Giao Trinh Truyen Du Lieu

[email protected]

Ebooks Team

LỜI NÓI ðẦU
  Giáo trình ñược biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông. Nội dung gồm chín chương, trọng tâm ñi vào phần cứng ñồng thời có giới thiệu một số giao thức của hệ thống truyền dữ liệu. - Chương 1 và 2 ôn tập một số kiến thức cơ bản có bổ sung một số khái niệm mới chuẩn bị cho các chương tiếp theo. - Chương 3 tập trung vấn ñề mã hóa, phân tích tính chất và khả năng các loại mã, thiết kế các loại mạch tạo mã. - Chương 4, 5 và 6 tìm hiểu các IC cùng giao thức truyền ñồng bộ, bất ñồng bộ ñồng thời khảo sát các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền dữ liệu. - Chương 7 bàn về biện pháp truyền dữ liệu nhờ ñường dây ñiện thoại, kỹ thuật dùng trong modem. - Chương 8 trình bày các phương pháp ña hợp. - Chương 9 ñề cập ñến kỹ thuật truyền tín hiệu số trên hệ thống thông tin. Tìm hiểu hoạt ñộng của các IC CODEC. Theo chủ quan của tác giả, sự sắp xếp các chương với thứ tự như trên là hợp lý. Như chúng ta ñã biết, vấn ñề truyền thông ñã và ñang phát triển rất nhanh với kỹ thuật ngày càng hoàn hảo nên những gì viết ra ngày hôm nay có thể không hoàn toàn thích hợp trong tương lai. Tuy nhiên phần kiến thức cơ bản hàm chứa trong giáo trình luôn luôn vẫn là nền tảng cho sự phát triển sau này.. Ðây cũng là mong muốn mà người viết hy vọng mang ñến cho các em sinh viên. Mặc dù giáo trình ñược viết cho ñối tượng là sinh viên chuyên ngành Ðiện tử - Viễn thông, nhưng với những ai có quan tâm tới phần cứng của các hệ thống truyền dữ liệu cũng có thể tìm thấy ở ñây ñôi ñiều bổ ích. Cuối cùng tác giả xin thành thật cám ơn Thạc sĩ Ðoàn Hòa Minh ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể giáo trình có thể hoàn thành. Người viết Nguyễn Trung Lập

MỤC LỤC CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ . 1.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG . 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ . 1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI . CHƯƠNG 2 MÃ HÓA VÀ ðIỀU CHẾ: 2.1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU . 2.2 MÃ HÓA . 2.3 ðIỀU CHẾ . CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÃ TRONG TRUYỀN DỮ LIỆU: 3.1 MÃ NHỊ PHÂN CỦA CÁC CHỮ SỐ . 3.2 CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI . 3.3 MÃ NÉN DỮ LIỆU . 3.4 MẬT MÃ . CHƯƠNG 4: TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ðỒNG BỘ: 4.1 HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU . 4.2 MẪU TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN BẤT ðỒNG BỘ . 4.3 VÀI IC THỰC HIỆN GIAO THỨC BẤT ðỒNG BỘ . CHƯƠNG 5: CÁC CHUẨN GIAO TIẾP: 5.1 GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ðIỆN VÒNG 20mA . 5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D . 5.3 CHUẨN GIAO TIẾP RS-449, 422A&423A . CHƯƠNG 6: TRUYỀN NỐI TIẾP ðỒNG BỘ 6.1 GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ðỒNG BỘ . 6.2 CÁC GIAO THỨC ðỒNG BỘ .

6.3 KHẢO SÁT VÀI IC LSI TRUYỀN ðỒNG BỘ . 6.4 KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN . CHƯƠNG 7: TRUYỀN TÍN HIỆU BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ: MODEMS 7.1 DẪN NHẬP. 7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN. 7.3 MỘT SỐ MODEM ðỒNG BỘ VÀ BẤT ðỒNG BỘ. 7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI . CHƯƠNG 8: CẤC PHƯƠNG PHÁP ðA HỢP 8.1 ðA HỢP TẦN SỐ . 8.2 ðA HỢP THỜI GIAN . CHƯƠNG 9 TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ BẰNG SÓNG MANG SỐ: 9.1 9.2 9.3 9.4

HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . ðIỀU MÃ XUNG . ðIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA . 2914 COMBO CHIP .

WWW.UPDATESOFTS.COM – 2006

CHƯƠNG 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Nội dung : 1.1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ . 1.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG . 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ . 1.4 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI . 1 . 1 VÀI DÒNG LỊCH SỬ: Thông tin dữ liệu là phương pháp truyền thông dùng mã nhị phân thay cho tín hiệu. Có thể coi lịch sử thông tin dữ liệu bắt ñầu vào năm 1837 với sự phát minh ñiện tín của Samuel F. B. Morse. Ðó là hệ thống truyền các xung ñiện biểu diễn cho các dấu chấm, vạch (tương ñương với các số nhị phân 1, 0) trên các ñường dây ñồng nhờ các máy cơ ñiện. Các tổ hợp khác nhau của các mã này thay cho các chữ, số, dấu.... ñược gọi là mã Morse. Bản ñiện tín ñầu tiên ñược phát hiện ở Anh do Charles Wheatstone và William Cooke thực hiện nhưng hệ thống của họ phải dùng 6 ñường dây. Năm 1840, Morse ñăng ký sáng kiến về ñiện tín ở Mỹ và ñến năm 1844 thì ñường dây ñiện tín ñầu tiên ñược thiết lập giữa Baltimore và Washington D.C.. Năm 1849, bản tin ñầu tiên ñược in nhưng với vận tốc rất chậm, cho ñến năm 1860 vận tốc in ñạt ñược là 15 bps. Công ty Ðiện tín Miền Tây (Western Union Telegraph Company) ñược thiết lập năm 1850 ở Rochester, New York cho phép thực hiện việc trao ñổi thông tin giữa các cá nhân. Năm 1874, Emile Baudot thiết kế ñược máy phát dùng phương pháp ña hợp, có thể truyền cùng lúc 6 bản tin trên cùng một ñường dây. Năm 1876, Alexander Graham Bell ñã ñưa ñiện tín lên một bước phát triển mới: sự ra ñời của ñiện thoại. Thay vì chuyển bản tin thành các chuỗi mã Morse, Bell ñã cho thấy rằng người ta có thể truyền thẳng tín hiệu ñiện ñặc trưng cho tiếng nói trên các ñường dây. Những hệ thống ñiện thoại ñầu tiên cần các cặp ñường dây khác nhau cho hai người muốn trao ñổi thông tin với nhau, một người phải nối ñiện thoại của mình vào ñúng ñường dây nối với ñiện thoại của người mà mình muốn liên lạc. Dần dần sự kết nối ñược thực hiện bởi các tổng ñài cơ khí rồi tổng ñài ñiện tử, số . . . . Người ta không còn biết hệ thống hoạt ñộng thế nào, chỉ cần quay (bây giờ thì bấm) số và ñược kết nối. Năm 1899, Marconi thành công trong việc phát tin bằng vô tuyến.

Có thể nói ñiện tín là phương tiện duy nhất ñược dùng ñể phát tin ñi xa cho ñến năm 1920, lúc ñài phát thanh thương mại ñầu tiên ra ñời. Năm 1945, ñánh dấu một sự kiện quan trọng ñó là việc phát minh ra chiếc máy tính ñiện tử ñầu tiên: chiếc ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Ðược thiết kế ñể tính ñạn ñạo phục vụ cho Thế chiến thứ II, ENIAC là thiết bị ñầu tiên có thể xử lý thông tin dưới dạng ñiện. Mặc dù ENIAC không giữ một vai trò trực tiếp trong việc thông tin dữ liệu nhưng nó cho thấy rằng các tính toán và quyết ñịnh chính xác có thể thực hiện ñược nhờ tín hiệu ñiện, một khả năng quan trọng trong hệ thống thông tin hiện nay. Sau ñó Ðại học Harvard liên kết với công ty IBM (International Business Machines Corporation) ñã cho ra ñời những chiếc máy tính ña dụng, ñiều khiển tự ñộng ñầu tiên. Ðến năm 1951 thì số lượng các chủng loại máy tính gia tăng rất nhiều (người ta ñánh giá sự gia tăng này có tốc ñộ tỉ lệ với hàm mũ) và nhu cầu trao ñổi thông tin trong mọi người cũng gia tăng với mức ñộ tương tự. Nhưng cho ñến năm 1968 công ty AT & T xem như ñộc quyền: chỉ các thiết bị do chính công ty sản xuất mới ñược nối vào hệ thống thông tin quốc gia. Vào thời ñiểm này, Hiệp hội thông tin liên bang (FCC : Federal Communication Commission) của Mỹ, thông qua Tòa án tối cao ñã ký quyết ñịnh Carterfone, cho phép các thiết bị của các nhà chế tạo khác ñược nối vào hệ thống, quyết ñịnh này ñã tác ñộng thật sự ñến sự ra ñời của một kỹ nghệ mới: kỹ nghệ thông tin dữ liệu. Theo thời gian sự phát triển của kỹî nghệ này ñã ñưa ñến những hệ thống thông tin dữ liệu số ñược thực hiện ở những khoảng cách ñáng kể. Và bây giờ,với sự phát triển vũ bảo của máy tính , công nghệ chế tạo IC ña chức năng, khả năng to lớn của cáp quang và hệ thống vệ tinh ñịa tĩnh, thông tin dữ liệu số ñã trở thành phổ biến và có một sức mạnh ñến kỳ lạ, nó có thể thỏa mãn nhiều yêu cầu về thông tin liên lạc của mọi người trên toàn cầu trong một khoảng thời gian rất ngắn. Chương này ñề cập ñến một số khái niệm chung và tìm hiểu một cách sơ lược các hệ thống truyền tương tự, hệ thống truyền số cùng một số tính chất cơ bản của chúng. 1 . 2 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG : 1.2.1. Tin tức, dữ liệu và tín hiệu. 1.2.2 Băng thông . 1.2.3 Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc . 1.2.4 Các phương pháp truyền . 1.2.5. Các phương pháp dồn kênh .

1.2.1 Tin tức, dữ liệu và tín hiệu (Information, Data & Signal): - Dữ liệu: bao gồm các sự kiện, khái niệm hay các chỉ thị ñược diễn tả dưới một hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý bởi con người hay máy móc. -Tin tức: Ý nghĩa mà con người qui cho dữ liệu theo các qui ước cụ thể. Tin tức có thể biểu thị bởi tiếng nói, hình ảnh, các văn bản, tập hợp các con số, các ký hiệu, thông qua nó con người hiểu nhau . . .. Trong hệ thống truyền thông, thường người ta không phân biệt dữ liệu và tin tức.

- Tín hiệu: Là tin tức, dữ liệu ñã ñược chuyển ñổi, xử lý (bởi các bộ phận mã hóa và /hoặc chuyển ñổi) cho phù hợp với môi trường truyền thông. Có hai loại tín hiệu: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. - Tín hiệu tương tự: có dạng sóng như (H.1.1a), ñó là các ñại lượng ñiện có bất cứ giá trị nào trong một khoảng thời gian xác ñịnh. Tín hiệu tương tự quen thuộc có dạng hình sin. Một tín hiệu tương tự có thể ñược số hóa ñể trở thành tín hiệu số. - Tín hiệu số: có dạng sóng như (H.1.1b), ñó là tín hiệu mà biên ñộ chỉ có một trong hai giá trị duy nhất, tương ứng với hai trạng thái logic ñặc trưng bởi hai số 0 và 1 trong hệ nhị phân. Hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân. Trong các hệ thống truyền số, ta còn gặp tín hiệu có dạng như (H.1.1c). Ðây chưa phải là tín hiệu số nhưng nó cũng chỉ có các giá trị nhất ñịnh mà người ta có thể số hóa bằng các số nhị phân nhiều bít hơn. Trong trường hợp của (H 1.1c) tín hiệu có thể có một trong bốn giá trị 0, 1, 2, 3; ñể có thể mã hóa tín hiệu này cần các số nhị phân hai bít, hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền nhị phân hai bít.

(a)

(b)

(c)

(H 1.1) Tín hiệu trên ñường truyền, gọi là sóng mang, có thể là loại tương tự hay số và ñược dùng ñể truyền dữ liệu tương tự hay dữ liệu số. Thí dụ: Tiếng nói là loại dữ liệu tương tự và ñược truyền trên hệ thống ñiện thoại bởi tín hiệu tương tự (H 1.2a); những dữ liệu có nguồn gốc là số, thí dụ như mã ASCII của các ký tự ñược biểu diễn dưới dạng những xung ñiện nhị phân ñược truyền bởi tín hiệu tương tự nhờ MODEM (Modulator/Demodulator) (H 1.2b). Tín hiệu tương tự sẽ qua mạch CODEC (Coder/Decoder) ñể ñược số hóa (H 1.2c) và dữ liệu số có thể ñược truyền thẳng qua hệ thống số (H 1.2d). Tín hiệu

Nguồn →

Tiếng nói ðIỆN THOẠI

truyền → Tín hiệu tương tự

(a) Tín hiệu số

MODEM

→ (b)

→ Tín hiệu tương tự

Tín hiệu tương tự

→ Tín hiệu số

CODEC

→ (c) Dữ liệu số H. T. SỐ →

→ Tín hiệu số

(d) (H 1.2) - Nhiễu: là các tín hiệu ngoài ý muốn, xuất hiện trong hệ thống hoặc trên ñường truyền. Dưới ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu tương tự bị biến dạng và tín hiệu số có thể bị lỗi. - Cường ñộ tín hiệu: Cường ñộ của tín hiệu thường ñược biểu diễn bởi công suất hoặc ñiện áp trên tổng trở tải của nó. Ta phải nói tín hiệu có công suất 133mW hoặc có biên ñộ 100mV trên tổng trở 75Ω . - Tỉ số cườnng ñộ hai tín hiệu: dùng mô tả ñộ lợi hoặc ñộ suy giảm của hệ thống, thường ñược biểu diễn bằng ñơn vị Decibel (dB) xác ñịnh theo thang logarithm: Tỉ số tín hiệu = 10log

dB

Sự tiện lợi của ñơn vị dB là người ta có thể xác ñịnh ñộ lợi (hay ñộ suy giảm) của một hệ thống gồm nhiều tầng nối chuỗi (cascade) bằng cách cộng các ñộ lợi của các tầng với nhau. Người ta thường biểu thị công suất tuyệt ñối của một tín hiệu bằng cách so sánh với một tín hiệu chuẩn có công suất 1W : Công suất tín hiệu = 10log

dB

Ngoài ra, người ta còn dùng ñơn vị dBm ñể xác ñịnh cường ñộ tín hiệu so với tín hiệu chuẩn có công suất 1mW : Công suất tín hiệu = Bm 10log Một tín hiệu có công suất 1W tương ñương với 0 dB và 30dBm. Thí dụ: Tín hiệu có biên ñộ 100mV ở 75Ω tương ñương với 0,133 mW, tính theo dBm là: 10log(0,133/1mW) = - 8,76 dBm. Dấu trừ cho biết mức tín hiệu là 8,76 dBm dưới 1mW. Lưu ý, trong chuyển ñổi ñơn vị phải ñể ý ñến tổng trở tải của tín hiệu. Biểu thức P = ( V2/R ) có thể ñược dùng ñể tính ñiện áp hiệu dụng hoặc tỉ số ñiện áp. Trong các hệ thống ñiện thoại tổng trở tải thường dùng là 600Ω. Thí dụ: Tín hiệu 100mV trên tải 75Ω tương ñương với 282mV, nếu tải là 600Ω. Thật vậy, ở 600Ω, ñiện áp của tín hiệu xác ñịnh bởi : V2 = P.R = 0,133.10-3.600 = 0,079 = 0,282 V = 282 mV

V = Nếu các tín hiệu có chung tổng trở tải thì : Tỉ số tín hiệu = 20log

dB

- Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) Ðể ñánh giá chất lượng của tín hiệu và cũng là chất lượng của hệ thống truyền tín hiệu ñó người ta dùng tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Ðây là tỉ số công suất tín hiệu có ích trên công suất tín hiệu nhiễu, thường tính bằng dB (hoặc dBm). Nếu tín hiệu 2 dBm có mức nhiễu là -20 dBm, thì tỉ số SNR là 22 dBm. Nói cách khác mức tín hiệu lớn hơn mức nhiễu 22 dBm. Thí dụ: Với tín hiệu số như (H.1.1b), SNR tối thiểu phải là bao nhiêu ñể có thể phân biệt ñược tín hiệu một cách rõ ràng (ảnh hưởng của nhiễu còn chấp nhận ñược)? Ðối với tín hiệu như (H.1.1b), giả sử biên ñộ ứng với mức 1 là 1 V và 0 V cho mức 0, một lỗi sẽ phát sinh nếu mức 0 ñược phát ñi mà nhiễu có giá trị dương lớn hơn 0,5 V và nếu mức 1 phát ñi mà nhiễu có biên ñộ âm và trị tuyệt ñối lớn hơn 0,5 V. Như vậy giá trị tối ña cho phép của nhiễu là 0,5 V so với trị tối ña của tín hiệu là 1 V và tỉ số SNR tối thiểu là: SNRMIN = Một hệ thống hay mạch tốt khi có khả năng nâng cao tỉ số tín hiệu nhiễu SNR theo yêu cầu. 1.2.2 Băng thông : - Băng thông của tín hiệu là dải tần số trong ñó chứa hầu hết công suất của tín hiệu. Khái niệm này cho ta xác ñịnh phổ tần hữu ích của tín hiệu nếu tín hiệu ñó chứa một phổ tần quá rộng. - Băng thông của kênh truyền là dải tần số của tín hiệu mà ñộ suy giảm khoảng vài dB (thường là 3 dB) so với giá trị cực ñại khi tín hiệu ñó truyền qua hệ thống. Ðộ suy giảm 3 dB tương ứng với ñiểm nửa công suất. Một kênh truyền tốt phải có băng thông lớn hơn băng thông của tín hiệu, ñiều này khiến cho tín hiệu ñược tái tạo không bị méo dạng và suy giảm ñáng kể trong quá trình truyền. 1.2.3 Hình trạng hệ thống và các phương thức liên lạc : Về hình trạng, hệ thống thông tin có thể có dạng : - Ðiểm - ñiểm (Point to point): Thí dụ liên lạc giữa máy tính và máy in - Nhiều ñiểm (Multipoint): Hệ thống nhiều ñiểm có thể có một trong các dạng: sao (star), vòng (ring) và multidrop * Mạng hình sao (H 1.3a): Thuận lợi trong liên lạc vì ñài thứ cấp truy xuất trực tiếp ñài sơ cấp nhưng giá thành cao vì phải sử dụng ñường dây riêng. * Mạng vòng (H 1.3b): Thông tin phải ñi theo vòng từ ñài sơ cấp ñến ñài thứ cấp. Nếu có một ñài hỏng, hệ thống ngưng làm việc.

* Mạng multidrop (H 1.3c): Các ñài thứ cấp nối chung một ñường dây vào trạm sơ cấp Về phương thức thức liên lạc, giữa các máy phát và thu trong một hệ thống thông tin có thể thực hiện theo 1 trong 4 phương thức: - Ðơn công (Simplex transmission, SX): thông tin chỉ truyền theo một chiều. Nếu lỗi xảy ra máy thu không có cách nào yêu cầu máy phát phát lại. Trong hệ thống này thường máy thu có trang bị thêm bộ ROP (Read Only Printer) ñể hiển thị thông tin nhận ñược. - Bán song công (Half duplex transmission, HDX): Tín hiệu truyền theo hai hướng nhưng không ñồng thời. Hệ thống thông tin dùng Walkie - Talkie là một thí dụ của phương thức liên lạc bán song công. Các máy truyền bán song công có một nút ấn ñể phát (push to send), khi ở chế ñộ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại. - Song công (full duplex transmission, FDX): Tín hiệu truyền theo hai chiều ñồng thời. Hệ thống này thường có 4 ñường dây, 2 dây cho mỗi chiều truyền. Phương thức này ñược dùng trong hệ thống ñiểm - ñiểm (point to point) - Song công toàn phần (Full/Full-duplex, F/FDX): Ðài sơ cấp có khả năng phát tín hiệu tới một ñài thứ cấp ñồng thời nhận thông tin từ một ñài thứ cấp khác. Phương thức này giới hạn trong hệ thống nhiều ñiểm (multipoint)

(H 1.3) 1.2.4 Các phương pháp truyền : Ðể truyền tín hiệu người ta có thể dùng một trong hai phương pháp: phương pháp truyền dải nền và phương pháp ñiều chế. - Phương pháp truyền dải nền : Tín hiệu ñược truyền có cùng dải tần với tín hiệu nguồn. Thí dụ trong ñiện thoại, tín hiệu âm thanh hữu ích có tần số trong khoảng 300-3000 Hz ñược truyền ñi mà không có sự biến ñổi nào về phổ tần của nó.

- Phương pháp ñiều chế : Ðây là phương pháp cho phép dời phổ tần của tín hiệu nguồn ñến một khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền và tránh ñược nhiễu do giao thoa (nghĩa là các phổ tần cách nhau một khoảng ñủ ñể không chồng lên nhau). 1.2.5 Các phương pháp dồn kênh : Ðể có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một ñường truyền mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải dồn kênh. Có hai phương pháp dồn kênh: phương pháp ña hợp phân tần số và phương pháp ña hợp phân thời gian . (H 1.4) mô tả hai phương pháp dồn kênh.

(H 1.4) - Dồn kênh theo phương pháp ña hợp phân thời gian (TDM: Time Division Multiplexing) (H 1.5) minh họa phương pháp TDM .

(H 1.5) Khóa chuyển mạch ñược sử dụng ñể nối tuần tự mỗi tín hiệu cần truyền ñến ñường truyền trong một khoảng thời gian nhất ñịnh. Dĩ nhiên các khóa chuyển mạch ở máy phát (dồn kênh) và máy thu (phân kênh) phải hoạt ñộng ñồng bộ ñể các máy thu thu ñúng tín hiệu của nó. - Dồn kênh theo phương pháp ña hợp phân tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing). (H 1.6) minh họa phương pháp FDM cho 3 kênh truyền (3 tín hiệu tương tự). Tần số sóng mang của mỗi bộ ñiều chế của mỗi kênh ñược chọn lựa sao cho mỗi tín hiệu ñã ñược ñiều chế chiếm một dải tần riêng trong cả phổ tần của ñường truyền và phải ñược cách ly

theo qui ñịnh. Ðể thực hiện ñược việc này người ta dùng các mạch cộng hưởng LC có tần số cộng hưởng khác nhau cho mỗi kênh truyền. Các hệ thống truyền thanh và truyền hình sử dụng phương pháp dồn kênh này.

(H 1.6) 1 . 3 HỆ THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ :

(H 1.7) mô tả một hệ thống truyền tương tự dùng phương pháp ñiều chế (nếu truyền dải nền thì không cần bộ ñiều chế và giải ñiều chế). Trong hệ thống này tín hiệu trên ñường truyền là tín hiệu tương tự. Bộ phận chuyển ñổi ở máy phát biến tin tức thành tín hiệu tương tự, sau khi ñược xử lý (như lọc, khuếch ñại, phối hợp trở kháng.....) sẽ qua bộ phận ñiều chế ñể dời phổ tần; cuối cùng bộ phận giao tiếp chuẩn bị tín hiệu phát tương thích với môi trường truyền hay kênh truyền. Các công việc ñược thực hiện theo chiều ngược lại ở máy thu.

(H 1.7) 1.4

HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ : 1.4.1 Sơ ñồ khối . 1.4.2 Vận tốc truyền tín hiệu . 1.4.3 Truyền nối tiếp và song song .

1.4.4 Truyến ñồng bộ và bất ñồng bộ . 1.4.1 Sơ ñồ khối : (H 1.8) mô tả một hệ thống truyền số. Tín hiệu trên ñường truyền của hệ thống là tín hiệu số, tức các ñiện áp tương ứng cho các mức 0 và 1 của các mã nhị phân biểu thị cho tin tức. Bộ phận chính của hệ thống là bộ phận biến ñổi A→D (Analog to Digital Converter, ADC) ở máy phát (biến tín hiệu tương tự thành tín hiệu số) và biến ñổi D→A (Digital to Analog Converter, DAC) ở máy thu (biến tín hiệu số thành tín hiệu tương tự). Việc truyền tín hiệu số ñược thực hiện bằng cách phát tuần tự các mã nhị phân này.

(H 1.8) 1.4.2 Vận tốc truyền tín hiệu (Baud rate) : Một trong những ñặc trưng quan trọng ñể ñánh giá chất lượng một hệ thống truyền số là vận tốc truyền tín hiệu, ñược tính bằng baud. Baud là vận tốc thay ñổi trạng thái sóng mang (số lần thay ñổi sóng mang trong một giây) còn gọi là vận tốc ñiều chế (baud rate). Trong thực tế người ta hay dùng ñơn vị bit/s (bps) là vận tốc truyền bit (bit rate), tức số bit mà hệ thống truyền trong một giây. Trong hệ thống truyền nhị phân (tín hiệu cần truyền có dạng (H 1.1b)), sóng mang chỉ ñược ñiều chế bởi một trong hai trạng thái của tín hiệu, vận tốc bit và vận tốc tín hiệu bằng nhau (số bit/s = số baud). Trong hệ thống truyền nhị phân hai bit (Thí dụ, dùng số nhị phân hai bit mã hóa tín hiệu có dạng (H 1.1c)), số lượng bit sẽ gấp ñôi số tín hiệu (vận tốc thay ñổi bit nhanh gấp ñôi vận tốc thay ñổi sóng mang), như vậy số bit/s gấp ñôi số baud. Thí dụ : Tính vận tốc truyền tín hiệu (H 1.1c), nếu thời gian tương ứng với một giá trị của tín hiệu là T = 0,0001s. Vận tốc truyền tín hiệu = số baud = 1/T = 1/0,0001 = 10.000 baud. Vận tốc truyền bit br = 2.baud = 20.000 bit/s 1.4.3 Truyền nối tiếp và song song : Tùy theo cách thức ñưa tín hiệu ra ñường truyền mà ta có hai cách truyền: song song và nối tiếp. (H.1.8) mô tả hai cách truyền. - Truyền nối tiếp: tín hiệu lần lượt ñược phát ñi từng bít trên cùng một ñường dây. Tốc ñộ truyền chậm nhưng ít tốn kém hơn so với cách truyền song song.

- Truyền song song: mã ký tự ñược gửi ñi dưới dạng song song, nghĩa là các bít ñược phát ñi ñồng thời trên các ñường truyền. Tốc ñộ truyền song song khá nhanh nhưng phải tốn nhiều ñường dây. Do ñó, cách truyền này ñược dùng trong thực tế khi phần phát và thu ở gần nhau.

(a)

(b) (H1.9) 1.4.4 Truyền ñồng bộ và bất ñồng bộ : Trong các hệ thống truyền số các tín hiệu có thể truyền theo chế ñộ ñồng bộ và bất ñồng bộ. Hai chế ñộ truyền này khác nhau chủ yếu ở việc thực hiện sự ñồng bộ và do ñó ñưa tới cách ñịnh dạng tín hiệu truyền khác nhau. - Truyền ñồng bộ: Trong chế ñộ ñồng bộ dữ liệu truyền ñược hình thành theo các dạng cố ñịnh. Thí dụ các ký tự ñược mã hoá bằng mã ASCII và bản tin ñược truyền thành từng khối (block), sự ñồng bộ ñược thực hiện ở những khoảng thời gian giữa các khối của bản tin. Do truyền một lần cả bản tin nên vận tốc truyền khá lớn, từ 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps cho ñến hằng Mbps. Một bất lợi của cách truyền ñồng bộ là máy phát phải gửi tín hiệu xung ñồng hồ ñể ñồng bộ máy thu. Nếu việc này không thực hiện ñược thì ở máy thu phải thiết kế một vòng khóa pha (PLL) ñể phục hồi xung ñồng bộ từ dòng dữ liệu. - Truyền bất ñồng bộ: Trong chế ñộ bất ñồng bộ dạng của dữ liệu truyền không cố ñịnh. (H 1.10) cho ta 3 dạng của tín hiệu thường gặp trong cách truyền bất ñồng bộ. (H 1.10a) là 3 bản tin a,b,c ñược truyền tuần tự. Các bản tin dài ngắn khác nhau và cách nhau không ñều.

(H 1.10b) là trường hợp thời gian T của các bản tin giống nhau nhưng khoảng cách các bản tin thì bất kỳ, không phải là bội số của T. Trong hai trường hợp này băng thông cần thiết tùy thuộc vào dữ liệu. (H 1.10c) là một dạng khác của tín hiệu thường gặp trong các bản tin phát bằng phương pháp quét (thí dụ trong các máy FAX). Trong trường hợp này băng thông của hệ thống tùy thuộc vào ñộ phân giải tín hiệu chứ không tùy thuộc vào dữ liệu. Trong tất cả các trường hợp ñể tạo sự ñồng bộ máy phát phải gửi kèm các xung ñồng bộ ở ñầu và cuối mỗi ký tự (trong (H 1.10a) ñó là các xung S hoặc T ).

(H 1.10) 1.5 HỆ THỐNG MỞ VÀ MÔ HÌNH OSI : Sự phát triển của lãnh vực thông tin liên lạc với kỹ thuật truyền số liệu ñã trở nên phổ biến trên toàn cầu. Việc thông tin ngày càng nhiều, yêu cầu về ñộ chính xác và ñộ tin cậy ngày càng cao. Ðể bảo ñảm ñiều này các hệ thống thông tin phải tuân thủ một số qui ñịnh về tất cả các khía cạnh như tốc ñộ truyền, phương pháp mã hóa, qui tắc gán ñịa chỉ, các biện pháp thực hiện khi có lỗi v. v . . . Tập hợp tất cả các qui ñịnh mà các hệ thống thông tin phải tuân theo gọi là các giao thức (protocols). Nhờ có giao thức, các hệ thống không tương thích nhau có thể liên lạc với nhau. Ðối với một hệ thống chỉ có hai phần tử thì giao thức rất ñơn giản. Vấn ñề trở nên phức tạp và khó khăn khi chủng loại các hệ thống và các phần tử của hệ thống tăng lên. Một tập hợp các giao thức cho phép hai hệ thống bất kỳ nào cũng có thể liên lạc với nhau bất chấp cấu trúc bên trong của nó, gọi là một HỆ THỐNG MỞ. Tổ chức ñịnh chuẩn quốc tế (International Standards Organization, ISO) ñã quan tâm tới vấn ñề kết nối các thiết bị khác nhau từ năm 1977 và ñến năm 1984 thì mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở ra ñời, gọi tắt là mô hình OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection). Mô hình OSI là mô hình phân tầng ñược xây dựng dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sau ñây: - Số tầng càng hạn chế càng tốt - Ranh giới giữa các tầng bảo ñảm việc tương tác và mô tả các dịch vụ là tối thiểu và có thể chuẩn hóa giao diện tương ứng.

-

Các chức năng khác nhau và các công nghệ sử dụng khác nhau phải ñược tách biệt trong các tầng khác nhau - Khi thay ñổi chức năng hoặc giao thức trong một tầng không ảnh hưởng ñến các tầng khác. - Mỗi tầng chỉ có ranh giới và giao diện với tầng ngay trên và dưới nó. - Có thể chia một tầng thành các tầng con khi cần thiết. Và các tầng con cũng có thể ñược hủy bỏ trong trường hợp không cần nữa. Kết quả ta ñược mô hình OSI gồm 7 tầng Tầng cao nhất liên quan ñến việc lý giải khái niệm và ngôn ngữ còn các tầng thấp hơn nói về các qui tắc truyền thông tin giữa các bộ phận (máy phát và máy thu). Trong mỗi tầng ngoài những qui ñịnh phải thực hiện ngay trong chính bản thân tầng ñó còn có những qui ñịnh dịch vụ ñưa lên tầng trên kế tiếp. Máy phát và thu cần phải thống nhất các qui tắc áp dụng trong tầng tương ứng, có nghĩa là chúng phải làm việc theo cùng một thể thức. Thông tin ñiều khiển của mỗi tầng ñược ghép vào bản tin ở máy phát và ñược tách ra ở máy thu ở tầng tương ứng, dĩ nhiên các thông tin này chỉ ñược máy thu hiểu khi chúng cùng sử dụng một giao thức. (H 1.11) cho ta thấy sự phân cấp này. Hệ thống A

Hệ thống B

Tầng 7 Application

Tầng 7 Ứng dụng Kiểu nối logic

↓ Tầng 6 Presentation ↓ Tầng 5 Session ↓ Tầng 4 Transport ↓ Tầng 3 Network ↓ Tầng 2 Data link ↓ Tầng 1 Physical ↓←

Tầng 6 Trình bày Tầng 5 Giao dịch Tầng 4 Vận chuyển Tầng 3 Mạng Tầng 2 Liên kết DL Tầng 1 Vật lý  

→

Kết nối vật lý (H 1.11) Tầng 1 : Tầng vật lý (physical layer) Qui ñịnh về các tính chất vật lý của hệ thống. Tầng vật lý liên quan ñến nhiệm vụ truyền dòng bit không cấu trúc qua ñường truyền vật lý, truy nhập ñường truyền vật lý nhờ các phương tiện cơ, ñiện, hàm (chức năng), thủ tục. Tầng 2 : Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) Cung cấp phương tiện ñể truyền thông tin qua liên kết vật lý bảo ñảm ñộ tin cậy. Tầng này qui ñịnh các chức năng của kênh số liệu trên một ñường truyền giữa hai ñiểm của hệ thống thí dụ những qui ñịnh về sự ñồng bộ hóa, ñặc tính của khung dữ liệu, ñánh số khung, kiểm tra lỗi, kiểm tra luồng dữ liệu trong quá trình liên lạc. Tầng 3: Tầng mạng (network layer) Qui ñịnh các chức năng mạng như chọn ñường, gán ñịa chỉ, chuyển tiếp thông tin, thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu, tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Giao thức trong tầng này ñiều khiển việc truyền thông qua các mạng trong hệ thống với công nghệ chuyển mạch thích hợp. Tầng 4 : Tầng vận chuyển (transport layer) Qui ñịnh các chức năng truyền dữ liệu giữa hai ñầu mút (end to end) như tốc ñộ truyền, xếp thứ tự các thông tin, tổ chức sự tái tạo bản tin (kiểm tra lỗi, phục hồi các từ bị mất trong quá trình liên lạc...). Giao thức trong tầng này cũng có thể thực hiện việc ghép kênh (multiplexer), tách/hợp dữ liệu khi cần thiết. Tầng 5 : Tầng giao dịch (session layer) Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông giữa các ứng dụng. Giao thức của tầng này qui ñịnh các thủ tục thiết lập cuộc ñối thoại giữa hai bên, có trách nhiệm thiết lập, duy trì, ñồng bộ hóa và kết thúc cuộc ñối thoại. Tầng 6 : Tầng trình bày (presentation layer) Tầng này xác ñịnh các qui tắc ngôn ngữ và có trách nhiệm ñảm bảo số liệu thu ñược có một cú pháp có thể dịch ñược trong quá trình ứng dụng. Nói cách khác tầng này mô tả các phương pháp trình bày dữ liệu như mã hóa, giải mã, nén dữ liệu....Thí dụ mã ASCII 8 bít dùng cho màn hình là một qui ñịnh thuộc tầng 6 này. Tầng 7: Tầng ứng dụng (application layer) Tầng này qui ñịnh các ứng dụng thực tế, ñưa ra các thủ tục cho việc xử lý số liệu của bản thân người sử dụng như cách thức xử lý từ, soạn văn bản....Tầng này cũng qui ñịnh những thủ tục cho người sử dụng có thể truy nhập ñược vào môi trường. Tầng ứng dụng là tầng duy nhất không phải phục vụ tầng trên. -

CHƯƠNG 2

MÃ HOÁ VÀ ðIỀU CHẾ . Nội dung: 2.1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU . 2.2 MÃ HÓA . 2.3 ðIỀU CHẾ . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Trong truyền thông, tin tức và dữ liệu là tất cả những gì cần trao ñổi, chúng có thể là tiếng nói, hình ảnh, tập hợp các con số, các ký hiệu, các ñại lượng ño lường . . . ñược ñưa vào máy phát ñể phát ñi hay nhận ñược ở máy thu. Tín hiệu chính là tin tức ñã ñược xử lý ñể có thể truyền ñi trên hệ thống thông tin. Việc xử lý bao gồm chuyển ñổi, mã hóa và ñiều chế. Chuyển ñổi là biến các tin tức dưới dạng không ñiện thành ra tín hiệu ñiện. Mã hóa là gán cho tín hiệu một giá trị nhị phân và ñặc trưng bởi các mức ñiện áp cụ thể ñể có thể truyền trên kênh truyền và phục hồi ở máy thu. Ðiều chế là dùng tín hiệu cần truyền ñể làm thay ñổi một thông số nào ñó của một tín hiệu khác, tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền ñến nơi thu nên ñược gọi là sóng mang (carrier wave). Mục ñích của sự ñiều chế là dời phổ tần của tín hiệu cần truyền ñến một vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất của ñường truyền và nhất là có thể truyền ñồng thời nhiều kênh cùng một lúc (ña hợp phân tần số). Chương này ñề cập ñến sự ñiều chế và mã hóa. Nhưng trước tiên, chúng ta cần nhắc lại một số tính chất của tín hiệu qua việc phân tích tín hiệu không sin thành tổng của các tín hiệu hình sin và lưu ý ñến mối quan hệ tần số-thời gian của tín hiệu. 2 . 1 PHỔ TẦN CỦA TÍN HIỆU : Trong một hệ thống thông tin tồn tại 3 dạng tín hiệu với phổ tần khác nhau: - Loại thứ nhất là các tín hiệu có tính tuần hoàn có dạng hình sin hoặc không. Một tín hiệu không sin là tổng hợp của nhiều tín hiệu hình sin có tần số khác nhau. Kết quả này có ñược bằng cách dùng chuỗi Fourier ñể phân tích tín hiệu. - Loại thứ hai là các tín hiệu không có tính tuần hoàn mà có tính nhất thời (thí dụ như các xung lực), loại tín hiệu này ñược khảo sát nhờ biến ñổi Fourier.

- Loại thứ ba là tín hiệu có tính ngẫu nhiên, không ñược diễn tả bởi một hàm toán học nào. Thí dụ nhu các loại nhiễu, ñược khảo sát nhờ phương tiện xác suất thống kê. Các loại tín hiệu, nói chung, có thể ñược xét ñến dưới một trong hai lãnh vực : - Lãnh vực thời gian: Trong lãnh vực này tín hiệu ñược diễn tả bởi một hàm theo thời gian, hàm này cho phép xác ñịnh biên ñộ của tín hiệu tại mỗi thời ñiểm. - Lãnh vực tần số : Trong lãnh vực này người ta quan tâm tới sự phân bố năng lượng của tín hiệu theo các thành phần tần số của chúng và ñược diễn tả bởi phổ tần. Trong giới hạn của môn học, chúng ta chỉ ñề cập ñến hai loại tín hiệu ñầu. 2.1.1 Phổ tần gián ñoạn 2.1.2 Phổ tần liên tục . 2.1.1 Phổ tần gián ñoạn : Tín hiệu có tính tuần hoàn ñơn giản nhất là tín hiệu hình sin v(t)=Vm sin(ωt+φ) = Vmsin(2πft+φ) Tín hiệu này có phổ tần là một vạch duy nhất có biên ñộ Vm tại tần số f (H 2.1)

(H2.1) Các dạng tín hiệu tuần hoàn khác có thể phân tích thành tổng các tín hiệu hình sin, như vậy phổ tần của chúng phức tạp hơn, gồm nhiều vạch ở các tần số khác nhau. Tín hiệu thường gặp có dạng hình chữ nhật mà bởi phép phân tích thành chuỗi Fourier ta thấy phổ tần bao gồm nhiều vạch ở các tần số cơ bản f và các họa tần 3f, 5f, 7f .... (H 2.2).

(a)

(H 2.2)

(b)

Tín hiệu (H 2.2.a) phân tích thành chuỗi Fourier: v = Với ω = 2π / T = 2πf T & f lần lượt là chu kỳ và tần số của tín hiệu chữ nhật.

Lưu ý , nếu dời tín hiệu (H 2.2.a) lên một khoảng V theo trục tung thì phổ tần có thêm thành phần một chiều (H 2.3)

(b) (a) (H 2.3)

v=V+

Xét trường hợp chuỗi xung chữ nhựt với ñộ rộng τ << T , ta có tín hiệu và phổ ở (H 2.4) v = với

x = τπ / T

(a)

( b) Phổ tần trong trường hợp τ = 0,1T (H 2.4)

Nhận thấy biên ñộ của họa tần thứ n xác ñịnh bởi: Vn= (H 2.4.b) là phổ tần của tín hiệu (H 2.4.a) cho trường hợp τ = 0,1 T. Trong trường hợp này tần số ñầu tiên của tín hiệu có biên ñộ ñạt trị 0 là 10f. Nếu xem băng thông BW của tín hiệu là khoảng tần số mà biên ñộ tín hiệu ñạt giá trị 0 ñầu tiên (vì năng lượng tín hiệu tập trung trong khoảng tần số này) ta có: BW xác ñịnh bởi: sin(nx) = 0

nx = π ⇒ nπτ / T = π ⇒ n / T =1/τ hay BW=nf = n / T =1/τ 2.1.2 Phổ tần liên tục : Ðối với chuỗi xung ở trên khi T càng lớn khoảng cách phổ vạch càng thu hẹp lại và khi T → ∞, chuỗi xung trở thành một xung duy nhất và phổ vạch trở thành một ñường cong liên tục có dạng bao hình của biên ñộ phổ trước ñây (H 2.5). Ðường cong xác ñịnh bởi: V(f) =   Vτ

(a)

(H 2.5)

(b)

2.2. MÃ HOÁ: Việc tạo mã ñể có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách ñơn giản là gán một giá trị ñiện thế cho một trạng thái logic và một trị khác cho mức logic còn lại. Tuy nhiên ñể sử dụng mã một cách có hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tính chất sau: - Phổ tần của tín hiệu: Nếu tín hiệu có chứa tần số cao thì băng thông của tín hiệu và của hệ thống phải rộng Nếu tín hiệu có thành phần DC có thể gây khó khăn trong ghép nối, thí dụ không thể ghép tín hiệu có thành phần DC qua biến thế và kết quả là không cách ly ñiện ñược. Trong thực tế, sự truyền thông xấu nhất ở các cạnh của băng thông. Vì các lý do trên, một tín hiệu tốt phải có phổ tần tập trung ở giữa một băng thông không quá rộng và không nên chứa thành phần DC. - Sự ñồng bộ Thường máy thu phải có khả năng nhận ra ñiểm bắt ñầu và kết thúc của một bít ñể thực hiện sự ñồng bộ với máy phát. Nên nhớ là trong chế ñộ truyền ñồng bộ, máy phát và thu không tạo ra xung ñồng hồ riêng rẻ mà máy thu phải phục hồi xung này từ chuỗi dữ liệu phát ñể sử dụng. Như vậy tín hiệu truyền phải tạo ñiều kiện cho máy thu phục hồi xung ñồng hồ ẩn trong chuỗi dữ liệu, cụ thể là phải có sự biến ñổi giữa các mức thường xuyên. - Khả năng dò sai Ðộ tin cậy trong một hệ thống thông tin là rất cần thiết do ñó máy thu phải có khả năng dò sai ñể sửa chữa mà việc này có thực hiện dễ dàng hay không cũng tùy vào dạng mã.

- Tính miễn nhiễu và giao thoa Các dạng mã khác nhau cho khả năng miễn nhiễu khác nhau. Thí dụ mã Bipolar-AMI là loại mã có khả năng phát hiện ñược nhiễu. - Mức ñộ phức tạp và giá thành của hệ thống Các ñặc tính này của hệ thống cũng tùy thuộc vào dạng mã rất nhiều. 2.2.1 Các dạng mã phổ biến. 2.2.2 Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa. 2.2.1 Các dạng mã phổ biến : Dưới ñây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và ñược sử dụng cho các mục ñích khác nhau tùy vào các yêu cầu cụ thể về các tính chất nói trên (H 2.6) - Nonreturn - to - zero - Level (NRZ - L) 0 = mức cao 1 = mức thấp Ðây là dạng mã ñơn giản nhất, hai trị ñiên thế cùng dấu (ñơn cực) biểu diễn hai trạng thái logic. Loại mã này thường ñược dùng trong việc ghi dữ liệu lên băng từ. - Nonreturn - to - zero inverted (NRZI) 0 = chuyển mức ñiện thế ở ñầu bít 1 = không chuyển mức ñiện thế ở ñầu bít

(H 2.6) NRZI là một thí dụ của mã vi phân: Sự mã hóa tùy vào sự thay ñổi trạng thái của các bít liên tiếp chứ không tùy thuộc vào bản thân bít ñó. Loại mã này có lợi ñiểm là khi giải mã máy thu dò sự thay ñổi trạng thái của tín hiệu thay vì so sánh tín hiệu với một trị ngưỡng ñể xác ñịnh trạng thái logic của tín hiệu ñó và kết quả cho ñộ tin cậy cao hơn. - Bipolar - AMI

0 = không tín hiệu (hiệu thế = 0) 1 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay ñổi với chuỗi bít 1 liên tiếp - Pseudoternary 0 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay ñổi với chuỗi bít 0 liên tiếp 1 = không tín hiệu (hiệu thế = 0) Hai loại mã có cùng tính chất là sử dụng nhiều mức ñiện thế ñể tạo mã (Multilevel Binary), cụ thể là 3 mức: âm, dương và không. Lợi ñiểm của loại mã này là: - Dễ tạo ñồng bộ ở máy thu do có sự thay ñổi trạng thái của tín hiệu ñiện mặc dù các trạng thái logic không ñổi (tuy nhiên ñiều này chỉ thực hiện ñối với một loại bit, còn loại bít thứ hai sẽ ñược khắc phục bởi kỹ thuật ngẫu nhiên hóa) - Có ñiều kiện tốt ñể dò sai do sự thay ñổi mức ñiện thế của các bít liên tiếp giống nhau nên khi có nhiễu xâm nhập sẽ tạo ra một sự vi phạm mà máy thu có thể phát hiện dễ dàng. Một khuyết ñiểm của loại mã này là hiệu suất truyền tin kém do phải sử dụng 3 mức ñiện thế . - Manchester 0 = Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bít 1 = Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bít - Differential Manchester Luôn có chuyển mức ở giữa bít 0 = chuyển mức ở ñầu bít 1 = không chuyển mức ở ñầu bít Hai mã Manchester và Differential Manchester có cùng tính chất : mỗi bít ñược ñặc trưng bởi hai pha ñiện thế (Biphase) nên luôn có sự thay ñổi mức ñiện thế ở từng bít do ñó tạo ñiều kiện cho máy thu phục hồi xung ñồng hồ ñể tạo ñồng bộ. Do có khả năng tự thực hiện ñồng bộ nên loại mã này có tên Self Clocking Codes. Do mỗi bít ñược mã bởi 2 pha ñiện thế nên vận tốc ñiều chế (Modulation rate) của loại mã này tăng gấp ñôi so với các loại mã khác, cụ thể , giả sử thời gian của 1 bít là T thì vận tốc ñiều chế tối ña (ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liên tiếp) là 2/T. 2.2.2 Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa (Scrambling techniques) : Ðể khắc phục khuyết ñiểm của loại mã AMI là cho một mức ñiện thế không ñổi khi có một chuỗi nhiều bít 0 liên tiếp, người ta dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa. Nguyên tắc của kỹ thuật này là tạo ra một sự thay ñổi ñiện thế giã bằng cách thay thế một chuỗi bít 0 bởi một chuỗi tín hiệu có mức ñiện thế thay ñổi, dĩ nhiên sự thay thế này sẽ ñưa ñến các vi phạm luật biến ñổi của bít 1, nhưng chính nhờ các bít vi phạm này mà máy thu nhận ra ñể có biện pháp giải mã thích hợp. Dưới ñây giới thiệu hai dạng mã ñã ñược ngẫu nhiên hóa và ñược dùng rất nhiều trong các hệ thông tin với khoảng cách rất xa và vận tốc bit khá lớn: - B8ZS : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 8 bít liên tục ñược thay bởi một chuỗi với 2 mã vi phạm luật ñảo bít 1 - Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung dương, các bit 0 này ñược thay thế bởi 000 + - 0 - + - Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung âm, các bit 0 này ñược thay thế bởi 000 - + 0 + -

- HDB3 : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 4 bít liên tục ñược thay bởi một chuỗi với 1 mã vi phạm luật ñảo bít 1 Sự thay thế chuỗi 4 bít của mã HDB3 còn theo qui tắc sau: Cực tính của xung trước Số bít 1 từ lần thay thế cuối ñó cùng Lẻ chẵn 000+00+ + 000+ -00Ngoài ra hệ thống Telco còn có hai loại mã là B6ZS và B3ZS dựa theo qui luật sau: - B6ZS: Thay chuỗi 6 bit 0 bởi 0 - + 0 + - hay 0 + - 0 - + sao cho sự vi phạm xảy ra ở bit thứ 2 và thứ 5 - B3ZS: Thay chuỗi 3 bit 0 bởi một trong các chuỗi: 00 +, 00 -, - 0 - hay + 0 +, tùy theo cực tính và số bit 1 trước ñó (tưong tự như HDB3). Lưu ý là kỹ thuật ngẫu nhiên hóa không làm gia tăng lượng tín hiệu vì chuỗi thay thế có cùng số bit với chuỗi ñược thay thế. (H 2.7) là một thí dụ của mã B8ZS và HBD3.

B = Valid bipolar signal; V = Bipolar violation (H 2.7) 2.3 ÐIỀU CHẾ : Biến ñiệu hay ñiều chế là quá trình chuyển ñổi phổ tần của tín hiệu cần truyền ñến một vùng phổ tần khác bằng cách dùng một sóng mang ñể chuyên chở tín hiệu cần truyền ñi; mục ñích của việc làm này là chọn một phổ tần thích hợp cho việc truyền thông tin, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau của cùng một ñường truyền. Một cách tổng quát, phương pháp ñiều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm thay ñổi một thông số nào ñó của sóng mang (biên ñộ, tần số, pha....). Tùy theo thông số ñược lựa

chọn mà ta có các phương pháp ñiều chế khác nhau: ñiều chế biên ñộ (AM), ñiều chế tần số (FM), ñiều chế pha ΦM, ñiều chế xung PM . . . ..

2.3.1 ðiều chế biên ñộ 2.3.2 ðiều chế góc . 2.3.3 ðiều chế xung . 2.3.1 Ðiều chế biên ñộ ( Amplitude Modulation, AM ) : Xét tín hiệu cao tần e(t)=Ac cos(ωct +θ) (1) Tín hiệu AM có ñược bằng cách dùng tín hiệu g(t) làm biến ñổi biên ñộ của e(t). Biểu thức của tín hiệu AM là: eAM(t) = [Ac +g(t)] cosωct (2) Ðể ñơn giản, ta bỏ qua θ là lượng không ñổi trong AM. Những tính chất cơ bản của AM dễ dàng ñược xác ñịnh nếu ta biết tín hiệu g(t). Xét g(t) là tín hiệu hạ tần: g(t)= Em cosωmt (3) Như vậy: eAM(t)=(Ac + Em cosωmt )cosωct = Ac [1+ (Em /Ac )cosωmt ]cosωct =Ac [1+ma cosωmt] cosωct (4) Trong ñó ma = Em/Ac gọi là chỉ số biến ñiệu (H 2.8) vẽ dạng sóng và phổ tần của tín hiệu AM.

(a)

(H 2.8)

(b)

Ðể thấy ñược phổ tần ta triển khai hệ thức (4) eAM(t) = Accosωct + (maAc/2)cos(ωc+ωm)t + (maAc /2)cos(ωc-ωm)t (5) Từ (H 2.8b) ta thấy băng thông của tín hiệu ñã ñiều chế bằng hai lần tần số của tín hiệu hạ tần và ñược chia ra làm hai băng cạnh. Ðiều chế biên ñộ là một quá trình tuyến tính nên mỗi tần số của tín hiệu hạ tần tạo ra một băng thông và trong trường hợp tín hiệu hạ tần gồm nhiều tần số khác nhau thì băng thông của tín hiệu biến ñiệu là: BW = 2fm(max) fm (max) là tần số hạ tần cao nhất.

Dữ liệu số có thể ñược truyền bằng phương pháp ñiều chế AM, trong trường hợp này gọi là kỹ thuật dời biên (ASK, Amplitude- Shift Keying). Bit 1 ñược truyền ñi bởi sóng mang có biên ñộ E1 và bít 0 bởi sóng mang biên ñộ E2. (H 2.9) minh họa tín hiệu ASK

(H 2.9)

2.3.2 Ðiều chế góc (Angle modulation) : Ta cũng bắt ñầu với sóng mang chưa ñiều chế: e(t)= Accos(ωct + f)= AccosΦ(t) (6) Nếu ωc thay ñổi tương ứng với nguồn thông tin, ta có tín hiệu ñiều chế tần số (FM) và nếu Φ(t) thay ñổi ta có tín hiệu ñiều chế pha (ΦM). Hai kỹ thuật ñiều chế này cơ bản giống nhau và ñược gọi chung là ñiều chế góc. 2.3.2.1 Ðiều chế tần số . 2.3.2.2 Ðiều chế pha . 2.3.2.1 Ðiều chế tần số (FM) : Tần số ω(t) là giá trị biến ñổi theo thời gian của Φ(t), nghĩa là: ω(t) =

(7)

Vậy tần số của tín hiệu chưa ñiều chế là: ω(t) =

(8)

Giả sử tín hiệu ñiều chế là g(t), theo ñịnh nghĩa của phép ñiều chế tần số, tần số tức thời của sóng mang là: ω(t)=ωc [1+ g(t) ] (9) Thay (9) vào (7): Φ(t) =

(10)

Thay vào pt (6): eFM(t) =

(11) Biểu thức (11) cho thấy tín hiệu g(t) ñược lấy tích phân trước khi ñược ñiều chế. Xét trường hợp g(t) là tín hiệu hạ tần có dạng hình sin: g(t) =

cosωm(t)

(12)

∆ω là ñộ di tần và ωm là tần số của tín hiệu hạ tần Ф(t) = = ωct + mf sinωmt với mf = ∆ω /ωm là chỉ số ñiều chế. Ðó là tỉ số của ñộ di tần và tần số của tín hiệu ñiều chế (hạ tần). eFM (t) = Ac cos{ ωct + mf sinωmt} (13) Ðể thấy phổ tần của sóng FM ta triển khai biểu thức (13): eFM (t) = AcJ0(mf) cosωct + AcJ2n(mf) [ cos(ωct + 2ncosωmt) + cos(ωct 2ncosωmt)] AcJ2n+1(mf) { cos[ωc t + (2n+1)cosωmt] - cos[ωct - (2n+1)cosωmt]} (14) J là hàm Bessel theo mf và n có mọi trị nguyên từ 0 ñến ∞. Từ (14) ta thấy sóng FM gồm thành phần cơ bản có tần số của sóng mang và biên ñộ cho bởi số hạng thứ I , J0(mf) , và các băng cạnh cho bởi các số hạng còn lại. Vì n lấy mọi giá trị từ 0 ñến ∞ nên phổ tần của sóng FM rộng vô hạn, tuy nhiên do năng lượng tín hiệu giảm rất nhanh với tần số cao nên người ta xem băng thông trong FM xấp xỉ bằng: BW = 2(mf ωm + ωm ) = 2(∆ω + ωm ) rad/s (H 2.10) cho dạng sóng và phổ tần của sóng FM

(H2.10) Cũng như trong trường hợp AM, tín hiệu dữ liệu số cũng ñược truyền bằng phương pháp FM. Kỹ thuật này ñược gọi là kỹ thuật dời tần (FSK: Frequency- Shift Keying). FSK ñược dùng rộng rãi trong truyền số liệu. Trong FSK bít 1 ñược truyền ñi bởi tần số fm và bít 0 bởi tần số fs ví dụ, trong hệ thống truyền sử dụng tiêu chuẩn của hảng Bell bít 1 ñược truyền bởi tần số 1070 Hz (fm) và bít 0 bởi tần số 1270 Hz (fs). (H 2.11) minh họa tín hiệu ñiều chế FSK

(H 2.11) 2.3.2.2 Ðiều chế pha (ФM ) : Từ phương trình (6) nếu góc pha Ф(t) thay ñổi theo tín hiệu thông tin ta có ñiều chế pha. Vậy:

ePM (t) = Ac cos[ω ct + mp g(t)]

(15) Trong ñó mp là ñộ dời pha cực ñại Tần số tức thời cho bởi: ω i(t) = dФ(t)/dt = ω c + mp Nếu g(t) có dạng cos ωmt thì: ωi(t) = ωc - mpωmsin ω mt (16) ePM (t) = Ac cos[ωct - mp ωmsin ω mt ] (17) So sánh (17) và (13), xem mp là chỉ số ñiều chế pha, tương ñương với mf trong FM, ta có thể xác ñịnh ñược băng thông của tín hiệu ФM BW = 2(ω m+ mpω m) rad/s (18) mpωm = ∆ωep là ñộ di tần tương ñương của ФM So sánh (11) và (15) ta thấy kỹ thuật của FM và ФM có cùng cơ sở. Ðiểm khác biệt là trong FM ta lấy tích phân của tín hiệu hạ tần trước khi ñiều chế còn trong ФM thì không. Ðiều chế pha là kỹ thuật rất tốt ñể truyền số liệu. Trong kỹ thuật dời pha, PSK (Phase-Shift Keying), các bít 1 và 0 ñược biểu diễn bởi các tín hiệu có cùng tần số nhưng có pha trái ngược nhau. (H 2.12) mô tả một tín hiệu FSK.

