Cơ bản về sóng vô tuyến potx

Cơ bản về sóng vô tuyến Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được thì việc nắm rõ các kiến thức cơ bản về trường điện từ, anten và một số các thuật ngữ liên quan là rất cần thiết. Nếu không có những kiến thức cơ bản này, có thể bạn sẽ không lắp đặt được chính xác các thiết bị wireless và khó xử lý sự cố (troubleshoot). Trongmộtphiên truyền thông, vìtận cùng bản chất của dữ liệu làbao gồm các bit 0và 1, bên phát dữ liệu cầncó một cách thức để gửicác bit 0 và 1 để gửi cho bên nhận. Một tín hiệu xoay chiềuhaymột chiều tự nó sẽ khôngthực hiện tác vụ này.Tuynhiên, nếu một tín hiệu có thayđổi và daođộng, dùchỉ một ít, sự thay đổi nàysẽ giúp phân biệt bit 0và bit 1.Lúc đó, dữ liệucần truyền sẽ có thể gửi và nhậnthành côngdựa vào chínhsự thay đổi của tín hiệu. Dạng tín hiệu đã điều chế này còn đượcgọi làsóng mang(carrier signal). Có ba thành phần củadạng sóngcó thể thay đổi để tạo rasóng mang, đó là biên độ, tần số và pha. Tất cả cácdạngtruyền thông dùngsóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vàotrong một tín hiệu gửi quasóng AM/FM,điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, taphải thựchiệnmộtvào kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đangtruyền. Một người dùngbình thườngthì khôngquan tâm đếnviệc tínhiệu đượcđiều chế như thế nào. Họ chỉ cần biết làthiết bị hoạt động như mong đợi. Tuy nhiên, để trở thành một người quảntrị mạng không dây giỏi, việc có thêmkiến thức về điều gì đang thực sự diễn ra khihai trạm không dây giaotiếp với nhaucũng rất cần thiết. Phần còn lạicủa bài nàysẽ trình bày về sóng và truyền sóng. Biên độ và bước sóng Truyền thông vô tuyếnbắt đầu khi các sóng vô tuyến đượctạo ratừ mộtmáy phát và gửiđến máynhận ở một vị trí khác. Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà bạnhay gặp ở biểnhay hồ. Sóng cóhai thành phần chính: biênđộ vàbước sóng. Biên độ là chiềucao, độ mạnh hoặccông suất của sóng. Nếu bạn đang đứng trước biển khicác cơn sóng đi vào bờ, bạn có thể cảm nhận sức mạnhcủa nhữngcon sóng lớn so với những cơn sóng nhỏ. Thiết bị ăng-tencũng thực hiệnmộtchức năng tươngtự nhưngvới sóng vô tuyến.Các sóng lớn thườngtạo ra nhiều tín hiệu điện trongmột ăng-ten, giúpcho tín hiệu dễ nhận dàng nhận ra hơn. Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm tươngtự trên hai đỉnhsóng liên tiếp. Biên độ và tần số cả hai đềulà các thuộc tính của sóng. Bức xạ điện từ Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ.Bức xạ điện từ baogồm sóng radio, viba, hồng ngoại,ánhsáng khả kiến, tia cực tím,tia X, và tia gamma.Tất cả chúngđềutruyền đi vớivận tốc ánh sáng là c = 3x108 m/s và tạo ra phổ điện từ. Sự khác nhaugiữa các loạisóng điệntừ này phụ thuộc vào bước sóngcủa mỗithứ và chínhcái gọi là bướcsóngnày liên quan trựctiếp đến năng lượngcủa sóng (bướcsóng càng nhỏ thì nănglượngcàngcao). Khi chúng ta cungcấp một dòngđiện xoay chiều có tần số cao vào một dây dẫnthì dây dẫn đó sẽ tạo ra sóngđiện từ (radio wave)và truyền ra không gian theo phươngthẳng về mọi hướng.Ví dụ dễ hình dungnhất là sự phát ánhsángcủa mặt trời. Nếu lấy một viên đá thả xuống hồ nước, ta sẽ tạo ra những gợnsóng nhấp nhô lên xuống và di chuyển dần raxa, sóng điện từ cũng bứcxạ rangoài với hình dáng y hệt như thế và phátnăng