LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong các lĩnh vực truyền thông, mức độ kết nối thông tin toàn cầu đang gia tăng rất nhanh kéo theo đó là các loại hình dịch vụ dữ liệu cũng phát triển không ngừng. Dữ liệu tương tự truyền thống khó có thể đáp ứng được với yêu cầu ngày càng đa dạng về dịch vụ, tốc độ, chất lượng cũng như sự linh hoạt trong chuyển tiếp dữ liệu, nên dữ liệu đã dần được số hóa trong hầu hết các ứng dụng công nghệ thông tin hay điện tử viễn thông. Chính sự thay đổi này đã thúc đẩy cho các kỹ thuật truyền số liệu ra đời và từ đó đến nay đã được cải tiến không ngừng. Kỹ thuật tuyền số liệu là một mảng kiến thức cần thiết với sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin, Điện tử viễn thông và cũng là nền tảng để nghiên cứu chuyên sâu trong các chuyên ngành này.
Tập bài giảng Truyền số liệu được biên soạn cho đối tượng sinh viên Đại học khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định. Tập bài giảng được chia làm 6 chương:
Chương 1: Khái niệm chung Chương 2: Mã hóa và điều chế Chương 3: Dồn kênh, phân kênh
Chương 4: Truyền dẫn đồng bộ và bất đồng bộ Chương 5: Điều khiển liên kết dữ liệu
Chương 6: Chuyển mạch.
Nhóm biên soạn xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp khoa Công nghệ thông tin, cùng các đồng nghiệp trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã giúp chúng tôi hoàn thành tài liệu này.
Trong lần biên soạn đầu tiên, tập bài giảng không tránh khỏi những sai sót, rất mong người đọc đóng góp ý kiến để tập bài giảng được hoàn thiện hơn. Mọi sự đóng góp ý kiến xin gửi về Văn phòng Khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Có thể bạn quan tâm!
Xem toàn bộ 210 trang tài liệu này.
Nam Định, tháng 11 năm 2014
Nhóm biên soạn
Th.s Hoàng Thị Hồng Hà Th.s Nguyễn Thị Thu Hằng
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU I
MỤC LỤC II
MỤC MỤC HÌNH VẼ V
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1
1.1. Những khái niệm chung 1
1.1.1. Khái niệm 1
1.1.2. Mô hình truyền số liệu 2
1.2.Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc 5
1.2.1. Hình trạng hệ thống 5
1.2.2. Phương thức 6
1.2.3. Các phương pháp truyền 6
1.3.Mạng truyền số liệu. 6
1.4.Sự chuẩn hóa và mô hình tham chiếu 10
1.4.1. Chuẩn hóa các mô hình truyền số liệu 10
1.4.2. Mô hình tham chiếu OSI 11
1.5.Sự suy giảm và biến dạng của tín hiệu 14
1.5.1. Sự suy giảm 14
1.5.2. Sự giới hạn băng thông của kênh truyền 16
1.5.3. Sự biến dạng do trễ pha tín hiệu 19
1.5.4. Sự can nhiễu 20
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1 24
2.1. Các loại tín hiệu 31
2.1.1. Tín hiệu tương tự 31
2.1.2. Tín hiệu số 31
2.2. Kỹ thuật điều chế 32
2.2.1. Điều chế AM, PM, FM, điều chế đa mức 32
2.2.2. Điều chế xung 44
2.3. Mã hóa đường dây 50
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2 54
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH, PHÂN KÊNH 62
