bộ chọn nhóm.
• Mạng số liệu chuyển đổi mạch công cộng.
+ Mạng điện thoại nối mạch bằng quay số: Tin tức cần truyền là tín hiệu
thoại (Analog), dải tần truyền dẫn là (300 đến 3400) Hz. Khi tín hiệu số liệu
được chuyển đổi sang tín hiệu Analog để cho phù hợp với tín hiệu kênh thoại
phải có thiết bị chuyển đổi là Modem. Bên cạnh đó nó cũng có những hạn chế
là độ rộng băng không cho phép sử dụng tốc độ truyền dẫn cao và chất lượng
đường dây có thể thay đổi giữa những người sử dụng khác nhau. Các Modem
có hiệu lực cho truyền song công, đơn công, không đồng bộ (tốc độ thấp),
đồng bộ (tốc độ cao). Cùng một Modem có thể chuyển đổi được các tốc độ
khác nhau.
+ Mạng CSPDN : Mạng số liệu chuyển đổi mạch (CSPDN) dựa trên một số
tổng đài (DSE) được nối với mạng qua bộ dấu nối mạng (DCE) với sự giúp
đỡ của các mạng ghép kênh (hoặc các bộ tập trung). Một số thuê bao có thể
dùng chung một đường nối vào tổng đài. Mạng có thiết bị giám sát vận hành
9
đặt ở trung tâm, có khả năng kiểm soát từ xa bất kỳ hoạt động nào của các
thành phần trong mạng.
Hình 1.9. Mạng số liệu chuyển đổi mạch.
• Mạng số liệu chuyển đổi gói (PSPDN).
Mạng số liệu chuyển đổi gói quan tâm đến việc các gói số liệu từ người sử
dụng này đến người sử dụng khác. vấn đề chính không xét đến việc gói được
người gửi “ném vào” như thế nào, nó có thể được “mở” trong thiết bị của
người nhận. Do vậy ta có thể cho phép các loại đầu cuối và máy tính khác
nhau, sử dụng các loại tốc độ khác nhau liên lạc với nhau. Các bên sẽ không
có đường nối vật lý, các đường ảo được thiết lập để vận chuyển các gói số
liệu. Ví dụ có giải pháp mạng cho phương pháp này là mạng ERIPAX (Thuỵ
Điển). Mạng gồm một số tổng đài (PSE), thường được ghép nối trực tiếp theo
kiểu “tất cả đến tất cả”. Việc điều khiển toàn mạng được thực hiện tại một
trung tâm chung (NMC). NMC thường có các đường nối trực tiếp với ít nhất
2 trong số các tổng đài (PSE) của mạng, và tới các (PSE) khác qua các đường
nối X.75 trong mạng, các đầu cuối đồng bộ đấu nối theo thể thức X.25, các
đầu cuối không đồng bộ theo X.28. Do các đầu cuối không đồng bộ thực sự
thông minh, cần thiết kế điều khiển gói, các chức năng trong mạng như (APD:
ghép/ tách gói) phải đảm nhiệm việc này.
10
DT E
DTE
DTE
DTE
DTE
DTE
DCE
DCE
DCE
DCE
DCE
DCE
MUX
MUX
DSE
DSE
DSE
Bộ tập trung
1.1.5 Lỗi trong truyền số liệu
Tín hiệu truyền trên đường truyền chịu tác động của can nhiễu và tạp âm,
nếu tạp âm và can nhiễu có mức lớn sẽ làm thay đổi giá trị của mức tín hiệu.
Mức của tín hiệu thay đổi từ giá trị ‘‘1’’ sang giá trị “0’’ hoặc ngược lại
Điều đó dẫn tới sai số, sai số này làm cho từ mã bị lỗi tức là máy phát, phát
một kí hiệu a nào đó khi có lỗi máy thu lại giải mã ra kí hiệu khác không phải
là kí hiệu a. Sự sai số ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy trong truyền số liệu.
Do đó nghiên cứu vấn đề lỗi trong truyền số liệu là cần thiết. Để khắc phục lỗi
thì máy thu phải phát hiện được lỗi để yêu cầu đầu phát, phát lại nội dung tin
tức đã bị lỗi đó, hoặc nhận ra lỗi và tiến hành sửa lỗi ngay tại đầu thu. Muốn
thực hiện được vấn đề này đầu phát phải thực hiện mã hoá chống lỗi.
