Bài giảng Mạng số liệu - Phân lớp vật lý

Chương 2. Phân lớp vật lý 2.1. Các vấn đề cơ bản của lớp vật lý Chứ ă ủ tầ ật lýc n ng c a ng v Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý. Một số chuẩn giao diện truyền thông 2.2. Lớp vật lý của một số mạng truyền thông Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng Mạng điện thoại di động Mạng cáp truyền hình 1 2.1. Các vấn đề cơ bản của tầng vật lý 2.1.1. Chức năng của tầng vật lý Thực hiện và chỉ định các chức năng liên quan đến các giao tiếp về điện, cơ thiết lập liên kết vật lý với mỗi đường truyền thông cũng như các quy định về cáp nối , đầu nối, mức điện áp của tín hiệu trên đường kết nối. từ lớp liên kết dữ liệu Đến lớp liên kết dữ liệu ề ẫMôi trường truy n d n Thuộc tính điện liên quan đến sự biểu diễn các bít và tốc độ truyền bít. chỉ định mức điện áp tương ứng với bít 1,0, độ dài của mỗi bít,…. Thuộc tính cơ liên quan đến các tính chất vật lý của giao diện của một đường truyền. chỉ định số lượng chân của jack kết nối giữa hai thiết bị, kích thước của jack kết nối,… Các chuẩn vật lý: RS-232; V.92; X.21 2 2.1. Các vấn đề cơ bản của tầng vật lý 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Tín hiệu tương tự và số Thuộc tính của các loại tín hiệu, ưu điểm của truyền dẫn số,… Tính hiệu tự là tín hiệu tập hợp bởi một số các thành phần tần số, tín hiệu số là tín hiệu dưới dạng xung do đó nó bao gồm vô số các thành phần tần số (phân tích bằng biểu diễn Furier các tín hiệu) ế ề Các mô hình truyền tín hiệu: truyền dẫn tương tự và truyền dẫn số… Lý thuy t v băng thông (băng thông của tín hiệu, băng thông của kênh truyền) D l kê h t ề kê h t ề lý t ở kê h t ề bị ả hung ượng n ruy n: n ruy n ư ng, n ruy n n hưởng bởi nhiễu… Kỹ thuật điều chế Các kỹ thuật mã hóa đường truyền. Điều chế tương tự, điều chế số,… 3 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Tín hiệu tương tự và số Tín hiệu tương tự, tín hiệu số Dữ liệu tương tự (thoại, truyền hình, phát thanh….), dữ liệu số. C¸c m« h×nh truyÒn dÉn: ph©n chia theo d¹ng tÝn hiÖu truyÒn vµ lo¹i d÷ liÖu TÝn hiÖu truyÒn dÉn lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù d÷ liÖ t−¬ tù TÝn hiÖu truyÒn dÉn lµ tÝn hiÖu sè d÷ liÖ t tu ng u −¬ng ù d÷ liÖu sè d÷ liÖu sè 4 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Lý thuyết về băng thông (băng thông của tín hiệu, băng thông của kênh truyền) Băng thông tín hiệu (Phổ tần số của tín hiệu): tập hợp các thành phần tần số thể hiện tín hiệu. (Phổ tần số của tín hiệu số là vô hạn) Băng thông của kênh truyền: Dải tần số đáp ứng của kênh truyền (Các tần số nằm ngoài băng thông sẽ bị cắt bỏ) Dung lượng kênh truyền (trong truyền dẫn số): Kênh truyền lý tưởng: công thức Nyquyst 2C=2 W log M [bps]⋅ ⋅ Kênh truyền ảnh hưởng bởi nhiễu: Công thức Shanon S 2C = Wlog (1 + ) (bps)N W : b¨ng th«ng cña kªnh truyÒn (Hz) S/N: tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu (dB) M: sè møc ®iÒu chÕ 5 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Møc