Tìm Hiểu, Nghiên Ứu Ông Nghệ Mạng Không Dây Và Đề Xuất Mô Hình Ứng Dụng.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ngµnh Xö lý th«ng tin & truyÒn th«ng T×m hiÓu, nghiªn cøu c«ng nghÖ m¹ng kh«ng d©y vµ ®Ò xuÊt m« h×nh øng dông hoµng v¨[.]

Trang 1

-

Ngành: Xử lý thông tin & truyền thông

Tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ mạng không dây và đề xuất

Trang 2

Hoàng Văn Quang Lớp CH XLTT&TT 2004

LỜI CAM ĐOAN

chịu hoàn toàn trách nhiệm

Trang 3

MỤC LỤC

Trang

19TLỜI CAM ĐOAN1 9T 1

19TLỜI CẢM ƠN19T 5

19TDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT19T 6

19TDANH MỤC CÁC BẢNG19 T 7

19TDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ19 T 7

19TMỞ ĐẦU19T 9

19TCHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY19T 11

19T1.1KHÁINIỆMVÀLỊCH SỬPHÁT TRIỂN19T 11

19T1.2MÔHÌNHKẾTNỐI19 T 13

19T1.2.1 Mô hình kết nối Wi-Fi19 T 13

19T1.2.2 Kết nối Điểm - Điểm (Peer to Peer Mode)19T 14

19T1.2.3 Kết nối Điểm - Đa điểm (Infrastructure Mode)19T 15

19T1.2.4 Kết nối dạng Lưới (Mesh)19T 16

19T1.3CÁCDỊCHVỤ19T 17

19T1.3.1 Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng19T 17

19T1.3.2 Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng 19 T 18

19T1.3.3 Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn và thành phố nhỏ19T 19

19T1.4CÁCKỸTHUẬTĐIỀUCHẾ19T 20

19T1.4.1 Kỹ thuật điều chế trải phổ (Spread Spetrum technique)19T 21

19T1.4.2 Điều chế dãy trực tiếp (DS)1 9T 22

19T1.4.3 Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao OFDM19T 25

19T1.5MỘTSỐTIÊUCHUẨNKỸTHUẬTTIỂUBIỂUCHOWLAN 27 19T 19T1.5.1 IEEE 802.x sử dụng mô hình 7 lớp OSI19T 27

19T1.5.2 IEEE 802.11 28 19 T 19T1.5.3 IEEE 802.11b 29 1 9T 19T1.5.4 IEEE 802.11a 30 19 T 19T1.5.5 IEEE 802.11g 30 19T 19T1.5.6 IEEE 802.11n 30 19T 19T1.5.7 HiperLAN 31 19T 19T1.5.8 Các tiêu chuẩn khác19 T 32

19T1.6VẤNĐỀTẦNSỐ19 T 33

19T1.6.1 Dải tần sử dụng19 T 33

19T1.6.2 Khả năng tái sử dụng tần số và nhiễu của Wi-Fi19T 37

19T1.7CHUYỂNVÙNG 40 19 T 19T1.8VẤNĐỀBẢOMẬT19T 40

19T1.8.1 Xác thực qua hệ thống mở (Open Authentication)19T 40

19T1.8.2 Xác thực qua khoá chia sẻ (Shared-key Authentication)19T 42

19T1.8.3 Bảo mật dữ liệu thông qua WEP (Wired Equivalent Privacy)19T 44

Trang 4

19T1.8.4 Bảo mật dữ liệu thông qua EAP 19 T 45

19T1.9QUẢNLÝCHẤTLƯỢNGDỊCHVỤ19T 45

19T1.10SOSÁNHCÔNGNGHỆ I I W F –CÔNGNGHỆ I AXW M 1 9T 46

19T1.10.1 Mở đầu19T 46

19T1.10.2 Thị trường19T 47

19T1.10.3 Kỹ thuật truyền dẫn19T 48

19T1.10.4 Băng thông19T 50

19T1.10.5 Điều chế19T 50

19T1.10.6 Mã sửa sai FEC19T 51

19T1.10.7 Hiệu suất sử dụng băng thông19T 51

19T1.10.8 Giao thức truy cập19T 51

19T1.10.9 Bảo mật19T 53

19T1.11KẾTLUẬN19 T 56

19TCHƯƠNG 2 - ĐÁNH GIÁ THỊ TRƯỜNG VÀ THIẾT LẬP MẠNG KHÔNG DÂY 58

19T2.1TÁCĐỘNGĐẾNTHỊTRƯỜNGVIỄNTHÔNG 19T 58

19T2.1.1 Tác động đến dịch vụ truy nhập Internet19T 59

19T2.1.2 Tác động đến thị trường thông tin di động19T 59

19T2.2KINHNGHIỆMTRIỂNKHAITRÊNTHẾGIỚI19T 60

19T2.3NHUCẦUPHÁTTRIỂNWLANTẠIVIỆTNAM 64 19T 19T2.3.1 Đánh giá nhu cầu thị trường19T 64