Từ mã sau bộ mã hoá phải chứa đựng nội dung là: Thông tin báo cho máy
thu biết từ mã có lỗi hay không có lỗi và thông tin báo cho máy thu nhận ra
lỗi, dựa vào thông tin này mà máy thu tự sửa được lỗi. Những nội dung thông
tin đó máy phát sẽ gửi đi tiếp theo sau các bit tin hoặc trộn lẫn cùng với các
bít tin, quá trình làm như vậy ở đầu phát gọi là quá trình mã hoá chống lỗi hay
còn gọi là mã sửa sai. Đầu thu căn cứ vào các từ mã nhận được mà có thể phát
hiện lỗi và có thể sửa được lỗi, quá trình này gọi là giải mã. Mã sửa sai có hai
loại cơ bản là mã khối (Block Code) và mã chập (Convoltinal Code). Sau đây
chúng ta xét một số loại mã phát hiện lỗi và sửa lỗi được sử dụng trong truyền
số liệu.
• Mã khối: Mã khối có cấu trúc từ mã:
Trong đó : k : bit mang tin, n-k : bit kiểm tra
11
k n-k
Mã khối đơn giản nhất là mã kiểm tra chẵn lẻ, mã được sử dụng có số bit
kiểm tra là “1” và bit này được tính toán sao cho trọng số của từ mã là chẵn
hoặc lẻ (trọng số của từ mã là số bit mang giá trị “1” trong từ mã). Trường
hợp này n=k+1. Máy thu khi nhận được từ mã nó kiểm tra xem có sự vi phạm
quy luật mà đầu phát đã tạo nên hay không. Nếu có sự vi phạm thì từ mã
nhận được có lỗi và máy thu yêu cầu máy phát, phát lại từ mã này. Loại mã
này có cấu trúc đơn giản dễ thực hiện, nhưng nó không có khả năng sửa lỗi vì
mã này không chỉ ra cách tìm ra vị trí bit lỗi, đồng thời máy thu không thể
nhận biết được lỗi kép chẵn, rõ ràng mã này không hoàn thiện. Để hoàn thiện
hơn người ta thực hiện thêm bit kiểm tra cả ngang và dọc
Các bit mang tin Bit kiểm tra ngang
Các bit mang tin Bit kiểm tra ngang
Các bit mang tin Bit kiểm tra ngang
. Bit kiểm tra ngang
Các bit mang tin Bit kiểm tra ngang
Các bit kiểm tra hàng dọc
Hình 1.11 Cấu trúc khối mã
Nếu xảy ra một bit lỗi nào đó trong khối tin thì sự vi phạm của bít kiểm tra
ngang và dọc xảy ra. Khi đó chúng ta có toạ độ X và Y của bít lỗi đó. Như
vậy việc sửa lỗi được thực hiện bằng cách đảo lại giá trị của bit lỗi đó. Việc
kết hợp kiểm tra ngang và dọc đã phát hiện và sửa được một lỗi. Nếu trong
khối tin xảy ra nhiều bít lỗi đồng thời thì việc sửa lỗi gặp khó khăn.
Một dạng mã khối rất phổ biến là mã Cyclic. Nội dung cơ bản của mã là:
Đầu phát phát đi k bit mang tin kèm theo r bit kiểm tra . Các bit kiểm tra có
giá trị biết trước và được đặc trưng bởi đa thức kiểm tra g(x), đa thức kiểm tra
có bậc r (r=n-k); n= k+r bit phát đi thoã mãn điều kiện là: đa thức đặc trưng
12
của nó chia hết cho đa thức kiểm tra. Đầu thu khi nhận được n bit, máy thu sẽ
tiến hành kiểm tra bằng cách chia đa thức đặc trưng của nó cho đa thức kiểm
tra. Kết quả nếu phép chia hết tức là chuỗi tin nhận được không có lỗi. Nếu
phép chia không hết (có dư) tức là chuỗi bít nhận đã bị lỗi. Người ta dựa vào
giá trị của phần dư mà có thể sửa được một số lỗi nhất định.
