Để khắc phục vấn đề nhiễu, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và khơng có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt). Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khơi phục tín hiệu của người đó. Kiểu mã mà các hệ thống CDMA dùng để phân biệt giữa các người sử dụng là loại mã giả ngẫu nhiên. Đây là loại tín hiệu mang tính chất của tín hiệu ngẫu nhiên nhưng hồn tồn xác định để có thể tái tạo lại ở phía thu nên người ta gọi là mã giả ngẫu nhiên.
Mã giả ngẫu nhiên có các tính chất sau:
• Tính cân bằng (balance): số bit 0 và 1 trong mã giả ngẫu nhiên chỉ khác nhau là 1
• Tính tương quan: hiệu số giữa các bit giống nhau và các bit khác nhau ở chuỗi giả ngẫu nhiên PN với chính nó quay đi 1 đơn vị khơng q 1.
CDMA có ưu điểm và nhược điểm như sau: Ưu điểm:
- So với 2 phương pháp TDMA và FDMA thì phương này có “dung lượng mềm” tức là số thuê bao trong cùng một thời điểm là không giới hạn do số mã có thể tạo ra là rất lớn. Tuy nhiên càng nhiều thuê bao cùng tham gia thì ảnh hưởng nhiễu và điều khiển là rất lớn. Do đó nó đạt hiệu quả sử dụng phổ cao.
36
- Có thể chuyển vùng mềm. - Tính bảo mật cao.
Nhược điểm:
- Vẫn còn nhiễu giữa các kênh trong cùng một tế bào và các tế bào lân cận.
- Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo. Chênh lệch công suất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong 1 tế bào phải nhỏ hơn hoặc bằng ± 1dB. Nếu khơng thì số kênh phục vụ giảm đi rất nhiều.
e. Đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) là phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng. Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm, hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng, khơng có một trạm điều khiển trung tâm. Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung cịn gọi là đường trung gian. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi, từng bit một, qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên. Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi khơng, nếu rỗi thì mới gửi đi các gói tin. Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm, khơng có sự ưu tiên. Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian (Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm.
Thuật toán của truy nhập CSMA/CD (CSMA with colloise detect) • Các adaptor sẽ nhận gói dữ liệu từ tầng trên và tạo thành các
37 • Nếu các adaptor cảm nhận kênh rỗi thì nó sẽ bắt đầu truyền khung, nếu nó cảm nhận được kênh truyền đang bận thì nó sẽ đợi đến khi nào kênh rỗi nó sẽ gửi.
• Nếu các adaptor dị thấy có sự truyền nào khác thì nó sẽ ngừng truyền và gửi đi một tín hiệu giao thơng.
• Sau khi dừng phát thì adaptor sẽ tuân theo hàm mũ backoff (exponential backoff): sau va chạm thứ m, adaptor sẽ chọn một số k bất kỳ từ tập hợp {0,1,2…2m-1}, các adaptor sẽ đợi trong khoảng k*512 thời gian bit (bit time) và quay trở lại bước 2.
f. Đa truy nhập ngẫu nhiên ALOHA
ALOHA là giao thức đa truy nhập ngẫu nhiên ra đời sớm nhất. Có 2 phương thức truy nhập ALOHA là Slotted ALOHA và Pure ALOHA.
Pure (unslotted) ALOHA: Là phương thức đa truy nhập đơn giản. Khi
một máy trong mạng có tin cần truyền. Nó lập tức phát tin mà không quan tâm đến điều kiện kênh. Nếu xảy ra xung đột khi một hoặc nhiều máy khác cũng phát thì nó sẽ đợi 1 thời gian ngẫu nhiên rồi phát lại.
Slotted ALOHA: Trong phương pháp này ta giả định: tất cả các khung
có kích thước bằng nhau, thời gian truyền một khung được chia nhỏ thành các khe. Các nút truyền một khung luôn luôn bắt đầu truyền từ khe thứ 1. Các nút được đồng bộ với nhau. Nếu 2 nút hay nhiều hơn truyền cùng một khe thì tất cả các nút khác sẽ dò thấy va chạm.
Phương thức hoạt động: Các nút sẽ gửi đi khe tiếp theo nếu nó nhận được một khung mới. Nếu khơng có va chạm thì nó sẽ gửi đi khung mới bắt đầu từ slot tiếp theo. Nếu có va chạm thì nó sẽ phát lại khung tại thời điểm slot tiếp theo với xác suất cho trước tới khi thành cơng thì thơi.
38
Ưu điểm lớn nhất của ALOHA là phương pháp này rất đơn giản. Nhưng hiệu quả của ALOHA lại khơng cao. Nếu mạng có nhiều đầu cuối và lưu lượng gửi trên mạng là lớn thì xác suất xảy ra lỗi là rất lớn có thể lên đến 100%. ALOHA chỉ thích hợp với mạng nhỏ số lượng máy ít, lưu lượng thấp.
Chương 2
MẠNG KHÔNG DÂY VÀ CÔNG NGHỆ WIMAX
2.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY BĂNG RỘNG 2.1.1. Giới thiệu chung 2.1.1. Giới thiệu chung
Khi cuộc sống ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người về các hoạt động trao đổi thông tin liên lạc, giải trí ngày càng tăng. Hơn thế nữa, ngày nay người sử dụng không chỉ muốn ngồi một chỗ để thông tin mà họ muốn sự kết nối di động. Các loại hình thơng tin cũ khơng thể đáp ứng u cầu những thơng tin có kích thước lớn hơn, đa dạng hơn như: âm thanh, hình ảnh, video, các ứng dụng có kích thước lớn, địi hỏi thời gian thực (real
time)…
Mạng truy nhập là mạng nối từ nhà cung cấp dịch vụ tới khách hàng, nó chiếm phần đầu tư rất lớn cho tồn bộ mạng nói chung. Mạng truy nhập có vai trị hết sức quan trọng trong mạng viễn thơng. Nó là phần lớn nhất của bất kỳ mạng viễn thông nào, trải dài trên vùng địa lý rộng lớn. Chính vì vậy mà sự thay đổi công nghệ chủ yếu nhắm ở khu vực này sao cho nhà cung cấp dịch vụ có thể đáp ứng được nhu cầu không ngừng tăng lên của khách hàng với chi phí tiết kiệm nhất nhưng đạt được hiệu quả cao nhất.
Một trong những công nghệ phổ biến nhất hiện nay chính là cơng nghệ băng rộng. Cùng với sự ra đời và phát triển của mạng khơng dây, thì sự kết
39
hợp giữa hai công nghệ này đã, đang và sẽ tạo nên một cuộc cách mạng thực sự trong phương thức trao đổi thông tin với nhau trong xã hội ngày nay.
Công nghệ truy nhập không dây đang được triển khai ứng dụng có triển vọng nhằm bổ sung cho mạng thông tin di động. Mạng Wi-Fi chủ yếu phục vụ cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network), còn WIMAX phục vụ chủ yếu cho mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network). Mạng WIMAX cũng như mạng đô thị hữu tuyến (truyền dẫn qua cáp) như mạng DSL đều được sử dụng để phục vụ các thuê bao trong vùng tới 50km.
2.1.2. Các khái niệm và đặc điểm về mạng không dây băng rộng
a. Các khái niệm
Mạng không dây: Để kết nối những thiết bị như máy tính và máy in, những mạng máy tính truyền thống địi hỏi dây cáp. Những dây cáp thể hiện kết nối về mặt vật lý giữa những thiết bị như hub, switch hoặc những thiết bị khác để tạo thành mạng. Mạng dữ liệu không dây kết nối những thiết bị mà không cần cáp. Chúng dựa trên những tần số vô tuyến để truyền dữ liệu giữa những thiết bị. Về phía người dùng, mạng dữ liệu không dây làm việc giống như hệ thống có dây. Người dùng có thể chia sẻ file và những ứng dụng, trao đổi e-mail, truy nhập máy in, chia sẻ truy nhập Internet và thực thi các tác vụ khác như mạng có dây.
Băng rộng: Băng rộng thể hiện khả năng hỗ trợ ở cả hướng từ nhà cung cấp tới khách hàng (downlink) và từ khách hàng tới nhà cung cấp (uplink) với tốc độ tối thiểu là 200 Kbps. Tốc độ này xấp xỉ bằng bốn lần tốc độ truy nhập Internet nhận được qua đường dây điện thoại chuẩn là 56 Kbps. Và tốc độ như vậy công nghệ băng rộng cho phép triển khai các dịch vụ như thoại, dữ liệu, video,... với chất lượng cao.
40
b. Đặc điểm của mạng không dây băng rộng
Đặc điểm đầu tiên là cho phép thay đổi, di chuyển, thu hẹp và mở rộng một mạng một cách rất đơn giản, tiết kiệm, có thể thành lập một mạng có tính chất tạm thời với khả năng cơ động mềm dẻo cao, có thể thiết lập mạng ở những khu vực rất khó nối dây, tiết kiệm chi phí đi dây tốn kém.
