Bài giảng Truyền số liệu - Chương 2: Giao tiếp vật lý và môi trường truyền dữ liệu

Môn Học 
TRUYỀN SỐ LIỆU 
CHƯƠNG II 
GIAO TIẾP VẬT LÝ VÀ MÔI TRƯỜNG 
TRUYỀN DỮ LIỆU 
BỘ CÔNG THƯƠNG 
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG 
KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC 
1 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.4 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.5 Môi trường truyền dẫn không dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
2 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.4 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.5 Môi trường truyền dẫn không dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
NỘI DUNG 
3 
CÁC LOẠI TÍN HIỆU 
 DTE: tạo ra dữ liệu và chuyển đến DCE 
 DCE: chuyển tín hiệu thành các format thích hợp cho quá trình 
truyền 
 EIA (Electronic Industries Alliance) và ITU-T (International 
Telecommunication Union – Telecommunication Standard 
Sector) đã phát triển nhiều chuẩn cho giao diện DTE và DCE 
4 
 Tín hiệu dùng theo chuẩn V.28 
 Tín hiệu dòng 20 mA 
 Tín hiệu dùng theo chuẩn RS-422A/V.11 
 Các tín hiệu truyền trên cáp đồng trục 
 Các tín hiệu cáp quang 
CÁC LOẠI TÍN HIỆU 
5 
TÍN HIỆU DÙNG THEO CHUẨN V.28 
 Giao tiếp điện không cân bằng 
 Các tín hiệu điện áp được dùng trên đường 
dây là đối xứng so với mức tham chiếu gốc 
(ground) 
Bit 1 → ˂ -3Vdc 
Bit 0 → ˃ +3Vdc 
 Thực tế nguồn cung cấp cho mạch giao tiếp 
có điện thế và ±12 Vdc hay ±15Vdc 
 6 
TÍN HIỆU DÒNG 20mA 
 Tín hiệu là dòng điện thay cho điện áp 
 Trạng thái chuyển mạch được điều khiển bởi 
luồng bit dữ liệu truyền 
Bit 1 → dòng 20 mA đi qua: chuyển mạch đóng 
Bit 0 → không có dòng 20 mA đi qua: chuyển mạch mở 
 Tại đầu thu dòng điện được phát hiện bởi 
các mạch cảm biến dòng 
 Cự ly 1 km, tốc độ vừa phải 
7 
TÍN HIỆU DÙNG THEO CHUẨN 
RS-422A / V.11 
 Sự thay đổi các bit truyền dựa vào sự thay 
đổi điện áp trên cả 2 dây tín hiệu 
Bit 1 → +V và -V 
Bit 0 → -V và +V 
 Cự ly 10m tốc độ 10Mbps 
 Cự ly 1 km tốc độ 100kbps 
8 
CÁC TÍN HIỆU TRUYỀN TRÊN CÁP 
ĐỒNG TRỤC 
 Băng thông có thể lên đến 350 MHz hoặc 
cao hơn 
 Chế độ truyền dẫn tín hiệu 
Truyền dẫn tín hiệu dãi nền (Baseband mode) 
Truyền dẫn tín hiệu băng rộng (Broadband mode) 
9 
CÁC TÍN HIỆU TRUYỀN TRÊN 
CÁP ĐỒNG TRỤC 
 Baseband mode 
Sử dụng toàn bộ băng thông (bandwidth) để truyền luồng bit 
tốc độ cao (10 Mbps) 
 Broadband mode 
Băng thông sẵn có được chia thành một số các kênh có tốc độ 
nhỏ hơn 
10 
CÁC TÍN HIỆU CÁP QUANG 
 Sử dụng mã hóa lưỡng cực 
 Dựa trên nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu điện sang 3 mức tín hiệu 
quang 0, 0.5Pmax và Pmax 
 Module truyền chuyển các mức điện áp điện áp nhị phân bên trong 
sang tín hiệu quang 3 mức đặt lên cáp nhờ bộ nối và led tốc độ cao 
 Tại bộ thu, cáp được kết nối với bộ nối đặc biệt đi đến diode thu 
quang tốc độ cao ngụ trong module thu. Module này chuyển đổi tín 
hiệu tạo ra bởi diode quang tỉ lệ với mức ánh sáng thành các mức điện 
áp bên trong tương ứng với mức 1 và mức 0 
11 
CÁC TÍN HIỆU CÁP QUANG 
12 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.4 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.5 Môi trường truyền dẫn không dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
13 
SỰ SUY GIẢM TÍN HIỆU 
(Signal Attenuation) 
 Một tín hiệu lan truyền dọc dây dẫn, biên độ 
của nó giảm xuống → tín hiệu bị suy giảm 
 Nếu cáp quá dài thì có các bộ khuếch đại lặp 
(repeater) được chèn vào từng khoảng dọc 
theo cáp → tái sinh tín hiệu 
14 
BĂNG THÔNG BỊ GIỚI HẠN 
 Bất kỳ một kênh truyền hay đường truyền nào 
cũng có một băng thông xác định 
 Khi truyền tín hiệu qua kênh thông tin chỉ những 
thành phần tần số trong dãy thông sẽ nhận được 
bởi máy thu 
15 
SỰ BIẾN DẠNG DO TRỄ PHA 
 Tốc độ lan truyền của tín hiệu dọc theo đường 
truyền thay đổi tùy theo tần số 
 Khi truyền một tín hiệu số có các thành phần tần 
số khác nhau → nó sẽ đến máy thu với độ trễ pha 
khác nhau → biến dạng tín hiệu do trễ tại máy thu 
 Tốc độ bit tăng → sự biến dạng tăng 
16 
SỰ CAN NHIỄU (TẠP ÂM) 
 Khi không có tín hiệu, một kênh truyền được xem là 
lý tưởng nếu mức điện thế trên đó là zero 
 Thực tế có những tác động ngẫu nhiên làm cho mức 
điện thế này khác zero dù không có tín hiệu nào trên 
đường truyền 
 Mức tín hiệu này gọi là mức nhiễu đường dây (line 
noise) 
17 
SỰ CAN NHIỄU (TẠP ÂM) 
 Tỉ số năng lượng trung bình của một tín hiệu thu 
được S so với năng lượng của mức nhiễu đường 
dây N được gọi là tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR 
(Signal to Noise Ratio) 
 SNRdB=10 log10 (S/N) (dB) 
 SNR càng cao → chất lượng tín hiệu càng cao 
18 
DUNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN 
 Tín hiệu trên đường truyền thường bị ảnh hưởng bởi các nhân tố sau: 
suy hao (attennuation), méo (distortion) và nhiễu (noise) 
 Trong môi trường lý tưởng, theo Nyquist, dung lượng kênh truyền là 
 Trong môi trường thực tế theo Claude Shannon, dung lượng kênh 
truyền là 
 Trong đó 
 B: băng thông kênh truyền 
 M: số mức điện áp 
 S/N: tỉ số tín hiệu trên nhiễu 
 C : dung lượng kênh truyền (tốc độ bit cực đại cho phép truyền không bị lỗi) 
19 
DUNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN 
 Ví dụ: Tính tốc độ bit truyền tối đa trên đường dây điện 
thoại thông thường, biết rằng băng tần của đường dây 
điện thoại từ 300-3400 Hz. Tín hiệu truyền trên đường 
truyền là tín hiệu dãy nền với 2 mức 
a. Trong trường hợp đường truyền lý tưởng 
b. Trong trường hợp đường truyền có S/N=35dB 
20 
 DUNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN 
• Bài tập 1: Một kênh truyền dành cho telephone với SNR = 56 
dB và B = 3000 Hz. Tính tốc độ truyền tối đa khi có nhiễu? 
• Bài tập 2: Một kênh truyền có băng thông 1 MHz và SNR = 63 
dB. 
a. Tính tốc độ dữ liệu tối đa? 
b. Nếu tốc độ dữ liệu thực tế chỉ bằng 2/3 tốc độ dữ liệu tối đa thì 
số mức tín hiệu là bao nhiêu để đạt được tốc độ này? 
