Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 1: Tổng quan về các hệ thống truyền thông không dây

Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 1: Tổng quan về các hệ thống truyền thông không dây, cung cấp cho người học những kiến thức như: Giới thiệu về truyền thông không dây; Lịch sử của truyền thông không dây; Những ưu điểm và nhược điểm; Phân loại; Ứng dụng hệ thống không dây; Một số khái niệm cơ bản.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY

Nội dung

• Giới thiệu về truyền thông không dây

• Lịch sử của truyền thông không dây

• Những ưu điểm và nhược điểm

• Phân loại

• Ứng dụng hệ thống không dây

• Một số khái niệm cơ bản

GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN THÔNG

KHÔNG DÂY

1.3

Truyền thông là gì?

• Truyền thông là việc chia sẻ ý tưởng và thông tin

• Nói cách khác: Truyền thông là hành động truyền hoặc traođổi thông tin, tín hiệu hoặc thông điệp bằng cách nói, dùng cửchỉ hoặc viết ra thông tin, ký hiệu hoặc thông điệp đó

• Truyền thông là quá trình truyền tải thông tin từ thực thể này đến thực thể khác.

• Thực thể có thể là thực thể truyền thông tin (sender) hoặc

Truyền thông - communication

1.5

Mô hình truyền thông

Các thành phần của hệ truyền thông

Phân loại mạng truyền thông

Communication Networks

Transmission technology

Broadcast, point – to –

Service

Single service, integrated

Transmission medium

Wired, wireless

Truyền thông không dây là gì? (1)

• Wireless: vô tuyến, không dùng dây dẫn

• Truyền thông không dây: là việc truyền tải thông tin qua mộtkhoảng cách mà không cần dây dẫn làm môi trường truyền

1.9

Truyền thông không dây là gì? (2)

• Việc truyền/nhận giọng nói và dữ liệu sử dụng sóng điện từ trong không gian.

• Thông tin từ người gửi đến người nhận được thực hiện trênbăng tần xác định

• Mỗi kênh có dung lượng và băng thông tần số cố định

• Các kênh khác nhau có thể được sử dụng để truyền tải thôngtin song song và độc lập

Ví dụ

• Giả sử quang phổ của 120 KHz được phân bổ một tần

số cơ sở cho truyền thông giữa các trạm A và B

• Mỗi kênh chiếm 40 KHz

1.11

Mô hình truyền thông không dây

Phân loại mạng không dây

Infrastructure

 Mobility

1.13

Phân loại mạng không dây: dựa vào kiến trúc (1)

• Mạng có kiến trúc

• Sử dụng các node và gateway có dây và không dây

• Mỗi node chính được định nghĩa trước vai trò trong mạng

• Mạng có kiến trúc: Mạng tế bào, WLAN dùng access point,

• Mạng không có kiến trúc (Ad-hoc network)

• Không có sự sắp xếp trước

• Tập hợp ngẫu nhiên các node lại với nhau tạo thành mộtmạng

Phân loại mạng không dây: dựa vào kiến trúc (2)

Phân loại mạng không dây: dựa vào chuẩn

• 3GPP: WCDMA, HSDPA, 4G LTE.

• 3GPP2: CDMA2000, EV-DO, UMB

• IEEE: IEEE802.11, IEEE802.16

Phân loại mạng không dây: dựa vào sự di động

• Mạng không dây cố định: người dùng đã kết nối được xem như ở yên một chỗ.

• Mạng không dây di động: Một phần trong các thiết bị không dây là di động.

• Việc thay đổi điểm kết nối vào mạng có thể được thực hiệnkhi thiết bị vẫn online

• Vd: Cellula network, mobile ad hoc network (MANET)

1.17

Phân loại mạng không dây: dựa vào phạm vi (1)

người.

và ZigBee.

