Chương 2: Các nguyên tắc truyền thông không dây

Chương 2: Các nguyên tắc truyền thông không dây          2.1 Giới thiệu chung 2.2 Phổ điện từ 2.3 Các đặc tính mơ hình truyền khơng dây 2.4 Truyền số liệu kỹ thuật tương tự kỹ thuật số 2.5 Các kỹ thuật điều biến hệ thống không dây 2.6 Đa truy nhập hệ thống không dây 2.7 Khái niệm tế bào 2.8 Chế độ mạch gói 2.9 Giới thiệu tầng mạng Giới thiệu chung  Mạng không dây sử dụng truyền khơng dây để truyền tin  Truyền sóng radio dạng chi phối truyền không dây  Công nghệ radio có lịch sử kỷ  Sóng điện từ  Các nhà khoa học phát sóng điện từ truyền mơi trường chân không  Bao gồm hạt  Bản chất truyền không dây ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống mạng không dây  Tỉ lệ lỗi bit cao so với truyền có dây (10-3 10-10)  Ngun nhân nhiễu khơng khí, chướng ngại vật, lan truyền theo nhiều đường, giao thoa Giới thiệu chung  Bản quyền sử dụng sóng điện từ  Các hệ thống sử dụng dải sóng dẫn đến giao thoa  Áp đặt quyền làm cho việc sử dụng sóng trở nên phức tạp  Các hệ thống cần thiết kế để chống lại thiếu thốn đường truyền không dây  Khái niệm ngăn tổ ong dẫn đến sử dụng sóng có hiệu Phổ điện từ  Các điện tử chuyển động tạo sóng điện từ lan truyền khơng gian (thậm chí chân khơng)  James Clerk Maxwell (Anh) dự đốn sóng điện từ năm 1865 Heinrich Hertz quan sát năm 1887  Sử dụng ăng ten truyền bắt sóng điện từ truyền qua khơng gian  Các tính chất sóng điện từ  Tốc độ rung điện tử xác định tần số sóng ƒ (số lượng dao động sóng giây), đo hertz  Bước sóng (khoảng cách hai điểm cao thấp liên tiếp) λ  Biên độ chiều cao điểm cực đến trục biểu diễn cường độ sóng Phổ điện từ  c = λƒ c: số, tốc độ ánh sáng  Biết ƒ biết λ  Nếu λ tính mét, ƒ tính MHz, λƒ ≈ 300 (ƒ = 100 MHz, λ ≈ 3m; ƒ = 1000 MHz, λ ≈ 0.3m)  Tốc độ truyền chất liệu khác giảm Các dải tần đặc tính chúng  Phổ điện từ phân chia thành số dải tần   Phần sóng radio, sóng cực ngắn, sóng hồng ngoại, ánh sáng phổ dùng truyền thông cách điều biến Tia cực tím, tia X, tia gamma chí cịn tốt cho truyền thơng có tần số cao, khó tạo điều biến Các dải tần đặc tính chúng  Tên dải tần dựa bước sóng chúng    LF, MF, HF: Low, Medium, High Frequency LF có bước sóng từ đến km (30 đến 300 kHz) VHF, UHF, SHF, EHF, THF: Very, Ultra, Super, Extremely, Tremendously High Frequency Các dải tần đặc tính chúng  Mọi dải tần truyền thông?    Dải tần cao có băng thơng lớn Tuy nhiên dải tần sau vùng ánh sáng sử dụng truyền thơng chúng khó điều biến nguy hiểm Tín hiệu có tần số cao chịu suy yếu nhiều hơn, có tầm ngắn dễ bị chặn lại chướng ngại vật đường Truyền sóng radio  Sóng radio sử dụng nhiều truyền thơng đặc tính:     Dễ tạo sóng Di chuyển qua khoảng cách xa Dễ dàng xuyên qua nhà Đi theo hướng từ nguồn phát  Nhược điểm  Giao thoa người dùng  Băng thơng thấp Truyền sóng radio  Trong dải tần VLF, LF, MF  Sóng radio theo mặt đất  Trong dải tần HF, VHF   Sóng bật lại mặt đất gặp tầng điện ly Có thể sử dụng cho khoảng cách xa Truyền sóng cực ngắn hay sóng viba  Các tính chất sóng cực ngắn  Sóng di chuyển theo đường thẳng  Tập trung lượng vào chùm nhỏ sử dụng ăng ten parabola cho tỉ lệ signal-to-noise