Bài giảng "Kỹ thuật truyền dẫn 1"

Bμi gi¶ng

Kü thuËt truyÒn dÉn 1

Gi¶ng viªn: ThS. Phan Thanh HiÒn

Vai trò - Vị trí môn học

1. Vai trò:

1. Cung cấp kiến thức tổng quan về hệ thống truyền dẫn

số

2. Các thông số cơ bản trong kênh truyền dẫn số. 3. Các kỹ thuật truyền dẫn số điển hình ( PDH, SDH,…) 4. Các mô hình quản lý mạng truyền dẫn.

2. Vị trí môn học:

1. Các môn học tiên quyết: Cơ sở thông tin số; Lý thuyết

thông tin; Kỹ thuật mạch điện tử

2. Các môn học song hành: Thông tin vi ba số, Mạng máy

tính; Kỹ thuật truyền hình

Hình thức học – Đánh giá

1. Yêu cầu:

(cid:132) Đi học đầy đủ ( không nghỉ quá số tiết quy định) (cid:132) Chuẩn bị bài trước khi đến lớp. (cid:132) Chuẩn bị giáo trình và tài liệu tham khảo (cid:132) … 2. Đánh giá:

1. Kiểm tra giữa kỳ: Thi viết 2. Thi kết thúc học phần: Thi viết 3. Điểm chuyên cần: Sinh viên có thể đăng ký làm tiểu

luận,…

Tài liệu học tập

Sách, giáo trình chính: (cid:132) [1]; Nguyễn Quốc Bình; Kỹ thuật truyền dẫn số; NXB

Quân đội nhân dân; 2001.

(cid:132) [2]; Chu Công Cẩn; Kỹ thuật truyền dẫn SDH; NXB Giao

thông vận tải; 2003.

(cid:132) [3]; Nguyễn Hồng Sơn; Kỹ thuật truyền số liệu; NXB Lao

động - Xã hội; 2002.

(cid:132) Sile bài giảng, tài liệu kèm theo. (cid:132) - Sách tham khảo: (cid:132) [4]; Nguyễn Thúc Hải; Mạng máy tính và các hệ thống

mở; NXB Giáo dục; 1997.

Nội dung môn học

(cid:132) Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền dẫn

(cid:132) Chương 2: Số hoá tín hiệu liên tục trong các hệ thống

truyền dẫn số.

(cid:132) Chương 3: Ghép kênh trong truyền dẫn tín hiệu số

(cid:132) Chương 4: Xử lý tín hiệu băng gốc

(cid:132) Chương 5: Kỹ thuật truyền dẫn PDH

(cid:132) Chương 6: Kỹ thuật truyền dẫn SDH

(cid:132) Chương 7: Đồng bộ trong truyền dẫn số

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN

Nội dung chính

1. Các đặc điểm của hệ thống thông tin số

2. Trình bầy một số khái niệm và thuật ngữ

3. Sơ đồ khối hệ thống thông tin số cơ bản

4. Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống thông tin số

5. Hệ thống truyền dẫn số

6. Dịch vụ mạng viễn thông và môi trường truyền

1. Các đặc điểm hệ thống thông tin số

(cid:132) Các hệ thống thông tin số được dùng để truyền tin tức từ

nơi nàyđế n nơi khác.

(cid:132) Bản tin là dạng hình thức chứa đựng thông tin ( Có thể

liên tục hay rời rạc)

(cid:132) Biểu diễn vật lý của một bản tin được gọi là tín hiệu. (cid:132) Tín hiệu truyền dẫn có thể là:

(cid:132) Tín hiệu Analog (cid:132) Tín hiệu số

2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ

(cid:132)Tóm lược một số kiến thức cơ bản :

(cid:132) Khái niệm và thuật ngữ (cid:132) Tín hiệu và nhiễu

Tín hiệu

Tần số của tín hiệu Miền thời gian

Miền tần số

1 giây (s)

Phổ của tín hiệu

F (Hz)

300

f = 300 Hz

F (Hz)

600

600 Hz

F (Hz)

700

700 Hz

F (Hz)

