Bài giảng Các kỹ thuật cơ bản trong truyền số liệu

ng bộ codec để tạo ra chuỗi bit số Digital Data/Analog Signal Được mã hóa dùng modem để tạo ra t/h tương tự Digital Data/Digital Signal Biểu diễn trực tiếp dữ liệu hoặc mã hóa để tạo ra t/h số có đặc tính mong muốn Analog Signal/Analog Transmission Lan truyền thông qua các bộ khuếch đại, xử lý t/h như nhau bất kể dữ liệu là số hoặc tương tự Analog Signal/Digital Transmission Giả sử t/h biểu diễn dữ liệu số, lan truyền qua các bộ repeater Digital Signal/Analog Transmission Không dùng Digital Signal/Digital Data T/h là chuỗi nhị phân lan truyền qua các bộ repeater Dữ liệu, tín hiệu và truyền dẫn Truyền dẫn số Ưu điểm Công nghệ số Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành Toàn vẹn dữ liệu Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất lượng Hiệu quả kênh truyền TDM > FDM Bảo mật Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng Tích hợp Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau Digital  Digital Tín hiệu số Xung điện áp rời rạc, không liên tục Mỗi xung là một phần tử tín hiệu Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các phần tử tín hiệu Thuật ngữ Unipolar Tất cả các phần tử tín hiệu có cùng dấu Polar Một trạng thái logic được biểu diễn bằng mức điện áp dương, trạng thái logic khác được biểu diễn bằng mức điện áp âm Tốc độ dữ liệu (data rate) Tốc độ truyền dẫn dữ liệu theo bps (bit per second) Độ rộng (chiều dài 1 bit) Thời gian (thiết bị phát) dùng để truyền 1 bit Tốc độ điều chế Tốc độ mức tín hiệu thay đổi Đơn vị là baud = số phần tử tín hiệu trong 1 giây Mark và Space Tương ứng với 1 và 0 nhị phân Diễn giải tín hiệu Cần biết Định thời của các bit (khi nào chúng bắt đầu và kết thúc) Mức tín hiệu Yếu tố ảnh hưởng đến việc diễn giải tín hiệu Tỉ số SNR Tốc độ dữ liệu Băng thông Polar Encoding Nonreturn to zero (NRZ) Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) 2 mức điện áp khác nhau cho bit 1 và bit 0 Điện áp không thay đổi (không có transition) khi không có sự thay đổi tín hiệu Điện áp thay đổi (có transition) khi có sự thay đổi tín hiệu (từ 01 hoặc từ 10) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) NRZI cho các bit 1 Dữ liệu được mã hóa căn cứ vào việc có hay không sự thay đổi tín hiệu ở đầu thời khoảng bit. Bit 1: được mã hóa bằng sự thay đổi điện áp (có transition) Bit 0: được mã hóa bằng sự không thay đổi điện áp (không có transition) Nonreturn to Zero (NRZ) Mã hóa sai phân Dữ liệu được biểu diễn bằng việc thay đổi tín hiệu (thay vì bằng mức tín hiệu) Nhận biết sự thay đổi dễ dàng hơn so với nhận biết mức Trong các hệ thống truyền dẫn phức tạp, cảm giác cực tính dễ dàng bị mất Ưu và nhược điểm của mã hóa NRZ Ưu Dễ dàng nắm bắt Băng thông dùng hiệu quả Nhược Có thành phần một chiều Thiếu khả năng đồng bộ Dùng trong việc ghi băng từ Ít dùng trong việc truyền tín hiệu Multilevel Binary Dùng nhiều hơn 2 mức Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) Bit-0 được biểu diễn bằng không có tín hiệu Bit-1 được biểu diễn bằng xung dương hay xung âm Các xung 1 thay đổi cực tính xen kẽ Không mất đồng bộ khi dữ liệu là một dãy 1 dài (dãy 0 vẫn bị vấn đề đồng bộ) Không có thành phần một chiều Băng thông thấp Phát hiện lỗi dễ dàng Pseudoternary 1 được biểu diễn bằng không có tín hiệu 0 được biểu diễn bằng xung dương âm xen kẽ nhau Không có ưu điểm và nhược điểm so với bipolar-AMI Trade Off Không hiệu quả bằng NRZ Mỗi phần tử t/h chỉ biểu diễn 1 bit Hệ thống 3 mức có thể biểu diễn log23 = 1.58 bit Bộ thu phải có khả năng phân biệt 3 mức (+A, -A, 