Đặc điểm thứ hai là ln kết nối. Bất kì khi nào máy tính được bật lên thì nó đều ở trạng thái kết nối với internet.
Đặc điểm nổi bật nhất của cơng nghệ băng rộng chính là tốc độ. Chính vì đạt được tốc độ cao như vậy nên có thể triển khai được rất nhiều các dịch vụ khác mà với các kết nối quay số thơng thường khơng thể làm được. Nó có thể đạt tốc độ tương đương với các phương thức truyền xDSL. Điều này đồng nghĩa với việc thúc đẩy sự phát triển của internet, sự phát triển của các dịch vụ xã hội khác như là: dịch vụ cho phép truyền các tệp tin với dung lượng lớn: có thể là tệp văn bản, tệp âm thanh, tập hình ảnh,… với dung lượng tùy ý, tốc độ cao.
2.1.3. Một số mạng không dây tiêu biểu
Mạng không dây gồm nhiều dạng khác nhau được phân chia theo phạm vi vùng phủ, đặc điểm mạng,… và được biểu diễn theo hình 2.1.
41
Hình 2.1 Các mạng không dây tiêu biểu
a. Mạng PAN (Personal Area Network)
PAN là một mạng kết nối giữa các thiết bị ở rất gần với nhau cho phép chúng chia sẻ thông tin và các dịch vụ. Điểm đặc biệt của mạng này là được ứng dụng trong khoảng cách rất ngắn, thông thường chỉ khoảng vài mét, cơng suất rất nhỏ,… Nó rất thích hợp để nối các thiết bị ngoại vi vào máy tính. Các mạng PAN cũng được dùng để giao tiếp giữa các thiết bị cá nhân như điện thoại, PDA,… hoặc để kết nối với các mạng cấp cao hơn như mạng LAN, WAN, thậm chí cả Internet.
WPAN (Wireless PAN) là một dạng của mạng PAN sử dụng không gian làm môi trường truyền nhằm tạo ra khả năng truy nhập di động. Các công nghệ về WPAN được phân ra làm hai dạng, một dạng dùng sóng hồng ngoại để truyền và một loại dùng sóng radio để truyền. Chuẩn WPAN có tốc độ truyền dẫn trong nhà có thể đạt 480 Mbps trong phạm vi 10m. Trong mơ hình mạng WPAN có sự xuất hiện của các công nghệ IrDA và Bluetooth dựa trên chuẩn IEEE 802.15 (Institute for Electrical and Electronic Engineers).
42
Hiện nay 802.15 này đang được phát triển thành 802.15.3 được biết đến với tên công nghệ Ultrawideband - siêu băng thông.
Những ứng dụng thường thấy hiện nay của PAN là trong khơng gian văn phịng, gia đình hoặc khơng gian xung quanh của một cá nhân. Các thiết bị điện tử trong mạng có thể là máy tính để bàn, máy tính di động, máy in, điện thoại di động,…
b. Mạng LAN (Local Area Network)
Mạng cục bộ (LAN) là hệ truyền thông tốc độ cao được thiết kế để kết nối các máy tính và các thiết bị xử lý dữ liệu khác cùng hoạt động với nhau trong một khu vực địa lý nhỏ như ở một tầng của toà nhà, hoặc trong một tồ nhà.... Một số mạng LAN có thể kết nối lại với nhau trong một khu làm việc.
Các mạng LAN trở nên thơng dụng vì nó cho phép những người sử dụng dùng chung những tài nguyên quan trọng như máy in, ổ đĩa dữ liệu, các phần mềm ứng dụng và những thông tin cần thiết khác. Trước khi phát triển cơng nghệ LAN, các máy tính là độc lập với nhau và bị hạn chế bởi số lượng các chương trình tiện ích. Sau khi kết nối mạng rõ ràng hiệu quả của chúng tǎng lên gấp bội. Để tận dụng hết những ưu điểm của mạng LAN người ta đã kết nối các LAN riêng biệt vào mạng chính yếu diện rộng.
Các thiết bị gắn với mạng LAN đều dùng chung một phương tiện truyền tin đó là dây cáp, cáp thường dùng hiện nay là: cáp đồng trục (Coaxial cable), cáp dây xoắn (Shielded twisted pair), cáp quang (Fiber optic),....
Cũng như WPAN, WLAN (Wireless Local Area Network) là hệ thống liên kết, chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa các máy tính sử dụng sóng radio hoặc hồng ngoại nhằm thay thế mạng LAN truyền thống. WLAN có thể được biểu diễn đơn giản như trong hình 2.2.
43