- Thực thể: là thành phần tớch cực trong mỗi tầng, nú cú thể là một tiến trỡnh
3.2.6. Tớn hiệu vệ tinh và Radio
Kờnh truyền trong cỏc hệ thống vệ tinh và radio được tạo ra nhờ ghộp kờnh phõn chia tần số (FDM Frequency Division multiplexing). Bờn cạnh đú dung lượng sẵn cú của mỗi kờnh cũn được chia nhỏ hơn nhờ kỹ thuật ghộp kờnh phõn thời gian đồng bộ (TDM : Time Division multiplexing)
Cú một số phương phỏp điều khiển truy xuất khỏc nhau được dựng để điều khiển truy xuất vào phần dung lượng cú sẵn.
- Truy xuất ngẫu nhiờn : tất cả cỏc trạm tranh chấp kờnh truyền theo ngẫu nhiờn (khụng cú điều khiển).
- Gỏn cố định : cả khe thời gian cũng như tần số được gỏn trước cho mỗi trạm - Gỏn theo yờu cầu : khi một trạm muốn truyền số liệu , trước hết nú yờu cầu dung lượng kờnh từ trung tõm trung tõm cú chức năng phõn phối dung lượng truyền cho cỏc trạm yờu cầu.
Truy xuất ngẫu nhiờn là phương phỏp truy xuất cổ điển nhất và được dựng lần đầu tiờn để điều khiển truy xuất một kờnh vệ tinh dựng chung (chia sẻ) Nú chỉ dựng với cỏc ứng dụng trong đú dạng thứ nhất là toàn bộ tải được cung cấp chỉ là phần nhỏ của dung lượng kờnh cú sẵn và dạng thứ hai là tất cả cỏc hoạt động truyền phõn bố ngẫu nhiờn.
Với phương phỏp gỏn cố định , cả khe thời gian và kờnh tần số được gỏn trước cho mỗi trạm. Nhỡn chung việc gỏn trước cỏc kờnh tần số dễ hơn gỏn khe thời gian. Vớ dụ : trong cỏc ứng dụng vệ tinh dựa vào hub trung tõm một kờnh tần số cố định được gỏn cho mỗi VSAT và sau đú trung tõm phỏt quảng bỏ (broadcast) lờn cỏc kờnh tần số được gỏn trước khỏc. Nhỡn chung vỡ chỉ cú một kờnh từ hub đến VSAT, nờn băng tần của kờnh này rộng hơn so với kờnh được dựng cho hoạt động truyền từ VSAT đến hub. Thụng thường tốc độ bit là 64kbps cho mỗi kờnh VSAT đến hub và đến 2Mbps cho kờnh broadcast từ hub đến VSAT. Lược đồ điều khiển truy xuất này được gọi là đa truy xuất phõn tần được gỏn trước (preassigned fequency-division multiple access hay preassigned FDMA).
Chỳng ta cú thể đạt được hiệu xuất kờnh tốt hơn bằng cỏch dựng phương phỏp điều khiển truy xuất gỏn theo yờu cầu. Lược đồ nỏy cung cấp một số khe thời gian theo yờu cầu _gọi tắt là khe thời gian theo yờu cầu (request time slot) , trong đú VSAT và cỏc trạm di động cú thể gửi yờu cầu đến hub hay trạm cơ bản (base station) để lấy một hay nhiều khe thời gian thụng điệp (message time slot). Nếu cú sẵn cỏc điểm trung tõm sẽ gỏn cỏc khe thời gian thụng điệp đặc biệt cho hoạt động truyền đú và thụng bỏo với
trạm yờu cầu bằng khe thời gian bỏo nhận (acknowledgment time slot).Lược đồ này được gọi là đa truy xuất phõn thời được gỏn theo yờu cầu (demand – assigned time- divớion multiple access hay demand-assigned TDMA)
Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến tớn hiệu
Với bất kỳ một hệ thống truyền thụng nào, một điều dễ nhận thấy là tớn hiệu cỏc thiết bị thu nhận được sẽ khỏc do với tớn hiệu ban đầu được truyền đi do cỏc yếu tố ảnh hưởng đến tớn hiệu. Với cỏc tớn hiệu tương tự, cỏc yếu tố này sẽ gõy ra một loại cỏc thay đổi ngẫu nhiờn làm giảm chất lượng của tớn hiệu. Với tớn hiệu số, cỏc lỗi bit (bit error) sẽ sinh ra (bit 1 chuyển thành bit 0 và ngược lại). Trong phần này, ta sẽ đề cập đến một loạt cỏc yếu tố làm ảnh hưởng đến tớn hiệu và bỡnh luận về hiệu ứng của chỳng trờn băng thụng mang thụng tin của một kờnh truyền tin.
