Kỹ thuật truyền dẫnkỹ thuật truyền số liệu

BÀI TRUYỀN DẪN SỐ LIỆU Các thành phần truyền dẫn Thiết bị • Thiết bị phát (Transmitter) • Thiết bị thu (Receiver)  Môi trường truyền (Medium)  Kết nối • Kết nối trực tiếp (Direct link): Không cần thiết bị trung gian • Kết nối điểm-điểm (Point-to-point): Kết nối trực tiếp, Chỉ có thiết bị dùng chung kết nối • Kết nối nhiều điểm (Multi-point): ≥ thiet bị dùng chung kết nối  Chế độ truyền Simplex mode – Không dùng rộng rãi gởi ngược lại lỗi tín hiệu điều khiển cho bên phát – Television, teletext, radio  Half-duplex mode – Bộ đàm  Full-duplex mode – Điện thoại  Tín hiệu     T/h liên tục: Thay đổi mịn theo thời gian T/h rời rạc: Thay đổi mức theo thời gian T/h tuần hoàn: Mẫu lặp lại theo thời gian T/h không tuần hoàn: Mẫu không lặp lại theo thời gian Biểu diễn tín hiệu miền tần số Tín hiệu thực tế cấu tạo nhiều thành phần có tần số khác  Các tín hiệu thành phần sóng hình sin  Tất tín hiệu (tương tự lẫn số) phân tích thành tổng nhiều sóng sin (khai triển Fourier)  Có thể biểu diễn tín hiệu theo miền tần số – Trục tung: tần số có tín hiệu – Trục hoành: biên độ đỉnh tín hiệu tương ứng với tần số  Tần số, phổ băng thông Phổ: tần số chứa tín hiệu  Băng thông tuyệt đối – Độ rộng phổ (được đo chênh lệch tần số cao thấp nhất) – Băng thông kênh truyền lớn, tốc độ truyền cao  Băng thông hiệu dụng (gọi tắt băng thông) – Là dải tần số hẹp chứa hầu hết lượng tín hiệu  Thành phần chiều: thành phần có tần số  Truyền dẫn tín hiệu tương tự số Truyền tín hiệu tương tự – Không quan tâm nội dung liệu chứa đựng bên – Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách – Dùng amplifier để khuếch đại tín hiệu (kể nhiễu)  Truyền tín hiệu số – Cần ý nội dung liệu chứa đựng bên – Khoảng cách truyền ngắn – Dùng repeater để tăng khoảng cách truyền – Nhiễu không bị khuếch đại  Truyền dẫn số Ưu điểm  Công nghệ số • Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành  Toàn vẹn liệu • Nhiễu suy giảm tín hiệu không bị tích lũy repeater • Truyền khoảng cách xa đường truyền chất lượng  Hiệu kênh truyền • TDM > FDM  Bảo mật • Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật liệu dễ áp dụng  Tích hợp • Dữ liệu số analog xử lý tương tự Suy giảm tín hiệu  T/h nhận khác với t/h truyền – Analog – suy giảm chất lượng t/h – Digital – lỗi bit  Nguyên nhân – Suy yếu méo suy yếu đường truyền – Méo trễ truyền – Nhiễu Độ suy yếu tín hiệu đường truyền Khi tín hiệu lan truyền qua môi trường truyền, cường độ (biên độ) tín hiệu bị suy giảm theo khoảng cách  Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn • Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ t/h hàm phức tạp theo khoảng cách thành phần khí  Cường độ t/h nhận phải • Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết • Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi • Suy yếu hàm tăng theo tần số  Kỹ thuật cân độ suy yếu dải tần số  Dùng khuyếch đai (khuyếch đại tần số cao nhiều hơn)  Đo đơn vị decibel (dB) • Cường độ t/h suy giảm theo hàm mũ • Độ lợi/độ hao hụt tầng nối tiếp tính phép toán đơn giản (+/-)  Phân loại ứng dụng Ưu điểm – Dung lượng cao - Tốc độ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps 1km coaxial cable thấp twisted-pair cable) – Kích thước trọng lượng nhỏ – Độ suy hao tín hiệu đường truyền thấp – Cách ly trường điện từ (không bị ảnh hưởng nhiễu môi trường xung quanh, khó câu trộm) – Khoảng cách lặp xa – Tỷ lệ bit lỗi đường truyền vào khoảng 10-9 →10-12  Ứng dụng – Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km) – Môi trường truyền thích hợp để triển khai ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks) – Đường trung kế khoảng cách xa – Trung kế đô thị – Trung kế tổng đài nông thôn – Thuê bao – LAN  Truyền dẫn vô tuyến Truyền nhận thông qua anten Có hướng – Chùm định hướng (focused beam) – Đòi hỏi canh chỉnh hướng cẩn thận Vô hướng – Tín hiệu lan truyền theo hướng – Có thể nhận nhiều anten  Tầm tần số – 2GHz đến 40GHz •Vi sóng (microwave) • Định hướng cao • Điểm-điểm • Vệ tinh – 30MHz đến 1GHz • Vô hướng • radio – x 1011 đến x 1014 (Hz) • Hồng ngoại • Cục  Các băng tần sóng viba mặt đất Chảo parabol (thường 10 inch)  Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight)  Độ suy giảm t/h d: khoảng cách –λ : bước sóng Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách → cần amplifier/repeater 10-100km Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng có mưa)  Viễn thông khoảng cách xa Thay cho cáp đồng trục (cần amp/repeater, phải nằm đường thẳng)  Tần số cao tốc độ liệu cao  sóng vệ tinh Vệ tinh trạm trung chuyển  Vệ tinh nhận tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) phát tần số khác  Cần quĩ đạo địa tĩnh – Cao 35.784 km Ứng dụng: Truyền hình, Điện thoại đường dài, Mạng riêng  Đặc tính Thường khoảng tần số 1-10 GHz • < GHz: nhiều nhiễu • >10 GHz: hấp thụ tầng khí – Cặp tần số thu/phát – (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band – (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band – Tần số cao đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm – Trễ 240-300ms, đáng ý viễn thông  Sóng vệ tinh sóng radio Vô hướng, 30MHz – 1GHz – Antena không cần có hình đĩa không cần chỉnh hướng  Sóng FM, truyền hình UHF VHF  Ít bị suy giảm mưa, xuyên qua khí  •Truyền theo đường ngắm (line of sight)  Bị ảnh hưởng nhiễu đa kênh (multipath) – Phản xạ  sóng radio sóng hồng ngoại    Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ) Cản tường Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển hồng ngoại (IRD port) Môi trường truyền dẫn Lan truyền không dây Lan truyền không dây Lan truyền không dây Multipath [...]