<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b>---o0o---BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN</b>

<b>ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN</b>

<b>Sinh viên thực hiện: </b> Đỗ Mạnh Dũng Vũ Duy Chiến

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>LỜI GIỚI THIỆU</b>

Như chúng ta đã biết , hiện nay nhu cầu sử dụng các ứng dụng trực tuyến như giao dịch ngân hàng, mua sắm trực tuyến, truyền thông tin cá nhân và các thông tin nhạy cảm khác. Việc sử dụng mã hóa đường truyền giúp ngăn chặn các cuộc tấn công giả mạo, đánh cắp thông tin và các hành vi tấn công khác.

<b>Báo cáo gồm 3 phần chính: Phần 1: Tìm hiểu về mã đường truyềnPhần 2: Tìm hiểu về các loại mã đường truyềnPhần 3: Tìm hiểu về các giao thức mã hóa đường truyềnPhần 4 : Tìm hiểu về ứng dụng của mã đường truyền</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>MỤC LỤC</b>

<b>Lời giới thiệu </b>

<b>I.Giới thiệu về mã đường truyền……….3</b>

<b>II.Các loại mã đường truyền</b>

<b>III. Các giao thức mã hóa đường truyền</b> 3.1 SSL/TLS (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security)...13

3.2 SSH (Secure Shell)...13

3.3 IPSec (Internet Protocol Security)...18

3.4 PGP (Pretty Good Privacy)...20

3.5 WPA/WPA2 (Wi-Fi Protected Access)...22

<b>IV.Ứng dụng của các loại mã đường truyền 4.1 Mã hóa kênh trong các hệ thống truyền thông không dây………23</b>

4.2 Mã hóa kênh trong các hệ thống truyền thơng có dây…………..24

4.3 Mã hóa kênh trong các hệ thống truyền thông quân sự…………25

4.4 Mã hóa kênh trong các hệ thống thanh toán trực tuyến ………...26

4.6 Mã hóa kênh trong các ứng dụng nhận diện giọng nói và mạng lưới cảm biến khơng dây………..27

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>I. GIỚI THIỆU VỀ MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN</b>

Mã đường truyền (hay cịn gọi là mã hóa kênh) là một kỹ thuật được sử dụng để bảo vệ thông tin khi truyền qua các đường truyền, bằng cách thêm sự đa dạng hố vào thơng tin truyền để tăng độ tin cậy và khả năng chống lại các cuộc tấn công gián điệp hoặc tin tặc. Nếu không mã hóa đường truyền, thơng tin sẽ được truyền qua đường truyền dưới dạng văn bản hoặc tín hiệu âm thanh, hình ảnh, v.v. dễ bị gián đoạn hoặc bị nhiễu, và bị dễ dàng đánh cắp hoặc can thiệp bởi các kẻ xấu. Các tin tặc hoặc gián điệp có thể giả mạo thông tin, thay đổi hoặc lấy cắp dữ liệu một cách dễ dàng.

Hình minh họa mã đường truyền phổ biến nhất hiện nay

<b>II. CÁC LOẠI MÃ ĐƯỜNG TRUYỀN2.1. Mã Manchester </b>

Mã Manchester (Manchester code) là một phương pháp mã hóa tín hiệu được sử dụng trong truyền thơng điện tử để đảm bảo đồng bộ hóa dữ liệu và giảm thiểu sai số trong q trình truyền dẫn tín hiệu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Cụ thể, Mã Manchester mã hóa mỗi bit dữ liệu bằng cách chuyển đổi nó thành hai mức tín hiệu khác nhau: trong nửa đầu của chu kỳ thì mức tín hiệu sẽ là cao và trong nửa cịn lại của chu kỳ thì mức tín hiệu sẽ là thấp. Như vậy, thời gian mỗi bit dữ liệu được chia thành hai phần bằng nhau, mỗi phần được gọi là một ký tự mã Manchester.