19T2.3.2 Hiện trạng triển khai và nhu cầu của các doanh nghiệp19T 65

19T2.4LẮPĐẶTMẠNGKHÔNGDÂY 68 19 T 19T2.4.1 Giới thiệu19T 68

19T2.4.2 Lựa chọn các thiết bị19T 69

19T2.4.2.1 Router Wi Fi 69 - 19T 19T2.4.2.2 Card mạng Wi-Fi19 T 70

19T2.4.2.3 Access Point19T 71

19T2.4.2.4 Máy chủ in ấn 72 19 T 19T2.4.2.5 Cầu nối Wi-Fi19T 73

19T2.4.2.6 Carmera không dây19T 73

19T2.4.2.7 Thiết bị nghe nhạc và xem phim19T 74

19T2.4.2.8 Router du lịch 74 19T 19T2.4.2.9 Lựa chọn Antenna 75 19 T 19T2.4.3 Chọn vị trí lắp đặt thiết bị19T 76

19T2.4.5 Thiết lập mạng không dây19T 77

19T2.4.6 Bảo mật hệ thống19T 80

19T2.4.7 Xử lý sự cố mạng19T 82

19T2.5KẾTLUẬN19 T 83

Trang 5

HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 84

19T3.1NHUCẦUVỀSỰCẦNTHIẾTCỦAVIỆCPHỦSÓNG19T 84

19T3.2 MÔHÌNHKẾTNỐICHOTRƯỜNGĐHCÔNGNGHIỆP19 T 85

19T3.2.1 Các thông số kỹ thuật của Wi- Fi19 T 85

19T3.2.2 Mô hình đấu nối cơ bản19T 86

19T3.2.3 Mô hình phủ sóng cho toàn trường19T 86

19T3.2.3.1 Sơ đồ mặt bằng19T 86

19T3.2.3.2 Mô hình phủ sóng19T 88

19T3.2.3.3 Cơ sở phân tích19T 88

19T3.2.4 Mô hình phủ sóng riêng từng tòa nhà19 T 89

19T3.2.4.1 Mô hình phủ sóng Nhà A1019T 89

19T3.2.4.2 Mô hình kết nối giữa các tòa nhà19 T 94

19T3.2.4.3 Mô hình kết nối không dây mỗi tầng trong tòa nhà19T 95

19T3.2.4.4 Mô hình phủ sóng các phòng thư viện19T 96

19T3.2.4.5 Mô hình phủ sóng các lớp học19 T 98

19T3.2.4.6 Mô hình phủ sóng phòng họp19 T 98

19T3.3TRIỂNKHAI I AX W M KẾTHỢP I IW F 19T 99

19T3.3.1 Mở đầu19T 99

19T3.3.2 Lợi ích của công nghệ WiMax19T 100

19T3.3.3 Cấp phép lắp đặt19 T 100

19T3.3.4 Giải pháp triển khai mạng WiMax19T 103

19T3.3.5 Hai mạng WiFi và WiMax đan xen19T 104

19T3.4KẾTLUẬN19 T 19T108 19TKẾT LUẬN19T 106

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cám ơn:

Ts Nguyễn Kim Khánh đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong

khoa Hà nội

Các Thầy, Cô giáo trong Khoa Công nghệ Điện tử Trường Đại học Công nghiệp Hà nội, đã giúp đỡ tôi về mặt thời gian

nghiệp Hà nội đã tạo điều kiện về mặt thiết bị để tôi hoàn thành được luận văn này

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Telecomminications Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu

Âu

sử dụng băng tần 900/1800 MHz

ETSI khởi xướng

phẩm tương thích 802.11b

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Kênh không chồng lẫn băng tần ISM 2.4Ghz 29

Bảng 1.2 Đặc tính cơ bản của các tiêu chuẩn tiêu biểu 31

Bảng 1.3 Quy định công suất phát sử dụng băng tần ISM 2.4 GHz 33

Bảng 1.4 Các kênh tần số sử dụng ở băng tần U-NII 5 GHz 35

Bảng 1.5 Quy định về công suất phát cực đại ở băng tần U-NII của Mỹ 36

Bảng 1.6 Các kênh tần số của tiêu chuẩn 802.11b 37

Bảng 1.7 Tóm tắt các thông số kỹ thuật WiFi và WiMax 55

Bảng 3.1 Thông số của AP 94

Bảng 3.2 Dải tần của một số vùng trên thế giới 101

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 19TUHình 1.1 Cấu hình mạng Wi- FiU19T 14

19TUHình 1.2 Mô hình kết nối Point – – to Point 14U1 9T 19TUHình 1.3 Mô hình kết nối Point – –to MultiPoint 15U1 9T 19TUHình 1.4 Mô hình kết nối dạng MeshU19T 16

19TUHình 1.5 Nguyên lý trải phổ 22U19T 19TUHình 1.6 Nguyên lý trải phổ dãy trực tiếpU19 T 23

19TUHình 1.7 Phổ của tín hiệu OFDM 26U19T 19TUHình 1.8 Quan hệ giữa mô hình OSI và tiêu chuẩn 802.x 28U19T 19TUHình 1.9 Sử dụng băng tần U NII cho kỹ thuật OFDM- U19T 36

19TUHình 1.10 Phân bổ các kênh tần số trên trục tần sốU19T 38

19TUHình 1.11 Tái sử dụng tần số của Wi- FiU19T 38

19TUHình 1.12 Trường hợp triển khai AP cho nhà nhiều tầngU19T 39

19TUHình 1.13 Cấu trúc từ mã 44U19T 19TUHình 1.14 Secure Broadband Wireless NetworkU19 T 54

19TUHình 2.1 Mô hình kết nối của VDC triển khai dịch vụ WiFi@VNNU19T 66

19TUHình 2.2 Linksys WRT54GS Wireless G Broadband Router - U19T 69

19TUHình 2.3 Các loại card Wireless 71U19T 19TUHình 2.4 Linksys WPS54GU2 Wireless-G PrintServerU19 T 72

19TUHình 2.5 Kiểm tra chất lượng phát sóngU19T 78

19TUHình 2.6 Công cụ Wireless Zero của Windows XPU19T 79

19TUHình 2.7 Cửa sổ cấu hình Card mạng không dâyU19 T 80

19TUHình 3.1 Mô hình ph ủ sóng cơ bảnU19 T 86

19TUHình 3.2 Sơ đồ mặt bằng Trường ĐHCNU19T 87

19TUHình 3.3 Mô hình phủ sóng Trường ĐHCN Hà nội 88U19T 19TUHình 3.4 Mô hình phủ sóng trung tâm công nghệ cao và thư việnU19 T 90

19TUHình 3.5 Mô hình truyền dẫn APU19 T 91

19TUHình 3.6 Mô hình phủ sóng trong từng tòa nhà U19T 95

19TUHình 3.7 Kết nối không dây mỗi tầng 96U19T

Trang 9

19TUHình 3.8 Mô hình phủ sóng phòng thư việnU19T 97

19TUHình 3.9 Mô hình phủ sóng các lớp họcU19T 98

19TUHình 3.10 Mô hình phủ sóng phòng họp 99U19T

19TUHình 3.12 Triển khai khi 2 mạng ở gần nhauU19 T 102

19TUHình 3.13 Triển khai mạng không dâyU19T 103

Trang 10

nhỏ để có thể mang theo bên người và đều có thể kết nối với nhau cũng như kết nối với mạng Internet

Thứ hai, xu hướng thu nhỏ khoảng cách giữa các lĩnh vực thông tin,

communicaion) Cả hai đang hội tụ làm một, một cuộc thoại có thể qua mạng

số liệu và ngược lại, cả hai đang phát triển mạnh mẽ về mặt kỹ thuật Trong lĩnh vực truyền thông truyền thống, các hệ thông thông tin di động đang phát triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Trong lĩnh vực truyền số liệu, truy cập không dây được xem là động lực cho sự phát triển của các tiêu chuẩn chung cho mạng cục bộ không dây WLAN, mà tiêu biểu là họ tiêu

đang làm phong phú cho môi trường đa truy nhập và làm thay đổi thị trường viễn thông trong nước cũng như của thế giới nói chung

Chương 1: Nghiên cứu tổngquan mạng không dây

Chương 2: Đánh giá nhu cầu s dử ụng và thiết lập mạng không dây

Chương 3: Đề xu mô h ất ình ứng ụng cho Trường ĐHCN HN d

Trang 11

Luận văn nghiên cứu tổng quan về công nghệ không dây, kinh nghiệm

Hà nội hiện tại và tương lai

Hà nội, Ngày tháng 10 năm 2006

Trang 12

Chương 1-TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY

1.1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Liên minh Wi-Fi (Wiless Fidelity) là tổ chức quốc tế phi lợi nhuận được thành lập năm 1999 để chứng nhận khả năng cùng hoạt động của các sản phẩm mạng máy tính nội bộ không dây WLAN (Wireless Local Area

Networking hoặc Hotspot) và việc hạ giá thành của các thiết bị được cấp

-Internet băng rộng không dây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11b Wi-Fi cho phép tốc độ truyền số liệu theo lý thuyết đạt 11 Mbps trong bán kính 50 đến

100 m với công suất bức xạ đẳng hưởng tương đương (EIRP) 100mW ở tần

số 2.4 MHz

các mục đích khác

Mạng máy tính cục bộ không dây (WLAN) được xem như là một mạng máy tính cục bộ (LAN) sử dụng phương thức truyền dẫn vô tuyến để truyền và nhận số liệu Các mạng máy tính cục bộ không dây thời kỳ đầu sử dụng băng tần 2.4 GHz ở băng tần được dành cho các ứng dụng trong công nghiệp, khoa học và y tế ISM (Industrial, Scientific, and Medical), nơi mà các thiết bị khác như máy điện thoại kéo dài, lò vi sóng, thiết bị điều khiển

Trang 13

Engineer) ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật 802.11 cho các thiết bị WLAN hoạt động ở phổ tần 2.4 GHz, một chuẩn công nghiệp cho các thiết bị WLAN được hình thành Ban đầu, các mạng WLAN có tốc độ truyền số liệu 1 hoặc 2 Mbps đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của các ứng dụng hiện thời, tuy nhiên, tỏ ra chậm hơn nhiều với các ứng dụng sử dụng mạng nội bộ LAN có tốc độ 10 hoặc 100 Mbps Hai năm sau, tiêu chuẩn 802.11b đạt tốc độ truy nhập WLAN lên 11 Mbps và đưa WLAN lên ngang hàng cùng mạng LAN tiêu chuẩn

Trong cùng năm 1999, nhiều công ty trong ngành công nghiệp máy tính nhận ra rằng kỹ thuật WLAN đã trưởng thành và có tốc độ truyền số liệu

nhận các sản phẩm có thể cùng hoạt động trong môi trường WLAN Chứng

tiêu chuẩn 802.11b và mở ra thời kỳ bùng nổ thị trường của sản phẩm 802.11b trong cả thị trường gia đình và thương mại

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các điểm nóng trên

dễ vượt qua như: hoàn thiện về mặt tiêu chuẩn kỹ thuật, khả năng tính cước, chuyển vùng, bảo mật v.v

Trang 14

1.2 MÔ HÌNH KẾT NỐI

1.2.1 Mô hình kết nối Wi- Fi

sóng cho người sử dụng, mạng truyền dẫn và hệ thống quản lý Đối với người

sử dụng thì có thể là các máy tính cá nhân (thông thường là máy xách tay)

máy tính xách tay ngày nay, card WLAN được tích hợp trong máy và được

sử dụng các kỹ thuật điều chế mới như kỹ thuật trải phổ SS (Spread Spetrum)

và phân chia đa tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Devision

được thiết kế như là cổng (Gateway) nối giữa mạng không dây và hạ tầng

phạm vi bán kính khoảng hơn 100m trong tầm nhìn thẳng Trong vùng phủ

Trang 15

Ngêi sö dông

AP (§iÓm truy nhËp)

Ngêi sö dông

AP (§iÓm truy nhËp)

Internet

HÖ thèng qu¶n lý truy cËp

Hình 1.1 0T2TCấu hình mạng Wi - Fi

tăng khoảng cách phục vụ

1.2.2 Kết nối Điểm - Điểm (Peer to Peer Mode)

Hình 1.2 Mô hình kết nối Point – to – Point

Trang 16

Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu một nguồn phát/thu truyền thông tin tới một trạm thu/phát Ưu điểm chính của phương pháp này

là tốc độ kết nối cao, bán kính kết nối rộng, tính bảo mật, đảm bảo thông lượng kết nối theo thiết kế và giảm chi phí hệ thống cho các cơ chế bảo toàn

hay nhiều khách hàng không dây, những người truyền tin theo kiểu phi thể thức hình thành nên một tập dịch vụ căn bản độc lập (Independent Basic Service Set - IBSS) Kiểu phi thể thức được dùng để kết nối các khách hàng không dây khi không có sự hiện diện của điểm truy nhập không dây

1.2.3 Kết nối Điểm - Đa điểm (Infrastructure Mode)

Hình1.3: Mô hình kết nối Point – – to MultiPoint

Đây là phương pháp truyền thông tin theo kiểu: Một nguồn phát/thu (trạm gốc hay còn gọi là trạm cơ sở) truyền thông tin tới nhiều trạm thu/phát (trạm khách hàng hay còn gọi là trạm xa CPE ) trong cùng một thời điểm Trong các hệ thống truyền dẫn ở tần số cao (băng thông lớn) thì mô hình này

yếu được sử dụng tại các khu vực có mật độ tập trung khách hàng cao như trong thành phố, khu công nghiệp

Trang 17

CPE Một điểm truy nhập không dây đơn có khả năng hỗ trợ một hoặc nhiều khách hàng không dây được gọi là một Tập dịch vụ căn bản (Basic Service Set BSS ) Tập gồm hai hoặc nhiều hơn các điểm truy nhập không dây được kết nối tới cùng một mạng có dây được gọi là Tập dịch vụ mở rộng (Extended Service Set) Một ESS là một phân đoạn mạng logic đơn (còn được gọi là một mạng con) và được nhận dạng bởi chỉ số nhận dạng dịch vụ

1.2.4 Kết nối dạng Lưới (Mesh)

Hình1.4 Mô hình kết nối dạng Mesh

vùng phủ sóng của 1 AP khác thì AP mới sẽ Chứng thực được CPE là một thành viên trong mạng và làm một số thủ tục cần thiết để vẫn duy trì kết nối cho CPE đó

Trang 18

1.3 CÁC DỊCH VỤ

Các dịch vụ dựa trên kỹ thuật mạng nội bộ không dây WLAN được phân chia thành ba nhóm chính:

nghiện cứu hoặc cho cá nhân)

- Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng (“điểm nóng”)

- Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn và thành phố

1.3.1 Nhóm sử dụng cho mạng dùng riêng

- Thiết lập mạng cục bộ:

hoặc kết nối với các thiết bị không dây để truyền dẫn dữ liệu và kết nối giữa chúng với nhau Những mạng này cũng có thể sử dụng để kết nối giữa các tòa

doanh nghiệp

- Sử dụng cho các nhân:

Mục đích chính là thiết lập mạng cá nhân không dây ở nhà thay vì phải thiết lập hệ thống cáp cho kết nối giữa các máy tính (đặc biệt là máy tính

Trang 19

1.3.2 Nhóm sử dụng cho phục vụ ở các điểm công cộng (“ Điểm nóng”)

Có ba loại hình dịch vụ được đề cập nhiều trong cung cấp dịch vụ ở

đa phương tiện) và được gọi là điểm nóng Thông thường các vị trí này là sân bay, nhà ga, siêu thị, khách sạn, trung tâm hội nghị, trung tâm giải trí, quán

cà phê và nhà hàng

tay, thiết bị điện tử cá nhân và các máy di động

Các loại hình dịch vụ được đề cập:

- Dịch vụ truy nhập Internet:

