Bài giảng Truyền số liệu - Chương 7: Môi trường truyền dẫn - Nguyễn Việt Hùng

ư vi ba mặt đất, trong đó vệ tinh đóng vai trò một anten và bộ tiếp 
vận (hình 34). Do truyền thẳng nên yếu tố về độ cong bề mặt của trái đất là ít quan trọng, nên 
dạng thông tin này thích hợp cho truyền dNn liên lục địa và xuyên đại dương. 
 Hình 7.22 
 Vệ tinh địa tĩnh: 
 Để bảo đảm thông tin, thì vệ tinh nhất thiết phải có cùng tốc độ với mặt đất, yêu cầu có 
vệ tinh địa tĩnh (hình 35). Quĩ đạo địa tĩnh vào khoảng 22.000 dặm so với mặt đất. Cần có ba 
vệ tinh để phủ sóng toàn cầu. 
 Tần số dùng trong thông tin vệ tinh: 
 Dải tần này ở tầm GHz, dùng hai tần số thu-phát khác nhau (uplink: từ mặt đất lên vệ 
tinh và downlink: từ vệ tinh xuống), như bảng B.2 
 Hình 7.23 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 103 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 Band Downlink Uplink 
 C 3.7 to 4.2 GHz 5.925 to 6.425 GHz 
 Ku 11.7 to 12.2 GHz 14 to 14.5 GHz 
 Ka 17.7 to 21 GHz 23.5 to 31 GHz 
7.2.5 ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG (cellular telephony): 
 Được thiết kế nhằm cung cấp kết nối ổn định giữa một máy di động và trạm cố định. 
N hà cung cấp cần theo bám được thuê bao, chỉ định kênh truyền, và chuyển tín hiệu cuộc gọi 
từ kênh này sang kênh khác khi thuê bao di chuyển khỏi tầm phủ sóng của một trạm. 
 Từ đó có yêu cầu chia vùng dịch vụ thành nhiều tế bào. Mỗi tế bào gồm một anten và 
được một trạm điều khiển tế bào. Các trạm này được chỉ huy bởi một trạm chuyển mạch được 
gọi là MTSO (mobile telephone switching office). MTSO điều phối thông tin giữa các trạm tế 
bào và tổng đài điện thoại (central office) như hình 36. 
 Mobile telephone 
 Cell office Cell office Cell office switching office (MTSO)
 cell cell cell
 Cell office Cell office Cell office
 cell cell cell
 Cell office Cell office Cell office
 cell cell cell
 Hình 36
 Volume Telephone central 
 AB C DE F
 Shift Transfer
 12 3
 GHI JK L MNO
 Test Cast
 4 5 6
 PQRS TUV WXYZ
 Mut e Dr op
 7 8 9
 Speaker Hold
 * 0 # office
 Land phone 
 Hình 7.24 
 Kích thước các tế bào có thể thay đổi tùy thuộc số máy phụ trách. Trung bình là 1 đến 
12 dặm. Công suất phát các trạm cũng được bố trí hợp lý để không gây nhiễu lên các tế bào 
lân cận. 
 Dải sóng dùng cho điện thoại di động: 
 Thông tin di động ban đầu dùng analog. Để giảm nhiễu, dùng phương pháp FM cho 
truyền tin giữa máy di động với tổng đài cell. FCC qui định hai dải sóng cho thông tin di động 
(hình 37). Dải tần giữa 824 và 849 MHz được dùng đầu tiên cho thông tin di động. Dải tần 
giữa 869 và 894 MHZ truyền dẫn thông tin cho điện thoại mặt đất. Các tần số sóng mang 
được phân cách từng 30 KHz, cho phép mỗi dải tần hỗ trợ đến 833 sóng mang. Tuy nhiên, do 
cần hai dải tần truyền tin cho full-duplex, làm cho băng thông mỗi dải lên đến 60 KHz, nên 
chỉ còn có 416 kênh trong mỗi dải sóng. 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 104 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 N hư vậy, mỗi dải tần chỉ còn 416 kênh FM (trong số 832 kênh). Trong đó, một sô 1 
kênh được dùng để điều khiển và setup dữ lệu thay vì cho thông tin thoại. N goài ra, để tránh 
nhiễu, các kênh được phân bố tron tế bào sao cho các kênh kề nhau không dùng cùng một 
kênh. Giới hạn này làm cho mỗi tế bào thường chỉ sử dụng 40 kênh. 
