Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số - Chương 3: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền số liệu - Trịnh Huy Hoàng

ơ khíKết nốiĐiệnĐiện áp, định thời, mã hóa, Chức năngDữ liệu, điều khiển, định thời, đất, Thủ tụcChuỗi các sự kiệnChuẩn V.24/EIA–232–FITU-T v.24Chỉ đặc tả chức năng và thủ tụcTham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điệnEIA-232-F (USA)RS-232Đặc tính cơ khí: ISO 2110Đặc tính điện: v.28Chức năng: v.24Thủ tục: v.24Kết nối V.24/EIA–232 (DTE)V.24EIA-232NameDirection toFunctionData signals103BATransmitted dataDCETransmitted by DTE104BBReceived dataDTEReceived by DTEControl signals105CARequest to sendDCEDTE wishes to transmit106CBClear to sendDTEDCE is ready to receive, response to RTS107CCDCE readyDTEDCE is ready to operate108.2CDDTE readyDCEDTE is ready to operate125CERing indicatorDTEDCE is receiving a ringing signal on the channel line109CFReceived line signal detectorDTEDCE is receiving a signal within appropriate limits on the channel lineTiming signals113DATransmitter sig. elm. timingDCEClocking signal114DBTransmitter sig. elm. timingDTEClocking signal;115DDReceiver sig. elm. timingDTEClocking signal for circuit 104Ground102ABSignal ground/common returnCommon ground reference for all circuitsLocal/Remote loopback testingDTELocal DCERemote DCELocal loopback testingRemote loopback testingDTELocal DCENghi thứcVí dụ modem riêng bất đồng bộKhi 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 liệuKhi dữ liệu đến, modem gắn vào DTE sẽ bật tín hiệu “Line Signal Detector” và gởi dữ liệu cho DTEHoạt động quay số (1)Hoạt động quay số (2)Hoạt động quay số (3)Chuẩn giao tiếp EIA RS–232CDTR onDSR onDTR onDSR onRI onConnection setupRTS onCarrier OnDCD onCTS onTxDData tonesRxD onRTS offCTS offCarrier OffDCD offRTS onCTS onCarrier OnDCD onRxD onData tonesTxD onRTS offCTS offRTS offCTS offCarrier OffDCD offDCD offDTR offDSR offDTR offDSR offTimenumberDTRData Terminal ReadyDSRData Set ReadyDCDData Carrier DetectRIRing IndicatorRTSRequest To SendCTSClear To SendTxDTransmitted DataRxDReceived DataTrao đổi thông tin giữa DCE và DTETrao đổi thông tin giữa DTE và DCETruyền dữ liệu (DTEDCE)Bật DTR và RTSĐợi DSRĐợi CTSTruyền dữ liệuNhận dữ liệu (DCEDTE)Bật DTRĐợi DSRNhận dữ liệuTrao đổi thông tin giữa 2 DTEKhông cần DCENull modem cableCấu hình dây dẫn kết nối DTE  DTENén dữ liệuRun-length encoding (packed decimal)Dùng cho message gồm các chữ sốMã BCD thay vì ASCIICó thể dùng 4 bit thấp đối với các thông tin đầy đủSTX001100100011000100111001001110000011010100110110STXSTX001000011001100001010110STXControl#219856UncompressedPacked DecimalDifferential 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 magnitudeCharacter suppresionEncoding used if 3 or more of same character found Original AAAABBCCCCCDEEEEFF Encoded A4B2C5D1EEEE4F2 Nén dữ liệu‘+’STX’1’’‘‘+’‘2’‘’‘+’‘’ETXBCCEnd-of-value delimiters+3Flag+4+5+5+4+3FlagAll difference values binary-encodedin a single (signed) byteNén dữ liệuHuffman encoding (Statistical Methods)Đặc điểmĐây là mã thống kê (phương pháp nén mã tối ưu)Mã hóa dựa trên xác suất sử dụng của các ký tựNhững ký tự được dùng nhiều nhất sẽ có từ mã ngắn nhấtKhông có tính prefixGiải thuậtSắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dầnMột cặp bit 0-1 được gán cho 2 nguồn tin có xác suất nhỏ nhất2 nguồn tin này được kết hợp, tạo thành nguồn tin mới có xác suất bằng tổng xác suất của 2 nguồn tin thành phầnSắp xếp lại các nguồn tin theo thứ tự giảm dần của xác suấtQuá trình trên