NGHIÊN cứu THIẾT kế VÙNG PHỦ SÓNG MẠNG WIRELESS LAN THEO các TIÊU CHUẨN của ITU

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN NGỌC ANH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÙNG PHỦ SÓNG MẠNG
WIRELESS LAN THEO CÁC TIÊU CHUẨN CỦA ITU
NGÀNH: : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

MÃ SỐ: D52027

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: TS.Phạm Văn Phước

HẢI PHÒNG - 2016


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô của Khoa Điện - Điện Tử trường Đại học
Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện dạy dỗ và chỉ bảo cho em trong suốt quá trình
học vừa qua. Và đặc biệt là Tiến sĩ Phạm Văn Phước đã tận tình giúp đỡ và hướng
dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng vì thời gian hạn hẹp và hiểu biết còn hạn chế nên
không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và chỉ
bảo của quý thầy, cô.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hải phòng, ngày 21 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện đồ án :
Nguyễn Ngọc Anh

i


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của cá nhân em, được thực
hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức được học và khảo sát thực tế, có
tham khảo qua một số tài liệu chính quy nhưng không phải là sao chép ,được
thực hiện dựa trên sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn là Tiến sĩ.
Phạm Văn Phước
Một lần nữa em xin khẳng định về sự chung thực của đồ án, nếu có bất kỳ
sự sao chép nào em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên thực hiện đồ án
Nguyễn Ngọc Anh

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. v
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. xi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY WLAN ....................... 1
1.1 Khái niệm và các đặc điểm ............................................................................. 1
1.1.1. Khái niệm. ................................................................................................... 1
1.1.2. Ưu nhược điểm của WLAN ........................................................................ 1
1.2. Cơ chế hoạt động............................................................................................ 2
1.3. Thành phần cấu tạo và các mô hình của WLAN ........................................... 3
1.3.1. Thành phần cấu tạo. .................................................................................... 3
1.3.2. Các mô hình của WLAN ............................................................................. 4
1.4. Một số thiết bị truyền dẫn ............................................................................. 6
1.4.1 PCI WIRELESS CARD .............................................................................. 6
1.4.2 PCMCIA WIRELESS CARD ..................................................................... 6
1.4.3 USB WIRELESS CARD ............................................................................ 6
1.4.4 WiFi Router ................................................................................................. 7
1.5. Các băng tần WLAN ..................................................................................... 7
1.5.1. Băng tần ISM ............................................................................................. 8
1.5.2. Băng tần UNII ........................................................................................... 8
1.6. Các chuẩn của WLAN ................................................................................... 9
1.6.1. Chuẩn IEEE 802.11 ..................................................................................... 9
1.6.2. IEEE 802.11b .............................................................................................. 9
1.6.3. IEEE 802.11a ............................................................................................ 10
1.6.4. IEEE 802.11g ............................................................................................ 10
iii


1.6.5. IEEE 802.11n ............................................................................................ 10
1.6.6. IEEE 802.11ac........................................................................................... 11
1.6.7. Một số chuẩn IEEE khác. .......................................................................... 12
1.7. Một số ứng dụng của mạng WLAN ............................................................. 13
Chương II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG
CỦAMẠNG KHÔNG DÂY WLAN .................................................................. 16

2.1 Hiện tượng Fading......................................................................................... 16
2.1.1 Khái niệm. .................................................................................................. 16
2.1.2 Một số loại Fading và ảnh hưởng của nó. .................................................. 17
2.2 Nhiễu. ............................................................................................................ 18
2.3. Ăngten và các đặc trưng ............................................................................... 22
2.3.1. Khái niệm .................................................................................................. 22
2.3.2. Phân loại .................................................................................................... 23
2.3.3 Các thuộc tính quan trọng .......................................................................... 24
2.3.4 Các yếu tố khác .......................................................................................... 25
2.3.5 Một số loại ăng ten sử dụng trong WLAN................................................. 29
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THIẾT KẾ VÙNG PHỦ SÓNG WLAN ............... 31
3.1. Một số mô hình truyền sóng......................................................................... 31
3.1.1. Mô hình Okumura ..................................................................................... 31
3.1.2. Mô hình truyền sóng Hata. ........................................................................ 31
3.1.3. Mô hình COST 231 Hata .......................................................................... 32
3.1.4. Mô hình SAKAGAMIKUBOL ................................................................. 33
3.2. Tính toán thiết kế vùng phủ sóng WLAN. ................................................... 34
3.2.1. Các thông số ban đầu. ............................................................................... 34
3.2.2. Các công thức sử dụng. ............................................................................. 35
3.3. Thiết mạng WLAN cho các băng tần 400Mhz ÷ 450MHz, 2.4GHz ÷
2.5GHz và 5.725GHz ÷ 5.875GHz. .................................................................... 37
3.3.1 Mô phỏng tính toán suy hao đường truyền trong không gian tự do và mặt
đất phẳng ở các tần số 450MHz, 2.4680GHz và 5.755GH ................................. 37
iv


