Bài giảng Truyền số học - Chương 2, Phần 1: Giao tiếp vật lý và môi trường truyền dữ liệu

Môn Học
TRUYỀN SỐ LIỆU
BÀI GIẢNG CHƯƠNG 2
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
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
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
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 Association) và ITU-T (International
Telecommunication Union – Telecommunication Standard
Sector) đã phát triển nhiều chuẩn cho giao diện DTE và DCE
CÁC LOẠI TÍN HIỆU
 Tín hiệu dùng theo chuẩn V.28
 Tín hiệu dòng điện vòng 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 tín hiệu vệ tinh và vô tuyến
TÍN HIỆU DÙNG THEO CHUẨN V.28
+V
-V
+V
-V
+V
-V
+V
-V
1 = - V; 0 = +V
1 > 2.0V
0 < 0.8V
Tín hieäu noái ñaát
Ñöôøng baûo veä noái ñaát
Thieât bò nguoàn Thieât bò ñích
Phaùt
PhaùtThu
Thu
V = 3 ñeán 15v
1 > 2.0V
0 < 0.8V
TÍN HIỆU DÙNG THEO CHUẨN V.28
 Sử dụng trên cáp song hành
 Khoảng cách truyền có thể đạt 15 m
 Tốc độ truyền có thể đạt 20 Kbps
Bit 1 → ˂ -3Vdc
Bit 0 → ˃ +3Vdc
8TÍN HIEÄU V.28 TREÂN CAÙP 
SONG HAØNHComputer A Computer B
AP
Phaân heä TSL
AP
Phaân heä TSL
Lieân keát qua maïng PSTN söû duïng Modem
Modem ModemPSTN
Tín hieäu V.28
Line ñieän thoai coá ñònh
9VÍ DUÏ TÍN HIEÄU TREÂN CAÙP 
SONG HAØNH
Lieân keát Computer vôùi Modem
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
TÍN HIEÄU DOØNG 20 mA
 Khoaûng caùch truyeàn xa hôn V.28, coù theå ñaït 1Km
 Khaû naêng choáng nhieãu toát hôn V.28
Thieât bò nguoàn Thieât bò ñích
Phaùt
PhaùtThu
Thu
TÍN HIEÄU RS-422A/V.11
 Khoaûng caùch truyeàn toái ña 1300m
 Toác ñoä truyeàn toái ña: 10 Megabaud
 Söû duïng treân caùp xoaén ñoâi
TÍN HIỆU RS-422A / V.11 
 Tín hiệu cân bằng
 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
CÁC TÍN HIỆU TRUYỀN TRÊN CÁP 
ĐỒNG TRỤC
 Băng thông hữu hạn trên cáp đồng trục 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)
 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
CÁC TÍN HIỆU TRUYỀN TRÊNCÁP 
ĐỒNG TRỤC
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 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
17
Sô ñoà truyeàn tín hieäu treân caùp sôïi quang
TÍN HIEÄU TREÂN CAÙP SÔÏI 
QUANG
18
Tín hieäu quang ñöôïc phaùt ñi
TÍN HIEÄU TREÂN CAÙP SÔÏI 
QUANG
19
TÍN HIEÄU VOÂ TUYEÁN VAØ VEÄ 
TINH
 Các kênh vô tuyến sử dụng kỹ thuật ghép kênh 
phân chia theo tần số FDM (Frequency Division 
Multiplexing).
 Mỗi kênh được chia nhỏ nhờ kỹ thuật ghép 
kênh phân chia theo thời gian TDM (Time 
Division Multiplexing)
 Các phương pháp điều khiển truy xuất
Truy xuất ngẫu nhiên
Gán cố định
Gán theo yêu cầu
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
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
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
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
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)
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
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)
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
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.
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?
Ví duï: Moät keânh PSTN coù B= 3000 Hz vaø S/N = 20dB, 
xaùc ñònh C cuûa keânh.
Giaûi: Ta coù:
SNR = 10log10 (S/N) theo dB
Thay soá:
20 = 10log10(S/N)
Do ñoù:
S/N = 100
Vaäy: C = 3000 log2{1+100} = 19 963 bps
DUNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN
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
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)
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
CAÙP SONG HAØNH
b) Ví duï moät sôïi caùp song haønh
Boä noái ñaàu cuoái
DTE DCE
a) Caëp caùp song haønh ñôn
Nhieãu töø 
nguoàn ngoaøi
Nhieãu 
xuyeân aâm
ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA CAÙP 
SONG HAØNH
• Laø moâi tröôøng truyeàn daãn ñôn giaûn nhaát vaø coù 
chaát löôïng keùm nhaát, lyù do:
- Khoâng choáng ñöôïc nhieãu töø beân ngoaøi.