c«ng suÊt trung b×nh cña tÝn hiÖu S/N = Møc c«ng suÊt trung b×nh cña nhiÔu S 10SNR = 10log ( ) (dB)N S N : t−¬ng øng lµ c«ng suÊt cña tÝn hiÖu vµ nhiÔu (W), VD: Mét kÕt nèi d÷ liÖu trong m¹ng PSTN cã b¨ng th«ng lµ 3000Hz vµ tØ sè SNR lµ 20dB. X¸c ®Þnh tèc ®é tèi ®a cña th«ng tin truyÒn theo lý thuyÕt Cã SNR = 20dB Î S/N = 100. Æ C = 3000 log2(1+100) = 19.963 bps N0: Mức nhiễu trên 1 đơn vị băng thông Chú ý: Xét trên cả băng thông năng lượng nhiễu là: N = WN0 6 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Chú ý: Trong thực tế tốc độ số liệu hiệu dụng nhỏ hơn nhiều tốc độ bít thực tế do Tèc ®é thay ®æi tr¹ng th¸i hay møc cña tÝn hiÖu ®−îc xem nh− lµ tèc ®é ph¸t tÝn hiÖu Rs vµ có sự thêm vào một số byte hoặc bít dữ liệu mở rộng phục vụ cho mục đích điều khiển,.... ®−îc ®o b»ng ®¬n vÞ baund. Mçi tr¹ng th¸i tÝn hiÖu cã thÓ ®−îc biÓu diÔn bëi nhiÒu kÝ hiÖu nhÞ ph©n Phân biệt giữa ba loại tốc độ Tèc ®é bÝt (R) lµ tèc ®å truyÒn cña c¸c bÝt tÝn hiÖu. Tèc ®é sè liÖu (C) 2logSR R M=Quan hÖ gi÷a tèc ®é bit vµ tèc ®é ph¸t tÝn hiÖu Sè bÝt trªn mét møc ®iÒu chÕ lµ q = log2M SR qR= B¨ng th«ng hiÖu qu¶ cña tÝn hiÖu sè b»ng hai lÇn tèc ®é bÝt. 7 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Lý thuyết về băng thông Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu và dung lượng kênh truyền. D¹ng tÝn hiÖu sè ph¸t ®i D¹ng tÝn hiÖu sè khi kªnh truyÒn kh«ng giíi h¹n vÒ b¨ng tÇn (kênh truyền lý ởtư ng) Kªnh truyÒn cã b¨ng tÇn giíi h¹n Thªm ¶nh h−ëng cña nhiÔu 8 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu và dung lượng kênh truyền. C¸c t¸c ®éng cña ®−êng truyÒn ®Õn tÝn hiÖu cã thÓ lµm cho c¸c tÝn hiÖu bÞ sai lÖch, víi tÝn hiÖu t−¬ng tù cã thÓ lµm mÐo d¹ng,... cßn víi tÝn hiÖu sè sÏ lµm sai Ò ë Ó TÝn hiÖu sè sÏ chÞu t¸c ®éng bëi c¸c yÕu tè sau: lÖch v bÝt tÝn hiÖu phÝa nhËn (tøc lµ bÝt 1 cã th x¸c ®Þnh thµnh bit 0 vµ ng−îc l¹i. Suy hao TrÔ NhiÔu S huy ao¶nh h−ëng cña kªnh truyÒn ®Õn TrÔ Xung tÝn hiÖu tÝn hiÖu sè NhiÔu 9 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Suy hao tÝn hiÖu trªn ®−êng truyÒn suy gi¶m lµ hiÖn t−îng tÝn hiÖu bÞ gi¶m vÒ biªn ®é do t¸c ®éng cña trë kh¸ng ®−êng truyÒn. L−îng suy hao tÝn hiÖu ë mçi thµnh phÇn tÇn sè lµ kh¸c nhau vµ phô thuéc vµo mçi tr−êng truyÒn dÉn. §èi víi m«i tr−êng ®Þnh h−íng sù suy gi¶m ®ã th«ng th−êng theo logarit vµ lµ cè ®Þnh theo kho¶ng c¸ch cßn ®èi víi m«i tr−êng kh«ng ®Þnh h−íng sù suy gi¶m lµ mét hµm phøc t¹p phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch vµ ¸p suÊt kh«ng khÝ. Công thức đánh giá lượng suy giảm của tín hiệu: (Trong cách đo ềlượng suy hao của tín hiệu đường truy n người ta phát một tín hiệu hình sin có tần số là f với một công suất nhất định và đo công suất ở phía đầu thu tín hiệu . 