Ch ng 2 m i tr ng truy n d n
Download
1 / 61

CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN - PowerPoint PPT Presentation


  • 323 Views
  • Uploaded on

CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN. [email protected] Nội dung. Khái niệm và thuật ngữ Tín hiệu và nhiễu Các môi trường truyền dẫn. Tín hiệu. Tín hiệu. 1 giây (s). A. T. Tần số của tín hiệu. Miền thời gian. Miền tần số. A. A. T. F. 0. A. f. F. f. A. A. T. F. 2f.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN' - eben


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Ch ng 2 m i tr ng truy n d n

CHƯƠNG 2MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN

[email protected]


N i dung
Nội dung

  • Khái niệm và thuật ngữ

  • Tín hiệu và nhiễu

  • Các môi trường truyền dẫn




T n s c a t n hi u

1 giây (s)

A

T

Tần số của tín hiệu

Miền thời gian

Miền tần số

A

A

T

F

0

A

f

F

f

A

A

T

F

2f


Ph c a t n hi u
Phổ của tín hiệu

F (Hz)

f = 300 Hz

300

F (Hz)

600

600 Hz

F (Hz)

700 Hz

700

F (Hz)

Phổ: Tầm tần số chứa trong tín hiệu


B ng th ng
Băng thông

A

  • Băng thông tuyệt đối

    • Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất mà kênh hỗ trợ)

    • Băng thông càng lớn, tốc độ truyền càng cao

  • Băng thông hiệu dụng

    • Băng thông

    • Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của t/h

F

500

2500

Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz



Suy gi m t n hi u
Suy giảm tín hiệu

  • T/h nhận được khác với t/h truyền đi

    • Analog – suy giảm chất lượng t/h

    • Digital – lỗi trên bit

  • Nguyên nhân

    • Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền

    • Méo do trễ truyền

    • Nhiễu


Suy gi m t n hi u1
Độ suy giảm tín hiệu

  • Định nghĩa (signal attenuation)

    • Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ (biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách)

    • Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn

      • Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ t/h là một hàm phức tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển

    • Cường độ t/h nhận phải

      • Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được

      • Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi

      • Suy yếu là một hàm tăng theo tần số

        • Kỹ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số

        • Dùng bộ khuyếch đai (khuyếch đại ở tần số cao nhiều hơn)

    • Đo bằng đơn vị decibel (dB)

      • Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit

      • Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-)


Suy gi m t n hi u2
Độ suy giảm tín hiệu

  • Đo bằng đơn vị decibel (dB)

    • Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit

    • Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép toán đơn giản (+/-)

  • Công thức

    • Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB)

      • P1: công suất của tín hiệu nhận (W)

      • P2: công suất của tín hiệu truyền (W)

    • Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối

      • Công suất suy giảm ½  độ hao hụt là 3dB

      • Công suất tăng gấp đôi  độ lợi là 3dB


Tr lan truy n t n hi u
Trễ lan truyền tín hiệu

  • Méo trễ truyền

    • Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến

    • Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số

      • Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm

      • Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau

  • Công thức

    • Transmission propagation delay

      Tp = S/V

      • S : khoảng cách vật lý (meter)

      • V : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, vd: với sóng điện từ: v = 2 x 106 (m/s)

    • Round trip delay

      Tx = N/R

      • N : khối lượng dữ liệu truyền (bit)

      • R : tốc độ truyền bit trên đường truyền.


Nhi u
Nhiễu

  • Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu

  • Các loại nhiễu

    • Nhiễu nhiệt

    • Nhiễu điều chế

    • Nhiễu xuyên kênh (cross talk)

    • Nhiễu xung



Nhi u nhi t
Nhiễu nhiệt

  • Do dao động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn

    • Hàm của nhiệt độ

  • Phân tán đồng nhất trên phổ tần số

  • Nhiễu trắng

  • Không thể loại bỏ  giới hạn hiệu suất của hệ thống

  • Nhiễu trong băng thông 1Hz của bất kỳ chất dẫn nào

    N0 = kT

    • N0: mật độ công suất nhiễu (watt/Hz)

    • k: hằng số Boltzmann (= 1.38 x 10-23 J/0K)

    • T: nhiệt độ (0K)

  • Nhiễu trong băng thông W Hz: N = N0W = kTW


Nhi u2
Nhiễu

  • Nhiễu điều chế

    • T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h dùng chung môi trường truyền

    • Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát

  • Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

    • T/h từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác

    • Cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu nhiệt

  • Nhiễu xung

    • Xung bất thường (spike)

      • e.g. ảnh hưởng điện từ bên ngoài

    • Thời khoảng ngắn

    • Cường độ cao

    • Ảnh hưởng nhiều đến quá trình trao đổi dữ liệu số

      • Xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở tốc độ 4800bps


T c k nh truy n kh n ng k nh
Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh)

  • Đặc điểm

    • Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền.

    • Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền

  • Công thức Nyquist

    • Nếu tốc độ truyền tín hiệu là 2W thì tín hiệu với tần số nhỏ hơn (hoặc bằng) W là đủ; ngược lại nếu băng thông là W thì tốc độ tín hiệu cao nhất là 2W

    • C = 2W x log2M

      • C : tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu

      • W : băng thông của kênh truyền (Hz)

      • M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền

    • Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ-1)




T c d li u
Tốc độ dữ liệu

  • Baud rate (baud/s)

    • Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thay đổi tín hiệu đường truyền mỗi giây)

    • Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây)

  • Bit rate (bps hoặc bit/s)

    • Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền

    • Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu

    • Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân

    • Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn bằng 2 hay nhiều bit, tốc độ bit khác với tốc độ baud

  • Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate

    R = Rs x log2M = Rs x m

    • R : tốc độ bit (bit/s)

    • Rs : tốc độ baud (baud/s)

    • M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền

    • m : số bit mã hóa cho một tín hiệu



T l t n hi u so v i nhi u
Tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu

  • Signal to Noise ratio

    SNR = 10 x log10 (S/N) (dB)

    • S : công suất tín hiệu nhận

    • N : công suất nhiễu

  • Công thức Shannon-Hartley

    C = W x log2 (1 + S/N) (bps)

    • C : tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không có nhiễu


Chi u d i s ng
Chiều dài sóng

  • Khoảng cách chiếm bởi một chu kỳ

  • Khoảng cách giữa 2 điểm pha tương ứng trong 2 chu kỳ liên tiếp

  • Ký hiệu 

  • Giả sử vận tốc t/h là v

    •  = vT

    • f = v

    • c = 3*108 ms-1 (tốc độ ánh sáng)


M i tr ng truy n d n
Môi trường truyền dẫn

  • Hữu tuyến (guided media – wire)

    • Cáp đồng

    • Cáp quang

  • Vô tuyến (unguided media – wireless)

    • Vệ tinh

    • Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave, ...

  • Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu

    • Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn

    • Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn

  • Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách

    • Băng thông

      • Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao

    • Suy yếu truyền dẫn

      • Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung)

      • Số thiết bị nhận (receiver)

        • Môi trường hữu tuyến

        • Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm



M i tr ng truy n d n h u tuy n

Frequency Range

Typical Attenuation

Typical Delay

Repeater Spacing

Twisted pair (with loading)

0 to 3.5 kHz

0.2 dB/km @ 1 kHz

50 µs/km

2 km

Twisted pairs (multi-pair cables)

0 to 1 MHz

0.7 dB/km @ 1 kHz

5 µs/km

2 km

Coaxial cable

0 to 500 MHz

7 dB/km @ 10 MHz

4 µs/km

1 to 9 km

Optical fiber

186 to 370 THz

0.2 to 0.5 dB/km

5 µs/km

40 km

Môi trường truyền dẫn hữu tuyến

  • Cáp xoắn đôi

  • Cáp đồng trục

  • Cáp quang



C p ng twisted pair

Insulating

outer cover

Multi core

Insulating

outer cover

Protective screen (shield)

Cáp đồng: twisted-pair

  • Tách rời

  • Xoắn lại với nhau

  • Thường được bó lại


C p ng twisted pair1
Cáp đồng: twisted-pair

  • Ứng dụng

    • Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất

    • Mạng điện thoại

      • Giữa các thuê bao và hộp cáp (subscriber loop)

    • Kết nối các tòa nhà

      • Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX)

    • Mạng cục bộ (LAN)

      • 10Mbps hoặc 100Mbps

    • Ưu – nhược điểm

      • Rẻ

      • Dễ dàng làm chủ

      • Tốc độ dữ liệu thấp

      • Tầm ngắn


C p ng twisted pair2
Cáp đồng: twisted-pair

  • Đặc tính truyền dẫn

    • Analog

      • Cần bộ khuếch đại mỗi 5km tới 6km

        • Độ suy giảm t/h: ~1dB/km

        • Chuẩn trong ĐT: = 6dB

    • Digital

      • Dùng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số

      • Cần bộ lặp (repeater) mỗi 2km hoặc 3km

    • Khoảng cách giới hạn

    • Băng thông giới hạn (1MHz)

