Mã bài: MĐ ĐTCN 24-02
Giới thiệu:
Những tín hiệu nhiễu rất dễ nhận biết trong đời sống hiện đại trong chúng ta, nó gây ra nhiều tín hiệu tác hại làm ảnh hưởng lớn đến nhu cầu sinh hoạt và cơng nghiệp. Trong bài này có nêu lên phương pháp khắc phục nhiễu giúp học sinh khắc phục được những sự cố về nhiễu.
Mục tiêu:
- Trình bày được các vấn đề cơ bản xử lý nhiễu trong truyền thông. - Vận dụng được kiến thức và các phương pháp hạn chế nhiễu. - Chủ động, sáng tạo an tồn cẩn thận trong q trình học tập.
Nội dung chính: 1. Giới thiệu
Nhiễu là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố cơng suất phẳng nghĩa là tín hiệu nhiễu có cơng suất bằng nhau trong tồn khoảng băng thơng. Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng vì nó có tính chất tương tự với ánh sáng trắng.
Chúng ta không thể tạo ra nhiễu trắng theo đúng lý thuyết vì theo định nghĩa của nó, nhiễu trắng có mật độ phổ cơng suất phân bố trong khoảng tần vô hạn và do vậy nó cũng phải có cơng suất vơ hạn. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta chỉ cần tạo ra nhiễu trắng trong khoảng băng tần của hệ thống chúng ta đang xem xét.
Hình 2.1: Một tín hiện nhiễu
Lưu ý rằng nhiễu Gaussian (nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian) khơng phải là nhiễu trắng. Từ "Gaussan" đề cập đến phân bố xác suất đối với giá trị (độ lớn)
trong khi từ "While" đề cập đến cái cách phân bố cơng suất tín hiệu trong miền thời gian hoặc tần số.
Ngoài nhiễu trắng Gaussian chúng ta cịn có nhiễu trắng Poisson, Cauchy, ... Khi miên tả hệ thống bằng toán học chúng ta hay sử dụng nhiễu AWGN (additive white Gaussian noise) vì loại nhiễu này dễ tạo ra nhất.
2. Những sự cốthường gặp và cách giải quyết
- Nhiễu trùng kênh : Là do nhiều thiết bị có tần số trùng nhau.
- Nhiễu do xuyên điều chế: Là do sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều tín hiệu có tần số khác nhau khi truyền qua thiết bị phi tuyến và tạo ra những tín hiệu khơng mong muốn. Những tín hiệu khơng mong muốn này gây nhiễu cho các đài vô tuyến điện khác.
- Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC): Là do thiết bị, hệ thống thiết bị vô tuyến điện, điện, điện tử khơng hoạt động bình thường trong mơi trường điện từ. Một số can nhiễu EMC:
- Bức xạ từ các thiết bị ứng dụng trong công nghiệp, khoa học và y tế (ISM) gây nhiễu cho các thiết bị.
- Bức xạ do không bảo đảm kỹ thuật tại các điểm tiếp xúc giữa đường dây tải điện không bao bọc và các trụ sứ gây nhiễu cho các mạng đường đay điện đặt gần.
- Bộ khuyến đại tín hiệu (booster) gây nhiễu cho mạng
- Nhiễu do các phát xạ khơng mong muốn ( bao gồm phát xạ ngồi băng và phát xạ giả) Là do các thiết bị phát sóng vơ tuyến điện phát các phát xạ ngồi băng khơng đáp ứng các qui chuẩn kỹ thuật về phát xạ không mong muốn, các phát xạ ngoài băng này gây nhiễu cho các thiết bị khác.
3. Nhiễu và các giải pháp xửlý
3.1.Nguồn gốc của nhiễu điện
- Nhiễu là đại lượng vật lý không mong muốn tác động lên đối tượng - Nguồn nhiễu có thể là bất cứ tín hiệu nào
- Đại lượng này có thể là nhiễu đối với đối tượng và sự việc này, không là nhiếu đối với sự việc kia
- Nhiễu có độ lớn và pha là khác nhau và ngẫu nhiên
- Nhiễu điện từ: nguồn nhiễu xuất phát từ các nguồn điện từ khác nhau từ các phát sóng Radio, trun hình, các nguồn sóng điện thoại ở dải sóng cao và rộng. Các
nguồn số như ánh sáng, các rơle, motor, nguồn phóng xạ, nguồn tần số thấp như điện áp cao của truyền dẫn điện
- Ba vấn đề chính của nhiễu điện từ - Nguồn phát
- Truyền dẫn - Nhận sóng
3.2. Vỏ bọc che chắn
Lớp bảo vệ cáp
Thêm một lớp che chắn bằng vật liệu bán dẫn trên bề mặt của ruột dẫn, có tính đẳng thế với ruột dẫn được che chắn và tiếp xúc tốt với lớp cách điện, để tránh phóng điện cục bộ giữa ruột dẫn và lớp cách điện. Lớp che chắn này hay còn gọi là lớp che chắn bên trong. Cũng có thể có khoảng cách giữa bề mặt cách nhiệt và vỏ bọc. Khi cáp bị uốn cong, bề mặt cách điện của cáp giấy dầu dễ bị nứt, đây đều là những tác nhân gây phóng điện cục bộ.
Thêm một lớp che chắn bằng vật liệu bán dẫn trên bề mặt của lớp cách điện. Nó tiếp xúc tốt với lớp cách điện được che chắn và là thế năng với vỏ bọc kim loại, để tránh phóng điện cục bộ giữa lớp cách điện và vỏ bọc.