0) Cần thêm khoảng 3dB công suất để đạt được cùng xác suất bit lỗi Multilevel Binary 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 Biphase Manchester Thay đổi ở giữa thời khoảng bit Thay đổi được dùng như tín hiệu đồng bộ dữ liệu LH biểu diễn 1 HL biểu diễn 0 Dùng trong IEEE 802.3 Biphase Differential Manchester Thay đổi giữa thời khoảng bit chỉ dùng cho đồng bộ Thay đổi đầu thời khoảng biểu diễn 0 Không có thay đổi ở đầu thời khoảng biểu diễn 1 Dùng trong IEEE 802.5 Biphase Ưu và nhược điểm Nhược điểm Tối thiểu có 1 thay đổi trong thời khoảng 1 bit và có thể có 2 Tốc độ điều chế tối đa bằng 2 lần NRZ Cần băng thông rộng hơn Ưu điểm Đồng bộ dựa vào sự thay đổi ở giữa thời khoảng bit (self clocking) Không có thành phần một chiều Phát hiện lỗi Khi thiếu sự thay đổi mong đợi Biphase Polar Encoding Bài tập Bài tập Bài tập NRZ-L NRZ-I AMI Pseudo-Ternary Manchester Differential Manchester Bài tập NRZ-L NRZ-I AMI Pseudo-Ternary Manchester Differential Manchester Bài tập 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 Bài tập NRZ-L NRZ-I AMI Pseudo-Ternary Manchester Differential Manchester Bài tập NRZ-L NRZ-I AMI Pseudo-Ternary Manchester Differential Manchester Bài tập Scrambling Dùng kỹ thuật scrambling để thay thế các chuỗi tạo ra hằng số điện áp Chuỗi thay thế Phải tạo ra đủ sự thay đổi tín hiệu, dùng cho việc đồng bộ hóa Phải được nhận diện bởi bộ thu và thay thế trở lại chuỗi ban đầu Cùng độ dài như chuỗi ban đầu Không có thành phần một chiều Không tạo ra chuỗi dài các tín hiệu mức 0 Không giảm tốc độ dữ liệu Có khả năng phát hiện lỗi B8ZS B8ZS (Bipolar With 8 Zeros Substitution) Dựa trên bipolar-AMI Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là dương, mã thành 000+–0–+ Nếu có 8 số 0 liên tiếp và xung điện áp cuối cùng trước đó là âm, mã thành 000–+0+– Gây ra 2 vi phạm mã AMI Có thể lầm lẫn với tác động gây ra bởi nhiễu Bộ thu phát hiện và diễn giải chúng thành 8 số 0 liên tiếp B8ZS HDB3 HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Dựa trên bipolar-AMI Chuỗi 4 số 0 liên tiếp được thay thế theo quy luật như sau HDB3 Bài tập Bài tập Bài tập AMI B8ZS HDB3 Bài tập AMI B8ZS HDB3 So sánh các phương pháp mã hóa Phổ tín hiệu Việc thiếu thành phần tần số cao làm giảm yêu cầu về băng thông Tập trung công suất ở giữa băng thông Đồng bộ Đồng bộ bộ thu và bộ phát Tín hiệu đồng bộ ngoại vi Cơ chế đồng bộ dựa trên tín hiệu Khả năng phát hiện lỗi Có thể được tích hợp trong cơ chế mã hóa Nhiễu và khả năng miễn nhiễm Vài mã tốt hơn các mã khác Độ phức tạp và chi phí Tốc độ tín hiệu cao hơn (và do đó tốc độ dữ liệu cao hơn) dẫn tới chi phí cao Vài mã đòi hỏi tốc độ tín hiệu cao hơn tốc độ dữ liệu Ứng dụng Dùng để truyền dữ liệu số trên mạng điện thoại công cộng 300Hz  3400Hz Thiết bị MODEM (MOdulator-DEMulator) Kỹ thuật Điều biên: Amplitude-Shift Keying (ASK) Điều tần: Frequency-Shift Keying (FSK) Điều pha: Phase-Shift Keying (PSK) Digital  Analog Điều biên (ASK) Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diễn 0 và 1 (thông thường một biên độ bằng 0) Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền số liệu tốc độ thấp (~1200bps trên kênh truyền thoại) Tần số của tín hiệu sóng mang được dùng phụ thuộc vào chuẩn giao tiếp đang được sử dụng Kỹ thuật được dùng trong cáp quang Điều biên (ASK) Điều biên (ASK) Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK) Sử dụng hai tần số sóng mang: tần số cao tương ứng mức 1, tần số thấp tương ứng mức 0. Ít lỗi hơn so với ASK Được sử dụng truyền dữ liệu tốc độ 1200bps hay thấp hơn trên mạng