 Hình 7.25 
 Truyền: 
 Để thiết lập cuộc gọi với máy bàn, thuê bao di động dùng mã gồm từ 7 đến 10 digit (số 
điện thoại) và nhấn gọi. Điện thoại di động sẽ scan trong dải tần, tìm và thiết lập với kênh có 
tín hiệu mạnh nhất, rồi gửi dữ liệu (số điện thoại) đến đến cell office gần nhất dùng kênh này. 
Trạm cell tiếp vận dữ liệu đến MTSO, để MTSO gửi dữ liệu này đến tổng đài điện thoại trung 
tâm (CO: central office). N ếu bên đối tác trả lời, kết nối được thực hiện và được chuyển tiếp 
đến MTSO. Tại đây, MTSO chỉ định một kênh rỗi cho cuộc gọi và thiết lập kết nối. Điện 
thoại di động tự chỉnh định đến kênh mới và thông thoại. 
 Nhận: 
 Khi điện thoại bàn gọi di động, thì tổng đài (C.O) gởi số gọi đến cho MTSO, để MTSO 
tìm vị trí của thuê bao di động thông qua việc gởi đi tín hiệu gọi tìm tại các cell. Khi tìm được 
máy di động, MTSO gởi tín hiệu báo chuông, và nếu di động trả lời, MTSO chỉ định một 
kênh thoại dùng cho cuộc gọi, cho phép thông thoại. 
 Chuyển vùng cuộc gọi: 
 Trong quá trình kết nối khi máy di động đi từ một cell này đến một cell khác, khi đó tín 
hiệu bị yếu đi, nên MTSO sẽ giám sát mức tín hiệu trong một vài giây. Khi cường độ này 
giảm đi, MTSO sẽ tìm một cell mới thích hợp hơn để chuyển sang kênh mới. Quá trình này 
diễn ra rất nhanh nên thuê bao không kịp nhận ra. 
 Digital: 
 Dịch vụ điện thoại di động FM dùng chuyển mạch di động analog (ACSC: analog 
circuit switched cellular). Khi truyền dữ liệu số dùng dịch vụ ACSC thì cần có modem với tốc 
độ tù 9.600 đến 19.200 bps. 
 Từ 1993, nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã chuyển sang hệ thống mạng chuyển gói di động 
số (CDPD: cellular digital packet data). CDPD cung cấp dịch vụ số tốc độ thấp trong các 
mạng điện thoại đang sử dụng, trên cơ sở mô hình OSI. 
 Để tận dụng các mạng di động đang có, thí dụ như với dịch vụ chuyển mạch 56K, thì 
CDDP dùng phương pháp trisector. Đây là kết hợp của ba cell với mỗi cell là 19, 2 Kbps, để 
có tổng là 57,6 Kbps (tương thích được với đường chuyển mạch 56 K thông qua việc bỏ bớt 
một số overhead). Trong kỹ thuật này, thì nước Mỹ được chia thành 12.000 trisector. Cứ mỗi 
60 trisector, dùng một bộ định tuyến (router). 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 105 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 Kết hợp vệ tinh và máy tính: 
 Điện thoại di động đang chuyển hướng nhanh trong việc kết hợp thông tin vệ tinh với 
các hệ thống hiện hữu. Điều này cho phép thiết lập thông tin di động tại hai điểm bất kỳ trên 
trái đất. Một xu hướng khác là kết hợp thông tin di động và máy tính cá nhân được gọi là 
thông tin cá nhân di động (mobile personal communication) cho phép dùng các máy tính cá 
nhân để gởi, nhận dữ liệu, thoại, hình ảnh và video. 
7.3 TỒN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN (TRANSMISSSION IMPAIRMENT) 
 Hình 7.26 
 Có 3 dạng tổn hao: suy giảm, méo dạng, nhiễu. 
7.3.1 Suy giảm (Attenuation): Là thất thoát năng lượng. 
 - Để bù suy hao, dùng bộ khuếch đại tín hiệu. 