(H 2.12) 2.3.3 ÐIỀU CHẾ XUNG ( PULSE MODULATION) :

Ðây là phương pháp dùng tín hiệu hạ tần ñiều chế sóng mang là tín hiệu xung (có tần số cao hơn), còn gọi là phương pháp lấy mẫu tín hiệu hạ tần. Mặc dù các tín hiệu tương tự ñược lấy mẫu bởi các giá trị rời rạc, nhưng các mẫu này có thể có bất cứ giá trị nào trong khoảng biến ñổi của tín hiệu hạ tần nên hệ thống truyền tín hiệu này là hệ thống truyền tương tự chứ không phải hệ thống truyền số. Tùy theo thông số nào của xung thay ñổi theo tín hiệu hạ tần, ta có : Ðiều chế biên ñộ xung (pulse amplitude modulation, PAM), ñiều chế vị trí xung (pulse position modulation, PPM), ñiều chế ñộ rộng xung (pulse width modulation, PWM). 2.3.3.1 Ðiều chế biên ñộ xung . 2.3.3.2 Ðiều chế thời gian xung . 2.3.3.1 Ðiều chế biên ñộ xung ( PAM) : Khi một chuỗi xung hẹp với tần số lặp lại cao p(t) ñược ñiều chế biên ñộ bởi tín hiệu sin tần số thấp m(t), ta có sự ñiều chế biên ñộ xung. Tín hiệu sau khi ñiều chế là tích của hai tín hiệu m(t).p(t) có dạng sóng là các xung với biên ñộ thay ñổi theo dạng sóng hạ tần m(t) (H 2.13).

(H 2.13)

a. Mẫu PAM tự nhiên . b. Mẫu PAM ñỉnh phẳng. a-/ Mẫu PAM tự nhiên (Natural PAM sampling) : Khi biên ñộ xung ñã ñiều chế có ñỉnh theo dạng của tín hiệu m(t), ta có mẫu PAM tự nhiên (H 2.13). Kết quả của phần 2.1.1 cho thấy tín hiệu p(t) có thể phân tích thành các thành phần: Vo + Σ Vn.cos(nωst) với V0 = Vτ / Ts là thành phần DC và ωs = 2π / Ts là tần số của p(t). Như vậy, m(t).p(t) bao gồm: m(t).Vo = m(t).Vτ / Ts và m(t).ΣVn.cos(nωst) Tóm lại, tích m(t).p(t) có chứa dạng sóng của tín hiệu ñiều chế (tín hiệu cần truyền) trong thành phần tần số thấp m(t).V0 và có thể phục hồi bằng cách cho sóng mang ñã ñiều chế qua một mạch lọc hạ thông.

Thành phần họa tần có dạng Vnm(t)cos(nωst) tương tự như tín hiệu ñiều chế 2 băng cạnh triệt sóng mang (Double Sideband Suppressed Carrier, DSBSC). Phổ tần của tín hiệu PAM với hạ tần là m(t) = sinωmt có dạng như (H 2.14)

(H 2.14) Trong (H 2.14) M(f) là phổ tần của tín hiệu dải nền và fm là tần số cao nhất của tín hiệu này. Từ (H 2.14) ta cũng thấy tại sao tần số xung lấy mẫu fs phải ít nhất hai lần lớn hơn fm . Nếu M(f) ñược phục hồi từ mạch lọc hạ thông, ñộ phân cách từ M(f) tới dải tần kế cận phải lớn hơn 0, nghĩa là W > 0 W = fs - fm - fm > 0 hay fs > 2 fm b-/ Mẫu PAM ñỉnh phẳng (Flat-top PAM) : Ðây là mẫu PAM ñược dùng rộng rãi do dễ tạo ra sóng ñiều chế. Dạng sóng cho ở (H 2.15) các xung sau khi ñiều chế có ñỉnh phẳng chứ không theo dạng của hạ tần.

(H 2.15) Mặc dù khi phục hồi tín hiệu từ mạch lọc hạ thông sẽ có biến dạng do ñoạn ñỉnh phẳng nhưng vì bề rộng xung thường rất nhỏ so với chu kỳ Ts nên biến dạng không ñáng kể. Nếu sự biến dạng là ñáng kể thì cũng có thể loại bỏ bằng cách cho tín hiệu ñi qua một mạch bù trừ. Tín hiệu PAM ít ñược dùng ñể phát trực tiếp do lượng thông tin cần truyền chứa trong biên ñộ của xung nên dễ bị ảnh hưởng của nhiễu. PAM thường ñược dùng như là một bước trung gian trong một phương pháp ñiều chế khác, gọi là ñiều mã xung (pulse code modulation, PCM) và ñược dùng trong ña hợp thời gian ñể truyền (TDM). 2.3.3.2 Ðiều chế thời gian xung (Pulse -time Modulation, PTM) : Ðiều chế thời gian xung bao gồm bốn phương pháp (H 2.16). Ba phương pháp ñầu tập trung trong một nhóm gọi là ñiều chế ñộ rộng xung (Pulse-width modulation, PWM) (H

2.16d, e, f), phương pháp thứ tư là ñiều chế vị trí xung (Pulse-position modulation, PPM) (H 2.16g). Ba phương pháp ñiều chế ñộ rộng xung khác nhau ở ñiểm cạnh lên, cạnh xuống hay ñiểm giữa xung ñược giữ cố ñịnh trong khi ñộ rộng xung thay ñổi theo tín hiệu ñiều chế. Phương pháp thứ tư, PPM là thay ñổi vị trí xung theo tín hiệu ñiều chế trong khi bề rộng xung không ñổi. (H 2.16) minh họa cho các cách ñiều chế này. Lưu ý là kỹ thuật PTM tưong tự với ñiều chế FM và ΦM , tín hiệu có biên ñộ không ñổi nên ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Phổ tần của tín hiệu ñã ñiều chế bằng phương pháp PWM, PPM giống như phổ tần của tín hiệu ñiều chế FM (H 2.16h), nghĩa là có nhiều họa tần nên khi sử dụng PWM và PPM người ta phải gia tăng tần số xung lấy mẫu hoặc giảm ñộ di tần (ñể giới hạn băng thông của tín hiệu và tăng số kênh truyền).

(H 2.16)

CHƯƠNG 3

CÁC LOẠI MÃ TRONG TRUYỀN DỮ LIỆU . Nội dung: 3.1 MÃ NHỊ PHÂN CỦA CÁC CHỮ SỐ . 3.2 CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI . 3.3 MÃ NÉN DỮ LIỆU . 3.4 MẬT MÃ . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tin tức bao gồm các văn bản, số liệu, hình ảnh . . . . cần ñược mã hóa bằng tập hợp các số nhị phân trước khi ñược chuyển ñổi thành các tín hiệu số ñể truyền ñi Một yếu tố quan trọng trong hệ thống thông tin là ñộ chính xác, thiếu yếu tố này hệ thống xem như không có giá trị sử dụng, nên kèm theo bản tin thường phải thêm vào các từ mã có khả năng phát hiện lỗi và thậm chí sửa ñược lỗi. Ngoài ra, nếu số lượng bít dùng ñể mã hóa cùng một ñối tượng càng ít thì với cùng vận tốc truyền, lượng thông tin truyền của hệ thống càng lớn mà lại hạn chế ñược khả năng xảy ra lỗi. Do ñó việc giảm số lượng bít dùng mã hóa cũng là một vấn ñề cần ñược quan tâm. Chương này bàn ñến một số phương pháp mã hóa dữ liệu phổ biến ñể tạo các loại mã có khả năng phát hiện lỗi, phát hiện và sửa lỗi, các loại mã nén. 3.1 MÃ NHỊ PHÂN CỦA CÁC CHỮ SỐ : Ðể biểu diễn các chữ và số người ta dùng các mã nhị phân. Một số nhị phân n bít biểu thị ñược 2n ký tự (chữ, số, các dấu hiệu ....) Các bộ mã phổ biến trong truyền dữ liệu là : mã Baudot, mã ASCII và mã EBCDIC

3.1.1 Mã Baudot. 3.1.2 Mã ASCII. 3.1.3 Mã EBCDIC. 3.1.1 Mã Baudot : Là bộ mã nhị phân dùng 5 bít ñể biểu diển chữ số và một số dấu hiệu. Bảng 3.1 Bộ mã Baudot Mã

Chữ

Dấu/Số

Mã

Chữ

11000 10011 01110 10010 10000 10110 01011 00101 01100 11010 11110 01001 00111 00110 00011 01101

A B C D E F G H I J K L M N O P

? : $ 3 ! & # 8 ' ( ) . , 9 0

11101 01010 10100 00001 11100 01111 11001 10111 10101 10001 11111 11011 00100 00010 01000 00000

Q R S T U V W X Y Z LTRS FIGS SPC CR LF NULL

Dấu/Số 1 4 BELL 5 7 ; 2 / 6 " LTRS FIGS SPC CR LF NULL

Với n = 5 chỉ có 25 = 32 mã khác nhau, không ñủ ñể biểu diển các ký tự chữ và số nên một số mã phải biểu thị cả hai và chúng ñược phân biệt bằng cách kèm theo ký tự FIGS hoặc LTRS ở trước. Thí dụ: mã của ñoạn văn NO. 27 có dạng như sau : LTRS N O FIGS . SPC 2 7 11111 00110 00011 11011 00111 00100 11001 11100 Khi dùng mã Baudot ñể truyền bất ñồng bộ, số bít stop luôn luôn là 1,5 3.1.2 Mã ASCII : Là bộ mã thông dụng nhất trong truyền dữ liệu. Mã ASCII dùng số nhị phân 7 bít nên 7 có 2 = 128 mã, tương ñối ñủ ñể diễn tả các chữ, số và một số dấu hiệu thông dụng. Từ ñiều khiển dùng trong các giao thức truyền thông thường lấy trong bảng mã ASCII. Khi truyền bất ñồng bộ dùng mã ASCII số bít stop là 1 hoặc 2. Bảng 3.2 trình bày mã ASCII cùng các từ ñiều khiển. * Từ ñiều khiển trong văn bản:

BS (Back space): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời lui một vị trí. Nó có thể ñược dùng ñể in 2 ký tự ở một vị trí (thường dùng ñể gạch dưới) hay ñể in ñậm một ký tự (in 1 ký tự 2 lần ở cùng vị trí). Trên màn hình (CRT) chữ sau sẽ thay cho chữ trước. HT (Horizontal Tab): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời tới vị trí tab kế cận hay vị trí dừng. LF (Line Feed): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời xuống ñầu dòng kế. VT (Vertical Tab): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời ñến dòng kế của chuỗi dòng ñã ñánh dấu. FF (Form Feed): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời ñến ñiểm bắt ñầu của trang (màn ảnh) sau CR (Cariage Return): chỉ cơ chế in hay con trỏ ñược dời ñến ñiểm bắt ñầu trên cùng một dòng Bảng 3.2 Mã ASCII Bit

765→

000

001

010

011

100

101

110

111

Bit

4321↓

0

1

2

3

4

5

6

7

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI

DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US

SP ! " # $ % & ` ( ) * + , . /

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

@ A B C D E F G H I J K L M N O

P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^( ) _(←)

' a b c d e f g h i j k l m n o

p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL

Thí dụ: ký tự D là 1000100 = 44H Ý nghĩa các từ trong bảng mã ASCII * Từ ñiều khiển trong truyền thông SOH (Start of Heading): bắt ñầu của phần ñầu bản tin. Nó có thể chứa ñịa chỉ, chiều dài bản tin hay dữ liệu dùng cho kiểm tra lỗi. STX (Start of Text): bắt ñầu văn bản ñồng thời kết thúc phần ñầu. Thường ñi ñôi với ETX.

ETX (End of Text): kết thúc văn bản EOT (End of Transmission): chấm dứt truyền ENQ (Enquiry): yêu cầu một ñài xa tự xác ñịnh (identify itself). ACK (Acknowledge) : từ phát bởi máy thu ñể báo cho máy phát ñã nhận bản tin ñúng. NAK (Negative Acknowledgment): từ phát bởi máy thu ñể báo nhận bản tin sai. SYN (Synchronous/Idle): dùng bởi một hệ thống truyền ñồng bộ ñể thực hiện ñồng bộ. Khi không có dữ liệu ñể phát, máy phát của hệ thống ñồng bộ phát liên tục các từ SYN ETB (End of Transmission Block): chỉ sự chấm dứt một khối của bản tin. * Information separator FS (File Separator), GS (Group Separator), RS (Record Separator), US (United Separator): Dùng cho sự phân cách. Chữ ñầu chỉ thành ñược phân cách (F: File, G: Group, R: Record (bảng ghi), U: Unit (ñơn vị)) * Miscellaneous (Linh tinh) NUL (Null): ký tự rổng, dùng lấp ñầy khoảng trống khi không có dữ liệu BEL (Bell): dùng khi cần báo sự lưu ý. SO (Shift Out): chỉ các tổ hợp mã theo sau ñược thông dịch bởi ký tự ngoài tập hợp ký tự chuẩn cho tới khi gặp từ Shift In. SI (Shift In): chỉ tập hợp mã theo sau ñược thông dịch bởi ký tự chuẩn. DEL (Delete): dùng bỏ từ SP (Space): khoảng cách từ DLE (Data Link Escape): dùng ñể chỉ sự thay ñổi nghĩa của các từ theo sau. Nó có thể cung cấp một sự ñiều khiển phụ, hay cho phép gửi ký tự dữ liệu có một tổ hợp bít bất kỳ. DC1, DC2, DC3, DC4 (Device Control): từ dùng cho sự ñiều khiển thiết bị. CAN (Cancel): chỉ dữ liệu ñặt trước nó không có giá trị, do dò ñược lỗi. EM (End of Medium): chỉ sự kết thúc về mặt vật lý của một card, băng hay môi trường khác. SUB (Substitute): thay thế một từ bị lỗi hoặc không có giá trị ESC (Escape) : từ tăng cường ñể cung cấp một mã mở rộng. 3.1.3 Mã EBCDIC (Extended BCD Information Code) : Là bộ mã 8 bít ñược dùng rộng rãi trong hệ thống thông tin dùng máy tính IBM. Bảng 3.3 trình bày mã EBCDIC và các ký tự ñiều khiển. Vì mã ký tự chiếm 8 bít nên muốn dùng parity phải dùng bít thứ 9 (các thanh ghi trong các USART thường có 8 bít) do ñó mã EBCDIC thường ñược dùng trong những chức năng ñặc biệt như trong các ứng dụng ñồ họa. Bảng 3.3 Mã EBCDIC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F High Lơw 0 NULL DLE DS SP & 0 1 SOH DC1 SOS a J A J 1 2 STX DC2 FS SYN b k s B K S 2 3 ETX DC3 c l t C L T 3

4 5 6 7 8 9 A B C D E F

PF HT LC DEL

RES BYP NL LF BS ETB IL ESP CAN RLF EM SMM CC SM VT FF IFS CR IGS ENQ SO IRS ACK SI IUS BEL

PN RS UC EOT

DC4 NAK

d m u e n v f o w g p x h q y i r z

( +

SUB

D E F G H I

M N O P Q R

U V W X Y Z

4 5 6 7 8 9

! ‘ : $ # * % @ ) , = ? “

Các mã ñiều khiển không có trong ASCII là : PF Punch Off CC LC Lower Case IFS UC Upper Case IGS RLF Reverse Line Feed IUS SMM Start of Manual Message IRS RES Restore DS NL New Line SOS ID Idle BYP SM Set Mode RS PN Punch On

Cursor Control Interchange File Separator Interchange Group Separator Interchange Unit Separator Interchange Record Separator Digit Selector Start of Significance Bypass Reader Top

3.2 CÁC MÃ PHÁT HIỆN LỖI : Nhằm phát hiện lỗi người ta thêm vào dòng dữ liệu các bít kiểm tra. Phương pháp này gọi chung là kiểm tra lỗi dư thừa (Redundancy error check methode), từ dư thừa ñược dùng vì các bít thím vào không phải là phần thông tin cần gửi ñi. 3.2.1 Kiểm tra chẵn lẻ. 3.2.2 Kiểm tra dư thừa theo chu kỳ. 3.2.3 Mã Hamming. 3.2.1 Kiểm tra chẵn lẻ : - Dùng kiểm tra chẵn lẻ ñể dò ra một bít sai : Ðây là phương pháp kiểm tra ñơn giản nhất, bằng cách thêm vào sau chuỗi dữ liệu (thường là một ký tự) một bít sao cho tổng số bít 1 kể cả bit thêm vào là số chẵn (hoặc lẻ), ở máy thu kiểm tra lại tổng số này ñể biết có lỗi hay không. Phương pháp ñơn giản nên chất lượng không cao, nếu số lỗi là chẵn thì máy thu không nhận ra. - Dùng kiểm tra chẵn lẻ ñể dò sai hai bít :

Vì mỗi lần thực hiện kiểm tra chẵn lẻ cho phép dò ra một bít lỗi nên ta có thể nghĩ rằng nếu thực hiện nhiều phép kiểm tra ñồng thời cho phép dò ñược nhiều lỗi. Thí dụ, ñể dò ra 2 lỗi của một chuỗi dữ liệu có thể thực hiện hai phép kiểm tra, một với các bít chẵn và một với các bít lẻ. Cho chuỗi dữ liệu: 01101000 Lần lượt thực hiện kiểm tra chẵn với các bít ở vị trí 1, 3, 5, 7 và các bít ở vị trí 2, 4, 6, 8. Gọi P1 và P2 là các bít kiểm tra: P1=0+1+1+0 = 0 và P2=1+0+0+0 = 1. Chuỗi dữ liệu phát: 01101000 01. Máy thu dò ra lỗi khi 2 bít liên tiếp bị sai. Tuy nhiên, nếu hai bít sai ñều là 2 bít chẵn (hoặc 2 bít lẻ) thì máy thu cũng không dò ra. - Dùng kiểm tra chẵn lẻ ñể dò ra một chuỗi bít sai : Ðôi khi nhiễu làm sai cả một chuỗi dữ liệu (ta gọi là burst errors), ñể dò ra ñược chuỗi bít sai này, người ta bắt chước cách lưu và truyền dữ liệu của máy tính (lưu từng bít của một byte trong các chip riêng ñể truyền trên các ñường khác nhau và nơi nhận sẽ tái hợp) ñể thực hiện việc kiểm tra. Chuỗi dữ liệu sẽ ñược chia ra thành các khung (frames), thực hiện kiểm tra cho từng khung, thay vì phát mỗi lần một khung, người ta phát các tổ hợp bít cùng vị trí của các khung, nhiễu có thể làm hỏng một trong các tổ hợp này và chuỗi bít sai này có thể ñược nhận ra ở máy thu. Thí dụ dưới ñây minh họa cho việc kiểm tra phát hiện chuỗi dữ liệu sai: Gửi

Nhận

Số Bit parity Số Bit parity khung của từng khung của từng (hàng) hàng (hàng) hàng 1 01101 1 1 01101 1 → 2 10001 0 2 10001 0 Nhiễu tác 3 01110 1 3 01100 1* ñộng vào 4 11001 1 4 1 1 0 0 1 1 cột 4, 5 01010 0 5 01000 0* làm cho 6 10111 0 6 10101 0* tất cả 7 01100 0 7 0 1 1 0 0 0 các bit = 0 8 00111 1 8 00101 1* → 9 10011 1 9 10001 1* 10 11000 0 10 11000 0 Số cột 1 2 3 4 5 6 Số cột 12345 6 Máy thu dò ra các khung có lỗi (các bít parity có dấu *) nhưng không xác ñịnh ñược cột nào bị sai do ñó phải yêu cầu máy phát phát lại tất cả các cột - Kiểm tra khối: Một cải tiến của kiểm tra chẵn lẻ là kiểm tra khối (Block Check Character, BCC). Bản tin ñược viết thành khối và việc kiểm tra chẵn lẻ ñược thực hiện theo cả 2 chiều dọc (Vertical Redundancy Check, VRC) và ngang (Longitudinal Redundancy Check, LRC)

Gọi các bít của mỗi ký tự là bij (i=1,....., n là thứ tự các bít trong ký tự ; j=1,...., m là thứ tự của ký tự) Rj là bít parity của ký tự thứ j, giả sử chọn parity chẵn, ta có : Rj = b1j + b2j + ...........+ bnj Ci là bít parity của tất cả bít thứ i Ci = bi1 + bi2 + ...........+ bim + Tập hợp các bít Rj (j = 1,.......,m) dùng kiểm tra chiều dọc và tập hợp các bít Ci (i = 1,......,n) dùng kiểm tra chiều ngang. (H 3.1) cho ta dạng của khối dữ liệu có thực hiện kiểm tra chẵn theo chiều ngang và dọc. bít 1 2 ....... bít n Parity B21 ....... Bn1 R1 Character 1 B11 10110111 ↓VRC Character 2

B12

B22

.......

Bn2

R2

11010111 00111010 11110000 10001011

Character m

B1m

B2m

.......

bnm

Rm

01011111

Paritycheck char.

C1

C2

.......

Cn

Cn+1

01111110 ←LRC

(H 3.1) Phương pháp kiểm tra khối cho phép phát hiện và sửa một lỗi vì xác ñịnh ñược vị trí của lỗi ñó, chính là giao ñiểm của hàng và cột có bít sai. Máy thu có khả năng phát hiện hai lỗi sai trên cùng một hàng hoặc cột nhưng không xác ñịnh ñược vị trí bít lỗi. Ví dụ hai bít 1 và 3 của ký tự thứ nhất cùng sai thì bít kiểm tra VRC không phát hiện ñược nhưng bít LRC thì thấy ngay. Nếu bây giờ có thêm các bít 1 và 3 của ký tự thứ 5 cùng sai thì máy thu sẽ không phát hiện ñược, như vậy cũng còn trường hợp không phát hiện ñược lỗi nếu số lỗi là một số chẵn theo những vị trí xác ñịnh nào ñó, tuy nhiên trường hợp này rất hiếm xảy ra. Tóm lại, dùng kiểm tra chẵn lẻ cho phép phát hiện lỗi trong một số trường hợp, tuy nhiên hiệu suất phát sẽ bị giảm và chỉ ñược dùng trong các hệ thống có vận tốc truyền thấp (bất ñồng bộ). Trong các hệ thống truyền ñồng bộ người ta hay sử dụng mã CRC , mã này cho phép dò lỗi rất hiệu quả và hiệu suất truyền cũng cao. 3.2.2 Kiểm tra dư thừa theo chu kỳ :

Ðể cải thiện hơn nửa việc kiểm tra lỗi người ta dùng phương pháp kiểm tra dư thừa theo chu kỳ (Cyclic Redundancy Check, CRC) Nguyên tắc tạo mã CRC : Xét khung dữ liệu gồm k bít và nếu ta dùng n bít cho khung kiểm tra FCS (Frame check sequence) thì khung thông tin kể cả dữ liệu kiểm tra gồm (k+n) bít sao cho (k+n) bít này chia ñúng cho một số P có (n+1) bít chọn trước (dùng phép chia Modulo-2). Ở máy thu khi nhận ñược khung dữ liệu, lại mang chia cho số P này và nếu phép chia ñúng thì khung dữ liệu không chứa lỗi. * Nhắc lại một số tính chất của phép toán Mod-2 : - Phép cộng Mod-2 là phép cộng nhị phân không nhớ, dưới ñây là thí dụ về phép cộng và phép nhân 1111 + 1010 0101

11001 11 11001 11001 101011 - Phép cộng Mod-2 ñược thực hiện bởi cổng EX-OR - Phép trừ Mod-2 giống như phép cộng - Nhân Mod-2 một số với 2n tương ứng với dời số ñó n bít về bên trái và thêm n bít 0 vào bên phải số ñó, thí dụ 11001* 23 = 11001000 - Phép chia Mod-2 ñược thực hiện giống như phép chia thường nhưng nhớ là phép trừ trong khi chia ñược thực hiện như phép cộng. x

3.2.2.1. Xác ñịnh mã CRC dùng thuật toán Mod-2. 3.2.2.2. Dùng phép biểu diễn ña thức. 3.2.2.3. Khả năng dò sai của mã CRC. 3.2.2.4. Mạch tạo mã CRC. 3.2.2.1. Xác ñịnh mã CRC dùng thuật toán Mod-2 : Gọi T = (k+n) bít là khung thông tin ñược phát , với n < k M = k bít dữ liệu, k bít ñầu tiên của T F = n bít của khung FCS, n bít cuối của T P = (n+1) bít, số chia trong phép toán Số T ñược tạo ra bằng cách dời số M sang trái n bít rồi cộng với số F : T = 2nM + F Chia số 2nM cho P ta ñược : 2n Q là số thương và R là số dư Vì phép chia thực hiện với số nhị phân nên số dư luôn luôn ít hơn số chia 1 bít. Ta dùng số dư này làm số F, nghĩa là : T = 2nM + R. Ở máy thu khi nhận ñược khối dữ liệu, mang chia cho P, kết quả số dư sẽ = 0 :

Vì R + R = 0 nên T / P = Q Như vậy dùng số dư R của phép chia 2nM cho P làm ký tự kiểm tra trong khung FCS thì chắc chắn T sẽ chia ñúng cho P nếu bản tin không có lỗi. Thí dụ: Cho M = 1010001101 (10 bít) P = 110101 (6 bít) Số phải tìm R (5 bít) cho khung FCS ñược xác ñịnh như sau : - Nhân M với 25 cho : 101000110100000 - Thực hiện phép chia cho P 1101010110 110101 110101↓ 0111011 110101↓↓ 00111010 110101↓↓ 00111110 110101↓↓ 00101100 110101↓ 0110010 110101↓ 0001110 ← R Ta có R = 01110, cộng với 25M, sẽ cho số T phát ñi là : T = 101000110100000 + 01110 = 101000110101110 Nếu bản tin không có lỗi T phải chia ñúng cho P. Thực hiện phép chia T/P ta thấy số dư = 0 Tóm lại, ñể có một khung FCS n bít , người ta phải dùng một số P có n+1 bít ñể tạo số R có n bít dùng cho khung FCS. P ñược gọi là ña thức sinh (generator polynomial), dạng của nó do các giao thức qui ñịnh, tổng quát P phải có bít ñầu và bít cuối là bít 1. 3.2.2.2. Dùng phép biểu diễn ña thức : Ðể thấy quá trình hình thành mã CRC, ta có thể dùng phép biểu diễn một số nhị phân dưới dạng một ña thức của biến x với hệ số là các số nhị phân và bậc của x là giá trị chỉ vị trí của số nhị phân ñó. Ví dụ số nhị phân 110101 có thể biểu diển bởi 1.x5 + 1.x4 + 0.x3 + 1. x2 + 0.x1 + 1.x0 = x5 + x4 + x2 + 1 Chú ý mã số n bít cho bậc cao nhất của ña thức là n-1 Quá trình hình thành mã CRC thực hiện như sau :

- Gọi M là ña thức biểu diễn thông tin cần truyền P là ña thức sinh, bậc n (chứa n+1 bit) Thực hiện phép chia xn Khung thông tin truyền ñặc trưng bởi T(x) = xn M(x) + R(x) Lưu ý là nhân M(x) với xn tương ñương với việc dời M(x) sang trái n bít - Ở máy thu thực hiện phép chia T(x) cho P(x) số dư phải bằng không

Lấy lại thí dụ trên, bản tin 1010001101 tương ứng với ña thức M(x) = x9 + x7 + x3 + x2 +1 Số chia P = 110101 (6 bít) tương ứng với ña thức P(x) = x5 + x4 + x2 +1 x5M(x) = x14 + x12 + x8 + x7 + x5 Thực hiện phép chia : x9 + x8 + x6 + x4 + x2 +x x5 + x4 + x2 +1 x14 + x12 + x8 + x7 + x5 x14 + x13 + x11 + x9 x13 + x12 + x11 + x9 + x8 + x7 + x5 x13 + x12 + x10 + x8 x11 + x10 + x9 + x7 + x5 x11 + x10 + x8 + x6 x9 + x8 + x7 + x6 + x5 x9 + x8 + x6 +x4 x7 + x5 + x4 x7 + x6 + x4 + x2 x6 + x5 + x2 x6 + x5 + x3 + x x3 + x2 + x = R(x) 3 2 R(x) = x + x + x tương ứng với 01110 3.2.2.3. Khả năng dò sai của mã CRC : Một lỗi xảy ra ở một vị trí nào ñó trong khung dữ liệu làm ñảo bít ở vị trí ñó của khung, ñiều này tương ñương với phép tính EX-OR bít ñó và bít 1 (vì 0+1=1 và 1+1=0). Nếu gọi E là một khung có số lượng bit bằng với khung dữ liệu, trong ñó chỉ các vị trí của bít lỗi = 1 và các bít khác = 0 thì khung thông tin Tr nhận ñược có thể viết. Tr = T + E.

Thí dụ: T = 11010111010 Dạng ña thức: T(x) = x10 + x9 + x7 + x5 + x4 + x3 + x Giả sử bản tin sai ở các bít x7 , x5 và x4 Khung E có dạng: E = 00010110000 E(x) = x7 + x5 + x4 Khung dữ liệu nhận ñược: Tr = 11000001010 Tr(x) =x10 + x9 + x3 + x Lưu ý phép cộng Modulo 2, tương ứng với phép toán EX-OR, nên x7+x7=(1+1)x7 = 0 Ta có:

Máy thu không nhận ra lỗi khi nào Tr(x) chia ñúng cho P(x), hay chỉ khi E(x) chia ñúng cho P(x). Vậy với ñiều kiện nào thì E(x) chia hết cho P(x)? Ta sẽ xét một số trường hợp cụ thể: @- Giả sử bản tin chỉ sai một bít, ña thức E(x) có dạng xi, i là một số nguyên, E(x) chia ñúng cho P(x) chỉ khi P(x) cũng có dạng xn. Người ta ñã chọn P(x) có ít nhất là 2 số hạng nên E(x) không thể chia ñúng cho P(x). Vậy Mã CRC luôn luôn cho phép máy thu dò ra một bít sai. @- Giả sử bản tin sai một chuỗi, nhưng có tổng số bít sai là số lẻ: ña thức E(x) chứa số lẻ bít 1 nên E(1) =1. Mặt khác, giả sử (x+1) là thừa số của P(x), ta có thể viết P(x) = (x+1)*H(x), H(x) là một ña thức. Ta cũng giả sử lỗi này không ñược dò ra, nghĩa là E(x) chia ñúng cho P(x), hay E(x) = P(x)*K(x). Thay P(x) = (x+1)*H(x) vào E(x) ñược E(x) = (x+1)*H(x)*K(x), biểu thức này cho E(1) = 0. Ðiều này trái với giả thiết ở trên, hay nói cách khác, máy thu sẽ dò ra lỗi nếu ta chọn P(x) sao cho chia ñúng cho (x+1). Vậy Máy thu sẽ luôn luôn dò ra lỗi gồm nhiều bít và có tổng số bít lỗi là số lẻ nếu ta chọn P(x) chia ñúng cho (x+1). @-Giả sử nhiễu làm sai một ñoạn dữ liệu có chiều dài m ( bậc n của P(x)) Giả sử chuỗi bít sai có vị trí từ thứ i ñến thứ i+m-1, E(x) có dạng: E(x) = xi+m-1 + . . . . +xi = xi*(xm-1+ . . . +1)

P(x) không là thừa số của xi nên E(x) chỉ chia ñúng cho P(x) khi xm-1+ . . . +1 chia ñúng cho P(x). Vì m ≤ n hay m-1< n nên phép chia trên không thể là phép chia ñúng. Vậy Máy thu luôn luôn dò ra lỗi nếu chuỗi dữ liệu sai có chiều dài (bậc của P(x) @-Ðoạn dữ liệu sai có chiều dài m >n Từ kết quả trên

Nhưng bây giờ m-1≥ n nên xm-1+ . . . +1 có thể chia ñúng cho P(x). Vậy vấn ñề là có bao nhiêu cơ hội ñể ñiều này xảy ra. - Trường hợp m-1 = n hay (m=n+1). Vì bậc của P(x) là n nên ñể có phép chia ñúng P(x) phải có dạng xn+ . . . . . +1 với các số hạng giữa xn và 1 phải hoàn toàn giống với các số hạng của xm-1+ . . . . . +1 thì máy thu không dò ñược lỗi. Có n-1 số hạng giữa xn và 1 nên có 2n-1 tổ hợp và nếu các tổ hợp này có xác suất xảy ra như nhau thì xác suất máy thu không nhận ñược lỗi sẽ là 1/2n-1. - Trường hợp m > n+1, ta chấp nhận kết quả xác suất này là 1/2n. Lấy thí dụ mã CRC-32 (n=32), xác suất không dò ra một lỗi có chiều dài >33 bit là 32 1/2.10 (tương ñương với khả năng dò ra lỗi là 99,99999998%). Tóm lại với n càng lớn việc máy thu không dò ra lỗi càng rất khó xảy ra. 3.2.2.4. Mạch tạo mã CRC : Thuật toán mod 2 ñược thực hiện bởi cổng EX-OR. Dời bít ñược thực hiện bởi thanh ghi dịch. Quan sát phép tính chia Mod-2 của số 2nM cho P(x) ñể có R(x) ta thấy ñây là sự kết hợp của sự dời bít của số 2nM với phép cộng Mod-2 của số P(x). Trong thí dụ trên, ñể tạo mã CRC với P(x) = 110101, người ta dùng mạch (H 3.2): Cho chuỗi dữ liệu là số 2nM (gồm 15 bit, 101000110100000) vào mạch, sau 15 lần dời bít, kết quả trên các thanh ghi dịch chính là R(x). Mạch tạo mã trong trường hợp này gồm 5 thanh ghi dịch, ký hiệu A(x5), B(x4), C(x3), D(x2), E(x) . Mạch tạo mã CRC ñược thực hiện như sau: - Thanh ghi dịch chứa n bít, bằng với chiều dài của khung FCS. - Có nhiều nhất n cổng EX-OR. - Sự có mặt hay không của cổng EX-OR tương ứng với sự có mặt của số hạng lũy thừa bậc n trong ña thức P(x) (Riêng bậc cao nhất (n) của ña thức không kể )

(H3.2) A

B

C

D

E

Bít vào

Bắt ñầu Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5 Bước 6 Bước 7 Bước 8 Bước 9 Bước 10 Bước 11 Bước 12 Bước 13 Bước 14 Bước 15

0 0 0 0 0 1* 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0

0 0 0 0 1 0* 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1

0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1

0 0 1 0 1 0* 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0

1 0 1 0 0 0* Bản tin ảo gửi 1 1 0 1 0 0 0 5 bit 0 thêm vào 0 0

41444444424444443 số dư - Trong thí dụ trên P =110101 = x5 + x4 + x2 + 1, nên mạch chứa ba cổng EX-OR ở các vị trí tương ứng với 1, x2 và x4 (x5 ứng với thanh ghi dịch cuối cùng FFA). Ðường hồi tiếp từ x5 về x4, x2 và 1 (x0) ñể thực hiện phép cộng Mod-2 với số P(x) như nói trên. - Trong 5 bước ñầu tiên, các bit có trọng số lớn của M(x). 2n xuất hiện ở ngã ra các FFD một cách bình thường. - Từ bước thứ 6 các kết quả phải kể ñến tác dụng của cổng EX-OR, thí dụ ở bước thứ 6 ở ngõ ra E chính là cộng Mod-2 của tín hiệu vào (bit 0) và tín hiệu ngã ra A trước ñó (bit 1), tức thực hiện EX-OR hai bít 0 và 1 ta ñược bit 1. Ngã ra D (bit 0) EX-OR với ngã ra A (bit 1) ñể ñược bit 1 ở ngã ra C. Ngã ra B(bit 0) EX-OR với ngã ra A (bit 1) ñể ñược bit 1 ở ngã ra A. Trên hình vẽ các bit EX-OR với bit ở ngã ra A ñược ñánh dấu. Tương tự như thế, sau15 lần dịch (bước 15), dữ liệu ở ngã ra các FF chính là mã CRC (số dư R = 01110). Ngã ra A là MSB. Có 4 da thức P(x) ñược dùng ñể tạo mê CRC thông dụng: CRC_12 = x12 +x11 + x3 + x2 + x + 1 CRC_16 = x16+x15 + x2 + 1 CRC_CCITT = x16+x12 + x5 + 1 CRC_32 = x32+ x26+ x23+ x22 + x16+ x12 + x11+ x10+ x8+ x7 + x5 + x4 + x2+ x +1

CRC_12 dùng truyền với ký tự 6 bit và khung FCS dài 12 bit. CRC_16 & CRC_CCITT dùng truyền ký tự 8 bit và khung FCS dài 16 bit. (ở Mỹ và Âu châu). CRC_32 Dùng trong mạng cục bộ (LAN) và một số ứng dụng của DOD (Department Of Defense). 3.2.3 Mã Hamming : Mã Hamming là một bước phát triển của kiểm tra chẵn lẻ và có khả năng sửa sai do xác ñịnh ñược vị trí lỗi. Số lượng bít của mã Hamming tùy thuộc số lượng bít của chuỗi dữ liệu. Ta có thể lý luận như sau ñể xác ñịnh số lượng bít của mã Hamming. Gọi m là số bít của chuỗi dữ liệu và n là số bít của mã Hamming, tổng số bít phát ñi là m+n - Với n = 1 ta xác ñịnh ñược 1 trong 2 kết quả : chuỗi dữ liệu sai hoặc ñúng nhưng không biết vị trí lỗi. - Với n = 2, 1 trong 4 trường hợp xảy ra: 2 phép kiểm tra ñều cho kết quả ñúng, 2 phép kiểm tra ñều cho kết quả sai, phép kiểm tra thứ nhất sai, phép kiểm tra thứ hai ñúng và ngược lại. 4 trường hợp này cho phép kết luận ñược 1 bít sai ở 1 trong 3 vị trí. - Với n=3, có 8 khả năng xảy ra và ta có thể kết luận ñược 1 bít sai ở 1 trong 7 vị trí. - Với số n bất kỳ, có 2n khả năng xảy ra và ta có thể kết luận ñược 1 bít sai ở 1 trong n 2 -1 vị trí. Vậy ñể có thể phát hiện 1 lỗi tại 1 vị trí cụ thể thì số n nhỏ nhất ñược chọn phải thỏa: 2n - 1 ≥ m + n hay 2n ≥ m + n + 1 Các bít của mã Hamming chèn vào vị trí 2n và dùng cho kiểm tra chẵn lẻ. Các bít khác là bít thông tin (dữ liệu). Dưới ñây là một ví dụ ñể thấy cách xác ñịnh mã Hamming: Giả sử chuỗi dữ liệu cần truyền gồm 4 bít như sau : 1 0 1 0 Với m = 4 , ta chọn n = 3, bất ñẳng thức trên ñược thỏa Gọi các bít của mã Hamming là H1 H2 và H4 (1, 2, 4 là các vị trí mà ta sẽ ñặt 3 bít của mã Hamming vào dòng dữ liệu). Gọi các bít dòng dữ liệu là X3, X5, X6, X7. Tổ hợp các bít dữ liệu và bít mã, ta ñươc 1 2 3 4 5 6 7 H1 H2 X3 H4 X5 X6 X7 Giả sử ta chọn Parity chẵn, các bít mã sẽ ñược xác ñịnh như sau: H1⊕ X3 ⊕ X5 ⊕ X7 = 0 H1 =X3 ⊕ X5 ⊕ X7 =1 ⊕ ( 0 ⊕ 0 ) = 1 ⊕ 0 = 1 Tương tự: H2 = X3 ⊕ X6 ⊕ X7 = 1 ⊕ ( 1 ⊕ 0 ) = 1 ⊕ 1 = 0 H4 = X5 ⊕ X6 ⊕ X7 =0 ⊕ ( 1 ⊕ 0 ) = 0 ⊕ 1 Bản tin bao gồm bít mã trở thành: 1 0 1 1 0 1 0 Ở máy thu ñể kiểm tra người ta thực hiện các phép toán:

C1 = H1⊕ X3 ⊕ X5 ⊕ X7 C2 = H2⊕ X3 ⊕ X6 ⊕ X7 C4 = H4⊕ X5 ⊕ X6 ⊕ X7 Nếu C1=C2=C4=0, không có lỗi xảy ra Nếu C1 = 1, C2 = C4 = 0, một trong các bít 1, 3, 5, 7 bị lỗi. Nhưng C2 = C4 = 0 có nghĩa là các bít 2, 3, 6, 7 và 4, 5, 6, 7 ñã ñúng. Vậy bít sai phải là bít 1 Lý luận tương tự ta có các trường hợp khác. Thí dụ nếu C1= C2 = C4 = 1 thì bít lỗi là bít 7 Thí dụ bản tin nhận ñược là 1 0 1 1 1 1 0 Mạch dò sai sẽ tính C1 , C2 , C4 như sau: C1 = H1⊕ X3 ⊕ X5 ⊕ X7 = 1 ⊕ 1 ⊕ 1 ⊕ 0=1 C2 = H2 ⊕ X3 ⊕ X6 ⊕ X7 = 0 ⊕ 1 ⊕ 1 ⊕ 0=0 C4 = H4⊕ X5 ⊕ X6 ⊕ X7 = 1 ⊕ 1 ⊕ 1 ⊕ 0=1 Vì chỉ bít X5 thuộc cả C1 và C4 nên bít sai là bít thứ 5 Quan sát tổ hợp C4 C2 C1 ta thấy C4 C2 C1 = 101 = (5)10 . Như vậy giá trị có ñược của tổ hợp này cho ta biết vị trí bít sai cần sửa chữa. Nếu tổ hợp này bằng 0 chứng tỏ bản tin nhận ñúng. Mã Hamming có thể ñược phát triển ñể dò ra hai bít sai và sửa ñược một bit lỗi. 3.3 MÃ NÉN DỮ LIỆU : Một vấn ñề cũng luôn ñược quan tâm trong truyền dữ liệu là làm thế nào ñể giảm thiểu số bít cần thiết ñể truyền một bản tin. - Như ta ñã biết, phương pháp ñiều chế vi phân, ngoài tác dụng tốt về mặt ñồng bộ còn có tác dụng giảm số bít ñi rất nhiều nếu thông tin có tính lặp lại. - Một phương pháp khác là mã hóa Run Length. Phương pháp này cho phép người ta phát ñi các mã thay cho các chuỗi ký tự có tính lặp lại kèm theo mã ñiều khiển báo cho bên thu số lần lặp lại, nhờ mã này mà bên thu có thể tạo lại toàn bộ chuỗi thông tin ñã truyền. - Mã ñồ họa trong hệ thống Videotex dùng một bảng mã hình học ñể phát ñi các ñồ họa của máy tính hoặc hình ảnh video. Mỗi hình ñược phát ñi là tập hợp các hình cơ bản với vị trí, màu sắc và kích thước xác ñịnh. Các hình cơ bản là các vòng tròn, hình chữ nhật....Ðiều này làm giảm rất nhiều số bít cần thiết so với việc phải phát ñi từng tọa ñộ và màu của từng ñiểm trên màn hình. 3.3.1 Mã Huffman. 3.3.2 Mã Run length. 3.3.3 Mã vi phân. 3.3.1 Mã Huffman : Mã Huffman lợi dụng xác suất xảy ra của các ký tự khác nhau mà gán các từ mã ngắn cho các ký tự có xác suất xảy ra lớn và ngược lại. Thí dụ, thay vì dùng 7 bít ñể mã tất cả các ký tự như mã ASCII, người ta chỉ gán 2 bít cho chữ E và 10 bít cho chữ Z, bởi lẻ, trong tiếng

Anh xác suất xuất hiện chữ E rất lớn so với xác suất xuất hiện chữ Z. Mã này còn có tên Mã phụ thuộc tần số (frequency dependent code) Với phương pháp này số bít trung bình dùng cho mỗi ký tự sẽ giảm. Nhưng do các mã dài ngắn khác nhau, ñể máy thu phân biệt ñược, người ta phải chọn các từ mã ngắn sao cho không trùng với các bít ñầu của các từ mã dài hơn. Gọi là tính tiền tố (prefix property). Giải thuật Huffman: Dưới ñây là các bước tạo mã Huffman - Tương ứng với mỗi dữ kiện liên kết một cây nhị phân chứa duy nhất một nút. Ở mỗi cây ghi tần số xuất hiện mà ta gọi là trọng lượng của cây. - Tìm hai cây nhẹ nhất. Nếu có nhiều hơn hai, ta chọn ngẫu nhiên hai cây trong số các cây có trọng lượng nhẹ nhất, ghép chúng lại thành một cây ñơn với nút gốc mới. Tổng trọng lượng hai cây này là trọng lượng của cây mới. - Lặp lại các bước cho tới lúc chỉ còn một cây duy nhất. Các cây ban ñầu trở thành các lá của cây nhị phân cuối cùng này. Ta biết rằng ñối với cây nhị phân thì chỉ có một ñường duy nhất từ gốc cho tới lá. Với mỗi lá, ñường từ gốc ñến nó chính là mã Huffman tương ứng. Mã này xác ñịnh bằng cách ghi trị 0 cho nhánh bên trái và 1 cho nhánh bên phải (hoặc ngược lại). Thí dụ 1: Thiết lập mã Huffman cho các ký tự A, B, C, D, E với tần số xuất hiện lần lượt là 0,25; 0,15; 0,10; 0,20; 0,30. (H 3.3a) là cây với 5 nút ñơn ban ñầu và trọng lượng tương ứng. (H 3.3b) ghép 2 cây B và C thành một cây mới với trọng lượng là tổng trọng lượng cây B và C (0,25) Bước tiếp theo ta có thể ghép cây mới hình thành với cây D hay cây A với D. (H 3.3c) ghép cây mới với D ñể ñược một cây trọng lượng là 0,45. (H 3.3d) ghép cây E và A Cuối cùng, ghép hai cây mới tạo ñể ñược một cây duy nhất, Ghi trị 0 và 1 vào các nhánh (H 3.3e).

(H3.3) Ta ñược bảng mã sau: Ký tự

Mã

A B C D E

01 110 111 10 00

Chiều dài trung bình của từ mã có thể tính như sau: 0,25*2 + 0,15*3 + 0,10*3 + 0,20*2 + 0,30*2 = 2,25 bít/ký tự Do có sự chọn ngẫu nhiên khi các dữ kiện có cùng trọng lượng nên kết quả có thể cho các bảng mã khác nhau. Tuy nhiên, kết quả cuối cùng của các bộ mã khác nhau phải cho cùng chiều dài trung bình của từ mã. Thí dụ 2: Mã hoá giá trị nhiệt ñộ trong khoảng từ 20°C ñến 30°C với xác suất cho trong (H 3.4). Thay vì thực hiện các cây nhị phân như trên, ta có thể dựa vào xác suất của các giá trị nhiệt ñộ mà lập một ñồ họa ñể thực hiện việc mã hóa sao cho các giá trị có xác suất lớn sẽ dùng từ mã ngắn nhất có thể có. Các sự kiện (là các giá trị nhiệt ñộ) ñược liệt kê theo xác suất giảm dần (H 3.4a) Ta bắt ñầu bằng cách gán hai bít 0 và 1 cho 2 sự kiện có khả năng xảy ra ít nhất, sau ñó hai sự kiện này ñược tổ hợp thành một sự kiện có xác suất bằng tổng hai xác suất của hai sự kiện ñó, các sự kiện ñược sắp xếp theo thứ tự giảm dần và thủ tục lặp lại từ dưới lên và từ trái sang phải cho ñến khi hai sự kiện cuối cùng ñược kết hợp. Từ mã của các sự kiện ñược viết bằng cách dò theo các ñường của sơ ñồ theo chiều ngược lại, từ phải qua trái. Cuối cùng ta có bảng mã (H 3.4b) Từ mã trung bình: 0,21*2 + 0,17*3 + 0,15*3 + 0,12*3 + 0,1*3 + 0,06*4 + 0,05*4 + 0,04*5 + 0,03*6 + 0,02*6 =3,18 bít/sự kiện Số bít dùng mã hóa ñã giảm khoảng 20%. Một ưu thế của phương pháp Huffman là có thể lập trình ñể thực hiện việc mã hóa. Trở lại Thí dụ 1, bây giờ giả sử chuỗi ký tự ñược phát ñi là A B E C A D B C, tương ứng với chuỗi bít 01110001110110110111, máy thu khi nhận ñược chuỗi dữ liệu sẽ thực hiện việc giải mã như thế nào ? Nhờ vào tính tiền tố của các mã, máy thu sẽ lần lượt ñọc các bít cho tới khi gặp một chuỗi con các bít tương ứng với một mã sẽ dừng lại, giải mã ký tự này, sau ñó tiếp tục ñọc chuỗi dữ liệu kế tiếp ñể tìm ra ký tự thứ hai. . .

(a)

(H3.4)

(b)

3.3.2 Mã Run length : Mã Huffman tuy có làm giảm số bít truyền ñi nhưng nó ñòi hỏi dữ liệu phải ñược tập hợp thành từng nhóm hay ký tự ñể xác ñịnh tần số lặp lại của các nhóm hay ký tự này. Việc này ñôi khi rất khó thực hiện ñối với một số loại dữ liệu thí dụ như dữ liệu từ một bản fax, tín hiệu mã hình ảnh . . . Lấy thí dụ trường hợp bản fax, dữ liệu ñược phát ñi không phải là các ký tự mà là các bít tương ứng với ñiểm sáng tối trên tờ giấy, như vậy phải có một kỹ thuật phù hợp ñể nén chuỗi dữ liệu này, ñó chính là mã Run length. Mã Run length ñược tạo ra bằng cách quan sát chuỗi bit 0 (hoặc 1) liên tiếp và thay thế chiều dài chuỗi bít này bởi một số nhị phân. Ở máy thu khi nhận ñược các số nhị phân sẽ thay các số này bởi các bít 0 (hoặc 1) ñồng thời chèn các bít khác loại vào. Thí dụ ta phải tạo mã Run length cho chuỗi dữ liệu sau bằng cách dùng số 4 bít thay cho số bit 0 liên tiếp: Dòng dữ liệu 0. . .010. . .0110. . .010. . .0110. . .0 91 bít Số bít 0 liên tiếp 14 9 20 30 11 Run length (nhị phân) 1110 1001 0000 1111 0101 1111 1111 0000 0000 1011 40 bít Run length (thập phân) 14 9 0 15 5 15 15 0 0 11 Nhận xét cách tạo mã : - 1 bít 1 giữa các chuỗi bít 0 sẽ không ñược mã, máy thu tự ñộng chèn bít 1 này vào khi phục hồi dữ liệu. - Nếu có 2 bít 1 liên tiếp, ta xem như có 1 chuỗi gồm không bít 0 giữa 2 bít 1 này và phải ñược thay thế bởi số 0000. - Nếu số số 0 nhiều hơn 15 ta phải dùng 2 số nhị phân thay cho chuỗi này (20=15+5; 30=15+15). Ở máy thu khi gặp chuỗi bốn bít 1 nó phải hiểu là phải lấy tổng số này với các số phía sau, nếu số sau cùng cũng gồm 4 bít 1, máy thu phải ñược báo bằng chuỗi 4 bít 0 theo sau (trường hợp sau số 30)

- Nếu chuỗi dữ liệu bắt ñầu bằng bit 1 thì máy phát sẽ gửi ñi 4 bít 0 ñầu tiên. Kỹ thuật nén này chỉ có hiệu quả khi chuỗi dữ liệu chứa rất nhiều một loại bit. Ngoài ra, kỹ thuật nén Run length cũng ñược dùng mã hóa các chuỗi ký tự giống nhau bằng cách thay mỗi chuỗi ký tự liên tiếp bằng con số chỉ ñộ dài ñứng trước ký tự ñó. Thí dụ, với chuỗi HHHHHFFFFFFFFYYYYYYYYYYYYYGGGGGGGGGG Sẽ có mã là: 5H8F13Y10G 3.3.3 Mã vi phân (Differential encoding) : Còn gọi là mã tương ñối (Relative encoding) Trong nhiều trường hợp, các dữ liệu liên tiếp nhau thay ñổi rất ít . Thí dụ trường hợp mã tín hiệu hình ảnh trong kỹ thuật video, do phải xử lý 30 bán ảnh (khung) trong một giây ñể tạo ảnh ñộng, nên chi tiết của các ảnh không khác nhau bao nhiêu, thay vì phải nén tín hiệu từng khung người ta nghĩ tới việc xác ñịnh sự khác nhau của các khung liên tiếp, mã thông tin này và gửi ñi. Nguyên tắc của mã vi phân như sau: khung thứ nhất ñược phát ñi ñồng thời lưu ở bộ ñệm của máy phát và thu. Máy phát sẽ so sánh khung thứ hai với khung thứ nhất này, mã sự khác biệt và phát ñi dưới dạng một khung. Máy thu khi nhận khung thứ hai, nhờ các mã chỉ sự khác biệt mà so sánh với khung thứ nhất (ñã lưu trước ñó) ñể tái tạo khung thứ hai, ñồng thời nó lưu khung thứ hai này trong bộ ñệm và quá trình tiếp tục với các khung mới. (H 3.5) là một thí dụ minh họa. 5762866356 6575563247 8468564885 5129865566 5529968951 Khung thứ nhất

5762866356 6576563237 8468564885 5139865576 5529968951 Khung thứ nhì 0000000000 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 0000000000 0010000010 0000000000 Khung phát ñi là sai biệt giữa khung thứ nhì và khung thứ nhất

5762866356 6585563337 8468564885 5139765586 5529968951 Khung thứ ba 0000000000 0010000100 0000000000 0 0 0 0 -1 0 0 0 1 0 0000000000 Khung phát ñi là sai biệt giữa khung thứ ba và khung thứ nhì

(H 3.5) Dữ liệu gồm các số nguyên ñược biểu diễn trong một khung 2 chiều, chúng không mang một ý nghĩa cụ thể nào, mục ñích của thí dụ là ñể hiểu cách tạo mã. Khung thứ nhất chứa một tập hợp các số nguyên và khung thứ hai chứa một tập hợp các số nguyên khác khung thứ nhất một ít.

