Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 2: Hệ thống truyền thông không dây hiện đại

Nội dung text: Bài giảng Nguyên lý truyền thông không dây - Chương 2: Hệ thống truyền thông không dây hiện đại

1. Chương 2 HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY HIỆN ĐẠI
2. Wireless Technologies
3. Wireless Personal Area Networks • Wireless Personal Area Network (WPAN): — mạng kết nối các thiết bị xung quanh không gian làm việc của một người, sử dụng kết nối không dây. • Dựa trên chuẩn IEEE 802.15. • Kết nối các thiết bị trong khoảng một vài mét (10 m). • Dùng công nghệ: IrDA (Infrared Data Association), Bluetooth, UWB, ZigBee
4. Wireless Personal Area Networks
5. Wireless Personal Area Networks: Bluetooth • Bluetooth: là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn sử dụng băng tần 2.4 Ghz để kết nối các thiết bị cá nhân (điện thoại, laptop, máy tính bảng) tạo thành mạng cục bộ nhỏ. • Sử dụng tín hiệu sóng radio để truyền dữ liệu trong phạm vi hẹp, thường là khoảng 30 mét. • Khi 2 thiết bị được kết nối với nhau bằng bluetooth có thể chia sẻ tập tin giữa 2 thiết bị.
6. Bluetooth: Các chuẩn Bluetooth Bluetooth Bluetooth Bluetooth Bluetooth Bluetooth 1.0 2.0 + ERD 2.1+ ERD 3.0 + HS 4.0 4.1 • Tốc độ • Tốc độ • Hiệu năng • Tốc độ • Tốc độ • Tự động truyền tải truyền tải cao hơn, truyền tải, truyền tải nhận diện 1Mbs lên 2.1Mbs giảm điện đạt 24Mbps lên đến và điều • Tốc độ với chế độ năng tiêu • Các thiết bị 25Mbp, chỉnh băng thực tế chỉ truyền tải thụ có thể hiệu năng tần đạt 720kbs ERD • Sử dụng tương tác tiêu thụ • Khả năng • Hạn chế trên điện dễ dàng với thấp. kết nối trên thiết bị thoại di nhau hơn, • Được sử thông minh sử dụng độn, laptop, có thể tự dò dụng trên • giao tiếp tai nghe tìm các hầu hết các độc lập • chưa dùng thiết bị ở thiết bị hiện không cần truyền tải gần. nay. phụ thuộc các tập tin vào trung có dung tâm điều lượng lớn. khiển
7. Bluetooth and Personal Area networks (PANs) Figure 2.17 Example of a Personal Area Network (PAN) as provided by the Bluetooth standard.
8. Wireless personal area networks The Zigbee: • Cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị cùng lúc thay vì chỉ có 2 sản phẩm tương tác với nhau như Bluetooth và Wibree. • Phạm vi hoạt động của Zigbee đang được cải tiến từ 75 mét lên đến vài trăm mét. • Năng lượng thấp hơn Bluetooth, tốc độ đạt 256 Kb/giây. • Được ứng dụng trong hệ thống tự động tại các hộ gia đình như chiếu sáng và sưởi ấm.
9. Wireless personal area networks The Ultra-wideband (UWB): • Có khả năng truyền lượng lớn dữ liệu kỹ thuật số trên một phổ tần số rất rộng với năng lượng rất thấp trong một khoảng cách ngắn. • Có thể truyền dữ liệu ở tốc độ từ 40 – 60Mbs và lên đến 1Gbs. • Truyền tín hiệu radio năng lượng cực thấp với các xung điện rất ngắn, trong phạm vi pico giây (1 / 1000th của một nano giây), trên tất cả các tần số cùng một lúc. • Do công suất thấp nên rất khó phát hiện rất khó để điều chỉnh. Bởi vì nó mở rộng ra toàn bộ phổ tần số (được cấp phép và không có giấy phép), nó có thể được sử dụng trong nhà và dưới lòng đất, không giống như GPS.
10. So sánh tính năng của UWB và Bluetooth
11. Wireless Local Area Network (WLAN):
12. Wireless Local Area Network (WLAN): • Liên kết 2 hoặc nhiều thiết bị, sử dụng kỹ thuật không dây và thường cung cấp một kết nối thông qua một access point tới mạng internet rộng hơn. • Cung cấp cho người dùng tính di động, di chuyển trong vùng phủ sóng nội bộ mà vẫn được kết nối với mạng. • Hầu hết các WLANs hiện nay dựa trên các chuẩn IEEE 802.11, xuất hiện trên thị trường với tên chi nhánh Wi-Fi (Wireless Fidelity). • Được sử dụng trong nhà, tòa nhà, văn phòng.
