Bài giảng Các công nghệ trải phổ(spread spectrum tech)

Nội dung text: Bài giảng Các công nghệ trải phổ(spread spectrum tech)

1. Chapter 03 CÁC CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ (SPREAD SPECTRUM TECH.)
2. Mục tiêu ❖ Đề cập đến các công nghệ trải phổ đang được sử dụng theo qui tắc của FCC. ❖Phân biệt và so sánh 2 công nghệ trải phổ chính ❖Công nghệ trải phổ nhảy tần FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum). ❖Công nghệ trải phổ chuổi trực tiếp DSS (Direct Sequence Spread Spectrum). ❖Tìm hiểu về công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 2
3. Nội dung ⚫ Truyền thông băng hẹp. ⚫ Giới thiệu các công nghệ trải phổ – Trải phổ nhảy tần FHSS – Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS – Trải phổ chuỗi trực tiếp tần số cao HR DSSS – So sánh FHSS và DSSS – Giới thiệu công nghệ OFDM 3
4. Narrow band ⚫ Là công nghệ truyền thông sử dụng công suất đỉnh cao ⚫ Là tín hiệu có thể bị nghẽn (jammed) và rất dễ nhiễu (interference). ⚫ FCC khuyến cáo hạn chế việc sử dụng tần số càng nhiều càng tốt, chỉ cho phép sử dụng tần số ở mức đủ để hoàn thành công việc. ⚫ Trải phổ hoàn toàn ngược lại, nó sử dụng băng tần rộng hơn mức cần thiết để truyền thông tin. 4
5. Công nghệ trải phổ (Spread Spectrum Technology) ⚫ Trải phổ (Spread Spectrum) là một kỹ thuật truyền thông được đặc trưng bởi băng thông rộng và công suất thấp. ⚫ Trải phổ sử dụng các kỹ thuật điều chế (modulation) khác nhau cho mạng WLAN. ⚫ Tín hiệu trải phổ trông giống như nhiễu, khó phát hiện và thậm chí khó chặn đứng hay giải điều chế (demodulation) nếu không có các thiết bị thích hợp. ⚫ Tính bảo mật này đã hấp dẫn quân đội trong việc sử dụng công nghệ trải phổ trong suốt các năm 1950-1960. Bởi vì đặc tính của nó rất giống nhiễu nên tín hiệu trải phổ có thể truyền trước mặt kẻ địch mà không bị phát hiện. 5
6. Spread Spectrum Versus Narrowband Technology 6
7. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Trải phổ nhảy tần (Frequency hopping Spread Spectrum ) là công nghệ sử dụng sóng mang (carrier signal) băng thông hẹp thay đổi tần số theo một mẫu được biết bởi bên truyền lẫn bên nhận. ⚫ Sử dụng khả năng thay đổi tần số với tốc độ cao và đột ngột để trải dữ liệu ra hơn 83 Mhz. ⚫ Trong trường hợp nhảy tần đối với mạng WLAN thì dãy tần số có thể sử dụng được trong băng tần 2,4 Ghz là 83,5 Mhz. 7
8. Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 8
9. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Trong hệ thống nhảy tần, sóng mang sẽ thay đổi tần số (hay nhảy) tùy thuộc vào chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudorandom). ⚫ Chuỗi giả ngẫu nhiên là một danh sách của nhiều tần số mà sóng mang có thể nhảy trong một khoảng thời gian xác định trước khi lặp lại danh sách này. ⚫ Bộ phát sóng sử dụng chuỗi nhảy này để chọn tần số phát cho nó. 9
10. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Sóng mang sẽ vẫn ở một mức tần số nào đó trong khoảng thời gian xác định (khoảng thời gian này còn được gọi là thời gian ngưng _Dwell time (ms)) và sau đó sử dụng một khoảng thời gian ngắn được gọi là thời gian nhảy (Hop Time (ns)). ⚫ Nếu thời gian nhảy càng lớn (trong mối liên quan với thời gian ngưng) thì tốc độ dữ liệu càng chậm hay có thể nói rằng thời gian ngưng càng lớn thì tốc độ càng cao. ⚫ Khi danh sách này đã được nhảy hết , bộ phát sóng sẽ lặp lại từ đầu danh sách này. 10
11. Example of FHSS ⚫ 11
12. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Ảnh hưởng của nhiễu băng hẹp – Cũng giống như các công nghệ trải phổ khác, hệ thống nhảy tần có sức chống cự hay kháng nhiễm (nhưng không miễn nhiễm) đối với nhiễu băng hẹp. – Trong ví dụ trên nếu tín hiệu bị nhiễu trên tần số 2,451 GHz thì chỉ phần đó của tín hiệu trải phổ bị mất, phần còn lại của tín hiệu trải phổ sẽ vẫn được giữ nguyên và dữ liệu bị mất sẽ được truyền lại (có thể ở tần số khác). 12
13. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Hệ thống nhảy tần trong FHSS được qui định trong IEEE và tuân thủ theo qui tắc FCC như sau: – Dãy tần số nào có thể sử dụng được. – Chuỗi nhảy. – Thời gian ngưng. – Tốc độ dữ liệu ⚫ Một hệ thống nhảy tần sẽ hoạt động sử dụng một dạng nhảy (hop partern) xác định được gọi là kênh (channel). 13
14. Trải phổ nhảy tần FHSS ⚫ Một số hệ thống nhảy tần cho phép dạng nhảy được tạo ra tùy ý hoặc cho phép đồng bộ hóa giữa các hệ thống để loại bỏ xung đột trong môi trường cùng vị trí – colocation (tức là có thể có nhiều AP đặt trong cùng một vị trí địa lý). ⚫ Theo FCC trước 31/08/2000, hệ thống FHSS sử dụng ít nhất 75 trong số 79 tần số sóng mang có thể trong một tập các tần số nhảy với công suất phát tối đa là 1W. ⚫ Theo FCC sau 31/08/2000, hệ thống FHSS chỉ cần 15 bước nhảy trong một dạng nhảy là đủ. 14
15. FHSS - Colocation ⚫ Nếu đặt cùng tại một vị trí thì trong hệ thống nhảy tần này có đến 79 kênh hoạt động có nghĩa là 79 AP đồng bộ cùng vị trí. 15
16. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ DSSS là một phương pháp truyền dữ liệu trong đó hệ thống truyền và hệ thống nhận đều sử dụng một tập các tần số có độ rộng là 22 MHz gọi là kênh (channel). ⚫ Các kênh rộng này cho phép các thiết bị truyền thông tin với tốc độ cao hơn hệ thống FHSS. ⚫ Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất trong số các công nghệ trải phổ vì nó dễ dàng cài đặt và có tốc độ cao. 16
17. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ 17
18. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ Các tiêu chuẩn IEEE chia lớp vật lý DSSS thành hai thành phần: Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) và Physical Medium Dependent (PMD). – PMD xác định rằng phương pháp thực tế sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai thiết bị không dây. – Các PLCP hoạt động như một lớp trừu tượng giữa các PMD và các dịch vụ Medium Access Control (MAC). 18
19. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 19
20. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ Bảng phân chia tần số DSSS ⚫ Bảng liệt kê đầy đủ các kênh đươc sử dụng ở Mỹ và châu Âu. Vậy các kênh này có chồng lên nhau không? 20
21. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ Việc sử dụng hệ thống DSSS chồng lên nhau trong cùng một vị trí vật lý (co_located) sẽ gây nhiễu giữa các hệ thống và gần như chúng luôn luôn gây nên một sự giảm cấp đáng kể đối với băng thông. ⚫ Vì sóng mang được cách nhau 5 Mhz và kênh rộng 22 Mhz, nên các kênh chỉ nên đặt cùng vị trí nếu như chúng cách nhau ít nhất 5 kênh. 21
22. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 22
23. Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS ⚫ Ảnh hưởng của nhiễu băng hẹp – Cũng giống như hệ thống FHSS, hệ thống DSSS cũng có tính kháng cự đối với nhiễu băng hẹp bởi vì các đặc tính trải phổ của nó. – Một tín hiệu DSSS dễ nhiễu hơn FHSS bởi vì băng tần DSSS sử dụng nhỏ hơn băng tần FHSS (rộng 22Mhz so với rộng 79 Mhz như trong FHSS) – Thông tin được truyền trên toàn bộ băng tần một cách đồng thời thay vì chỉ một tần số tại một thời điểm như trong FHSS. 23
24. Lựa chọn FHSS or DSSS ⚫ Để lựa chọn sử dụng công nghệ khi cài đặt mạng WLAN, chúng ta phải xem xét các yếu tố sau: – Nhiễu băng hẹp. – Đặt cùng vị trí (co-located). – Chi phí. – Tính tương thích và tính sẵn có của thiết bị. – Tốc độ và băng thông dữ liệu. – Bảo mật. – Hổ trợ chuẩn. 24