10 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Sù lµm trÓ tÝn hiÖu Tín hiệu bao gồm nhiều thành phần tần số khác nhau, mỗi thành tần số này lan truyền với thời gian khác nhau khi tín hiệu truyền trên đường truyền Tín hiệu tổng hợp tại phía đầu thu là tổng hợp của các thành phần tần số trên bị méo dạng, được gọi là hiện tượng méo dạng do trễ. Ngoài ra do băng thông của kênh truyền bị giới hạn nên các hai bậc cao của tín hiệu loại bỏ làm cho các xung tín hiệu số bị trải ra về mặt thời gian. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng các xung cạnh nhau có sự trồng lấn gây nên méo dạng, hiện tượng này còn gọi là hiện tượng giao thoa giữa các kí tự - ISI. Mçi tr−êng truyÒn dÉn Sự méo dạng tín hiệu được quan sát thông qua đồ thị mắt. C¸c thµnh phÇn C¸c thµnh phÇn TÝn hiÖu ph¸t TÝn hiÖu thu tÇn sè ®Çu vµo tÇn sè ®Çu ra 11 2.1.2. Cơ sở lý thuyết cho các kỹ thuật của tầng vật lý Khả năng của môi trường truyền dẫn giới hạn bởi các yếu tố sau Băng thông giới hạn. Băng thông của tín hiệu lớn hơn băng thông cho phép của kênh truyền Æ một số thành phần tần số bị cắt bỏ bởi kênh truyền . Ảnh hưởng của nhiễu. Ảnh hưởng đặc tính của các loại nhiễu: Nhiễu trắng nhiễu nhiệt , , ,….. Các loại nhiễu: nhiễu nhiệt, nhiễu phách tần số bên trong, nhiễu xung, nhiễu xuyên âm Công thức nhiễu nhiệt: là loại nhiễu không thể khắcN = kTW [W] phục được Nhiễu xuyên âm… là nhiễu có thể khắc phục được bằng việc xử dụng đường dây xoắn kép, Hiện tượng fading (chỉ trong thông tin di động) ….. Giao thoa giữa các “ký tự”. Î Các phương pháp nâng cao dung lượng và chất lượng của kênh truyền: sử dụng đường tryền có đặc tính tốt Thực hiện Điều chế ghép kênh . , , mã hóa kênh truyền. 12 2.1. Các vấn đề cơ bản của tầng vật lý 2.1.3. Kỹ thuật điều chế Truyền bằng tín hiệu số: Các kỹ thuật mã hóa đường dây. Mã RZ, NRZ: dễ ràng thực hiện, nhưng khả năng đồng bộ (bít) không cao - mất đồng bộ trong trường hợp một chuỗi bít 1 hoặc 0 liên tiếp nhau. Mật độ phổ công xuất cao Mã AMI Manchester khắc phục được một số nhược điểm , ,…, trong khả năng đồng bộ, nhưng vẫn xảy ra trường hợp mất đồng bộ trong trường hợp một chuỗi bít 0 liên tiếp Mã B8ZS, HDB3,… khắc phục các trường hợp mất động bộ với mọi dạng dữ liệu truyền, nhưng việc thực hiện mã hóa phức tạp, mật độ phổ công xuất thấp. Truyền bằng tín hiệu tương tự: Chú ý phần biệt mã lưỡng cực và mã phân cực, tính chất vi sai của mã Với dữ liệu số: Các phương pháp điều chế khóa dịch pha (ASK, FSK, PSK, QAM,…) Với dữ liệu tượng tự: Điều chế AM, FM, PM 13 2.1. Các vấn đề cơ bản của tầng vật lý 2.1.3. Một số giao diện truyền thông Kênh liên kết DTE DCE DTEDCE Thiết bị số liệu đầu cuối modem modem Thiết bị đầu cuối DTE: Thiết bị đầu cuối dữ liệu. DCE: Thiết bị truyền thông dữ liệu 14 2.1.3. Một số giao diện truyền thông GIAO TIẾP DÙNG DÒNG ÐIỆN VÒNG 20 mA (Kết nối giữa các DTE) Mức logic 1 được biểu thị bởi dòng điện vòng 20 mA Mức logic 0 bởi dòng điện 0 mA Hệ hố dù dò điệ ò hỉ ử d h kh ả á h hỏ h 00 t ng ng ng n v ng c s ụng c o o ng c c n ơn 5 m. 15 2.1.3. Một số giao diện truyền thông CHUẨN GIAO TIẾP RS-232D (Chuẩn giao tiếp giữa các DTE và DCE hoặc giữa các DTE với nhau) Ðối với RS 232D đầu nối là loại DB 25 - - l i 1 t ứ ới