bài tiểu luận môi trường truyền dẫn

z Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương  BÀI TIỂU LUẬN: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN Bùi Văn Hải K80401 1 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Mục Lục A MÔI TRƯỜNG CÓ ĐỊNH HƯỚNG……………………………………………………1 I. CÁP XOẮN ĐÔI…………………………………………………………………………….2 II. CÁP ĐỒNG TRỤC…………………………………………………………………………5 III. CÁP QUANG: …………………………………………………………………… 7 B . MÔI TRƯỜNG KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG. ……………………………………12 I.LAN TRUYỀN CÁC TÍN HIỆU ĐẶC BIỆT………………………………………………….11 III.THÔNG TIN VỆ TINH: ……………………………………………………………………16 Bùi Văn Hải K80401 2 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Thiết bị viễn thông và máy tính dùng tín hiệu để biểu diễn dữ liệu, các tín hiệu này được truyền đi dưới dạng năng lượng điện từ. Tín hiệu điện từ có thể di chuyển qua chân không, không khí hoặc các môi trường truyền dẫn khác. Năng lượng điện từ là sự kết hợp giữa chuyển động điện trường và từ trường, bao gồm công suất, tiếng nói, sóng vô tuyến, ánh sáng và tia cực tím, tia gamma, và tia vũ trụ, tạo thành phổ điện từ trường (hình 1). Hình 7.1 Môi trường truyền được chia thành hai loại: • Môi trường có định hướng • Môi trường không định hướng. Hình 7.2 A. MÔI TRƯỜNG CÓ ĐỊNH HƯỚNG + Khái niệm: là môi trường cung cấp cáp từ thiết bị này đến thiết bị kia. + Phân loại: cáp xoắn - đôi, cáp đồng trục và cáp quang I. CÁP XOẮN ĐÔI Có cấu tạo gồm 2 sợi dây xoắn lại Gồm hai dạng: không có giáp bọc và có giáp bọc. 1.1.Cáp đôi xoắn không bọc (UTP: unshielded twisted pair cable) Bùi Văn Hải K80401 3 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Là dạng thông dụng nhất trong thông tin hiện nay. Được dùng nhiều trong hệ thống điện thoại, cáp này có dải tần số thích hợp cho truyền dẫn dữ liệu và thoại (xem hình 4). UTP gồm hai dây dẫn (thường là đồng), mỗi dây có lớp cách điện với màu sắc khác nhau, đươc dùng để nhận dạng (như hình 5) và cho biết từng cặp dây trong bó dây lớn. Trước đây, khi dùng hai dây phẳng song song để truyền tin thì ảnh hưởng của điện từ trường giữa hai dây tạo ra nhiễu. Hiện tượng này là do khi có hai dây song song thì dây dẫn nào ở gần nguồn nhiễu hơn thì nhiểm nhiễu nhiều hơn dây còn lại, từ đó tạo ra tải không điều và gây hại đến tín hiệu (xem hình 6). Hình 7.3 Hình 7.4 Hình 7.5 Trong khi đó, nếu ta xoắn hai dây lại thì mỗi dây gần nguồn nhiễu trong một nữa thời gian và xa nguồn nhiễu trong một nữa thời gian, như thế ảnh hưởng của nhiễu lên cả hai dây dẫn là như nhau (xem hình 7). Do đó ảnh hưởng của nhiễu tại đầu thu là 0 (14- 14). Làm xoắn dây thì không thể triệt tiêu hoàn toàn nhiễu, nhưng có khả năng giảm nhiễu đi. Bùi Văn Hải K80401 4 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Ưu điểm của UTP là giá cả và tính dễ sử dụng. UTP thường rẻ, mềm dẽo hơn và dễ lắp đặt. Các UTP cấp cao hơn được dùng trong nhiều công nghệ mạng LAN, bao gồm Ethernet và Token Ring, như vẽ ở hình 8. Hình 7.6 EIA (Electronic Industries Association) đã phát triển các chuẩn của UTP theo chuẩn chất lượng. Theo đó, giá trị 1 là thấp nhất và 5 là cao nhất, các chuẩn này thích hợp riêng cho từng ứng dụng cụ thể:  Category 1: dùng trong điện thoại, dùng tốt cho thoại và chỉ thích hợp cho thông tin dữ liệu tốc độ thấp.  Category 2: dùng cho thoại và thông tin dữ liệu lên đến 4 Mbps  Category 3: cần ít nhất 3 xoắn dây trong mỗi foot, dùng cho thông tin dữ liệu lên đến 10 Mbps, hiện là cáp chuẩn dùng trong hầu hết các hệ thống điện thoại.  