Chương 2 :Truyền dẫn số liệu

dce

2008

BK TP.HCM

Chương 2 Truyền dẫn số liệu (cid:190) Khái niệm và thuật ngữ (cid:190) Truyền dẫn dữ liệu tương tự và dữ liệu số (cid:190) Suy hao đường truyền (cid:190) Dung lượng kênh truyền (cid:190) Môi trường truyền dẫn có định hướng (cid:190) Truyền dẫn không dây (cid:190) Lan truyền không dây (cid:190) Truyền đường thẳng (line-of-sight)

2008

dce Thuật ngữ

• Thành phần trong mô hình truyền dữ liệu (dưới góc

độ vật lý) – Thiết bị

• Thiết bị phát (Transmitter) • Thiết bị thu (Receiver)

– Môi trường truyền (Medium) – Kết nối

• Kết nối trực tiếp (Direct link)

– Không cần các thiết bị trung gian • Kết nối điểm-điểm (Point-to-point)

– Kết nối trực tiếp – Chỉ có 2 thiết bị dùng chung kết nối

• Kết nối nhiều điểm (Multi-point) – ≥ 2 thiet bị dùng chung kết nối

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 2

2008

dce Chế độtruyề n

• Simplex mode

– Không dùng rộng rãi vì không thể gởi ngược lại lỗi hoặc tín

hiệu điều khiển cho bên phát

– Television, teletext, radio

• Half-duplex mode

– Bộ đàm

• Full-duplex mode

– Điện thoại

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 3

2008

dce Tín hiệu – Khái niệm miền thời gian

• T/h liên tục

– Thay đổi mịn theo thời

gian • T/h rời rạc

– Thay đổi từng mức

theo thời gian • T/h tuần hoàn

– Mẫu lặp lại theo thời

gian

• T/h không tuần hoàn – Mẫu không lặp lại theo thời gian

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 4

2008

dce Biểu diễn tín hiệu ở miền tần số

• Tín hiệu thực tế được cấu tạo bởi nhiều thành

phần có tần số khác nhau

• Các tín hiệu thành phần là các sóng hình sin • Tất cả các tín hiệu (tương tự lẫn số) đều có

thể được phân tích thành tổng của nhiều sóng sin (khai triển Fourier)

• Có thể biểu diễn tín hiệu theo miền tần số

– Trục tung: các tần số có trong tín hiệu – Trục hoành: biên độ đỉnh của tín hiệu tương ứng

với mỗi tần số

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 5

2008

dce Ví dụ

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 6

2008

dce Tần số, phổ và băng thông

• Phổ

– Tầm tần số chứa trong tín hiệu

• Băng thông tuyệt đối

– Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất

và thấp nhất)

– Băng thông kênh truyền càng lớn, tốc độ truyền càng cao

• Băng thông hiệu dụng – Gọi tắt là băng thông – Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của tín hiệu

• Thành phần một chiều

– Thành phần có tần số bằng 0

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 7

2008

dce Truyền dẫn dữ liệu tương tự và số

• Dữ liệu

– Các thực thể chứa đựng thông tin – Dữ liệu tương tự: giá trị liên tục trong 1 thời khoảng – Dữ liệu số: giá trị rời rạc theo thời gian

• Tín hiệu

– Dữ liệu được biểu diễn ở dạng tín hiệu điện hoặc điện từ – Tín hiệu tương tự

• Thay đổi liên tục theo thời gian • Truyền trên nhiều môi trường: hữu tuyến, quang, không gian

– Tín hiệu số

• Sử dụng 2 thành phần DC

• Truyền dẫn

– Trao đổi dữ liệu bằng cách lan truyền và xử lý tín hiệu

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 8

2008

dce Truyền dẫn dữ liệu tương tự và số

• Thông thường

– Tín hiệu tương tự

truyền dữ liệu tương tự

– Tín hiệu số truyền dữ

liệu số

• Trong một số trường

hợp – Tín hiệu tương tự mang dữ liệu số

– Tín hiệu số mang dữ

liệu tương tự

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 9

2008

dce Truyền dẫn tín hiệu tương tự và số

• Truyền tín hiệu tương tự

– Không quan tâm nội dung dữ liệu chứa đựng bên

trong

– Suy giảm tín hiệu theo khoảng cách – Dùng amplifier để khuếch đại tín hiệu (kể cả

nhiễu)

