Nghiên cứu wi fi IEEE 802 11ac ứng dụng vào access point

Nó cho phép một điểm truy cập sử dụng nhiều anten để truyền tín hiệu đến nhiều thiết bị hoặc nhiều người dùng cùng lúc và trên cùng một băng tần.. Tuy nhiên, các thiết bị 802.11ac có thể

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11AC 2

1 Tổng quan về tiêu chuẩn IEEE 802.11 2

2 Giới thiệu IEEE 802.11ac 3

2.1 Tóm tắt về chuẩn 802.11ac 3

2.2 Đặc tính kỹ thuật 802.11ac 5

2.3 Sự phát triển của 802.11ac 5

3 Kết luận chương 13

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU MỘT SỐ CẢI TIẾN Ở LỚP PHY VÀ LỚP MAC CỦA 802.11AC 14

1 Cải tiến lớp PHY 14

1.1 Tóm tắt về các cải tiến ở lớp PHY 14

1.2 Kết cấu lớp vật lý (PHY-level framing) 14

1.2 Độ rộng kênh 20

1.3 Truyền dẫn: Điều chế, mã hóa và khoảng bảo vệ 22

1.4 Kỹ thuật MIMO 25

1.5 Thêm luồng không gian 29

1.6 Thông báo trạng thái kênh và Beamforming 29

2 Cải tiến lớp MAC 34

2.1 Dựng khung 34

2.2 Thủ tục truy nhập môi trường 38

2.3 Bảo mật 46

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG IEEE 802.11AC VÀO ACCESS POINT 49

1 Tóm tắt cải tiến của 802.11ac so với 802.11n 49

Trang 2

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục

2 Thiết bị kiểm tra 49

3 Thiết lập thử nghiệm 52

4 Hiệu suất tối đa 55

5 Hiệu suất đa người dùng Multi Users 56

6 Video Streaming 59

7 Đa-Người dùng MIMO (MU-MIMO) 61

8 Phân tích phổ: Phát hiện nhiễu 63

9 Giới thiệu thiết bị AP có hỗ trợ 802.11ac được sản xuất tại Việt Nam 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Sự phát triển của Cisco AP với các sửa đổi lớp vật lý 802.11 8

Hình 2 Băng thông kênh truyền 10

Hình 3 Sự khác biệt giữa SU- MIMO và MU- MIMO 11

Hình 4 Công nghệ Beamforming 12

Hình 5 Tầm phủ sóng của Wi-Fi 802.11ac 13

Hình 6 Trường tín hiệu A - định dạng cho một người dùng 15

Hình 7 Trường tín hiệu B – định dạng cho một người dùng 16

Hình 8 Sự mở rộng tín hiệu VHT B 17

Hình 9 Mã hóa dữ liệu tầng vật lý 18

Hình 10 Sơ đồ khối 802.11ac – định dạng một người dùng 19

Hình 11 Phân bố kênh 802.11ac 20

Hình 12 Sóng mang con OFDM sử dụng trong 802.11a/g, 802.11n, 802.11ac 22

Hình 13 So sánh các phương pháp điều chế 24

Hình 14 Véc-tơ lỗi 24

Hình 15 MIMO và anten truyền dẫn 802.11n, 802.11ac 25

Hình 16 Truyền thẳng và đa đường trong 802.11n, 802.11ac 26

Hình 17 Trường VHT-SIG-A (định dạng đa người dùng) 26

Hình 18 Trường VHT-SIG-BIT (định dạng đa người dùng) 27

Hình 19 Sơ đồ khối MIMO đa người dùng 28

Hình 20 Quá trình Beamforming 30

Hình 21 a Không có công nghệ Beamforming b Sử dụng công nghệ Beamforming 30

Hình 22 a Phản hồi hàm ẩn b Phản hồi cụ thể cho beamforming 31

Hình 23 Định dạng khung 802.11ac MAC 34

Hình 24 Tích hợp A-MPDU để tăng hiệu suất 36

Hình 25 Phần tử thông tin khả năng VHT 37

Hình 26 Kênh chính và kênh thứ cấp 39

Hình 27 Tồn tại song song của đa mạng trong cùng 1 không gian tần số 40

Hình 28 Truyền khung CTS thông thường và trùng lặp 43

Hình 29 Dàn xếp băng thông động với RTS/CTS 45

Hình 30 Chia sẻ băng thông 46

Trang 4

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ

Hình 31 Sơ đồ khối CCMP 47

Hình 32 Sơ đồ khối GCMP 48

Hình 33 Thiết bị Cisco 2800 và Aruba AP - 355 50

Hình 34 Phòng thử nghiệm Wi-Fi 52

Hình 35 Mô hình thử nghiệm 53

Hình 36 Hiển thị Aruba băng thông kênh giảm từ nhiễu jammer bất hợp pháp 64

Hình 37 Cisco phát hiện sự can thiệp của Bluetooth 64

Hình 38 Cisco phát hiện sự can thiệp của máy quay video 65

Hình 39 Cisco phát hiện sự can thiệp của lò vi sóng (bao gồm cả nhiễu xung quanh Bluetooth) 65

Hình 40 Cisco phát hiện các nhiễu jammer bất hợp pháp (bao gồm nhiễu xung quanh Bluetooth) 65

Hình 41 Thông báo về sự thay đổi kênh do phát hiện nhiễu bất hợp phát 65

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Biểu đồ 1 Thông lượng tối đa trên các AP (Mbps) 56

Biểu đồ 2 Hiệu năng Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz và 40MHz 58

Biểu đồ 3 Hiệu năng Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz 58

Biểu đồ 4 Số lượng tối đa Thiết bị người dùng xem được Video Streaming 61

Biểu đồ 5 Tổng thông lượng 3 và 4 luồng không gian đa người dùng 63

Bảng 1 Bảng tóm tắt ngắn gọn về sự phát triển của tiêu chuẩn 802.11 3

Bảng 2 Thành phần chính của 802.11ac 6

Bảng 3 Tính toán tốc độ 802.11n và 802.11ac 7

Bảng 4 Các tốc độ dữ liệu quan trọng của 802.11a, 802.11n và 802.11ac 9

Bảng 5 Tóm tắt cải tiến của 802.11ac 14

Bảng 6 Các giá trị MCS của 802.11ac 23

Bảng 7 Mối quan hệ kênh chính và kênh thứ cấp trong hình 17 39

Bảng 8 Những ngưỡng độ nhạy CCA 41

Bảng 9 Tính tương thích giữa bộ phát và bộ thu của khung 42

Bảng 10 Tính tương thích giữa bộ phát và thiết bị nghe được 42

Bảng 11 So sánh cải tiến của 802.11ac so với 802.11n 49

Bảng 12 Các đặc điểm nổi bật của các AP được thử nghiệm 51

Bảng 13 Bảng chi tiết số lượng thiết bị qua các bài thí nghiệm 54

Bảng 14 Cấu hình băng tần trên các Radio sản phẩm 57

Bảng 15 Kết quả thông lượng đa người dùng 59

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MIMO Multiple In, Multiple Out Đa đầu vào đa đầu ra

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha hai trạng

thái

SU-MIMO Singe user - multiple input multiple

WIPS Wireless Intrusion Prevention

System

Hệ thống phòng chống xâm nhập không dây

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Hiệp hội các kỹ sư Điện và Điện

tử

ARM Adaptive Radio Management Khả năng điều chỉnh tự động

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

MCS Modulation and Coding Scheme Kỹ thuật điều chế và mã hóa

Trang 7

Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục các từ viết tắt

STBC Space time block coding Mã khối không gian – thời gian

LDPC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra chẵn lẽ mật độ thấp

vô tuyến

WLAN Wireless local area network Mạng nội vùng không dây

DCF

FRA Flexible Radio Assignment Phân bổ linh hoạt sóng vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

NDPA Null data packet announcement Thông báo gói dữ liệu trống

Trang 8

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu

Vào cuối năm 2013, Institute of Electrical and Electronics Engineers (viết tắt:

IEEE) – Hiệp hội các kỹ sư Điện và Điện tử cho ra đời tiêu chuẩn IEEE 802.11ac, hay còn gọi là Wi-Fi thế hệ thứ 5 So với các chuẩn trước đó, 802.11ac hỗ trợ tốc độ tối đa trên lý thuyết là 1730Mbps (sẽ còn tăng tiếp) và chỉ chạy ở băng tần 5GHz cùng với công nghệ đa anten (MIMO) Một số mức tốc độ thấp hơn (ứng với số luồng truyền dữ liệu thấp hơn) bao gồm 450Mbps và 900Mbps Vì vậy, qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp này em mong muốn có thể tìm hiểu sâu hơn về IEEE 802.11ac

Đồ án chia ra làm ba chương:

• Chương 1 Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và IEEE 802.11ac

• Chương 2 Tìm hiểu một số cải tiến ở lớp PHY và lớp MAC của 802.11ac

• Chương 3 Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access Point

Cuối cùng sau ba chương tìm hiểu là phần kết luận của đề tài Đồng thời đưa ra hướng phát triển tiếp theo cho đề tài

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và 802.11ac

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11AC

Wi-Fi là một công nghệ cho phép nhiều thiết bị điện tử trao đổi dữ liệu hoặc kết nối với mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến Wi-Fi Alliance định nghĩa các thiết bị Wi-Fi như sản phẩm của Mạng không dây cục bộ WLAN dựa trên chuẩn IEEE 802.11 Ngày nay, có hàng triệu thiết bị IEEE 802.11 đang được sử dụng trên thế giới và được phát triển mở rộng để đáp ứng nhu cầu người dùng Vì vậy, chương này sẽ cung cấp một cách tổng quan về chuẩn IEEE 802.11 và đặc biệt là IEEE 802.11ac (Trong đồ án này, sẽ sử dụng 802.11 thay thế cho IEEE 802.11)

1 Tổng quan về tiêu chuẩn IEEE 802.11

IEEE 802.11 là nhóm phát triển những đặc điểm kỹ thuật của Mạng cục bộ không dây WLAN Nhóm bắt đầu hoạt động vào cuối thập niên 1990 và kể từ đó đã tạo nên nhiều tiêu chuẩn rất thành công như: tiêu chuẩn 802.11a, tiêu chuẩn 802.11b

và tiêu chuẩn 802.11g WLAN ngày nay phổ biến khắp mọi nơi, hầu hết trên các máy tính xách tay và điện thoại thông minh đều có sử dụng một hoặc một số những tiêu chuẩn của công nghệ WLAN này Nhóm IEEE 802.11 hiện vẫn tiếp tục xây dựng, hoàn thiện chuẩn a, b và g với sự phê chuẩn chính thức của 802.11n vào năm 2009

Năm 1997, nhóm làm việc IEEE 802.11 chấp thuận IEEE 802.11 như là tiêu chuẩn WLAN đầu tiên trên thế giới, tốc độ dữ liệu được hỗ trợ là 1 Mbps và 2 Mbps Năm 1999, hai sửa đổi quan trọng đối với chuẩn 802.11 ban đầu đã được phê chuẩn

• IEEE 802.11a-1999, được gọi là 802.11a, cho phép tốc độ dữ liệu lên đến 54 Mbps trong băng tần 5GHz sử dụng Công nghệ OFDM

• IEEE 802.11b-1999, được gọi là 802.11b, cho phép lên đến 11 Mbps trong dải không có giấy phép 2,4 GHz bởi mở rộng việc sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

802.11a là cơ sở cho bản sửa đổi 802.11g được công bố năm 2003, sử dụng một tần số trực giao giống nhau (OFDM) cấu trúc lớp vật lý nhưng trong băng tần 2.4 GHz

Kể từ cuối những năm 90, tiêu chuẩn của chuẩn IEEE 802.11 đã tiếp tục phát triển để phục vụ người tiêu dùng tốc độ dữ liệu ngày càng cao IEEE 802.11n chính thức được phát hành vào năm 2009 Tiêu chuẩn này đánh dấu sự gia tăng đáng kể tốc

độ dữ liệu so với hiện tại 802.11a, b và g sửa đổi IEEE 802.11n cho phép băng thông

Trang 10

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung về IEEE 802.11 và 802.11ac kênh rộng hơn (40MHz so với 20MHz) và là chuẩn WLAN đầu tiên sử dụng nhiều anten cho luồng dữ liệu: lên đến 4x4, nhiều đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO) 802.11n tăng luồng dữ liệu lý thuyết từ 54Mbps lên 300Mbps trong một kênh 20MHz và 600Mbps trong một kênh 40MHz

Vào tháng 1/2012, bản chỉnh sửa dự thảo 802.11ac cuối cùng đã được công bố, nêu bật những cải tiến đáng kể trong tốc độ dữ liệu trên 802.11n Bản sửa đổi 802.11ac cung cấp tối đa dữ liệu lí thuyết là 6,93Gbps băng thông kênh lên đến 160MHz, điều chế bậc cao hơn như 256-QAM và cấu hình MIMO lên đến 8x8

Bảng 1 Bảng tóm tắt ngắn gọn về sự phát triển của tiêu chuẩn 802.11

2 Giới thiệu IEEE 802.11ac

Vì 802.11n đã trở thành một chuẩn trên máy tính và điện thoại thông minh, các ứng dụng trên thiết bị này vẫn đang tiếp tục được phát triển Công nghệ di động đã gặp phải khó khăn tiếp theo là Video, bởi vì nó đòi hỏi một hoặc hai dãy băng thông lớn hơn các dịch vụ IP khác nên tốc độ 100/200 Mbps ở 802.11n dường như không đáp ứng đủ Wi-Fi – Allience và nhóm IEEE 802.11 đã phát triển ra 802.11ac, chuẩn kế thừa 802.11n