Cú 3 yếu tố chớnh làm ảnh hưởng đến tớn hiệu:
• Suy giảm cường độ tớn hiệu và mộo do suy giảm cường độ (Attenuation and attenuation distortion).
• Mộo do trễ (Delay distortion)
• Nhiễu (Noise)
a) Sự suy giảm cường độ tớn hiệu
Cường độ của tớn hiệu sẽ giảm dần theo độ dài khi tớn hiệu di chuyển qua bất cứ một mụi trường truyền nào. Với cỏc mụi trường truyền hữu tuyến (guided medium), độ suy giảm cường độ tớn hiệu này được biểu diễn bằng một hằng số của decibel trờn một đơn vị khoảng cỏch. Với cỏc mụi trường truyền vụ tuyến (unguided medium), độ suy giảm này là một hàm phức tạp của khoảng cỏch và ỏp suất. Đối với cỏc kỹ sư truyền thụng, cú 3 vấn đề cần quan tõm đối với sự suy giảm cường độ tớn hiệu. Thứ nhất, một tớn hiệu khi thu được phải cú cường độ đủ mạnh để mạch điện tử trong thiết bị thu cú thể phỏt hiện và thụng dịch ý nghĩa của tớn hiệu. Thứ hai, tỷ lệ cường độ tớn hiệu trờn nhiễu phải đủ lớn để loại trừ lỗi khi thu tớn hiệu. Thứ ba, độ suy giảm cường độ tớn hiệu là một hàm tăng theo tần số tớn hiệu.
Vấn đề thứ nhất và thứ hai được giải quyết bằng cỏch sử dụng cỏc bộ khuyếch đại hoặc cỏc bộ lặp. Đối với một liờn kết điểm-điểm, cường độ tớn hiệu của thiết bị phỏt phải đủ mạnh để thiết bị thu cú thể nhận và thụng dịch được tớn hiệu nhưng khụng được quỏ mạnh để làm cho cỏc mạch phỏt bị quỏ tải (overload). Nếu cỏc mạch phỏt bị quỏ tải thỡ sẽ gõy ra hiện tượng mộo cho tớn hiệu sinh ra. Theo độ dài của khoảng cỏch truyền, cường độ của tớn hiệu sẽ bị giảm dần đến giới hạn cú thể chấp nhận được. Tại đõy, cỏc bộ khuyếch đại hoặc bộ lặp sẽ được sử dụng để tăng cường cường độ của tớn hiệu từ điểm này đến điểm kế tiếp. Cỏc vấn đề này sẽ trở nờn phức tạp hơn đối với cỏc
đường truyền đa điểm nơi mà khoảng cỏch từ thiết bị phỏt đến thiết bị thu khụng cố định.
Vấn đề thứ ba phải được đặc biệt chỳ ý đến đối với cỏc tớn hiệu tương tự. Bởi vỡ độ suy giảm cường độ tớn hiệu biến đổi theo hàm của tần số nờn tớn hiệu sẽ bị mộo làm cho khả năng thụng dịch tớn hiệu giảm xuống. Để giải quyết vấn đề này, cỏc kỹ thuật hiện tại thực hiện kỹ thuật cõn bằng độ suy giảm cường độ tớn hiệu qua dải tần truyền. Điều này được thực hiện trong cỏc đường điện thoại bằng cỏch sử dụng cỏc cuộn nạp xoắn để thay đổi tớnh chất điện của đường truyền. Một cỏch tiếp cận khỏc là sử dụng cỏc bộ khuyếch đại cú tớnh chất chỉ khuyếch đại cỏc tần số cao nhiều hơn là khuyếch đại cỏc tần số thấp.
Một vớ dụ được đưa ra trong Hỡnh 3.1. Hỡnh vẽ này cho thấy độ suy giảm cường độ tớn hiệu là một hàm của tần số đối với cỏc đường truyền leased line. Trong hỡnh vẽ này, độ suy giảm cường độ tớn hiệu được đo theo quan hệ với độ suy giảm cường độ tại tần số 1000 Hz. Cỏc giỏ trị dương trờn trục y biểu diễn độ suy giảm lớn hơn độ suy giảm tại tần số 1000 Hz. Tại một tần số f bất kỳ, cụng thức tớnh độ suy giảm của tớn hiệu là: 1000 10 log 10 P P Nf =− f
Đường liền nột trong Hỡnh 3.1 biểu diễn độ suy giảm cường độ tớn hiệu khi khụng cú sự cõn bằng. Như ta thấy trong hỡnh vẽ, cỏc thành phần tần số tại cỏc điểm cuối cú
độ suy giảm cường độ tớn hiệu cao hơn cỏc thành phần tần số thấp hơn trong dải thụng tiếng núi. Điều này rừ ràng sẽ gõy ra mộo đối với tớn hiệu khi nhận được. Đường nột đứt biểu diễn hiệu ứng của kỹ thuật cõn bằng cường độ suy giảm tớn hiệu. Đường nột đứt này cú hỡnh dỏng phẳng hơn so với đường liền nột. Vỡ vậy, chất lượng của tớn hiệu sẽ tốt hơn và đồng thời nú cũng cho phộp đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đối với dữ liệu số truyền qua modem.
