TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG
ThS. HOÀNG QUANG TRUNG
KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SỐ
TẬP BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ)
THÁI NGUYÊN - 2011
2
H.Q.Trung.ĐTTT
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN SỐ
1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
Mạng điện thoại được xây dựng dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy
điện thoại. Đến những năm 1970, mạng này đã hoàn thiện bằng việc thực hiện
truyền tín hiệu tương tự trong cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số
(FDM-Frequency Division Multiplexing) dùng trong các tuyến đường dài để kết
hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục. Thiết bị truyền dẫn loại này
rất đắt so với giá của một tổng đài điện thoại, vì vậy, chuyển mạch được xem như
một thiết bị nhằm tiết kiệm sử dụng tài nguyên khan hiếm lúc bấy giờ là băng thông
truyền dẫn.
Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện, sử
dụng phương pháp điều chế xung mã (PCM-Pulse Code Modulation) do Alec
Reeves nêu ra lần đầu tiên vào năm 1937. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự
(như tiếng nói của con người) ở dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu
thoại tương tự chuẩn 4 kHz có thể truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 kbit/s.
Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng hạ giá thành sản xuất các hệ thống
truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và truyền chúng trong một đôi cáp
đồng xoắn mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu tương tự duy nhất. Hiện
tượng này được gọi là lợi dây. Do giá thành thiết bị điện tử số bắt đầu giảm nên sử
dụng các công nghệ này đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
Phương thức ghép kênh 64 kbit/s thành môt luồng bit tốc độ cao duy nhất còn
được gọi là Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division
Multiplexing). Một cách đơn giản, mỗi byte của mỗi kênh đầu vào theo thứ tự được
đưa vào kênh tốc độ cao ở đầu ra. Quá trình xử lý này còn được gọi là "chèn byte
tuần tự".
Ở châu Âu và sau đó là rất nhiều nơi trên thế giới, sở đồ TDM chuẩn được áp
dụng để ghép kênh 64 kbit/s, cùng với hai kênh thông tin điều khiển kết hợp tạo
thành một kênh có tốc độ 2,048 Mbit/s. Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên, lưu
lượng trên mạng tăng, kênh chuẩn tốc độ 2 Mbit/s không đủ đáp ứng cho lưu lượng
tải trên mạng trung kế. Để tránh không phải sử dụng quá nhiều kết nối 2 Mbit/s thì
cần tạo ra môt mức ghép kênh cao hơn. Châu Âu đưa ra chuẩn ghép 4 kênh 2 Mbit/s
thành một kênh 8 Mbit/s. Mức ghép kênh này không khác bao nhiêu so với mức
ghép kênh mà các tín hiệu đầu vào được kết hợp từng bit chứ không phải từng byte,
nói cách khác là mới áp dụng chèn bit chứ chưa thực hiện chèn byte. Tiếp đó, do
3
H.Q.Trung.ĐTTT
nhu cầu ngày càng tăng, các mức ghép kênh cao hơn nữa được xây dựng thành
chuẩn, tạo ra môt phân cấp đầy đủ các tốc độ bit là 34 Mbit/s, 140 Mbit/s và 565
Mbit/s.
1.2. HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ
1.2.1. Các thành phần cơ bản
Truyền dẫn là chức năng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một nơi khác.
Hệ thống truyền dẫn gồm các thiết bị phát và nhận, và phương tiện truyền cùng bộ
lặp lại giữa chúng như hình 1.1.
Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống truyền dẫn.
Những phương tiện phát sẽ truyền và phát đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu
gốc) để truyền chúng một cách hiệu quả qua phương tiện, thiết bị nhận tách ra
những tín hiệu gốc trong những tín hiệu thu được. Đồng thời bộ lặp lại xử lý việc
bù lại trong quá trình truyền. Các phương tiện truyền bao gồm dây dẫn kim loại, cáp
đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang.
Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng
đài và phần truyền dẫn tổng đài nối tổng đài với tổng đài. Truyền dẫn gồm truyền
bằng cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang, ống dẫn sóng,
liên lạc dưới đất cùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng các phương tiện truyền dẫn,
kết cấu kết hợp và mạng đồng bộ hóa của các thiết bị này, việc bảo dưỡng và phần
quản lý của mạng truyền dẫn v.v..
* Truyền dẫn sử dụng sợi quang (fiber)
Môi trường quang sợi có độ rộng băng gần như không giới hạn. Đặc điểm của nó là
suy hao không đáng kể, chỉ vào cỡ 0,25 Db/Km. Đây chính là ưu điểm vượt trội của
sợi quang so với cáp đồng trục. Ngoài ra truyền dẫn trên sợi quang còn có các ưu
điểm khác nữa là: Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường, an toàn, kích
thước nhỏ và nhẹ, …
Giải tần số được sử dụng trong truyền dẫn sợi quang được mô tả như hình dưới:
4
H.Q.Trung.ĐTTT
Cấu trúc của sợi quang:
1.2.2. Các nguồn ảnh hưởng tới tín hiệu truyền dẫn
1.2.2.1. Méo tín hiệu qua kênh (distortion)
Kênh truyền thực tế là không lý tưởng, do đó tín hiệu đi qua kênh ít hay nhiều
cũng bị ảnh hưởng đến dạng tín hiệu, có nghĩa là bị méo so với tín hiệu gốc.
Ngoài ra, sẽ không thể tránh khỏi méo phi tuyến đối với những tín hiệu làm
việc tại các tần số cao. Điều này xuất phát từ một thực tế rằng với các tần số cao sẽ
bị ảnh hưởng do sự xáo động của các điều kiện khí quyển, bởi vậy gây ra sự thay
đổi về tần số. Chẳng hạn với các hệ thống radar doppler sử dụng trong việc giám sát
thời tiết là một trường hợp cụ thể.
Méo tuyến tính có thể gây ra các ảnh hưởng trong các hệ thống truyền dẫn
xung. Loại méo này được đặc trưng bởi sự phân tán thời gian (làm kéo dài xung),
dẫn tới hiệu ứng đa đường.
5
H.Q.Trung.ĐTTT
1.2.2.2. Tạp âm (noise)
Thuật ngữ tập âm (noise) mô tả các tín hiệu điện không mong muốn xuất hiện
trong hệ thống. Sự xuất hiện của tập âm làm giảm khả năng tách chính xác các tín
hiệu phát, và, vì vậy, làm giảm tốc độ truyền dẫn thông tin. Tạp âm được tạo ra từ
các nguồn khác nhau nhưng có thể được phân ra thành hai loại chính đó là nguồn
tạp âm nhân tạo và tạp âm tự nhiên. Tạp âm nhân tạo xuất hiện từ các nguồn đánh
lửa, chuyển mạch hay phát xạ điện từ. Tạp âm tự nhiên xuất hiện trong các mạch
hay linh kiện điện tử.
1.2.2.3. Nhiễu
Nhiễu được hiểu là các thành phần tín hiệu không mong muốn được thêm vào
tín hiệu bản tin khi nó được truyền từ máy phát đến máy thu. Trong thực tế, việc
truyền tin có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nguồn nhiễu khác nhau: nhiễu điều chế,
nhiễu xuyên kênh (Crosstalk), nhiễu xung (ISI), ...
1.2.3. Các kênh truyền dẫn
Kênh truyền dẫn là môi trường kết lối giữa bộ phát và bộ thu, ở đó có thể là
các sợi dây dẫn kim loại, cáp đồng trục, cáp sợi quang, ống dẫn sóng, bầu không khí
