Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 2: Hệ thống truyền thông không dây hiện đại

Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 2: Hệ thống truyền thông không dây hiện đại, cung cấp cho người học những kiến thức như: Mạng khu vực cá nhân không dây; So sánh tính năng của UWB và Bluetooth; Bộ dịch vụ cơ bản về cơ sở hạ tầng; Viết tắt của các hệ thống truyền thông không dây. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 2

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

KHÔNG DÂY HIỆN ĐẠI

Wireless Technologies

Wireless Personal Area Networks

• Wireless Personal Area Network (WPAN): —

mạng kết nối các thiết bị xung quanh không gian làmviệc của một người, sử dụng kết nối không dây

• Dựa trên chuẩn IEEE 802.15

• Kết nối các thiết bị trong khoảng một vài mét (10 m)

• Dùng công nghệ: IrDA (Infrared Data Association),

Bluetooth, UWB, ZigBee

Wireless Personal Area Networks

• Bluetooth: là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn sử dụng

thoại , laptop , máy tính bảng ) tạo thành mạng cục bộ nhỏ.

• Sử dụng tín hiệu sóng radio để truyền dữ liệu trong phạm

lên 2.1Mbs với chế độ

truyền tải, đạt 24Mbps

Bluetooth 4.0

Bluetooth 4.1

chỉnh băng tần

Figure 2.17 Example of a Personal Area Network (PAN) as provided by the Bluetooth standard.

Bluetooth and Personal Area networks (PANs)

The Zigbee:

• Cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị

cùng lúc thay vì chỉ có 2 sản phẩm tương tác

với nhau như Bluetooth và Wibree.

• Phạm vi hoạt động của Zigbee đang được cải

tiến từ 75 mét lên đến vài trăm mét.

• Năng lượng thấp hơn Bluetooth, tốc độ đạt

256 Kb/giây.

• Được ứng dụng trong hệ thống tự động tại các

hộ gia đình như chiếu sáng và sưởi ấm.

Wireless personal area networks

The Ultra-wideband (UWB):

• Có khả năng truyền lượng lớn dữ liệu kỹ thuật số trên một phổ tần số rất rộng với năng lượng rất thấp trong một khoảng cách ngắn.

• Có thể truyền dữ liệu ở tốc độ từ 40 – 60Mbs và lên đến 1Gbs.

• Truyền tín hiệu radio năng lượng cực thấp với các xung điện rất ngắn, trong phạm vi pico giây (1 / 1000th của một nano giây), trên tất cả các tần

số cùng một lúc.

• Do công suất thấp nên rất khó phát hiện rất khó

để điều chỉnh Bởi vì nó mở rộng ra toàn bộ phổ tần số (được cấp phép và không có giấy phép), nó

có thể được sử dụng trong nhà và dưới lòng đất, không giống như GPS.

Wireless personal area networks

So sánh tính năng của UWB và Bluetooth

Wireless Local Area Network (WLAN):

• Liên kết 2 hoặc nhiều thiết bị, sử dụng kỹ thuật không dây

tới mạng internet rộng hơn.

• Cung cấp cho người dùng tính di động, di chuyển trong

• Hầu hết các WLANs hiện nay dựa trên các chuẩn IEEE

(Wireless Fidelity).

• Được sử dụng trong nhà, tòa nhà, văn phòng.

Wireless Local Area Network (WLAN):

Chuẩn IEEE 802.11

2.4GHz

2,4 GHz 70-150m

.11a: 5GHz/40-100m 11g: 2.4GHz/80-200m

2.4 /5GHz 100-250m

5GHz

Wireless Local Area Network

802.11a - Tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn

(lên đến 54Mbps)

- Phạm vi tốt hơn so với chuẩn 802.11b (65-120 feet)

- Dễ bị can thiệp

802.11n Mặc dù thông số kỹ thuật có thể thay đổi, nhưng được dự kiến sẽ cho

phép tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 600MBps, và có thể cung cấp phạm vi lớn hơn.

Figure 2.12 Channelization scheme for IEEE 802.11b throughout the world.

