đại và bộ lặp đƣợc đặt gần nhau hơn cáp đồng trục với cùng một đƣờng truyền và địi hỏi nằm trong tầm nhìn. Sĩng viba sử dụng phổ biến trong phát thanh và truyền hình.
Một ứng dụng phổ biến khác của sĩng viba là kết nối điểm điểm với khoảng cách ngắn giữa các tồ nhà. Nĩ cịn đƣợc sử dụng trong các mạch nhỏ của ti vi hoặc trong việc trao đổi dữ liệu của một mạng cục bộ. Sĩng viba khoảng cách ngắn cũng cĩ thể đƣợc sử dụng cho những ứng dụng đƣờng vịng.Một doanh nghiệp cũng cĩ thể sử dụng sĩng viba trong việc kết nối với tổng đài ở xa trong cùng thành phố từ tổng đại cục bộ của cơng ty.
Đặc tính truyền dẫn:
Truyền dẫn sĩng viba bao gồm một phần nhỏ của phổ điện từ. Tần số phổ biến đƣợc sử dụng để truyền là từ 2GHz đến 40GHz. Tần số càng cao thì băng thơng của và tốc độ truyền càng cao. Nhƣ vậy với bất kì hệ thống truyền thơng nào, nguyên nhân chính của sự mất mát là sự suy yếu các tín hiệu. Với sĩng viba (và cả các tần số radio) sự suy yếu đƣợc tính theo cơng thức sau: dB d L 2 4 log 10 trong đĩ: d: khoảng cách truyền
: độ dài bƣớc sĩng cực dại trong cùng một đơn vị
Do đĩ sự suy yếu giảm theo bình phƣơng khoảng cách. Vì thế, bộ lặp khuyếch đại cĩ thể làm cho hệ thống sĩng viba phát xa hơn từ 10 đến 100 km. Sự suy yếu cĩ thể tăng lên do mƣa, sự ảnh hƣởng của lƣợng mƣa đặc biệt đáng lƣu ý.
2.4.3.2. Sĩng vi ba vệ tinh Các đặc trưng vật lý:
Trong thực tế, vệ tinh truyền thơng là một trạm chuyển tiếp sĩng vi ba. Nĩ đƣợc sử dụng để kết nối hai hay nhiều hơn các trạm phát và thu sĩng ở mặt đất. Vệ tinh thu sĩng trên một băng tần (uplink), khuếch đại hoặc lặp lại tín hiệu, sau đĩ truyền chúng trên một tần số khác (downlink). Một vệ tinh trên quỹ đạo sẽ điều khiển một số loại dải tần và đƣợc gọi là bộ tiếp và tách sĩng.
Trong hình thứ nhất, vệ tinh đang đƣợc sử dụng cho một kết nối điểm điểm giữa hai ăng ten mặt đất. Trong hình thứ hai, vệ tinh hỗ trợ truyền thơng tin từ một trạm phát trên mặt đất tới nhiều tram nhận.
- 35 -
Để việc truyền thơng cĩ hiệu quả thì vệ tinh phải giữ đƣợc vị trí tĩnh so với mặt đất. Tuy nhiên sự di chuyển của vệ tinh sẽ khiến nĩ khơng nằm trong tầm nhìn của các trạm trên mặt đất tại mọi thời điểm. Để giữ đƣợc vị trí tĩnh so với mặt đất thì vệ tinh phải quay cùng qũy đạo với trái đất và cần giữ độ cao khoảng 35.784 km so với mặt đất.
Hai vệ tinh sử dụng cùng một dải tần số, nếu ở quá gần nhau thì sẽ gây ra nhiễu. Để tránh sự ảnh hƣởng lẫn nhau, các chuẩn hiện nay yêu cầu khoảng cách là 40
(gĩc giữa hai vệ tinh đƣợc đo từ mặt đất) đối với dải tần 4/6 GHz và khoảng cách là 30
đối với dải tần 12/14 GHz. Vì thế, số vệ tinh là cĩ giới hạn.