2.1 Tóm tắt về chuẩn 802.11ac

Tiêu chuẩn mới của IEEE 802.11, 802.11ac là một phiên bản nhanh hơn và mở rộng hơn của 802.11n và các chuẩn trước đó Nó kết hợp sự tự do của kết nối không dây với các tính năng Gigabit Ethernet WLAN cải thiện đáng kể về số lượng khách hàng (thiết bị người dùng) được hỗ trợ bởi một điểm truy cập (Acsess Point - AP), băng thông có sẵn cho số lượng lớn các luồng video đồng thời mang lại trải nghiệm tốt hơn Ngay cả khi mạng chưa được tải đầy đủ, thiết bị người dùng vẫn thấy được: tải file và đồng bộ email với tốc độ cực nhanh và độ trễ thấp

802.11ac mở rộng 3 kích thước để phục vụ việc tăng tốc độ:

Trang 11

• Ghép/ Liên kết kênh nhiều hơn, tăng lên đến 80MHz, thậm chí 160MHz (tốc

độ tăng lần lượt là 117% hoặc 333%)

• Điều chế tập trung, sử dụng điều chế biên độ cầu phương 256 - QAM (tăng tốc độ 33% ở phạm vị ngắn hơn)

• Thêm nhiều đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO) 802.11ac có lên đến tám luồng không gian (tăng thêm 100%)

Các hạn chế thiết kế và kinh tế khiến các sản phẩm 802.11n ở một, hai hoặc ba luồng không gian không thay đổi nhiều đối với 802.11ac, vì vậy với các sản phẩm 802.11ac đầu tiên được xây dựng ở khoảng 80MHz và cung cấp tối đa 433Mbps (cấp thấp), 867Mbps (trung cấp), hoặc 1300Mbps (cao cấp) ở lớp vật lý Các sản phẩm thế

hệ thứ hai có nhiều kết nối kênh và các luồng không gian hơn, với các cấu hình sản phẩm có thể hoạt động với tốc độ lên đến 3,47Gbps

802.11ac là một công nghệ 5GHz, vì vậy AP sử dụng băng tần kép và thiết bị người dùng vẫn sẽ tiếp tục sử dụng 802.11n ở tốc độ 2,4 GHz Tuy nhiên, các thiết bị người dùng 802.11ac hoạt động trong băng tần 5GHz chưa phổ biến

Các sản phẩm thế hệ thứ hai cũng có thể đi kèm với một công nghệ mới, đa người dùng MIMO (MU - MIMO) Trong khi 802.11n giống như một hub Ethernet chỉ

có thể truyền một khung duy nhất cho tất cả các cổng, MU-MIMO cho phép AP gửi nhiều khung tới nhiều thiết bị người dùng đồng thời trên cùng một dải tần Với nhiều anten thông minh, AP có thể hoạt động giống như một bộ chuyển mạch không dây Có nhiều hạn chế về mặt kỹ thuật, do đó MU-MIMO đặc biệt phù hợp với người dùng thiết bị di động (BYOD) trong đó các thiết bị như điện thoại thông minh và máy tính bảng chỉ có một anten

Các sản phẩm hỗ trợ 802.11ac là đỉnh cao nỗ lực của IEEE và Alliance Wi-Fi 802.11ac sẽ có một vài ảnh hưởng đến các triển khai 802.11a/n hiện tại, cả triển khai không được nâng cấp lên 802.11ac ngay:

(1) Băng thông kênh rộng hơn của các AP yêu cầu cập nhật quản lý tài nguyên

vô tuyến RRM (đặc biệt thuật toán gán kênh tự động)

(2) Hệ thống bảo vệ xâm nhập không dây 802.11a/n (WIPS) có thể tiếp tục giải

mã hầu hết các khung quản lý như các khung yêu cầu, phản hồi của máy cảm biến và tín hiệu (beacon and probe) (thường được gửi ở định dạng 802.11a) nhưng không có khả năng hiển thị dữ liệu được gửi trong định dạng gói tin 802.11ac mới

Trang 12

2.2 Đặc tính kỹ thuật 802.11ac

• Tương thích ngược: 802.11ac sẽ cung cấp tính năng tương thích ngược với 802.11a và 802.11n hoạt động trong băng tần 5GHz Điều này có nghĩa rằng 802.11ac phải tương tác với 802.11a và 802.11n và chú ý xác định cấu trúc khung phù hợp với thiết bị 11a và 11n

• Cùng tồn tại: 11ac sẽ cung cấp các cơ chế để đảm bảo cùng tồn tại với 11a và 11n thiết bị hoạt động trong băng tần 5GHz

• Thông lượng STA (trạm): Một trạm (một thiết bị tương thích với 802.11ac PHY và MAC) sẽ có thông lượng lớn hơn 500Mbps được đo tại Điểm truy cập dịch vụ MAC (SAP) trong khi không sử dụng hơn một kênh 80 MHz

• Thông lượng đa STA (đo bằng MAC SAP): Thông lượng khi hệ thống 802.11ac có nhiều trạm lớn hơn 1Gbps trong khi không sử dụng hơn một kênh 80 MHz

2.3 Sự phát triển của 802.11ac

Tổng quan công nghệ

Theo thiết kế, 802.11ac chỉ hoạt động trong băng tần 5GHz, như được trình bày trong Bảng 2 Điều này tránh được sự can thiệp ở tần số 2,4GHz, các thiết bị gia dụng bao gồm cả tai nghe bluetooth và lò vi sóng và tạo ra động lực cho thiết bị người dùng nâng cấp thiết bị di động (điểm truy nhập hotspot) sang băng tần kép để băng tần 5GHz được sử dụng rộng rãi hơn Lựa chọn này cũng hợp lý hóa quá trình IEEE bằng cách tránh khả năng tranh chấp giữa 802.11 và 802.15

802.11 giới thiệu điều chế bậc cao lên đến 256QAM, ghép kênh bổ sung lên đến 80 hoặc 160 MHz và lên tới 8 luồng không gian Có một cách khác để nâng băng thông 160 MHz là ghép "80 + 80" MHz

802.11ac thừa hưởng những tính năng của 802.11n bao gồm tùy chọn khoảng bảo vệ ngắn (với tốc độ 10%) và tốc độ tăng dần ở phạm vi sử dụng xa bằng mã điều chỉnh kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp nâng cao (LDPC) Các mã LDPC này được thiết kế

để mở rộng các mã LDPC 802.11n, vì vậy có thể dễ dàng mở rộng thiết kế phần cứng hiện tại

Nhiều mã khối thời gian không gian (STBCs) được cho phép như các tùy chọn nhưng danh sách này được định nghĩa bởi 802.11n và STBC phần lớn được tạo ra bởi

sự tạo thành chùm (beamforming)

Trang 13

Những gì 802.11ac định nghĩa cách thực hiện Beamforming kênh Sounding là phản hồi nén rõ ràng Nếu muốn cung cấp những lợi ích của việc định dạng chùm theo tiêu chuẩn thì không có sự lựa chọn nào khác ngoài lựa chọn cơ chế đơn lẻ và sau đó

có thể kiểm tra khả năng tương tác

Tham

số

802.11ac Draft 3.0 Chứng nhận Wave 1

Phổ 5 GHz (hỗ trợ khác nhau theo miền quy định)