3.1. Môi trường truyền dẫn 62
3.1.1. Các đường truyền hai dây không xoắn 62
3.1.2. Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair) 62
3.1.3. Cáp đồng trục 63
3.1.4. Cáp sợi quang 65
3.1.5. Đường truyền vệ tinh 68
3.1.6. Đường truyền vi ba 70
3.1.7. Đường truyền vô tuyến tần số thấp 70
3.2. Kỹ thuật ghép kênh 72
3.2.1. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM 73
3.2.2. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDM 75
3.2.3. Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mã CDM 82
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 3 83
CHƯƠNG 4: TRUYỀN DẪN ĐỒNG BỘ VÀ BẤT ĐỒNG BỘ 90
4.1. Truyền dẫn bất đồng bộ 90
4.1.1. Khái quát 90
4.1.2. Nguyên tắc đồng bộ bit 94
4.1.3. Nguyên tắc đồng bộ ký tự 94
4.1.4. Nguyên tắc đồng bộ frame 95
4.2. Truyền dẫn đồng bộ 97
4.2.1. Khái quát 97
4.2.2. Nguyên tắc đồng bộ bit 98
4.2.3. Truyền đồng bộ thiên hướng ký tự 100
4.2.4. Truyền đồng bộ thiên hướng bit 104
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4 111
CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT DỮ LIỆU 114
5.1. Phát hiện lỗi và sửa sai 114
5.1.1. Phương pháp kiểm tra bit chẵn lẻ (parity bit) 116
5.1.2. Kiểm tra tổng BSC (Block Sum Check) 117
5.1.3. Kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) 119
5.1.4. Phát hiện và sửa sai theo Hamming 123
5.2. Nén dữ liệu 127
5.2.1. Nén nhờ đơn giản mã cho các chữ số 128
5.2.2. Nén theo mã hoá quan hệ 128
5.2.3. Nén bằng cách bỏ bớt các ký tự giống nhau 128
5.2.4. Nén theo mã hoá Huffman 128
5.3. Điều khiển luồng 133
5.3.1. Tổng quan 133
5.3.2. Các phương pháp điều khiển luồng 133
5.4. Kiểm soát lỗi 136
5.4.1. Idle RQ 137
5.4.2. Continuous RQ 143
5.5. Điều khiển liên kết dữ liệu mức độ cao HDLC 150
5.5.1. Các đặc điểm cơ bản 150
5.5.2. Cấu trúc khung 152
CHƯƠNG 6: CHUYỂN MẠCH 168
6.1. Mạng chuyển mạch 168
6.2. Mạng chuyển mạch kênh 169
6.2.1. Chuyển mạch không gian 173
6.2.2. Chuyển mạch phân chia thời gian 178
6.3. Mạng chuyển mạch gói 185
6.3.1. Nguyên lý chuyển mạch 185
6.3.2. Kích thước gói 190
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6 193
TÀI LIỆU THAM KHẢO IX
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin 2
Hình 1.2. Truyền tin qua mạng điện thoại công cộng PSTN 3
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống truyền tương tự có điều chế 3
Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống truyền tín hiệu số 4
Hình 1.5. Hình trạng hệ thống 5
Hình 1.6. Mô hình mạng chuyển mạch kênh 8
Hình 1.7. Mô hình mạng chuyển mạch thông báo 8
Hình 1.8. Mô hình mạng chuyển mạch gói 9
Hình 1.9. Cấu trúc mạng hình sao 9
Hình 1.10. Cấu trúc mạng hình tuyến 10
Hình 1.11. Cấu trúc mạng dạng vòng 10
Hình 1.12. Mô hình kiến trúc phân tầng OSI 12
Hình 1.13. Ảnh hưởng do giới hạn băng thông 177
Hình 1.14. Lược đồ mạch bộ triệt nhiễu 21
Hình 2.1. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số 31
Hình 2.2. Mô hình truyền dữ liệu 32