điện thoại Có thể dùng tần số cao (3-30MHz) để truyền trên sóng radio hoặc cáp đồng trục Điều tần (FSK) – Binary FSK (BFSK) Điều tần (FSK) – Multiple (FSK) Dùng nhiều hơn 2 tần số Băng thông được dùng hiệu quả hơn Khả năng lỗi nhiều hơn Mỗi phần tử tín hiệu biểu diễn nhiều hơn 1 bit dữ liệu Điều pha (PSK) Sử dụng một tần số sóng mang và thay đổi pha của sóng mang này PSK vi phân (differential PSK) – thay đổi pha tương đối so với sóng trước đó (thay vì so với sóng tham chiếu cố định) Cho phép mã hóa nhiều bit trên mỗi thay đổi tín hiệu sóng mang (Phase Amplitude Modulation) Phương pháp này thường được dùng trong truyền dữ liệu ở tốc độ 2400bps (2 bits per phase change - CCITT V.26) hoặc 4800bps (3 bits encoding per phase change - CCITT V.27) hoặc 9600bps (4 bits encoding per phase/amplitude change) Tổng quát cho mã hóa NRZ-L Điều pha (PSK) Điều pha (PSK) Quadrature PSK (QPSK) M-ary PSK Hệ thống 64 và 256 trạng thái Cải thiện tốc độ dữ liệu với băng thông không đổi Tăng khả năng tiềm ẩn lỗi Hiệu suất Băng thông Băng thông ASK và PSK liên quan trực tiếp với tốc độ bit BT = (1+r)R Băng thông FSK có quan hệ với tốc độ dữ liệu đối với các tần số thấp, có quan hệ với độ dịch chuyển của các tần số điều chế đối với tần số cao BT = 2F + (1+r)R Tín hiệu nhiều mức BT = (1+r)R/m = (1+r)R/log2M Trong trường hợp có lỗi, tốc độ lỗi của PSK và QPSK cao hơn khoảng 3dB so với ASK và FSK Quadrature Amplitude Modulation (QAM) QAM được dùng trong ADSL và một số hệ thống wireless Kết hợp giữa ASK và PSK Mở rộng logic của QPSK Gởi đồng thời 2 tín hiệu khác nhau cùng tần số mang Dùng 2 bản sao của sóng mang, một cái được dịch đi 90 ¨ Mỗi sóng mang là ASK đã được điều chế 2 tín hiệu độc lập trên cùng môi trường Giải điều chế và kết hợp cho dữ liệu nhị phân ban đầu Digital  Analog Analog  Digital Ứng dụng Dùng để truyền dữ liệu tương tự trên mạng truyền dữ liệu số Tận dụng các ưu điểm của truyền dẫn số (thiết bị rẻ, dùng repeater, TDM, …) Số hóa Dữ liệu số có thể truyền dùng NRZ-L hay các loại mã khác Thiết bị CODEC (COder-DECoder) Kỹ thuật Điều chế xung mã: Pulse Code Modulation (PCM) Điều chế Delta: Delta Modulation (DM) Điều chế xung mã (PCM) Lý thuyết lấy mẫu “Nếu tín hiệu f(t) được lấy mẫu đều với tốc độ lấy mẫu cao hơn tối thiểu 2 lần tần số tín hiệu cao nhất, thì các mẫu thu được chứa đủ thông tin của tín hiệu ban đầu. T/h f(t) có thể được tái tạo, dùng bộ lọc thông thấp” Công thức Nyquist: N >= 2f N: tốc độ lấy mẫu f: tần số của tín hiệu được lấy mẫu Dữ liệu tiếng nói Giới hạn tần số 1 – t/h bao cắt trục thời gian (thông tin bị mất) Pt = Pc(1+ na2/2) Pt và Pc – công suất t/h được truyền đi và t/h sóng mang na – chỉ số điều chế, tỉ số biên độ t/h được truyền và sóng mang SSB và DSBSC Ưu điểm Dễ hiện thực (điều chế và giải điều chế) Dễ biến đổi tín hiệu sang các giải băng tần khác nhau Khuyết điểm Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu Không sử dụng hiệu quả năng lượng Điều chế biên (AM) Điều chế tần số (FM) Điều chế góc s(t) = Accos[2fct + (t)] Phương pháp điều tần số (FM) Tín hiệu được truyền đi thay đổi thành phần tần số của sóng mang tỷ lệ với biên độ và tần số của tín hiệu truyền đi ’(t) = nfm(t) Ưu điểm Khó bị ảnh hưởng của nhiễu Sử dụng hiệu quả năng lượng Khuyết điểm Tín hiệu được điều chế yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệu truyền đi ban đầu (dữ liệu) Hiện thực mạch điều chế và giải điều chế phức tạp hơn so với phương pháp điều biên Điều chế góc Điều chế góc Phương pháp điều chế pha (PM) (t) = npm(t) Tín hiệu truyền đi không ảnh hưởng