Có phải là cáp đồng để liên lạc điện thoại và dữ liệu không?

Máy phát, máy thu, phương tiện truyền dẫn – đây là những yếu tố cơ bản tạo nên một hệ thống thông tin liên lạc. Mỗi con người đều được trang bị một hệ thống giao tiếp cơ bản. Miệng (và dây thanh âm) là máy phát, tai là máy thu và không khí là phương tiện truyền dẫn mà âm thanh truyền qua miệng và tai. Các phần tử phát và thu của modem dữ liệu (chẳng hạn như loại được sử dụng trong hộp điều khiển hệ thống tín hiệu giao thông) có thể không dễ nhìn thấy. Tuy nhiên, hãy nhìn vào sơ đồ các thành phần của nó, và bạn sẽ thấy các phần tử được gắn nhãn là “XMTR” và “RCVR”. Phương tiện truyền dẫn của modem thường là cáp đồng, sợi quang hoặc radio.

Một số giao thức truyền thông tin liên lạc được phát triển để hoạt động độc lập với Hệ thống Điện thoại. Ví dụ, Ethernet được tạo ra để tạo điều kiện giao tiếp dữ liệu trong một hệ thống khép kín được chứa trong một tòa nhà văn phòng. Internet được tạo ra như một mạng truyền thông khép kín.

Hầu như tất cả các mạng truyền thông đều có cùng một bộ tiêu chuẩn và thông lệ về Điện thoại (Telepho – Ny). “Ma Bell” (Hệ thống điện thoại Bell và American Telephone & Telegraph, và những hãng khác) đã dành hàng năm và hàng tỷ đô la để tạo ra, hoàn thiện và duy trì một mạng viễn thông chuyên cung cấp dịch vụ liên lạc bằng giọng nói đáng tin cậy nhất trên thế giới. Tất cả các quy trình và công nghệ truyền thông khác đều phát triển dựa trên mạng lưới truyền thông đó. Các kỹ sư và nhà khoa học tham gia vào việc phát triển các quy trình và công nghệ truyền thông mới phải đảm bảo rằng “sản phẩm” của họ có thể được sử dụng trong các mạng điện thoại hiện có. Và, công ty điện thoại yêu cầu khả năng tương thích ngược. Điện thoại được sản xuất vào năm 1950 vẫn hoạt động trong hệ thống mạng ngày nay. Modem sản xuất năm 1980 vẫn hoạt động trong hệ thống hiện tại.

Ngày nay, ở Bắc Mỹ, Mexico, hầu hết châu Âu và Vành đai Thái Bình Dương, các dịch vụ thoại trên thực tế được gửi dưới dạng tín hiệu kỹ thuật số và được chuyển đổi sang tín hiệu tương tự ngay trước khi rời (và đến) văn phòng trung tâm phục vụ, tại các điểm người dùng cuối. Người đọc có thể hỏi: “Nếu giọng nói được chuyển đổi sang kỹ thuật số thì không giống với dữ liệu?” Câu trả lời là không – “truyền số” không tự động suy ra khả năng tương thích của truyền thông dữ liệu. Hệ thống truyền dẫn analog có thể và thực hiện được, mang dữ liệu. Trong viễn thông, kỹ thuật số và tương tự là các hình thức truyền thông tin liên lạc riêng biệt. Chương này cung cấp thông tin về những điều cơ bản của viễn thông – phương tiện truyền dẫn và hệ thống truyền dẫn, cũng như giải thích về sự khác biệt giữa truyền dẫn tương tự và kỹ thuật số. Phương tiện truyền dẫn là những phần tử cung cấp cho hệ thống thông tin liên lạc một con đường để di chuyển. Hệ thống truyền dẫn là những phần tử (phần cứng và phần mềm) cung cấp việc quản lý quá trình truyền thông và việc sử dụng đường truyền.

Đối với mục đích của cuộc thảo luận này, giọng nói là bất kỳ đường truyền nào có thể được chuyển qua các mạng của Nhà cung cấp ở định dạng tương tự. Điều này bao gồm dữ liệu được truyền trong kênh thoại bằng modem. Dữ liệu là bất kỳ đường truyền kỹ thuật số nào không thể chuyển qua mạng của Nhà cung cấp dịch vụ.

