Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune

Giới thiệu
Định nghĩa
• Dữ liệu nhị phân được truyền có thể sử dụng nhiều dạng
xung khác nhau. Việc lựa chọn một cặp đặc biệt của
xung để đại diện cho các ký hiệu 1 và 0 được gọi là Mã
hóa đường truyền (line coding). Đây là quá trình chuyển
đổi hay ánh xạ chuỗi số liệu nhị phân thành tín hiệu số
(dạng sóng truyền dẫn).

Giới thiệu
Mục đích
• Tạo ra phổ của tín hiệu số sao cho phù hợp với kênh
truyền hơn.
• Tạo khả năng tách tín hiệu đồng bộ ở bộ thu.
• Tăng tốc độ truyền dẫn.
• Giám sát được chất lượng. Có khả năng phát hiện lỗi và
có thể sữa lỗi.

Giới thiệu
Yêu cầu đối với mã đường truyền
• Tự đồng bộ hóa
• Không có thành phần một chiều (DC = 0).
• Năng lượng ở tần số thấp phải nhỏ.
• Có nhiều cạnh xung để khôi phục xung clock ở bộ thu.
• Tín hiệu đã mã hoá phải có khả năng giải mã duy nhất
thành tín hiệu gốc.
• Dễ phục hồi tín hiệu clock cho để đồng bộ hóa dễ dàng.
• Dải tần hẹp để tiết kiệm băng thông đường truyền.
• Biến đổi có quy luật sao cho máy thu kiểm soát được lỗi
bit.

Các loại mã đường truyền
Đơn cực
(Unipolar)
NRZ
RZ
Cực
(Polar)
NRZ
RZ
Manchester
Lưỡng cực
(Bipolar)
NRZ
RZ (AMI)
CMI
HDB3

Tín hiệu Unipolar
Tín hiệu Unipolar (còn gọi là on-off keying, OOK) là loại mã
đường truyền trong đó một ký hiệu nhị phân (ví dụ như 0)
được biểu diễn là không có xung (tức là một SPACE) và
một ký hiệu nhị phân khác (được biểu thị là 1) biểu diễn
bằng một xung (tức là một MARK).
Có hai biến thể phổ biến của tín hiệu Unipolar là:
- Non Return to Zero (NRZ).
- Return to Zero (RZ).

Unipolar NRZ
 Định nghĩa:
Trong dạng mã đường truyền này, bit 1 biểu diễn điện thế
dương (ví dụ +5V) và bit 0 là 0V. Các xung tương ứng với
mức nhị phân 1 được biểu diễn ở mức điện thế dương
trong suốt chu kỳ bit (tức không trở về 0 trong suốt chu kì
bit – gọi là NRZ).

Unipolar NRZ
 Đặc điểm:
- Trên quan điểm mạch: mã NRZ là dạng thông dụng
nhất của tín hiệu số (ON-OFF).
- Thành phần tần số cơ bản: f/2.
„ - Chỉ có hài bậc lẻ.
„ - Không có biên độ tín hiệu ở tần số clock (f) nên khó
tách xung clock ở đầu thu.
„ - Nếu có nhiễu tác động lên thì không thể tách được.

Unipolar NRZ
 Ưu điểm:
- Thực hiện đơn giản.
- Không đòi hỏi nhiều băng thông để truyền.
 Nhược điểm:
- Có sự xuất hiện của thành phần DC (hiển thị bằng
quang phổ ở 0 Hz).
- Chứa các thành phần tần số thấp. Gây ra hiện tượng
“Signal Droop“ (được trình bày bên dưới).
- Không có khả năng sửa lỗi.
- Không có thành phần clocking để dễ dàng đồng bộ hóa.
- Tồn tại chuỗi bit 0 dài làm mất tính đồng bộ hóa.

Unipolar NRZ
 Phổ tín hiệu
Bandwidth = pulse rate

Unipolar NRZ
 PSD (Power Spectral Density) of Unipolar NRZ
(Mật độ phổ công suất).

Unipolar NRZ
• Khi tín hiệu Unipolar NRZ được truyền qua liên kết với
một trong hai biến áp hoặc bộ lặp tụ điện ngẫu lực (AC),
tín hiệu DC được lấy ra chuyển đổi chúng thành dạng
cực.
• Phần liên tục của PSD cũng không phải là 0 ở 0 Hz (tức
là chứa các thành phần tần số thấp). Điều này có nghĩa
là ghép AC sẽ dẫn đến sự biến dạng của dạng xung
truyền đi. Đường truyền AC coupled thường được coi
như lọc cao qua RC và sự biến dạng có dạng của một
phân rã theo hàm mũ của biên độ tín hiệu sau mỗi sự
chuyển tiếp. Hiệu ứng này được gọi là “Signal Droop" và
được minh họa trong hình bên dưới.