Internet như messaging, duyệt Web, chơi trò chơi qua mạng, mạng riêng ảo

Các ứng dụng đa phương tiện như âm thanh, phát hình quảng bá được cung cấp qua mạng không dây với tốc độ cao Tuy nhiên, để đảm bảo dịch vụ thì mỗi ô phủ sóng (cell) cần giới hạn số lượng người truy cập là 20 hoặc 30

Dịch vụ này cung cấp cho người sử dụng các thông tin và các bản tin nội bộ Ví dụ là lịch trình hoặc các thông tin khác liên quan đến giao thông (sân bay, nhà ga, tàu điện ngầm) hoặc các thông tin thương mại

Trang 20

1.3.3 Nhóm sử dụng cho phủ sóng thị trấn và thành phố nhỏ

Việc sử dụng kỹ thuật WLAN cho phủ sóng trên diện tích rộng là một trong những vấn đề gây nhiều bàn cãi nhất và ưa thích nhất ở các diễn đàn về

Các nhà khai thác di động thường coi kỹ thuật WLAN có vùng phủ sóng quá hẹp (vài chục mét), và họ không đề cập đến việc sử dụng kỹ thuật này để thiết lập mạng viễn thông công cộng Người ta cho rằng nếu áp dụng

kỹ thuật này cho mảng công cộng có thể phải đối mặt với một vấn đề rất khó giải quyết là đảm bảo chất lượng dịch vụ do băng tần là băng tần tự do và

quan tâm đến kỹ thuật này ở khía cạnh khác là khả năng cạnh tranh về giá của các thiết bị WLAN Mặc dù vậy, các nhà khai thác di động cùng chỉ chú

ý đến sử dụng kỹ thuật này cho mảng thị trường là những nơi có mật độ thuê bao cao (điểm nóng) mà thôi

Tuy nhiên, các nhà cung cấp dịch vụ mạng mạch vòng vô tuyến (WLL) thì coi WLAN là khả năng để thiết lập mạng công cộng cho ở các thành phố

Mặc dù vậy, việc sử dụng kỹ thuật WLAN để hỗ trợ cho phát triển dịch vụ Intenet ở các vùng nông thôn lại được đề cập nhiều nhất, nơi mà các

Thế mạnh của WLAN là việc triển khai việc cung cấp dịch vụ tương đối dễ dàng: giá thành thiết bị thấp, dễ sử dụng, quản lý và khai thác Một trở ngại lớn nhất cho phát triển theo hướng này là các quy định về pháp lý hiện hành không cho phép tự phát triển mạng để cung cấp dịch vụ theo hình thức tự phát mà không có sự tham gia của các hãng viễn thông

Trang 21

1.4 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến được xây dựng trên nhiều tiêu chuẩn

truy nhập tiêu biêu: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Miltiple Access), đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Acces) và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)

bao được gán một cặp tần số song công (Duplex) để truyền thoại hoặc số liệu giữa thuê bao và mạng

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian: Trong phương thức này, một tần

số trong một cặp tần số được phân chia thành các khe thời gian khác nhau và thuê bao được phân bổ một cặp khe thời gian trong một cặp tần số (đường lên

và đường xuống) để truyền tin Như vậy, mỗi cặp tần số có thể được sử dụng cho nhiều thuê bao liên lạc đồng thời

Pseudo-noise Sequence) để truyền tin trong cùng một giải tần số Việc tách biệt thôngtin giữa các thuê bao được thực hiện nhờ tín hiệu trực giao của các mã trải phổ này Việc giải mã tín hiệu chỉ có thể thực hiện được khi phía thu biết được mã trải phổ mà phía phát sử dụng để mã hoá tín hiệu

Việc ứng dụng kỹ thuật đa truy nhập theo mã vào các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến đã tạo ra những ưu điểm nổi bật như: khả năng chống nhiễu do

Trang 22

cố ý hay không cố ý, có tính bảo mật cao, giảm độ phức tạp trong công tác quy hoạch tần số

Sự khan hiến của phổ tần và tầm quan trọng ngày một tăng của ứng dụng không dây đã đặt ra những yêu cầu đối với kỹ thuật sử dụng phổ tần: sử dụng có hiệu quả phổ tần và đảm bảo khả năng đa truy nhập Trong các hệ thống WLAN, các kỹ thuật điều chế chủ yếu được sử dụng là kỹ thuật trải phổ SS và phân chia đa tần số trực giao OFDM

1.4.1 Kỹ thuật điều chế trải phổ (Sp read Spetrum technique)

Kỹ thuật điều chế trải phổ được sử dụng ban đầu trong quân đội để chống lại nhiễu toàn băng do cố ý hoặc vô tình và có tính bảo mật cao Trong điều chế trải phổ, mỗi người được phát một chuỗi mã riêng, chuỗi mã này được sử dụng để mã hoá tín hiệu mang tin khi phát Tại phía thu sẽ tiến hành giải mã tín hiệu thu được thông qua chuỗi mã này Điều này thực hiện được

do tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và mã của người

sử dụng khác rất thấp Do quá trình mã hoá sẽ trải rộng phổ của tín hiệu cần phát nên phổ tín hiệu mã lớn hơn rất nhiều so với băng tần cần thiết để mang tin, vì vậy người ta gọi phương pháp này là điều chế trải phổ, tín hiệu sau điều chế được gọi là tín hiệu trải phổ