• Truyền tín hiệu số

– Cần chú ý nội dung dữ liệu chứa đựng bên trong – Khoảng cách truyền ngắn – Dùng repeater để tăng khoảng cách truyền – Nhiễu không bị khuếch đại

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 10

2008

dce Truyền dẫn số

• Ưu điểm

– Công nghệ số

• Công nghệ LSI/VLSI làm giảm giá thành

– Toàn vẹn dữ liệu

• Nhiễu và suy giảm tín hiệu không bị tích lũy bởi các repeater • Truyền khoảng cách xa hơn trên các đường truyền kém chất lượng

– Hiệu quả kênh truyền

• TDM > FDM

– Bảo mật

• Các kỹ thuật mã hóa để bảo mật dữ liệu dễ áp dụng

– Tích hợp

• Dữ liệu số và analog được xử lý tương tự nhau

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 11

2008

dce Suy giảm tín hiệu

• T/h nhận được khác với t/h truyền đi

– Analog – suy giảm chất lượng t/h – Digital – lỗi trên bit

• Nguyên nhân

– Suy yếu và méo do suy yếu trênđường truy ền – Méo do trễ truyền – Nhiễu

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 12

2008

dce Độ suy yếu tín hiệu trênđườ ng truyền

• Định nghĩa (signal attenuation)

– Khi một tín hiệu lan truyền qua một môi trường truyền,

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

– Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn

• 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

– Cường độ t/h nhận phải

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

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

– Đo bằng đơn vị decibel (dB)

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

toán đơn giản (+/-)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 13

2008

dce Phổ âm của thoại và âm nhạc

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 14

2008

dce Độ suy yếu tín hiệu trênđườ ng truyền

• Công thức

– Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB)

• P1, P2: công suất (watts)

– Decibel (dB) là giá trị sai biệt tương đối • Công suất suy giảm ½ → độ hao hụt là 3dB • Công suất tăng gấp đôi → độ lợi là 3dB

– Attenuation = 20log10(V1/V2)

• Do công suất tiêu thụ trên điện trở R là P = V2/R

– Giá trị sai biệt tuyệt đối • Decibel-watt (dBW)

– 1W là giá trị tham khảo, tương ứng với 0dBW – Công suất (dBW) = 10log10 (công suất theo W)

• Decilbel-milivolt (dBmV)

– 1mV là giá trị tham khảo, tương ứng với 0dBmV – Điện áp (dBmV) = 20log10 (điện áp theo mV) – Đây là điện áp giả sử trên điện trở 75Ω

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 15

2008

dce Trễ lan truyền tín hiệu

• Méo trễ lan truyền

– Chỉ xảy ra trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến – Vận tốc lan truyền thay đổi theo tần số

• Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm • Các thành phần tần số khác nhau sẽ đến đích ở các thời điểm khác nhau

• Công thức

– Transmission propagation delay –

• S • V

Tp = S/V : khoảng cách vật lý (meter) : vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, với sóngđ iện

từ: v = 2 x 106 (m/s)

– Round trip delay –

Tx = N/R

• N • R

: khối lượng dữ liệu truyền (bit) : tốc độ truyền bit trên đường truyền.

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 16

2008

dce Nhiễu

• T/h thêm vào giữa thiết bị phát và thiết bị thu • Nhiễu nhiệt

– Do dao động nhiệt của các electron trong chất dẫn

• Hàm của nhiệt độ

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

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

– Nhiễu trong băng thông B (Hz)

N = kTB

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 17

2008

dce Nhiễu

• Nhiễu điều chế

– T/h nhiễu có tần số là tổng hoặc hiệu tần số của các t/h

dùng chung môi trường truyền

– Do tính phi tuyến của thiết bị thu/phát

• Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)

– T/h từ đường truyền này ảnh hưởng sang các đường

truyền khác

– Cùng độ lớn (hoặc nhỏ hơn) nhiễu nhiệt

• Nhiễu xung

– Xung bất thường (spike)

• e.g. ảnh hưởng điện từ bên ngoài

– Thời khoảng ngắn – Cường độ cao – Ảnh hưởng nhiều đến quá trình trao đổi dữ liệu số

• Xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở tốc độ 4800bps

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 18

dce

2008

Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh truyền)

• Đặc điểm

– Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thayđổ i của

tín hiệu trênđườ ng truyền.

– Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông

của kênh truyền

• Công thức Nyquist

– Nếu tốc độ truyền t/h là 2W thì t/h với tần số nhỏ hơn

(hoặc bằng) W là đủ; ngược lại nếu băng thông là W thì tốc độ t/h cao nhất là 2W

– C = 2W x log2M

• C

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

nhiễu

• W : băng thông của kênh truyền (Hz) • M

: số mức thay đổi tín hiệu trênđườ ng truyền – Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps Hz-1)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 19

2008

dce Tốc độ dữ liệu

• Baud rate (baud/s)

– Nghịch đảo của phần tử dữ liệu ngắn nhất (số lần thay đổi tín hiệu

đường truyền mỗi giây)

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

• Bit rate (bps hoặc bit/s)

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

tốc độ bit khác với tốc độ baud • Quan hệ giữa Baud rate và Bit rate R = Rs x log2M = Rs x m

– R – Rs – M – m

: tốc độ bit (bit/s) : tốc độ baud (baud/s) : số mức thay đổi tín hiệu trênđườ ng truyền : số bit mã hóa cho một tín hiệu

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 20

2008

dce Thuật ngữ

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 21

dce

2008

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu • Signal to Noise ratio

SNR = 10 x log10(S/N) (dB)

– S: công suất tín hiệu nhận – N: công suất nhiễu

• Công thức Shannon-Hartley

C = W x log2(1 + S/N) (bps) – C: tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền có nhiễu

• Tỉ số năng lượng t/h của 1 bit so với năng lượng nhiễu của 1

Hz Eb/N0 – Tb: thời gian truyền 1 bit – R: tốc độ bit của dữ liệu nhị phân – Eb = STb = S/R

Eb/N0 = S/(RN0) = S/(kTR)

• Tốc độ sai bit là hàm giảm của tỉ số này

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 22

dce

2008

BK TP.HCM

Chương 2 Truyền dẫn số liệu (cid:190) Khái niệm và thuật ngữ (cid:190) Truyền dẫn dữ liệu tương tự và dữ liệu số (cid:190) Suy hao đường truyền (cid:190) Dung lượng kênh truyền (cid:190) Môi trường truyền dẫn có định hướng (cid:190) Truyền dẫn không dây (cid:190) Lan truyền không dây (cid:190) Truyền đường thẳng (line-of-sight)

2008

dce Bước sóng

• Khoảng cách sóng truyền được trong một chu

kỳ

• Khoảng cách giữa 2 điểm pha tương ứng

trong 2 chu kỳ liên tiếp

• Ký hiệu λ • Giả sử vận tốc t/h v

– λ= vT – λ= v/f – c = 3*108 ms-1 (tốc độ ánh sáng)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 24

2008

dce Môi trường truyền dẫn

• Hữu tuyến (guided media – wire)

– Cáp đồng – Cáp quang

• Vô tuyến (unguided media – wireless)

– Vệ tinh – Hệ thống sóng radio: troposcatter, microwave, ...

• Đặc tính và chất lượng được xác định bởi môi trường và tín

hiệu – Đối với hữu tuyến, môi trường ảnh hưởng lớn hơn – Đối với vô tuyến, băng thông tạo ra bởi anten ảnh hưởng lớn hơn

• Yếu tố ảnh hưởng trong việc thiết kế: tốc độ dữ liệu và

khoảng cách – Băng thông

• Băng thông cao thì tốc độ dữ liệu cao

– Suy yếu truyền dẫn

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

– Trong môi trường hữu tuyến, càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng

mau suy giảm

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 25

2008

dce Cáp đồng: two-wire open line

Single pair

Terminating Connector

Flat ribon

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 26

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair

• Cách điện trên mỗi dây • Xoắn lại với nhau • Thường được bó lại

Insulating outer cover

Multi core

Insulating outer cover

Protective screen (shield)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 27

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair

• Ứng dụng

– Môi trường truyền dẫn thông dụng nhất – Mạng điện thoại

• Giữa các thuê bao và hộp cáp (subscriber loop)