Thế giới viễn thông sẽ rất đơn giản nếu sự phân biệt giữa phương tiện truyền dẫn và hệ thống (giao thức) được dễ dàng xác định. Thông thường, một hệ thống truyền dẫn cụ thể sẽ chỉ hoạt động trong một phương tiện cụ thể. Spread Spectrum Radio là một ví dụ. Radio (RF) là phương tiện truyền dẫn, và trải phổ là hệ thống truyền dẫn (giao thức). Mặc dù có thể tạo ra một tín hiệu truyền thông trải phổ qua đường dây, nhưng quy trình này thường không được sử dụng vì có các phương pháp truyền tín hiệu khác hiệu quả hơn. Do đó, tín hiệu truyền trải phổ hầu như luôn gắn liền với RF. Luôn luôn có một điểm mà tại đó hệ thống Radio Spread Spectrum phải giao tiếp với một phương tiện truyền dẫn và / hoặc hệ thống khác. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển đổi từ RF sang một giao thức truyền tín hiệu có dây. Quá trình viễn thông có thể được xem như một ví dụ tuyệt vời của chủ nghĩa đa phương thức.

Các yếu tố xem xét phương tiện truyền thông

Dễ dàng cài đặt phương tiện truyền thông tương đối đơn giản để xác định. Nói chung, tất cả các phương tiện truyền thông đều yêu cầu cẩn thận khi được lắp đặt. Việc lắp đặt phải được thực hiện bởi các kỹ thuật viên và quản lý được đào tạo và hiểu biết. Đối với mục đích của cuộc thảo luận này, hãy xem xét mức độ khó khăn tương đối đối với vị trí của môi trường truyền dẫn. Cáp đồng hoặc sợi quang yêu cầu một cơ sở hạ tầng hỗ trợ, cũng như radio hoặc hồng ngoại. Hãy xem xét những điều sau:

Nếu bạn đang có kế hoạch sử dụng cáp quang (hoặc cáp đồng) và kế hoạch hệ thống yêu cầu vượt sông Delaware, sẽ có những thách thức đáng kể về lắp đặt (xây dựng). Việc xây dựng có thể yêu cầu một lỗ khoan dưới sông, hoặc tìm một cây cầu thích hợp. Một trong hai phương pháp này có thể bổ sung đáng kể vào ngân sách của bạn. Không dây có vẻ là một lựa chọn tốt. Nó giúp loại bỏ nhu cầu tìm một vị trí giao nhau thích hợp cho cáp của bạn. Tuy nhiên, bạn sẽ cần đặt ăng-ten ở độ cao vừa đủ để phát quang các tòa nhà và các vật thể khác, đồng thời giải thích sự khác biệt về địa hình ở hai bên sông.

Một số sản phẩm có thể sẵn có hơn những sản phẩm khác. Ví dụ, loại cáp quang phổ biến nhất hiện có là nhà máy bên ngoài có lớp giáp bảo vệ, 96 sợi cáp quang đơn mode được bố trí trong các ống đệm lỏng, trên cuộn dây dài 15.000 foot. Đảm bảo rằng bạn có đủ thời gian để sản xuất sản phẩm, đặc biệt nếu yêu cầu cấu hình phần cứng hoặc cáp đặc biệt. Sự sẵn có của sản phẩm do sự chậm trễ trong sản xuất sẽ ảnh hưởng đến tiến độ tổng thể của dự án và có thể ảnh hưởng đến chi phí tổng thể của dự án.

Cáp đồng, quang, radio, hồng ngoại đều có các đặc tính truyền dẫn khác nhau. Sợi quang được coi là có các đặc tính tổng thể tốt nhất cho hiệu quả truyền dẫn. Đó là, sự suy giảm hiệu quả của cường độ tín hiệu theo khoảng cách. Cáp được nhà sản xuất đánh giá khả năng mất tín hiệu. Hệ số suy hao tín hiệu được nêu dưới dạng dB trên 1000 mét. Sợi quang đơn mode điển hình có thể có hệ số suy giảm tín hiệu từ 0,25 dB / km đến 0,5 dB / km. Nhà sản xuất cáp sẽ cung cấp mô tả thông số kỹ thuật cho từng sản phẩm mà họ cung cấp. Về lý thuyết, bạn có thể gửi tín hiệu xa hơn trên cáp quang so với hầu hết các phương tiện truyền dẫn khác.

Tuy nhiên, coi đó là tín hiệu vô tuyến tại tần số rất thấp (dưới 500KHz) có thể di du lịch cho hàng nghìn cây số. Loại tín hiệu vô tuyến này có thể được sử dụng để truyền dữ liệu, nhưng rất không thực tế để sử dụng trong các hệ thống quản lý tín hiệu giao thông và đường cao tốc. Tín hiệu vô tuyến VLF chỉ có khả năng mang dữ liệu hiệu quả ở tốc độ bit rất thấp. Loại hệ thống này được tổ chức Associated Press sử dụng để truyền các bản tin giữa Châu Âu và Bắc Mỹ, và cũng được Quân đội sử dụng để liên lạc dữ liệu khoảng cách rất xa.