    • Tốc độ dữ liệu giới hạn (100MHz)

    • Dễ bị nhiễu và tác động của môi trường ngoài


C p ng twisted pair3
Cáp đồng: twisted-pair

  • Không vỏ bọc giáp – Unshielded Twisted Pair (UTP)

    • Dây ĐT bình thường

    • Rẻ nhất

    • Dễ lắp đặt

    • Dễ bị nhiễu trường điện từ bên ngoài

  • Vỏ bọc giáp – Shielded Twisted Pair (STP)

    • Vỏ giáp bện giúp giảm nhiễu và tác động bên ngoài

    • Đắt hơn

    • Khó lắp đặt (cứng, nặng)


C p ng twisted pair4
Cáp đồng: twisted-pair

  • UTP Cat 3

    • Lên đến 16MHz

    • Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết các văn phòng

    • Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới 10cm

  • UTP Cat 4

    • Lên đến 20 MHz

  • UTP Cat 5

    • Lên đến 100MHz

    • Được dùng phổ biến hiện nay trong các văn phòng

    • Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm

    • Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100.106 bits/second

  • STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 10.106 bits/second



C p ng unshielded twisted pair
Cáp đồng: Unshielded Twisted-Pair


C p ng shielded twisted pair
Cáp đồng: Shielded Twisted-Pair


C p ng coaxial
Cáp đồng: Coaxial

  • Ứng dụng

    • Môi trường truyền linh hoạt nhất

    • Cáp truyền hình

    • Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa

      • FDM

      • Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi

      • Sẽ bị thay thế bởi cáp quang

    • Kết nối các thiết bị khoảng cách gần

    • Mạng cục bộ

  • Đặc tính truyền dẫn

    • Hiệu ứng bề mặt (skin effect)

    • Analog

      • Cần bộ khuyếch đại mỗi vài km

      • Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao

      • Lên đến 500MHz

    • Digital

      • Cần bộ lặp (repeater) mỗi km

      • Khoảng cách càng ngắn nếu tốc độ dữ liệu càng tăng




C p ng c i m chung
Cáp đồng: đặc điểm chung

  • Xác suất bit lỗi trên đường truyền (Bit Error Rate – BER) vào khoảng 10-6.

  • Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu (crosstalk, thermal,...) và môi trường xung quanh.

  • Tốc độ truyền thông tin thay đổi tùy theo phạm vi hệ thống được triển khai :

    • LAN: tốc độ 10Mbps ~ 100Mbps, khoảng cách khoảng vài trăm mét (UTP: length < 100 m).

    • WAN: tốc độ truyền thấp hơn, từ vài chục Kbps đến vài Mbps. Ví dụ: T1 ~ 1,5Mbps, E1 ~ 2Mbps, đường ĐT: 64Kbps




C p quang l i ch v ng d ng
Cáp quang: lợi ích và ứng dụng

  • Lợi ích

    • Dung lượng cao

      • Tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps trên 1km coaxial cable và thấp hơn của twisted-pair cable)

    • Kích thước và trọng lượng nhỏ

    • Độ suy hao của tín hiệu trên đường truyền thấp.

    • Cách ly trường điện từ (Ít bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung quanh)

    • Khoảng cách giữa các bộ lặp xa

    • Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền vào khoảng 10-9 10-12

  • Ứng dụng

    • Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km).

    • Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks)

    • Đường trung kế khoảng cách xa

    • Trung kế đô thị

    • Trung kế tổng đài nông thôn

    • Thuê bao


C p quang c t nh truy n d n
Cáp quang: đặc tính truyền dẫn

  • Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz

    • Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được

  • Light Emitting Diode (LED)

    • Rẻ

    • Tầm nhiệt độ hoạt động rộng

    • Tuổi thọ cao

  • Injection Laser Diode (ILD)

    • Hiệu quả hơn

    • Tốc độ dữ liệu cao hơn

  • Wavelength Division Multiplexing


C p quang c t nh truy n d n1
Cáp quang: đặc tính truyền dẫn

  • Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz

    • Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được

  • Light Emitting Diode (LED)

    • Rẻ

    • Tầm nhiệt độ hoạt động rộng

    • Tuổi thọ cao

  • Injection Laser Diode (ILD)