Ứng dụng:
Vệ tinh truyền thơng là một cuộc cách mạng cơng nghệ cĩ tầm quan trọng nhƣ cáp quang. Một số ứng dụng quan trọng của vệ tinh:
Truyền hình
Điện thoại đƣờng dài Mạng thƣơng mại riêng
Do tính chất truyền quảng bá tự nhiên của nĩ, vệ tinh rất phù hợp cho truyền hình nên nĩ đang đƣợc sử dụng rơng rãi ở Mỹ và nhiều nơi trên thế giới.Theo cách truyền thống, chƣơng trình đƣợc phát từ một điểm trung tâm sau đĩ sẽ đƣợc truyền tới vệ tinh và sẽ đƣợc phát quảng bá tới các trạm nhận. Các trạm này lại phân phối chƣơng trình đến từng ngƣời dùng riêng lẻ. Một mạng cung cấp dịch vụ quảng bá cơng cộng (PBS) phân phối các chƣơng trình truyền hình hầu nhƣ là thơng qua các kênh vệ tinh. Các mạng thƣơng mại khác cũng một phần sử dụng vệ tinh, các hệ thống truyền hình cáp hiện nay đang cân đối việc tăng các chƣơng trình nhận từ vệ tinh. Ứng dụng mới nhất của cơng nghệ vệ tinh trong truyền hình là vệ tinh quảng bá trực tiếp, tín hiệu video từ vệ tinh sẽ đƣợc truyền trực tiếp đến nhà của ngƣời sử dụng. Việc giảm giá thành và kích thƣớc của anten đã khiến điều này trở nên khả thi về mặt kinh tế, hiện nay một số kênh đã đi vào hoạt động và một số khác đã đƣợc lên kế hoạch
Việc truyền vệ tinh cịn đƣợc sử dụng để kết nối điểm điểm các đƣờng trục giữa các tổng đài điện thoại của mạng điện thoại cơng cộng. Đây là phƣơng tiện truyền tối ƣu cho các đƣờng trục quốc tế cĩ mức độ sử dụng cao và đang cạnh tranh với các hệ thống mặt đất trong việc kết nối quốc tế đƣờng dài.
Ngồi ra vệ tinh cịn một số ứng dụng trong truyền dữ liệu thƣơng mại. Vệ tinh cĩ thể chia tổng dung lƣợng ra thành thành một số kênh và cho những khách hàng thƣơng mại riêng lẻ thuê các kênh này. Mỗi khách hàng đƣợc trang bị một angten tại một số vị trí và cĩ thể sử dụng các kênh của vệ tinh cho mạng riêng của mình. Các ứng dụng này khá đắt đỏ và chỉ giới hạn trong các tổ chức lớn cĩ yêu cầu cao. Phát triển gần đây về các hệ thống đầu cuối mở rất nhỏ (VSAT) cung cấp một sự lựa chọn giá thành thấp. Hình 2.6 mơ tả một hệ thống VSAT thơng thƣờng. Một số trạm khách hàng đƣợc trang bị các angten VSAT giá thành thấp. Theo một số quy tắc, những trạm này chia sẻ một dung lƣợng truyền vệ tinh để truyền tới một trạm trung tâm. Trạm trung tâm cĩ thể trao đổi hay tiếp nhận thơng báo giữa các khách hàng.
Các đặc tính truyền dẫn:
Khoảng tần số tối ƣu cho truyền vệ tinh là trong khoảng 1 đến 10 GHz. Tần số dƣới 1 GHz sẽ bị ảnh hƣởng bởi nhiễu từ các nguồn tự nhiên nhƣ từ ngân hà, mặt trời và khí quyển và cả các ảnh hƣởng gây ra bởi con ngƣời do các loại thiết bị điện khác nhau. Nếu tần số trên 10 GHz, tín hiệu sẽ bị ảnh hƣởng dữ dội bởi sức hút và mƣa của khí quyển.