Ví dụ một trong các phương pháp kiểm tra lỗi đã được CITT(Consultative
Committer for international Telephone and Telegraph) chuẩn. Một trong
những đa thức g(x) do CCITT đưa ra là: g(x)= X
16
+X
15
+X
2
+1
Gọi đa thức ứng với chuỗi tin ban đầu là A(x) có bậc là k, ta tìm các phần
tử kiểm tra bằng cách nhân A(x) với Xn-k, được đa thức mới ta chia cho g(x),
phần dư chính là tương ứng với các phần tử kiểm tra.
Thật vậy Xn
-k
* A(x)/g(x)= Q(x)+ R(x)/g(x) (1)
Nhân 2 vế của (1) với g(x) ta có Xn
-k
*A(x)=Q(x)*g(x)+R(x).
Hay Xn
-k
* A(x)+R(x)=Q(x)*g(x) (2)
Vế phải của (2) chia hết cho g(x) nên vế trái cũng chia hết cho g(x), vậy
vế trái chính là đa thức ứng với chuỗi tin mới trong chuẩn là V.42. Máy thu
bằng cách dùng tổng kiểm tra hay mã kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy
Check) để kiểm tra phát hiện và sửa lỗi.
• Mã chập (Convolutional Code): Mã khối có đặc điểm là các bit kiểm tra đi
liền các bit mang tin, do đó mã khối chỉ phát hiện và sửa được các lỗi đơn,
cho nên việc chống lỗi của mã khối kém hiệu quả với các lỗi chùm. Mã chập
khắc phục được các nhược điểm này. Lý thuyết về mã chập khá phức tạp, để
đơn giản ta xét một loại mã có cùng ý tưởng trên đó là mã Hagelbarger
thường được dùng trong các kênh vô tuyến.
Mã này được dùng trong thông tin số, trong thiết lập cuộc gọi trong mạng
vô tuyến. Mã này có khả năng sửa được các lỗi ngẫu nhiên.
13
Bộ mã hoá HAGELBERGER được mô tả trong hình (1.12) .
Hình 1.12 Sơ đồ khối bộ HAGELBERGER mã hoá
Luồng bit ghi vào bộ ghi dịch mỗi một sự dịch chuyển trong thanh ghi là
sự làm việc đồng bộ của 2 khoá K
1
và K
2
(lên- xuống- lên ) để cho mọi bit
tin xen lẫn với bít kiểm tra. Trong thời gian các bit tin dịch chuyển qua bộ ghi
dịch các bit kiểm tra được tạo thành trong bộ mã hoá khi K
1
và K
2
hạ xuống
nhánh dưới. Giá trị của bit kiểm tra được đưa ra khỏi bộ ghi bằng cách cộng
Modul 2 giữa bit ở ô nhớ 1 và bit ở ô nhớ 2. Như vậy chúng ta nhận thấy rằng
ở máy thu trước khi nhận được một bit nào đó chúng ta có 2 bit kiểm tra được
tạo ra từ bit này. Nếu trong khi thu chỉ có 1 bit lỗi còn các bit khác là tốt sẽ có
sự tác động về giá trị của bit và bằng phương pháp theo luật số nhiều chúng ta
có thể sửa được bit lỗi.
Giả sử các bit trong thanh ghi là : a, b, c, d, e và chúng ta xét bit i các bit
được đưa ra như sau : a; e ⊕i; b; f ⊕j; c; g ⊕k; d; h ⊕l; e; i ⊕m; f; j ⊕n; g;
k⊕o; h; l⊕p; i Vậy trước khi bit i được đưa ra thì các bit kiểm tra e ⊕i;
i⊕m; được tạo ra. Mã này phù hợp trong các hệ thống vô tuyến và các ứng
dụng khác. Máy thu có thể sửa được các lỗi ngẫu nhiên, (hình 1.13) mô tả quá
trình giải mã ở máy thu. Các bit tin được đưa đến nhánh trên, các bit kiểm tra
được đưa đến nhánh dưới của bộ giải mã. Ta xét tại thời điểm bit tin i, trước
bit tin i ta có bit kiểm tra i ⊕m và i ⊕e cùng thời gian đó bit tin m cũng được
đưa đến bộ giải mã, máy thu sẽ thực hiện i⊕m; i⊕e, trên sơ đồ điểm 1 và hai
14
K1 C¸c bit kiÓm tra K2
h
g f e d c b a
+
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét