Bài giảng Các môi trường truyền dẫn

CHƯƠNG 11 : CÁC MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN III.1. Tổng quan Các môi trường truyền dẫn là các đường truyền vật lý giữa thiết bị truyền và thiết bị thu trong một hệ thống truyền dữ liệu. Môi trường truyền dẫn có thể được phân loại thành dạng môi trường truyền hữu tuyến và môi trường truyền vô tuyến. Trong cả hai trường hợp, việc truyền thông được thực hiện nhờ các dạng sóng điện từ. Với các môi trường truyền truyền dẫn hữu tuyến, sóng điện từ được dẫn hướng dọc theo môi trường vật chất cấu tạo nên môi trường truyền dẫn chẳng hạn như cáp đôi xoắn đồng, cáp đồng trục và cáp quang. Áp suất và không gian là các ví dụ điển hình về môi trường truyền dẫn vô tuyến. Với loại môi trường này, sóng điện từ sẽ không dẫn hướng sóng điện từ khi truyền. Dạng truyền thông sử dụng môi trường truyền dẫn vô tuyến còn được gọi là truyền thông không dây (wireless transmission). Các đặc tính và chất lượng của hệ thống truyền dữ liệu phụ thuộc vào cả đặc tính của của các môi trường truyền và đặc tính của tín hiệu. Trong trường hợp môi trường truyền hữu tuyến, bản thân môi trường truyền là quan trọng hơn khi xác định các giới hạn của hệ thống truyền. Với môi trường truyền vô tuyến, dải thông của tín hiệu do antenna phát sinh ra là quan trọng hơn môi trường truyền trong việc xác định các đặc tính của hệ thống truyền. Một trong các đặc tính quan trọng của các tín hiệu do antenna phát ra là tính có hướng. Thông thường, các tín hiệu có tần số càng thấp thì càng ít có khả năng truyền theo tiêu điểm nghĩa là kiểu truyền của chúng theo kiểu lan tỏa (omidirectional). Khi tín hiệu có tần số càng cao thì càng có khả năng truyền theo tiêu điểm. Khi xem xét để thiết kế tín hiệu cho các hệ thống truyền, các mối quan tâm chính quan trọng là tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách truyền. Tín hiệu có tốc độ truyền càng cao và khoảng cách truyền càng lớn thì được đánh giá là càng tốt. Có một số các yếu tố sau liên quan đến các môi trường truyền dẫn và được sử dụng để xác định tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách truyền: Dải thông (bandwidth): Dải thông của tín hiệu càng lớn thì tín hiệu càng có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ càng cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu (Transmission impairments): Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu chẳng hạn như sự suy giảm cường độ tín hiệu làm giới hạn khoảng cách truyền. Với môi trường truyền hữu tuyến, cáp đôi xoắn thường bị ảnh hưởng nhiều yếu tố ảnh hưởng hơn so với cáp đồng trục và cáp đồng trục bị ảnh hưởng nhiều hơn so với cáp quang. Nhiễu(interference): interference from copeting signals in overlapping frequency bands can distort or wipe out a signal. Interfrence is of particular concern for unguided media, but it is also a problem with guided media. For guided media, interference can be cause by emanations from nearby cables. For example, twist pair are often bundled together, and conduits often carry multiple cables. Interference can also be experienced from unguided transmission. Proper shielding of a guided medium can minimize this problem. Number of receivers: A guided medium can be used to construct a point to point link or a shared link with multiple attachments. In the latter case, each attachment introduces some attenuation and distortion on the line, limitting distance and/or data rate. Số lượng các máy thu: Một môi trường truyền hữu tuyến có thể được sử dụng để tạo ra một liên kết điểm – điểm hoặc có thể được liên kết với các thiết bị kết nối khác. Liên quan đến hành động này này là do việc giới hạn khoảng cách và/hoặc tốc độ truyền dữ liệu dẫn đến việc suy giảm và bóp méo tín hiệu trên đường truyền. III.2. Môi trường truyền Môi trường truyền là con đường vật lý nối giữa thiết bị phát và thiết bị thu. Những đặc tính và chất lượng của dữ liệu truyền được quuyết định bởi tính chất tín hiệu và môi trường truyền. Môi trường truyền có thể là truyền dẫn định hướng hoặc không định hướng. Trong cả hai trường hợp sự liên lạc đều dùng sóng điện từ. Trong trường hợp Truyền có định hướng (có dây dẫn) sóng điện từ theo một con đường vật lý: đôi dây song hành, cáp đồng trục, sợi quang. Bản thân môi trường là nhân tố quan trọng quyết định giới hạn sự truyền. Môi trường Tốc độ Băng Khoảng cách lặp Dây song hành Cáp đồng trục 4Mbps 500 Mbps 250 KHz 350 KHz 2 - 10 Km 1 - 10 Km Sợi quang 2 Gbps 2 GHz 10 - 100 Km (Đặc tính đường truyền với môi trường định hướng: điểm -điểm) Với môi trường truyền không định hướng (không có dây dẫn) sóng điện từ không theo vật dẫn nào, ví dụ như sóng điện từ truyền lan trong không khí, trong chân không hoặc qua nước biển. Phổ và băng tần số của tín hiệu do ăngten phát quan trọng hơn môi trường truyền. Tín hiệu phụ thuộc vào hướng của ăngten. Thường tần số thấp được bức xạ về mọi hướng còn tần số cao là yếu tố định hướng chùm tia về hướng cần thiết. Sóng viba có phạm vi từ 2 – 40GHz, sóng radio 30MHz – 1GHz và các dãy tần số khác. Tần số trung tâm của tín hiệu là yếu tố tạo ra băng thông và tốc độ truyền. Phổ phân bố trường điện từ Hz 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 Dây song hành vệ tinh Tel cáp đồng trục Viba mặt đất sợi quang AM radio FM radio, TV Đặc tính của băng liên lạc không định hướng Băng tần Tên Tín hiệu liên tục Tín hiệu số Ứng dụng 30-300 KHz LF Điều chế Băng thông AS K, FS K, MSK 300-3000KHz MF AM 4KHz AS K, FS K, MSK 3-30 MHz HF AM, SSB 4KHz AS K, FS K, MSK 1-100 Bps Hàng hải 10-1000 Bps Thương mại, AM Radio 10-3000 Bps Radio sóng ngắn 30-300MHz VHF AM,SSB, FM 300-3000 5KHz-5MHz FSK, PSK 100 KbpsTV VHF, Radio FM TV VHF, Viba MHz UHF FM, SSB 20 KHz PSK 10 Mbps mặt đất 3-30 GHz SHF FM 500 KHz PSK 100 Mbps Viba mặtđất, Viba trên không 30-300 Ghz EHF FM 1GHz PSKĐiều chế 750Mbps Tốc độ Khoảng các h ngắn, điểm - điểm