Wireless Local Area Network

Mạng 802.11 linh hoạt về thiết kế, gồm 3 mô hình mạng sau:

1 Basic Service Set (BSS)

2 Independent Basic Service Set (IBSS) - Ad hoc networks

3 Extended Service Set (ESS)

Wireless Local Area Network

Basic Service Set (BSS)

Là tập hợp tất cả các trạm có thể giao tiếp với nhau

Có hai loại : Independent BSS and Infrastructure BSS

Mỗi BSS có một ID gọi là BSSID, là địa chỉ MAC của cácđiểm truy cập phục vụ BSS

WLAN: Models

Independent Basic Service Set (IBSS) hay mạng Ad hoc.

• Là mạng đơn giản nhất trong tất cả các mạng IEEE 802.11, không cần cơ sở hạ tầng Một IBSS chỉ đơn giản bao gồm một hoặc nhiều trạm mà giao tiếp trực tiếp với nhau.

• Ad hoc: wireless clients truyền thông trực tiếp với nhau mà không dùng wireless AP hay mạng có dây, còn được gọi là chế độ peer- to-peer.

WLAN: Models

Infrastructure Basic Service Set

Một cơ sở hạ tầng BSS có thể giao tiếp với các trạm khác không trong cùng thiết lập dịch vụ cơ bản bằng cách giao tiếp với nhau thông qua các điểm truy cập.

WLAN: Models

Extended Service Set (ESS)

Một ESS là tập hợp các kết nối BSS Điểm truy cập trong một bộ dịch vụ mở rộng được kết nối bởi một hệ thống phân phối Mỗi ESS có một ID (gọi là SSID) là chuỗi ký tự 32 byte (tối đa).

WLAN: Models

Wireless local area networks

AP (access point)

Card PCI Wireless Card PCMCIA Wireless

Card USB Wireless Thiết bị mạng không dây (WLAN)

Wide Area Networks

• 2rd Generation (2G) Cellular Networks

• 3rd Generation (3G) Wireless Networks

• 4rd Generation (4G) Wireless Networks

• Wireless Local Loop (WLL) and Local Multipoint Distribution Service (LMDS)

Growth Of Cellular Telephone

Figure 2.1 Growth of cellular telephone subscribers throughout the world.

Growth Of Cellular Telephone

Figure 2.2 Worldwide subscriber base as a function of cellular technology in late 2001.

Thế hệ 1G:

• Sử dụng tiêu chuẩn thông tin di động analog, và tín hiệu vô tuyến

sử dụng để truyền tin cũng là analog.

• - Các cuộc gọi âm thanh được điều tiết ở một tần số cao hơn 150MHz để kết nối 2 tháp vô tuyến lại với nhau.

Second Generation (2G) Cellular Networks

Thế hệ 1G: Hạn chế

- Tính bảo mật thấp do mã hóa

- Dễ bị biến dạng

- Không thích hợp với những tiêu chuẩn thông tin mới nhất

Second Generation (2G) Cellular Networks

• Đây là thế hệ mạng di động thứ 2, với tên gọi đầy đủ là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt: GSM).

• Công nghệ này có khả năng phủ sóng rộng khắp, giúp người dùng

có thể sử dụng điện thoại nhiều vùng trên thế giới.

• GSM là mạng điện thoại di động có thiết kế gồm nhiều tế bào (cell) hay hiểu đơn giản hơn là các trạm thu phát sóng,  các máy điện thoại di động kết nối mạng bằng cách tìm kiếm các trạm thu phát sóng gần nó nhất.

Second Generation (2G) Cellular Networks

• Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (TimeDivision Multiple Access) và nền CDMA cùng nhiềudạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết

bị và từng quốc gia

Second Generation (2G) Cellular Networks

Chuẩn TDMA: Global System Mobile (GSM)

• Hỗ trợ 8 time slotted users cho mỗi kênh radio 200 kHz

• Được triển khai rộng rãi trong các băng tần di động vàPCS

• Các dải PCS và cellular ở Europe, Asia, Australia,South America, và một số vùng của the U.S

Second Generation (2G) Cellular Networks

Chuẩn TDMA: Interim Standard 136 (IS-136)

