Các vần đề cơ bản về viễn thông

I. Định lý dung lượng Shannon:

Các mã sửa lỗi có thể giúp giảm bớt một số lỗi , nhưng không thể phát hiện ra tất cả lỗi đã
được phát hiện bởi kênh trong hệ thống truyền kĩ thuật số. Lý thuyết của Shannon xác định
rằng việc truyền không lỗi là có thể xảy ra miễn là thiết bị truyền không vượt quá dung
lượng của kênh truyền. N bits tạo thành một khối các bit thông tin trong đó sẽ có k bit sửa
lỗi được bõ sẵn trong đó. Lúc đó, xác xuất xảy ra lỗi có thể tiến đến 0 khi N lớn xảy ra nếu
các điều kiện sau xảy ra:
Tỉ số: N/(N+K)=R, và tỉ số R được giữ là hằng số.
R nhỏ hơn dung lượng C của kênh truyền.
C= 1 + plog2p + (1 - p)log2(1 - p).
Do đó, nếu một mã sao có tỉ số là 1/3, và nếu bạn sử dụng nhiếu bit dữ liệu hơn và lập lại
chúng 2 lần, thì bạn có thể truyền chúng trên một kênh truyền không có lỗi, nếu xác suất
lỗi nhỏ hơn 2(1-R). Dung lượng thiết lập một giới hạn trên khả năng truyền thông tin kỹ
thật số qua một kênh truyền. Định lý đảo của thuyết dung lượng là nếu R>C, thì xác xuất
của 1 từ có lỗi sẽ tiến tới 1 khi N đủ lớn. Thuyết dung lượng cũng có thể được phát biểu ở
dạng tốc độ truyền, bằng cách chia tỉ lệ mã (và dung lượng) cho độ dài của khoảng bit.
Shannon chỉ ra rằng dung lượng của một kênh truyền có nhiễu được cho bởi công thức
sau:
C=BWlog2(1+S/N)
C-Dung lượng của kênh truyền(Kbps)
BW-băng thông
S-biên độ của tín hiệu ở thiết bị phát
N-biên độ của nhiễu nhận ở đích
Do đó, kênh điện thoại với băng thông BW=3 kHz và S/N=1000có dung lượng khoảng
30000 bps. Băng thông của một cặp dây xoắn là 4 kHz, gồm phổ tần số cho thoại. Giả sử 1
tỉ số signal-to-noise(SNR) của P0/Pn là 1000,(30dB), dung lượng của kênh truyền theo
Shannon sẽ là:
C = 4000 × Log 2 (1 + 1000) = 40 kbps

tạo ra một trạng thái có thể nhận ra của tín hiệu, dịch những trạng thái này như 0 hay 1, và
số hoá chúng. Trong điều chế biên độ(ASK-amplitude shift keying) , 1 và 0 đại diện cho 2
biên độ khác nhau, trong một số trường hợp thì thay vì sử dụng 2 biên độ thì ta sử dụng: 1
biên độ và 1 không có tín hiệu. ASK có thể được sử dụng để mã hoá 1 hay nhiều bit.
Trong trường hợp 2 biên độ có thể nhận ra được sinh ra, thì kỹ thuật có thể mã hoá và giải
mã 2 bit với 4 trạng thái: 00,01,10,11.
Tuy nhiên, kỹ thuật này không đủ vì biên độ thay đổi có thể sinh ra lỗi. Trong cáp quang,
khi độ sụt giảm tín hiệu ít, thì 1 được xem như ánh sáng biên độ cao, và 0 là ánh sáng biên
độ thấp hay không có ánh sáng.Frequency-shift keying(FSK) sử dụng ít nhất 2 tần số khác nhau để đại diện cho 1 và 0, kỹ
thuật này ít lỗi hơn ASK, và thường được sử dụng cho truyền dữ liệu ở tốc độ thấp.
Phase-shift keying(PSK), 1 và 0 được mã hoá sử dụng 2 pha tín hiệu khác nhau. Việc lên
xuống tín hiệu của 2 pha giống nhau đại diện cho 0 và Việc lên xuống tín hiệu của 2 pha
nghịch đảo nhau đại diện cho 1. Kỹ thuật này chịu được lỗi hơn ASK và FSK, nhưng vẫn
chỉ được sử dụng cho truyền dữ liệu ở tốc độ thấp.
IV. Quadrature Amplitude Modulation
QAM là một kỹ thuật line-code được sử dụng trong các modem từ hơn 20 năm nay. Kỹ
thuật này cũng được gọi là 16QAM hay 4/4QAM. QAM có ích lợi là nếu 2 tín hiệu được
dịch chuyển lệch khỏi nhau những góc 90 độ, thì chúng có thể cùng gửi qua cùng một tần
số. Hai tín hiệu được điều chế theo ASK, nhưng ở bên nhận chúng được dịch chuyển lại và
mã nhị phân ban đầu được phục hồi. Tín hiệu được chia cho 2 và tín hiệu thu được S(t) có
thể được biểu diễn như sau:
S(t)=d1(t)cos(wct) + d2sin(wct)
Một cách đơn giản, QAM điều chế các biên độ của 2 sóng, và thay vì sử dụng +-1, QAM
sử dụng 4 biên độ khác nhau cho mỗi sóng. Kết quả là thu được 4 thay vì chỉ có 2 biên độ:
A1, A2,A3,A4. Sự kết hợp của các điều chế biên độ và S(t) cung cấp 16 kết hợp mỗi
Hertz, hay còn gọi là 4 baud.