3.3.2. Mô phỏng tính toán cường độ điện trường và công suất thu trong không
gian tự do và mặt đất phẳng ở các tần số 450MHz, 2.4680GHz và 5.755GHz. . 45
3.4. Kết luận ........................................................................................................ 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................
PHỤ LỤC ................................................................................................................

v


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký tự
AP

Đầy đủ

Ý nghĩa

Access Point

Điểm truy cập

Ad-hoc

Mạng kết nối điểm điểm

BSS

The Basic Service Set

Mạng nội bộ cơ bản

CCK

Complementary Code Keying

Khóa mã bổ sung

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ trực tiếp

ESSs

Extended Service Set

Mạng nội bộ mở rộng

EIRP

Equivalent Isotropically Rediated

Bức xạ đẳng hướng đồng đều

Ad-Hoc

Power
FHSS

Frequency Hopping Spread

Trải phổ nhảy tần

Spectrum
IEEE
IR
ISM

Institute of Electrical and

Tổ chức phi lợi nhuận về điện

Electronics Engineers

điện tử

Infrared

Hồng ngoại

Industrial, scientific, medical

Băng tần cho y học, khoa học
và công nghiệp

ITU

International Telecommunication

Tổ chức viễn thông quốc tế

Union

IBSS

Independent The Basic Service Set

Mạng độc lập Ad-hoc

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

MAC

Media Access Control

Kiểm soát truy cập môi
trường

MUMIMO

Multi User

Nhiều người sử dụng

Multi Input Multi Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra
vi

MIMO

Multi Input Multi Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

OFDM

Orthogonal Frequency Division

Trải phổ trực giao

Multiplexing
PHY

Physical Layer

Lớp vật lý

PCI

Peripheral Component Interconnect

Chuẩn truyền dữ liệu

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế dịch pha cầu

QPSK

phương
QoS

Quality of Service

Đánh giá chất lượng dịch vụ

RF

Radio Frequence

Sóng vô tuyến

SU-

Single User

Người sử dụng cá nhân

Multi Input Multi Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Unlicensed National Information