Phổ: Tầm tần số chứa trong tín hiệu

Băng thông

500

2500

Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz

(cid:132) Băng thông tuyệt đối

mà kênh hỗ trợ)

(cid:132) Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất

(cid:132) Băng thông hiệu dụng

(cid:132) Băng thông càng lớn, tốc độ truyền càng cao

(cid:132) Băng thông (cid:132) Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của t/h

Phổ âm của thoại

Nhiễu

(cid:132) Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu (cid:132) Các loại nhiễu (cid:132) Nhiễu nhiệt (cid:132) Nhiễu điều chế (cid:132) Nhiễu xuyên kênh (cross talk) (cid:132) Nhiễu xung

Nhiễu

Nhiễu nhiệt

(cid:132) Do dao động nhiệt của các điện tử trong chất dẫn

(cid:132) Hàm của nhiệt độ

(cid:132) Phân tán đồng nhất trên phổ tần số (cid:132) Nhiễu trắng (cid:132) Không thể loại bỏ → giới hạn hiệu suất của hệ thống (cid:132) Nhiễu trong băng thông 1Hz của bất kỳ chất dẫn nào

N0 = kT (cid:132) N0: mật độ công suất nhiễu (watt/Hz) (cid:132) k: hằng số Boltzmann (= 1.38 x 10-23 J/0K) (cid:132) T: nhiệt độ (0K)

(cid:132) Nhiễu trong băng thông W Hz:

N = N0W = kTW

Nhiễu

(cid:132) Nhiễu điều chế

môi trường truyền

(cid:132) T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h dùng chung

(cid:132) Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

(cid:132) Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát

(cid:132) Nhiễu xung

(cid:132) T/h từ đường truyền nàyả nh hưởng sang các đường truyền khác (cid:132) Cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu nhiệt

(cid:132) e.g. ảnh hưởng điện từ bên ngoài

(cid:132) Xung bất thường (spike)

(cid:132) Xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở tốc độ 4800bps

(cid:132) Thời khoảng ngắn (cid:132) Cường độ cao (cid:132) Ảnh hưởng nhiều đến quá trình trao đổi dữ liệu số

Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh)

(cid:132) Đặc điểm

(cid:132) Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của

tín hiệu trên đường truyền.

(cid:132) Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông

của kênh truyền

(cid:132) Công thức Nyquist

(cid:132) Nếu tốc độ truyền tín hiệu là 2W thì tín hiệu với tần số nhỏ hơn (hoặc bằng) W là đủ; ngược lại nếu băng thông là W thì tốc độ tín hiệu cao nhất là 2W

(cid:132) C = 2W x log2M

(cid:132) C

: tốc độ truyền t/h cực đại (bps) khi kênh truyền không có

nhiễu

(cid:132) W : băng thông của kênh truyền (Hz) (cid:132) M : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền

(cid:132) Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ-1)

Tốc độ kênh truyền

Tốc độ dữ liệu (cid:132) Baud rate (baud/s)

đường truyền mỗi giây)

(cid:132) Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thayđổ i tín hiệu

(cid:132) Bit rate (bps hoặc bit/s)

(cid:132) Tín hiệu nhị phân tốc độ 20Hz: 20 baud (20 thay đổi mỗi giây)

tốc độ bit khác với tốc độ baud

(cid:132) Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate R = Rs x log2M = Rs x m : tốc độ bit (bit/s) : tốc độ baud (baud/s) : số mức thay đổi tín hiệu trên đường truyền : số bit mã hóa cho một tín hiệu

(cid:132) Đặc trưng cho khả năng của kênh truyền (cid:132) Tốc độ truyền dữ liệu cực đại trong trường hợp không có nhiễu (cid:132) Bằng baud rate trong trường hợp tín hiệu nhị phân (cid:132) Khi mỗi thay đổi đường truyền được biểu diễn bằng 2 hay nhiều bit,

(cid:132) R (cid:132) Rs (cid:132) M (cid:132) m

Bit rate

Tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu

(cid:132) Signal to Noise ratio

(cid:132) S (cid:132) N

SNR = 10 x log10 (S/N) (dB) : công suất tín hiệu nhận : công suất nhiễu

(cid:132) Công thức Shannon-Hartley

C = W x log2 (1 + S/N) (bps)