cao  Khơng xun qua tồ nhà dễ dàng  Sóng bị khúc xạ, đến chậm khử tín hiệu  Sóng có tần số khoảng GHz bị hấp thu nước mưa  Sóng cực ngắn sử dụng cho truyền thơng đường dài trước có cáp quang: điện thoại cố định, điện thoại động, TV  Tương đối rẻ khơng sử dụng dây dẫn Sóng hồng ngoại milimet  Sóng hồng ngoại milimet sử dụng nhiều cho truyền thông tầm ngắn  Truyền theo đường thẳng, rẻ dễ tạo, không qua vật rắn  Bảo mật hệ thống hồng ngoại đơn giản hệ thống radio  Khơng phải có quyền sử dụng sóng hồng ngoại Sự qui định sử dụng phổ  Sự sử dụng phổ cần qui định do:  Môi trường không dây dùng chung  Sự giao thoa hệ thống cần phải giới hạn  Sự qui định thực tổ chức nước gần hợp tác quốc tế  Tổ chức chịu trách nhiệm toàn cầu International Telecommunications Union (ITU)  ITU đưa hướng dẫn phần phổ sử dụng ứng dụng  ITU hàng năm tổ chức hội nghị World Radio-communication Conference (WRC) Sự qui định sử dụng phổ  Các tổ chức nước qui định sử dụng phổ cho nhà khai thác dịch vụ  Đây vấn đề có tính chất trị xã hội nằm bên ngồi vấn đề cơng nghệ  Chính sách tổ chức khác tuỳ theo nước  Hiện có ba phương pháp cấp quyền sử dụng phổ  Đấu thầu  Chọn ngẫu nhiên  Đấu giá  ITU dành riêng số phần phổ cho sử dụng không cần quyền: 2.4 GHz (WLAN, PAN), 900 MHz 5GHz Mỹ Canada Sự qui định sử dụng phổ  Đấu thầu  Các công ty muốn trở thành nhà khai thác dịch vụ viết đề xuất  Cơ quan phủ đánh giá chọn đề xuất phục vụ cho nhu cầu công chúng nhiều  Nhược điểm:  Khơng cơng bằng, có thiên vị  Làm chậm trễ việc triển khai dịch vụ  Các nước châu Âu sử dụng phương pháp để cấp quyền sử dụng phổ cho dịch vụ 3G  Chọn ngẫu nhiên  Các nhà khai thác dịch vụ tham gia quay sổ xố Sự qui định sử dụng phổ  Nhược điểm  Quyền lợi công chúng không quan tâm  Dẫn đến tượng đầu  Đấu giá  Các công ty quan tâm tham gia bán đấu giá  Nhược điểm  Giá dịch vụ cho người sử dụng cao  Các cơng ty bị phá sản  Đấu giá cho quyền sử dụng phổ cho 3G Anh thu 40 tỉ $  Phương pháp kết hợp đấu thầu đấu giá Các đặc tính mơ hình truyền khơng dây  Khối lượng thơng tin chuyển qua kênh khơng có nhiễu, cơng thức Shannon S  W  H log 1   N   Trong      W: Giới hạn tốc độ bit H: Băng thông kênh S: Năng lượng tín hiệu (signal) N: Năng lượng nhiễu (thermal noise) S/N: tỷ lệ signal-to-noise  W: tốc độ bít cực đại kênh mơi trường truyền dẫn theo lý thuyết thông tin Các đặc tính mơ hình truyền khơng dây Tốc độ bit đạt kênh không dây thực thấp nhiều do:  Nhiều yếu tố suy yếu kênh không dây gây lỗi làm giảm tốc độ bit  Các yếu tố tính chất vật lý truyền sóng      Free space path loss Doppler Shift Sự phản xạ sóng Sự tán xạ sóng Sự nhiễu xạ sóng f  c 2 Các đặc tính mơ hình truyền khơng dây  Free space path loss  Sự suy yếu tín hiệu khoảng cách máy phát máy thu  Doppler Shift    Do di động trạm Tần số tín hiệu thu khơng giống với tín hiệu phát Trong hình bên cạnh, nguồn sóng di chuyển sang trái Tần số bên trái cao bên phải thấp Các đặc tính mơ hình truyền khơng dây  Sự phản xạ  Sự thay đổi hướng sóng gặp mơi trường khác trở lại môi trường ban đầu  Sự tán xạ   Xảy tín hiệu gặp chướng ngại vật Năng lượng tín hiệu bị tán nhiều hướng khó phán đốn