Băng tần không giấy phép

MIMO

UNII

Infrastructure
WLAN

Wireless Local Area Network

vii

Mạng nội bộ không dây


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình
Trang

Hình 1.1

Cấu trúc mạng WLAN

3

Hình 1.2

Mô hình Ad-hoc

4

Hình 1.3

Mô hình mạng BSS

5

Hình 1.4

Mô hình mạng ESS

5

Hình 1.5

PCI wireless card

6

Hình 1.6

PCMCIA wireless card

6

Hình 1.7

USB wireless card

7

Hình 1.8

WiFi router

7

Hình 1.9

Mô hình mạng Wifi công cộng

13

Hình 1.10

Mô hình khám, chữa bệnh từ xa

14

Hình 1.11

Mô hình quản lý nhà hàng thông minh

14

Hình 1.12

Mô hình phủ sóng Wifi băng thông rộng

15

Hình 1.13

Kết nối mạng WLAN giữa 2 tòa nhà

15

Hình 2.1

Mô tả hiện tượng Fading đa đường

16

Hình 2.2

Các loại nhiễu trong quá trình truyền sóng

19

Hình 2.3

Mô hình mạng vô tuyến tổ ong

20

Hình 2.4

Mô phỏng nhiễu đồng kênh

21

Hình 2.5

Ăng ten dipole

24

viii


Hình 2.6

Ăng ten parabol

24

Hình 2.7

Ăng ten yagi

24

Hình 2.8

Ăng ten loa

24

Hình 2.9

Búp sóng trên mặt phẳng ngang

27

Hình 2.10

Búp sóng trên mặt phẳng đứng

27

Hình 2.11

Mô phỏng vị trí búp sóng chính khi góc nghiêng là 00

27

Hình 2.12

Mô phỏng vị trí của búp sóng chính khi có góc nghiêng là

28

α
Hình 2.13

Ăng ten Rubber Duck

29

Hình 2.14

Ăng ten Omni-directional

30

Hình 2.15

Ăng ten Yagi

30

Hình 3.1

Suy hao đường truyền trực tiếp và phản xạ trong không

37

gian tự do
Hình 3.2

Mô phỏng suy hao đường truyền trong không gian tự do

38

với các địa hình khác nhau ở tần số 450MHz
Hình 3.3

Mô phỏng suy hao đường truyền ở tần số 450MHz trong

39

mặt đất phẳng
Hình 3.4

Mô phỏng suy hao đường truyền trong không gian tự do

41

với các địa hình khác nhau ở tần số 2.4680GHz
Hình 3.5

Mô phỏng suy hao đường truyền ở tần số 2.4680GHz trong

41

mặt đất phẳng
Hình 3.6

Mô phỏng suy hao đường truyền trong không gian tự do

ix

43


với các địa hình khác nhau ở tần số 5.755GHz
Hình 3.7

Mô phỏng suy hao đường truyền ở tần số 5.755GHz trong

43

mặt đất phẳng
Hình 3.8

Mô phỏng cường độ điện trường và công suất thu ở

45

không gian tự do và miền đất phẳng
Hình 3.9

Mô phỏng cường độ điện trường và công suất thu được

45

ở tần số 450MHz
Hình 3.10

Mô phỏng cường độ điện trường và công suất thu

47

được ở tần số 2.4680GHz.
Hình 3.11

Mô phỏng cường độ điện trường và công suất thu được
ở tần số 5.755GHz

x

48


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 3.1 Bảng tham số mô hình Hata

32

Bảng 3.2 Bảng tham số mô hình COST 231 Hata

33

Bảng 3.3 Bảng tham số mô hình SAKAGAMIKUBOL

34

Bảng 3.4 Kết quả tính toán suy hao đường truyền với các khoảng cách

40

100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km, 10Km ở tần sồ
450MHz
Bảng 3.5 Kết quả tính toán suy hao đường truyền với các khoảng cách

42

100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km, 10Km ở tần sồ
2.4680GHz
Bảng 3.6 Kết quả tính toán suy hao đường truyền với các khoảng cách

44

100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km, 10Km ở tần sồ
5.755GHz.
Bảng 3.7 Số liệu suy hao thu được ở các băng tần 450MHz, 2.4680GHz

44

và 5.755GHz
Bảng 3.8 Kết quả tính toán cường độ điện trường và công suất thu với

46

các khoảng cách 100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km,
10Km ở tần sồ 450MHz.
Bảng 3.9 Kết quả tính toán cường độ điện trường và công suất thu với

47

các khoảng cách 100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km,
10Km ở tần sồ 2.4680GHz
Bảng

Kết quả tính toán cường độ điện trường và công suất thu với

3.10

các khoảng cách 100m, 200m, 300m, 500m, 1Km, 5Km,
10Km ở tần số 5.755GHz

xi

48


MỞ ĐẦU

Ngày nay kết nối đã trở thành một vấn đề quan trọng với từng người từng tổ
chức ở khắp mọi nơi trên thế giới. Nhờ có kết nối mà chúng ta có thể liên lạc,
trao đổi, cập nhật tình hình văn hóa chính trị xã hội cho nhau. Tạo nên một cái
nhìn tổng thể, khách quan cho mọi vấn đề. Biến xã hội con người thành một xã
hội kết nối. Chính vì tốc độ phát triển và cập nhật tin tức là liên tục nên các mô
hình mạng kết nối có dây cũ đã không còn đáp ứng được nhu cầu cơ động mọi
lúc mọi nơi của tin tức nữa. Dẫn đến việc buộc phải sáng tạo ra một phương
thức kết nối mới. Đó chính là kết nối không dây. Một phương thức kết nối mang
rất nhiều ưu điểm so với phương thức kết nối cũ. Và trong đồ án này em sẽ trình
bày về mạng không dây WLAN cùng với những vấn đề đặt ra trong việc phủ
sóng WLAN một cách hiệu quả nhất. Từ các vấn đề cơ bản này chúng ta sẽ dần
dần làm chủ được phương pháp xây dựng mạng không dây và tiến đến phát triển
được hệ thống của riêng mình mà không phụ thuộc vào quốc gia khác, góp phần
phát triển kinh tế-xã hội ngày nay cũng như mai sau.