Đối với tớn hiệu số, hiện tượng mộo do suy giảm cường độ tớn hiệu gõy tỏc động ớt hơn. Như ta thấy trờn hỡnh 3.2, cường độ tớn hiệu suy giảm một cỏch nhanh chúng khi tần số tớn hiệu tăng lờn; hầu hết nội dung của tớn hiệu tập trung xung quanh tần số cơ bản của tớn hiệu.
b, Mộo do trễ
Mộo do trễ là một hiện tượng đặc biệt đối với mụi trường truyền hữu tuyến. Hiện tượng mộo này sinh ra bởi vỡ vận tốc truyền tớn hiệu qua mụi trường truyền hữu tuyến biến đổi khi tần số của tớn hiệu thay đổi. Đối với một tớn hiệu cú dải thụng giới hạn, vận tốc này cú khuynh hướng đạt được giỏ trị lớn nhất tại cỏc tần số gần với tần số cơ bản và giảm dần đối với cỏc tần số nằm về hai phớa biờn của dải thụng. Do đú, khi tớn hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khỏc nhau thỡ cỏc thành phần này của tớn hiệu sẽ di chuyển đến thiết bị thu tại cỏc thời điểm khỏc nhau.
Hiện tượng mộo do trễ là một hiện tượng rất quan trọng cần tớnh đến đối với dữ liệu số. Ta hóy xột một chuỗi bit đang được truyền bằng tớn hiệu tương tự hoặc số. Vỡ
hiện tượng mộo do trễ, một vài thành phần của tớn hiệu của một bit sẽ rớt lại vào cỏc bit phớa sau gõy ra hiện tượng làm giới hạn tốc đọ truyền bit tối đa.
c) Nhiễu
Đối với bất kỳ một sự kiện truyền dữ liệu nào, tớn hiệu nhận được sẽ gồm cú tớn hiệu được truyền đi và bị sửa đổi bởi nhiều loại mộo gõy ra bởi hệ thống truyền, cộng thờm với cỏc tớn hiệu khụng mong muốn từ bờn ngoài tỏc động vào trong quỏ trỡnh truyền. Túm lại, cỏc tớn hiệu khụng mong muốn được coi là cỏc loại nhiễu – một nguyờn nhõn chớnh làm giảm hiệu năng của cỏc hệ thống truyền thụng.
Nhiễu được chia thành 4 loại chớnh: - Nhiễu nhiệt (thermal noise)
- Nhiễu điều chế (intermodulation noise) - Nhiễu xuyờn õm (crostalk).
- Nhiễu xung lực (impulse noise)
Nhiễu nhiệt là loại nhiễu gõy ra bởi hiện tượng chuyển động của cỏc electron do nhiệt độ trong vật dẫn. Loại nhiễu này cú trong mọi thiết bị điện tử và cỏc mụi trường truyền dẫn. Nú là một hàm của nhiệt độ. Nhiễu nhiệt được phõn bố một cỏch đồng đều trờn toàn bộ trải phổ tần số và do đú người ta gọi nú là “nhiễu trắng” (white noise). Khụng thể nào loại trừ hay hạn chế được loại nhiễu này và do đú nú nằm phớa ngoài biờn của hiệu năng của cỏc hệ thống truyền thụng. Lượng nhiễu nhiệt cú trong 1 Hz dải thụng của bất kỳ một vật dẫn nào đều được tớnh theo cụng thức: N0 = kT
Trong đú:
N0 là độ đo cường độ nhiễu, đơn vị: watts/hertz. k là hằng số Boltzmann = 1.3803 x 10-23 J/0K T là nhiệt độ, tớnh bằng độ đo Kelvin.