lượng ramôi trường xung quanh. Dạng sóng tiêu biểu. Wavelength: bước sóng của tínhiệu chính là khoảng cáchgiữa 2 đỉnhcủa sóng và được ký hiệu là[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/thanh/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01 /clip_image002.gif[/IMG] (đơn vị làm/s). Cycle: chukỳ, là thời gian ngắnnhất mà tínhiệu được lặp lại, ký hiệu là T(đơn vị là s) Frequency: tần số của tín hiệu, làsố chu kỳ trong một giây, ký hiệu là f (đơn vị là Hz = s-1). Theo hìnhvẽ trên, ta cóthể thấy bước sóng cũng chính là khoảng cách mà tín hiệu lan truyền được trong một chu kỳ của nó. Do vận tốc sóng được coi là hằng số (đối với các loạibức xạ điện từ) và bằng vận tốc ánh sáng nênchu kỳ và bướcsóng có mốiquanhệ như sau: Do đó Từ côngthức cơ bảnnày ta cóthể tính đượcbước sóngtương ứngvới các tần số mà sónghoạt động. Pha làmộtthuật ngữ mang tính tươngđối. Nó chỉ ra mối quanhệ giữahai sóng cócùng tầnsố. Để xác địnhpha,bước sóng được chia thành 360 phần, được gọi là độ.Nếu bạn nghĩ thông số độ này tựa như thời gian bắt đầu thìnếu có một sóng bắt đầu từ điểm0 độ và một sóng khácbắt đầu lúc 90 độ,haisóng này được xem là lệch phanhau 90độ. Trongmộtmôi trường lý tưởng, sóng đượctạo ra và truyền từ một máy này và nhậnmộtcách hoànhảo bên máy kia. Tuynhiên, truyền thông vôtuyến không xảy ra trong môi trường lý tưởng.Có nhiều nguồn gây nhiễu và nhiều vật cả ảnh hưởngsóng khinó đangdi chuyển. Hìnhvẽ dưới đây vẽ hai sóng đang lệch pha nhau 90độ. Thời gian và pha Giả sử bạncó haiđồnghồ đangđứngyênvà cả haicùng chỉnh về 12 giờ. Lúc 12 giờ, bạn khởi động đồnghồ đầu tiên và sauđó một giờ,bạn khởi động đồng hồ thứ hai. Đồng hồ thứ hai đượcxem là đi chậm hơnđồng hồ thứ nhất một giờ. Khi thời gian trôi đi, đồng hồ thứ hai cũngvẫn đi sau đồnghồ thứ nhất 1 giờ. Cả hai đồng hồ cùng duytrì một ngày 24 giờ nhưngcả hai không đồng bộ với nhau. Các sóng lệch pha nhauthì cũng là hai sóng xuất phátở những thời giankhác nhau.Cả hai sóng sẽ hoàn thành chu kỳ 360 độ nhưng nósẽ lệch pha với nhau. Các phương thức điều chế Để dữ liệu có thể được truyền, tín hiệu phải được xử lýsao cho bên máy nhận có cách để phân biệt bit0và 1. Phương pháp xử lýtín hiệu sao cho nó tượngtrưng cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi làđiều chế. Phươngthức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang.Phương thức này mã hóa dữ liệu saocho nó có thể truyền. Có ba kiểu điều chế: điều biên (AmplitudeShift Keying - ASK), điều tần –(Frequency ShiftKeying - FSK), và điều pha(PhaseShift Keying - PSK). Ý tưởng cho phần điều chế tín hiệu trong WLAN là để chứa càng nhiều dữ liệu càng tốt vàotrong tín hiệu và để giảmthiểu lượng dữ liệucó thể bị mất do nhiễu.Khi dữ liệu bị mất, nó phải được truyền lại, và vì vậy làm tốn tàinguyên của mạng không dây. Có hai kỹ thuật khác nhau đượcdùng để mô tả dữ liệu: Trạng thái hiện hành (current state):với kỹ thuật này, giá trị hiệnhành của tín hiệu được dùng để phân biệt giátrị 0và 1.Kỹ thuật này sẽ gán một giátrị cụ thể để chỉ ra giátrị nhị phân là 0haylà 1. Ở mộtthời điểm cụ thể, giá trị của tín hiệu sẽ xác định giá trị nhị phân. Ví dụ, bạn có thể mô tả giá trị 0 và 1 bằng mộtcánh cửa bình thường. Mỗi mộtphút, bạn kiểmtra xem cửa là đónghaymở. Nếu cửalà đang mở, nótượng trưng cho giá trị 0. Nếu cửa đangđóng,nó tượng trưngcho giá trị 1. Tình trạng hiện thời của cánh cửa, đónghaymở, sẽ xácđịnhgiá trị 0 hay 1. Chuyển trạng thái (state transition): với kỹ thuật này, sự thayđổi hay chuyểntín mức tínhiệu sẽ được dùng để phân biệt0 và 1. Kỹ thuật này có thể mô tả giá trị 0 bằngcách thay đổi pha củasóng ở mộtthời điểm cụ thể, trongkhigiá trị 1sẽ đặc trưng bằng việc giữ nguyên pha.