Cùng với những tiến bộ vợt bậc của máy tính cá nhân và các thiết bị truyền thông, các ứng dụng chuyển mạch gói không dây cũng ngày càng đợc quan tâm đã dẫn tới sự ra đời của mạng nội bộ không dây Wiless LAN. Wiless LAN đã đợc IEEE ban hành thành chuẩn 802.11 vào năm 1999 và ngày càng đợc hoàn thiện với các version khác nhau. Đặc tính của Wiless LAN là tốc độ cao, tính di động thấp, độ trải trễ truyền dẫn thấp và thờng đợc sử dụng ở môi trờng trong nhà. Do đó Wiless LAN chọn phơng thức điều chế OFDM:
- OFDM giải quyết đợc khó khăn của Wiless LAN là bị phản xạ đa đ- ờng lớn do các vật thể ở môi trờng trong nhà gây nên. Mặc dù độ trải trễ do phản xạ đa đờng là nhỏ nhng do truyền dẫn tốc độ cao, chy kỳ symbol nhỏ nên ảnh hởng của trễ đa đờng tới hệ thống Wiless LAN là rất lớn.
- Tơng đối hiệu quả trong việc sử dụng băng thông. - Thích hợp với tốc truyền thay đổi.
- Chống nhiễu băng hẹp tốt. Nhiễu băng hẹp gây ra do nhiều ngời sử dụng và do các thiết bị khác gây ra.
- Hiệu quả tính toán cao: sử dụng biến đổi Fourier nhanh FFT cho phép giảm độ phức tạp xuống do chỉ phải thực hiện Nlog2N phép tính cho 1 symbol. Với N là số sóng mang.
- Đồng bộ tốt: máy thu OFDM ít chịu ảnh hởng của jitter thời gian hơn so với dùng kỹ thuật trải phổ.
Theo chuẩn IEEE 802.11a, hệ thống WLAN làm việc ở tần số 5 GHz sử dụng các sơ đồ điều chế khác nhau với tốc độ mã hóa khác nhau cho phép truyền dữ liệu với tốc độ từ 6 Mbps đến 54 Mbps. Sự kết hợp giữa các sơ đồ điều chế với tốc độ mã hóa vòng xoắn khác nhau cho phép truyền tải tốc độ bit tơng ứng nh sau:
bit (Mbps) mã hóa (R) trên 1 sóng mang trên 1 OFDM symbol liệu trên 1 symbol 6 BPSK 1/2 1 48 24 9 BPSK 3/4 1 48 36 12 QPSK 1/2 2 96 48 18 QPSK 3/4 2 96 72 24 16-QAM 1/2 4 192 96 36 16-QAM 3/4 4 192 144 48 64-QAM 2/3 6 288 192 54 64-QAM 3/4 6 288 216
Các tốc độ bit dùng trong WLAN
Bộ điều chế OFDM trong WLAN có tổng cộng 64 sóng mang bao gồm
12 sóng mang trống (zero), 48 sóng mang dữ liệu và 4 sóng mang dẫn đờng (pilot). Độ rộng băng thông của WLAN là 20 MHz, do đó khoảng cách giữa các sóng mang là 20MHz/64 = 312.5 kHz. Chu kỳ của một OFDM symbol là
4 às trong đó khoảng bảo vệ GI là 0,8 às. Khoảng bảo vệ ở đây là CP (cyclic prefix). Bộ điều chế OFDM sử dụng biến đổi IFFT 64 điểm (64 point IFFT).