(cid:132) C: tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không có nhiễu

Chiều dài sóng

(cid:132) Khoảng cách chiếm bởi một chu kỳ (cid:132) Khoảng cách giữa 2 điểm pha tương ứng trong 2 chu kỳ

liên tiếp (cid:132) Ký hiệu λ (cid:132) Giả sử vận tốc t/h là v

(cid:132) λ = vT (cid:132) λf = v (cid:132) c = 3*108 ms-1 (tốc độ ánh sáng)

3. Sơ đồkhối h ệ thống thông tin số

Từ các nguồn khác

Trải phổ

Từ nguồn tin

Tạo khuân

Mã hoá nguồn

Mã hoá mật

Mã hoá khênh

Ghép khênh

Điều chế

Đa truy nhập

Máy phát

Đồng bộ

Kênh truyền

* : Chuỗi bít #: Chuỗi dạng sóng

Máy thu

Tạo khuân

Giải mã nguồn

Tới bộ nhận tin

Giải mã mật

Giải mã khênh

Phân khênh

Giải điều chế

Giải trải phổ

Đa truy nhập

Tới các đích khác

Đây là sơ đồ hệ thống thông tin số điển hình song không phải nhất thiết hệ thống nào cũng phải thực hiện đầy đủ các thuật toán cơ bản này.

Chức năng các khối trong sơ đồ

(cid:132) Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tín tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số thành các chuỗi bit nhị phân.

(cid:132) Mã hoá và giải mã nguồn tín hiệu: thực hiện nén và giải nén tín hiệu nhằm giảm tốc độ bit để giảm phổ tín hiệu. (cid:132) Mã mật: thực hiện mã chuỗi bit theo 1 khoá xác định

nhằm bảo mật tin tức.

(cid:132) Mã kênh: chống nhiễu và các tác động xấu khác trên

đường truyền.

Chức năng các khối trong sơ đồ

(cid:132) Ghép, tách kênh: thực hiện truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên 1 hệ thống truyền dẫn.

(cid:132) Điều chế (MODEM) là biến đổi tín hiệu từ băng tần cơ sở

sang tín hiệu thích hợp với đường truyền dẫn.

(cid:132) Trải phổ: nhằm mục đích chống nhiễu và bảo mật tin tức.

(cid:132) Đa truy nhập: cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo yêu cầu.

(cid:132) Đồng bộ mạng: bao gồm đồng bộ nhịp và dồng bộ sóng

mang

4. Các tham số đặc trưng trong truyền dẫn

1. Công suất phát.

2. Dải tần kênh.

3. Tỷ số S/N.

4. Suy hao.

5. Méo trễ nhóm.

6. BER.

4.1 Công suất phát

(cid:132) Công suất phát: Phụ thuộc hoàn toàn vào máy phát. (cid:132) Công suất phát lớn thì khoảng cách truyền dẫn tốt hơn, xa

hơn.

(cid:132) Tuỳ thuộc vào kênh truyền dẫn mà công suất phát của

máy phát có thể thay đổi để đảm bảo việc truyền dẫn và không tác động lên các hệ thống xung quanh.

4.2. Dải tần hay Băng thông

500

2500

Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz

(cid:132) Băng thông tuyệt đối

mà kênh hỗ trợ)

(cid:132) Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất

(cid:132) Băng thông hiệu dụng

(cid:132) Băng thông càng lớn, tốc độ truyền càng cao

(cid:132) Băng thông (cid:132) Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của t/h

4.3. Tỉ số tín hiệu/ nhiễu (S/N)

(cid:132) Tỉ số tín hiệu/nhiễu (S/N): Đặc trưng cho môi trường

truyền dẫn.

(cid:132) Tỉ số S/N cao tương đương với kênh truyền tốt, độ ổn

định cao, không bị tác động nhiều của nhiễu. Ngược lại nếu tỉ số S/N thấp thì kênh truyền này bị tác động rất nhiều của nhiễu.

(cid:132) Đối với kênh truyền có tỉ số S/N thấp thì bắt buộc phải sử

dụng mã hoá, trải phổ nhằm chống nhiễu.

