Giáo trình Truyền số liệu và mạng - Chương 1: Các phương tiện truyền dẫn và lớp vật lý

điều chế: 
Điều chế cân 
bằng
D(t)
A0 cosωt ASK
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-101
ASK 
(Amplitude Shift Keying)
„ Phương pháp Giải điều chế
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-102
ASK 
(Amplitude Shift Keying)
„ Phổ của ASK:
„ Băng thông :
ASK o o ov t A t A d t t( ) cos( ) . ( ).cos( )= ω + Φ + Δ ω + Φ
b
b
B f
T
≈ =2 2
fb: Tốc độ bit của luồng số
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-103
ASK 
(Amplitude Shift Keying)
„ Đặc điểm:
„ Phương pháp ASK có sơ đồ rất đơn giản, được sử dụng chủ
yếu trong kỹ thuật điện báo.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-104
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Biểu thức tín hiệu FSK:
„ Giả sử hai tần số sóng mang được chọn và tương ứng với 
chuỗi bit b(t) như sau:
„ khi b(t) = Luận lý 1 (hoặc d(t) = +1)
„ khi b(t) = Luận lý 0 (hoặc d(t) = –1)
BFSK S ov t P d t t( ) .cos ( ).= ω + Δω⎡ ⎤⎣ ⎦2
BFSK S H H S L Lv t P p t t P p t t( ) . ( ).cos . ( ).cos= ω + ω2 2
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-105
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Dạng sóng: 
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-106
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Phương pháp điều chế: 
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-107
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Phương pháp Giải điều chế
Giải điều chế FSK kiểu không kết hợp
(non-coherent) 
Giải điều chế FSK kiểu kết hợp
(coherent) 
Giải điều chế FSK dùng vòng khóa pha
(PLL) 
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-108
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Phổ của tín hiệu FSK
„ Băng thông: 
b
b
B f
T
≈ = 44
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-109
FSK 
(Frequency Shift Keying)
„ Đặc điểm:
„ Phương pháp FSK có sơ đồ phức tạp hơn ASK, được sử
dụng chủ yếu trong modem truyền số liệu ( kiểu CCITT 
V21, CCITT V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202) và
trong kỹ thuật radio số
„ Sai số ít hơn phương pháp ASK
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-110
BPSK 
(Binary Phase Shift Keying)
„ Biểu thức tín hiệu PSK:
„ A là biên độ; là tần số
„ là góc pha ban đầu của sóng mang
„ d(t) là luồng bit nhị phân cần truyền, với qui ước d(t) = + 1 
nếu bit nhị phân có mức luận lý 1 và d(t) = – 1 nếu bit có
mức luận lý 0
BPSK ov t A d t t( ) . ( ).cos( )= ω + Φ
Φ
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-111
PSK 
(Phase Shift Keying)
„ Dạng sóng:
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-112
PSK 
(Phase Shift Keying)
„ Phương pháp điều chế: 
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-113
PSK 
(Phase Shift Keying)
„ Phương pháp Giải điều chế
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-114
PSK 
(Phase Shift Keying)
„ Phổ của tín hiệu PSK
„ Băng thông: B = 2.fb
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-115
PSK 
(Phase Shift Keying)
„ Đặc điểm:
„ Sơ đồ điều chế PSK có độ phức tạp trung bình, được sử
dụng chủ yếu trong kỹ thuật radio số
„ Sai số ít hơn phương pháp FSK
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-116
M-PSK 
(M-Phase Shift Keying)
„ Biểu thức: 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −+=
M
itAtVo
)1(2sin)( 0
πω
Trong đó : 
i=1,2,M
M=2N, số trạng thái pha cho phép.
