ch ng 2 m i tr ng truy n d n
Download
Skip this Video
Download Presentation
CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 61

CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN - PowerPoint PPT Presentation


  • 334 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
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 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