Bài giảng Truyền dẫn số (Chuyên ngành Điện tử Truyền thông)

n đề về đồng bô ̣ , thông thường các bô ̣ghép kênh TDM đa ̃ đươc̣ thiết kế hoaṭ đôṇg ở tốc đô ̣cao hơn môṭ chút tốc đô ̣ghép của các luồng đầu vào . Cấu trúc khung của tín hiêụ đầu ra bô ̣ghép kênh se ̃chứa các bit đươc̣ sử duṇg để chỉ thị đối với hiện tượng trượt . Phương pháp này cho phép các luồng đươc̣ tách kênh đúng. Lưu ý, viêc̣ đưa vào các bit phu ̣để giải quyết vấn đề trươṭ hàm ý rằng cấu trúc khung của luồng đầu ra không đồ ng bô ̣hoàn toàn với cấu trúc khung của tất cả các luồng vào. Để tách luồng đầu vào thành phần từ tín hiêụ đa ̃ghép , thì cần tách toàn bộ tín hiệu đã ghép , tạo ra sự điều chỉnh đối với trượt , và sau đó lấy ra tín h iêụ mong muốn. Kiểu bô ̣ghép kênh này goị là không đồng bô ̣bởi vì các khung đầu vào không đồng bô ̣với khung đầu ra. c. Các kỹ thuật ghép kênh khác Hình 4.9: Mối quan hê ̣giữa suy hao và bước sóng sơị quang Các hệ thống truyền dâñ sơị quang hiêṇ nay có thể hoaṭ đôṇg ở tốc đô ̣từ hàng chục Gbps đến hàng chục Tbps . Trong Hình ve ̃4.9 cho thấy dải các bước sóng suy hao thấp rôṇg khoảng 100 nm trong dải 1300 nm. Dải này tương ứng với băng thông 18 THz. Dải khác khoảng 100 nm trong dải 1550 nm, cung cấp băng thông 19 THz. Rõ ràng công nghệ hiện nay chưa khai thác triệt để băng thông khả dụng này . Thông tin đươc̣ mang bởi môṭ sơị quang đơn có thể đươc̣ tăng qua viêc̣ sử duṇg ghép kênh phân chia bước sóng (WDM). WDM đươc̣ xem là phiên bản của FDM ở miền quang, trong đó nhiều tín hiêụ thông tin điều chế các tín hiêụ quang taị các bước sóng quang khác nhau (các màu ). Tín hiệu kết quả được ghép và được truyề n đồng thời qua cùng sơị quang như chỉ ra ở Hình 4.10. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 102 Hình 4.10: Ghép kênh phân chia bước sóng WDM Hình 4.11: Tín hiệu quang trong hệ thống WDM Lăng kính và nhiễu xạ có thể được sử dụng để kết hợp và tách các tín hiệu màu. Ví dụ, các hệ thống WDM sử dụng 16 bước sòng taị OC-48 để cung cấp tốc độ lên tới 16x2,5 Gbps = 40 Gbps. Hình 4.11 chỉ ra tín hiệu quang trong một hệ thống như vậy . Các hệ thống WDM có 32 bước sóng taị OC -192 có thể cho tố c đô ̣là 320 Gbps. Sư ̣ hấp dâñ của WDM là sư ̣tăng lên đáng kể về băng thông khả duṇg mà không phải đầu tư lớn cũng như triển khai thêm sơị quang. Băng thông bổ sung có thể đươc̣ sử duṇg để truyền tải nhiều lưu lươṇg. Bô ̣xen rẽ quang đa ̃đươc̣ thiết kế cho các hê ̣thống WDM . Viêc̣ gán các bước sóng trong các cấu hình bộ ghép kênh khác nhau có thể được sử dụng để tạo ra các mạng có cấu hình logic khác nhau . Trong những cấu hình này , đường truyền d ẫn quang giữa 2 nút được tạo ra bằng việc chèn thông tin tại bước sóng đã gán tại nút nguồn, chuyển qua các nút trung gian và lấy ra thông tin taị nút đích . Hình 4.12a chỉ ra môṭ chuỗi các bô ̣ghép kênh xen re ̃trong đó sơị quang đơn kết nối các bô ̣ghép kênh P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 