được lặp lại đến khi 2 nguồn tin cuối cùng được kết hợpTừ mã cho mỗi nguồn tin được viết theo thứ tự từ gốc đến ngọnChiều dài từ mã trung bình Lavg = li x pili : chiều dài nguồn tin Xipi : xác suất xuất nguồn tin XiHuffman codeNén dữ liệuShannon-Fano encoding (Statistical Methods)Đặc điểmMã tối ưuKhông có tính prefixGiải thuậtSắp xếp các nguồn tin theo thứ tự giảm dần về xác suấtChia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho phần trên, gán 1 cho phần dướiLặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tinGhi ra các từ mãShannon – FanoCác nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứngX1 (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 bitsPhân hợp kênh (Multiplexing)MultiplexingFrequency-DivisionMultiplexing (FDM)Time-DivisionMultiplexing (TDM)SynchronousAsynchronousFrequency – 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 cầuNhiều tín hiệu có thể được truyền đồng thời nếu mỗi tín hiệu được điều chế trên một tần số sóng mangCác 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 radioKênh truyền được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấp phát tĩnh)FDMFDMAnimationFDMFDMFDM của 3 kênh thoạiFDMAT&T’s analog hierachyWavelength Division MultiplexingNhiều chùm ánh sáng với tần số khác nhauTruyền trong cáp quangMột dạng của FDMMỗi màu ánh sáng (chiều dài sóng khác nhau) được truyền trên kênh dữ liệu riêng biệt1997 tại Bell Labs100 chùm ánh sánhMỗi chùm tốc độ 10 Gbps1 terabit per second (Tbps)Hệ thống thương mại hiện tại có 160 kênh, mỗi kênh 10 GbpsPhòng thí nghiệm (Alcatel) có thể có 256 kênh với tốc độ 39.8 Gbps mỗi kênh10.1 TbpsTrên 100kmHoạt động WDMCùng kiến trúc tổng quát như các FDM khácNguồn sáng tạo ra các chùm laser với tần số khác nhauNhiều chùm sáng kết hợp với nhau để lan truyền trên cùng một cáp quangBộ khuếch đại quang họcKhuếch đại tất cả chiều dài sóng khác nhauThông thường khoảng cách ~10kmPhân kênh tại đích đếnThông thường tầm chiều dài sóng 1550nm200MHz per channelHiện tại lên đến 50GHzDense Wavelength Division MultiplexingDWDMChưa có định nghĩa chính thức (chưa chuẩn hóa)Các kênh sít nhau hơn WDM200GHzTime – Division Multiplexing (TDM)Synchronous TDMPhương 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 cầuNhiều tín hiệu (cả analog và digital) có thể được truyền đồng thời trên cùng một đường truyền bằng cách đan xen các phần của mỗi tín hiệu theo thời gian (time slot)Time slot được gán trước và tĩnh (time slot được cấp phát ngay cả khi không có dữ liệu để truyền)Time slot có thể được gán không đồng đều giữa các nguồn dữ liệuTDMTDMTDMTDM AnimationTDM – Điều khiển liên kếtKhông cần header và tailerKhông cần các nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu (cho toàn bộ đường truyền phân/hợp)Điều khiển dòngTốc độ dữ liệu của đường truyền phân/hợp cố địnhNếu có một kênh không thể nhận dữ liệu, các kênh khác vẫn tiếp tụcNguồn phát tương ứng phải ngưng  bỏ kênh trống (empty slot)Điều khiển lỗiLỗi được phát hiện và xử lý bởi từng kênh riêng biệtTDM – Điều khiển liên kếtTDM – FramingKhông có cờ (flag) hoặc các ký tự SYNC để đóng khung các bó TDMPhải có cơ chế đồng bộCơ chế đóng khung sốMột bit điều khiển được thêm vào mỗi bó TDMCác bit điều khiển này tạo thành một kênh khác – “kênh điều khiển”Dùng mẫu bit định dạng trên kênh điều khiểnVí dụ mẫu 01010101, khác với kênh dữ liệuSo sánh mẫu bit đến trên từng kênh với mẫu bit mẫu bit đồng bộTDM – pulse stuffingVấn đề: đồng bộ các nguồn dữ liệu khác nhauTín hiệu clock trên các nguồn dữ liệu khác nhau bị “trôi” (drift)Tốc độ dữ liệu của các nguồn dữ liệu khác nhau không quan hệ theo một tỉ lệ đơn giảnGiải pháp – Pulse StuffingTốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung) cao hơn tổng các tốc độ đầu vàoChèn thêm các bit/xung không có ý nghĩa vào mỗi tín hiệu đầu vào cho đến khi nó bằng với clock cục bộCác bit/xung được thêm vào tại những vị trí cố định (biết trước) trong khung và nó sẽ bị loại bỏ khi đến bộ phân kênhTDM – nguồn tương tự và nguồn sốTDM – hệ thống truyền mangPhân cấp TDMUSA/Canada/Japan dùng một hệ thốngITU-T (châu Au) dùng một hệ thống khác (nhưng tương tự)Hệ thống Mỹ xây dựng dựa trên định dạng DS-124 kênh được phân hợpMỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit khung  193 bit/khungĐối với truyền thoại, mỗi kênh chứa một từ của dữ liệu được số hóa (PCM, 8000 mẫu/giây)Tốc độ dữ liệu 8000 x 193 = 1.544Mbps5 trong số 6 khung có các mẫu PCM 8 bitKhung thứ 6 chứa một từ PCM 7 bit và một bit tín hiệuCác bit tín hiệu tạo thành một dòng (stream) cho mỗi kênh để điều khiển và chứa thông tin tìm đườngĐịnh dạng tương tự cho dữ liệu số23 kênh dữ liệu (7 bit/khung và 1 bit chỉ thị cho dữ liệu hoặc điều khiển hệ thống)Kênh thứ 24 dùng để đồng bộDS-1 có thể dùng hỗn hợp dữ liệu số và tương tựDùng cả 24 kênhKhông có ký tự đồng bộTDM – T1 vs. E1TDM – T1Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbpsT1 = 24 kênh thoại = dịch vụ số mức 1 (DS1)TDMĐóng khung đơn giản: thêm 101010 (1 bit/khung)Bất kỳ chuỗi khác  tái đồng bộTDM – đường truyền E1E1Dùng ở châu Âu, tương tự như T1 (dùng ở Mỹ)Có 32 bytes trong một khung dài 125µs = 2048 Mbps30 kênh được dùng cho dữ liệu1 kênh dùng để đồng bộ1 kênh dùng để báo hiệu (điều khiển)TDM – phân cấpTDM – bất đồng bộTDM thống kê/thông minhTrong TDM đồng bộ, nhiều slot có thể bị bỏ trốngTDM bất đồng bộ cấp phát time slot động tùy theo nhu cầuBộ hợp kênh quét các đường nhập và tập hợp dữ liệu cho đến khi đầy khungTốc độ dữ liệu ra thấp hơn tốc độ các đường nhập gộp lạiCó thể gây vấn đề trong thời gian cao điểmĐệm các đường nhậpGiữ kích thước bộ đệm tối thiểu để giảm thời gian trễTDM – bất đồng bộmc – tốc độ dữ liệu tối đa của đường truyền trung kếmi – tốc độ dữ liệu tối đa của nguồn thứ ipi – xác xuất dữ liệu của nguồn thứ imc có thể nhỏ hơn tổng các mipimi < mcNguyên tắc 80%Bao nhiêu terminal tốc độ 9600bps có thể dùng chung đường truyền 56Kbps khi dùng kỹ thuật TDM hoặc STDM (pi là 75%)Kích thước bộ đệm và thời gian trễTDM bất đồng bộ - định dạng khungOverall frameSubframe with one source per frameSubframe with multiple source per frameAsymmetrical Digital Subscriber LineADSLxDSLHigh data rate DSLSingle line DSLVery high data rate DSLLiên kết giữa thuê bao và mạngĐường thuê baoHiện tại dùng cáp twisted pairCó thể có băng thông lớn hơn1 MHz hoặc lớn hơnBất đối xứngTốc độ dòng dữ liệu xuống (downstream) lớn hơn tốc độ dòng dữ liệu lên (upstream)FDM25kHz thấp nhất cho thoạiPlain old telephone service (POTS)Dùng kỹ thuật loại bỏ echo (echo cancellation) hoặc FDM để cho 2 băng tần Dùng FDM trong các băng tầnPhạm vi 5.5kmCấu hình kênh truyền ADSLDiscrete MultitoneDMTNhiều tín hiệu sóng mang ở các tần số khác nhauVài bit trên mỗi kênhKênh phụ 4kHzGởi t/h test và dùng kênh phụ với tỉ số SNR tốt hơn256 kênh phụ downstream mỗi kênh 4kHz (60kbps)15.36MHzImpairments bring this down to 1.5Mbps to 9MbpsDMT TransmitterĐọc thêmW. Stallings, Data and Computer Communications (7th edition), Prentice Hall 2004, chapters 3, 5, 6, 8Web pages from ITU-T on V. specificationCác website về ADSL và SONET