1) Điều chế băng hẹp
Các hệ thống thông th−ờng, 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 l−ợng 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 t−ơng đối hẹp. Tuy nhiên, các hệ thống khác sử dụng cùng tần số phát sẽ gây nhiễu làm ảnh h−ởng đến các tín hiệu. Để tránh tình trạng can nhiễu, những ng−ời 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 đ−ợc sử dụng để cho phép rất nhiều ng−ời có thể sử dụng chung một băng tần rộng qua kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo md (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 mdn 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)
Biên độ Tín hiệu băng hẹp Tín hiệu trải phổ
Tần số Hình 5.8: So sánh điều chế trải phổ với điều chế băng hẹp
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 67
+ Dải tần của tín hiệu truyền dẫn cần phải tạo nên bởi một dạng sóng điều chế đ−ợc gọi là tín hiệu trải phổ hoặc là md trải phổ và phía thu cần phải biết md trải phổ đó để có thể tách tín hiệu đoạn tin từ tín hiệu truyền dẫn đd đ−ợc điều chế trải phổ.
Điều chế trải phổ trái với mong muốn bảo toàn độ rộng băng tần nh−ng quá trình trải phổ làm cho tín hiệu dữ liệu ít bị nhiễu so với các kỹ thuật điều chế vô tuyến thông th−ờng. Truyền dẫn khác và nhiễu điện từ, th−ờng 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 đ−ợc sử dụng bởi một ng−ời 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 tr−ờng đa đ−ờng, có đặc tính bảo mật cao, và có thể thực hiện đa truy nhập phân chia theo md.
Điều chế trải phổ sử dụng hai ph−ơng pháp trải tín hiệu trên một băng tần rộng hơn đó là: trải phổ nhẩy tần và trải phổ chuỗi trực tiếp.
• Trải phổ dby trực tiếp
Trải phổ ddy 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 ng−ời xem nh− một chipping code (còn đ−ợc 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 d−ới 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 ddy trực tiếp đ−ợc trình bày theo l−ợc đồ hình thức trên hình 5.9. Số liệu nguồn đ−ợc truyền tr−ớc hết đ−ợc cộng modul với một tuần tự nhị phân giả ngẫu nhiên, nghĩa là các bit tạo ra tuần tự md giả này là ngẫu nhiên nh−ng tuần tự này lớn hơn nhiều so với tốc độ của số liệu nguồn. Do đó khi tín hiệu đd cộng modul đ−ợc điều chế và truyền đi, nó chiếm và đ−ợc gọi là trải ra một băng tần t−ơng ứng rộng hơn băng tần số liệu nguồn đd phát, làm cho tín hiệu xuất hiện nh− tạp âm đối với cácuser 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 đ−ợc dùng. Tất cả các frame số liệu đang đ−ợc truyền đều đ−ợc đặt tr−ớc một tuần tự mở đầu kèm theo một mẫu đánh dấu đầu của frame. Do đó khi giải điều chế tín hiệu đd truyền, tr−ớc hết tất cả các máy tính thu phải tìm tuần tự mở đầu này th−ờng là một chuỗi các bit 1 và khi đd tìm htấy tuần tự này máy thu bắt đầu dịch luồng bit theo các ranh giới bit chính xác. Đợi cho đến khi thu đ−ợc mẫu đánh dấu đầu frame, sau đó xử lý thu nội dung của frame. Nơi nhận số liệu đ−ợc xác định bởi các địa chỉ đích đặt tại vùng header của frame theo cách thông th−ờng.
Nguyên lý trải phổ đ−ợc 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) đ−ợc nối trong một vòng hồi tiếp. Trong hình có ba thanh ghi dịch và một bộ Xor và chúng tạo ra 7 md 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 đ−ợc dùng bằng cách thực hiện cộng modul giữa tuần tự này với mỗi bit số liệu nhị phân đ−ợc truyền. Tuần tự giả ngẫu nhiên này cũng đ−ợc gọi là tuần tự trải phổ, mỗi bit trong tuần tự đ−ợc 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. Th−ờng đ−ợc biểu diễn bằng dB và
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 68
đ−ợc gọi là độ lợi gia công và bằng loga của hệ số trải phổ.
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 đ−ợc truyền Băng thông đ−ợc xác định bởi hệ số trải phổ Biên độ tín hiệu đ−ợc truyền nhiễu tham chiếu đất
tần số fc
Băng thông của dữ liệu nguồn (đ−ợc xác định bởi tốc độ bit)
Preamble
Ranh giới
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 69
Nhiều sản phẩm trải phổ ddy trực tiếp trên thị tr−ờng sử dụng nhiều hơn một kênh trên cùng một khu vực. Tuy nhiên, số kênh khả dụng bị hạn chế. Với ddy 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 ddy trực tiếp trong băng tần 902-928 MHz. Proxlink kết hợp 7 kênh khác nhau, và RangeLAN sử dụng ba kênh.
