bài giảng môn học kỹ thuật truyền tin, chương 9 pptx

Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu (Transmission impairments) Chương 9: Với hệ thống truyền thông nào, điều dễ nhận thấy tín hiệu thiết bị thu nhận khác với tín hiệu ban đầu truyền yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu Với tín hiệu tương tự, yếu tố gây loại thay đổi ngẫu nhiên làm giảm chất lượng tín hiệu Với tín hiệu số, lỗi bit (bit error) sinh (bit chuyển thành bit ngược lại) Trong phần này, ta đề cập đến loạt yếu tố làm ảnh hưởng đến tín hiệu bình luận hiệu ứng chúng băng thông mang thông tin kênh truyền tin Có yếu tố làm ảnh hưởng đến tín hiệu:
 Suy giảm cường độ tín hiệu méo suy giảm cường độ (Attenuation and attenuation distortion)
 Méo trễ (Delay distortion)
 Nhiễu (Noise) II.3.1 Sự suy giảm cường độ tín hiệu Cường độ tín hiệu giảm dần theo độ dài tín hiệu di chuyển qua môi trường truyền Với môi trường truyền hữu tuyến (guided medium), độ suy giảm cường độ tín hiệu biểu diễn số decibel đơn vị khoảng cách Với môi trường truyền vô tuyến (unguided medium), độ suy giảm hàm phức tạp khoảng cách áp suất Đối với kỹ sư truyền thơng, có vấn đề cần quan tâm suy giảm cường độ tín hiệu Thứ nhất, tín hiệu thu phải có cường độ đủ mạnh để mạch điện tử thiết bị thu phát thơng dịch ý nghĩa tín -1- hiệu Thứ hai, tỷ lệ cường độ tín hiệu nhiễu phải đủ lớn để loại trừ lỗi thu tín hiệu Thứ ba, độ suy giảm cường độ tín hiệu hàm tăng theo tần số tín hiệu Vấn đề thứ thứ hai giải cách sử dụng khuyếch đại lặp Đối với liên kết điểm-điểm, cường độ tín hiệu thiết bị phát phải đủ mạnh để thiết bị thu nhận thơng dịch tín hiệu khơng q mạnh để làm cho mạch phát bị tải (overload) Nếu mạch phát bị tải gây tượng méo cho tín hiệu sinh Theo độ dài khoảng cách truyền, cường độ tín hiệu bị giảm dần đến giới hạn chấp nhận Tại đây, khuyếch đại lặp sử dụng để tăng cường cường độ tín hiệu từ điểm đến điểm Các vấn đề trở nên phức tạp đường truyền đa điểm nơi mà khoảng cách từ thiết bị phát đến thiết bị thu không cố định -2- Vấn đề thứ ba phải đặc biệt ý đến tín hiệu tương tự Bởi độ suy giảm cường độ tín hiệu biến đổi theo hàm tần số nên tín hiệu bị méo làm cho khả thơng dịch tín hiệu giảm xuống Để giải vấn đề này, kỹ thuật thực kỹ thuật cân độ suy giảm cường độ tín hiệu qua dải tần truyền Điều thực đường điện thoại cách sử dụng cuộn nạp xoắn để thay đổi tính chất điện đường truyền Một cách tiếp cận khác sử dụng khuyếch đại có tính chất khuyếch đại tần số cao nhiều khuyếch đại tần số thấp Một ví dụ đưa Hình 2.12a Hình vẽ cho thấy độ suy giảm cường độ tín hiệu hàm tần số đường truyền leased line Trong hình vẽ này, độ suy giảm cường độ tín hiệu đo theo quan hệ với độ suy giảm cường độ tần số 1000 Hz Các giá trị dương trục y biểu diễn độ suy giảm lớn độ suy giảm tần số 1000 Hz Tại tần số f bất kỳ, cơng thức tính độ suy giảm tín hiệu là: N f 
