Tài liệu 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