 - deciBel (dB): được dùng để đo độ mạnh tương đối của hai tín hiệu tại hai điểm 
 khác nhau. 
 • Khi dB âm Æ tín hiệu bị suy giảm 
 • Khi dB dương Æ tín hiệu được khuếch đại. 
 Độ suy giảm (dB )= 10log10 (PP 2 / 1 ) 
Trong đó: 
 • P1 là công suất phát (điểm 1) 
 • P2 là công suất thu (điểm 2) 
Độ Khuếch đại (dB )= 10log10 (PP 2 / 1 ) 
Trong đó: 
 • P1 là công suất vào bộ khuếch đại (điểm 1) 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 106 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 • P2 là công suất ra bộ khuếch đại (điểm 2) 
Ví dụ : Giả sử có một tín hiệu đi qua môi trường truyền, công suất bị giảm một nửa. Hãy 
tính độ suy giảm theo deciBel (dB). 
Độ suy giảm (dB )= 10log10 (PP 2 / 1 ) = 10log10 (0,5PP1 / 1 )= 10log10 (0,5)= 10( − 0,3) = − 3dB 
(-3dB tức là giảm đi 3 dB, tức là công suất giảm đi một nửa) 
Ví dụ : Tín hiệu được khuếch đại 10 lần, tức là P2 = 10P1. 
Độ khuếch đại 10log10 ( P 2 / P 1 )=10 log10 ( 10 P1 / P 1 )=10 log10 ( 10 )= 10 ( 1 ) = 10 dB 
Ví dụ: Một trong những yếu tố để sử dụng dB là dùng phép tính cộng trong quá trình tính 
toán tổn hao tại nhiều điểm nối đuôi nhau. 
 Hình 7.27 
 Tổng deciBel của đường truyền: 
 P P P P P P
10 log (PP / )= 10 log (2 3 4 )= 10[log (2 )+ log (3 )+ log (4 )]
 10 4 1 10 P P P 10 P 10 P 10 P
 1 2 3 1 2 3 
 P2 P3 P4
= 10 log10 ( )+ 10 log10 ( )+ 10 log10 ( )= − 3 + 7 − 3 = 1dB
 P1 P2 P3
tín hiệu được khuếch đại. 
7.3.2. Méo dạng (Distorsion): Là tín hiệu bị thay đổi hình dạng. 
 • Tín hiệu hỗn hợp, tạo nên từ nhiều nhiều tín hiệu tần số khác nhau. 
 • Mỗi tần số có tốc độ truyền khác nhau trong môi trường, nên tín hiệu tại điểm thu 
 khi tổng hợp lại bị méo. 
7.3.3. Nhiễu (N oise): 
+ Khái niệm: Là thành phần không mong muốn xuất hiện tại nơi thu có khả năng làm xấu tín 
hiệu. 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 107 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
+ Phân loại: nhiễu nhiệt, nhiễu cảm ứng (induced noise), nhiễu xuyên kênh (crosstalk) và 
nhiễu xung. 
 • Nhiễu nhiệt : Khi nhiệt độ thay đổi, chuyển động ngẫu nhiên của electron trong 
 dây dẫn tạo ra thêm vào các tín hiệu không do máy phát chuyển đi. Khắc phục: 
 dùng máy điều hoà. 
 • Nhiễu cảm ứng: do động cơ hay thiết bị điện, khi đó các thiết bị này hoạt động 
 giống như một anten và môi trường đóng vai trò bộ thu sóng. Khắc phục: 
 không dùng các thiết bị tạo điện từ trường trong lúc truyền số liệu. 
 • Nhiễu xuyên kênh: ảnh hưởng của một dây dẫn lên dây khác. Một dây đóng vai 
 trò anten và dây còn lại là bộ thu sóng. Khắc phục: dùng dây chống nhiễu như 
 cáp STP 
 • Nhiễu xung: Do các thiết bị công suất, tia chớp Khắc phục: dùng chống sét, 
 không đóng ngắt các thiết điện trong phòng truyền số liệu. 
