Chương 2 môi trường truyền

Chương 2: Môi trường truyền Bùi Văn Hiếu E-mail: bvhieu@cse.hcmut.edu.vn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trường ñại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Môi trường Môi trường hữu tuyến (guided medium) Môi trường vô tuyến (unguided medium wireless) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Tín hiệu Tín hiệu tương tự (analog signal) Các giá trị liên tục theo thời gian Tín hiệu số (digital signal) Giữ mức sau ñó chuyển sang mức khác Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Repeater Amplifier Repeater Truyền tín hiệu số Repeater Amplifier Truyền tín hiệu tương tự Amplifier Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Phân loại liên kết Liên kết trực tiếp (direct link) ðường truyền hai thiết bị thiết bị trung gian khác (ngoài repeater amplifier) Kết nối ñiểm ñiểm (point to point) Kết nối trực tiếp Chỉ có hai thiết bị dùng môi trường truyền Kết nối nhiều ñiểm (multi point) Nhiều thiết bị chia sẻ môi trường truyền Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Chế ñộ truyền ðơn giản (simplex) Dữ liệu truyền chiều ðơn công (half duplex) Dữ liệu truyền hai chiều Mỗi thời ñiểm truyền chiều Song công (full duplex) Dữ liệu truyền lúc hai chiều Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Tín hiệu tuần hoàn Lập lại theo thời gian Chu kì T Tần số f=1/T Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Tín hiệu sin ðặc trưng ba thành phần Biên ñộ (amplitude) Tần số (frequency) Pha (phase) x(t) = Asin(2πft + φ) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 10 Sóng viba vệ tinh Vệ tinh trạm trung chuyển Vệ tinh nhận tần số (uplink), khuyếch ñại (hoặc lặp lại tín hiệu) truyền tần số khác (downlink) Cần vệ tinh ñịa tĩnh Cao 35.784 km Khoảng cách hai vệ tinh ñịa tĩnh 40 dùng cặp tần số 4/6 GHz 30 với cặp tần số 12/14 GHz Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 58 Sóng viba vệ tinh Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 59 Sóng viba vê tinh – Ứng dụng Truyền hình ðiện thoại ñường dài Mạng thương mại riêng Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 60 Sóng viba vệ tinh – ðặc tính truyền dẫn Thường khoảng tần số 1-10 GHz < GHz: nhiều nhiễu >10 GHz: hấp thụ tầng khí Cặp tần số thu/phát 4/6 GHz band (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 12/14 GHz band (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) Tần số cao ñòi hỏi tín hiệu phải mạnh ñể không bị suy giảm, thiết bị thu nhỏ rẻ Trễ 240-300ms, ñáng ý viễn thông Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 61 Sóng radio Vô hướng, 30MHz – 1GHz Có thể phát hương (nhưng thường không theo hướng) ðài truyền sóng FM Truyền hình UHF VHF Nguyên nhân nhiễu nhiễu ña luồng Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 62 Nhiễu ña luồng Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 63 Vô tuyến: sóng hồng ngoại Truyền theo ñường thẳng (hoặc phản xạ) Bị cản tường Ứng dụng Bộ ñiều khiển TV từ xa Cổng ñiều khiển hồng ngoại (IRD port) Tần số không cần phải ñăng kí Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 64 Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Môi trường truyền dẫn hữu tuyến Môi trường truyền dẫn không dây Sự lan truyền không dây Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 65 Lan truyền vô tuyến Tín hiệu lan truyền theo cách Sóng mặt ñất (ground wave propagation) Dọc theo ñường bao trái ñất < 2MHz AM radio Sóng bầu trời (sky wave propagation) Radio nghiệp dư, dịch vụ toàn cầu BBC, VOA Tín hiệu phản xạ từ tầng ñiện ly ðường thẳng (light-of-sight propagation) Khoảng 30MHz Có thể xa ñường thẳng quang học có khúc xạ Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 66 Lan truyền sóng mặt ñất Ground-wave propagation (below 2MHz) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 67 Lan truyền sóng bầu trời Sky-wave propagation (2 to 30MHz) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 68 Lan truyền ñường thẳng Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 69 Khúc xạ Vận tốc sóng ñiện từ hàm số mật ñộ vật liệu Vận tốc sóng ñiện từ thay ñổi truyền từ môi trường sang môi trường khác Hướng truyền sóng bị bẻ cong biên Chỉ số khúc xạ Sin(góc tới)/sin(góc khúc xạ) Thay ñổi theo chiều dài sóng Gây thay ñổi hướng ñột ngột chuyển tiếp môi trường Gây bẻ cong từ từ mật ñộ môi trường truyền thay ñổi Mật ñộ khí giảm theo ñộ cao Tín hiệu radio bị bẻ cong phía trái ñất Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 70 Optical and radio Horizons Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 71 Câu hỏi ôn tập Phân biệt môi trường truyền hữu tuyến môi trường truyền vô tuyến Phân biệt tín hiệu tương tự tín hiệu số Phổ gì? Băng thông ? Sự sai khác tín hiệu ? Sự suy giảm tín hiệu ? Khả kênh truyền ? Các hệ số ảnh hưởng ñến khả kênh truyền ? Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 72 [...]... thuật máy tính Trang 31 Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Môi trường truyền dẫn hữu tuyến Môi trường truyền dẫn không dây Sự lan truyền không dây Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 32 Phân loại môi trường truyền Hữu tuyến (guided media – wire) Cáp ñồng Cáp quang Vô tuyến (unguided media – wireless)... thuật máy tính Trang 22 Nhiễu ñiều chế Xảy ra khi nhiều tần số khác nhau dùng chung môi trường truyền Sinh ra tín hiệu tần số là tổng hoặc hiệu, hoặc tích tần số của các tín hiệu ban ñầu Do tính phi tuyến của môi trường truyền và thiết bị thu/phát Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 23 Nhiễu xuyên kênh Tín hiệu từ ñường truyền này ảnh hưởng sang các ñường truyền khác Thường... thông của kênh truyền Giả sử môi trường không nhiễu C = 2W x log2M C : tốc ñộ truyền tín hiệu cực ñại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu W : băng thông của kênh truyền (Hz) M : số mức thay ñổi tín hiệu trên ñường truyền Nếu M = 2: C = 2W ðộ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps Hz- 1) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 29 Công thức Shannon-Hartley Signal to Noise ratio SNRdB... Trang 27 Khả năng kênh truyền (tt) Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate R = Rs x log2M = Rs x m R : tốc ñộ bit (bit/s) Rs : tốc ñộ baud (baud/s) M : số mức thay ñổi tín hiệu trên ñường truyền m : số bit mã hóa cho một tín hiệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 28 Công thức Nyquist Tốc ñộ truyền thông tin cực ñại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền Giả sử môi trường. .. số tín hiệu sin x(t) = Asin (2 ft + φ) Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 11 Khái niệm miền tần số Biểu diễn miền tần số của tín hiệu sin x(t) = Asin (2 ft + φ) Biên ñộ A f Tần số Biễu diễn miền tần số của tín hiệu x(t) = Asin (2 f1t) + Bsin (2 f2t) + … Biên ñộ B A Tần số f1 Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính f2 Trang 12 Khái niệm miền tần số Giá... máy tính Trang 25 Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 26 Khái niệm ñánh giá khả năng kênh truyền Tốc ñộ dữ liệu (data rate – bit rate) R ðặc trưng cho khả năng của kênh truyền (ñơn vị bps) Tốc ñộ lỗi (error rate) Baud rate (baud/s) Rs Số lần tín hiệu thay ñổi tối... máy tính Trang 14 Quan hệ giữa băng thông và tốc ñộ dữ liệu Bất kì môi trường truyền nào ñều có một băng thông giới hạn Tốc ñộ dữ liệu tối ña bị giới hạn bởi băng thông Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 15 Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính... với tín hiệu truyền Ảnh hưởng Truyền dẫn tương tự: suy giảm chất lượng tín hiệu Truyền dẫn số: lỗi trên bit Nguyên nhân Suy giảm tín hiệu (attenuation) Méo trễ lan truyền (delay distortion) Nhiễu (noise Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 17 Suy giảm tín hiệu (attenuation) Cường ñộ (biên ñộ) của tín hiệu bị suy giảm theo khoảng cách Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn Là... một hàm tăng theo tần số Là hàm phức tạp ñối với môi trường vô hướng Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 18 Suy giảm tín hiệu (tt) Cường ñộ suy giảm theo hàm logarit Công thức Attenuation = 10 log10(P1/P2) (dB) P1 công suất nơi phát (watts) P2 công suất nơi nhận(watts) Attenuation = -20 log10(V1/V2) V1 ñiện áp nơi phát (V) V2 ñiện áp nơi nhận (V) ðộ lợi/ñộ hao hụt của các... thuật máy tính Trang 33 Phổ ñiện trường Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính Trang 34 Môi trường truyền dẫn hữu tuyến Cáp xoắn ñôi (twisted pair) Cáp ñồng trục (coaxial cable) Cáp quang (optical fiber) Frequency Range Typical Attenuation 0 to 3.5 kHz 0 .2 dB/km @ 1 kHz 50 µs/km 2 km Twisted pairs 0 to 1 MHz (multi-pair cables) 3 dB/km @ 1 kHz 5 µs/km 2 km Coaxial cable 0 to 500 MHz ... kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Môi trường truyền dẫn hữu tuyến Môi trường truyền dẫn không dây Sự lan truyền không dây Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang 32 Phân... Trang 28 Công thức Nyquist Tốc ñộ truyền thông tin cực ñại bị giới hạn băng thông kênh truyền Giả sử môi trường không nhiễu C = 2W x log2M C : tốc ñộ truyền tín hiệu cực ñại (bps) kênh truyền. .. kênh truyền Các môi trường truyền dẫn Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Khoa học Kỹ thuật máy tính Trang Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả kênh truyền Các môi trường truyền