1) Điều chế băng hẹp
Các hệ thống thông thờng, nh máy thu hình, máy thu thanh AM/FM đều sử dụng điều chế băng hẹp. Các hệ thống này tập trung toàn bộ năng lợng phát vào một phạm vi tần số hẹp, do đó việc sử dụng tần số có hiệu quả. Việc thiết kế thiết bị truyền thông bảo toàn độ rộng băng tần càng nhiều càng tốt nên hầu hết các tín hiệu phát sử dụng một phổ tần tơng đối hẹp. Tuy nhiên, các hệ thống khác sử dụng cùng tần số phát sẽ gây nhiễu làm ảnh hởng đến các tín hiệu. Để tránh tình trạng can nhiễu, những ngời sử dụng các hệ thống băng hẹp phải xin cấp phép sử dụng tần số để phối hợp việc sử dụng tần số một cách hợp lệ. Nếu xảy ra can nhiễu, cơ quan quản lý phổ tần sẽ phải chịu trách nhiệm giải quyết.
2) Điều chế trải phổ
Hiện nay hầu hết các mạng LAN không dây đều sử dụng công nghệ trải phổ. Với kỹ thuật trải phổ đáp ứng các yêu cầu cho chúng ta trong truyền thông mạng nh đa truy nhập, loại trừ nhiễu hoặc bảo mật chống các xâm nhập trái phép vào hệ thống. Kỹ thuật trải phổ đợc sử dụng để cho phép rất nhiều ngời có thể sử dụng chung một băng tần rộng qua kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA- Code Division Multiple Access). Đây là một cách khác để dùng chung băng tần. Ngoài ra còn có hai cách chùng chung băng tần khác là truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Nh vậy một hệ thống trải phổ phải thoả mãn đủ hai tính chất sau:
+ Dải tần của tín hiệu truyền dẫn, cần phải lớn hơn nhiều so với dải tần của đoạn tin (Hình 5.8)
+ Dải tần của tín hiệu truyền dẫn cần phải tạo nên bởi một dạng sóng điều chế đợc gọi là tín hiệu trải phổ hoặc là mã trải phổ và phía thu cần phải biết mã trải phổ đó để có thể tách tín hiệu đoạn tin từ tín hiệu truyền dẫn đã đợc điều chế trải phổ.
Điều chế trải phổ trái với mong muốn bảo toàn độ rộng băng tần nhng quá trình trải phổ làm cho tín hiệu dữ liệu ít bị nhiễu so với các kỹ thuật điều chế vô tuyến thông thờng. Truyền dẫn khác và nhiễu điện từ, thờng là băng hẹp, sẽ chỉ gây ra can nhiễu với một phần nhỏ của tín hiệu trải phổ, gây ít nhiễu hơn và ít lỗi hơn nhiều khi các máy thu giải điều chế tín hiệu.
Điều chế trải phổ không hiệu quả về độ rộng băng tần khi đợc sử dụng bởi một ngời sử dụng. Tuy nhiên, điều chế trải phổ cho chúng ta nhiều u điểm: khả năng chống nhiễu cao tức là nhiều ngời có thể sử dụng chung cùng một độ rộng băng tần trải phổ mà không can nhiễu với nhau. Ưu điểm khác là khả năng làm việc trong môi trờng đa đờng, có đặc tính bảo mật cao, và có thể thực hiện đa truy nhập phân chia theo mã.
Điều chế trải phổ sử dụng hai phơng pháp trải tín hiệu trên một băng tần rộng hơn đó là: trải phổ nhẩy tần và trải phổ chuỗi trực tiếp.
• Trải phổ dãy trực tiếp
Trải phổ dãy trực tiếp kết hợp một tín hiệu dữ liệu tại trạm gửi với một chuỗi bit tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều, mà nhiều ngời xem nh một chipping code (còn đợc biết đến nh gain xử lý). Một gain xử lý cao làm tăng khả năng chống nhiễu củ tín hiệu. Gain xử lý tuyến tính tối thiểu mà FFC cho phép là 10, và hầu hết các sản phẩm khai thác dới 20. nhóm làm việc IEEE 802.11 đặt gain xử lý tối thiểu cần thiết của họ là 11.