Hình 2.3. Các kỹ thuật mã hoá và điều chế 32
Hình 2.4. Các thành phân tần số sóng âm 33
Hình 2.5. ASK 35
Hình 2.6. FSK 38
Hình 2.7. PSK 41
Hình 2.8. Dạng sóng tín hiệu điều chế pha 4-PSK 42
Hình 2.9. Giản đồ trạng thái - pha 4-PSK 42
Hình 2.10. Giản đồ trạng thái - pha 8-PSK 42
Hình 2.11. Giản đồ trạng thái - pha và dạng sóng điều chế QAM 43
Hình 2.12. Quan hệ hình học của các QAM 44
Hình 2.13. Điều chế bề rộng xung 44
Hình 2.14. Điều chế độ rộng xung 45
Hình 2.15. Các nguyên lý số hoá 45
Hình 2.16. Tín hiệu mã hoá 46
Hình 2.17. Quá trình lượng tử hoá 47
Hình 2.18. Các nguyên lý companding 49
Hình 2.19. Mô hình mã hóa đường dây 50
Hình 2.20. Quy tắc mã của mã B8ZS 52
Hình 2.21. Các loại mã hoá 53
Hình 2.22. Mã HDB3 và B8ZS 53
Hình 3.1. Cáp xoắn 63
Hình 3.2. Cấu tạo của cáp đồng trục 64
Hình 3.3. Hiện tượng phản xạ, khúc xạ 65
Hình 3.4. Nguyên lý cáp sợi quang 67
Hình 3.5. Cáp sợi quang 68
Hình 3.6. Hàn cáp sợi quang 68
Hình 3.7. Truyền dẫn vệ tinh 69
Hình 3.8. Truyền dẫn vô tuyến theo khu vực 72
Hình 3.9. (a) Ghép kênh phân chia tần số; (b) Ghép kênh phân chia thời gian 73
Hình 3.10. Phương pháp ghép kênh FDM 73
Hình 3.11. Xử lý ghép kênh FDM theo thời gian 74
Hình 3.12. Xử lý ghép kênh FDM (biểu diễn theo tần số) 74
Hình 3.13. Xử lý phân kênh FDM (biểu diễn theo thời gian) 75
Hình 3.14. Xử lý phân kênh FDM (biểu diễn theo tần số) 75
Hình 3.15. Phương pháp ghép kênh TDM 75
Hình 3.16. Ghép kênh phân thời đồng bộ TDM 76
Hình 3.17. Đồng bộ TDM, quá trình dồn kênh 77
Hình 3.18. Đồng bộ TDM, quá trình phân kênh 77
Hình 3.19. Khung dạng bit 78
Hình 3.20. Tính toán tốc độ truyền dữ liệu trong khung 78
Hình 3.21. Không đồng bộ TDM 80
Hình 3.22. Ví dụ về khung đồng bộ TDM 81
Hình 3.23. Nguyên lý đa truy nhập phân chia theo mã 82
Hình 3.23. Sơ đồ bộ phát CDMA 83
Hình 3.24. Sơ đồ bộ thu CDMA 83
Hình 4.1. Truyền dẫn bất đồng bộ 91
Hình 4.2. Ảnh hưởng của lỗi định thời 91
Hình 4.3. Truyền bất đồng bộ 94
Hình 4.4. Đồng bộ khung 96
Hình 4.5. Cơ sở cho truyền đồng bộ 98
Hình 4.6. Mã hoá xung đồng hồ 98
Hình 4.7. Mạch mã hóa xung đồng hồ 99
Hình 4.8. Mã hóa dùng mạch DPLL 99
Hình 4.9. Phương pháp Hybrid 100
Hình 4.10. Truyền đồng bộ hướng ký tự 101
Hình 4.11. Phương pháp đồng bộ frame định hướng bit dùng cờ 105
Hình 4.12. Chỉ định chiều dài và ranh giới bắt đầu khung 106
Hình 4.13. Các vi phạm bit mã hoá 106
Hình 4.14. Các khung trong HDLC 107
Hình 4.15. Cấu trúc khung HDLC 107
Hình 4.16. Quá trình chèn thêm bit nhồi 108
Hình 4.17. Quá trình nhận dạng và loại bỏ bit nhồi 109
Hình 4.18. Mối quan hệ trường địa chỉ và các phần còn lại của khung 110
Hình 4.19. Trường thông tin 110
Hình 4.20. Trường kiểm tra lỗi FCS 110
Hình 5. 1. Các dạng lỗi 114
Hình 5. 2. Lỗi một bit 114
Hình 5.3. Lỗi nhiều bit (lỗi cụm) 114
Hình 5.4. Xử lý phát hiện lỗi 115
Hình 5.5. Mạch tạo bit kiểm tra chẵn (VRC) của một dữ liệu 7 bit: 1100001 116