xii

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN
1.1

Khái niệm và các đặc điểm

1.1.1. Khái niệm.
WLAN là một mạng cục bộ không dây, có chức năng liên kết các thiết bị điện tử
có khả năng thu phát sóng trong một phạm vi nhỏ như tòa nhà, công ty, phòng
họp…lại với nhau thông qua sóng điện từ với băng tần thường dùng là 2.4GHz
hoặc 5GHz. Sau khi kết nối các thiết bị này có thể chia sẻ với nhau mọi nguồn
tài nguyên có trong mạng cũng như kết nối đến các hệ thống mạng khác thông
qua mạng Internet. WLAN được ra đời vào cuối năm 1990 nhưng sự phổ biến,
công nghệ và tốc độ vẫn còn rất nhiều hạn chế. Mãi đến năm 1997, khi tổ chức
IEEE công bố và cho ra đời chuẩn 802.11 thì lúc này WLAN mới bắt đầu được
phát triển và hoàn thiện cho đến ngày hôm nay.
WLAN mang rất nhiều ưu điểm so với mạng có dây truyền thống như Ethernet
hay Token Ring. Ví dụ như là khả năng xuyên qua các vật cản và địa hình không
có khả năng đi dây. Cho phép các thiết bị kết nối vào WLAN có thể di động linh
hoạt mà không mất kết nối với mạng dữ liệu hay khả năng truyền dẫn…Chính vì
có nhiều ưu điểm vượt trội và giá thành rẻ nên mạng WLAN đã trở nên ngày
càng phổ biến và góp phần tích cực vào sự phát triển cơ sở hạ tầngcông nghệ kỹ
thuật cao cũng như phát triển kinh tế-xã hội của mỗi quốc gia.
1.1.2. Ưu nhược điểm của WLAN
Sử dụng kết nối không dây khiến cho WLAN mang trong mình ưu điểm vượt
trội so với mạng LAN truyền thống nhưng bên cạnh đó vẫn có những hạn chế,
nhược điểm cần phải khắc phục như bảo mật, nhiễu tín hiệu… Chi tiết như sau:
-Ưu điểm:
+Lắp đặt dễ dàng: Thiết bị đơn giản, giá thành rẻ nên hệ thống WLAN được

triển khai rất nhanh chóng. Không cần tốn thời gian để đi dây, lắp jack cắm như
mạng truyền thống.
1


+Kết nối nhanh chóng: Bất kì ai cũng có thể truy cập vào mạng. Tốc độ kết nối
chỉ mất vài giây nên quá trình cập nhật dữ liệu diễn ra đơn giản, hiệu quả.
+Tính di dộng: Mọi người sau khi kết nối có thể đi từ nơi này sang nơi khác
trong vùng phủ sóng mà không lo mất kết nối. Giải quyết được tình trạng giới
hạn dây nối và chồng chéo của dây mạng.
+Tính kinh tế: Thị trường hiện nay bán các thiết bị phục vụ WLAN với giá rất
phải chăng. Chỉ từ 300k đồng chúng ta đã có thể sở hữu một router wifi cho khả
năng kết nối từ 5-10 người.
+Khả năng mở rộng: Có các mô hình mạng phù hợp với từng nhu cầu sử dụng
và địa hình cần triền khai khác nhau. Đặc điểm này cho phép dễ dàng chuyển
đổi từ mạng Ad hoc nhóm nhỏ người dùng sang mạng cơ sở hạ tầng phục vụ cả
nghìn người trên phạm vi rộng.
-Nhược điểm:
+Bảo mật: Đây là vấn đề quan trọng nhất khi sử dụng mạng không dây. Ưu
điểm lại chính là nhược điểm. Khả năng vô hướng và xuyên không khiến dữ liệu
dễ dàng lọt ra ngoài. Cùng với đó là khả năng kết nối dễ dàng khiến người lạ có
thể truy cập trái phép nếu bảo mật không tốt.
+Nhiễu: Do sử dụng sóng vô tuyến để truyền dữ liệu nên ảnh hưởng của môi
trường ngoài là không thể tránh khỏi. Khiến cho tín hiệu bị suy giảm, triệt tiêu.
+Tốc độ: Tuy đã có nhiều cải tiến nhưng tốc độ đạt được vẫn kém khá xa so với
mạng dây cáp quang thông thường.
+Phạm vi: Hệ thống WLAN tuy có thể mở rộng nhưng thường chỉ được triển
khai trong một phạm vi nhỏ như một tòa nhà, một khu vực do các vấn đề về bảo
mật và thiết bị.
1.2

Cơ chế hoạt động
Mạng WLAN sử dụng sóng điện từ để gửi và nhận dữ liệu nên các tín hiệu

mang thông tin sẽ được điều chế và gửi đi dưới dạng sóng mang. Các tín hiệu
này sẽ được tái tạo lại ở phía đầu thu để trở lại tín hiệu ban đầu.

2


Các thiết bị muốn tham gia vào mạng WLAN thì phải kết nối đến điểm truy
cập Access Point. AP là một cầu nối trung gian giúp thiết bị có thể nhận và gửi
đi các ưu cầu của mình.Một AP có thể phục vụ một hoặc nhiều thiết bị một lúc
tùy vào công suất cũng như công nghệ sử dụng.
1.3