• Còn được biết với tên North American Digital Cellular(NADC) hay US Digital Cellular (USDC)

• Hỗ trợ 3 time slotted users cho mỗi kênh radio 30 kHz

• North America, South America, và Australia

Second Generation (2G) Cellular Networks

Ưu điểm

• Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ

so với thế hệ trước

• Mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, giúp tiết kiệm

thời gian và chi phí

• Cung cấp tin nhắn dạng SMS

• Thiết bị nhỏ gọn hơn

Second Generation (2G) Cellular Networks

• Các tiêu chuẩn kỹ thuật số 2G đã được thiết kế trướckhi sử dụng rộng rãi Internet (Kể từ giữa những năm1990).

• GSM, CDMA và IS-136 tiêu chuẩn chỉ hỗ trợ 9,6kbps tốc độ truyền cho thông điệp dữ liệu

• Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) là một tính năng phổbiến của GSM, ngay cả với người sử dụng tương đốinhỏ dữ liệu rates.CDMA

Evolution 2.5G Mobile Radio Networks

• Tiêu chuẩn 2G sử dụng một chuyển mạch cách tiếpcận để truyền dữ liệu.

• Tiêu chuẩn 2.5G đã được phát triển để cho phép cáccông nghệ 2G được nâng cấp từng bước cho tốc độ

dữ liệu Internet nhanh hơn

Evolution 2.5G Mobile Radio Networks

Ba tùy chọn nâng cấp TDMA;

• High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)

• General Packet Radio Service (GPRS)

• Tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM Evolution (EDGE)

Evolution 2.5G Mobile Radio Networks

Figure 2.3 Various upgrade paths for 2G technologies.

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

GPRS (General Packet Radio Service)

EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

IS-95B

• HSCSD là một chuyển mạch kỹ thuật cho phép mộtthuê bao di động duy nhất để sử dụng liên tiếp cáckhe thời gian sử dụng trong tiêu chuẩn GSM.

• GPRS là một mạng lưới dữ liệu dựa trên gói

• EDGE đôi khi được gọi là Enhanced GPRS hoặcEGPRS

Evolution 2.5G Mobile Radio Networks

• Không giống như một số GSM và IS-136 con đườngtiến hóa để truy cập dữ liệu tốc độ cao, CDMA(thường được gọi là cdmaOne) có một con đường duynhất nâng cấp cho các hoạt động 3G cuối cùng.

IS-95B cho 2.5G CDMA

• Thường thấy những thông số kỹ thuật của máy: “Tốc

độ 3G: HSDPA, 42 Mbps; HSUPA, 5.76 Mbps” Vậychúng nghĩa là gì và ảnh hưởng gì ?

3rd Generation (3G) Wireless Networks

• Tốc độ 3G chuẩn của một số mạng di động tại ViệtNam là 21Mbps và đang được cải tiến, nâng cao lên 42Mbps  người dùng 3G sẽ có thể xem phim, clip,nghe nhạc và lướt web nhanh hơn Trong đó:

• HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): góiđường truyền tải xuống tốc độ cao, cho phép tốc độ tải

dữ liệu về máy tối đa đạt đến 42 Mbps, tương đươngvới tốc độ đường truyền ADSL (1 giây có thể up xong

1 bản MP3 dung lượng 5MB

• HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): góiđường truyền tải lên tốc độ cao, cho phép tốc độ tối đađạt 5.76 Mbps

3rd Generation (3G) Wireless Networks

• Là tập các chuẩn được sử dụng cho các thiết bị diđộng, các mạng và dịch vụ truyền thông di động, tuân

thủ theo thông số kỹ thuật của International Mobile

Telecommunication Union

• Voice over Internet Protocol (VoIP)

• 3G được ứng dụng trong điện thoại không dây, truycập Internet di động, truy cập Internet không dây cốđịnh, các cuộc gọi video và mobile TV

• Đa số các thiết bị smartphone, máy tính bảng hiện nayđều hỗ trợ tốc độ 3G tối đa của HSDPA và HSUPA

3rd Generation (3G) Wireless Networks

4 chuẩn chính:

• W-CDMA: Là nền tảng của chuẩn UMTS, Sử dụng

băng rộng để có tốc độ cao hơn và hỗ trợ nhiều ngườidùng hơn mạng 2G, được sử dụng ở Châu Âu và mộtphần châu Á, trong đó có Việt Nam

• CDMA 2000: là thế hệ kế tiếp của các

chuẩn 2G CDMA và IS-95 CDMA 2000 cung cấp tốc

độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s

• TD-CDMA: Được phát triển trền nền tảng chuẩn

UTMS Đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn

hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượngdịch vụ tốt hơn cho dữ liệu đa phương tiện kể cả âmthanh, hình ảnh

3rd Generation (3G) Wireless Networks

4 chuẩn chính:

• TD-SCDMA: Một chuẩn khác dựa trên nền tảng chuẩn

UTMS, đang được phát triển tại Trung Quốc, nhằmmục đích như là một giải pháp thay thế cho W-CDMA

3rd Generation (3G) Wireless Networks

Ưu điểm:

• Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ

so với thế hệ trước

• Truy cập Internet tốc độ cao kể cả khi di đang chuyển

• Cùng với sự bùng nổ smartphone, kết nối 3G cho phépngười dùng truy cập vào thế giới nội dung đa phươngtiện phong phú bao gồm nhạc, phim, hình ảnh chấtlượng cao

• Kết hợp với các ứng dụng nhắn tin OTT như Viber,

online, trò chuyện mọi lúc mọi nơi với chi phí rẻ hơnrất nhiều so với dạng tin nhắn SMS truyền thống

3rd Generation (3G) Wireless Networks

4rd-Generation (4G)

• Cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1-1,5 Gb/giây.

• Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của

tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao.

• Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax và Long Term Evolution (LTE), mỗi

• Wireless local loop (WLL), là một thuật ngữ để chỉviệc sử dụng liên kết truyền thông không dây như kếtnối “last mile / first mile" để phân phối dịch vụ điệnthoại cũ đơn giản - plain old telephone service(POTS) – và/hoặc băng thông Internet tới các kháchhàng.

• Các loại kỹ thuật và hệ thống WLL: BroadbandWireless Access (BWA), Radio In The Loop (RITL),Fixed-Radio Access (FRA) và Fixed Wireless Access(FWA)

Wireless Local Loop (WLL)

Wireless Local Loop (WLL)

• LMDS là một công nghệ truy cập không dây băngthông, ban đầu được thiết kế cho truyền hình kỹ thuật

số - digital television transmission (DTV)

• Được coi là một công nghệ không dây cố định, multipoint

point-to-• Thường hoạt động trên các tần số vi sóng trên các băngtần 26 GHz và 29 GHz (31.0 through 31.3 GHz)

Local Multipoint Distribution Service (LMDS)

Comparison

Viết tắt của các hệ thống truyền

thông không dây

• 4G: 4th Generation

• AMPS: Advanced Mobile Phone System

• B3G: Beyond 3rd Generation

• cdma2000: Code Division Multiple Access 2000

• CDPD: Cellular Digital Packet Data

• CT-2: Cordless Telephone-2

• DCS-1800: Digital Communication System-1800

• DECT: Digital European Cordless System

• ETACS: Extended European Total Access Cellular System

• GSM: Global System for Mobile

• IMT-2000: International Mobile Telecommunication 2000

• Originally FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System)

• IS-95: EIA Interim Standard-95

• IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

Acronym of Systems for Wireless Communications

• PDC: Pacific Digital Cellular,

• Originally JDC (Japanese Digital Cellular)

• PCS: Personal Communication Service

• Once used with PCN: Personal Communication Network

• PHS: Personal Handyphone system

• POCSAG: Post Office Code Standard Advisory Group

• PSTN: Public Switched Telephone Network

• TACS: Total Access Communication System

• TD-SCDMA : Time Division-Synchronous Code Division Multiple

Access

• USDC: U.S Digital Cellular TIA IS-54

• UWB: Ultra-Wideband

• W-CDMA: Wideband-Code Division Multiple Access

• PCI: Peripheral Component Interconnect