Tài liệu Truyền thông không dây

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY (Overview of Wireless Systems ) Đặng Lê Khoa Email:[email protected] [email protected] Facuty of Electronics & Telecommunications 1 Nội dung trình bày: 1. Tổng quan về mạng không dây Lịch sử phát triển Các thử thách thiết kế Các mạng hiện tại và tương lai Mạng điện thoại tế bào Mạng máy tính không dây 2. Hệ thống truyền thông số Tại sao phải truyền thông số Hệ thống truyền thông số cơ bản 3. Một số khái niệm Facuty of Electronics & Telecommunications 2 1. Tổng quan về mạng không dây Facuty of Electronics & Telecommunications 3 1. Tổng quan về mạng không dây Lịch sử Wireless • Thời cổ: Khói thuốc, bồ câu đưa thư, … • Sóng vô tuyến được phát minh 1880 bởi Marconi • Nhiều hệ thống vô tuyến không dây được phát triển công phu trong và sau chiến tranh thứ 2 • Điện thoại tế bào được phát triển từ 1988, đến nay khoảng 3 tỉ thuê bao Thúc đẩy phát triển thiết bị không dây Tiếng nói, dữ liệu, truyền thông đa phương tiện có mặt ở khắp nơi • Sự thành công và phát triển mạnh của Wifi Các mạng rộng khắp (vd: Wimax) và các mạng ở khoảng cách ngắn như Bluetooth, UWB ít thành công hơn Facuty of Electronics & Telecommunications 4 1. Tổng quan về mạng không dây Các mạng không dây của tương lai Thông tin có mặt ở khắp nơi giữa người và thiết bị Truy cập Internet không dây Thế hệ điện thoại tế bào thứ n Các mạng không dây Ad Hoc Thiết bị giải trí không dây Ngôi nhà thông minh … Khó khăn hạn chế về thời gian trễ Khó khăn hạn chế năng lượng Facuty of Electronics & Telecommunications 5 1. Tổng quan về mạng không dây Các thử thách khi thiết kế • Hạn chế của dung lượng kênh truyền • Mô hình lưu thông, định vị user, điều kiện mạng luôn thay đổi • Các ứng dụng không đồng nhất • Giới hạn về năng lượng và độ trễ của thiết kế khi đi qua các lớp của hệ thống Facuty of Electronics & Telecommunications 6 1. Tổng quan về mạng không dây Sự phát triển của các hệ thống hiện tại • Các hệ thống Wireless hiện tại – 3G Cellular: ~200-300 Kbps. – WLANs: ~450 Mbps (và đang phát triển). • Đang thực hiện mạng thế hệ sau – 4G Cellular: Khả năng OFDM/MIMO – 4G WLANs, 3G vừa hoàn thành • Các kỹ thuật quan tâm – Hardware: Better batteries. Better circuits/processors. – Link: Antennas, modulation, coding, adaptivity, DSP, BW. – Network: Không nhiều: more efficient algorithms – Application: Soft and adaptive QoS. Facuty of Electronics & Telecommunications 7 1. Tổng quan về mạng không dây Thế hệ tương lai Rate 4G 802.11b WLAN 3G Các vấn đề khác: Rate vs. Coverage Rate vs. Delay Rate vs. Cost Rate vs. Energy 2G 2G Cellular Mobility Facuty of Electronics & Telecommunications 8 1. Tổng quan về mạng không dây Các yêu cầu cho truyền thông đa phương tiện Voice Data Video Delay <100ms - <100ms Packet Loss BER <1% 10-3 0 10-6 <1% 10-6 Data Rate 8-32 Kbps Continuous 1-100 Mbps Bursty Traffic 1-20 Mbps Continuous Tất cả các yêu cầu trên phải thỏa Facuty of Electronics & Telecommunications 9 1. Tổng quan về mạng không dây Các hệ thống hiện