Nghiên cứu, thiết kế thử đầu thu phát dải tần 900MHz nhằm nâng cao cự ly hoạt động cho mạng không dây

ĐẠ I H Ọ C Q U Ó C GIA H À NỘI

Tên đề tài

NG H IÊ N CỨU, TH IẾ T KÉ T H Ử ĐẦ U T H U PH ÁT DẢI TẦ N
900M H z NH Ầ M NÂNG CAO c ụ LY H O Ạ T Đ Ộ N G
C H O M ẠNG KHÔ NG DÂY
Mã số: QC 06.20

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Văn Cương

Đ A ! H O C Q U O C G IA

HA NỌI

ÌP U N G T A M T H Ô N G TIN THƯ V IỀ N

O O O ÍO O O O O A Ỉ

Hà Nôi - 2006


M ỤC LỤC
M ục lục
Bảng giải thích các chữ viêt tăt
Các thông tin về đề tài
D anh m ục các bảng sô liệu
D anh m ục các hình
Tóm tắt các kết quả nghoiên cứu chính của đề tài
Báo cáo tổng kết
Phần I

1.
Đặt vấn đề
2
Khái quát về m ạng không dây
2.1 Giới thiệu m ạng không dây
2.2 Lịch sử phát triển m ạng lhông dây
2.3 Dải tần m ạng không dây
2.3.1 Dải tần 900 M Hz
2.3.2 Dải tần 2,4 GHz
2.3.3 Dải tần 3,5 GHz
2.3.4 Dải tần 5,0 GHz
2.3.5 Dải tần 60 GHz
2.4 ư u , nhược điểm của hệ thống m ạng không dây
2.4.1 Ưu điểm của hệ thống m ạng không dây
2.4.2. N hược điểm của hệ thống m ạng không dây
2.5. Nhu cầu và sự cần thiết của m ạng không dây

2
5
6
7
8
10
11
11
11
12
12
14
15

15
15
16
17
18
18
18
19
19

2.6.

20

Chuẩn 802.11

2.6.1. Chuẩn 802.1 la

21

2.6.2. Chuẩn 802.1 lb

21

2.5.3. Chuẩn 802.1 lg

21

2.6.3. lG iơi thiệu về chuẩn 802.1 lg

21

2.6.3.2Hiệu suất và công suất của chuẩn 802.1 lg

22

2.6.3.3N hững lí do sử dụng chuẩn 802.1 lg.

25

2.6.4 Chuẩn 8 0 2 .l l h

25

3.

25

Giới thiệu các thiết bị m ạng không dây các m ode hoạt động
và vấn đề bảo m ật trên m ạng không dây

3.1

Các cấu hình AP

26

3.2.

A P m ode

27


3.2.1

AP C lient M ode

27

3.2.2. A P B rid g e

27

3.2.3. A P M ulti Bridge

27

3.3.

28

Các thiết bị củà m ạng không dây

3.3.1. W ireless Router

28

3.3.2. M ô hình ứng dụng

31

3 .3 .3 . Đ ặc đ iể m kỹ th u ậ t

31

3 .3 .4 . N h ữ n g c h ứ c n ă n g k ế t n ố i I n te r n e t tiê n tiế n

32

3 .3 .5 . T ín h n ă n g k h ô n g d ây

33

3 .3 .6 . Đ ặc tín h L A N

33

3.3.7. Card giao diện hoặc bộ điều m áy khách

35

3.3.8. W ireless A dapter

35

3.3.9. Card m ạng không dây

37

3.3.10. PC M C IA

38

3.3.11. PCI

39

3.3.12. USB

40

3.3.13. W B ridge - Bridge không dây

40

3.3.14 R epeater

41

3.3.15. Hub

41

3.3.16. Sw itch

42

3.3.17. Gatew ay

43

3.4.

A ntenna

43

3.4.1. A nten vô hướng

44

3.4.2. A nten định hướng

44

3.5.

Các m ode hoạt động

45

3.5.1.

A d-hoc M ode

45

3.5.2.

Inírastructure M ode

46

3.6.

N guyên tắc hoạt động của m ạng không dây

46

3.7.

Tăng hiệu suất m ạng không dây

47


3.7.1. Chọn vị trí đặt AP

47

3.7.2. Chọn vị trí anten

47

3.8.

47

Bảo m ật

3.9.
Tương thích W PA
3.10. Hỗ trợ về phần cứng

48
48

PHẦN II: TH Ự C N G H IỆM

49

1.

L ự A C H O N LIN H K IỆN

49

1.1.

M ục đích

49

1.2.

Giới thiệu về IC A D 8350A R 15.

49

1.2.1. Đặc điểm đặc trưng của A D 8350A R 15

50

1.2.2. Thông số kỹ thuật của A D 8350A R 15

51

1.2.3. Đồ thị biểu diễn tính chất của A D 8350A R15

55

2.

PH Ầ N LẮ P RÁ P, ĐO ĐẠ C

59

2.1.

Xây dụng bộ khuếch đại nâng cao hiệu quá bộ thu không dây

59

2.1.1. Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
2.1.2. Panel thực của bộ khuéch đại dùng 2 IC A D 8350A R 15 dải tần 900 M Hz
2.1.3. Kết quả đo đạc
2.1.4. Các ứng dụng
2.2.

59
61
62

khác của A D 8350

Bộ khuếch đại công suất tạp âm thấp sử dụng T ransistor

66
68

2.2.1. Bộ khuếch đại công suất lối ra lw

69

2.2.2. Bộ khuếch đại nâng công suất lối ra từ 1w lên 10w

76

KẾT LU Ậ N
TÀI LIỆU T H A M K H Ả O

81
82

4


B Ả N G G IẢ I T H ÍC H C Á C C H Ữ V IÉ T T Ắ T

CCK:

Com plem entary Code keying

DSSSS:

D irect sequence spread spectrum

FHSS:

Frequency hopping spectrum

IEEE:

Institude o f Electrical and Electronic Engineers

I F:

Interm ediate frequency.

OFDM : O rthogoal írequency D ivision m ultipexing
RF:

Radio írequency.

W LAN: W ireless Local Area N etw orking
SOHO: Small Office H om e Office


CÁC THÔNG TIN VỀ ĐẼ TÀI

Tên đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế thừ đầu thu phát dai tần 90().\lh/
nhằm nâng cao cự ly hoạt động cho mạng không dây"
Mã số đề tài:

QC 06.20

Thời gian thực hiện: Từ tháng 03/2006 đến tháng 03/2007
Cơ quan chủ trì: Đại học Quốc gia Hà Nội
Cơ quan thực hiện: Trường Đại học Công nghệ
Chủ trì đề tài: ThS Nguyễn Văn Cương
Những người tham gia thực hiện đề tài:

STT

Họ và tên

ĩ

Trân Q uang Vinh

2

Nguyên Văn Cương

IhS

Plionu 1K -Ọ 1 l)í 1 1'I! :>11

3

Bạch Gia Dương

IS

1 11)1 - \ 1 . I)i 1 CoiiLi nu họ

4

Chư Văn An

IhS

Khoa [) ! -Y 1. 1)11 c òny HLíhô

5

Phạm D u\ Hung

CN

' Khoa 1)1 -V I . DU ( ôn lí n_ihe

:

Hoc vị

Don vị cõrm tác

TS

|Ị\1 D T & k 1 M I - I ) I I C \


D A N H M Ụ C CÁC BẢNG SÓ LIỆU
1. Bảng 1.1 Chi tiết m ức công suất tại dải tần 900M H z

15

2. Bảng 1.2 Chi tiết m ức công suất của dải tần 2.4G H z

16

3. Bảng 1.3 Chi tiết m ức công suất ở dải tần 5G H z

17

4. Bảng 1.4 Tốc độ dữ liệu truyền và lược đồ điều chế

22

5. Bảngl.5 so sánh thông lượng giữa các chuẩn

23

6. Bảng 1.6 so sánh phạm vi hoạt động trong môi trường văn phòng

24

qua các tường dạng khối
7. Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của A D W -4 3 00

35

8. Bảng II. 1 Chức năng các chân của IC A D 8350

50

9. Bảng II.2 Thông số kỹ thuật của A D 8350A R 15

51

10. Bảng II.3 C ông suất tinh dBm out và W att tương ứng

68

11. Bảng II.4 G iá trị và kích thước linh kiện đươc thiết kế trên m ạch dải

78

12. Bảng II.5 G iá trị các tụ điện và điện trở

79

7


D A N H M Ụ C CÁC H ÌNH
1.Hinh 1.2.1 Sơ đồ của hệ thống W LA N

13

2. Hình 1.3.1 .M ột m ạng không dây tại gia đình

26

3. Hình 1.3.2 A P M ulti Bridge

28

4. Hình 1.3.3 W ireless Router

29

5. Hình 1.3.4 PLA N ET AD SL W ireless Firew all R outer

30

6. Hình 1.3.5 M ô hình kết nối không dây

31

7. Hình 1.3.6 Linksys W M P54GS W ireless-G PCI A dapter

36

8.Hình 1.3.7 Linksys W PC54G S W ireless-G N otebook A dapter

36

9.

37

Hình 1.3.8 Linksys W U SB 54G W ireless-G USB Netvvork A dapter

10. Hình 1.3.9 Card m ạng không dây

38

11. Hình 1.3.10 Linksys W ireless-G PCI (W PM 54G )

39

12. Hình 1.3.11 USB không dây

40

13. Hình 1.3.12 Cầu không dây

40

14. Hình 1.3.13 Repeater

41

15. Hình 1.3.14 Hub

41

16. Hình 1.3.15 Sw itch

42

17. Hình 1.3.16 Gatew ay

43

18. Hình 1.3.17 A d-hoc M ode

45

19. Hình 1.3.18 Inírastructure M ode

46

20. Hình II. 1.1 IC A D 8350.

49

21. Hình II. 1.2

55

22. Hình II. 1.3

56

23. Hình II. 1.4

56

24. Hình II. 1.5

57

25. Hình II. 1.6

57

26. Hình II. 1.7

58

27. Hình II. 1.8

58

8


28. Hình II. 1.9

59

29. Hình II.2.1 K huếch đại tạp âm thấp dùng IC A D 8350A R 15

60

30. Hình II.2.2 Panel thực của bộ khuếch đại dùng 2 IC A D 8350A R15

61

31. Hình II.2.3 Tín hiệu lúc chưa khuyếch đại

62

32. Hình II.2.4 Tín hiệu đã được khuếch đại ở tần số 925

MHz

63

33. Hình II.2.5

Tín hiệu đã được khuếch đại ở tần số 902

M Hz

64

34. Hình II.2.6 Tín hiệu đã được khuếch đại ở tần số 915

MHz

65

35. Hình II.2.7 m ạch truyền vi sai kết nối cơ sờ

66

36. Hình II.2.8

66

m ạch truyền tín hiệu cuối kết nối cơ sở

37. Hình II.2.9 M ạch tương đương như m ạch tín hiệu cuối

67

38. Hình II.2.10 Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại tạp âm thấp công suất ra lw

70

39. Hình II.2 .11 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 800M H z

71

40. Hình II.2.12 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 820M H z

72

41. Hình II.2.13 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 840M H z

73

42. Hình II.2.14 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 860M H z

74

43. Hình II.2.15 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 880M H z

75

44. Hình II.2 .16 Tín hiệu khuếch đại ở tần số 900M H z

76

45. Hình II.2.17 Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại nâng công suất từ

lw lên 10w

77

46. Hình 11.2.18 Transistor truw ow ngf LD M OS F E T 0 8 0 1 0 1 s

77

47. Hình II.2.19 Giản đồ Sm ith

78

48. Hình II.2.20 Panel bộ khuếch đại lối ra lOvv

80

40. Hình II.2.21 Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại

80

9


SUMARY

Prọịect Title: Investigation, design and impỉementation of a 900 MHz
generator for improving the wireless net\vorks operation range.

