Vì kích thớc của các bớc sóng khác nhau nên các sóng truyền lan trong không gian theo các cách khác nhau. Một số sóng rất thích hợp cho truyền dẫn cự ly dài nhng một số sóng khác lại bị hạn chế trong các cự ly rất ngắn. thông thờng, tần số càng cao thì cự ly mà tín hiệu truyền đi càng ngắn. các tần số có bớc sóng dài có xu hớng đi theo bề cong của mặt đất. Điều đó giải thích tại sao các băng tần VLF và LF đặc biệt thích hợp cho các mục đích truyền dẫn toàn cầu. Các tần số trong băng tần MF sẽ truyền thẳng lên trời nhng một số năng lợng của chúng sẽ bị phản xạ trở lại làm cho sóng bị gấp khúc. Tức là sóng loại này truyền theo nguyên lý phản xạ toàn phần. Hiệu ứng gấp khúc này cho phép thông tin cự ly dài nhng không phải lúc nàocũng có đủ tin cậy. Trong sóng VHF và cao hơn, các tín hiệu không bị uốn cong và những sóng đợc phát vào không trung sẽ không bị phản xạ trở lại. Các tần số này rất hữu ích cho các truyền thông theo tầm nhìn thẳng, nhng bất lợi cho truyền thông cự ly xa, trừ khi chúng hớng vào một vệ tinh, để sau đó lại phát chúng trở lại về trái đất.
Các sóng ánh sáng bị hạn chế về cự ly truyền dẫn và it có khả năng xuyên qua các chớng ngại vật. Điều này có thể rất cần thiết vì chúng có thể duy trì các truyền dẫn cô lập, chẳng hạn trong phạm vi một phòng đơn.
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 61
Visible light (Hz)
Radio Microwave Intrared UV X-ray Gamma-ray
Hình 5.3: Phổ điện từ sử dụng trong truyền thông
Band LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF (Hz) Satellite Fiber Optics Terrestrial microwave Twisted pair Manitime AM Radio Coax FM Radio TV
Phạm vi truyền dẫn cũng bị ảnh hởng bởi các mức công suất đợc dùng để phát tín hiệu, độ nhậy của máy thu, loại anten, chất lợng đờng truyền dẫn, chiều cao anten, phơng pháp đợc sử dụng để gửi thông tin, lợng nhiễu, điều kiện khí quyển.
Tuy nhiên, đối với một mạng cục bộ không dây, chúng ta quan tâm đến một cơ cấu giữ các truyền dẫn hạn chế. Nghĩa là các kỹ thuật nh sử dụng các tần số cao hơn, công suất thấp hơn, và anten đợc thiết kế để hạn chế khoảng cách truyền dẫn.
5.2 kỹ thuật mạng LAN không dây
Các sản phẩm LAN không dây đợc bán rộng rãi nhất sử dụng sóng vô tuyến nh một đờng truyền dẫn giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi. Ưu điểm của sóng vô tuyến so với tất cả các dạng kết nối không dây khác là chúng có thể lan truyền qua các bức tờng và các chớng ngại vật khác. mặc dù có thể bị ngăn cách với máy chủ hoặc cầu nối không dây bởi những bức t ờng, nhng những ngời sử dụng có thể duy trì các kết nối – hỗ trợ đích thực cho tính di động. Với các sản phẩm LAN vô tuyến, một ngời sử dụng với một máy tính xách tay có thể di chuyển tự do trong khi truy nhập dữ liệu từ một máy chủ hoặc một ứng dụng.
Tuy vậy, nhợc điểm của LAN vô tuyến là tổ chức sở hữu mạng phải quản lý các sóng vô tuyến song song với sự truyền lan các sóng điện từ khác. các thiết bị khác sử dụng cùng các tần số vô tuyến có thể gây ra can nhiễu với các mạng LAN vô tuyến. Tổ chức này phải xác định khả năng can nhiễu trớc khi xây dựng một mạng LAN không dây. do các sóng vô tuyến xuyên qua các bức t- ờng, an toàn dữ liệu là một vấn đề cần phải quan tâm. Những ngời trái phép ở bên ngoài vùng điều khiển có thể thu các thông tin nhạy cảm. Tuy nhiên, các hãng bán sản phẩm thờng thay đổi tín hiệu dữ liệu để bảo vệ thông tin, khiến cho những ngời không thích hợp sẽ không thể hiểu đợc.
5.2.1 Phổ tần đợc sử dụng cho mạng LAN không dây
Một số băng tần đợc đề xuất sử dụng cho các mạng LAN không dây và các tốc độ dữ liệu gần đúng tơng ứng đợc chỉ ra trong bảng 1 dới đây.
Các băng tần ISM (khoa học, công nghiệp và y tế)
Các tần số ISM đợc nêu ra trên Hình 5.4. ở nhiều nớc, những ngời sử dụng khai thác các sản phẩm không dây trong băng tần ISM không cần xin giấy phép của các cơ quan quản lý tần số nếu các sản phẩm này đáp ứng một số yêu cầu, nh công suất của máy phát phải dới 100 mW và phải đảm bảo không gây can nhiễu cho các thiết bị sử dụng tần số vô tuyến khác trong cùng khu vực.