103 lân câṇ . Mỗi sơị có 4 bước sóng đươc̣ lấy ra và chèn vào để cung cấp tuyến truyền thông môṭ hướng từ nút trên đến nút dưới . Vì vậy, a có môṭ tuyến tới mỗi nút b , c, và d; b có môṭ tuyến tới mỗi nút c và d, c có môṭ tuyến tới mỗi nút d . Hình 4.12b cho thấy maṇg vòng WDM , trong đó ba nút đươc̣ đấu nối bởi 3 sơị quang mang 3 bước sóng. Mỗi nút se ̃lấy ra 2 bước sóng và chèn vào 2 bước sóng sao cho mỗi căp̣ nút được đấu nối bởi luồng thông tin theo 1 bước sóng . Trong thưc̣ tế , mạng logic kết nối hoàn toàn được tạo ra . Chúng ta thấy rằng có thể có được các cấu hình logic khác so với cấu hình vật lý qua việc gán bước sóng . Khả năng này có thể đươc̣ khai thác để cung cấp tính năng phòng vê ̣lỗi và khả năng cấu hình laị nhằm đáp ứng với những yêu cầu mạng thay đổi . Hình 4.12: Các cấu hình mạng sử dụng các bộ ghép kênh WDM Trong WDM , mỗi bước sóng đươc̣ điều chế riêng biêṭ , nên mỗi bước sóng không cần mang thông tin theo khuôn daṇg truyền dâñ giống nhau . Do vâỵ , môṭ số bước sóng có thể mang các luồng thông tin theo khuôn daṇg SONET , trong khi các bước sóng khác c ó thể mang thông tin khuôn dạng Gigabit Ethernet hoặc khuôn dạng truyền dâñ khác. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 104 4. 2. Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh trong hệ thống truyền dẫn số 4.2.1. Kỹ thuật ghép kênh TDM-PCM Kỹ thuật ghép kênh TDM -PCM tín hiêụ thoaị đươc̣ thể hiêṇ ở sơ đồ Hình 4.13. Kỹ thuật này thực hiện ghép kênh TDM 30 kênh thoại, kênh đồng bộ và kênh báo hiệu thành luồng đầu ra có tốc độ 2048 Kbit/s. Tại phía phát có b ộ lọc thông thấp để hạn chế băng tần tiếng nói từ 300 đến 3400 Hz, tín hiệu đ ầu ra ta ̣i bộ lọc thông thấp đươc̣ chuyển đến bô ̣l ấy mẫu. Bô ̣lấy mẫu đóng vai trò là m ột thiết bi ̣ chuyển mạch điện tử đóng mở theo chu kỳ 125s, tạo ra các xung mẫu có chu kỳ 125s. Bộ mã hoá biến đổi mỗi xung lấy mẫu thành các từ mã 8 bit và đưa đến khối ghép kênh TDM tín hiêụ tho ại, tín hiệu đồng bộ và tín hiệu báo hiệu thành một khung PCM-30 có thời hạn 125s. Luồng bit nhi ̣ phân taị đầu ra bô ̣ghép kênh TDM đươc̣ đưa qua Bô ̣ma ̃hóa đường dây để chuyển đổi khuôn daṇg thích hợp với môi trường kênh truyền. Hình 4.13: Bộ ghép kênh TDM PCM-30 Tại phía thu luồng bit thu đươc̣ chuy ển vào Bô ̣gi ải mã đường dây để chuyển thành các luồng bit nhi ̣ phân . Một phần tín hiệu ở đầu ra bô ̣gi ải mã đường dây đươc̣ đưa vào khối tách xung đồng bộ để tách ra xung đồng bộ và đưa tới khối tạo xung thu để kích thích bộ chia xung và tạo ra các khe thời gian đồng bộ với phía phát. Phần tín P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 105 hiệu còn lại được đưa vào khối tách kênh TDM để tách luồng bit đầu vào thành 30 kênh thoại, kênh báo hiệu. Sau đó các từ mã 8 bit của 30 kênh thoại đưa tới bộ giải mã để chuyển thành các xung lượng tử, qua bộ chọn xung kênh và bộ lọc thông thấp tách ra tín