Code number: Q C -06-20
Coordinator: N guyen V an C uong
Im plem entating Institution: V ietnam N ational U niversity, H anoi (VNU H)
Cooperating Institution: U niversity o f E n g in eerin g a n d T echnology (U ET)
Duration: F ro m 3/2006 to 3/2007
1. Objective
Design and im pleinentation o f a 900 M Hz oenerator for improvinti the
wireless netw orks operation range.
-ỉnvestigation o f a vvireless internet netuork, vvorking iVequcnc) of
transm itters and receivers.
- Im plem entation o f a 900 M Hz generator for transm itter and receiver
systems.
2. Results obtained
- A 900 M hz generator circuit based on A D 8350A R 15 operatino amplitìer.
- A 900 M hz povver amplifíer.
- A l-w att output am pliíier based on SHF0289 transistor.
- A 10-watt output am plifier based on LDM OS FET PTF080101s transistor.


BÁO CÁO TỔ NG KẾT

PH ẦN I :

TÌM H IỂU LÝ TH U Y ÉT

1. Đ ặt vấn đề:

N hu cầu trao đổi thông tin của con người là thường xuyên và có từ khi loài
người xuất hiện trên trái đất này. việc trao đổi thông tin sơ khai nhất là tiếng hú gọi
đàn của người đứng đầu bộ lạc, để báo tin ở cự ly xa hơn, người ta dùng khói, lửa, rồi
dung chim đưa tin ... X ã hội loài người ngày càng phát triển, nhu cầu trao đổi thông
tin cũng ngày càng đòi hỏi chất lượng cao hon về chất lượng thông tin, thời gian
truyền tin ... Do đó con người cần tìm ra các phương thức trao đổi thông tin mới đáp
ứng nhu cầu của xã hội loài người. Nhu cầu trao đổi thông tin chỉ bùng nố khi con
người phát m inh ra điện và sử dụng điện phuc vụ đời sống con người, đặc biệt con
người biêt đên sóng điện từ và sử dụng sóng điện từ trong thông tin liên lạc. Đê tryên
thông tin người ta phải thiết lập đường truyền, đường truyền thông thường người ta sử
dụng các dây dẫn. N hưng những vùng xa xôi hẻo lánh, những vùng núi cao hiểm trở,
những đối tượng thường xuyên thay đổi chỗ ở, việc xây dựng đường dây thông tin gặp
rất nhiều khó khăn, rất tốn kém về kinh tế và đôi khi không thế thực hiện được. Ngày
nay, để khắc phục khó khăn về địa hình và những phương tiện luôn luôn di chuyên
người ta sử dụng phương thức thông tin không dây. Từ khi có m ạng thông tin không
dây, việc thông tin liên lạc đã có sự bùng nô và có sự thay đôi sâu săc trên mọi
phương diện.
Thông tin không dây thường được truyền qua môi trường sóng điện từ. Đe việc
thông tin liên lạc được thực hiện, vùng phủ sóng phải bao trùm toàn bộ diện tích
người sử dụng. Sóng điện từ được sử dụng trong thông tin liên lạc thường là sóng
hồng ngoại và sóng vô tuyến. Tuy nhiên sóng hồng ngoại bị han chế bởi vì nó không
truyền được đi xa và bị chặn bời tường chắn và các vật dụng nội thất, còn sóng vô
tuyến có thể truyền xuyên qua hầu hết các vật cản và có thể truyền được đi xa. C hính
vì vậy hầu hết các m ạng truyền tin không dây người ta thường sử dụng sóng vô tuyến
làm môi trường truyền dẫn thông tin.

M ạng thông tin phổ biến rộng rãi nhất hiện nay là m ạng Internet, nó nối liền
thông tin giữa tất cả các Quốc gia trên toàn thế giới. Tuy nhiên việc kết nối truyền
thống bằng dây cáp không thuận tiện cho những người không ở m ột vị trí cố định. Vì
vậy kết nối không dây linh hoạt hơn cho những người luôn phải thay đổi vị trí. Thỏa
mãn nhu cầu này, m ạng nội bộ kết nối không dây W LAN (W ireless Local A rea
Netw orking) ra đời. M ột trong những công nghệ m ạng không dây thành công là chuẩn
802.11. Ra đời năm 1997, the Institude o f Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
phác thảo chuân 802.11 cho W LAN (W ireless Local Area N etw orking).G iống như

11


m ạng khác, m ạng không dây truyền dữ liệu trên m ôi trường sóng điện từ. Các thiết bị
không dây liên lạc được với nhau thông qua môi trường sóng điện từ. Vì vậy sóng
điện từ phải được phủ toàn bộ không gian có các thiêt bị không dây.
N guyên tắc liên lạc giữa các thiết bị không dây như sau: Thông tin cần truyền đi
được mã hóa và điều chế dưới dạng sóng điện từ. Thiết bị phát sẽ phát đi thông tin
dưới dạng sóng điện từ. Thiết bị nhận sẽ nhận thông tin dưới dạng sóng điện từ đó và
giải m ã tách lấy những thông tin cần thiết, v ấ n đề dặt ra là công suất thiết bị phát phải
đủ lớn để thiết bị thu nhận được tín hiệu đủ để có thể cảm nhận được. N hưng sóng
điện từ bị suy hao khi lan truyền trong không gian, quãng đường càng dài năng lượng
suy hao càng lớn. Vì vậy để tăng khoảng cách liên lạc giữa các thiết bị không dây,
công suất thiết bị phát phải lớn, độ nhậy của thiết bị thu phải cao. Đe giải quyết yêu
cầu đó cần có các bộ khuếch đại công suất ở nơi phát và khuếch đại tín hiệu ở nơi thu.
Đe tài này nghiên cứu chế tạo bộ khuếch đại tín hiệu dải rộng ở băng sóng 900M hz
nhằm mục đích tăng cự ly hoạt động của các thiết bị không dây trong m ạng W LAN.
2. Khái quát về mạng không dây (WLAN):
2.1.Giói thiệu mạng không dây
Nhu cầu sử dụng hệ thống m ạng di động ngày càng tăng, các cách thức truyền
dữ liệu trên hệ thống m ạng cáp trên thế giới không còn đáp ứng được sự thách thức đề