– Kết nối giữa các tòa nhà

• Tổng đài nội bộ (Private Branch eXchange – PBX)

– Mạng cục bộ (LAN)

• 10Mbps hoặc 100Mbps

• Ưu – nhược điểm

– Rẻ – Dễ dàng lắp đặt, thao tác – Tốc độ dữ liệu thấp – Tầm ngắn

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 28

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair

• Đặc tính truyền dẫn

– Analog

• Cần bộ khuếch đại mỗi 5km tới 6km (độ suy giảm t/h:

~1dB/km, chuẩn trong ĐT: ≤ 6dB)

– Digital

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

– Khoảng cách giới hạn – Băng thông giới hạn (1MHz) – Tốc độ dữ liệu giới hạn (100MHz) – Dễ bị nhiễu và tác động của môi trường ngoài

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 29

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair

• Không vỏ bọc giáp – Unshielded Twisted Pair (UTP)

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

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

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 30

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair

• UTP Cat 3

– Lên đến 16MHz – Được dùng trong liên lạc thoại ở hầu hết

các văn phòng

– Chiều dài xoắn (twist length): 7.5cm tới

10cm

• UTP Cat 4

– Lên đến 20 MHz

• UTP Cat 5

– Lên đến 100MHz – Được dùng phổ biến hiện nay trong các

văn phòng

– Chiều dài xoắn: 0.6cm đến 0.85cm – Thích hợp cho tốc độ truyền lên đến 100

Mbps (LAN)

• STP Cat 3: thích hợp cho tốc độ truyền

lên đến 10 Mbps

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 31

2008

dce Cáp đồng: twisted-pair cable

• Cable standards

Teân

Loaïi

Mbps

Thöôøng ñöôïc duøng

Category 1

UTP

1

Modem

Category 2

UTP

4

Token Ring-4

Category 3

UTP

10

10Base-T Ethernet

Category 4

STP

16

Token Ring-16

Category 5

UTP

100

100Base-T Ethernet

Category 5

STP

100

100Base-T Ethernet

Category 5e

UTP

100

1000Base-T Ethernet

Category 6

UTP

200

1000Base-T Ethernet

Category 7

STP

600

1000Base-T Ethernet

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 32

2008

dce Cáp đồng: coxial

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 33

2008

dce Cáp đồng: coxial

• Ứng dụng

– Môi trường truyền linh hoạt nhất – Cáp truyền hình – Truyền dẫn ĐT khoảng cách xa

• FDM • Có thể mang đồng thời 10.000 cuộc gọi • Sẽ bị thay thế bởi cáp quang – Kết nối các thiết bị khoảng cách gần – Mạng cục bộ

• Đặc tính truyền dẫn

– Hiệu ứng bề mặt (skin effect) – Analog

• Cần bộ khuyếch đại mỗi vài km • Khoảng cách càng ngắn nếu tần số càng cao • Lên đến 500MHz

– Digital

• Cần bộ lặp (repeater) mỗi km • Khoảng cách càng ngắn nếu tốc độ dữ liệu càng tăng

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 34

2008

dce Cáp đồng: đặc điểm chung

• Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền (Bit Error Rate –

BER) vào khoảng 10-6.

• Dễ bị ảnh hưởng của nhiễu (crosstalk, thermal,...) và môi trường xung quanh.

• Tốc độ truyền thông tin thay đổi tùy theo phạm

vi hệ thống được triển khai : – LAN: tốc độ 10Mbps ~ 100Mbps, khoảng cách khoảng vài trăm mét (UTP: length < 100 m). – WAN: tốc độ truyền thấp hơn, từ vài chục Kbps

đến vài Mbps. Ví dụ: T1 ~ 1,5Mbps, E1 ~ 2Mbps, telephone line: 64Kbps

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 35

2008

dce Cáp quang: cấu trúc

Plastic Plastic coating coating

Single core Single core

Optical cladding Optical cladding

Optical core Optical core

Multicore Multicore

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 36

2008

dce Cáp quang: lợi ích và ứng dụng

• Lợi ích

– Dung lượng cao

• Tốc độ dữ liệu hàng trăm Gbps (so với 100Mbps trên 1km coaxial cable và thấp

hơn của twisted-pair cable)

