CHƯƠNG 1:
CÁC PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN VÀ LỚP VẬT LÝ
= 10, suy hao = 30. Công suất tín = 0,25. Giã sử công suất nhiễu tại ngõ ra kênh truyền
Bài 1: 1: Cho kênh truyền có băng thông hiệu tại ngõ vào kênh truyền là là .
= 0,25
/
a) Tính tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ ra kênh truyền theo dB. b) Tính dung lượng kênh truyền. c) Nếu kênh truyền trên được sử dụng để truyền tín hiệu hiệu video với tốc độ 24 hình/giây, hình/giây, kích thước mỗi khung hình là 480x320 và mỗi pixel được mã hóa bằng 12 bit. Hỏi có thể truyền được nguồn video trên kênh truyền đã cho hay không ? Giải
= 0,25 = 0,25 × 10. Công suất tại ngõ ra kênh truyền là: = ÷ 10 = 2,5 × 10 ,× Tỉ số tín hiệu trên nhiễu: = ,× = 1000 = 30. a)
b) Dung lượng kênh truyền:
= × 1 + = 10 × 10 ×(1+1000) = 99, 99,67 × 10 = 99,67. 480 × 320 × 24 × 12 = 44 44,24 < c) Dung lượng của tín hiệu video: = 48 →Có thể truyền được nguồn video trên kênh truyền đã cho. Bài 2: Một đường truyền có dải thông từ 0 đến 1,5MHz, dài 5 km. Công suất tín hiệu lan truyền qua đường dây bị suy giảm 10dB/km (10 lần/km). Nhiễu tác động lên đường truyền là nhiễu trắng và mật độ công suất nhiễu đo được tại đầu cuối đường truyền là 10mW/kHz khi không có tín hiệu vào. Dữ liệu cần truyền qua đường truyền có tốc độ 8,192Mbps. a) Xác định công suất tối thiểu đặt đầu vào đường truyền. b) Xác định số ký hiệu của tín hiệu truyền trên đường truyền này. Giải
10/ = 10/ a) Suy hao: = 10 . = × 10 = 15 15. = 8,8,192 × 10 = × 1 + → = 43,06. Công suất nhiễu đặt vào cuối đường truyền:
Công suất tối thiểu đặt đầu cuối đường truyền:
() = × = 43,06×15 = 645,9. Công suất tối thiểu đặt đầu vào đường truyền:
() = × () = 10 ×645,9 = 64,59. b) = 2 () = 8,192 → = 8. Bài 3: Vẽ dạng tín hiệu phát lên đường truyền cho các hệ thống sử dụng các loại mã NRZ, RZ, Manchester, AMI, HDB3, B8ZS khi chuỗi bit phát là: 0100 0011 0000 0000 1010. Giả sử bộ phát ở trạng thái vừa được khởi động. Nhận xét các thông số: Băng thông, khả năng đồng bộ, thành phần DC của các bộ mã trên. Cho ví dụ về việc sử dụng bộ mã trong các hệ thống truyền dẫn thực tế. Giải
NRZ_L 0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
NRZ_L Điện áp âm cho bit 1 và điện áp dương cho bit 0.
NRZ_I
Băng thông tốt, dễ dàng thực hiện. Nhưng có thành phần DC, thiếu khả năng đồng bộ. Chúa các thành phần tần số thấp, không có khả năng sữa lỗi, không có thành phần clocking để dễ dàng đồng bộ hóa. Được sử dụng trong máy ghi từ, thường không được sử dụng cho truyền dẫn. 0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
NRZ_I Ngõ vào tùy mức điện áp, bit 1 đảo thì đảo trạng thái.
0
RZ 1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
Thực hiện đơn giản, xuất hiện vạch phổ ở mức ký hiệu mà có thể được sử dụng như tín hiệu của xung clock. Tuy nhiên xuất hiện dòng 1 chiều DC, không có khả năng sữa lỗi khi xuất hiện nhiễu, băng thông sử dụng gấp 2 lần so với NRZ, tính không trong suốt.