    • Hiệu quả hơn

    • Tốc độ dữ liệu cao hơn

  • Wavelength Division Multiplexing


C p quang ch truy n
Cáp quang: chế độ truyền

multimode: several paths/time delays

narrow: 1 wavelength no time delays



C p quang2
Cáp quang

Optical Dielectric SLT Cable, 72-Fiber, Composite (24 SM/48MM)


Truy n d n v tuy n
Truyễn dẫn vô tuyến

  • Truyền và nhận thông qua anten

  • Có hướng

    • Chùm định hướng (focused beam)

    • Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn thận

  • Vô hướng

    • Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng

    • Có thể được nhận bởi nhiều anten

  • Tầm tần số

    • 2GHz đến 40GHz

      • Sóng viba (microwave)

      • Định hướng cao

      • Điểm-điểm

      • Vệ tinh

    • 30MHz đến 1GHz

      • Vô hướng

      • radio

    • 3 x 1011 đến 2 x 1014

      • Hồng ngoại

      • Cục bộ

  • Khắc phục những khó khăn về địa lý khi triển khai hệ thống

  • Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ: BER của vệ tinh ~ 10-10

  • Tốc độ truyền thông tin đạt được thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps

  • Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km)

  • Chi phí để triển khai hệ thống ban đầu rất cao



V tuy n s ng viba m t t
Vô tuyến: sóng viba mặt đất

  • Chảo parabol (thường 10 inch)

  • Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight)

  • Khoảng cách max giữa các anten

    • h: chiều cao của anten

    • k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng (k=4/3)

    • Ví dụ: tháp anten cao 100m cách xa 82km

    • Chuỗi tháp anten: điểm-điểm

  • Độ suy giảm t/h

    • d: khoảng cách – : chiều dài sóng

    • Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách  cần amp/repeater mỗi 10-100km

    • Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa)

  • Viễn thông khoảng cách xa

    • Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm trên đường thẳng)

  • Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao


V tuy n s ng v tinh
Vô tuyến: sóng vệ tinh

  • Vệ tinh là trạm trung chuyển

  • Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một tần số khác

  • Cần quĩ đạo địa tĩnh

    • Cao 35.784 km

  • Ứng dụng

    • Truyền hình

    • Điện thoại đường dài

    • Mạng riêng

  • Đặc tính

    • Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz

      • < 1 GHz: quá nhiều nhiễu

      • >10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển

    • Cặp tần số thu/phát

    • (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band

    • (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band

    • Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm

    • Trễ 240-300ms, đáng chú ý trong viễn thông



V tuy n s ng radio
Vô tuyến: sóng radio

  • Vô hướng, 30MHz – 1GHz

  • Sóng FM

  • Truyền hình UHF và VHF

  • Truyền theo đường thẳng (line of sight)

  • Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh

    • Phản xạ


V tuy n s ng h ng ngo i
Vô tuyến: sóng hồng ngoại

  • Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ)

  • Cản bởi các bức tường

  • Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển bằng hồng ngoại (IRD port)


Lan truy n v tuy n
Lan truyền vô tuyến

  • Tín hiệu lan truyền theo 3 đường

    • Sóng mặt đất

      • Dọc theo đường bao trái đất

      • < 2MHz

      • AM radio

    • Sóng bầu trời

      • Radio nghiệp dư, dịch vụ toàn cầu BBC, VOA

      • Tín hiệu phản xạ từ tầng điện ly

    • Đường thẳng

      • Khoảng trên 30MHz

      • Có thể xa hơn đường thẳng quang học do có phản xạ


Lan truy n s ng m t t
Lan truyền sóng mặt đất

Signalpropagation

Transmitantenna

Receiveantenna

Earth

Ground-wave propagation (below 2MHz)


Lan truy n s ng b u tr i
Lan truyền sóng bầu trời

ionosphere

Signal propagation

Transmitantenna

Receiveantenna

Earth

Sky-wave propagation (2MHz to 30MHz)


Lan truy n ng th ng
Lan truyền đường thẳng

Signal propagation

Transmitantenna

Receiveantenna

Earth

Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz)



K t ch ng
Kết chương

  • Một số khái niệm và thuật ngữ

    • Phổ

    • Băng thông

    • Tốc độ kênh truyền

  • Môi trường truyền dẫn

    • Hữu tuyến

      • Twisted – pair

      • Coaxial

      • Fiber optic

    • Vô tuyến

      • Radio

      • Satellite

      • Microwave


C th m
Đọc thêm

  • W. Stallings, Data and Computer Communications (7th edition), Prentice Hall 2004, chapter 4

  • B. Brown, Introduction to Data Communications


ad