Dòng bit từ phân lớp MAC của của lớp liên kết dữ liệu đợc đa tới lớp vật lý để truyền dẫn. Dòng bit đợc mã hóa vòng xoắn với tốc độ phù hợp để đạt đ- ợc tỷ số lỗi bit cho phép. Dòng bit đã mã hóa ở dạng nối tiếp đợc biến đổi 48 dòng bit song song có tốc độ thấp để điều chế vào 48 sóng mang dữ liệu. Quá trình điều chế ở đây thực chất là ánh xạ (Mapping) từng tổ hợp bit của 48 luồng dữ liệu song song theo sơ đồ điều chế (Constellation) để tạo thành 48 số phức và đợc biến đổi IFFT 64 điểm và đợc biến đổi song song sang nối tiếp tạo thành chy kỳ hữu ích của symbol. Khoảng bảo vệ dạng cyclic prefix với tỷ lệ 1/5 sẽ đợc chèn vào bằng cách copy 16 điểm cuối của chu kỳ hữu ích để đặt vào đầu chu kỳ tạo thành 1 OFDM symbol hoàn chỉnh có chu kỳ là 4 às. Tiếp đó các symbol đợc điều chế vuông góc, nâng lên dải tần 5 GHz, khuyếch đại công suất cao tần và dẫn tới anten phát để truyền đi. Phía thu thực hiện quá trình ngợc lại với phía phát. Dới đây là sơ đồ bộ thu phát (Transceiver) của WLAN:
Mã hóa FEC Điều chế QAM & Biến đổi S/P IFFT ChènGI Định dạng xung Điều chế I/Q Nâng tần & HPA Biến đổi RF/IF Giải điều chế I/Q Loại bỏ GI FFT Giải điều chế QAM & P/S Giải mã FEC Cân bằng & AGC From MAC To MAC layer
Hình 5-6 Sơ đồ khối bộ thu phát trong WLAN
Phân lớp MAC (Medium Access Control) trong mạng WLAN đợc thiết kế để hoạt động trong môi trờng có nhiễu và có khả năng di động với tốc độ thấp. Do đó ở đây có những khác biệt so với các mạng LAN hữu tuyến thông thờng. Hiệu ứng đầu cuối ẩn (Hidden terminal effect) xảy ra khi một thiết bị đầu cuối không phát hiện ra quá trình truyền dẫn của thiết bị đầu cuối khác và cố gắng chiếm dụng đờng truyền là một nguyên nhân gây ra xung đột. Không giống nh trong môi trờng hữu tuyến các xung đột xảy ra đều do thất thoát các gói bị xung đột. Trong môi trờng vô tuyến, máy thu có thể phát hiện chính xác một gói xung đột nhờ công suất phát của các trạm khác và đặc tính của kênh truyền. Sự phát hiện sai các gói nhận đợc do pha đinh nhiều đờng cũng là một nguyên nhân khác gây ra xung đột. Tính di động của các thiết bị đầu cuối cũng cần phải đợc cân nhắc đến một cách thích đáng. Chuẩn IEEE 802.11 cung cấp hai mode hoạt động cho phân lớp MAC. Mode thứ nhất dựa trên hàm điều phối phân bố DCF (Distributed coordination function) tơng tự nh kỹ thuật phân phát gói tối u. Mode thứ hai dựa trên hàm điều phối điểm PCF (Point coordination function) là phơng pháp bỏ phiếu có điều khiển tập trung đợc quản lý bởi điểm truy nhập AP (access point) và đợc dùng cho các dịch vụ dữ liệu nhạy cảm với trễ. Điểm truy nhập đợc nối tới các hệ thống phân tán có thể
là Ethernet, FDDI hay các mạng backbone khác. Hỗ trợ mode DCF là bắt buộc cho mạng WLAN. Nếu mạng chỉ hỗ trợ mode DCF thì đợc gọi là mạng không theo thể thức (ad-hoc network). Khi đó tất cả các user đều có cơ hội sử dụng tài nguyên mạng nh nhau.
Theo chuẩn IEEE 802.11, WLAN sử dụng phơng thức đa truy nhập sóng mang cảm ứng với tránh xung đột CSMA/CA (Carrier sense multiple access with collision avoidance) tơng tự nh CSMA/CD của ethernet. Trong CSMA/CA một đầu cuối chỉ có thể nghe kênh truyền trớc khi truyền dữ liệu mà không thể nghe đợc trong khi truyền nh trong CSMA/CD. Nếu kênh truyền rỗi trong một khoảng thời gian lớn hơn khoảng cách giữa các frame DIFS (Distributed inter-frame spacing) thì sẽ tiến hành truyền. Ngợc lại thiết bị đầu cuối sẽ tiếp tục nghe đờng truyền tới khi kênh rỗi hơn một DIFS. Còn tính năng tránh xung đột Collision avoidance yêu cầu thiết bị đầu cuối sẽ chờ thêm một khoảng thời gian ngẫu nhiên sai khi kênh đã rỗi một DIFS. Trong thời gian chờ thì trạm vẫn tiếp tục nghe đờng truyền. Điều này tránh đợc xung đột khi có nhiều hơn một trạm đồng thời nghe đờng truyền và cùng truyền khi đ- ờng truyền rỗi. Trong trờng hợp xảy ra xung đột, các trạm này sẽ phải thực hiện lại với thời gian chờ thêm dài hơn. Hiển nhiên là không có sự đảm bảo về thời gian trễ nhỏ nhất trong mode DCF. Với các ứng dụng nhạy cảm với trễ nh VoIP thì sẽ dùng mode PCF. Mode PCF sử dụng một điều phối viên dựa vào phơng thức bỏ phiếu để điều phối việc truyền dẫn mà không xảy ra cung đột.
Chơng 6 ứng dụng OFDM trong thông tin hữu tuyến
6.1 Đờng dây thuê bao số bất đối xứng ADSL