<6 GHz (không gồm 2,4 GHz)

luồng không gian

Bắt buộc: 2 (AP không di động), 1 Tùy chọn: tối đa 4 luồng không gian

Bắt buộc: 1 Tùy chọn: 2 đến 8

Sửa lỗi Bắt buộc: BCC

Tùy chọn: RX MPDU của MSDU

A-A-MDPU, A-MDPU của A-MSDU

Bảng 2 Thành phần chính của 802.11ac

Trang 14

Do băng thông kênh rộng hơn ở 802.11ac nên có nhiều khả năng AP 80MHz sẽ chồng chéo với AP 20MHz hoặc 40MHz và tương tự như AP 80MHz hoặc 160MHz

Để kích hoạt hoạt động đáng tin cậy trong trường hợp phức tạp này, 802.11ac yêu cầu

mở rộng cơ chế RTS/CTS, yêu cầu đánh giá kênh rõ ràng hơn (CCA) và các nguyên tắc lựa chọn kênh chính mới

802.11ac cũng giới thiệu một công nghệ mới có giá trị gọi là đa người dùng multiuser MIMO Điều này là khá khó khăn để đạt được do đó nó được hoãn lại cho đến thế hệ thứ 2 của 802.11ac và có thể là tùy chọn

2.3.1 Tốc độ không dây của 802.11ac

Tốc độ không dây là sản phẩm của ba yếu tố: băng thông kênh, điều chế và số luồng không gian 802.11ac đã đẩy mạnh vào các yếu tố này

Với góc độ toán học, tốc độ lớp vật lý của 802.11ac được tính toán theo Bảng 3

Ví dụ: truyền 80MHz 256QAM với ba luồng không gian và khoảng bảo vệ ngắn cung cấp 234 × 3 × 5/6 × 8 bit / 3.6 ms = 1300Mbps

PHY

Băng thông

(Số các sóng

mang dữ liệu phụ)

×

Số luồng không gian

×

Số liệu cho mỗi Subcarrier

÷

Thời gian cho mỗi kí hiệu Symbol OFDM

=

Tốc

độ

Dữ liệu PHY (bps)

802.11n/

802.11ac

56 (20MHz)

108 (40MHz)

× 1 đến

Tối đa:

5/6 × log2 (64) = 5

÷

3,6 ms (khoảng bảo

vệ ngắn)

=

Bảng 3 Tính toán tốc độ 802.11n và 802.11ac

Việc tăng băng thông kênh lên 80MHz sẽ mang lại tốc độ nhanh gấp 2,16 lần

và 160MHz tăng gấp nhiều lần Trái lại, nó tiêu thụ nhiều phổ tần và mỗi lần phân chia công suất phát trên hai sóng càng nhiều, vì vậy tốc độ tăng gấp đôi nhưng phạm vi cho tốc độ tăng gấp đôi đó sẽ giảm nhẹ

Tốc độ tỷ lệ thuận với số luồng không gian Các luồng không gian khác đòi hỏi nhiều anten hơn, các kết nối RF và các chuỗi RF tại máy phát và máy thu Các anten phải được phân cách 1/3 bước sóng hoặc nhiều hơn và các chuỗi RF bổ sung tiêu thụ năng lượng Điều này thúc đẩy nhiều thiết bị di động hạn chế số lượng anten là 1, 2 hoặc 3

Trang 15

Nói chung 3 tốc độ này có sự tăng đáng kể Như thể hiện trong hình 1 và bảng

4, sản phẩm 802.11ac tối thiểu cho phép nhanh hơn 4,4 lần sản phẩm 802.11n tương ứng và sản phẩm thế hệ 1 cấp trung, cấp cao cao gần gấp 3 lần, đạt tốc độ dữ liệu vật

lý 1,3Gbps Thông lượng thực tế sẽ là một chức năng của hiệu suất MAC (ít khi tốt hơn 70%) và khả năng của các thiết bị ở mỗi đầu của liên kết

Hình 1 Sự phát triển của Cisco AP với các sửa đổi lớp vật lý 802.11

Tên cấu hình

Băng thông (MHz)

Số luồng không gian

Điều chế Khoảng

bảo vệ

Tốc độ

dữ liệu PHY (Mbps)

Lưu lượng (Mbps)

* 802.11a

802.11n

Bản sửa đổi tối

Trang 16

Bản sửa đổi tối

Trang 17

2.3.2 Băng thông kênh truyền rộng hơn

Băng thông rộng hơn giúp việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị được nhanh hơn Trên băng tần 5GHz, Wi-Fi 802.11ac hỗ trợ các kênh với độ rộng băng thông 20MHz, 40MHz, 80MHz và tùy chọn 160MHz Trong khi đó, 802.11n chỉ hỗ trợ kênh 20MHz

2.3.4 Hỗ trợ MIMO đa người dùng Multi user-MIMO

Ở Wi-Fi 802.11n, một thiết bị có thể truyền nhiều luồng không gian nhưng chỉ nhắm đến 1 địa chỉ duy nhất Điều này có nghĩa là chỉ một thiết bị (hoặc một người dùng) có thể nhận dữ liệu ở một thời điểm Người ta gọi đây là single-user MIMO (SU-MIMO) Còn với chuẩn 802.11ac, một kĩ thuật mới được bổ sung vào với tên gọi multi-user MIMO Nó cho phép một điểm truy cập sử dụng nhiều anten để truyền tín hiệu đến nhiều thiết bị (hoặc nhiều người dùng) cùng lúc và trên cùng một băng tần Các thiết bị nhận sẽ không phải chờ đợi đến lượt mình như SU-MIMO, từ đó độ trễ sẽ được giảm xuống đáng kể

Trang 18

Hình 3 Sự khác biệt giữa SU- MIMO và MU- MIMO

Tuy nhiên, MU-MIMO là một kĩ thuật khó và ở thời điểm hiện tại nó sẽ không

có mặt trên các AP và router Wi-Fi 802.11ac Phải đến đợt thứ hai (wave 2) thì MIMO mới có mặt nhưng sự hiện diện cũng sẽ rất hạn chế Anten phát được kí hiệu là

MU-Tx và anten thu là Rx Trên một số thiết bị mạng như router, card mạng, chip Wi-Fi, bạn sẽ thấy những con số như 2x2, 2x3, 3x3 thì số đầu tiên trước dấu nhân là anten phát (Tx) còn phía sau là anten thu (Rx) Ví dụ, thiết bị 2x2 là có 2 anten thu và 2 anten phát

2.3.5 Beamforimg

Wi-Fi là một mạng đa hướng, tức tín hiệu từ router phát ra sẽ tỏa ra khắp mọi hướng Tuy nhiên, các thiết bị 802.11ac có thể sử dụng một công nghệ dùng để định hướng tín hiệu truyền nhận gọi là Beamforming ("tạo ra một chùm tín hiệu") Router

sẽ có khả năng xác định vị trí của thiết bị nhận ví dụ như: laptop, smartphone, tablet,