10 log10 -3- Pf P1000 Hình 2.12a Sự suy giảm Đường liền nét Hình 2.12a biểu diễn độ suy giảm cường độ tín hiệu khơng có cân Như ta thấy hình vẽ, thành phần tần số điểm cuối có độ suy giảm cường độ tín hiệu cao thành phần tần số thấp dải thông tiếng nói Điều rõ ràng gây méo tín hiệu nhận Đường nét đứt biểu diễn hiệu ứng kỹ thuật cân cường độ suy giảm tín hiệu Đường nét đứt có hình dáng phẳng so với đường liền nét Vì vậy, chất lượng -4- tín hiệu tốt đồng thời cho phép đạt tốc độ truyền liệu cao liệu số truyền qua modem Hình 2.12b Méo trễ Đối với tín hiệu số, tượng méo suy giảm cường độ tín hiệu gây tác động Như ta thấy hình 2.12b, cường độ tín hiệu suy giảm cách nhanh chóng tần số tín hiệu tăng lên; hầu hết nội dung tín hiệu tập trung xung quanh tần số tín hiệu II.3.2 Méo trễ Méo trễ tượng đặc biệt môi trường truyền hữu tuyến Hiện tượng méo sinh vận tốc truyền tín hiệu qua mơi trường truyền hữu tuyến biến đổi tần số tín hiệu thay đổi Đối với tín hiệu có dải thơng giới hạn, vận tốc có khuynh hướng đạt giá trị lớn tần số gần với tần số giảm dần tần số -5- nằm hai phía biên dải thơng Do đó, tín hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khác thành phần tín hiệu di chuyển đến thiết bị thu thời điểm khác Hiện tượng méo trễ tượng quan trọng cần tính đến liệu số Ta xét chuỗi bit truyền tín hiệu tương tự số Vì tượng méo trễ, vài thành phần tín hiệu bit rớt lại vào bit phía sau gây tượng làm giới hạn tốc đọ truyền bit tối đa II.3.3 Nhiễu -6- Đối với kiện truyền liệu nào, tín hiệu nhận gồm có tín hiệu truyền bị sửa đổi nhiều loại méo gây hệ thống truyền, cộng thêm với tín hiệu khơng mong muốn từ bên ngồi tác động vào q trình truyền Tóm lại, tín hiệu không mong muốn coi loại nhiễu – nguyên nhân làm giảm hiệu hệ thống truyền thông Nhiễu chia thành loại chính: - Nhiễu nhiệt (thermal noise) - Nhiễu điều chế (intermodulation noise) - Nhiễu xuyên âm (crostalk) - Nhiễu xung lực (impulse noise) Nhiễu nhiệt loại nhiễu gây tượng chuyển động electron nhiệt độ vật dẫn Loại nhiễu có thiết bị điện tử môi trường truyền dẫn Nó hàm nhiệt độ Nhiễu nhiệt phân bố cách đồng toàn trải phổ tần số người ta gọi “nhiễu trắng” (white noise) Không thể loại trừ hay hạn chế loại nhiễu nằm phía ngồi biên hiệu hệ thống truyền thơng Lượng nhiễu nhiệt có Hz dải thông vật dẫn tính theo cơng thức: N0 = kT Trong đó: N0 độ đo cường độ nhiễu, đơn vị: watts/hertz k số Boltzmann = 1.3803 x 10-23 J/0K T nhiệt độ, tính độ đo Kelvin Theo công thức trên, ta thấy nhiễu nhiệt phụ thuộc vào tần số -7- Do đó, tín hiệu có dải thơng W (Hz) cường độ nhiễu nhiệt tác động vào tín hiệu là: N=k T W (watts/Hz) Nếu tính theo đơn vị decibel-watts thì: N  10 log k  10 log T  10 logW 