Vì tần số của tín hiệu cao và thấp được giữ ngang nhau, Mã Manchester cho phép đồng bộ hóa tín hiệu dữ liệu dễ dàng hơn so với một số phương pháp mã hóa khác. Tuy nhiên, Mã Manchester tốn nhiều băng thông hơn so với các phương pháp mã hóa khác, do đó khơng phổ biến trong các ứng dụng với băng thơng hạn chế.

Hình minh họa mã Manchester

<b>2.2. Mã NRZ</b>

<b> Mã NRZ (Non-Return-to-Zero) là một phương pháp mã hóa tín hiệu</b>

được sử dụng trong truyền thông điện tử để đại diện cho các bit dữ liệu thơng qua mức tín hiệu của tín hiệu điện.

Trong Mã NRZ, tín hiệu điện sẽ giữ nguyên mức trạng thái của nó trong suốt thời gian giữa các bit dữ liệu liên tiếp. Nếu bit dữ liệu là 0, tín hiệu điện sẽ được giữ nguyên ở mức thấp trong suốt chu kỳ tương ứng với bit đó, và nếu bit dữ liệu là 1, tín hiệu điện sẽ được giữ ở mức cao.

Ưu điểm của Mã NRZ là đơn giản và dễ hiểu. Tuy nhiên, nó cũng có một số hạn chế, bao gồm việc thiếu đồng bộ hóa và phân tích nhầm bit dữ liệu khi

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

có nhiễu hoặc độ trễ. Một biến thể của Mã NRZ là Mã NRZ-Level, trong đó bit dữ liệu được biểu diễn bằng cách giữ nguyên mức tín hiệu điện trạng thái của nó, nhưng các bit 0 và 1 được đại diện bằng các mức tín hiệu khác nhau.

Hình minh họa của mã NRZ

<b>2.3. Mã RZ</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>2.4. Ưu điểm và hạn chế của kỹ thuật FDM</b>

- Ưu điểm:

Tăng khả năng sử dụng tài nguyên băng tần: FDM cho phép truyền nhiều tín hiệu khác nhau trên cùng một đường truyền, giúp tối đa hóa khả năng sử dụng tài nguyên băng tần.

Giảm chi phí: Kỹ thuật FDM giúp giảm chi phí so với việc sử dụng nhiều đường truyền riêng biệt để truyền các tín hiệu khác nhau.

Dễ triển khai: Các thiết bị FDM như các bộ khuếch đại, bộ lọc và bộ ghép kênh được thiết kế đơn giản, dễ dàng triển khai và bảo trì.

- Nhược điểm:

Độ trễ tín hiệu: Việc phải chia sẻ băng tần cho nhiều tín hiệu có thể dẫn đến độ trễ tín hiệu tăng lên, ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu truyền.

Sóng điện từ: Sự kết hợp của nhiều tín hiệu trên cùng một đường truyền có thể dẫn đến nhiễu sóng điện từ, ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu truyền.

Khó điều khiển: Việc phân chia băng tần phải được thực hiện chính xác, khó điều khiển trong việc phân bố băng tần cho từng kênh tín hiệu.

Có méo xun điều chế xảy ra trong FDM.

Cần có một số lượng lớn các bộ điều chế và bộ lọc hệ thống trong FDM. FDM cung cấp ít thơng lượng hơn.

Khơng thể sử dụng tồn bộ băng thơng của một kênh trong hệ thống ghép kênh phân chia theo tần số.

Khả năng chống nhiễu kém.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>2.5. Một số ứng dụng của kỹ thuật FDM</b>

FDM được sử dụng rộng rãi trong viễn thơng để truyền tín hiệu giữa các trạm, trong việc truyền tín hiệu truyền hình, truyền dữ liệu và truyền tín hiệu điện thoại. Dưới đây là một số ứng dụng chi tiết của FDM trong viễn thông:

- Trước đây, FDM được sử dụng trong các hệ thống liên lạc điện báo điều hòa và trong hệ thống điện thoại di động.

- FDM thường được sử dụng trong các mạng truyền hình.

