Bài giảng Kỹ thuật truyền thông - Chương 1: Hệ thống truyền thông

 khái niệm và thuật ngữ
● Thiết bị vào (Input Device): Thiết bị vào thực hiện chức năng chuyển thông
 tin thành dữ liệu hay còn gọi là chức năng vật chất hóa thông tin. Đầu ra của
 thiết bị vào là dữ liệu. Thiết bị vào còn thực hiện chức năng phối hợp với
 máy phát để truyền dữ liệu cho máy phát truyền đi.
● Dữ liệu (Data): là dạng vật chất nguyên thủy chứa hay thể hiện thông tin. 
 Đây là dạng vật chất mà thông tin lần đầu tiên được gắn vào nó. Ví dụ tiếng
 nói, chữ viết, ảnh, dữ liệu đo lường. Mỗi loại dữ liệu là một phương tiện
 (Media) để truyền thông tin.
 -> Dữ liệu có thể phù hợp để truyền trong môi trường cũng có thể không phù hợp. Ví dụ tiếng
 nói không truyền qua các vách chắn được.
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Con người chỉ có thể tạo ra được 3 loại dữ liệu là âm thanh (Audio), ảnh (video) và
 dữ liệu số (Data). Vì vậy cũng chỉ có 3 loại phương tiện chính được dùng trong
 truyền thông. 
● Hệ thống đa phương tiện (Multimedia): là hệ thống cho phép truyền lớn hơn một
 phương tiện
● Vật chât hóa thông tin (Information Materilization): Thực hiện gắn thông tin vào một
 dạng vật chất dùng chứa thông tin (vật mang). Có hai giải pháp để vật chất hóa
 thông tin là mã hóa và điều chế thông tin.
● Vật mang (Carrier): Dạng vật chất có thể gắn được thông tin vào nó hay dùng để
 biểu diễn thông tin. Ví dụ áp suất không khí ngoài khoang miệng, mũi được hút vào
 đẩy ra từ phổi.
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Mã hóa thông tin/ mã hóa (Information encoding/ encoding): sử dụng một tập hữu
 hạn các dấu hiệu để biểu diễn thông tin. Ví dụ quá trình mã hóa thông tin là quá trình
 viết. Tập dấu hiệu các các chữ cái (mỗi chữ cái là một ảnh với các quy định cụ thể). 
 Thông tin sẽ được chuyển thành từng tổ hợp qui định của các chữ cái và trật tự qui 
 định của các tổ hợp này
● Điều chế thông tin/ điều chế (Information Modulating/ Modulating): Gắn thông tin 
 vào giá trị tham số của vật mang là một quá trình vật lý. Vật mang phải là một quá
 trình vật lý (đại lượng vật lý biên thiên theo thời gian với các tham số qui định luật
 biến thiên). Ví dụ quá trình noius là quá trình điều chế. Vật mang là áp suất luồng
 không khí được phổi hút vào đẩy ra và nó có dạng gần răng cưa. Khi nói do từng
 đoạn của họng thay đổi (các hộp cộng hưởng cơ thay đổit ần số cộng hưởng) làm
 phổ của luông không khí thay đổi theo từng âm được nói ra
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Máy phát (Transmitter): Thực hiện chức năng chuyển dữ liệu thành tín hiệu khi dữ
 liệu không phù hợp môi trường lan truyền. Chức năng này được gọi là chức năng mã
 hóa dữ liệu. Máy phát thực hiện phối hợp với nguồn dữ liệu để nhận dữ liệu và phối
 hợp với đường truyền để truyền tín hiệu ra. Máy phát là thiết bị truyền dữ liệu trong
 hệ thống truyền dữ liệu. 
● Các chức năng truyền dữ liệu sẽ được xét trong chương các kỹ thuật truyền dữ liệu.
● Tín hiệu (siagnal): Dạng vật chất chứa thông tin và phù hợp với môi trường lan 
 truyền
● Chức năng chuyển dữ liệu thành tín hiệu còn được gọi là chức năng mã hóa dữ liệu. 