– Kích thước và trọng lượng nhỏ – Độ suy hao của tín hiệu trên đường truyền thấp. – Cách ly trường điện từ (không bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung

quanh, khó câu trộm)

– Khoảng cách giữa các bộ lặp xa – Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền vào khoảng 10-9 →10-12

• Ứng dụng

– Phạm vi triển khai rất đa dạng: LAN (vài km), WAN (hàng chục km). – 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)

– Đường trung kế khoảng cách xa – Trung kế đô thị – Trung kế tổng đài nông thôn – Thuê bao – LAN

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 37

2008

dce Cáp quang: đặc tính truyền dẫn

• Sóng lan truyền có hướng 1014 đến 1015 Hz – Một phần phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy được

• Light Emitting Diode (LED)

– Rẻ – Tầm nhiệt độ hoạt động rộng – Tuổi thọ cao

• Injection Laser Diode (ILD)

– Hiệu quả hơn – Tốc độ dữ liệu cao hơn

• Wavelength Division Multiplexing

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 38

2008

dce Cáp quang : chế độ truyền

multimode: several paths/time delays

narrow: 1 wavelength no time delays

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 39

2008

dce 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)

Khó

Khó

Ghép nối

Khó

Ứng dụng

Truyền dữ liệu máy tính

Đường điện thoại (khoảng cách trung bình)

Viễn thông đường dài

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)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 40

2008

dce Cáp quang

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 41

2008

dce Môi trường truyền dẫn hữu tuyến

• Đặc tính truyền dẫn điểm-điểm

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 42

2008

dce Vô tuyến

• Khắc phục những khó khăn về địa

lý khi triển khai hệ thống

• Truyền và nhận thông qua anten • Có hướng

• Tỷ lệ bit lỗi trên đường truyền

– Chùm định hướng (focused beam) – Đòi hỏi sự canh chỉnh hướng cẩn

thận

• Vô hướng

(BER) thay đổi tùy theo hệ thống được triển khai. Ví dụ: BER of satellite ~ 10-10

– Tín hiệu lan truyền theo mọi hướng – Có thể được nhận bởi nhiều anten

• Tầm tần số

• Tốc độ truyền thông tin đạt được thay đổi, từ vài Mbps đến hàng trăm Mbps

– 2GHz đến 40GHz

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

• Chi phí để

triển khai hệ thống ban

• Vi sóng (microwave) • Định hướng cao • Điểm-điểm • Vệ tinh

đầu rất cao

– 30MHz đến 1GHz • Vô hướng radio •

– 3 x 1011 đến 2 x 1014

• Hồng ngoại • Cục bộ

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 43

2008

dce Vô tuyến: các băng tần truyền thông

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 44

2008

dce Vô tuyến: sóng viba mặt đất

• Chảo parabol (thường 10 inch) • Chùm sóng định hướng theo đường ngắm (line of sight) • Độ suy giảm t/h

L

10

log

=

(

) dB d 2 4 π λ

– d: khoảng cách – λ : bước sóng – Độ suy giảm tỉ lệ thuận bình phương khoảng cách → cần

amplifier/repeater mỗi 10-100km

– Độ suy giảm thay đổi theo môi trường (càng tăng khi có mưa)

• Viễn thông khoảng cách xa

– Thay thế cho cáp đồng trục (cần ít bộ amp/repeater, nhưng phải nằm

trên đường thẳng)

• Tần số càng cao thì tốc độ dữ liệu càng cao

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 45

2008

dce Vô tuyến: sóng viba mặt đất

Bandwidth (MHz) Data rate (Mbps)