Trong hình, các khung nằm dưới khung thứ hai và thứ ba là khung chứa các mã vi phân, số 0 chỉ không có sự khác biệt dữ liệu của 2 khung, số1chỉ dữ liệu khung sau lớn hơn khung trước 1 ñơn vị và số -1 chỉ ngược lại. Dĩ nhiên có thể sử dụng các số khác hơn là 1 và -1. Thí dụ cho ta thấy sự xuất hiện một chuỗi dài các bít 0 và có thể ñược nén nhờ phương pháp Run length. 3.4 MẬT MÃ : Trong nhiều trường hợp, bản tin cần ñược giữ bí mật ñối với ñệ tam nhân thì việc mã hóa ñược thực hiện dưới dạng mật: bản tin ñược mã bởi một khóa mà chỉ hai người liên hệ trong trao ñổi thông tin biết ñể sử dụng khi mã hóa và giải mã. Gọi bản tin ban ñầu là P (Plaintext), bản tin ñã cài mật mã là C (Ciphertext) thì C = Ek(P), E và k là giải thuật và khóa tạo mã ( Algorithm & Encryption key). Nơi nhận, nhận bản tin C và phục hồi lại P với giải thuật và khóa là D và k’ : P =Dk’(C) = Dk’ Ek(P). Trong ña số trường hợp (nhưng không phải luôn luôn) k=k’. Giải thuật và khóa càng phức tạp thì ñộ an toàn của bản tin càng cao. Chúng ta sẽ xét một số cách tạo mật mã từ ñơn giản ñến phức tạp.

3.4.1.Mã Caesar 3.4.2. Mã ña mẫu tự. 3.4.3. Mã chuyển vị. 3.4.4. Mã DES. 3.4.1. Mã Caesar (Caesar cipher) : Còn gọi là mã mẫu tự ñơn (mono-alphabetic cipher) Ðây là loại mật mã có sớm nhất và ñơn giản nhất. Người ta sẽ thay các ký tự của bản tin bằng các ký tự khác theo một qui luật nào ñó, thí dụ bằng cách cộng một số nguyên vào mã ASCII của các ký tự ta sẽ có một bản tin mật. Thí dụ cộng 1 vào mã ASCII ta sẽ có ký tự B thay cho A, C thay cho B . . . . Và nơi nhận sẽ giải mã bằng cách trừ 1 cho các mã nhận ñược trước khi tra bảng mã ASCII. Vì giải thuật tạo mã quá ñơn giản nên bản tin có thể ñược giải mã một cách dễ dàng mà không cần biết trước khóa. Thí dụ, trong tiếng Anh, các ký tự E, T, O và N là các ký tự thường xuất hiện nhiều lần trong các văn bản nên khi gặp bản mã người ta có thể thay các ký tự lặp lại nhiều lần bằng các ký tự này. Sau vài thử nghiệm có thể thấy ñược qui luật và suy ra bản tin. Ðể minh họa, giả sử một người nhận ñược bản tin sau: {;RSDR\SFF\,PMRU \YP\,U \NSML \ SVVPIMY \ $234567890 Trước nhất người ta liệt kê các ký tự thường xảy ra : \ (7 lần), S (4 lần), R, P và M (3 lần), như vậy người ta có thể thay thử các ký tự S, R, P, M bởi E, T, O, A và N (in ñậm):

{;EADE \AFF \,ONEU \YO \,U \NANL \AVVOINY \$234567890 Tiếp tục, người ta có thể nghĩ là trong một văn bản luôn có các khoảng trống, như vậy thử thay các dấu \ bằng các khoảng trống, bản tin thành {;EADE AFF ,ONEU YO ,U NANL AVVOINY $234567890 Nhận xét tiếp các từ chứa ít ký tự như AFF và YO, trong tiếng Anh, từ 3 ký tự mà hai ký tự sau giống nhau khiến ta nghĩ ñến từ ADD và từ 2 ký tự kết thúc bằng O khiến ta nghĩ tới từ TO. Thay vào ta lại ñược bản tin: {;EADE ADD ,ONEU TO ,U NANL AVVOINY $234567890 Cho tới ñây, dường như ta ñã ñi ñược một ñoạn ñường khá dài ñể sắp tới ñích, thêm vài lần thử người ta có thể tìm ra bản tin. PLEASE ADD MONEY TO MY BANK ACCOUNT #123456789 Một phương pháp khác ñể tạo mã mẫu tự ñơn có tên là Polybius square. Mẫu tự I và J ñược kết hợp lại và ñược xử lý như một từ ñơn, ñể tổng số mẫu tự là 25. 25 mẫu tự lại ñược chia thành dãy 5x5. Mỗi mẫu tự sẽ ñược mã bởi một cặp số tương ứng với hàng và cột trong bảng mã 1 2 3 4 5

1 2 3 4 A B C D F G H IJ L M N O Q R S T V W X Y

5 E K P U Z

Thí dụ bản văn N O W I S T H E T I M E 33 43 25 42 34 44 32 51 44 42 23 51 3.4.2. Mã ña mẫu tự (Poly-alphabetic cipher) : Ðể tránh việc lặp lại các ký tự trong bản mật mã, người ta dùng loại mã ña mẫu tự, tương tự mã Caesar, mỗi ký tự cũng ñược thay bởi một ký tự khác, nhưng các ký tự giống nhau không phải ñược thay bằng một ký tự duy nhất, mà sẽ ñược thay bằng các ký tự khác nhau tùy theo vị trí của nó. Một thí dụ của mã ña mẫu tự là mã Vigenère Dùng một mãng 2 chiều của các ký tự, trong ñó mỗi hàng chứa các mẫu tự theo Alphabet nhưng thứ tự trong từng hàng khác nhau: Thí dụ: Cột 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 1718 19 20 21 22 23 24 25 Hàng 0 A B CD E FGH I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Hàng 1 B C DE FGH I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Hàng 2 C DE F GH I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A Hàng 3 D E FG H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B

Z A B C

. . Hàng 24 Hàng 25 Cột

. . . . . . . . Y Z AB C D E FGH I J K L M N O P Q R S T U Z AB C D E FGH I J K L M N O P Q R S T U V 0 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 17 18 1920 21 22 23

. . . . V W X W X Y 24 25

Ðể thay thế một ký tự, gọi i là vị trí tương ñối của nó trong bản tin (bắt ñầu là vị trí 0) và j là vị trí tương ñối của nó trong thứ tự Alphabet. Gọi V là mảng, ký tự sẽ ñược thay bằng một ký tự trong V[ i mod 26,j ]. Thí dụ dùng mảng ở trên ñể thay các chữ THE trong bản tin ở các vị trí 25, 54 và 104. Ta lập bảng thay thế như sau: Ký tự cần thay T H E T H E T H E

Vị trí i 25 26 27 54 55 56 104 105 106

i mod 26 25 0 1 2 3 4 0 1 2

Vị trí j 19 7 4 19 7 4 19 7 4

Ký tự phải thay S (h25, kt19) H (h0, kt7) F V K I T I G

Như vậy các ký tự THE ở các vị trí khác nhau trong bản tin ñã lần lượt ñược thay bởi SHF, VKI và TIG. Mặc dù ñã giải quyết ñược sự lặp lại, nhưng xét kỹ chúng ta vẫn thấy rằng có một qui luật mà người ta vẫn có thể nhận ra ñó là khoảng cách của các ký tự của cùng một mã là như nhau do tính tuần hoàn của mãng mẫu tự mà chúng ta sử dụng và do bài toán mod 26 (khoảng cách trong mã ASCII của S & H, V & K và T & I ñều là 11). Ðể khắc phục ñiều này người ta có thể tăng số hàng của mãng ký tự lên, nhưng như vậy ñưa ñến kết quả là khóa có thể quá dài (thậm chí dài hơn bản tin), khó khăn cho việc phát và lưu trữ một cách an toàn. 3.4.3. Mã chuyển vị (Transposition cipher): Người ta sẽ sắp xếp lại thứ tự các ký tự của bản văn bằng cách lưu chúng trong một mãng 2 chiều m cột, m ký tự ñầu tiên sẽ cho vào hàng thứ nhất, m ký tự kế tiếp cho vào hàng thứ hai, và cứ thế tiếp tục cho hết bản tin, sau ñó hoán ñổi vị trí các cột theo thứ tự mới, giả sử p1, p2 . . . pm. Sự hoán ñổi có thể thực hiện một cách ngẫu nhiên hoặc theo một qui luật ñịnh trước. Bản tin sẽ ñược truyền ñi theo thứ tự từ p1, p2 . . . ñến pm Thí dụ bản tin cần phát: MISS PIGGY KERMIT ANIMAL AND FOZZIE BEAR Giả sử dùng mãng 5 cột 1 2 3 4 5, Bản tin ñược ñưa vào mãng như sau: Số cột

1

2

3

4

5

M P

I I K T M N Z B

S G E

S G R A L

Y M N

I I A O

A D Z E

I A

F E R

Sắp xếp lại các cột theo thứ tự 2, 4, 3, 1, 5, ta ñược bản tin: IIKTMNZBSGRAL IASGE ADZEMP IIAO (2 khoảng trống) YMN FER Rõ ràng là bản tin ñã mã hóa không còn một dáng dấp nào của bản tin ban ñầu. Nhưng phương pháp vẫn còn khuyết ñiểm là sự lặp lại của các ký tự. Nếu kẻ gian xác ñịnh ñược mật mã ñã dùng là loại chuyển vị thì khả năng giải ñược mã không khó lắm (nhất là có phương tiện tin học trong tay). 3.4.4. Mã DES (Data Encryption Standard) : Mã DES ñược phát triển bởi IBM vào những năm ñầu thập niên 70, ñã ñược chính phủ cho phép xem như chuẩn trong việc tạo mật mã dùng trong thương mại và những tin tức không coi là bí mật và người ta ñã chế tạo các chip VLSI ñể thực hiện viêc tạo mã nhanh hơn. DES chia bản tin ra thành từng khối 64 bit và dùng khóa 56 bit ñể thực hiện quá trình tạo mã rất phức tạp bao gồm các kỹ thuật như chuyển vị, thay thế, toán tử EX-OR và vài xử lý khác ñể tạo nên một bản mã 64 bit. Tiến trình thực hiên gồm: - Bước 1: Chuyển vị 64 bit dữ liệu và 56 bit khóa - Bước 2 gồm 16 lần thực hiện sự mã hóa tương tự nhau nhưng với các khóa khác nhau, dữ liệu ra của lần thực hiện trước sẽ là dữ liệu vào của lần thực hiện sau. - Bước 3: Trộn 32 bit ñầu và 32 bit cuối - Bước 4: Thực hiện lần chuyển vị cuối cùng. (H 3. 6) mô tả các bước tạo mã của DES

(H3.6) (H 3.7) minh họa một trong 16 lần thực hiện mã hóa Trong (H 3.7) , các ký hiệu C64 chỉ 64 bít ñã ñược mã hóa, L32 chỉ 32 bit ñầu của C64, R32 là 32 bít cuối, K56 là khóa 56 bít. Ngoài ra các ký hiệu như X48 chỉ chuỗi dữ liệu 48 bít có ñược từ một tác vụ trung gian trước ñó. Lưu ý là ñể ñơn giản, chúng ta chỉ dùng cùng 1 ký hiệu cho các chuỗi dữ liệu ra của cùng 1 tác vụ, nhưng các chuỗi này là khác nhau (Thí dụ, cùng dùng ký hiệu X6 cho các chuỗi dữ liệu ra từ mạch chia nhóm, nhưng các chuỗi ra từ các mạch khác nhau thì khác nhau). Như (H 3.7) mô tả, ñầu tiên, người ta chia 64 bít ra làm ñôi, 32 bít ñầu ký hiệu L32 và 32 bít còn lại là R32. Tiếp theo chuỗi R32 ñược mở rộng thành 48 bít (R48) bằng cách chuyển vị và nhân ñôi một số bit (Ta ký hiệu R48 ñể nhấn mạnh rằng chuỗi này ñược dẫn xuất từ R32). Ðồng thời khóa 56 bit cũng ñược phân làm ñôi và thực hiện việc quay vòng cho mỗi nhóm (số lần quay tùy theo giải thuật ở từng bước mã hóa khác nhau), sau ñó thực hiện chuyển vị, chuỗi bít ra ký hiệu là K56. Bước tiếp theo là thực hiện hàm EX-OR cho R48 và K56, kết quả là chuỗi X48, chuỗi này lại ñược phân thành 8 nhóm 6 bít (X6) rồi thực hiện việc thay thế ñể giảm xuống thành các nhóm 4 bít (X4) sau ñó tổ hợp 8 nhóm này ñể thành chuỗi X32. X32 lại ñược EX-OR với L32, kết quả là X32. Cuối cùng chuỗi X32 tổ hợp với chuỗi bít R32 ñể cho mã 64 bít (C64).

(H3.7) Tóm lại, giải thuật ñể có ñược một bản tin mật rất là phức tạp, nhưng như thế vẫn chưa chắc ñã bảo mật tuyệt ñối ñược bản tin. Ngoài ra, việc qui ước với nhau cách tạo các khóa hoặc cách thông tin cho nhau về các khóa cũng phải ñược thực hiện sao cho bí mật phải ñược bảo ñảm. Vấn ñề bảo mật còn rất nhiều ñiều phải nghiên cứu.

CHƯƠNG 4

TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ðỒNG BỘ . Nội dung: 4.1 HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU . 4.2 MẪU TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN BẤT ðỒNG BỘ . 4.3 VÀI IC THỰC HIỆN GIAO THỨC BẤT ðỒNG BỘ . -----------------------------------------------------------------------------------------------------------Như ñã biết, trong các hệ thống truyền dữ liệu có hai cách ñưa tín hiệu lên ñường truyền: nối tiếp và song song. Cách truyền song song thường ñược truyền trên một khoảng cách ngắn, ví dụ giữa các thiết bị trong cùng một phòng như từ máy tính sang máy in. Cách truyền nối tiếp thường ñược thực hiện khi khoảng cách truyền khá xa. Ngoài ra, trong cách truyền nối tiếp, dựa vào cách thực hiện sự ñồng bộ giữa nơi phát và thu ta có hai chế ñộ hoạt ñộng: ñồng bộ và bất ñồng bộ. Trong chế ñộ bất ñồng bộ, xung ñồng hồ ñược tạo ra một cách riêng rẻ ở máy phát và máy thu dựa vào tần số danh ñịnh tương ứng với vận tốc truyền (bit rate hoặc baud rate). Trong chế ñộ ñồng bộ, nơi phát có thể gửi xung ñồng hồ tới nơi thu theo một kênh truyền song song với kênh truyền dữ liệu hoặc nơi thu tự tạo ra xung ñồng hồ bằng cách tách tín hiệu thời gian từ dòng dữ liệu. Chương này bàn ñến chế ñộ truyền nối tiếp bất ñồng bộ. Chúng ta sẽ lần lượt giới thiệu tính chất chung của hệ thống truyền dữ liệu, các giao thức của hệ thống truyền bất ñồng bộ. Chúng ta cũng sẽ khảo sát vài IC thực hiện chức năng biến ñổi song song, nối tiếp trong các thiết bị thu phát . 4.1 HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU: 4.1.1 Vận hành . 4.1.2 Dung lượng của kênh truyền . 4.1.1 Vận hành : Một mẫu hệ thống truyền dữ liệu gồm 3 bộ phận chính (H 4.1) - Một cặp thiết bị xử lý tín hiệu (Terminal, vd máy tính), một của máy phát (chuyển thông tin thành tín hiệu số) và một của máy thu (chuyển dữ liệu số thành thông tin). - Một cặp giao diện nối tiếp, ñược gọi là thiết bị ñầu cuối (Data Terminal Equipment, DTE) mà nhiệm vụ chính là biến ñổi chuỗi dữ liệu song song thành nối tiếp ở

máy phát và ngược lại ở máy thu, ñồng thời thực hiện một số chức năng khác theo yêu cầu của người sử dụng. - Một cặp giao diện truyền dữ liệu, ñược gọi là thiết bị truyền dữ liệu (Data Communication Equipment, DCE), thực hiện sự giao tiếp giữa DTE và môi trường truyền. Máy tính hay Terminal phát → | Báo nhận | | Máy tính hay | Terminal thu | 

Bản tin →

Giao diện nối tiếp DTE

Bản tin ←

Giao diện nối tiếp DTE

Giao diện truyền dữ liệu DCE →

←

 Kênh truyền | | | Giao diện truyền | dữ liệu | DCE ←

(H 4.1) Vận hành của hệ thống như sau : Máy tính gửi bản tin dưới dạng một chuỗi ký tự song song tới DTE. Ở ñây bản tin ñược chuyển sang dạng nối tiếp ñể phát ñi từng bít ở từng thời ñiểm . Ðối với các hệ thống bất ñồng bộ, thiết bị DTE sẽ thêm vào các bít Start và Stop ở mỗi ký tự nối tiếp này và nếu có yêu cầu, bít kiểm tra chẵn lẻ cũng ñược thêm vào ở ñây . Ðây là một dòng nối tiếp các tín hiệu nhị phân tương thích với các chuẩn về ñiện của EIA như RS-232C (D), RS-422A hoặc 423A. DCE là bộ phận chuyển tín hiệu ra kênh truyền. Dạng chính xác của DCE tùy thuộc vào kênh truyền, ví dụ, các DCE ñược dùng thúc ñường dây hiện nay là RS-422A hoặc 423A có thể thích hợp ñể truyền tín hiệu dải nền với khoảng cách tối ña là 1200m còn nếu dùng ñường dây ñiện thoại ñể truyền thì DCE tương thích phải là các Modem. Ở máy thu bộ phận giao tiếp biến ñổi chuỗi ký tự nối tiếp thành song song ñược ñọc bởi máy tính hay thiết bị truyền tin ñầu cuối khác. Một bản tin báo nhận ñược phản hồi tới máy phát ñể báo nhận ñồng thời báo lỗi, nếu có lỗi bản tin sẽ ñược phát lại sau khi sửa lỗi. Trong trường hợp này máy thu ñã trở thành máy phá. 4.1.2 Dung lượng của kênh truyền : Khả năng và phẩm chất của một kênh truyền xác ñịnh bởi dung lượng của nó. Nhắc lại, một tín hiệu tần số x , tín hiệu lấy mẫu phải có tần số tối thiểu là 2x, yêu cầu một băng thông tối thiểu là x ñể truyền , nếu dùng n bít ñể mã hóa tín hiệu này thì vận tốc truyền sẽ là 2nx, ta gọi C = 2nx là dung lượng của kênh truyền. Ví dụ, trong ñiện thoại tần số tín hiệu là 2,7kHz nếu dùng 1 bít (n = 1) ñể mã hóa tín hiệu thì dung lượng kênh truyền C = 5,4kbps, nếu dùng số 2 bít ( n = 2) thì C = 10,8kbps ..... Như vậy dung lượng của kênh truyền tỉ lệ với số bít dùng mã hóa tín hiệu và băng thông của nó. Nhưng khi băng thông của kênh truyền càng lớn thì tính miễn nhiễu

của hệ thống càng kém nên ñể gia tăng dung lượng kênh truyền người ta thường tăng số bít dùng mã hóa tín hiệu và dùng phương pháp ñiều chế ña pha. 4.2 MẪU TÍN HIỆU TRONG CHẾ ÐỘ TRUYỀN BẤT ÐỒNG BỘ :

Trong chế ñộ truyền bất ñồng bộ thông tin ñược truyền ñi dưới dạng từng ký tự và khoảng cách các ký tự là ngẫu nhiên. Tuy nhiên ñể tạo sự ñồng bộ giữa máy phát và thu, giao thức tầng 2 (Data link protocol) có qui ñịnh cụ thể về mẫu tín hiệu trong hệ thống truyền bất ñồng bộ như sau : - Mỗi ký tự gồm một số bít gọi là ký tự dữ liệu, số này có thể là 5 ñối với mã Baudot, 7 nếu là mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) và 8 nếu là mã EBCDIC (Extended Binary-Coded Decimal Information Code, mã BCD mở rộng) - Ngoài ra, ñể tạo sự ñồng bộ, kèm theo các bít mã ký tự còn có các bít Start ở trước mỗi ký tự và các bít Stop ở sau mỗi ký tự. . Các bít Start là các bít 0 và các bít Stop là bít 1. Số bít Start luôn luôn là 1 bít còn số bít Stop có thể là 1, 1,5 hoặc 2 bít. - Nếu có thêm bít kiểm soát chẵn lẻ (parity bit) thì bít này nằm trước bít Stop. - Ở trạng thái nghỉ máy phát luôn phát ñi bít 1 gọi là bit nghỉ (idle bit), như vậy máy thu dò ra bít Start khi có sự biến ñổi từ 1 xuống 0, sau ñó là một chuỗi bít có số lượng theo qui ñịnh của giao thức. Lưu ý là trong truyền dữ liệu, bit LSB của ký tự luôn ñược truyền ñi trước và có hai cách viết (và ñọc) một bản tin: theo chiều mũi tên hướng về bên phải và chiều hướng về bên trái. - Viết theo chiều mũi tên hướng về bên phải : bit LSB của ký tự ñầu tiên sẽ nằm bên phải của bản tin. Thí dụ bản tin dùng mã ASCII gồm 3 ký tự ABC có mã lần lượt là 41H (1000001), 42H (1000010) và 43H (1000011), bit LSB của ký tự ñầu tiên (A) ñược phát ñi trước và phải nằm bên phải của bản tin nên chuỗi dữ liệu ñược phát ñi có dạng: → C B A p1000011 p1000010 p1000001. Với cách viết này, mỗi mẫu mã hóa của mỗi ký tự ñược giữ nguyên chiều của nó nhưng thứ tự các ký tự trong bản tin ñã bị ñảo. - Viết theo chiều mũi tên hướng về bên trái : bit LSB của ký tự ñầu tiên sẽ nằm bên trái của bản tin. Với thí dụ trên, bit LSB của ký tự ñầu tiên (A) ñược phát ñi trước và phải nằm bên trái của bản tin nên chuỗi dữ liệu ñược phát ñi có dạng: ← A B C 1000001p 0100001p 1100001p. Với cách viết này, thứ tự các ký tự trong bản tin ñược giữ nguyên nhưng các bit trong mỗi ký tự ñã bị ñảo chiều.

Bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit), nếu có, sẽ ñược thêm vào sau mỗi ký tự (bit p trong các thí dụ trên) Ở máy phát thanh ghi dịch biến ñổi tín hiệu song song thành nối tiếp, ñược ñiều khiển bởi tín hiệu Load/Shift, các bít Start và Stop ñược tự ñộng thêm vào khi mạch hoạt ñộng . Ở máy thu khi bộ phận dò phát hiện bít Start bởi sự thay ñổi từ 1 xuống 0, sẽ tạo ra tín hiệu ñiều khiển thanh ghi dịch, sau khi dịch ñủ số bít qui ñịnh của tín hiệu kể cả bít parity và bít Stop, ký tự dữ liệu ñược ñọc ra dưới dạng song song từ thanh ghi dịch.

(H 4.2) (H 4.2) mô tả dạng của tín hiệu trên ñường truyền bất ñồng bộ (tín hiệu là mẫu chữ C với parity chẵn và một bít Stop) và bộ phận biến ñổi song song nối tiếp trong máy phát và thu. Bộ phận này chính là các thanh ghi dịch. Sự ñồng bộ ở các thanh ghi dịch phát và thu ñược tạo bởi xung ñồng hồ ở máy phát và xung ñồng hồ ở máy thu. Dĩ nhiên các xung ñồng hồ này phải có cùng tần số, ñó là tần số tương ứng với vận tốc truyền bít của hệ thống. Nếu xung ñồng hồ ở nơi thu không phù hợp với xung ñồng hồ ở nơi phát, lỗi do ñộ lệch thời gian có thể xảy ra. Có hai loại lỗi: Lỗi khi ñọc bít và lỗi do sai khung. Lỗi do sai khung ñược tạo ra bởi sự tích lũy các ñộ lệch thời gian, bít cuối cùng bị sai ñưa tới sai khung.

(H 4.3) (H 4.3) là một ví dụ, giả sử thời gian cho một bít là 0,1s (T = 0,1s =100ms) và sự sai lệch là 7% sớm hơn ở máy thu, như vậy máy thu ñọc bít ñầu tiên ở thời ñiểm 93 ms thay vì 100ms, bít thứ hai ở 186ms ..... cho ñến thời ñiểm 744ms máy thu ñang ñọc bít

thứ 7 nhưng nhầm là bít thứ 8, như vậy bít cuối cùng của tín hiệu ñã bị ñọc sai, nếu bít thứ 8 là bít 1 thì máy thu nhầm là bít Stop và kết quả là có sự sai khung. Bít Stop là bít kiểm tra ñộ lệch thời gian tương ñối chính xác, nếu máy phát hiện bít Stop không phải là bít 1 thì sẽ báo lỗi khung ta nói bít Stop là khoảng bảo vệ tối thiểu giữa các khung kýï tự. Ngoài ra bít parity cũng giới hạn ñược sai sót này và các sai sót do nhiễu, tuy nhiên phương pháp phát hiện lỗi này không ñạt ñộ tin cậy 100% vì nếu số bít sai là số chẵn thì máy thu không phát hiện ñược. 4.3 VÀI IC THỰC HIỆN TRUYỀN NỐI TIẾP BẤT ÐỒNG BỘ : Trước ñây việc thu phát bất ñồng bộ ñược thiết kế dựa trên các IC loại SSI và MSI. Ví dụ, ñể tạo và kiểm tra chẵn lẻ, người ta có thể dùng các cổng EX-OR . Hiện nay sự phát triển của công nghệ chế tạo IC cho phép sử dụng các vi mạch LSI ñể thực hiện các chức năng thu phát thỏa mãn giao thức truyền bất ñồng bộ. Chúng ta giới thiệu dưới ñây vài IC thu phát bất ñồng bộ (Universal Asynchronous Receiver,Transmitter, UART) hoặc IC ñiều hợp giao tiếp thông tin bất ñồng bộ (Asynchronous Communication Interface Adapter, ACIA), ñó là các IC : - UART 6402 của Intersil - ACIA 6850 của Motorola - USART 8251A của Intel 4.3.1 UART 6402 của Intersil . 4.3.2 ACIA 6850 của Motorola . 4.3.1. UART 6402 của Intersil : 4.3.1.1 - Tính năng kỹ thuật tổng quát . 4.3.1.2 - Mô hình . 4.3.1. 3 - Vận hành . 4.3.1.4 Giao tiếp của 6402 với vi xử lý . 4.3.1.1 - Tính năng kỹ thuật tổng quát : 6402 là UART loại IC CMOS/LSI dùng ñể giao tiếp với máy tính hoặc mP qua kênh dữ liệu nối tiếp bất ñồng bộ. - Máy phát ñổi dữ liệu song song thành nối tiếp và tự ñộng thêm vào các bít Start và Stop. - Máy thu chuyển ñổi các bít Start, ký tự dữ liệu, bít parity và bít Stop thành dữ liệu song song, kiểm tra lỗi. Chiều dài của các ký tự dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bít. Parity có thể là chẵn hay lẻ, việc kiểm tra và tạo bít parity có thể bỏ qua, nếu không có yêu cầu. Có thể dùng 1, 1,5 hoặc 2 bít Stop.

4.3.1.2 - Mô hình (H 4.4) :

(H4.4) - Ý nghĩa các chân của IC : TRE : Transmit Reg. Empty : Ngã ra, báo thanh ghi phát trống. Trans. Buf. Reg. Load : Ngã vào, nạp dữ liệu vào thanh ghi ñệm phát & phát : TBRE : Trans. Buf. Reg. Empty : Ngã ra, mức cao báo thanh ghi ñệm phát trống, sẵn sàng nhận dữ liệu TBR7 – TBR0 : Trans. Buf. Reg. Data : Dữ liệu ñể nạp vào thanh ghi ñệm phát DR : Data Received : Ngã ra, lên cao báo ñã thu ñược một ký tự dữ liệu : Data Received Reset : Reset thanh ghi thu : Receive Buffer Output Enable : Cho phép thu tín hiệu từ thanh ghi ñệm thu RBR7 – RBR0 : Receive Buf.Reg. Data : Dữ liệu thu từ thanh ghi ñệm thu CRL : Control Reg. Load : Ngã vào, mức cao cho phép nạp từ ñiều khiển vào thanh ghi ñiều khiển CR4 – CR0 : Control Reg. Data : Tổ hợp 5 bit tạo thành một từ ñiều khiển PE,FE,OVE : Parity, Framing, Overflow flags : Cờ báo lỗi chẵn lẻ, lỗi khung, lỗi tràn : Status O/P Enable : Cho phép ngã ra trạng thái

MRST : Master Reset : Ðặt lại IC RC,TC : Receive Clock, Trans. Clock : Xung ñồng hồ Thu, Phát RxD, TxD : Receive Data, Trans. Data : Dữ liệu thu phát. Việc chọn các chuẩn trong giao thức theo qui ñịnh của bảng 4.1 dưới ñây Bảng 4.1 : 6402 control word CR4

Chọn chiều dài ký tự CLS1

CR3 CR2

CLS0 Có Kiểm Tra chẵn lẻ ? PI Chọn Kiểm Tra chẵn EPE Chọn số bit stop SBS

CR1 CR0

Ðưa

00 = 5 bit 01 = 6 bit 10 = 7 bit 11 = 8 bit 1 = không kiểm tra chẵn lẻ và PE = 0 0 = có kiểm tra chẵn lẻ 1 = kiểm tra chẵn 0 = kiểm tra lẻ 0 = 1 bit stop 1 = 1,5 (ký tự 5 bit) 1 = 2 (ký tự 6, 7, 8 bit)

4.3.1. 3 - Vận hành : - Vận hành của IC ñược thực hiện qua các thao tác sau ñây : - Khởi ñộng : Ðể khởi ñộng 6402, lần lượt thực hiện 3 bước : - Ðặt từ ñiều khiển vào các chân CR4 – CR0 ñể chọn giao thức truyền. - Ðưa chân CRL lên cao ñể nạp từ ñiều khiển vào thanh ghi ñiều khiển. - Ðưa chân MRST lên cao ñể reset máy thu và máy phát. - Phát một ký tự : Ðể nạp một ký tự vào thanh ghi phát và phát ñi, lần lượt thực hiện các bước : - Chân TBRE lên cao báo thanh ghi ñệm phát trống. - Các bít của ký tự ñược nạp vào chân TBR7 - TBR0. lên cao ñể nạp data vào thanh ghi ñệm. - Tín hiệu

phát ñi khi

xuống thấp.

- Thu một ký tự : Ðể thu một ký tự, lần lượt thực hiện các bước sau : - Chân DR lên cao báo ñã thu một ký tự mới -

xuống thấp ñể ñọc ký tự từ ngã ra của bộ ñệm vào CPU

Ðưa - Ðọc các trạng thái lỗi ở các ngã PE, FE và OVE (Các chân này cho phép bởi

ở trạng thái

thấp). Mức cao của các chân này cho biết ñã phát hiện lỗi. PE cho biết lỗi chẵn lẻ, FE cho biết lỗi khung và OVE cho biết lỗi tràn (Overrun) là lỗi do tốc ñộ thu ký tự lớn hơn tốc ñộ ñọc ký tự. - Reset thanh ghi thu bằng cách xuống mức thấp ñưa chân Tốc ñộ phát và thu bít tùy thuộc vào xung ñồng hồ trên hai chân TC và RC. 6402 có mạch chia 16 cố ñịnh ñể tần số xung clock vào phải bằng 16 lần tốc ñộ baud mong muốn. Tốc ñộ có thể lên tới 250 kbps. 4.3.1.4 Giao tiếp của 6402 với vi xử lý : Giao tiếp giữa 6402 và bộ vi xử lý có phần phức tạp (H 4.5), nhưng ít sử dụng phần mềm khi thực hiện các chức năng thu phát

(H 4.5) - Việc thực hiện giao thức bất ñồng bộ (tức tạo từ ñiều khiển) nhờ vào khóa chuyển mạch ñiện tử. - Việc báo lỗi thực hiện nhờ một led. - Mạch ñược Reset bởi cả phần cứng và phần mềm. - Mạch ñơn ổn thực hiện chức năng Reset thanh ghi thu tự ñộng sau khi thu ñược ký tự. - Việc ñọc ký tự thu tác ñộng bởi tín hiệu RD ở CPU và tín hiệu select UART từ mạch giải mã ñịa chỉ. - Tương tự cho việc nạp dữ liệu vào thanh ghi ñệm phát ñể phát : tác ñộng bởi tín hiệu WR của CPU và tín hiệu select UART. - Các ngắt riêng biệt của IP ñược tạo ra bởi tín hiệu DR và TBRE

4.3.2 . ACIA 6850 của Motorola :

4.3.2.1 - Ðặc tính tổng quát . 4.3.2.2 - Mô hình và sơ ñồ khối . 4.3.2.3 - Vận hành . 4 .3.2.4 - Giao tiếp của 6850 với vi xử lý .

4.3.2.1 - Ðặc tính tổng quát : Về tính chất vật lý, 6850 thuộc loại NMOS có 24 chân, ñược thiết kế ñể giao tiếp với bus của họ µP 6800 của Motorola. 6850 có thể lập trình phần mềm và chỉ có một thanh ghi ñiều khiển Ngoài ra, với 6850 ta có thể thiết lập các giao thức sau ñây : - Có thể truyền 8 hoặc 9 bít - Có thể chọn parity chẵn hoặc lẻ - Kiểm tra lỗi parity, overrun, và framing - Có thể chọn các mode hoạt ñộng với tần số xung ñồng hồ chia cho hệ số 1, 16 hoặc 64 - Tốc ñộ truyền dữ liệu lên tới 500 kbps - Có các chức năng ñiều khiển ngoại vi/modem - Có 1 hoặc 2 bít Stop - Có thanh ghi dữ liệu ñôi. 4.3.2.2 - Mô hình và sơ ñồ khối (H 4.6):

(H 4.6) • Ý nghĩa các chân : -

, CS1, CS0 : Chip slect : chọn chip

- RS : Reg. Select : Chọn thanh ghi (1: Dữ liệu; 0: Ðiều khiển) - R / : Read / Write : Interrupt request : Yêu cầu ngắt - D7-D0 : Data Bus I/O : Bus dữ liệu vào/ra - E : Data I/O Enable and Clkng (Ðiều khiển xuất nhập dữ liệu vào/ra bus) - RxCLK, TxCLK : Ngã vào xung ñồng hồ thu, phát -

: Clear To Send

-

: Request To Send

: Carrier Detect : Dò sóng mang - RxD, TxD : Dữ liệu thu, phát - VSS : Mass nguồn (GND) - VDD : Nguồn dương (+5 V) Các chi tiết của giao thức ñược chọn bằng cách ghi 1 byte vào thanh ghi ñiều khiển dựa theo bảng 4.2. Trạng thái thu phát và trạng thái lỗi ñược ñọc từ thanh ghi trạng thái, dựa vào bảng 4.3 Thanh ghi ñiều khiển hoặc thanh ghi trạng thái ñược chọn khi chân RS xuống thấp và thanh ghi dữ liệu thu hoặc phát ñược chọn khi RS lên cao. Thanh ghi dữ liệu phát và ñiều khiển chỉ có thể ghi (write). Thanh ghi dữ liệu thu và trạng thái chỉ có thể ñọc (read).

Bảng 4.2 6850 Control Register Word Bits Cho phép ngắt thu D7 C7 1= ở thấp khi thanh ghi ñệm thu ñầy 0 = Không cho phép ngắt thu Ðiều khiển ngắt phát - phát 00 = low. Không cho phép ngắt phát D6 C6 01 = low. Cho phép ngắt phát 10 = high. Không cho phép ngắt phát 11 = low. Không cho phép ngắt phát & C5 Phát bit 0 (break level) D5 Chọn chiều dài ký tự, 000 = 7 bit + Chẵn + 2 Stop D4 KTchẵn lẻ, Số bit stop 001 = 7 bit + Lẻ + 2 Stop C4 010 = 7 bit + Chẵn + 1 Stop C3 011 = 7 bit + Lẻ + 1 Stop D3 100 = 8 bit + 2 Stop 101 = 8 bit + 1 Stop C2 110 = 8 bit + Chẵn + 1 Stop D2 111 = 8 bit + Lẻ + 1 Stop Chon hệ số chia tần xung 00 = : 1 D1 CK 01 = : 16 C1 C0 10 = : 64 D0 11 = Master Reset Ghi chú : * Master reset, thanh ghi ñiều khiển có bít C1 C0 = 11, Reset tất cả các bít của thanh ghi trạng thái và ñưa chân và * Bít C7 = 1, CPU bị ngắt nếu: - Thanh ghi dữ liệu thu ñầy - Bị tràn - Có một biến ñổi từ thấp lên cao ở chân

lên cao

(modem không dò ra sóng mang)

Bảng 4 .3 6850 Status Register Bits D7 Trạng thái pin 1= low IRQ Reset bởi việc ñọc thanh ghi ñệm thu hay viết vào thanh ghi phát D6 Lỗi chẵn lẻ 1 = Có lỗi chẵn lẻ PE Set/Reset khi chuyển dữ liệu thu D5 Lỗi tràn 1 = Báo lỗi tràn và giữ bit RDRF = 1 (Overrun) Set/Reset khi chuyển dữ liệu thu OVRN D4 Lỗi khung 1 = Có lỗi khung FE Set/Reset khi chuyển dữ liệu thu

D3

Xóa ñể phát CTS

Tuỳ trạng thái chân Chân ở mức cao sẽ vô hiệu hóa bit TDRE

D2

Dò sóng mang CD Thanh ghi phát trống TDRE Thanh ghi thu ñầy RDRF

1 = chân ở mức cao (no carrier) ( xem ghi chú) 1= Phần phát chờ nhận ký tự. Reset bởi việc ghi vào thanh ghi phát 1 = Phần thu chờ ñọc ký tự. Reset bởi việc ñọc thanh ghi ñệm thu

D1 D0

Ghi chú : bit CD lên 1 làm cho chân

xuống thấp khi bit C7 set = 1. Bit CD

vẫn giữ 1 sau khi pin xuống thấp và bị xóa sau khi ñọc thanh ghi trạng thái, và thanh ghi dữ liệu thu, hoặc cho ñến khi MRST xảy ra. Thông tin trong thanh ghi trạng thái ñược ñọc bởi CPU và cho biết trạng thái hiện hành của 6850 Bít D0 : (RDRF) Bít này set 1 sau khi data nhận ñược ñã truyền từ thanh ghi dịch thu tới thanh ñệm thu và nó ñược xóa sau khi CPU ñã ñọc data Bít D1 : (TDRE) Bít này ñược set khi data ñã chuyển từ thanh ghi ñệm phát ñến thanh ghi dịch phát, nó ñược xóa khi CPU viết từ mới vào thanh ghi ñệm phát Bít D2 : (CD) Bít này ñược set nếu Modem không dò ra sóng mang Bít D3 : (CTS) Bít này ñược reset ( =0) nếu có tín hiệu tác ñộng xóa ñể gửi Bít D4 : (FE) Bít này set nếu máy thu không dò ra bít stop ( sai khung) Bít D5 : (OVRN) Bít này set nếu 6850 chuyển data thu ñược từ thanh ghi dịch thu vào thanh ghi ñệm thu trước khi CPU ñọc nội dung trong thanh ghi này, nó chỉ rằng có một phần bản tin bị mất. Bít này ñược reset khi CPU ñọc thanh ghi ñệm thu Bít D6 : (PE) Bít này set khi máy thu dò ra lỗi parity Bít D7 : (IRQ) Bít này set khi có tín hiệu tác ñộng trên ngã ra

tới CPU

4.3.2.3 Vận hành : Vận hành 6850 ñược mô tả qua các bước : Khởi ñộng, phát một ký tự và thu một ký tự - Khởi ñộng : Chú ý rằng 6850 không có reset phần cứng. Việc reset chip ñược ñiều khiển bằng cách ghi byte ñiều khiển vào thanh ghi ñiều khiển (lập các bít C0 = C1 = 1) - Reset chip: các bit trong thanh ghi trạng thái về 0 và hai chân và lên cao - Lập trình từ ñiều khiển ñể chọn giao thức hoạt ñộng. - Phát một ký tự: Khi ñã khởi ñộng chip ta chỉ cần 2 bước ñể phát một ký tự - Chân phải ở mức thấp - Ðợi cho ñến khi bít TDRE = 1 (trong thanh ghi trạng thái) - Ghi ký tự cần phát vào thanh ghi dữ liệu phát

Một ví dụ ñể thấy hoạt ñộng phát của 6850. Từ ñiều khiển ghi vào thanh ghi có dạng 10101101. Do bít D6 và D5 là 0 và 1, một tín hiệu mức thấp tác ñộng cho bởi chân gửi tới modem, sau một thời gian trể xác ñịnh, modem gửi tín hiệu tác ñộng mức thấp tới chân C , báo dữ liệu sẵn sàng ñể gửi ñi. CPU ñọc thanh ghi trạng thái và nếu bít D1 (TDRE) lên 1 nó sẽ gửi từ kế tiếp ñến thanh ghi ñệm phát, từ này ñược chốt vào thanh ghi khi chân E chuyển từ mức cao xuống thấp, ñiều này khiến cho bít TDRE reset xuống 0. Mạch logic bên trong tạo bít kiểm tra lẻ theo yêu cầu và chuyển dữ liệu cùng với bít start, bít parity và bít stop vào thanh ghi dịch phát. Dữ liệu ñược chuyển ra ngoài trên ñường TxD với bit rate bằng 1/16 tần số xung ñồng hồ ở chân TxCLK . Khi dữ liệu ñã chuyển vào thanh ghi dịch phát bít TDRE của thanh ghi trạng thái lên 1, một lần nữa vì bít D6 và D5 của thanh ghi ñiều khiển là 0 và 1 nên khi TDRE lên 1 một tín hiệu ngắt tự ñộng gửi ñến CPU ở ngã ra .CPU trả lời bằng cách gửi từ thứ 2 tới thanh ghi ñệm phát mặc dù từ thứ nhất có thể chưa hoàn toàn chuyển ra ngoài. Sở dĩ ñược như vậy vì 6850 dùng thanh ghi ñôi và việc này làm gia tăng vận tốc truyền .- Thu một ký tự Có 3 bước cần thiết ñể thu một ký tự phải ở mức thấp

Chân

- Ðợi cho ñến khi bít RDRF = 1 - Ðọc trạng thái lỗi từ thanh ghi trạng thái - Ðọc ký tự thu từ thanh ghi dữ liệu thu Các ngắt phát và/hoặc thu có thể ñược cho phép bởi từ ñiều khiển (xem bảng 4.2) Chân

sẽ ở mức thấp bất cứ khi nào các bít trạng thái TDRE và/hoặc RDRF

là 1. Trong khi chân

ở thấp bít trạng thái IRQ là 1.

Dưới ñây là quá trình thu một ký tự Tín hiệu nối tiếp tới chân RxD của ACIA. Thông thường chân này ở mức cao khi không có tín hiệu vào. Khi có tín hiệu tới bít ñầu tiên là bít start (bít D0) làm chân RxD chuyển từ cao xuống thấp. Giả sử tần số xung ñồng hồ thu bằng 16 lần vận tốc bít, thì sau 8 chu kỳ ñồng hồ kể từ khi chân RxD chuyển từ cao xuống thấp, ngã vào này ñược kiểm tra một lần nữa và nếu nó vẫn còn ở mức thấp, bít start mới có giá trị, nếu không ACIA xem tín hiệu nhận ñược là nhiễu và tiếp tục giám sát sự thay ñổi ở chân này ñể tìm ra bít start. Dùng 8 chu kỳ ñồng hồ sau khi có sự thay ñổi trạng thái của chân RxD khiến cho data ñược lấy mẫu ñúng ngay ñiểm giữa và ñược chuyển vào thanh ghi dịch thu sau mỗi 16 xung ñồng hồ. Việc kiểm tra lỗi ñược thực hiện và khi có lỗi xảy ra các bít báo lỗi tương ứng trong thanh ghi trạng thái sẽ ñược set. Sau khi số bít dữ liệu mong muốn ñã nhận ñược, bản tin ñược chuyển song song từ thanh ghi dịch thu tới thanh ghi ñệm thu và bít 0 (RDRF) của thanh ghi trạng thái ñược set lên 1. Nếu bít 7 của thanh ghi ñiều khiển ñược set (ñưa lên 1) trong suốt thời gian khởi ñộng, một ngắt tới CPU ñược tự ñộng tạo ra do chân

xuống thấp. CPU thực hiện chương trình phục vụ ngắt và ñọc thanh ghi

trạng thái ñể biết nguyên nhân ngắt. Nếu CPU tìm thấy bít RDRF ñã set nó sẽ ñọc dữ liệu trong thanh ghi ñệm thu. Hành ñộng này xóa bít RDRF của thanh ghi trạng thái. Phần thu của 6850 cũng dùng thanh ghi ñôi cho phép từ kế tiếp chuyển vào thanh ghi dịch trong khi từ trước ñó chưa hoàn toàn ñược ñọc vào CPU nhằm tăng vận tốc truyền như nói trên. 4 .3.2.4 Giao tiếp của 6850 với vi xử lý : ACIA 6850 có thể giao tiếp với họ vi xử lý 6800 hoặc 6502 (H 4.7)

(H 4 .7) Ghi chú: Trong mạch (H 4.7) - Φ2 là tín hiệu xung ñồng hồ chuẩn cho tất cả thiết bị ngoại vi của 6800. : Valid memory address, ngã ra chỉ báo cho các thiết bị ngoại vi của 6800 biết có một ñịa chỉ có hiệu lực trên bus ñịa chỉ. -

Mạch giao tiếp trên không truyền qua modem (các chân

và

nối mass)

- Việc giải mã ñịa chỉ ñược thực hiện từ bên ngoài cho ngã vào - Chân CS1 và CS0 phải nối lên mức cao - Các ngắt ñược báo cho CPU từ chân ñể báo cho CPU biết các thanh ghi thu hoặc phát ñã sẵn sàng. Các thao tác này cũng có thể chọn lựa bởi việc lập trình thích hợp cho các bit cho phép ngắt trong thanh ghi ñiều khiển. 4.3.3. USART 8251A của Intel : 4 .3.3.1 - Tính năng tổng quát . 4.3.3.2 - Mô hình và sơ ñồ khối . 4.3.3.3 - Vận hành .

4.3.3.4 Giao tiếp với CPU của 8251A . 4 .3.3.1 - Tính năng tổng quát : 8251A là một chuẩn công nghiệp USART, ñược chế tạo từ kỹ thuật NMOS, có 28 chân, ñược thiết kế ñể truyền dữ liệu tốc ñộ lên ñến 64 kbps tương thích với họ µP của Intel như MCS-48, 80, 85 và iAPX-86, 88.....8251A ñược dùng như một thiết bị ngoại vi và ñược lập trình bởi CPU ñể truyền dữ liệu nối tiếp. USART nhận các ký tự dữ liệu từ µP ở dạng song song, sau ñó ñổi chúng thành dạng nối tiếp ñể phát ñi. Ðồng thời, 8251A có thể thu dòng dữ liệu nối tiếp và ñổi chúng thành các ký tự dữ liệu song song gửi ñến µP. USART sẽ báo cho µP biết khi nào có thể nhận một ký tự từ µP ñể phát, hoặc khi nào ñã thu ñược một ký tự ñể cho µP ñọc. µP có thể ñọc trạng thái của USART bất cứ lúc nào. Những trạng thái này bao gồm các lỗi truyền dữ liệu và các tín hiệu ñiều khiển như là RxRDY (Receiver Ready) và TxRDY (Transmitter Ready) 4.3.3.2 - Mô hình và sơ ñồ khối (H 4.8):

(H 4.8) 8251A có thanh ghi dữ liệu ñôi và các thanh ghi ñiều khiển và trạng thái riêng biệt, ñiều này làm ñơn giản việc lập trình và tăng hiệu quả sử dụng thời gian của CPU (tăng vận tốc thu, phát). - Nó chỉ ñược truyền bất ñồng bộ máy thu dò và ngưng hoạt ñộng tự ñộng mà không cần sự ñiều khiển của CPU

- Kết thúc một cuộc liên lạc, TxD line luôn trở về trạng thái nghỉ (mark state), tức phát tín hiệu 1, trừ khi bít D3 (SBRK) trong thanh ghi ñiều khiển ñược set = 1 - Trạng thái logic của bít D0 (Tx Enable) cho phép máy truyền xong các ký tự ñã nạp vào thanh ghi mặc dù có lệnh dừng. 8251A có khả năng thực hiện giao thức truyền ñồng bộ và bất ñồng bộ. Ở ñây ta chỉ bàn ñến khả năng truyền bất ñồng bộ. - Trong chế ñộ truyền bất ñồng bộ, chiều dài ký tự có thể từ 5 ñến 8 bít với tần số xung clock bằng 1, 16, 64 lần giá trị baud - Có khả năng phát ký tự Break và 1, 1,5 hoặc 2 bít Stop - Dò ñược các lỗi chẵn lẻ, sai khung và lỗi tràn - Ngã vào và ra tương thích TTL. - Chức năng các khối và ý nghĩa các chân IC : - Data Bus Buffer : Là bộ ñệm 8 Bít, hai chiều, 3 trạng thái ñược dùng ñể giao tiếp 8251A với Bus dữ liệu của hệ thống. Dữ liệu ñược phát hay thu tùy thuộc lệnh Input hay Output của CPU. Từ ñiều khiển, từ lệnh và thông tin trạng thái cũng ñược truyền qua Data Bus. Khối chức năng này nhận tín hiệu từ Bus ñiều khiển của hệ thống và phát tín hiệu ñiều khiển hoạt ñộng của cả IC, nó chứa thanh ghi từ ñiều khiển chế ñộ hoạt ñộng (control word), thanh ghi từ ñiều khiển vận hành (command word) là các thanh ghi xác ñịnh những chức năng của IC Khối này gồm các chân : D0 – D7 : Data bus I/O : bus dữ liệu vào/ra RST : Reset : Ðặt lại : mức cao của ngã vào này ñưa 8251A vào trạng thái nghỉ cho tới khi có một từ control mới ñược viết vào ñể xác ñinh chế ñộ vận hành của nó. CLK : System Clock : Xung ñồng hồ hệ thống : ngã vào dùng ñịnh thời bên trong IC, tần số xung Clock phải lớn hơn 30 lần tốc ñộ thu phát bít : Write : CPU ghi dữ liệu hay từ control vào 8251A, ñây là ngã vào tác ñộng mức thấp. : Read : CPU ñọc dữ liệu hay thông tin về trạng thái từ 8251A : Chip select : chọn chip C/ : Control/Data : Ðiều khiển/Dữ liệu. Ðây là ngã vào, liên kết với và ảo bảo cho 8251A biết tầng ở Data bus là ký tự dữ liệu, từ control hay thông tin về trạng thái. Bảng 4.4 dưới ñây cho thấy kết quả của sự phối hợp các ngã vào nói trên :

Bảng 4 .4 C/ 0 0 1 1 x x

0 1 0 1 1 x

1 0 1 0 1 x

0 0 0 0 0 1

8251A DATA → DATA BUS DATA BUS → 8251A DATA STATUS → DATA BUS DATA BUS → CONTROL DATA BUS → 3-STATE DATA BUS → 3-STATE

- Modem Control : 8251A có một tập hợp ngã vào/ra ñiều khiển ñược dùng ñể ñơn giản sự giao tiếp với hầu hết các Modem, gồm các chân : : Data Set Ready : Ngã vào ñiều khiển bởi bít D7 của thanh ghi trạng thái (D7 = 1 chân xuống thấp). Trạng thái của nó có thể ñược test bởi CPU nhờ tác vụ ñọc trạng thái. : Data Terminal Ready : Ngã ra ñiều khiển bởi bít D1 của thanh ghi ñiều khiển vận hành (command ; D1 = 1 chân xuống thấp).Trạng thái của nó có thể ñược kiểm soát bởi từ command. Có thể dùng test chân của modem . : Request To Send : Ngã ra ñiều khiển bởi bít D5 trong thanh ghi ñiều khiển (D5 = 1 chân

xuống thấp). Có thể ñược dùng ñể test chân

của modem.

: Clear To Send : Ngã vào, mức thấp cho phép 8251A phát dữ liệu nối tiếp nếu bít Tx Enable trong thanh ghi từ command (D0 ở mức 1). Khi phần phát Tx ñang phát nếu bit T x Enable = 0 hoặc chân USART trước khi nghỉ.

cao, Tx sẽ phát tất cả Data trong

- Transmitter buffer : Nhận Data song song từ Data bus buffer, ñổi sang nối tiếp, thêm các bít ñặc biệt và xuất tín hiệu hỗn hợp ra ngã khi có cạnh xuống của xung Clock phát . - Transmitter Control : TxC quản lý tất cả hoạt ñộng liên quan ñến việc phát tín hiệu TxRDY : Trans. Ready, ngã ra này báo cho CPU biết máy phát sẵn sàng nhận dữ liệu. Chân TxRDY có thể dùng như là một ngắt cho hệ thống, vì nó ñược che bởi Tx Enable, hoặc ñối với tác vụ hỏi vòng (polling), CPU có thể kiểm soát TxRDY bằng tác

vụ ñọc trạng thái (bít D0 trong thanh ghi trạng thái). TxRDY tự ñộng reset bởi cạnh xuống (leading edge) của khi ký tự dữ liệu ñược nạp từ CPU. TxE : Trans. Reg. Empty : thanh ghi phát trống : Khi 8251A không có gì ñể phát, ngã ra TxE lên cao. TxE có thể ñược dùng ñể chỉ lúc chấm dứt phát sao cho CPU biết lúc phải ñổi sang ñường dây khác trong cách truyền bán song công (HDM) : Transmitter Clock : Xung ñồng hồ phát có tần số là một bội của vận tốc ñiều chế (Baud rate), tùy theo lập trình, bội này có thể là 1, 16, 64 (chỉ dùng cho chế ñộ bất ñồng bộ). Thí dụ: Vận tốc ñiều chế là 110 baud thì: = 110 Hz khi ở chế ñộ x1 (B1B0 = 01) = 1,72 KHz khi ở chế ñộ x1 (B1B0 = 10) = 7,04 KHz khi ở chế ñộ x1 (B1B0 = 11) - Receiver Buffer : Nhận dữ liệu nối tiếp ñổi thành song song, kiểm tra lỗi và gửi ký tự tới CPU. Dữ liệu nối tiếp vào ngã vào RxD bối cạnh lín của tín hiệu - Receiver Control : Quản lý tất cả hoạt ñộng thu của IC RxRDY : Ngã ra này báo 8251A chứa một ký tự sẵn sàng ñọc vào CPU. RxRDY có thể nối vào cấu trúc ngắt của CPU hay ñối với tác vụ hỏi vòng, CPU có thể kiểm soát trạng thái của RxRDY bằng cách dùng tác vụ ñọc trạng thái (bít D1) . Bít RxE (Receive Enable, D2) trong thanh ghi ñiều khiển vận hành (command) có tác dụng ñiều khiển chân RxRDY, khi RxE = 0 thì RxRDY ở ñiều kiện không ñược phép. : Receiver Clock : Xung ñồng hồ thu có tần số là bội của vận tốc ñiều chế : x1, x16 và x64 SYN/BRK : Sync detect/Break detect : Dò ñồng bộ/ Ngưng: - Khi hoạt ñộng ở chế ñộ truyền ñồng bộ chân này có thể là ngã vào hoặc ngã ra tùy vào từ control ñã lập trình * Khi là ngã ra (ở chế ñộ ñồng bộ bên trong) chân này lên cao khi phần thu dò ra từ ñồng bộ. * Khi là ngã vào (ở chế ñộ ñồng bộ bên ngoài) tín hiệu mức cao tới khiến 8251A bắt dầu thu dữ liệu khi có cạnh lên của xung ñồng hồ kế tiếp. - Khi hoạt ñộng ở chế ñộ truyền bất ñồng bộ chân này là ngã ra và lên cao khi máy thu ngưng nhận tín hiệu trong khoảng thời gian tương ñương 2 ký tự. Chân này ñươc reset bởi tín hiệu MRST hay chân RxD lên cao. Break Detect cũng có thể ñược ñọc như một bít trạng thái. Khác với 6402, ở 8251A tất cả dữ liệu ñến và từ µP ñều ñi qua bus dữ liệu (data bus) nối với các chân D0-D7.