4.4. Suy hao hay Suy giảm tín hiệu

(cid:132) T/h nhận được khác với t/h truyền đi (cid:132) Analog – suy giảm chất lượng t/h (cid:132) Digital – lỗi trên bit

(cid:132) Nguyên nhân

(cid:132) Suy yếu và méo do suy yếu trên đường truyền (cid:132) Méo do trễ truyền (cid:132) Nhiễu

Độ suy giảm tín hiệu

(cid:132) Định nghĩa (signal attenuation)

(biên độ) của tín hiệu bị suy giảm (theo khoảng cách)

(cid:132) Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền, cường độ

(cid:132) Đối với môi trường vô tuyến, suy giảm cường độ t/h là một hàm phức

tạp theo khoảng cách và thành phần khí quyển

(cid:132) Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn

(cid:132) Đủ mạnh để thiết bị nhận nhận biết được (cid:132) Đủ cao so với nhiễu để t/h không bị lỗi (cid:132) Suy yếu là một hàm tăng theo tần số

(cid:131) Kỹ thuật cân bằng độ suy yếu trên dải tần số (cid:131) Dùng bộ khuyếch đai (khuyếch đại ở tần số cao nhiều hơn)

(cid:132) Cường độ t/h nhận phải

(cid:132) Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit (cid:132) Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính bằng phép

toán đơn giản (+/-)

(cid:132) Đo bằng đơn vị decibel (dB)

Độ suy giảm tín hiệu

(cid:132) Đo bằng đơn vị decibel (dB)

(cid:132) Cường độ t/h suy giảm theo hàm logarit (cid:132) Độ lợi/độ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể được tính

bằng phép toán đơn giản (+/-)

(cid:132) Công thức

(cid:132) Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB) (cid:132) P1: công suất của tín hiệu nhận (W) (cid:132) P2: công suất của tín hiệu truyền (W) (cid:132) Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối

(cid:132) Công suất suy giảm ½ → độ hao hụt là 3dB (cid:132) Công suất tăng gấp đôi → độ lợi là 3dB

4.5. Trễ lan truyền tín hiệu (cid:132) Méo trễ truyền

(cid:132) Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm (cid:132) Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác

nhau (cid:132) Công thức

(cid:132) Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến (cid:132) Vận tốc lan truyền thayđổ i theo tần số

(cid:132) S (cid:132) V

sóng

điện từ: v = 2 x 106 (m/s)

(cid:132) Transmission propagation delay Tp = S/V : khoảng cách vật lý (meter) : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, vd: với

Tx = N/R : khối lượng dữ liệu truyền (bit) : tốc độ truyền bit trên đường truyền.

(cid:132) N (cid:132) R

(cid:132) Round trip delay

Tham số chất lượng cơ bản của HTTTS

(cid:132) Yêu cầu của hệ thống thông tin số: Độ tin cậy cao và tốc

độ truyền nhanh.

(cid:132) Đối với thông tin: Tham số chính đánh giá chất lượng hệ thống đánh giá qua tỉ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Ratio).

(cid:132) BER: Là tỉ lệ giữa số bit nhận bị lỗi và tổng số bit đã

truyền trong khoảng thời gian quan sát.

(cid:132) Khi khoảng thời gian quan sát tiền đến vô hạn thì tỉ lệ lỗi

bit tiến tới xác suất lỗi bit.

(cid:132) Khi BER > 10-3 thì hệ thống truyền dẫn được xem là gián

đoạn.

5. Môi trường truyền dẫn

(cid:132) Hữu tuyến (guided media – wire)

(cid:132) Cáp đồng (cid:132) Cáp quang

(cid:132) Vô tuyến (unguided media – wireless)

(cid:132) Vệ tinh (cid:132) Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave, ...