Category 4: Cần ít nhất 3 xoắn dây cho mỗi foot và các điều kiện để có thể truyền dữ liệu lên đến 16 Mbps  Category 5: dùng cho truyền dẫn dữ liệu lên đến 100 Mbps Đầu nối (UTP Connectors): dùng các jack tương tự như loại dùng trong điện thoại, có thể là jack đực hay cái, thường nhất là dạng RJ45 dùng 8 dây dẫn, dùng cho cáp có bốn đôi dây xoắn. Bùi Văn Hải K80401 5 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Hình 7.7 1.2.Cáp xoắn đôi có giáp bọc (STP: shielded twisted pair cable) Hình 7.8 Có giáp bọc như vẽ ở hình 10, lớp giáp bọc kim loại này nhằm ngăn nhiễu xuyên kênh (crosstalk), các phân loại theo chất lượng và các đầu nối đều tương tự như UTP, tuy nhiên khi sử dụng thì phải nối đất lớp giáp bọc. STP thường đắc tiền hơn UTP nhưng tính chống nhiễu thì cao hơn. II. CÁP ĐỒNG TRỤC 1.1.Các chuẩn cáp đồng trục: Thường được phân cấp theo RG (radio governement rating). Mỗi số RG cho một tập các đặc tính vật lý, bao gồm kích thước dây đồng, kích thước lớp cách điện và kích cở của lớp bọc ngoài. Các chuẩn thường gặp là:  RG-8: dùng cho thick Ethernet.  RG-9: dùng cho thick Ethernet.  RG-11: dùng cho thick Ethernet.  RG-58: dùng cho thin Ethernet.  RG-59: dùng cho TV. Bùi Văn Hải K80401 6 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương 1.2.Đầu nối cáp đồng trục: Dùng nhiều trong truyền tín hiệu TV và VCR, với các đầu nối đực và cái thông dụng. Hai dạng thường gặp khác là T- connector và terminator. T-connector (dùng trong thin Ethernet) dùng kết nối cáp thức cấp hay cáp đến nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau. Terminator dùng trong cấu hình bus trong đó một cáp dẫn được dùng làm xương sống (backbone) với nhiều thiết bị. III. CÁP QUANG: 1.1.Bản chất ánh sáng: Ánh sáng là một dạng của sóng điện từ, có tốc độ 300.000 km/s, hay 186.000 mile/s trong chân không. Tốc độ này giảm trong các môi trường khác. Hình 7.9 o Góc tới hạn: xem hình 7.14 - Sự phản xạ: Khi góc tới lới hơn góc tới hạn thì xuất hiện hiện tượng phản xạ như hình 15 đổi. Các tia được chỉnh định góc truyền để sau cùng tại đích tín hiệu có được chính xác hơn trường hợp step-index. Cáp quang dùng hiện tượng phản xạ để dẫn ánh sáng qua kênh quang. Dữ liệu được mã hóa thành dạng chùm tia on-off để biểu diễn bit 1 và bit 0. (ON: có ánh sáng, OFF: không có ánh sáng). - Các chế độ truyền: Trình bày trong hình 16. Bùi Văn Hải K80401 7 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Hình 7.10 o Multimode: Do dùng nhiều tia từ nguồn ánh sáng di chuyển bên trong lõi theo nhiều đường khác nhau. Phương thức truyền của các tia này phụ thuộc vào cấu trúc lõi. + Multimode step-index: hình 17 Hình 7.11 Mật độ của lõi được giữ không đổi từ tâm đến rìa. Chùm tia khi di chuyển trong mật độ không đổi này có dạng tuyến tính cho đến khi đi tới vùng giao tiếp giữa lõi và lớp bọc. Tại đó, có sự thay đổi đột ngột đến mật độ thấp làm thay đổi góc di chuyển của tia. Từ step-index nhằm minh họa sự thay đổi đột ngột này. Hình 17 minh họa nhiều chùm tia đi qua step-index fiber. Một số tia nằm giữa được truyền đi thẳng và đến đích mà không gặp phản xạ hay khúc xạ. Một số tia thì chạm vào lớp giao tiếp và lớp sơn phủ và có góc nhỏ hơn góc tới hạn; các tia này đi xuyên qua lớp sơn phủ và biến mất. Còn một số thì chạm rìa của vỏ và có góc tới lớn hơn góc tới hạn nên phản xạ lại nhiều lần trước khi đến đích. Mỗi tia phản xạ tại lớp giao tiếp, khi góc tới bằng góc phản xạ. Một tia có góc