ra của đời sống xã hội. Người dùng kết nối internet thông qua thệ thống cáp vật lý
không thuận tiên khi phải di chuyển, việc di chuyển của họ sẽ bị hạn chế, gò bó trong
một vùng diện tích nhỏ hẹp. Ket nối không dây cho phép di chuyển linh động hơn.
Công nghệ không dây hiện nay đang dần dần phát triển nhanh chóng xâm lấn hệ thống
mạng có dây.
Chúng ta đang sống trong thời kỳ thay đổi sâu sắc về hệ thống m ạng và truyền
thông máy tính. Công nghệ không dây đã phát triển thành công bởi nó cho phép con
người kết nối với nhau không còn bó hẹp ở những địa điểm cố định nào cả. Những
công nghệ m ới tập trung vào m ạng m áy tính ( Ví dụ m ạng Internet không dây). M ột
trong những công nghệ m ạng không dây thành công là chuẩn 802.11.
M ạng không dây cho phép chia sẻ nhiều lợi thế quan trọng, không quan tâm
đên giao thức hoặc dạng dữ liệu được truyên.
M ột lợi thế rõ dàng nhất của m ạng không dây đó là tính lưu động. Người sử
dụng m ạng không dây có thể kết nối với m ạng có sẵn và rồi cho phép di chuyển tự do
trong vùng phủ sóng.Ví dụ m ột người sử dụng điện thoại di động có thể vùa di chuyển
vừa đàm thoại thoải mái nêu vân trong vùng phủ sóng của các trạm th a phát. Ban đầu
điện thoại di động khá đăt tiên, và chỉ sử dụng bởi người có yêu câu cân di chuyển địa
điểm và thời gian.N hưng ngày nay với sự phát triển của công nghệ đã làm cho giá
thành của chúng hạ xuống làm cho chúng được sử dụng rộng rãi hơn..
12


Đặc thù của m ạng không dây là tính m ền dẻo cao, có thể triển khai và lắp đặt
nhanh. M ạng không dây sử dụng nhiều trạm thu phát cơ sở để kết nối người dùng với
m ạng máy tính có sẵn.C ơ sở hạ tầng của m ạng không dây là giống nhau đối với việc
kết nối m ột người dùng hay hàng triệu người dùng. Đe tạo ra vùng phủ sóng cho nơi
sử dụng m ạng không dây phải sử dụng trạm thu phát cơ sờ và hệ thống anten. Khi hệ
thống cơ sở hạ tầng m ạng không dây được sử dụng, vấn dề thêm người dùng chỉ là
vấn đề xác nhận quyền sử dụng.
Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống W LA N được trình bày như hình 1.2.1

dưới đây:
ISDN-Abschluss
Steckem&tzteil

ISDNTelefon
Analogteleíon
oder analoges
D ECT-Schnurlos

Amt
t, 2 Oitnr 3 M b ịtí

AnalogTeleton

DSL-Router
WLAN Access Point
Hausanschluss
Teleíon (Amt)

Ethernet (R J4 5 )> S ^

H inh 1.2.1 Sơ đồ của hệ thống W LAN

Thuộc tính m ền dẻo là m ột trong những thuộc tính quan trọng của nhà cung
cấp dịch vụ , nhiều nhà sản xuất sản phẩm theo chuẩn 802.11 đã theo đuổi thị trường
kêt nối được gọi là “điểm nóng” . Sân bay, nhà ga, quán cà phê, những nơi công cộng
khác đêu có nhu câu truy cập Internet Việc chạy cap vừa tôn tiền, lại tốn thời gian và
đôi khi làm m ất thẩm mỹ. Với m ạng không dây thì không cần có sự thay đổi gì, không
13

cần dự đoán nhu cầu người sử dụng. N hưng nó có giới hạn về băng thông, càng nhiều
người sử dụng m ột trạm thu phát, sẽ làm giảm băng thông cho từng máy.
M ạng không dây đã làm thay đổi sự phát triển của m ạng truyền thông công
cộng nơi m à rất khó có thể xây dựng được hệ thống cap cố định.Với sự giảm giá
nhanh tróng của các thiết bị 802.11, những m ạng cộng đồng sẽ được mở rộng giải
truy cập Internet thông qua kết nối DSL tốc độ cao, thông qua m ạng không dây người
dùng dễ ràng truy cập vào Internet.
G iống như m ạng khác, m ạng không dây truyền dữ liệu, môi trường truyền là
một dạng của sóng điện từ. M ôi trường truyền phải được phủ kín diện tích người dùng.
Có hai môi trường truyền là ánh sáng hồng ngoại và sóng radio. Tuy nhiên hồng ngoại
sẽ bị giới hạn về khoảng cách truyền phát, dễ bị chặn lai bởi các bức tường các thiết bị
nội thất và các thiết bị văn phòng khác. Sóng Radio có thể truyền qua hầu hết các vật
cản và có khoảng cách truyền xa. Chính điều này mà thiết bị chuẩn 802.1 lđ ểu sử dụng
sóng Radio.

2.2. Lịch sử phát triển của mạng không dây.

M ạng không dây là giao thức kết nối sử dụng sóng radio để kết nối các thiết bí
không dây vào mạng.
Năm 1997, the Institude o f Electrical and E lectronic Engineers (IEEE) phác
thảo chuẩn 802.11 cho W LA N (W ireless Local A rea Netvvorking).
W LA N là m ột m ạng cục bộ cho phép kết nối không dây hoạt động theo chuẩn
I E E E 8 0 2 .il.
Năm 1999 chuẩn 802.1 lb xuất hiện và được công nhận bởi m ạng lưới công
nghiệp và hoạt động ở dải tân 2.4GH zi.
W LA N hoạt trong phổ tần số m à uỷ ban truyền thông của M ỹ (FCC) cho phép
tự do sử dung không cân đăng ký.
Ở khoảng cách dưới 1Om ta có thể sử dụng công nghệ không dây W PAN như
Bluetooth, U ltra-w ideband...khoảng cách dưới lOOm sử dụng công nghệ W LA N như

WiFi, W imax...

