Cơ bản về sóng vô tuyến potx

Cơ bản về sóng vô tuyến
Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được thì
việc nắm rõ các kiến thức cơ bản về trường điện từ, anten và một số các
thuật ngữ liên quan là rất cần thiết. Nếu không có những kiến thức cơ bản
này, có thể bạn sẽ không lắp đặt được chính xác các thiết bị wireless và khó
xử lý sự cố (troubleshoot).
Trongmộtphiên truyền thông, vìtận cùng bản chất của dữ liệu làbao gồm
các bit 0và 1, bên phát dữ liệu cầncó một cách thức để gửicác bit 0 và 1 để gửi
cho bên nhận. Một tín hiệu xoay chiềuhaymột chiều tự nó sẽ khôngthực hiện tác
vụ này.Tuynhiên, nếu một tín hiệu có thayđổi và daođộng, dùchỉ một ít, sự thay
đổi nàysẽ giúp phân biệt bit 0và bit 1.Lúc đó, dữ liệucần truyền sẽ có thể gửi và
nhậnthành côngdựa vào chínhsự thay đổi của tín hiệu. Dạng tín hiệu đã điều chế
này còn đượcgọi làsóng mang(carrier signal).
Có ba thành phần củadạng sóngcó thể thay đổi để tạo rasóng mang, đó là biên độ,
tần số và pha. Tất cả cácdạngtruyền thông dùngsóng vô tuyến đều dùng vài dạng
điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vàotrong một tín hiệu gửi quasóng
AM/FM,điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, taphải thựchiệnmộtvào kiểu
điều chế trong sóng vô tuyến đangtruyền.
Một người dùngbình thườngthì khôngquan tâm đếnviệc tínhiệu đượcđiều chế
như thế nào. Họ chỉ cần biết làthiết bị hoạt động như mong đợi. Tuy nhiên, để trở
thành một người quảntrị mạng không dây giỏi, việc có thêmkiến thức về điều gì
đang thực sự diễn ra khihai trạm không dây giaotiếp với nhaucũng rất cần thiết.
Phần còn lạicủa bài nàysẽ trình bày về sóng và truyền sóng.
Biên độ và bước sóng
Truyền thông vô tuyếnbắt đầu khi các sóng vô tuyến đượctạo ratừ mộtmáy phát
và gửiđến máynhận ở một vị trí khác. Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng
mà bạnhay gặp ở biểnhay hồ. Sóng cóhai thành phần chính: biênđộ vàbước
sóng.
Biên độ là chiềucao, độ mạnh hoặccông suất của sóng. Nếu bạn đang đứng trước
biển khicác cơn sóng đi vào bờ, bạn có thể cảm nhận sức mạnhcủa nhữngcon
sóng lớn so với những cơn sóng nhỏ. Thiết bị ăng-tencũng thực hiệnmộtchức

năng tươngtự nhưngvới sóng vô tuyến.Các sóng lớn thườngtạo ra nhiều tín hiệu
điện trongmột ăng-ten, giúpcho tín hiệu dễ nhận dàng nhận ra hơn.
Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm tươngtự trên hai đỉnhsóng liên tiếp. Biên
độ và tần số cả hai đềulà các thuộc tính của sóng.
Bức xạ điện từ
Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ.Bức xạ điện từ baogồm sóng radio, viba, hồng
ngoại,ánhsáng khả kiến, tia cực tím,tia X, và tia gamma.Tất cả chúngđềutruyền
đi vớivận tốc ánh sáng là c = 3x108 m/s và tạo ra phổ điện từ. Sự khác nhaugiữa
các loạisóng điệntừ này phụ thuộc vào bước sóngcủa mỗithứ và chínhcái gọi là
bướcsóngnày liên quan trựctiếp đến năng lượngcủa sóng (bướcsóng càng nhỏ
thì nănglượngcàngcao).
Khi chúng ta cungcấp một dòngđiện xoay chiều có tần số cao vào một dây dẫnthì
dây dẫn đó sẽ tạo ra sóngđiện từ (radio wave)và truyền ra không gian theo
phươngthẳng về mọi hướng.Ví dụ dễ hình dungnhất là sự phát ánhsángcủa mặt
trời.
Nếu lấy một viên đá thả xuống hồ nước, ta sẽ tạo ra những gợnsóng nhấp nhô lên
xuống và di chuyển dần raxa, sóng điện từ cũng bứcxạ rangoài với hình dáng y
hệt như thế và phátnăng lượng ramôi trường xung quanh.
Dạng sóng tiêu biểu.
Wavelength: bước sóng của tínhiệu chính là khoảng cáchgiữa 2 đỉnhcủa sóng và
được ký hiệu
là[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/thanh/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01
/clip_image002.gif[/IMG] (đơn vị làm/s).
Cycle: chukỳ, là thời gian ngắnnhất mà tínhiệu được lặp lại, ký hiệu là T(đơn vị là
s)
Frequency: tần số của tín hiệu, làsố chu kỳ trong một giây, ký hiệu là f (đơn vị là
Hz = s-1).
Theo hìnhvẽ trên, ta cóthể thấy bước sóng cũng chính là khoảng cách mà tín hiệu
lan truyền được trong một chu kỳ của nó. Do vận tốc sóng được coi là hằng số (đối
với các loạibức xạ điện từ) và bằng vận tốc ánh sáng nênchu kỳ và bướcsóng có