Hầu hết các vệ tinh cung cấp các dịch vụ truyền điểm điểm ngày nay đều sử dụng băng tần cĩ độ rộng trong khoảng từ 5.925 đến 6.425 GHz để truyền từ mặt đất lên vệ tinh (uplink) và băng thơng trong khoảng 2.7 đến 4.2 GHz để truyền từ vệ tinh về mặt đất (downlink). Sự kết hợp này đƣợc gọi là dải tần 4/6 GHz. Chú ý rằng tần số uplink và downlink là khác nhau. Để hoạt động liên tục mà khơng xảy ra xung đột, vệ tinh khơng thể nhận và truyền trên cùng một tần số. Vì vậy tín hiệu nhận từ trạm mặt đất trên một tần số đƣợc truyền lại trên một tần số khác.
- 36 -
Dải tần 4/6 GHz nằm trong vùng tối ƣu từ 1 đến 10 GHz nhƣng đã bị sử dụng bão hịa. Các tần số khác trong vùng này lại khơng thể sử dụng do các nguồn xung đột với các tần số này thƣờng là các sĩng vi ba trên mặt đất. Vì vậy, dải tần 12/14 GHz đƣợc phát triển (uplink: từ 14 đến 14.5 GHz; downlink: từ 11.7 đến 14.2 GHz). Trong dải tần số này, cĩ thể bỏ qua vấn đề nhiễu. Tuy nhiên, ta cĩ thể sử dụng các trạm thu mặt đất nhỏ hơn và rẻ hơn. Cĩ thể thấy rằng dải tần trên sẽ bị bão hịa do đĩ phải lên kế hoạch cho việc sử dụng dải tần 19/29 GHz. Khi sử dụng dải tần này, sự suy giảm sẽ lớn hơn nhƣng lại cho phép băng thơng rộng hơn và các thiết bị thu nhỏ và rẻ hơn.
Ta cần đề cập đến một số tính chất của truyền thơng vệ tinh. Thứ nhất, do khoảng cách lớn, độ trễ do truyền vào khoảng một phần tƣ giây giữa hai trạm mặt đất. Độ trễ này cĩ thể nhận thấy khi nĩi chuyện điện thoại. Ta cũng phải quan tâm đến điều khiển lỗi và điều khiển lƣu lƣợng. Thứ hai, sĩng ngắn vệ tinh rất hữu hiệu để truyền quảng bá. Nhiều trạm cĩ thể truyền tín hiệu đến vệ tinh và tín hiệu từ một vệ tinh cĩ thể đƣợc nhận bởi nhiều trạm.
2.4.3.3. Sĩng vơ tuyến quảng bá
Mơ tả vật lý:
Sự khác nhau cơ bản giữa sĩng vơ tuyến quảng bá và sĩng ngắn là sĩng vơ tuyến quảng bá sẽ truyền theo mọi hƣớng cịn truyền sĩng ngắn thì cĩ định hƣớng. Vì vậy sĩng vơ tuyến quảng bá khơng yêu cầu phải sử dụng anten chảo và anten cũng khơng cần phải quay theo một hƣớng chính xác.
Các ứng dụng:
Sĩng vơ tuyến là thuật ngữ chung đƣợc sử dụng, bao gồm các tần số trong khoảng từ 3 kHz đến 300 GHz. Thuật ngữ sĩng vơ tuyến quảng bá đƣợc sử dụng bao gồm cả băng tần VHF và một phần của UHF: 30 MHz đến 1 GHz. Miền tần số này bao gồm cả băng tần FM của radio và băng tần UHF và VHF của tivi. Miền tần số này cũng đƣợc sử dụng cho một vài ứng dụng mạng truyền dữ liệu.
Các đặc tính truyền dẫn:
Miền tần số trong khoảng từ 30 MHz đến 1 GHz phù hợp cho việc sĩng vơ tuyến quảng bá. Khơng giống nhƣ trƣờng hợp của các sĩng điện từ tần số thấp, tầng điện ly khơng phản xạ các sĩng vơ tuyến cĩ tần số trên 30 MHz. Vì vậy việc truyền bị giới hạn trong phạm vi tầm nhìn và các các máy phát sẽ khơng bị cản trở bởi các máy phát khác do sự phản xạ từ tầng khí quyển nhƣ khi truyền sĩng ngắn. Khơng giống nhƣ các tần số cao của sĩng ngắn, sĩng truyền quảng bá ít bị hỏng do nhiễu từ các cơn mƣa hơn.