hiệu thoại analog của từng kênh. Bộ chọn xung kênh là một chuyển mạch điện tử đóng mở theo tốc độ và pha của bộ lấy mẫu ở phía phát. Đầu vào bộ chọn xung kênh đấu song song với nhau và mỗi bộ chỉ cho xung kênh mình đi qua, tức là tách kênh theo thời gian được thực hiện tại đây. 4.2.2. Kỹ thuật ghép kênh PDH Kỹ thuật ghép kênh PDH là kỹ thuật ghép kênh không sử dụng đồng bộ tập trung, nghĩa là tất cả các phần tử trong mạng không bị khống chế bởi một đồng hồ chủ . Mỗi thiết bị ghép kênh trong mạng có một đồng hồ riêng . Chính vì vậy mà các luồng số tạo ra có sự chênh lệch về tốc độ bit , chẳng haṇ như cho các tốc đô ̣bit 2048 Kbit/s + 510-5; 2048 Kbit/s - 510-5. Muốn ghép các luồng số có tốc độ bit khác nhau này thành một luồng số có tốc độ cao hơn thì phải hiệu chỉnh sao cho tốc độ bit của chúng bằng tốc độ bit của đồng hồ bộ ghép kênh nhờ chèn bit . Sau khi chèn bit thì các luồng số đầu vào bộ ghép xem như đa ̃đồng b ộ về tốc độ bit , nhưng pha của chúng không đồng bộ với nhau . Kỹ thuật ghép kênh như vậy được gọi là kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ PDH (Hình 4.14). Hình 4.14: Kỹ thuật ghép kênh cận đồng bộ PDH Về tiêu chuẩn tốc độ bit PDH, hiện nay trên thế giới có 3 tiêu chuẩn. Đó là tiêu chuẩn Châu Âu, tiêu chuẩn Bắc Mỹ và tiêu chuẩn của Nhật Bản. Cụ thể được thể hiêṇ ở Hình 4.15. ITU-T công nhận 4 mức đầu tiên theo tiêu chuẩn Châu Âu và 3 mức đầu tiên theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ là các mức truyền dẫn PDH quốc tế. Chèn Bit Chèn Bit 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 J J- Các bit chèn Bộ tạo xung đồng hồ Thiết bi ̣ chuyển mạch Tín hiệu ra Bộ ghép kênh 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Các bit dữ liệu đầu vào Luồng số 2Mbit/s có tốc độ bit định mức Luồng số 2Mbit/s có tốc độ bit thấp hơn định mức P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 106 Hình 4.15: Qui điṇh các mức truyền dâñ PDH 4.2.3. Kỹ thuật ghép kênh SDH Ở kỹ thuật ghép kênh đồng bộ SDH , phía phát và phía thu được duy trì đồng bộ liên tục và tự động với các bộ phân phối của bộ ghép kênh và bộ phân kênh . Tốc độ luồng bit tổng ở đầu ra của bộ ghép kênh đúng bằng N lần tốc độ luồng bit của các luồng bit nhánh cộng với tốc độ của các thông tin phụ (ghép N luồng bit nhánh). Điều này có nghĩa là, nếu không kể tới các thông tin phụ thì tần số nhịp của bộ ghép/tách kênh đúng bằng N lần tần số nhịp của các luồng nhánh được ghép và quan hệ tốc độ này phải được duy trì một cách liên tục và tự động trong suốt quá trình ghép/tách kênh. Cụ thể, các bit hoặc các từ mã của các luồng nhánh được sắp xếp liên tiếp tạo nên luồng bit ghép (trừ các khe dành cho đồng bộ khung, thông tin báo hiệu và nghiệp vụ). Hơn nữa, vị trí của các bit /từ mã của mỗi luồng nhánh chiếm một vị trí xác định trong luồng bit ghép , đươc̣ biết trước ở phía thu . Do đó , kỹ thuật ghép kênh đồng bộ SDH có những ưu