Ở một thời điểm cụ thể, yếu tố có sự thayđổi hay khôngcó sự thay đổi trongphacủa tín hiệu sẽ đượcdùngđể xác địnhgiá trị nhị phân. Ví dụ cánhcửa bên trên có thể được dùnglại một lầnnữa để minhhọa.Cứ mỗimộtphút, nếu cánh cửa đang dichuyển (dù để mở hayđể đóng), nótượng trưng chogiá trị 0. Nếu cánh cửa đứng yên (dù đangmở hay đóng),nó tượng trưng giátrị 1. Trongví dụ này, trạng thái chuyển đổi (di chuyểnhaykhông di chuyển)sẽ xác định giátrị 0 hay 1. Điều biên Điều biên thay đổi biên độ/ độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức biên độ được dùng để tượng trưngmức0 và một mức được dùngđể tượng trưng mức 1. Hình bên dưới mô tả làm thế nào một dạng sóng cóthể điều chế một mã ASCII,ký tự Kdùng phươngphápđiều biên. Biên độ lớntượng trưngcho bit1,trong khibiên độ nhỏ tượng trưngcho mức 0. Chínhbiênđộ của sóngsẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên máynhận, đầu tiên máy nhậnsẽ chia tín hiệu nhận được ra thành những khoảnthời gianđượcgọi là thời gian lấymẫu. Máy nhận sauđó sẽ kiểm tra sóng để tìmra biên độ. Tùy thuộcvào giá trị biên độ của sóng, máy nhận sẽ xác địnhgiá trị nhị phân đang được truyền. Như bạn cũng có thể biết, các tín hiệu không dây thì có thể khó dự đoán và cũng có thể bị nhiễu từ nhiều nguồn. Khi nhiễu xảy ra,nó thườngảnh hưởng đến biên độ của tín hiệu. Vì khi có một sự thayđổi trongbiên độ có thể làm cho máy nhậndiễn dịch saigiá trị dữ liệu, kỹ thuật này phải được dùng mộtcách cẩn thận. Điều tần Điều tần thayđổi tần số tínhiệu để môtả dữ liệu nhị phân. Điềubiên dùngkỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó mộtmức tần số có thể tượng trưng cho bit0 và mộttần số khác tượng trưng cho bit 1. Sự thayđổi tần số sẽ xácđịnhdữ liệu đang được truyền. Bên máy nhận lấymẫu của tín hiệu, nó sẽ xác định tần số của sóng, và tuỳ thuộcvào giá trị tần số, máy nhận sẽ xác định giá trị nhị phân. Hình dướiđây sẽ mô tả làm thế nàomột dạng sóng cóthể mô tả ký tự Kcủa bảng mã ASCII dùng kỹ thuật điều tần. Mứctần số nhanhhơn đượcdiễn dịch như mức1 và mức tần số thấp hơnđược diễn tả như mức 0. Trongcác chuẩn802.11ban đầu, kỹ thuật điều tần FSK được dùng.Khi yêu cầu truyền thông nhanhhơn, kỹ thuật FSKsẽ đòi hỏi nhiều kỹ thuật đắt hơn để hỗ trợ tốc độ nhanhhơn. Điều nàylàm cho nó không còn thực tế. Điều pha Kỹ thuật này sẽ thay đổi phacủa tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều phadùng kỹ thuật thay đổitrạng thái, trong đó một pha dùng để mô tả bit 0 vàmột phakhác dùngđể môtả mức 1. Sự thayđổi trạngthái củaphasẽ xác địnhdữ liệu đangđược truyền. Khi máy nhận lấy mẫu tín hiệu, nó sẽ xácđịnh pha vàtrạng thái của bit. Hình dướiđây mô tả làm thế nào một dạng sóng có thể mô tả ký tụ Kdùng kỹ thuật điều pha. Phathay đổi đầuchu kỳ dùng để mô tả giá trị nhị phân là 1. Nếu pha khôngthay đổi ở đầu chukỳ thì mô tả giá trị 0. Điều pha dùngnhiều trong các chuẩn 