Chi phí bảo trì và vận hành là hai yếu tố khác cần được xem xét khi so sánh phương tiện truyền dẫn cho bất kỳ ứng dụng nhất định nào. Cáp quang có thể được lắp đặt trong ống dẫn dưới lớp sáu feet và không bao giờ được chạm vào trong nhiều thập kỷ. Việc bảo trì cáp quang là tối thiểu. Hệ thống vi sóng có thể được xây dựng trong thời gian ngắn hơn và chi phí thấp hơn so với cáp quang đặt trong ống dẫn, nhưng các vị trí của tháp yêu cầu bảo trì nhiều hơn đáng kể, bao gồm sơn lại tháp và kiểm tra gỉ hàng năm.

Tóm lại, hãy lấy tất cả các thuộc tính của phương tiện tiềm năng có thể được sử dụng cho một ứng dụng cụ thể và xác định xem cái nào sẽ mang lại hiệu quả nhất. Điều này không phải lúc nào cũng có nghĩa là hầu hết băng thông, tốc độ truyền cao nhất, dễ cài đặt nhất hoặc chi phí thấp nhất – tất cả các yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự lựa chọn phương tiện truyền dẫn của bạn. Phương tiện truyền thông tốt nhất là phương tiện sẽ hỗ trợ nhiều yêu cầu hệ thống nhất có thể và giúp đảm bảo sự hài lòng với hiệu suất tổng thể.

Phương tiện truyền dẫn

Chúng ta bắt đầu với thông tin cơ bản về các loại phương tiện truyền dẫn phổ biến nhất được sử dụng ngày nay:

• Dây đồng

• Sợi quang

• Tần số vô tuyến (Không dây)

Quang học không gian trống

Nhiều kỹ sư sẽ tranh luận rằng một phương tiện truyền dẫn là tốt nhất hoặc tốt hơn một số phương tiện khác. Người đọc cần lưu ý rằng mỗi phương tiện đều có ưu điểm và nhược điểm. Phương tiện nào là tốt nhất phụ thuộc vào mục đích của hệ thống thông tin liên lạc và kết quả cuối cùng mong muốn. Trên thực tế, hầu hết các hệ thống là một kết hợp. Có nghĩa là, hai hoặc nhiều phương tiện được kết hợp để tạo ra cơ sở hạ tầng mạng truyền thông hiệu quả nhất. Có nhiều hệ thống tín hiệu giao thông kết hợp cơ sở hạ tầng đồng xoắn với các liên kết không dây để phục vụ một phần của hệ thống. Quyết định tạo ra loại hệ thống này có thể dựa trên kinh tế học, nhưng đó chắc chắn là một trong những lý do để chọn phương tiện này hơn phương tiện khác, hoặc kết hợp sử dụng nhiều phương tiện.

Đồng phương tiện

Tính chất điện của dây đồng tạo ra điện trở và nhiễu. Các tín hiệu liên lạc càng đi xa thì chúng càng bị suy yếu bởi các đặc tính điện liên quan đến cáp đồng. Điện trở trong môi trường đồng làm chậm tín hiệu hoặc dòng điện. Đặc tính điện của dây đồng là yếu tố chính hạn chế tốc độ và khoảng cách truyền thông tin liên lạc. Tuy nhiên, chính những đặc tính đó cùng với giá thành, tính dễ sản xuất, khả năng được kéo thành những sợi rất mỏng và những đặc tính khác đã khiến đồng trở thành một lựa chọn hợp lý cho việc lựa chọn nó làm phương tiện truyền dẫn thông tin liên lạc và chất dẫn điện. Nhôm và vàng cũng được sử dụng cho mục đích liên lạc, nhưng vàng (hiệu quả nhất) quá đắt để sử dụng cho mục đích này và nhôm không phải là chất dẫn điện hiệu quả cho mục đích liên lạc.

Cặp xoắn

Tín hiệu liên lạc được gửi qua dây đồng chủ yếu là dòng điện một chiều (DC) được điều chế để biểu diễn tần số. Bất kỳ dòng điện nào khác gần dây liên lạc (bao gồm cả các tín hiệu liên lạc khác) đều có thể gây nhiễu và nhiễu. Nhiều dây giao tiếp trong một bó cáp có thể tạo ra dòng điện từ trường gây nhiễu, hoặc “nói chuyện chéo”. Điều này xảy ra khi một tín hiệu bên trong cáp mạnh đến mức nó đưa từ trường vào một dây hoặc cặp giao tiếp liền kề. Các nguồn năng lượng như đường dây tải điện, hoặc thiết bị chiếu sáng huỳnh quang có thể gây ra nhiễu điện từ. Sự can thiệp này có thể được giảm thiểu bằng cách xoắn một cặp dây xung quanh một trục chung, hoặc bằng cách sử dụng tấm chắn kim loại, hoặc cả hai. Việc xoắn hiệu quả tạo ra một lá chắn từ tính giúp giảm thiểu “nhiễu xuyên âm”.

