Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số - ThS. Hoàng Quang Trung

Cuốn sách Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số gồm có 5 chương. Chương I: Tổng quan về truyền dẫn số. Chương II: Truyền dẫn số các tín hiệu tương tự. Chương III: Tín hiệu truyền dẫn số. Chương IV: Kỹ thuật ghép kênh số. Chương V: Các hệ thống truyền dẫn viễn thông. Đây là tài liệu học tập của học viên, sinh viên khoa Công nghệ điện tử và truyền thông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật truyền dẫn số - ThS. Hoàng Quang Trung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG ThS. HOÀNG QUANG TRUNG KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SỐ TẬP BÀI GIẢNG (Lưu hành nội bộ) THÁI NGUYÊN - 2011 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN SỐ 1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN Mạng điện thoại được xây dựng dựa trên cơ chế truyền tiếng nói giữa các máy điện thoại. Đến những năm 1970, mạng này đã hoàn thiện bằng việc thực hiện truyền tín hiệu tương tự trong cáp đồng xoắn đôi và ghép kênh phân chia tần số (FDM-Frequency Division Multiplexing) dùng trong các tuyến đường dài để kết hợp truyền nhiều kênh thoại trong một cáp đồng trục. Thiết bị truyền dẫn loại này rất đắt so với giá của một tổng đài điện thoại, vì vậy, chuyển mạch được xem như một thiết bị nhằm tiết kiệm sử dụng tài nguyên khan hiếm lúc bấy giờ là băng thông truyền dẫn. Vào đầu những năm 1970, các hệ thống truyền dẫn số bắt đầu xuất hiện, sử dụng phương pháp điều chế xung mã (PCM-Pulse Code Modulation) do Alec Reeves nêu ra lần đầu tiên vào năm 1937. PCM cho phép truyền tín hiệu tương tự (như tiếng nói của con người) ở dạng nhị phân. Sử dụng phương thức này, tín hiệu thoại tương tự chuẩn 4 kHz có thể truyền dưới dạng luồng tín hiệu số 64 kbit/s. Các nhà kỹ thuật đã nhận thấy khả năng hạ giá thành sản xuất các hệ thống truyền dẫn bằng cách kết hợp một số kênh PCM và truyền chúng trong một đôi cáp đồng xoắn mà trước đây chỉ dùng để truyền một tín hiệu tương tự duy nhất. Hiện tượng này được gọi là lợi dây. Do giá thành thiết bị điện tử số bắt đầu giảm nên sử dụng các công nghệ này đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí. Phương thức ghép kênh 64 kbit/s thành môt luồng bit tốc độ cao duy nhất còn được gọi là Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing). Một cách đơn giản, mỗi byte của mỗi kênh đầu vào theo thứ tự được đưa vào kênh tốc độ cao ở đầu ra. Quá trình xử lý này còn được gọi là chèn byte tuần tự. Ở châu Âu và sau đó là rất nhiều nơi trên thế giới, sở đồ TDM chuẩn được áp dụng để ghép kênh 64 kbit/s, cùng với hai kênh thông tin điều khiển kết hợp tạo thành một kênh có tốc độ 2,048 Mbit/s. Do nhu cầu sử dụng điện thoại tăng lên, lưu lượng trên mạng tăng, kênh chuẩn tốc độ 2 Mbit/s không đủ đáp ứng cho lưu lượng tải trên mạng trung kế. Để tránh không phải sử dụng quá nhiều kết nối 2 Mbit/s thì cần tạo ra môt mức ghép kênh cao hơn. Châu Âu đưa ra chuẩn ghép 4 kênh 2 Mbit/s thành một kênh 8 Mbit/s. Mức ghép kênh này không khác bao nhiêu so với mức ghép kênh mà các tín hiệu đầu vào được kết hợp từng bit chứ không phải từng byte, nói cách khác là mới áp dụng chèn bit chứ chưa thực hiện chèn byte. Tiếp đó, do H.Q.Trung.ĐTTT 3 nhu cầu ngày càng tăng, các mức ghép kênh cao hơn nữa được xây dựng thành chuẩn, tạo ra môt phân cấp đầy đủ các tốc độ bit là 34 Mbit/s, 140 Mbit/s và 565 Mbit/s. 1.2. HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ 1.2.1. Các thành phần cơ bản Truyền dẫn là chức năng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một nơi khác. Hệ thống truyền dẫn gồm các thiết bị phát và nhận, và phương tiện truyền cùng bộ lặp lại giữa chúng như hình 1.1. Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống truyền dẫn. Những phương tiện phát sẽ truyền và phát đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu gốc) để truyền chúng một cách hiệu quả qua phương tiện, thiết bị nhận tách ra những tín hiệu gốc trong những tín hiệu thu được. Đồng thời bộ lặp lại xử lý việc bù lại trong quá trình truyền. Các phương tiện truyền bao gồm dây dẫn kim loại, cáp đồng trục, radio, ống dẫn sóng và cáp sợi quang. Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao với tổng đài và phần truyền dẫn tổng đài nối tổng đài với tổng đài. Truyền dẫn gồm truyền bằng cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang, ống dẫn sóng, liên lạc dưới đất cùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng các phương tiện truyền dẫn, kết cấu kết hợp và mạng đồng bộ hóa của các thiết bị này, việc bảo dưỡng và phần quản lý của mạng truyền dẫn v.v.. * Truyền dẫn sử dụng sợi quang (fiber) Môi trường quang sợi có độ rộng băng gần như không giới hạn. Đặc điểm của nó là suy hao không đáng kể, chỉ vào cỡ 0,25 Db/Km. Đây chính là ưu điểm vượt trội của sợi quang so với cáp đồng trục. Ngoài ra truyền dẫn trên sợi quang còn có các ưu điểm khác nữa là: Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ trường, an toàn, kích thước nhỏ và nhẹ, … Giải tần số được sử dụng trong truyền dẫn sợi quang được mô tả như hình dưới: H.Q.Trung.ĐTTT 4 Cấu trúc của sợi quang: 1.2.2. Các nguồn ảnh hưởng tới tín hiệu truyền dẫn 1.2.2.1. Méo tín hiệu qua kênh (distortion) Kênh truyền thực tế là không lý tưởng, do đó tín hiệu đi qua kênh ít hay nhiều cũng bị ảnh hưởng đến dạng tín hiệu, có nghĩa là bị méo so với tín hiệu gốc. Ngoài ra, sẽ không thể tránh khỏi méo phi tuyến đối với những tín hiệu làm việc tại các tần số cao. Điều này xuất phát từ một thực tế rằng với các tần số cao sẽ bị ảnh hưởng do sự xáo động của các điều kiện khí quyển, bởi vậy gây ra sự thay đổi về tần số. Chẳng hạn với các hệ thống radar doppler sử dụng trong việc giám sát thời tiết là một trường hợp cụ thể. Méo tuyến tính có thể gây ra các ảnh hưởng trong các hệ thống truyền dẫn xung. Loại méo này được đặc trưng bởi sự phân tán thời gian (làm kéo dài xung), dẫn tới hiệu ứng đa đường. H.Q.Trung.ĐTTT 5 1.2.2.2. Tạp âm (noise) Thuật ngữ tập âm (noise) mô tả các tín hiệu điện không mong muốn xuất hiện trong hệ thống. Sự xuất hiện của tậ ...