Phân loại mạng không dây: dựa vào phạm vi (1)

• Dựa trên phạm vị

Phân loại mạng không dây: dựa vào loại tín hiệu(1)

Phân loại mạng không dây: dựa vào loại tín hiệu(2)

• Dựa trên loại tín hiệu (signal)

1.21

Phân loại mạng không dây: dựa vào băng thông

WiMax, LTE, )

LỊCH SỬ CỦA TRUYỀN THÔNG

KHÔNG DÂY

Thủa ban đầu của truyền thông không dây

• Truyền thông trong tầm nhìn (LOS)

• Khoảng cách tầm nhìn tiếp tục được mở rộng bởi các kínhthiên văn

• Một số hình thức truyền thông thủa ban đầu:

• Tín hiệu khói, trống, bồ câu đưa thư,…

• Tín hiệu hình ảnh (hoặc semaphore vào năm 1792)

1.25

Thủa ban đầu của truyền thông không dây

Nguồn gốc của truyền thông không dây (1)

• Sóng điện từ

• 1831: Faraday đã chứng minh cảm ứng điện từ

• 1865: Maxwell dự đoán và phát triển lý thuyết về lĩnh vựcđiện từ

• 1888: Hertz chứng minh với một thử nghiệm các nhân vậtsóng của truyền điện qua không gian

1.27

Nguồn gốc của truyền thông không dây (2)

Lịch sử của truyền thông không dây (1)

Lịch sử của truyền thông không dây (2)

• Không dây và hệ thống thông tin di động

• 1921: radio công văn xe cảnh sát, Detroit.

• 1928: Truyền thông một chiều, bộ thu di động đầu tiên đã được càiđặt.

• 1932: Hệ thống thông tin di động đầu tiên cho phép hai chiều thôngtin liên lạc.

• 1933: Edwin H.Armstrong phát minh ra radio FM và cấp bằng sáng chế.

• 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng đã được giới thiệu đến 25thành phố trên khắp Hoa Kỳ.

• 1971: Mạng đầu tiên dựa trên vô tuyến gói, ALOHANET, được pháttriển.

Lịch sử của truyền thông không dây (3)

• Bùng nổ của truyền thông không dây và di động (1)

• 1983: Hệ thống di động analog đầu tiên triển khai tại Chicago

• 1985: FCC cho phép công nghiệp, khoa học và y tế (ISM) sửdụng băng tần công cộng cho các sản phẩm LAN không dây

• 1992: Hệ thống GSM đầu tiên được triển khai.

• 1994: Chương trình truyền thông UWB không phân loại đầu tiên

• 1996: HiperLAN (High Performance Radio Local AreaNetwork)

• 1997: Wireless LAN - IEE802.11

• 1998: UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) như

đề xuất của châu Âu cho IMT-2000

1.31

Lịch sử của truyền thông không dây (3)

• Bùng nổ của truyền thông không dây và di động (2)

• 1999: Bổ sung tiêu chuẩn mạng LAN không dây (IEE 802.11b)Bluetooth cho piconets

• 2000: GPRS đầu tiên được xem xét

• 2001: Bắt đầu của hệ thống 3G: CDMA2000 tại Hàn Quốc,UMTS thử nghiệm ở châu Âu

• 2010: xuất hiện 4G, chuẩn LTE, hoạt động ở dải tần 700MHz,850MHz, 1,9GHz và 2,1GHz

• Tháng 10/2014, FCC ban hành một ghi chú về việc mở sóngmilimet (là tần số cao trên 24GHz) để sử dụng cho công nghệ 5G

• NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC

ĐIỂM

1.33

Ưu điểm của truyền thông không dây (1)

• Không có chi phí lắp đặt dây dẫn hoặc đi dây

• Không bó dây chạy đây đó.

• Truyền thông tức thời mà không cần thiết lập kết nối vật lý(ví dụ như Bluetooth, Wifi)

• Truyền thông có thể tiếp cận những nơi dây dẫnkhông khả thi hoặc tốn kém, như khu vực nông thôn, các tòa

Ưu điểm của truyền thông không dây (2)

• Tự do di chuyển mà không bị cản trở, ràng buộc bởi dây dẫn

• Cho phép các công ty triển khai các mô hình làm việc phùhợp

• Cho phép các nhân công làm việc theo nhóm và truy cập dữliệu, tài nguyên trên mạng

• Dịch vụ tiếp cận với người dùng bất cứ nơi nào họ muốn (cóthể không cần phải đi đến phòng thí nghiệm để kiểm tra mà

có thể xem qua email, web,…)

• Kết nối với nhiều thiết bị cùng một lúc (không yêu cầu kếtnối vật lý)

1.35

Ưu điểm của truyền thông không dây (3)

• Cho phép sự linh hoạt để duy trì kết nối bất cứ nơi nào và bất

cứ lúc nào

• Thị trường phát triển nhanh chóng là minh chứng cho nhu cầu

di động công cộng và truy cập không bị gián đoạn

Ưu điểm của truyền thông không dây (4)