- FDM được sử dụng trong Đài phát thanh truyền hình. Mỗi Đài phát thanh có băng tần của nó. Khi chúng ta bật radio thì tín hiệu từ tất cả các đài phát thanh sẽ đến trên đài của chúng ta. Chúng ta có thể chọn dải tần bằng cách xoay núm để kết nối bộ đàm của mình với một đài phát thanh cụ thể.

- Hệ thống ghép kênh phân chia tần số được sử dụng trong hệ thống điện thoại. FDM giúp truyền nhiều cuộc gọi điện thoại qua một đường truyền hoặc một liên kết đơn.

- Trong hệ thống kết nối băng thông rộng, FDM cũng được sử dụng. Hệ thống FDM được sử dụng trong Đường dây thuê bao số hoặc Modem DSL, giúp truyền tải một lượng dữ liệu máy tính truy cập Internet khổng lồ qua một đường truyền duy nhất. Đây là một ứng dụng rất quan trọng của FDM. - FDM được sử dụng trong các hệ thống điều chế tần số âm thanh nổi hoặc hệ

thống truyền FM.

- FDM cũng được sử dụng trong điều chế biên độ hoặc hệ thống truyền dẫn vô tuyến AM.

- Hệ thống ghép kênh phân chia tần số hoặc hệ thống FDM được sử dụng cho dữ liệu đa phương tiện như truyền video, âm thanh, hình ảnh.

- Truyền tín hiệu điện thoại : FDM được sử dụng để truyền tín hiệu điện thoại giữa các trạm. Các kênh tín hiệu điện thoại được ghép kênh theo tần số và truyền qua một đường truyền duy nhất, giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên băng tần và tăng cường hiệu suất của mạng viễn thơng.

- Truyền tín hiệu truyền hình : FDM cũng được sử dụng trong truyền tín hiệu truyền hình. Các kênh tín hiệu video và âm thanh được ghép kênh theo tần số và truyền qua một đường truyền duy nhất, giúp tối đa hóa khả năng sử dụng tài nguyên băng tần và giảm chi phí cho hệ thống truyền hình.

- Truyền dữ liệu : FDM được sử dụng trong truyền dữ liệu giữa các trạm viễn thơng. Các kênh tín hiệu dữ liệu được ghép kênh theo tần số và truyền qua

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

một đường truyền duy nhất, giúp tối đa hóa khả năng sử dụng tài nguyên băng tần và tăng cường tốc độ truyền dữ liệu.

- Cải tiến mạng viễn thông : FDM được sử dụng để cải tiến mạng viễn thơng bằng cách tối đa hóa khả năng sử dụng tài nguyên băng tần. Việc sử dụng FDM giúp tăng cường hiệu suất của mạng viễn thơng và giảm chi phí cho hệ thống truyền thơng.

- Truyền tín hiệu từ xa : FDM cũng được sử dụng để truyền tín hiệu từ xa, như trong các hệ thống viễn thông vệ tinh. Việc sử dụng FDM giúp tối đa hóa sử dụng tài nguyên băng tần và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và suy giảm tín hiệu. Hơn nữa, FDM cịn cho phép chọn các tần số trống để truyền tín hiệu, giúp tối đa hóa khả năng truyền tín hiệu từ xa. Ngồi ra, FDM còn được kết hợp với các kỹ thuật khác như MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) để tăng cường khả năng truyền tín hiệu từ xa. MIMO là một kỹ thuật sử dụng nhiều anten trên cả bộ phát và bộ thu để tăng cường khả năng truyền tín hiệu. Khi kết hợp với FDM, MIMO giúp tăng cường khả năng truyền tín hiệu từ xa bằng cách sử dụng tối đa các tần số trống và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên băng tần.