mốiquanhệ như sau:
Do đó
Từ côngthức cơ bảnnày ta cóthể tính đượcbước sóngtương ứngvới các tần số
mà sónghoạt động.
Pha làmộtthuật ngữ mang tính tươngđối. Nó chỉ ra mối quanhệ giữahai
sóng cócùng tầnsố. Để xác địnhpha,bước sóng được chia thành 360 phần, được
gọi là độ.Nếu bạn nghĩ thông số độ này tựa như thời gian bắt đầu thìnếu có một
sóng bắt đầu từ điểm0 độ và một sóng khácbắt đầu lúc 90 độ,haisóng này được
xem là lệch phanhau 90độ.
Trongmộtmôi trường lý tưởng, sóng đượctạo ra và truyền từ một máy này và
nhậnmộtcách hoànhảo bên máy kia. Tuynhiên, truyền thông vôtuyến không xảy
ra trong môi trường lý tưởng.Có nhiều nguồn gây nhiễu và nhiều vật cả ảnh
hưởngsóng khinó đangdi chuyển. Hìnhvẽ dưới đây vẽ hai sóng đang lệch pha
nhau 90độ.
Thời gian và pha
Giả sử bạncó haiđồnghồ đangđứngyênvà cả haicùng chỉnh về 12 giờ. Lúc 12 giờ,
bạn khởi động đồnghồ đầu tiên và sauđó một giờ,bạn khởi động đồng hồ thứ hai.
Đồng hồ thứ hai đượcxem là đi chậm hơnđồng hồ thứ nhất một giờ. Khi thời gian
trôi đi, đồng hồ thứ hai cũngvẫn đi sau đồnghồ thứ nhất 1 giờ. Cả hai đồng hồ
cùng duytrì một ngày 24 giờ nhưngcả hai không đồng bộ với nhau. Các sóng lệch
pha nhauthì cũng là hai sóng xuất phátở những thời giankhác nhau.Cả hai sóng
sẽ hoàn thành chu kỳ 360 độ nhưng nósẽ lệch pha với nhau.
Các phương thức điều chế
Để dữ liệu có thể được truyền, tín hiệu phải được xử lýsao cho bên máy nhận có
cách để phân biệt bit0và 1. Phương pháp xử lýtín hiệu sao cho nó tượngtrưng
cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi làđiều chế. Phươngthức này sẽ biến tín hiệu vào
trong sóng mang.Phương thức này mã hóa dữ liệu saocho nó có thể truyền. Có ba
kiểu điều chế: điều biên (AmplitudeShift Keying - ASK), điều tần –(Frequency
ShiftKeying - FSK), và điều pha(PhaseShift Keying - PSK).
Ý tưởng cho phần điều chế tín hiệu trong WLAN là để chứa càng nhiều dữ liệu càng

