Chương 2 môi trường truyền

Chương 2: Môi trường truyền

Bùi Văn Hiếu
E-mail:
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính
Trường ñại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh


Nội dung trình bày
Khái niệm, thuật ngữ
Sự sai khác tín hiệu
Khả năng kênh truyền
Các môi trường truyền dẫn

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 2


Nội dung trình bày
Khái niệm, thuật ngữ
Sự sai khác tín hiệu
Khả năng kênh truyền
Các môi trường truyền dẫn

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 3

Môi trường
Môi trường hữu tuyến (guided medium)
Môi trường vô tuyến (unguided medium hoặc
wireless)

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 4


Tín hiệu
Tín hiệu tương tự (analog signal)
Các giá trị liên tục theo thời gian

Tín hiệu số (digital signal)
Giữ ở một mức sau ñó chuyển sang một mức
khác

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 5


Repeater và Amplifier
Repeater
Truyền tín hiệu số

Repeater

Amplifier
Truyền tín hiệu tương tự

Amplifier

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 6


Phân loại liên kết
Liên kết trực tiếp (direct link)
ðường truyền giữa hai thiết bị không có các thiết
bị trung gian khác (ngoài repeater hoặc amplifier)

Kết nối ñiểm ñiểm (point to point)
Kết nối trực tiếp
Chỉ có hai thiết bị dùng môi trường truyền

Kết nối nhiều ñiểm (multi point)
Nhiều thiết bị chia sẻ môi trường truyền

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 7

Chế ñộ truyền
ðơn giản (simplex)
Dữ liệu chỉ truyền một chiều

ðơn công (half duplex)
Dữ liệu có thể truyền hai chiều
Mỗi thời ñiểm chỉ có thể truyền một chiều

Song công (full duplex)
Dữ liệu có thể truyền cùng lúc cả hai chiều

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 8


Tín hiệu tuần hoàn
Lập lại theo thời gian
Chu kì T
Tần số f=1/T

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 9

Tín hiệu sin
ðặc trưng bởi ba thành phần
Biên ñộ (amplitude)
Tần số (frequency)
Pha (phase)

x(t) = Asin(2πft + φ)

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 10


Một số tín hiệu sin
x(t) = Asin(2πft + φ)

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 11


Khái niệm miền tần số
Biểu diễn miền tần số của tín hiệu sin
x(t) = Asin(2πft + φ)

Biên ñộ
A
f

Tần số

Biễu diễn miền tần số của tín hiệu
x(t) = Asin(2πf1t) + Bsin(2πf2t) + …
Biên ñộ
B
A

Tần số
f1

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

f2
Trang 12


Khái niệm miền tần số
Giá trị miền tần số của tín hiệu bất kì ?
Phân tích Fourier
Phân tích một tín hiệu bất kì thành tổng các tín
hiệu sin

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 13

Phổ, băng thông
Phổ (spectrum) của tín hiệu
Khoảng tần số chứa trong tín hiệu

Băng thông tuyệt ñối (absolute bandwidth)
ðộ rộng phổ (bằng hiệu số tần số cao nhất và
thấp nhất của tín hiệu)
Một số tín hiệu có băng thông tuyệt ñối vô hạn

Băng thông hiệu dụng (băng thông –
bandwith)
Dải tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của t/h

Thành phần DC (DC component)
Thành phần tần số bằng 0
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 14


Quan hệ giữa băng thông và tốc ñộ dữ
liệu
Bất kì môi trường truyền nào ñều có một
băng thông giới hạn
Tốc ñộ dữ liệu tối ña bị giới hạn bởi băng
thông

Bộ môn Kỹ thuật máy tính

Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 15


Nội dung trình bày
Khái niệm, thuật ngữ

Sự sai khác tín hiệu
Khả năng kênh truyền
Các môi trường truyền dẫn

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 16


Sự sai khác tín hiệu (impairments)
Tín hiệu nhận ñược khác với tín hiệu truyền

Ảnh hưởng
Truyền dẫn tương tự: suy giảm chất lượng tín hiệu
Truyền dẫn số: lỗi trên bit

Nguyên nhân
Suy giảm tín hiệu (attenuation)
Méo trễ lan truyền (delay distortion)
Nhiễu (noise
Bộ môn Kỹ thuật máy tính

Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 17


Suy giảm tín hiệu (attenuation)
Cường ñộ (biên ñộ) của tín hiệu bị suy giảm
theo khoảng cách
Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn
Là một hàm tăng theo tần số
Là hàm phức tạp ñối với môi trường vô hướng

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 18


Suy giảm tín hiệu (tt)
Cường ñộ suy giảm theo hàm logarit
Công thức
Attenuation = 10 log10(P1/P2) (dB)
P1 công suất nơi phát (watts)
P2 công suất nơi nhận(watts)

Attenuation = -20log10(V1/V2)
V1 ñiện áp nơi phát (V)
V2 ñiện áp nơi nhận (V)

ðộ lợi/ñộ hao hụt của các tầng nối tiếp có thể

ñược tính bằng phép toán cộng trừ
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 19


Méo trễ truyền lan
Vận tốc lan truyền tín hiệu thay ñổi theo tần
số
Vận tốc cao nhất ở gần tần số trung tâm
Các thành phần tần số khác nhau sẽ ñến ñích ở
các thời ñiểm khác nhau
Kết quả là sự dịch pha giữa các tần số khác nhau

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 20


Nhiễu
Tín hiệu thêm vào giữa thiết bị phát và thiết
bị thu
Nhiễu nhiệt (thermal noise)
Nhiễu ñiều chế (intermodulation noise)
Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)
Nhiễu xung (impulse noise)

Bộ môn Kỹ thuật máy tính

Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 21


Nhiễu nhiệt
Nhiễu nhiệt (thermal noise) - nhiễu trắng (white
noise)
Do dao ñộng nhiệt của các ñiện tử trong chất dẫn
Hàm của nhiệt ñộ
Không thể loại bỏ → giới hạn hiệu suất của hệ thống
Phân tán ñồng nhất trên phổ tần số
Nhiễu trong băng thông 1Hz của bất kỳ chất dẫn nào

N0 = kT
N0: mật ñộ công suất nhiễu (watt/Hz)
k: hằng số Boltzmann ( 1.38 x 10-23 J/°K)
T: nhiệt ñộ (°K)
Nhiễu trong băng thông W (Hz):

N = N0W = kTW
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 22


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

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 23


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

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 24


Nhiễu xung
Xung bất thường (spike)
Thời khoảng ngắn, cường ñộ cao
Không thể ñoán trước, biên ñộ nhiễu biến ñộng
Ảnh hưởng nhỏ ñến truyền tương tự
Là nguyên nhân chính dẫn ñến lỗi trong truyền
dẫn số

Ví dụ: xung 0.01s làm mất 50 bit dữ liệu nếu truyền ở
tốc ñộ 4800bps

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa học và Kỹ thuật máy tính

Trang 25