21 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.4 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.5 Môi trường truyền dẫn không dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
22 
MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN 
 Guided media (có dây) 
Cáp song hành (Two-wire Open Lines) 
Cáp đồng trục (Coaxial cable) 
Cáp xoắn đôi (Twisted pair cable) 
Cáp quang (Optical fiber) 
 Unguided media (không dây) 
Vi ba vệ tinh (Satellite Microwave) 
Vi ba mặt đất (Terrestrial Mircowave) 
Hồng ngoại (Infrared) 
Wifi 
23 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.3.1 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.3.2 Môi trường truyền dẫn không 
dây 
2.4 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
24 
CÁP SONG HÀNH 
(Two-wire Open Lines) 
 Được sử dụng chủ yếu để truyền dữ liệu tốc 
độ thấp trong khoảng cách ngắn (Data 
cables) 
25 
CÁP SONG HÀNH 
(Two-wire Open Lines) 
 Ưu điểm 
Cấu tạo đơn giản 
 Nhược điểm 
Tốc độ truyền dữ liệu thấp (≤19 kbps) với khoảng cách tối đa 
≤50m 
Dễ bị tác động của nhiễu xuyên kênh (cross-talk) 
Nhạy với nhiễu điện từ trường (EMI) 
26 
CÁP XOẮN ĐÔI 
(Twisted Pair Cable) 
 Được sử dụng làm cáp 
truyền thoại hoặc truyền dữ 
liệu trong các hệ thống 
truyền thông tin 
 Được sử dụng chủ yếu 
trong mạng điện thoại và 
mạng LAN 
27 
CÁP XOẮN ĐÔI 
(Twisted Pair Cable) 
 Cáp xoắn đôi có 2 loại chính 
UTP (Unshield Twisted Pair) 
• Trở kháng đặc tính 100 ohm 
• Băng thông thay đổi tùy theo loại (CAT) thay đổi từ 750KHz (CAT 1) 
đến 250MHz (CAT 6) 
STP (Shield Twisted Pair) 
• Trở kháng đặc tính 100 Ohm 
• Băng thông thay đổi theo loại (STP có băng thông 30 MHz, STP-A có 
băng thông tối đa 300 Mhz) 
 28 
CÁP XOẮN ĐÔI 
(Twisted Pair Cable) 
Cáp xoắn đôi trần sử dụng chuẩn 
10BaseT, là loại cáp phổ biến nhất và 
nhanh chóng trở thành loại cáp 
mạng cục bộ được ưa chuộng nhất. 
Độ dài tối đa của một đoạn cáp là 
100 mét. 
Cáp xoắn đôi có bọc dùng vỏ đồng 
bện, vốn là loại vỏ bọc bảo vệ có 
chất lượng cao hơn cáp xoắn đôi 
trần. Cáp xoắn đôi có bọc ít bị tác 
động bởi nhiễu điện và có tốc độ 
truyền qua khoảng cách xa hơn cáp 
xoắn đôi trần. 29 
CÁP XOẮN ĐÔI 
(Twisted Pair Cable) 
 Ưu điểm 
Cải thiện được khả năng chống nhiễu điện từ trường EMI so với 
cáp song hành 
Giảm nhiễu xuyên kênh crosstalk giữa các cặp dây 
 Nhược điểm 
Nhạy với can nhiễu interference 
Nhạy với nhiễu EMI 
30 
CÁP XOẮN ĐÔI 
(Twisted Pair Cable) 
31 
 CÁP ĐỒNG TRỤC 
(Coaxial Cable) 
 Được sử dụng 
trong 
Mạng máy tính 
(Computer Network) 
Hệ thống truyền dữ liệu 
(Data Systems) 
CATV (Community 
Antenna Television) 
Mạng truyền hình cá 
nhân (Private Video 
Network) 
32 
 CÁP ĐỒNG TRỤC 
(Coaxial Cable) 
 Cáp đồng trục gồm 3 loại chính 
• RG-6/ RG-59 
 Trở kháng đặc tính 75 Ohm 
 Được sử dụng trong các hệ thống CATV 
• RG-8/ RG-58 
 Trở kháng đặc tính 50 Ohm 
 Được sử dụng trong mạng Thick Ethernet LANs hoặc Thin 
Ethernet LANs 
• RG-62 
 Trở kháng đặc tính 63 Ohm 
 Sử dụng trong các máy tính Mainframe IBM 
33 
 CÁP ĐỒNG TRỤC 
(Coaxial Cable) 
 Ưu điểm 
Khả năng chống nhiễu điện từ trường EMI tốt 
Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Mbps với khoảng cách vài 
trăm mét 
 Nhược điểm 
Có nhiều trở kháng đặc tính khác nhau nên cáp đồng trục 
nên chỉ được sử dụng riêng biệt trong từng hệ thống 
34 
 CÁP ĐỒNG TRỤC 
(Coaxial Cable) 
35 
 CÁP ĐỒNG TRỤC 
(Coaxial Cable) 
36 
 CÁP QUANG 
(Optical Fiber Cable) 
