Kỹ Thuật Mã Hoá Tín Hiệu - .vn

Mã hóa

Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản là gán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một trị khác cho mức logic còn lại. Tuy nhiên để 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 điện được.

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 đồng bô

Thường máy thu phải có khả năng nhận ra điểm bắt đầu và kết thúc của một bit để thực hiện sự đồng bộ với máy phát. Nên nhớ là trong chế độ truyền đồng bộ, máy phát và thu không tạo ra xung đồng hồ riêng rẻ mà máy thu phải phục hồi xung này từ chuỗi dữ liệu phát để sử dụng. Như vậy tín hiệu truyền phải tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ ẩn trong chuỗi dữ liệu, cụ thể là phải thường xuyên có sự biến đổi giữa các mức của tín hiệu.

- Khả năng dò sai

Độ tin cậy trong một hệ thống thông tin số là rất cần thiết do đó máy thu phải có khả năng dò sai để 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 được nhiễu.

- Mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống

Các đặc tính này của hệ thống cũng tùy thuộc vào dạng mã rất nhiều

Các dạng mã phổ biến

Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích 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

Đây là dạng mã đơn giản nhất, hai trị điên thế cùng dấu (đơn cực) biểu diễn hai trạng thái logic. Loại mã này thường được dùng trong việc ghi dữ liệu lên băng từ, đĩa từ . . . .

- Nonreturn - to - zero inverted (NRZI)

0 = chuyển mức điện thế ở đầu bit

1 = không chuyển mức điện thế ở đầu bit

(H 2.6)

NRZI là một thí dụ của mã vi phân: sự mã hóa tùy vào sự thay đổi trạng thái của các bit liên tiếp chứ không tùy thuộc vào bản thân bit đó. Loại mã này có lợi điểm là khi giải mã máy thu chỉ cần dò sự thay đổi trạng thái của tín hiệu thì có thể phục hồi dữ liệu thay vì phải so sánh tín hiệu với một trị ngưỡng để xác định trạng thái logic của tín hiệu đó. Kết quả là các loại mã vi phân cho độ tin cậy cao hơn.

- Bipolar - AMI

0 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

1 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 1 liên tiếp

- Pseudoternary

0 = hiệu thế âm hoặc dương, luân phiên thay đổi với chuỗi bit 0 liên tiếp

1 = không tín hiệu (hiệu thế = 0)

Hai loại mã có cùng tính chất là sử dụng nhiều mức điện thế để tạo mã (Multilevel Binary), cụ thể là 3 mức: âm, dương và không. Lợi điểm của loại mã này là:

- Dễ tạo đồng bộ ở máy thu do có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu điện mặc dù các trạng thái logic không đổi (tuy nhiên điều này chỉ thực hiện đối với một loại bit, còn loại bit thứ hai sẽ được khắc phục bởi kỹ thuật ngẫu nhiên hóa)

- Có điều kiện tốt để dò sai do sự thay đổi mức điện thế của các bit 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 điểm của loại mã này là hiệu suất truyền tin kém do phải sử dụng 3 mức điện thế .

- Manchester

0 = Chuyển từ cao xuống thấp ở giữa bit

1 = Chuyển từ thấp lên cao ở giữa bit

- Differential Manchester

Luôn có chuyển mức ở giữa bit

0 = chuyển mức ở đầu bit

1 = không chuyển mức ở đầu bit

Hai mã Manchester và Differential Manchester có cùng tính chất : mỗi bit được đặc trưng bởi hai pha điện thế (Biphase) nên luôn có sự thay đổi mức điện thế ở từng bit do đó tạo điều kiện cho máy thu phục hồi xung đồng hồ để tạo đồng bộ. Do có khả năng tự thực hiện đồng bộ nên loại mã này có tên Self Clocking Codes. Do mỗi bit được mã bởi 2 pha điện thế nên vận tốc điều chế (Modulation rate) 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

Kỹ thuật ngẫu nhiên hóa (Scrambling techniques)

Để khắc phục khuyết điểm của loại mã AMI là cho một mức điện thế không đổi khi có một chuỗi nhiều bit 0 liên tiếp, người ta dùng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa. Nguyên tắc của kỹ thuật này là tạo ra một sự thay đổi điện thế giã bằng cách thay thế một chuỗi bit 0 bởi một chuỗi tín hiệu có mức điện thế thay đổi, dĩ nhiên sự thay thế này sẽ đưa đến các vi phạm luật biến đổi của bit 1, nhưng chính nhờ các bit vi phạm này mà máy thu nhận ra để có biện pháp giải mã thích hợp. Dưới đây giới thiệu hai dạng mã đã được ngẫu nhiên hóa và được 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 bit 0 liên tục được thay bởi một chuỗi 8 bit có cả bit 0 và 1 với 2 mã vi phạm luật đảo bit 1

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung dương, các bit 0 này được thay thế bởi 000 + - 0 - +

- Nếu trước chuỗi 8 bit 0 là xung âm, các bit 0 này được thay thế bởi 000 - + 0 + -

Nhận xét bảng mã thay thế ta thấy có sự vi phạm luật đảo bit ở 2 vị trí thư 4 và thứ 7 của chuỗi 8 bit.

- HDB3 : là mã AMI có thêm tính chất: chuỗi 4 bit 0 liên tục được thay bởi một chuỗi 4 bit có cả bit 0 và 1 với 1 mã vi phạm luật đảo bit 1

Sự thay thế chuỗi 4 bít của mã HDB3 còn theo qui tắc sau:

Cực tính của xung trước đó	Số bít 1 từ lần thay thế cuối cùngLẻ chẵn
-+	000- +00+000+ -00-

Sự vi phạm luật đảo bit xảy ra ở bit thứ 4 trong chuỗi 4 bit.

Ngoài 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 đó (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 được thay thế.

(H 2.7) là một thí dụ của mã B8ZS và HBD3.

B = Valid bipolar signal; V = Bipolar violation

(H 2.7)