Bảng 1. Phổ tần sử dụng cho các mạng LAN không dây
Các băng tần ISM không khả dụng trên toàn thế giới làm hạn chế khả năng khai thác các sản phẩm không dây. Một số vùng có thể khai thác các băng tần ISM 902 MHz, 2,4 GHz và 5,7 GHz nhng một số vùng lại chỉ có thể khai thác băng tần ISM 2,3 GHz. Ban đầu, các công ty sản xuất sản phẩm trong băng tần 902 MHz do giá thành sản phẩm băng tần này rẻ hơn. nhng vì không dây phải nớc nào cũng có thể sử dụng băng tần này và nhu cầu về độ rộng băng tần lơná hơn nên các công ty chuyển sang sản xuất nhiều sản phẩm trong băng tần 2,4 GHz.
5.2.2 Đờng truyền không dây
a./ Đờng truyền bằng sóng radio
Sóng radio dẽ tạo, và có thể đi qua những cự ly dài và len lỏi vào các loại vùng địa lý. Nên chúng đợc dùng rộng rãi cho truyền thông. Bao gồm phát thanh truyền hình đại chúng, và các mạng điện thoại di động. Sóng radio truyền theo mọi hớng từ nguồn ra, do đó nơi truyền và nơi nhận không cần quan tâm nhiều đến việc phải sắp xếp các thiết bị thu phát.
Các tính chất của sóng radio là phụ thuộc vào tần số. Tại các tần số thấp, sóng radio đi qua mây mù tốt, nhng suy giảm theo khoảng cách đến nguồn khoảng 1/r3 trong không khí. Tại các tần số cao, sóng radio dần đến đờng thẳng và bị hấp thụ bởi mây mù. Chúng cũng bị ma hấp thụ. Tại mọi tần số, sóng radio bị nhiễu bởi các động cơ điện, các thiết bị sinh điện từ. Ngoài ra sóng radio có sự giao thoa giữa các ngời dùng.
Các vấn đề cần quan tâm đến truyền tải bằng sóng radio:
• Tổn thất đờng truyền:
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin
Tần số Các băng tần Tốc độ dữ liệu gần đúng UHF 300-3000 MHz 900 MHz 1900 MHz 2400 MHz 6 Mb/s SHF 3-30 GHz 5,2 GHz 5,7-5,8 GHz 17,2 GHz 18,8 GHz 19,5 GHz 50 Mb/s EHF 30-300 GHz
60 GHz Đang nghiên cứu
63
Băng I Băng S Băng M
2400 2483,5 902 928 5725 5850
Hình 5.4: Các băng tần ISM
Tại tất cả các tần số sóng radio đều bị suy hao trong khi truyền qua các môi trờng với mực độ khác nhau. Năng lợng tín hiệu tại máy thu không chỉ phụ thuộc vào năng lợng tín hiệu đã phát đi mà còn phụ thuộc vào khoảng cách giữa máy thu và máy phát. trong không gian tự do, năng lợng của một tín hiệu radio suy hao tỉ lệ nghịch với lập phơng khoảng cách từ nguồn đến đích. Ngoài ra trong môi trờng bị bao phủ bởi văn phòng, công sở, sự suy hao còn tăng hơn nữa, trớc hết là do sự che chắn của các chớng ngại vật nh tiện nghi sinh hoạt của con ngời, kế đến là do sự can nhiễu của các tín hiệu phản xạ từ các chớng ngại vật này. Do đó tất cả các máy thu sóng radio đều đợc thiết kế để hoạt động với tỉ số SNR quy định, nghĩa là tỉ số năng lợng tín hiệu thu đợc trên năng lợng của nhiễu tại máy thu không đợc thấp hơn một giá trị cho trớc. Trong thực tế, SNR tuỳ thuộc vào một số các tham số liên quan và mỗi tham số này phải đợc xem xét trong mối liên hệ với thiết kế của máy thu sóng radio.
• Nhiễu xuyên kênh:
Các sóng radio lan truyền xuyên qua hầu hết các chớng ngại vật với mức suy hao giảm vừa phải, điều này có thể tạo ra sự tiếp nhận nhiễu từ các máy phát khác cũng đang hoạt động trong cùng một băng tần và đợc đặt trong phòng kế cận cùng một toà nhà hay toà nhà khác. Do đó, với các LAN đơn giản, vì nhiều LAN nh vậy có thể đợc thiết lập trong các phòng gần nhau, nên các kỹ thuật phải theo là cho phép vài user trong cùng một băng tần cùng tồn tại.