CAP không gửi sóng mang ra liên kết vì song mang không mang theo thông tin. Nếu bạn
them sự xoay vòng ở bên nhận và chăn sóng mang khỏi bên nhận thì bạn có thể lấy CAP từ
QAM. Kỹ thuật dựa trên sự chuyển dịch pha, nhưng pha của sóng thay đổi dười một góc
xác định và được tính dựa trên pha hiện tại của sóng mang, chứ không phải từ một pha
tham khảo cố định. Vì nó không phải là sự chuyển dịch pha tuyệt đối, nên nó có sự phân
biệt. Trong trường hợp đơn giản nhất, với 2 pha, 1 là pha dịch(quay) 180 độ, và 0 là pha
dịch 0 độ hay ngược lại. Vì sự dịch pha theo một góc cầu phương(QPSK), nên tín hiệu
được gửi là một sự kết hợp của các sóng dạng hình sin và cos ở tần số sóng mang, và
chúng đã được dịch đi một góc 90 độ. QPSK là một kỹ thuật mã hoá. Tuy nhiên, không có
sự chuyển dịch pha vì 2 sóng đã được chuyển dịch rồi và CAP chỉ điều chế lại 2 biên độ
này.Gần đây, CAP được xem như là một tùy chọn của DMT.

VI Kỹ thuật Điều chế và line-code trong wireless LAN:
Sự nổi lên của các kỹ thuật WLAN yêu cầu các kỹ thuật điều chế,mã hoá ở phạm vi rộng
hơn. WLAN cho phép truy cập vào mạng mà không có giới hạn vật lý như trong những
mạng có dây. Trong WLAN, người dùng có thể di chuyển một cách tự do trong văn phòng
của họ hay truy cập vào tài nguyên của mạng từ bất kỳ đâu. WLAN sử dụng tần số sóng
radio (RF) thay vì kiến trúc cáp, bảo đảm sự di động, giảm chi phí cài đặt mạng trên mỗi
người dùng.
Sóng hồng ngoại:
Các kênh hồng ngoại thuộc tần số của sóng nhìn thấy được, thuộc vào cận dưới của phổ
nhìn thấy được. Đây là giải pháp hiệu quả nhất chó những nơi mà giữa bên nhận và bên thu
không bị che chắn. Kỹ thuật này có hai giải pháp sẵn có: tia khuếch tán và tia trực tiếp. Tia
trực tiếp thì có tốc độ truyền cao hơn tia khuyếch tán. IR có tốc độ truyền nhận khoảng 1-2
Mbps. Các tín hiệu quang IR thường được sử dụng trong những ứng dụng điều khiển thiết
bị từ xa.