PRBS output PRBS=Pseudorandom Binary Sequence Clk Dữ liệu Nguồn Mạch XOR điều chế + trộn Đồng hồ dữ liệu Md trải phổ Sóng mang RF điều chế +trộn Sóng
mang RF Modul đồng bộ Md trải phổ đồng hồ thu
Mạch XOR Dữ liệu thu
(a)
(b)
Hình 5.10: Nguyên lý của trải phổ d_y trực tiếp (a) Bộ sinh tuần tự giả ngẫu nhiên (b) L−ợc đồ máy phát
(c) L−ợc đồ máy thu
(c)
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 70
• Trải phổ nhảy tần
Trong hệ thống thông tin trải phổ nhẩy tần số (FH-Frequency Hopping), md trải phổ giả tạp âm không trực tiếp điều chế sóng mang đd đ−ợc điều chế, nh−ng nó đ−ợc sử dụng điều khiển bộ tổng hợp tần số.
Nguyên lý hoạt động của trải phổ nhẩy tần đ−ợc trình bầy trên hình 5.11
Băng tần đ−ợc phân phối sẽ đ−ợc chia thành một số các băng tần con thấp hơn đ−ợc gọi là kênh. mỗi kênh đều có băng thông bằng nhau và đ−ợc xác định bởi tốc độ bit và ph−ơng pháp điều chế đ−ợc dùng, máy phát dùng mỗi kênh trong khoảng thời gian ngắn tr−ớc khi nhảy đến một kênh khác, khi đang dùng một kênh, tần số sóng mang trung tâm của kênh đ−ợc điều chế với các bit đang đ−ợc truyền tại thời điểm đó. Mẫu hữu dụng của kênh này là giả ngẫu nhiên và đ−ợc gọi là tuần tự nhảy (hopping sequence), thời gian trải qua mỗi kênh đ−ợc xem nh− khoảng thời gian của một chip (chip period), và tốc độ nhảy đ−ợc xem nh− tốc độ phát chip.
Có hai chế độ hoạt động t−ơng ứng với trải phổ nhẩy tần và đ−ợc xác định bởi tỉ số giữa tốc độ phát chip so với tốc độ gốc (nguồn). Chúng đ−ợc trình bày trên hình 5.12. khi tốc độ chip lớn hơn tốc độ số liệu thì chế độ hoạt động t−ơng ứng đ−ợc gọi là nhẩy tần nhanh, trong khi nếu tốc độ chip thấp hơn tốc độ số liệu thì gọi lànt chậm. Trong cả hai tr−ờng hợp, có một tần số sóng mang đ−ợc dùng tại trung tâm của mỗi kênh.
Một −u điểm của trải phổ nhẩy tần so với trải phổ ddy trực tiếp là khả năng tránh dùng các kênh đd chọn (băng tần hẹp) trong toàn bộ băng tần đd đ−ợc phân phối. Điều này đặc biệt hữu ích đối với các băng ISM bởi khả n−ng xuất hiện của một hay nhiều nguồn nhiễu băng hẹp công xuất lớn trong vùng phủ của LAN.
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
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 71 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
1 0 1 0 0 1 0 1 1
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 72
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 đ−ợc ảnh h−ởng của hiện t−ợng fading, do có sử dụng md 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 l−ợng 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 đ−ợc gọi là một điểm truy nhập.
1) Card giao diện mạng không dây
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 8
10− . Những card mạng này th−ờng có kèm theo: + Anten và day anten đa h−ớng trong nhà
+ Phần mềm mạng để làm cho card mạng hoạt động đ−ợc với mạng cụ thể + Phần mềm chuẩn đoán cho tác vụ gỡ rối
+ Phần mềm cài đặt
Những card mạng này có thể đ−ợc dùng để + Thiết lập mạng cục bộ vô tuyến hoàn toàn
Nguyễn quang huy – lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 73
Card mạng giao diện không dây đ−ợc cắm vào bus ISA (Industry Standard Architecture) của một máy tính để bàn hoặc một bộ thích ứng kích th−ớc nhỏ đ−ợc cắm vào khe PCMCIA của máy tính xách tay. Card giao diện mạng không dây có một anten ngoài có thể gắn vào t−ờng hoặc một vị trí nào đó trong phòng làm việc. Card giao diện mạng không dây giao diện máy tính của ng−ời sử dụng với mạng không dây và có thể so sánh đ−ợc với một bảng ethernet nh−ng 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 đ−ờng truyền (MAC) tạo ra một mạng logic riêng. Lớp MAC. Cung cấp các chức năng truy nhập đ−ờng, là một phần của kiến trúc IEEE mô tả mạng LAN. Các cầu nối đ−ợc sử dụng để: mở rộng khoảng cách của phân đoạn mạng. Tăng số l−ợng máy tính trên mạng. Giảm hiện t−ợng tắc nghẽn do số l−ợng máy tính nối vào mạng quá lớn, nối kết các ph−ơng 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 l−u 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 đ−ợc liệt kê trong bảng định tuyến, cầu nối sẽ chuyển gói dữ liệu đến mọi đoạn mạng, hoặc Nếu đích đến đ−ợc 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, đ−ợc 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 các mạng LAN ở gần nhau, và các cầu nối từ xa nối các vị trí cách nhau các khoảng cách lớn hơn nhiều so với khoảng cách mà các giao thức LAN có thể cung cấp. Hình 5.13 thể hiện sự khác nhau giữa các cầu nối từ xa và cụ bộ.
Thông th−ờng, các tổ chức sử dụng các mạch số trực tuyến nh− T1 và 56 Kb/s, để thuận tiện