14


2.3. Dải tần không dây.
Thiết bị không dây bắt buộc phải hoạt động ờ m ột dải tần nào đó, mỗi một dải
có một băng thông nhất định. Băng thông hiểu theo nghĩa rộng là sô đo dung lượng dữ
liêu kết nối. Đ ối với m ạng điện thoại Analog sử đụng độ rộng dải là 20khz, tín hiệu
tivi sử dụng độ rộng băng thông lên tới 6M Hz. Việc sử dụng sóng Radio được nhà
nước quản lí, và khi m uốn sử dụng sóng radio bạn phải đăng kí với đơn vị quản lí tân
Giữa những năm thập kỷ 80 của thế kỷ 20, uỷ ban truyền thông liên bang
(FCC) thay đổi về quy định phổ sóng radio, khống chế các thiết bị không bản quyên.
Sự thay đổi dải tần công nghiệp, khoa học và y tê (ISM ). D ạng điêu chê này trước đây
chỉ dùng trong quân sự. Tần số ISM có ba dải tần là: 900M Hz; 2.4GHz; 5GHz.

2.3.1. Dải tần 900M H z

Dải tần số thấp 900M H z thường được sử dụng là dải trong công nghiệp,
nghiên cứu và y học. Tổng độ rộng băng là 26M Hz, tín hiệu trong dải tần này xấp xỉ
30cm. Những tín hiệu này có khả năng xuyên qua khá nhiêu chướng ngại vật, ví dụ
xuyên qua những cây nhỏ những đồi thấp, và đủ m ạnh đế phát trong khoảng vài
km .bảng dưới đây cho biết chi tiết m ức công suất của dải tần 900M Hz.
Dải

902 đến
M Hz

928

C ông suất truyền cực
đại

K huyếch đại ăng ten
lớn nhất

EIRP(Công suất
phát xạ đẳng hướng
đương lượng)

+ 30dB m (l W att)

+6dBi

+36dBi _ (4W att,
liên hệ đến hướng
ăngten)

B ảng 1.1 Chi tiết m ức công suất tại dải tần 900M H z

2.3.2. Dải tần 2.4G H z

Dải tần 2 .4 G H z là dải tần giữa ISM , tổng độ rộng của dải là 83M Hz. tín hiệu
trong dải này có bước sóng xấp xỉ 12cm. Tín hiệu này có khả năng xuyên qua các
15


chướng ngại vật, nhưng không m ạnh. X uyên qua m ột bức tường tổn hao từ 10 đến 12
dB. ĐỘ suy hao đi qua cây phụ thuộc vào vóc dáng của tán lá của cây và cây là dạng
ướt hay khô, trung bình khi đi qua m ột m ét cây sẽ suy hao 0.5dB, với đường kính cây

lOm độ suy hao là 5dB, độ suy hao 6dB sẽ giảm chiều dài kết nổi đi một nửa so với
độ dài không bị suy hao. Khi đi qua m ột vài cái cây, khoảng cách có thể giảm đi hàng
chục met.
Dải

C ông suất
truyền cực đại

2403
đến
2483M Hz(điểm
đến nhiều điểm )

+ 30dB m (l W att)

2403
2483(điểm
điểm)

đến + 30dB m (lW att)
đến

2403
2483M Hz

tới +21dBm (125m
W)

Khuyếch đại ăngten
lớn nhất

EIRP(Công suất
phát xạ đẳng hướng
đương lượng)

+6dB

+36dBi(4W att)

(Quy luật 3 đến l),với
m ỗi độ khuyếch đại
ăngten 3dB giảm công
suất máy
phát
là
ldB (V D :với
ăngten
+9dB giảm công suất
máy phát +29dBm )

Phụ thuộc vào kích
cỡ
ăngten,
với
ăngten +24dB và
công suất bộ phát là
24dBm,
kết
nối
điểm tới điểm là

+38dBi(64W att)

+6dB

+27dB(500m W )

Phố tần giải rộng
trỉa rộng sử dụng
từ 15 đến 74 tần
số.

B ảng 1.2 Chi tiết mức công suất của dải tần 2.4GH z

2.3.3. Dải tần 3.5G H z

Giải tần này ít được sử dụng, tuy nhiên m ột vài dải con giữa 3.3 và 4.0G H z
được sừ dụng tại m ột số nước, thiết bị ở dải này khá giống với thiết bị ở dải 2.4GHz.
Tín hiệu ở dải này có bước sóng 9cm đặc trưng truyền trong một sổ trường hợp giống
với dải tân 2.4G H z, độ suy hao khi di qua vật cản là lớn hơn.
16


2.3.4. Dải tần 5GHz
Có 4 dải tần con tại 5GHz (được dùng ở m ột vài nước trên thế giới, đây là dải
tần tự do). Q ua hai băng tần gối lên nhau cho mỗi loại. Có một dải ISM từ 5725 tới
5850M Hz và có ba băng tần (U _N II) 5150 đến 5250M Hz. Mồi băng tần ISM có độ
rộng là 125M Hz và mồi băng tần thuộc dạng U_N II ỉà 100MHz. Tín hiêu ờ dải tân
5GHz có bước sóng là 5cm. M ỗi m ột băng tân con của dải 5GHz có độ rộng băng lớn
hom băng tàn 2.4GH z. Các thiết bị ở dải tần 5GHz sẽ có nhiêu băng thông hơn. Độ suy
hao khi đi qua m ột m et cây là 1.2dB. Với đường kính cây là lOm ta sẽ có độ suy hao

về chiều dài kết nối lên tới 75%.
Công suất truyền
cực đại

Dải

ISM
5725
5850M Hz

+36dB(4W ) chý ý
rằng với nhũng hệ
thống
điếm
tới
điêm có thê sử
dựng ăngten có đọ
khuyếch đại lớn
hơn +6dB không
gây giảm công suât
bộ phát

+ 17dBm (50mW )

+6dB

+23dB(500m W )

+24dBm (250m W )

+6dB

+ 3 0 d B (lW )

+ 30dB m (l W)

+6dB

+35dB(4W )

đến

U_NII
5725
5825M Hz

+6dB

đến

U_NII
5250
5350M Hz

EIRP(công suất
phát xạ đẳng hướng
dương lượng)

