Chương 2 môi trường truyền

Nội dung trình bày Khái niệm, thuật ngữ Sự sai khác tín hiệu Khả năng kênh truyền Các môi trường truyền dẫn... Nội dung trình bày Khái ni ệ m, thu ậ t ng ữ Sự sai khác tín hiệu Khả

Chương 2: Môi trường truyền

Bùi Văn Hiếu

E-mail: bvhieu@cse.hcmut.edu.vn

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu

Khả năng kênh truyền

Các môi trường truyền dẫn

Nội dung trình bày

Khái ni ệ m, thu ậ t ng ữ

Sự sai khác tín hiệu

Khả năng kênh truyền

Các môi trường truyền dẫn

Môi trường

Môi trường hữu tuyến (guided medium)

Môi trường vô tuyến (unguided medium hoặc wireless)

Tín hiệu tương tự (analog signal)

Các giá tr ị liên t ụ c theo th ờ i gian

Tín hiệu số (digital signal)

Gi ữ ở m ộ t m ứ c sau ñ ó chuy ể n sang m ộ t m ứ c

khác

Tín hiệu

Phân loại liên kết

Liên kết trực tiếp (direct link)

ðườ ng truy ề n gi ữ a hai thi ế t b ị không có các thi ế t

b ị trung gian khác (ngoài repeater ho ặ c amplifier)

Kết nối ñiểm ñiểm (point to point)

K ế t n ố i tr ự c ti ế p

Ch ỉ có hai thi ế t b ị dùng môi tr ườ ng truy ề n

Kết nối nhiều ñiểm (multi point)

Nhi ề u thi ế t b ị chia s ẻ môi trườ ng truy ề n

Chế ñộ truyền

ðơn giản (simplex)

D ữ li ệ u ch ỉ truy ề n m ộ t chi ề u

ðơn công (half duplex)

D ữ li ệ u có th ể truy ề n hai chi ề u

M ỗ i th ờ i ñ i ể m ch ỉ có th ể truy ề n m ộ t chi ề u

Song công (full duplex)

D ữ li ệ u có th ể truy ề n cùng lúc c ả hai chi ề u

Tín hiệu tuần hoàn

Lập lại theo thời gian

Chu kì T

Tần số f=1/T

Một số tín hiệu sin

x(t) = Asin(2πft + φ)

Khái niệm miền tần số

Khái niệm miền tần số

Giá trị miền tần số của tín hiệu bất kì ?

Phân tích Fourier

Phân tích m ộ t tín hi ệ u b ấ t kì thành t ổ ng các tín

hi ệ u sin

Quan hệ giữa băng thông và tốc ñộ dữ

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

S ự sai khác tín hi ệ u

Khả năng kênh truyền

Các môi trường truyền dẫn

Sự sai khác tín hiệu (impairments)

Tín hi ệ u nh ậ n ñượ c khác v ớ i tín hi ệ u truy ề n

Ả nh h ưở ng

Truy ề n d ẫ n t ươ ng t ự : suy gi ả m ch ấ t l ượ ng tín hi ệ u

Truy ề n d ẫ n s ố : l ỗ i trên bit

Nguyên nhân

Suy gi ả m tín hi ệ u (attenuation)

Méo tr ễ lan truy ề n (delay distortion)

Nhi ễ u (noise

Suy giảm tín hiệu (attenuation)

Cường ñộ (biên ñộ) của tín hiệu bị suy giảm

Suy giảm tín hiệu (tt)

Cường ñộ suy giảm theo hàm logarit

Méo trễ truyền lan

Vận tốc lan truyền tín hiệu thay ñổi theo tần

Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết

bị thu

Nhi ễ u nhi ệ t (thermal noise)

Nhi ễ u ñ i ề u ch ế (intermodulation noise)

Nhi ễ u xuyên kênh (crosstalk)

Nhi ễ u xung (impulse noise)

Nhiễu ñiều chế

Xảy ra khi nhiều tần số khác nhau dùng

chung môi trường truyền

Sinh ra tín hiệu tần số là tổng hoặc hiệu,

hoặc tích tần số của các tín hiệu ban ñầu

Do tính phi tuyến của môi trường truyền và

thiết bị thu/phát

Nhiễu xuyên kênh

Tín hiệu từ ñường truyền này ảnh hưởng

sang các ñường truyền khác

Thường cùng ñộ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu

nhiệt

Nhiễu xung

Xung b ấ t th ườ ng (spike)