Hình 5.6. Mạch kiểm tra chẵn (VRC) của một dữ liệu 8 bit (11000011) 116
Hình 5.7. Ví dụ kiểm tra BSC 118
Hình 5.8. Chức năng sửa sai
.................................................................................................................................. 1241
8
Hình 5.9. Cơ sở của mã sửa lỗi Hamming 124
Hình 5.10. Cấu trúc cây mã Huffman 129
Hình 5.11. Ví dụ mã hoá Huffman: 132
Hình 5.12. Hai phương pháp dùng trong điều khiển lưu lượng 133
Hình 5.13. Phương pháp dừng – và – chờ 134
Hình 5.14. Ghép nhiều khung thành một cửa sổ 134
Hình 5.15. Cửa sổ phát 134
Hình 5.16. Cửa sổ thu 135
Hình 5.17. Quá trình truyền nhận dữ liệu dùng cửa sổ trượt 135
Hình 5.18. Mô hình truyền khung 136
Hình 5.19. Truyền dữ liệu trong giao thức Stop and Wait ARQ khi lỗi khung 138
Hình 5.20. Truyền dữ liệu trong giao thức Stop - and - wait ARQ khi mất khung 139 Hình 5.21. Truyền dữ liệu trong giao thức Stop and Wait ARQ khi mất 139
Hình 5.22. Các phần tử trễ trong Stop and Wait ARQ 140
Hình 5.23. Hoạt động của Go - back - N khi lỗi khung dữ liệu 144
Hình 5.24. Hoạt động của Go back N khi mất khung dữ liệu 145
Hình 5.25. Hoạt động của Go back N khi mất ACK 146
Hình 5.26. Hoạt động của Selective - Repeat ARQ khi lỗi khung dữ liệu 148
Hình 5.27. Các cấu hình của các trạm sơ cấp, thứ cấp và kết hợp 151
Hình 5.28. Các khung trong HDLC 152
Hình 5.29. Cấu trúc I - frame, S - frame và U - frame. 153
Hình 5.30. Trường điều khiển trong chế độ mở rộng 154
Hình 5.31. Trường P/F (Poll/ Final) 154
Hình 5.32. S - frame 155
Hình 5.33. Các dạng S - frame RR và RNR 156
Hình 5.34. Cấu trúc U - frame 157
Hình 5.35. Poll/ Responese 160
Hình 5.36. Select/Response 161
Hình 5.37. Peer Devices 162
Hình 5.38. Lỗi khi truyền ngang hàng (Peer Communication with error) 163
Hình 6.1. Mô hình mạng chuyển mạch đơn giản 168
Hình 6.2. Ví dụ về việc kết nối thông qua mạng điện thoại công cộng. 170
Hình 6.3. Sơ đồ thiết lập đường truyền 171
Hình 6.4. Mạng chuyển mạch công cộng 172
Hình 6.6. Nguyên lý chuyển mạch không gian S 174
Hình 6.7. Sơ đồ chuyển mạch không gian 177
Hình 6.8. Điều khiển theo đầu ra 177
Hình 6.9. Điều khiển theo đầu vào 178
Hình 6.10. Phương pháp dùng bộ trễ 178
Hình 6.11. Chuyển mạch giữa hai khe thời gian A và B dùng bộ trễ 179
Hình 6.12. Phương pháp dùng bộ nhớ đệm 179
Hình 6.13. Điều khiển tuần tự và ngẫu nhiên 180
Hình 6.14. Ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên 181
Hình 6.15. Ghi ngẫu nhiên, đọc ra tuần tự 182
Hình 6.16. Ghi/ đọc song song 8 bit 183
Hình 6.17. Ghép 3 tuyến PCM S/P 183
Hình 6.18. Thâm nhập song song 184
Hình 6.19. Dữ liệu đọc ra trong truy cập song song 184
Hình 6.20. Sử dụng các gói tin 185
Hình 6.21. Chuyển mạch gói datagram 187
Hình 6.22. Chuyển mạch gói kênh ảo VC 189
Hình 6.23. Ảnh hưởng của kích thước gói tin tới thời gian truyền 191
Hình 6.24. So sánh hoạt động truyền dữ liệu giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 192