+ 30dB m (lW )
đến

U_NII
5150
5250M Hz

K huyếch đại
ăngten lớn nhất

đến

B ảng 1.3 Chi tiết mức công suất ở dải tần 5GHZ

Đ Ạ I t - ọ c Q u o c G IA HA N Ọ l
TRUN(ã t Á M ỈH Ổ N G

t in th ư v iê n


2.3.5. Dải tần 60GHz

B ăng ISM từ 59 đến 64M Hz được sử dụng tại Mỹ vào năm 1999, tổng độ rộng
băng lên tới 5G H z tín hiệu của dải này có bức sóng khoảng 0,5cm. Tần số của dải này
tổn hao bởi sự có m ặt của Oxy trong không khí, khoảng cách liên lạc xa nhất trong dải
tần này 800m. T ín hiệu bị ngăn chặn hoàn toàn bởi các chướng ngại vật. Đặc điếm nổi
bật của dải tần này là các thiết bị cung cấp tốc độ dừ liệu kiếu điếm điêm đạt 622mps.

2.4. Ưu nhược điểm của hệ thống mạng không dây.

2.4.1.Ư u điểm của hệ thống m ạng không dây:

C húng ta biết rằng LAN có dây truyền thống có các ưu điểm như tính bảo mật
cao, tốc độ nhanh (đặc biệt là dùng cap quang)...nhưng tại những nơi không thế triển
khai được m ạng cáp và yêu cầu tính linh động thì LA N có dây không đáp ứng được.
M ặt khác với sự cải tiến công nghệ của các chuấn, W LAN ngày càng có những ưu
điểm.
Tiết kiệm được chi phí lắp đặt m ạng và bảo dưỡng
Tiết kiệm được thời gian
K hả năng m ở rộng và quản lí dễ dàng hơn.
Do đặc tính dễ bổ xung các điểm truy nhập trên m ạng mà không mất thêm chi
phí đi dây hay đi lại dây thông thường. M ạng không dây đặc biệt thuận lợi với những
nơi khó đi dây, kết nối không dây luôn sẵng sàng, vì không có dây nên không sợ đứt
dây làm gián đoạn dịch vụ của người sử dụng.
Tính linh động: N hững người dùng Laptop có thể di chuyển khắp nơi trong
khu làm việc, dễ dàng kết nối với hệ thống hữu tuyến, bạn có thể kết nối bất kì nơi nào
m iễn là nằm tro n ẹ khu vực phủ sóng của trạm thu và phát.
Tích họp tốt với các m áy tính sẵn có, chia sẻ tài nguyên.

18


2.4.2. N hược điểm của hệ thống m ạng không dây.

Hệ thống m ạng không dây hiện nay vẫn chưa thể thay thế được m ạng có dây,
với hệ thống m áy chủ, việc kết nối không dây tới m áy chủ là không thích hợp do phải
phục vụ nhiều Client yêu cầu băng thông lớn.

Tốc độ m ạng không dây bị giới hạn bời băng thông có sẵn. Theo lý thuyế
thông tin thì cùng m ột thời điểm , càng nhiều thiết bị truy nhập m ạng không dây thì tốc
độ càng g iả m .

VD: Có m ột bộ thu phát 1 lm p s ta có 11 trạm sử dụng thì mỗi trạm sẽ có tốc
độ truyền là lm ps, đối với mỗi bộ thu phát không dây, chỉ nên dùng tối đa 25 trạm sử
dụng để nâng cao tốc độ m ạng. Tốc độ của m ạng không dây bị hạn chế bởi độ rộng
băng truyền và cách điều chế, trong tương lai gần thì tốc độ m ạng cũng chưa thê cai
thiện được ngay, trong khi ngày nay tốc độ m ạng có dây lên tới lOGps và sẽ còn tiếp
tục tăng.
Sự ổn định đường truyền phụ thuộc quá nhiều vào các thiết bị phát sóng khác.
Khi gặp chướng ngại vật, gặp các bộ phát sóng khác ở cùng dải tần số, độ suy hao sẽ
tăng lên dẫn đến suỵ giảm tốc độ và khoảng cách đường truyền.
Tính bảo m ật của hệ thống chưa cao, bởi chỉ cần bạn trong vùng phủ sóng của
hệ thống thì bạn có thể tiếp cận dừ liệu trên mạng.
Tần số càng cao thì tốc độ càng cao nhưng độ suy hao cũng tăng theo, làm
giảm cự ly hoạt động của m ạng.

2.5. Nhu cầu và sự cần thiết của mạng không dây.
T rong hai thập kỷ vừa qua người ta vẫn quen sử dung kết nối máy tính cá nhân
thông qua cáp, việc kết nối qua không gian không cần cáp vẫn còn tương đối mới với
người sử dụng.
H iện nay người sử dụng có xu hướng chuyển sang m ạng không dây và sử
dụng các thiết bị không dây (laptop, PDA, điện thoai di động.... ), xu hướng này
không chỉ làm tăng hiệu quả sản xuất m à làm cho diện tích văn phòng chở lên rộng
hon...văn phòng di động m ang tới cho nhân viên sự linh hoạt và quản lí thời gian tốt
hơn, tăng năng suất lao động và giảm đáng kể các chi phí trong các hoạt động.
Với m ột m ạng không dây các nhân viên có thể truy cập cơ sở dữ liệu của cơ
quan m ình tại văn phòng hay bên ngoài và có thể sử dụng liên tục các thiết bị nối
mạng để kết mối vào internet.