N= số bit dữ liệu cần thiết để xác định 1 trạng thái pha M
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-117
QPSK 
(QuadraturePhase Shift Keying)
Điều chế QPSK
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-118
QPSK 
(QuadraturePhase Shift Keying)
Giải điều chế QPSK
Bộ khơi phục sĩng mang
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-119
8PSK 
(8 Phase Shift Keying)
„ Sơ đồ điều chế 8-PSK có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ
yếu trong modem truyền số liệu ( kiểu CCITT V27, BELL 
208) và trong kỹ thuật radio số.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-120
8PSK 
(8 Phase Shift Keying)
„ Sơ đồ điều chế 8-PSK có độ phức tạp cao, được sử dụng chủ
yếu trong modem truyền số liệu ( kiểu CCITT V27, BELL 
208) và trong kỹ thuật radio số.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-121
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-122
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
bfB
N
= 2
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-123
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Nhiễu Gauss :
„ Hàm mật độ công suất của nhiễu Gauss :
„ m: giá trị trung bình (DC).
„ δ : Độ lệch chuẩn ( áp hiệu dụng)
„ δ2 : gọi là phương sai (công suất nhiễu)
δ δ
2δ 2δ
m0 x
p(x)
22
6060
πδ
.
22
1
πδ
22
1360
πδ
.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-124
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Xét tín hiệu truyền là dãi nền, và chỉ chịu tác động của nhiễu Gauss 
bằng cách cộng trực tiếp vào tín hiệu, có dạng như sau :
„ VT: ngưỡng xác quyết.
vD > vT : Xác quyết mức ‘1’
vD < vT : Xác quyết mức ‘0’
„ Nếu δ càng lớn thì xác suất
xác quyết nhầm càng cao.
A
0
VT = A /2
vD
A
0
VT VT
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-125
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Tín hiệu nhận được cộng luôn cả nhiễu nếu lớn hơn VT thì xác
quyết mức ‘1’, ngược lại nhỏ hơn VT thì xác quyết mức ‘0’. Do đó
ta có :
„ Xác xuất lỗi khi truyền bit 1 sai là:
„ Xác xuất lỗi khi truyền bit 0 sai là:
„ Giả sử xác suất xuất hiện bit 1 và 0 là pr(1) và pr(0)
„ Xác suất lỗi 1 bit :
„ pe = pr(1)p(0/1) + pr(0)p(1/0)
„ Nếu xác suất xuất hiện 0 và 1 là như nhau tức pr(0)= pr(1)=0.5, 
thì
„ pe = 0.5 p(0/1) + 0.5 p(1/0) = p(0/1) = p(1/0).
dxe
AxTv
2
2
2
)(
22
1 σ
πσ
−−
∞−
∫Pr (vD < vT) = p (0/1) =
dxe
x
vT
2
2
2
22
1 σ
πσ
−
∫∞+Pr (vD > vT) = p (1/0) =
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-126
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Để tính p(0/1) hay p(1/0) thì dựa vào hàm Q(k).
„ Tính chất hàm Q(k)
„ Hàm Q(k) thực chất là
hàm phân bố chuẩn
với m = 0,σ = 1.
„ Khi dùng hàm Q(k) để tính xác suất thì cần chuẩn hóa giá
trị ngưỡng. Trong trường hợp này vT = A/2 nên k=vT/σ
-> pe = p(0/1)=p(1/0) = Q(vT/ σ )=Q(A/2σ)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-127
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Ngoài ra, xác suất lỗi có thể tính dựa vào (S/N)v, hoặc 
(S/N)p
„ Pe = Q (A/2σ) = Q [(S/N)V]
„ Pe = Q (A/2σ) = Q [(S/N)P]
„ Xác suất sai k bit bất kỳ khi truyền khối n bit
„ Nếu truyền n bits mà toàn bộ bị sai (k=0).
pr(error) = 1-p0 = 1-(1-pe )n ≈ npe. (do pe<<1)
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-128
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Trường hợp tổng quát vT = mo
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-129
Nhiễu gauss và tỷ lệ lỗi bit
„ Đồ thị tính hàm Q(k)
1-130Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM
Chương 1_Bài tập :
Các Phương Tiện Truyền 
Dẫn Và Lớp Vật Lý
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-131
Bài 1
Cho kênh truyền có băng thông BW=10 MHz, suy hao 
L=30dB. Công suất tín hiệu tại ngõ vào kênh truyền là
Sin=0.25W. Giả sử công suất nhiễu đo được tại ngõ ra 
kênh truyền là Nout=0.25 uV.