25. FHSS vs DSSS ⚫ Nhiễu băng hẹp. – FHSS có khả năng kháng nhiễu băng hẹp cao hơn DSSS. ⚫ Chi phí. – DSSS có chi phí thấp hơn FHSS và thiết bị phổ biến hơn. ⚫ Co-located – FHSS thuận lợi hơn vì có nhiều hệ thống cùng hoạt động với nhau. – Hệ thống nhảy tần sử dụng 79 kênh riêng biệt nên có thể đặt được nhiều hơn 3 AP trong 1 hệ thống như DSSS. 25
26. FHSS vs DSSS ⚫ Tính tương thích và sẵn có của thiết bị. – Không có sự khác biệt ⚫ Tốc độ và thông lượng dữ liệu. – FHSS (2Mbps) nhỏ hơn DSSS (11Mbps). – Một số hệ thống sử dụng FHSS có thể đạt tốc độ tối đa 10 Mbps với công suất phát 125 mW. ⚫ Tính bảo mật. – Không có sự khác biệt 26
27. FHSS vs DSSS ⚫ Hổ trợ chuẩn. – Chuẩn tương thích mà WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) đưa ra với tên gọi là WiFi (Wireless Fidelity) và các thiết bị đã qua kiểm tra tương thích được gọi là các thiết bị tuân theo Wifi và được thêm vào logo Wifi. – Logo này nói lên rằng thiết bị đó có thể giao tiếp được với các thiết bị khác có logo Wifi. – Chuẩn tương thích mới của WECA là Wifi 5 dành cho hệ thống DSSS hoạt động ở 5 Ghz UNII sẽ giúp đẩy nhanh ngành công nghiệp phát triển hơn. 27
28. High-rate DSSS (HR/DSSS) ⚫ HR/DSSS được định nghĩa trong IEEE 802.11b năm 1999. ⚫ HR/DSSS tương thích ngược với các thiết bị dùng công nghệ DSSS theo chuẩn IEEE 802.11, nhưng không tương thích với các thiết bị sử dụng công nghệ FHSS theo chuẩn IEEE 802.11. ⚫ Mục tiêu chính của HR/DSSS là cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn trong băng tần 2,4 GHZ bằng cách sử dụng dải tần số tương tự như được sử dụng bởi DSSS. ⚫ Sử dụng điều chế mã bổ sung (CCK) để có thể đạt được các tốc độ 1, 2, 5,5, 11 Mbps. 28
29. Giới thiệu công nghệ OFDM ⚫ Một trong những yêu cầu trong hệ thống vô tuyến băng rộng thế hệ thứ 2 là khả năng hoạt động trong các điều kiện đường dẫn thẳng bị che chắn (Obstructed-Line-Of-sight / OLOS ) và điều kiện không có đường dẫn thẳng (Non- Line-Of-Sight/ NLOS). ⚫ Các vấn đề về nhiễu và các vấn đề về đa đường dẫn (multipath) cũng làm ảnh hưởng đến quá trình truyền. ⚫ Sự ra đời của kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing là một bước đột phá trong thị trường truy cập vô tuyến băng rộng. 29
30. Giới thiệu công nghệ OFDM ⚫ Kỹ thuật OFDM là việc chia luồng dữ liệu trước khi phát đi thành N luồng dữ liệu song song có tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. ⚫ Các sóng mang này là trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn cách tần số giữa chúng một cách hợp lý. ⚫ OFDM được quy định cụ thể trong 802.11a và 802.11g và có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 54 Mbps. 30
31. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 31
32. Giới thiệu công nghệ OFDM 32
33. Giới thiệu công nghệ OFDM ⚫ Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM – Công nghệ này thích hợp cho hệ thống tốc độ cao. – Thích hợp với các ứng dụng không dây cố định. – Rất hiệu quả trong các môi trường đa đường dẫn. – Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. – Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng nhiều đường bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau. 33
34. Giới thiệu công nghệ OFDM ⚫ Ứng dụng của OFDM – Các điều kiện địa hình phức tạp như vùng nông thôn, ngoại ô, các thành phố đông dân cư, – Ứng dụng trong hệ thống camera giám sát không dây – Ứng dụng kết nối mạng Lan theo cấu trúc điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm. 34