đến thành phần biên độ và tần số mà chỉ làm thay đổi pha của sóng mang Phổ tần số của tín hiệu được điều chế theo phương pháp điều pha tương tự như phương pháp điều tần  phương pháp điều pha cũng có các đặc điểm tương tự phương pháp điều tần Tuy nhiên, có hai lý do phương pháp điều pha được dễ chấp nhận hơn Đối với bên nhận: tần số của tín hiệu nhận được là cố định, chỉ có pha thay đổi nên chỉ cần thiết kế bộ lọc tần số chỉ cho một tần số duy nhất thay vì nhiều tần số như trong phương pháp điều tần ? giảm chi phí thiết kế và hiện thực mạch Trong trường hợp tín hiệu điều chế chỉ nhận một số giá trị (như tín hiệu số), mạch điều chế và giải điều chế hiện thực theo phương pháp điều pha được đơn giản rất nhiều Hiệu suất Băng thông AM BT = 2B FM&PM BT = 2(+1)B FM&PM cần băng thông lớn hơn so với AM Cấu trúc kênh truyền – Mã dữ liệu Baudot (Emile Baudot) 5 bit (32 mã) dùng 2 mã 5 bit (letter & figure) để mã hết các ký tự, chữ số và dấu ASCII (American Standard Code for Information Interchange) 7 bit (128 mã), bao gồm các ký tự chữ thường và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt. Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự. EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) 8 bit Được dùng trong các hệ thống máy tính IBM Unicode 16 hoặc 32 bit Hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong tương lai Mã Baudot “JAMES BOND 007 SAYS HI!” Mã ASCII Cấu trúc kênh truyền Song song (Parallel) Mỗi bit dùng một đường truyền riêng. Nếu có 8 bits được truyền đồng thời sẽ yêu cầu 8 đường truyền độc lập Để truyền dữ liệu trên một đường truyền song song, một kênh truyền riêng được dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào dữ liệu có sẵn (clock signal) Cần thêm một kênh truyền khác để bên nhận báo cho bên gởi biết là đã sẵn sàng để nhận dữ liệu kế tiếp Cấu trúc kênh truyền Tuần tự (Serial) Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền, bit này tiếp theo sau bit kia Không cần các đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ và tín hiệu bắt tay (các tín hiệu này được mã hóa vào dữ liệu truyền đi) 2 cách truyền Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ Truyền bất đồng bộ Dữ liệu được truyền theo ký tự (5  8 bits) Chỉ cần giữ đồng bộ trong một ký tự Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới Hành vi Đối với dòng dữ liệu đều, khoảng cách giữa các ký tự là đồng nhất (chiều dài của phần tử stop) Ở trạng thái rảnh, bộ thu phát hiện sự chuyển 1  0 Lấy mẫu 7 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự) Đợi việc chuyển 1  0 cho ký tự kế tiếp Hiệu suất Đơn giản Rẻ Phí tổn 2 hoặc 3 bit cho một ký tự (~20%) Thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn (dữ liệu nhập từ bàn phím) Truyền bất đồng bộ Truyền bất đồng bộ Đồng bộ bit Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit PISO – SIPO Clock thường mất đồng bộ Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát Truyền bất đồng bộ Truyền bất đồng bộ Đồng bộ ký tự (character synchronization): dùng start và stop bit Truyền bất đồng bộ khung Đồng bộ khung (frame synchronization): dùng các ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE) Truyền bất đồng bộ - tốc độ xung clock Truyền bất đồng bộ - tốc độ xung clock Truyền bất đồng bộ - tốc độ xung clock Truyền đồng bộ Truyền không cần start/stop Phải có tín hiệu đồng bộ Đồng bộ bit (bit synchronization): sử dụng các phương pháp sau Clock encoding and extraction (Timestamp) Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được RZ, Manchester (NRZ signaling), differential