<b>III.Kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM – OrthogonalFrequency Division Multiplexing) </b>

<b>Về lịch sử OFDM</b>

Mặc dù kỹ thuật OFDM được phát minh từ những năm 1950. Nhưng do việc điều chế dữ liệu các sóng mang một cách chính xác, việc tách các sóng phụ quá phức tạp và thiếu các thiết bị phục vụ cho việc thực hiện kỹ thuật nên hệ thống chưa phát triển vào thời điểm đó. Tuy nhiên sau 20 năm được phát minh, kỹ thuật OFDM đã được ứng dụng rộng rãi nhờ vào sự phát triển của phép biến đổi Fourier nhanh FFT và IFFT. Cũng giống như kỹ thuật CDM, kỹ thuật OFDM được ứng dụng đầu tiên trong lĩnh vực quân sự. Đến những năm 1980, kỹ thuật OFDM được nghiên cứu nhằm ứng dụng trong modem tốc độ cao và trong truyền thông di động. Và những năm 1990, OFDM được ứng dụng trong truyền dẫn thông tin băng rộng như HDSL, ADSL, VHDSL sau đó OFDM được ứng dụng rộng rãi trong phát thanh số DAB và truyền hình số DVB. Trong những năm gần đây, OFDM đã được sử dụng trong các hệ thống không dây như IEEE 802.11n (Wi - Fi) và IEEE 802.16e (WiMAX) và tiếp tục được nghiên cứu ứng dụng trong chuẩn di động 3.75G và 4G.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>Sự phát triển của OFDM</b>

Kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM

Như đã tìm hiểu ở mục II, kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division Multiplexing) đã được sử dụng một thời gian dài nhằm ghép nhiều kênh tín hiệu để truyền qua một đường dây điện thoại. Mỗi kênh được xác định bằng một tần số trung tâm và các kênh được phân cách bởi các dải bảo vệ nhằm đảm bảo phổ của mỗi kênh không chồng lấn lên nhau. Dải bảo vệ này là nguyên nhân dẫn tới việc sử dụng băng thông không hiệu quả trong FDM.

Hình sau mơ tả việc sử dụng băng thơng trong hệ thống FDM

Truyền dẫn đa sóng mang

Truyền dẫn đa sóng mang MC (Multicarrier Communication) là một dạng FDM nhưng được dùng cho một luồng dữ liệu phát và một luồng dữ liệu thu tương ứng. MC được dùng để chia nhỏ luồng dữ liệu thành các luồng dữ liệu song song. Luồng dữ liệu cần truyền được chia ra làm nhiều luồng dữ liệu con. Sau đó, các luồng dữ liệu con này được đưa qua bộ biến đổi nối tiếp - song song và được truyền song song trên nhiều sóng mang khác nhau (mỗi luồng con được truyền trên một sóng mang) với tốc độ truyền thích hợp, nhưng tốc độ truyền dữ liệu trên các sóng mang con phải thấp hơn nhiều lần tốc độ truyền ban đầu. Tốc độ dữ liệu tổng thể là tổng của các tốc độ dữ liệu trên tất cả các kênh con. Dạng MC đơn giản nhất chia luồng dữ liệu vào thành N luồng tín hiệu nhỏ để truyền qua N kênh truyền. N luồng này điều chế tại N tần số sóng mang khác nhau rồi được ghép kênh rồi đưa lên kênh truyền. Ở phía thu thì làm ngược lại phân kênh, giải điều chế, và ghép các luồng dữ liệu song song thành một luồng duy nhất như ban đầu. N được chọn sao cho độ rộng một symbol lớn hơn nhiều trải trễ của kênh truyền.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Hình 3.2: Hệ thống thơng tin đa sóng mang Kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM

MC là cơ sở của OFDM, điểm khác biệt đó là OFDM sử dụng tập các sóng mang trực giao nhau. Tính trực giao có nghĩa là các tín hiệu được điều chế sẽ hồn tồn độc lập với nhau. Tính trực giao với nhau đạt được do các sóng mang được đặt chính xác tại các vị trí “null” của các phổ tín hiệu đã điều chế, điều này cho phép phổ của các tín hiệu có thể chồng lấn lên nhau tức là hồn tồn khơng cần dải bảo vệ, nên tiết kiệm băng thơng đáng kể so với FDM truyền thống.

Hình dưới đây cho thấy việc sử dụng hiệu quả băng thơng trong OFDM.