Để dẫn điện đều cho lõi ruột dẫn và cách điện trường, cáp điện trung thế và cao thế từ 6 kV trở lên thường có lớp che chắn ruột dẫn và lớp cách điện, một số loại cáp hạ thế khơng có lớp che chắn. Lớp che chắn có hai loại che chắn bán dẫn và che chắn kim loại.
Cáp được bảo vệ
Lớp che chắn của loại cáp này chủ yếu SỬ DỤNG dây kim loại dệt thành lưới hoặc SỬ DỤNG màng kim loại, có lá chắn đơn và lá chắn nhiều lớp theo nhiều cách khác nhau. Màn hình đơn là một màn hình hoặc phim đơn, trong đó một hoặc nhiều dây có thể được quấn. Phương pháp đa che chắn là nhiều mạng lưới che chắn, màng chắn trong cáp. Một số được sử dụng để cách ly nhiễu điện từ giữa các dây dẫn, và một số được bảo vệ kép để tăng cường hiệu quả che chắn. Cơ chế che chắn là nối đất lớp che chắn để cách ly điện áp nhiễu cảm ứng của kết nối bên ngoài với ruột dẫn.
Lớp che chắn bán dẫn thường được bố trí ở mặt ngồi của lõi dây dẫn và lớp cách điện, chúng lần lượt được gọi là lớp che chắn bán dẫn bên trong và lớp che chắn bán dẫn bên ngoài. Lớp che chắn bán dẫn được cấu tạo bởi vật liệu bán dẫn có điện trở suất rất thấp và độ dày tương đối mỏng. Lớp bảo vệ bán dẫn bên trong là để làm đều điện trường trên bề mặt ngoài của vật dẫn và tránh phóng điện cục bộ của vật dẫn và cách điện do bề mặt không nhẵn của vật dẫn và khe hở khơng khí do ruột dẫn mắc kẹt gây ra. Lớp che chắn bán dẫn bên ngoài tiếp xúc tốt với bề mặt ngoài của lớp cách điện và đẳng thế với vỏ bọc kim loại, để tránh phóng điện cục bộ với vỏ bọc kim loại do các vết nứt và các khuyết tật khác trên bề mặt cách điện của cáp.
Che chắn kim loại
Đối với cáp điện trung thế và hạ thế khơng có vỏ bọc kim loại, ngồi việc lắp thêm lớp che chắn bán dẫn mà còn phải tăng thêm lớp che chắn bằng kim loại. Lớp kim loại che chắn thường được làm bằng băng đồng hoặc dây đồng quấn, có vai trị chủ yếu là che chắn điện trường.
Vì dịng điện qua cáp nguồn tương đối lớn nên sẽ sinh ra từ trường xung quanh dịng điện, để khơng ảnh hưởng đến các linh kiện khác nên lắp thêm một lớp che chắn có thể che chắn điện từ trường này trong cáp. Hơn nữa, lớp bảo vệ cáp có thể đóng một vai trị nhất định trong việc bảo vệ nối đất. Nếu dây lõi cáp bị hư hỏng, dịng điện rị rỉ có thể chảy dọc theo dòng chảy tầng che chắn, chẳng hạn như lưới nối đất, đóng vai trị bảo vệ an tồn. Điều này cho thấy vai trị của lớp chắn cáp còn rất lớn.
3.3. Tốc độ dẫn của dây cáp
Đây là yếu tố chính của cáp LAN trong việc phân chia loại cáp. Theo lịch sử phát triển cáp LAN, loại cáp LAN có tốc độ truyền dẫn cao nhất là Cat7a hỗ trợ tốc độ truyền dẫn đến 1000 Mbps (tức là 1000 mega-bit mỗi giây, hay 125 mega-byte mỗi giây), hay còn gọi là loại cáp hỗ trợ tốc độ giga-bit (Gbps) dùng cho các thiết bị mạng đời mới vốn dĩ hỗ trợ tốc độ Gbps. Cách viết 1000 Mbps hay 1000 Mb/s là như nhau.
Trước loại cáp Cat7a là các loại cáp có tốc độ thấp hơn. Đó là, Cat3 (16 Mbps), Cat4 (20 Mbps), Cat5 (100 Mbps), Cat5e (100 Mbps), Cat6 (250 Mbps), Cat6a (250 Mbps), Cat7 (600 Mbps). Trong đó, cáp Cat5 có tốc độ truyền tải 100 Mbps là loại cáp thường dùng trong mạng LAN hay kết nối giữa modem ADSL với máy tính qua cổng RJ-45. Mặc dù cùng tốc độ 100 Mbps nhưng loại Cat5e hỗ trợ chế độ song công nên
được xem là loại cáp cao cấp hơn Cat5 và giá của nó vì thế mà cũng khá cao, ít được dùng. Tuy nhiên dù là loại cáp nào đi chăng nữa thì độ dài tối đa của cáp LAN xoắn đơi là 100 m.\
CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Câu 1 : Nêu các phương pháp hạn chế nhiễu trong cơng nghiệp, cho ví dụ thực tiễn về các hệ thống chống nhiễu này?
Câu 2: Nhiễu thường gây hại gì đến sản xuất? tại sao trong nhà máy dùng nhiều biến tần thì gây ra nhiễu lớn?cách khắc phục?
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
Nội dung:
+ Về kiến thức:
Trình bày được các vấn đề cơ bản xử lý nhiễu trong truyền thông. + Về kỹ năng:
Vận dụng được kiến thức và các phương pháp hạn chế nhiễu. + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập
Chủ động, sáng tạo và an tồn trong q trình học tập. Phương pháp:
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết
+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện cơng việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của cơng việc
- Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.