228.6 dBW  10 log T  10 logW Khi tín hiệu có tần số khác chia sẻ chung mơi trường truyền kết sinh nhiễu điều chế Hiệu ứng loại nhiễu điều chế làm sinh tín hiệu có tần số tổng tích tần số tín hiệu gốc Ví dụ, việc truyền đồng thời hai tín hiệu f1 f2 sinh tín hiệu nhiễu có tần số f1 + f2 Nhiễu điều chế sinh có tượng khơng tuyến tính (nonlinear) thiết bị phát, thiết bị thu hệ thống truyền Thông thường, thành phần hoạt động hệ thống tuyến tính; giá trị đầu với giá trị đầu vào nhân với số Trong hệ thống khơng tuyến tính, giá trị đầu hàm phức tạp giá trị đầu vào Hiện tượng khơng tuyến tính xảy thành -8- phần hoạt động không chức (malfunction) việc sử dụng tín hiệu có cường độ lớn Nhiễu xuyên âm tượng giống người gọi điện thoại lại nghe hội thoại khác hội thoại Đó hiệu ứng xảy cặp dây đôi xoắn đặt cạnh tác động sóng vi ba (microwave) lên vật dẫn vơ tình đóng vai trị ăngten thu sóng Có loại nhiễu xuyên âm trường hợp cặp dây đôi xoắn đặt cạnh nhiễu xuyên âm dạng đầu gần (NEXT - Near-End Crosstalk), nhiễu xuyên âm dạng đầu xa (FEXT - Far-End Crosstalk) nhiễu xuyên âm tổng đầu gần (PSNEXT – Power Sum NEXT) Hình 2.13a Nhiễu xuyên âm dạng đầu gần - 40 - Hình 2.13b Nhiễu xuyên âm dạng đầu xa - 41 - Hình 2.13c Nhiễu xuyên âm dạng tổng đầu gần Tất loại nhiễu đề cập dự đốn dạng cường độ tác động chúng Điều cho phép kỹ sư hệ thống truyền thơng đối phó với chúng Tuy nhiên, nhiễu xung lực loại nhiễu không liên tục (noncontinuous), gồm xung bất thường xảy khoảng thời gian ngắn có biên độ cao Loại nhiễu sinh nhiều nguyên nhân khác nhiễu điện từ chẳng hạn sóng ánh sáng điểm rị rỉ điện hệ thống truyền thông Nhiễu xung lực thường loại nhiễu gây tác động xấu không nhiều liệu tương tự Ví dụ, việc truyền âm bị ngắt quãng thời gian ngắn không làm ảnh hưởng đến khả hiểu âm người nghe Tuy nhiên, nhiễu xung lực lại nguồn gây lỗi hệ thống truyền thơng số Ví dụ, lượng mạnh tác động ngắn khoảng thời gian 0.01 giây khơng đủ làm phá hủy tồn liệu âm đủ để xóa 50 bit liệu truyền với tốc độ 4800 pbs Hình 2.14 ví dụ hiệu ứng lên tín hiệu số Ở đâu nhiễu bao gồm nhiẽu nhiệt cộng với nhiễu xung lực Dữ liệu số khơi phục từ tín hiệu cách lấy mẫu (sampling) tín hiệu nhận thiết bị thu theo chu kỳ lần lấy mẫu khoảng thời gian định thời bit (bit time) Như ta thấy hình vẽ, nhiễu - 42 - làm thay đổi bit thành ngược lại với tần suất tương đối lớn - 43 - Hình 2.14 Ảnh hưởng tạp nhiễu lên tín hiệu số - 44 - ... giải vấn đề này, kỹ thuật thực kỹ thuật cân độ suy giảm cường độ tín hiệu qua dải tần truyền Điều thực đường điện thoại cách sử dụng cuộn nạp xoắn để thay đổi tính chất điện đường truyền Một cách... ứng kỹ thuật cân cường độ suy giảm tín hiệu Đường nét đứt có hình dáng phẳng so với đường liền nét Vì vậy, chất lượng -4- tín hiệu tốt đồng thời cho phép đạt tốc độ truyền liệu cao liệu số truyền. .. tín hiệu II.3.2 Méo trễ Méo trễ tượng đặc biệt môi trường truyền hữu tuyến Hiện tượng méo sinh vận tốc truyền tín hiệu qua môi trường truyền hữu tuyến biến đổi tần số tín hiệu thay đổi Đối với