tại • Cellular Systems • Wireless LANs • WIMAX • Satellite Systems • Bluetooth • Ultrawideband radios • Zigbee radios Facuty of Electronics & Telecommunications 10 1. Tổng quan về mạng không dây Hệ thống truyền thông không dây tế bào Base Station (BS) UE UE UE User Equipment (UE) Facuty of Electronics & Telecommunications 11 1. Tổng quan về mạng không dây Wireless Local Area Networks (WLANs) 01011011 0101 1011 Internet Access Point • • • • WLANs kết nối “local” các máy tính (khoảng 100m) Chia data thành các gói Truy cập kênh được chia sẽ (random access) Dựa trên cung cấp các dịch vụ Internet -> Chất lượng dịch vụ kém ở một số ứng dụng (vd: video) Facuty of Electronics & Telecommunications 12 1. Tổng quan về mạng không dây Các chuẩn của Wireless LAN • 802.11b – Băng tần 2.4GHz (80 MHz) – Trải phổ trực tiếp (DSSS) – Tốc độ 11 Mbps, khoảng 150m • 802.11a/g – Băng tần 5GHz (300 MHz) – OFDM trong 20 MHz – Tốc độ 54 Mbps, khoảng 30 – 60 m • 802.11n – Băng tần 2.4 GHz và 5 GHz – Thích nghi OFDM /MIMO ở 20/40 MHz (2-4 antennas) – Tốc độ đến 600Mbps, khoảng 60m Facuty of Electronics & Telecommunications 13 1. Tổng quan về mạng không dây Wimax (802.16) • Mạng không dây diện rộng – Kiến trúc hệ thống giống như mạng tế bào – Hy vọng tương thích với mạng tế bào – Kỹ thuật chính để truyền là OFDM/MIMO • Hoạt động ở băng tần 2.5 và 3.5 MHz – Phụ thuộc vào từng quốc gia, còn có thể sử dụng 5.8 – Băng thông là 3.5-10 MHz • Fixed (802.16d) và Mobile (802.16e) Wimax – Fixed: 75 Mbps (max), bán kín 80km – Mobile: 15 Mbps (max), bán kín 1600m Facuty of Electronics & Telecommunications 14 1. Tổng quan về mạng không dây Bluetooth • Thay thế nối Cable bằng kỹ thuật RF • Khoảng cách ngắn (10m, mở rộng 100m) • Băng tầng 2.4 GHz • 1 kênh Data (700 Kbps) và 3 kênh voice • Tương tích nhiều thiết bị như thiết bị viễn thông, PC và các thiết bị điện tử khác • Các ứng dụng nhằm thay thế cable Facuty of Electronics & Telecommunications 8C32810.61-Cimini-7/98 15 1. Tổng quan về mạng không dây Thử thách cùng tồn tại Nhiều thiết bị cùng tồn tại một băng tần vô tuyến • Các giải pháp kỹ thuật: – Loại can nhiễu ( Interference ) – Nhận biết/thông minh sóng vô tuyến Facuty of Electronics & Telecommunications 16 1. Tổng quan về mạng không dây Thiết bị mạng thế hệ sau Mọi thứ không dây trên cùng 1 thiết bị Facuty of Electronics & Telecommunications 17 1. Tổng quan về mạng không dây Thử thách khi tích hợp nhiều thiết bị • • • • Can nhiễu RF Nơi đặt các antenna Kích thước Năng lượng tiêu thụ BT Cellular FM/XM GPS DVB-H Apps Processor WLAN Media Processor Wimax Facuty of Electronics & Telecommunications 18 2. Giới thiệu hệ thống DCS Facuty of Electronics & Telecommunications 19 2. Giới thiệu hệ thống DCS Tín hiệu analog và Digital Một tín hiệu có thể được định nghĩa như là 1 hàm theo thời gian 1. Tín hiệu analog: hàm liên tục (continuous) ->> biểu diễn hình dạng khác nhau… 2. Tín hiệu Digital: hàm rời rạc ->> biểu diễn bằng các xung (ON hoặc OFF) –> 2 trạng thái Facuty of Electronics & Telecommunications 20