Th ờ i kho ả ng ng ắ n, c ườ ng ñộ cao

Không th ể ño án tr ướ c, biên ñộ nhi ễ u bi ế n ñộ ng

Ả nh h ưở ng nh ỏ ñế n truy ề n t ươ ng t ự

Là nguyên nhân chính d ẫ n ñế n l ỗ i trong truy ề n

d ẫ n s ố

Ví d ụ : xung 0.01s làm m ấ t 50 bit d ữ li ệ u n ế u truy ề n ở

t ố c ñộ 4800bps

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu

Các môi trường truyền dẫn

Khái niệm ñánh giá khả năng kênh truyền

Tốc ñộ dữ liệu (data rate – bit rate) R

ðặ c tr ư ng cho kh ả n ă ng c ủ a kênh truy ề n ( ñơ n v ị

bps)

Tốc ñộ lỗi (error rate)

Baud rate (baud/s) Rs

S ố l ầ n tín hi ệ u thay ñổ i t ố i ñ a trong môt giây

Ngh ị ch ñả o c ủ a ph ầ n t ử d ữ li ệ u ng ắ n nh ấ t

Khả năng kênh truyền (tt)

Quan h ệ gi ữ a Baud rate và Bit rate

R = Rs x log2M = Rs x m

R : t ố c ñộ bit (bit/s)

Rs : t ố c ñộ baud (baud/s)

M : s ố m ứ c thay ñổ i tín hi ệ u trên ñườ ng truy ề n

m : s ố bit mã hóa cho m ộ t tín hi ệ u

Công thức Nyquist

Tốc ñộ truyền thông tin cực ñại bị giới hạn

bởi băng thông của kênh truyền

Giả sử môi trường không nhiễu

C = 2W x log2M

C : t ố c ñộ truy ề n tín hi ệ u c ự c ñạ i (bps) khi kênh truy ề n không có nhi ễ u

W : b ă ng thông c ủ a kênh truy ề n (Hz)

M : s ố m ứ c thay ñổ i tín hi ệ u trên ñườ ng truy ề n

N ế u M = 2: C = 2W

ðộ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps

Tỉ số năng lượng tín hiệu mỗi bit với công suất nhiễu

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu

Khả năng kênh truyền

Các môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n h ữ u tuy ế n

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n không dây

S ự lan truy ề n không dây

Phân loại môi trường truyền

Hữu tuyến (guided media – wire)

Phổ ñiện trường

Môi trường truyền dẫn hữu tuyến

Cáp xo ắ n ñ ôi (twisted pair)

Cáp ñồ ng tr ụ c (coaxial cable)

Cáp quang (optical fiber)

Frequency Range

Typical Attenuation

Typical Delay

Repeater Spacing Twisted pair

Cáp xoắn ñôi

Hai dây ñồng cách ñiện

Xoắn lại với nhau

Thường ñược bó lại

Cáp xoắn ñôi – Ưu nhược ñiểm

Cáp xoắn ñôi – ðặc tính truyền dẫn

Cáp xoắn ñôi – Phân loại

Không v ỏ b ọ c giáp –

Unshielded Twisted Pair (UTP)

Dây ñ i ệ n tho ạ i thông th ườ ng

Cáp xoắn ñôi – Phân loại (tt)

Cáp xoắn ñôi – Tóm tắt

Các ảnh hưởng chủ yếu là: suy giảm, nhiễu

nhiệt và nhiễu ñiều chế

Cáp quang

Trong cùng sợi quang rất nhỏ, ñường kính 8

ñến 100 um, làm bằng thủy tinh hoặc plastic

Bao bởi lớp áo có ñặc tính quang khác

Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ

Cáp quang - Ứng dụng

Môi tr ườ ng truy ề n thích h ợ p ñể tri ể n khai các

ứ ng d ụ ng m ạ ng s ố ñ a d ị ch v ụ tích h ợ p b ă ng r ộ ng (Broadband Integrated Services Digital Networks)

ðườ ng trung k ế kho ả ng cách xa

Trung k ế ñ ô th ị

Trung k ế t ổ ng ñ ài nông thôn

M ạ ng c ụ c b ộ

Cáp quang – Ưu ñiểm

Cáp quang - Chế ñộ truyền

Cáp quang - Chế ñộ truyền (tt)

15-60 125-440

125-440

ðườ ng kính v ỏ

(µm)

2-8 50-125

50-125

ðườ ng kính lõi

(µm)

ðắ t nh ấ t Trung bình

R ẻ nh ấ t Giá thành

Vi ễ n thông ñườ ng dài

ðườ ng ñ i ệ n tho ạ i (kho ả ng cách trung bình)

Truy ề n d ữ li ệ u máy tính

Ứ ng d ụ ng

khó khó

khó Ghép n ố i

C ự c r ộ ng 50GHz/km)

(3GHz-R ấ t r ộ ng 3GHz/km)

(200MHz-R ộ ng (lên ñế n 200MHz/km)