 Chức năng mã hóa dữ liệu (Data Encoding): có hai giải pháp là mã hóa và điều chế
 – Mã hóa: sử dụng một tập hữu hạn các dấu hiệu để biểu diễn dữ liệu. Ví dụ mã nhị phân cho các chữ
 cái
 – Điều chếliệu: Gắnvàodữtham số của một quá trình vật lý. Víchuyểntdụ: Micro iếng nói thành
 dòng điệnđộcóthaybiênđổi theo áp suất âm thanh
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ - máy phát
● Máy phát có thể sử dụng nhiều loại mã để đảm bảo truyền thông tin 
 cậy và hiệu quả
 – Mã nguồn (source code): Là mã có số ký hiệu mã dùng biểu diễn thông tin là tối thiểu. 
 Mã nguồn cho phép tăng hiệu quả truyền vì phải truyền lượng ký hiệu mã tối thiểu để
 truyền một lượng tin cho trước
 – Mã chống nhiễu (channel code): Là mã kết hợp với máy thu, và có thể thủ tục điều khiển
 lỗi, để sửa các lỗi gặp phải khi truyền
 – Mã đường truyền (line code): Là mã cho phép chống lại một số điểm yếu của đường
 truyền
 – Mã mật (security code): Mã đảm bảo tính riêng tư của thông tin và chống truy cập trái
 phép vào thông tin (với môi trường dùng chung)
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Môi trường lan truyền (Transmission Medium), còn được gọi là đường truyền
 (Transmission Line).
● Môi trường lan truyền là một tồn tại vật lý (một con đường) cho phép tín hiệu lan
 truyền từ nơi gửi đến nơi nhận
● Mỗi môi trường cho phép lan truyền một tín hiệu thích hợp với nó. Ví dụ không gian
 cho phép truyền sóng âm, các trường điện/ từ/ điện từ, ánh sáng; cáp điện cho phép
 truyền dòng điện; cáp đồng trục cho phép truyền dòng điện hoặc trường điện từ; cáp
 quang cho phép truyền ánh sáng; hệ thống vận tải cho phép chuyển thư
● Môi trường lan truyền chính là kênh (Channels) lan truyền tín hiệu từ máy phát đến
 máy thu
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Trong hệ thống truyền thông tin, thông tin sẽ được chuyển đổi thành
 dữ liệu rồi tín hiệu để truyền qua môi trường và ở đầu ra môi trường
 tín hiệu lại được chuyển ngược thành dữ liệu rồi thành thông tin nên
 kênh truyền thông tin sẽ là nơi hình thành tín hiệu và truyền tín hiệu
 qua môi trường.
● Môi trường lan truyền làm suy giảm sức mạnh của tín hiệu, giới hạn
 băng tần của tín hiệu lan truyền được qua nó (gới hạn băng thông), 
 làm trễ tín hiệu, gây méo phi tuyến cho tín hiệu, và gây nhiễu lên tín
 hiệu. Các hệ thống truyền thông phải xử lý các ảnh hưởng này để đảm
 bảo truyền tin cậy và hiệu quả
● Lý thuyếttinthông chỉ quan tâm đến nhiễu.
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Máy thu (receiver): Là thiết bị thu nhận tín hiệu đến từ đầu ra của môi trường
 lan truyền và chuyển nó thành dữ liệu. Máy thu cũng thực hiện phối hợp với
 đường truyền để nhận tín hiệu và phối hợp với thiết bị ra để chuyển dữ liệu
 cho nó.