điểm nổi bâṭ hơn so với kỹ thuâṭ ghép kênh PDH là : o Hiệu quả sử dụng đường truyền cao; o Việc tách/ghép tại các trạm trung gian đươc̣ thực hiện môṭ cách thuâṇ tiêṇ và linh hoaṭ. Sơ đồ Hình 4.16 thể hiêṇ kỹ thuâṭ ghép kênh đồng bô ̣SDH . P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 107 Hình 4.16: Kỹ thuật ghép kênh SDH (Khuyến nghi ̣ G.709 của ITU-T) ITU-T đã qui định ba lớp phương tiện truyền dẫn chung cho SDH là : các luồng đồng bộ mức 1 (STM-1) và hai mức kế tiếp là STM -4 và STM-16. Trong SDH, VC-3 được sử dụng để truyền các luồng t ốc độ bit mức 3 là 34368 Kbit/s; VC-4 được sử dụng để ghép 3 VC-3 hoặc 63 VC-12. VC-4 được xác định là lớp truyền dẫn hỗ tr ợ cho các luồng ATM trong SONET và SDH . Ngoài ra, SDH hỗ tr ợ chuyển tải VC-11 trên các kết nối lớp VC-12 bằng giải pháp tương thích đặc biệt. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 108 Hình 4.17: Quá trình ghép 63 luồng VC-12 thành luồng STM-1 Có hai phương pháp hình thành luồng tín hi ệu STM-N. Phương pháp thứ nhất qua AU-4 (Châu Âu) và phương pháp thứ hai qua AU-3 (Bắc Mỹ, Nhật Bản). Luồng tín hiệu AU-4 được hình thành từ một luồng nhánh 139264 Kbit/s, hoặc 3 luồng nhánh 34368 Kbit/s, hoặc 63 luồng 2048 Kbit/s thuộc phân cấp số PDH của Châu Âu. AU-3 được hình thành từ một luồng nhánh 44736 Kbit/s, hoặc 7 luồng nhánh 6312 Kbit/s, hoặc 28 luồng 1544 Kbit/s. Cũng có thể sử dụng 63 luồng 1544 Kbit/s thay thế cho 63 luồng 2048 Kbit/s ghép thành tín hiệu STM-1 qua TU-12,..., AU-4. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 109 Như vâỵ, quá trình hình thành các luồng STM -N đươc̣ thưc̣ hiêṇ qua hai bư ớc độc lập. Bước thứ nhất hình thành luồng truy ền dẫn đồng bộ mức 1 (STM-1) từ các luồng nhánh PDH. Bước thứ hai hình thành các luồng truyền dẫn đồng bộ bậc cao mức N (STM-N), thực hiện bằng cách ghép xen byte các luồng truy ền dẫn đồng bộ mức 1 (STM-1) hoặc các luồng truyền dẫn đồng bộ mức thấp hơn STM-M (M<N). Ví dụ ghép 63 luồng VC-12 thành luồng STM-1 như sau (Hình 4.17): Mỗi khung C-12 có 34 byte, tiếp nhận từ luồng số cận đồng bộ 2048 Kbit/s trong 125s là 32 byte và độn thêm 2 byte. Sau đó VC-12 bổ sung thêm một byte VC- 4 POH để tạo thành khung VC-12 có 35 byte. Cứ 4 khung VC-12 tạo thành một đa khung VC-12. TU-12 bổ sung thêm vào đầu khung VC-12 thứ nhất, thứ hai, thứ ba một byte con trỏ TU-12 và byte dữ trữ vào đầu khung thứ tư để tạo thành đa khung TU-12. Như vậy mỗi khung TU-12 có 4 cột  9 dòng (36 byte). Nguyên tắc ghép xen byte N luồng tín hi ệu STM-1 thành luồng tín hiệu STM-N như sau: đầu tiên ghép byte th ứ nhất của luồng tín hiệu STM-1 thứ nhất, byte thứ nhất của STM-1 thứ hai, byte thứ nhất của STM-1 thứ ba, byte thứ nhất của STM-1 thứ tư. Sau đó ghép byte thứ hai cũng theo trình tự trên. Cứ ghép như vậy cho hết một chu trình 125s. Quá trình trên sẽ được l ặp lại trong mỗi chu trình . Như vậy, tốc độ luồng tín hiệu STM-N đầu ra