Cặp xoắn là loại dây đồng thông thường cung cấp các dịch vụ điện thoại cơ bản cho gia đình và nhiều doanh nghiệp. Trên thực tế, nó được gọi là “Dịch vụ Điện thoại Cũ Thông thường” (POTS). Cặp xoắn được cấu tạo bởi hai sợi dây đồng cách điện xoắn quanh nhau. Việc xoắn được thực hiện để ngăn các dòng điện ngược chiều đi dọc theo các dây dẫn riêng lẻ gây nhiễu lẫn nhau.

Mỗi kết nối trên cặp xoắn yêu cầu cả hai dây. Vì một số bộ điện thoại hoặc vị trí máy tính để bàn yêu cầu nhiều kết nối, cặp xoắn đôi khi được cài đặt thành hai hoặc nhiều cặp, tất cả trong một cáp duy nhất. Đối với một số địa điểm kinh doanh, cặp xoắn được bao bọc trong một tấm chắn có chức năng như một mặt đất. Đây được gọi là cặp xoắn được bảo vệ (STP). Dây thông thường đến nhà là loại dây xoắn đôi không được che chắn (UTP). Cặp xoắn hiện nay thường được lắp đặt với hai cặp cho gia đình, với cặp phụ giúp có thể thêm một đường dây khác – có lẽ để sử dụng modem.

Cặp xoắn đi kèm với mỗi cặp được mã hóa màu duy nhất khi nó được đóng gói thành nhiều cặp. Các mục đích sử dụng khác nhau như tương tự, kỹ thuật số và Ethernet yêu cầu các bội số cặp khác nhau. Có tiêu chuẩn EIA / TIA cho mã màu của dây, cặp dây và bó dây. Việc mã hóa màu sắc cho phép các kỹ thuật viên cài đặt hệ thống dây dẫn một cách tiêu chuẩn. Một đường dây điện thoại đơn cơ bản trong nhà sẽ sử dụng dây màu đỏ và xanh lá cây. Nếu đường dây điện thoại thứ hai được cung cấp, nó sẽ sử dụng dây màu vàng và đen.

Nguyên nhân phổ biến nhất của các sự cố hệ thống viễn thông là đi dây không chính xác. Giao thức đi dây này dành cho các kết nối giắc cắm điện thoại tiêu chuẩn. Hệ thống dữ liệu sử dụng các cách sắp xếp và mã màu khác nhau. Phổ biến nhất là tiêu chuẩn ĐTM / TIA. Xin lưu ý rằng NEMA và ICEA có mã màu cho dây điện. Đừng nhầm lẫn những tiêu chuẩn này với các tiêu chuẩn mã hóa màu dây viễn thông.

Cặp xoắn được phân loại theo số vòng xoắn trên mét. Số lượng xoắn lớn hơn cung cấp nhiều khả năng bảo vệ chống lại nhiễu xuyên âm và các dạng nhiễu khác, đồng thời dẫn đến chất lượng truyền tốt hơn. Đối với truyền dữ liệu, chất lượng tốt hơn tương đương với ít lỗi truyền hơn. Phần sau của chương này, chúng ta sẽ xem xét các tác động của lỗi truyền dẫn khi chúng ảnh hưởng đến thông lượng và thời gian trễ.

Có hai loại cáp xoắn đôi được sử dụng cho hầu hết các tình huống trong tòa nhà hiện nay – Loại 3 UTP (CAT 3) và Loại 5 UTP (CAT 5). Tuy nhiên, kể từ khi viết cuốn sổ tay này, tất cả các hệ thống lắp đặt mới và thay thế đều sử dụng CAT 5. Các loại cáp này đã được phát triển dựa trên một bộ tiêu chuẩn do EIA / TIA (Hiệp hội Công nghiệp Điện tử / Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông) ban hành. CAT 3 được sử dụng chủ yếu cho hệ thống cáp điện thoại và cài đặt 10Base-T, trong khi CAT 5 được sử dụng để hỗ trợ cài đặt 10 / 100Base-T.

Hệ thống dây CAT 5 cũng có thể được sử dụng cho hệ thống điện thoại. Do đó, hầu hết các công trình lắp đặt mới đều sử dụng CAT 5 thay vì CAT 3. Cáp CAT 5 được kéo đến tủ lạnh hoặc văn phòng và được kết nối với tấm tường đa năng cho phép lắp đặt các hệ thống liên lạc bằng giọng nói và dữ liệu. Loại 5E (CAT 5E) đã được phát triển để đáp ứng các cài đặt GigE. CAT 5E được sản xuất và thử nghiệm theo các nguyên tắc nghiêm ngặt hơn so với CAT 3 hoặc CAT 5. Hai tiêu chuẩn mới – CAT 6 và CAT 7 – đã được thông qua để đáp ứng các tiêu chí về tốc độ truyền 10GigE (và cao hơn).