Đường Truyền Vô Tuyến Tần Số Thấp

Dễ lắp đặt, giá thành rẻ đồng thời có thể truyền với quãng đường khá xa mà không cần Repeater.

Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng:

- Đường truyền thoại với khoảng cách xa, đường truyền hình.

- Mạng truyền hình cáp

- Mạng cục bộ LAN

- Đường trục nối các hệ thống

3.1.4. Cáp sợi quang

Một cáp quang bao gồm một sợi thuỷ tinh cho mỗi tín hiệu được truyền, được bọc bởi một lớp phủ bảo vệ ngăn ngừa bất kỳ nguồn sáng nào từ bên ngoài. Tín hiệu ánh sáng được phát ra bởi một bộ phát quang, thiết bị này thực hiện chuyển đổi các tín hiệu điện thông thường từ một đầu cuối dữ liệu thành tín hiệu quang. Một bộ thu phát được dùng để chuyển ngược lại (từ quang sang điện) tại máy thu. Thông thường bộ phát quang là diode phát quang hay laser thục hiện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Các bộ thu dung các photodiode cảm quang hay photo transistor.

Chiết suất của một môi trường trong suốt n được xác định bởi tỷ số giữa vận tốc ánh sáng lan truyền trong chân không với vận tốc ánh sáng lan truyền trong môi trường ấy.

n c

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 210 trang tài liệu này.

n: là chiết suất của môi trường không có đơn vị v: là vận tốc ánh sáng trong môi trường, (m/s) c: là vận tốc ánh sáng trong chân không, (m/s)

(3.1)

Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần

Hình 3.3. Hiện tượng phản xạ, khúc xạ

(3.2)

(3.3)

(3.4)

Bản thân sợi quang gồm hai phần: lòi thuỷ tinh và lớp thuỷ tinh có hệ số bức xạ thấp, xem hình 3.4(a). Ánh sáng lan truyền dọc theo lòi thuỷ tinh theo một trong ba cách phụ thuộc loại và bề mặt của vật liệu lòi được dùng. Ba chế độ truyền được mô tả trên hình 3.4(b). Trong chế độ đa mode khúc xạ multimode stepped index - vật liệu phủ và lòi khác nhau nhưng hệ số khúc xạ ổn định không thây đổi. Tất cả các ánh sáng phát ra bởi diode có góc phát nhỏ hơn góc tới hạn được phản xạ lại giao tiếp giữa lớp phủ và lòi và lan truyền trong lòi. Tuỳ vào góc phát mà ánh sáng sẽ mất một lượng thời gian để lan truyền dọc theo dây. Do đó tín hiêu nhận được có bề rộng xung rộng hơn xung gốc. Sự phân tán có thể được hạn chế bằng cách dùng vật liệu lòi có hệ số khúc xạ thay đổi hay đa mode khúc xa tăng dần - multimode graded index, ánh sáng bị khúc xạ một lượng lớn khi di chuyển ra xa lòi. Điều này làm hẹp bề rộng xung của tín hiệu nhận, nhỏ đó cho phép ra tăng tốc độ bit.

(a)

Core: Lòi thủy tinh

Cladding: Lớp thủy tinh ngoài

Buffer or Primary Coating: Lớp đệm hoặc lớp vỏ bảo vệ thứ nhất Secondary Coating: Lớp vỏ bảo vệ thứ hai.

(b)

Hình 3.4. Nguyên lý cáp sợi quang: (a) Cấu trúc cáp; (b) Các chế độ truyền dẫn Một cải tiến cao hơn có thể đạt được bằng cách giảm đường kính lòi đến chiều

dài bước sóng đơn (3-10 m) để tất cả ánh sáng phát ra sẽ truyền theo một hướng dọc ống dẫn sóng (sợi quang cũng thường được gọi là ống dẫn sóng), và sợi quang dùng phương pháp này gọi là sợi đơn mode_monomode fiber, nhờ vậy bề rộng xung nhận được sẽ xấp xỉ bề rộng xung gốc, nhờ đó tăng được tốc độ truyền.

Cáp sợi quang có những ưu điểm sau:

- Băng thông rộng

- Kích thước nhỏ, trọng lượng nhỏ

- Suy hao thấp và đều

- Tránh được nhiễu điện từ

- Không gây nhiễu với các hệ thống khác

- Tính bảo mật tín hiệu khi truyền cao

- Không bị ăn mòn trong các môi trường oxi hoá

Cáp sợi quang có một số phạm vi ứng dụng quan trọng:

- Các đường trung kế đường dài

- Các trung kế đường trục

- Các trung kế tổng đài nông thôn

- Mạch vòng nội hạt

- Mạng LAN

Hình 3.5. Cáp sợi quang

Hình 3.6. Hàn cáp sợi quang

3.1.4. Đường truyền vệ tinh

Tất cả các môi trường truyền được thảo luận ở trên đều dùng một đường dây vật lý để mang thông tin truyền. Thông tin cũng có thể được truyền bằng cách dùng sóng điện từ qua không gian tự do như trong các hệ thống thông tin vệ tinh. Một chùm sóng vi ba trực xạ trên đó mang số liệu đã được điều chế, được truyền đến vệ tinh từ trạm mặt đất. Chùm sóng này được thu và được truyền lại đến các đích xác định trước nhờ một mạch tích hợp thường được gọi là transponder. Một vệ tinh có nhiều transponder, mỗi transponder đảm trách một băng tần đặc biệt. Mỗi kênh vệ tinh thông thường đều có một băng thông cực cao (500MHz) và có thể cung cấp cho hàng trăm liên kết tốc độ cao thông qua kỹ thuật ghép kênh.

