Đồ án Chuẩn 802.11n và ứng dụng wifi

ng trên cao Quy định Giảm Inter-frame Spacing (RIFS) Một trong những đặc điểm chung trong thiết kế draft-n là cải tiến hiệu suất. Thời gian trễ trong việc phát OFDM ngắn hơn so với 802.11a, 802.11g Quy định Chế độ Greenfield Cải tiến hiệu suất bằng cách loại các thiết bị 802.11a/b/g ra khỏi mạng draft-n Tùy chọn hiện thời 2.2.4 Cải tiến lưu lượng và tốc độ truyền dữ liệu Một tùy chọn khác trong 802.11n dự thảo là nhân đôi tốc độ bằng cách tăng băng thông kênh truyền WLAN từ 20MHz lên 40MHz. Điều này làm giảm số lượng kênh gây bất lợi cho các thiết bị khác. Tần số 2,4GHz có đủ không gian cho 3 kênh 20MHz không chồng lấn nhau (non-overlapping), còn kênh 40MHz không có nhiều không gian cho các thiết bị khác tham gia vào mạng hay truyền dữ liệu trên cùng khu vực với chúng. Do đó, việc chọn kênh 40MHz sẽ cải thiện hiệu năng cho toàn WLAN. 2.2.5 Hoạt động hiệu quả cùng WLAN hiện hành Đặc tính kỹ thuật của 802.11n dự thảo có khả năng tương thích với chuẩn trước đó. Access Point 802.11n draft sẽ tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11a tần số 5GHz cũng như chuẩn 802.11b và 802.11g tần số 2,4GHz. 802.11n sẽ hỗ trợ tốt hơn với chế độ "mixed" của 802.11g. Thực tế, hiệu suất mạng phụ thuộc vào tỉ lệ băng thông được sử dụng để phát dữ liệu chứ không phải gói tin đầu tiên (Overhead) hay các giao thức được sử dụng để quản lý việc truyền thông mạng. Một trong các tính năng quan trọng nhất trong đặc tả kỹ thuật 802.11n draft để cải tiến hiệu năng ở chế độ hợp nhất (mixed mode) là sự tập hợp. Thay vì gửi từng frame dữ liệu, máy trạm phát một gói gồm nhiều frame chung với nhau. Do đó, việc tập hợp dữ liệu sẽ hiệu quả hơn. Hình 2. Sự tập hợp cải thiện hiệu quả trong chế độ Mixed Điều này dễ dàng cho các thiết bị 802.11n draft cùng tồn tại với 802.11g và 802.11a vì tất cả đều dùng phương thức điều chế OFDM. Vì thế, có nhiều tính năng trong đặc tả kỹ thuật của thiết bị như tăng hiệu năng cho các mạng chỉ sử dụng OFDM. Chẳng hạn như tính năng giảm khoảng không giữa frame (Reduced Inter-Frame Spacing, hay RIFS), chi tiết này có thời gian trì hoãn giữa 2 lần phát ngắn. Để đạt hiệu năng tốt, đặc tả kỹ thuật của 802.11n draft cung cấp một chế độ gọi là "cánh đồng xanh" (Greenfield) - chỉ các thiết bị 802.11n hoạt động trong mạng. Hiện nay, chưa rõ chế độ này là bắt buộc hay chỉ là tùy chọn của 802.11n dự thảo cuối cùng. 2.3 Các tính năng chính của 802.11n Các tính năng chính của chuẩn 802.11n bao gồm: Một tín hiệu WiFi mạnh mẽ có thể bao trùm toàn bộ một khu vực (home). Chia sẻ một kết nối Internet vào 1 mảng rộng của các thiết bị. Rất nhiều băng thông để chuyển đổi video độ nét cao và âm thanh từ thiết bị đến thiết bị. Những trải nghiệm cho người sử dụng tốt nhất cho các nhu cầu giải trí đa phương tiện có thể xem phim chất lượng cao (HD, Full HD, Full HD 3D…) với các cuộc đàm thoại (VoIP), trò chơi video (video game), và các ứng dụng đa phương tiện khác. Sao lưu các tập tin lớn một cách nhanh chóng. Khả năng tương thích ngược với các sản phẩm trước đó, chẳng hạn, nếu sản phẩm WiFi chuẩn n sử dụng đồng thời 2 tần số 2,4GHz và 5GHz thì sẽ tương thích ngược với các sản phẩm 802.11a/b/g. 3. So sánh 802.11n với các chuẩn trước đây: 3.1 Các chuẩn Wireless – 802.11b, 802.11a, 802.11g và 802.11n Khi chúng ta muốn trang bị một thiết bị định tuyến không dây hay