Unipolar NRZ
1 0 1 0 1 1 1 1 1
0
V
0
-V/2
V/2
Figure Distortion (Signal Droop) due to AC coupling of unipolar NRZ
signal

Unipolar NRZ
 Quy tắc chuyển mã
- Bit 1 -> xung dương(+V)
- Bit 0 -> xung 0
- Độ rộng xung: bằng độ rộng bit.
• Ví dụ: Cho chuỗi bit sau: 1011001010
Hãy vẽ dạng xung của chuỗi số trên nếu mã thành mã NRZ.

Unipolar NRZ
 Ứng dụng:
• Thường dùng trong mã hóa dạng từ trường
• Mã NRZ được sử dụng trong thiết bị ghép kênh, viba số,
truyền dẫn quang, dùng trong giao tiếp RS232.
• Mã NRZ không phù hợp cho đường truyền cáp đồng.
• Mã NRZ được sử dụng cho hệ thống tốc độ cao như
SONET/SDH (155Mbps hoặc cao hơn) nhưng phải được
ngẫu nhiên hoá (Scrambled).
• NRZ-Inverted: ứng dụng trong giao thức FDDI (Fiber
Distributed Data Interface).

Unipolar RZ
 Đặc điểm
Cũng giống như mã NRZ nhưng độ rộng xung giảm bằng 1
nửa chu kì xung.
1 0 1 0 1 1 1 0 0
0
V
0
To
Ƭ

Unipolar RZ
 Ưu điểm:
- Thực hiện đơn giản.
- Xuất hiện vạch phổ ở mức ký hiệu mà có thể được sử
dụng như tín hiệu của xung clock.
- Xuất hiện dòng 1 chiều DC (hiển thị bằng quang phổ ở
0 Hz).
- Phần liên tục là không bằng không tại 0 Hz. Gây ra
"Signal Droop".
- Không có khả năng sửa lỗi khi xuất hiện nhiễu.
- Băng thông sử dụng gấp 2 lần so với Unipolar NRZ.
- Tính không trong suốt.

Unipolar RZ
 Phổ tín hiệu
Unipolar RZ chiếm băng thông gấp 2 lần mã Unipolar NRZ,
nhưng có f = 1/T0 nên có thể khôi phục đồng hồ dễ dàng.
Bandwidth = 2 x pulse rate

Unipolar RZ
 PSD (Power Spectral Density) of Unipolar RZ
(Mật độ phổ công suất).

Unipolar RZ
 Quy tắc chuyển mã
- Bit 1 trong mã gốc chuyển thành xung dương (+V) ở
nửa chu kì đầu và bằng xung 0 ở nửa chu kì còn lại
của độ rộng bit.
- Bit 0 trong mã gốc chuyển thành xung 0.
Ví dụ: Cho chuỗi bit sau 1011001010. Hãy vẽ dạng xung
của chuỗi bit trên nếu mã thành Unipolar RZ.

Polar NRZ
• Bit 1 biểu diễn mức điện thế dương (ví dụ 5V).
• Bit 0 biểu diễn mức điện thế âm (–5V).
1 0 1 0 1 1 1 1 1
0
+V
-V
0

Polar NRZ
 PSD của mã Polar NRZ (Power Spectral Density)
Polar NRZ và RZ có quang phổ gần giống như Unipolar NRZ
và RZ. Tuy nhiên, do sự phân cực đối diện ở mức 1 và 0,
cả hai không chứa bất kỳ dòng quang phổ nào.

Polar NRZ
 Băng thông

Polar NRZ

Polar NRZ
So sánh giữa NRZ-L và NRZ-I:
• NRZ-L cần phân biệt cực tính của tín hiệu , ngược lại với NRZ-I
• NRZ-I tin cậy hơn : trong môi trường truyền có tạp âm, phát
hiện sự chuyển mức tín hiệu là dễ dàng hơn việc so sánh mức
tín hiệu với một giá trị ngưỡng (NRZ-L).