Nguyên lý hoạt động của trải phổ dãy trực tiếp đợc trình bày theo lợc đồ hình thức trên hình 5.9. Số liệu nguồn đợc truyền trớc hết đợc cộng modul với một tuần tự nhị phân
Tín hiệu băng hẹp Biên độ
Tín hiệu trải phổ
Tần số Hình 5.8: So sánh điều chế trải phổ với điều chế băng hẹp
giả ngẫu nhiên, nghĩa là các bit tạo ra tuần tự mã giả này là ngẫu nhiên nhng tuần tự này lớn hơn nhiều so với tốc độ của số liệu nguồn. Do đó khi tín hiệu đã cộng modul đợc điều chế và truyền đi, nó chiếm và đợc gọi là trải ra một băng tần tơng ứng rộng hơn băng tần số liệu nguồn đã phát, làm cho tín hiệu xuất hiện nh tạp âm đối với các user khác của cùng một băng tần. Tất cả các thành viên của cùng một LAN không dây đều biết tuần tự giả ngẫu nhiên này đang đợc dùng. Tất cả các frame số liệu đang đợc truyền đều đợc đặt trớc một tuần tự mở đầu kèm theo một mẫu đánh dấu đầu của frame. Do đó khi giải điều chế tín hiệu đã truyền, trớc hết tất cả các máy tính thu phải tìm tuần tự mở đầu này thờng là một chuỗi các bit 1 và khi đã tìm htấy tuần tự này máy thu bắt đầu dịch luồng bit theo các ranh giới bit chính xác. Đợi cho đến khi thu đợc mẫu đánh dấu đầu frame, sau đó xử lý thu nội dung của frame. Nơi nhận số liệu đợc xác định bởi các địa chỉ đích đặt tại vùng header của frame theo cách thông thờng.
Nguyên lý trải phổ đợc mô tả trên hình 3.10. việc phát sinh một tuần tự giả ngẫu nhiên đơn giản dùng một số thanh ghi dịch và một số bộ cộng modul (Xor) đợc nối trong một vòng hồi tiếp. Trong hình có ba thanh ghi dịch và một bộ Xor và chúng tạo ra 7 mã nhị phân 3 bit (không có tổ hợp 000). Tổng quát ta có (2n-1) trạng thái cho một thanh ghi dịch n bit. Tuần tự giả ngẫu nhiên đợc dùng bằng cách thực hiện cộng modul giữa tuần tự này với mỗi bit số liệu nhị phân đợc truyền. Tuần tự giả ngẫu nhiên này cũng đợc gọi là tuần tự trải phổ, mỗi bit trong tuần tự đợc gọi là chip tốc độ bit truyền sau cùng chính là tốc độ chip, và số bit trong tuần tự gọi là hệ số trải phổ. Hệ số trải phổ xách định hiệu xuất của một hệ thống trải phổ. Thờng đợc biểu diễn bằng dB và đợc gọi là độ lợi gia công và bằng loga của hệ số trải phổ.
SV Nguyễn hữu hiếu 67 dữ liệu nguồn 10---010 10---010 10---010 01---101 10---010 --- Preamble Ranh giới đầu frame Nội dung frame 1 1 1 0 1 Tín hiệu đư ợc truyền Băng thông được xác định bởi hệ số trải phổ Biên độ tín hiệu được truyền nhiễu tham chiếu đất tần số fc Băng thông của dữ liệu nguồn (được xác định bởi tốc độ bit) Máy thu phát hiện và đồng bộ với các ranh giới bit dữ liệu nguồn Phát hiện đầu frame máy thu bắt đầu dò mẫu nhị phân Hình 5.9: Nguên lý hoạt động của trải phổ dãy trực tiếp 10---010 10---010 10---010 01---101 10---010 ---
Preamble
Ranh giới
đầu frame Nội dung frame
Nhiều sản phẩm trải phổ dãy trực tiếp trên thị trờng sử dụng nhiều hơn một kênh trên cùng một khu vực. Tuy nhiên, số kênh khả dụng bị hạn chế. Với dãy trực tiếp, nhiều sản phẩm hoạt động trên các kênh riêng biệt bằng cách chia băng tần số thành các kênh tần số không gối nhau. Điều này cho phép một số mạng riêng biệt hoạt động mà không can nhiễu cho nhau. Dù sao, độ rộng băng tần phải đủ để điều tiết các tốc độ dữ liệu cao, chỉ có thể có một số kênh. Chẳng hạn, các họ sản phẩm RangeLAN và ProxLink của Proxim sử dụng công nghệ trải phổ dãy trực tiếp trong băng tần 902-928 MHz. Proxlink kết hợp 7 kênh khác nhau, và RangeLAN sử dụng ba kênh.