 – Để thu nhận tín hiệu, máy thu phải phát hiện được có tín hiệu đến nó hay không và phải
 phát hiện được tín hiệu nó nhận được là tín hiệu nào của máy phát. Chức năng này gọi là
 chức năng thu
 – Chức năng chuyển tín hiệu nhận được thành dữ liệu chính là chức năng giải mã dữ liệu ( 
 Data Decoding) là chức năng ngược với chức năng mã hóa dữ liệu
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Thiết bị ra (Output Device): Là thiết bị thực hiện chuyển đổi dữ liệu
 nhận được thành thông tin chuyển cho nơi nhận hay thực hiện chức
 năng giải vật chất hóa. Thiết bị ra cũng thực hiện phối hợp với máy
 thu để nhận dữ liệu
● Thiết bị ra có thể là một phần của con người, thiết bị riêng cho phép
 con người nhận dữ liệu hoặc các thiết bị tích hợp trí tuệ con người
● Nơi nhận tin (sink, Destinator): Thực hiện nhận thông tin và có thể
 phục hồi thông tin khi xác định được có lỗi
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Bản tin (message): Là chuỗi liên tiếp các thông tin được truyền trong một lần
 truyền.
● Để mô tả hiểu biết về một sự vật, hiện tượng cho người khác, luôn phải sử
 dụng chuỗi thông tin theo một cấu trúc xác định. Vì vậy khi truyền thông, con 
 người phải sử dụng chuỗi các thông tin -> bản tin.
● Phân loại thông tin: có nhiều quan điểm để phân loại thông tin như thông tin 
 về sự vật nào, hiện tượng nào.. Liên quan đến việc thu thập, lưu trữ và lan
 truyền thông tin thì chúng ta chỉ quan tâm phân loại thông tin thành rời rạc
 hay liên tục, và trong thực tế, chúng ta chỉ quan tân đến thông tin số hay 
 tương tự
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Thông tin liên tục (continuous information): Là thông tin mà dữ liệu biểu diễn
 nó là hàm liên tục của thời gian. Ví dụ tiếng nói. Như vậy dữ liệu chứa thông
 tin liên tục là dữ liệu liên tục và tín hiệu chứa dữ liệu (thông tin) liên tục là tín
 hiệu liên tục
 – Thông tin, dữ liệu, tín hiệu liên tục có biểu diễn toán học đầy đủ là hàm biểu diễn nó theo
 thời gian
 – Cũng có thể đặc trưng cho thông tin, dữ liệu, tín hiệu liên tục bằng các tham số như biên
 đô (Amplidude), tần số (Frequency), pha (Phase) hoặc cấu trúc phổ của hàm biểu diễn nó
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Thông tin rời rạc (discret Information): Là thông tin có dữ liệu biểu diễn nó là
 hàm rời rạc theo thời gian. Ví dụ chữ viết. Dữ liệu chứa thông tin rời rạc là
 dữ liệu rời rạc, tín hiệu chứa dữ liệu (thông tin) rời rạc là tín hiệu rời rạc
 – Thông tin, dữ liệu, tín hiệu rời rạc được biểu diễn bằng hàm toán học theo thời gian của nó
 – Thông tin, dữ liệu, tín hiệu cũng cos thể được đặc trưng bởi các tham số của hàm biểu
 diễn như biên độ (Amplitude), tần số hay chu kỳ lặp (Frequency), pha (Phase), hoạc cấu
 trúc phổ của nó
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Toán học có chia các hàm thành hai loại: liên tục theo thời gian
 (Continuous Time) và rời rạc theo thời gian (Discrete Time)
 – Hàm liên tục theo thời gian là hàm trơn tại mọi điểm trong thời gian tồn tại (đạo
 hàm trái và đạo hàm phải xet tại mỗi điểm phải bằng nhau)
 – Hàm rời rạc theo thời gian là hàm chỉ có các giá trị khác không xuất hiện ở từng
 thời điểm rời rác, tách biệt nhau
● Toán học cũng xác định hàm gián đoạn là hàm có những điểm không
 liên tục trong thời gian tồn tại, ví dụ thay đổi đột biến
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Một loại hàm gián đoạn được quan tâm là hàm xung (Pulse Function): 
 Hàm xuất hiện trong trong đoạn thời gian (xuất hiện ở dạng từng
 xung)
● Toán học cũng xác định hàm liên tục và rời rạc theo giá trị
 – Hàm liên tục theo giá trị là hàm có thể lấy bất kỳ giá trị nào trong miền giá trị
 của nó
 – Hàm rời rạc theo giá trị chỉ lấy một số giá trị rời rạc (gián đoạn, tách biệt nhau) 
 trong miền giá trị của nó
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Hàm tương tự (Analogue Function): Là hàm có thể liên tục hoặc gián
 đoạn theo thời gian và liên tục theo giá trị.