 Sử dụng trong các 
hệ thống truyền dữ 
liệu yêu cầu tốc độ 
cao, băng thông 
rộng 
37 
 CÁP QUANG 
(Fiber Optic Cable) 
 Cáp quang gồm 3 loại chính 
 Multimode 
 Khoảng cách lên đến 500m 
 Grade index multimode 
 Khoảng cách lên đến 1000m 
 Single mode 
 Khoảng cách lên đến vài km 
38 
 CÁP QUANG 
(Fiber Optic Cable) 
39 
 CÁP QUANG 
(Fiber Optic Cable) 
 Ưu điểm 
 Tốc độ truyền cao, băng thông rộng 
 Khả năng chống nhiễu rất cao 
 Nhược điểm 
 Giá thành cao 
 Lắp đặt phức tạp 
40 
 CÁP QUANG 
(Fiber Optic Cable) 
41 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.3.1 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.3.2 Môi trường truyền dẫn không 
dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
42 
 VI BA VỆ TINH 
(Satellite Microwave) 
 Được sử dụng 
trong 
 Phát thanh, truyền 
hình 
 Điện thoại đường dài 
 Mạng cá nhân (Private 
Network) 
43 
 VI BA VỆ TINH 
(Satellite Microwave) 
 C band: 4 (downlink) – 6 (uplink) Ghz 
 Được thiết lập đầu tiên 
 Ku band: 12 (downlink) – 14 (uplink) Ghz 
 Dễ bị ảnh hưởng bởi mưa 
 K band: 19 (downlink) – 29 (uplink) Ghz 
 Thiết bị sử dụng ở dãy tần số này rất đắt tiền 
44 
 VI BA MẶT ĐẤT 
(Terrestrial Microwave) 
 Được sử dụng 
trong 
 Các dịch vụ điện thoại 
đường dài 
 Hệ thống truyền dẫn 
(common carriers) 
 Mạng cá nhân (Private 
Network) 
45 
 VI BA MẶT ĐẤT 
(Terrestrial Microwave) 
 Sử dụng sóng mặt đất 
 Light of sight 
 Dãi tần hoạt động từ 2-40 GHz 
 Nhạy với vật chắn và sự thay đổi của môi 
trường (mưa,) 
46 
 HỒNG NGOẠI 
(Infrared) 
 Sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu 
 Các thiết bị thu phát phải không bị che 
chắn 
47 
NỘI DUNG 
2.1 Các loại tín hiệu 
2.2 Sự suy giảm và biến dạng tín hiệu 
2.3 Môi trường truyền dẫn 
2.4 Môi trường truyền dẫn có hướng 
2.5 Môi trường truyền dẫn không dây 
2.6 Các chuẩn giao tiếp vật lý 
48 
 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP VẬT LÝ 
 Xác định dạng tín hiệu được truyền đi 
 Xác định các kết nối vật lý 
 Phương thức truyền tín hiệu 
49 
 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP VẬT LÝ 
(Physical Interface Standards) 
 EIA-232D (RS 232D)/V24 
 EIA-449: Cải thiện tốc độ và chiều dài 
truyền của EIA-232. Dùng DB37 và DB9 
 EIA-530: Cải thiện EIA-449.DB25→DB37 
 X.21 
 I.430 
50 
 EIA-232 (RS-232D) 
 Chuẩn giao tiếp của EIA (Electronic Industries 
Association) 
 RS-232 =Recommended Standard 232 
 Quy định kết nối vật lý, giao tiếp điện, các chân chức 
năng và phương thức truyền dữ liệu 
 Sử dụng để kết nối các thiết bị đầu cuối dữ liệu (DTE) 
và các thiết bị kết cuối kênh dữ liệu qua mạng điện 
thoại (modem) 51 
 EIA-232 (RS-232D) 
 Kết nối vật lý (mechanical specifications): sử 
dụng cổng kết nối DB25 (ISO 2110) hoặc DB9 
52 
 EIA-232 (RS-232D) 
 Giao tiếp về điện đối với dữ liệu 
 Bit 1 → -15V: -3V 
 Bit 0 → > +3V: +15V 
 Giao tiếp về điện đối với tín hiệu điều 
khiển 
 Off → -15V: -3V 
 On → > +3V: +15V 
 Tốc độ truyền <20Kbps với khoảng cách 
<15m 
53 
EIA-232 (RS-232D) 
54 
EIA-232 (RS-232D) 
55 
X.21 
 Giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối dữ liệu 
(DTE) với thiết bị kết cuối kênh dữ liệu 
(DCE) của mạng dữ liệu công cộng 
 Sử dụng tín hiệu RS-422A/V.11 
56 
I.430 
 Giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối dữ liệu (DTE) 
với thiết bị kết cuối mạng (Network Terminating 
Equipment) 
 Truyền nhận dữ liệu và tín hiệu điều khiển 
57 
I.430 
58 
I.430 
59