Truyền sĩng vơ tuyến tuân theo cơng thức (2.1), tức là khoảng cách cực đại giữa máy phát và máy thu lớn hơn khơng đáng kể so với khả năng nhìn của mắt ngƣời. Nhƣ đối với sĩng ngắn, độ suy giảm theo khoảng cách tuân theo cơng thức (2.2). Bƣớc sĩng càng dài thì sĩng vơ tuyến càng ít chịu ảnh hƣởng của sự suy giảm.
- 37 -
Nguyên nhân chính gây hƣ hại cho sĩng vơ tuyến quảng bá là sự giao thoa của nhiều tín hiệu. Sự phản xạ từ mặt đất, nƣớc, từ tự nhiên hoặc từ các đối tƣợng do con ngƣời tạo ra cĩ thể gây nên nhiều loại tín hiệu giữa các anten. Một ví dụ là TV sẽ thu và phát nhiều hình ảnh khác nhau lúc cĩ máy bay bay qua.
2.4.3.4 Tia hồng ngoại
Truyền thơng bằng tia hồng ngoại sử dụng các máy thu phát cĩ thể điều chỉnh các ánh sáng hồng ngoại. Hai máy thu phát phải nằm trong tầm nhìn của nhau trực tiếp hoặc thơng qua phản xạ từ các bề mặt cĩ màu sáng nhƣ trần nhà.
Sự khác nhau quan trọng giữa truyền sĩng hồng ngoại và sĩng ngắn là truyền sĩng hồng ngoại khơng thể xuyên qua tƣờng. Vì vậy ta khơng cần quan tâm đến vấn đề bảo mật và nhiễu nhƣ trong các hệ thống truyền sĩng ngắn. Hơn nữa, khơng cĩ một yêu cầu nào trong việc sử dụng dải tần số khi truyền sĩng hồng ngoại.
2.5. Các chuẩn giao tiếp truyền thơng
2.5.1. Các chuẩn chung
Hầu hết các thiết bị xử lí tín hiệu cĩ khả năng truyền nhận tín hiệu hạn chế, thơng thƣờng các thiết bị này đƣợc gắn trực tiếp với các thiết bị chuyển nhận tín hiệu hoặc qua mạng, chúng đƣợc gọi là các thiết bị truyền nhận dã liệu đầu cuối (DTE, DCE).
Mỗi thiết bị xử lí tín hiệu (trạm) thƣờng đƣợc kết hợp với một cặp gồm một DTE và một DCE.
Hai trạm truyền tín hiệu cho nhau qua hai DCE của mỗi bên đƣợc kết nối với nhau. Hai DCE trao đổi tín hiệu với nhau trên mạng hoặc đƣờng truyền phải tƣơng tự nhau, nghĩa là bộ phận nhận tín hiệu bên này phải tƣơng ứng với bộ phận phát tín hiệu của bên kia.
DTE và DCE truyền nhận tín hiệu với nhau do đĩ cũng phải tƣơng thích với nhau về dữ liệu và thơng tin điều khiển (các chuẩn)
Các chuẩn về giao diện gữa DTE và DCE bao gồm:
Chuẩn về cấu trúc: xác định kết nối vật lí giữa DTE và DCE (tín hiệu và mạch điều khiển thơng qua cáp nối và giắc cắm)
Chuẩn về tín hiệu: xác định mức hiệu điện thế, thời gian biến đổi tín hiệu Chuẩn về chức năng
).
Chuẩn về thủ tục: xác định thứ tự thao tác trong truyền dữ liệu dựa trên chuẩn chức năng của các đƣờng tín hiệu.