• Sử dụng cáp trong các tòa nhà cũ có thể khó khăn, triển khaichậm và đắt tiền

• Khi có thảm họa xảy ra, nhà quản lý có thể tái lập hệ thốngmột cách nhanh chóng hơn so với mạng có dây

1.37

Ưu điểm của truyền thông không dây (5)

Nhược điểm truyền thông không dây (1)

• Tia hồng ngoại: bị tác động bởi ánh sáng mặt trời, các nguồnsinh nhiệt và các vật cản vật lý

• Tín hiệu radio: bị chặn bởi các vật cản, bị can thiệp bởi cácthiết bị điện

• Môi trường phát sóng bị xung đột về mặt tự nhiên

• Hiện tượng tự xung đột (multipath)

1.39

Nhược điểm truyền thông không dây (2)

• Thấp hơn về: băng thông, tốc độ truyền

• Chất lượng dịch vụ: suy giảm

• Cao hơn về: thời gian trễ, thời gian thiết lập kết nối

• Số lượng người dùng tăng thường dẫn đến tốc độ truyền dẫngiảm xuống mức rất thấp

Nhược điểm truyền thông không dây (3)

• Mức độ mất dữ liệu cao hơn do xung đột

• Năng lượng nhận được tỷ lệ nghịch với khoảng cách

• Việc di chuyển của người dùng dẫn tới việc mất kết nối và/hoặc thay đổi kênh truyền thường xuyên

• Pin, năng lực tính toán, bộ nhớ, dung lượng đĩa

1.41

Nhược điểm truyền thông không dây (4)

• Tần số cần được quản lý và sử dụng hợp lý

• Ai cũng có thể truy cập vào mạng không dây

• Trạm cơ sở có thể bị giả mạo

chung

Cần phải có các cơ chế truy cập an toàn vào hệ thống

Wireless vs Mobile

• Fixed (Metropolitan Area Network)

• Portable (tương tác không dây giữa TV và VCR)

• Mobile (điện thoại di động)

1.43

• ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

KHÔNG DÂY

Các hệ thống không dây hiện tại

UWB)

1.45

Các hệ thống không dây mới nổi

• MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.47

Tần số

• Là số chu kỳ trong một đơn vị thời gian.

• Để tiện dụng, tần số thường được đo bằng số chu kỳ trên giây (cps) với đơn

vị là Hertz (Hz) (60 cps = 60 Hz).

Tần số vô tuyến (radio frequency)

300 GHz

xoay chiều mang các tín hiệu vô tuyến.

1.49

Băng tần (frequency band)

tần – là một dải tần số xác định trong phổ tần số vô tuyến.

(vlf) đến extremely high frequencies (ehf).

Phân loại tần số

E – Extremely, S – Super, M – Medium, H – High, V – Very,

L- Low, U – Ultra, VF – Voice Fequency.

1.51

Phổ sóng điện từ

Băng thông (Bandwidth)

dữ liệu có thể được gửi qua một kết nối mạng.

thiết bị, được tính bằng số bit/giây (bps) hoặc số byte/giây.

• Ví dụ: modem A V.90 hỗ trợ một băng thông cực đại theo lýthuyết là 56 Kbps Fast Ethernet hỗ trợ 100 Mbps

1.53

Kênh (Channel)

thông là một phương tiện truyền dẫn vật lý như dây dẫn, hoặc một kết nối logic qua một phương tiện ghép kênh như kênh radio.

tin, (như một dòng bit số, từ một hoặc một vài senders (or transmitters) tới một hoặc một vài receivers).

đo bằng băng thông của nó (Hz) hoặc tốc độ truyền dữ

Tương tự (analog)

phần (biến) thay đổi theo thời gian của tín hiệu là một biểu diễn của một đại lượng thay đổi theo thời gian nào đó, tương tự với một tín hiệu thay đổi theo thời gian khác.

1.55

Số (digital)

• Digital thể hiện công nghệ điện phát sinh, lưu trữ, và xử lý dữ liệutheo 2 trang thái: tích cực và không tích cực

• Tích cực: biểu diễn bởi số 1

• Không tích cực: biểu diễn bởi số 0.

• Dữ liệu được truyền hoặc lưu trữ với công nghệ số được thể hiệnnhư một chuỗi các ký hiệu 0 và 1