Tại sao môđem lại có tốc độ khác nhau?

Khi chọn mua môđem, chúng ta sẽ chú ý tới một chỉ tiêu rất quan trọng của sản phẩm, đó là tốc độ. Tốc độ thường đo bằng bit/giây hoặc kbit/giây (1 k= 1000). Ví dụ 2 kbit/giây biểu thị môđem mỗi giây có thể truyền tải 2000 con số hệ đếm nhị phân (2000 bit). Tốc độ của môđem càng nhanh thì chúng ta vào mạng hoặc trao đổi văn kiện càng tiện lợi. Khoảng 20 năm trước, khi môđem ra đời thì tốc độ chỉ là 300 bit/giây. Ngày nay trên thị trường thường thấy môđem có loại 33,6 kbit/s và 56 kbit/s. Vậy thì tốc độ môđem do cái gì quyết định vậy? Sau này còn sẽ tăng lên nữa không?

Thông tin sở dĩ đạt được tốc độ tối đa là bởi môi giới giữa bên thu và bên phát – đường truyền thông quyết định. Ví dụ chúng ta nói chuyện, tốc độ liên lạc quyết định bởi việc chúng ta nói có nhanh (mấy âm tiết một phút) và mỗi âm tiết có thể biểu đạt được bao nhiêu ý nghĩa. Nếu hồi âm trong phòng là đáng sợ thì chúng ta không thể nói nhanh được, nếu không âm trước âm sau sẽ lẫn vào nhau. Hiệu ứng hồi âm này trong truyền thông đo bằng “hưởng ứng tần số” (đáp ứng tần). Mặt khác tiếng ồn xung quanh quá to mà chúng ta lại không thể nói to hơn nữa thì chúng ta nên tránh dùng những âm tiết gần với âm thanh, để khỏi bị nghe nhầm. Như vậy sẽ giảm thiểu ý nghĩa mà mỗi âm tiết có thể biểu đạt. Trong thông tin, ta lấy “tỉ suất ồn tin” (tỷ số tín/tạp) để đo ảnh hưởng của tiếng ồn đối với tín hiệu. Hưởng ứng tần số của đường truyền tin và tỉ suất ồn tin là thông số quan trọng ảnh hưởng tới tốc độ truyền thông.

Đương nhiên cùng một đường truyền thì tốc độ truyền thông có liên quan cả tới phương thức sử dụng. Phương thức này trong truyền thông gọi là kỹ thuật ghi mã. Sự hay dở của việc ghi mã trực tiếp ảnh hưởng tới tốc độ thông tin. Năm 1948, nhà khoa học Shannon thuộc phòng thí nghiệm [Bell (Alexander Graham Bell (1847 – 1922) nhà phát minh điện thoại] đã sáng lập ra lí thuyết thông tin, nêu ra phương pháp tính toán tốc độ truyền tải giới hạn dựa theo tỉ suất ồn của tin và đáp ứng tần số của một đường truyền. Chỉ khi tốc độ truyền tải thấp hơn giới hạn này thì chúng ta mới có thể truyền dữ liệu không sai sót. Thế nhưng, đến nay người ta vẫn chưa tìm thấy một phương pháp thông thường nào đạt tới giới hạn này. Với mỗi đường truyền cụ thể, chúng ta cần phải tìm ra phương pháp thích hợp để sửa chữa những sai lầm trong khi truyền tín hiệu, và thông qua mã ghi để phát hiện và sửa chữa những sai lầm do tiếng ồn tạo nên. Cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật này, tốc độ truyền tải dữ liệu đã nâng cao không ngừng, từ thoạt đầu là 300 bit/giây đến 1200, 2400, 9600, 14400, 19200 bit/giây. Với đường dây điện thoại hiện nay đạt tới 33,64 Kbit/giây đã là tiếp cận giới hạn Shannon rồi.