19

Sử dụng m ạng không dây các doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được chi phí lắp đặt
hệ thống m ạng có dây trong toà nhà, dễ dàng mở rộng và quản lí các điểm truy nhập,
thuận tiện với những nơi khó lắp đặt đường có dây.
An toàn thông tin vẫn là vấn đề cực kỳ quan trọng trong thế giới nối mạng.
Các vấn đề an toàn khi gửi dữ liệu đi là vấn đề được đề cập nhiều trong cả hệ thống
m ạng có dây và không dây. A n toàn thông tin phụ thuộc vào khả năng thiết lập hoạt
động truyền dữ liệu được xác thực, bảo m ật và bảo đảm nguyên vẹn. N hưng nếu trong
khu vực công cộng như quán Cafe đặt gần một công ty cũng có m ạng không dây, thì
về cơ bản thông tin sẽ truyền trên m ạng và không được bảo vệ trên những mạng này
và một hacker có thể can thiệp được.
Trong phạm vi an toàn không dây, những băn khoăn chính là xung quanh vấn
đề m ật khấu m ã hoá tĩnh hay động, quản lí tập trung hay phân tán. Việc lựa chon vê
an toàn thông tin cho m ạng không dây gồm có: M ạng riêng ảo (Virtual Private
Netvvork -V P N ) và giao thức 8 02.lx (chuẩn công nghiệp IEEE), đều kết họp mật
khẩu mã hoá cũng như quản lí tập trung.
Hiện nay nhiều công ty bảo m ật đưa ra nhiều giải pháp ứng phó với sự truy
nhập bất hợp pháp. Phương pháp m ã hoá là phân tán thông tin theo một mã gửi theo
một tẩn số. D ữ liệu này sẽ được tập hợp tại nơi nhận.
Cho tới nay V iện kỹ thuật và điện tử (IEEE) đã phát triển ba kỳ thuật cho
m ạng LAN không dây: 802.1 la, 802.1 lb , 802.1 lg , cả ba công nghệ này đều sử dụng
công nghệ đa truy nhập.

2.6. Chuẩn 802.11

Chuẩn cơ sở 802.11

Chuẩn E thernet không dây đầu tiên, IEEE 802.11, đã được chấp nhận vào năm
1997. Sử dung công nghệ đa truy nhập cảm nhận sóng m ang với sự tránh xung đột.
Chuẩn này cung cấp 3 lóp tương đương với hai lớp của mô hình OSI. Đặc điểm kỳ
thuật bao gồm tia hồng n g o ại,l-2 m p s tần số quang phổ trải rộng và l-2m ps trình tự

điều khiển phổ trải rộng nhẩy tần (írequency hopping spectrum FHSS) và l-2m ps
direct sequence spread spectm m D SSS) trong 2.3G H z ISM .

20


2.6.1. Chuẩn 802.1 la

H oạt động trong phạm vi 5GHz và cho phép tốc độ lên tới 54Mps, dải tần số
5GHz này ngày càng được sử dụng vào nhiều mục đích nên ngày càng hẹp và băng
thông ở đây sử dụng rộng hơn so với bãng thông ở dải tần 2.4GHz. Tuy nhiên,
802.11 a không được chấp nhận như một chuản Wi-Fi. chuẩn 802.1 la sử dụng một
lược đồ điều biến nhận biết như dồn theo tần số trực giao (orthogoal trequencydivision m ultiplexing (O FD M )) chống lại FHSS và DSSS. Phần lớn sản phẩm 802.1 la
không tương thích với sản phẩm 802.1 lb và 802.1 lg.

2.6.2. Chuẩn 802.1 lb

H oạt động trong phạm vi dải tần 2.4GHz và tốc độ truyền dữ liêu là 1 lm ps,
802.1 lb là chuẩn thực tế cho công nghệ Wi-Fi bời nó rất hữu ích và giá thành hợp lý.
Mặc dù chậm hơn 802.1 la , nhưng 802.1 lb đã đạt được tốc độ dịch vụ lOBase
Ethernet. 802.1 lb sử dụng DSSS và bổ xung mã hoá bù (com plem entary code keying
- CCK). 802.1 lb được chứng nhận bởi IEEE vào năm 1999, cho phép các thiết bị đạt
được tốc độ truyền dữ liệu lên tới 1 lm ps hoặc 33mps khi 3 kênh không chồng nhau và
đồng thời hoạt động.

2.5.3. Chuẩn 802.1 lg

C huẩn 802.1 lg xây dựng cho m ạng Lan không dây hoạt động ờ dải tần
2.4GHz với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 54mps được chính thức duvệt vào 11/7/2003.
Với tốc độ 54m ps cho phép 802.1 lg có thể so sánh được với 802.1 la hoạt động ờ dải

tần 5GHz, chuẩn 802.1 lg thiết kế tương thích với cả chuẩn 802.1 lb. Điều này giúp
cho các thiết bị hoạt động theo chuấn 802.1 lb sẽ hoạt động được đồng thời với các
thiết bị của 802.1 lg .

2.6.3.1. Giơi thiệu về chuẩn 802.1 lg

C huẩn W LAN IEEE 802.1 lg có thể xem như sự giao nhau giữa hai chuẩn a và
b, chuẩn 802.1 lg hoạt động ở dải tần 2.4GHz. M ột trong những yêu cầu quan trọng
của chuẩn 802.1 lg là tương thích với chuẩn 802.1 lb , điều này cho phép các thiết bị
được sử dụng trên chuẩn 802.1 lb có thể hoạt động trên hệ thống chuẩn 802.11 g.
21


Giống như chuẩn 802.1 l a chuẩn 802.1 lg sử dụng dồn theo tần số trực giao (OFDM )
cho việc truyên dữ liệu. O FDM có hiệu quả hơn là truyên DSSS, được sử dung bởi
chuẩn 802.1 lb . Với hai dạng điều chế khác nhau trên, chuẩn 802.1 lg ( như chuẩn
802.1 la) hỗ trợ tốc độ tốt hơn chuẩn 802.1 lb.theo như bảng dưới đây chuẩn 802.1 lg
sừ dụng kết họp hai kiểu là O FDM và DSSS hỗ trợ tốc độ truyền lớn hơn rất nhiều.