tốt vàotrong tín hiệu và để giảmthiểu lượng dữ liệucó thể bị mất do nhiễu.Khi dữ
liệu bị mất, nó phải được truyền lại, và vì vậy làm tốn tàinguyên của mạng không
dây.
Có hai kỹ thuật khác nhau đượcdùng để mô tả dữ liệu:
Trạng thái hiện hành (current state):với kỹ thuật này, giá trị hiệnhành của tín
hiệu được dùng để phân biệt giátrị 0và 1.Kỹ thuật này sẽ gán một giátrị cụ thể để
chỉ ra giátrị nhị phân là 0haylà 1. Ở mộtthời điểm cụ thể, giá trị của tín hiệu sẽ
xác định giá trị nhị phân. Ví dụ, bạn có thể mô tả giá trị 0 và 1 bằng mộtcánh cửa
bình thường. Mỗi mộtphút, bạn kiểmtra xem cửa là đónghaymở. Nếu cửalà đang
mở, nótượng trưng cho giá trị 0. Nếu cửa đangđóng,nó tượng trưngcho giá trị 1.
Tình trạng hiện thời của cánh cửa, đónghaymở, sẽ xácđịnhgiá trị 0 hay 1.
Chuyển trạng thái (state transition): với kỹ thuật này, sự thayđổi hay chuyểntín
mức tínhiệu sẽ được dùng để phân biệt0 và 1. Kỹ thuật này có thể mô tả giá trị 0
bằngcách thay đổi pha củasóng ở mộtthời điểm cụ thể, trongkhigiá trị 1sẽ đặc
trưng bằng việc giữ nguyên pha.Ở một thời điểm cụ thể, yếu tố có sự thayđổi hay
khôngcó sự thay đổi trongphacủa tín hiệu sẽ đượcdùngđể xác địnhgiá trị nhị
phân. Ví dụ cánhcửa bên trên có thể được dùnglại một lầnnữa để minhhọa.Cứ
mỗimộtphút, nếu cánh cửa đang dichuyển (dù để mở hayđể đóng), nótượng
trưng chogiá trị 0. Nếu cánh cửa đứng yên (dù đangmở hay đóng),nó tượng
trưng giátrị 1. Trongví dụ này, trạng thái chuyển đổi (di chuyểnhaykhông di
chuyển)sẽ xác định giátrị 0 hay 1.
Điều biên
Điều biên thay đổi biên độ/ độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều
biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức biên độ được dùng để
tượng trưngmức0 và một mức được dùngđể tượng trưng mức 1. Hình bên dưới
mô tả làm thế nào một dạng sóng cóthể điều chế một mã ASCII,ký tự Kdùng
phươngphápđiều biên. Biên độ lớntượng trưngcho bit1,trong khibiên độ nhỏ
tượng trưngcho mức 0.
Chínhbiênđộ của sóngsẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên máynhận, đầu
tiên máy nhậnsẽ chia tín hiệu nhận được ra thành những khoảnthời gianđượcgọi

là thời gian lấymẫu. Máy nhận sauđó sẽ kiểm tra sóng để tìmra biên độ. Tùy
thuộcvào giá trị biên độ của sóng, máy nhận sẽ xác địnhgiá trị nhị phân đang
được truyền.
Như bạn cũng có thể biết, các tín hiệu không dây thì có thể khó dự đoán và cũng có
thể bị nhiễu từ nhiều nguồn. Khi nhiễu xảy ra,nó thườngảnh hưởng đến biên độ
của tín hiệu. Vì khi có một sự thayđổi trongbiên độ có thể làm cho máy nhậndiễn
dịch saigiá trị dữ liệu, kỹ thuật này phải được dùng mộtcách cẩn thận.
Điều tần
Điều tần thayđổi tần số tínhiệu để môtả dữ liệu nhị phân. Điềubiên dùngkỹ
thuật trạng thái hiện hành, trong đó mộtmức tần số có thể tượng trưng cho bit0
và mộttần số khác tượng trưng cho bit 1. Sự thayđổi tần số sẽ xácđịnhdữ liệu
đang được truyền. Bên máy nhận lấymẫu của tín hiệu, nó sẽ xác định tần số của
sóng, và tuỳ thuộcvào giá trị tần số, máy nhận sẽ xác định giá trị nhị phân.
Hình dướiđây sẽ mô tả làm thế nàomột dạng sóng cóthể mô tả ký tự Kcủa bảng
mã ASCII dùng kỹ thuật điều tần. Mứctần số nhanhhơn đượcdiễn dịch như mức1
và mức tần số thấp hơnđược diễn tả như mức 0.
Trongcác chuẩn802.11ban đầu, kỹ thuật điều tần FSK được dùng.Khi yêu cầu
truyền thông nhanhhơn, kỹ thuật FSKsẽ đòi hỏi nhiều kỹ thuật đắt hơn để hỗ trợ
tốc độ nhanhhơn. Điều nàylàm cho nó không còn thực tế.
Điều pha
Kỹ thuật này sẽ thay đổi phacủa tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều phadùng
kỹ thuật thay đổitrạng thái, trong đó một pha dùng để mô tả bit 0 vàmột phakhác
dùngđể môtả mức 1. Sự thayđổi trạngthái củaphasẽ xác địnhdữ liệu đangđược
truyền. Khi máy nhận lấy mẫu tín hiệu, nó sẽ xácđịnh pha vàtrạng thái của bit.
Hình dướiđây mô tả làm thế nào một dạng sóng có thể mô tả ký tụ Kdùng kỹ thuật
điều pha. Phathay đổi đầuchu kỳ dùng để mô tả giá trị nhị phân là 1. Nếu pha
khôngthay đổi ở đầu chukỳ thì mô tả giá trị 0. Điều pha dùngnhiều trong các
chuẩn 802.11. Một cách tiêu biều, bên máynhận sẽ lấy mẫu tín hiệu và so sánh pha
của mẫu hiệnhànhvới pha trước đó và xác định sự khác nhau.Sự khácnhau trong
pha (lệch pha)sẽ được dùngđể xác định giá trị bit.