802.11. Một cách tiêu biều, bên máynhận sẽ lấy mẫu tín hiệu và so sánh pha của mẫu hiệnhànhvới pha trước đó và xác định sự khác nhau.Sự khácnhau trong pha (lệch pha)sẽ được dùngđể xác định giá trị bit. Các phiên bản cao cấp của điều pha cóthể mã hóa nhiều bit. Thay vì dùng haipha để xác địnhgiá trị nhị phân, bốn pha có thể đượcdùng.Mỗi pha trong bộ bốn này có thể dùngđể mô tả hai giátrị nhị phân (00,01,10,11)thay vì chỉ 1 (0 hoặc 1), như vậy sẽ giúp ngắn thời gian truyền.Hình dưới đây mô tả ký tự K trong bảng mã ASCIIcó thể đượcmãhóa và truyền dùngkỹ thuật này. Bạnchú ý là cóítchu kỳ lấy mẫu hơnhình vẽ trước. Hoạt động cơ bản của sóng vô tuyến Tiếntrình truyềnvà nhận vô tuyến làmột phần quantrọng tronghoạt động của mạng WLAN. Bạn cần hiểu nhữnglýthuyết cơ bản củasóng vô tuyến saocho có thể thiết kế mạngkhôngdâyhiệu quả. Tuynhiên, lý thuyết về vấn đề này có thể phức tạp, bao gồm nhiều công thứctoán và cácnguyêntắc vật lý. Phần dưới đây chỉ giới thiệu thông tin từ quan điểm thực tế, không dùng bất kỳ phương trìnhtoán học nào. Truyền thông vô tuyếnbắt đầu bằng các tín hiệu daođộng đượctruyền từ một thiết bị đến một hoặc nhiều thiết bị khác. Tín hiệu daođộng nàyđược dựa trên một tầnsố cố định và biết trước.Bởi vì bênphát tín hiệu dùng một tínhiệu được thiết lập,bên nhận có thể điều chỉnhđếncùng tầnsố và nhận cùng một tín hiệu. Bạn có thể đã trãi quaviệc tương tự như vầy khi bật sóng vô tuyến trong xehơi. Một cách cơ bản, bên máy phát có mộtantentạo ratín hiệu vô tuyến. Bên nhận cũng có thiết bị tương tự, ngoạitrừ nó nhận tín hiệu thông quaanten. Để đơn giản, giả sử rằng các trạm khôngdây dùngcác ănten rất nhỏ để gửi và nhận các tín hiệu bằngnhauvề mọi hướng. Mỗi vòng tròn trong hình tượng trưng cho mộtphần sóng được tạo ra bởi ăngten. Hìnhdưới đây mô tả tín hiệu vôtuyến đượcgửi như thế nào giữa haithiết bị. Một dãy các tần số đượcdùngcho những chức năng tương tự nhauđược gọi là một băngtần. Ví dụ băng tần củađài AMlà từ 550Mzhđến1720 Mhz.Mộtvài truyền thông trongWLAN diễn ra ở băngtần 2.4Ghz, trong khinhững công nghệ WLANkhác dùngbăng tần 5Ghz. Ở đây, dãy tần được mô tả mộtcách tượngtrưng, các tần số chính xác sẽ làtừ 2.412Ghz đến 2.484GHZ; trong khibăngtần 5Ghz tượng trưngcho dãy tần số từ 5.150 đến 5.850GHz. Các kỹ thuật điều chế thườnglàm cho tín hiệu sóngmang thay đổichút ít theo thời gian. Vì vậy, cả bên truyền và bên nhận phải mong đợi tín hiệu sóng mangxuất hiện trênmột tầnsố cố định nhưngthay đổichút ít xungquanh dãy tần số đó.Dãy này được gọi làmột kênh (channel). Mặc dù trong lĩnhvực mạngkhông dây, các kênhthường được môtả bằng số, chứ không mô tả bằng tần số. Hình dướiđây mô tả mối quanhệ giữa tần số sóngmang,điều chế, kênhvà băng tần. . các sóng vô tuyến đượctạo ratừ mộtmáy phát và gửiđến máynhận ở một vị trí khác. Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà bạnhay gặp ở biểnhay hồ. Sóng cóhai thành phần chính: biênđộ vàbước sóng. Biên. Cơ bản về sóng vô tuyến Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được thì việc nắm rõ các kiến thức cơ bản về trường điện từ, anten và một. tự K trong bảng mã ASCIIcó thể đượcmãhóa và truyền dùngkỹ thuật này. Bạnchú ý là cóítchu kỳ lấy mẫu hơnhình vẽ trước. Hoạt động cơ bản của sóng vô tuyến Tiếntrình truyềnvà nhận vô tuyến làmột