Trang 19

để rồi tập trung đẩy năng lượng tín hiệu lên mức mạnh hơn hướng về phía thiết bị đó Mục đích của Beamforming là giảm nhiễu

Hình 4 Công nghệ Beamforming

Mặc dù sóng Wi-Fi vẫn tỏa ra khắp mọi hướng tuy nhiên với công nghệ Beamforming thì chùm tín hiệu có thể được định hướng tốt hơn đến một thiết bị xác định trong vùng phủ sóng Theo giải thích của Cisco, thực chất bất kì trạm phát Wi-Fi nào có nhiều anten đều có thể Beamforming tuy nhiên 802.11ac dùng kĩ thuật gọi là

"sounding" để giúp router xác định vị trí của thiết bị nhận một cách chính xác hơn sẽ được đề cập ở chương sau

2.3.6 Tầm phủ sóng rộng hơn

Biểu đồ bên dưới do Netgear cung cấp, theo đó có thể thấy rằng với cùng 3 anten, router dùng chuẩn 802.11ac sẽ cho tầm phủ sóng rộng đến 90m, trong khi router dùng mạng 802.11n có tầm phủ sóng chỉ khoảng 80m là tối đa Tốc độ của mạng 802.11ac ở từng mức khoảng cách cũng nhanh hơn 802.11n, biểu thị bằng vùng màu xanh dương luôn nằm cao hơn vùng màu xanh lá Với các tòa nhà, văn phòng rộng, có thể giảm số lượng repeater cần dùng để khuếch đại và lặp tín hiệu, tiết kiệm chi phí

Trang 20

Hình 5 Tầm phủ sóng của Wi-Fi 802.11ac

3 Kết luận chương

Do sự phát triển không ngừng và những yêu cầu ngày càng cao về tốc độ mạng không dây, các chuẩn Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac đã lần lượt ra đời để đáp ứng và tăng chất lượng người sử dụng Chương 1 đã nêu tóm tắt những đặc điểm và tính năng mới của IEEE 802.11ac như sau:

- Chỉ hoạt động trong băng tần 5GHz

- Phát triển từ chuẩn 802.11n, có khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11 trước đó

- Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1,73Gbps

- Hỗ trợ các kênh với độ rộng băng thông 20MHz, 40MHz, 80MHz và 160MHz

- Chuẩn 802.11ac hỗ trợ lên tới 8 luồng không gian

- Hỗ trợ MU-MIMO cho phép một AP sử dụng nhiều anten để truyền tín hiêu đến nhiều người dùng trên cùng một băng tần mà không cần mất thời gian chờ đợi

- Hỗ trợ công nghệ Beamforming

- Tầm phủ sóng rộng hơn

Những cải tiến mới ở lớp PHY và MAC của IEEE 8802.11ac sẽ được đề cập rõ hơn ở nội dung chương 2

Trang 21

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2: Tìm hiểu một số cải tiến ở lớp PHY

và lớp MAC của 802.11AC

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU MỘT SỐ CẢI TIẾN Ở LỚP PHY VÀ LỚP MAC

CỦA 802.11AC

1 Cải tiến lớp PHY

1.1 Tóm tắt về các cải tiến ở lớp PHY

Bảng này tóm tắt tính năng bắt buộc và tùy chọn của 802.11ac

Các tính năng bắt buộc và tùy chọn của 802.11ac

Điều chế & mã hóa

MCS 0 - 7 (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 1/2, 2/3, 3 / 4,56)

MCS 8, 9 (256-QAM, 3/4, 5/6)

sounding

Mã hóa khối không

mật độ thấp (LDPC)

MIMO đa người dùng

Lên đến 4 luồng không gian trên mỗi thiết bị người dùng với cùng

MCS

Bảng 5 Tóm tắt cải tiến của 802.11ac

1.2 Kết cấu lớp vật lý (PHY-level framing)

Khi lập khung tầng vật lý cho 802.11ac, người thiết kế bắt đầu bằng việc đặt ra các điều kiện mà khung mới cần đạt được Quan trọng nhất là nó phải tương thích với những PHY 802.11 đã có Khi thiết bị 802.11ac truyền sóng, các thiết bị 802.11n và 802.11a phải có khả năng thấy và tránh sóng trong khoảng thời gian được yêu cầu Để đạt được yêu cầu này, định dạng của khung tầng vật lý VHT phải tương đồng với định dạng chế độ hỗn hợp dùng trong 802.11n, và bắt đầu tại cùng trường với các khung

Trang 22

và lớp MAC của 802.11AC 802.11a Sự khác biệt thứ hai là cho phép truyền MU-MIMO, preamble phải có khả năng chỉ ra số dòng không gian và cho phép nhiều bộ thu nhận tối đa khung Để đạt được yêu cầu thứ hai này, cần một đầu đề tầng vật lý mới bởi trường đầu đề HT-SIG 802.11n không thể mở rộng độ dài kênh hay số dòng không gian

1.2.1 Trường tín hiệu thông lượng cao (Very High Throughput)

Tất cả đa sóng mang 802.11 PHY sử dụng Trường tín hiệu để mô tả phụ tải của khung tầng vật lý Mục tiêu của Trường tín hiệu là giúp bộ thu giải mã phụ tải dữ liệu bằng cách mô tả hệ số truyền 802.11ac chia tín hiệu thành hai phần, trường tín hiệu A

và trường tín hiệu B Trường tín hiệu A được thu nhận giống nhau bởi tất cả các bộ thu Trường tín hiệu B khác nhau cho mỗi bộ thu đa người dùng

Hình 6 Trường tín hiệu A - định dạng cho 1 người dùng

Trang 23

và lớp MAC của 802.11AC Những thành phần của Trường tín hiệu A gồm có :

• Băng thông (2 bit)

độ dữ liệu của phụ tải được điều chế bằng VHT MCS 0 Dù được điều chế với BPSK

có mã chập R=1/2, điều chế VHT hiệu quả hơn và nắm giữ nhiều bit hơn Trường tín hiệu B được thiết kế để truyền trong một kí hiệu OFDM đơn lẻ, đó là lí do nó có những độ dài hơi khác nhau phụ thuộc vào độ rộng kênh

Trang 24

và lớp MAC của 802.11AC Trong dạng một người dùng, dạng thô của trường tín hiệu B có 26, 27 hoặc 29 bit, phụ thuộc vào độ rộng kênh, và bao gồm những trường sau :

• Độ dài tín hiệu B (17, 19 hoặc 21 bit)

• Bit dành riêng (2 hoặc 3 bit)

• Bit đuôi (6 bit)

Không có CRC nằm trong Trường tín hiệu B Có một CRC ở đoạn đầu của Trường dữ liệu để phát hiện lỗi trong Trường tín hiệu B Để truyền Trường tín hiệu B

nó được mở rộng để tìm khoảng trống trong một kí hiệu Kênh rộng hơn có dung lượng lớn hơn, do đó Trường tín hiệu B được lặp nhiều lần như trong hình 7

