Môi trường truyền dẫn trong hệ thống viễn thông

Môi trường truyền dẫn trong hệ thống viễn thông

Nhóm 5

Môi trường truyền dẫn trong hệ thống viễn thông

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

Môi trường truyền được chia thành hai loại:

Môi trường có định hướng

Môi trường không định hướng

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

1.Cáp xoắn đôi

• Cáp đôi xoắn (twisted pair

cable) được tạo thành từ 4 - 25

đôi dây đồng Trong đó mỗi đôi

dây được xoắn với nhau nhằm

mục đích hạn chế nhiễu giữa

các đôi dây lân cận (crosstalk)

Nó được phát minh bởi

Alexander Graham Bell

• Gồm hai dạng: không có giáp bọc và có giáp bọc.

• Không có giáp bọc

• Có giáp bọc

• 1.1 Cáp đôi xoắn không bọc (UTP: unshielded twisted pair cable)

• 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

• UTP gồm hai dây dẫn (thường là đồng), mỗi dây có lớp cách điện với màu sắc khác nhau, đươc dùng để nhận

dạng 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

• Trong khi đó, nếu ta xoắn hai dây lại thì mỗi dây gần nguồn nhiễu trong một nửa thời gian và xa nguồn nhiễu trong một nửa thời gian, như thế ảnh hưởng của nhiễu lên cả hai dây dẫn là như nhau 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.

• Ưu điểm của UTP là giá cả và tính dễ sử dụng UTP thường rẻ, mềm dẻo hơn và dễ lắp đặt Các UTP cấp cao hơn được

dùng trong nhiều công nghệ mạng LAN, bao gồm Ethernet và Token Ring

• 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

1.2 Cáp xoắn đôi có giáp bọc (STP: shielded twisted pair cable)

• 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

2-Cáp đồng trục(Coaxial cable hay coax)

• Cáp đồng trục là kiểu cáp đầu tiên được dùng trong các mạng LAN, cấu tạo của cáp đồng trục bao gồm:

• − Dây dẫn trung tâm: dây đồng hoặc dây đồng bện

− Một lớp cách điện giữa dây dẫn phía ngoài và dây dẫn phía trong

− Dây dẫn ngoài: bao quanh dây dẫn trung tâm dưới dạng dây đồng bện hoặc lá Dây này có tác dụng bảo vệ dây dẫn trung tâm khỏi nhiễu điện từ và được kết nối để thoát nhiễu

− Ngoài cùng là một lớp vỏ plastic bảo vệ cáp

Dải tần hoạt động

• Cáp đồng trục có hai loại: Cáp đồng trục mỏng (Thin coaxial cable) và cáp đồng trục dày (Thick coaxial cable) được dùng trong các mạng Ethernet.

• * Cáp mỏng (Thin cable / Thinnet) – 10BASE-2: có đường kính khoảng 6mm, thuộc họ RG-58, chiều dài tối đa cho một phân đoạn là 185m, tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 10Mbps, số repeater tối đa là 4, số trạm tối đa trên một phân đoạn là 30, số trạm tối đa trong mạng là 90, khoảng cách tối thiểu giữa hai máy là 0.5m

• * Cáp dày (Thick cable / Thicknet) – 10BASE-5: có đường kính khoảng 13mm thuộc họ RG-58, chiều dài tối đa trên một phân đoạn là 500m, tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 10Mbps, số repeater tối đa là 4, số trạm tối đa trên một phân đoạn là 50, số trạm tối đa trong mạng là 300, khoảng cách tối thiểu giữa hai máy là 2.5m

Cáp đồng trục dày (RG-62) thường được dùng trong một mạng máy tính nó tạo thành các đường xương sống

(backbone) trong hệ thống mạng

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

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

3 - Cáp quang

• Ánh sáng là một dạng của sóng điện từ, có tốc độ 300.000 km/s Tốc độ này giảm trong các môi trường khác

• Cáp quang dùng hiện tượng phản xạ để dẫn ánh sáng qua kênh quang Các dạng dữ liệu được mà hóa thành dạng chùm tia on – off để biểu diễn bit 1 và 0

Khi góc tới lới hơn góc tới hạn thì xuất hiện hiện tượng phản xạ

3.1 Các chế độ truyền

• Multimode graded –index

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 đổi Các tia được chỉnh định góc truyền để sau cùng tại đích tín hiệu có được chính xác hơn trường hợp step-index

• Single mode

• 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

• 3.2 Cấu tạo của cáp quang

1,Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi

2,Cladding: Vật chất quang bên ngoài bọc lõi và phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi

3,Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và

ẩm ướt 4,Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là cáp quang Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket

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 quang: gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có nhiều kiểu như SC/PC, ST/UPC, FC/APC

Nhưng có hai thành phần bạn cần quan tâm, đó là kiểu đầu nối SC, ST, FC và điểm tiếp xúc PC, UPC, APC

SC (subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) là các kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình

tròn

• 3.3 Ưu nhược 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.

Nhược điểm 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)

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 cực cao (EHF)

• 1- Lan truyền sóng vô tuyến

Sóng radio 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)

• Sự lan truyền của các tín hiệu đặc biệt

VLF (Very Low Frequency)

LF (Low Frequency)

HF (high frequency)

VHF (Very High Frequency)

UHF (Ultrahigh Frequency)

MF (Middle Frequency):

SHF (Superhigh frequency)

EHF (Extremely high frequency)