nhỏ thì cần được phản chiếu nhiều lần trước khi đến đích so với trường hợp góc tới lớn hơn Tức là khi góc tới nhỏ thì tia phải đi xa hơn mới đến đích, điều này làm cho thời gian các tia đến đích là không giống nhau. Như thế xuất hiện hiện tượng méo do trễ (về thời gian truyền). Điều này làm giới hạn tốc độ truyền dữ liệu và không cho phép multimode step –index được ứng dụng trong một số ứng dụng đòi hỏi chính xác. + Multimode graded –index: (hình 18) Làm giảm méo dạng của tín hiệu qua cáp. Từ index ở đây muốn nói lên chỉ số (index) phản xạ của mật độ. Như thế thì graded-index fiber, là dạng có các mật độ thay đổi được. Mật độ cao nhất tại vùng tâm của lõi và giảm dần tại vùng rìa. Tín hiệu được đưa vào vùng tâm của lõi. Từ đây, chỉ có những tia truyền theo chiều ngang di chuyển đi qua vùng có mật độ không đổi. Các chùm tia có góc khác di chuyển qua các vùng có mật độ thay Bùi Văn Hải K80401 8 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Dùng step-index fiber và nguồn được tập trung cao (highly focused) trong một góc bé, sát mặt ngang. Cáp loại này được sản xuất với đường kính tương đối bé so với trường hợp multimode và mật độ tương đối bé (chỉ số phản xạ bé theo). Việc giảm mật độ này cho phép có gói tới hạn gần 90 độ làm cho quá trình truyền gần như nằm ngang. Trong trường hợp này, việc lan truyền của nhiều tia thì hầu như giống nhau và có thể bỏ qua yếu tố truyền trễ. Các tia có thể xem như là đền đích cùng một lúc và được tái hợp mà không bị méo dạng. Hình 7.12 - Kích thước cáp quang: Bảng B.1 định nghĩa tỉ số của đường kính lõi và đường kính vỏ, dùng micrômét. Dòng cuối chỉ dùng cho cáp single mode Fiber Type Core (microns) Cladding (microns) 62.5/125 50/125 100/140 8.3/125 62.5 50.0 100.0 8.3 125 125 140 125 1.2.Cấu tạo cáp: Hình 20 cho thấy cấu tạo cáp quang. Hình 7.13 Bùi Văn Hải K80401 9 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Lõi cáp được bọc bởi lớp sơn phủ (cladding) tạo ra cáp quang. Đôi khi còn có thể có lớp bảo vệ chống nấm mốc. Sau cùng thì có lớp vỏ bọc ngoài. Lõi và lớp sơn phủ có thể được làm từ thủy tinh hay plastic nhưng có mật độ khác nhau. Hơn nữa, lớp lõi trong phải cực kỳ tinh khiết (ultrapure) và hoàn toàn khác biệt về kích thước và hình dáng. Nếu không tinh khiết thì có thể làm giảm chất lượng truyền dẫn của cáp do có khả năng làm thay đổi góc, gây méo dạng tín hiệu, tuy có thể làm giảm giá thành, nhưng đồng thời cũng giảm chất lượng do xuất hiện méo dạng tín hiệu. Lớp bọc ngoài có thể được cấu tạo từ nhiều chất liệu khác nhau, bao gồm võ Teflon, plastic, plastic mạ kim loại kim loại hay lưới kim loại, tùy theo các ứng dụng khác nhau, và điều kiện lắp đặt. - Nguồn sáng cho cáp quang: Mục đích của cáp quang là chứa và hướng các tia sáng từ nguồn đích. Để có thể truyền được thì bộ phát phải có nguồn sáng và bộ thu phải có bộ cảm quang (photodiode) cho phép chuyển tín hiệu thu được sang tín hiệu điện dùng được cho máy tính. Nguồn sáng có thể là LED (light-emitting diode) hay diode laser ILD (injection laser diode). LED tuy rẻ tiền nhưng tín hiệu lại không hội tụ tốt, nên thường chỉ được dùng trong truyền dẫn trong cự ly ngắn mà thôi. ILD thì cho phép hội tụ chùm tia với góc rất hẹp, nên có thể truyền được trên một cự ly tương đối dài. - Đầu nối cáp quang: Đầu nối cáp quang cũng đòi hỏi sự chính xác như bản thân cáp quang, không cho phép có khoảng hở, cũng như không được ép quá sát, luôn đòi hỏi được cân chỉnh đúng nếu không muôn tín hiệu bị suy hao. Từ đó, các nhà sản xuất đã cung cấp cho thị trường nhiều loại đầu nối vửa chính xác vừa rẻ tiền, với hai dạng đầu đực và cái; đầu nối đực thường nối vào cáp, còn đầu cái được mắc vào thiết bị cần kết nối. 1.3.