Hình 8 Sự mở rộng tín hiệu VHT B 1.2.2 Trường dữ liệu

Mã hóa dữ liệu

Theo ngay sát sau đầu đề tầng vật lý, Trường dữ liệu bắt đầu truyền tải phụ của khung tầng vật lý Định dạng trường dữ liệu được chỉ ra trong hình 9 Vì trường dữ liệu được truyền theo sau đầu đề nên nó được truyền với tốc độ dữ liệu của đầu đề tầng vật lý Trường dữ liệu mang một khung từ tầng giao thức cao hơn

Trang 25

Quá trình truyền và nhận dữ liệu

Sơ đồ khối cho giao diện 802.11ac được đưa ra trong hình 10 Sơ đồ khối này

có thể sử dụng để truyền cả khung đơn và đa người dùng nhưng trong phần này tập

trung vào trường hợp đơn người dùng

Trang 26

Hình 10 Sơ đồ khối 802.11ac – định dạng một người dùng

Khi MAC trình bày một khung truyền, nó vượt qua tầng vật lý và quy trình sau được thực hiện :

• Đảo phân tách/ghép đoạn

• Mã hóa khối không gian-thời gian (STBC)

• Chèn hoa tiêu và tính đa dạng chuyển dịch tuần hoàn (CSD)

• Ánh xạ không gian

• Biến đổi Fourier nghịch đảo (IFT)

• Chèn và phân chia cửa sổ bảo vệ

• Dựng preamble

• Đoạn analog và RF

Trang 27

và lớp MAC của 802.11AC Nhận khung là sự đảo ngược quá trình truyền Tín hiệu đến anten được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) trên mỗi chuỗi sóng vô tuyến, và preamble

dùng để chỉnh bộ thu tới bất kì hao hụt tín hiệu ở tần số cụ thể nào xuất hiện trong

kênh Sau khi đã bù kênh dựa trên sự tiếp nhận preamble và sóng hoa tiêu, dữ liệu đến

là chuỗi những kí hiệu chùm sao tín hiệu Nếu STBC dùng để truyền, đa dòng của những kí hiệu chùm tín hiệu sẽ được kết hợp thành một dòng bit đầu ra duy nhất, nếu không, mỗi dòng không gian-thời gian trở thành những kí hiệu chùm tín hiệu của chính nó Những kí hiệu chùm tín hiệu được biến thành các bit và được xử lý bởi bộ giải mã FEC sẽ sửa bất kì lỗi kết quả nào Dòng bit kết quả có thể được descramble/giải trộn thành một khung MAC và vượt qua MAC để tiếp tục xử lý

Hình 11 Phân bố kênh 802.11ac

Wi-Fi sử dụng ba khối phổ giữa 5GHz và 6GHz Dải U-NII 1 được giới hạn trong hoạt động trong nhà, các dải U-NII 2, U-NII 2 mở rộng dành cho hoạt động trong nhà, ngoài trời Các dải U-NII 3/ISM dành cho các sản phẩm ngoài trời và có thể được sử dụng cho WLAN trong nhà Tất cả các mã hóa kênh dựa trên các kênh 20MHz được sử dụng trong các chuẩn 802.11 trước đó và cùng một sơ đồ đánh số kênh được sử dụng

Trang 28

và lớp MAC của 802.11AC Dải từ Kênh 36 (tần số trung tâm 5180MHz) tới Kênh 48 (5240MHz) được gọi

là U-NII 1 và các kênh 52 (5260MHz) đến 64 (5320MHz) được gọi là U-NII 2 Cả hai đều có sẵn cho Wi-Fi và chúng có thể được sử dụng cho hai kênh 80MHz hoặc một kênh 160MHz Do các băng tần U-NII 1, U-NII 2 có các quy tắc FCC khác nhau cho anten và công suất phát, quy tắc hạn chế hơn sẽ áp dụng cho một kênh 160MHz bao trùm cả hai băng tần

Băng tần từ kênh 100 (tần số trung tâm 5500MHz) đến Kênh 144 (5720MHz) được gọi là U-NII 2 mở rộng hoặc U-NII 2 Worldwide và vì kênh 144 hiện đã được cho phép với 802.11ac nên nó có thể hỗ trợ ba kênh 80MHz hoặc một kênh 160MHz liên tục

Dải U-NII 3 là từ Kênh 149 (tần số trung tâm 5745MH z) đến Kênh 165 (5825MHz), nó cho phép một kênh 80 MHz nhưng không có kênh 160MHz liền kề

Vì rất khó để tìm được phổ tiếp giáp 160MHz nên 802.11ac cho phép hai kênh song song không nối liền 80MHz được sử dụng với nhau như là một kênh 160 MHz

Ví dụ: các kênh 36-48 và 116-128 bao gồm một kênh 160 MHz có thể hoạt động, đôi khi cũng được gọi là 80 + 80 MHz Tuy nhiên, mỗi kênh 80 MHz cơ bản đều phải tiếp giáp

Khi xem xét các kênh trong băng tần 5GHz, có hai hạn chế thực tiễn Phần lớn băng tần được bao phủ bởi các yêu cầu về quy định để tránh radar, tránh sự can thiệp của người sử dụng ban đầu của băng tần chủ yếu là radar thời tiết và quân sự Loại thứ hai thường không yêu cầu ở mức năng lượng được sử dụng bởi Wi-Fi nhưng thiết bị

sử dụng các kênh từ 5250MHz đến 5725 MHz phải được chứng nhận cho DFS

Wi-Fi Alliance sẽ xác nhận các thiết bị tới một tiêu chuẩn 802.11ac đã chọn nhưng sửa đổi IEEE hiện tại cho thấy cần phải có dung lượng kênh 80 MHz, còn kênh

160 MHz là không bắt buộc

Trang 29

Hình 12 Sóng mang con OFDM sử dụng trong 802.11a/g, 802.11n, 802.11ac

1.3 Truyền dẫn: Điều chế, mã hóa và khoảng bảo vệ

So sánh thông số kỹ thuật với những 802.11 trước, 802.11ac chỉ có cải tiến cho điều chế và mã hóa 802.11ac đơn giản hóa việc lựa chọn điều chế và mã hóa bằng cách xóa bỏ những tùy chọn điều chế bất bình đẳng Công nghệ điều chế mới là một trong những yếu tố chính giúp 802.11ac tăng tốc độ Sử dụng điều chế 256QAM cho phép đóng gói nhiều hơn 2 bit trên mỗi sóng mang, tổng cộng là 8 bit thay vì 6 bit Việc thêm 2 bit là tăng 1/3 dung lượng