điệ á t kh ả ( 5V 15V)Cá đ ờ dữ liệ ử d l i â og c ương ng v n p rong o ng - , - logic 0 chiếm khoảng (+5V, +15V). c ư ng u s ụng og c m: Các đường điều khiển sử dụng logic dương: Từ +5V đến +15V tương ứng với điều kiện ON (hay TRUE) Ttừ -5V đến -15V tương ứng với điều kiện OFF (hay FALSE 16 2.1.3. Một số giao diện truyền thông Liên kết điểm nối điểm giữa hai DTE thông qua modem. Các chân tín hiệu liệu yêu cầu ấ Computer (DTE) Modem (DCE) Modem (DCE) Computer (DTE)- Tín hiệu đ t (GND) - Đường phát dữ liệu (Tx) - Đường thu dữ liệu (Rx) ầ ề ( S) Tx Rx DCD Tx Rx DCD Tx Rx DCD Tx Rx DCDdirect link- Yêu c u truy n RT - Xóa để truyền (CTS) - Dữ liệu sẵn sàng - data set ready (DSR) d t i d t t (DCD) CTS RTS DSR GND CTS RTS DSR GND CTS RTS DSR GND CTS RTS DSR GND- a a carr er e ec ¾ Mặ dù h ẩ RS 232 đ dù để kết ối iữ d à thiết bị đầ ốic c u n - ược ng n g a mo em v u cu nhưng đôi khi nó cũng được sử dụng để nối hai đầu cuối với nhau, hoặc một máy tính và một máy in mà không sử dụng các modem. ¾ Trong những trường hợp như vậy, các đường TD và RD phải được nối chéo nhau và các đường điều khiển cần thiết phải ở TRUE hoặc phải được tráo đổi hí h h bê á ốit c ợp n trong c p n . 17 2.1.3. Một số giao diện truyền thông Chuỗi sự kiện xảy ra trong suốt quá trình truyền dẫn Local Remote 1. DCE xác nhận DSR Tim e 2. DTE xác nhận RTS 3. DCE Xác nhận CTS 4. DTE bắt đầu truyền dữ liệu cho DCE 5. DCE truyền dữ liệu đi sau khi điều chế dữ liệu 6. DCE xác nhận DCD 7. DTE chờ cho dữ liệu tới 8. DCE truyền đi dữ liệ h DTEu c o sau khi giải điều chế dữ liệu 9. DTE nhận được dữ liệ từ DCE u 18 2.1.3. Một số giao diện truyền thông Hai DTE trao đổi dữ liệu thông qua đường dây điện thoại. Các đường tín hiệu yêu cầu: - signal ground (GND) - transmitted data (Tx) i d d t (R ) Tx Tx Tx Tx Computer (DTE) Modem (DCE) Modem (DCE) Computer (DTE) - rece ve a a x - request to send (RTS) - clear to send (CTS) d t t d (DSR) Rx RING DCD CTS Rx RING DCD CTS Rx RING DCD CTS Rx RING DCD CTS phone line - a a se rea y - data carrier detect (DCD) - data terminal ready (DTR) ring indicator (RING) RTS DSR DTR RTS DSR DTR RTS DSR DTR RTS DSR DTR - ể ấ ế GND GND GND GND • Đường tín hiệu DTR được sử dụng trong DTE đ báo hiệu ch p nhận hay thi t lập cuộc gọi. • Đường tín hiệu RING được sử dụng trong DCE để báo hiệu có cuộc gọi tới 19 2.1.3. Một số giao diện truyền thông Chuỗi sự kiện xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu qua đường điện thoại. Local Remote (Phía thu) tim e Thiết lập pha kết nối (Phía phát) 1. DTE xác nhận DTR 2. DCE quay số thoại 3. DCE xác định đường tín hiệu và xác nhận Chuông RING 4. DTE xác nhận DTR để chấp nhận cuộc gọil 5. DCE gửi dữ liệu 6 DCE xác nhận DSR và xác nhận DSR. và DCD đồng thời Phát tín hiệu qua Liên kết song công 7. DCE xác nhận DCD qua đường liên kết song công 20 2.1.3. Một số giao diện truyền thông ttim e Pha truyền nhận dữ liệu Local Remote (Phía thu)(Phía phát) 1. DTE xác nhận RTS 2. DCE xác nhận CTS 3. DTE