(cid:132) Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín hiệu

(cid:132) Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn (cid:132) Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn (cid:132) Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và khoảng cách

(cid:132) Băng thông

(cid:132) Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao

(cid:132) Suy yếu truyền dẫn

(cid:132) Nhiễu (nhiễu nhiệt, nhiễu điều chế, nhiễu xuyên kênh, nhiễu xung) (cid:132) Số thiết bị nhận (receiver)

(cid:131) Môi trường hữu tuyến (cid:131) Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm

Môi trường truyền dẫn

Môi trường truyền dẫn hữu tuyến (cid:132) Cáp xoắn đôi (cid:132) Cáp đồng trục (cid:132) Cáp quang

Typical Delay

Frequency Range

Typical Attenuation

Repeater Spacing

0 to 3.5 kHz

50 µs/km

2 km

Twisted pair (with loading)

0.2 dB/km @ 1 kHz

0 to 1 MHz

5 µs/km

2 km

Twisted pairs (multi-pair cables)

0.7 dB/km @ 1 kHz

Coaxial cable

0 to 500 MHz

4 µs/km

1 to 9 km

7 dB/km @ 10 MHz

Optical fiber

186 to 370 THz

5 µs/km

40 km

0.2 to 0.5 dB/km

Cáp đồng: two-wire open line

Single pair

Terminating Connector

Flat ribon

Cáp đồng: twisted-pair (cid:132) Tách rời (cid:132) Xoắn lại với nhau (cid:132) Thường được bó lại

Insulating outer cover

Multi core

Insulating outer cover

Protective screen (shield)

Cáp đồng: twisted-pair

(cid:132) Ứng dụng

(cid:132) Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất (cid:132) Mạng điện thoại

(cid:132) Giữa các thuê bao và hộp cáp (subscriber loop)

(cid:132) Kết nối các tòa nhà

(cid:132) Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX)

(cid:132) Mạng cục bộ (LAN)

(cid:132) 10Mbps hoặc 100Mbps

(cid:132) Ưu – nhược điểm

(cid:132) Rẻ (cid:132) Dễ dàng làm chủ (cid:132) Tốc độ dữ liệu thấp (cid:132) Tầm ngắn

Cáp đồng: twisted-pair

(cid:132) Đặc tính truyền dẫn

(cid:132) Analog

(cid:132) Cần bộ khuếch đại mỗi 5km tới 6km

(cid:131) Độ suy giảm t/h: ~1dB/km (cid:131) Chuẩn trong ĐT: = 6dB

(cid:132) Digital

(cid:132) Dùng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số (cid:132) Cần bộ lặp (repeater) mỗi 2km hoặc 3km

(cid:132) Khoảng cách giới hạn (cid:132) Băng thông giới hạn (1MHz) (cid:132) Tốc độ dữ liệu giới hạn (100MHz) (cid:132) Dễ bị nhiễu và tácđộng củ a môi trường ngoài

Cáp đồng: twisted-pair (cid:132) Không vỏ bọc giáp – Unshielded Twisted Pair (UTP)

(cid:132) Dây ĐT bình thường (cid:132) Rẻ nhất (cid:132) Dễ lắp đặt (cid:132) Dễ bị nhiễu trường điện từ bên ngoài (cid:132) Vỏ bọc giáp – Shielded Twisted Pair (STP)

(cid:132) Vỏ giáp bện giúp giảm nhiễu và tác động bên ngoài (cid:132) Đắt hơn (cid:132) Khó lắp đặt (cứng, nặng)

Cáp đồng: twisted-pair

(cid:132) UTP Cat 3

(cid:132) Lên đến 16MHz (cid:132) Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết các

văn phòng

(cid:132) Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới 10cm

(cid:132) UTP Cat 4

(cid:132) Lên đến 20 MHz

(cid:132) UTP Cat 5

(cid:132) Lên đến 100MHz (cid:132) Được dùng phổ biến hiện nay trong các văn

phòng

(cid:132) Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm (cid:132) Thích hợp cho tốc độ truyền lênđế n 100.106

bits/second

(cid:132) STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền lênđến

10.106 bits/second

Cáp đồng: twisted-pair

Cáp đồng: Unshielded Twisted-Pair

Cáp đồng: Shielded Twisted-Pair

Cáp đồng: Coaxial (cid:132) Ứng dụng

(cid:132) FDM (cid:132) Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi (cid:132) Sẽ bị thay thế bởi cáp quang (cid:132) Kết nối các thiết bị khoảng cách gần (cid:132) Mạng cục bộ