 – Hàm tương tự sẽ xuất hiện ở mọi thời điểm trong thời gian tồn tại và lấy mọi giá
 trị trong miền giá trị
● Hàm dạng số (hàm số: Digital Function): là hàm chỉ xuất hiện tại
 những thời điểm rời rạc cách đều nhau (thời điểm nguyên) và chỉ lấy
 các giá trị rời rạc cách đều nhau (giá trị nguyên, giá trị lượng tử)
 – Hàm dạng số có thể biểu diễn ở dạng một chuỗi số là chuỗi giá trị xuất hiện ở 
 các thời điểm liên tiếp nhau
 1.3. Một số khái niệm và thuật ngữ
● Theo thông tin, kênh truyền cũng được chia thành hai loại
 – Kênh liên tục (tương tự): Kênh nhận thông tin vào dạng liên tục (tương tự) và
 gửi thông tin ra ở dạng liên tục (tương tự)
 – Kênh rời rạc (số): Kênh nhận thông tin vào dạng rời rạc (số) và gửi thông tin ra
 ở dạng rời rạc (số)
● Hệ thông truyền thông là liên tục (tương tự) hay rời rạc (số) khi
 nguồn, kênh, nhận tin là liên tục (tương tự) hay rời rạc (số)
● Hệ thống là hỗn hợp khi các 3 thành phần khác nhau và lúc này cần
 chuyển đổi tương tự - số
 1.4. Chuyển đổi tương tự - số
1.4.1. Chuyển đổi từ tương tự sang số (Analog to Digital Conversion)
1.4.2. Chuyển đổi số sang tương tự (Digital to Analog Conversion)
 1.4.1. Chuyển đổi tương tự sang số
● Chuyển đổi tương tự sang số (ADC) còn gọi là số hóa hay rời rạc hóa
 nguồn liên tục. ADC bao gồm 3 quá trình:
 – Lấy mẫu hay rời rạc hóa
 – Lượng tử hóa
 – Mã hóa
 1.4.1.1. Lấy mẫu
● Lấy mấu là quá trình rút ra các mấu (giá trị) rời rạc tại các thời điểm cách đều nhau
 T từ tín hiệu liên tục. T được gọi là chu kỳ lấy mẫu
● Lấy mẫu tương đương là từ chuỗi mẫu rời rạc phải phục hồi chính xác lại tín hiệu
 liên tục ban đầu.
● Điều kiện để lấy mẫu tương đương là tín hiệu liên tục phải có phổ hữu hạn với tần số
 lớn nhất của phổ Fmax và phải lấy mẫu tuân theo định lý Nyquist: T <= 1/ 2Fmax.
 1.4.1.2. Lượng tử hóa
● Lượng tự hóa là làm tròn (hay xấp xỉ) giá trị của mỗi mẫu về các mức lượng tử đã
 chọn
● Khi lượng tử hóa (làm tròn) thì sẽ gặp sai số làm tròn, với sai số tuyệt đối lớn nhất là
 khoảng cách nhở nhất giữa hai mức lượng tử (gọi là bước lượng tử)
● Lượng tử hóa sẽ được gọi là tương đương (hay không gây sai số) khi bước lượng tử
 nhỏ hơn hoặc bằng giá trị trung bình của nhiễu tác động vào tín hiệu liên tục
 1.4.1.3. Mã hóa
● Mã hóa là chuyển các giá trị lượng tử (đã làm tròn) của các mã về các tổ hợp mã
 được chọn
● Chuỗi mã sau mã hóa sẽ là
 1.4.2. Chuyển đổi số - tương tự
● Chuyển đổi số - tương tự (Digital to Analog Conversion) là phục hồi lại tín hiệu
 tương tự từ chuỗi mã nhận được. DAC về mặt lý thuyết sẽ có 3 công việc cần thực
 hiện ngược với chuyển đổi tương tự - số: 
 – Phục hồi chuỗi giá trị lượng tử (mức lượng tử) từ chuỗi mã
 – Phục hồi chuỗi giá trị mẫu từ chuỗi mức lượng tử
 – Phục hồi tín hiệu liên tục (dạng bậc thang) từ chuỗi giá trị mẫu
 1.4.2. Chuyển đổi số - tương tự
● .