Trang 23

việc sử dụng một chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên có phổ gần giống như tập âm Gaussian - chuỗi giả ngẫu nhiên PN Trong thực tế, các chuỗi nhị phân ngẫu nhiên có thể được điều chế dễ dàng và có những kết quả thực tế giá trị

1.4.2 Điều chế dãy trực tiếp (DS)

Trong điều chế trải phổ dãy trực tiếp, mỗi người sử dụng được gán một

mã trải phổ, mã này được tạo ra bởi quá trình điều chế tuyến tính với một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ cao Tín hiệu điều chế ban đầu được nhân với mã trải phổ để tạo ra một chuỗi tín hiệu có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ mã ban đầu, và do đó phổ tín hiệu cũng rộng ra tương ứng

Trang 24

Hình1.6 Nguyên lý trải phổ dãy trực tiếp có thành phần của nhiễu băng hẹp

- Không cần thiết phải đồng bộ giữa những người sử dụng

Nhược điểm:

- Khó tạo lập và duy trì đồng bộ giữa tín hiệu thu và chuỗi mã trải phổ dùng để giải điều chế Việc đồng bộ phải được duy trì trong khoảng thời gian một phần của chip đồng thời độ lệch đồng bộ cần phải rất nhỏ

- Việc tạo ra một chuỗi tần số có tính liên tục lớn rất khó khăn

Trang 25

- Do công suất phát của những người sử dụng ở gần trạm gốc lớn hơn rất nhiều so với những người ở xa tram gốc, gây ra nhiễu đối với những người sử dụng ở xa Vấn đề gần xa có thể được giải quyết bằng sử dụng thuật toán điều khiển công suất của cả trạm gốc và máy di động

- Do sử dụng toàn băng tần cho việc thực hiện truyền nhận tín hiệu nên số băng tần sẵn sàng trên toàn băng là rất ít (3 tần số với 2.4 GHz) cho khả năng

mở rộng vùng phủ sóng là rất khó

- Điều chế nhảy tần (FS)

được thay đổi theo chu kỳ Sau một khoảng thời gian, tần số sóng mang lại

“nhảy” sang một tần số khác Dạng nhảy tần này được quyết định bởi tín hiệu

tần Việc chiến dụng tần số của hệ thống trải phổ nhảy tần rất khác biệt so với

hệ thống trải phổ dãy trực tiếp Hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DS sẽ chiếm toàn bộ dải tần số khi phát, còn hệ thống trải phổ nhảy tần chỉ chiếm một phần nhỏ của dải tín hiệu khi phát, nhưng vị trí của phần dải tần bị chiến trong toàn bộ dải tần sẽ thay đổi theo thời gian Đối với trải phổ nhảy tần có hai loại nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm tuỳ thuộc vào tốc độ của mã nhảy tần và tốc độ của tín hiệu cần mang tin

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần có các ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

- Việc đồng bộ thực hiện dễ hơn nhiều so với trải phổ dãy trực tiếp vì chủ thực hiện trong một phần thời gian của 1 bước nhảy tần

Trang 26

- Các dải tần số mà tín hiệu nhảy tần có thể chiếm giữ không cần phải liên tục nhau vì bộ tổ hợp tần số có thể nhảy qua một phần của băng tần Kết hợp với khả năng dễ đồng bộ cho phép hệ thống có dải tần trải phổ lớn hơn

- Xác xuất có nhiều người sử dụng cùng phát trên một giải tần số là rất nhỏ Trạm gốc có thể thu được tín hiệu từ một người sử dụng ở xa trạm gốc

mà không sợ bị nhiễu bởi những người sử dụng ở gần vì những người này sử dụng các tần số phát khác nhau và không cần quan tâm nhiều đến vấn đề gần

- Do hệ thống trải phổ nhảy tần có thể làm việc được ở dải tần trải phổ lớn nên việc chống nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống trải phổ dãy trực tiếp.Nhược điểm:

1.4.3 Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao OFDM

Kỹ thuật điều chế phân chia theo tần số trực giao OFDM là một phương thức điều chế và phương thức đa truy nhập khác OFDM phân chia băng tần ra các đoạn tần số bằng nhau cho người sử dụng để truyền nhận thông tin OFDM về phương diện nào đó cũng tương tự kỹ thuật phân chia theo tần số FDM, tuy nhiên, OFDM có một tính chất quan trọng là các tín

Trang 27

hiệu được điều chế có tính chất trực giao với nhau Đối với nhân kênh theo tần số FDM, giữa các tần số cần có khoảng tần số bảo vệ, còn OFDM do có tính chất trực giao nên các tín hiệu chồng lấn lên nhau mà không gây nhiễu

Kỹ thuật OFDM là một trường hợp đặc biệt của kỹ thuật truyền dẫn đa sóng mang, dòng số liệu được truyền trên nhiều nhiều sóng mang phụ có tốc

các sóng mang có dạng hình sin với đặc điểm có giá trị không ở tất cả các tần

của nhiễu trong băng

fc + (k-1)f0 fc + kf0 fc + (k-1)f0

f

Hình1.7 Phổ của tín hiệu OFDM

Hơn nữa, do tính chất trực giao nên hiệu quả sử dụng băng tần được

Kỹ thuật nhân kênh tần số trực giao OFDM cũng có thể được xem như

là kỹ thuật đa truy nhập khi mà một hoặc một nhóm sóng mang được phân bổ cho các người dùng khác nhau