(cid:132) Đặc tính truyền dẫn

(cid:132) Môi trường truyền linh hoạt nhất (cid:132) Cáp truyền hình (cid:132) Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa

(cid:132) Cần bộ khuyếch đại mỗi vài km (cid:132) Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao (cid:132) Lên đến 500MHz

(cid:132) Hiệu ứng bề mặt (skin effect) (cid:132) Analog

(cid:132) Cần bộ lặp (repeater) mỗi km

(cid:132) Digital

Cáp đồng: Coaxial

Cáp đồng: coaxial

Dielectric Dielectric insulating insulating material material

Insulating Insulating outer cover outer cover

Center Center conductor conductor

Braided outer Braided outer conductor conductor

Cáp đồng: đặc điểm chung

(cid:132) Xác suất bit lỗi trênđườ ng truyền (Bit Error Rate – BER)

vào khoảng 10-6.

(cid:132) Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu (crosstalk, thermal,...) và môi

trường xung quanh.

(cid:132) Tốc độ truyền thông tin thay đổi tùy theo phạm vi hệ

thống được triển khai : (cid:132) LAN: tốc độ 10Mbps ~ 100Mbps, khoảng cách khoảng vài

trăm mét (UTP: length < 100 m).

(cid:132) WAN: tốc độ truyền thấp hơn, từ vài chục Kbps đến vài Mbps. Ví dụ: T1 ~ 1,5Mbps, E1 ~ 2Mbps, đường ĐT: 64Kbps

Cáp quang

Plastic Plastic coating coating

Single core Single core

Optical cladding Optical cladding

Optical core Optical core

Multicore Multicore

Cáp quang

Cáp quang: lợi ích và ứng dụng (cid:132) Lợi ích

(cid:132) Tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps trên 1km coaxial

cable và thấp hơn của twisted-pair cable)

(cid:132) Dung lượng cao

quanh)

(cid:132) Kích thước và trọng lượng nhỏ (cid:132) Độ suy hao của tín hiệu trênđườ ng truyền thấp. (cid:132) Cách ly trường điện từ (Ít bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung

(cid:132) Ứng dụng

(cid:132) Khoảng cách giữa các bộ lặp xa (cid:132) Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền vào khoảng 10-9 → 10-12

(cid:132) Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km). (cid:132) Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ tích hợp băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Networks)

h ê b

(cid:132) Đường trung kế khoảng cách xa (cid:132) Trung kế đô thị (cid:132) Trung kế tổng đài nông thôn

Cáp quang: đặc tính truyền dẫn

(cid:132) Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz

(cid:132) Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được

(cid:132) Light Emitting Diode (LED)

(cid:132) Rẻ (cid:132) Tầm nhiệt độ hoạt động rộng (cid:132) Tuổi thọ cao

(cid:132) Injection Laser Diode (ILD)

(cid:132) Hiệu quả hơn (cid:132) Tốc độ dữ liệu cao hơn

(cid:132) Wavelength Division Multiplexing

Cáp quang: đặc tính truyền dẫn

(cid:132) Sóng lan truyền có hướng 1014

ILD

đến 1015 Hz (cid:132) Một phần phổ hồng ngoại và

Nguồn sáng LED/ ILD LED/ ILD

Băng thông 20MHz/ km 1GHz/k m

phổ nhìn thấy được (cid:132) Light Emitting Diode (LED)

Lên đến 1000GHz/k m

Long haul telecom. lines

Ứng dụng LAN, comput er data links Mod length phone lines

(cid:132) Injection Laser Diode (ILD)

(cid:132) Rẻ (cid:132) Tầm nhiệt độ hoạt động rộng (cid:132) Tuổi thọ cao

> 80 50 – 60 1.5 – 5

Đường kính lõi (µm) (cid:132) Hiệu quả hơn (cid:132) Tốc độ dữ liệu cao hơn

(cid:132) Wavelength Division

0.5 – 2.0 0.15

Multiplexing

0.5 – 2.0

Độ suy giảm t/h (dB/km)