Thành phần cấu tạo và các mô hình của WLAN

1.3.1 Thành phần cấu tạo.

Hình 1.1: Cấu trúc mạng WLAN
Gồm bốn thành phần chính:
- Hệ thống phát tán (Wireless Distribution System)
Là một kĩ thuật mới dùng để phát triển mạng WLAN, hệ thống sẽ liên kết các
kết nối của access point trong mạng nhằm quản lý và mở rộng mạng. Các khung
thông tin sẽ được đưa đến điểm đích nhờ vào các cầu nối và môi trường phát
tán.
- Điểm truy cập ( Access Point)
Với khả năng phát sóng các AP có thể liên kết với nhau để mở rộng mạng
WLAN. Ngoài ra thiết bị còn có chức năng kết nối mạng không dây với mạng

có dây lại với nhau, giúp các thiết bị di động kết nối vào AP có thể truy cập ra
mạng Internet.
- Các máy trạm (Work Stations)

3


Là các thiết bị có khả năng truy cập sóng vô tuyến như máy tính xách tay,
pocket pc, máy tính để bàn có card wifi… Chúng được liên kết với nhau thành
một mạng cục bộ WLAN để chia sẻ thông tin và dữ liệu.
-

Môi trường truyền dẫn

Việc truyền tải thông tin và dữ liệu trong mạng WLAN phải được thực hiện
thông qua môi trường vô tuyến. Có hai phương pháp truyền dữ liệu là sử dụng
sóng vô tuyến và hồng ngoại. Các môi trường vật lý này được tiêu chuẩn hóa
theo các quy định về băng tần.
1.3.2 Các mô hình của WLAN
Gồm 3 kiểu mô hình:
- Mạng độc lập Ad-hoc (IBSS)
- Mạng cơ sở hạ tầng (BSS)
- Mạng mở rộng (ESS)
a) Mạng độc lập Ad-hoc
Mô hình mạng chỉ sử dụng các máy trạm. Các máy trạm sẽ liên kết trực
tiếp với nhau để trao đổi thông tin và dữ liệu. Gói tin sẽ được truyền lần lượt từ
nút mạng này sang nút mạng kia cho đến khi đến được đích. Tuy hạn chế về
phạm vi hoạt động cũng như chi phí truyền tin nhưng mô hình này lại rất dễ
dàng lắp đặt cũng như vận hành. Thích hợp cho trường hợp khẩn cấp hay buổi
hội thảo nhỏ.

Hình 1.2: Mô hình Ad-hoc
4


b) Mạng cơ sở hạ tầng
Khác với mạng Ad-hoc nhỏ hẹp, mô hình mạng cơ sở có phạm vi và khả
năng mở rộng hơn rất nhiều Ad-hoc vì chúng sử dụng các thiết bị quản trị riêng
biệt là Access Point. Các máy trạm sẽ phải kết nối vào AP để thực hiện trao đổi
thông tin. Một AP có thể vừa đóng vai trò điều hành mạng vừa là cầu nối với
các mạng khác. Hạn chế rõ nhất của hệ thống chính là các máy trạm sẽ không
thể trực tiếp kết nối với nhau tuy trong cùng một vùng mà luôn phải trao đổi qua
AP quản lý. Khiến độ trễ của đường truyền tăng lên.

Hình 1.3: Mô hình mạng BSS
c) Mạng ESS
Đây là mô hình mở rộng của mạng BSS. Một ESS có thể bao gồm hai hay
nhiều mạng BSS. Các AP lúc này sẽ đóng vai trò là cầu nối lưu chuyển thông tin
dữ liệu từ BSS này sang BSS khác. Các AP giao tiếp với nhau thông qua hệ
thống phát tán WDS. Hệ thống này sẽ xác định dữ liệu nên được phát trở lại
đích đến trong cùng một BSS hay chuyển tiếp đến một BSS khác thông qua AP
hoặc gửi qua một mạng có dây để tới đích đến không nằm trong ESS.

Hình 1.4: Mô hình mạng ESS
5


1.4

Một số thiết bị truyền dẫn

1.4.1 PCI WIRELESS CARD
Là thiết bị chủ yếu sử dụng trên máy tính để bàn. Nó giúp máy tính có thể kết
nối vào mạng WLAN thôi qua khe cắm PCI. Ngày nay ít được sử dụng do các
máy tính hiện đại thường tích hợp sẵn thiết bị kết nối WLAN trên vỉ mạch.

Hình 1.5: PCI wireless card
1.4.2 PCMCIA WIRELESS CARD
Trước đây thường được trang bị trên máy laptop hoặc các thiết bị máy tính cầm
tay như pocketPC và PDA. Cũng như PCI wireless card do công nghệ phát triển
nên loại card này đã không còn được sử dụng nhiều nữa.

Hình 1.6 : PCMCIA wireless card
1.4.3 USB WIRELESS CARD
Là thiết bị khá phổ biến hiện nay. Nó có các ưu điểm là nhỏ, gọn, tốc độ kết nối
nhanh và đơn giản trong sử dụng khi kết nối thông qua cổng USB. Dễ dàng
tương thích với các thiết bị khác.