 1.5. Những vấn đề đặt ra cho hệ thống truyền thông
● Đặc tính của các môi trường truyền ảnh hưởng thế nào đến chất lượng truyền
 – Kết quả của các môn liên quan vật lý, truyền tín hiệu cho 5 ảnh hưởng của môi trường đến tín hiệu
 lan truyền trong nó và hệ thống truyền thông phải quan tâm xử lý
● Cơ sở nào để xác định một môi trường, có bản chất vật lý bất kỳ, phù hợp với
 nguồn
 ● Lý thuyết thông tin đã đưa ra khái niệm lương tin (độ lớn thông tin của tin) và từ đó tính lượng
 tin trung bình nguồn tạo ra trong một đơn vị thời gian (Entropy của nguồn) và lượng tin kênh
 có thể truyền trong 1 đơn vị thời gian (thông lượng của kênh) làm cơ sở xác định sự phù hợp
 nguồn – kênh
 ● Lý thuyết thông tin cũng cho phép tính quan hệ giữa tham số vật lý của nguồn với Entropy của
 nó và thông lượng của kênh với tham số vật lý của kênh
 1.5. Cont’
● Để đảm bảo hiệu quả truyền, số lượng dữ liệu chứa thông tin cần phải
 là tối thiểu. Đâu là số lượng dữ liệu tối thiểu để chứa 1 lượng tin cho
 trước
 – Lý thuyết thông tin đưa ra giới hạn về số ký hiệu trung bình tối thiểu để mã hóa
 một tin (ký hiệu) nguồn và các giải pháp mã hóa nguồn (nén dữ liệu/ nén nguồn)
● Khi truyền trên kênh có nhiễu (có gây sai), giải pháp xử lý là gì
 – Lý thuyết thông tin đề xuất mã chống nhiễu
 – Lý thuyết thu tối ưu đưa ra hiệu năng thu và từ đó phần mã hóa dữ liệu đề xuất
 các giải pháp đảm bảo hiệu năng thu
 – Thủ tục điều khiển lỗi đưa ra giải pháp sửa lỗi
 1.5. Cont’
● Khi sử dụng môi trường truyền chia sẻ hay dùng chung sẽ có những
 vấn đề gì nảy sinh và cách giải quyết
 – Phần dồn kênh / phân kênh sẽ nêu các giải pháp chia tách kênh để tạo các kênh
 con truyền từng luồng thông tin tách biệt giữa một cặp nguồn, đích
 – Các thủ tục can thiệp môi trường cho phép chỉ một cặp nguồn , đích được quyền
 chiếm môi trường để thiết lập cuộc truyền
 – Mã mật sẽ được dùng để bảo đảm tính riêng tư của thông tin
 1.5. Cont’
● Khi kênh có dải tần đủ nhỏ so với dải phổ dẫn đến có sự chồng lấn
 giữa các tín hiệu truyền kế tiếp nhau thì các giải pháp truyền qua kênh
 có băng tần hữu hạn sẽ được sử dụng
● Khi kênh có những khiếm khuyết như không cho truyền thành phần
 một chiều thì các giải pháp sử dụng các mã đường truyền (line code) 
 sẽ được áp dụng
● Để có thể thực hiện một cuộc truyền bình thường cần phối hợp tốt
 nguồn kênh và có các thủ tục điều khiển liên kết cũng như các giải
 pháp trong kỹ thuật truyền dữ liệu được xem xét