Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số: Chương 2 - Trịnh Huy Hoàng

CHƯƠNG 2 
MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN


Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng


Nội dung
 Khái niệm và thuật ngữ
 Tín hiệu và nhiễu
 Các môi trường truyền dẫn

CSE 501035 – Data Communication

2


Tín hiệu

CSE 501035 – Data Communication

3


Tín hiệu

CSE 501035 – Data Communication

4

Tần số của tín hiệu 
Miền thời gian

Miền tần số
A

A
T

F
0

1 giây (s)

A

A
f
T

F
f

A

A

T

F

2f

CSE 501035 – Data Communication

5


Phổ của tín hiệu
F (Hz)
f = 300 Hz

300

F (Hz)
600 Hz

600

F (Hz)
700 Hz

700

F (Hz)

Phổ: Tầm tần số chứa trong tín hiệu
CSE 501035 – Data Communication

6

Băng thông
A

F
500

2500

Bandwidth = 2500 – 500 = 2000 Hz



Băng thông tuyệt đối






Độ rộng phổ (được đo bằng sự chênh lệch tần số cao nhất và thấp nhất 
mà kênh hỗ trợ)
Băng thông càng lớn, tốc độ truyền càng cao

Băng thông hiệu dụng



Băng thông
Dải tầm tần số hẹp chứa hầu hết năng lượng của t/h

CSE 501035 – Data Communication

7


Phổ âm của thoại

CSE 501035 – Data Communication

8


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 trên đường truyền
 Méo do trễ truyền
 Nhiễu


CSE 501035 – Data Communication

9


Độ suy giảm tín hiệu


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 đượ c tính bằng phép toán đơn 
giản (+/­)


CSE 501035 – Data Communication

10


Độ suy giảm tín hiệu


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 (+/­)




Công thức


Attenuation = 10log10(P1/P2) (dB)
 P1: công suất của tín hiệu nhận (W)

 P2: công suất của tín hiệu truyền (W)



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

CSE 501035 – Data Communication

11


Trễ lan truyền tín hiệu


Méo trễ 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

Tp = S/V

S
: khoảng cách vật lý (meter)
V
: vận tốc lan truyền tín hiệu trên môi trường truyền, vd: với sóng         
 điện từ: v = 2 x 106 (m/s)




Round trip delay 
N
R


Tx = N/R

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

CSE 501035 – Data Communication

12

Nhiễu



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

CSE 501035 – Data Communication

13


Nhiễu

CSE 501035 – Data Communication

14


Nhiễu nhiệt


Do dao động nhiệt của các điện tử 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/0K)
 T: nhiệt độ (0K)



Nhiễu trong băng thông W Hz:

CSE 501035 – Data Communication

N = N0W = kTW
15


Nhiễu


Nhiễu điều chế





Nhiễu xuyên kênh (crosstalk)





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 
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

CSE 501035 – Data Communication

16


Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh)


Đặc điểm

Có thể truyền nhiều hơn một bit ứng với mỗi thay đổi của 
tín hiệu trên đường truyền.
 Tốc độ truyền thông tin cực đại bị giới hạn bởi băng thông 
của kênh truyền




Công thức Nyquist

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
 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 trên đường truyền


Độ hữu hiệu băng thông: B = R/W (bps HZ­1)

CSE 501035 – Data Communication

17


Tốc độ kênh truyền

CSE 501035 – Data Communication

18


Tốc độ kênh truyền

CSE 501035 – Data Communication

19


Tốc độ dữ liệu


Baud rate (baud/s)





Bit rate (bps hoặc bit/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)
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 trên đường truyền
: số bit mã hóa cho một tín hiệu

CSE 501035 – Data Communication

20


Bit rate

CSE 501035 – Data Communication

21

Tỉ lệ tín hiệu so với nhiễu


Signal to Noise ratio
SNR = 10 x log10 (S/N) (dB)





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

Công thức Shannon­Hartley
C = W x log2 (1 + S/N) (bps)


C: tốc độ truyền t/h cực đại khi kênh truyền không có nhiễu

CSE 501035 – Data Communication

22


Chiều dài sóng






Khoảng cách chiếm bởi một chu kỳ
Khoảng cách giữa 2 điểm pha tương ứng trong 2 chu 
kỳ liên tiếp
Ký hiệu 
Giả sử vận tốc t/h là v
    = vT
 f = v
 c = 3*108 ms­1 (tốc độ ánh sáng)


CSE 501035 – Data Communication

23


Môi trường truyền dẫn


Hữu tuyến (guided media – wire)





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





Cáp đồng
Cáp quang

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)



Môi trường hữu tuyến
Càng nhiều thiết bị nhận, tín hiệu truyền càng mau suy giảm

CSE 501035 – Data Communication

24


Môi trường truyền dẫn

CSE 501035 – Data Communication

25