Band (GHz) 2 6 11 18

7 30 40 220

12 90 90 274

Hiệu suất sóng viba số

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 46

2008

dce Vô tuyến: sóng vệ tinh

• Vệ tinh là trạm trung chuyển • Vệ tinh nhận trên một tần số, khuyếch đại (lặp lại tín hiệu) và phát trên một

tần số khác

• Cần quĩ đạo địa tĩnh – Cao 35.784 km

• Ứng dụng

– Truyền hình – Điện thoại đường dài – Mạng riêng

• Đặc tính

– Thường trong khoảng tần số 1-10 GHz

• < 1 GHz: quá nhiều nhiễu • >10 GHz: hấp thụ bởi tầng khí quyển

– Cặp tần số thu/phát – (3.7-4.2 downlink, 5.925-6.425 uplink) 4/6 GHz band – (11.7-12.2 downlink, 14-14.5 uplink) 12/14 GHz band – Tần số cao hơn đòi hỏi tín hiệu phải mạnh để không bị suy giảm – Trễ 240-300ms, đáng chú ý trong viễn thông

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 47

2008

dce Vô tuyến: vệ tinh

VSAT : very smal aperture terminal

Satellite

down link

down link

Satellite

Up link

down link

E q u a t o r i a l

2 2 , 3 0 0 m i l e s

Up link

O r b i t

Footprint

VSAT

VSAT

Earth ground station

Earth

Hub station

point-to-point

point-to-multipoint

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 48

2008

dce Vô tuyến: sóng radio

• Vô hướng, 30MHz – 1GHz

– Antena không cần có hình đĩa và không cần chỉnh hướng

• Sóng FM • Truyền hình UHF và VHF • Truyền theo đường ngắm (line of sight) • Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa kênh (multipath)

– Phản xạ

Ionosphere

Troposphere

Refracted wave

Direct wave

Reflected wave

Radio tower

Radio tower

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 49

2008

dce Vô tuyến: sóng hồng ngoại

• Truyền theo đường thẳng (hoặc phản xạ) • Cản bởi các bức tường • Bộ điều khiển TV từ xa, cổng điều khiển bằng

hồng ngoại (IRD port)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 50

2008

dce Môi trường truyền dẫn

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 51

2008

dce Lan truyền không dây

• Lan truyền sóng mặt đất

– Tín hiệu đi theo bề mặt cong của trái đất – Tần số lên đến 2MHz – AM radio

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 52

2008

dce Lan truyền không dây

• Sóng không gian

– Radio nghiệp dư, BBC world, VoA – Tín hiệu bị tầng điện ly phản xạ lại mặt đất – (thực tế là bị khúc xạ)

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 53

2008

dce Lan truyền không dây

• Truyền theo đường ngắm

– Tần số trên 30Mhz – Có thể truyền xa hơn đường ngắm ánh sáng vì bị

hiệu ứng khúc xạ

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 54

2008

dce Truyền theo đường ngắm

• Khoảng cách max của đường ngắm

d

57.3=

kh – h: chiều cao của anten – k: hằng số hiệu chỉnh độ khúc xạ của sóng (k=4/3) – Ví dụ: tháp anten cao 100m có thể truyền đến một

điểm trên mặt đất cách xa 41km • Khoảng cách max giữa 2 anten

(57.3

kh 1

d

kh

)2

+

= – h1, h2:chiều cao các anten

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 55

2008

dce Truyền theo đường ngắm

• Suy giảm tín hiệu trong không gian

– Tín hiệu bị phân tán theo khoảng cách – Đối với cùng 1 anten, suy giảm càng nhiều đối với tần số thấp (bước sóng dài)

• Hấp thụ của khí quyển

– Hơi nước và oxy hấp thụ sóng vô tuyến – Hơi nước ảnh hưởng lớn nhất tại 22GHz, ít hơn đối với tần số <15GHz – Oxy ảnh hưởng lớn nhất tại tần số 60GHz, ít hơn đối với tần số <30GHz – Mưa và sương mù làm phân tán sóng radio

• Multipath

– Tín hiệu có thể bị phản xạ, tạo thành nhiều tín hiệu “copy” tại nơi nhận – Có thể không nhận được tín hiệu trực tiếp nào – Có thể làm tăng hoặc giảm tín hiệu

• Khúc xạ

– Có thể dẫn đến việc chỉ nhận được 1 phần tín hiệu hoặc không nhận được tín

hiệu

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 56

2008

dce Multipath

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 57

2008

dce Đọc thêm

• W. Stallings, Data and Computer

Communications (7th edition), Prentice Hall 2004, chapter 3, 4, 5

• B. Brown, Introduction to Data

Communications

• Web pages from ITU-T on V. specification

Data Communication and Computer Networks ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 58