Ðịa chỉ thanh ghi ñược ñịnh bởi chân C/ (Control/Data). Khi chân này lên cao cho phép chọn thanh ghi ñiều khiển (mode, command, status). Khi chân này xuống thấp cho phép chọn các thanh ghi dữ liệu (là các bộ ñệm thu và phát). Bộ ñệm phát và thanh ghi ñiều khiển chỉ có thể ghi(write), trái lại bộ ñệm thu và thanh ghi trạng thái chỉ có thể ñọc (read). Thanh ghi chọn chế ñộ (mode) chỉ có thể ñược truy xuất sau khi chip ñược reset. Bảng 4 .5 Từ chọn chế ñộ và ñiều khiển vận hành (Mode Control and Command word bits)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Chọn số bit stop S1 S0 Chọn KT chẵn EP Cho phép KT chẵn lẻ PEN Chọn chiều dài ký tự L1 L0 Chọn hệ số chia xung CK B1 B0

00 = không 01 = 1 bit Stop 10 = 1,5 bit Stop 11 = 2 bit Stop 1 = Chẵn 0 = lẻ 1 = Có bit chẵn lẻ 0 = Không

Vào chế ñộ tìm từ SYNC. EH Reset nội IR Yêu cầu phát RTS Reset lỗi ER

1 = Cho phép tìm từ SYN. 1 = Reset

00 = 5 Bits 01 = 6 Bits

Phát ký tự Break SBRK

10 = 7 Bits 11 = 8 Bit 00 = Sync. Mode 01 = : 1

Cho phép thu RxEN DTE sẵn sàng DTR

1 = Chân TxD thấp 0 = Vận hành bình thường 1 = Enable 0 = Disable 1= thấp Chân 0 = Cao 1 = Cho phép 0 = Kháng vận hành

10 = : 16 11 = : 64 Từ chọn chế ñộ (mode control)

Cho phép phát TxEN Từ ñiều khiển (command)

1=Chân thấp 0 = Cao 1 = Reset cờ lỗi PE,OE,FE về 0

Sử dụng 8251A ñòi hỏi các ñoạn chương trình ngắn ñể nạp từ chọn mode (mode control word) và từ ñiều khiển (command word) cho các thanh ghi ñiều khiển, cũng như ñể ñọc ñịnh kỳ thanh ghi trạng thái (status). Chi tiết của 3 thanh ghi này ñược cho trong bảng 4.5 và 4.6 Bảng 4 .6 Thanh ghi trạng thái 8251A (Status Register) D7 D6

DCE sẵn sàng DSR Dò từ SYN SYNDET

1 = Chân thấp 0 = Cao 1 = Dò ra từ SYN (Synchronous only)

D5 D4 D3 D2 D1 D0

Lỗi khung FE Lỗi tràn OE Lỗi chẵn lẻ PE Thanh ghi phát trống TxEmpty Phần thu sẵn sàng RxD Phần phát sẵn sàng TxD

1 = Có lỗi khung, reset bằng cách ghi ER = 1 (Asynchronous only) 1 = Có lỗi tràn 1 = Có lỗi chẵn lẻ 1 = Trống 0 = Bận 1 = Sẵn sàng thu ký tự mới 1 = Sẵn sàng ghi ký tự mới ñể phát

Ghi chú: bít TxD có nghĩa hơi khác với chân TxRDY. Bít TxD không kèm theo ñiều kiện của chân

và TxEN trong lúc chân TxRDY kèm theo cả 2 ñiều kiện này.

4.3.3.3 - Vận hành : Toàn bộ hoạt ñộng của 8251A ñược lập trình bởi phần mềm hệ thống. Một tập từ ñiều khiển ñược phát ra từ CPU ñể khởií ñộng 8251A, các từ ñiều khiển này sẽ qui ñịnh các giá trị vận tốc thu phát, chiều dài ký tự, số bít stop, û chọn parity, ñồng bộ hay bất ñồng bộ (bít parity không ñược xem là bít dữ liệu khi lập trình chiều dài từ). Trong trường hợp chiều dài từ < 8 bít, những bít LSB là dữ liệu, những bít không dùng thì không quan tâm (don't care) khi viết dữ liệu vào 8251A và là 0 khi ñọc dữ liệu từ 8251A). Vận hành của USART 8251A ñược mô tả qua các bước : khởi ñộng, phát một ký tự và thu một ký tự. - Khởi ñộng 8251A - Reset chip - Ghi vào thanh ghi chọn chế ñộ một byte (từ CPU) ñể chọn giao thức mong muốn (bảng 4.5) Sau khi thiết lập chế ñộ hoạt ñộng, việc phát và thu ñược ñiều khiển bằng cách ghi ñịnh kỳ từ ñiều khiển vào thanh ghi ñiều khiển bao gồm các bước sau : - Reset chip - Ghi từ chọn chế ñộ vào thanh ghi mode (mode register) - Ghi từ ñiều khiển vào thanh ghi command (command register). Ðối với 8251A, từ ñi sau từ mode luôn luôn là từ command và từ command có thể ghi vào thanh ghi bất cứ lúc nào trong khối dữ liệu trong lúc 8251A ñang hoạt ñộng. Ðể trở lại với từ chọn chế ñộ, bit master reset (D6) trong từ command có thể ñược set ñể khởi ñộng reset nội và ñưa 8251A trở về trạng thái khởi ñộng, và từ ñiều khiển ghi vào lúc này phải là từ mode.

- Phát một ký tự phải Ðể phát một ký tự, bít TxEN trong thanh ghi ñiều khiển phải ở logic 1 và chân ở mức thấp : - Ðợi cho ñến khi chân TxRDY lên cao hoặc cho ñến khi bít TxRDY trong thanh ghi trạng thái là 1. - Ghi ký tự cần phát vào thanh ghi ñệm phát. USART tự ñộng thêm các bít start, stop, kiểm tra chẵn lẻ. Ký tự ñược phát ñi nối tiếp trên ñường TxD với bít LSB ñược phát trước, các bít ñược dời ra ngòai mỗi khi có cạnh xuống của xung ñồng hồ với vận tốc bằng 1, 1/16, 1/64 tần số xung ñồng hồ. - Thu một ký tự Ðể thu một ký tự ñồng thời kiểm tra lỗi của ký tự này, cần thực hiện các bước sau : - Ðợi cho ñến khi chân RxRDY lên cao hoặc cho ñến khi bít RxRDY trong thanh ghi trạng thái là 1 - Ðọc trạng thái lỗi từ thanh ghi trạng thái - Ðọc ký tự từ thanh ghi ñệm thu - Reset trạng thái lỗi bằng cách ghi bít ER = 1 (D4) trong thanh ghi command. Tốc ñộ phát và thu bít ñược quyết ñịnh bởi tần số của xung clock ñưa vào chân /

chia theo hệ số 1, 16 hoặc 64 ñã chọn trong từ chọn mode.

Hoạt ñộng thu của 8251A giống như 6850 của Motorola, bắt ñầu sau khi hiệu lực hóa bít start, dữ liệu ñược lấy mẫu khi có cạnh lên của xung ñồng hồ . 4.3.3.4 Giao tiếp với CPU của 8251A : (H 4.9) mô tả kết nối giữa 8251A và CPU Giao tiếp giữa 8251A và CPU sử dụng ñặc tính xuất nhập của bộ tích lũy (accumulator I/O) của Intel 8085

(H 4.9) - Thu một ký tự Việc thu một ký tự thực hiện khi chân RxRDY hoặc bít RxRDY trong thanh ghi trạng thái lên mức cao ñể tạo ngắt ñưa tới µP báo sẵn sàng ñể thu. - Phát một ký tự Quyết ñịnh bởi bít TxRDY trong thanh ghi trạng thái, trong trường hợp này CPU phải thực hiện việc hỏi vòng (chứ không tạo ngắt), khi nhận ñược mức cao của bít TxRDY (hoặc chân TxRDY lên cao), CPU ghi ký tự cần phát vào thanh ghi ñệm phát .

CHƯƠNG 5

CÁC CHUẨN GIAO TIẾP . Nội dung: 5.1 GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ðIỆN VÒNG 20mA . 5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D . 5.3 CHUẨN GIAO TIẾP RS-449, 422A&423A . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Vấn ñề kết nối các thiết bị truyền thông sẽ trở nên hỗn loạn một khi có rất nhiều thiết bị của nhiều hãng sản xuất khác nhau ñược phép kết nối vào hệ thống thông tin quốc gia. Thấy trước ñiều ñó, Hiệp Hội Kỹ Nghệ Ðiện Tử (EIA) ñã cho ra ñời các chuẩn giao tiếp ñể chuẩn hóa việc kết nối các thiết bị nói trên. Khi máy tính (DTE) và các thiết bị truyền dữ liệu (DCE) khác ñược ñặt trong cùng một tòa nhà, chúng có thể ñược nối với nhau một cách kinh tế bằng những dây truyền hoặc những mạch giao tiếp nối tiếp hoạt ñộng ở băng tần cơ bản (dải nền). Trong trường hợp trở kháng ra và tín hiệu TTL của UART không thích hợp ñể phát trực tiếp lên ñường dây, ta phải dùng mạch kích phát và thu, những mạch này cho phép sử dụng các mức ñiện áp hoặc dòng ñiện lớn hơn tiêu chuẩn của IC số. Chương này sẽ bàn ñến một số chuẩn giao tiếp của EIA thỏa mãn các giao thức tầng 1, tức các tiêu chuẩn liên hệ ñến tính năng vật lý của ñường truyền, các ñặc tính ñiện của tín hiệu và cách sử dụng các bộ kết nối và các chân ra. 5.1 GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ÐIỆN VÒNG 20 mA : Dòng ñiện vòng ñầu tiên ñược dùng ñể truyền tín hiệu nhị phân bất ñồng bộ giữa máy tính và máy viễn ấn (teleprinter, TTY). Trong cách truyền này, mức 1 ñược biểu thị bởi dòng ñiện vòng 20 mA và mức 0 bởi dòng ñiện 0 mA. Như vậy thông tin ñược truyền ñi chính là sự tắt mở của dòng ñiện. Hệ thống là một vòng kín gồm một nguồn dòng tạo ra dòng ñiện không ñổi 20 mA, bộ phận ñóng ngắt (current switch) ñược ñặt ở máy phát và bộ phận dò ra dòng ñiện này (current detect) ở máy thu. Khi hệ thống không có tín hiệu ñể truyền, người ta giám sát sự liên tục của hệ thống dựa vào sự hiện hữu của dòng ñiện 20 mA này. Ðây chính là lý do tại sao trong các hệ thống sau này người ta ñưa bit 1 lên ñường truyền khi hệ thống nghỉ. (H 5.1) là một hệ thống dùng dòng ñiện vòng với bộ phận ñóng ngắt là các relay. Ở phần phát, giả sử dữ liệu ñến từ ngã TxD của UART là bit 1, transistor dẫn làm ñóng relay phát, dòng ñiện 20 mA chạy qua phần thu và ñóng relay thu, ñưa ngã ra lên cao

(sau khi qua cổng ñảo), tín hiệu này ñược truyền ñến UART trên ñường RxD. Nếu tín hiệu phát là bit 0 trên ñường TxD, do không có dòng ñiện chạy qua, các relay phát và thu ñều hở , ta ñược bit 0 trên ñường RxD.

(H 5.1) Ðiều kiện hoạt ñộng hữu hiệu của hệ thống dùng dòng ñiện vòng là phải có một sự cách ly tốt giữa dòng ñiện vòng và dòng ñiện trong bộ phận thu và trở kháng ra của máy phát phải rất lớn so với trở kháng ñường dây ñể bảo ñảm giá trị của nguồn dòng không bị ánh hưởng của ñường dây. Ngày nay, ghép nối quang thường ñược sử dụng như là một phương tiện cách ly rất tốt. Sự tắt mở của dòng ñiện ñược biến thành sự tắt mở của chùm tia sáng ñược dò ra bởi transistor quang. (H 5.2) mô tả một hệ thống dùng dòng ñiện vòng ghép nối quang.

(H 5.2) Ở phần phát, giả sử dữ liệu ñến từ ngã TxD của UART là bit 1, các transistor dẫn, dòng ñiện 20 mA chạy qua phần thu làm led phát sáng, transistor ghép quang dẫn ñưa ngã ra lên cao (sau khi qua cổng ñảo), tín hiệu này ñược truyền ñến UART trên ñường RxD. Nếu tín hiệu phát là bit 0 trên ñường TxD, do không có dòng ñiện chạy qua, led không phát sáng, transistor ghép quang ngưng ta ñược bit 0 trên ñường RxD. Hệ thống dùng dòng ñiện vòng chỉ sử dụng cho khoảng cách nhỏ hơn 500m. Ðể truyền khoảng cách xa hơn 500m, người ta dùng modem mà chúng ta sẽ bàn ñến trong một chương khác. 5.2 CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D (EIA 530) :

Chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA ñược phát hành lần ñầu tiên vào năm 1962, ñến năm 1969 ra ñời thế hệ thứ 3 là chuẩn RS-232C, hiện thời cũng còn ñược dùng rộng rãi và năm 1987 RS-232D xuất hiện. RS-232D có thể xem là cải tiến của RS-232C, có hai ñiểm khác biệt giữa hai chuẩn này là: - RS-232D xác ñịnh nối cáp riêng biệt cho nó trong khi RS-232C thì có thể dùng nhiều loại ñầu nối khác nhau (trong thực tế RS-232C ñã sử dụng nối cáp mà hiện nay là chuẩn của RS-232D) - RS-232D có thêm 3 mạch ñể thực hiện tác vụ test mà RS-232C không có. RS-232D ñược sử dụng rộng rãi cho các chức năng kết nối, ñặc biệt trong các kết nối giữa các thiết bị DTE và các modem âm tần (voice grade modem) ñể dùng trong hệ thống viễn thông công cộng. Dưới ñây là các ñặc tính quan trọng của RS-232D : 5.2.1 Ðặc tính cơ . 5.2.2 Ðặc tính ñiện . 5.2.3 Chức năng . 5.2.4 Các IC kích phát và thu của RS-232D . 5.2.1 Ðặc tính cơ : Ðặc tính cơ liên hệ ñến kết nối vật lý giữa DTE và DCE. Ðây là qui ñịnh về dây và ñầu nối. Ðối với RS-232D ñầu nối là loại DB-25, ñược mô tả ở (H 5.3).

(H 5.3) 5.2.2 Ðặc tính ñiện : Ðặc tính ñiện xác ñịnh tín hiệu giữa DTE và DCE. Tín hiệu số ñược dùng trong mọi trao ñổi. Mức ñiện áp logic của RS-232D nằm trong khoảng ±15V. * Các ñường dữ liệu sử dụng logic âm: logic 1 tương ứng với ñiện áp trong khoảng (5V , -15V); logic 0 chiếm khoảng (+5V, +15V). * Các ñường ñiều khiển sử dụng logic dương: từ +5V ñến +15V tương ứng với ñiều kiện ON (hay TRUE) và từ -5V ñến -15V tương ứng với ñiều kiện OFF (hay FALSE) Ở chuẩn giao tiếp này, mức nhiễu ñược giới hạn là 2V. Do ñó ngưỡng nhỏ nhất của ngã vào là ±3V. Ðiện áp lớn nhất trên ñường dây khi không tải là ±25V. Một số ñặc ñiểm về ñiện khác : * Ðiện trở tải RL có giá trị trong khoảng từ 3 kΩ ñến 7 kΩ * Ðiện dung tải CL không quá 2500 pF * Ðể ngăn chận sự dao ñộng, tốc ñộ thay ñổi ñiện áp (slew rate) không ñược vượt quá 30V/µs * Thời gian chuyển mức tín hiệu từ ON sang OFF hay ngược lại: - Ðối với các ñường ñiều khiển, không ñược vượt quá 1ms.

- Ðối với các ñường dữ liệu không ñược vượt quá 4% thời gian của một bít hoặc 1ms. * Tốc ñộ truyền dữ liệu là 20 kbps và không quá 15m. 5.2.3 Chức năng : Tóm tắt chức năng của RS-232D cho ở bảng 5.1 . Những mạch trao ñổi nhóm thành các loại: - Dữ liệu - Ðiều khiển - Ðịnh thời và - Ðất. RS-232D có có thể truyền song công hoặc bán song công. Khi ñề cập tới chức năng của RS-232 nói chung, chúng ta không phân biệt giữa chân, ñường dây và tín hiệu vì một chân luôn luôn nối với một ñường dây và chỉ sử dụng cho loại tín hiệu duy nhất. Có 14 ñường ñiều khiển: 8 ñường ñầu tiên trong bảng liên hệ ñến việc truyền dữ liệu của kênh sơ cấp, 6 trong các ñường này ñược dùng ñể truyền bất ñồng bộ (CA, CB, CC, CD, CE, CF). Ðể truyền ñồng bộ ngoài 6 ñường này ta thêm vào 2 ñường ñiều khiển (CG,CH). Bảng 5.1 Các tín hiệu của RS 232D : pin/nhãn Tên Chiều truyền Tên khác và viết tắt

2/BA 3/BB 14/SBA 16/SBB 4/CA 5/CB 6/CC 20/CD 22/CE 8/CF 21/CG 23/CH 19/SCA 13/SCB 12/SCF 21/RL 18/LL 25/TM 15/DB 24/DA 17/DD 7/AB 1

Tín hiệu dữ liệu Transmitted Data Received Data Secondary trans. Data Secondary Rece. Data Tín hiệu ñiều khiển Request to send Clear to send DCE Ready DTE Ready Ring Indicator Received Line Signal Detector Signal quality Detector Data Signal rate select Secondary Request to send Secondary clear to send Secondary RLSD Remote loop back 1 Local loop back 2 Test mode 3 Timing signals Transmission Sig.Ele. timing Transmit Sig. Ele. timing Receiver Sig. Element timing Ground/Shield Signal Ground Protect Ground

DTE DCE DTE DCE

→ → → →

DCE DTE DCE DTE

DTE DCE DCE DTE DCE DCE DCE DTE DTE DCE DCE DTE DTE DCE

→ → → → → → → → → → → → → →

DCE DTE DTE DCE DTE DTE DTE DCE DCE DTE DTE DCE DCE DTE

DCE → DTE DTE → DCE DCE → DTE N/A N/A

Send data (TD,SD) (RD) New Synch (NS) Divided Clock Transmit (DCT) (RS,RTS) (CS, CTS) Data set Ready, Modem Ready (DSR) Data Terminal Ready (DTR) (RI) (RLSD, Carrier on detect, COD) (SQ) (SS) Local mode (LM)-Asynch. modem

Serial clock transmit (SCT) Serial clock transmit External (SCTE) Serial clock Receive (SCR) Common Return Shield

Ghi chú: (1) Trong RS 232C là mạch CG . (2), (3) không có trong RS 232C . Dưới ñây là chức năng của các tín hiệu (chân, ñường dây) @ Nhóm dữ liệu: - Transmitted Data (2): Dữ liệu nối tiếp phát bởi DTE tới DCE trên ñường dây này. Dữ liệu ñược lấy mẫu khi có sự chuyển trạng thái từ ON xuống OFF của dường dây Transmitter Signal Element timing (15). Dữ liệu chỉ ñược phát khi các chân RTS, CTS và DSR ở trạng thái ON.

- Received Data (3) : Dữ liệu ñã giải ñiều chế gửi từ DCE (modem) tới DTE. Nếu không có tín hiệu ñến (RLSD OFF) , tín hiệu mark ñược tạo ra bên trong modem sẽ ñược gửi lên ñường dây này. - Secondary Transmitted Data (14): Giống pin 2 nhưng dành cho kênh thứ cấp. - Secondary Received Data (16): Giống pin 3 nhưng dành cho kênh thứ cấp. @ Nhóm tín hiệu ñiều khiển: - Request To Send (4): DTE yêu cầu phát * Khi vận hành theo chế ñộ ngắt sóng mang (switched carrier operation), ñiều kiện ON của mạch này báo cho DCE phát biết là DTE muốn phát dữ liệu. * Khi vận hành theo chế ñộ sóng mang liên tục (contiuous carrier operation), do sóng mang ñược phát liên tục nên ñiều kiện ON của mạch này có tác dụng tạo thời trể (ñã ñược chọn trước) giữa RTS và CTS. - Clear To Send (5): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng truyền tín hiệu * Khi vận hành theo chế ñộ ngắt sóng mang, mạch này lên ON 48,5 ms sau khi modem nhận tín hiệu RTS (ñây là thời gian máy thu dùng ñể kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu) và có nghĩa là DCE sẵn sàng truyền tín hiệu. * Khi vận hành theo chế ñộ sóng mang liên tục, modem sẽ ñưa ñường dây này lên ON sau một thời trể xác ñịnh kể từ lúc nhận ñược tín hiệu RTS. - DCE Ready (6): DCE gần báo cho DTE là nó sẵn sàng phát và thu tín hiệu, nó không ở chế ñộ TEST. Trạng thái ON của ñường dây không có nghĩa là một kênh truyền tin ñã ñược thiết lập với ñài xa. - DTE Ready (20): DTE sẵn sàng vận hành. - Ring Indicator (22): DCE báo cho DTE gần là nó ñã nhận ñược tín hiệu chuông. - Received Line Signal Detector (8): Chân này lên ON 45 ms sau khi DCE nhận tín hiệu sóng mang (hay 41 ms sau khi chân SQ lên ON), trong khoảng thời gian này modem thu kiểm tra (training) chuỗi dữ liệu tới và ñiều chỉnh mạch ñiều hợp cân bằng (adaptive equalizer) ñồng thời ñi vào chế ñộ ñồng bộ với sóng mang thu. Mạch này phải lên ON trước khi dữ liệu có thể nhận ñược bởi mạch RD. - Signal Quality Detector (21): Mạch này báo có nhận ñược sóng mang hay không. Mạch lên ON khi nhận ñược sóng mang liên tục trong 4 ms hay lâu hơn và OFF sau khi mất sóng mang 2ms. Với các modem thế hệ mới, mạch này còn có chức năng báo khi tín hiệu nhận ñược xấu dưới một ngưỡng nào ñó ñể hệ thống có thể thay ñổi vận tốc truyền cho phù hợp. - Data Signal Rate Select (23): Ðược yêu cầu khi thay ñổi vận tốc truyền. Hoặc DTE hoặc DCE có trách nhiệm chọn vận tốc. - Secondary Request To Send (19): Giống pin 4 nhưng dành cho kênh thứ cấp. - Secondary Clear To Send (13): Giống pin 5 nhưng dành cho kênh thứ cấp. - Secondary RLSD (12): Giống pin 8 nhưng dành cho kênh thứ cấp. @ Nhóm tín hiệu ñịnh thời dùng trong chế ñộ ñồng bộ: - Transmission Signal Element Timing (15): Mạch này cung cấp tín hiệu thời gian (từ dao ñộng nội trong modem) cho việc phát dữ liệu từ DTE tới modem. Dữ liệu gửi tới modem khi có sự chuyển trạng thái từ OFF sang ON của ñường dây này và ñược lấy mẫu bởi modem

khi trạng thái chuyển từ ON sang OFF. Tín hiệu trên ñường dây này ñược tạo ra bởi dao ñộng nội trong modem. - Transmit Signal Element Timing (24): Modem nhận tín hiệu thời gian từ bên ngoài, cấp bởi DTE (Ðồng bộ từ bên ngoài). Dữ liệu ra trên mạch TD vẫn ñược kiểm soát bởi tín hiệu từ modem trên pin 15. - Receiver Signal Element Timing (17): Tín hiệu ñịnh thời cho DTE thu. Sự chuyển trạng thái từ ON sang OFF ñánh dấu ñiểm giữa của tín hiệu trên mạch RD. @ Nhóm tín hiệu ñất: - Signal Ground (7): Thiết lập mass chung, ñiểm tham khảo cho các ñiện thế ñường dây. - Protect Ground (1): Nối với sườn máy và mass bên ngoài (DCE hoặc DTE chứ không cả hai). Cách ly với Signal Ground bởi ñiện trở 100Ω bên trong. - Pin 9 & 10 dự phòng cho Data set testing. - Pin 11 không sử dụng cho chuẩn EIA nhưng có thể sử dụng với tên Equalizer Mode (EM): khi chân RLSD ON và chân này OFF có nghĩa là tín hiệu nhận ñược xấu (xác suất lỗi lớn), modem sẽ retrain tín hiệu tới và nếu chân này ON thì tín hiệu nhận ñược tốt. Tín hiệu chân này dùng ñiều khiển mạch adaptive equalizer trong modem. - Pin 14 (New Synch): không sử dụng cho chuẩn EIA. Mạch này ñược dùng cho DCE ở trạm sơ cấp trong hệ thống nhiều ñiểm. Trong hệ thống này sự ñồng bộ của máy thu (sơ cấp) với nhiều máy phát thứ cấp cần ñược thực hiện nhanh. Thường máy thu hay duy trì thông tin về thời gian của bản tin sau khi bản tin ñã chấm dứt, ñiều này ảnh hưởng ñến sự ñồng bộ khi nhận bản tin kế tiếp. Trạng thái ON ñược câïp vào chân này bởi DTE trong khoảng thời gian 1 ms nhưng không dài hơn khoảng cách hai bản tin ñể loại bỏ thông tin về thời gian trước khi nhận bản tin của trạm thứ cấp khác. @ Nhóm tín hiệu ñiều khiển liên hệ ñến việc test vòng. Những mạch này cho phép DTE lệnh cho DCE thực hiện việc test vòng (H 5.4). Những mạch này chỉ có giá trị khi các modem hay các DCE khác có mạch test vòng , ñây là một tính chất mà hầu hết các modem hiện nay ñều có. - Remote Loop Back (21): Thiết lập DCE xa cho vòng kiểm tra - Local Loop Back (18): Thiết lập DCE cho vòng kiểm tra từ DTE - Test Mode (25): Chỉ DCE gần ñang ở ñiều kiện kiểm tra * Thực hiện test vòng: - Ðể kiểm tra vòng nội bộ, ngã ra của modem máy phát nối với ngã vào của modem máy thu, ngắt modem khỏi ñường phát. Một dòng dữ liệu phát sinh bởi thiết bị của người sử dụng (vd máy tính) ñược gửi tới modem và vòng trở về thiết bị của người sử dụng (H 5.4a). - Ðể kiểm tra từ xa, modem gần ñược nối với ñường truyền bình thường, modem xa ngắt khỏi DTE, ngã ra của bộ phận phát của modem xa nối vào ngã vào của bộ phận thu của modem này và ngã ra của bộ phận thu ở modem xa nối vào ngã vào của bộ phận thu của modem gần ñể hình thành một vòng kiểm tra (H 5.4b).

DT E

 → Transmitte  r   ←  ← Receiver

(a)

DT E

 → Transmitte   → Transmitte  r r   ←  ←   ← Receiver Receiver

(H 5.4)

(b)

Bảng 5.2 cho biết cách thiết lập các mạch liên hệ ñến vòng kiểm tra Bảng 5.2 Loopback Circuit Settings for RS-232D Local loopback Remote Loopback Circuit Condition Circuit Local Remote Interface Interface DCE Ready ON DCE Ready ON OFF Local ON Local Loopback OFF OFF Loopback OFF RemoteLoopback ON OFF Test Mode Remote ON ON ON Loopback Test Mode Dưới ñây là vài thí dụ cho thấy việc thực hiện một tác vụ cụ thể 1.- Thủ tục bắt tay truyền bán song công giữa hai ñiểm : (H 5.5) cho thấy các ñường dữ liệu và các ñường ñiều khiển ñược nối với nhau như thế nào ñể thực hiện một tác vụ truyền bất ñồng bộ bán song công giữa một Terminal (DTE) và một máy tính (DTE), có sử dụng modem (DCE). Kết nối giữa các DTE và DCE dĩ nhiên là các chuẩn RS-232. Modem của máy tính vận hành theo chế ñộ ngắt sóng mang. Giả sử máy tính muốn phát tín hiệu cho Terminal. Hai ñường ñiều khiển DSR và DTR ñều ở ON.

(H 5.5) Trước nhất máy tính mở ON chân RTS ñể yêu cầu phát, khi Modem gần dò ra tín hiệu này nó bắt ñầu phát sóng mang tới Terminal. Ở phía Terminal, 4 ms sau khi nhận ñược

sóng mang, chân SQ ñược ñưa lên ON ñể hiệu lực hóa sự thu tín hiệu này và modem Terminal (xa) bắt ñầu kiểm tra (training) trên sóng mang này, sau khi training xong (41 ms) chân RLSD (CD) lên ON. Trong lúc ñó ở máy tính, 48 ms sau khi nhận tín hiệu RTS, modem máy tính mở ON chân CTS ñể báo cho máy tính rằng nó bắt ñầu phát dữ liệu, lúc này máy tính bắt ñầu phát dữ liệu ra ñường truyền TD ñến ñiều chế sóng mang ở modem và tín hiệu cuối cùng ñược phát ñi trên ñường dây ñiện thoại. Ở bộ phận thu, modem Terminal giải ñiều chế sóng mang tới, biến ñổi trở lại thành tín hiệu số dạng nối tiếp và gửi tín hiệu này tới Terminal ñể giải mã. Khi máy tính hoàn tất việc phát dữ liệu nó ñưa chân RTS xuống OFF. Khi modem của máy tính dò ra tín hiệu này nó ñưa chân CTS xuống OFF và ngưng phát sóng mang. Ở bộ phận thu, 2 ms sau khi mất sóng mang, chân SQ xuống OFF và chân RLSD xuống OFF theo sau tức thời. Bộ phận tạo tín hiệu mark trong modem Terminal tạo ra chuỗi tín hiệu mark trên ñường RD ñưa Terminal vào trạng thái nghỉ. Lưu ý là sự giải ñiều chế ở máy thu không xảy ra tức thời nên các bít cuối cùng phát bởi máy tính có thể sẽ bị mất, ñể tránh ñiều này, người ta dùng 2 ms trể từ khi mất sóng mang cho ñến khi chân RLSD xuống OFF. - Mặc dù chuẩn RS-232 ñược dùng ñể kết nối giữa modem và thiết bị ñầu cuối nhưng ñôi khi nó cũng ñược sử dụng ñể nối hai ñầu cuối với nhau, hoặc một máy tính và một máy in mà không sử dụng các modem. Trong những trường hợp như vậy, các ñường TD và RD phải ñược nối chéo nhau và các ñường ñiều khiển cần thiết phải ở TRUE hoặc phải ñược tráo ñổi thích hợp bên trong cáp nối. Sự nôiú cáp của RS-232 mà có sự tráo ñổi ñường dây gọi là modem rỗng (null modem). Sơ ñồ kết nối mẫu cho ở (H 5.6)

(H 5.6) 2.- Mô tả hoạt ñộng của một hệ thống thu phát qua giản ñồ thời gian của các tín hiệu trên các chân RS-232D. Hệ thống truyền có một số ñặc ñiểm sau ñây: @ Thời trể RTS/CTS: - 40ms ngắt sóng mang. - 20ms thời trể chọn trước cho vận hành theo chế ñộ sóng mang liên tục. @ RLSD

- Lên ON 10 ms sau khi nhận sóng mang tương tự. Ðể ñơn giản, thời gian này bao gồm thời gian SQ - Xuống OFF 0 ms sau khi mất sóng mang (bao gồm thời gian SQ). @ Trạm sơ cấp vận hành theo chế ñộ sóng mang liên tục @ Trạm thứ cấp vận hành theo chế ñộ ngắt sóng mang. @ Trạm sơ cấp sẽ gửi bản tin dài 150 ms cho trạm thứ cấp. @ Thời trể truyền (từ modem sơ cấp ñến modem thứ cấp và ngược lại) = 30 ms @ Thời gian trả lời trể của thứ cấp = 100 ms (turnaround time: thời gian từ lúc nhận ñược bản tin ñến lúc trả lời). Thời gian này bao gồm: - Thời gian nhận bản tin, thực hiện kiểm tra và quyết ñịnh nội dung trả lời. - Thời trể RTS/CTS. @ Trạm thứ cấp trả lời bản tin dài 20 ms. @ Trạm sơ cấp và thứ cấp mở máy ở thời ñiểm 0 ms. @ Trạm sơ cấp mở RTS ON ở t=20 ms. Trên giản ñồ thời gian do sóng mang phát và thu truyền trên ñường dây ñiện thoại nên không thể hiện trên RS-232. t=0 Trạm sơ cấp mở máy và phát ngay sóng mang (vì vận hành theo chế ñộ sóng mang liên tục) t=30 Vì thời trể truyền là 30 ms nên trạm thứ cấp nhận sóng mang ở thời ñiểm này. t=40 10 ms sau khi RLSD lên ON. Ðây là khoảng thời gian dành cho modem thứ cấp dò ra sóng mang và training nó. t=20 DTE sơ cấp mở RTS ON t=40 20 ms sau DTE nhận tín hiệu CTS ON từ modem gần. DTE sơ cấp bắt ñầu phát tín hiệu. Ðường TD lên cao chỉ thời gian dữ liệu ñược phát, tín hiệu trên dường TD là các bit 1 và 0. t=70 Do thời trể truyền, trạm thứ cấp nhận tín hiệu 30 ms sau khi trạm sơ cấp phát. Ý nghĩa mức cao của ñường RD giống như TD. Khi không có dữ liệu trên RD thì ñường này nhận bit 1 phát từ modem. Ðể tránh nhầm lẫn, ñiều này không thể hiện trên giản ñồ. t=190 Trạm sơ cấp hoàn tất việc phát bản tin dài 150 ms, nó ñưa RTS xuống OFF. t=220 30 ms sau trạm thứ cấp nhận ñược mẫu tin cuối cùng.

(H 5.7) t=320 100 ms dành cho trạm thứ cấp turnaround. Tại thời ñiểm này trạm thứ cấp mở RTS ON ñể phát ngay sóng mang cho trạm sơ cấp. t=350 Modem sơ cấp nhận ñược sóng mang thứ cấp sau thời trể truyền . t=360 Sau 10 ms ñể dò và training sóng mang, trạm thứ cấp mở RLSD ON. 40 ms sau khi modem thứ cấp nhận RTS ON từ DTE thứ cấp, nó mở CTS ON và DTE thứ cấp bắt ñầu phát dữ liệu t=390 30 ms sau trạm khi thứ cấp phát dữ liệu, trạm sơ cấp bắt ñầu nhận dữ liệu. t=380 Trạm thứ cấp hoàn tất việc phát dữ liệu và ñưa RTS xuống OFF. Modem ñưa CTS xuống OFF theo và ngưng phát sóng mang. Lưu ý là trạm sơ cấp vẫn phát sóng mang liên tục. t=410 30 ms sau khi trạm thứ cấp ngưng phát, trạm sơ cấp nhận mẫu tin cuối cùng. modem sơ cấp ñưa RLSD xuống OFF ngay tức khắc vì không có thời trể cho tín hiệu này. Trong giao thức Bisynch bản tin luôn kết thúc bởi ñuôi FFH, thời gian này ñủ ñể

modem giải ñiều chế mẫu tin cuối cùng và gửi nó lên ñường RD trước khi RLSD OFF. Một ñiều cần lưu ý nữa là hệ thống nói trên là hệ nhiều ñiểm và vì trạm sơ cấp vận hành với chế ñộ sóng mang liên tục nên tất cả các modem thứ cấp phải liên tục kiểm tra sóng mang này. Chỉ một trạm thứ cấp có thể phát cho trạm sơ cấp ở một thời ñiểm và tần số sóng mang của chúng có thể khác nhau vì vậy các trạm thứ cấp phải vận hành theo chế ñộ ngắt sóng mang. Modem sơ cấp phải có khả năng ñồng bộ nhanh với các sóng mang thứ cấp, ñiều này cần tín hiệu New Synch từ DTE cấp cho modem. 5.2.4 Các IC kích phát và thu của RS-232D : Nhờ tính phổ biến của họ kết nối RS-232, người ta ñã chế tạo các IC kích phát và thu cho các chuẩn giao tiếp này, ñó là các IC kích phát MC 1488 và IC thu MC1489. (H 5.8) cho thấy một port RS-232C ñược kết nối với ACIA 6850 sử dụng MC 1488 và MC 1489 Mỗi IC kích phát MC1488 nhận một tín hiệu mức TTL và chuyển thành tín hiệu ngã ra tương thích với mức ñiện áp của RS-232. IC thu MC1489 phát hiện các mức vào của RS232 và chuyển chúng thành các ngã ra có mức TTL

(H 5.8) 5.3 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP RS-449, RS-422A & RS-423A CỦA EIA Chuẩn giao tiếp họ RS-232 có nhiều hạn chế : - Tốc ñộ tín hiệu tối ña là 20 kbps và khoảng cách truyền tối ña là 15m - Do sử dụng trong ñiều kiện không cân bằng, khả năng loại trừ nhiễu không cao. - Các ñiện áp của RS-232 quá cao ñối với các ngã vào/ra của IC hiện nay - Trong nhiều ứng dụng cần thiết phải có thêm các ñường dây nối giữa các modem với DTE ñể kiểm tra từ xa. Vào năm 1977, EIA ñưa ra chuẩn giao tiếp mới ñể khắc phục nhược ñiểm của RS232, ñó là RS-449. 5.3.1 Chuẩn giao tiếp RS-449 .

5.3.2 Chuẩn giao tiếp RS-422A và RS-423A . 5.3.1 Chuẩn giao tiếp RS-449 : Chuẩn giao tiếp RS-449 sử dụng nối cáp 37 chân, có nhiều chức năng hơn, có cải thiện về tốc ñộ truyền và khoảng cách. 37 ñường cơ bản gồm tất cả chức năng ñã có trong RS-232C và có thêm 10 ñường mới ñược giới thiệu trong bảng 5.3 dưới ñây Bảng 5.3 Tín hiệu của EIA RS-449 Pin EIA Circuit Designation number Name SD 4,22 Send Data RD 6,24 Receive Data ST 5,23 Send timing RT 8,26 Receive timing TT 17,35 Terminal timing TR 12,30 Terminal Ready DM 11,29 Data Mode RS 7,25 Request to Send CS 9,27 Clear to Send RR 13,31 Receiver Ready IC 15 Incoming Call SG 19 Signal GND RC 20 Receive Common SC 37 Send Common SHIELD 1 Shield IS 28 Terminal in Service LL 10 Local Loopback RL 14 Remote Loopback TM 18 Test Mode SS 32 Select Standby SB 36 Standby Indicator NS 34 New Signal SF or SR 16 Select Freq. Or Rate SI 2 Sign.Rate Indicator SQ 33 Sign. Quality

RS-232 equivalent TDATA RDATA

DTR DSR RTS CTS CD RI Sig. GND Chas GND

Circuit Type I I I I I I I I I I II II II II I II II II II II II II II II II

- Send Common : Ðây là một mass tương tự nối từ DCE trở về DTE khi DTE giữ vai trò máy phát - Receive Common : Ðây là một mass tương tự nối từ DTE trở về DCE khi DTE giữ vai trò máy thu - Terminal In Service : Tín hiệu thiết lập ở DTE sẵn sàng và ñang vận hành. Khác với tín hiệu DTR của RS-232 chỉ rằng DTE sẵn sàng (sẵn sàng nhưng không vận hành)

- New Signal : Tín hiệu thiết lập bởi DTE khi nó muốn DCE nối liên lạc. Ðường này có thể ñược dùng trong mạng nhiều terminal, trong ñó máy tính sẽ hỏi từng terminal. Trước khi terminal trả lời DTE tạo ra tín hiệu mới (new sig.) ñể báo DCE nối liên lạc - Frequency Selector : cho phép DTE chọn một trong hai dải tần ñể vận hành - Local Loopback : Ðây là mạch dùng kiểm tra vòng nội bộ - Remote Loopback : Ðây là mạch dùng kiểm tra từ xa - Mode Test : Tín hiệu tới DTE ñể báo DTE rằng DCE ñang ở trạng thái Test và ngưng liên lạc - Select Standby : Tín hiệu cấp bởi DTE ñể yêu cầu dùng một ñường truyền - Standby Indicator : báo cho DTE khi hệ thống ở trạng thái chờ. RS 449 chia ra hai loại mạch: - Loại 1: gồm 10 ñường (2 dữ liệu, 3 ñịnh thời và 5 mạch khác) - Loại 2: gồm tất cả các ñường còn lại Khi vận hành : - Dưới 20 kbps các mạch loại 1 có thể dùng với kích chuẩn RS 422A hoặc RS 423A - Trên 20 kbps chỉ dùng với kích chuẩn RS 422A Các mạch loại 2 (thường là các mạch chỉ báo trạng thái và dùng kiểm tra) luôn luôn dùng với kích chuẩn RS 423A. Chuẩn giao tiếp RS-449 không ñược phổ biến vì sử dụng nối cáp 37 chân, không phù hợp với chuẩn RS-232 trước ñây sử dụng cáp nối DB-25, do ñó vào năm 1987 EIA lại ñưa ra 2 chuẩn giao tiếp khác sử dụng cáp nối DB-25, ñó là RS-422A (cân bằng) và RS-423A (không cân bằng) Sự lựa chọn giữa cân bằng và không cân bằng tùy thuộc vào tốc ñộ bít. Khi tốc ñộ truyền vượt quá 20 kbps, hầu hết các mạch ñều sử dụng giao tiếp cân bằng. 5.3.2 Chuẩn giao tiếp RS-422A và RS-423A : - RS-422A là một chuẩn giao tiếp cân bằng, ngã vào là các mạch vi sai, tín hiệu ñược tải trên hai ñường dây có logic ngược với nhau, nếu một ñường ở logic 1 thì ñường kia ở logic 0 và ngược lại, ñiều này khiến cho giá trị ñỉnh-ñỉnh của tín hiệu tăng gấp ñôi (H 5.9) và khả năng loại nhiễu của ñường dây tăng cao. Khi một trong hai ngã ra là +V thì ngã ra kia là -V, vậy hiệu hai ngã ra 2V hoặc -2V. RS-422A yêu cầu tín hiệu vi sai có biên ñộ tối thiểu là 2Volt Vận tốc tín hiệu tối ña là 10Mbps khi truyền trên khoảng cách 12m và 100kbps khi truyền trên khoảng cách 1200m

(H 5.9) Ngoài ra ñể phục vụ cho các chuẩn RS422A và RS423A, người ta ñã chế tạo các IC kích phát và thu chuẩn sau ñây: - MC 3486: giao tiếp thu chuẩn cho RS422A và RS423A - MC3484 & AM 2631: Kích phát chuẩn cho RS422A

- MC3488: Kích phát chuẩn cho RS423A

(H 5.10) - RS-423A là chuẩn giao tiếp không cân bằng, tín hiệu ñược xác ñịnh so với mass, hiệu thế dương trong khoảng từ 2V ñến 6V ứng với logic 0 và hiệu thế âm từ -6V ñến -2V ứng với logic 1 Vận tốc tín hiệu tối ña là 100kbps khi truyền trên khoảng cách 90m và 1000bps khi truyền trên khoảng cách 1200m Một cải tiến của RS-422A và RS-423A là người ta có thể nối nhiều (có thể lên ñến 10) máy thu vào một máy phát. (H 5.10) cho ta cách nối giữa DTE và DCE khi sử dụng các chuẩn RS-422A và RS423A..

CHƯƠNG 6

TRUYỀN NỐI TIẾP ðỒNG BỘ . Nội dung: 6.1 GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ðỒNG BỘ . 6.2 CÁC GIAO THỨC ðỒNG BỘ . 6.3 KHẢO SÁT VÀI IC LSI TRUYỀN ðỒNG BỘ . 6.4 KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN .

Về phương diện thực hiện sự ñồng bộ giữa máy thu và phát trong một hệ thống thông tin hai chế ñộ truyền bất ñồng bộ và ñồng bộ có những ñiểm khác biệt : - Chế ñộ truyền bất ñồng bộ: ñể phát bản tin người ta phát ñi từng ký tự một và sự ñồng bộ ñược thực hiện cho từng ký tự này bởi các bit Start và Stop thêm vào trước và sau mỗi ký tự. Xung ñồng hồ ñược tạo ra một cách riêng rẽ ở máy thu và máy phát. Như vậy, sự ñồng bộ ñược thực hiện chính xác khi tần số xung ñồng hồ ở máy thu hoàn toàn ñúng với tần số xung ñồng hồ ở máy phát, nếu không tin tức nhận ñược sẽ có lỗi. - Chế ñộ truyền ñồng bộ: ñể phát một bản tin người ta xem nó là một khối và phát ñi một lần cả khối ñó, sự ñồng bộ ñược thực hiện bằng cách cho máy phát phát kèm theo tín hiệu dữ liệu các xung ñồng hồ mà máy thu khi dò ra sẽ dùng ñể ñồng bộ tín hiệu ở máy thu. Thực tế, việc này chỉ ñược thực hiện khi hệ thống thu phát khép kín về mặt vật lý, hay nói cách khác máy phát và thu phải ở gần nhau. Khi máy phát không thể gửi riêng tín hiệu xung ñồng hồ tới máy thu thì ở máy thu phải có mạch tách bit thời gian từ chính tín hiệu dữ liệu ñể thực hiện sự ñồng bộ. Ở máy thu ñồng bộ, ngoài việc dò tín hiệu ñồng bộ ra, máy thu phải biết phân biệt ñược ranh giới của mỗi ký tự ñể việc phục hồi bản tin không bị lỗi. Ta thấy việc thực hiện giao thức bất ñồng bộ tương ñối ñơn giản, giá thành thấp nhưng hiệu quả không cao. Giả sử ñể phát một ký tự mã ASCII thì phải dùng ít nhất 9 bit (7 bit ký tự, 1 bit start, 1 bit stop), thì tỉ lệ hao là 2/9 = 0,22=22%. Trong khi ñó, tỉ lệ này trong chế ñộ ñồng bộ là rất thấp, khoảng vài %. Như vậy, chế ñộ truyền bất ñồng bộ chỉ thuận lợi khi phát những bản tin ngắn và với vận tốc thấp (<1200 bps). Và chế ñộ truyền ñồng bộ tỏ ra ưu việt hơn khi phát những bản tin dài với vận tốc cao hơn (>1200 bps). Dùng với các Modem âm tần, phát ñồng bộ có thể ñạt vận tốc 9600 bps. Chương này ñề cập ñến các giao thức ñồng bộ, khảo sát vài IC LSI thực hiện việc phát nối tiếp ñồng bộ thông dụng và cuối cùng sơ lược qua các phương pháp kiểm tra hệ thống thông tin.

6.1 GIAO TIẾP GIỮA DTE VÀ DCE ÐỒNG BỘ : Trong chế ñộ truyền ñồng bộ, máy thu phục hồi xung ñồng hồ từ dòng dữ liệu nhận ñược. Chuẩn giao tiếp RS-232 và RS-449 có các ñường dành cho xung ñồng hồ liên lạc giữa các cặp thiết bị ñầu cuối (DTE) và modem (DCE). Bảng 6.1 cho biết nơi nhận dữ liệu và các chân liên hệ của hai chuẩn giao tiếp nói trên Bảng 6.1 Các chân truyền tín hiệu ñồng bộ của RS-232 và RS-449

Ký hiệu TCLK RCLK ETCLK

RS-232 Chân Tên 15 17 24

Trans. clock (từ DCE) Receive Clock (từ DCE) Ext trans.clock (từ DTE)

Ký hiệu ST RT TT

RS-449 Chân Tên 6 & 23 8 & 26 17 & 25

Send timing (từ DCE) Receive timing (từ DCE) Terminal timing (từ DTE)

Khi sử dụng modem, ñồng bộ thu thường ñược cấp từ modem (DCE) tới thiết bị ñầu cuối (DTE). Tuy nhiên xung ñồng hồ có thể phát sinh từ modem hoặc từ DTE (Các IC tạo thành modem và IC giao tiếp ñều có mạch tạo xung ñồng hồ) và việc ñiều khiển có thể thực hiện riêng rẽ ở cả máy thu và phát hoặc thực hiện theo cả hai chiều với một xung ñồng hồ duy nhất. (H 6.1) mô tả các khả năng kết nối mạch của RS-449 ñể thực hiện ñồng bô. (H 6.1a) Thiết bị ñầu cuối (DTE) ở mỗi trạm thu phát ñiều khiển sự ñồng bộ (xung ñồng hồ từ DTE ñến DCE theo ñường TT) (H 6.1b) Modem (DCE) ở mỗi trạm thu phát ñiều khiển sự ñồng bộ (xung ñồng hồ từ DCE ñến DTE theo ñường ST) (H 6.1c) Thiết bị ñầu cuối ở trạm A ñiều khiển sự ñồng bộ theo cả hai chiều (xung ñồng hồ từ DTE A ñến DCE A theo ñường TT, ở trạm B hai ñường TT (ST) và RT nối chung lại) (H 6.1d) Modem ở trạm A ñiều khiển sự ñồng bộ theo cả hai chiều (xung ñồng hồ từ modem ñến DTE theo ñường ST ở trạm A, ở trạm B hai ñường ST (TT) và RT nối chung lại)

DTE A

DCE DCE → SD SD A → TT TT ← RT RT ← RD RD

B

DTE SD SD B ← TT TT → RT RT → RD RD ←

(a) DTE

DCE

DCE A → SD SD A → ST ST ← RT RT ← RD RD

DTE ← B SD SD B ← ST ST → RT RT → RD RD (b)

DTE

DCE

DCE A → SD SD A → TT TT ← RT RT ← RD RD

B SD

DTE SD B ←→ ST ←

TT → RT RT → RD RD (c)

DTE

DCE

DCE A → SD SD A → ST ST ← RT RT ← RD RD

DTE B SD SD B ←→ ST TT → RT RT → RD RD ←

(d) (H 6.1)

6.2 CÁC GIAO THỨC ÐỒNG BỘ : Một hệ thống thông tin có thể ñược ñịnh dạng bằng các giao thức khác nhau. Trong chế ñộ truyền ñồng bộ, có thể chia giao thức ra làm hai loại :

- Giao thức ñiều khiển Byte hay ký tự (Byte - Controlled Protocol, BCP, hay Character-Oriented Protocol). - Giao thức hướng Bit (Bit - Orientied Protocol, BOP). - Trong giao thức ñiều khiển byte (BCP), khối dữ liệu bao gồm nhiều ký tự, mỗi ký tự là một ñơn vị thông tin (7 hoặc 8 bit) và các thông tin ñiều khiển cũng xuất hiện dưới dạng từ. Các ký tự dữ liệu (bản tin chính thức) hợp với từ ñiều khiển thành một khung thông tin. Một khung thông tin thường bắt ñầu bằng một hay nhiều từ dùng cho sự ñồng bộ, thường là từ SYNC, nó báo cho máy thu biết bắt ñầu một khối dữ liệu. Ngoài ra, trước và sau bản tin chính thức còn có các từ ñiều khiển, bao gồm các ñịa chỉ các ñài, trạm, các từ báo bắt ñầu và kết thúc văn bản, các từ báo mã kiểm tra lỗi ... - Trong giao thức hướng bit (BOP), khối dữ liệu xem như một chuỗi bit, các từ ñiều khiển và ký tự dữ liệu không hẳn là các từ 8 bit mà có thể là một tập hợp các bit tùy theo giao thức cụ thể. Giống như trong BCP, bắt ñầu khối tin cũng có tín hiệu báo, ñó là từ 8 bit gọi là Cờ (Flag) , cờ này cũng ñược ñặt ở cuối bản tin. Như vậy tác dụng của cờ là thiết lập sự ñồng bộ và ñánh dấu ñiểm bắt ñầu và ñiểm kết thúc. Khối dữ liệu bao gồm cả các cờ hình thành một Khung (Frame). Trước và sau bản tin chính thức có các từ ñiều khiển, ñược gọi chung là Trường ñiều khiển (Control Field). Tất cả qui ñịnh chi tiết về bản tin, các thông báo hỏi nhận ñều thực hiện trong trường ñiều khiển này. (H 6.2) cho ta hai dạng khung của hai protocol này

(H 6.2) Chúng ta giới thiệu dưới ñây: - Giao thức ñiều khiển byte ñược ñề nghị bởi IBM vào năm 1964 và ñược sử dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng ñiểm - ñiểm (poin - point) và nhiều ñiểm (multipoint) với các phương thức ñơn công và bán song công. Ðó là giao thức truyền ñồng bộ nhị phân (Binary Synchronous Communication, BSC, ñôi khi gọi là BISYNC). Giao thức BSC ñược ISO lấy làm cơ sở ñể xây dựng giao thức hướng ký tự chuẩn quốc tế với tên Basic Mode (dữ liệu dùng mã EBCDIC thay cho mã ASCII và mã dò sai là CRC thay cho BCC)

- Giao thức hướng bit, do hãng IBM phát triển và sử dụng có tên là Ðiều khiển liên kết dữ liệu ñồng bộ (Synchronous Data Link Control - SDLC) và ISO lấy làm cơ sở ñể phát triển thành giao thức ñiều khiển liên kết dữ liệu mức cao (High Level Data Link Control, HDLC). 6.2.1 Giao thức ñồng bộ nhị phân . 6.2.2 Giao thức hướng bit . 6.2.1 Giao thức ñồng bộ nhị phân : Ðây là giao thức ñiều khiển việc truyền nhận dữ liệu nhờ một số ký tự ñặc biệt trong các bảng mã. Các thông tin dữ liệu ñược gửi ñi trong các khung dữ liệu mà hai biên là các ký tự SYNC ñể báo máy thu biết bắt ñầu bản tin. Các từ ñiều khiển dùng trong BISYNC lấy từ bản mã ASCII, gồm một số từ như sau : SYN SOH STX ETX EOT ETB ENQ ACK NAK NUL DLE CAN

Ký tự ñồng bộ mã ASCII dạng Hex Ký tự bắt ñầu của Header Ký tự bắt ñầu văn bản Ký tự kết thúc văn bản Ký tự kết thúc phát Ký tự kết thúc truyền khối Ký tự hỏi Ký tự báo cho biết ñã nhận dữ liệu Ký tự báo cho biết chưa nhận dữ liệu Ký tự rỗng Ký tự giải phóng ñường dữ liệu Ký tự hủy

16H 01H 02H 03H 04H 17H 05H 06H 15H 00H 10H 18H

Một khung dữ liệu của BISYNC tiêu biểu có cấu trúc sau : SYN Ðầu

SYN

SOH

header

STX

text

ETX

BCC Cuối

- Phần văn bản (text) chứa dữ liệu thông tin. Kích thước vùng text có giới hạn nên với các văn bản lớn người ta chia thành những khối nhỏ (block) và trong phần Header có phần identifier (id) ñể chỉ thứ tự các khối. - Phần header chứa ñiạ chỉ ñến và tín hiệu trả lời ACK/NAK nếu có yêu cầu. - BCC là ký tự 1 Byte dùng kiểm tra khung. Ðây là byte duy nhất ñược tạo ra ñể kiểm tra lỗi trong toàn khối. BCC có thể là một phép kiểm tra chẵn lẻ (dùng trong BSC), hoặc chặc chẽ hơn là kiểm tra dư thừa theo chu kỳ ( Cycle Redundancy Check, CRC ) (Dùng trong Basic Mode, với CRC - 16). Dưới ñây là ví dụ truyền chữ TEST và kiểm tra chẵn lẻ theo hàng STX

T

E

S

T

EXT

BCC

0 1 0 0 0 0 0 1

0 0 1 0 1 0 1 1

1 0 1 0 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0 1 1

1 1 0 0 0 0 0 0

1 1 1 0 1 0 0 0

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

Ðối với ví dụ trên các bit sẽ ñược truyền như sau : STX BCC 01000001 Ðầu Cuối

T 00101011

E 10100011 11001010

S 00101011

T 11000000

ETX 11101000

Trong ví dụ này người ta dùng kiểm tra chẵn và BCC chỉ kiểm tra các ký tự từ STX ñến ETX. Trên thực tế, sự kiểm tra ñược thực hiện trên toàn khối (từ SOH ñến ETX). Khi nhận ñược bản tin, máy thu thực hiện phép tính kiểm tra tổng, so sánh với BCC nhận ñược, sau ñó sẽ trả lời bằng tín hiệu ACK (Ðúng) hoặc NAK (Không ñúng). Máy phát sẽ không gửi bản tin khác khi chưa ñược xác nhận rằng bản tin trước ñã nhận ñúng (phương thức bán song công). Dưới ñây là một số thủ tục chính trong BSC/Basic Mode: - Mời truyền tin: Giả sử trạm A muốn mời trạm B truyền tin, trạm A sẽ gửi lệnh sau ñây tới B: EOT B ENQ Trong ñó B là ñịa chỉ của trạm ñược mời truyền tin EOT ñể chuyển liên kết sang trạng thái ñiều khiển Khi B nhận ñược lệnh này, có thể xảy ra 2 trường hợp: - Nếu B có tin ñể truyền thì B tạo cấu trúc tin theo dạng chuẩn và gửi ñi - Nếu B không có tin ñể truyền thì gửi ñi lệnh EOT ñể trả lời Ở phía A một khoảng thời gian xác ñịnh sau khi gửi lệnh ñi mà không ñược trả lời hoặc nhận ñược trả lời sai thì A sẽ chuyển sang trạng thái phục hồi (Recovery state). - Mời nhận tin: Giả sử trạm A muốn mời trạm B nhận tin, trạm A sẽ gửi lệnh sau ñây tới B: EOT B ENQ Trong ñó EOT có thể vắng mặt. Khi nhận ñược lệnh này, nếu B sẵn sàng nhận tin thì nó gửi lệnh ACK ñể trả lời, nếu không thì gửi lệnh NAK Ở phía A một khoảng thời gian xác ñịnh sau khi gửi lệnh ñi mà không ñược trả lời hoặc nhận ñược trả lời sai thì A sẽ chuyển sang trạng thái phục hồi (Recovery state).