Manchester
Đồng bộ ở cạnh xung giữa bit, không có thành phần DC. Phát hiện sai khi có mặt của cạnh xung không mong muốn. Tuy nhiên, ít nhất có 1 cạnh xung cho mỗi bit. Tốc độ điều chế cực đại gấp 2 lần NRZ. Cần băng thông rộng hơn. 0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
AMI
Không mất đồng bộ nếu có 1 chuỗi bit 1, không có tích lũy thành phần DC, băng tần thấp, dễ phát sai. Tuy nhiên không đảm bảo đồng bộ bit nếu chuỗi bit 0 kéo dài. 0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
Bit 1 đầu trạng thái tùy chọn. Ở đây chọn mức cao.
HDB3
Không chứa thành phần DC, chiếm ít băng thông hơn, có khả năng phát hiện lỗi, là tín hiệu trong suốt. Dùng trong hệ thống 2Mbps và 34Mbps. Được sử dụng trong mạng WAN 0
1
0 X
0 0
0 0
0 V
1
1
0 X
0 0
0 0
0 V
0 X
0 0
0 0
0 V
1
0
1
0
B8JS
Không hiệu quả bằng NRZ. Mỗi thành phần tín hiệu biểu diễn chỉ 1 bit. Máy thu phải phân biệt được 3 mức tín hiệu. Cần công suất cao hơn 3dB với cùng xác suất lỗi bit. 0
1
0
0
0
0
1
1
0 0
0 0
0 0
0 V
0 1
0 0
0 V
0 1
1
0
1
0
Bài 4: Vẽ dạng tín hiệu điện trên đường truyền của luồng dữ liệu sau: 01101010011 Trong trường hợp truyền theo chuẩn TTL, RS232, RS422, RS485 (trên 2 dây +/-). Cho biết ưu khuyết điểm của từng dạng tín hiệu. Giải
TTL 0
5V 0V
RS422
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
Ưu điểm: triệt nhiễu đồng pha. +5
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
-5 : Dây 1. : Dây 2.
RS485
Cho phép giao tiếp đa điểm theo dạng bus. Số trạm slave có thể lên đến 255. Khoảng cách tối đa 1200m với tốc độ 100kbps. Khoảng cách 15m với tốc độ lên đến 10Mbps. 0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
+3 -1 : Dây A. : Dây B.
RS232
Tốc độ truyền < 20Kbps với khoảng cách < 15m. 0
1
1
0
1
0
1
1
1
+7 -7 Bài 5: Tìm băng thông của tín hiệu điều chế FSK với tần số FL = 49Khz và FH = 50Khz, tốc độ bit 2000bps. Cho biết ưu, khuyết điểm của từng dạng tín hiệu. Giải
Trong 1 giây truyền được 2000 bit
→ = 2ℎ. → độ rộng: =
Băng thông: B = 50 + 2 – (49 - 2) = 5Khz.
ASK
Ưu: Có sơ đồ đơn giản, được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật điện báo.
FSK
Ưu: Sai số ít hơn phương pháp ASK. Nhược điểm: Có sơ đồ phức tạp hơn ASK.
PSK
Ưu: Sai số ít hơn phương pháp FSK, sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật radio số. Nhược điểm: Sơ đồ điều chế có độ phức tạp.