Các phiên bản cao cấp của điều pha cóthể mã hóa nhiều bit. Thay vì dùng haipha
để xác địnhgiá trị nhị phân, bốn pha có thể đượcdùng.Mỗi pha trong bộ bốn này
có thể dùngđể mô tả hai giátrị nhị phân (00,01,10,11)thay vì chỉ 1 (0 hoặc 1), như
vậy sẽ giúp ngắn thời gian truyền.Hình dưới đây mô tả ký tự K trong bảng mã
ASCIIcó thể đượcmãhóa và truyền dùngkỹ thuật này. Bạnchú ý là cóítchu kỳ lấy
mẫu hơnhình vẽ trước.
Hoạt động cơ bản của sóng vô tuyến
Tiếntrình truyềnvà nhận vô tuyến làmột phần quantrọng tronghoạt động của
mạng WLAN. Bạn cần hiểu nhữnglýthuyết cơ bản củasóng vô tuyến saocho có
thể thiết kế mạngkhôngdâyhiệu quả. Tuynhiên, lý thuyết về vấn đề này có thể
phức tạp, bao gồm nhiều công thứctoán và cácnguyêntắc vật lý. Phần dưới đây
chỉ giới thiệu thông tin từ quan điểm thực tế, không dùng bất kỳ phương trìnhtoán
học nào.
Truyền thông vô tuyếnbắt đầu bằng các tín hiệu daođộng đượctruyền từ một
thiết bị đến một hoặc nhiều thiết bị khác. Tín hiệu daođộng nàyđược dựa trên
một tầnsố cố định và biết trước.Bởi vì bênphát tín hiệu dùng một tínhiệu được
thiết lập,bên nhận có thể điều chỉnhđếncùng tầnsố và nhận cùng một tín hiệu.
Bạn có thể đã trãi quaviệc tương tự như vầy khi bật sóng vô tuyến trong xehơi.
Một cách cơ bản, bên máy phát có mộtantentạo ratín hiệu vô tuyến. Bên nhận
cũng có thiết bị tương tự, ngoạitrừ nó nhận tín hiệu thông quaanten. Để đơn giản,
giả sử rằng các trạm khôngdây dùngcác ănten rất nhỏ để gửi và nhận các tín hiệu
bằngnhauvề mọi hướng. Mỗi vòng tròn trong hình tượng trưng cho mộtphần
sóng được tạo ra bởi ăngten. Hìnhdưới đây mô tả tín hiệu vôtuyến đượcgửi như
thế nào giữa haithiết bị.
Một dãy các tần số đượcdùngcho những chức năng tương tự nhauđược gọi là
một băngtần. Ví dụ băng tần củađài AMlà từ 550Mzhđến1720 Mhz.Mộtvài
truyền thông trongWLAN diễn ra ở băngtần 2.4Ghz, trong khinhững công nghệ
WLANkhác dùngbăng tần 5Ghz. Ở đây, dãy tần được mô tả mộtcách tượngtrưng,
các tần số chính xác sẽ làtừ 2.412Ghz đến 2.484GHZ; trong khibăngtần 5Ghz
tượng trưngcho dãy tần số từ 5.150 đến 5.850GHz.

Các kỹ thuật điều chế thườnglàm cho tín hiệu sóngmang thay đổichút ít theo thời
gian. Vì vậy, cả bên truyền và bên nhận phải mong đợi tín hiệu sóng mangxuất
hiện trênmột tầnsố cố định nhưngthay đổichút ít xungquanh dãy tần số đó.Dãy
này được gọi làmột kênh (channel). Mặc dù trong lĩnhvực mạngkhông dây, các
kênhthường được môtả bằng số, chứ không mô tả bằng tần số.
Hình dướiđây mô tả mối quanhệ giữa tần số sóngmang,điều chế, kênhvà băng
tần.