- Yêu cầu trả lời: Khi một trạm cần trạm kia trả lời một yêu cầu nào ñó ñã gửi ñi trước ñó thì nó chỉ cần gửi lệnh ENQ ñến trạm kia - Ngừng truyền tin (tạm thời): Gửi lệnh EOT - Giải phóng liên kết: Gửi lệnh DLE EOT - Trạng thái phục hồi: Khi một trạm nào ñó ñi vào trạng thái "phục hồi" nó sẽ thực hiện một trong các hành ñộng sau: - Lặp lại lệnh ñã gửi ñi n lần (n là số nguyên chọn trước) hoặc - Gửi "yêu cầu trả lời" n lần hoặc kết thúc truyền bằng lệnh EOT - Chế ñộ thông suốt (Transparent Mode). Trong trường hợp các mã ñiều khiển xuất hiện trong văn bản (Text) nhưng không mang ý nghĩa ñiều khiển mà phải ñược hiểu như là dữ liệu, hệ thống ñược chuyển sang chế ñộ thông suốt bằng cách dùng ký tự DLE ñặt trước STX và DLE ñặt trước ETX ñể chấm dứt chế ñộ này. 6.2.2 Giao thức hướng bit :

Giao thức hướng bit ñược thiết kế ñể thoả mãn nhiều yêu cầu trong cách truyền ñồng bộ, bao gồm : - Truyền giữa hai ñài (trạm) (point to point) hay nhiều ñài (multipoint). - Bán song công hay song công. - Liên lạc giữa trạm sơ cấp và trạm thứ cấp. - Liên lạc với khoảng cách ngắn (nối trực tiếp), hoặc rất xa (vệ tinh). Giao thức này có một số tính chất sau : - Người sử dụng có thể sử dụng bất cứ loại mã nào. - Có khả năng thích hợp với nhiều loại ñường truyền. - Hiệu suất cao : giảm tối thiểu tỉ lệ hao hụt. - Ðộ tin cậy cao : cho phép kiểm tra lỗi có hiệu quả và có khả năng phục hồi dữ liệu. Có thể nói các tính chất của giao thức hướng bit ñược thể hiện ở trường ñiều khiển bởi các tổ hợp bit mã hóa các từ ñiều khiển. Có nhiều giao thức hướng bit ñã ñược ñề nghị bởi các cơ quan khác nhau và ñược sử dụng rộng rãi : - Thủ tục ñiều khiển thông tin dữ liệu cao cấp (Advanced Data Communication Control Procedure - ADCCP) phát triển bởi Viện chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (American National Standard Institute - ANSI) ñây là chuẩn trong hệ thống thông tin quốc gia. - Thủ tục truy xuất ñường truyền cân bằng (Link Access Procedure, balance - LAP-B) thực hiện bởi Hội ñồng Tư vấn Ðiện tín và Ðiện thoại quốc tế (International Telegraph & Telephone Consultative Committee - CCITT). Ðây là một chuẩn về mạng. - Ðiều khiển liên kết dữ liệu ñồng bộ (Synchronous Data Link Control - SDLC) ñược dùng bởi hãng IBM (International Business Machine Corporation) và ISO lấy làm cơ sở ñể phát triển thành giao thức ñiều khiển liên kết dữ liệu mức cao (High Level Data Link Control, HDLC). Thật ra không có mấy khác biệt giữa các chuẩn nói trên: HDLC và ADCCP có thể xem là một còn LAP-B và SDLC là những tập con của HDLC.

Phần sau ñây sẽ bàn tới chuẩn SDLC. 6.2.2.1 Ðặc tính cơ bản . 6.2.2.2 Cấu trúc của khung . 6.2.2.3 Vận hành . 6.2.2.4 So sánh giữa Bisynch và SDLC . 6.2.2.5 Giao thức Ðiều khiển liên kết dữ liệu cấp cao . 6.2.2.1 Ðặc tính cơ bản : SDLC ñịnh nghĩa 3 loại trạm, 2 dạng truyền và 2 chế ñộ vận hành. * 3 loại trạm: - Trạm sơ cấp: (Primary) có trách nhiệm ñiều khiển vận hành của hệ thống, những khung phát bởi trạm sơ cấp gọi là lệnh (command) - Trạm thứ cấp: (secondary) vận hành dưới sự ñiều khiển của trạm sơ cấp, những khung phát bởi trạm thứ cấp là lời ñáp (response) Trạm sơ cấp duy trì việc nối logic với từng trạm thứ cấp trong hệ thống một cách riêng rẻ . - Trạm hỗn hợp: Các trạm ñồng thời giữ vai trò sơ và thứ cấp. * 2 dạng truyền: - Dạng không cân bằng : dùng giữa 2 trạm hoặc nhiều trạm, gồm một trạm sơ cấp và một hoặc nhiều trạm thứ cấp, có thể truyền song công và bán song công. - Dạng cân bằng : chỉ dùng giữa 2 trạm hỗn hợp, có thể truyền song công hoặc bán song công. * 2 chế ñộ vận hành : - Chế ñộ trả lời chuẩn (Normal Response Mode - NRM) : ñây là một dạng truyền không cân bằng, một trạm sơ cấp có thể khởi ñộng ñể truyền dữ liệu ñến trạm thứ cấp và trạm thứ cấp chỉ có thể truyền dữ liệu ñể trả lời khi trạm sơ cấp yêu cầu. - Chế ñộ bình thường không kết nối (DISC) : Ở chế ñộ này trạm thứ cấp nhận tin nhưng không tác ñộng ñược vào bản tin. (H 6.3) mô tả dạng truyền cân bằng và không cân bằng.

Primar y

Commands→   ← Responses

 ↓

 

Secondar y

(a) Dạng không cân bằng

 ↓

Secondar y

Combined

← Commands → -------------------------------------← Responses →

Combined

b) Dạng cân bằng (H 6.3) 6.2.2.2 Cấu trúc của khung : (H 6.4) Một khung thông tin trong SDLC gồm các trường sau ñây : - Cờ : 8 bit - Ðiạ chỉ : 1 byte. - Ðiều khiển : 8 bit. - Thông tin : thay ñổi theo bản tin. - Chuỗi kiểm tra khung (Frame Check Sequence - FCS) : 16 bit. - Cờ : 8 bit. Các trường cờ, ñiạ chỉ và ñiều khiển ñặt trước trường thông tin gọi là ñầu khung (header) và các trường FCS và cờ ñặt sau trường thông tin gọi là cuối khung (Trailer). (H 6.4) cho dạng của khung và các trường trong khung FLAG

AADDRESS

CONTROL

INFORMATION

FCS

FLAG

←8 bit→ ←8 bit → ← 8bit→ ← variable → ← 16 bit→ ← 8 bit → (H 6.4) Dạng khung thông tin SDLC a. Trường cờ . b. Trường ñịa chỉ . c. Trường ñiều khiển . d. Trường thông tin . e. Trường kiểm tra khung . a. Trường cờ (Flag Field) : Trường cờ ñặt ở ñầu và cuối một khung ñể giới hạn khung, gồm 8 bit theo qui ñịnh là 01111110 (6 bit 1 liên tiếp giữa 2 bit 0 ). Giữa 2 khung có thể có một trong các trường hợp sau ñây: - Một cờ xuất hiện giữa bản tin gọi là cờ ñơn vừa dùng chấm dứt một khung ñồng thời bắt ñầu một khung khác. - Một cờ chấm dứt khung trước và một cờ bắt ñầu khung sau. Giữa 2 cờ này có thể chỉ dùng một bit 0. - Có thể chèn vào giữa 2 cờ một số cờ khác.

Khung x

: Khung x+1 . . . . 01111110 . . . . . . . . 01111110 : 01111110 . . . . . . . . 011111101111110 . . . . . . . . 01111110 01111110 : 01111110 01111110 . . . . Do SDLC không có qui ñịnh chặc chẽ về mã dùng cho dữ liệu nên các mã có dạng của cờ có thể xuất hiện trong bản tin và gây nên nhằm lẫn ở máy thu. Ðể tránh sự sai sót này, máy phát dùng kỹ thuật nhồi bit nghĩa là khi thấy trong chuỗi dữ liệu có 5 bit 1 liên tiếp thì thêm vào bit 0 ngay sau 5 bit 1 này. Ở máy thu sau tín hiệu có khi gặp liên tiếp 5 bit 1 thì tự ñộng bỏ bit 0 theo sau ñó ñể phục hồi dữ liệu. Như vậy bảo ñảm sự chính xác của dữ liệu. Thí dụ: Trạm B có ñịa chỉ là C2 phát ñi văn bản “C?” - Khung thông tin chưa nhồi bit: (Viết theo chiều mũi tên hướng về bên trái) 01111110 01000011 01111110 11111110 11000011 11110110 Cờ ð/c= C2 TðK mã ″=7F mã C= C3 mã ?= 6F 11111110 FCS 01111110 111111111111. . . . ″=7F Cờ Bit nghỉ - Khung thông tin có bit nhồi (o): 01111110 01000011 011111o10 Cờ ð/c= C2 TðK

11111o110 11000011 111o10110 mã ″=7F mã C= C3 mã ?=

6F 11111o110 ″=7F

FCS

01111110 111111111111. . . . Cờ Bit nghỉ

b. Trường ñịa chỉ (Address field) : Trường ñịa chỉ dùng ñể xác ñịnh trạm thứ cấp trong hệ thống. Ðịa chỉ trong bản tin luôn luôn là ñịa chỉ của trạm thứ cấp dù nó do trạm sơ cấp hay thứ cấp gửi ñi. Trường này không cần thiết trong trường hợp hệ thống chỉ gồm hai trạm. Trường ñịa chỉ dài 8 bít. Nếu tất cả các bit trong trường ñịa chỉ ñều =1 có nghĩa trạm sơ cấp yêu cầu liên lạc với tất cả trạm thứ cấp. Giá trị 00 không ñược xem là một ñịa chỉ (gọi là void address) c. Trường ñiều khiển (Control field) (H 6.5) : SDLC ñịnh nghĩa 3 loại khung của trường ñiều khiển, mỗi loại có dạng khác nhau Một hoặc hai bít ñầu tiên của trường ñiều khiển dùng ñịnh nghĩa khung : bít thứ nhất = 0 chỉ khung thông tin, bít thứ nhất và hai = 10 chỉ khung giám sát và = 11 chỉ khung không số. Những bít còn lại ñược tổ chức như những tập bít con mà ý nghĩa của nó sẽ ñược giải thích cụ thể ñối với từng loại khung. Một frame của SDLC ñược coi là bất hợp lệ nếu nó không ñược ñóng khung bởi 2 Cờ ở hai ñầu hoặc có tổng kích thước các vùng nằm giữa 2 Cờ nhỏ hơn 32 bít.

1 (LSB) 2 0 Ns 1 0 S 1 1 M

I : Information S : Supervisory U : Unnumbered

3 P/F P/F P/F

4

5

6

7

8

Nr Nr M

Ns = Send sequence number Nr = Receive sequence number S = Supervisory function bits M = Unnumbered function bits P/F = Poll/Final bit (H 6.5) Dạng trường ñiều khiển - Khung loại I: (Thông tin, Information frame, I-frame) , ñây là khung chứa bản tin cần phát ñi của người sử dụng. Khi khung I ñược dùng thì bản văn phát ñi ñược ñánh số thứ tự. Bit 5 trong khung thông tin có tên là bit P/F (Poll/Final). * Nếu bản tin phát ñi từ trạm sơ cấp ñến trạm thứ cấp thì ñây là bit P, nếu P=0 thì trạm thứ cấp không cần thiết phải trả lời ngay, nếu P=1 thì ñây là bit thăm dò và trạm thứ cấp phải trả lời ngay. * Nếu bản tin phát ñi từ trạm thứ cấp ñến trạm sơ cấp thì ñây là bit F, nếu F=0 thì ñây chưa phải là bản tin cuối cùng và trạm sơ cấp không cần thiết phải trả lời ngay, nếu F=1 có nghĩa ñây là bản tin cuối cùng và trạm sơ cấp phải trả lời ngay. * Ns chỉ số thứ tự bản tin ñang ñược phát ñi. * Nr là số thứ tự nhận, nếu phát ñi từ trạm sơ cấp thì liên hệ ñến số Ns phát ñi từ trạm thứ cấp và nếu phát ñi từ trạm thứ cấp thì liên hệ với Ns phát ñi từ trạm sơ cấp. Nr chỉ số thứ tự bản tin mà trạm ñang chờ và ñồng thời xác nhận ñã nhận tốt các bản tin trước ñó (tức ñến số Nr-1) Thí dụ, trạm thứ cấp phát ñi Ns=2 và Nr=3 có nghĩa là nó ñang phát ñi bản tin thứ 2 và ñã nhận tốt các bản tin thứ 2 trở về trước. Do các số Ns chỉ có 3 bit nên số lượng tối ña mỗi lần phát chỉ ñược 7 bản tin, như vậy buộc máy thu phải xác nhận trước khi số Ns vượt quá 7 (Ns=111). Dưới ñây là một thí dụ, Giả sử trạm sơ cấp ñang phát và các số Nr và Ns ñều bắt ñầu bằng số 0 Sơ cấp Ns Nr 0 000 000 0 100 000 0 010 000

P

Thứ cấp Ns F Nr

0

T rạm sơ cấp phát 3 khung thông tin. Khung thứ 3 là khung thăm dò

0 1

0 000 110 0 100 110

0 Trạm thứ cấp báo nhận với Nr=3. 1 Nó gửi lại 2 khung thông tin. Trạm sơ cấp báo nhận tốt 2 khung với Nr=2. Gửi

tiếp 6 khung 0 110 010 0 001 010 0 101 010 0 011 010 0 111 010 0 000 010

0 0 0 0 0 1

0 010 011 0 110 011 0 001 011

Vì Nr=6, Trạm thứ cấp báo nhận Nr-1=5 khung và 0 yêu cầu phát lại khung 6. Vì trạm sơ cấp không biết chỉ khung 6 hay tất cả các khung theo sau có sai 0 FCS nên nó phát lại tất cả từ khung 6 Trạm sơ cấp báo nhận tốt khung 4 với Nr=5. 1 Tiếp tục phát lại khung 6. (Lưu ý là số ñếm Ns ñã vượt trị cho phép nên trở về 0) Trạm thứ cấp báo nhận tất cả các khung với Nr=2. Vì trạm thứ cấp không còn gì ñể gửi, khung giám sát ñược dùng Trạm sơ cấp gửi tiếp 5 khung

0 011 101 0 111 101 0 000 101 0 100 101

0 010 101 0 110 101 0 001 101 0 101 101 0 011 101

0

10 00 010

1

0 0

Trạm thứ cấp xác nhận khung 4 và yêu cầu phát lại từ khung 5 (Nr=5)

1

0 0 0

10 00 1 101 (RR) or 10 01 1 101 (REJ)

0 1

- Khung loại S: (Giám sát , Supervisory frame, S-frame), dùng ñể ñếm số khung gửi/nhận; một số lệnh và lời ñáp báo tình trạng của máy thu (như sẵn sàng hay bận) kiểm soát và báo lỗi.

Khung giám sát bắt ñầu bởi 2 bit 10. Bit 3 và 4 (vị trí S trong khung) xác ñịnh các lệnh của khung giám sát b3b4= 00 : Ready to receive (RR) b3b4= 10 : Not ready to receive (RNR) b3b4= 01 : Reject (REJ) Trạm thứ cấp sẽ xóa khung RNR bằng cách gửi một khung thông tin với bit F=1 và ñối với các khung RR và REJ thì F=0 hay 1. Trạm sơ cấp sẽ xóa khung RNR bằng cách gửi một khung thông tin với bit P=1 và ñối với các khung RR và REJ thì P=0 hay 1. - Khung loại U: (Không số, Unnumbered frame, U-frame), cung cấp những chức năng ñiều khiển phụ như khởi ñộng trạm thu, kiểm tra trạm, giải phóng liên kết khi cần thiết .... Khung không số bắt ñầu bởi 2 bit 11. Khi khung U ñược dùng thì bản văn phát ñi không cần ñánh số thứ tự. Bảng 6.2 Cho các lệnh trong khung U: Mã nhị phân

Lệnh

1100 P/F 000 1110 P 000 1110 F 000 1100 P 001 1111 F 000 1100 F 010 1100 P 010 1100 P/F 110 1110 F 001

UI SIM RIM SNRM DM RD DISC UA FRMR

Phát ñi từ trạm sơ cấp x x

Phát ñi từ trạm thứ cấp x

Cho phép phát bản văn x

x x x x x x

x x

x

UI - Unumbered Information (NSI - Nonsequenced Information): Cho phép dữ liệu người sử dụng ñược phát theo kiểu không tuần tự SIM - Set Initialization Mode: Dùng ñể khởi tạo một cuộc liên lạc giữa trạm sơ và thứ cấp. Lệnh này sẽ reset số ñếm Ns và Nr và trạm sơ cấp chờ trạm thứ cấp trả lời với lệnh UA. RIM - Request Initialization Mode (RQI - Request Initialization): Trạm thứ cấp yêu cầu trạm sơ cấp phát lệnh SIM SNRM - Set Normal Response Mode: Ðặt trạm thứ cấp vào chế ñộ chỉ trả lời. Trong chế ñộ này trạm thứ cấp có thể trả lời với các loại khung I, U và S. Trạm thứ cấp không thể tự ñặt mình vào một trong hai chế ñộ NRM và DISC DM - Disconnect Mode (ROL - Request On-Line): Ðược phát bởi trạm thứ cấp ñể báo cho trạm sơ cấp biết nó ñang ở chế ñộ bình thường không kết nối. Thường khi ñược báo thì trạm sơ cấp sẽ ñặt chế ñộ trả lời bình thường cho nó (SNRM). RD - Request Disconnect (RQD - Request Disconnect): Dùng ở trạm thứ cấp ñể yêu cầu không kết nối.

DISC - Disconnect: Phát bởi trạm sơ cấp ñể ñưa trạm thứ cấp vào chế ñộ bình thường không kết nối. Ở chế ñộ này trạm thứ cấp nhận tin nhưng không tác ñộng ñược vào bản tin. UA - Unumbered Acknowledgement (NSA - Nonsequenced Ack.): Phục vụ như một tín hiệu ACK (trạm thứ cấp báo nhận) ñối với khung SNRM, DISC hoặc SIM. FRMR - Frame Reject (CMDR - Command Reject): ñược dùng bởi trạm thứ cấp ñể từ chối một khung sai FCS. Ðể phát lệnh FRMR, trạm thứ cấp phải ở chế ñộ trả lời bình thường (NRM). Lệnh này báo cho trạm sơ cấp biết khung thông tin trạm thứ cấp nhận ñược có một trong các lỗi: - Trường ñiều khiển không có nghĩa. - Trường thông tin quá dài (dài hơn bộ ñệm của máy thu). - Số Nr phát từ trạm sơ cấp không có giá trị (không tương thích với số Ns của trạm thứ cấp). Trạm thứ cấp sau khi phát lệnh này chỉ trở về chế ñộ bình thường khi nhận ñược một trong các lệnh ñặt chế ñộ như DISC, SIM hoặc SNRM từ trạm sơ cấp. Ta nói các lệnh này reset lệnh FRMR. Khi gửi khung FRMR, trạm sơ cấp phải dùng dạng văn bản cố ñịnh, trong ñó có chỉ rõ lý do sai: Flag address FRMR control field [ Ns Nr] [ ] FCS Flag field control field of rejected frame 0 xxx 0 xxx wxyz 0000 - Nr và Ns là số thứ tự hiện hành của trạm thứ cấp. Lý do sai xác ñịnh bởi các bit wxyz (các số 0 thêm vào sau các bit wxyz cho ñủ 8 bit) - w=1 nếu trạm thứ cấp nhận ñược lệnh không có giá trị hay không thể thi hành ñược. - x=1 khung thông tin không ñúng. - y=1 ñệm thu bị tràn. - z=1 nếu số Nr không khớp với số Ns. Dưới ñây là một thí dụ về mẫu ñối thoại trong hệ thống nhiều ñiểm, phương thức truyền song công hoàn toàn (F/FDX). Trạm A khởi ñộng ở chế ñộ NRM và trạm B ở chế ñộ DM __________________________________________________________________________ Flag A RR FCS Flag Trạm sơ cấp thăm dò trạm A 7E C 1 11 7E Flag A Text FCS Flag A gửi khung thông tin thứ nhất; 7E C 1 00 7E Nr=Ns=0 , F=0 Flag A Text FCS Flag A gửi khung thông tin thứ hai; 7E C 1 02 7E Nr= F =0 , Ns =1 Flag A Text FCS Flag A gửi khung thông tin thứ ba; 7E C 1 14 7E Nr=0 , F=1 , Ns=2 Flag A Text FCS Flag Sơ cấp gửi văn bản trả lời; 7E C 1 60 7E Nr=3 , P=0 , Ns=0 Flag A Text FCS Flag Sơ cấp gửi khung thông tin thứ 2; 7E C 1 72 7E Nr=3 , P=1 , Ns=1

Flag A REJ FCS Flag 7E C 1 39 7E Flag A Text FCS Flag 7E C 1 72 7E Flag A RR FCS Flag 7E C 1 51 7E Flag B Text FCS Flag 7E C 2 10 7E Flag B DM FCS Flag 7E C 2 1F 7E Flag B SNRM FCS Flag 7E C 2 93 7E Flag B UA FCS Flag 7E C 2 73 7E Flag B Text FCS Flag 7E C 2 00 7E Flag B Text FCS Flag 7E C 2 02 7E Flag B Text FCS Flag 7E C 2 04 7E Flag B Text FCS Flag 7E C 2 16 7E Flag B RR FCS Flag 7E C 2 91 7E Flag B DISC(Text) FCS Flag 7E C 2 53 7E Flag B FRMR DISC -- -- FCS Flag 7E C 2 97 53 80 02 7E

Trạm A báo khung thứ 2 sai FCS; Nr=1, F=1 Sơ cấp phát lại khung thứ 2; Nr=3, P=1, Ns=1 Trạm A báo nhận khung thứ 2; Nr=2, F=1 Sơ cấp gửi khung thông tin trạm B; Nr=Ns=0, P=1 Trạm B báo nó ñang ở chế ñộ DM; Sơ cấp ñặt trạm B vào chế ñộ NRM; Nr=Ns=0, P=1 Trạm B trả lời bằng lệnh UA;

Sơ cấp gửi khung tt 1 tới trạm B; Nr=Ns=0, P=0 Sơ cấp gửi khung tt 2 tới trạm B; Ns=1, Nr=0, P=0 Sơ cấp gửi khung tt 3 tới trạm B; Ns=2, Nr=0, P=0 Sơ cấp gửi khung tt 4 tới trạm B; Ns=3, Nr=0, P=1 Trạm B báo nhận tất cả các khung; Nr=4, F=1 Sơ cấp gửi lệnh disconnect tới trạm B ñồng thời gửi theo một bản tin Trạm B trả lời với khung FRMR, DISC là trường ÐK của lệnh sai 80 Nr=4, Ns=0 : số ñếm hiện thời của trạm B 02: x=1: Bản văn không ñược phép Sơ cấp gửi lệnh disconnect tới trạm B

Flag B DISC FCS Flag 7E C 2 53 7E Flag B UA FCS Flag Trạm B trả lời với lệnh UA; 7E C 2 73 7E _______________________________________________________________________ d. Trường thông tin (Information field) : Trường thông tin xuất hiện trong khung I , ñôi khi trong khung U. Trường thông tin có thể chứa một số bít bất kỳ là bao nhiêu, chiều dài của nó không xác ñịnh nhưng thường là bội của 8. e. Trường kiểm tra khung (Frame check sequence field, FCS) :

Trường kiểm tra khung FCS chứa nội dung chỉ phương pháp thực hiện việc kiểm tra. FCS thông dụng trong SDLC là loại 16 bít kiểm tra ñộ dư thừa theo chu kỳ (CRC) do CCITT thiết lập (CRC-16). 6.2.2.3 Vận hành : Vận hành của SDLC bao gồm việc trao ñổi các khung I, khung S và khung U giữa trạm sơ và thứ cấp hay giữa hai trạm sơ cấp. Ngoài các lệnh ñề cập ở trên, ta lưu ý thêm vài chi tiết sau: - Bản văn báo bỏ: ñó là bản văn chứa từ 7 ñến 14 số 1 liên tiếp (bit nhồi không ñược thêm vào cho ñoạn văn bản này), ở máy thu, sau khi nhận ñược Flag, nếu gặp liên tiếp từ 7 ñến 14 số 1 thì hiểu rằng không phải quan tâm tới tất cả những gì nhận ñược cho ñến lúc ñó. Xung ñồng bộ vẫn ñược duy trì khi nhận ñược bản văn báo bỏ. Ðiều kiện bỏ cũng dùng ñể kết thúc một khung và bắt ñầu cho khung khác ưu tiên hơn. - Trạng thái nghỉ: Hệ thống vẫn vận hành nhưng không có một khung thông tin hay ñiều khiển ñược phát ñi thì hệ thống vào trạng thái nghỉ, lúc này máy thu nhận ñược liên tiếp ít nhất 15 bit 1. - Mã dùng trong SDLC: Ðể ñảm bảo máy thu duy trì ñược ñồng bộ phải có một sự thay ñổi thường xuyên ở dòng dữ liệu tới. Do ñã thực hiện biện phápû nhồi bit nên không bao giờ có quá 5 bit 1 liên tiếp vậy chỉ còn trường hợp một loạt bit 0 liên tiếp có thể xảy ra. Ðể giải quyết trường hợp này, người ta dùng loại mã non-return-to-zero inverted (NRZI) cho dữ liệu trong SDLC . Tính chất của loại mã này là Không có sự thay ñổi mức tín hiệu khi gặp bit 1 và mức tín hiệu bị ñảo khi gặp bit 0.

(H 6.6) - Các bước tiến hành ñể chuẩn bị phát một bản tin: * Tạo bản văn và trường ñiều khiển: Control field Text * Thêm ñịa chỉ vào: Address Control field Text * Tạo khung FCS: Address Control field Text FCS * Thực hiện nhồi bit: Bit nhồi ñược thực hiện cho khung thông tin kể từ ñịa chỉ và khung FCS. * Thêm các cờ ở ñầu và cuối bản tin. Lưu ý là bit nhồi thực hiện sau khi tính toán cho khung FCS nên trong khung FCS cũng có thể có bit nhồi và ở máy thu phải loại bit nhồi trước khi dùng thuật toán kiểm tra lỗi.

Dưới ñây thêm vài ví dụ về các lệnh trong vận hành của SDLC (không ghi lại mã)

Dạng tổng quát của một lệnh A , C/R P/F (0) A ñịa chỉ trạm thứ cấp C/R Lệnh hỏi hoặc lời ñáp Khoảng trống dùng cho số Ns, có thể thêm dấu ( ) vào nếu cần P/F Poll hoặc Final bit (P = On = Off, tương tự cho F) (0) số Nr (nếu cần) 1/ Trạm thứ cấp ñược nối vào ñường dây và trao ñổi khung I, U : B , RR - P(0) → A Polls B ← B , RIM - F B Request Initialization B , SIM - P → A Sets B to initialization mode ← B , UA - F B Acknowledges  B is brought online through system ↓ procedures when initialization complete B , SNRM - P → A Set B 's response mode.Nr and Ns counts are reset to 0 ← B , UA - F B Acknowledges B , RR - P(0) → A Polls B for transmission B , I(0) (0) → Duplex exchange of numbered I - Frame  ← B , I(0) (0) A Sends frame 1 B , I(1) (0) →  B , I(2) (0) →  A Sends frame 2. B confirms frame 0-1  ←B, (2) and sends frame 1 I(1) B , I(3)

(1) → 

A confirms frame 0 and sends frame

3 

← B , I(2) F(3) B confirms frame 2 and sends frame 2 B , RR - P(3) →  A confirms frame 1-2 and Poll B ← B , RR - F(4) B confirms frame 3 ( B remains in NRM) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------2/ Trạm thứ cấp bận : B , I(4) (3) → A sends numbered I - Frames B , I(5) (3) →

B , I(6) (3) B , I(7) (3) B , I(0) P(3)

→ → →

A Polls B ← B , RNR - F(0) B becomes busy, but confirms frame 4-7 B , RR - P(3) → A asks if B is still busy ← B , RR - F(0) B can receive again and expects frame 0 B , I(0) (3) → A sends frame 0 again B , I(1) (3) → A continues with frame 1 B , I(2) P(3) → A sends frame 2 and poll B(gửi thăm dò) ← B , RR - F(3) B confirms frame 0 - 2 (B remains in NRM) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------3/ Trạm sơ cấp bận : B , SNRM - P → A sets B 's response mode and reset the Nr and Ns counts to 0 ← B , UA - F B Acknowledges B , RR - P(0) → A Polls B B sends numbered I - frame ← B , I(0) (0) ← B , I(1) (0) ← B , I(2) (0) ← B , I(3) (0) B , RNR - (3)→ A becomes busy, but confirms frame 0 - 2 ← B , RR - F(0) B stops sending B , RR - P(3) → A Polls B ← B , I(3) (0) B retransmits frame 3 B sends frame 4 ← B , I(4) (0) (CRC error) A has a CRC error on frame 4 B , RR - P(4) → A Polls B, confirms frame 3 ← B , I(4) F(0) B sends frame 4 again B , RR - (5) → A confirms frame 4 (B remains in NRM) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4/ Lệnh không có giá trị: B ,XXX- P → A sends frame with an undefined C field. ← B , FRMR - F B rejects the frame Higher level at A processes the status reported by B in FRMR response. B ,SNRM - P → A resets B 's error condition Nr and Ns counts are reset to 0. ← B , UA - F B acknowledges (B remains in NRM)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5/ Số thứ tự sai trong trao ñổi song công: B , RR - P(0) → ← B , I(0) (0) B , I(0) (0) → ← B , I(1) (0) ← B , I(2) (0) (CRC error) B , I(1) (2) →

B , I(0)

(5)

B , I(1)

(5)

B , RR - P(6)

A polls B for transmission B sends numbered I- frame Duplex exchange of numbered I - Frame B receives frame 0 with CRC error A ' s frame 1 is out of numerical order (Lẻ ra phải phát lại khung 0)

← B , I(3) (0) ← B , I(4) F(0) ← B , SREJ - (0) B expects frame 0. → A sends frame 0 again and confirms frame 0 - 4 ← B , I(5) F(0) B sends final I--frame → A retransmits frame 1 →

A confirms frame 5 and polls B for confirmation ← B , RR - F(2) B confirms frame 1 (B remains in NRM) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Các thí dụ cho hệ multipoint

Các trạm thứ cấp online, trạm sơ cấp gửi tín hiệu tới một trạm thứ và ñồng thời nhận tín hiệu từ một trạm khác 6/

B , RR - P

→ ← B , RIM - F

B , SIM - P

→ ← B , UA - F

A Polls B for status B asks for initialization mode A sets B to initalization mode B acknowledges

B is brough on line through system procedures initialization is complete B , SNRM - P →

A sets B on line. Nr & Ns counts are reset B acknowledges A Polls n for transmission

← B , UA - F n , RR - P(0) → B , I(0) (0) →

B , I(0)

(0)

n sends numbered frames to A while A sends to B

(0) →

B , RR - P(0) → B , I(1) - P(0) → n , RR -

← n , I(0)

when

← n , I(1) (0) ← n , I(2) (0) ← n, I(3) (0) n completes its transmission of numbered frames A Polls B for confirmation ← B , RR - F(2)

(4) →

B confirms 0 - 1 A confirms frames 0-3 (B&n remain in

NRM) 7/

n , I(0) (4) B , I(2) (0) n , I(1) P(4) B , I(3) (0)

-1 B , I(4) P(0) confirmation

→ A sends numbered frames to n → A sends numbered frames to B → A concludes sending to n and requests confirmation → ← n , RR - F(2) A continues sending to B, n confirms frame 0 →

A

concludes

sending

to

B

and

requests

← B , RR - F(5) B confirms (B & n remain in NRM)

Ví dụ 6, các trạm thứ cấp ñược kết nối, trạm sơ cấp gửi tín hiệu tới một trạm trong khi nhận tín hiệu của trạm khác Ví dụ 7, trạm sơ cấp gửi tín hiệu tới các trạm thứ cấp. 6.2.2.4 So sánh giữa Bisynch và SDLC : Bisynch là giao thức hướng ký tự trong lúc SDLC là giao thức hướng bit. Bisynch có thể dùng mã ASCII hay EBCDIC trong lúc SDLC chỉ dùng EBCDIC. Ðể dò lỗi, nếu là ASCII thì dùng phép kiểm tra khối (BCC) còn khi dùng mã EBCDIC thì dùng kiểm tra dư thừa theo chu kỳ (CRC) với chiều dài mã kiểm tra là 2 byte. Cả hai giao thức ñều dùng chung kích thước khung thông tin là 256 byte. Ở Bisynch có chế ñộ thông suốt dữ liệu (ñể tránh nhầm lẫn dữ liệu và ký tự ñiều khiển) trong lúc ở SDLC thì dùng phương pháp nhồi bit (ñể tránh nhầm lẫn với mã Cờ).

6.2.2.5 Giao thức Ðiều khiển liên kết dữ liệu cấp cao (HDLC) : HDLC ñược ISO cho ra ñời năm 1975 nhằm bổ sung một số chức năng của SDLC của IBM. Một số bổ sung có thể kể ra như sau: - Trường ñịa chỉ mở rộng, gồm nhiều byte: 1 8n 0

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

11

12

-------------

13

14

15

16

1

(H 6.7) Trường ñịa chỉ mở rộng Trong trường ñịa chỉ mở rộng, ñịa chỉ xác ñịnh bơøi một số là bội của 7 bít. Bít LSB trong một byte là 0 hoặc 1 (là 0 khi byte ñó chưa phải là byte cuối cùng và là 1 khi là byte cuối cùng của trường ñịa chỉ) 7 bít còn lại hình thành ñịa chỉ của trạm thứ cấp (H 6.7). - Trường ñiều khiển mở rộng, gồm 2 byte (H 6.8): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Ns P/F Nr Information 0 Supervisory 1 0 S 0 0 0 0 P/F Nr Unnumbered 1 1 M 0 M P/F 0 0 0 0 0 0 0 0 (H 6.8) Trường ñiều khiển mở rộng Trong trường ñiều khiển mở rộng, các số Ns và Nr gồm 7 bit như vậy cho phép phát một lần 127 bản tin. - Dạng khung dữ liệu: SDLC chỉ dùng mã EBCDIC 8 bit còn HDLC cho phép dùng bất cứ loại mã nào - Dạng khung giám sát: ngoài các lệnh RR, RNRvà REJ, HDLC có thêm lệnh SREJ (selective reject), lệnh này do thứ cấp yêu cầu phát lại một khung có số Nr. - HDLC có thêm 2 chế ñộ vận hành: * Chế ñộ trả lời bất ñồng bộ (Asynchronous Response Mode - ARM) : ñây là dạng truyền không cân bằng. Trạm thứ cấp có thể khởi ñộng ñể phát mà không cần lệnh của trạm sơ cấp. Nó có thể trả lời mà không cần phải nhận ñược một khung với bit P =1. Tuy nhiên, khi nó nhận ñược một khung với bit P =1 thì khung trả lời phải có bit F =1. Trong trường hợp này F=1 không có nghĩa là khung cuối cùng của trạm thứ cấp. - Chế ñộ không kết nối bất ñồng bộ (Asynchronous Disconnect Mode - ADM) : ADM tương tự như DM ngoại trừ một ñiểm là trạm thứ cấp có thể khởi ñộng chế ñộ DM hay RIM bất cứ lúc nào. 6.3 KHẢO SÁT VÀI IC LSI TRUYỀN ÐỒNG BỘ : Chúng ta khảo sát dưới ñây hai IC tiêu biểu - USART 8251A của Intel - SSDA 6852 của Motorola

6.3.1 USART 8251A của Intel . 6.3.2 SSDA 6852 của Morola . 6.3.1 USART 8251A của Intel :

D7

D6 D5

D4

D3

D2 D1

D0

Baíng 6.3 Từ Control và command Từ SYN ñơn 1 = Ðơn SCS (Single 0 = Kép character SYN)

Vào chế ñộ 1 = Cho phép tìm từ SYN tìm EH (Enter hunt mode) Dò từ SYN bên 1=Chân SYNDET là ngã Reset nội 1 = Reset 8251A ngoài vào IR (Internal ESD (External SYN 0 = ngã ra Reset) Detect) Chọn KT chẵn 1 = Chẵn Yêu cầu 1 = Chân thấp EP (Even parity 0 = lẻ phát 0 = cao Enable) RTS Cho phép KT chẵn 1= Có KT chẵn lẻ Error reset 1 = Reset cờ lỗi lẻ 0 = Không ER PE, OE, FE to 0 PEN (Parity Enable) Chọn chiều dài ký 00 = 5 bit Phát từ 1 = Chân TxD thấp tự 01 = 6 bit break 0 = Chân TxD cao L1 SBRK(Send Break Ch.) L0 10 = 7 bit Cho phép 1 = Cho phép 11 = 8 bit thu 0 = Không RxE Chọn hệ số chia CK D1D0 DTE sẵn 1 = Chân DTR thấp B1 00= Truyền Ð. bộ sàng 0 = cao 01 = :1 DTR B0

10 = :16 11 = : 64

Cho phép 1 = Cho phép phát 0 = Không TxE Mode control word bit Command word bit Ghi chú: Reset lỗi phải hoàn thành khi RxEnable và Enter hunt ñược lập trình Là IC thu phát ñồng bộ và bất ñồng bộ. Trong chương 4 ta ñã khảo sát IC này trong chế ñộ bất ñồng bộ, bây giờ chúng ta tìm hiểu thêm một số tính chất của IC trong chế ñộ ñồng bộ. Vận hành ở chế ñộ ñồng bộ 8251A có vận tốc truyền lên tới 64 kbps. Chi tiết các thanh ghi ñiều khiển, lệnh và trạng thái cho ở bảng 6.3 và 6.4

Ðể IC hoạt ñộng ở chế ñộ ñồng bộ bít D0 và D1 trong thanh ghi ñiều khiển = 00, các bít D2, D3, D4, D5 như trong phần bất ñồng bộ, bít D6 cho phép chọn thực hiện ñồng bộ từ bên trong hay bên ngoài và bít D7 cho phép chọn 1 hay 2 từ SYNC - Chân SYN/BREAK của IC trong chế ñộ ñồng bộ có thể là ngã ra hoặc ngã vào và tùy thuộc vào từ ñiều khiển trong chương trình. Khi thực hiện chế ñộ ñồng bộ bên trong thì chân này là ngã ra, ở mức thấp khi ñược reset và lên cao ñể chỉ rằng máy thu ñã nhận ñược từ SYNC. Khi máy thu thực hiện tác vụ ñọc trạng thái thì chân này tự ñộng reset. Khi thực hiện chế ñộ ñồng bộ từ bên ngoài thì chân này là ngã vào, tín hiệu dương ñến chân này báo 8251A bắt ñầu nhận dữ liệu. Bảng 6.4 8251A Status Register D7 Data set ready 1 = DSR pin is low DSR 0 = high D6 Sync. char. detect 1 = Sync. char. detect SYNDET (Synchronous only) D5 Framing error 1 = Framing error reset by writing ER = FE 1 (Synchronous only) D4 Overrun error OE 1 = Overrun error D3 Parity error PE 1 = Parity error D2 Trans. reg. Empty 1 = Empty Tx Empty 0 = Busy D1 Receiver ready RxD 1 = Ready with new char. D0 Trans. Ready TxD 1 = Ready for next char. Ghi chú: chân

- TxRDY có nghĩa khác với chân TxRDY . Chân TxRDY phụ thuộc trạng thái

- Bit TxRDY lên 1 khi thanh ghi ñệm phát trống. - 82251A ở chế ñộ phát ñồng bộ 8251A bắt ñầu phát dữ liệu ngay sau khi CPU nạp từ SYNC cho ñến khi không còn tín hiệu ñể phát, thanh ghi ñệm phát trống mà CPU không nạp ký tự kế tiếp thì 8251A tự ñộng thêm từ SYNC vào và phát ñi. - 8251A ở chế ñộ thu ñồng bộ - Khi sự ñồng bộ ñược thực hiện từ bên trong, lệnh ENTER HUNT phải ñược lập trình trong từ lệnh ñầu tiên, việc này khiến 8251A dò từ SYNC trong dòng dữ liệu ñến, sau khi dò ra USART chấm dứt chế ñộ HUNT và máy thu trong tình trạng ñồng bộ hóa, chân SYNDET lên cao ñể báo cho µP biết. - Khi sự ñồng bộ ñược thưc hiện từ bên ngoài, xung ñồng hồ dời bít của máy thu ñược cấp vào chân . Xung này thường ñược cấp từ modem và phải ñồng bộ với dòng dữ liệu thu ñược. Ở chế ñộ ñồng bộ, 8251A làm việc với một tần số cố ñịnh của xung ñồng hồ (chứ không ñược chia như ở chế ñộ bất ñồng bộ). Tần số xung này phải phù hợp với vận tốc truyền bít.

và bit T

- Khởi ñộng 8251A Tương tự như ở chế ñộ bất ñồng bộ, ngoại trừ ký tự SYNC phải ñươc lập trình như sau - Reset chip: ñưa chân RST lên cao (Reset cứng) hoặc set bít IR trong thanh ghi lệnh = 1 (Reset mềm) - Ghi mã ký tự SYNC - Ghi từ lệnh ở mức cao trong 3 lần ghi Chân C/ Byte ñã ghi giữa từ chọn mode và từ lệnh (command) ñã chốt vào USART là mã ký tự SYNC - Phát một ký tự phải ở mức thấp và bit TxEn trong thanh ghi từ Cũng như trong chế ñộ bất ñồng bộ, lệnh chân ñược set = 1 (cho phép phát) - Chờ bit TxRDY ñược set hay chân TxRDY lên cao - Ghi ký tự kế tiếp vào thanh ghi ñệm phát. Khi truyền xong ký tự cuối cùng của khối, chân TxE (trans. empty) sẽ ở High và bit TxEn ñược set, USART tự ñộng phát từ SYNC trong suốt thời gian nghỉ Các bit ñược dời ra cùng lúc với cạnh xuống của tín . hiệu - Thu một ký tự Ðể thu một ký tự ở chế ñộ ñồng bộ cần thực hiện các bước: - Ghi từ ENTER HUNT như là một phần của lệnh ñầu tiên vào thanh ghi từ lệnh - Chờ chân SYNDET lên cao - Chờ chân RxRDY lên cao hay bít trạng thái tương ứng ñược set (D1 thanh ghi trạng thái = 1) - Ðọc ký tự từ thanh ghi ñệm thu - Ðọc trạng thái lỗi từ thanh ghi trạng thái Những bít lỗi của thanh ghi trạng thái ñược reset nhờ từ lệnh có bít ER ñược set = 1 (D4 = 1). Các bít dữ liệu ñược dời vào cùng lúc với cạnh lên của xung ñồng hồ thu RxC - 8251A giao tiếp với modem (H 6.9) là một mẫu giao tiếp giữa 8251A và modem, chuẩn giao tiếp RS-449 ñược sử dụng. Xung ñồng hồ thu phát ñược cấp từ modem

(H 6.9) 6.3.2 SSDA 6852 của Morola : 6852 của Motorola là IC ñiều hợp ñồng bộ nối tiếp (Synchronous Serial Data Adaptor, SSDA) loại NMOS 24 chân ñược chế tạo ñể giao tiếp với họ vi xử lý 6800 của Motorola trong chế ñộ ñồng bộ. (H 6.10) là sơ ñồ khối của 6852. 10→ CS 11→ 13→ 14→ 7← 9→

RS R/ E

Tx SHIFT REGISTER

→TxD

→6

←RxD

←2

Tx FIFO

RST Rx SHIFT REGISTER

1→← Vss 12→ Vcc

Rx FIFO

15→← D7 CONT. REG. 1 CONT. REG. 2 CONT. REG. 3 22→← D0 SYNC. CODE REG.

STATUS REGISTER TUF

TxCLK RxCLK

SM/

8

23

24

5↓

4

3 (H 6.10) Ý nghĩa các chân: , RS : Chip select, Register select -R / : Read / Write - E : Data I/O enable & Clocking : Interrupt Request : Reset -D7 – D0 : Data bus I/O - RxCLK, TxCLK : Receive Clock, Transmitter Clock : Clear to send - : Carrier detect - SM/ : Sync. match/Data term ready: Ðiều hợp ñồng bộ/DTE sẳn sàng - TUF : Trans. underflow - Vcc & Vss : Power & Ground -TxD,RxD : Transmit Data, Receive Data Là IC chỉ có chức năng thu phát ñồng bộ, 6852 có một số chi tiết không giống như 8251A. Ðặc biệt nó có bộ ñệm thu phát 3 byte hoạt ñộng theo kiểu vào trước ra trước (First In, First Out, FIFO) . Sử dụng bộ ñệm này 6852 có thể vận hành theo chế ñộ byte kép (Double-byte) nghĩa là CPU có thể ñọc hoặc ghi ñồng thời 2 ký tự mà không phải ñợi Việc chọn chế ñộ vận hành và ñiều khiển ở SSDA ñều thông qua µP bằng cách ghi vào 3 thanh ghi ñiều khiển. Các trạng thái lỗi và bắt tay ñược ñọc từ thanh ghi trạng thái. Vị trí bít của các thanh ghi cho trong bảng 6.5 và 6.6

Bảng 6.5 Các từ trong thanh ghi ñiều khiển của 6852 bit 7

bit 6

bit 5

Cho phép ngắt 1 = Cho phép ngắt khi có lỗi EIE PE, RxOvrn, TUF, , Phát từ Sync 1 = Phát từ Sync khi underflow 0 = Phát bit 1 khi Không sử dụng Tx Sync underflow Word length 000-6 + parity chẵn selector 001-6 + parity lẻ 010-7 bits WS3

Bit ñịa 00: Chọn CR2 chỉ 01: Chọn CR3 AC2 10: T G mã Sync 11:Chọn TxFIFO AC1 Reg. (khi RS=1và R/ =0 ) Cho phép 1: Chân tác ñộng ngắt thu RIE

bit 4

bit 3 Xóa cờ CTUF bit 2 CLR bit 1 1or2 SYNC char. select 1 / 2 sync bit 0 Chọn Sync trong hay ngoài E/I sync Control

WS2

011-8 bits 100-7 + parity chẵn 101-7 + parity lẻ 1: Xóa WS1 110-8 + parity chẵn TUF 111-8 + parity lẻ 1: Clear Chọn phát 1 1: 1 byte data I/O hay 2 byte 0: 2byte Data I//O 1=1 sync 0=2 sync

từ Bit ñiều khiển 00: SM/ ngoại vi 10: SM/ từ PC2 01:SM/

1=Ngoài 0=Trong PC1

Reg.3 CR3)

Control

=1 =0 = xung

Cho phép 1: Chân tác ñộng ngắt phát TIE CLR sync 1: Xóa ñồng bộ

Loại bỏ 1: Loại từ Sync từ dòn từ ñồng dữ liệu thu bộ Reset 1= Reset phát phát TxRS

ñồng bộ Reset thu 11-SM/ = 0 Vô RxRS hiệu hóa xung ñồng bộ

1= Reset thu

Register 2 (CR2)

Reg.1(CR1)

Control

Ðối với µP 6852 chỉ xuất hiện bằng hai cách ñịnh ñịa chỉ (chân RS ở High và CS ở LowThường CS ñược nối với ñường ñịa chỉ A0). Từ sơ ñồ khối ta thấy có 7 thanh ghi trong 6852 có thể ñược µP truy xuất. Ngoại trừ thanh ghi ñiều khiển 1, tất cả các thanh ghi khác ñều chỉ có thể ñọc hoặc chỉ có thể ghi tùy chức năng Trạng thái của ñường R/ ñược dùng ñể chọn nhóm thanh ghi chỉ ñọc hay chỉ ghi Từ bảng 6.5 ta thấy 2 bit có trọng số lớn nhất trong thanh ghi ñiều khiển 1 ñược dùng ñể ñịnh ñịa chỉ các thanh ghi khác. Việc ñịnh ñịa chỉ có thể tóm tắt như sau:

Chân RS R/

Thanh ghi ÐK1 b7 b6

Chọn thanh ghi

0 0 1 1 1 1 1

1 0 1 0 0 0 0

x x x 0 0 1 1

x x x 0 1 0 1

Thanh ghi trạng thái Thanh ghi ÐK CR1 Thanh ghi Rx FIFO Thanh ghi ÐK CR2 Thanh ghi ÐK CR3 Thanh ghi mã SYNC Thanh ghi Tx FIFO

bit 7

Duyệt qua các bít trong thanh ghi trạng thái và ñiều 13 Yêu cầu ngắt 1 = Chân tác ñộng IRQ

bit 6 bit 5

Parity error PE Receiver Overrun Rx OVRN

bit 4

Transmitter Underflow TUF Clear to send

bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

1 = Có lỗi parity Reset khi ñọc RxFIFO or ghi vào CR1 với RxRS = 1 1 = Có lỗi tràn Reset khi ñọc Status Reg. và RxFIFO hay ghi vào CR1 với RxRS=1 1= Có lỗi Underflow Reset khi ghi vào CR3 với CTUF và/hoặc TxRS = 1 1= từ lần xóa cuối cùng Reset khi ghi vào CR3 với và/hoặc TxRS = 1

Carrier Detect

1= từ lần xóa cuối cùng Reset khi ñọc Status Reg. và RxFIFO hay ghi vào CR1 với RxRS=1 Transmitter data 1= Có hiệu lực register available Reset khi ghi vào TxFIFO TDRA Receiver data 1 = Có hiệu lực available Reset khi ảo RxFIFO RDA - Khởi ñộng 6852 Khởi ñộng 6852 bao gồm các bước sau :

- Reset chip bằng cách ghi từ ñiều khiển vào thanh ghi CR1 và xác ñịnh ñịa chỉ thanh ghi CR3 - Ghi từ ñiều khiển mong muốn vào thanh ghi CR3 (chọn số từ SYN và chế ñộ ñồng bộ) - Ghi từ ñiều khiển vào thanh ghi CR1 ñể duy trì ñiều kiện reset và xác ñịnh ñịa chỉ thanh ghi CR2 - Ghi từ ñiều khiển mong muốn vào thanh ghi CR2 - Ghi từ ñiều khiển vào thanh ghi CR1 ñể duy trì ñiều kiện reset và truy xuất thanh ghi mã ñồng bộ kế tiếp - Ghi mã mong muốn vào thanh ghi mã ñồng bộ - Ghi từ ñiều khiển mong muốn vào thanh ghi CR1 (bao gồm việc cho phép thu và (hoặc) phát) - Phát một ký tự phải ở mức thấp và bit TxRS phải ñược xóa - Chờ bit TDRA trong thanh ghi trạng thái (Trans. Data Register Available) ñược set -Viết mã ký tự phát vào bộ ñệm TxFIFO Chu trình ñược lặp lại cho tới khi cả khối dữ liệu ñược phát. Nếu CPU không cung cấp Data ñủ nhanh ñể máy phát phát, ta nói máy phát ở tình trạng underflow và bít TUF lên cao, lúc ñó SSDA tự ñộng thêm từ SYNC vào ñể phát ñi. Bít TUF là một cờ ñược reset bởi bít b3=1 trong CR3 Các bít ñược dời ra ngoài khi có cạnh xuống của xung ñồng hồ tại ngã vào TxCLK. - Thu một ký tự Ðể thu một ký tự ngã vào phải ở LOW và bít RxRS phải ñược xóa. Các bít tới máy thu ñược so sánh với mã SYNC trong thanh ghi mã ñồng bộ ñến khi có sự tương ứng (nhận dạng từ SYNC) - Chờ cho tới khi RDA ñược set - Ðọc trạng thái lỗi trong thanh ghi trạng thái - Ðọc mã ký tự từ bộ ñệm RxFIFO Các bít dữ liệu ñược lấy mẫu ở cạnh lên của xung clock thu tại chân RxCLK. 6.4 KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN Một hệ thống thông tin trước khi ñưa vào vận hành cũng như trong quá trình sử dụng luôn cần ñược kiểm tra thường xuyên ñể bảo ñảm tính chính xác và ñộ tin cậy. - Kiểm tra tương tự thường ñược thực hiện ñối với một hệ thống chuẩn bị ñưa vào sử dụng - Kiểm tra số thường ñược tiến hành thường xuyên ñể ñánh giá chất luợng của hệ thống mà không cần phải ngắt hệ thống trong một thời gian dài. 6.4.1 Kỹ thuật tương tự - Phép ño tỷ số PAR . 6.4.2 Phép ño biến dạng dùng biểu ñồ mắt .