Manchester Digital Phase-Lock-Loop Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt Sử dụng một nguồn clock ổn định được giữ đồng bộ với dữ liệu đến tại nơi nhận Mã hóa thông tin phải đảm bảo có sự thay đổi bit trong một khoảng thời gian đủ để nguồn clock được tái đồng bộ Cần sử dụng các phương pháp mã hóa nhị phân (AMI, HDB3, B8ZS) Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền Mã hóa và tách dữ liệu đồng bộ TimeStamp Digital Phase – Lock – Loop Hybrid DPLL Truyền đồng bộ Đồng bộ khung (frame synchronization): sử dụng các phương pháp sau Character-oriented synchronous transmission Dùng các ký tự điều khiển : SYN, STX, ETX, DLE. Bit-orienter synchronous transmission Dùng các mẫu bit điều khiển (flag byte or flag pattern)  bit stuffing problem Hiệu quả (phí tổn thấp) hơn so với truyền bất đồng bộ Lỗi Điều khiển lỗi Môi trường truyền dẫn bị nhiễu (điện, từ, …)  dữ liệu nhận có lỗi 2 cách khắc phục khi phát hiện có lỗi Forward error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi, để bên nhận có thể phát hiện khi nào có lỗi và lỗi nằm ở đâu để sửa (có khả năng sửa lỗi) Feedback (backward) error control: thông tin sửa sai được thêm vào các ký tự hoặc các frame truyền đi chỉ đủ để phát hiện khi nào có lỗi (không có khả năng sửa lỗi). Cơ chế yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai được dùng trong trường hợp này Cơ chế phát hiện lỗi BER: xác suất 1 bit đơn bị lỗi trong một thời khoảng nhất định Phân loại lỗi Single-bit error – nhiễu trắng Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy giảm (khi truyền vô tuyến) Quá trình phát hiện sai Parity Bit parity Parity chẵn: (N + P) phải là một số chẵn Parity lẻ: (N + P) phải là một số lẻ N: tổng số bit 1 có trong dữ liệu cần kiểm tra lỗi P: giá trị của bit parity, là 0 hay 1 sao cho tổng số bit 1 (N+P) luôn là một số chẵn (lẻ) tùy theo phương pháp parity chẵn hay lẻ tương ứng Parity Đặc điểm Chỉ dò được lỗi sai một số lẻ bit, không dò được lỗi sai một số chẵn bit Không sửa được lỗi Hiệu suất truyền thông tin kém, do số bit thêm vào để dò tìm lỗi chiếm tỷ lệ lớn so với dữ liệu truyền đi. Block Sum Check Block Sum Check (BSC): sử dụng parity hàng và cột Không sửa được sai, chỉ sửa được sai khi số bit sai trong dữ liệu là một Dò tìm được tất cả các lỗi sai một số lẻ bit và hầu hết các lỗi sai một số chẵn bit. Không dò được lỗi sai một số chẵn bit xảy ra đồng thời trên cả hàng và cột. Block Sum Check Biến thể Dùng tổng bù 1 (1’s-complement sum) thay cho tổng modulo 2 (2-modulo sum) Các ký tự trong block được truyền được coi như các số nhị phân không dấu Tốt hơn phương pháp modulo 2 Cyclic Redundancy Check Nguyên lý k-bit message Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame gởi đi (k+n bit) chia hết cho 1 số xác định trước Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số và nếu không có phần dư thì có khả năng không có lỗi Số học modulo 2 Exlusive-or Cyclic Redundancy Check Xác định FCS T: frame được truyền (k+n bit) M: message dữ liệu cần truyền (k bit đầu của T) F: FCS (n bit sau của T) P: số chia được xác định trước (n+1 bit) Kiểm tra Cyclic Redundancy Check Cách khác để xác định FCS: đa thức M = 111101  M(x) = X5 + X4 + X3 + X2 + 1 P = 1101  P = X3 + X2 + 1  FCS có 3 bits (n = 3) Dữ liệu dịch trái n bits: 2nM(x) = X8 + X7 + X6 + X5 + X3 T = 111101011 Cyclic Redundancy Check 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 M P 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 FCS 111101011 T Cyclic Redundancy Check P Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện Yêu cầu tối thiểu: msb và lsb phải là 1 Biểu diễn lỗi Error=nghịch đảo bit (i.e. exclusive-or của bit đó với 1) Tr = T + E T: frame được truyền Tr: frame nhận được E: error pattern với 1 tại những vị trí lỗi xảy ra Error không bị phát hiện iff Tr chia hết cho P (i.e. iff E chia hết cho P) Các lỗi được phát hiện Tất cả các lỗi bit đơn Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1) Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn Cyclic Redundancy Check 4 P được sử dụng rộng rãi CRC-12 = X12 + X11 + X3 + X2 + X + 1 12-bit FCS 6-bit characters CRC-16 = X16 + X15 + X2 + 1 16-bit FCS 8-bit characters US CRC-CCITT = X16 + X12 + X5 +1 Europe CRC-32 = X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1 32-bit FCS Point-point synchronous transmission, DoD apps Cyclic Redundancy Check Cyclic Redundancy Check M=1010001101 P=110101 FCS = 01110 Sửa lỗi Sửa các lỗi được phát hiện thông thường yêu cầu truyền lại khối dữ liệu Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ liệu không dây BER cao Truyền lại nhiều Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều so với thời gian truyền dữ liệu (vd truyền vệ tinh) Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo Cần thiết phải sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được Quá trình sửa sai Quá trính sửa sai Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k) Từ mã – Codeword Forward error correction (FEC) encoder Codeword được truyền đi Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi, nhưng có chứa lỗi Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra) FEC trích xuất khối dữ liệu sai Cấu hình đường truyền Cấu hình Sắp xếp vật lý các trạm trên môi trường Cấu hình truyền thống Giao tiếp Giao tiếp Thiết bị xử lý dữ liệu (DTE) thường không có các phương tiện phát dữ liệu Cần một thiết bị giao tiếp (DCE) – ví dụ: modem, NIC, … DCE phát các bit dữ liệu trên môi trường truyền dẫn DCE trao đổi dữ liệu và thông tin điều khiển với DTE Được thực hiện thông qua mạch trao đổi Cần một chuẩn giao tiếp rõ ràng Đặc tính Cơ khí Kết nối Điện Điện áp, định thời, mã hóa, … Chức năng Dữ liệu, điều khiển, định thời, đất, … Thủ tục Chuỗi các sự kiện Chuẩn V.24/EIA–232–F ITU-T v.24 Chỉ đặc tả chức năng và thủ tục Tham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điện EIA-232-F (USA) RS-232 Đặc tính cơ khí: ISO 2110 Đặc tính điện: v.28 Chức năng: v.24 Thủ tục: v.24 Kết nối V.24/EIA–232 (DTE) Local/Remote loopback testing Nghi thức Ví dụ modem riêng bất đồng bộ Khi modem được bật lên và sẵn sàng, nó (DCE) bật tín hiệu “DCE ready” Khi DTE sẵn sàng gởi dữ liệu, nó bật tín hiệu “Request To Send” Cấm chế độ nhận dữ liệu (nếu trong chế độ truyền half-duplex) Modem đáp lại sẵn sàng bằng tín hiệu “Clear To Send” DTE gởi dữ liệu Khi dữ liệu đến, modem gắn vào DTE sẽ bật tín hiệu “Line Signal Detector” và gởi dữ liệu cho DTE Hoạt động quay số (1) Hoạt động quay số (2) Hoạt động quay số (3) Chuẩn giao tiếp EIA RS–232C Trao đổi thông tin giữa DCE và DTE Trao đổi thông tin giữa DTE và DCE Truyền dữ liệu (DTEDCE) Bật DTR và RTS Đợi DSR Đợi CTS Truyền dữ liệu Nhận dữ liệu (DCEDTE) Bật DTR Đợi DSR Nhận dữ liệu Trao đổi thông tin giữa 2 DTE Không cần DCE Null modem cable Cấu hình dây dẫn kết nối DTE  DTE Nén dữ liệu Run-length encoding (packed decimal) Dùng cho message gồm các chữ số Mã BCD thay vì ASCII Có thể dùng 4 bit thấp đối với các thông tin đầy đủ STX 00110010 00110001 00111001 00111000 00110101 00110110 STX STX 0010 0001 1001 1000 0101 0110 STX Control # 2 1 9 8 5 6 