gửi dữ liệu ra cho DCE C ề ế4. D E đi u ch dữ liệu và gửi đi 5. DCE giải điều chế dữ liệu và chuyển tiếp 6 DTE thu nhận dữ liệucho DTE . Kết thúc pha kết nối 1. DTE chuyển mức tích cực RTS 2. DCE chuyển mức tích cực CTS 3. DCE tái xác nhận DCD & DSR 4. DTE tái xác nhận DTR 21 2.2. Lớp vật lý của một số mạng truyền thông 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Yêu cầu đặt ra là thiết lập việc truyền thông giữa hai máy tính trên nền tảng hạ tầng của mạng PSTN sẵn có. Việ kết ối iữ h i á ti h đặt ầ h ó thể th hiệ thô ộtc n g a a m y n g n n au c ực n ng qua m cáp nối trực tiếp giữa hai máy, nhưng trong trường hợp hai máy đó đặt xa nhau thì việc kết nối thông qua cáp không thể thực hiện được do sự suy hao ế ắ ềtín hiệu và việc thi t lập cáp phức tạp và đ t ti n. Đòi hỏi phải sử dụng các nền tảng hạ tầng của các mạng đã có sẵn đó là mạng điện thoại công cộng PSTN Î tăng tính kinh tế và cho phép kết nối ở . cự ly xa hơn Tổng đài chuyển mạch cấp 1Tổng đài chuyển mạch cấp 2 Cấu trúc phân cấp của mạng PSTN 22 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Tổng đài chuyển mạch – switching office gồm: Tổng đài đầu cuối – End offie: kết nối trực tiếp với các thuê bao. (tổng đài mức 1) Tổng đài báo hiệu – Toll office: kết nối với các tổng đài đầu cuối hoặc các tổng đài báo hiệu khác. (tổng đài mức 2) Tổng đài chuyển mạch trung gian (tổng đài mức 3) Mạch vòng thuê bao local loop: – ế kết nối giữa các máy điện thoại với tổng đài đầu cuối thông qua cặp dây xoắn kép. Trung k : kết nối giữa các tổng đài chuyển mạch với nhau trong mạng 23 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Mạch vòng thuê bao ( Liên quan tới mạng truy nhập – Access Network ) Liên kết dữ liệu thiết lập mạch vòng thuê bao có thể thực hiện theo các cách thức sau: Thông qua modem theo phương thức quay số kết nối - dial-up . Kỹ thuật đường dây thuê bao số - DSL (digital subscriber line) Theo chuẩn cho mạng dịch vụ số tích hợp ISDN (integrated service digital network) 24 Mạch vòng thuê bao Liên kết dữ liệu thông qua modem ề ế ề ế ểModem thực hiện đi u ch và giải đi u ch tín hiệu đ tăng hiệu quả sử dụng kênh truyền thoại của trong PSTN. 25 Mạch vòng thuê bao Các chuẩn truyền thông thông qua modem V.32 modem: điều chế 32-QAM Î 5bít/ký hiệu (4 bít dữ liệu + 1 bít ể ố ốki m tra). T c độ baud là 2400 ký hiệu/giây. T c độ dữ liệu là 4 x 2400 = 9600bps ề ế ốV.34 modem: đi u ch 14 bít/ ký hiệu. baud là 2400 ký hiệu/ giây. T c độ dữ liệu 14 x 2400 = 33,6kbps. Khi thiết bị đầu cuối và điểm truy cập dịch vụ sử dụng đường truyền analog thì tốc độ giới hạn là 35kbps V.92 modem: Khi điểm truy cập dịch vụ là đường dây số thì tốc độ dữ liệu có thể lên đến 70kbps thực hiện kỹ thuật điều chế PCM 8000. mẫu/giây, 8 bít/ký hiệu (7 bít dữ liệu + 1 bít kiểm tra). Tốc độ dữ liệu 8000 x 7 = 56kbps. 26 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Câu hỏi đặt ra là làm cách nào để nâng cao tốc độ dữ liệu khi sử dụng ề tả ủ PSTN? n n ng c a mạng