7.4 HIỆU SUẤT (HIỆU NĂNG PERFORMANCE): 
 Để đo lường hiệu năng của môi trường truyền, dùng 3 khái niệm: 
 • Thông lượng (throughout), 
 • Vận tốc truyền sóng (propagation speed) 
 • Thời gian truyền sóng (propagation time) 
+Thông lượng: Là lượng dữ liệu truyền qua một điểm trong 1 giây. 
(thông lượng là số bit có thể đi qua bức tường trong một giây) 
 all
 y w
 nar
 agi
 Im
 Hình 7.28 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 108 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
+ Vận tốc truyền sóng: đo lường cự ly mà tín hiệu hoặc bit có thể đi qua môi trường 
trong một giây. Vận tốc truyền sóng của tín hiệu điện từ phụ thuộc vào môi trường và tần số 
tín hiệu. 
Thí dụ: Trong chân không ánh sáng di chuyển với vận tốc là 3.108 m/s. Tốc độ này tương tự 
như trong dây cáp đôi xoắn. Tuy nhiên, trong cáp đồng trục và cáp quang, thì tốc độ này là 
2.108 m/s cho các tần số trong dải MHz đến GHz. 
+ Thời gian truyền sóng: Thời gian cần thiết để tín hiệu hay bit đi từ một điểm này đến một 
điểm kia trong môi trường truyền. 
 Thời gian truyền = khoảng cách / Vận tốc truyền sóng. 
 Hình 7.29 
 Thời gian truyền thường được chuNn hóa sang kilomet. 
 Thí dụ, thời gian truyền trong dây cáp xoắn đôi được chuNn hóa thành km như sau: 
 Thời gian truyền = 1000m / (3 x 108 m/s) = 3,33 x 10 –6 s/m = 3,33 μs/km 
 Trong cáp đồng trục và cáp quang, thì: 
 Thời gian truyền = 1000m / (2 x 108 m/s) = 5 x 10 –6 s/m = 5 μs/km 
+BƯỚC SÓNG: 
 Độ dài sóng là một đặc tính khác của tín hiệu di chuyển trong môi trường truyền. Độ dài 
sóng ràng buộc chu kỳ hay tần số của một sóng sin đơn giản với tốc độ truyền trong môi 
trường. N ói khác đi, khi tần số tín hiệu độc lập với môi trường, độ dài sóng phụ thuộc vào cả 
tần số và môi trường. Mặc dù độ dài sóng có liên quan đến tín hiệu điện, nhưng người ta cũng 
dùng khi bàn đến ánh sáng trong cáp quang. Độ dài sóng là cự ly của tín hiệu đơn giản di 
chuyển trong một chu kỳ, như trong hình 45. 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 109 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 Wavelength
 Hình 45 At time 1
 Transmission medium
 Direction of 
 propagation
 Transmission medium
 At time 1 + T
 Hình 7.30 
 Độ dài sóng có thể được tính toán từ tốc độ truyền và chu kỳ của tín hiệu 
 Độ dài sóng = tốc độ truyền x chu kỳ 
 Mặt khác từ quan hệ giữa tần số và chu kỳ, ta có: 
 Độ dài sóng = tốc độ truyền x (1/tần số) = tốc độ truyền/tần số 
 Gọi λ là độ dài sóng, tốc độ truyền là c, và tần số là f thì: 
 λ = c/f 
 Độ dài sóng thường được đo bằng micrômét (micrôn), thí dụ độ dài sóng tia hồng ngoại 
(tần số = 4. 1014) trong không khí là: 
 λ = c/f = (3.108)/(4.1014) = 0,75 .10-6 m = 0,75 μm 
 Trong dây đồng trục hay cáp quang thì độ dài sóng thấp hơn (0,5 μm) do tốc độ truyền 
trong cáp bé hơn trong không khí. 
+ DUNG LƯỢNG KÊNH SHANNON: 
 - Dung lượng kênh: Xác định tốc độ truyền dữ liệu cực đại theo lý thuyết của một 
 kênh truyền 
 C = B log2(1+S/N) 
 Trong đó: 
 • C[bps]: Dung lượng kênh. 
 • B[Hz] : Băng thông của kênh truyền. 
 • S/N : Tỉ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu. 
 S(W): Công suất tín hiệu; N (W): Công suất nhiễu. 