Các vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường thuộc dạng địa tĩnh, có nghĩa là vệ tinh bay hết quĩ đạo quang trái đất mỗi 24 giờ nhằm đồng bộ với sự quay quanh mình của trái đất và do đó vị trí của vệ tinh là đứng yên so với mặt đất. Quĩ đạo của vệ tinh được chọn sao cho đường truyền thẳng với trạm thu phát ở mặt đất, mức độ chuẩn trực của chùm sóng truyền lại từ vệ tinh có thể không cao để tín hiệu có thể được tiếp nhận trên một vùng rộng lớn, hoặc có thể hội tụ tốt để chỉ thu được trên một vùng giới hạn. Trong trường hợp thứ hai tín hiệu có năng lượng lớn cho phép dùng các bộ thu có đường kính nhỏ hơn thường gọi là chảo parabol, là các đầu cuối có độ mở rất nhỏ hay VSAT (Very Small Aperture Terminal). Các vệ tinh được dùng rộng rãi trong các ứng dụng truyền số liệu từ liên kết các mạng máy tính của quốc gia khác nhau cho đến cung cấp các đường truyền tốc độ cao cho các liên kết truyền tin giữa các mạng trong

(a)

Antenn

Up link

Down link

Tr¹m

cùng một quốc gia.

Quả đất

Trạm trung tâm

Hình 3.7. Truyền dẫn vệ tinh: (a) Điểm nối điểm (b) Đa điểm

Một hệ thống thông tin vệ tinh thông thường được trình bày trên hình 3.6 chỉ trình bày một đường dẫn đơn hướng nhưng là đường song công được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng thực tế với các kênh đường lên (up link) và kênh đường xuống (down link) liên kết với mỗi trạm mặt đất hoạt động với tần số khác nhau. Các cấu hình thông dụng khác có liên quan đến trạm mặt đất trung tâm, trạm này liên lạc với một số trạm VSAT phân bố trên phạm vi quốc gia. Dạng tiêu biểu có một máy tính nối đến mỗi trạm VSAT và có thể truyền dữ liệu với máy tính trung tâm được nối đến trạm trung tâm như trên hình 3.7(b). Thông thường, điểm trung tâm truyền rộng rãi đến tất cả các VSAT trên một tần số nào đó, trong khi ở hướng ngược lại mỗi VSAT truyền đến trung tâm bằng tần số khác nhau.

Để truyền thông tin với một VSAT nào đó, trung tâm sẽ quảng bá thông điệp với danh định của VSAT đặt tại đầu của thông điệp. Trong hoạt động thông tin vệ tinh, tại đây sẽ quảng bá chúng đến các đối tác tham gia. Với thế hệ vệ tinh kế tiếp mạnh hơn,

sẽ có khả năng định tuyến trên vệ tinh mà không cần đến trạm trung tâm và còn có thể liên lạc trực tiếp giữa các VSAT.

Ứng dụng:

Sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền hình, truyền thông qua vệ tinh dạng điểm - điểm ngoài ra còn được sử dụng trong các đường trung kế giữa các tổng đài trong mạng điện thoại công cộng.

Phát triển mạnh mẽ trong mạng thông tin di động. Để phục vụ mục đích này các thiết bị đầu cuối được thu nhỏ, rẻ, được phát triển và đặc biệt là khả năng truyền hai chiều toàn phần.

Truyền số liệu trong mạng thương mại. Vệ tinh có thể chia tổng dung lượng của nó thành các kênh và cung cấp các đó cho người sử dụng. Người sử dụng tùy theo antena của mình có thể dùng các kênh vệ tinh cho mạng riêng.

3.1.5. Đường truyền vi ba

Các liên kết vi ba mặt đất được dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết thông tin khi không thể hay quá đắt tiền để thực hiện một môi trường truyền vật lý, ví dụ khi vượt sông, sa mạc, đồi núi hiểm trở ... khi chùm sóng vi ba trực xạ đi xuyên ngang môi trường khí quyển, nó có thể bị nhiễu bởi nhiều yếu tố như địa hình và các điều kiện thời tiết bất lợi. Trong khi đối với một liên kết vệ tinh thì chùm sóng đi qua khoảng không gian tự do hơn nên ảnh hưởng của các yếu tố này ít hơn. Tuy nhiên, liên lạc vi ba trực xạ xuyên môi trường khí quyển có thể dùng một cách tin cậy cho cự ly truyền dài hơn 50km.