Polar NRZ
 Ưu điểm:
- Dễ thiết kế nhất.
- Sử dụng tối ưu dải tần (dải tần thấp).
- Không có thành phần DC.
- Phần liên tục không bằng không ở 0 Hz. Gây ra
"Signal Droop".
- Không có xung clock để dễ dàng đồng bộ hóa.
- Là tín hiệu không trong suốt.
- Ít được sử dụng cho việc truyền tín hiệu.
- Chỉ sử dụng cho việc truyền ở khoảng cách ngắn.

Polar RZ
• Đặc điểm: độ rộng xung bằng nữa chu kì bit.
• Quy tắc chuyển đổi:
- Bit 1 trong mã gốc được chuyển đổi thành xung
dương ( +V) trong nữa chu kì đầu và 0 ở nữa chu kì
sau. ( từ H -> L)
- Bit 0 trong mã gốc được chuyển đổi thành xung
dương ( -V) trong nữa chu kì đầu và 0 ở nữa chu kì
sau. ( từ H -> L)
+V
-V
0
1 0 1 0 1 1 1 0 0
0

Polar RZ

Polar RZ
 PSD của Polar RZ:

Polar RZ
 Ưu điểm:
- Đơn giản trong thực hiện.
- Phần liên tục là không bằng không ở 0 Hz. Gây ra
"Signal Droop".
- Không có thành phần clocking để dễ dàng đồng bộ
hóa. Tuy nhiên, clock có thể được tách ra bằng cách
chấn chỉnh các tín hiệu nhận được.
- Chiếm gấp đôi băng thông so với Polar NRZ.

Manchester
• Đặc điểm:
- Mã Manchester kết hợp tín hiệu xung clock với tín
hiệu dữ liệu. Không những tăng băng tần tín hiệu,
nó cũng làm cho việc truyền tải dữ liệu dễ dàng hơn
và tin cậy hơn.
- Đặc tính quan trọng của mã Manchester là nó mã
hoá tín hiệu clock bằng chuyển mức ở giữa của chu
kỳ bit. Chuyển mức này được dùng ở đầu thu để
phục hồi clock.
- Mã Manchester được sử dụng rộng rãi, ví dụ như
Ethernet hoặc cho RFID.
- Differential Manchester: dùng trong mạng Token-
ring.

Manchester
• Quy tắc chuyển mã:
 Mã Manchester ( dựa theo G.E Thomas) :
Bit 0 : Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit.
Bit 1 : Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit.
 Mã Manchester ( dựa theo IEEE 802.3) :
Bit 0 : Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit.
Bit 1 : Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit.
• Hai mã Manchester trên có cùng tính chất:
 Do mỗi bit được mã bởi 2 pha điện thế nên vận tốc điều
chế của loại mã này tăng gấp đôi so với các loại mã khác,
cụ thể, giả sử thời gian của 1 bit là T thì vận tốc điều chế
tối đa (ứng với chuỗi xung 1 hoặc 0 liên tiếp) là 2/T.

Manchester
 PSD của mã Manchester

Manchester
Ví dụ: Cho chuỗi bit sau: 10100111001
Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên theo mã Manchester.

Manchester
• Ưu điểm :
- Khả năng đồng bộ xung với xung clock hiện thời,
khắc phục được nhược điểm của NRZI trong việc giải mã và
mã hóa.
- Không bị hiện tượng “Signal Droop” (phù hợp để truyền
trên đường truyền AC).
- Không chứa thành phần DC.
- Là tín hiệu trong suốt.
• Nhược điểm :
- Băng thông lớn.
- Không có khả năng phát hiện lỗi.

Tín hiệu Bipolar
• Còn được gọi là AMI (alternate mark inversion) sử dụng
ba mức điện áp (+V, 0,-V) để đại diện cho hai biểu
tượng nhị phân. Cũng như trong Unipolar,mức 0 là
không có xung, và mức 1 (marks) biểu diễn luân phiên
điện áp +V và –V.
• Luân phiên các mức điện áp đảm bảo rằng quang phổ
lưỡng cực có mức 0 ở DC. Và tránh hiện tượng “Signal
Droop” trên đường AC.
• Khả năng phát hiện lỗi.
• Giống như trường hợp Unipolar and Polar, Bipolar cũng
có các biến thể NRZ và RZ.

