Bài giảng Mạng không dây - Chương 2, Phần 1: Anten và các thiết bị phụ trợ

Chapter 02 ANTEN&CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ2Mục tiêuNhiệm vụ của anten Đề cập đến các loại anten được sử dụng trong WLAN.Các thuộc tính của từng loại anten.Các thiết bị phụ trợ trong WLANBộ khuếch đại.Bộ giảm tín hiệu.Bộ tách.Nội dungNguyên lý hoạt động của anten.Anten vô tuyếnCác thiết bị cấp nguồnCác thiết bị phụ trợ trong WLAN.Tính toán công suất của anten.3Nguyên lý hoạt động của antenAnten chuyển đổi năng lượng điện sang sóng vô tuyến đối với anten phát hay chuyển đổi sóng vô tuyến sang năng lượng điện đối với anten nhận.Kích thước vật lý (hay chiều dài) của anten liên quan trực tiếp đến tần số mà anten có thể thu hay phát sóng.4Line of Sight (LOS)Là sự biến thiên của độ khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ, là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng truyền dẫn đa đường mà kết quả của nó là tổn hao tín hiệu sóng.5Fresnel ZoneMiền Fresnel là miền gồm có các hình elip đồng tâm xung quanh đường LOS.Các đối tượng trong miền Fresnel như cây, đỉnh đồi, và các tòa nhà có thể nhiễu xạ hoặc phản xạ các tín hiệu chính từ các thiết bị nhận và làm thay đổi RF LOS.6Độ khuếch đại của antenĐộ khuếch đại anten là kết quả việc tập trung phát sóng vô tuyến vào một chùm hẹp hơn.Bằng việc giới hạn độ rộng chùm (beamwidth) tính theo độ ngang (horizontal) và độ dọc (vertical) mà vẫn giữ nguyên công suất phát sẽ cho một sóng vô tuyến được phát đi xa hơn.7Dạng bức xạ (Radiator)Là sự khác nhau về góc bức xạ ở một khoảng cách cố định từ anten.Anten thường có vùng bức xạ chính (main lobe) hay chùm bức xạ (beam) chính là hướng có độ khuếch đại lớn nhất.8Búp sóng (Beamwidth)Búp sóng là độ rộng của tia tín hiệu RF mà anten phát ra.Búp sóng dọc được đo theo độ và vuông góc với mặt đất, còn búp sóng ngang cũng được đo theo độ và song song với mặt đất.Việc làm hẹp hay tập trung các búp sóng của anten sẽ làm tăng độ lợi (gain) của anten.9Sự phân cực (Polarization)Sự phân cực là huớng vật lý của anten theo phương ngang (horizotal) hay dọc (vertical).Phân cực dọc thường được sử dụng trong mạng Wi-Fi (WLAN) là vuông góc với mặt phẳng của trái đất. Phân cực ngang là song song với mặt đất.10Trở kháng (Impedance)Trở kháng là tỷ số của tổng công suất phát ra bởi anten so với công suất từ trạm phát (nối với anten) được chấp nhận bởi anten.Tất cả các thiết bị RF, đường truyền (cáp), anten đều có trở kháng, chính là tỷ số giữa điện áp và dòng điện.Khi anten được kết nối với một đoạn cáp, nếu trở kháng đầu vào của anten trùng khớp với trở kháng của radio và đường truyền thì tổng công suất được truyền từ radio đến anten là tối đa.11Anten vô tuyến.Anten là thiết bị được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu tần số cao (RF) trên đường truyền dẫn sang dạng sóng để phát vào không khí.Có 3 loại anten chính:Đẳng hướng – vô hướng (Omni-directional).Định hướng – có hướng (Semi-directional).Định hướng cao (Highly-directional).12Anten Đẳng Hướng(Omni-directional)Anten đẳng hướng truyền tín hiệu RF theo tất cả các hướng theo trục ngang (song song mặt đất) nhưng bị giới hạn ở trục dọc (vuông góc với mặt đất).Anten đẳng hướng có độ lợi (gain) trong khoảng 6dB, thường được dùng trong các tòa nhà cao tầng.Anten đẳng hướng cung cấp vùng phủ sóng rộng nhất.Các loại anten đẳng hướng: Rubber Duck, Omni-directional, Celing Dome, Small Desktop, Mobile Vertical, Ceiling Dome...1314Anten Đẳng Hướng(Omni/Dipole-directional)15Anten Đẳng Hướng(Omni/Dipole-directional)Anten định hướng(Semi-directional).Anten định hướng (directional) có hướng phát sóng rất hẹp, thiết bị thu sóng cần nằm chính xác trong phạm vi phát sóng hẹp này của anten định hướng mới có thể thu được sóng phát từ anten.Anten định hướng có độ lợi lớn hơn anten đẳng hướng, từ 12dBi hoặc cao hơn.Anten định hướng có nhiều kiểu dáng và kích thước khác nhau, điển hình có các loại anten: Yagi, Patch, Backfire, Dish...Các loại anten định hướng này rất lý tưởng cho khoảng cách xa, kết nối không dây điểm-điểm.16Anten Yagi là loại anten định hướng rất phổ biến bởi vì chúng dễ chế tạo (do 2 người Nhật là Hidetsugu Yagi và Shintaro Uda chế tạo vào năm 1926)17Anten định hướng(Semi-directional).Anten định hướng- Anten Patch1819Usage of semi-directional antenna20Anten định hướng cao là anten để truyền tải với một chùm tia rất hẹp. Những loại ăng-ten này thường giống như các đĩa vệ tinh. Chúng thường được gọi là anten parabol hoặc anten lưới.Chúng chủ yếu sử dụng cho kết nối PtP hoặc PtMP.