bất kỳ các thành phần khác của mạng WLAN (Wireless Local Area Network), có một điều ta luôn cần phải kiểm tra là chuẩn kết nối mạng. Tại sao chúng ta cần phải kiểm tra các chuẩn kết nối mạng? Vì chuẩn 802.11 định nghĩa tốc độ, phạm vi tối đa và khả năng tương thích của các thiết bị không dây. Ta hãy so sánh sự khác biệt lớn giữa các chuẩn này. 802.11 Năm 1997, Viện kỹ sư điện và điện tử (IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers) đưa ra chuẩn mạng nội bộ không dây (WLAN) đầu tiên - được gọi là 802.11 theo tên của nhóm giám sát sự phát triển của chuẩn này. Lúc này, 802.11 sử dụng tần số 2,4GHz và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp (Direct-Sequence Spread Spectrum-DSSS) nhưng chỉ hỗ trợ băng thông tối đa là 2Mbps - tốc độ khá chậm cho hầu hết các ứng dụng. Vì lý do đó, các sản phẩm chuẩn không dây này không còn được sản xuất nữa. 802.11b Từ tháng 6 năm 1999, IEEE bắt đầu mở rộng chuẩn 802.11 ban đầu và tạo ra các đặc tả kỹ thuật cho 802.11b. Chuẩn 802.11b hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, ngang với tốc độ Ethernet thời bấy giờ. Đây là chuẩn WLAN đầu tiên được chấp nhận trên thị trường, sử dụng tần số 2,4 GHz. Chuẩn 802.11b sử dụng kỹ thuật điều chế khóa mã bù (Complementary Code Keying - CCK) và dùng kỹ thuật trải phổ trực tiếp giống như chuẩn 802.11 nguyên bản. Với lợi thế về tần số (băng tần nghiệp dư ISM 2,4GHz), các hãng sản xuất sử dụng tần số này để giảm chi phí sản xuất. Nhưng khi đấy, tình trạng "lộn xộn" lại xảy ra, 802.11b có thể bị nhiễu do lò vi sóng, điện thoại, và các dụng cụ khác cùng sử dụng tần số 2,4GHz, phạm vi phát sóng 100 feet ~ 31m. Tuy nhiên, bằng cách lắp đặt 802.11b ở khoảng cách hợp lý sẽ dễ dàng tránh được nhiễu. Ưu điểm của 802.11b là giá thấp, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11b là tốc độ thấp; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng. 802.11a Song hành với 802.11b, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa vào 802.11 đầu tiên - 802.11a. Chuẩn 802.11a sử dụng tần số 5GHz, tốc độ 54Mbps, phạm vi phát sóng 50 feet ~ 15m tránh được can nhiễu từ các thiết bị dân dụng. Đồng thời, chuẩn 802.11a cũng sử dụng kỹ thuật trải phổ khác với chuẩn 802.11b - kỹ thuật trải phổ theo phương pháp đa phân chia tần số trực giao (Orthogonal Frequency Division Multiplexing-OFDM). Đây được coi là kỹ thuật trội hơn so với trải phổ trực tiếp (DSSS). Do chi phí cao hơn, 802.11a thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, ngược lại, 802.11b thích hợp hơn cho nhu cầu gia đình. Tuy nhiên, do tần số cao hơn tần số của chuẩn 802.11b nên tín hiện của 802.11a gặp nhiều khó khăn hơn khi xuyên tường và các vật cản khác. Do 802.11a và 802.11b sử dụng tần số khác nhau, hai công nghệ này không tương thích với nhau. Một vài hãng sản xuất bắt đầu cho ra đời sản phẩm "lai" 802.11a/b, nhưng các sản phẩm này chỉ đơn thuần là cung cấp 2 chuẩn sóng Wi-Fi cùng lúc (máy trạm dùng chuẩn nào thì kết nối theo chuẩn đó). Ưu điểm của 802.11a là tốc độ nhanh; tránh xuyên nhiễu bởi các thiết bị khác. Nhược điểm của 802.11a là giá thành cao; tầm phủ sóng ngắn hơn và dễ bị che khuất. 