6.4.1 Kỹ thuật tương tự - Phép ño tỷ số PAR :

Tín hiệu trên một ñường truyền thường bị biến dạng do hai nguyên nhân: ñộ suy giảm biên ñộ theo tần số và sự biến dạng do trể pha. Việc ño ñạc hai ñại lượng này rất tốn kém thời gian và ñược thực hiện trong suốt thời gian nghiên cứu hệ thống, ñây không phải là một công việc thường ngày. Phép ño tỷ số PAR là một phương pháp thử nhanh và cho phép ta ñánh giá ñược hệ thống. Ðây là phép ño tỷ số trị ñỉnh và trị trung bình của tín hiệu nhận ñược (Peak to average Ratio) Kỹ thuật PAR dùng một máy phát và một máy thu nối nhau qua hệ thống truyền trên băng tần âm thanh. Máy phát phát tín hiệu ñể kiểm tra là một chuỗi xung, máy thu nhận tín hiệu xung này, sự suy giảm biên ñộ và biến dạng pha trong hệ thống làm tiêu hao năng lượng của tín hiệu và do ñó làm giảm tỷ số giá trị ñỉnh EPK trên trị trung bình của tín hiệu chỉnh lưu toàn kỳ EFWA (Full Wave Average). Tỷ số này là giá trị PAR % Nếu tín hiệu hoàn toàn không biến dạng, tỷ số này là 100% Nếu có biến dạng với trị số chuẩn hóa là 0,75 thì giá trị PAR là 50%. Ðây là giá trị chấp nhận ñược với hệ thống có vận tốc truyền lên tới 2400 bps. Giá trị PAR nhạy ñối với biến dạng do suy giảm biên ñộ, do trể pha, do nhiễu nền cao, do hệ thống không tuyến tính và các họa tần của tín hiệu . . . .. 6.4.2 Phép ño biến dạng dùng biểu ñồ mắt :

Một phương pháp ño biến dạng rất hữu hiệu trong hệ thống truyền dữ liệu là dùng biểu ñồ mắt (Eye pattern). - Biểu ñồ mắt : Một tín hiệu xung clock có giá trị bít br xác ñịnh, dùng kích khởi mạch quét ngang một dao ñộng nghiệm và tín hiệu số cần kiểm tra là các tín hiệu 1 , 0 thay ñổi một cách tuần tự ñược ñưa vào bản lệch dọc của dao ñộng nghiệm. Một biểu ñồ mắt có dạng như (H 6.11) xuất hiện trên màn ảnh dao ñộng nghiệm

(a) (H 6.11) (b) Sự hình thành biểu ñồ mắt có thể hiểu là sự chồng chất của các tín hiệu 1, 0 thay ñổi liên tục tạo ra. (H 6.12) minh họa sự hình thành này

(H 6.12) Nếu tín hiệu xung vào gần như lý tưởng thì biểu ñồ mắt có dạng gần giống như hình chữ nhật, ta nói biểu ñồ mắt hoàn toàn mở (H 6.11.a) Trong thực tế biến dạng không thể nào tránh khỏi hoàn toàn và biểu ñồ mắt ñóng lại (H 6.11.b). Giao ñiểm của các biến ñổi từ 1 xuống 0 và ngược lại ñược gọi là giao ñiểm 1/0. Sự thay ñổi theo chiều ngang của giao ñiểm 1/0 là sự biến ñộng (jitter). (H 6.13) cho thấy các giá trị biến ñộng khác nhau của biểu ñồ mắt. (H 6.13.a) là trường hợp không có biến ñộng, (H 6.13.b) biến ñộng khoảng 5%, (H 6.13.c) khoảng 10%, (H 6.13.d) khoảng 20%, (H 6.13.e) khoảng 50% và (H 6.13.f) > 50%. Sự biến ñộng càng lớn biểu ñồ mắt càng khép lại, vậy kích thước của vòng mở tại trung tâm biểu ñồ mắt cho ta chất lượng của hệ thống.

(H 6.13) Việc ñánh giá chất lượng tín hiệu bằng biểu ñồ mắt chỉ cho kết quả tin cậy ñược khi : - Tín hiêụ 1, 0 tạo bởi mạch phải ñối xứng. - Ðường dây phải ñiều hợp tổng trở ñể tránh sóng phản xạ. - Thời gian trể của tín hiệu khi chuyển từ mức 0 lên 1 hay ngược lại phải bằng nhau. Nếu một trong các ñiều kiện trên không thỏa thì chất lượng tín hiệu sút giảm và việc ñánh giá không còn chính xác.

Giáo Trình: TRUYỀN DỮ LIỆU

CHƯƠNG 7

TRUYỀN TÍN HIỆU BẰNG SÓNG MANG TƯƠNG TỰ: MODEMS . Nội dung : 7.1 DẪN NHẬP. 7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN. 7.3 MỘT SỐ MODEM ðỒNG BỘ VÀ BẤT ðỒNG BỘ. 7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------7.1 DẪN NHẬP : Ðể truyền dữ liệu từ một DTE ñến một DTE khác, thay vì phải thiết lập các ñường dây riêng, người ta nghĩ ñến viêc dùng ñường dây ñiện thoại ñã có sẵn. Tuy nhiên vì ñường dây ñiện thoại ñã có từ rất lâu trước khi phương pháp truyền tín hiệu số ra ñời và ñược dùng ñể truyền thẳng âm hiệu trong phạm vi tần số từ 300 Hz ñến 3000 Hz, nên ñể truyền ñược tín hiệu số trên ñường dây thoại, người ta phải dùng một sóng mang có tần số tương thích với ñường dây thoại ñể chuyên chở tín hiệu số. Modem là một thiết bị ñược sản xuất cho mục ñích này. (H 7.1) là sơ ñồ khối của một modem ÐIỀU CHẾ Dữ liệu vào (từ máy tính)

MẠCH GIAO TIẾP

NGUỒN ↓

 

MẠCH ÐIỀU CHẾ

LỌC & KÐ CÔNG SUẤT

 →  →  → ↓

ÐIỀU KHIỂN & ÐỊNH THỜI

T.h. tương tự ra

T.h. tương tự vào

LỌC & KÐ VÀO

Dữ liệu ra MẠCH GIẢI ÐIỀU CHẾ

MẠCH GIAO TIẾP

GIẢI ÐIỀU CHẾ (H 7.1) Một modem bao gồm hai bộ phận chính: ñiều chế và giải ñiều chế. Bộ phận ñiều chế nhận tín hiệu số từ máy tính (hay một DTE) và biến ñổi thành tín hiệu tương tự ñể truyền trên kênh truyền, ở máy thu bộ phận giải ñiều chế của modem thứ hai biến ñổi ngược lại từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Có thể xếp loại modem như sau : - Modem tầm ngắn (Short haul modem) : là những modem hoạt ñộng trong những khoảng cách ngắn (<10 miles) . Trong vài trường hợp ñể truyền trên khoảng cách ngắn người ta chỉ cần dùng các bộ phận thúc ñường dây mà không cần ñến modem. - Modem băng tần rộng (Wideband modem) : là những modem vận hành trên phương tiện thông tin ñiện thoại với vận tốc từ 19,2 kbps ñến 230,4 kbps. Những modem này thường dùng sóng mang có băng thông rộng từ 6 ñến 60 lần băng thông của tín hiệu âm thanh (voice grade). Ví dụ họ modem 303B ; C; D của hãng Bell vận hành theo kiểu song công với vận tốc tín hiệu lên ñến 19,2 ; 50 và 230,4 kbps - Modem âm tần (Voice grade modem) : là những modem ñược thiết kế ñể dùng trên ñường dây với băng thông âm tần của kênh thoại (từ 300 Hz dến 3000 Hz). Ðây là môi trường truyền khá thông dụng. Modem âm tần chia làm hai loại : - Bất ñồng bộ : vận hành với vận tốc tối ña là 1800 bps trên các ñường ñiện thoại sử dụng quay số và 2000 bps ñối với các thuê bao có ñiều kiện. - Ðồng bộ : vận hành với vận tốc tối ña là 9600 bps. Ngày nay việc dùng modem kết nối vào mạng ñiện thoại ñể thực hiện việc thông tin liên lạc ñã trở thành phổ biến. Tuy nhiên việc sử dụng phải tuân theo một số qui ñịnh của các cơ quan chức năng quản lý mạng ñiện thoại kết hợp với sự kiểm soát của chính phủ. Ví dụ, cơ quan FCC của Mỹ và DOC (Department of Communication) của Canada có một số qui ñịnh cụ thể về mức tín hiệu phát (không ñược vượt quá -9 dBm ở 600Ω), các tín hiệu xung quay số, bảo vệ quá áp, tổng trở, sự cân bằng, các mức tín hiệu nhiễu cho phép và các bộ kết nối.

7.2 CƠ SỞ KỸ THUẬT LIÊN QUAN : Ðể truyền trên ñường dây ñiện thoại các tín hiệu số ñược dùng ñể ñiều chế sóng mang âm tần hình sin, tần số từ 300 Hz ñến 3000 Hz - Modem phát ñiều chế sóng mang âm tần với tín hiệu TxD (Transmit Data) và modem thu giải ñiều chế sóng mang ñể phục hồi tín hiệu RxD (Receive Data)

- Modem là một thiết bị truyền tin (DCE) ñược dùng như một bộ giao tiếp giữa các DTE (cụ thể là các USART hay UART) với mạng ñiện thoại. - Trong trường hợp truyền ñồng bộ, ngoài việc phục hồi tín hiệu RxD, modem còn phải khôi phục ñược thông tin về thời gian bit ñể tạo sự ñồng bộ. - Thông thường modem là một khối riêng rẻ và ñược nối với máy tính hay thiết bị ñầu cuối DTE bằng cách sử dụng chuẩn giao tiếp RS-232 của EIA. Cũng có một số máy tính và DTE chuyên dụng ñã ñặt bên trong chúng những modem bao gồm cả bộ phận quay số tự ñộng mà không cần giao tiếp EIA (H 7.2)

(H 7.2) - Trong modem tín hiệu dải nền dạng số có thể ñược dùng ñể ñiều chế biên ñộ, tần số hoặc pha của một sóng mang âm tần. Tùy thuộc vào vận tốc tín hiệu của kênh truyền, ba dạng ñiều chế này là ASK, FSK và PSK - Các ñường truyền cho vận tốc thấp tới trung bình (vài trăm ñến 1800 bps) sử dụng FSK và truyền bất ñồng bộ. - PSK ña pha và giao thức ñồng bộ ñược dùng ñể truyền với vận tốc cao hơn từ 2400 bps ñến 4800 bps. - ASK thường ñược dùng ñể truyền với vận tốc rất thấp <100 bps, do tính miễn nhiễu kém của nó. - Ðể truyền với vận tốc 9600 bps người ta kết hợp hai phương pháp PSK và ASK gọi là ñiều chế biên ñộ vuông góc (Quadrature Amplitude Modulation, QAM ). 7.2.1 Modem FSK . 7.2.2 Modem PSK . 7.2.3 Một số vấn ñề kỹ thuật khác trong modem . 7.2.1 Modem FSK : 7.2. 1.1 Mã hóa FSK . 7.2.1.2 Chỉ số biến ñiệu . 7.2.1.3 Băng thông FSK . 7.2.1.4 Vòng khóa pha (Phase Lock Loop, PLL) . 7.2.1.5 Minimum Shift - Keying FSK . 7.2.1.1 Mã hóa FSK : Việc mã hóa FSK khá ñơn giản và giá thành rẻ, ñây là một dạng của kỹ thuật FM, trong ñó tín hiệu ñiều chế là chuỗi xung DC biến ñổi giữa hai giá trị cụ thể. Mạch FSK cơ

bản bao gồm một VCO ñiều khiển bởi ñiện thế ứng với bít 1 và 0 của tín hiệu vào. Ta ñược ở ngã ra là các tín hiệu có tần số fm, ứng với bít 1(mark) và fs ứng với bít 0 (space). (H 7.3) là một mô hình mạch ñiều chế FSK và tín hiệu tương ứng

(H 7.3) Ðể có kết quả tốt , ñiều chế FSK phải có một số tính chất sau : - Ðộ trôi dạt tần số không quá 50 ppm / °C (period per minuite / °C) - Pha của tín hiệu phải liên tục trong khi tần số thay ñổi từ fm sang fs và ngược lại. - Biến dạng do họa tần của tín hiệu ra phải rất thấp - Các tần số fm và fs phải ñược ñiều chỉnh riêng. Các tính chất trên ñều thực hiện ñược trong hầu hết các IC hiện nay. 7.2.1.2 Chỉ số biến ñiệu : Trong kỹ thuật FSK người ta ñịnh nghĩa hê số h:

Thí dụ modem 202T là modem FSK có tần số giữa là 1700 Hz, fm = 1200 Hz và fs = 2200 Hz nếu tốc ñộ bít là 1200 bps thì:

Ta có thể thấy hệ số h chính là chỉ số biến ñiệu (modulation index) mf trong kỹ thuật FM cổ ñiển

∆f là ñộ di tần cực ñại; fa là tần số tín hiệu ñiều chế Áp dụng vào trường hợp FSK

Vậy: h = mf Nhắc lại, phổ tần của tín hiệu ñiều chế thuộc vào hệ số Bessel, tức tùy thuộc vào chỉ số biến ñiệu. Một cách tổng quát, h càng lớn thì xuất hiện càng nhiều hệ số Bessel, phổ tần chứa càng nhiều họa tần, nhưng ñiều này xảy ra khi br nhỏ, tức tần số cơ bản nhỏ, như vậy các họa tần sẽ nằm sát lại nhau nên băng thông của tín hiệu không những không tăng mà còn có thể giảm. Tuy nhiên ñể ñạt ñược hiệu quả cao người ta thường chọn h < 1 Trở lại modem 202T, với br = 1200 bps, h = 0,83 (khoảng cách fm và fs là 1000Hz), có 2 hệ số Bessel có nghĩa, trong phổ tần xuất hiện hai tần số trong mỗi băng cạnh, khoảng cách các tần số là 600 Hz (H 7.4)

(H 7.4) Bây giờ giả sử tốc ñộ truyền bít là 500 bps, chỉ số biến ñiệu là:

Trong trường hợp này có 4 hệ số Bessel có nghĩa và phổ tần có dạng (H 7.5)

(H 7.5) 7.2.1.3 Băng thông FSK : Gọi Tb là thời gian của một bít của tín hiệu truyền (dải nền), tốc ñộ bít br là: br = Tần số lớn nhất của tín hiệu, tương ứng với biến ñổi liên tục giữa bít 1 và bít 0, là: ff =

=

Vậy tần số cơ bản lớn nhất của tín hiệu dải nền bằng 1/2 tốc ñộ truyền bít Tín hiệu FSK tức thời có thể viết :

VFSK =Vb sin (2πfmt) +

sin (2πfst)

Trong ñó Vb ñặc trưng cho tín hiệu hình vuông có tần số cơ bản ff biên ñộ 0 hoặc 1 tùy thuộc trạng thái dữ liệu ñiều chế. Nhắc lại phổ tần của tín hiệu chữ nhật chứa các họa tần bậc lẻ của ff . Do ñó ta có thể vẽ phổ tần của tín hiệu FSK (H 7.6)

(H 7.6) Người ta thường chọn băng thông FSK như sau : BWFSK = (fm + 2ff) - (fs - 2 ff) = fm - fs + 4ff BWFSK = fm - fs + 2br Ngoài ra do thiết kế bộ giải ñiều chế có lợi vì một kinh tế người ta chỉ tần số trung tñm cra FSK và khoảng cách của hai tần số fm và fs như sau : ≥ 3br fFSK =

| fm - fs

|

> 2br/3

Thí dụ : (a) Một modem FSK vận tốc 600 bps sử dụng tần số mark là 1500 Hz và tần ảo space là 2000 Hz. Tính tần số fFSK và băng thông của kênh FSK fFSK là tần số trung tâm giữa fm và fs : fFSK = (1500 + 2000) / 2 = 1750 Hz Băng thông BW xác ñịnh bởi : BWFSK = fm - fs + 2br = (2000 -1500) + 2(600) = 1700 Hz. (b) Những giá trị của fm và fs này có làm cho việc thiết kế bộ giải ñiều chế kinh tế không ? Ðiều kiện ñầu tiên là fFSK ≥ 3br , ñiều này không thỏa vì 1750 Hz < 3(600) = 1800 Hz ðiều kiện thứ hai là | fm - fs | > 2br/3 thỏa vì 500 Hz > 2/3(600) = 400 Hz 7.2.1.4 Vòng khóa pha (Phase Lock Loop, PLL) : Ðể giải mã FSK người ta phải dùng một vòng khía pha. (H 7.7) là sơ ñồ khối một vòng khóa pha ñơn giản

(H 7.7) Tổng quát, một PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm 3 bộ phận chính : một mạch so pha, một lọc hạ thông và một VCO. PLL là một vòng kín, tín hiệu ra từ VCO tự ñộng khóa bởi tín hiệu vào. Bằng cách so sánh pha của tín hiệu ra từ mạch VCO và tín hiệu vào, sự sai pha sẽ ñược biến ñổi thành ñiện thế một chiều, ñiện thế này sẽ ñiều khiển VCO ñể tạo một tín hiệu ra luôn luôn có pha và tần số của tín hiệu vào. Xem tín hiệu vào là một hình sin có pha bất kỳ : vi(t) =A1 sin( ωi t + θi ) Tín hiệu ra ở VCO : vo(t) = A2 sin( ωo t + θo ) Tín hiệu ra của mạch so pha là tích của hai tín hiệu này vd = A1 A2 kmsin(ωit + θi ).sin( ωot + θo ) km là ñộ lợi của mạch nhân Triển khai biểu thức vd, ta ñược các số hạng là các tín hiệu hình sin có tần số là tổng và hiệu của các tần số tín hiệu vào ωi và tần số tín hiệu dao ñộng ω0 ; cho tín hiệu này qua mạch lọc hạ thông, tín hiệu còn lại là : vf km sin(ωi t - ωo t + θi - θo ) = Ở vòng khóa pha hai trường hợp có thể xảy ra: - Nếu tần số tín hiệu vào θi thay ñổi ngoài tầm kiểm soát của mạch thì PLL là một mạch giải ñiều chế FM - Nếu tần số tín hiệu vào thay ñổi ít, còn trong phạm vi kiểm soát của mạch thì PLL là mạch tạo tín hiệu có tần số và pha ổn ñịnh. Trong mạch giải ñiều chế FSK, ngã vào mạch PLL là tín hiệu có hai tần số fm và fs nên hiệu thế ra từ mạch lọc sẽ thay ñổi trong khoảng V0m và V0s, những hiệu thế này ñược so sánh với một hiệu thế chuẩn (FSK comparator) ñể cho dữ liệu FSK ở ngã ra. Nếu PLL ñược khóa ở tín hiệu vào, nghĩa là θo = θi thì phương trình thành km sin( θi - θo ) vf = θi - θo là ñộ sai pha. Vf = 0 khi θi - θo = 0 hay 2π Hiệu thế vf này ñược dùng ñể ñiều khiển mạch dao ñộng.

7.2.1.5 Minimum Shift-Keying FSK : Minimum Shift-keying FSK (MSK) là mặt dạng của kỹ thuật ñiều chế FSK có pha liên tục. MSK chính là FSK trong dó tần số mark và space ñược dùng bởi vài vận tốc bit. Ðúng bởi ñây có nghĩa là có một quan hệ thời gian chính xác của hai tín hiệu. Hai tần số này ñược chặn sao cho cách tần số giữa ñúng bằng các bội số lẻ của phân nửa vận tốc bit [fm và fs = n(br/2); n là số lẻ], ñiều này tạo ra một số thay ñổi liên tục về pha khi tín hiệu chuyển ñổi giữa bit 1 và 0 (H 7.8)

(H 7.8) 7.2.2 Modem PSK : Ðiều chế PSK là một phương pháp hiệu quả nhất ñể truyền tín hiệu số. Có thể nói phương pháp PSK là phương pháp ñiều chế triết sóng mang do ñó băng thông của tín hiệu PSK nhỏ hơn băng thông của FSK nếu dùng cùng một tín hiệu dải nền. Nhưng ở máy thu phải có mạch dao ñộng tạo sóng mang ñể thực hiện việc giải ñiều chế ; tín hiệu dao ñộng này phải có cùng tần số và pha của sóng mang ở máy phát. Các ñiều nói trên có thể thực hiện bởi một vòng khóa pha biến thể gọi là vòng Costas mà ta sẽ ñề cập ñến trong phần sau . 7.2.2.1 7.2.2.2 7.2.2.3 7.2.2.4 7.2.2.5 7.2.2.6 7.2.2.7 7.2.2.8

Băng thông . PSK 2 - pha (BPSK : Binary phase shift keying). PSK 4 - pha (4 - PSK) . OFFSET QPSK (OQPSK) . PSK 8 - pha . ðiều chế biên ñộ vuông góc . Vòng Costas . PSK vi phân .

7.2.2.1 Băng thông : Ta xét trường hợp ñơn giản nhất là PSK nhị phân (Biphase PSK) ñược minh họa trong (H 7.9). (Nếu là PSK ña pha thì thay tốc ñộ bít bởi tốc ñộ baud)

(H7.9) Trong PSK pha của sóng mang thay ñổi giữa hai trị số 0° và 180° , hiệu thế tức thời PSK có thể viết : V PSK =Vb sin (2πfct) + sin (2πfct) Biểu thức VPSK tương tự như VFSK nhưng hai tần số fm và fs ñược thay bởi fc nên băng thông là: BWPSK = (fc + 2ff) - (fc - 2 ff) = 4ff BWPSK = 2br Như vậy BWPSK < BWFSK nếu ñiều chế cùng tín hiệu dải nền. (H 7.9) cho phổ của tín hiệu PSK 7.2.2.2 PSK 2 - pha (BPSK: Binary phase shift keying) : Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các ñiện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta có tín hiệu ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180°. (H 7.10) là sơ ñồ khối mạch ñiều chế và giải ñiều chế BPSK

(a) Ðiều chế BPSK

(H 7.10)

(b)

Giải

ñiều chế BPSK Giả sử logic 1 ñưọc ñặc trưng bởi ñiện thế +Vdc và logic 0 bởi -Vdc bộ phận chính của mạch ñiều chế gồm một mạch nhân và một mạch dao ñộng tạo sóng mang cosωct. Tín hiệu logic và sóng mang ñược ñưa vào mạch nhân và ta ñược tín hiệu +cosωct hoặc cosωct ở ngã ra của mạch này. Ở máy thu, sóng mang ñuợc tách từ tín hiệu vào, sau ñó trộn với tín hiệu vào ñể cho ra tín hiệu có dạng cos2ωct hoặc -cos2 ωct. Phân tích các tín hiệu này ta thấy chúng gồm thành phần một chiều và họa tần bậc hai : cos2 ωct = (1/2)(1+ cos2ωct) - cos2 ωct = - (1/2)(1+ cos2ωct) Cho vào mạch lọc hạ thông, ta ñược ở ngã ra các thành phần dc có cùng cực tính với dữ liệu vào.

Mạch ñiều chế vòng (ring modulator) là một kiểu mẫu của mạch nhân ñược mô tả ở (H 7.11) Các diod A, B, C, D dẫn hay ngưng tùy thuộc hiệu thế ñặt vào ngã X,Y trong lúc tín hiệu vào ngã RS chỉ khiến các diod dẫn mạnh hay yếu mà thôi. Sóng mang ñược ñưa vào ngã RS, dữ liệu ñược ñưa vào ngã XY. Giả sử bít 1 khiến X dương hơn Y và ngược lại cho bít 0 - Khi dữ liệu là bít 1 diod A và D dẫn ñiện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod A dẫn mạnh hơn diod D, dòng ñiện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn, ta ñược tín hiệu ra cùng pha sóng mang vào. - Khi dữ liệu là bít 0 diod B và C dẫn ñiện, ứng với bán kỳ dương của sóng mang diod B dẫn mạnh hơn diod C, dòng ñiện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn nhưng có chiều ngược lại (từ dưới lên), ta ñược tín hiệu ra ngược pha sóng mang vào. - Khi không có sóng mang hoặc không có dữ liệu vào sẽ không có dòng ñiện ở ngã ra.

(H 7.11) 7.2.2.3 PSK 4 - pha (4 - PSK) : PSK 4 pha còn gọi là PSK vuông góc (QPSK : Quadrature PSK) là mạch ñiều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 4 pha tùy theo trạng thái của một cặp bít (dibit) dữ liệu vào, ñộ lệch pha của các tín hiệu ra là 90°. (H 7.12) là sơ ñồ khối mạch ñiều chế PSK 4 - pha

(H7.12) - Mạch chia bít (bit splitter) : chuyển dòng dữ liệu vào theo hai ngã I (In-phase) và Q (Quadrature). Những bít vào ngã I sẽ trộn với sóng mang có pha ban ñầu và những bít vào ngã Q sẽ trộn với sóng mang ñã làm lệch pha 90° .

- Vì các dữ liệu vào có thể là bít 1 hoặc 0, nên tín hiệu ở ngã ra mạch nhân I có thể là sinωct hoặc - sinωct và ở ngã ra Q có thể là cosωct hoặc -cosωct, các tín hiệu này ñược tổng hợp ở mạch tổng ñể cho ra 1 trong 4 tín hiệu mô tả ở (H 7.13) Thí dụ, với các bít ở ngã vào ab=01, tín hiệu ở ngã ra là - sinωct + cosωct, tín hiệu này có thể thay thế bởi tín hiệu duy nhất có pha là 135°.

(H 7.13) Bảng 7.1 Tín hiệu ñiều chế 4 pha kênh Giá trị nhị phân Hiệu thế I Q

1 0 1 0

+ + -

Tín hiệu ra từ mạch cân bằng sinωct -sinωct sin(ωct + π/2) = cosωct -sin(ωct + π/2) =-cosωct

(H 7.14) là mạch giải mã PSK 4-pha

(H 7.14) Mạch phục hồi sóng mang sẽ cho lại sóng mang sinωct từ tín hiệu nhận ñược, tín hiệu này ñược cho thẳng vào mạch nhân ngã I và ñược làm lệch pha 90° trước khi vào mạch nhân ngã Q, tín hiệu ra ở các mạch nhân ñược ñưa vào mạch lọc hạ thông ñể loại bỏ thành phần tần số cao, các thành phần DC sẽ ñược tổng hợp ở mạch tổng ñể cho lại dòng dữ liệu. Giả sử tín hiệu vào là tín hiệu nhận ñược trong thí dụ trên: cosωct - sinωct Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã I là:

sinωct ( cosωct - sinωct) = 1/2sin2ωct - 1/2(1-cos2ωct) Tín hiệu ra sau mạch lọc là ñiện thế dc -, tương ứng bít 0 Tín hiệu ra ở mạch nhân ngã Q là: cosωct ( cosωct - sinωct) = -1/2sin2ωct + 1/2(1+cos2ωct) Tín hiệu ra sau mạch lọc là ñiện thế dc +, tương ứng bít 1, Mạch tổ hợp bít sẽ cho lại dữ liệu như ñã phát : 01 (viết theo thứ tự ab) Tốc ñộ truyền thông thường của QPSK là 2400 bps vì vậy ở mạch ñiều chế tốc ñộ của kênh I và Q là 1200 bps. Tốc ñộ biến ñổi lớn nhất của tín hiệu tương ứng với chuỗi liên tiếp các bít 1 và 0, chuỗi này ñược biểu diễn bởi tín hiệu hình vuông tần số 600 Hz, tín hiệu hình vuông bao gồm tần số cơ bản và các họa tần bậc lẻ. Trong quá trình ñiều chế xuất hiện các băng cạnh chứa các họa tần này, mạch lọc BPF có nhiệm vụ loại bỏ thành phần tần số này. 7.2.2.4 OFFSET QPSK (OQPSK) : Trong thực tế người ta thường dùng cách ñiều chế dựa trên nguyên tắc của QPSK nhưng tạo sự lệch pha của hai tín hiệu trên hai kênh I và Q bằng cách cho một tín hiệu trể một bit so với tín hiệu kia, gọi là ñiều chế OQPSK. Việc làm này khiến cho sự chuyển trạng thái của tín hiệu ở kênh này (thí dụ kênh I) luôn luôn xảy ra ở ngay ñiểm giữa của tín hiệu của kênh kia (kênh Q), như vậy trong một cặp bit IQ bất kỳ chỉ có sự thay ñổi của một bit duy nhất và ñiều này ñưa ñến kết quả là các tín hiệu ở ngã ra tổng hợp chỉ lệch pha 0° hoặc ±90° chứ không phải 180° như ở QPSK. Vậy ñiểm thuận lợi của OQPSK là giới hạn ñược sự lệch pha của tín hiệu ra và tránh ñược các xung ñột biến khi phục hồi tín hiệu nhị phân. Ðể có thể so sánh các tín hiệu ở các ngã ra tổng hợp, ta xét chuỗi tín hiệu vào như (H 7.15a) và chuỗi tín hiệu của 2 kênh I và Q trong hai trường hợp QPSK (H 7.15b) và OQPSK (H 7.15c)

(a)

(b)

(H 7.15)

(c)

Và tín hiệu tổng hợp ở ngã ra tương ứng (H 7.16a) và (H 7.16b)

(H 7.16) Có thể hiểu (H 7.16a) và (H 7.16b) như sau: - Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q khác nhau hoàn toàn thì các tín hiệu tương tự tương ứng khác nhau 180° - Nếu 2 bit trên 2 kênh I và Q chỉ khác nhau một bit thì các tín hiệu tương tự tương ứng khác nhau +90° hoặc -90°. Ðiểm bất lợi của phương pháp OQPSK là sự thay ñổi pha của tín hiệu ra xảy ra trong từng khoảng thời gian T (chứ không phải 2T), do ñó vận tốc ñiều chế (baud rate) và băng thông tối thiểu của kênh truyền tăng gấp ñôi so với phương pháp QPSK . Hiệu suất băng thông: là tỉ số vận tốc bit (bps) trên băng thông yêu cầu (Hz). Thông thường khi vận tốc bit tăng thì băng thông tăng, tuy nhiên trong các cách ñiều chế khác nhau tỉ số hai ñại lượng này có thể khác nhau, do ñó người ta dùng hiệu suất băng thông ñể ñánh giá chất lượng của hệ thống (hiệu suất cao ñồng nghĩa với tận dụng ñược băng thông) Với cách ñiều chế ASK, giả sử vận tốc bit là 2400bps, tần số cơ bản là 1200Hz, băng thông cần thiết là 2400 Hz vậy Hiệu suất băng thông = Với cách ñiều chế PSK 4 - pha nếu vận tốc bit là 2400bps, ở mạch ñiều chế vận tốc của kênh I và Q là 1200 bps, tần số cơ bản là 600Hz, băng thông cần thiết là 1200 Hz .Vậy Hiệu suất băng thông = 7.2.2.5 PSK 8 - pha : PSK - 8 pha là mạch ñiều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của tổ hợp 3 bít vào (tribits)

Sơ ñồ khối của mạch ñiều chế PSK - 8 pha cho ở (H 7.17)

(H 7.17) Mạch chia bít chia tổ hợp 3 bít theo 3 kênh khác nhau. Các bít a và b theo kênh I và Q xác ñịnh cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến ñổi từ 2 ra 4 mức, trong khi bít c xác ñịnh biên ñộ của ñiện thế dc. Có 2 biên ñộ ñược dùng là 0,34V và 0,821V. Khi a và b là bít 1 ngã ra mạch biến ñổi có trị dương, ngược lại khi a và b là bít 0. Biên ñộ của tín hiệu ra từ mạch biến ñổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c (hay ) ñể cho ra tín hiệu có biên ñộ là 0,821 (0,34) thì mạch kia nhận tín hiệu ñảo lại và cho ra tín hiệu có biên ñộ là 0,34 (0,821) Vì 3 bít abc ñộc lập với nhau nên ± 0,821 và ± 0,344 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở ngã ra các mạch biến ñổi. Ở kênh I mạch ñiều chế trên sóng mang ban ñầu (không làm lệch pha) nên 4 giá trị ngã ra là ± 0,821cost và ± 0,34 cosωct trong khi ở ngã ra Q ñó là các giá trị ± 0,821sinωct và ± 0,34sinωct. Mạch tổng sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh ñể cho ra một tín hiệu duy nhất. Tùy theo các tín hiệu vào các tín hiệu ra sẽ có các pha khác nhau (H 7.16). Trong hình này góc A xác ñịnh bởi A = tan = 22,5° -1 Như vậy các tín hiệu ñiều chế của các tribit có pha khác nhau từng 45°

(H 7.18) Thí dụ các bít cba ở ngã vào là 101, ta có: Mạch biến ñổi ở kênh I cho: +0,821 V Mạch biến ñổi ở kênh Q cho: -0,34 V

Mạch ñiều chế ở kênh I cho: +0,821cosωct Mạch ñiều chế ở kênhQcho: -0,34 sinωct Tín hiệu ra sau cùng: 0,821cosωct -0,34 sinωct Góc pha của tín hiệu này xác ñịnh bởi dấu X trên (H 7.18) Với cách ñiều chế 8-PSK, 3 bit ứng với một pha của tín hiệu ra nên vận tốc baud bằng 1/3 vận tốc bít nên ñể thỏa ñiều kiện của ñường truyền, người ta chọn vận tốc bit là 4800 bps, vận tốc baud là 1600 baud/s và băng thông kênh truyền là 1600 Hz và hiệu suất băng thông là 3bps/Hz. Với fc=1700 Hz, băng thông chiếm một khoảng từ (fc - 800) =1700-800 = 900 Hz ñến (fc + 800) = 1700+800 = 2500 Hz, phù hợp với ñường truyền của kênh thoại. 7.2.2.6 Ðiều chế biên ñộ vuông góc (Quadrature Amplitude modulation, QAM) : Trong ñiều chế biên ñộ vuông góc cả biên ñộ và pha của sóng mang ñều thay ñổi a. Mạch ñiều chế QAM 8 pha . b. Mạch ñiều chế QAM 16 pha . a. Mạch ñiều chế QAM 8 pha (H 7.19):

(H 7.19) Trong mạch ñiều chế này a,b xác ñịnh cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến ñổi, riêng bít c ñuợc ñưa thẳng vào hai mạch biến ñổi mà không qua mạch ñảo như ở PSK 8 pha, nếu c =1 cả hai ngã ra có biên ñộ cao và nếu c =0 cả hai ngã ra có biên ñộ thấp. Như vậy, với QAM 8 pha, các tín hiệu ở các ngã ra của mạch biến ñổi luôn có cùng biên ñộ, giản ñồ vị trí các ñiểm ñặc trưng các tribit cho ở (H 7.20)

(H 7.20)

Các tín hiệu ra của QAM 8 pha có 2 biên ñộ và 4 pha khác nhau. So sánh các cách ñiều chế QAM và PSK người ta thấy QAM tốt hơn về mặt tỉ số tín hiệu nhiễu. Thí dụ với hệ thống QAM 16 pha xác suất lỗi là 10-8 trong lúc PSK 16 pha xác suất này là 10-4. Do ñó trong các hệ thống truyền với vận tốc cao người ta thường dùng cách ñiều chế QAM hơn b. Mạch ñiều chế QAM 16 pha (H 7.21)

(H 7.21) Trong sơ ñồ, mạch chia bít chia tổ hợp 4 bít theo hai kênh vào hai mạch biến ñổi 2 ra 4 mức, các bít a,b xác ñịnh cực tính tín hiệu ra và các bít c,d xác ñịnh biên ñộ a,b = 0, tín hiệu ra âm c,d = 0 biên ñộ = 0,22 V a,b = 1 tín hiệu ra dương c,d = 1 biên ñộ = 0,821 V Mỗi ngã ra của mạch biến ñổi có thể có 1 trong 4 tín hiệu ±0,22 hoặc ±0,821. Mạch LPF loại bỏ các họa tần. Các tín hiệu sau ñó vào mạch ñiều chế cân bằng như trong các phần trước và ở ngã ra ta có 1 trong 16 tín hiệu, các tín hiệu này nhận 3 giá trị biên ñộ và 12 góc pha khác nhau, khoảng cách các góc pha là 30° (H 7.22) Với cách ñiều chế QAM 16 pha, mỗi 4 bit tương ứng một tín hiệu ra nên vận tốc bit bằng 4 lần vận tốc baud. Nếu chọn vận tốc baud là 2400 baud/s ñể thỏa băng thông của kênh thoại thì vận tốc bit là 9600 bps và hiệu suất băng thông là 4 bps/Hz. Trong trường hợp này băng thông tín hiệu trong khoảng từ 500 Hz (1700 Hz - 1200 Hz) ñến 2900 Hz (1700 Hz + 1200 Hz)

(H 7.22) Trong giản ñồ trên góc A xác ñịnh bởi:

-1

A= tan

= 15°

Thí dụ với tổ hợp các bít ở ngã vào như trong (H 6.18), 1001, ta ñược các kết quả sau : Ngã ra kênh I : +0,22 V Ngã ra kênh Q : -0,821 V Ngã ra mạch ñiều chế kênh I : +0,22 cosωct Ngã ra mạch ñiều chế kênh Q : -0,821sinωct Ngã ra mạch lọc dải thông : 0,22 cosωct -0,821sinωct Tín hiệu ra tương ứng ñược xác ñịnh trên giản ñồ bởi dấu X Phục hồi sóng mang Với kỹ thuật ñiều chế FSK việc phục hồi sóng mang không cần thiết. Tuy nhiên, ñiều chế PSK hay QAM tương tự với kỹ thuật ñiều chế triệt sóng mang, do ñó cần thiết phải có mạch phục hồi sóng mang ở máy thu. Hơn nữa, sóng mang ñược phục hồi phải có tần số và pha giống như ở máy phát ñể mạch giải ñiều chế ở máy thu hoạt ñộng hữu hiệu. Sơ ñồ khối một mạch phục hồi sóng mang cho trường hợp ñiều chế BPSK cho ở (H 7.23 )

(H 7.23) Tín hiệu nhận ñược ở máy thu là +cosωct hoặc -cosωct, sau khi qua mạch lọc dải thông (ñể hạn chế dải tần) sẽ qua mạch bình phương ñể cho ở ngã ra cos2ωct. Dùng biến ñổi lượng gíác ta ñược: cos2ωct =(1/2)(1+cos2ωct) Tín hiệu này lại qua mạch lọc ñể loại bỏ thành phần một chiều, còn lại tín hiệu tần số 2ωc , tín hiệu này lại qua mạch chia tần ñể ñược sóng mang. Vòng khóa pha trong mạch có tác dụng giữ pha của tín hiệu ra không bị lệch so với tín hiệu vào. Ðối với các tín hiệu ñiều chế PSK bậc cao hơn (4-PSK, 8-PSK, 16-QAM . . .) thì ở mạch giải ñiều chế sẽ nâng tín hiệu vào lên theo các lũy thừa bậc cao hơn. Dĩ nhiên mạch sẽ phức tạp hơn. 7.2.2.7 Vòng Costas : Vòng Costas là một biến thể của PLL dùng ñể giải ñiều chế PSK nhị phân (H 7.24) .

(H

7.24) Dữ liệu giả sử thay ñổi một cách ngẫu nhiên giữa ±1/2 radian. Ở ngã vào của vòng Costas tín hiệu có thể diễn tả bởi : f(t) = A d(t) cos (ωct + θi ) Trong ñó d(t) diễn tả dữ liệu và có giá trị ±1 . A là trị hiệu dụng. Ðể thấy vận hành của vòng Costas, giả sử vòng ñang ở trạng thái khóa. Hai mạch lọc có tác dụng loại bỏ tần số cao nên ở ngã ra của các mạch lọc chỉ còn các thành phần : y1(t) = (A d(t) / 2) cos ( θi - θo ) d(t) / 2) sin ( θi - θo ) y2(t) = (A Trong ñó (θi - θo ) là ñộ sai pha. Y1(t) và y2(t) qua mạch nhân trước khi vào mạch lọc ñể lấy ra hiệu thế một chiều ef dùng ñiều khiển VCO. ef = km A2 d2 (t) sin 2( θi - θo ) km là hằng số và d2 (t) = 1 , vậy ef = km A2 sin 2( θi - θo ) Biểu thức của ef giống như biểu thức xác ñịnh hiệu thế một chiều của vòng khóa pha chuẩn. Ðiểm khác biệt là ef=0 khi (θi - θo)=0° hay 180° trong trường hợp vòng Costas. Tóm lại, vòng Costas có thể ñược khóa với hai giá trị góc tương ứng với pha của tín hiệu vào. Trong (H 7.24) tín hiệu lấy ra ñể giải mã và phục hồi dữ liệu là y2(t)=(A d(t) / 2) cos( θi - θ0 ) tỉ lệ với d(t). Nếu vòng khóa với pha ngược lại thì tín hiệu lấy ra ở nhánh y1(t) . 7.2.2.8 PSK vi phân (Differential PSK, DPSK) : Giải ñiều chế PSK yêu cầu phục hồi tín hiệu dữ liệu ở máy thu dựa vào sóng mang có pha tuyệt ñối ñã biết. Ðiều này ñòi hỏi máy phát phải gửi một tín hiệu ñể máy thu tham khảo pha. Mặt khác dùng giải ñiều chế vòng Costas ở máy thu có thể nhận ñược một tín hiệu nghịch pha. Ðể khắc phục các khuyết ñiểm này người ta dùng phương pháp ñiều chế PSK vi phân. Nguyên tắc của PSK vi phân là dùng sự thay ñổi của dữ liệu ñể ñiều chế sóng mang chứ không phải chính dữ liệu. Ðể thực hiện việc này người ta so sánh dữ liệu hiện hành với dữ liệu vào trước ñó, nếu hai tín hiệu này giống nhau ta ñược một pha của sóng mang và nếu chúng khác nhau ta ñược một pha ngược lại. Nơi thu và phát phải thỏa thuận với nhau về bít

tham khảo ñầu tiên trước khi phát dữ liệu ñể tín hiệu ñược phục hồi ñúng như ñã phát ñi. (H 7.25) cho ta sơ ñồ khối của một mạch DPSK.

(H 7.25) Ngã ra của cổng EX-NOR là 1 khi hai tín hiệu vào có cùng logic 1 hoặc 0 và là 0 khi hai tín hiệu vào khác logic. Mạch Flipflop D tạo thời gian trể ñúng1 bít Bảng 7.2 cho kết quả ñiều chế DPSK với bít tham khảo là 1. Bảng 7.2 Ðiều chế DPSK Dữ liệu vào

1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 ⊕ ⊕ . . . . . . . . . . . . . . . . ⊕ . . . . . .

⊕ Tín hiệu mã hóa 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Bít tham khảo  Pha truyền 0 0 0 π π π π 0 π π π 0 (H 7.26) là mạch giải ñiều chế DPSK và kết quả giải ñiều chế tín hiệu ra trong bảng 7.2 cho ta lại tín hiệu ñã truyền ở bảng 7.3

(H.26) Bảng 7.3 Tín hiệu giải mã DPSK Bản tin mã hóa 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Bản tin ñã dời 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Dữ liệu ra 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 7.2.3 Một số vấn ñề kỹ thuật khác trong modem : 7.2.3.1 Ðồng bộ hóa Modem . 7.2.3.2 Phục hồi xung ñồng hồ . 7.2.3.3 Mạch ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên (scrambler và descrambler) . 7.2.3.4 Sơ ñồ khối một modem PSK tiêu biểu .

7.2.3.5 Mạch lọc dùng tụ khóa (Switched capacitor) . 7.2.3.1 Ðồng bộ hóa Modem : Ðể hệ thống truyền tín hiệu qua modem hoạt ñộng tốt, modem phát và thu phải ñồng bộ với nhau, công việc này gọi là ñồng bộ hóa modem. Trong thời gian trể giữa RTS và CTS, máy phát phát ñi chuỗi tín hiệu ñể thiết lập sự ñồng bộ gọi là chuỗi training sequence. Tùy theo loại ñiều chế, tốc ñộ bit và mức ñộ phức tạp của modem mà chuỗi training sequence sẽ hoàn thành một số trong các nhiệm vụ sau: - Xác ñịnh (verify) sự liên tục của sóng mang (kích hoạt RLSD) - Khởi ñộng mạch ngẫu nhiên hóa. - Khởi ñộng mạch cân bằng tự ñộng. - Ðồng bộ tín hiệu sóng mang thu phát. - Ðồng bộ xung ñồng hồ thu phát. - Ngắt mạch triệt tiếng dội trên ñường dây thoại. - Thiết lập ñộ lợi cho mạch AGC Modem vận tốc thấp Thường là loại không ñồng bộ và dùng FSK nên không cần các mạch phục hồi sóng mang, ngẫu nhiên hóa. Các mạch cân bằng ñược ñiều chỉnh bằng tay và không cần khởi ñộng. Chuỗi training là các bit nghỉ. Modem vận tốc trung bình và cao Ðó là các modem có tốc ñộ trên 2400 bps, thường dùng ñiều chế PSK hoặc QAM nên phải có mạch phục hồi sóng mang. Các modem này là loại ñồng bộ nên phải có mạch phục hồi xung ñồng hồ. Yêu cầu có mạch ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên cùng mạch cân bằng tự ñộng (automatic equalizers) Thí dụ modem Bell 208 là loại ñồng bộ, vận tốc 4800-bps dùng kỹ thuật 8-DPSK có chuỗi traning gồm 78 ký hiệu, mỗi ký hiệu gồm 3 bit (tribit, chiếm 0.625 ms). Vậy thời gian của chuỗi training khoảng 48,75 ms. Ðây là khoảng thời trể giữa RTS và CTS như ta ñã thấy trước ñây. 7.2.3.2 Phục hồi xung ñồng hồ : Ðể phục hồi xung ñồng hồ, người ta dùng tín hiệu ra từ một kênh (I hoặc Q) EX-OR với chính nó sau khi làm trể 1/2 bit (H 7.27). Tín hiệu ra có tần số gấp ñôi tín hiệu ở mỗi kênh ñược ñưa vào mạch PLL ñể khóa pha của tín hiệu dao ñộng ở máy thu, ñể bảo ñảm mạch PLL hoạt ñộng tốt yêu cầu tín hiệu phải có sự thay ñổi trạng thái thường xuyên, ñó là lý do phải sử dụng mạch scrambler.

(H 7.27) 7.2.3.3 Mạch ngẫu nhiên hóa và giải ngẫu nhiên (scrambler và descrambler): Ðể có thể phục hồi xung ñồng hồ, dữ liệu phải thường xuyên thay ñổi giữa 2 trạng thái 1 và 0. Ðể bảo ñảm ñược ñiều kiện này, người ta dùng biện pháp ngẫu nhiên hóa (scrambler) chuỗi dữ liệu ở máy phát và dĩ nhiên phải dùng mạch giải ngẫu nhiên ñể tái tạo chuỗi dữ liệu nhận ñược ở máy thu (descrambler). (H 7.28 ) là mạch scrambler và descrambler.

(a)

(H 7.28)

(b)

Dữ liệu ra khỏi mạch scrambler có giá trị xác ñịnh bởi: Khi chuỗi dữ liệu thay ñổi giữa 2 trạng thái 0 và 1 bình thường, ngã ra cổng OR ở mức 0, chuỗi dữ liệu qua mạch và không thay ñổi Khi chuỗi dữ liệu liên tiếp là 4 bit 0 hoặc 1, ngã ra cổng OR lên 1 và dữ liệu ñến từ DTE qua cổng EX-OR sẽ bị ñảo: Như vậy, ở ngã ra mạch không bao giờ vượt quá 4 bit cùng loại. Ở máy thu, tín hiệu ra từ mạch descrambler thỏa: Thay fm từ biểu thức trên:

Như vậy tín hiệu ban ñầu ñã ñược phục hồi. 7.2.3.4 Sơ ñồ khối một modem PSK tiêu biểu :

(H 7.29) là sơ ñồ khối của một modem dùng kỹ thuật PSK tiêu biểu: Phần phát Mạch ñịnh thời phát (transmitter timing): Mạch tạo các xung ñồng hồ khác nhau theo yêu cầu của modem phát. Xung ñồng hồ chủ có thể ñược tạo ra từ bên trong mạch hay dẫn xuất từ tín hiệu trên ñường SCTE của DTE. Mạch kiểm soát khởi ñộng (Start sequence controller): Khi RTS lên cao, mạch này cho phép truyền sóng mang tương tự qua SW1. Sóng mang này chưa biến ñiệu vì SW2 chưa ñược phép. Ðồng thời, mạch này cũng báo cho mạch tạo mẫu/ngẫu nhiên hóa khởi ñộng sự truyền chuỗi kiểm soát (training sequence), mạch kiểm soát sẽ cung cấp thời trể giữa tín hiệu RTS và CTS, kích hoạt SW2 và ñưa CTS lên mức cao khi hết thời gian này (khoảng 48,5 ms). Khi RTS xuống thấp, mạch kiểm soát vô hiệu hóa SW1, chấm dứt sóng mang trên ñường ñiện thoại. Mạch tạo mẫu và ngẫu nhiên hóa (pattern generator and scrambler): Mạch tạo mẫu cung cấp chuỗi xung ñặc biệt cho hoạt ñộng kiểm tra ñồng bộ (training), và chuỗi bit 1(bit nghỉ) cho trường hợp sử dụng chế ñộ sóng mang liên tục. Mạch ngẫu nhiên hóa cung cấp chuỗi tín hiệu ngẫu nhiên cho việc phục hồi xung ñồng hồ trong PSK Mạch ñiều chế pha (Phase modulator): Biến ñổi chuỗi dữ liệu nhị phân vào từ DTE thành sự biến ñổi pha tương ứng của sóng mang tương tự Mạch cân bằng (Compromise equalizer): Ðiều chỉnh mạch lọc ñể cung cấp sự cân bằng cho tín hiệu kênh âm thanh (tạo sự bù trừ về ñộ lợi và thời trể do ñường dây ñiện thoại tạo ra). Mạch khuếch ñại hoặc pad (amplifier or pad): ðây là mạch khuếch ñại có ñộ lợi thay ñổi ñược ñể bảo ñảm biên ñộ tín hiệu phát. T, R, T1, R1: Hai ñường Tip và Ring thu phát Ngã vào và ra của các mạch khuếch ñại dùng giao tiếp RS-232C. Phần thu Mạch tương thích cân bằng (Adaptive equalizer): ðiều chỉnh ñặc tuyến ñộ lợi và thời trể do tổn hao của ñường dây. Mạch giám sát tín hiệu (Signal quality monitor): Giám sát tín hiệu tương tự nhận ñược ñể ñiều khiển mạch cân bằng. Nếu tín hiệu nhận ñược xấu, mạch này sẽ báo cho mạch ñiều khiển khởi ñộng mạch cân bằng (Equalizer startup controller) ñể retrain mạch tương thích cân bằng. Trong suốt thời gian training dữ liệu không có giá trị. Mạch ñiều khiển khởi ñộng mạch cân bằng (Equalizer startup controller): ðiều chỉnh tương thích cân bằng khi nhận ñược chuỗi training hay khi phẩm chất tín hiệu thu ñược dưới mức chuẩn Mạch phục hồi sóng mang (Carrier recovery): Dò ra sự hiện diện của sóng mang thu ñược và kiểm soát trạng thái ON/OFF của ñường RLSD của RS-232C. Mạch này cũng phục hồi sóng mang và khóa pha của tín hiệu dao ñộng nội (PLL) ñể cung cấp tín hiệu dao ñộng cho mạch giải ñiều chế. Mạch giải ñiều chế (Demodulator): Biến ñổi sự thay ñổi pha của sóng mang nhận ñược thành ra dữ liệu nhị phân tương ứng. Mạch phục hồi xung ñồng hồ (Clock recovery): Phục hồi tín hiệu ñồng hồ phát và tạo ra các tín hiệu ñồng hồ khác theo yêu cầu của máy thu.

Mạch giải ngẫu nhiên (Descrambler): Sau khi xung ñồng hồ ñược phục hồi, mạch này biến ñổi tín hiệu ngẫu nhiên thành chuỗi dữ liệu ban ñầu.

(H 7.29) 7.2.3.5 Mạch lọc dùng tụ khóa (Switched capacitor) : Lọc là một chức năng rất cơ bản trong thông tin. Trước ñây các mạch lọc tác ñộng thường sử dụng các OPAMP là các IC sản xuất từ công nghệ chế tạo BJT như 709 và 741. Tuy nhiên các loại linh kiện này tiêu thụ một năng lượng ñáng kể. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ MOS, người ta chế tạo các OPAMP tiêu thụ năng lượng rất ít nên ñược sử dụng rộng rãi. Một tiến bộ quan trọng khác là sự phát hiện các tụ khóa có thể thay cho các ñiện trở. Các OPAMP MOS và các tụ khóa ñã ñược kết hợp ñể chế tạo các mạch lọc rất chính xác (H 7.30) cho dạng căn bản của tụ khóa.

(H7.30)

Khi khóa K ở vị trí 1 tụ C nạp ñến hiệu thế V1, cho khóa K sang vị trí 2, lượng ñiện tích chạy qua tụ C là : Q = C(V1-V2). Nếu khóa K ñược chuyển qua lại với tần số fs, dòng ñiện trung bình chạy từ V1 ñến V2 (giả sử V1 > V2) là : i = C(V1 - V2).fs = Biểu thức cho thấy mạch trên tương ñương với một ñiện trở R xác ñịnh bởi :

fs ñược gọi là tần số khóa (switching frequency), phải rất lớn hơn tần số của tín hiệu lọc. Trong mạch trên V1 và V2 là các nguồn hiệu thế có giá trị không bị ảnh hưởng do sự chuyển khóa K. So sánh với một mạch lọc hạ thông ñơn giản dùng RC (H 7.31a), băng thông của một mạch lọc dùng tụ khóa (H 7.31b) cho bởi

Biểu thức cho thấy tần số ngắt ở 3 dB ñược xác ñịnh một cách chính xác bởi tần số fs

(a)

(H 7.31)

(b)

Mạch lọc cơ bản dùng tụ khóa là mạch tích phân (H 7.32):

(H 7.32) Nhắc lại, hiệu thế ra của mạch lọc dùng tụ khóa chỉ tùy thuộc vào fs và tỉ số các ñiện dung, nếu fs ñược xác ñịnh một cách chính xác, thì tính chất của mạch lọc chỉ tùy thuộc tỉ số các ñiện dung. Các giá trị tần số cắt fc, hệ số phẩm Q và ñộ lợi của mạch lọc có thể xác ñịnh ñuợc ñến ñộ chính xác 0,1 %. Bảng 7.4 cho một số giá trị mẫu. Bảng 7.4 Khả năng của mạch lọc dùng tụ khóa Thông số Tần số khóa (ñồng hồ) fs Tần số ngắt của mạch lọc f Hệ số phẩm Q tối ña Ðộ lợi của băng thông Ðộ chính xác Nhiễu Số mạch trong một IC Ðộ ổn ñịnh nhiệt Biên ñộ tín hiệu ra Cấp nguồn

Giá trị 1 - 500 kHz fs/1000 - fs/4 75 (-30) - (+ 30) dB 0,2 % -100 dB V/ 80 5 ppm/°C 2V ñỉnh-ñỉnh 2-15V

(H 7.33) cho các mẫu mạch lọc dùng tụ khóa : (a) là mạch lọc hạ thông, (b) là mạch lọc thượng thông, (c) là mạch lọc dải thông và (d) là mạch lọc dải loại.

