Bài giảng CWNA: Chapter 03 - ĐH Công nghiệp TP.HCM

Chapter 03

CÁC CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ
(SPREAD SPECTRUM TECH.)


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 cơng nghệ trải phổ chính

Cơng 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 cơng nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
2


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


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 hồn
thành cơng việc.
Trải phổ hồn tồn ngược lại, nó sử dụng băng tần rộng
hơn mức cần thiết để truyền thông tin.

4


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 trơng giống như nhiễu, khó phát hiện và
thậm chí khó chặn đứng hay giải điều chế (demodulation)
nếu khơng 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


Spread Spectrum Versus Narrowband Technology

6


Trải phổ nhảy tần FHSS





Trải phổ nhảy tần (Frequency hopping Spread Spectrum )
là cơng 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


Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

8


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


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


Example of FHSS

11


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
khơng 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
cịn 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


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


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 mơi 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

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


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 cơng nghệ trải phổ vì nó dễ
dàng cài đặt và có tốc độ cao.

16


Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS

17


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


Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS

19


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


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 thơng.
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


Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

22


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 tồn bộ băng tần một cách
đồng thời thay vì chỉ một tần số tại một thời điểm như
trong FHSS.
23


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 thơng dữ liệu.
– Bảo mật.
– Hổ trợ chuẩn.
24


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