Trong một mạng LAN không dây có cơ sở hạ tầng, vì topo đã biết và tổng diện tích phủ sóng của mạng không dây là lớn hơn nhiều so với LAN nối dây, thì băng thông có thể chia thành một số băng con sao cho vùng phủ của các băng kề nhau dùng một tần số khác nhau (Hình 5.5). số lợng băng thông có sẵn trong mỗi cell đợc chọn để cung cấp một mức độ phục vụ chấp nhận đợc cho số lợng user hoạt động đợc qui định trớc trong vùng này. Điều này tạo ra một hiệu suất sử dụng băng thông cao hơn và nhiễu xuyên kênh cũng đợc hạn chế.
• Đa đờng:
Cũng giống nh tín hiệu quang, các tín hiệu radio chịu ảnh hởng bởi đa đờng, nghĩa là tại bất cứ tại thời điểm nào máy thu đều nhận nhiều tín hiệu xuất phát từ cùng một máy phát, mỗi tín hiệu đợc dẫn theo con đờng khác nhau giữa máy phát và máy thu.
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 64
Bức tường Của phòng Vật thể Sóng phản xạ Các tín hiệu phản xạ mẫu 2 mẫu 1 Biên độ
Nhiễu Thời gian PAU= Portable Access Unit PAU
PAU
PAU
Nhiễu kênh kế cận
Ngoài ra, còn có một suy giảm đợc gọi là fading gây ra bởi sự thay đổi chiều dài đờng đi của các tín hiệu thu khác nhau. Điều này làm gia tăng khoảng dịch pha tơng quan giữa chúng, có thể tạo ra các tín hiệu phản xạ khác nhau làm suy giảm đáng kể tín hiệu truyền trực tiếp, và trong một giới hạn nào đó có thể triệt tiêu lẫn nhau. Hiện tợng này đợc gọi là Raleigh fading và đợc mô tả trên Hình 5.7.
Trong thực tế, biên độ của sóng phản xạ là một thành phần của sóng tới, mức độ suy giảm đ ợc xác định bởi vật liệu phản xạ.
Để khắc phục ảnh hởng của hiện tợng này, hai anten thờng đợc dùng với khoảng cách vật lý giữa chúng bằng 1/4 bớc sóng. Các tín hiệu thu từ cả hai anten đợc kết hợp lại thành một tín hiệu thu duy nhất. Kỹ thuật này đợc gọi là phân tập không gian (space diversity). Ngoài ra ta còn có một giả pháp khác là dùng kỹ thuật đợc gọi là cân bằng.
b./ Đờng truyền bằng sóng hồng ngoại
Sóng hồng ngoại có tần số cao hơn rất nhiều so với sóng radio lớn hơn 1014 Hz và các thiết bị thờng đợc phân loại theo chiều dài bớc sóng của tín hiệu hồng ngoại đợc thu phát thay vì dùng tần số. Chiều dài bớc sóng hồng ngoại đợc đo lờng theo nm (1 nm=10−9m) và là khoảng cách mà ánh
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 65
Sóng tổng hợp Biên độ Sóng tới Sóng phản xạ Hình 5.7: Raleigh fading t t t
sáng truyền trong thời gian bằng một chu kỳ của tín hiệu. Hai thiết bị hồng ngoại đợc dùng rộng rãi nhất có bớc sóng lần lợt là 800 nm và 1300 nm.
Các sóng hồng ngoại không thể đi qua những bức tờng kiên cố cũng là một tăng cờng. Nghĩa là một hệ thống hồng ngoại trong một văn phòng của một cao ốc sẽ không gây nhiễu với các hệ thống nh thế trong các phòng kế bên, sự bảo mật an toàn chống lại các cuộc đàm thoại bí mật là tốt hơn các hệ radio.
Truyền thông hồng ngoại sẽ không thể sử dụng ngoài trời vì ánh sáng mặt trời sẽ chiếu sáng tia hồng ngoại nh trong một phổ thấy đợc.
Tất cả mạng vô tuyến hồng ngoại đều hoạt động bằng cách dùng tia hồng ngoại để truyền dữ liệu giữa các thiết bị. Hệ thống này cần tạo những tín hiệu cực mạnh, bởi vì tín hiệu truyền yếu dễ bị ảnh hởng bởi ánh sáng từ nguồn khác. Phơng pháp này có thể truyền tin ở tốc độ cao do dải thông cao của tia hồng ngoại. Thông thờng mạng hồng ngoại có thể truyền với tốc độ 10 Mb/s.
Có bốn loại mạng hồng ngoại:
+ Mạng đờng ngắm: mạng này chỉ truyền khi máy phát và máy thu có đờng ngắm xác định rõ giữa chúng.
+ Mạng hồng ngoại tán xạ:
+ Mạng phản xạ: ở laọi mạng này máy thu phát quang đặt gần máy tính sẽ truyền tới một vị trí chung tại đây tia tới đợc đổi hớng đến máy thu thích hợp.
+ Broadband optical telepoint: Loại mạng cục bộ vô tuyến hồng ngaọi cung cấp các dịch vụ dải rộng.
5.2.3 Các kỹ thuật điều chế dùng cho LAN không dây
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)
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 66
Tín hiệu băng hẹp Biên độ
Tín hiệu trải phổ
+ 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 ng- ời 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