Ưu điểm của cáp quang: Ưu điểm lớn nhất của cáp quang so với cáp đồng trục hay cáp xoắn đôi là tính chống nhiễu, ít bị suy giảm tín hiệu và băng thông lớn hơn. Tính chống nhiễu: từ bản chất ánh sáng, nên không bị nhiễn nhiễu điện từ trường, còn ánh sáng từ ngoài vào cáp thì đã được lớp bọc bảo vệ ngăn chặn lại. Ít bị suy giảm tín hiệu: điều này cho phép tín hiệu lan truyền hàng dặm mà không cần có thiết bị lặp. Băng thông lớn hơn: do có băng thông lớn hơn (tức là có tốc độ truyền cao hơn) so với các loại cáp khác. Như thế hiện nay thì tốc độ dữ liệu qua cáp quang không phải bị giới hạn từ băng thông của môi trường mà do các công nghệ thu và phát thích hợp. 1.4.Khuyết điểm của cáp quang: Bao gồm giá cả, thiết lập/bảo trì, và tính mảnh dẻ. Giá cả: cáp quang có giá thành cao hơn do phải sản xuất với chất lượng cao hơn thì quá trình tinh lọc, công nghệ đòi hỏi tính chính xác cao hơn. Đồng thời chi phí cho nguồn laser dùng tạo nguồn tín hiệu cũng đắc hơn nhiều lần so với bộ tạo tín hiệu truyền thống trong cáp đôi hay cáp đồng trục. Lắp đặt/bảo trì: Khó khăn khi lắp đặt nhất là khi thiết lặp các đầu nối cáp quang so với trường hợp đầu nối dùng cho cáp đồng. Tính mảnh dẻ: Glass thì dễ vỡ hơn, phần nào làm hạn chế tính cơ động của phần cứng. B . MÔI TRƯỜNG KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG. Môi trường không định hướng, còn gọi là thông tin không dây (vô tuyến), mang sóng điện từ không qua dây dẫn, mà truyền dẫn qua không khí (hay trong một số trường hợp đặc biệt, trong nước). Qui hoạch tần số vô tuyến (sóng rađio) I.Sóng vô tuyến được được chia thành 8 dải tần, do cơ quan chức năng qui định. Các dải tần này đi từ sóng tần số cực thấp (VLF) đến tần số sóng LAN TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN: Các dạng: Sóng rađiô: dùng 5 dạng truyền: sóng bề mặt (surface), sóng tầng đối lưu (troposheric), tầng điện ly (ionosheric), truyền thẳng (line of sight), và không gian (space) như vẽ ở hình 22. Bùi Văn Hải K80401 10 [...]... được dùng để truyền dữ liệu, là dạng môi trường truyền không định hướng và thường lan truyền qua không khí  Qui hoạch tần số nhằm qui định vùng tần số dùng trong thông tin vô tuyến  Truyền dẫn vô tuyến phụ thuộc vào tần số và có năm dạng sau:  Sóng bề mặt  Truyền dẫn tầng đối lưu  Truyền dẫn tầng điện ly  Truyền thẳng  Truyền dẫn qua không gian  Sóng VLF và LF là dạng sóng lan truyền theo bề... K80401 14 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Ku 11.7 to 12.2 GHz 14 to 14.5 GHz Ka 17.7 to 21 GHz 27.5 to 31 GHz C TỪ KHÓA VÀ Ý NIỆM  Tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu theo đường dẫn gọi là môi trường truyền, có thể là định hướng hay không định hướng (vô tuyến)  Môi trường định hướng có biên vật lý còn môi trường không định hướng thì không có biên vật lý (vô tuyến)  Các dạng môi trường. .. năng lượng do sức cản của môi trường truyền  DiciBel đo lường độ mạnh tương đối của hai tín hiệu hai tín hiệu đo được tại hai điểm khác nhau  Méo thường do các tốc độ truyền khác nhau của nhiều tần số truyền  Nhiễu là năng lượng bên ngoài làm xấu tín hiệu  Ta có thể đánh giá môi trường truyền thông qua throughput, tốc độ truyền và thời gian truyền  Độ dài sóng là tốc độ truyền chia cho tần số ... anten) hay có thể