Uncompressed Packed Decimal Differential encoding (relative encoding) Encoding used if differences between values is much smaller than the values themselves Original 1509 1506 1508 1510 1511 1509 1513 Encoded 1509 -3 +2 +2 +1 -2 +4 Send only the difference in magnitude Character suppresion Encoding used if 3 or more of same character found Original AAAABBCCCCCDEEEEFF Encoded A4B2C5D1EEEE4F2 Nén dữ liệu Nén dữ liệu Huffman encoding (Statistical Methods) Đặc điểm Đây là mã thống kê (phương pháp nén mã tối ưu) Mã hóa dựa trên xác suất sử dụng của các ký tự Những ký tự được dùng nhiều nhất sẽ có từ mã ngắn nhất Không có tính prefix Giải thuật Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần Một cặp bit 0-1 được gán cho 2 nguồn tin có xác suất nhỏ nhất 2 nguồn tin này được kết hợp, tạo thành nguồn tin mới có xác suất bằng tổng xác suất của 2 nguồn tin thành phần Sắp xếp lại các nguồn tin theo thứ tự giảm dần của xác suất Quá trình trên được lặp lại đến khi 2 nguồn tin cuối cùng được kết hợp Từ mã cho mỗi nguồn tin được viết theo thứ tự từ gốc đến ngọn Chiều dài từ mã trung bình Lavg = li x pi li : chiều dài nguồn tin Xi pi : xác suất xuất nguồn tin Xi Huffman code Nén dữ liệu Shannon-Fano encoding (Statistical Methods) Đặc điểm Mã tối ưu Không có tính prefix Giải thuật Sắp xếp các nguồn tin theo thứ tự giảm dần về xác suất Chia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho phần trên, gán 1 cho phần dưới Lặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tin Ghi ra các từ mã Shannon – Fano Các nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứng X1 (30%), X2 (20%), X3 (10%), X4 (10%), X5 (20%), X6 (5%), X7 (3%), X8 (2%) Lavg = 2.0,3+2.0,2+3.0,2+3.0,1+3.0,1+4.0,05+5.0,03+5.0,02 = 2,65 bits Phân hợp kênh (Multiplexing) Frequency – Division Multiplexing (FDM) Phương pháp này chỉ hiện thực được khi băng thông môi trường truyền lớn hơn băng thông mà tín hiệu được truyền yêu cầu Nhiều tín hiệu có thể được truyền đồng thời nếu mỗi tín hiệu được điều chế trên một tần số sóng mang Các tần số sóng mang khác nhau sao cho băng thông của các tín hiệu được điều chế không trùng lấp nhau (guard bands) Ví dụ broadcast radio Kênh truyền được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấp phát tĩnh) FDM FDM Animation FDM FDM FDM của 3 kênh thoại FDM AT&T’s analog hierachy Wavelength Division Multiplexing Nhiều chùm ánh sáng với tần số khác nhau Truyền trong cáp quang Một dạng của FDM Mỗi màu ánh sáng (chiều dài sóng khác nhau) được truyền trên kênh dữ liệu riêng biệt 1997 tại Bell Labs 100 chùm ánh sánh Mỗi chùm tốc độ 10 Gbps 1 terabit per second (Tbps) Hệ thống thương mại hiện tại có 160 kênh, mỗi kênh 10 Gbps Phòng thí nghiệm (Alcatel) có thể có 256 kênh với tốc độ 39.8 Gbps mỗi kênh 10.1 Tbps Trên 100km Hoạt động WDM Cùng kiến trúc tổng quát như các FDM khác Nguồn sáng tạo ra các chùm laser với tần số khác nhau Nhiều chùm sáng kết hợp với nhau để lan truyền trên cùng một cáp quang Bộ khuếch đại quang học Khuếch đại tất cả chiều dài sóng khác nhau Thông thường khoảng cách ~10km Phân kênh tại đích đến Thông thường tầm chiều dài sóng 1550nm 200MHz per channel Hiện tại lên đến 50GHz Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM Chưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa) Các kênh sít nhau hơn WDM 200GHz Time – Division Multiplexing (TDM) Synchronous TDM Phương pháp này chỉ hiện thực được khi tốc độ dữ liệu (băng thông,…) môi trường truyền lớn hơn tốc độ dữ liệu mà tín hiệu được truyền yêu cầu Nhiều tín hiệu (cả analog và digital