13. Chuẩn IEEE 802.11 2.4 /5GHz 100-250m 5GHz .11a: 5GHz/40-100m .11g: 2.4GHz/80-200m 2,4 GHz 70-150m 2.4GHz
14. Wireless Local Area Network Ưu điểm Nhược điểm 802.11a - Tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn - Tầm ngắn (60-100 feet) (lên đến 54Mbps) - Ít có khả năng thâm nhập vào các - Hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời rào cản vật lý - Ít bị nhiễu 802.11b - Tốt hơn trên măt rào cản vật lý - Tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn - Phạm vi dài (70-150 feet) (11Mbps) - Phần cứng thường là ít tốn kém - Không hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời - Dễ bị can thiệp 802.11g - Tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn - Dễ bị can thiệp (lên đến 54Mbps) - Phạm vi tốt hơn so với chuẩn 802.11b (65-120 feet) 802.11n Mặc dù thông số kỹ thuật có thể thay đổi, nhưng được dự kiến sẽ cho phép tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 600MBps, và có thể cung cấp phạm vi lớn hơn.
15. Wireless Local Area Network Figure 2.12 Channelization scheme for IEEE 802.11b throughout the world.
16. Wireless Local Area Network MODELS Mạng 802.11 linh hoạt về thiết kế, gồm 3 mô hình mạng sau: 1. Basic Service Set (BSS) 2. Independent Basic Service Set (IBSS) - Ad hoc networks 3. Extended Service Set (ESS)
17. WLAN: Models Basic Service Set (BSS) Là tập hợp tất cả các trạm có thể giao tiếp với nhau. Có hai loại : Independent BSS and Infrastructure BSS Mỗi BSS có một ID gọi là BSSID, là địa chỉ MAC của các điểm truy cập phục vụ BSS.
18. WLAN: Models Independent Basic Service Set (IBSS) hay mạng Ad hoc. • Là mạng đơn giản nhất trong tất cả các mạng IEEE 802.11, không cần cơ sở hạ tầng. Một IBSS chỉ đơn giản bao gồm một hoặc nhiều trạm mà giao tiếp trực tiếp với nhau. • Ad hoc: wireless clients truyền thông trực tiếp với nhau mà không dùng wireless AP hay mạng có dây, còn được gọi là chế độ peer- to-peer.
19. WLAN: Models Infrastructure Basic Service Set Một cơ sở hạ tầng BSS có thể giao tiếp với các trạm khác không trong cùng thiết lập dịch vụ cơ bản bằng cách giao tiếp với nhau thông qua các điểm truy cập.
20. WLAN: Models Extended Service Set (ESS) Một ESS là tập hợp các kết nối BSS. Điểm truy cập trong một bộ dịch vụ mở rộng được kết nối bởi một hệ thống phân phối. Mỗi ESS có một ID (gọi là SSID) là chuỗi ký tự 32 byte (tối đa).
21. Wireless local area networks Thiết bị mạng không dây (WLAN) Card PCI Wireless Card PCMCIA Wireless AP (access point) Card USB Wireless
22. Wide Area Networks • 2rd Generation (2G) Cellular Networks • 3rd Generation (3G) Wireless Networks • 4rd Generation (4G) Wireless Networks • Wireless Local Loop (WLL) and Local Multipoint Distribution Service (LMDS)
23. Growth Of Cellular Telephone Figure 2.1 Growth of cellular telephone subscribers throughout the world.
24. Growth Of Cellular Telephone Figure 2.2 Worldwide subscriber base as a function of cellular technology in late 2001.
25. Second Generation (2G) Cellular Networks Thế hệ 1G: • Sử dụng tiêu chuẩn thông tin di động analog, và tín hiệu vô tuyến sử dụng để truyền tin cũng là analog. • - Các cuộc gọi âm thanh được điều tiết ở một tần số cao hơn 150MHz để kết nối 2 tháp vô tuyến lại với nhau.