Tốc độ truyền dữ
liệu(M ps)

Dạng truyền

Lược đồ điêu chế

54

OFDM

64 QAM

48

OFDM

64 QAM

36

OFDM

16 QAM

24

OFDM

16 QAM

18

OFDM

QPSK1

12

OFDM

QPSK

11

DSSS

CCK2

9

OFDM

BPSK3

6

DSSS

CCK

5.5

DSSS

QPSK

2

DSSS

QPSK

1

DSSS

BPSK

Bảng 1.4 Tốc độ dữ liệu truyền và lược đồ điều chế

2.6.3.2. Hiệu suất và công suất của chuẩn 802.1 lg

Với công nghệ W LAN, công suất của sản phẩm tăng mạnh mẽ theo thông
lượng lên nhiều lần nhờ vào số kênh có sằn. Mặc dù thiết bị 802.1 lb có thề cảm nhận
22


nhiễu tại băng 2.4G H z thông qua khả năng đánh giá kênh sạch (CCA), chúng không
thể giải m ã bất cứ giữ liệu quản lí hoặc gói điều khiển được gửi thông qua OFDM. Đe
thực hiện việc này chuân 802.1 lg bao gôm câu trúc bảo vệ cung cấp khả năng cùng
tồn tại và lùi.
Khi ứng dụng 802.1 Ib kết họp với điểm truy cập theo chuẩn 802.1 lg , điểm
truy cập sẽ thay đôi theo cơ câu bảo vệ gọi yêu câu gửi và xoá yêu câu gửi
(RTS/CTS). C ơ câu ban đầu của địa chỉ “vấn đề điểm ân” (điều kiện ờ đó hai trạm
khách không thấy nhau do khoảng cách có thể bảo đảm kết nối tới điểm truy cập). Khi
RTS/CTS được hiện lên, các trạm khách phải yêu cầu truy nhập đầu tiên tới môi
trường truyền từ điểm truy cập với m ột thông báo CTS. Trạm khách sẽ kiềm chế truy
cập vào môi trường truyền và truyền dữ liệu của chúng cho đến khi điểm truy cập trả
lời băng m ột thông báo CTS, khi nhận được tín hiệu RTS ban đâu từ nhiêu trạm khách,
lệnh CTS được hiểu là lệnh không gửi , bắt chúng phải kiềm chế truy nhập vào môi

trường truyên.
Khi m ạng 802.1 lg hoạt động không có trạm khách chuẩn 802.1 lb thông lượng
của m ạng sẽ đạt gần như 802.1 la, còn khi có trạm khách chuẩn 802.1 lb thông lượng
của m ạng giảm đi đáng kế.
Chuẩn

Tốc độ dữ liệu
M ps

Thông lượng gần
đúng Mps

Tý lệ phần trăm
so với thông
lượng của
802.1 lb

802.1 lb

11

6

100%

802.1 lg (có m ặt
của thiết bị chuẩn
802.1 ib)

54

8

133%

802.1 lg (k h ô n g có
mặt của thiết bị
chuẩn 802.1 lb )

54

22

367%

802.1 la

54

25

417%

Bảngl.5 so sánh thông lượng giữa các chuẩn

23


Do chuẩn 802.1 lg hoạt động trên cùng dải tần 2.4GH z với chuẩn 802.1 lb lên
có thể dùng chung cùng m ột hệ thống anten ở dài tần 2.4GH z.Còn chuẩn 802.1 la thì

hoạt dộng ở dải tần 5G H z lên sử dụng anten khác loại.

Bủng dưới đây cho biết sự so sánh phạm vi hoạt động trong mỏi trường văn phòng
qua các tường dạng khối.

Tốc độ giữ liệu
Mps

802.1 la(40m W với
anten diversity
patch có độ
khuyếch đại 6dBi)

802.1 lg (3 0 m W
với anten diversity
dipole có độ
khuyếch đại
2.2dBi) '

54

13m

27m

48

15m

29m

36

19m

30m

24

26m

42m

18

33m

54m

12

39m

64m

11

48m

9

45 m

76m

6

50m

91m

802.1 lb (1 0 0 m W
với anten diversity
dipole có độ
khuyếch đại
2.2dBi)

48m

5.5

67m

67m

2

82m

82m

1

124m

124m

B ảng 1.6 so sánh phạm vi hoạt động trong môi trường vãn phòng
qua các tường dạng khối
24


2.6.3.3 N hững lí do sử dụng chuẩn 802.1 lg.

Chuẩn 802.1 lg quan tâm đén hoạt động của chuẩn 802.1 lb, với khạ năng như
tương thích lùi cộng với kết hợp truyền OFDM hiệu suất cao, là những yếu tố chính
dẫn đến việc lựa chọn sử dụng chúng, ngoài ra việc tích hợp phương tiện mã hoá RC4
cung câp bảo m ật W EP và W PA, và chuân mã hoá AES không làm giảm hiệu suât, hô
trợ chuẩn 802.1 li và FIPS-140.
Chuẩn 802.1 lg hoạt động trên băng tần 2.4GHz, đây là băng tần ít sử dụng
cho các mục đích khác nên khả năng nhiễu ít. Tốc độ chuẩn 802.1 lg hiện nay đạt
được 108Mps, tương thích lùi xuống chuẩn 802.1 lb, một chuẩn m ạng không dây đã
được phổ biến trước khá lâu, làm giảm kinh phí thay mới hoàn toàn khi triên khai
m ạng 802.1 lg .

2.6.4 Chuẩn 802.1 lh

Chuấn này được dùng ở châu Âu, hoạt động trên dải tân 5GHz, nó cung cấp
tính năng lựa chọn kênh động và điều khiên công suất truyền dẫn TPC, nhằm tránh
can nhiễu. Ở châu Âu người ta chủ yếu dùng thông tin vệ tinh, nên phần lớn các quốc

gia ớ đây chỉ sử dụng W ireless LAN ở trong nhà (Indoor).

3.GĨÓĨ thiệu các thiết bị mạng không dây các mode hoạt động và vấn đề
niật trên mạng không dây:

bảo

M ạng không dây (W ireless Networking) đang là giải pháp mới cho các mô
hình m ạng văn phòng, gia đình, hay những địa điểm rộng lớn mà mạng Ethernet
không thể hoạt động được. Lắp đặt m ột m ạng không dây cơ bản đơn giản hơn m ạng
Ethernet (W ired Netxvork), bạn cũng có thế nhập thêm nhiều PC hoặc các thiết bị khác
vào m ạng m ột cách dễ dàng. Trong phần này sẽ giới thiệu cơ bản về các thiết bị và
những hiểu biết chung về thiết bị trong m ột m ạng không dây.

25