Cáp quang: chế độ truyền

multimode: several paths/time delays

narrow: 1 wavelength no time delays

Cáp quang: chế độ truyền

Graded-index multimode Single-mode

Step-index multimode

Nguồn sáng LED/ILD LED/ILD ILD

Băng thông

Rộng (lên đến 200MHz/km) Rất rộng (200MHz- 3GHz/km) Cực rộng (3GHz- 50GHz/km)

Ghép nối khó khó khó

Ứng dụng Viễn thông đường dài

Truyền dữ liệu máy tính Đường điện thoại (khoảng cách trung bình)

Giá thành Rẻ nhất Trung bình Đắt nhất

50-125 50-125 2-8

Đường kính lõi (µm)

125-440 125-440 15-60

Đường kính vỏ (µm)

10-50 7-15 0.2-2

Độ suy giảm (db/km)

Cáp quang

Optical Dielectric SLT Cable, 72-Fiber, Composite (24 SM/48MM)

Truyễn dẫn vô tuyến

(cid:132) Khắc phục những khó khăn về địa

lý khi triển khai hệ thống

(cid:132) Truyền và nhận thông qua anten (cid:132) Có hướng

(cid:132) Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền

(cid:132) Chùm định hướng (focused beam) (cid:132) Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn

thận

(cid:132) Vô hướng

(BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ: BER của vệ tinh ~ 10-10

(cid:132) Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng (cid:132) Có thể được nhận bởi nhiều anten

(cid:132) Tốc độ truyền thông tin đạt được

(cid:132) Tầm tần số

thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps

(cid:132) 2GHz đến 40GHz

(cid:132) Phạm vi triển khai đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km)

(cid:132) Sóng viba (microwave) (cid:132) Định hướng cao (cid:132) Điểm-điểm (cid:132) Vệ tinh

(cid:132) Chi phí để triển khai hệ thống ban

đầu rất cao

(cid:132) 30MHz đến 1GHz (cid:132) Vô hướng (cid:132) radio

(cid:132) 3 x 1011 đến 2 x 1014 (cid:132) Hồng ngoại (cid:132) Cục bộ

Vô tuyến: các băng tần truyền dẫn

Vô tuyến: sóng viba mặt đất

14.7=

(cid:132) Chảo parabol (thường 10 inch) (cid:132) Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight) (cid:132) Khoảng cách max giữa các anten

log

) dB d 2 4 π λ

(cid:132) Độ suy giảm t/h

(cid:132) h: chiều cao của anten (cid:132) k: hằng số hiệu chỉnh độ gấp khúc của sóng (k=4/3) (cid:132) Ví dụ: tháp anten cao 100m cách xa 82km (cid:132) Chuỗi tháp anten: điểm-điểm (

amp/repeater mỗi 10-100km

(cid:132) d: khoảng cách – λ: chiều dài sóng (cid:132) Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách → cần

(cid:132) Viễn thông khoảng cách xa

(cid:132) Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa)

trên đường thẳng)

(cid:132) Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao

(cid:132) Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm

Vô tuyến: sóng vệ tinh (cid:132) Vệ tinh là trạm trung chuyển (cid:132) Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát

trên một tần số khác (cid:132) Cần quĩ đạo địa tĩnh (cid:132) Cao 35.784 km

(cid:132) Ứng dụng

(cid:132) Đặc tính

(cid:132) Truyền hình (cid:132) Điện thoại đường dài (cid:132) Mạng riêng

(cid:132) < 1 GHz: quá nhiều nhiễu (cid:132) >10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển

(cid:132) Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz

T ễ 240 300

đá

hú ý t

iễ thô

(cid:132) Cặp tần số thu/phát (cid:132) (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band (cid:132) (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band (cid:132) Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm

Vô tuyến: vệ tinh

VSAT : very smal aperture terminal

Satellite

down link

Satellite

Up link

down link

2 2 , 3 0 0 m

E q u a t o r i a l

i l e s

Up link

O r b i t

Footprint

VSAT

Earth ground station

Earth

Hub station

point-to-point

point-to-multipoint

Vô tuyến: sóng radio

(cid:132) Vô hướng, 30MHz – 1GHz (cid:132) Sóng FM (cid:132) Truyền hình UHF và VHF (cid:132) Truyền theo đường thẳng (line of sight) (cid:132) Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh

(cid:132) Phản xạ