26. Second Generation (2G) Cellular Networks Thế hệ 1G: Hạn chế - Tính bảo mật thấp do mã hóa - Dễ bị biến dạng - Không thích hợp với những tiêu chuẩn thông tin mới nhất
27. Second Generation (2G) Cellular Networks • Đây là thế hệ mạng di động thứ 2, với tên gọi đầy đủ là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications; viết tắt: GSM). • Công nghệ này có khả năng phủ sóng rộng khắp, giúp người dùng có thể sử dụng điện thoại nhiều vùng trên thế giới. • GSM là mạng điện thoại di động có thiết kế gồm nhiều tế bào (cell) hay hiểu đơn giản hơn là các trạm thu phát sóng, các máy điện thoại di động kết nối mạng bằng cách tìm kiếm các trạm thu phát sóng gần nó nhất.
28. Second Generation (2G) Cellular Networks • Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access) và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị và từng quốc gia.
29. Second Generation (2G) Cellular Networks Chuẩn TDMA: Global System Mobile (GSM) • Hỗ trợ 8 time slotted users cho mỗi kênh radio 200 kHz • Được triển khai rộng rãi trong các băng tần di động và PCS • Các dải PCS và cellular ở Europe, Asia, Australia, South America, và một số vùng của the U.S.
30. Second Generation (2G) Cellular Networks Chuẩn TDMA: Interim Standard 136 (IS-136) • Còn được biết với tên North American Digital Cellular (NADC) hay US Digital Cellular (USDC) • Hỗ trợ 3 time slotted users cho mỗi kênh radio 30 kHz. • North America, South America, và Australia.
31. Second Generation (2G) Cellular Networks Ưu điểm • Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ so với thế hệ trước. • Mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí • Cung cấp tin nhắn dạng SMS • Thiết bị nhỏ gọn hơn
32. Evolution 2.5G Mobile Radio Networks • Các tiêu chuẩn kỹ thuật số 2G đã được thiết kế trước khi sử dụng rộng rãi Internet. (Kể từ giữa những năm 1990). • GSM, CDMA và IS-136 tiêu chuẩn chỉ hỗ trợ 9,6 kbps tốc độ truyền cho thông điệp dữ liệu. • Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) là một tính năng phổ biến của GSM, ngay cả với người sử dụng tương đối nhỏ dữ liệu rates.CDMA
33. Evolution 2.5G Mobile Radio Networks • Tiêu chuẩn 2G sử dụng một chuyển mạch cách tiếp cận để truyền dữ liệu. • Tiêu chuẩn 2.5G đã được phát triển để cho phép các công nghệ 2G được nâng cấp từng bước cho tốc độ dữ liệu Internet nhanh hơn.
34. Evolution 2.5G Mobile Radio Networks Ba tùy chọn nâng cấp TDMA; • High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) • General Packet Radio Service (GPRS) • Tốc độ dữ liệu nâng cao cho GSM Evolution (EDGE)
35. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) IS-95B Figure 2.3 Various upgrade paths for 2G technologies.
36. Evolution 2.5G Mobile Radio Networks • HSCSD là một chuyển mạch kỹ thuật cho phép một thuê bao di động duy nhất để sử dụng liên tiếp các khe thời gian sử dụng trong tiêu chuẩn GSM. • GPRS là một mạng lưới dữ liệu dựa trên gói. • EDGE đôi khi được gọi là Enhanced GPRS hoặc EGPRS.
37. IS-95B cho 2.5G CDMA • Không giống như một số GSM và IS-136 con đường tiến hóa để truy cập dữ liệu tốc độ cao, CDMA (thường được gọi là cdmaOne) có một con đường duy nhất nâng cấp cho các hoạt động 3G cuối cùng.
38. 3rd Generation (3G) Wireless Networks • Thường thấy những thông số kỹ thuật của máy: “Tốc độ 3G: HSDPA, 42 Mbps; HSUPA, 5.76 Mbps”. Vậy chúng nghĩa là gì và ảnh hưởng gì ?
39. 3rd Generation (3G) Wireless Networks • Tốc độ 3G chuẩn của một số mạng di động tại Việt Nam là 21Mbps và đang được cải tiến, nâng cao lên 42 Mbps người dùng 3G sẽ có thể xem phim, clip, nghe nhạc và lướt web nhanh hơn. Trong đó: • HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): gói đường truyền tải xuống tốc độ cao, cho phép tốc độ tải dữ liệu về máy tối đa đạt đến 42 Mbps, tương đương với tốc độ đường truyền ADSL (1 giây có thể up xong 1 bản MP3 dung lượng 5MB. • HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): gói đường truyền tải lên tốc độ cao, cho phép tốc độ tối đa đạt 5.76 Mbps.
