KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - Chương 10: Khả năng truyền tải của kênh truyền (Channel Capacity)

Tham khảo tài liệu kỹ thuật viễn thông - chương 10: khả năng truyền tải của kênh truyền (channel capacity), kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - Chương 10: Khả năng truyền tải của kênh truyền (Channel Capacity) Khả năng truyền tải của Chương 10: kênh truyền (Channel Capacity) Như ta đã thấy, có một loạt các yếu tố làm ảnh hưởng đến tínhiệu làm méo hoặc phá hủy tín hiệu. Với tín hiệu số, câu hỏi đặtra ở đây là các yếu tố này tác động vào tốc độ truyền dữ liệu rasao đối với các môi trường truyền? Tốc độ truyền dữ liệu quamột con đường truyền thông (communication path) hay một kênhtruyền (channel) với các điều kiện cho trước được gọi là khả năngtruyền tải của kênh truyền. Có 4 khái niệm mà ở đây chúng ta sẽ tìm mối quan hệ với nhau: - Tốc độ truyền dữ liệu: Đây là tốc độ được tính bằng đơn vị bits trên giây (bps) mà dữ liệu có thể truyền đi được. - Dải thông: Đây là dải thông của tín hiệu được truyền có rằng buộc với thiết bị truyền và bản chất tự nhiên của môi trường truyền, được tính bằng số chu kỳ trên giây (cycles per second) hoặc hertz. - Nhiễu: Mức độ trung bình của nhiễu qua con đường truyền thông. - Tỷ lệ lỗi: Tỷ lệ xảy ra lỗi, trong đó 1 lần lỗi xảy ra là khi truyền bit 1 mà lại nhận được bit 0 hoặc ngược lại. Vấn đề mà chúng ta gặp phải là: Các thiết bị truuyền thôngthường có giá thành tỷ lệ thuận với dải thông mà chúng hỗ trợ.Hơn nữa, mọi kênh truyền trên thực tế đều -1-có giới hạn về dải thông. Những sự giới hạn này do các tínhchất vật lý của kênh truyền sinh ra hoặc do giới hạn đã được tínhtoán trước tại các thiết bị truyền để tránh khỏi các nguồn gâynhiễu khác. Vì những lý do trên, chúng ta muốn sử dụng mộtcách có hiệu quả một kênh truyền với dải thông cho trước. Đốivới dữ liệu số, điều này có nghĩa là ta mong muốn đạt được tốc độtruyền dữ liệu cao nhất có thể tại một giới hạn xác định về tỷ lệlỗi đối với một dải thông cho trước. Sự rằng buộc chính để đạtđược độ hiệu quả này chính là nhiễu. Để bắt đầu chúng ta hãy xét một kênh truyền không có nhiễu.Trong môi trường này, sự giới hạn về tốc độ truyền dữ liệu đơngiản là do dải thông của tín hiệu. Phát biểu toán học Nyquist vềmối quan hệ giữa tốc độ truyền dữ liệu và dải thông của tín hiệulà: Nếu tốc độ truyền dữ liệu của tín hiệu là 2W thì tín hiệu chỉcần có dải thông là W là đủ để mang tín hiệu qua môi trườngtruyền. Phát biểu ngược lại cũng đúng trong trường hợp này:Nếu dải thông của tín hiệu là W thì tốc độ truyền dữ liệu tối đacủa tín hiệu là 2W. Kết quả này rất quan trọng đối với việc pháttriển các mô hình mã hóa dữ liệu từ số sang tương tự và đượctrình bày chi tiết trong phụ lục 4A. Ở đoạn trên, ta đã nói đến mối quan hệ giữa tốc độ truyềndữ liệu và dải thông của tín hiệu. Nếu các tín hiệu được truyềndạng nhị phân (hai mức hiệu điện thế) thì tốc độ truyền dữ liệucủa tín hiệu có dải thông W Hz là 2W bps. Ví dụ, xét một kênhtruyền thoại qua modem để truyền dữ liệu số. Giả sử dải thônglà 3100 Hz thì dải thông C của kệnh truyền là 2W=6200 bps.Tuy nhiên, nếu ta xem trong chương 4, ta sẽ thấy rằng có các loạitín hiệu có nhiều hơn 2 mức hiệu điện thế được sử dụng; đó làmỗi thành phần tín hiệu có thể biểu diễn được nhiều hơn 1 bit. Vídụ, nếu 4 mức hiệu điện thế có thể thực hiện được trong tín hiệu -2-thì mỗi một thành phần tín hiệu có thể biểu diễn được 2 bit. Phátbiểu Nyquist trong trường hợp này sẽ là: C  2W log 2 Mtrong đó M là số mức hiệu điện thế có thể có trong tín hiệu.Do đó, trong một sốmodem sử dụng hệ số M=8, giá trịC=18600 bps. Theo nguyên tắc trên, với một dải thông cho trước, tốc độtruyền dữ liệu của tín hiệu có thể tăng lên bằng cách tăng sốlượng thành phần tín hiệu (số mức hiệu điện thế). Tuy nhiênđiều này làm tăng gánh nặng đối với các thiết bị thu: Thay vìviệc chỉ cần phân biệt hai mức giá trị khác nhau của tín hiệu,thiết bị thu phải phân biệt 1 trong M mức khác nhau của tín hiệu.Nhiễu và các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu sẽ giới hạn giá trị M. Bây giờ ta sẽ xét đến mối quan hệ giữa tốc độ truyền dữ liệu với nhiễu và tỷ lệlỗi. Mối quan hệ này có thể nhận biết bằng trực giác bằng cáchquay lại theo dõi Hình2.15. Sự có mặt của nhiễu có thể phá hỏng 1 hay nhiều bit theomột mẫu xác định của nhiễu. Nếu tốc độ truyền dữ liệu tăng lênthì các bit trở thành “ngắn hơn”, vì vậy nhiều -3-bit có thể bị tác động trong một mẫu xác định của nhiễu. Do đó,với một dạng mức độnhiễu xác định, nếu tốc độ truyền dữ liệu càng cao thì tỷ lệ lỗi xảyra sẽ càng lớn. Tất cả các khái niệm này đều được tính toán theo công thứctoán học Shannon. Như chúng ta đã thấy, nếu tốc độ truyền dữliệu càng cao thì ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu càng lớn. Vớimột cấp độ nhiễu cho trước, ta hy vọng rằng với cường độ tínhiệu lớn hơn, có thể tăng cường khả năng đọc chính xác dữ liệunhận được với sự có mặt của nhiễu tại các thiết bị thu ...