SV Nguyễn hữu hiếu 68
PRBS output
PRBS=Pseudorandom Binary Sequence
Clk
Dữ liệu
Nguồn Mạch XOR điều chế + trộn
Đồng hồ
dữ liệu Mã trải phổ Sóng mang RF
điều chế +trộn
Sóng
mang RF Modul đồng bộ Mã trải phổ đồng hồ thu Mạch XOR Dữ liệu thu (a)
(b)
Hình 5.10: Nguyên lý của trải phổ dãy trực tiếp Bộ sinh tuần tự giả ngẫu nhiên
(c)
• Trải phổ nhảy tần
Trong hệ thống thông tin trải phổ nhẩy tần số (FH-Frequency Hopping), mã trải phổ giả tạp âm không trực tiếp điều chế sóng mang đã đợc điều chế, nhng nó đợc sử dụng điều khiển bộ tổng hợp tần số.
Nguyên lý hoạt động của trải phổ nhẩy tần đợc trình bầy trên hình 5.11
Băng tần đợc phân phối sẽ đợc chia thành một số các băng tần con thấp hơn đợc gọi là kênh. mỗi kênh đều có băng thông bằng nhau và đợc xác định bởi tốc độ bit và phơng pháp điều chế đợc dùng, máy phát dùng mỗi kênh trong khoảng thời gian ngắn trớc khi nhảy đến một kênh khác, khi đang dùng một kênh, tần số sóng mang trung tâm của kênh đợc điều chế với các bit đang đợc truyền tại thời điểm đó. Mẫu hữu dụng của kênh này là giả ngẫu nhiên và đợc gọi là tuần tự nhảy (hopping sequence), thời gian trải qua mỗi kênh đợc xem nh khoảng thời gian của một chip (chip period), và tốc độ nhảy đợc xem nh tốc độ phát chip.
Có hai chế độ hoạt động tơng ứng với trải phổ nhẩy tần và đợc xác định bởi tỉ số giữa tốc độ phát chip so với tốc độ gốc (nguồn). Chúng đợc trình bày trên hình 5.12. khi tốc độ chip lớn hơn tốc độ số liệu thì chế độ hoạt động tơng ứng đợc gọi là nhẩy tần nhanh, trong khi nếu tốc độ chip thấp hơn tốc độ số liệu thì gọi lànt chậm. Trong cả hai trờng hợp, có một tần số sóng mang đợc dùng tại trung tâm của mỗi kênh.
Một u điểm của trải phổ nhẩy tần so với trải phổ dãy trực tiếp là khả năng tránh dùng các kênh đã chọn (băng tần hẹp) trong toàn bộ băng tần đã đợc phân phối. Điều này đặc biệt hữu ích đối với các băng ISM bởi khả nng xuất hiện của một hay nhiều nguồn nhiễu băng hẹp công xuất lớn trong vùng phủ của LAN.
SV Nguyễn hữu hiếu 69 Kênh Tần số thời gian 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 (a) Kênh Tần số thời gian 7 6 5 4 3 2 1 0 Hình 5.12: Hoạt động của trải phổ nhẩy tần Nhẩy tần nhanh Nhẩy tần chậm 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 Kênh Tần số thời gian 7
Hình 5.11: Nguyên lý hoạt động của trải phổ nhẩy tần
6 5 4 3 2 1 0
Một hệ thống nhẩy tần cung cấp một mức bảo mật, đặc biệt là khi sử dụng một số l- ợng lớn kênh, do một máy thu vô tình (hoặc nghê trộm) không biết chuỗi giả ngẫu nhiên của các khe tần số phải dòlại một cách nhanh chóng để tìm tín hiệu mà họ muốn nghe trộm. Ngoài ra tín hiệu nhẩy tần hạn chế đợc ảnh hởng của hiện tợng fading, do có sử dụng mã hoá điều khiển lỗi và xen kẽ để bảo vệ tín hiệu nhẩy tần khỏi sự suy giảm rõ rệt đôi khi có thể xảy ra trong quá trình nhẩy tần. Nh vậy, trải phổ nhẩy tần cung cấp các chức năng hoàn thiện hơn cần thiết cho các mạng dữ liệu không dây di động, bao gồm:
+ Hạn chế nhiễu
+ Tăng dung lợng mạng + Khả năng điều phối mạng + Hiệu xuất ổn định
+ Các mạng chồng chéo nhau + Tính di động
+ Tính an toàn và bảo mật
5.2.4 Các thành phần của mạng LAN không dây
Thành phần cơ bản trong một mạng LAN không dây bao gồm một Card giao diện mạng không dây và một cầu nối cục bộ không dây còn đợc gọi là một điểm truy nhập.
