Tìm hiểu về các môi trường truyền dẫn hữu tuyến trong viễn thông

Có thể nhận thấy vai trò vô cùng quan trọng của môi trường truyền dẫn trong một mạng viễn thông, là thiết bị truyền dẫn dùng để đấu nối thiết bị đầu cuối với tổng đài hoặc giữa các tổng

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. Mục đích chung

Như chúng ta đã được học và tìm hiểu rất nhiều về thành phần củamột mạng viễn thông, cấu trúc một mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi

trường truyền dẫn và thiết bị đầu cuối

Có thể nhận thấy vai trò vô cùng quan trọng của môi trường

truyền dẫn trong một mạng viễn thông, là thiết bị truyền dẫn dùng để đấu nối thiết bị đầu cuối với tổng đài hoặc giữa các tổng đài với nhau

để thực hiện việc truyền đưa tín hiệu thông tin Thiết bị truyền dẫn chialàm hai loại: thiết bị truyền dẫn giữa thuê bao và thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài Thiết bị truyền dẫn thuê bao thường là cáp kim loại, tuy nhiên trong một số trường hợp có thể là cáp quang hoặc cáp vô tuyến Thiết bị truyền dẫn giữa các tổng đài thường là cáp quang, đôi khi dùng cáp đồng trục, cáp xoắn đôi hay viba…\

2.1.2 Đặc điểm

- Cấu trúc đơn giản

- Dễ ảnh hưởng nhiễu xuyên kênh

- Suy hao nhanh do bức xạ điện từ

2.1.3 Đặc tính truyền dẫn

Cặp dây song hành được sử dụng truyền tín hiệu analog cũng như tín hiệu số

(digital) Với tín hiệu analog thường được dùng ở khoảng 5 - 6 Km Còn với tín hiệu số

nó yều cầu khoảng 2 - 3 Km phải có repeater

Hình 2.11 Sự suy giảm của môi trường truyền định hướng.

Hình 2.11 cho ta thấy sự suy giảm tín hiệu trên đường dây song hành rất mạnh theo tần số Với cặp dây song hành dễ bị nhiễu vì dễ bị ành hưởng điện từ trường Ví dụ nếu đường dây đặt song song với đường dây nguồn một chiều nó có thể tạo ra đỉnh nhiễu 60Hz Nhiễu xung cũng dễ sinh ra trong cặp dây song hành

Khi dùng để truyền tiếng nói trong mạch điểm - điểm với băng thông đến 250 Khz đường dây sẽ tạo suy giảm khoảng 1dB/1Km Ta biết trong hệ thống tiếng nói độ suy giảm cho phép 6 dB như vậy đường dây 6 Km là khoảng cách tối đa được dùng

Hình 2.12 Quan hệ giữa tốc độ truyền và độ dài của cặp dây song hành dùng RS422.

Trong mạch truyền tín hiệu số điểm - điểm có thể truyền đến hàng Mbps và hình 2.12 cho ta quan hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách Khi ta dùng mạch cân bằng với RS422

2.1.4 Ứng dụng

Nó được dùng để truyền cho tín hiệu analog cũng như tín hiệu số Nó được dùng làm đuờng trục cho các hệ thống điện thoại cũng như cho sự liên lạc trong các dãy nhà.Trong hệ thống điện thoại, máy điện thoại được nối với hệ thống tổng đài hoặc tổngđài nội bộ qua dây song hành Nó được gọi là vòng nội bộ Một tổng đài nội bộ cho một nhà, tổng đài nội bộ đó thường được gọi là PBX (Private Branch Exchange) Chủ yếu PBX phục vụ sự liên lạc trong tòa nhà Để gọi ra ngoài nó phải thông qua trung kế Trongtrường hợp đó đôi dây song hành làm nhiệm vụ chủ yếu là tải tiếng nói giữa các thuê bao

và tổng đài nội bộ Việc truyền dữ liệu chủ yếu qua khoảng cách ngắn Với các PBX hiệnđại, tốc độ truyền cực đại khoảng 64 Kbps Những vùng nối nội bộ thường thông qua mộtmodem với tốc độ truyền 9600 bps

Tuy nhiên cặp dây song hành cũng được dùng cho các đường trung kế có khoảng cách xa và tốc độ truyền có thể đến 4 Mbps

Cặp dây song hành cũng được dùng cho mạng máy tính cục bộ trong một dãy nhà vìgiá thành rẽ.