- Aûnh höôûng lôùn cuûa nhieãu xuyeân aâm
• Khoaûng caùch truyeàn khoaûng 50 m.
• Toác ñoä bít khoaûng 19,2 Kbit/s.
• Ví duï söû duïng caùp song haønh: keát noái modem 
(DCE = Data circuit equipment) vôùi maùy tính 
(DTE = Data terminal equipment) khi truyeàn soá 
lieäu qua maïng PSTN.
ÖÙNG DUÏNG CAÙP SONG HAØNH
Computer A Computer B
AP
Phaân heä TSL
AP
Phaân heä TSL
Lieân keát qua maïng PSTN söû duïng Modem
Modem ModemPSTN
Caùp song haønh
Line ñieän thoai coá ñònh
CAÙP XOAÉN ÑOÂI
a) Caëp caùp xoaén ñoâi
b) Sôïi caùp xoaén nhieàu ñoâi – loaïi 
khoâng voû baûo veä (UTP)
Voû Polyme
c) Sôïi caùp xoaén nhieàu ñoâi – loaïi coù 
voû baûo veä (STP)
Voû baûo veä Voû boïc ngoaøi
CÁP XOẮN ĐÔI
(Twisted pair cable)
ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA CAÙP 
XOAÉN ÑOÂI 
• Laø moâi tröôøng truyeàn daãn coù chaát löôïng toát hôn 
caùp song haønh, lyù do:
- Choáng ñöôïc nhieãu xuyeân aâm
- Caùp STP haïn cheá ñöôïc nhieãu töø beân ngoaøi
• Toác ñoä bít khoaûng 10Mbit/s vôùi khoaûng caùch 
100m vaø coù theå taêng leân khi khoaûng caùch giaûm 
xuoáng. 
• Ví duï söû duïng caùp xoaén ñoâi: loaïi maïng 10BaseT 
trong chuaån Ethernet
• Giaù thaønh khoâng cao laém, deã thi coâng.
39
VÍ DUÏ MAÏNG SÖÛ DUÏNG CAÙP XOAÉN
Maïng duøng Hub Maïng duøng Hub vaø Switch
Caùp xoaén ñoâi
CAÙP ÑOÀNG TRUÏC
Lôùp Polyme
Voû kim loaïi
Loõi
Voû boïc ngoaøi
Caáu taïo cuûa caùp ñoàng truïc
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)
CÁP ĐỒNG TRỤC
(Coaxial cable)
CÁP ĐỒNG TRỤC
(Coaxial cable)
ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA CAÙP ÑOÀNG TRUÏC
• Laø moâi tröôøng truyeàn daãn coù chaát löôïng toát hôn 
caùp xoaén ñoâi, lyù do:
- Khoâng coù nhieãu xuyeân aâm
- Haïn cheá ñöôïc nhieãu töø beân ngoaøi
• Toác ñoä bít coù theå ñaït ñeán 100Mbit/s. 
• Ví duï söû duïng caùp đồng trục: loaïi maïng 
10Base2, 10Base5 trong chuaån Ethernet
• Giaù thaønh cao, khoù thi coâng.
Maïng söû duïng caùp ñoàng truïc: 
Ethernet/802.3
Hub
Hosts
Host
10Base2—Thin Ethernet
10Base5—Thick Ethernet
10BaseT—Twisted Pair
Caùp ñoàng truïc
CÁP QUANG
(Fiber optic cable)
 Cáp quang gồm 3 loại chính
 Step index multimode
 Khoảng cách lên đến 500m
 Graded index multimode
 Khoảng cách lên đến 1000m
 Single mode
 Khoảng cách lên đến vài km
ÑAËC ÑIEÅM CÔ BAÛN CUÛA CAÙP SÔÏI QUANG
• Tín hieäu truyeàn daãn laø soùng aùnh saùng theo 
nguyeân taéc chôùp (bit 1) vaø taét (bit 0).
• Laø moâi tröôøng truyeàn daãn coù chaát löôïng toát nhaát 
do caùp quang khoâng bò nhieãu bôûi soùng ñieän töø.
• Toác ñoä bít coù theå ñaït ñeán haøng Gbit/s vôùi 
khoaûng caùch truyeàn raát xa. 
• Thöôøng söû duïng ôû caùc maïng truïc
CÁP QUANG
(Optical fiber cable)
 Sử dụng trong các
hệ thống truyền dữ
liệu yêu cầu tốc độ
cao, băng thông
rộng
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
CÁP QUANG
(Fiber optic cable)
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
VI BA VỆ TINH
(Satellite Microwave)
 Được sử dụng trong
 Phát thanh, truyền hình
 Điện thoại đường dài
 Mạng cá nhân (Private
Network)
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)
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,)
SÓNG RADIO
HỒNG NGOẠI
(Infrared)