Phạm vi truyền từ 30Mhz - 1Ghz rất có hiệu quả cho thông tin liên lạc. Sóng radio không nhạy với mưa và ít chịu ảnh hưởng với các điều kiện thời tiết khác. Tuy nhiên sóng radio lại chịu ảnh hưởng của phản xạ của mặt đất, mặt nước, vật cản giữa các antena. Mặt khác so với viba tốc độ truyền của sóng radio không cao chỉ cỡ từ Kbps - Mbps

Ứng dụng:

AM Radio, Radio sóng ngắn, Radio FM, TV VHF, TV UHF, radio gói (một loại thông tin dữ liệu số).

3.1.6. Đường truyền vô tuyến tần số thấp

Sóng vô truyến tần số thấp cũng được dùng để thay thế các liên kết hữu tuyến có cự ly vừa phải thông qua các bộ thu phát khu vực. Ví dụ kết nối một số lớn các máy tính thu thập số liệu bố trí trong một vùng đến một máy tính giám sát số liệu từ xa, hay kết nối các máy tính trong một thành phố đến máy cục bộ hay ở xa.

Có lẽ rất tốn kém khi lắp đặt các cáp hữu tuyến cho các ứng dụng như vậy. Sóng vô tuyến thường được dùng để thực hiện các liên kết không dây giữa một điểm

kết cuối hữu tuyến và các máy tính phân tán. Một trạm phát vô tuyến được gọi là trạm cơ bản (base station) được đặt tại điểm kết cuối hữu tuyến, như trên hình 3.8(a), cung cấp một liên kết không dây giữa mỗi máy tính và trung tâm.

Cần nhiều trạm cơ bản cho các ứng dụng yêu cầu phạm vi rộng và mật độ phân bố user cao. Phạm vi bao phủ của mỗi trạm cơ bản là giới hạn, do sự giới hạn nguồn phát của nó, nó chỉ đủ kênh để hỗ trợ cho toàn bộ tải trong phạm vi đó. Phạm vi rộng hơn có thể được thực hiện bằng cách tổ choc đa trạm theo cấu trúc tế bào (cell), xem hình 3.8(b).Trong thực tế, kích thước của mỗi tế bào thay đổi và được xác định bởi các yếu tố như mật độ đầu cuối và địa hình cục bộ.

Mỗi trạm cơ bản dùng một dải tần khác với trạm kế. Tuy nhiên, vì vùng phủ của mỗi trạm có giới hạn nên có thể dùng lại băng tần của nó cho các phần khác của mạng. Các trạm cơ bản được kết nối thành mạng hữu tuyến. Thông thường, tốc độ truyền dữ liệu của mỗi máy tính trong một tế bào (cell) đạt được vài chục kbps.

Dạng tổ chức tương tự có thể được dùng trong một tòa cao ốc để cung cấp các liên kết không dây cho thiết bị máy tính trong mỗi phòng. Trong các trường hợp như vậy, một hay nhiều trạm cơ bản sẽ toạ lạc trên mỗi tầng nhà và kết nối đến mạng hữu tuyến. Mỗi trạm cơ bản cung cấp các liên kết không dây đến mạng hữu tuyến cho tất cả các máy tính thuộc phạm vi của nó. Nhờ vậy sẽ không còn phải bận tâm với việc chạy dây khi một máy tính được lắp đặt mới hay bỏ đi, nhưng cần phải cung cấp một đơn vị vô tuyến để chuyển số liệu sang dạng tín hiệu vô tuyến và ngược lại. Tốc độ truyền thường thấp hơn đường hữu tuyến.

vùng phủ sóng của trạm thu phát

máy tính mạng cố định

Hình 3.8. Truyền dẫn vô tuyến theo khu vực: (a) Một tế bào, (b) Đa tế bào

3.2. Kỹ thuật ghép kênh

Giữa terminal A và terminal B có nhiều thiết bị truyền và nhận đồng thời với nhau. Ta có thể mắc đường dây song song để đồng thời cùng truyền và nhận. Nếu ta tạo ra một thiết bị để phân phối đường truyền thông tin thì ta có thể tận dụng được đường truyền, đồng thời cũng giảm được số đường dây nối giữa A và B.

Trên thực tế, có 2 cách thực hiện việc đó: bộ ghép kênh và bộ tập trung.

Ghép kênh là tập hợp các kỹ thuật cho phép truyền liên tục nhiều tín hiệu trên một đường truyền duy nhất.

Để có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng dải nền (nhiều kênh) trên một đường truyền mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau, người ta phải gộp kênh.

Trong hệ ghép kênh, n thiết bị chia sẻ dung lượng của đường kết nối, như trong hình 3.8. Ba thiết bị chuyển dữ liệu truyền qua bộ ghép kênh (MUX: multiplexer) nhằm tổ hợp chúng thành một dòng truyền duy nhất. Tại nơi nhận, dòng dữ liệu này được đưa đến bộ phân kênh (DEMUX: Demultiplexer) rồi chuyển chúng đến từng thiết bị tương ứng.