Theo cụng thức trờn, ta thấy nhiễu nhiệt phụ thuộc vào tần số. Do đú, đối với một tớn hiệu cú dải thụng là W (Hz) thỡ cường độ nhiễu nhiệt tỏc động vào tớn hiệu sẽ là:
N=k T W (watts/Hz)
Nếu tớnh theo đơn vị decibel-watts thỡ:
N =10logk+10logT+10logW = −228.6 dBW+10logT +10logW
Khi cỏc tớn hiệu cú tần số khỏc nhau chia sẻ chung một mụi trường truyền thỡ kết quả là sẽ sinh ra nhiễu điều chế. Hiệu ứng của loại nhiễu điều chế này làm sinh ra một tớn hiệu cú tần số bằng tổng hoặc tớch cỏc tần số của 2 tớn hiệu gốc. Vớ dụ, việc truyền đồng thời hai tớn hiệu f1 và f2 sẽ sinh ra một tớn hiệu nhiễu cú tần số là f1 + f2.
Nhiễu điều chế sinh ra khi cú cỏc hiện tượng khụng tuyến tớnh (nonlinear) trong cỏc thiết bị phỏt, thiết bị thu hoặc hệ thống truyền. Thụng thường, cỏc thành phần này hoạt động như là cỏc hệ thống tuyến tớnh; đú là giỏ trị đầu ra bằng với giỏ trị đầu vào
nhõn với hằng số. Trong một hệ thống khụng tuyến tớnh, giỏ trị đầu ra là một hàm phức tạp của giỏ trị đầu vào. Hiện tượng khụng tuyến tớnh này xảy ra do cỏc thành phần hoạt động khụng đỳng chức năng (malfunction) hoặc do việc sử dụng cỏc tớn hiệu cú cường độ quỏ lớn.
Nhiễu xuyờn õm là hiện tượng giống như khi một người đang gọi điện thoại lại nghe được một cuộc hội thoại khỏc trong cuộc hội thoại của mỡnh. Đú là hiệu ứng xảy ra giữa cỏc cặp dõy đụi xoắn đặt cạnh nhau hoặc do tỏc động của súng vi ba (microwave) lờn cỏc vật dẫn vụ tỡnh đúng vai trũ là cỏc ăngten thu súng. Cú 3 loại nhiễu xuyờn õm đối với cỏc trường hợp cỏc cặp dõy đụi xoắn đặt cạnh nhau là nhiễu xuyờn õm dạng đầu gần (NEXT - Near-End Crosstalk), nhiễu xuyờn õm dạng đầu xa (FEXT - Far-End Crosstalk) và nhiễu xuyờn õm tổng đầu gần (PSNEXT – Power Sum NEXT)
55
Hỡnh 3.3. Nhiễu xuyờn õm dạng đầu gần
Tất cả cỏc loại nhiễu được đề cập ở trờn đều cú thể dự đoỏn được về dạng và cường độ tỏc động của chỳng. Điều này cho phộp cỏc kỹ sư của cỏc hệ thống truyền thụng cú thể đối phú được với chỳng. Tuy nhiờn, nhiễu xung lực là một loại nhiễu khụng liờn tục (noncontinuous), gồm cỏc xung bất thường xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn và cú biờn độ rất cao. Loại nhiễu này được sinh ra do nhiều nguyờn nhõn khỏc nhau về nhiễu điện từ chẳng hạn như súng ỏnh sỏng hoặc cỏc điểm rũ rỉ điện năng trong cỏc hệ thống truyền thụng.
Nhiễu xung lực thường chỉ là một loại nhiễu gõy tỏc động xấu khụng nhiều đối với dữ liệu tương tự. Vớ dụ, việc truyền õm thanh cú thể bị ngắt quóng một thời gian rất ngắn nhưng khụng làm ảnh hưởng đến khả năng hiểu õm thanh của người nghe. Tuy nhiờn, nhiễu xung lực lại là một nguồn gõy lỗi chớnh đối với cỏc hệ thống truyền thụng số. Vớ dụ, một năng lượng mạnh tỏc động ngắn trong khoảng thời gian 0.01 giõy khụng đủ làm phỏ hủy toàn bộ dữ liệu õm thanh nhưng cũng đủ để xúa đi 50 bit dữ liệu đang được truyền với tốc độ 4800 pbs. Hỡnh 2.14 là một vớ dụ về hiệu ứng của nú lờn một tớn hiệu số. Ở đõu nhiễu bao gồm cả nhiẽu nhiệt cộng với nhiễu xung lực. Dữ liệu số được khụi phục từ tớn hiệu bằng cỏch lấy mẫu (sampling) tớn hiệu nhận được tại thiết bị thu theo chu kỳ một lần lấy mẫu trờn một khoảng thời gian định thời bit (bit time). Như ta thấy trờn hỡnh vẽ, nhiễu này làm thay đổi cỏc bit 1 thành 0 và ngược lại với tần suất tương đối lớn.