Chuẩn EIA-RS 232 (Electronic Industry Association – Recomand Standard): chuẩn giao tiếp truyền thơng cơng nghiệp
EIA đã cơng bố tiêu chuẩn RS-232C với nỗ lực nhằm tạo ra khả năng để ghép nối các thiết bị do nhiều nhà sản xuất làm ra mà khơng địi hỏi cĩ một tiêu chuẩn kỹ thuật đặc biệt cho từng trƣờng hợp.
Ý tƣởng để xây dựng tiêu chuẩn RS-232 là phải sử dụng cùng loại nối dây, thí dụ loại đầu nối 25 chân hoặc 9 chân, đƣợc nối theo cùng một cách và sử dụng cùng mức điện áp khi biểu diễn các số nhị phân 1 và 0 tƣơng ứng. Với ý tƣởng này, nếu nhƣ mọi ngƣời đều tham
- 38 -
gia vào tiêu chuẩn theo cùng một cách thì cĩ thể nối các thiết bị với cổng RS-232 của các hãng khác nhau, các mẫu mã khác nhau mà khơng cần cĩ thêm điều kiện nào. Các mơdem, các máy in và nhiều thiết bị khác cĩ thể đƣợc nối vào giao diện RS-232.
Ngày nay, hầu hết các máy tính đều trang bị một hoặc hai cổng nối tiếp RS-232, và tất cả đều cĩ khả năng sử dụng RS-232, ít nhất là nhƣ một khả năng tuỳ chọn từ nhà sản xuất máy tính hoặc từ phía ngƣời sử dụng máy tính.
Các mạch điện tích hợp cả bộ phát và bộ nhận RS-232C đã đƣợc các nhà sản xuất khác nhau thiết kế và chế tạo, thí dụ Motorola, National, Semiconductors. Các chip bộ phát/ bộ đệm RS-232 tiếp nhận mức điện áp TTL ở lối vào và biến đổi chúng thành các mức dành riêng cho RS-232C để truyền. Các bộ nhận RS-232 làm việc theo cách ngƣợc lại: tiếp nhận tín hiệu lối vào theo chuẩn RS-232 và biến đổi các tín hiệu sang các mức TTL tƣơng ứng. Các bộ phận này đều nằm trên bản mạch chính hoặc trên một Card vào/ ra, nghĩa là ở phía sau của cổng RS-232.
Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA
Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và cĩ khả năng cung cấp dịng từ 10 mA đến 20 mA.
Ngồi ra, tất cả các ngõ ra đều cĩ đặc tính chống chập mạch.
Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhƣng nếu cáp truyền đủ ngắn cĩ thể lên đến 115.200 bps.
Các phương thức nối giữa DTE và DCE:
Đơn cơng (simplex connection): dữ liệu chỉ đƣợc truyền theo 1 hƣớng.
Bán song cơng (half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hƣớng, nhƣng mỗi thời điểm chỉ đƣợc truyền theo 1 hƣớng.
Song cơng (full-duplex): số liệu đƣợc truyền đồng thời theo 2 hƣớng.
Hình 2.26: Định dạng khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS 232
Khi khơng truyền dữ liệu, đƣờng truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V). Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đƣa ra xung Start (space: 10V) và sau đĩ lần lƣợt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khơi phục trạng thái đƣờng truyền. Dạng tín hiệu truyền mơ tả nhƣ sau (truyền ký tự A):
- 39 -
Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau:
Tốc độ dữ liệu cực đại : 20 Kbps Điện áp ngõ ra cực đại : ± 25V Điện áp ngõ ra cĩ tải : ± 5V đến ± 15V Trở kháng tải : 3K Ω đến 7K Ω Điện áp ngõ vào : ± 15V Độ nhạy ngõ vào : ± 3V Trở kháng ngõ vào : 3K Ω đến 7K Ω
Mức logic 1 (mức dấu) nằm trong khoảng: -3 V đến –12 V; trong đĩ khoảng từ –5 V đến –12 V là tin cậy, mức logic 0 (mức trống) nằm trong khoảng: +3 V đến +12 V, khoảng từ + 5 V đến +12 V là tin cậy.