(H 7.33) 7.3 MỘT SỐ MODEM BẤT ÐỒNG BỘ VÀ ÐỒNG BỘ : 7.3.1 Modem bất ñồng bộ 7.3.2 Modem ñồng bộ . 7.3.3 Kết nối modem qua hệ thống ñiện thoại . 7.3.1 Modem bất ñồng bộ : Là những modem truyền với vận tốc tương ñối thấp. Modem bất ñồng bộ tiêu biểu là loạt (serie) 103 của hảng Bell. Vận tốc truyền của loạt 103 là 300 bps trên kênh ñiện thoại, ñiều chế FSK, vận tốc này tương ñương với 27 ký tự/s (giả sử mỗi ký tự gồm 7 bít của mã ASCII thêm 1 bít start, 2 bít stop và 1 bít parity). Chuẩn giao tiếp dùng cho các modem này

là dòng ñiện vòng 20 mA hoặc RS-232 ñã bàn ñến trong chương trước. Loạt 103 có thể truyền song công với 2 ñường dây, như vậy hệ thống dùng phương pháp phân chia tần số cho kênh truyền (FDM). Khoảng tần số từ 300 ñến 3000 Hz chia làm hai dải : từ 300 ñến 1700 Hz và từ 1700 ñến 3000 Hz. Phổ tần cho ở (H 7.34)

(H 7.34) Trong mỗi dải tần ñều có tần số mark và space : Trong dải tần thấp các tần số ñó là 1270 Hz và 1070 Hz và trong dải tần cao là 2225 Hz và 2025 Hz. Tần số trung tâm là 1170 Hz và 2125 Hz. Khoảng cách tần số mark và space là 200 Hz, vận tốc truyền bít là 300 bps nên băng thông của tín hiệu là 800 Hz. Ta thấy : FFSK1 = 1170 Hz và FFSK2 = 2125 Hz ; 3 br = 900 fm - fs = 200 = (2/3) br = (2/3).300 Có thể nói các tần số fm và fs chọn trong loạt 103 thỏa các ñiều kiện về tính kinh tế Hệ số h trong hai dải tần cao và thấp ñều bằng 0,67 và cho hai hệ số Bessel

(H 7.35) Trước khi liên lạc người ta phải thỏa thuận với nhau bên nào sẽ phát và thu dải tần nào - cao hay thấp - Ðiều này thực hiện bằng cách giả ñịnh một bên phát sinh cuộc gọi và bên kia trả lời. Modem của người gọi là originate modem và modem kia là answer modem. Thông thường originate modem phát trên băng tần thấp và thu trên băng tần cao và ngược lại cho answer modem. (H 7.35) cho sơ ñồ khối của hệ thống modem 103, bên phát là một thiết bị ñầu cuối và bên thu là một máy tính Vận hành của modem và các khối chức năng ñược mô tả dưới ñây :

- Giao tiếp ñường dây (Line interface) : phối hợp tổng trở modem và ñường dây ñiện thoại (thường là 600Ω) ñồng thời biến ñổi cân bằng ↔ không cân bằng. Phần tử chính của mạch giao tiếp ñường dây là một biến thế gọi là hybrid (H 7.36). - Bộ song công (Duplexer) : Tạo sự ghép nối có tính ñịnh hướng và cách ly tín hiệu ñể thực hiện ñồng thời hai chức năng thu phát .(H 7.36) là sơ ñồ một bộ song công với mạch giao tiếp ñường dây

(H 7.36) Phần chính của bộ song công là một OPAMP dùng như một mạch khuếch ñại vi sai, khuếch ñại tín hiệu thu từ bộ lọc thu và ngăn không cho tín hiệu phát ñi qua, tín hiệu này ñược ñưa ra mạch ngoài từ mạch lọc phát qua biến thế hybrid ñể ra ñường dây ñiện thoại. - Bộ lọc thu Rx : Như ñã nói trên, originate modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần cao và answer modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần thấp nên bộ lọc thu ở hai modem phải cho dạng ñáp tuyến như ñã thấy ở (H 7.34). người ta thường dùng các bộ lọc tích cực dùng OPAMP ñể tạo một mạch lọc dải thông. Mạch lọc thu thường gồm từ 4 tới 7 mạch lọc như ở (H 7.37) ñể có ñộ lợi từ 20 ñến 30dB.

(H 7.37) - Bộ giải ñiều chế (Demodulator) : Bộ giải ñiều chế FSK là một mạch tách sóng FM, có thể dùng kiểu tách sóng phân biệt, nhưng với sự phát triển của công nghệ chế tạo IC người ta thường dùng vòng khóa pha ñể thực hiện việc giải ñiều chế .(H 7.38) là một mạch giải ñiều chế dùng vòng khóa pha.

(H 7.38) - Bộ phát hiện mức ngưỡng (Threshold detect) : Ðây là một mạch so sánh và cho ở ngã ra một tín hiệu HIGH hoặc LOW tùy theo mức tín hiệu thu ñược. Khi tín hiệu thu vào có biên ñộ quá nhỏ ñường RxD sẽ ghim ở mức HIGH và ñường CD (Carrier Detect) ở OFF - Bộ ñiều chế (Modulator) : Mô hình và vận hành ñã ñược bàn ñến trong phần trên - Bộ lọc phát Tx : Quyết ñịnh băng thông của tín hiệu phát FSK ñồng thời giới hạn các tín hiệu nhiễu và họa tần tạo bởi mạch giải ñiều chế ở bộ phận thu. Mạch lọc phát còn có nhiệm vụ ghim mức tín hiệu ra không vượt quá -9 dBm là mức công suất cho phép của ñường dây ñiện thoại. - Tín hiệu bắt tay hoặc ñiều khiển : Khối logic này ñiều khiển hoạt ñộng của modem và chuyển trạng thái của modem từ hoặc tới DTE bằng cách dùng các tín hiệu RST, CTS, DTR, DSR và CD như mô tả trong chương trước (các chuẩn giao tiếp).Trong nhiều trường hợp một thiết bị ở xa có thể yêu cầu truy xuất dữ liệu gốc (data base) từ một máy tính chủ. Người yêu cầu dùng bàn phím ñể nhập dữ liệu nên chỉ cần vận tốc truyền thấp trong khi máy tính chủ truyền dữ liệu ñến ñầu cuối có thể truyền với vận tốc cao hơn. Các modem loạt 202 của Bell ñáp ứng yêu cầu này : Các modem này có vận tốc truyền từ máy tính chủ ñến thiết bị ñầu cuối (gọi là kênh sơ cấp) là 1200 bps và vận tốc truyền từ thiết bị ñầu cuối ñến máy tính chủ (gọi là kênh thứ cấp) là 75 bps. Cách truyền 2 kênh có vận tốc khác nhau gọi là cách truyền song công bất ñối xứng (Asymetrical fullduplex communication).

(H 7.39) (H 7.39) là phổ tần của modem 202, lưu ý là kênh sơ cấp dùng phương pháp ñiều chế FSK với tần số fm và fs lần lượt là 1200 Hz và 2200 Hz và kênh thứ cấp thì ñiều chế ASK, tần số sóng mang là 387 Hz.

Một ứng dụng ñiển hình của hệ thống truyền song công bất ñối xứng là Videotex. Ðây là một dịch vụ mà qua ñó người sử dụng (vai trò một thiết bị ñầu cuối) có thể truy xuất dữ liệu từ một cơ sở dữ liệu trung tâm (máy tính chủ) qua mạng ñiện thoại. Cơ sở dữ liệu của Videotex có thể chứa rất nhiều thông tin khác nhau, thông qua bàn phím người sử dụng có thể ñặt một cuộc gọi ñến máy tính chủ và yêu cầu những thông tin cần thiết trong Videotex. Các lệnh của người sử dụng truyền tới máy tính chủ với vận tốc thấp và các file văn bản, ñồ họa ... gọi chung là các trang Videotex truyền tới nơi yêu cầu với vận tốc cao hơn Với sự cải tiến thiết bị nhập dữ liệu (bàn phím) vận tốc truyền của kênh thứ cấp có thể cao hơn và modem 202C ra ñời thỏa mản yêu cầu này. (H 7.40) cho phổ tần của modem 202C

(H 7.40) Modem 202C chỉ khác với Modem 202 ở cách ñiều chế kênh thứ cấp là FSK chứ không phải ASK, hai tần số mark và space là 390 Hz và 490 Hz, và vận tốc truyền của kênh này là 150bps. 7.3.2 Modem ñồng bộ : Một số modem ñồng bộ ñược hảng Bell chế tạo ñể truyền dữ liệu với vận tốc cao hơn. Như ñã nói trên, ñể truyền vận tốc cao các modem phải ñiều chế nhiều pha PSK (4 hoặc 8 pha) hoặc kết hợp PSK và ASK ñể cho 16 pha, gọi là QAM. Bảng 7.5 giới thiệu một số modem ñồng bộ Bảng 7.5 Một số Modem ñồng bộ Loại Ðường dây Ðiều chế Vận tốc Mode 201B 4 4 pha PSK 2400 Songcông/B.song công Ðồng bộ 201C 2 dây chuyển 4 pha PSK bps Bán song công ñồng bộ mạch 4 pha PSK 2400 208A 4 dây riêng 8 pha PSK 2400 Song công ñồng bộ 208B 4 dây riêng 8 pha PSK 4800 Song công ñồng bộ 209A 2 dây chuyển 16pha 4800 Bán song công ñồng bộ mạch QAM 9600 Song công ñồng bộ 4 dây 7.3.3 Kết nối modem qua hệ thống ñiện thoại : Ðể thực hiện việc truyền dữ liệu qua hệ thống ñiện thoại thông qua modem, công ty ñiện thoại có nhiệm vụ tạo sự kết nối sao cho thật thuận lợi cho người sử dụng modem. Có 2

cách kết nối: - Ghép âm (Acoustical coupler) - Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu (Data access arrangement). 7.3.3.1 Kết nối thông qua ghép âm . 7.3.3.2 Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu . 7.3.3.1 Kết nối thông qua ghép âm : Ðể thực hiện việc kết nối cần một bộ phận ghép âm (Acoustically coupled modem) có chỗ gác ống tổ hợp giống như ở ñiện thoại mà bên trong có mạch như (H 7.41). A1 và A2 trong mạch không phải là cổng logic nhưng ñược dùng với ý nghĩa là tín hiệu chỉ xuất hiện ở ngã ra khi có ñủ hai tín hiệu ở ngã vào.

(H 7.41) Phát sinh cuộc gọi: Người vận hành ở Originate modem khởi ñộng cuộc gọi bằng cách nhấc ống tổ hợp (trạng thái Off-hook tác ñộng lên ñường dây) quay số ñiện thoại liên kết với modem answer. Ở ñầu kia, khi nhận ñược chuông, mạch báo chuông ñược tác ñộng (pin 22 của RS 232). Nếu DTE ñã sẵn sàng, nó cho phép pin DTR (pin 20) lên mức tác ñộng, báo cho modem ñể trả lời cuộc gọi bằng cách phát tín hiệu mark F2. Khi nghe tín hiệu này, người vận hành ở Originate modem gác ống tổ hợp lên bộ phận ghép âm của modem (Acoustically coupled modem). Tín hiệu F2 sẽ ñược chuyển thành tín hiệu ñiện nhờ micro của modem (H 7.41). Tín hiệu này qua A2 tới mạch dò sóng mang (A2 có thể là một khóa cơ hoặc tế bào quang). Mạch lọc dải thông chỉ cho phép tần số mark/space của F2 qua. Khi Originate modem nhận ñược tín hiệu mark F2 nó báo cho cho DTE bằng cách tác ñộng lên mạch RLSD (pin 8), sau thời gian trể giữa RTS/CTS, tần số mark/space F1 của Originate modem ñược phát ñi. A1 là một khóa có tác dụng bảo ñảm chỉ cho F1 phát ñi khi dò ra sóng mang. Originate modem lúc này ở vào chế ñộ phát dữ liệu và nó sẽ phát cho tới khi nào cả 2 DTE ngưng phát sóng mang và chấm dứt cuộc gọi. Trong khi truyền dữ liệu, tín hiệu số sẽ ñược gửi từ LCU (Line Control Unit) tới mạch ñiều chế FSK thông qua chuẩn RS-232C. Các xung này ñiều chế tín hiệu từ VCO và cho ra tín hiệu tương tự ở ngã ra, ñưa ñến loa ñể chuyển ñổi thành tín hiệu nghe ñược và ñưa vào

micro của ống tổ hợp ñểì truyền lên ñường dây thoại giống như ta truyền tiếng nói. Answer modem nhận tín hiệu F1 giải ñiều chế và cho lại dữ liệu như ta ñã biết. Khóa S1 trong (H 7.41) cho phép chọn phương thức hoạt ñộng là HDX hay FDX. Trong các modem ñời cũ, tín hiệu từ keyboard không xuất hiện trực tiếp trên màn hình. Khi chọn HDX, dữ liệu từ keyboard của DTE phát qua mạch sửa dạng rồi hiển thị trên màn hình. Khi chọn FDX, dữ liệu phát xuất hiện trên màn hình khi answer modem phát ngược lại cho originate modem. 7.3.3.2 Kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu (Data Access Arangement, DAA): Các thiết bị DTE có thể truyền dữ liệu trên ñường dây ñiện thoại nhờ một mạch nối giữa modem và ñường dây ñiện thoại gọi là mạch truy xuất dữ liệu, (H 7.42) là sơ ñồ mạch DAA.

(H 7.42) Modem nhận cuộc gọi: Tín hiệu chuông tần số 20 Hz ñến ñược lọc và tích hợp bởi mạch dò chuông cho ñến lúc ñủ ñể kích hoạt mạch DAA bởi ñiện thế một chiều cấp cho ñường RI. Modem phản ứng bằng cách ñưa chân OH (Off-hook) lên cao. Tín hiệu này tác ñộng relay OH (là loại thường hở, NO) cho phép một dòng DC chạy trên mạch ñiện thoại. Tổng ñài sẽ nhận ra ñiều này như trạng thái Off-hook và chấm dứt tín hiệu chuông. Lúc này modem ñưa ñường DA lên ON, ñiều này tác ñộng lên relay CT (loại thường ñóng, NC) làm hở mạch ñiện trở khiến mạch kiểm soát mức tự ñộng ñược nối vào mạch và cho phép các ñường Tip (T) và Ring (R) nối vào DT (Data Tip) và DR (Data Ring). Lúc này ñường CCT cũng lên ON báo cho modem biết hệ thống ñã ñược kết nối và modem chờ nhận tín hiệu. Cuộc gọi sẽ chấm dứt khi modem cấp tín hiệu mức thấp cho chân OH làm vô hiệu hóa relay OH và ngắt mạch DC. Modem phát sinh cuộc gọi: Theo một cách tương tự, modem phát sinh cuộc gọi bằng cách ñưa chân OH lên cao ñể thông mạch DC tới tổng ñài. Sau khi hoàn tất việc quay số, chân DA lên cao ñể tác ñộng lên relay CT ñể thông mạch kết nối modem và hệ thống. Modem sẽ bắt ñầu truyền tín hiệu khi chân CCT lên mức cao. Sau khi phát xong bản tin, modem ñưa chân OH xuống thấp ñể chấm dứt sự kết nối.

7.4 VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI Các nhà chế tao IC ñã phát triển nhiều linh kiện loại LSI trong ñó kết hợp nhiều mạch chức năng của modem trong một vỏ. Các chip dùng kỹ thuật NMOS hoặc CMOS có chứa sẵn bộ ñiều chế, giải ñiều chế và logic ñiều khiển cho các modem có tốc ñộ khác nhau, từ thấp ñến trung bình. Gần ñây có xuất hiện các mạch lọc khóa CMOS gồm cả lọc phát và lọc thu trong một IC. Phần sau ñây giới thiệu 2 IC tiêu biểu của Motorola, ñó là IC modem số MC 6860 và bộ lọc khóa MC 145440 7.4.1 Modem số MC 6860 . 7. 4. 2 Bô lọc MC 145440 . 7.4.1 Modem số MC 6860 : Modem 6860 là loại NMOS, trong một vỏ 24 chân gồm các bộ phận: ðiều chế, giải ñiều chế, logic ñiều khiển cần thiết ñể giao tiếp với UART. 6860 truyền dữ liệu với vận tốc 300 bps hoặc 600 bps, dùng kỹ thuật ñiều chế FSK. 6860 hoàn toàn tương thích với tiêu chuẩn song công của Bell 103. (H 7.43) là sơ ñồ khối một originate modem Bell 103 dùng MC 6860 giao tiếp với USART 8251A.

(H 7.43) Chân 21( , switch hook) xuống thấp ñưa 6860 vào mode originate, sẵn sàng nhận tín hiệu mark tần số 2225 Hz từ answer modem. 450ms sau khi nhận tín hiệu mark, 6860 bắt ñầu phát tần số mark 1270 Hz. 750 ms sau khi nhận tín hiệu 2250 Hz ñầu tiên, chân CTS xuống thấp và dữ liệu có thể ñươc phát hay thu. Ngã vào (threshold detect), chân số 7 có chức năng tương tự chân CD của RS 232 (phát hiện sóng mang). Nếu mức ñiện áp sóng mang không ñủ mạnh, chân TD lên cao kéo theo CTS lên cao và ngắt sóng mang Tx.

Ở ngã ra của bộ phận ñiều chế là bộ biến ñổi D/A, cho ra tín hiêu nấc thang gần sin có rất nhiều hài không mong muốn. Bộ lọc phát có nhiệm vụ lọc bỏ các hài này ñể tránh giao thoa với sóng mang FSK nhận ở phần thu Ngã vào (Ring Indicator, chân 19) nối với mạch phát hiện chuông. Mức thấp ở chân RI ñưa 6860 vào chế ñộ answer và làm cho ngã ra AP (Answer Phone, chân 4) lên cao, ñóng relay chuyển mạch trả lời ñiện thoại. Chân 15 là ngã ra Mode, cho biết trạng thái của modem: Mức cao chỉ mode originate và mức thấp chỉ mode answer. Chân này ñược dùng ñể ñiều khiển chuyển mạch bộ lọc thu và bộ lọc phát. 7. 4. 2 Bô lọc MC 145440 : MC 145440 là IC CMOS, 18 chân bao gồm 2 bộ lộc dải thấp và dải cao của Modem Bell 103 và khóa chuyển mạch tự ñộng. Ở mode originate bộ lọc dải cao nối với kênh thu, bộ lọc dải thấp với kênh phát và ngược lại ở mode answer. (H 7.44) trình bày sơ ñồ khối ñơn giản và ñáp tuyến hai bộ lọc của MC 145440

(H 7.44) Mức logic của ngã vào O/ (Originate/Answer) ñiều khiển khóa chuyển mạch ñể chọn mode. Ngã vào VLS (Logic Select) dùng chọn mức logic cho tín hiệu số ở ngã vào. VLS ở cao cho phép mức tín hiệu CMOS và thấp cho phép tín hiệu TTL. Ngã vào ST (Self test) ở cao ñặt chip ở chế ñộ tự kiểm tra vòng. Ngã vào CLK SEL (Clock Select) ñiều khiển các bộ chia tần số bên trong ñể cho phép sử dụng với thạch anh 1 MHz hay 4 MHz tưong ứng với CLK SEL ở thấp hoặc cao. Thạch anh ñược nối vào mạch ở chân CLK1 và CLK2. Xung clock 1 MHz có thể ñược lấy ra từ ngã ra CLK OUT thường ñể cung cấp cho mach ñiều chế-giải ñiều chế như MC 6860. MC 145440 cũng có thêm một OPAMP bên ngoài sử dụng cho mạch song công.

CHƯƠNG 8

CÁC PHƯƠNG PHÁP ðA HỢP . Nội dung: 8.1 ðA HỢP TẦN SỐ . 8.2 ðA HỢP THỜI GIAN . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------Như chúng ta ñã biết, ñể truyền ñồng thời nhiều kênh thông tin trên một ñường truyền người ta có thể dùng một trong hai phương pháp ña hợp: ða hợp phân thời gian và ña hợp phân tần số. Phương pháp ña hợp phân thời gian phù hợp với việc truyền tín hiệu số, ñược dùng phổ biến trong các hệ thống ñiện thoại số. Phương pháp ña hợp phân tần số phù hợp với việc truyền tín hiệu tương tự, ñược dùng rộng rãi trong các phương tiện thông tin khác như truyền thanh, truyền hình . . .. Trong chương này chúng ta sẽ xét qua các phương pháp ña hợp ñể truyền dữ liệu và/hoặc âm hiệu bằng sóng mang tương tự hoặc số. 8.1 ÐA HỢP TẦN SỐ (frequency division multiplexing, FDM) Trong truyền dữ liệu dùng sóng mang tương tự, người ta ñã khai thác triệt ñể phương pháp này ñể có thể truyền, trong một khoảng thời gian, càng nhiều thông tin càng tốt. Hiện nay khả năng truyền 10.800 kênh âm thanh (VB, Voice Band) ñồng thời trên sóng mang tương tự ñã là hiện thực. Trong dải tần của ñường truyền dùng FDM, mỗi nguồn thông tin chiếm một khoảng tần số xác ñịnh và các nguồn khác nhau sẽ chia sẻ dải tần này. Thí dụ, trong ñiều chế AM, các nguồn thông tin khác nhau nhưng chiếm cùng một dải tần số (gọi là dải nền, base band) sẽ ñiều chế các tần số sóng mang khác nhau ñể dời phổ tần của chúng lên các vùng khác nhau và do ñó có thể ña hợp ñể truyền cùng lúc (H 8.1)

(H 8.1) Ứng với mỗi tín hiệu ñiều chế sẽ xuất hiện hai băng cạnh trên và dưới, chứa cùng nguồn thông tin và bản thân sóng mang thì không chứa thông tin trong ñó, như vậy một

phương pháp truyền hữu hiệu là chỉ truyền một băng cạnh và loại bỏ sóng mang (SSBSC, Single side band suppressed carrier). Trong hệ thống của AT&T, một kênh thông tin bao gồm 12 kênh âm thanh (VB), mỗi kênh (gồm tín hiệu tiếng nói hoặc dữ liệu từ một modem) sẽ ñiều chế một tần số sóng mang khác nhau và người ta chọn băng cạnh thấp (LSB) ñể phát ñi. Do mỗi kênh âm thanh chiếm khoảng tần số từ 300 ñến 3000 Hz, nên người ta chọn băng thông 4 kHz cho mỗi kênh truyền và như vậy, 1,3 kHz ñược xem như khoảng cách an toàn (H 8.2)

(a) Phổ tần AM

(H 8.2)

(b) Phổ tần

SSBSC 12 kênh âm thanh như thế hợp thành một nhóm (Group) chiếm băng thông 48 kHz, từ 60 ñến 108 kHz (H 8.3)

(H 8.3) Ðể ña hợp mức cao hơn, 5 nhóm tương tự như thế hợp thành một Super group (SG), băng thông của một SG, có ñược từ việc tổ hợp các băng cạnh thấp LSB của mỗi quá trình ñiều chế, là 240 kHz và chiếm dải tần từ 312 kHz ñến 552 kHz (H 8.4)

(H 8.4) Ðến lượt 10 SG ñược ña hợp ñể thành một Master Group (MG), như vậy, một MG chứa thông tin của 600 kênh âm thanh. (H 8.5) minh họa một U600 MG.

(H 8.5) Trong (H 8.5) ta thấy khoảng cách an toàn cho hai SG kề nhau là 8 kHz và giữa hai MG là 80 kHz. Khoảng cách này cho phép mạch lọc ở máy thu có thể tách riêng các SG và MG ở kề nhau. MG L600 ña hợp SG1 tới SG10 bằng một phương pháp hơi khác với phương pháp ña hợp của MG U600 và chiếm khoảng tần số từ 60 ñến 2788 kHz. Các MG chứa 600 kênh âm thanh có thể ñược truyền trực tiếp trên cáp. Ðể tạo một kênh truyền vi ba (microwave radio channel) người ta có thể ña hợp 3 MG (H 8.6).

(H 8.6)

Ngoài ra, một Jumbo Group (JG) là một tổ hợp 6 MG, gồm 3600 VB và 3 JG ñược ña hợp ñể ñược một kênh truyền gồm 10.800 VB . Tất cả có thể ñược truyền trên cáp. 8.1.1 Tạo sóng mang. 8.1.2 Ðiều chỉnh biên ñộ. 8.1.3 Truyền sóng vi ba. 8.1.1 Tạo sóng mang Một máy thu FDM thực hiện việc giải ñiều chế bằng cách trộn liên tục tín hiệu dao ñộng giảm dần tần số cho tới lúc phục hồi ñược tín hiệu trong khoảng tần số của VB. Ðiều kiện cần thiết là sóng mang giữa máy phát và thu phải ñồng nhất, nếu không tín hiệu phục hồi ñược sẽ bị lệch tần số ra khỏi phổ tần gốc. Với mục ñích sử dụng hiệu quả công suất, máy phát FDM ñã dùng phương pháp triệt sóng mang, vì vậy sóng mang phát không thể phục hồi trực tiếp từ tín hiệu dải nền mà máy thu nhận ñược. Nếu ñể ý các tần số sóng mang từ các Group cho ñến JG, ta thấy ñều là bội của 4 kHz, như vậy trong một hệ thống thông tin, một trạm có thể ñược thiết kế như một trạm chủ, ở ñây sẽ thực hiện mạch dao ñộng 4 kHz mà tất cả các trạm trong hệ thống phải ñồng bộ với nó. Một cách tổng quát, tần số 4 kHz ñược nhân lên cho tới tần số hướng dẫn (pilot) cao hơn (64.312 hoặc 552 kHz) rồi cho trộn với dải tần của tín hiệu. Mỗi trạm thứ cấp (máy thu) giải ñiều chế tần số hướng dẫn rồi phục hồi và tạo tần số 4 kHz. Như vậy tất cả trạm trong hệ thống tạo sóng mang từ tần số 4 kHz này. Trong những hệ thống lớn như hệ thống Bell hay General Telephone, thật là không thực tế nếu trạm chủ phát tín hiệu 4 kHz trực tiếp ñến các trạm con. Thay vào ñó, một số trạm con sẽ ñược dùng như những repeaters cho các trạm con khác về tín hiệu hướng dẫn này. Ðể có ñược các tần số sóng mang cao hơn người ta cho tín hiệu 4 kHz qua một mạch phi tuyến rồi lấy ra các họa tần. Nếu tần số 4 kHz này bị trôi dạt một ít về pha và tần số sẽ ñưa ñến một sự thay ñổi ñáng kể của các họa tần. Thí dụ 1: Xác ñịnh tần số phát của kênh vi ba dùng ñể phát kênh âm thanh VB 10, group 4, super group 17, master group 3

fc LSB

Ch 10 at GP 72 kHz 68-72 kHz

GP 4 at SG 564 kHz 492-496 kHz

SG 17 at MG 2108 kHz 1612-1616 kHz

MG 3 at radio ch. 8848 kHz 7232-7236 kHz

Qua thí dụ 1, ta thấy mặc dù tần số của kênh VB tăng lên nhưng nó vẫn chiếm băng thông gốc là 4 kHz. Thí dụ 2: Nếu tín hiệu dao ñộng 4 kHz bị trôi 10 Hz thì tần số âm thanh 1 kHz ở channel VB 3, group 2, SG 17, MG 2 sẽ trôi bao nhiêu? Giả sử tần số sóng mang ñược ñiều chế biên ñộ và dẫn xuất từ tần số 4 kHz.

Cho kênh VB 3 fc lý tưởng : 100 kHz fc thực tế : 4,01 kHz * 25 (100/4) = 100,25 kHz LSF lý tưởng : 100 kHz - 1 kHz = 99 kHz LSF thực tế : 100,25 kHz - 1 kHz = 99,25 kHz Cho Group 2 fc lý tưởng : 468 kHz fc thực tế : 4,01 kHz * 117 (468/4) = 469,17 kHz LSF lý tưởng : 468 kHz - 99 kHz = 369 kHz LSF thực tế : 469,17 kHz - 99,25 kHz = 369,92 kHz Cho SG 17 fc lý tưởng : 2108 kHz fc thực tế : 4,01 kHz * 527 (2108/4) = 2113,27 kHz LSF lý tưởng : 2108 kHz - 369 = 1739 kHz LSF thực tế : 2113,27 kHz - 369,92 kHz =1743,35 kHz Cho MG 2 fc lý tưởng : 6248 kHz fc thực tế : 4,01 kHz * 1562 (6248/4) = 6263,62 kHz LSF lý tưởng : 6248kHz - 1739 kHz = 4509 kHz LSF thực tế : 6263,62 kHz - 1743,35 kHz =4520,27 kHz Như vậy một sự thay ñổi 10 Hz ở tần số dao ñộng ñã dẫn tới một thay ñổi khoảng 11 kHz ở ngã ra của kênh vi ba. Vì mỗi kênh VB rộng 4 kHz nên sự trôi dạt này tương ñương với 3 kênh VB. Trong (H 8.5) các SG từ 25 tới 28 có thêm chữ D trong số chỉ SG ñiều này chỉ rằng tần số sóng mang của các SG này ñược dẫn xuất không phải từ họa tần của 4 kHz. Sóng mang của các SG từ 15 ñến 18 ñược trộn với một họa tần thấp hơn (1040 kHz) và băng cạnh trên ñược lọc lấy ñể dùng như sóng mang của các DSG, ñiều này làm giảm sự sai pha của các sóng mang SG có tần số cao. 8.1.2 Ðiều chỉnh biên ñộ : Trong quá trình truyền, sự thay ñổi biên ñộ tín hiệu có thể xảy ra. Sự thay ñổi này cần phải ñược xác ñịnh ñể có biện pháp bù trừ. Ðể thực hiện việc ñiều chỉnh biên ñộ tự ñộng, một tín hiệu hoa tiêu tần số 104,08 kHz có biên ñộ chuẩn, dùng ñể tham khảo, ñược ñưa vào Group. Tín hiệu này ñược dẫn xuất từ tín hiệu 4 kHz bằng phương pháp như sơ ñồ (H 8.7). Do mỗi SG gồm 5 Group nên có 5 tần số hoa tiêu khác nhau (H 8.8). Biên ñộ của tín hiệu hoa tiêu ñã ñược xác ñịnh trước nên mọi sự thay ñổi của biên ñộ tín hiệu này ñược tham khảo ñể thực hiện việc ñiều chỉnh một cách tự ñộng biên ñộ của tín hiệu nhận ñược.

(H 8.7)

(H 8.8)

Nhóm (H 8.9) minh họa việc ñiều chỉnh biên ñộ ñược thực hiện trong từng tầng. (H 8.9a) cho thấy ñặc tuyến truyền lý tưởng, các biên ñộ của các tín hiệu trong các MG là như nhau nhưng trong thực tế thì biên ñộ này thay ñổi theo các tần số khác nhau (H 8.9b) Việc ñiều chỉnh ñộ lợi tự ñộng ñể bù vào sự biến dạng biên ñộ do các môi trường truyền khác nhau ñược thực hiện trong mỗi tầng. Ðầu tiên, biên ñộ của mỗi kênh MG ñược ñiều chỉnh (H 8.9c), kế ñến là biên ñộ của tín hiệu trong mỗi kênh SG (H 8.9d) và cuối cùng việc ñiều chỉnh ñược thực hiện ở các GP (H 8.9e).

(H 8.9) (H 8.10) cho thấy cách lồng tín hiệu hoa tiêu vào tín hiệu dải nền phức hợp như thế nào. Mỗi nhóm có tín hiệu 104,08 KHz ñưa vào ở mạch tổ hợp kênh (channel combining network). Kết quả là mỗi SG có 5 tín hiệu hoa tiêu của nhóm (ñó là các tín hiệu 315,92 KHz, 363,92 KHz, 411,92 KHz, 459,92 KHz và 507,92 KHz). Tín hiệu hoa tiêu của nhóm 1 cũng là tín hiệu hoa tiêu của super group (315,92 KHz). Ðây là tín hiệu dùng tham khảo ñể hiệu

chỉnh tín hiệu ra ở mạch phân cách SG. Vậy mỗi MG có 50 tín hiệu hoa tiêu của Group, trong ñó có 10 tín hiệu ñồng thời là tín hiệu hoa tiêu của SG. Ðó là các tín hiệu có ñược do các tín hiệu fc của SG trộn với tín hiệu 315,92 KHz (Thí dụ: với SG13, fc=1116 KHz thì tín hiệu hoa tiêu là 1116-315,92=800,08 KHz). Một tín hiệu hoa tiêu của MG có tần số 2480 KHz ñược thêm vào mỗi MG ở mạch tổ hợp SG, tạo thành tổng số là 51 tín hiệu hoa tiêu của MG.

(H 8.10) (H 8.11) là sơ ñồ khối một mạch giải ña hợp FDM, cho thấy tín hiệu hoa tiêu ñược tham khảo như thế nào và ñược dùng ñể phân cách sự hiệu chính ở các MG, SG và GP. Tín hiệu phức hợp FDM tới mạch phân cách MG, cụ thể là các mạch lọc dải thông BPF ñể tách riêng các tín hiệu MG1 (564 - 3084 kHz), MG2 (3164 - 5684 kHz) và MG3 (5764 - 8284 kHz), các tín hiệu này cùng các tín hiệu hoa tiêu tương ứng ra khỏi mạch phân cách MG theo 3 ñường khác nhau. Tín hiệu MG1 chia làm hai nhánh, một ñưa thẳng vào mạch khuếch ñại AGC và một vào mạch tách tín hiệu hoa tiêu 2840 kHz trước khi vào mạch khuếch ñại AGC ñể so sánh và ñiều chỉnh ñộ lợi tín hiệu MG1. Tín hiệu ra từ mạch khuếch ñại AGC ñược ñưa vào mạch phân cách SG ñể cho ra tín hiệu của SG13 ñến SGD 28. Riêng hai ñường tín hiệu MG2 và MG3 ñược ñưa vào mạch ñiều chế cân bằng và lọc BPF ñể phục hồi dải tần tương ứng với các SG trước khi ñưa vào mạch khuếch ñại AGC. Công việc tương tự ñược thực hiện ở các tầng hiệu chính SG và GP. Ở ngã ra tầng hiệu chính GP ta ñược tín hiệu của 12 kênh VB (60 - 108 kHz) ñã ñược ñiều chỉnh biên ñộ.

(H 8.11) 8.1.3 Truyền sóng vi ba : Một kênh vô tuyến bao gồm 3 kênh MG chiếm dải tần từ 564 kHz ñến khoảng 8,3 MHz. Ðể ñược phát ñi như một sóng vi ba (>1GHz), tín hiệu này phải ñược nâng tần số lên bằng cách ñiều chế FM một sóng mang trung tần 70 MHz, với chỉ số ñiều chế nhỏ - khoảng 0,4 - ta ñược kết quả gần giống như ñiều chế AM, nghĩa là phổ tần chỉ gồm một cặp băng cạnh trên và dưới. Tín hiệu này lại ñược dùng ñể ñiều chế AM một sóng mang 6 GHz và băng cạnh trên ñược lọc lấy ñể phát ñi (H 8.12).

Ðể phát 1800 kênh VB cần một băng thông là 16,6 MHz, mà tiêu chuẩn FCC cho phép băng thông rộng 29 MHz, như vậy tiêu chuẩn FCC có thừa ñể phát một kênh vô tuyến chứa 1800 VB bằng phương tiện vi ba.

(H 8.12) 8.2 ÐA HỢP THỜI GIAN (Time-division multiplexing ,TDM) : Ða hợp phân thời gian có hai dạng : ñồng bộ và không ñồng bộ 8.2.1 Ða hợp thời gian ñồng bộ . 8.2.2 Ða hợp thời gian không ñồng bộ. 8.2.1 Ða hợp thời gian ñồng bộ (Synchronous time-division multiplexing) : Ða hợp thời gian ñồng bộ thực hiện ñược khi dung lượng của ñường truyền vượt nhiều lần vận tốc bit của tín hiệu cần truyền. Nhiều tín hiệu số (hay tín hiệu tương tự ñược số hóa) có thể truyền trên một ñường truyền ở những thời ñiểm khác nhau. Sự phân chia thời gian có thể thực hiện cho từng bit, từng khối nhiều ký tự hay từng khối lớn dữ liệu. (H 8.13) cho thấy một số tín hiệu [mi(t), i = 1, 2, 3, . . . n) ñược ña hợp trên một ñường truyền, mỗi tín hiệu ñược ñưa vào vùng ñệm trước khi ña hợp, vùng ñệm có chiều dài chuẩn là một bit hay một ký tự, các vùng ñệm ñược quét tuần tự ñêí tạo tín hiệu ña hợp mc(t). Tốc ñộ quét phải ñủ nhanh sao cho các vùng ñệm rổng trước khi dữ liệu mới ñến do ñó vận tốc bit của mc(t) ít nhất phải là tổng của các mi(t). mc(t) là tín hiệu số, có thể phát trực tiếp hay qua modem

(H 8.13 ) (H 8.13b) cho dạng thông thường của tín hiệu ña hợp trên ñường truyền, tín hiệu này có cấu trúc khung (frame), mỗi khung chứa một số khe thời gian (timeslot). Trong mỗi

khung, một hoặc nhiều khe thời gian ñược dành cho mỗi nguồn dữ liệu. Chuỗi các khe dành cho một nguồn dữ liệu trong các khung khác nhau hình thành một kênh (channel). Chiều dài mỗi khe bằng chiều dài của thanh ghi ñệm phát, cụ thể là 1 bit hoặc chiều dài 1 ký tự. Trên ñường truyền TDM , dữ liệu ñược xuất ra theo một trong hai kỹ thuật : - Kỹ thuật xen ký tự (word or character-interleaving) ñược dùng cho các nguồn bất ñồng bộ, mỗi khe thời gian chứa một ký tự dữ liệu. - Kỹ thuật xen bit (bit-interleaving) ñược dùng cho nguồn ñồng bộ và không ñồng bộ, mỗi khe thời gian chỉ chứa một bit. (H 8.14) là một thí dụ cho thấy sự khác nhau của 2 kỹ thuật xen ký tự và xen bit. Trong thí dụ, ñể ñơn giản ta chỉ vẽ các mẫu bit của 2 kênh thay vì 24 kênh như trong thực tế .

(a) xen bit

(b) xen ký tự (H 8.14) Ở máy thu, dữ liệu ñược giải ña hợp và ñưa ñến các ñích tương ứng . Ta gọi TDM ñồng bộ không chỉ vì lý do phát ñồng bộ mà còn bởi một lý do quan trọng hơn là các khe thời gian dành cho các nguồn dữ liệu ñược giữ cố ñịnh, nghĩa là dù một kênh nào ñó trong hệ thống không có dữ liệu ñể truyền, khe thời gian dành cho nó vẫn ñược phát ñi. Mặc dù các khe thời gian ñã ñược ấn ñịnh, nhưng các thiết bị TDM ñồng bộ vẫn có thể làm việc với những nguồn dữ liệu có vận tốc bit khác nhau. Thí dụ, trong một chu kỳ những thiết bị có vận tốc thấp nhất có thể sử dụng một khe thời gian trong khi các thiết bị có vận tốc cao hơn dùng nhiều khe thời gian hơn. 8.2.2.1 ðiều khiển ñường truyền TDM. 8.2.1.2 Ðồng bộ khung.

8.2.1.3 Nhồi xung. 8.2.1.4 Hệ thống sóng mang. 8.2.2.1 ðiều khiển ñường truyền TDM : Trong mô hình của các khung thông tin TDM giới thiệu ở (H 8.13) ta không thấy các chi tiết ñầu khung (header) và cuối khung (trailer) là những chi tiết phải có trong kỹ thuật truyền ñồng bộ. Thật ra ñiều này cũng không cần thiết. Chúng ta có thể xem qua hai cơ chế của giao thức ñiều khiển liên kết dữ liệu: kiểm soát dòng dữ liệu (flow control) và kiểm soát lỗi (error control). - Kiểm soát dòng dữ liệu: vì vận tốc bit trên ñường truyền thì cố ñịnh và các bộ ña hợp và giải ña hợp ñược thiết kế vận hành với vận tốc này nên việc kiểm soát không cần thiết. Nhưng, giả sử có một kênh trong ñường truyền không có khả năng nhận dữ liệu việc truyền các khung khác có dừng lại không? Rõ ràng câu trả lời là không vì các kênh khác vẫn mong nhận dữ liệu ở những thời ñiểm ñã ñịnh, vậy trong khoảng thời gian này kênh có vấn ñề sẽ truyền các khe thời gian rỗng. - Kiểm soát lỗi: Tương tự, việc kiểm soát lỗi sẽ ñược thực hiện cho từng kênh riêng biệt vì người ta không thể yêu cầu phát lại tất cả các kênh khi có một kênh bị lỗi. Tóm lại, trong TDM các giao thức (thí dụ SDLC, HDLC) sẽ ñược áp dụng cho từng kênh và giả sử dùng phương pháp xen ký tự, hai kênh truyền cho hai nguồn dữ liệu d1 và d2 với các trường cờ (F) và ñiều khiển (C), ñịa chỉ (A) và trường FCS (f) sẽ ñược sắp ñặt như sau:

Ngã vào 1: F1 A1 C1 d1 d1 d1 f1 f1 F1 A1 C1 d1 d1 d1 f1 f1 F1 . . . . Ngã vào 2: F2 A2 C2 d2 d2 d2 d2 f2 f2 F2 A2 C2 d2 d2 d2 d2 f2 f2 F2. . . . Dòng dữ liệu ña hợp: F1 F2 A1 A2 C1 C2 d1 d2 d1 d2 d1 d2 f1 d2 f1 f2 F1 f2 A1 F2 C1 A2 d1 C2 d1 d2 d1 d2 f1 d2 f1 d2 F1 f2 . . (H 8.15) Nhìn dòng dữ liệu ña hợp chúng ta cảm thấy dường như không có tính nhất quán ở các khung SDLC (HDLC), do chiều dài khung dữ liệu khác nhau, tuy nhiên các mẫu dữ liệu sẽ ñược tách ra và tái hợp một cách chính xác ở các ngã ra của bộ phận thu. 8.2.1.2 Ðồng bộ khung : Mặc dù giao thức ñiều khiển liên kết dữ liệu không ñược dùng ñể quản lý toàn bộ ñường truyền TDM nhưng việc ñồng bộ khung rất cần thiết ñể máy thu nhận dạng và thực hiện nhiệm vụ phân bố dữ liệu của mình. Hệ thống Telco sử dụng 24 khe thời gian (n= 24) cho một khung, mỗi khe thời gian dành cho một kênh âm thanh (voice band), các tín hiệu âm thanh ñược lấy mẫu với vận tốc 8000 mẫu/sec và ñược mã hóa với 8 bit. Như vậy, một khung dữ liệu chứa :

24 kênh x 8 bit/kênh = 192 bit Cuối mỗi khung, người ta thêm vào 1 bit dùng cho ñồng bộ khung (framing bit) do ñó mỗi khung chứa 193 bit, mẫu của chuỗi bit ñồng bộ khung tùy thuộc ñường truyền. - Ðường truyền D1 dùng kỹ thuật nén tín hiệu tương tự với hệ số µ = 100 và dùng từ mã 7 bit nên chỉ cần thêm bit thứ 193, là các bit 0/1 luân phiên, vào cuối khung (hiện nay ñường truyền này không còn sử dụng). - Các ñường truyền D2 và D3 ngoài các bit ñồng bộ khung còn có thêm các bit báo hiệu (signaling bit), ñược thực hiện như sau: Các khung thông tin ñược nhóm thành từng nhóm 12 khung, gọi là một super frame. Ở khung thứ sáu và mười hai, các bit LSB của nhóm 8 bit của mỗi từ mã PCM trong tất cả 24 kênh ñược thay bởi bit báo hiệu (signaling bit), dùng cho tín hiệu báo on-hook/off-hook. Bit LSB trong các kênh của khung thứ 6 gọi là bit - A và của khung thứ 12 gọi là bit - B Và máy thu nhận diện khung thứ 6 và 12 nhờ chuỗi bit ñồng bộ khung sắp xếp theo qui luật cụ thể như sau: Khung 1 Bit ñồng bộ khung 1 Bit báo hiệu

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 1 0 1 0 0 0 → 1 1 1 → 0

Ta thấy, các bit thứ 193 của các khung lẻ ñược dùng cho sự ñồng bộ và của các khung chẵn dùng nhận dạng khung thứ 6 và 12 là các khung có chứa bit báo hiệu. Máy thu nhận ra khung thứ 6 do sự biến ñổi từ 0 lên 1 (001) và khung 12 do biến ñổi từ 1 xuống 0 của các bit báo hiệu (110). Lưu ý là việc thay thế bit LSB trong các kênh âm thanh bởi bit báo hiệu làm ảnh hưởng ñến tín hiệu âm thanh khi giải mã nhưng sự ảnh hưởng này là không ñáng kể (ñiều này không thực hiện trên tín hiệu có nguồn gốc là tín hiệu số) . Ngoài ra, ñể duy trì việc ñịnh thời, dữ liệu số trên các kênh D phải không chứa các chuỗi nhiều hơn 14 số 0 liên tiếp. Máy phát sẽ quan sát từng từ mã 8 bit, mỗi từ mã phải có it nhất một bit 1, nếu từ mã nào gồm toàn bit 0 và nằm trong chuỗi nhiều hơn 14 bit 0 thì bit thứ 7 của từ mã ñó (vị trí tính từ trái sang) sẽ ñược thay bằng bit 1. Thí dụ: a. Chuỗi bit 1000 0000 0000 0001 ñược chấp nhận b. Chuỗi bit 1000 0000 0000 0000 sẽ ñược thay bởi: 1000 0000 0000 0010. Máy thu sẽ tốn một khoảng thời gian ñể tìm mẫu bit nói trên trong chuỗi dữ liệu ñến ñể thiết lập sự ñồng bộ. Trị trung bình cực ñại của khoảng thời gian này xác ñịnh bởi: Tsavg = 2NT = 2N2t t = thời gian bit N = số bit mỗi khung T = chu kỳ của khung = Nt Với N = 193, T = 125 µs và t = 0,648 µs thời gian trung bình là 48,25 ms (ñây là thời gian trể giữa RTS và CTS mà ta ñã thấy trước ñây).

Do các khung ñược tạo ra có tần số trùng với tần số lấy mẫu (8000 lần trong một giây), vậy ña hợp thời gian 24 kênh ñòi hỏi dung lượng ñường truyền là 8000x193 = 1,544 Mbps. Ðể tương thích với các kênh D, tín hiệu số chỉ ñược dùng 7 hoặc 6 bit cho mỗi ký tự và dành bit thứ 8 (vị trí LSB) cho tín hiệu ñiều khiển (nếu dữ liệu 8 bit thì không có bit báo hiệu). 8.2.1.3 Nhồi xung (pulse stuffing) : Có lẻ vấn ñề khó khăn nhất trong thiết kế mạch ña hợp ñồng bộ thời gian là sự ñồng bộ của nhiều nguồn dữ liệu khác nhau. Nếu mỗi nguồn sử dụng một xung ñồng hồ khác nhau thì một thay ñổi của một tín hiệu ñồng hồ nào ñó sẽ gây ra sự mất ñồng bộ ngay. Hơn nữa trong nhiều trường hợp, vận tốc bit của các nguồn dữ liệu vào không phải lúc nào cũng tỉ lệ với nhau. Kỹ thuật nhồi xung ñược sử dụng ñể giải quyết tất cả các vấn ñề trên: ðưa thêm các xung vào các nguồn dữ liệu sao cho vận tốc bít của tất cả các nguồn phù hợp với vận tốc bit của hệ thống. Các xung nhồi ñược ñưa vào nguồn dữ liệu ở những vị trí xác ñịnh ñể máy thu có thể nhận dạng và loại bỏ. Như vậy vận tốc dữ liệu ở ngã ra mạch ña hợp lớn hơn tổng vận tốc bit của tất cả các nguồn. (H 8.16) là một thí dụ nhồi xung : Giả sử có 11 nguồn dữ liệu ñược ña hợp trên một ñường truyền: - Nguồn 1 : tín hiệu tương tự, băng thông 2 kHz - Nguồn 2 : tín hiệu tương tự, băng thông 4 kHz - Nguồn 3 : tín hiệu tương tự, băng thông 2 kHz - Nguồn 4 - 11 : tín hiệu số, 7200 bps, ñồng bộ

(H 8.16) Các bước sau ñây sẽ ñược thực hiện: - Bước 1: Các tín hiệu tương tự sẽ ñược lấy mẫu (PCM), ñối với nguồn 1 và 3 cần 4000 mẫu/sec và nguồn 2 cần 8000mẫu/sec, giả sử dùng mã 4 bit . Ðể thuận tiện, 3 nguồn này ñược ña hợp thành một nguồn duy nhất. Với tần số quét 4 kHz, một mẫu PAM dùng cho nguồn 1 và 3, nguồn 2 dùng 2 mẫu PAM cho mỗi chu kỳ quét. 4 mẫu này ñược kết hợp (xen

bit hay ký tự) và biến ñổi thành những mẫu PCM 4 bit. Ta ñược tổng số 16 bit ñược tạo ra với vận tốc 4000 lần /sec, hay nói cách khác ta ñược tín hiệu 64 kbps. - Bước 2: Các nguồn tín hiệu số sẽ ñược nhồi xung ñể ñạt vận tốc 8 kbps, ña hợp 8 nguồn này ñể ñược tổng số 64 kbps. Một khung dữ liệu bây giờ chứa 32 bit : 16 bit PCM và 16 bit của 8 nguồn tín hiệu số 8.2.1.4 Hệ thống sóng mang : Tương tự như ở FDM, TDM ñược dùng như một phần của hệ thống truyền thông tầm xa nên sự phân cấp của hệ cũng ñược hình thành. Bảng 8.1 cho 2 hệ thống dùng ña hợp ñồng bộ thời gian quốc tế (CCITT) và Bắc Mỹ (hệ thống AT & T, cũng dùng ở Nhật Bản) Bảng 8.1 (a) Bắc Mỹ (b) Quốc tế AT&T (CCITT) Tên Số kênh âm Vận tốc bit Số Số kênh âm thanh Vận tốc bit HT thanh mức DS-1 24 1,544 1 30 2,048 DS-1C 48 (Mbps) 2 120 (Mbps) DS-2 96 3,152 3 480 8,448 DS-3 672 6,312 4 1920 34,368 DS-4 4032 44,736 5 7680 139,264 274,176 565,148 * DS-1 là cấp nền của AT&T, trong ñó ña hợp 24 kênh âm thanh, mỗi khung chứa [(24x8) +1 =193 bit ], mỗi kênh chứa một từ PCM, băng thông tín hiệu là 4000 Hz nên tốc ñộ lấy mẫu 8000 mẫu /sec . Vì vậy, mỗi khe thời gian và do ñó mỗi khung phải lặp lại 8000 lần /sec, ta ñược vận tốc bit là 8000x193 = 1,544 Mbps. * Các kênh dữ liệu số cũng có thể ñược truyền trên ñường DS-1, nghĩa là với vận tốc 1,544 Mbps. Nếu nguồn dữ liệu 8 bit thì không có bit ñồng bộ ở mỗi khung nên sự ñồng bộ ñược thực hiện bằng cách dùng 23 kênh cho dữ liệu và kênh thứ 24 dành cho sự ñồng bộ. - Nếu nguồn dữ liệu là 7 bit thì bit thứ 8 là bit báo hiệu. Do mỗi khung cũng ñược lặp lại 8000 lần trong một giây nên vận tốc truyền cho mỗi kênh là 7x8000=56 kbps. - Nếu nguồn dữ liệu là 6 bit, một bit bị bỏ trống (bit MSB) và như vậy vận tốc bit của mỗi kênh là 6x8000 = 48 kbps. Dung lượng này cũng có ñược từ việc ña hợp 5 kênh 9,6 kbps hoặc 10 kênh 4,8 kbps hoặc 20 kênh 2,4 kbps. * Cuối cùng, cấp nền của hệ thống, ñường truyền DS-1 có thể ñược dùng ñể truyền một hỗn hợp các kênh âm thanh và dữ liệu. Trong trường hợp này cả 24 kênh ñược sử dụng mà không có byte ñồng bộ. * Bốn hệ thống DS-1 ñược ña hợp ñể ñược hệ thống DS-2 có vận tốc bit là 6,312 Mbps (1,544x4=6,176 Mbps, số bit còn lại dùng cho ñồng bộ, kiểm tra và nhồi xung) * Ða hợp cấp cao hơn cho ta hệ thống DS-3 và DS-4 với vận tốc bit lên ñến 44,376 Mbps và 274,176 Mbps (H 8.17) .

DS4

DS3

274,176 Mbps

44,736Mbps ↕ M13 28:1

DS2

6,312Mbps

......

M34 6:1 ↕ | | | | | ↕ MX3 7:1(DS2) 14:1(DS1C) 28:1(DS1) or ↕

| ↕ M12 4:1 | | |

DS1C 3,152Mbps

DS1

1,544Mbps

↕ M1C 2:1 ↕ | ↕ PCM ↕ 

| | | ↓ ↕ PCM ↕ 

| | | ↓

↕ PCM ↕ 

| | | ↓

| | | | | | | ↓ ↕ PCM ↕ 

(H 8.17) 8.2.2 Ða hợp thời gian không ñồng bộ: (Asynchronous time-division multiplexing, ATM) Ða hợp thời gian không ñồng bộ còn có các tên gọi khác do tính chất của nó như: TDM thống kê (statistical TDM) hoặc TDM thông minh (Intelligent TDM), dưới ñây ta gọi tắt ATM. Trong ña hợp thời gian ñồng bộ, trong một khung có thể có nhiều khe thời gian rỗng vẫn ñược truyền ñi vì không phải lúc nào mọi kênh ñều có dữ liệu ñể truyền, ñiều này ñưa ñến hiệu suất sử dụng ñường truyền rất thấp. Ðể khắc phục khuyết ñiểm này TDM không ñồng bộ ra ñời. Trong TDM không ñồng bộ có thể có n ñường I/O nhưng chỉ có k , với k
kênh, nói cách khác với cùng một dung lượng, hệ thống ATM có khả năng phục vụ cho nhiều kênh truyền hơn hệ thống TDM ñồng bộ. (H 8.18) là một thí dụ, có 4 nguồn dữ liệu ñược ña hợp trong các khoảng thời gian t0, t1, t2 và t3 . Trong TDM ñồng bộ chu kỳ ñầu máy phát ñi 4 nguồn dữ liệu trong ñó 2 nguồn C và D không chứa thông tin nên 2 trong 4 khe thời gian là 2 khe rỗng, ngược lại, trong TDM bất ñồng bộ hai nguồn này sẽ không ñược phát ñi và chỉ có 2 khe thời gian chứa thông tin của nguồn A và B ñược phát ñi. Ðiều này làm giảm tải cho ñường truyền, tuy nhiên khi nhận ñược thông tin máy thu sẽ không phân phối dữ liệu ñúng ñịa chỉ của nó do sự ñồng bộ ñã mất vì thứ tự của dữ liệu của các nguồn khác nhau không còn ñúng thứ tự của các khe.

(H 8.18) Thông thường, ATM sử dụng giao thức HDLC trong truyền ñồng bộ, trong giao thức HDLC này khung dữ liệu phải chứa các bit kiểm tra sự ña hợp. Có hai cách thực hiện sự kiểm tra này: - Trong mỗi khung có một nguồn dữ liệu duy nhất ñược xác ñịnh bởi ñịa chỉ của nó. Chiều dài của trường dữ liệu thay ñổi và sự kết thúc xác ñịnh bởi khung HDLC. - Trong mỗi khung có nhiều nguồn dữ liệu, mỗi nguồn phải ñược xác ñịnh bởi ñịa chỉ và chiều dài của nó. Ðịa chỉ

Dữ liệu

(a) Một nguồn cho mỗi khung Ðịa chỉ

Chiều dài

Dữ liệu

.......

Ðịa chỉ

(b) Nhiều nguồn cho mỗi khung

Chiều dài

Dữ liệu

(H 8.19) Ðể ñảm bảo hiệu suất truyền cao (số bit hữu dụng nhiều so với số bit không phải là thông tin) người ta có các biện pháp như dùng ñịa chỉ tương ñối (ñịa chỉ của một nguồn ñược xác ñịnh so với nguồn trước ñó), như vậy trường ñịa chỉ cần một số bít ít hơn, thí dụ 4 bit thay vì 8. Và ñể chỉ chiều dài khung dữ liệu người ta có thể dùng nhãn 2 bit cho trường này, các giá trị 00, 01, 10 lần lượt chỉ chiều dài khung dữ liệu là 1, 2 và 3 ký tự mà không cần trường chiều dài. Giá trị 11 chỉ rằng có một trường chiều dài. Ðể thực hiện truyền thông dùng ATM có hiệu quả, người ta dựa vào kết quả thống kê ñể chọn dung lượng của kênh truyền sao cho phù hợp với vận tốc bit của tất cả các nguồn dữ liệu.