Hình 3.3: Băng thơng được sử dụng hiệu qủa trong OFDM (a) Phổ của FDM; (b) Phổ của OFDM

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>3.1. Giới thiệu về kỹ thuật OFDM</b>

Kỹ thuật OFDM là kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Đó là sự kết hợp giữa mã hóa và ghép kênh. Thường thường nói tới ghép kênh người ta thường nói tới những tín hiệu độc lập từ những nguồn độc lập được tổ chức lại. Trong đó OFDM, những tín hiệu độc lập này là các sóng mang con. Đầu tiên tín hiệu sẽ chia thành các nguồn độc lập, mã hóa và sau đó ghép kênh lại để tạo nên sóng mang OFDM.

OFDM là trường hợp đặc biệt của FDM (Frequency Division Multiplex). Ta có thể liên tưởng kênh truyền FDM giống như một dòng nước đang chảy, nước chảy thành một dòng lớn; kênh truyền OFDM giống như nước chảy ở vòi sen, chia ra thành từng dịng nước nhỏ. Ta có thể dùng tay để chặn dịng nước từ vịi nước thơng thường (FDM) nhưng khơng thể làm tương tự với nước chảy ra ở vòi hoa sen. Mặc dù cả hai kỹ thuật cùng thực hiện chung một cơng việc nhưng mà lại có những phản ứng khác nhau đối với nhiễu.

Ta cũng có thể liên tưởng tới sự vận chuyển hàng hóa bằng xe tải. Ta có hai phương án, dùng một chiếc xe tải lớn chở tất cả hàng hóa (FDM) hoặc dùng một đoàn xe nhỏ (OFDM). Cả hai phương án đều chở cùng một loại hàng hóa nhưng trong trường hợp nếu tai nạn xảy ra nếu ta dùng một đồn xe nhỏ thì chỉ có ¼ hàng hóa bị mất mát.

<b>3.2. Nguyên lý cơ bản của OFDM</b>

Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia một luồng dữ liệu tốc độ cao thành các luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số các sóng mang con trực giao. Vì khoảng thời gian symbol tăng lên cho các sóng mang con song song tốc độ thấp hơn, cho nên lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống. Nhiễu xuyên ký tự ISI được hạn chế hầu như hoàn toàn do việc đưa vào một khoảng thời gian bảo vệ trong mỗi symbol OFDM. Trong khoảng thời gian bảo vệ, mỗi symbol OFDM được bảo vệ theo chu kỳ để tránh nhiễu giữa các sóng mang ICI.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang không chồng phổ và kỹ thuật điều chế đa sóng mang chồng phổ có sự khác nhau. Trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng mang chồng phổ, ta cần triệt xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần trực giao nhau.

Trong OFDM, dữ liệu trên mỗi sóng mang chồng lên dữ liệu trên các sóng mang lân cận. Sự chồng chập này là nguyên nhân làm tăng hiệu quả sử dụng phổ trong OFDM. Ta thấy trong một số điều kiện cụ thể, có thể tăng dung lượng đáng kể cho hệ thống OFDM bằng cách làm thích nghi tốc độ dữ liệu trên mỗi sóng mang tùy theo tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR của sóng mang đó.

Hình 3.4 So sánh kỹ thuật sóng mang khơng chồng phổ (trên) và kỹ thuật sóng mang chồng phổ (dưới)

Về bản chất, OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương thức đa sóng mang theo nguyên lý chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành tốc độ thấp hơn và phát đồng thời trên một số sóng mang được phân bổ một cách trực giao. Nhờ thực hiện biến đổi chuỗi dữ liệu từ nối tiếp sang song song nên thời gian symbol tăng lên. Do đó, sự phân tán theo thời gian gây bởi trải rộng trễ do truyền dẫn đa đường (multipath) giảm xuống.

OFDM khác với FDM ở nhiều điểm. Trong phát thanh thông thường mỗi đài phát thanh truyền trên một tần số khác nhau, sử dụng hiệu quả FDM để duy trì sự ngăn cách giữa những đài. Tuy nhiên khơng có sự kết hợp đồng bộ giữa mỗi trạm

</div>