... trình trao đổi dữ liệu số  Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh truyền) Đặc điểm – Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đường truyền – Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền  Công thức Nyquist C = 2W x log2 M C : tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có nhiễu W : băng thông của kênh truyền (Hz) M : số mức thay đổi tín... trở 75Ω  Trễ lan truyền Méo trễ lan truyền – Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến – Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số  Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm  Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau  Công thức – Transmission propagation delay Tp = S/V S : khoảng cách vật lý (meter) V : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, với sóng điện... tín hiệu trên đường truyền  Tốc độ dữ liệu Baud rate (baud) – số lần thay đổi tín hiệu đường truyền mỗi giây – Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây)  Bit rate (bps hoặc bit/s) – Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền – Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu – Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân – Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn... đồng trục được sử dụng như một đường truyền tần số cao để truyền tải những tín hiệu cao tần hoặc một dải rộng tín hiệu  Cáp đồng: coxial Ứng dụng – Môi trường truyền linh hoạt nhất – Cáp truyền hình – Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa • FDM • Cóthể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi • Sẽ bị thay thế bởi cáp quang – Kết nối các thiết bị khoảng cách gần – Mạng cục bộ  Đặc tính truyền dẫn – Hiệu ứng bề mặt (skin... (baud/s) – M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền – m : số bit mã hóa cho một tín hiệu  Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps Hz -1)  Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu Signal to Noise ratio SNR(dB) = 10 xlog 10 (S/N ) (dB) – S: công suất tín hiệu nhận – N: công suất nhiễu  Công thức Shannon-Hartley C = W * log 2 (1 + Eb/N0) (bps) – C: tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền có nhiễu  Tỉ số năng lượng... lượng truyền dữ liệu được xác định bởi môi trường và tín hiệu – Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn – Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten phát ảnh hưởng lớn hơn  Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách là Băng thông  Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao – Suy yếu truyền dẫn  Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung) Số thiết... suất nhiễu (watt/Hz) • k: hằng số Boltzmann (= 1.38 x 10-23 J/°K) • T: nhiệt độ (°K) – Nhiễu trong băng thông B (Hz) N = kTB  Nhiễu Nhiễu điều chế (intermodulation) – T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h dùng chung môi trường truyền – Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát  Nhiễu xuyên kênh (crosstalk) – T/h từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường truyền khác – Cùng độ lớn (hoặc... điện từ: v = 2 x106 (m/s) v =3*108 m/s - Round trip delay Tx = N/R N : khối lượng dữ liệu truyền (bit) R : tốc độ truyền bit trên đường truyền  Nhiễu Là T/h thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu • Nhiễu nhiệt: Do dao động nhiệt của các electron trong chất dẫn • Hàm của nhiệt độ: Phân tán đồng nhất trên phổ tần số  Nhiễu trắng: Không thể loại bỏ → giới hạn hiệu suất của hệ thống –Nhiễu trắng xuất... 1Hz Eb/N0 – Tb: thời gian truyền 1 bit – R: tốc độ bit của dữ liệu nhị phân – Eb = STb = S/R  Eb/N0 = S/(RN0) = S/(kTR)  Tốc độ sai bit là hàm giảm của tỉ số này  Bước sóng Khoảng cách sóng truyền được trong một chu kỳ  Khoảng cách giữa 2 điểm pha tương ứng trong 2 chu kỳ liên tiếp Ký hiệu λ Giả sử vận tốc t/h v λ = vT λ = v/f c = 3*108 ms-1 (tốc độ ánh sáng)  Môi trường truyền dẫn Hữu tuyến (guided... 0.85cm – Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100 Mbps (LAN)  STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 10 Mbps  Cáp đồng: coxial Dây đồng trục có hai loại, loại nhỏ (Thin) và loại to (Thick) Dây cáp đồng trục được thiết kế để truyền tin cho bǎng tần cơ bản (Base Band) hoặc bǎng tần rộng (broadband)  Dây cáp loại to dùng cho đường xa, dây cáp nhỏ dùng cho đường gần, tốc độ truyền tin qua cáp đồng