Trang 28

Kỹ thuật OFDM cũng có thể kết hợp với kỹ thuật nhảy tần để tạo nên

hệ thống trải phổ và có nhiều ưu điểm hơn so với các kỹ thuật CDMA trước đây như: chống xuyên nhiễu tốt hơn, sử dụng băng tần hiệu quả hơn

Hiện nay, kỹ thuật OFDM được sử dụng trong cả truyền dẫn truyền thống (ADSL) và truyền dẫn vô tuyến (truyền hình số quảng bá, truy nhập Internet băng rộng) và được xem như một lựa chọn cho tiêu chuẩn vô tuyến của thông tin di động thế hệ thứ 4

1.5 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TIỂU BIỂU CHO WLAN

1.5.1 IEEE 802.x sử dụng mô hình 7 lớp OSI

Network) trở nên rất quen thuộc ngày nay với khả năng cho các thiết bị cầm tay như máy tính xách tay, các thiết bị điện tử có thể kết nối mạng qua môi trường vô tuyến kết nối mạng nội bộ hoặc mạng công cộng cho các ứng dụng truyền thông thoại hoặc dữ liệu Phạm vi quy định của các dòng tiêu chuẩn cho WLAN là các tiêu chuẩn định nghĩa cho 2 lớp thấp nhất của mô hình 7

Trang 29

Application

Presentaion

Physical Data link Network Transport Session

Logical Link Control (LLC)

C¸c líp giao thøc cao h¬n (IP, TCP, ) M« h×nh 7 líp OSI

Hình1.8 Quan hệ giữa mô hình OSI và tiêu chuẩn 802.x

Nhìn chung, các tiêu chuẩn về truy nhập không dây băng rộng khá đa dạng, một số đang trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển nên rất khó có thể

cho sự phát triển của loại hình truy nhập này Mặc dù vậy, các dòng tiêu chuẩn này đều có chung đặc điểm ở việc nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, tối

cấp phép hoặc đã được quy hoạch cho các dịch vụ khác

1.5.2 IEEE 802.11

Là tiêu chuẩn kỹ thuật quy định cho WLAN hoạt động ở băng tần 2.4 MHz Công suất phát xạ cực đại được quy định 4W ở Mỹ và 100 mW ở châu

Âu Ban đầu, tiêu chuẩn kỹ thuật IEEE 802.11 định nghĩa cho tốc độ truyền

dữ liệu 1 hoặc 2 Mbps với ba kỹ thuật vô tuyến khác nhau: Trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) và hồng ngoại (Infrared) Trên cơ sở kỹ

Trang 30

thuật IEEE 802.11, một số tiêu chuẩn khác được phát triển nhằm nâng cao tốc độ truyền số liệu như 802.11b, 802.11a

số liệu nhưng vẫn duy trì tương thích với tiêu chuẩn 802.11 với phương pháp trải phổ dãy trực tiếp DSSS

Một số sản phẩm “802.11b+” có mặt ở thị trường hoạt động ở băng tần 2.4GHz với tốc độ 22Mbps Tiêu chuẩn 802.11b+ được xây dựng trên dòng tiêu chuẩn IEEE và nâng cấp phần mã hoá nhưng vẫn đảm bảo tương thích với các sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn 802.11b

Các kênh tần số được sử dụng cho băng tần ISM 2.4GHz đối với tiêu

Băng tần số Số thứ tự kênh Tần số trung tâm (MHz)

Trang 31

1.5 4 IEEE 802.11a

kỹ thuật này sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthorgonal Frequency Division Multiplexing) cho phép truyền

số liệu đạt tốc độ 54MBps

1.5.5 IEEE 802.11g

Được xây dựng trên cơ sở tiêu chuẩn 802.11 cho WLAN, tốc độ truyền

số liệu đạt 54Mbps trên băng tần số 2.4GHz (cùng bằng tần với 802.11b), sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM trong khi vẫn giữ tính tương thích với 802.11b

1 5.6 IEEE 802.11n

Mặc dù các sản phẩm 802.11g hiện tại có tốc độ khá nhanh, nhưng có nhiều tác vụ như tải đồng thời nhiều luồng tín hiệu hình ảnh trên cùng một kết nối không dây đòi hỏi băng thông phải lớn hơn so với khả năng của các

một phiên bản sẽ cung cấp băng thông trên 250Mbps, tức là cao hơn băng thông của các sản phẩm chuẩn 802.11g hiện tại đến hơn 4 lần Chuẩn 802.11n tăng băng thông bằng cách nén dữ liệu hiệu quả hơn và sử dụng Antenna cho phép phát nhiều tín hiệu cùng một lúc (kỹ thuật này được gọi là

Trang 32

1.5.7 HiperLAN

HiperLAN (HIgh PErformance Radio Local Area Network) là tiêu

5470-5725MHz) nằm trong dự án mạng truy nhập băng rộng BRAN (Broadband Radio Access Network) của Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu

Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institude) Công suất bức

HiperLAN loại 1 sử dụng phương thức điều chế dịch pha cực tiểu Gause GMSK (Gaussian Minimun Shift Keying) với tốc độ truyền số liệu 24 Mbps, HiperLAN loại 2 sử dụng phương thức OFDM với tốc độ truyền số liệu cho phép 54Mbps