8PSK
Ưu: Sai số ít. Nhược điểm: Việc điều chế có độ phức tạp rất cao. Bài 6: Trình bày đặc điểm và phạm vi ứng dụng của các môi trường truyền dẫn cáp xoắn CAT5/5e, CAT 6 – cáp đồng trục RG58, RG59 – cáp quang – vi ba mặt đất – vệ tinh. Giải
Cáp Cat 5/5e: (viết tắt của Category 5, enhanced) là loại cáp tương tự như cáp Cat. 5 nhưng đáp ứng được các tiêu chuẩn cao hơn trong việc truyền dữ liệu. Trước đây, Cat. 5 rất phổ biến trong các hệ thống mạng, tuy nhiên ngày nay Cat. 5e gần như thay thế hoàn toàn Cat. 5 trong quá trình lắp đặt mới. Hơn nữa, Cat. 5e ít bị nhiễu chéo (crosstalk) hơn so với Cat. 5 và hỗ trợ ứng dụng Gigabit Ethernet (tốc độ truyền tín hiệu 1000 Mbps). Cáp Category 5: là loại cáp cơ bản nhất gồm loại không bọc giáp (UTP) và bọc giáp (FTP); các dây dẫn đồng của cáp thường là lõi đặc (solid) hoặc lõi bện (stranded). Cáp lõi đặc được dùng khi dữ liệu được truyền ở khoảng cách xa, trong khi đó cáp lõi bện thường được sử dụng làm cáp đấu nối (patch cord). Băng thông cáp Cat. 5 lên đến 100 Mhz và hoàn toàn đáp ứng các ứng dụng 10/100 Mbps Ethernet. Category 6: là loại cao cấp hơn và cung cấp hiệu suất tốt hơn. Cũng giống như Cat. 5 và Cat. 5e, Category 6 được làm từ bốn đôi dây đồng và mỗi đôi dây được xoắn với nhau; nhưng khả năng của nó vượt xa các loại cáp khác vì sự khác biệt về cấu trúc: lõi chữ thập (cross filler) dọc theo chiều dài dây. Nhờ có cross filler, 4 đôi dây được cô lập hoàn toàn; điều này làm giảm nhiễu chéo (cross-talk) và cho phép truyền dữ liệu tốt hơn. Ngoài ra, Cat. 6 có băng thông 250 MHz hơn gấp đôi so với Cat. 5e (100 MHz) và có thể hỗ trợ ứng dụng 10 Gigabit Ethernet với khoảng cách tối đa là 37m. Cáp RG-58: được thiết kế đặc biệt để hoạt động với hầu hết các hệ thống radio hai chiều. Hệ thống thông tin này khác so với những thiết bị thu quảng bá thông thường bởi vì các thiết bị thông thường chỉ có thể nhận dữ liệu từ một điểm cuối.Trong trường hợp hệ thống radio hai chiều tạo ra bởi cáp RG-58, nội dung dữ liệu di chuyển theo cả hai hướng. Máy radio có thể thu và phát dữ liệu cùng một lúc. Nó còn được gọi là “máy thu phát”. Cáp RG-58 còn có thể được sử dụng ởnhững tần số cao hơn. Tuy
nhiên khoảng tần số này khá hẹp. Độ suy hao tín hiệu phụ thuộc vào tần số: từ0.11 dB/m tại 50 MHz đến 1.4 dB/m tại 2 GHz. Cáp đồng trục sử dụng để phát tín hiệu năng lượng thường có đường kính ¼ inch. Việc đi dây cáp Ethernet sử dụng RG-58 đôi khi được gọi là “cheapernet”, vì nó thu hút các kết nối tín hiệu năng lượng thấp. Cáp RG-59: dùng cho đường xa, dây cáp nhỏ dùng cho đường gần, tốc độ truyền tin qua cáp đồng trục có thể đạt tới 35 Mbit/s.Ngoài ra dây cáp đồng trục còn chia làm 2 loại là loại cứng và loại dẻo.Loại cứng thì có một lớp bảo vệ dày đặc còn loại dẻo thì là một viền bảo vê,thường là một dây đồng.Sự suy giảm và trở kháng của dung môi ảnh cũng có ảnh hưởng quan trọng đến tính năng của cáp.Dung môi có thể đặc hoặc rỗng. Tận cùng của cáp là một đầu kết nối RF. Vì trường điện từ mang tín hiệu chỉ tồn tại trong khoảng không giữa bên trong và dây dẫn ở phía ngoài, nên nó không bị suy giảm hay chịu ảnh hưởng của phát xạ nhiễm điện