Do mạng PSTN sử dụng các đường dây xoắn để truyền tín hiệu, băng thông cho phép của đường truyền này 4000Hz ngoài ra trên tuyến truyền dẫn dữ liệu có, nhiều các thiết bị lọc tín hiệu nên các thành phần tần số 3400Hz bị suy hao nhiều dẫn đến băng thông cho phép của tuyến truyền dẫn bị giới hạn. Theo lý thuyết băng thông kênh truyền theo công thức: SC = Blog(1+ ) N Như vậy để tăng dung lượng kênh truyền (tốc độ dữ liệu tối đa cho phép) thì bă thô ủ kê h t ề hải lớng ng c a n ruy n p n. Theo công thức trên thì có thể tăng dung lượng kênh truyền bằng cách tăng tỷ ố S/N iệ tă tỷ ố à thô iệ ử d á ôi t ờ t ề dẫ ós . v c ng s n y ng qua v c s ụng c c m rư ng ruy n n c đặc tính tốt như sợi quang, cáp đồng trục, tuy vậy cách thức này đòi hỏi chi phí thiết lập sẽ đắt. Î sử dụng kỹ thuật đường dây thuê bao số DSL 27 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Giải pháp đặt ra là loại bỏ bớt các bộ lọc tín hiệu trên đường truyền , khi loại bỏ các bộ lọc thì băng thông của kênh truyền phụ thuộc vào thuộc tính vật lý của kênh truyền theo đồ thị sau. ồ ề ềTheo đ thị trên thì dung lượng kênh truy n giảm đi theo cự ly truy n dẫn. Cự ly càng dài Î bán kính cung cấp dịch vụ càng rộng, cho phép nhiều thuê bao hơn và lợi nhuận sẽ nhiều hơn nhưng khả năng kênh truyền sẽ giảm đi. 28 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Kỹ thuật đường dây thuê bao số - DSL (Digital Subscriber Line) ADSL (kỹ thuật đường dây thuê bao số không đối xứng): Sử dụng một dây đồng kép có lớp bọc (copper pair) tốc độ dữ liệu, đường lên (upstream) đạt 160kbps và tốc độ dữ liệu đường xuống (downstream) đạt 7Mbps. HDSL (hight data rate DSL): Sử dụng hai dây đồng két có bọc. Tốc độ dữ liệu theo hai chiều có thể ế SDLC (kỹ thuật đường dây thuê bao số đồng bộ): lên đ n 1.5Mbps VDSL ( hi h d DSL) Tương tự như kỹ thuật HDSL. very g spee : Áp dụng cho khoảng cách truyền dẫn ngắn. tốc độ truyền dữ liệu rất cao. 29 Kỹ thuật đường dây thuê bao số - DSL Các thuộc tính kỹ thuật của DSL Băng thông của kênh truyền là 1MHz được chia thành 256 kênh với băng thông mỗi kênh là 4312.5KHz được bố trí như sau: kênh 0 sử dụng cho các dịch vụ thoại truyền thống kênh 1 đến 5 không sử dụng kênh 6, , đến 256 dùng cho DSL 80 % kênh sử dụng cho đường xuống - downstream, 20 % cho kênh đường lên - upstream. Mỗi kênh truyền cho phép truyền dữ liệu với tốc độ 4000baud, 15 bít / ký hiệ (h ặ 8 bít / ký hiệ )u o c u 30 Kỹ thuật đường dây thuê bao số - DSL Cấu hình hệ thống xử dụng kỹ thuật đường dây thuê bao số NID: (network interface device) DSLAM: Digital Subsscriber Line Access Multiplexer. 31 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN ề ẫ ằ Tăng dung lượng truy n d n của mạng b ng cách ghép kênh số liệu Các kỹ thuật ghép kênh ầ ốGhép kênh phân chia theo t n s : Băng thông được chia thành nhiều dải tần số. Mỗi người sử dụng hay dịch vụ sử dụng một trong các dải tần số này. Ghép kênh phân chia theo thời gian: khoảng thời gian được chia thành các khe thời gian Mỗi người sử dụng hoặc một dịch vụ . sử dụng một hoặc nhiều hơn một khe thời gian. kỹ thuật này chỉ áp dụng cho hệ thống số. TDM sử dụng trong mạng đường trục của PSTN kỹ th ật à đòi hỏi ử d h há điề hế PCM. u n y s ụng p ương p p u c . 