truyền dẫn theo một góc rồi phản xạ lại xuống mặt đất nhiều lần khi chạm lớp bề mặt trên của tầng đối lưu Phương pháp truyền thẳng cần có định hướng anten còn phương pháp thứ hai thì cho phép truyền dẫn xa hơn Lan truyền tầng điện ly: Sóng tần số cao có thể truyền đến tầng điện ly rồi phản xạ về mặt đất nhiều lần Dạng lan truyền này cho phép truyền xa với công suất bé Lan truyền sóng thẳng:... hướng, mắc trên cao để không gặp chướng ngại vật Dạng truyền dẫn này đòi hỏi phải tinh tế, cần tập trung hội tụ sóng do sóng phản xạ trong trường hợp này sẽ gây nhiễu lên trên tín hiệu thu Lan truyền trong không gian: được dùng trong các bộ chuyển tiếp dùng vệ tinh Tín hiệu phát đi được vệ tính thu và truyền tiếp về máy thu tại mặt đất Đây là một dạng truyền thẳng có bộ tiếp vận trung gian (vệ tinh) với... truyền  Độ dài sóng là tốc độ truyền chia cho tần số  Dung lượng Shannon là công thức tính lý thuyết tốc độ dữ liệu cao nhất của kênh truyền  Năm yếu tố cần quan tâm khi đánh giá môi trường truyền dẫn là: chi phí, throughtput, suy hao, EMI và an ninh Bùi Văn Hải K80401 16 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Bùi Văn Hải K80401 17 ... thẳng, máy thu và máy phát phải nhìn thấy nhau, không có vật cản  Sóng VHF, UHF, SHF và EHF có thể truyền đến không gian trong thông tin vệ tinh  Vi ba mặt đất dùng phương thức truyền thẳng để truyền dẫn dữ liệu  Bộ tiếp vận nhằm tăng cường cự ly của vi ba mặt đất  Chảo anten và horn anten được dùng trong truyền và nhận sóng vi ba  Thông tin vệ tinh dùng quĩ đạo địa tĩnh để chuyển tiếp tín hiệu, với... các phần tử điện tích tự do 1.Lan truyền bề mặt: trong dạng này, sóng lan truyền trong phần thấp nhất của khí quyển, sát mặt đất Tại những tần số thấp nhất, tín hiệu tỏa ra theo nhiều hướng từ an ten và đi theo bề mặt đất Cự ly phát đi phụ thuộc vào công suất, công suất càng lớn thì đi càng xa Lan truyền bề mặt có thể đi theo mặt nước biển Lan truyền tầng đối lưu: lan truyền theo hai cách: có thể đi... K80401 12 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Hình 7.16 - VIBA MẶT ĐẤT (terrestrial microwave) Do truyền thẳng nến vi ba cần có các thiết bị thu phát đáp ứng được yêu cầu này Cự ly truyền phụ thuộc rất lớn vào chiều cao anten, nhằm tránh được các chướng ngại vật Thông thường anten được đặt trên các đỉnh núi hay đồi Vi ba lan truyền theo một hướng, như thế cần có hai tần số khác nhau khi truyền. .. suy giảm nhiều do cự ly xa Bùi Văn Hải K80401 11 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương II.LAN TRUYỀN CÁC TÍN HIỆU ĐẶC BIỆT: Dạng truyền của tín hiệu rađiô phụ thuộc vào tần số (tốc độ) của tín hiệu Mỗi tần số thích hợp với một lớp khí quyển đặc thù cũng như công nghệ thu phát được dùng trong lớp này VLF (Very Low Frequency): Sóng này được lan truyền theo dạng sóng bề mặt, thường qua không khí, . z Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương  BÀI TIỂU LUẬN: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN Bùi Văn Hải K80401 1 Trường Cao Đẳng Kinh Tế - Kỹ Thuật Hải Dương Mục Lục A MÔI TRƯỜNG. Sóng bề mặt  Truyền dẫn tầng đối lưu  Truyền dẫn tầng điện ly  Truyền thẳng  Truyền dẫn qua không gian  Sóng VLF và LF là dạng sóng lan truyền theo bề mặt đất.  Sóng MF lan truyền trong. cứng. B . MÔI TRƯỜNG KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG. Môi trường không định hướng, còn gọi là thông tin không dây (vô tuyến), mang sóng điện từ không qua dây dẫn, mà truyền dẫn qua không khí (hay trong một số trường