- Trước kia dùng để đấu nối anten vào ti vi

- Dùng kết nối DTE và DCE

Cáp xoắn có thể làm giảm nhiễu vì hai dây chỉ truyền một đường dữ liệu, biễu diễn bằng hiệu điện thế giữa hai dây này Khi nhiễu đánh vào, hai dây xoắn vào nhau nên sẽ xem như bị nhiễu giống nhau, cùng tăng hoặc cùng giảm một điện áp nhất định.Hiệu điệnthế giữa hai dây vẫn giữ nguyên nên dữ liệu truyền vẫn đúng.Do giá thành thấp nên cáp xoắn được dùng rất rộng rãi đặc biệt là làm cáp điện thoại và sử dụng cho các loại máy tính trong công nghệ truyền thông Internet.Các loại cáp xắn đôi có tốc độ truyền tối đa cóthể lên đến hàng chục Gigabit/giây (Gbps) với tần số dao động có thể đạt tới 600MHz

Có hai loại cáp xoắn đôi được sử dụng rộng rãi trong LAN là: loại có vỏ bọc chống nhiễu(STP) và loại không có vỏ bọc chống nhiễu (UTP)

2.2.2 Phân loại

a) Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc UTP (Unshielded Twisted Pair)

 Đặc điểm

Hình 1: Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc UTP

Là loại cáp không có vỏ bọ chống nhiễu Nhưng bù lại nó lại có tính linh động và

độ bền cao Cũng gồm nhiều cặp xoắn như STP nhưng không có lớp vỏ bọc đồng chống nhiễu

Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 10BaseT hoặc 100BaseT Do giá rẻ nên đã nhanh chóng trở thành loại cáp mạng cục bộ được ưa chuộng nhất và đựoc sử dụn rộng khắp mọi nơi

Độ dài tối đa của một đoạn cáp là 100m Không có vỏ bọc chống nhiều nên dễ bị nhiễu khi đặt gần các thiết bị và cáp khác do đó thông thường dùng để đi dây trong nhà Đầu nối dùng là RJ45 Cáp UTP có 5 loại:

Loại 1: truyền âm thanh, tốc độ < 4Mbps

Loai 2: gồm 4 dây xoắn, tốc độ 4Mbps

Loại 3: truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 10Mbps Cái này gồm 4 dây xoắn đôi với 3 mắtxoắn trên mỗi foot

Loại 4: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ đạt được 16 Mbps

Loại 5: truyền dữ liệu, 4 cặp xoắn đôi, tốc độ 100Mbp

Là một dạng cáp xoắn đôi, cáp UTP đã được sử dụng hơn 100 năm bởi các hệ thống điệnthoại, mạng máy tính.Nó còn có một tên gọi khác là cáp Ethernet,theo tên của mạngErthernet, loại mạng sử dụng cáp UTP nhiều nhất trên thế giới.Và tính đến hiện nay thìcáp UTP được phân loại làm 7 loại, từ cat 1 có tốc độ và khả năng chống nhiễu thấp nhấtthường dùng để truyền tín hiệu thoại trong ngành bưu điện đến cat 7 có tốc độ và khả năng chống nhiễu cao nhất

b) Cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu STP (Shielded Twisted Pair)

Gồm nhiều cặp xoắn lại được phủ bên ngoài mộ lớp vỏ làm bằng dây đồng bện.Lớp vỏ này có tác dùng chống EIM từ ngoài và chống phát xạ nhiễu bên trong

Lớp vỏ bọc chống nhiễu này được nối đất để thoát nhiễu Cáp xoắn đôi có bọc ít bịtác động bởi nhiễu điện từ và có tốc độ truyền qua khoảng các xa cao hơn cáp

xoắn đôi trần

- Giảm được nhiễu điện giữa các đôi dây và nhiễu xuyên âm

- Hạn chế được nhiễu điện tử bên ngoài như: các xuyên nhiễu điện từ trường và

- xuyên nhiễu tần số radio

- Về mặt lý thuyết thì tốc độ truyền có thể đạt 500Mbps nhưng thục tế thấp hơn rất

- nhiều chỉ đạt 155MBps với độ dài 100m

- Độ suy hao yếu dần nếu cáp càng dài, thông thường ngắn hơn 100m

- Đầu nối STP sử dụng đầu nối DIN( DB-9)

2.2.3.Ưu, nhược điểm của cáp xoắn đôi

 Ưu điểm:

 Thi công lắp đặt dễ dàng

 Khắc phục lỗi tốt

 Chống được nhiễu xuyên âm giữa các cặp dây lân cận

 Chi phí lắp đặt bảo hành bảo dưỡng thấp

 Ứng dụng rộng rãi trong lắp đặt mạng LAN

 Cáp STP có khả năng chống nhiễu rất tốt kể cả nhiễu bên ngoài và nhiễu xuyên

âm bên trong

 Nhược điểm:

 Khoảng cách tối đa cho phép tín hiệu truyền thấp (100 m)

 Băng thông hẹp

2.3. Cáp đồng trục

2.3.1 Cấu tạo

• 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 Dây này có tác dụng bảo vệ dây dẫn trung tâm khỏi nhiễu điện từ và được nốu đất để thoát nhiễu

• Ngoài cùng là một lớp vỏ plastic bảo vệ cáp

Đặc điểm:

Cáp đồng trục độ suy hao ít hơn với các loai cáp đồng khác ví dụ như cáp xoắn đôi Do ít

bị ảnh hưởng của môi trường, các mạmg cục bộ sử dụng cáp đồng trục có thể có kíchthước trong phạm vi vài ngàn mét

Cáp đồng trục thường được sử dụng trong các mạng dạng đường thẳng Hai loại cápthường được sử dụng là cáp đồng trục mỏng và cáp đồng trục dày đường kính cáp đồngtrục mỏng là 0,25 inch, cáp đồng trục dày là 0,5 inch Cả hai loại cáp đều làm việc ở cùngtốc độ nhưng cáp đồng trục mỏng có độ hao suy tín hiệu lớn hơn Hiện nay có cáp đồngtrục sau:

• RG-58,50 ohm Dùng cho mạng thin Ethernet

• RG-59,75 ohm Dùng cho truyền hình cáp

• RG-62,93 ohm Dùng cho mạng ARCnet Các mạng cục bộ thường sử dụng cáp

đồng trục có dải thông từ 2,5 - 10 Mb/s, cáp đồng trục có độ suy hao ít hơn so với

các loại cáp đồng khác vì nó có lớp vỏ bọc bên ngoài, độ dài thông thưòng của

một đoạn cáp nối trong mạng là 200m, thường sử dụng cho dạng Bus

• Công thức tính trở kháng cáp đồng trục:

- Cáp RC-58, trở kháng 50ohm dùng với Ethernet mỏng.

- Cáp RC-59, trở kháng 75ohm dùng cho truyền hình cáp

- Cáp RC-62 : trở kháng 93ohm dùng cho ARCnet

- Chiều dài tối đa là 500m

- Tốc độ truyền tin có thể đạt tới 35 Mbit/s

2.3.3 Ưu, nhược điểm cáp đồng trục:

• Ưu điểm:

- Các thiết bị mạng đơn giản, giá thành thấp

- Rẻ tiền, nhẹ, mềm và dễ kéo dây.

• Nhược điểm:

- Cáp đồng trục có mức suy hao lớn

- Chi phí cho các thiết bị kèm theo cao

- Điện năng tiêu thụ của mạng cao

- Càng xa trung tâm chất lượng tín hiệu càng giảm

- Độ ổn định của mạng kém

- Có thể bị nghe trộm trên đường truyền

- Khó bảo trì làm ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ khách hàng

CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ KHẢO SÁT

I. Khảo sát đường truyền sóng của cáp song hành

a Xác định điện trở sóng của cáp truyền

b Xác định độ suy giảm biên độ trên đường truyền

c Xác định độ lệch pha của tín hiệu trên đường truyền

d Khảo sát tính phản xạ trên đường truyền

 Với tín hiệu là xung sin:

Trường hợp 1: biến trở Z ở min

Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

Trường hợp 3: biến trở Z ở max

 Với tín hiệu vào là xung vuông:Trường hợp 1: biến trở Z ở min

Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

Trường hợp 3: biến trở Z ở max

II. Khảo sát đường truyền sóng của cáp xoắn đôi

a Xác định điện trở sóng của cáp truyền

b Xác định độ suy giảm biên độ trên đường truyền

c Xác định độ lệch pha của tín hiệu trên đường truyền

d Khảo sát tính phản xạ trên đường truyền

 Với tín hiệu là xung sin

- Trường hợp 1: biến trở Z ở min

- Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

- Trường hợp 3: biến trở Z ở max

 Với tín hiệu là xung vuông

- Trường hợp 1: biến trở Z ở min

- Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

III.Khảo sát đường truyền sóng của cáp đồng trục

a Xác định điện trở sóng của cáp truyền

b Xác định độ suy giảm biên độ trên đường truyền

c Xác định độ lệch pha của tín hiệu trên đường truyền

d Khảo sát tính phản xạ trên đường truyền

 Với tín hiệu là xung sin

- Trường hợp 1: biến trở Z ở min

- Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

- Trường hợp 3: biến trở Z ở max

 Với tín hiệu là xung vuông

- Trường hợp 1: biến trở Z ở min

- Trường hợp 2: biến trở Z ở giữa

- Trường hợp 3: biến trở Z ở max