lớn gấp N lần tốc độ luồng tín hiệu STM-1 đầu vào. Hình 4.18: Kỹ thuật ghép các luồng tín hiệu STM-1 và STM-4 tương ứng thành các luồng tín hiệu STM-4 và STM-16 Do đó, để hình thành được luồng tín hiệu STM-4 phải ghép xen byte 4 luồng tín hiệu STM-1 như hình 4.18a. Luồng tín hiệu STM-16 được hình thành bằng cách ghép xen byte 16 luồng tín hiệu STM-1 hoặc ghép xen nhóm 4 byte 4 luồng tín hiệu STM-4 như hình 4.18b. Luồng tín hi ệu STM-64 thường hình thành từ 4 luồng tín hi ệu STM- 16. Tuy nhiên cũng có thể sử dụng hỗn hợp nhiều loại luồng tín hi ệu đồng bộ mức thấp để tạo thành luồng tín hiệu đồng bộ mức cao hơn. MUX 1/4 dcbadcba ... aaaa ... bbbb ... cccc ... dddd ... STM- 4 STM-1#1 STM-1#2 STM-1#3 STM-1#4 (a) MUX 4/16 ddddccccbbbbaaaa ... aaaa ... bbbb ... cccc ... dddd ... STM- 16 STM-4#1 STM-4#2 STM-4#3 STM-4#4 (b) P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số 110 Bài tập ôn tập chương 4 1. Cho 4 tín hiệu thông tin: vm1(t), vm2(t), vm3(t) và vm4(t), với dải tần số 10 Hz  x  4 kHz, được truyền sử dụng hệ thống FDM. Tần số cơ bản fo đối với hệ thống FDM này là 900 MHz. Tính băng thông của hê ̣thống? 2. Kênh truyền dâñ tín hiêụ truyền hình chiếm băng thông 6 MHz. a. Tính số kênh thoại tương tự 30 KHz 2 chiều đươc̣ ghép kênh FDM vào môṭ kênh truyền hình? b. Tính số kênh thoại GSM 200 KHz 2 chiều đươc̣ ghép kênh FDM vào môṭ kênh truyền hình? 3. Xét dải tần số có độ rộng W Hz đươc̣ chia thành M kênh có đô ̣rôṇg băng tần như nhau. a. Tính tốc độ bit ở mỗi kênh? Giả thiết tất cả các kênh có cùng SNR. b. Tính tốc độ bit đối với mỗi người dùng trong M người dùng khi toàn bô ̣dải tần đươc̣ sử duṇg như môṭ kênh và khi TDM đươc̣ sử duṇg? c. Tương tư ̣như a và b cho trường hơp̣ sử duṇg FDM có dải phòng vê ̣chiếm 10% đô ̣rôṇg băng tần của kênh. 4. Xét hệ thống có dải băng tần khả duṇg 1 GHz, đươc̣ sử duṇg để truyền dẫn thông tin giữa môṭ thiết bi ̣ viêñ thông với môṭ số lươṇg lớn người dùng . So sánh 2 cách thức tiếp câṇ sau để tổ chức hê ̣thống: a. Hê ̣thống TDM. b. Hê ̣thống lai ghép TDM /FDM trong đó dải tần số đươc̣ chia thành nhiều kênh và TDM được sử dụng trong mỗi kênh. 5. Xét một thiết bi ̣ghép kênh có 2 đầu vào, mỗi đầu vào có tốc đô ̣danh điṇh 1 Mbit/s. Để điều chỉnh đô ̣lêc̣h từ tốc đô ̣danh điṇh , bô ̣ghép kênh phát tín hiêụ ở tốc đô ̣ 2,2 Mbit/s như sau. Mỗi nhóm 22 bit trong đầu ra của bô ̣ghép kênh chứa 18 vị trí luôn mang thông tin , 9 vị trí từ mỗi đầu vào .Còn lại 4 vị trí là 2 bit cờ và 2 bit dữ liêụ . Mỗi bit cờ chỉ thi ̣ bit dữ liêụ tương ứng mang thông tin người dùng hoăc̣ bit đôṇ. a. Giả sử 2 đầu vào hoaṭ đôṇg ở tốc đô ̣chính xác 1 Mbit/s. Tính số bit độn? b. Bô ̣ghép kênh cho phép các đầu vào sai lêc̣h so vớ i tốc đô ̣danh điṇh là bao nhiêu? 