Các đặc điểm chính của các tiêu chuẩn kỹ thuật cho truy nhập không

Tiêu chuẩn Băng tần Phương thức

điều chế Tốc độ Số kênh tối đa

Trang 33

1.5.8 Các tiêu chuẩn khác

theo những tiêu chuẩn mới

Selection) và điều khiển công suất truyền dẫn (Transmit Power Control)

slavers)

Trang 34

1.6 VẤN ĐỀ TẦN SỐ

1.6.1 Dải tần sử dụng

Đề cập đến băng tần sử dụng cho các mạng máy tính cục bộ không dây

ISM (Industrial, Scientific and Medical)

U-NII (Unlicense National Information Infrastructure)

* Băng tần ISM

Các thiết bị khi sử dụng băng tần này đều phải tuân thủ các quy định

về bảo vệ các dịch vụ viễn thông khác và chấp nhận nhiễu từ các thiết bị cùng

Công suất cực đại Vùng địa lý Được quy định ở tài liệu

Bảng 1.3 Quy định công suất phát sử dụng băng tần ISM 2.4 GHz

Tại Việt Nam hiện tại chưa có các quy định cụ thể về sử dụng băng tần ISM ngoài một số tiêu chuẩn đã ban hành về máy điện thoại kéo dài, yêu cầu

về tương thích điện từ,

Trang 35

* Băng tần U - NII

U-NII được sử dụng trong dự án phát triển hạ tầng thông tin quốc gia của Mỹ Năm 1995, để phục vụ dự án hạ tầng thông tin quốc gia (National

đến trường học và cộng đồng của chính phủ Mỹ, FCC đã phân bổ thêm hai đoạn băng tần (5.10GHz~5.35GHz/5.725GHz~5.825GHz) bổ sung cho băng

phát triển dịch vụ truy nhập không dây băng rộng đều hướng tới phát triển sử

- Băng tần ISM 2.4GHz với độ rộng băng tần 100MHz đã trở nên quá

- Băng tần ISM 5GHz được bổ sung thêm băng tần U-NII trở nên đủ

-kiện như ISM nhưng không bị gây nhiễu từ các thiết bị ISM khác

Tuy nhiên, việc sử dụng băng tần này sẽ gặp bất lợi nếu không được

qua một nghị quyết về phát triển dịch vụ truy nhập vô tuyến không dây ở

-trong nhà

Trang 36

Đánh số kênh tần cho băng tần 5GHz được định nghĩa theo khoảng cách giữa tần số trung tâm và 5GHz với nguyên lần hơn 5MHz Quan hệ giữa tần số trung tâm và số thứ tự kênh được thể hiện ở công thức sau:

) ( 5

5000 n MHz

f center = + × ch

Với độ rộng băng tần cho mỗi kênh tần số là 20MHz, số băng tần

Băng tần số Số thứ tự kênh Tần số trung tâm (MHz)

Trang 37

Hình1.9 Sử dụng băng tần U NII cho kỹ thuật OFDM

Trang 38

1.6.2 Khả năng tái sử dụng tần số và nhiễu của Wi-Fi

*Khả năng phủ sóng và tái sử dụng tần số của Wi -Fi

Tiêu chuẩn 802.11b sử dụng băng tần ISM 2.4GHz gồm 11 kênh tần

Bảng 1.6 Các kênh tần số của tiêu chuẩn 802.11b0T2T

Do các kênh tần số này chồng lấn nhau hình 1.10, nên chỉ có 03 kênh

là không gây nhiễu lẫn nhau là 1, 6, 11

Trang 39

Hình1.10 Phân bổ các kênh tần số trên trục tần số

Như vậy, khả năng tái sử dụng tần số cho một điểm nóng là 1/3 (với trường hợp chỉ một nhà khai thác cung cấp dịch vụ tại một khu vực) và được

Hình1.11 Tái sử dụng tần số của Wi - Fi

Tuy nhiên, trong trường hợp sử dụng cho nhà cao tầng, để tránh nhiễu lẫn nhau giữa các tầng thì việc bố trí tần số cho các điểm truy nhập sẽ trở nên rất khó khăn do cứ hai tầng thì có một tầng chỉ lắp được 01 điểm truy nhập hình 1.12

Trang 40

Hình1.12 Trường hợp triển khai AP cho nhà nhiều tầng

có nhiều nhà khai thác hotspot tại một điểm hoặc nơi tập nhu cầu sử dụng lớn

* Khả năng gây nhiễu của Wi Fi sử dụng chuẩn 802.11b với các ứng dụng khác sử dụng băng tần ISM 2.4G Hz:

-Do sử dụng băng tần 2.4GHz, nơi mà rất nhiều ứng dụng đã được phát

dựa trên chuẩn 802.11b cho các điểm nóng trở nên rất khó khăn khi chấp nhận và bảo vệ nhiễu từ các thiết bị sử dụng chung băng tần số

(Wi-Fi5) được xem là xu hướng tất yếu Cùng với việc ITU thông qua băng

5750-5725MHz trên toàn cầu, trong đó 100MHz đầu tiên được sử dụng cho

Tiêu đề	Tìm Hiểu, Nghiên Cứu Công Nghệ Mạng Không Dây Và Đề Xuất Mô Hình Ứng Dụng
Tác giả	Hoàng Văn Quang
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Kim Khỏnh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Xử Lý Thông Tin & Truyền Thông
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	3,16 MB