 Ví dụ 4: Cho có một kênh truyền rất nhiều nhiễu (N = ∞), tỉ số S/N gần bằng 0, nhiễu 
quá mạnh làm yếu tín hiệu. N hư thế, dung lượng truyền lúc này là: 
 C = B log2(1+S/N)= B log2(1+ 0)= B log2(1)= B . 0= 0 
 Điều này tức là dung lượng kênh truyền là zêrô, bất kể băng thông, tức là ta không thể 
truyền tin qua kênh này. 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 110 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 Ví dụ 5: Tính tốc độ bit cao nhất lý thuyết của một đường cáp UTP, với băng thông 
3000Hz, tỉ số S/N là 3162 lần (35 dB). 
 N hư thế, dung lượng truyền lý thuyết cao nhất là: 
 C=Blog2(1+S/N)=3000 log2(1+3162)=3000 log2(3163)= 3000 x11,62= 
34.860bps=34,86kbps 
 N hư thế, nếu muốn tăng tốc độ truyền dữ liệu trong đường dây UTP, thì phải một là 
tăng băng thông hay cải thiện tỉ số S/N. 
 Đổi từ dB sang số lần hoặc ngược lại: 
 S/ N ( dB )= 10 log10 (S / N lan );
 S/() N dB
 10
 S/ N lan = 10 
 S/() N dB 35(dB )
 S/ N lan = 10 10 =10 10 =10 5,3 = 3162 lân
 S/ N ( dB )= 10 log10 (3162)= 35dB
Câu Hỏi: 
 • Trình bày các dạng nhiễu trong truyền dữ liệu. 
 • Trình bày sự suy giảm và méo dạng trong truyền dữ liệu. 
Bài Tập: (Xem Ví dụ) 
 • Tính độ suy hao, độ khuếch đại. 
 • Thời gian truyền. 
 • Dung lượng kênh cực đại. 
7.5 SO SÁNH CÁC MÔI TRƯỜNG TRUYỀN 
 Khi cần thiết phải đánh giá một môi trường truyền trong các ứng dụng cụ thể thì cần 
quan tâm đến 5 yếu tố sau: chi phí, tốc độ, suy hao, nhiễu điện từ trường và an toàn. 
 • Chi phí: chi phí vật tư và lắp đặt 
 • Tốc độ: là tốc độ truyền bps với độ tin cậy cao, chú ý là tốc độ thay đổi theo tần 
 số (tần số càng cao thì truyền càng nhiều bps), cũng như kích thước của môi 
 trường hay thiết bị truyền dẫn, và vấn đề điều hòa của môi trường dẫn điện. 
 • Suy hao: như đã thảo luận ở phần trên 
 • N hiễu điện từ trường: (EMI: electromagnetic interference) nói lên khả năng cảm 
 nhận của môi trường đối với năng lượng điện từ trường từ bên ngoài vào đường 
 kết nối lên trên tín hiệu truyền. 
 • An ninh: là tính bảo vệ cho an ninh khi truyền, thí dụ sóng điện trường, dây dẫn 
 điện rất dễ bị thâm nhập lậu, còn cáp quang thì khó hơn. 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 111 
Bài giảng: Truyền số liệu Chương 7: Môi trường truyền dẫn 
 Bảng so sánh nhiều dạng môi trường truyền theo các tiêu chí chất lượng vừa nêu: 
 Phương tiện Giá Tốc độ Suy hao Nhiễu Độ an 
 truyền dẫn điện từ toàn 
 (An ninh) 
 UTP Rẻ 1 – 100 Mbps N hiều N hiều Thấp 
 STP Vừa 1 – 150 Mbps N hiều Vừa Thấp 
 Cáp đồng trục Vừa 1 Mbps – 1 Gbps Vừa Vừa Thấp 
 Cáp quang Cao 10 Mbps – 2 Gbps Thấp Không Cao 
 Radio Moderate 1 – 10 Mbps Low-high High Low 
 Microwave High 1 Mbps – 10 Gbps Variable High Moderate 
 Satellite High 1 Mbps – 10 Gbps Variable High Moderate 
 Cellular High 9.6 – 19.2 Kbps Low Moderate Low 
Biên dịch: N guyễn Việt Hùng Trang 112