CHƯƠNG 9

TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ BẰNG SÓNG MANG SỐ . Nội dung : 9.1 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ . 9.2 ðIỀU MÃ XUNG . 9.3 ðIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA . 9.4 2914 COMBO CHIP . ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------9.1 HỆ THỐNG TRUYỀN SỐ: Hệ thống truyền số có thể truyền tín hiệu có nguồn gốc là tín hiệu số hoặc tương tự sau khi ñã ñược số hóa. - Tín hiệu tương tự (tiếng nói) sau khi ñược lấy mẫu bằng phương pháp PAM có thể ñược ñưa lên ñường truyền ñể phát ñi, nhưng một hệ thống truyền tín hiệu xung như vậy chưa phải là hệ thống truyền số vì tín hiệu ở ngã ra thiết bị phát là những xung có biên ñộ khác nhau. Ðể truyền ñược trên hệ thống truyền số, các xung PAM này phải ñược số hóa trước khi ñược ñưa ra ñường truyền. - Ðường dây cáp truyền trực tiếp các mã nhị phân của hệ thống Bell có tên là Tcarriers. - Riêng tín hiệu số từ các DTE muốn truyền trên T-carriers phải qua Modem ñể biến thành tín hiệu tương tự nằm trong dải tần âm thanh rồi lại ñược số hóa (dĩ nhiên có dạng khác với trước). - Trong trường hợp muốn truyền các tín hiệu số nói trên với khoảng cách xa, người ta có thể thực hiện ña hợp nhiều kênh rồi dùng phương pháp PSK ñể ñiều chế sóng mang siêu cao tần ñể ñưa lên ñường truyền vi ba. (H 9.1) là sơ ñồ một hệ thống truyền số như mô tả ở trên Ðiều chế PSK

 (vi ba)

 ↓

| DTE

Modem

→

Biến ñổi

T-carriers →

ADC

(số)

Ðiện thoại

(t.t.) →

→

Hệ thống phát

Giải ñc PSK

Biến ñổi

→

Modem →

DAC

(t.t.) →

Ðiện thoại

Hệ thống thu

D

(H 9.1) 9.2 ÐIỀU MÃ XUNG (PULSE CODE MODULATION, PCM) : PCM là một phương pháp biến ñổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số thịnh hành nhất. Tín hiệu tương tự ñược giữ và lấy mẫu tại các thời ñiểm xác ñịnh (ñiều chế PAM) trước khi ñưa vào mạch biến ñổi tương tự - số (ADC) ñể biến ñổi sang một số nhị phân có giá trị tương ứng với biên ñộ của tín hiệu tương tự tại thời ñiểm lấy mẫu. Trước nhất cần nhắc lại một số tính chất của PAM: - Tần số xung lấy mẫu fs ít nhất phải bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự fm. Ðây là ñiều kiện cần thiết ñể có thể phục hồi tín hiệu tương tự một cách chính xác ở máy thu. (H 9.2b) cho thấy trường hợp fs≤ 2fm ñưa ñến sự biến dạng tín hiệu tương tự, tín hiệu ñược tái tạo không có dạng của tín hiệu nguồn nữa. Ðây là biến dạng aliasing. - Băng thông nhỏ nhất của kênh truyền PAM xấp xĩ tần số fs nên: BW ≈2fm.

(a)

(H 9.2)

(b)

9.2.1 Tín hiệu PCM. 9.2.2 Băng thông của kênh truyền PCM. 9.2.3 Sai số lượng tử. 9.2.4 Tỉ số tín hiệu nhiễu. 9.2.5 Sự nén - giãn . 9.2.6 Lụât µ-255 trong thực tế. 9.2.1 Tín hiệu PCM : (H 9.3) cho thấy vị trí mạch biến ñổi ADC (mã hóa PCM) và DAC (giải mã PCM) trong hệ thống truyền số.

(H 9.3) (H 9.4) là một ví dụ về dạng sóng của tín hiệu số dùng số nhị phân 5 bít ñể mã hóa một tín hiệu tương tự.

(H 9.4) Trong (H 9.4) tín hiệu tương tự ở ngã vào biến ñổi trong khoảng từ 0 ñến 7,75V. Số bít dùng mã hóa là n = 5 nên số mức mã hóa tương ứng là 2n - 1 = 31. Như vậy một mức trong mã hóa tương ứng với 7,75/31 = 0,25 V. Với xung lấy mẫu có chu kỳ Ts ta ñược các mẫu xung có biên ñộ lần lượt là: 2,25V, 4,25V và 6,0V. Các số nhị phân tương ứng với các mẫu xung này là: 01001, 10001, 11000. Các số nhị phân này ñược biểu diễn bởi các mã b4 b3 b2 b1 b0 (b0 là LSB). Dĩ nhiên ở ngã ra là các mã nhị phân song song, các mã này có thể qua bộ biến ñổi song song nối tiếp ñể truyền ñi theo cách truyền nối tiếp. 9.2.2 Băng thông của kênh truyền PCM : Trong PCM băng thông của kênh truyền tùy thuộc vào số bít n của tín hiệu số dùng mã hóa các xung PAM của tín hiệu tương tự. Nếu fs là tốc ñộ lấy mẫu, vận tốc truyền tín hiệu br ít nhất phải bằng n lần của fs: Tốc ñộ bít br ≥ n fs = 2n fm (bps) Thời gian cho một bít T Tần số của tín hiệu lớn nhất khi có dạng sóng vuông 101010......Trong trường hợp này mỗi chu kỳ của tín hiệu nhận ñược hai bít nên tần số cơ bản lớn nhất của sóng vuông biểu diễn số nhị phân bằng phân nửa tốc ñộ bít : fmax=1/2T = br/2 Vậy băng thông nhỏ nhất ñể thỏa ñường truyền này là: BW = br/2 = nfm Thí dụ: Xác ñịnh tần số xung lấy mẫu nhỏ nhất fs và băng thông tối thiểu BW ñể truyền tín hiệu tương tự có tần số 12 kHz bằng cách dùng số nhị phân 9 bít. (fs )min = 2fm = 24 kHz

Tốc ñộ bít br = 2nfm = 2.9.12 = 216 kbps Băng thông nhỏ nhất (BW)min = br/2 = 216/2 = 108 kHz Qua thí dụ ta thấy ñể truyền tín hiệu tương tự 12 kHz băng thông cần là 108 kHz, khá lớn so với tần số tín hiệu cần truyền. Ðây là một khuyết ñiểm cần ñược khắc phục của phương pháp PCM. 9.2.3 Sai số (nhiễu) lượng tử (Quantizing error, noise) : Phần trên cho thấy dùng một số n bít ñể mã hóa tín hiệu tương tự thì ñược 2n mẫu biên ñộ của tín hiệu (nhưng chỉ có 2n -1 mức), khi n lớn thì số mẫu càng nhiều, khoảng cách 2 mức liên tiếp nhỏ lại. Tuy nhiên ta không thể nào chọn n = ∞ ñể khoảng cách này triệt tiêu, thậm chí cũng không ñược chọn n quá lớn ñể giảm khoảng cách mức vì sẽ ñưa tới băng thông của kênh truyền rất lớn, làm giảm số kênh truyền và ảnh hưởng rất nhiều ñến những ñặc tính khác của hệ thống mà hậu quả là giá thành sẽ lên rất cao. Nói cách khác n phải có giới hạn và sai số trong việc mã hóa là không thể tránh khỏi, ta gọi sai số này là sai số lượng tử, nếu gọi e là khoảng cách mức (hay khoảng cách lấy mẫu) thì sai số lượng tử lớn nhất là ± e/2. Có thể nói hệ thống PCM có tính miễn nhiễu rất tốt nhưng nhiễu lượng tử thì ñương nhiên hiện hữu nên khi nghiên cứu các hệ thống này ta không thể bỏ qua tác dụng của nó. Do tín hiệu tương tự trong nhiều trường hợp là loại lưỡng cực nên khi thực hiện mã hóa người ta dùng các số nhị phân với bit MSB là bit dấu (H 9.5.a) cho thấy sự tương quan giữa ñiện áp lấy mẫu va và mã nhị phân n bít tương ứng, giả sử va giới hạn trong khoảng –Vm ñến +Vm . Gọi Vp là ñiện áp ñỉnh-ñỉnh: Vp=2Vm (H 9.5.b) là một ví dụ cụ thể với Vm = 5,1 V và n = 8 Khoảng cách 2 mức ñiện áp là : Sai số lượng tử tương ứng là

e ± e/2 = ± 0,02 V

(H 9.5)

Lưu ý là trị 0 của tín hiệu nhận 2 mã có dấu + (80) và - (00), nhưng khoảng cách mức vẫn không ñổi (0,04V). a- Sai số tương ñối trong lượng tử hóa. b- Xác ñịnh n theo %q. a-/ Sai số tương ñối trong lượng tử hóa : Gọi q là sai số tương ñối của tín hiệu trong lượng tử hóa :

q Với va là ñiện áp của tín hiệu tương tự cần lấy mẫu. Tính q theo phần trăm % %q Ta thấy phần trăm sai số tương ñối tăng lên khi va nhỏ, ñiều này ñược minh họa ở (H 9.6)

(H 9.6)

b-/ Xác ñịnh n theo %q : Từ biểu thức trên, với một giá trị %q ñịnh trước người ta có thể chọn n tối thiểu cần thiết ñể thỏa mãn yêu cầu về sai số.

n = 3,32log|(100/%q)(Vm/|va|)+1| Ví dụ Tính giá trị n cần thiết ñể %q ≤ 10% khi va = 5% trị cực ñại Vm n ≥ 3,32 log (100/10)(1/0,05) + 1 = 7,65

Ta chọn n = 8 9.2.4 Tỉ số tín hiệu nhiễu SNR : Tín hiệu trước khi lấy mẫu là tín hiệu tương tự, xác ñịnh bởi trị hiệu dụng (RMS), như vậy ñể xác ñịnh ñược tỉ số SNR trước nhất ta hãy tính trị hiệu dụng của sai số lượng tử (tức eRMS của nhiễu). Xét trường hợp ñơn giản tín hiệu tương tự là một ñường thẳng, tín hiệu lấy mẫu (cũng là tín hiệu ra ở máy thu) có dạng nấc thang và do ñó dạng sóng của thành phần sai số là tín hiệu răng cưa (H 9.7b)

(a) (H 9.7) (b) Trong khoảng (-T/2,T/2) thành phần sai số lượng tử có dạng ñường thẳng qua gốc tọa ñộ với ñộ dốc nên phương trình của sai số là:

và trị hiệu dụng của sai số là : eRMS =

eRMS = Thí dụ : Nếu dùng số nhị phân n = 5 bít ñể mã hóa tên hiệu biên ñộ ñỉnh-ñỉnh là Vp = 5V. Xác ñịnh trị hiệu dụng của nhiễu eRMS và SNR trong hai trường hợp va = 2,5V và va = 1V - Với va = 2,5V eRMS =

SNR = 2,5/0,0451 = 55,4 = 34,3 dB - Với va = 1V ta ñược SNR = 22,17 hay 26,9 dB. Như vậy, tỉ số SNR càng nhỏ khi giá trị của tín hiệu càng nhỏ. 9.2.5 Sự nén - giãn (Compressing & Expanding, vt Companding): Việc mã hóa mà ta bàn ở trên dựa trên cơ sở quan hệ giữa ñiện áp và giá trị mã hóa là quan hệ ñường thẳng trong ñó sự gia tăng các mức là không ñổi, ta gọi hình thức mã hóa này là PCM tuyến tính. Ðiểm bất lợi của phương pháp này là sai số như nhau với mọi ñiện áp tín hiệu nên kết quả là với các tín hiệu có biên ñộ nhỏ thì SNR cũng nhỏ, nói cách khác nhiễu trở nên rất ñáng kể khi tín hiệu có giá trị nhỏ. Ðể khắc phục khuyết ñiểm này, người ta dùng phương pháp mã hóa theo ñường cong, cụ thể là dạng logarit, ta gọi là PCM logarit, trong cách mã hóa này tín hiệu có giá trị nhỏ ñược mã hóa với khoảng cách mức nhỏ hơn và tín hiệu có giá trị gần với trị cực ñại ñược mã hóa với khoảng cách mức lớn hơn, ñường cong mã hóa có ñộ dốc cao ở phần ñầu và bị nén lại ở phần cuối. Ðây là một quá trình nén ở máy phát và dĩ nhiên một quá trình ngược lại ñược thực hiện ở máy thu ñể phục hồi tín hiệu, gọi là quá trình giãn. Kết quả của sự nén này cho tỉ số SNR như nhau với mọi tín hiệu vào. Có hai luật nén khác nhau áp dụng ở hai vùng lục ñịa : - Luật µ-255 , sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ, mối quan hệ ñiện áp vào Vin và mã (ñiện áp ra Vout) có dạng :

Trong ñó µ = 2n - 1 ; với n = 8 ta ñược µ = 255. (H 9.8.a) cho ñường cong mã hóa theo luật µ-255 (vẽ theo trị chuẩn hóa của Vin và Vout)

(a) luật µ-255

(b) luật A-87,6 (H 9.8) - Luật A-87,6 ñược sử dụng rộng rãi ở Âu châu, mối quan hệ giữa ñiện áp và mã có dạng : - Khi Vin > 1/A

- Khi 0<Vin < 1/A

Vout =

Với A = 87,6 Có một số ñiểm giống và khác nhau giữa hai luật nói trên mà ta cần lưu ý: - Trong cả hai luật các bít ñầu tiên của mã số ñều là bít dấu và có 2 mã cho trị 0. - Trong luật µ-255 , trừ bít dấu, các bit mã bị ñảo trước khi ñưa ra ñường truyền, ñiều này ñưa ñến kết quả là trong từ mã chứa số bit 1 nhiều hơn (do biên ñộ tín hiệu nằm trong vùng giá trị thấp thường xảy ra hơn), thuận tiện cho việc tạo ñồng bộ. Ðặc tuyến truyền qua ñiểm gốc theo phương nằm ngang, ñiều này khiến cho hệ thống tránh ñược nhiễu kênh trống, tức nhiễu xuất hiện ngay khi không có tín hiệu. - Trong luật A-87,6, 3 bít ngay sau bít dấu chỉ số của ñoạn thẳng mà giá trị ñiện áp rơi vào (mức của ñiện áp), 4 bít cuối chỉ vị trí cụ thể của ñiện áp trên ñoạn ñó. Ðặc tuyến truyền ñi qua ñiểm gốc theo phương thẳng ñứng, ñiều này ñưa ñến kết quả là có nhiễu kênh trống. 9.2.6 Lụât µ-255 trong thực tế : Trong thưc tế, việc mã hóa theo luật nén µ-255 ñược thực hiện như sau: Ðầu tiên, mỗi tín hiệu ñược lấy mẫu và mã hóa bởi số nhị phân 12 bít ñể có ñươc ñộ phân giải cao. Thay vì truyền ñi 12 bít này, người ta nén xuống còn 8 bít. Dĩ nhiên trong sự nén này không thể không tạo ra sai số và sai số càng ít ñối với tín hiệu càng nhỏ thì yêu cầu xem như ñã ñạt ñược. Trong khi nén từ 12 xuống 8 bít thì bít dấu (MSB) không thay ñổi, 11 bít còn lại ñược chia thành 8 ñoạn, mỗi ñoạn ñược biểu diễn bởi một số 3 bit (gọi là mã ñoạn) và xác ñịnh bằng cách lấy 7 trừ cho số số 0 ñầu tiên của mã 11 bít.

Thí dụ: mã 12 bít là s00001101010 mã ñoạn là 7 - 4 = 3 = 011 Bít 1 ñầu tiên sau các bít 0 sẽ không ñược phát ñi, 4 bít theo sau ngay bít 1 này ñược phát ñi trọn vẹn và ñó là các bít cuối cùng của mã 8 bít, tất cả các bít còn lại sẽ bị bỏ ñi. Ở máy thu khi nhận ñược mã 8 bít, việc ñầu tiên là phục hồi lại mã 12 bít trước khi giải mã Thí dụ: mã 8 bít nhận ñược là s011 1010 lấy 7 - 3 = 4, vậy sau bít dấu là 4 bít 0, tiếp theo là bít 1 và 4 bít nguyên mẫu mã 12 bít sẽ là s0000 1 1010 xx Trong trường hơp này máy thu không có thông tin nào về 2 bít cuối cùng (thay ñổi từ 00 ñến 11). Ðể bảo ñảm sai số là nhỏ nhất, ở máy thu người ta thay thế 2 bit này bởi 2 bit 10, như vậy trong thí dụ trên mã 12 bít phục hồi ở máy thu sẽ là s00001101010. Nguyên tắc này cũng ñược sử dụng cho trường hợp số bit bị mất thông tin nhiều hơn 2, nghĩa là các bit thay thế luôn luôn gồm một bit 1 và các bit 0 theo sau sao cho ñủ 12 bit. Sai số tuyệt ñối do sự nén tùy thuộc mã của ñoạn ñược phát ñi. Ðoạn tương ứng với giá trị cao của tín hiệu có sai số tuyệt ñối càng lớn. Bảng 9.1 cho thấy mã 12 bít ban ñầu, mã 8 bít tương ứng và mã 12 bít phục hồi cùng các ñoạn tương ứng. Bảng 9.1 ñoạn mã 12 bít ban ñầu 0 s0000000abcd 1 s0000001abcd s000001abcdx 2 3 s00001abcdxx 4 s0001abcdxxx s001abcdxxxx 5 6 s01abcdxxxxx 7 s1abcdxxxxxx

mã 8 bít nén s000abcd s001abcd s010abcd s011abcd s100abcd s101abcd s110abcd s111abcd

mã 12 bít phục hồi s0000000abcd s0000001abcd s000001abcd1 s00001abcd10 s0001abcd100 s001abcd1000 s01abcd10000 s1abcd100000

Trong bảng 9.1 abcd là các bít ñươc giữ nguyên ñể phát ñi , các bít x là các bít mất ñi trong quá trình nén (ñoạn 0 ñược thực hiện một cách ngoại lệ). Lưu ý là ñoạn 0 và 1 ñược phục hồi không có sai số trong khi ñoạn 7 chỉ có 6 bít MSB là ñược phục hồi chính xác. Bỏ qua bít dấu 11 bít còn lại tạo ra 211 = 2048 tổ hợp. Hai ñoạn 0 và 1 mỗi ñoạn ứng với 16 tổ hợüp khác nhau tùy thuộc giá trị cụ thể của a,b,c,d. Ở ñoạn 2, 5 bít cuối abcd và x cho 32 tổ hợp khác nhau, tuy nhiên trong quá trình nén 32 tổ hợp này chỉ cho 16 mức tương ứng, diễn tả bởi abcd và 1, ta nói 32 mức ñã ñược nén thành 16. Tương tự, ñoạn 3 ñã nén 64 mức xuống còn 16,... và ñoạn 7 ñã nén 1024 mức xuống còn 16 mức. giản ñồ nén theo phương pháp trên ñược minh họa ở (H 9.9), giản ñồ này rất gần với giản ñồ lý thuyết của luật µ-255. Kết quả của phương pháp nén cho thấy các tín hiệu nhỏ (trường hợp thưòng xảy ra) có thể ñược mã hóa bởi một chuỗi liên tục các số 0, ñiều này khiến cho sự ñồng bộ ở máy

thu gặp khó khăn, vì lý do này mà người ta ñã ñảo các bít, trừ bít dấu, trước khi phát ñi, như ñã thấy trên giản ñồ (lý thuyết) của luật µ-255.

(H 9.9) Qua phương pháp nén thực tế ta thấy sai số gia tăng theo ñộ lớn của tín hiệu nhưng phần trăm sai số thì như nhau cho các ñoạn. Công thức dưới ñây ñược dùng ñể tính phần trăm sai số: [ mức phát - mức thu ] %sai số = --------------------------------100 mức thu Phần trăm sai số cực ñại ứng với các số nhỏ nhất trong một ñoạn. Thí dụ Ðối với ñoạn 3: Phát s00001000000 Thu s00001000010 % sai số = 3,03% = Ðối với ñoạn 7: Phát s10000000000 Thu s10000100000 % sai số =

= 3,03%

9.3 ÐIỀU CHẾ VI PHÂN VÀ DELTA: Trong truyền thông delta có hiệu qua cao ñôi khi người ta chỉ truyền ñi thông tin ñặc trưng cho sự thay ñổi của tín hiệu thay vì bản thân tín hiệu ñó. Ở máy thu sẽ dựa vào sự thay ñổi này ñể khôi phục lại tín hiệu ban ñầu. Ðây là cơ sở của phương pháp ñiều chế vi phân và Delta.

Phương pháp này chứng tỏ có hiệu quả thực sự cao khi tín hiệu truyền có ít sự thay ñổi, ví dụ tín hiệu Video là loại tín hiệu chứa nhiều thông tin lặp lại. Thực tế cho thấy dùng ñiều chế Delta cho tín hiệu âm thanh ñã giảm ñược tốc ñộ bít ñến 50%. Các yêu cầu về ñồng bộ giữa thiết bị thu và phát trong ñiều chế Delta ít hơn ở PCM, nhưng việc ghép kênh khó khăn hơn do băng thông của ñiều chế Delta khá rộng. 9.3.1 Ðiều chế Delta. 9.3.2 Diều chế PCM vi phân. 9.3.1 Ðiều chế Delta : Việc truyền sự thay ñổi của tín hiệu có thể thực hiện ñơn giản bằng cách so sánh biên ñộ tín hiệu mới lấy mẫu với biên ñộ của tín hiệu trước ñó, phát kết quả so sánh, gọi là tín hiệu vi phân (gồm các bít 1 hoặc 0) tới nơi thu. Bộ giải mã thu nhận sự thay ñổi này và có thể cộng liên tiếp các tín hiệu vi phân (tức là lấy tích phân) ñể phục hồi tín hiệu ñã phát. (H 9.10) minh họa một hệ thống ñiều chế Delta. - Máy phát : Một OPAMP so sánh hai tín hiệu vào S(t), là tín hiệu cần truyền và S'(t), là tín hiệu trể, ñể tạo ra tín hiệu vi phân , tín hiệu này sau khi ñược làm trể một chu kỳ ñồng hồ bởi một FFD, ta ñược tín hiệu e(t), ñây là tín hiệu truyền tới nơi thu. e(t) có giá trị dương khi S(t) > S'(t) và âm khi ngược lại. - Máy thu : Tín hiệu e(t) nhận ñược sẽ qua một mạch tích phân ñể phục hồi S(t). (H 8.9.b) chỉ dạng các tín hiệu.

(a)

(b) (H 9.10)

9.3.1.1 9.3.1.2 9.3.1.3 9.3.1.4

Nhiễu lượng tử. Quá tải ñộ dốc. Băng thông. Ðiều chế Delta có ñộ dốc biến ñổi.

9.3.1.1 Nhiễu lượng tử : Quan sát dạng sóng (H 9.10b) ta thấy khi tín hiệu vào S(t) không ñổi, tín hiệu S'(t) có giá trị thay ñổi trên hoặc dưới S(t) và e(t) dao ñộng giữa mức dương và âm. Sự sai biệt này

giữa hai tín hiêụ là nhiễu lượng tử. Thành phần nhiễu này có thể giảm bớt nếu ta giảm chiều dài bước h (step size) và thu nhỏ chu kỳ xung ñồng hồ Ts. Tuy nhiên ñiều này sẽ ảnh hưởng ñến băng thông của tín hiệu. 9.3.1.2 Quá tải ñộ dốc (Slope - overload) : Nếu tín hiệu vào S(t) ở máy phát biến ñổi quá nhanh, S’(t) không theo kịp sự biến ñổi này và việc mã hóa không còn ñúng, kết quả là tín hiệu phục hồi ở máy thu bị biến dạng. Ta gọi ñây là biến dạng do quá tải ñộ dốc (ñoạn cuối (H 9.10b)). Ðộ dốc của tín hiệu ra từ mạch tích phân là h/Ts. Thành phần tần số cao nhất của tín hiệu vào phải ñược giới hạn ñể ñộ dốc cực ñại của tín hiệu không vượt quá giá trị này, ñó là ñiều kiện ñể tránh quá tải ñộ dốc. Lấy ví dụ tín hiệu vào là sóng sin : Ðộ dốc của S(t) là ñạo hàm dS(t)/dt :

S(t) = Vm sin(2πfint) = 2 π Vmfin cos(2πfint)

Ðộ dốc cực ñại khi t = 0 và bằng

= 2π Vmfin

≤

Ðể tránh quá tải ñộ dốc, phải có : 2π Vmfin ≤ hfs Hay fin

9.3.1.3 Băng thông : Từ (H 9.10b) ta thấy tần số lớn nhất của tín hiệu e(t) trên ñường truyền là fs/2 do ñó băng thông tối thiểu của ñường truyền là BW ≈

≥

Biểu thức cho ta xác ñịnh băng thông tối thiểu của hệ thống ñể tránh ñược biến dạng do quá tải ñộ dốc. Giá trị băng thông tùy thuộc Vm/h. Như nói trên ñể giảm nhiễu ta có thể giảm h, nhưng như vậy băng thông sẽ lớn. Thí dụ lấy giá trị cụ thể của h là 5% Vm thì Vm/h = 20 và BW = 63 fin . Kết quả cho ta thấy băng thông của ñường truyền lớn như thế nào. Ðể phát sóng sin 12 kHz dùng PCM 9 bít cần băng thông 108 kHz. Ta thử tính băng thông trong trường hợp dùng ñiều chế Delta.

9 bít PCM cung cấp một bước ñiện áp giữa các mã kề nhau là 2Vm /511. Nếu chọn h bằng giá trị này ta tính ñược : BW = π( 511/2) 12 kHz = 9,65 MHz ≥ fs = 2BW = 19,3 MHz 9.3.1.4 Ðiều chế Delta có ñộ dốc biến ñổi : Ðể tránh hiện tượng quá tải ñộ dốc, ngưới ta dùng cách ñiều chế Delta có ñộ dốc biến ñổi (Variable Slope Delta Modulation, VSDM) . Trong VSDM ñộ dốc của tín hiệu ở ngã ra mạch tích phân S'(t) thay ñổi theo ñộ dốc của tín hiệu vào, như vậy sẽ tránh ñược biến dạng khi tín hiệu vào thay ñổi quá nhanh. Nguyên lý của ñiều chế VSDM là dùng sự biến ñổi của ñộ dốc của tín hiệu vào ñể ñiều khiển hệ số của mạch tích phân, nếu ñộ dốc của tín hiệu vào tiếp tục tăng hay giảm, hệ số của mạch tích phân tăng hay giảm theo ñể làm thay ñổi chiều dài bước của xung lấy mẫu, chiều dài bước sẽ lớn khi tín hiệu vào biến ñổi nhanh và nhỏ khi sự biến ñổi này chậm. (H 9.11) mô tả một hệ thống thu phát dùng kỹ thuật VSDM. - Máy phát : Tín hiệu ở ngã ra OPAMP ñược ñưa vào một bộ ghi dịch 3 bít, gồm 3 FFD, các tín hiệu ra ở các FF này lần lượt là e(t), e(t + Ts) và e(t + 2Ts) và các ñảo của nó ñược ñưa vào bộ phát hiện trùng lặp gồm các cổng AND và OR. Tín hiệu ở ngã ra bộ trùng lặp ñược dùng ñể ñiều khiển ñộ lợi một mạch khuếch ñại và ñộ lợi này làm thay ñổi hệ số của mạch tích phân. Cơ chế của sự ñiều khiển này như sau: Khi ñộ dốc của tín hiệu vào tiếp tục gia tăng (hoặc tiếp tục giảm) ở ngã ra các FFD xuất hiện các bít 1 hoặc 0, lúc ñó bộ trùng lặp nhận ñồng thời 3 bít 1 hoặc 3 bít 0, khiến ngã ra của nó lên 1, tín hiệu này ñược ñưa vào một mạch so sánh với một ñiện áp chuẩn ñể tạo tín hiệu ñiều khiển mạch khuếch ñại. - Máy thu : ở máy thu sự vận chuyển cũng tương tự như thế.

(a) Hệ thống phát

(b) Hệ thống thu (H 9.11)

(H 9.12) minh họa một dạng sóng của tín hiệu hình sin ở ngã vào , tín hiệu vi phân e(t) và tín hiệu tương ứng ở ngã ra bộ tích phân.

(H 9.12) Trên thị trường IC ñiều chế và giải ñiều chế biến ñổi ñộ dốc liên tục (Continuously Variable Slope Delta, CVSD ) MC 3417 của hảng MOTOROLA có cấu tạo như sơ ñồ (H 9.11) ñược sử dụng rộng rãi trong ñiện thoại. (H 9.13) là sơ ñồ chức năng của IC MC 3417.

(H 9.13) 9.3.2 Ðiều chế PCM vi phân ( Differential PCM, DPCM) : Ðiều mã xung vi phân DPCM là sự kết hợp hai phương pháp : ñiều chế Delta và ñiều mã xung. Tín hiệu vi phân e(t), có từ ñiều chế Delta, ñược phát ñi theo cách ñiều mã xung nghĩa là sẽ ñược mã hóa với 2m mức, trong ñó m là số bít của tín hiệu. Với cách ñiều chế này số bít cần thiết cho việc mã hóa sẽ giảm ñi rất nhiều nếu tín hiệu vào ít thay ñổi, ñiều này dẫn

ñến băng thông của kênh truyền sẽ giảm ñáng kể, tuy nhiên sự quá tải ñộ dốc vẫn là một vấn ñề nghiêm trọng cần phải ñược quan tâm. 9.4 2914 COMBO CHIP : Ðể phục vụ cho việc phát tín hiệu số, các IC CODEC ñã ra ñời. Có thể kể ra dưới ñây một số IC ñã có mặt trên thị trường: - 2910A và 2911A là các IC mã hóa và giải mã (Codec), khi sử dụng kết hợp với IC làm chức năng lọc 2912A. - 2913 (20 chân) và 2914 (24 chân) là các IC vừa thực hiện mã hóa, giải mã và cả chức năng lọc trong một chip, ñược gọi là combo chip. - 2916 và 2917 là thế hệ sau, có cùng chức năng như 2913 và 2914 nhưng có it chân hơn (16 chân). Sau ñây, chúng ta sẽ khảo sát một IC tiêu biểu: 2914. 9.4.1 Vận hành tổng quát. 9.4.2 Ðộ tin cậy của IC. 9.4.3 Chế ñộ giảm nguồn và chờ. 9.4.4 Chế ñộ vận tốc cố ñịnh. 9.4.5 Chế ñộ vận tốc thay ñổi. 9.4.6 Tín hiệu báo. 9.4.7 Vận hành bất ñồng bộ. 9.4.8 Vòng tương tự. 9.4.9 ðiện thế tham chiếu chính xác. 9.4.10 Mạch lọc phát. 9.4.11 Mạch khuếch ñại công suất. 9.4.1 Vận hành tổng quát : Các chức năng chính của 2914: - Lọc dải thông tín hiệu tương tự trước khi mã hóa và sau khi giải mã. - Mã hóa và giải mã tín hiệu âm thanh và tín hiệu của các cuộc gọi - Mã hóa và giải mã các thông tin báo hiệu và giám sát. - Thực hiện việc nén - giãn. (H 9.14 ) là sơ ñồ khối của 2914

(H 9.14) Bảng 9.2 VÀ 9.3 tóm tắt chức năng của các chân : Bảng 9.2 Ký hiệu Tên VBB Power (-5V) PWRO+,PWRO- Power Amplifier Output GSR Receive Gain control Power-down select CLKSEL Master clock freq. select LOOP Analog loopback SIGR Receive signaling bit DCLKR output Receive variable data DR ↓ rate FSR Receive PCM highway GRDD

Ký hiệu CLKR CLKX FSX DX

Tên Receive master clock Transmit master clock Transmit frame synch. Clock Transmit PCM output Timeslot strobe/ Buffer /DCLKX enable SIGX/ASEL Transmit variable data rate Transmit signaling bit input µ- or A-law select GRDA Analog ground VFXI+

VCC

Bảng 9.3 Ký hiêu VBB PWRO+ PWROGSR CLKSEL

LOOP SIGR DCLKR

DR FSR

GRDD CLKR CLKX FSX DX

input VFXIReceive frame synch. GSX Clock Digital Ground Power (+5V)

Noninverting analog input Inverting analog input Transmit gain control

Chức năng Nguồn -5V ±5% Ngã ra không ñảo của mạch khuếch ñại CS thu. Có thể thúc biến áp hỗn hợp hoặc trực tiếp cho tải có tổng trở cao (ñơn hay vi sai) Ngã ra ñảo của mạch khuếch ñại CS thu. Chức năng giống và bổ túc cho PWRO+ Ngã vào dùng ñiều chỉnh ñộ lợi mạch CS thu. Mức tín hiệu phát có thể ñược ñiều chỉnh trên dải rộng 12 dB tùy vào ñiện thế ở chân GSR Chọn giảm thế nguồn. Mức cao: 2914 ở trạng thái tác ñộng- Mức thấp: Giảm thế nguồn Chọn tần số xung ñồng hồ thu phát chính: CLKSEL = VBB . . . . . . . 2,048 MHz CLKSEL = GRDD . . . . .1,544 MHz CLKSEL = VCC . . . . . . . 1,536 MHz Vòng tương tự. Mức TTL cao: PWRO+ nối (bên trong) VFXI+, GSR nối với PWRO-, và VFXI- với GSX. Một tín hiệu số 0 dBm ở ngã vào DR sẽ cho ra t.h. số +3dBm ở DX Bit báo hiệu ra từ máy thu. Ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh, SIGR xuất trạng thái logic của bit thứ 8 (LSB) của từ mã PCM của khung báo hiệu mới nhất. Chọn chế ñộ vận tốc cố ñịnh hay vận tốc thay ñổi ñể hoạt ñộng: DCLKR = VBB: Chế ñộ vận tốc cố ñịnh DCLKR không nối với VBB : Chế ñộ vận tốc thay ñổi, chân này là ngã vào của xung ñồng hồ từ 64 KHz tới 2.048MHz (mức TTL). Ngã vào PCM. Dữ liệu nhận vào từ chân này ứng với cạnh xuống của 8 xung ñồng hồ liên tiếp. CLKR ở chế ñộ vt cố ñịnh và DCLKR ở chế ñộ vt thay ñổi Ngã vào xung ñồng bộ khung, 8 KHz/ Chốt khe thời gian, phần thu. Trong chế ñộ vận tốc cố ñịnh chân này xác ñịnh khung loại báo hiệu hay không. Trong chế ñộ vận tốc thay ñổi, chân này phải ñược giữ ở mức cao trong suốt thời gian của từ mã PCM (8 bit). Phần thu sẽ ñi vào chế ñộ chờ khi chân này ở mức thấp trong khoảng thời gian 300ms Mass số cho tất cả mạch logic bên trong. Không nối với GRDA Xung ñồng hồ thu chính và vận tốc bit ở chế ñộ vt cố ñịnh; là xung ñồng hồ thu chính ở chế ñộ vận tốc thay ñổi Xung ñồng hồ phát chính và vận tốc bit ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh; là xung ñồng hồ phát chính ở chế ñộ vận tốc thay ñổi

/DCLKX

Ngã vào xung ñồng bộ khung, 8 KHz/ Chốt khe thời gian, phần phát. Hoạt ñộng ñộc lập nhưng theo một cách giống như FSR Ngã ra PCM. Dữ liệu xuất ra từ chân này ứng với cạnh lên của 8 xung ñồng hồ liên tiếp. CLKX ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh và DCLKX ở chế ñộ vận tốc SIGX/ASEL thay ñổi Ngã ra: chốt khe thời gian phần phát. Ngã vào: ñồng hồ vận tốc bit phần phát. Ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh, là ngã GRDA vào ñiều khiển ñệm 3 trạng thái. Ở chế ñộ vận tốc thay ñổi, là ngã vào xung VFXI+ ñồng hồ mức TTL cho phép IC hoạt ñộng với vận tốc bit từ 64 Kbps tới VFXI2048 Kbps GSX Chân có 2 chức năng. Khi nối với VBB, cho phép chọn luật nén A-87,6. Khi không nối với VBB chân này là ngã vào cho bit báo hiệu có mức TTL. Tín VCC hiệu này thay thế cho bit LSB của từ mã của các khung báo hiệu. Mass chung cho các mạch tương tự Ngã vào không ñảo của tín hiệu tương tự Ngã vào ñảo của tín hiệu tương tự Ngã vào tín hiệu âm thanh của mạch lọc phát. Nhận tín hiệu từ ngã ra mạch OPAMP khuếch ñại ñầu vào. Nguồn +5V ±5% 9.4.2 Ðộ tin cậy của IC : Khi tất cả mạch ñồng hồ và nguồn ñều ñược nối vào, Combo chip 2914 ñược cấp nguồn bằng cách cung cấp xung cho ngã vào ñồng bộ khung phát (FSX) và/hoặc ngã vào ) mức TTL cao. ñồng bộ khung thu (FSR), ñồng thời áp vào chân Power Down Select ( 2914 có một reset nội khi ñược cấp nguồn (khi có sự gián ñoạn và VBB hoặc VCC ñược nối trở lại). Ðiều này bảo ñảm tín hiệu số ra có hiệu lực và do ñó duy trì sự hội nhập xa lộ PCM của IC. ) ñược giữ Ở phần phát, ngã ra dữ liệu PCM (DX) và Transmit Timeslot Strobe ( ở trạng thái tổng trở cao trong khoảng thời gian của 4 khung (500µs) sau khi ñược cấp nguồn. Sau thời gian trể này Combo chip ñi vào chế ñộ vận hành, các tín hiệu DX,( ), và tín hiệu báo (signaling) ñược ñịnh vị ở các khe thời gian riêng. Nhờ mạch auto-zeroing ở phần phát mạch tương tự cần khoảng 60ms ñể ñạt trạng thái cân bằng. Như vậy, những thông tin báo hiệu như on/off hook gần như có hiệu lực tức thời trong khi tín hiệu tương tự sẽ chỉ có hiệu lực sau 60ms. Ở phần thu, chân Signaling Bit Output (SIGR) cũng ñược giữ ở mức thấp (inactive) khoảng 500µs sau khi cấp nguồn và giữ trạng thái không tác ñộng này cho ñến lúc ñược cập nhật bởi việc nhận khung báo hiệu (signaling frame) Ðể tăng ñộ tin cậy của hệ thống, chân ( ) và DX ñược ñưa lên trạng thái tổng trở cao và chân SIGR giữ mức thấp khoảng 30µs sau một sự gián ñoạn của xung ñồng hồ chính (CLKX). Sự gián ñoạn có thể do ñiều kiện lỗi nào ñó. 9.4.3 Chế ñộ giảm nguồn và chờ :

Ðể tiết kiệm năng lượng tiêu thụ xuống tới mức tối thiểu (5 mW), hai chế ñộ giảm nguồn ñược áp dụng cho 2914, trong ñó hầu hết các chức năng của nó ñều không ñược phép. Ở chế ñộ này chỉ các mạch ñồng hồ và ñệm ñồng bộ khung là ñược cấp nguồn (ở ñiều kiện Enable). Chế ñộ giảm nguồn ñược thực hiện bằng cách ñặt mức TTL thấp vào chân . Chế ñộ chờ ñược thực hiện cho phần phát và thu một cách riêng rẽ bằng cách ñưa chân FSX hay FSR xuống thấp trong khoảng thời gian 300ms. Khi cả phần thu và phát ñều ở chế ñộ chờ thì công suất tiêu thụ khoảng 12 mW. 9.4.4 Chế ñộ vận tốc cố ñịnh : Chế ñộ vận tốc cố ñịnh xảy ra khi nối DCLKR với VBB, lúc này, các mạch ñồng hồ thu phát chính thực hiện các chức năng: - Cung cấp xung ñồng hồ chính cho mạch lọc. - Cung cấp xung ñồng hồ chính cho mạch ñổi tương tự - số và ngược lại. - Xác ñịnh vận tốc bit vào ra giữa codec và xa lộ PCM. Trong chế ñộ vận tốc cố ñịnh, vận tốc bit thu phát bằng với tần số xung ñồng hồ và có một trong các giá trị 1,536, 1,544, hay 2,048 Mbps. Xung ñồng bộ thu phát (FSX và FSR) là 8 KHz dùng xác ñịnh tần số lấy mẫu và ñộ rộng của nó cho phép phân biệt khung có tín hiệu báo và khung không tín hiệu báo, xung có ñộ rộng 1 bit dùng cho các khung không có tín hiệu báo và xung có ñộ rộng 2 bit dùng cho các khung có tín hiệu báo. Ngã ra timeslot strobe buffer enable ( ) ñược dùng ñể ñưa từ mã PCM lên xa lộ PCM khi một mạch ñệm bên ngoài ñược dùng ñể thúc ñường này.Ā cũng ñược dùng như một xung cổng bên ngoài cho mạch ña hợp thời gian (H 9.15). Dữ liệu phát ra trên xa lộ PCM từ ngã ra DX ứng với 8 cạnh lên ( ) ñầu tiên của xung ñồng hồ CLKX theo sau cạnh lên của FSX.

(H 9.15a)

(H 9.15 b)

(H 9 .16 a)

(H9.16 b) Tương tự, ở phần thu, dữ liệu ñược thu từ xa lộ PCM vào ngã DR ứng với 8 cạnh xuống ñầu tiên của xung ñồng hồ CLKR. Các xung ñồng hồ CLKX và CLKR ñược chọn bởi chân CLKSEL và có thể có các giá trị 1,536; 1,544 hay 2,048 MHz. Khi sử dụng nhiều kênh (mỗi IC sử dụng cho một kênh), tín hiệu FSX và FSR phải thực hiện sự ñồng bộ giữa các IC và hệ thống ñể bảo ñảm rằng chỉ có một IC ñang phát hay thu ở một thời ñiểm. (H 9.15) là sơ ñồ khối và giản ñồ thời gian cho hệ thống gồm có một kênh PCM dùng 2914 ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh và hoạt ñộng với tần số ñồng hồ chính là 1,536 MHz. Trong chế ñộ này, dữ liệu ñược truyền dưới dạng các xung ngắn (burst mode). Với một kênh duy nhất xa lộ PCM chỉ tác ñộng trong khoảng 1/24 thời gian khung. Từ (H 9.15) có thể có các nhận xét sau ñây: - Vận tốc bit ra/vào bằng tần số xung ñồng hồ chính 1,536 Mbps. - Tín hiệu vào/ra codec là 64 kbps (=1.536KHz/24) PCM . - Chân DX và DR chỉ tác ñộng trong khoảng 1/24 thời gian khung (125 µs). (H 9.16) là sơ ñồ khối và giản ñồ thời gian cho 24 kênh PCM - TDM vận hành với xung ñồng hồ chính là 1,536 MHz. 9.4.5 Chế ñộ vận tốc thay ñổi : Chế ñộ này cho phép vận tốc dữ liệu vào /ra thay ñổi ñược. Các xung ñồng hồ chính vẫn có các giá triü 1,536; 1,544 hay 2,048 MHz , ñược dùng cho mạch lọc và các mạch biến ñổi tương-tự-số, số-tương tự. Tuy nhiên, vận tốc tín hiệu thu/phát trên xa lộ PCM tùy vào DCLKX và DCLKR. Khi FSX ở mức cao, dữ liệu phát ra trên xa lộ PCM từ ngã ra DX ứng với 8 cạnh lên ( ) ñầu tiên của xung ñồng hồ DCLKX. Tương tự, khi FSR ở mức cao, dữ liệu trên xa lộ PCM vào chân DR ứng với 8 cạnh xuống ñầu tiên của xung ñồng hồ DCLKR. Chế ñộ hoạt ñộng này còn ñược gọi là chế ñộ ghi dịch (Shift register mode). Trên phần phát, từ PCM cuối cùng ñược lặp lại trong các khe thời gian thừa trong khung thời gian 125µs cho ñến khi chân DCLKX ñược cấp xung và FSX lên mức cao. Ðiều này cho phép từ PCM ñược phát ra trên xa lộ nhiều hơn một lần cho mỗi khung. Tín hiệu báo không cần thiết trong chế ñộ hoạt ñộng này vì nó không cung cấp phương tiện ñể nhận dạng khung báo hiệu. (H 9.17) là sơ ñồ khối và giản ñồ thời gian cho hệ thống gồm 2 kênh PCM -TDM dùng 2914 ở chế ñộ vận tốc thay ñổi và hoạt ñộng với tần số ñồng hồ chính là 1,536 MHz, tần số lấy mẫu 8 kHz và vận tốc dữ liệu thu/phát là 128 kbps. Với tần số lấy mẫu 8 kHz, thời gian khung là 125µs. Mỗi từ PCM 8 bit của mỗi kênh ñược phát hay thu trong mỗi 125µs. Cho 16 bit xảy ra trong 125µs, cần ñồng hồ phát thu có tần số 128 kHz

Tín hiệu cho phép phát /thu (FSX và FSR) cho mỗi codec tác ñộng trong mỗi nửa thời gian khung. Do ñó, ñể hai IC thay phiên làm việc, tín hiệu FSX và FSR có tần số 8 kHz với chu kỳ thao tác là 50% cấp thẳng cho một IC và lệch pha 180° cho IC kia. Ðể mở rộng hệ thống lên 4 kênh, chỉ cần tăng tần số xung ñồng hồ lên 256 kHz và tín hiệu FSX và FSR vẫn có tần số 8 kHz nhưng chu kỳ thao tác là 25%.

(H 9.17a)

(H9.17 b)

9.4.6 Tín hiệu báo (signaling) :

Tín hiệu báo chỉ ñược thực hiện ở chế ñộ vận tốc cố ñịnh (DCLKR=VBB). Các khung báo hiệu của phần thu và phát ñộc lập với nhau và ñược nhận diện bởi tín hiệu ñồng bộ khung có ñộ rộng tăng gấp ñôi so với tín hiệu ñồng bộ của các khung thường. Trong thời gian của một khung báo hiệu ở phần phát, IC mã hóa tín hiệu tương tự tới và bit LSB của từ mã PCM ñược thay thế bởi tín hiệu trên chân SIGX. Tương tự, ñối với khung báo hiệu ở phần thu IC sẽ chỉ giải mã 7 bit cao, bit LSB sẽ xuất ra chân SIGR và giữ ở ñó cho ñến khi khung báo khác tới. 9.4.7 Vận hành bất ñồng bộ : 2914 có thể vận hành theo phương thức ñồng bộ và bất ñồng bộ trong cả hai chế ñộ vận tốc cố ñịnh và vận tốc thay ñổi. Theo phương thức bất ñồng bộ, xung ñồng hồ thu phát ñược cấp từ các nguồn riêng biệt. Và ñể phần thu phát có thể hoạt ñộng hoàn toàn ñộc lập với nhau, trong 2914 có các mạch biến ñổi số-tương tự và các nguồn tham chiếu riêng cho phần phát và thu. Trong cả hai phương thức vận hành, các tín hiệu ñồng hồ chính, ñồng hồ vận tốc bit và chốt khe thời gian phải ñược ñồng bộ ở ñầu mỗi khung. Trong chế ñộ vận tốc thay ñổi, CLKX và DCLKX phải ñược ñồng bộ ở mỗi khung nhưng có thể có tần số khác nhau. Phần thu hoạt ñộng tương tự và ñộc lập với phần phát. 9.4.8 Vòng tương tự (analog loopback) : Một ñặc trưng của 2914 là có khả năng thực hiện vòng tương tự bên trong IC cho phép người sử dụng gửi một tín hiệu kiểm tra vào mạch và nhận tín hiệu ở ngã ra. (H 9.18) cho thấy cách nối ñể thực hiện vòng tương tự : ngã ra PWRO+ nối vào ngã VFXI+, GSR nối với PWRO- và VFXI- nối với GSX. Với mạch này người sử dụng có thể thực hiện việc thử mạch ñường dây từ xa bằng cách so sánh tín hiệu số ñưa vào phần thu (DR) với tín hiệu số tạo ra ở phần phát (DX). Một tín hiệu số 0 dBm ñưa vào ngã DR sẽ nhận ñược ở ngã ra DX một tín hiệu có giá trị +3 dBm.

(H 9.18) 9.4.9 Ðiện thế tham chiếu chính xác : 2914 có mạch tạo ñiện thế tham chiếu bên trong riêng cho phần phát và thu và ñược ñiều chỉnh trước khi xuất xưởng. Các trị tham chiếu này xác ñịnh ñộ lợi và ñặc tính của IC. Do thực hiện bên trong IC nên nó có ñộ chính xác rất cao.

9.4.10 Mạch lọc phát (transmit filter) : Ngã vào phần phát là một OP-AMP có ñộ lợi ñiện thế vòng hở là 5000 và ñộ lợi ñơn vị cho băng thông 1 MHz , mạch này cho phép ñiều chỉnh ñược ñộ lợi của dải thông bằng cách thay ñổi R1 hoặc R2 (H 9.19)

(H 9.19) Ðể bảo ñảm chất lượng tín hiệu của hệ thống, trong IC có các mạch lọc phát dùng tụ khóa (switched capacitor) sau ñây: - Một mạch lọc hạ thông với ñộ suy giảm 35 dB ở tần số lấy mẫu. - Một mạch lọc dải thông có ñặc tuyến phẳng phù hợp với dải tần của kênh D của AT&T và chuẩn CCITT - Một mạch lọc thượng thông có ñặc tuyến dốc ñứng ở 200 Hz ñể loại bỏ tần số 50 Hz (60Hz) của ñường dây ñiện và các nhiễu có tấn số thấp khác. 9.4.11 Mạch khuếch ñại công suất thu : 2914 có một mạch khuếch ñại công suất cân bằng có thể cho hai ngã ra riêng biệt ñể dùng cho chế ñộ vi sai hoặc chế ñộ ñơn. Ðiện trở tải cho chế ñộ ñơn là 300Ω và cho chế ñộ vi sai là 600Ω . Công suất tín hiệu thu ñược ñiều chỉnh bởi ñiện áp chân GSR. Khi nối GSR với PWRO- công suất ra tối ña và khi nối với PWRO+ công suất ra tối thiểu. Công suất thay ñổi từ 0 dB ñến -12 dB khi ñiều chỉnh GSR giữa PWRO+ và PWRO-. Mạch (H 9.20) cho thấy cách thiết lập ñộ lợi mạch ở chế ñộ vi sai.

(H 9.20) Trong (H 9.20) các giá trị ñiện áp ở các chân: V0+ ở PWRO+ V0- ở PWRO-

Vo = (Vo+) - (Vo-) R1 và R2 là các ñiện trở ñiều chỉnh ñộ lợi có mối giữa nối với GSR, ñược chọn thỏa ñiều kiện: R1 và R2 >10 kΩ và R1 // R2 <100kΩ. Ðộ lợi A của mạch khuếch ñại công suất:

Trong thiết kế, giá trị R1 và R2 xác ñịnh từ biểu thức của A:

Thí dụ: - Nếu A = 1 (công suất ra tối ña), thì R1/R2 = ∞ hay V(GSR) = V0- (GSR nối với PWRO-) - Nếu A=1/2 thì R1/R2 = 2 - Nếu A=1/4 (Công suất ra tối thiểu), thì R1/R2 = 0 hay V(GSR) = V0+ (GSR nối với PWRO+) Ðể mạch vận hành với chế ñộ ngã ra ñơn và ñộ lợi ñơn vị, chỉ cần nối chân PWROvới chân GSR và lấy tín hiệu ra ở PWRO+. Trên ñây, chỉ ñiểm sơ lược một số tính năng của IC, còn rất nhiều ñặc tính khác mà trong giới hạn của giáo trình không ñề cập tới, ñộc giả có thể tham khảo thêm trong Data book của hãng INTEL.

PHỤ LỤC

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT

ACIA: Asynchronous Communication Interface Adapter 4.5 ADC: Analog to Digital Conerter 1.9 ADCCP: Advance Data Communication Control Procedure 6.7 AM: Amplitude Modulation 2.9 AMI: Alternate Mark Inversion 2.6 ANSI: American National Standard Institute 6.7 ASCII: American Standard Code for Information Interchang 1.3 ASK: Amplitude Shift Keying 2.9 ATM: Asynchronous Time Division Multiplexing 8.15

BCC: Block Check Character 3.7 BCP: Byte Control Protocol 6.3 BOP: Bit Oriented Protocol 6.3 BPSK: Binary Phase Shift Keying 7.9 BSC, BISYNC: Binary Synchronous Communication 6.4

CCITT: Interface Telegraph & Telephone Consultative Committee 6.7 CODEC: Coder & Decode 1.4 CRC :Cyclic Redundancy Check 3.9

DAA Data Access Arrangement 7.32 DAC: Digital to Analog Convert 1.9 DCE: Data Communication Equipment 4.2 DPSK: Differential Phase Shift Keying 7.19 DTE: Data Terminal Equipment 4.1

EBCDIC: Extended Binary Coded Decimal Information Code 4.3 ENIAC: Electronic Numerical Integrator And Calculator 1.2

FCC: Federal Communication Commission 1.2 FCS: Fram Check Sequence 3.8 FDM: Frequency Division Multiplexing 1.8 FDX: Full Duplex Tranmission 1.6 FM: Frequency Modulation 2.9 FSK: Frequenc y Shift Keying 2.10

HDX: Half Duplex Tranmission 1.6 HDLC: High level Data Link Control 6.7

IBM: International Business Machines Corporation 1.2 ISO: International Standard Orgazination 1.2

LAP-B: Link Access Procedure- Balance 6.7 LRC: Longitudinal Frequence Shift Keying 7.7

MODEM: Modulation & Demodulation 1.3 MSK: Minimum Frequency Shift Keying 7.7 NRZI: Nonreturn- to - Zero Inverted 2.5 NRZ-L: Nonreturn- to - Zero - Level 2.5

OQPSK: Offset Quadrature Phase Shift Keying 7.12

PAM: Pulse Amplitude Modulation 2.12 PAR: Peak to Average Ratio 6.27 PCM: Pulse Code Modulation 2.13 PLL: Phase Lock Loop 1.11 PM: Pulse Modulation 2.12 ΦΜ: Phase Modulation 2.11 PPM: Pulse Position Modulation 2.14 PSK: Phase Shift Keying 2.11 PTM: Pulse Time Modulation 2.13 PWM: Pulse Width Modulation 2.14

QAM: Quadrature Amplitude Modulation 7.15

QPSK: Quadrature Phase Shift Keying 7.10

ROP: Read Only Printer 1.6

SNR: Signal to Noise Ratio 15 SSBSC: Singnle Side Band Suppress Carrier 8.2 SDLC: Synchronous Data Link Control 6.4 SSDA:Synchronous Serial Data Adapter 6.20 SX: Simplex Tranmission 1.6

TDM: Time Division Multiplexing 1.8

UART: Universal Anschronous Receive Transmitter 4.5 UART: Universal Synchronous & Asynchronous Receive Transmitter 4.5

VCO: Voltage Control Oscillator 7.3 VRC: Vertial Redundancy Check 3.7

.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. A. BRUCE CARSON

Communication systems Mc. Graw Hill International Editions - 1986

2. WAYNE TOMASI

Telecommunication - Voice/Data with fiber optic applications Prentice- Hall International Editions - 1988

3. WILLIAM STALLING Data & Computer Communications Maxwell Mac Millan International Editions - 1989 4.GILBERT HELD

Data Communications Sams Publishing - 1994

5. WILLIAM A. SHAY

Understanding Data Communications and Network PWS Publishing Company - 1995

6. FRED HALSALL

Data Communications, Computer Networks and Open systems Prentice- Hall International Editions - 1996

7. INTEL

Microcommunications Handbook - 1988