từ.Do đó cáp đồng trục được sử dụng như một đường truyền tần số cao để truyền tải những tín hiệu cao tần hoặc một dải rộng tín hiệu. Cáp quang: là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu. Cáp quang dài, mỏng thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao (đây là tốc độ truyền dữ liệu, phân biệt với tốc độ tín hiệu) và truyền xa hơn. Phát: Một điốt phát sáng (LED) hoặc laser truyền dữ liệu xung ánh sáng vào cáp quang. Ưu điểm: sử dụng cảm ứng quang chuyển xung ánh sáng ngược thành data. Cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm. Độ suy dần thấp hơn các loại cáp đồng nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn km. Cài đặt đòi hỏi phải có chuyên môn nhất định. Cáp quang và các thiết bị đi kèm rất đắt tiền so với các loại cáp đồng. Vi ba mặt đất: có tần số từ 1GHz đến 1000GHz. Nhưng trước đây củng bao gồm cả những tần số thấp hơn. Có 2 dạng viba: viba tương tự và viba số. Nếu đường truyền xa hoặc gắp chướng ngại vật, người ta sử dụng các trạm chuyển tiếp, chỉ thu nhận tín hiệu, khuếch đại, rồi tái phát lại. Trong thực tế, người ta sử dụng chỉ vài dãi tần viba mà thôi. Vùng tần số thấp có băng thông hẹp sử dụng cho các hệ thộng nhỏ. Vùng tần số cao > 12GHz suy hao tăng do mưa. Khả năng sử dụng tối ưu dải tần của sóng mang. Vệ tinh: là kỹ thuật tiếp sức vô tuyến vi ba bên cạnh thông tin cáp quang biển trong truyền dẫn điểm điểm cố định. Nó cũng được dùng trong các ứng dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm tay và cho cả tivi và quảng bá khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tế hoặc không thể. Bài 7: Một biến ngẫu nhiên Gauss có trung bình 4V, độ lệch chuẩn là 1,2V. Tìm xác suất tín hiệu trong tầm .
1 −7 Giải Ta có : = 3 ; = 1,2. 3 = 1,2 = (2,5) = 10, = 3,5 × 10
Bài 8: Một nguồn nhiễu Gauss có trung bình 1V, độ lệch chuẩn 0,2V. Tìm phần trăm thời gian để nguồn tin này tạo ra điện áp nhỏ hơn 0,5V. Giải
= 1 = 0,2 0,5 = = 0,2 = (2,5) = 10, = 0,35%
Ta có: ; . Phần trăm thời gian để nguồn tin này tạo ra điện áp nhỏ hơn 0,5V: Bài 9: Một nguồn nhiễu Gauss có trung bình 0, giá trị hiệu dụng 0,2V. Tìm xác suất nhiễu vượt quá 1V. Ước lượng xác xuất điện áp nhiễu vượt quá 0,35V. Giải . ; Xác suất nhiễu vượt quá 1V:
= 1 = 0,2 = 0,21 = (5) = 10 = 0,35; = 0,2. Xác suất nhiễu vượt quá 0,35V: 0,35 = 0,2 = (1,75) = 10, = 0,02.
Bài 10: Liệt kê vài nguyên nhân chính dẫn đến tín hiệu bị méo dạng khi truyền trên đường truyền.? Giải Các mạch lọc chế tạo không hoàn hảo Do môi trường truyền : - Dây kim loại : tần số càng cao tiêu hao càng nhiều nhưng độ tăng không đều mà lượn nét, mấp mô. - Môi trường vô tuyến. Bài 11: Giả sử đường dây điện thoại có băng thông 3100Hz. Giả sử đường truyền không nhiễu và có dung lượng kênh là 19200bps. Hãy cho biết có tối đa bao nhiêu ký tự khác nhau có thể được truyền trên đường truyền. Giải Áp dụng công thức:
× = 2() = 19200 ↔ = 2 = 2 ≈ 8
Bài 12: Cho một đường truyền có băng thông 4000Hz, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu theo công suất là 18dB. Xác định tốc độ tin lý thuyết có thể đạt được? Giải Ta có: .
18 = 10 = 63 → = 1 + = 4000 × (1+63) = 2400.