6


Hình 1.7: USB wireless card
1.4.4 WiFi Router
Có chức năng thu phát, định tuyến và kết nối internet nên WiFi router được sử
dụng rất rộng rãi. Tùy vào công nghệ sử dụng cũng như giá thành mà mỗi thiết
bị có tốc độ khác nhau tuy nhiên ở một thiết bị cơ bản vẫn cung cấp kết nối có
tốc độ lên tới 150Mbps.

Hình 1.8: WiFi router
1.5

Các băng tần WLAN

Mạng WLAN cũng như các hệ thống truyền thông khác đều phải hoạt động theo
các quy định về tần số của Tổ chức viễn thông quốc tế - ITU. Nội dung các quy
định này là:
- Tần số sử dụng trong mạng WLAN phải nằm trong giới hạn quy định để
tránh can nhiễu đến cái hệ thống mạng khác.
- Công suất phát cũng không được quá lớn gây xung đột, nhiễu loạn đến
các hệ thống viễn thông xung quanh.

7


- Chỉ sử dụng các thiết bị được quy định.
Cụ thể, WLAN được phép sử dụng 2 loại băng tần là ISM và UNII như sau:
1.5.1 Băng tần ISM
Đây là băng tần sử dụng cho các hoạt động y tế, khoa học và công nghiệp. Có 3
loại là : 900MHz, 2.4GHz và 5.8GHz
a)

Băng tần ISM 900MHz

Là miền tần số có khoảng giá trị từ 902MHz-928MHz hay nói cách khác là
915MHz ± 13MHz. Tuy nó từng được triển khai trên mạng WLAN nhưng ngày
nay đã không còn được sử dụng nhiều vì có tốc độ thấp (1Mbps), bảo mật kém
và cùng với đó là chi phí thay thế sửa chữa cũng rất đắt đỏ. Chỉ còn một số ít
thiết bị có tầm phủ sóng hẹp, quy mô gia đình như Wireless camera và Wireless
phone là còn sử dụng
b)

Băng tần ISM 2.4GHz

Được sử dụng rộng rãi ngày này, hỗ trợ nhiều chuẩn WLAN như 802.11,
802.11b và 802.11g. Giá trị miền tần số của nó nằm trong khoảng từ 2.4GHz2.5GHz hay 2.45GHz ± 50MHz. Tuy nhiên các thiết bị WLAN thực tế chỉ sử
dụng khoảng giá trị từ 2.4GHz-2.4835GHz do quy định về sử dụng công suất
trên băng tần này.
c)

Băng tần ISM 5.8GHz

Dải tần số có giá trị quy định là 5.725GHz-5.875GHz. Ngày này đã không còn
được sử dụng nữa vì nó chồng lấn lên hệ thống băng tần khác là UNII Upper
5GHz.
1.5.2 Băng tần UNII
Là mạng cơ sở hạ tầng thông tin không cấp phép. Hỗ trợ chuẩn IEEE
802.11a và nhiều ISP không dây khác. UNII hoạt động trên 4 dải tần số sau:
+ UNII Low: Có dải tần từ 5.15GHz-5.25GHz. Chỉ sử dụng trong nhà.
Công suất cực đại là 50mW. Nhưng năm 2014, quy định thay đổi cho
phép sử dụng ở bên ngoài trời và tăng công suất giới hạn lên 1W.

8


+ UNII Mid: Có dải tần từ 5.25GHz-5.35GHz. Cho phép sử dụng trong nhà
và ngoài trời. Công suất cực đại là 250mW.
+ UNII Worldwide: Sử dụng dải tần 5.47GHz-5.725GHz. Được đưa ra vào
năm 2003 để điều chỉnh lại băng tần sử dụng của các thiết bị UNII ở Mĩ
và các quốc gia khác. Công suất cực đại là 250mW.
+ UNII Upper: Dải tần từ 5.725GHz-5.850GHz. Công suất giới hạn là 1W.