1.3.1 Kỹ thuật điều chế và mã hóa (MCS)

Việc lựa chọn MCS trong 802.11ac đơn giản hơn nhiều so với 802.11n Thay vì

có hơn 70 tùy chọn trong 802.11n thì 802.11ac chỉ có 10, thể hiện qua bảng 6 Bảy tùy chọn đầu là bắt buộc Điều chế mô tả số lượng bit trong một khối lượng thời gian truyền Các điều chế cao hơn đóng gói nhiều dữ liệu hơn nhưng cần tỉ số SNR cao hơn 802.11ac sử dụng một mã sửa lỗi Một thuộc tính cơ bản của mã sửa lỗi là thêm thông tin dư thừa theo tỉ lệ được mô tả bởi tốc độ mã Tốc độ mã R=1/2 truyền 1 bit dữ liệu người dùng (tử số) với mỗi 2 bit (mẫu số) trên kênh Tốc độ mã cao hơn có nhiều

dữ liệu hơn, ít dư thừa hơn nhưng lại không thể khôi phục khi có nhiều lỗi Trong 802.11ac, mã hóa và điều chế được ghép với nhau thành một số duy nhất là chỉ số MCS Mỗi giá trị MCS có thể mang lại một khoảng các tốc độ khác nhau phụ thuộc vào độ rộng kênh, số luồng không gian và khoảng bảo vệ Có một cách để 802.11ac

Trang 30

độ rộng kênh như ở 802.11n nữa Để xác định tốc độ đường liên kết cần kết hợp MCS với độ rộng kênh, từ đó tạo ra tốc độ dữ liệu tổng quan chung

độ sóng) Mỗi khi một kí hiệu được truyền, nó lấy một trong số tám mức chuyển pha

và một trong số tám mức cầu phương

802.11ac đẩy công nghệ hiện có lên một cấp độ mới bằng việc sử dụng 256QAM Hình 8 so sánh tín hiệu được điều chế bằng 64QAM với 256QAM Nhìn qua chúng rất giống nhau Bộ phát chọn một điểm mục tiêu, mã hóa biên độ và dịch pha Biên độ và dịch pha này bắt đầu tại điểm chùm sao tín hiệu lý tưởng, sau đó bộ thu nhận sóng và ánh xạ nó Vì càng ngày các điểm chùm sao tín hiệu càng gần nhau hơn, bộ phát phải có khả năng truyền chính xác hơn đến điểm mục tiêu

Trang 31

Hình 13 So sánh các phương pháp điều chế

Tăng từ 64QAM lên 256QAM cũng mang lại lợi ích: 8/6 =1,33 lần nhanh hơn

Vì ở gần nhau hơn nên các điểm chòm sao sẽ nhạy cảm với tạp âm hoặc nhiễu hơn, do

đó 256QAM hữu ích nhất ở phạm vi ngắn nơi mà 64QAM đang được tin cậy sử dụng Nhưng 256QAM không yêu cầu nhiều phổ tần hay nhiều anten hơn 64QAM Tuy nhiên sóng vô tuyến trong thực tế không thể đạt mức lý tưởng Khi nhận được một kí hiệu, nó không sắp xếp giống hệt như các điểm trong chùm sao tín hiệu Sự khác biệt này tồn tại

trong không gian hai chiều, do đó tỉ lệ lỗi bit được thể hiện bằng một véc-tơ lỗi

Hình 14 Véc-tơ lỗi 1.3.3 Khoảng bảo vệ và mã sửa lỗi

802.11ac vẫn giữ được khả năng chọn khoảng bảo vệ OFDM rút gọn nếu cả bộ phát và bộ thu có khả năng xử lý nó 802.11ac giống 802.11n: khoảng bảo vệ rút ngắn

Trang 32

từ 800ns xuống 400ns, tăng 10% thông lượng Việc triển khai 802.11n đã chứng minh việc cài đặt khoảng bảo vệ ngắn mà không gặp khó khăn

802.11ac không có bất kì thay đổi nào tới mã sửa lỗi.802.11ac yêu cầu mã chập giống như tất cả các PHY OFDM Mã hóa LDPC được hỗ trợ dưới dạng tùy chọn do

đó nhiều khả năng nó được hỗ trợ trong sự kết hợp của tốc độ dữ liệu cao của 256QAM Sự gia tăng tốc độ dữ liệu cho phép giảm thời gian truyền, từ đó tiết kiệm năng lượng

1.4 Kỹ thuật MIMO

1.4.1 Tổng quan

Như đã giới thiệu ở chương trước, chuẩn 802.11ac, một kĩ thuật mới được bổ sung vào với tên gọi multi-user MIMO Nó cho phép một AP sử dụng nhiều anten để truyền tín hiệu đến nhiều thiết bị (hoặc nhiều người dùng) cùng lúc và trên cùng một băng tần

MIMO là kỹ thuật sử dụng nhiều anten phát, nhiều anten thu để truyền và nhận

dữ liệu Kỹ thuật MIMO tận dụng sự phân tập (không gian, thời gian, mã hóa, …) nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu, tốc dộ dữ liệu

Công nghệ đột phá của 802.11n đạt được những cải tiến đáng kể về tốc độ dữ liệu là việc sử dụng ghép kênh không gian MIMO (multiple input/ multiple output) SDM yêu cầu MIMO, cụ thể là các trạm truyền và nhận phải có nhiều chuỗi RF với nhiều anten - nó không hoạt động nơi mà một trong hai trạm chỉ có một chuỗi anten đơn Mỗi anten được nối với chuỗi RF riêng của nó để truyền và nhận Việc xử lý băng gốc ở phía truyền có thể tổng hợp các tín hiệu khác nhau để gửi đến mỗi anten, trong khi ở người nhận các tín hiệu từ các anten khác nhau có thể được giải mã riêng lẻ Mặc

dù các hệ thống thực tế sẽ truyền tải ở cả hai hướng, đơn giản hóa bằng cách chỉ cho thấy một hướng truyền

Hình 15 MIMO và anten truyền dẫn 802.11n, 802.11ac

Trang 33

Hình 16 Truyền thẳng và đa đường trong 802.11n, 802.11ac

Để hiểu cách hoạt động của MIMO, trước hết hãy xem xét tín hiệu nhận được mỗi anten trong môi trường đa đường Trong sơ đồ trên, anten 1 nhận tín hiệu từ anten của máy phát A (hai đường dẫn) và anten B Nếu tín hiệu từ anten B là công suất cao nhất, người nhận có thể chọn để giải mã tín hiệu đó Nếu phát hiện thấy anten của máy phát A cho tín hiệu tốt ở anten 2, nó có thể giải mã tín hiệu đó Nếu máy phát hiểu được điều này, nó có thể gửi các luồng dữ liệu khác nhau trên đường dẫn B-1 và A-2 đồng thời, biết mỗi tín hiệu sẽ nhận được với sự can thiệp nhỏ từ phía kia và do đó gấp đôi thông lượng của hệ thống

1.4.2 Thay đổi của MU-MIMO

Để truyền tới nhiều dòng, một vài thay đổi nhỏ được thực hiện cho PLCP Các trường còn lại tương tự nhưng có một vài thay đổi quan trọng Hình 12 chỉ ra trường tín hiệu A VHT cho truyền dẫn đa người dùng

Hình 17 Trường VHT-SIG-A (định dạng đa người dùng)