Vậy thì chúng ta làm sao vượt qua giới hạn Shannon để đạt tốc độ 56 Kbit/giây đây? Đó là sử dụng tính đặc thù của đường dây điện thoại. Ngày nay tuyệt đại bộ phận mạng điện thoại đều là kiểu số, lời nói của người dùng máy hoặc tín hiệu của môđem đều là điện áp biến đổi liên tục, gọi là tín hiệu tương tự (analog). Thông thường, nó được đưa tới trạm điện thoại bằng đường dây điện thoại bình thường (gọi là vòng nội hạt). Tại máy tổng đài số của bưu điện, những điện áp này được biến đổi thành tín hiệu số (gọi là lượng tử hóa), rồi bằng mạng số giữa các trạm mà chuyển tới trạm nơi có người nhận điện. Ở đây, những tín hiệu số này lại được hoàn nguyên thành tín hiệu tương tự, truyền tới người nhận điện qua vòng nội hạt. Quá trình lượng hóa kể trên là không chính xác cho lắm. Trong hệ thống điện thoại, mỗi một tín hiệu tương tự chỉ bị lượng tử hóa thành 8 hàng số thuộc hệ nhị phân. Khi lượng tử hóa, máy trao đổi dựa vào tín hiệu tương tự mà người dùng máy đưa tới để phát ra con số đối ứng có giá trị giả thiết gần với nó. Còn cuối cùng thì người nhận điện sẽ nhận được chính giá trị giả thiết này. Bởi thế, điện thoại mà người sử dụng phát đi thực tế có sự khác biệt với giá trị giả thiết mà máy biến đổi chọn lựa, và trở thành sai sót hoặc tiếng ồn trong đường truyền. Ta gọi đó là tiếng ồn lượng tử hóa. Kiểu truyền tải ngữ âm theo thiết kế này khá lí tưởng, nhưng đối với thiết bị môđem truyền thống (33,6 K bit/giây) thì tiếng ồn lượng tử hóa đã tạo nên nguyên nhân chủ yếu của tiếng ồn đường truyền, do vậy đã hạn chế tốc độ cao nhất của môđem.

Kỹ thuật 56 Kbit/giây thì khác hẳn. Kỹ thuật này đòi hỏi một bên thông tin phải trực tiếp nối với mạng điện thoại số. Thông thường đó là nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Còn người sử dụng chúng ta thì hòa mạng điện thoại qua vòng nội hạt. Ở hướng truyền xuống (hướng từ ISP đến người dùng), bên phát tin trực tiếp đưa số liệu vào mạng điện thoại số mà không qua lượng tử hóa. Môđem người sử dụng chỉ cần dựa vào tín hiệu tương tự đã thu được mà xác định rõ cái chuyển tới từ máy biến đổi là giá trị giả thiết nào, và sẽ có được dữ liệu cần tiếp nhận. Còn hướng truyền lên (các thuê bao tới các ISP) thì vẫn phải lượng tử hóa. Cho nên cũng vẫn dùng kỹ thuật truyền thống. Tốc độ tối đa là 31,2 Kbit/giây. Bởi phần lớn thuê bao rất ít văn kiện truyền lên mà sự sắp đặt phi đối xứng này là tương đối thích hợp.

Do vậy ta thấy, chúng ta sở dĩ đạt được tốc độ đường truyền cao là vì đường truyền ngày nay đã khác với trước kia. Điều này không ngược với lí thuyết Shannon. Dung lượng mà mạng điện thoại cấp cho mỗi thuê bao là 64 Kbit/giây. Chúng ta lại phải hy sinh một số tốc độ để bù lấp lại sự thất thoát của đường truyền của vòng nội hạt. Tốc độ 56 Kbit/giây cũng gần đạt tới giới hạn của kỹ thuật này.

Điều cần lưu ý là tốc độ 56 Kbit/giây không phải là nơi nào cũng đạt được, có rất nhiều nhân tố đều có thể khiến ta không có được tốc độ cao nhất. Thông thường, nếu đạt được hơn 40 Kbit/giây đã là khá rồi.

Tóm lại, hiện nay tốc độ của môđem đã gần tới giới hạn, khả năng của hệ thống điện thoại.

Muốn nâng cao hơn nữa thì phải sử dụng kỹ thuật ISDN, DSL.

Còn có một điểm cần nói rõ là tốc độ biểu thị của môđem không thể bằng với tốc độ truyền tải văn kiện thực tế. Nguyên nhân là, trước hết môđem sẽ dựa vào chất lượng đường dây mà tự động chọn lựa tốc độ tối ưu, không phải lúc nào cũng chọn tốc độ cao nhất. Thứ đến, tình hình bộ phận khác của mạng như tốc độ Internet, ISP và phụ tải của trạm tới, và cả tốc độ giao diện giữa máy tính và môđem đều có thể ảnh hưởng tới tốc độ truyền tải cuối cùng. Ngoài ra, tính có thể nén của loại văn kiện truyền tải cũng là một nhân tố ảnh hưởng quan trọng. (Hiện nay người ta đã dùng môđem ADSL một cổng hoặc bốn cổng – btv.)

Từ khóa: Môđem; Tín hiệu tương tự; Tiếng ồn lượng tử hóa.