Wireless lượng tử:
chỉ những thực thi của các mạng WLAN lượng tử sử dụng ánh sáng hồng ngoại có bước
sóng khoảng 850-950 Nm. Lớp vật lý hỗ trợ tốc độ truyền từ 1-2Mbps. Mặc dù các hệ

dải tần này.
Kỹ thuật radio tổng hợp:
thuật ngữ kỹ thuật radio tổng hợp đề cập đến các sản phẩm được điều khiển bằng tinh thể,
yêu cầu công ty sản xuất cài một tinh thể cho mỗi tần số có thể. Kỹ thuật tổng hợp sử dụng
một tần số chuẩn với mỗi loại tinh thể.Tần số của kênh truyền được tính bằng cách chia
hay nhân với tần số tinh thể chuẩn. Các giải pháp dựa trên UHF được tổng hợp cung cấp
khả năng cài đặt các thiết bị chuẩn mà không cần phải thay thế phần cứng, ít phức tạp hơn
và khả năng điều chỉnh mỗi thiết bị.
Hoạt động đa tần:
Các hệ thống UHF hiện đại cho phép các access point được cấu hình một cách riêng biệt
cho tác vụ trên một trong những tần số được cấu hình trước. Các trạm không dây có thể
được lập trình với một danh sách tất cả các tần số được sử dụng trong các access point đã
được cài, cho phép chúng thay đổi tần số khi roaming. Để tăng thông lượng(throughput),
các access point có thể được cài đặt giống nhau nhưng lại sử dụng các tần số khác nhau.
Các ích lợi bao gồm khoảng cách xa hơn, và nó được xem như một giải pháp có chi phí
thấp cho những site lớn với yêu cầu thông lượng dữ liệu từ thấp cho đến trung. Sự bất lợi
gồm thông lượng thấp, và dễ bị nhiễu. Bên cạnh đó, các yêu cầu về license cho những giải
tần được bảo vệ để tăng kích thước mạng cũng là một yếu tố giới hạn của giải pháp này.

VIII. Ultra wideband(UWB) và WLAN:
Kỹ thuật UWB có thể thay thế các kỹ thuật không dây như các chuẩn 802.11 và
BlueTooth, vì kỹ thuật này có thông lượng gấp hàng chục ngàn lần các chuẩn 802.11. Các
xung năng lượng của UWB hoạt động ở cùng phổ tần số như nhiễu điện thường ở các thiết
bị điện như máy in, chip, ... Có đặc điểm:

UWB không sử dụng sóng mang và do đó không yêu cầu một băng thông chỉ định.
Nó rẻ hơn và dễ làm những thiết bị đó.
Nhiễu điện từ yêu cầu ít năng lượng. Có ít năng lượng, và khoảng cách ít hơn nhưng có kỹ
thuật để tăng nó lên.
Độ bảo mật cao vì hầu như không thể lọc tín hiệu từ nhiễu.

thêm sự bảo mật và mã hoá.
Các sản phẩm FHSS có thể gửi các tín hiệu ở tốc độ từ 1.2-2Mbps và xa khoảng 620 dặm.
Tăng băng thông(lên đến 24 Mbps) có thể đạt được bằng cách lắp thêm nhiều access point
trong mạng. Trong Fs, băng tần 2.4 GHz được chia ra thành 75 kênh 1MHz. Để tối thiểu
hoá khả năng 2 bên gửi cùng sử dụng một kênh truyền đồng thời, dịch tần số cung cấp một
mẫu hop khác nhau cho mỗi lần trao đổi dữ liệu. Bên nhận và bên gửi cùng đồng ý 1 mẫu
hop, và dữ liệu sẽ được gửi theo thứ tự của mẫu. Sự điều khiển FCC yêu cầu băng thông
lên đến 1 MHz cho mỗi kênh con=>tăng overhead. FHSS được xem là một giải pháp kinh
tế vì ít tốn chi phí chỉ bằng một nửa so với hệ thống DSSS, và có thể tăng lên đến 10 Mbps
bằng cách thêm nhiều access point. Bên cạnh đó, nó có khả năng không bị ảnh hưởng bởi
nhiễu.
3 .DSSS:
Kỹ thuật này điều chế tín hiệu radio một cách ngẫu nhiên vì vậy nó khó giải mã hơn. Kỹ
thuật điều chế này cung cấp độ an toàn tuy nhiên vì tín hiệu có thể được gửi ở một khoảng