32 2.2.1. Hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng - PSTN Trung kế thực hiện việc liên kết trung chuyển dữ liệu giữa các tổng đài đầu xa hoặc tổng đài của các mạng khác nhau. Các tổng đài chuyển mạch trung gian kết hợp thành mạng con – Subnet (hay ể ề ẫ ố ổ mạng trung chuy n) Truy n d n giữa hai trạm g c (t ng đài) thường thông qua mạng trung chuyển (Subnet). Mạng trung chuyển bao gồm các đường truyền dẫn tốc độ cao và các thành phần chuyển mạch. Các luồng dữ liệu được định tuyến và ểchuy n mạch trong mạng này. Các công nghệ chuyển mạch Chuyển mạch kênh. Chuyển mạch thông báo. Chuyển mạch gói. 33 2.2. Lớp vật lý của một số mạng truyền thông 2.2.2. Mạng điện thoại di động Các thế hệ mạng điện thoại di động: Thế hệ thứ nhất: truyền tải tiếng nói theo dạng tương tự Thế hệ thứ hai: tín hiệu thoại được số hóa và dữ liệu chiếm băng tần hẹp. Điển hình là mạng GSM, IS-95 và CDMA. Thế hệ thứ ba: tín hiệu thoại được số hóa và dữ liệu chiếm băng tần rộng. Điển hình là mạng UMTS và CDMA2000. 34 2.2.2. Mạng điện thoại di động Mạng di động thế hệ thứ nhất. Điển hình là mạng AMPS – advanced Mobile Phone System. Mỗi ời ử d (th ê b ) hiế d “độ ” ột kê h tầ ố ngư s ụng u ao c m ụng ng m n n s để thực hiện truyền thông. Có tổng số 832 kênh với băng thông mỗi kênh là 30kHz cho kênh đường lên và 30kHz cho kênh đường xuống. ể ề ếhoạt động theo ki u truy n nhận song công (2 kênh liên k t giữa thuê bao và tổng đài). Î sử dụng kỹ thuật truy nhập ghép kênh theo tần số FDMA. Hệ thống được chia thành các ô. Trong môi ô đặt một trạm gốc – BS (Base Station). truyền thông được thiết lập giữa BS và trạm di động MS (Mobile station) trong môi ô thông qua một kênh tần số. Kênh tần số này được sử dụng này trong các ô khác Î tải sử dụng tần số và chuyển giao khi MS di chuyển giữa các ô. 35 Mạng di động thế hệ thứ nhất Mỗi ô giới hạn số người sử dụng, và số lượng người sử dụng của hệ thống tăng tuyến tính theo số lượng ô của hệ thống. Do môi ô phải có một BS nên nếu công suất tín hiệu của BS nhỏ thì cự ly truyền thông giữa BS và MS sẽ nhỏÎ quy mô hệ thống nhỏ. Và công suất của MS không được lớn để tối thiểu hóa kích thước của MS và thời gian sử dụng của MS (dùng pin) Thông thường bán kính của cell là tự. 10 đến 20 km 36 Mạng di động thế hệ thứ nhất Các kênh thông tin trong hệ thống Môi kênh thông tin giữa MS và BS được thiết lập bao gồm 2 đường: đường lên và đường xuống: Đường lên: truyền từ MS tới BS. Gồm có 823 kênh được phép sử dụng với dải tần từ 824 đến 849 MHz, băng thông của mỗi kênh là 30kHz. Đường xuống: truyền từ BS tới MS. Cũng có 823 kênh được phép sử dụng với dải tần số từ 869 đến 894MHz, băng tần mỗi kênh cũng là 30kHz. Các kênh thông tin bao gồm các loại sau: Kênh dữ liệu (hai