Card mạng giao diện không dây giao diện máy tính với mạng không dây bằng cách điều chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi trải phổ và thực hiện một giao thức truy nhập cảm ứng sóng mang. Nếu máy tính muốn gửi dữ liệu lên trên mạng, card giao diện mạng sẽ nghe ngóng các truyền dẫn khác. nếu card giao diện mạng không thấy các truyền dẫn khác, nó sẽ phát một khung dữ liệu. Các trạm khác, liên tục nghe ngóng dữ liệu đến, chiếm khung dữ liệu phát và kiểm tra địa chỉ của nó có phù hợp với địa chỉ đích trong header của khung hay không. Nếu không phùi hợp, trạm đng nhận sẽ xử lý khung. Nếu không, trạm thải hồi khung. Hầu hết các sản phẩm mạng LAN không dây có thể duy trì tốc độ lỗi bit tốt hơn 10−8. Những card mạng này thờng có kèm theo:
+ Anten và day anten đa hớng trong nhà
+ Phần mềm mạng để làm cho card mạng hoạt động đợc với mạng cụ thể + Phần mềm chuẩn đoán cho tác vụ gỡ rối
+ Phần mềm cài đặt
Những card mạng này có thể đợc dùng để + Thiết lập mạng cục bộ vô tuyến hoàn toàn
+ Bổ xung trạm vô tuyến cho mạng cục bộ dùng cáp.
Card mạng giao diện không dây đợc cắm vào bus ISA (Industry Standard Architecture) của một máy tính để bàn hoặc một bộ thích ứng kích thớc nhỏ đợc cắm vào khe PCMCIA của máy tính xách tay. Card giao diện mạng không dây có một anten ngoài có thể gắn vào tờng hoặc một vị trí nào đó trong phòng làm việc. Card giao diện mạng không dây giao diện máy tính của ngời sử dụng với mạng không dây và có thể so sánh đ- ợc với một bảng ethernet nhng giá thành cao hơn.
2) Các cầu nối của LAN không dây
Các cầu nối mạng là một thành phần quan trọng của bất kỳ mạng nào chúng kết nối nhiều đoạn mạng hoặc nhóm các mạng LAN tại lớp điều khiển truy xuất đờng truyền (MAC) tạo ra một mạng logic riêng. Lớp MAC. Cung cấp các chức năng truy nhập đờng, là một phần của kiến trúc IEEE mô tả mạng LAN. Các cầu nối đợc sử dụng để: mở rộng khoảng cách của phân đoạn mạng. Tăng số lợng máy tính trên mạng. Giảm hiện tợng tắc nghẽn do số lợng máy tính nối vào mạng quá lớn, nối kết các phơng tiện vật lý khác nhau nh dây xoắn đôi và cáp ethernet (cáp đồng trục). Kết nối các đoạn mạng khác nhau nh Ethernet với Ethernet, hoặc Ethernet với Token ring,và đồng thời cung cấp việc lọc các gói dựa trên địa chỉ lớp MAC của chúng. Điều này cho phép một tổ chức tạo ra các đoạn trong một mạng của họ. Cầu nối hoạt động tại tầng data link của mô hình tham chiếu OSI. Tầng data link có hai tầng con là LLC và MAC. Cầu nối tầng MAC có nhiệm vụ:
+ Lắng nghe tất cả các lu thông trên mạng .
+ Kiểm tra địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của mỗi gói dữ liệu + Xây dựng bảng định tuyến khi có sẵn thông tin.
+ Chuyển gói dữ liệu theo các thức sau:
Nếu đích không đến đợc liệt kê trong bảng định tuyến, cầu nối sẽ chuyển gói dữ liệu đến mọi đoạn mạng, hoặc Nếu đích đến đợc liệt kê trong bảng định tuyến, cầu nối sẽ chuyển gói dữ liệu đến đoạn mạng đó (trừ khi đó cũng chính là đoạn mạng chứa địa chỉ nguồn). Cầu nối hoạt động dựa trên nguyên tắc mỗi nút mạng có địa chỉ riêng. Một cầu
nối chuyển đi các gói dữ liệu dựa trên địa chỉ nút đến. Nếu một trạm muốn gửi một gói dữ liệu cho một trạm khác, trong cùng đoạn, cầu nối sẽ không gửi gói dữ liệu cho các đoạn khác. Tuy nhiên, nếu đích của gói là trên đoạn khác, cầu nối sẽ cho phép gói đi qua đến đoạn đích. nh vậy, các cầu nối đảm bảo rằng các gói không đi vào các phần của mạng mà chúng không cần đi qua. Quá trình này, đợc gọi là phân đoạn, làm cho việc sử dụng độ rộng băng tần của mạng tốt hơn và tăng hiệu suất.
Có hai loại cầu nối cục bộ là cầu nối cục bộ và cầu nối từ xa. Cầu nối cục bộ kết nối