1.6

Các chuẩn của WLAN

1.6.1 Chuẩn IEEE 802.11
Là chuẩn đầu tiên của mạng WLAN, được tổ chức IEEE công bố vào năm
1997 và hoàn thiện vào năm 1999. Nó sử dụng kỹ thuật IR khuếch tán trên dải
tần cơ sở hoặc trải phổ nhẩy tần FHSS và trải phổ trực tiếp DSSS trên dải tần
radio 2.4GHz để truyền dữ liệu. Tốc độ truyền dữ liệu đạt từ 1-2Mbps. Do tốc
độ quá chậm nên chuẩn 802.11 tiếp tục được phát triển lên nhiều chuẩn mới có
tốc độ và tính năng vượt trội với nhận biết là các chữ cái đằng sau tiền tố 802.11
ví dụ như 802.11a, 802.11b, 802.11g… Ngày nay chuẩn 802.11 chỉ còn dùng để
nghiên cứu không có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế. Tuy nhiên nó vẫn mang
vai trò cách mạng quan trọng khi đưa ra tiêu chuẩn vật lý PHY và lớp MAC cho
truyền sóng trong mạng WLAN.
1.6.2 IEEE 802.11b
Là nâng cấp đầu tiên của chuẩn 802.11. Chuẩn 802.11b vẫn mang trong
mình cấu trúc cũng như các kỹ thuật đặc trưng của 802.11. Hoạt động trên băng
tần 2.4GHz nhưng tốc độ tối đa đã tăng lên 11Mbps do sử dụng mã CCK . CCK
là kỹ thuật điều chế phát triển từ điều chế khóa dịch pha QPSK. Nó sử dụng
chuỗi mã giả ngẫu nhiên có chiều dài mã là 8 và tốc độ chipping rate là
11Mchip/s. 8 complex chips sẽ kết hợp tạo thành một symbol đơn (như trong
QPSK – 4 symbol). Khi tốc độ symbol là 1,375MSymbol/s thì tốc độ dữ liệu sẽ
đạt được: 1,375x8=11Mbps với cùng băng thông xấp xỉ như điều chế QPSK tốc
độ 2Mbps. Các sản phẩm sử dụng chuẩn 802.11b xuất hiện trên thị trường từ
giữa những năm 1999. Tuy nhiên do dễ bị gây nhiễu bởi các hệ thống mạng
9


khác hay từ lò vi sóng, điện thoại sử dụng băng tần 2.4GHz nên sử dụng khá khó

khăn và tốc độ chậm.
1.6.3 IEEE 802.11a
Được phát triển song song với chuẩn 802.11b nhưng 802.11a lại hoạt động
ở tần số 5GHz tốc độ đạt đến 54Mbps. Chuẩn 802.11a sử dụng công nghệ mã
OFDM- ghép kênh phân chia theo tần số trực giao cho phép chia nhỏ luồng dữ
liệu tốc độ cao ra làm nhiều luồng tốc độ thấp hơn truyền đồng thời trên một
kênh truyền nên tốc độ tăng gấp nhiều lần so với chuẩn b. Nhưng do giá thành
cao nên chú yếu sử dụng ở các công ty, doanh nghiệp. Ở tần số 5GHz, chuẩn
802.11a sẽ có hiệu suất cao nhưng vì vậy cũng sẽ làm phạm vi truyền ngắn hơn
và sử dụng nhiều năng lượng hơn.
1.6.4 IEEE 802.11g
Ra đời vào tháng 6-2003, chuẩn 802.11g là sự kết hợp của 2 chuẩn 802.11a
và 802.11b. Có tốc độ cao như chuẩn 802.11a nhưng lại chỉ hoạt động ở tần số
2.4GHz như 802.11b nên 802.11g mang ưu điểm của cả 2 chuẩn trước cũng loại
bỏ những nhược điểm còn tồn tại. Và do tương thích hoàn toàn với các hệ thống
dùng chuẩn 802.11b nên 802.11g được sử dụng rất rộng rãi. Tuy nhiên chuẩn
802.11g vẫn còn một số nhược điểm như dễ dàng bị xuyên nhiễu bởi các hệ
thống vô tuyến khác.
1.6.5 IEEE 802.11n
Được cho là bước nhẩy vọt của công nghệ WLAN khi mang đến rất nhiều
những cải tiến cũng như lợi ích cho người dùng. Có tốc độ lên đến 600Mbps,
hoạt động được ở cả 2 tần số 2.4GHz và 5GHz, độ rộng kênh truyền mở rộng từ
20MHz đến 40MHz khiến chuẩn 802.11n được sử dụng rất nhiều trên các hệ
thống mạng. Điểm khác biệt này là do chuẩn 802.11n được trang bị công nghệ
đa ăng ten MIMO. Đây là công nghệ giúp các thiết bị mạng được trang bị nhiều
ăng ten hơn ở mỗi đầu của tín hiệu truyền và nhận. Tốc độ tăng lên giúp người
dùng làm việc nhanh hơn, các ứng dụng đa phương tiện được sử dụng nhiều