chiều): truyền tải thoại, fax, hoặc dữ liệu. Kênh điều khiển (Từ BS tới MS) điều khiển của hệ thống. Kênh truy nhập (hai chiều): thiết lập cuộc gọi. Kênh báo hiệu (từ BS đến MS): báo hiệu cho MS khi có cuộc gọi tới chúng. Thông thường có 45 kênh trong mỗi ô. 37 2.2.2. Mạng điện thoại di động M di độ thế hệ h iạng ng a Khác biệt chính so với mạng di động thế hệ thức nhất là: truyền thố ố à hất l tốt hng s v c ượng ơn. S há iể á hế hệự p t tr n mạng qua c c t : D AMPS (Di it l AMPS)- g a GSM (Global System for Mobile Communication) IS-95: sử dụng công nghệ CDMA hay còn gọi là CDMAONE 38 Mạng di động thế hệ hai Truyền thông trong mạng di động thế hệ hai là truyền thông số, sử dụng công nghệ ghép kênh theo thời gian Î kỹ thuật truy nhập ghép kênh theo thời gian TDMA . Thời gian được chia thành các khe, mỗi người sử dụng sẽ sử dụng các kh thời i khá he g an c n au. Nhiều người sử dụng chia sẻ trung một kênh truyền. 39 Mạng di động thế hệ hai Mạng GSM Có 124 kênh tần số song công, băng thông của mỗi kênh tần số là 200kHz, mỗi kênh cho phép thực hiện TDMA với 8 người sử dụng 40 Mạng di động thế hệ hai IS-95 (CDMA) Áp dụng kỹ thuật trải phổ Sử dụng kỹ thuật truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Tất cả các người sử dụng có tình chất tương tự nhau sẽ sử dụng chung một tần số. Mỗi người sử dụng được chỉ định với mỗi mã khác nhau gọi là chuỗi VD: Mã của người sủ dung là c = [-1 -1 -1 1 1 -1 1 1] để t ề bít ‘1’ t ứ ới h ỗi bít hải t ề là [ 1 1 1 1 1 1 1 1] chíp – chip sequence. ruy n ương ng v c u p ruy n - - - - để truyền bít ‘0’ tương ứng với chuỗi bít phải truyền là [1 1 1 -1 -1 1 -1 -1] Ở phía thu, xử lý bên trong thực hiện theo quy tắc nhận kết hợp giữa chuối bít nhận được và mã của người sử dụng. ỗ ấCác chu i mã của những người dung khác nhau có tính ch t trực giao với nhau tức là 41 IS-95 (CDMA) 42 IS-95 (CDMA) 43 2.2.2. Mạng điện thoại di động Mạng di động thế hệ hai Ưu điểm của mạng CDMA Cho phép tỷ số tin SNR thấp (cự ly truyền sẽ lơn hơn) Dung lượng lớn Tính bảo mật tốt Nhược điểm Yêu cầu băng thông lớn Giao thoa (can nhiễu) giữa nhưng sử dụng với nhau Mạng di động thế hệ 3 Tích hợp thoại và dữ liệu băng rộng Phát triển trên mô hình các mạng W-CDMA (Wideband CDMA) còn gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) CDMA2000 44 2.2.3. Mạng truyền hình số HE – Head end: điểm đầu cuối phân phối dịch vụ 45 2.2.3. Mạng truyền hình số Phổ tần số tín hiệu: Đường lên (người sử dụng đến HE – headend): 5 – 42 MHz, điều chế 2 bít/ ký hiệu (QPSK) Đường xuống (từ HE đến người sử dụng): 550 – 750 MHz, điều chế 6 bít/ ký hiệu (64QAM) hoặc 8bít /ký hiệu (256QAM) 46 2.2.3. Mạng truyền hình số Liên kết các thuê bao trong mạng: • Người sử dụng chia sẻ đường liên kết với điểm cung cấp dịch vụ H dE d ử d kỹ th ật TDMAea n , s ụng u . •Số lượng thuê bao tăng dẫn đến suy giảm công suất tín hiệu tại á út hi tí hiệ Î iới h ề ố l th ê b à l đểc c n c a n u g ạn v s ượng u ao v cự y đảm bảo chất lượng dịch vụ 47