Giáo trình Mạng máy tính - Chương 4: Các kỹ thuật mã hóa

MẠNG MÁY TÍNH (COMPUTER NETWORK)

Chương 4 – Các kỹ thuật mã hóa

4.1. Giới thiệu

Dữ liệu số → tín hiệu số (Digital Data → Digital Signal)

Dữ liệu tương tự → tín hiệu số (Analog Data → Digital Signal)

Dữ liệu số → tín hiệu tương tự (Digital Data → Analog Signal)

Dữ liệu tương tự → tín hiệu tương tự (Analog Data → Analog

Signal)

Tín hiệu Số

Rời rạc, gồm các xung điện áp riêng rời

Mỗi xung là một phần tử tín hiệu

Dữ liệu nhị phân được mã hóa thành các thành phần tín hiệu

Các thuật ngữ

Đơn cực (Unipolar)

Tất cả các thành phần tín hiệu có cùng dấu

Phân cực (Polar)

Một trạng thái logic biểu diễn bằng điện áp dương, trạng thái

kia bằng điện áp âm

Tỷ số dữ liệu (Data rate)

Tỷ số truyền dữ liệu (bps)

Thời gian bit

Thời gian cần thiết để bộ truyền phát ra một bit

Tỷ số điều biến (Modulation rate)

Là tỷ số thay đổi các mức tín hiệu

Đo bằng baud = số thành phần tín hiệu một giây

Đánh dấu và khoảng trống

Biểu diễn bit 1 (dấu) và bit 0 (trống)

Truyền tín hiệu:

Cần biết

Sự định thời của các bit – (bắt đầu và kết thúc bit)

Các mức tín hiệu

Các yếu tố ảnh hưởng sự thông dịch tín hiệu

Tỷ số SNR (Signal to noise ratio)

Tỷ số truyền (Data rate)

Băng thông (Bandwidth)

So sánh cách thức mã hóa

Phổ tín hiệu (Signal Spectrum)

Không có các tần số cao, băng thông đòi hỏi giảm

Tập trung công suất vào giữa băng thông

Đánh nhịp

Đồng bộ hóa giữa bộ truyền và bộ nhận

Thêm đồng hồ

Cơ chế đồng bộ bằng tín hiệu

Dò lỗi (Error detection)

Có thể sắp xếp ngay trong tín hiệu mã hóa

Nhiễu lẫn nhau

Mã này có thể tốt hơn mã khác

Chi phí & độ phức tạp

Tỷ số tín hiệu càng cao (→ tỷ số truyền cao) chi phí càng cao

Một số mã đòi hỏi tỷ số tín hiệu cao hơn tỷ số dữ liệu

4.2. Mã hóa NRZ

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)

Dùng hai mức điện áp khác nhau cho bit 0 và 1

Điện áp không đổi trong suốt thời gian bit

Không dịch chuyển (không trở về mức điện áp 0)

Áp dụng:

ví dụ: không có điện → 0, có điện → 1

(Absence of voltage for zero, constant positive voltage for one)

Thường xuyên hơn, điện áp âm cho 1 và điện áp dương cho 0

(negative voltage for one value and positive for the other)

Đó gọi là NRZ-L

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-I)

NRZ-I đảo cực tín hiệu đối với các giá trị 1 (Nonreturn to zero

inverted on ones)

Xung điện áp không đổi trong suốt thời gian bit

(Constant voltage pulse for duration of bit)

Dữ liệu được mã hóa bằng sự có hay vắng sự dịch chuyển ngay

đầu thời gian bit (Data encoded as presence or absence of signal

transition at beginning of bit time)

Dịch chuyển (lên hay xuống) biểu thị bit 1 (hoặc 0) (Transition

(low to high or high to low) denotes a binary 1)

Không có dịch chuyển biểu thị bit 0 (hoặc 1) (No transition

denotes binary 0)

Là một ví dụ kỹ thuật mã hóa vi (sai) phân (differential

encoding)

Mã hóa vi (sai) phân (Differential Encoding)

Dữ liệu được biểu diễn bằng sự thay đổi tín hiệu thay vì các

mức tín hiệu. (Data represented by changes rather than levels)

Ưu điểm: phát hiện sự dịch chuyển dề dàng hơn phát hiện mức

tín hiệu (More reliable detection of transition rather than level)

Nhược điểm: trong các hệ thống phức tạp, dễ dàng mất đi cảm

nhận về cực của tín hiệu. (In complex transmission layouts it is

easy to lose sense of polarity).

Ưu nhược điểm NRZ

Ưu

Dễ thi hành

Sử dụng băng thông tốt

Nhược

Chứa thành phần 1 chiều (dc component)

Ít được đồng bộ hóa (Lack of synchronization capability)

4.3. Mã hóa Manchester

Sự dịch chuyển ở chính giữa thời gian bit

Sự dịch chuyển đóng vai trò đánh nhịp và mang dữ liệu

Dịch chuyển lên: 1

Dịch chuyển xuống: 0

Sử dụng với LAN theo chuẩn IEEE 802.3

Mã hóa Manchester sai phân

Dịch chuyển ở giữa thời gian bit chỉ đóng vai trò đánh nhịp

Dịch chuyển ở đầu thời gian bit: 0

Không dịch chuyển ở đầu thời gian bit: 1

Note: this is a differential encoding scheme

Sử dụng với LAN theo chuẩn IEEE 802.5

4.4 Một số mã khác

Nhị phân đa mức (Multilevel Binary)

Sử dụng nhiều hơn hai mức tín hiệu (Use more than two levels)

Bipolar-AMI

Bit 0 – không có tín hiệu (zero represented by no line signal)

Bit 1 biểu diễn bằng xung dương hoặc âm (one represented by

positive or negative pulse)

Các xung 1 thay đổi cực luân phiên (one pulses alternate in

polarity)

Không mất đồng bộ với chuỗi 1 dài (0’s still a problem)

Không thành phần tần số 0

Băng thông thấp

Dễ hiệu chỉnh lỗi

Giả tam phân Pseudoternary

Bit 1 biểu diễn bằng vắng tín hiệu (One represented by absence

of line signal)

Bit 0 luân phiên thay đổi các xung âm và dương (Zero

represented by alternating positive and negative)

Không có ưu nhược điểm gì khác với bipolar-AMI

B8ZS

Bipolar With 8 Zeros Substitution

Dựa trên bipolar-AMI

Nếu octet gồm toàn số 0 và xung liền trước dương thì thay

bằng 000+-0-+

Nếu octet gồm toàn số 0 và xung liền trước âm thì thay bằng

000-+0+-

Gây ra 2 vi phạm so với mã AMI

Khó có thể xảy ra được do nhiễu

Bộ thu phát hiện và thay thế bằng toàn số 0

HDB3

High Density Bipolar 3 Zeros

Dựa trên bipolar-AMI

Chuỗi gồm 4 số 0 được thay bằng một hoặc hai xung

Khóa dịch biên độ (Amplitude shift keying - ASK)

Khóa dịch tần số (Frequency shift keying - FSK)

Khóa dịch pha (Phase shift keying PSK)

Điều chế QAM

Điều chế mã xung PCM

Điều chế Delta