Định hướng cao(Highly-directional).21Định hướng cao(Highly-directional).22Anten hình cánh quạt (sectorized)Anten cánh quạt là anten hoạt động theo hướng back to back với một anten hình cánh quạt khác.23MIMO Antenna SystemsHệ thống anten MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) là hệ thống gồm nhiều anten ở cả hai đầu để thực hiện truyền và nhận dữ liệu đồng thời.Công nghệ MIMO được tích hợp trong chuẩn 802.11n cho tốc độ 300 Mbps.Các thiết bị phụ trợ trong WLANBộ khuếch đại: Tín hiệu từ Anten đưa vào bộ khuếch đại được bộ khuếch đại lọc nhiễu, tái tạo lại tín hiệu và đưa ra đầu ra.24Các thiết bị phụ trợ trong WLANBộ giảm tín hiệu: là thiết bị làm giảm biên độ của tín hiệu vô tuyến nhưng không làm méo dạng sóng, ngược lại với bộ khuếch đại.25Các thiết bị phụ trợ trong WLANBộ thu lôi: Bộ thu lôi được sử dụng để chuyển hướng dòng điện gây ra bởi sét xuống mặt đất. Nó cũng được sử dụng để bảo vệ phần cứng WLAN như AP, Bridge hay Wireless Workgroup Bridge được kết nối vào đường truyền đồng trục. Đường truyền đồng trục rất dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh ở các vùng lân cận.26Các thiết bị phụ trợ trong WLANBộ tách sóng: Một bộ tách RF là một thiết bị có một đầu input và nhiều output. Nó được sử dụng nhằm mục đích chia một tín hiệu thành nhiều tín hiệu độc lập. Việc sử dụng bộ tách thường xuyên trong mạng WLAN là không được khuyến khích.27Có 4 thông số cần tính trong mạng WLAN gồm :Công suất tại bộ phát sóngĐộ suy hao và độ khuếch đại của các thiết bị kết nối giữa bộ phát sóng và angten như cáp, đầu nối, bộ khuếch đại , bộ suy hao và bộ tách.Công suất tại đầu nối cuối cùng trước khi vào angten (bộ bức xạ định hướng).Công suất tại thành phần angten (EIRP).28Tính toán công suấtGiới thiệu đơn vị đo đầu tiênW (Watt) đơn vị đo cơ bản của công suất là Watt (W).1W = 1V * 1AFCC chỉ cho phép công suất 4 W được phát ra từ Angten trong kết nối WLAN. ( Điểm nối điểm )hoạt động trong băng tần 2.4 GHz và với công suất này một tín hiệu sóng có thể truyền đi xa đếm 1,6 kmMiliwatt (mW)1 W= 1000 mW29Tính toán công suấtTính toán công suấtĐơn vị dB hoặc dBmĐơn vị đo lường độ khuếch đại và suy hao chúng ta phải sử dụng đến đơn vị dB hoặc dBm (decibel) là một đơn vị tương đối. (chữ m chỉ là tham chiếu đến 1 mW).1mW = 0 dBm.30Tính toán công suấtĐể tính toán nhanh chóng và dễ dàng, chúng ta cần biết qui luật sau:Qui luật 3:-3 dB = 1/2* công suất (mW)+3 dB = 2* công suất (mW)Qui luật 10:- 10 dB = 1/10 công suất (mW)+ 10 dB = 10* công suất (mW)31Ta có bảng đơn vị chuyển đổi như sau:32Tính toán công suấtVậy thì từ biểu đồ trên ta có thể nhận thấy rằng + 10 có nghĩa là nhân với 10 còn +3 có nghĩa là nhân với 2.Tính toán công suấtVí dụ1 : Chuyển từ đơn vị dBm sang W: +43 dBm = ? WTa có: 43 = 0 + 10 + 10 + 10 +10 + 3Vậy suy ra:10 dBm đầu tiên dựa vào bảng sẽ là 10 mW Tiếp theo, ta cứ nhân tiếp tục vì nó tiếp tục + 10, suy ra:1 mW x 10 = 10 mW10mW x 10 = 100 mW100 mW x10 = 1000mW1000mW x 10 = 10,000 mW10,000mW x2 = 20,000 mW = 20 WVậy ta có +43 dBm là tăng một lượng công suất là 20 W33Tính toán công suất 34Tính toán công suấtVí dụ 3: chẳng hạn, AP có công suất 50mw và sử dụng anten 3dB (loại Rubber Duck) thì công suất phát thực sự của AP là:50*2 (3dB bằng gấp đôi công suất) = 100mw.Anten có độ lợi (gain) càng cao thì khoảng cách sóng di càng xa. Việc tập trung công suất phát của chúng chặt chẽ hơn làm cho nhiều năng lượng được truyền đến đích hơn, ở khoảng cách xa hơn.35