Trang 34

và lớp MAC của 802.11AC Những sự thay đổi so với phiên bản của trường tín hiệu A VHT là:

• Group ID (6 bit)

• Số dòng không gian-thời gian cho người dùng 0 đến 3 (12 bit, mỗi người dùng 3 bit)

• Mã hóa đa người dùng cho người dùng từ 1 đến 3 (3 bit)

Trong tiêu đề PLCP, có một đầu (overhead) đã điều chế OFDM và một tiêu đề

đã điều chế VHT Trong truyền dẫn đa người dùng, tiêu đề PLCP đã điều chế VHT có sẵn trên nền tảng cho từng người dùng và mỗi người dùng có tín hiệu B VHT riêng Hình 13 so sánh định dạng đa người dùng với định dạng một người dùng Vì Trường tín hiệu B VHT có sẵn trên nền tảng cho từng người dùng, nó bao gồm giá trị MCS cho tốc độ dữ liệu Do số dòng không gian có sẵn cho truyền dẫn đa người dùng ít hơn, tổng số bit độ dài khung người dùng đơn lẻ có thể nhỏ hơn mà không gây tác động tiêu cực

Hình 18 Trường VHT-SIG-BIT (định dạng đa người dùng)

1.4.3 Truyền và nhận của dòng dữ liệu đa người dùng

Khi truyền một khung MU-MIMO, 802.11ac xử lý mỗi người dùng đơn lẻ một cách riêng rẽ nên đến điểm đó tín hiệu được kết hợp cho đầu vào analog trong bộ ánh xạ không gian Hình 14 chỉ ra sơ đồ khối được đơn giản hóa của hệ thống truyền dẫn MIMO hai người

Trang 35

và lớp MAC của 802.11AC dùng Đầu vào của mỗi người dùng được xử lý độc lập trong hệ thống số, tại đó nó được đệm

và trộn và được áp dụng mã sửa lỗi Những đường truyền đơn lẻ trong hệ thống MU-MIMO

có thể được mã hóa độc lập nên một người dùng có thể có mã hóa chập và người dùng thứ hai

có thể sử dụng LDPC Mỗi đường truyền được điều chế với tốc độ của chính nó và có thể áp dụng STBC hoặc không Truyền dẫn đa người dùng chỉ được kết hợp trong bộ ánh xạ không gian, tại đó ma trận định hướng bắt nguồn từ quá trình dò được áp dụng cho dữ liệu chung của tất cả người dùng

Hình 19 Sơ đồ khối MIMO đa người dùng

Nhiệm vụ quan trong nhất cho bộ thu của truyền dẫn đa người dùng là xác định cách

có được đường truyền của chính nó trong dòng dữ liệu đa người dùng khi phải bỏ qua tất cả các dòng khác Khi giải mã đường truyền, bộ thu có thể xử lý cả trường đào tạo được điều chế VHT trong dòng của chính nó đồng thời cũng xử lý các dòng khác

Trang 36

1.5 Thêm luồng không gian

Kỹ thuật này không thay đổi nhưng các ma trận để tính toán trở nên lớn hơn, cũng giống như các điểm truy cập - không thể có nhiều không gian hơn số lượng các anten phát hoặc thu (tùy theo số nào nhỏ hơn), vì vậy toàn bộ hiệu năng 8SS chỉ có thể thực hiện ở cả hai thiết bị có 8 anten

Nếu không có thiết kế anten thông minh, điều này có thể không dùng được trên thiết bị cầm tay nhưng các điểm truy cập AP, set-top-box chắc chắn sẽ có thể sử dụng nhiều luồng

Giống như các kênh rộng hơn, thêm các luồng không gian làm tăng thông lượng tương ứng Giả sử điều kiện đa đường là thuận lợi, hai luồng cung cấp gấp đôi thông lượng của một luồng duy nhất và tám luồng tăng thông lượng tám lần

1.6 Thông báo trạng thái kênh và Beamforming

Wi-Fi là một mạng đa hướng, tức tín hiệu từ router phát ra sẽ tỏa ra khắp mọi hướng Tuy nhiên, các thiết bị 802.11ac có thể sử dụng một công nghệ dùng để định hướng tín hiệu truyền nhận gọi là Beamforming ("tạo ra một chùm tín hiệu")

Beamforming là một công nghệ tập trung tín hiệu và hướng nó trực tiếp vào mục tiêu cụ thể thay vì phát sóng tín hiệu Wi-Fi lan toả trong một khu vực rộng lớn Với tính năng này, bạn có thể tập trung sóng Wi-Fi vào hướng thiết bị thu (thay vì cho lan tỏa chung quanh) nhờ đó sóng sẽ mạnh hơn, truyền xa hơn Beamforming có thể giúp cải thiện việc sử dụng băng thông mạng không dây và nó có thể tăng phạm vi mạng không dây của thiết bị Điều này sẽ giúp cải thiện tốc độ video, chất lượng âm thanh, băng thông truyền và độ trễ

Hình 21(a), bộ định tuyến không dây (điểm truy cập) và bộ điều hợp không dây không hỗ trợ Beamforming sẽ phát khá nhiều sóng dữ liệu tương đương nhau về tất cả mọi hướng Để cho dễ hiểu, bạn hãy tưởng tượng bóng đèn như là bộ định tuyến không dây và phát ra ánh sáng (dữ liệu) đến tất cả các hướng

Hình 21(b), thiết bị hỗ trợ Beamforming tập trung tín hiệu đến mỗi người nhận, tập trung việc truyền tải để có thể chuyển nhiều dữ liệu hơn đến một thiết bị nhận, thay

vì tỏa ra không gian một cách không cần thiết

Nếu khách hàng dùng Wi-Fi có hỗ trợ Beamforming, bộ định tuyến và khách hàng có thể trao đổi thông tin về các vị trí tương ứng của họ để xác định đường dẫn

Trang 37

và lớp MAC của 802.11AC truyền tín hiệu tối ưu Thiết bị Beamforming phát tín hiệu được gọi là Beamformer và thiết bị nhận tín hiệu Beamforming được gọi là Beamformee (hình 20)

Hình 20 Quá trình Beamforming

Hình 21 a Không có công nghệ Beamforming b Sử dụng công nghệ Beamforming

802.11ac tăng khả năng cho máy thu nhận tín hiệu từ bộ phát chùm tia beamforming transmitter tốt hơn được gọi là "sounding", nó cho phép thiết bị phát Beamformer điều khiển chính xác năng lượng truyền đến máy thu Tuy nhiên, do một

số khác biệt, 802.11ac sounding không tương thích ngược với các thiết bị 802.11n

Tóm lại, với ma trận định hướng beamformer có thể truyền khung theo những hướng cụ thể Nếu không có beamforming, năng lượng được phát xạ theo mọi hướng

và như nhau

Khung sounding đã được giới thiệu trong 802.11n để sử dụng với MIMO và beamforming Khái niệm này khá đơn giản: Một máy phát gửi một mẫu biểu RF đã

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	2,87 MB