6. Chứng minh rằng cửa sổ 100nm trong bước sóng 1300nm tương ứng với đô ̣rôṇg băng tần 18 THz. Tính độ rộng băng tần cho cửa sổ 100nm ở bước sóng 1550nm? 7. Xét các hệ thống WDM 100, 200, và 400 bước sóng hoạt động ở vùng 1550 nm và mỗi hê ̣thống mang tín hiêụ STS-48. Tính số cuộc gọi thoại được truyền tải bởi các hê ̣thống trên? Tính số lượng tín hiệu truyền hình MPEG-2? P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 110 CHƯƠNG 5: MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN 5.1. Tổng quan về mã đường truyền Trong các hê ̣thống truyền thông số, thông tin đươc̣ giả thiết là đươc̣ taọ ra ở dạng dữ liệu nhị phân với các giá trị 0 hoăc̣ 1. Thông tin số nhi ̣ phân này đươc̣ truyền qua các hê ̣thống truyền thông số có thể có daṇg ban đầu là tín hiêụ tương tư ̣như : tín hiêụ âm thanh hoăc̣ ảnh tương tư ̣ , đươc̣ lấy mâũ , lươṇg tử hóa, và được biến đổi thành tín hiệu số PCM ; hoăc̣ cũng có thể là ở daṇg văn bản dữ liêụ số . Song dù ở daṇg thức nào đi nữa , mục đích của chương này là chỉ đề c ập đến vấn đề truyền dẫn thông tin ở dạng tín hiệu số nhị phân . Mã hóa đường dây là quá trình lựa chọn các dạng xung cụ thể để biểu diêñ các ký hiêụ “1” và “0” dưạ trên môṭ hoăc̣ nhiều tiêu chí dưới đây: 1. Có hay không có thành phần một chiều DC: đối với các tuyến truyền dâñ ghép AC: tụ điện, biến áp, se ̃chăṇ thành phần môṭ chiều DC gây méo tín hiệu thu. 2. Mâṭ đô ̣phổ công suất PSD – đăc̣ biêṭ giá tri ̣ của PSD taị tần số f=0 Hz. 3. Băng thông: càng nhỏ càng tốt. 4. Hiêụ suất BER (tỉ lệ lỗi bit): càng nhỏ càng tốt. 5. Tính trong suốt (tức là tính chất mà môṭ ký hiêụ , hoăc̣ bit, hoăc̣ mâũ bất kỳ có thể được phát và thu). 6. Dê ̃dàng khôi phuc̣ tín hiêụ đồng hồ để đồng bô ̣ký hiêụ. 7. Có hay không các tính chất phát hiện lỗi . Bô ̣ma ̃hóa đường dây thưc̣ hiêṇ ánh xa ̣chuỗi dữ liêụ thông tin nhi ̣ phân đầu vào ak (ak=0 hoăc̣ ak=1 với moị k =0, ±1, ±2,) thành tín hiệu vật lý ở đầu ra x (t) (Hình 5.1) đươc̣ biểu diêñ ở biểu thức (5.1): ( ) ( )k b k x t p t kT     (5.1) trong đó: p(t) là dạng xung và Tb là khoảng thời gian của 1 bit, có Tb =Ts/n (Ts: khoảng thời gian của 1 ký hiệu và n là số bit/ký hiệu). αk là biên độ xung. Hình 5.1: Bô ̣ma ̃hóa đường dây Khi đó , mỗi ma ̃đường dây se ̃đươc̣ mô tả bởi môṭ hàm ánh ký hiêụ a k (biểu diêñ các mức ) và một dạng xung p(t). Do đó viêc̣ phân chia các loa ̣ i ma ̃đường truyền (Hình 5.2) cụ thể như sau: Các hàm ánh xạ ký hiệu (ak): • Đơn cưc̣ • Phân cưc̣ P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 111 • Lưỡng cưc̣ (đảo dấu đan xen AMI, giả tam phân) Các dạng xung p(t): • Không trở về 0 (NRZ: Nonreturn-to-zero) • Trở về 0 (RZ: Return to Zero) • Manchester (chia pha) Hình 5.2: Phân loaị ma ̃đường truyền a. Mã đơn cực : sẽ truyền đi một xung đối với bit “ 1” và không có xung đối với bit “0” trong khoảng thời gian Tb. Công thức tổng quát biểu diêñ ma ̃đơn cưc̣ (kiểu NRZ) đươc̣ thể hiêṇ ở (5.2): ( ) bk k b t kT x t rect T            (5.2) αk là biên độ xung có giá trị bằng A hoặc 0 tương ứng với ak = 1 hoăc̣ ak = 0) Cụ thể biểu diễn mã đơn cực NRZ (đô ̣rôṇg xung = Tb) và RZ (đô ̣ rôṇg xung =Tb/2) cho chuỗi thông tin số nhi ̣ phân đầu vào đươc̣ thể hiêṇ ở Hình 5.3. Qua đó cho thấy kiểu xung RZ yêu cầu băng thông lớn hơn kiểu xung NRZ . Hơn nữa, dạng xung có thể thay đổi được để có thể sử dụng các xung âm tha y vì xung dương nếu mong muốn. Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃đơn cưc̣ NRZ và RZ đươc̣ xác điṇh lần lươṭ theo biểu thức (5.3), (5.4):             f T fP T A fP bb NRZunipolar  1 1 4 2 2 (5.3)                      k bbb RZunipolar T k f T fP T A fP  1 1 16 2 2 (5.4) Trong đó:     bb fTcTtpFTfP sin)()(  P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 112 (a) Mã đơn cưc̣ NRZ (b) Mã đơn cực RZ Hình 5.3: Mã đơn cực Hình 5.4: Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃đơn cưc̣ NRZ Hình 5.5: Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃đơn cưc̣ RZ Qua mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃đơn cưc̣ NRZ (Hình 5.4) và RZ (Hình 5.5) cho thấy ma ̃đơn cưc̣ RZ có nhươc̣ điểm là chiếm băng thông gấp 2 lần ma ̃đơn cưc̣ NRZ nhưng có ưu điểm là có thành phần đồng hồ nên dê ̃dàng cho viêc̣ khôi phuc̣ đồng hồ đồng bô.̣ Môṭ trong những ưu điểm chính của ma ̃đơn cưc̣ là tính đơn giản . Song nhươc̣ điểm là có thành phần môṭ chiều DC nên khi truyền qua các ghép nối AC thì thành phần này bi ̣ ngăn laị làm cho tín hiêụ thu bi ̣ méo . P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 113 b. Mã phân cực : có dạng biểu diễn như Hình 5.7. Trong đó , xung dương đươc̣ biểu diêñ cho các bit “ 1”, còn xung âm được sử dụng cho các bit “ 0”. Trong trường hơp̣ ma ̃phân cưc̣ RZ se ̃có đô ̣rôṇg xung nhỏ hơn Tb (Tb/2). Công thức tổng quát biểu diêñ ma ̃phân cưc̣ (kiểu NRZ) đươc̣ thể hiêṇ ở (5.2), với αk là biên độ xung có giá trị bằng A hoăc̣ -A tương ứng với ak=1 hoăc̣ ak=0. (a) Mã phân cực NRZ (b) Mã phân cực RZ Hình 5.7: Mã phân cực: (a) NRZ và (b) RZ Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃phân cưc̣ NRZ và RZ đươc̣ xác điṇh lần lươṭ theo biểu thức (5.5), (5.6): 22 2 2 Polar NRZ sin ( ) ( ) bb b b fTA P f P f A T T fT           (5.5) 22 2 2 Polar RZ sin1 ( ) ( ) 4 4 b b b b fTA P f P f A T T fT           (5.6) (a) Mã phân cực NRZ (A2=1) (b) Mã phân cực RZ (A2=1) Hình 5.8: Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃phân cưc̣ Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃ phân cưc̣ NRZ và RZ đươc̣ thể hiêṇ ở Hình 5.8. Phổ của ma ̃phân cưc̣ rất giống với phổ của ma ̃đơn cưc̣ , nên ma ̃phân cưc̣ cũng có những tính chất giống như ma ̃đơn cưc̣ : băng thông, méo, khôi phuc̣ đồng hồ. Ưu điểm của mã phân cực so với ma ̃đơn cưc̣ là với cùng tỷ lê ̣BER , yêu cầu công suất tín hiêụ thấp hơn và mức ngưỡng quyết điṇh bên thu của ma ̃phân cưc̣ là 0V. c. Mã lưỡng cực: biểu diêñ các biên đô ̣không đôc̣ lâp̣ mà ràng buôc̣ với nhau qua cưc̣ tính của xung được gán cho các bit “1”, đó là đan xen cưc̣ tính. Do đó, αk sẽ có các P T I Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 114 giá trị 0, A hoăc̣ –A với các xác suất xuất hiêṇ tương ứng là ½ , ¼ và ¼ . Ví dụ biểu diêñ ma ̃lưỡng cưc̣ thể hiêṇ ở Hình 5.9. Hình 5.9: Mã lưỡng cưc̣ Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃lưỡng cưc̣ NRZ và RZ đươc̣ thể hiêṇ ở (5.7), (5.8):     2 22 2 2 2 Bipolar NRZ sin ( ) ( ) sin sinbb b b b b fTA P f P f fT A T fT T fT             (5.7)  Bipolar 2 RZ 2 2sin( ) sin 4 b b b b A T fT P f fT fT           (5.8) Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃lưỡng cưc̣ RZ đươc̣ thể hiêṇ ở Hình 5.10. Ưu điểm của ma ̃lưỡng cưc̣ không chứa thành phần môṭ chiều DC , băng thông nhỏ hơn, có khả năng tự phát hiện lỗi qua nguyên tắc đan xen dấu bit “ 1”. Hình 5.10: Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃lưỡng cưc̣ RZ d. Mã Manchester : biểu diêñ bit “ 1” là môṭ xung dương có đô ̣rôṇg bằng Tb/2 đươc̣ theo sau bởi môṭ xung âm chiếm khoảng chu kỳ bit còn laị , và bit “ 0” cũng là chuỗi 2 xung như vâỵ nhưng ngươc̣ cưc̣ tính . Ví dụ minh họa được thể hiện ở Hình 5.11. Mã Manchester còn có tên gọi khác là mã chia pha (split-phase) hoăc̣ ma ̃hai pha (bi-phase). Mã có ít nhất một lần chuyển dịch mức trong mỗi khoảng chu kỳ Tb, dê ̃ dàng khôi phục đồng hồ đồng bộ ngay cả khi truyền liên tiếp các bit “0” hoăc̣ “ 1”. Ngoài ra, mã không có thành phần một chiều DC . Song laị có nhươc̣ điểm là yêu cầu băng thông gấp đôi so với tín hiêụ lưỡng cưc̣. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 115 Hình 5.11: Mã Machester Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃Manchester đươc̣ thể hiêṇ ở công thức (5.9) và Hình 5.12:  Manch. NR 2 Z 2 2sin / 2( ) sin / 2 / 2 b b b b fT P f A T fT fT           (5.9) Hình 5.12: Mâṭ đô ̣phổ công suất của ma ̃Manchester Sau khi ma ̃hóa đường dây , các xung có thể được lọc hoặc được định dạng để cải thiện các đặc tính của chúng , chẳng haṇ như hiêụ suất phổ , loại bỏ nhiễu liên ký hiêụ (ISI). 5.2. Các loại mã truyền đường truyền 5.2.1 Mã AMI Là loại mã lưỡng cực NRZ đổi dấu luân phiên, được sử dụng khá phổ biến. Mã AMI sử dụng 3 mức biên đô ̣xung được định nghĩa như sau: Bit “0” ----> không có xung (xung có biên đô ̣0V). Bit “1”------> xung có biên đô ̣±A đan xen nhau. Ví dụ biểu diêñ ma ̃AMI cho chuỗi bit nhi ̣ phân số “ 01001110” đươc̣ thể hiêṇ ở Hình 5.13. P T I T Bài giảng Truyền dẫn số Chương V: Mã đường truyền 116 Hình 5.13: Biểu diêñ ma ̃AMI cho chuỗi bit nhi ̣ phân số AMI có các đăc̣ điểm như sau:  Không có thành phần môṭ chiều DC . Tránh được hiện tượng tín hiệu “rớt” (drop) qua các tuyến ghép nối AC.  Khi chuỗi bit đầu vào chứa nhiều bit “ 0” liên tiếp thì chuỗi đầu ra cũng là một chuỗi không có xung liên tiếp , không có chuyển đổi cưc̣ tính , do đó khó tách tín hiêụ điṇh thời . Nhươc̣ điểm này có thể khắc phuc̣ đươc̣ bằng cách sử duṇg bô ̣ghép xen. (a) PSD của AMI NRZ (b) PSD của AMI RZ Hình 5.14: PSD của ma ̃AMI 5