ƒ Tính tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) tại ngõ ra kênh truyền 
theo dB.
ƒ Tính dung lượng kênh truyền.
ƒ Nếu kênh truyền trên đýợc sử dụng đề truyền tín hiệu 
video với tốc độ 24 hình/giây, kích thýớc mỗi khung hình 
là 480x320 và mỗi pixel đýợc mã hóa bằng 12 bit. Hỏi có
thể truyền đýợc nguồn video trên qua kênh truyền đã cho 
hay không.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-132
Bài 2
Một đường truyền có dải thông từ 0 đến 1,5MHz, dài 5km. 
Công suất tín hiệu lan truyền qua đường truyền bị suy giảm 
10dB/km (10 lần/km). Nhiễu tác động lên đường truyền là
nhiễu trắng và mật độ công suất nhiễu đo được tại đầu cuối 
đường truyền là 10mW/kHz khi không có tín hiệu vào. Dữ 
liệu cần truyền qua đường truyền có tốc độ 8,192Mbps.
ƒ Xác định công suất tối thiểu của tín hiệu đặt vào đầu 
vào đường truyền.
ƒ Xác định số ký hiệu của tín hiệu truyền trên đường 
truyền này.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-133
Bài 3
ƒ Vẽ dạng tín hiệu phát lên đường truyền cho các hệ thống sử
dụng các loại mã NRZ,RZ, Manchester , AMI, HDB3, 
B8ZS khi chuỗi bit phát là:
0100 0011 0000 0000 1010
Giả sử bộ phát ở trạng thái vừa được khởi đông.
ƒ Nhận xét các thông số: Băng thông, khả năng đồng bộ, 
thành phần DC của các bộ mã trên. Cho ví dụ về việc sử
dụng bộ mã trong các hệ thống truyền dẫn thực tế.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-134
Bài 4
Vẽ dạng tín hiệu điện trên đường truyền của luồng dưù liệu 
sau:
01101010011
ƒ Trong trýờng hợp truyền theo chuẩn TTL, RS232, RS422, 
RS485 (trên 2 dây +/- ).
ƒ Cho biết ýu khuyết điểm của từng dạng tín hiệu.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-135
Bài 5
ƒ Tìm băng thông của tín hiệu điều chế FSK với tấn số
FL=49Khz và FH=50Khz, tốc độ bit 2000 bps 
ƒ Cho biết ưu, khuyết điểm của từng dạng tín hiệu.
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-136
Bài 6
ƒ Trình bày đặc điểm và phạm vi ứng dụng của các môi trường 
truyền dẫn cáp xoắn CAT5/5e, CAT6 - cáp đồng trục RG58, 
RG59 – cáp quang – vi ba mặt đất – vệ tinh
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-137
Bài 7
ƒ Một biến ngẫu nhiên Gauss có trung bình 4V, độ lệch chuẩn 
là 1.2V. Tìm xác xuất tín hiệu trong tầm 1V-7V
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-138
Bài 8
ƒ Một nguồn nhiễu Gauss có trung bình 1v, độ lệch chuẩn 
0.2V. Tìm phần trăm thời gian để nguồn tin này tạo ra điện 
áp nhỏ hơn 0.5V
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-139
Bài 9
ƒ Cho đường truyền có mật độ phổ công suất nhiễu trắng là
6.10-6 V2/Hz, băng thông 100 – 5000 Hz.Tìm xác xuất mà
nhiễu có điệ áp bé hơn 200mV
Khoa Điện – Điện tử - ĐHBK TP.HCM 1-140
Bài 10
ƒ Một nguồn nhiễu Gauss có trung bình 0, giá trị hiệu dụng 
0.2V. 
ƒ Tìm xác xuất nhiễu vượt quá 1V
ƒ Ước lượng xác xuất điện áp nhiễu vượt quá 0.35V