B ă ng thông

ILD LED/ILD

LED/ILD Ngu ồ n sáng

Single-mode Graded-index multimode

Step-index multimode

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu

Khả năng kênh truyền

Các môi trường truyền dẫn

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n h ữ u tuy ế n

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n không dây

S ự lan truy ề n không dây

Phân loại

Có hướng

Chùm ñị nh h ướ ng (focused beam)

ð òi h ỏ i s ự canh ch ỉ nh h ướ ng c ẩ n th ậ n

Vô hướng

Tín hi ệ u lan truy ề n theo m ọ i h ướ ng

Có th ể ñượ c nh ậ n b ở i nhi ề u anten

Tầm tần số

2GHz ñến 40GHz (sóng viba – microwave)

Sóng lan truy ề n ñị nh h ướ ng cao

Thích h ợ p cho truy ề n ñ i ể m- ñ i ể m (point to point)

ðượ c s ử d ụ ng trong giao ti ế p v ệ tinh

30MHz ñến 1GHz

Sóng lan truy ề n vô h ướ ng

Sóng radio (LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF …)

3.1011 Hz ñến 2.1014 Hz

H ồ ng ngo ạ i

C ụ c b ộ

Phạm vi triển khai ña dạng: LAN, WAN

Chi phí ñể triển khai hệ thống ban ñầu rất

cao

Sóng viba mặt ñất

Chảo parabol (ñường kính thường 10 inch)

Chùm sóng ñịnh hướng theo ñường ngắm

Sóng viba vệ tinh

Vệ tinh là trạm trung chuyển

Vệ tinh nhận trên một tần số (uplink),

khuyếch ñại (hoặc lặp lại tín hiệu) và truyền

Sóng viba vệ tinh

Sóng viba vê tinh – Ứng dụng

Truyền hình

ðiện thoại ñường dài

Mạng thương mại riêng

Sóng viba vệ tinh – ðặc tính truyền dẫn

Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz

< 1 GHz: quá nhi ề u nhi ễ u

Tần số cao hơn ñòi hỏi tín hiệu phải mạnh ñể

không bị suy giảm, thiết bị thu có thể nhỏ và

rẻ hơn

Sóng radio

Vô hướng, 30MHz Ờ 1GHz

Có thể phát ra mọi hương (nhưng thường

không bằng nhau theo mọi hướng)

đài truyền thanh sóng FM

Truyền hình UHF và VHF

Nguyên nhân nhiễu chắnh là nhiễu ựa luồng

Nhiễu ña luồng

Vô tuyến: sóng hồng ngoại

Truyền theo ñường thẳng (hoặc phản xạ)

Nội dung trình bày

Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu

Khả năng kênh truyền

Các môi trường truyền dẫn

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n h ữ u tuy ế n

Môi tr ườ ng truy ề n d ẫ n không dây

S ự lan truy ề n không dây

Lan truyền vô tuyến

Tín hiệu lan truyền theo 3 cách

Sóng m ặ t ñấ t (ground wave propagation)

D ọ c theo ñườ ng bao trái ñấ t

< 2MHz

AM radio

Sóng b ầ u tr ờ i (sky wave propagation)

Radio nghi ệ p d ư , d ị ch v ụ toàn c ầ u BBC, VOA

Tín hi ệ u ph ả n x ạ t ừ t ầ ng ñ i ệ n ly

ðườ ng th ẳ ng (light-of-sight propagation)

Kho ả ng trên 30MHz

Có th ể xa h ơ n ñườ ng th ẳ ng quang h ọ c do có khúc x ạ

Lan truyền sóng mặt ñất

Ground-wave propagation (below 2MHz)

Lan truyền sóng bầu trời

Sky-wave propagation (2 to 30MHz)

Lan truyền ñường thẳng

Line-of-sight (LOS) propagation (above 30MHz)

Thay ñổ i theo chi ề u dài sóng

Gây ra s ự thay ñổ i h ướ ng ñộ t ng ộ t khi chuy ể n ti ế p gi ữ a các môi

tr ườ ng

Gây ra s ự b ẻ cong t ừ t ừ n ế u m ậ t ñộ môi tr ườ ng truy ề n thay ñổ i

M ậ t ñộ khí quy ể n gi ả m theo ñộ cao

Tín hi ệ u radio b ị b ẻ cong v ề phía trái ñấ t

Optical and radio Horizons

Câu hỏi ôn tập

Phân biệt môi trường truyền hữu tuyến và

môi trường truyền vô tuyến

Phân biệt tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Phổ là gì? Băng thông là gì ?

Sự sai khác tín hiệu là gì ?

Sự suy giảm tín hiệu là gì ?

Khả năng kênh truyền là gì ?

Các hệ số gì ảnh hưởng ñến khả năng kênh

truyền ?