40. 3rd Generation (3G) Wireless Networks • Là tập các chuẩn được sử dụng cho các thiết bị di động, các mạng và dịch vụ truyền thông di động, tuân thủ theo thông số kỹ thuật của International Mobile Telephone 2000 (IMT-2000) bởi International Telecommunication Union • Voice over Internet Protocol (VoIP) • 3G được ứng dụng trong điện thoại không dây, truy cập Internet di động, truy cập Internet không dây cố định, các cuộc gọi video và mobile TV. • Đa số các thiết bị smartphone, máy tính bảng hiện nay đều hỗ trợ tốc độ 3G tối đa của HSDPA và HSUPA.
41. 3rd Generation (3G) Wireless Networks 4 chuẩn chính: • W-CDMA: Là nền tảng của chuẩn UMTS, Sử dụng băng rộng để có tốc độ cao hơn và hỗ trợ nhiều người dùng hơn mạng 2G, được sử dụng ở Châu Âu và một phần châu Á, trong đó có Việt Nam. • CDMA 2000: là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. • TD-CDMA: Được phát triển trền nền tảng chuẩn UTMS. Đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn cho dữ liệu đa phương tiện kể cả âm thanh, hình ảnh.
42. 3rd Generation (3G) Wireless Networks 4 chuẩn chính: • TD-SCDMA: Một chuẩn khác dựa trên nền tảng chuẩn UTMS, đang được phát triển tại Trung Quốc, nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho W- CDMA.
43. 3rd Generation (3G) Wireless Networks Ưu điểm: • Cải thiện được chất lượng cuộc gọi, tín hiệu và tốc độ so với thế hệ trước. • Truy cập Internet tốc độ cao kể cả khi di đang chuyển. • Cùng với sự bùng nổ smartphone, kết nối 3G cho phép người dùng truy cập vào thế giới nội dung đa phương tiện phong phú bao gồm nhạc, phim, hình ảnh chất lượng cao. • Kết hợp với các ứng dụng nhắn tin OTT như Viber, Skype, Zalo, Line , 3G giúp người dùng có thể online, trò chuyện mọi lúc mọi nơi với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với dạng tin nhắn SMS truyền thống.
44. 4rd-Generation (4G) • Cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1-1,5 Gb/giây. • Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. • Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là WiMax và Long Term Evolution (LTE), mỗi công nghệ đều sử dụng một dải băng tần khác nhau.
45. Wireless Local Loop (WLL) • Wireless local loop (WLL), là một thuật ngữ để chỉ việc sử dụng liên kết truyền thông không dây như kết nối “last mile / first mile" để phân phối dịch vụ điện thoại cũ đơn giản - plain old telephone service (POTS) – và/hoặc băng thông Internet tới các khách hàng. • Các loại kỹ thuật và hệ thống WLL: Broadband Wireless Access (BWA), Radio In The Loop (RITL), Fixed-Radio Access (FRA) và Fixed Wireless Access (FWA).
46. Wireless Local Loop (WLL)
47. Local Multipoint Distribution Service (LMDS) • LMDS là một công nghệ truy cập không dây băng thông, ban đầu được thiết kế cho truyền hình kỹ thuật số - digital television transmission (DTV). • Được coi là một công nghệ không dây cố định, point-to- multipoint. • Thường hoạt động trên các tần số vi sóng trên các băng tần 26 GHz và 29 GHz (31.0 through 31.3 GHz)
48. Comparison
49. Viết tắt của các hệ thống truyền thông không dây • 4G: 4th Generation • AMPS: Advanced Mobile Phone System • B3G: Beyond 3rd Generation • cdma2000: Code Division Multiple Access 2000 • CDPD: Cellular Digital Packet Data • CT-2: Cordless Telephone-2 • DCS-1800: Digital Communication System-1800 • DECT: Digital European Cordless System • ETACS: Extended European Total Access Cellular System • GSM: Global System for Mobile • IMT-2000: International Mobile Telecommunication 2000 • Originally FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) • IS-95: EIA Interim Standard-95 • IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
50. Acronym of Systems for Wireless Communications • PDC: Pacific Digital Cellular, • Originally JDC (Japanese Digital Cellular) • PCS: Personal Communication Service • Once used with PCN: Personal Communication Network • PHS: Personal Handyphone system • POCSAG: Post Office Code Standard Advisory Group • PSTN: Public Switched Telephone Network • TACS: Total Access Communication System • TD-SCDMA : Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access • USDC: U.S. Digital Cellular. TIA IS-54 • UWB: Ultra-Wideband • W-CDMA: Wideband-Code Division Multiple Access • PCI: Peripheral Component Interconnect