Bipolar NRZ
• Bit 0: biên độ của tín hiệu là mức điện áp 0V.
• Khi dữ liệu là bit 1 thì biên độ của tín hiệu sẽ là luân
mức điện áp dương hoặc mức điện áp âm.
1 0 1 0 1 1 1 1 1
0
+V
-V
0

Bipolar NRZ
Việc sử dụng luân phiên điện áp
dương và điện áp âm giúp tiết kiệm
băng thông hơn, phát hiện lỗi dễ
hơn
Khuyết điểm:
• Khi dãy số 0 quá dài sẽ mất tín hiệu
đồng hồ (clock).
• Bộ thu phát phải phân biệt được 3
mức điện áp +V, -V và 0.
Biểu diễn phổ của
polar và bipolar NRZ

Bipolar NRZ
 PSD of Bipolar NRZ

Bipolar NRZ
 Ưu điểm:
- Chiếm ít băng thông hơn so với Unipolar NRZ và Polar
NRZ.
- Có khả năng phát hiện lỗi.
- Không có thành phần xung clock để dễ dàng đồng bộ
hóa.

Bipolar RZ (AMI: Alternate Mark Inversion)
- Bit 1 trong mã gốc luân phiên chuyển thành các
xung +V và –V.
- Độ rộng xung: 50% (1/2 chu kì).
- Bit 0 trong mã gốc chuyển thành 0 volt.
1 0 1 0 1 1 1 1 1
0
+V
-V
0

 Băng thông

 PSD của BiPolar RZ

• Ưu điểm:
- Chiếm ít băng thông hơn so với Unipolar và Polar RZ.
- Có khả năng phát hiện lỗi.
- Clock có thể được tách ra bằng cách chấn chỉnh (bản sao)
các tín hiệu nhận được.
• Nhược điểm:
- Không chứa thành phần DC.
- Chưa giảm được số bit 0 liên tiếp.
• Chỉ dùng trong hệ thống 1,544Mbps (G.703), trong các ứng
dụng về giọng nói (voice).

Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên theo mã AMI.

CMI (Coded Mark Inversion)
- Các bit 1 luân phiên đảo trạng thái dương và âm.
- „ Các bit 0 ở trạng thái âm ở nửa chu kỳ đầu và đổi
trạng thái ở nửa chu kỳ còn lại.
- Do đó CMI là sự kết hợp của mã Bipolar của mức nhị
phân 0 và NRZ-AMI của mức nhị phân 1.
• Ứng dụng:
- „ Mã CMI được sử dụng trong các hệ thống
139,264Mbps (G.703) và SDH 155,52Mbps giao tiếp
điện (STM-1e). Hệ thống ITU-T 140 Mbits / giây ghép
PCM.

 Băng thông của mã CMI

Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên theo mã CMI.

HDB3 (High Density Bipolar 3)
- Quy tắc chuyển mã:
• Các bit 1 trong mã gốc sẽ chuyển thành các xung +V và -V
xen kẽ nhau (luân phiên đổi dấu).
• Dãy 3 bit 0 trở xuống sẽ chuyển thành xung 0.
• Dãy 4 bit 0 trở lên sẽ được chia thành từng nhóm 4 bit, và
chuyển thành xung B00V hoặc 000V, trong đó xung B là
xung theo qui tắc, còn xung V là xung trái qui tắc. Xung theo
qui tắc là xung trái dấu với xung trước đó, còn xung trái qui
tắc là xung cùng dấu với xung trước đó.
• 000V nếu xung đứng trước dãy 4 bit 0 trái dấu với xung V đứng
trước gần nhất.
• B00V nếu xung đứng trước dãy 4 bit 0 cùng dấu với xung V
đứng trước gần nhất.

 Băng thông của mã HDB3

 PSD của HDB3
PSD của HDB3 tương tự
với PSD của Bipolar RZ.

Hãy vẽ dạng xung của chuỗi bit trên theo mã HDB-3.

- Đặc điểm mã HDB-3:
• Chỉ tồn tại các dãy có 3 bit 0 liên tiếp trở xuống.
• Mã HDB-3 có số bit 0 liên tiếp ít nhất so với các mã khác
(mật độ xung dòng cao).
• Không chứa thành phần DC.
• Chiếm ít băng thông hơn so với Unipolar and Polar RZ.
• Không bị hiện tượng “Signal Droop” (phù hợp để truyền trên
đường truyền AC).
• Có khả năng phát hiện lỗi.
• Là tín hiệu trong suốt.
• Dùng trong hệ thống 2Mbps và 34Mbps. Được sử dụng
trong mạng WAN.

Tổng kết đặc điểm của mã đường truyền.

Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune

Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune

Semelhante a Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune (20)

Các loại mã đường truyền và ứng dụng neptune

Notas do Editor