10

hơn, cùng với đó là giá thành hạ thấp khiến mọi người có thể tiếp cận dễ dàng là
những đặc điểm giúp cho chuẩn 802.11n vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay.
1.6.6 IEEE 802.11ac
Chuẩn IEEE 802.11ac là chuẩn Wi-Fi mới nhất hiện nay. Được công bố
vào tháng 12-2013 nhưng hiện nay vẫn có rất ít thiết bị hỗ trợ và ứng dụng một
cách đầy đủ những công nghệ và tính năng của nó đem lại.
Một số nét cơ bản cũng như nổi bật nhất của IEEE 802.11ac như sau:
- Tốc độ tăng lên gấp nhiều lần.
Sử dụng mã hóa hiệu quả hơn nên nếu cùng sử dụng 3 dải kết nối đơn, mức
tối đa mà chuẩn 802.11n có thể truyền được ở băng tần 40MHz là 450Mbps thì
chuẩn 802.11ac với độ mở rộng kênh tới 80MHz có thể truyền lên tới
1300Mbps. Gấp gần ba lần sao với chuẩn cũ.
- Băng thông rộng hơn.
Hỗ trợ đầy đủ các băng tần 20MHz, 40MHz, 80MHz thậm chí mở rộng lên
tới 160MHz nên tốc độ xử lý, chống nhiễu cũng như bảo mật bỏ xa các chuẩn
Wi-Fi cũ khi chỉ có khả năng cung cấp băng tần 20MHz và 40MHz.
- Hỗ trợ nhiều ăng ten hơn
So với 4 ăng ten trên chuẩn 802.11n thì trên 802.11ac công nghệ MIMO đã
hỗ trợ tới 8 ăng ten khiến tốc độ truyền nhận, xử lý cũng như mã hóa nhanh hơn
đáng kể. Giảm độ trễ xuống tối đa.
- Công nghệ MU-MIMO
Với công nghệ Wi-Fi cũ thì một thiết bị có thể phát đi nhiều luồng dữ liệu
tại một thời điểm nhưng chỉ có thể hướng đến một người dùng duy nhất nhưng
với chuẩn 802.11ac được hỗ trợ nhiều ăng ten hơn cũng như khả năng xử lý đa
nhiệm thì mỗi ăng ten có thể phục vụ nhiều người dùng khác nhau cùng một lúc.
Giúp độ trễ giảm xuống, tốc độ xử lý tăng lên vì không cần đợi tới lượt mình.
- Công nghệ Beamforming ( Điều hướng chùm sóng)
Thông thường các thiết bị Wi-Fi cũ sẽ phát sóng ra toàn bộ không gian để
đến được mọi thiết bị của người dùng nhưng với tính năng Beamforming thì

11


chùm sóng sẽ hướng đến đúng thiết bị cần dùng. Beamforming giúp cải thiện
việc sử dụng băng thông không dây và tăng phạm vi phủ sóng cho một mạng
không dây. Điều này cũng sẽ giúp cải thiện chất lượng hình ảnh, âm thanh cũng
như những nhu cầu truyền dữ liệu khác cần đến băng thông cao và độ trễ thấp.
Beamforming có thể được thực hiện bởi các bộ phát (transmitter) và bộ thu
(receiver) sử dụng công nghệ MIMO (multiple-input, multiple-output). Lúc đó,
dữ liệu sẽ được gửi và nhận thông qua nhiều ăng ten để tăng thông lượng và
phạm vi phủ sóng.
1.6.7 Một số chuẩn IEEE khác.
- IEEE 802.11i: Là chuẩn bổ sung các phương pháp bảo mật cho việc truy
cập, xử lý dữ liệu qua mạng không dây. Sử dụng phương pháp mã hóa AES
(Advanced Encryption Standard), một chuẩn mã hóa mạnh hỗ trợ 128bit, 192bit
và 256bit.
- IEEE 802.11e: Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện như gọi điện, xem
video, nghe nhạc… có thể hoạt động với chất lượng tốt hơn thông qua mạng
không dây.
- IEEE 802.11j: Đây là chuẩn dành riêng cho thị trường Nhật Bản. Nó tuân
theo các yêu cầu về hoạt động ở băng tần 4.9-5GHz của thị trường này.
- IEEE 802.11h: Chuẩn được tạo ra để đáp ứng các yêu cầu về băng tầng
5GHz ở các nước Châu Âu. Được trang bị công nghệ chọn tần số (DFS) và điều
khiển truyền (TPC) các rắc rối về kỹ thuật đã được giải quyết một cách triệt để.
- IEEE 802.11ad: Được hiệp hội thương mại WiGig(The Wireless Gigabit
Alliance) phát triển và giới thiệu. Nó có tốc độ truyền tải lên đến hàng gigabit
hoạt động ở băng tần không được cấp phép 60GHz.
- IEEE 802.11ah: Mới được công bố vào đầu năm 2016. Nó thường được
biết đến với tên gọi HaLow. Hoạt động ở băng tần dưới 1GHz nên nó có khả
năng đâm xuyên rất tốt cũng như phủ sóng tốt hơn. Tiết kiệm năng lượng cũng

là một điểm nổi bật ở chuẩn này. Tuy nhiên băng thông được cho là điểm yếu
của WiFi 802.11ah, cao nhất chỉ 18 Mbps và thấp nhất là 150 Kbps. Nhưng điều
12