802.11g Năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ chuẩn mới hơn được gọi là 802.11g nổi lên trên thị trường; chuẩn này cố gắng kết hợp tốt nhất 802.11a và 802.11b. 802.11g hỗ trợ băng thông 54Mbps và sử dụng tần số 2,4GHz cho phạm vi phủ sóng lớn hơn. 802.11g tương thích ngược với 802.11b, nghĩa là các điểm truy cập (access point -AP) 802.11g sẽ làm việc với card mạng Wi-Fi chuẩn 802.11b... Tháng 7/2003, IEEE phê chuẩn 802.11g. Chuẩn này cũng sử dụng phương thức điều chế OFDM tương tự 802.11a nhưng lại dùng tần số 2,4GHz giống với chuẩn 802.11b. Điều thú vị là chuẩn này vẫn đạt tốc độ 54Mbps và có khả năng tương thích ngược với chuẩn 802.11b đang phổ biến. Ưu điểm của 802.11g là tốc độ nhanh, tầm phủ sóng tốt và không dễ bị che khuất. Nhược điểm của 802.11g là giá cao hơn 802.11b; có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng. 802.11n Chuẩn Wi-Fi mới nhất trong danh mục Wi-Fi là 802.11n. 802.11n được thiết kế để cải thiện tính năng của 802.11g về tổng băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten (gọi là công nghệ MIMO-multiple-input and multiple-output). Khi chuẩn này hoàn thành, 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps. 802.11n cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu. Các thiết bị 802.11n sẽ tương thích ngược với 802.11g. Ưu điểm của 802.11n là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường. Nhược điểm của 802.11n giá cao hơn 802.11g; sử dụng nhiều luồng tín hiệu có thể gây nhiễu với các thiết bị 802.11b/g kế cận.3.2 So sánh 802.11n và 802.11g Vấn đề quan trọng cơ bản của các thiết bị mạng không dây là biết về sự khác nhau giữa các chuẩn. IEEE 802.11 là thiết lập các tiêu chuẩn được cập nhật một cách định kỳ để kiểm soát sự giao tiếp ở một mạng WLAN thông qua tần số 2.4 GHz, 3.6GHz và 5GHz. Khi nói đến các thiết bị liên lạc không dây như bộ định tuyến không dây, điều cần thiết là một tập hợp các tiêu chuẩn được xác định để thiết lập tính thống nhất giữa các sản phẩm không dây khác nhau được sản xuất bởi các công ty khác nhau trên toàn thế giới. Những tiêu chuẩn đầu tiên đã được chứng nhận vào năm 1997 và kể từ đó nó đã đi qua một loạt các sửa đổi định kỳ cũng như công nghệ mạng không dây đã được cải thiện. Hai tiêu chuẩn gần đây nhất là 802.11g ( tuyên bố trong năm 2003) và 802.11n (tuyên bố trong năm 2009). Hầu hết các thiết bị không dây mới nhất được thiết kế cho mạng WLAN, được dựa trên các chuẩn 802.11n hoặc 802.11g.3.2.1 Tần số và tốc độ Đầu tiên, hãy xem xét chuẩn 802.11g. Chuẩn 802.11g, còn được gọi là IEEE 802.11g – 2003 là một trong những tiêu chuẩn mạng phổ biến nhất hiện nay. Tất cả các thiết bị hoạt động trên tiêu chuẩn này đều sử dụng băng tần 2.4GHz của tần số vô tuyến (với băng thông 20MHz). Tần số này giống như chuẩn 802.11b trước đó. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa mà các thiết bị này hoạt động là 54Mb/giây. Tuy nhiên thông lượng mạng chỉ ở khoảng 19 Mb/giây. Tất cả các thiết bị dựa trên chuẩn 802.11g là tương thích ngược với các phần cứng chuẩn 802.11b trước đó. Nó sử dụng một sơ đồ điều chế khác nhau ở tốc độ truyền tải khác nhau. Đối với tốc độ truyền tải dữ liệu cao, nó sử dụng các chương trình phân chia tần số trực giao OFDM. Một nhược điểm chính của tiêu chuẩn này là vấn đề nhiễu sóng từ các thiết bị như lò vi sóng, màn hình điện tử, điện thoại không dây và các thiết bị bluetooth. Chuẩn 802.11n được thiết kế để có một sự cải tiến hơn 802.11g. Thiết bị dựa trên chuẩn này hoạt động trong phạm vi 2.4 GHz và 5 GHz (với băng thông 40MHz). Tiêu chuẩn này cung cấp một tốc độ truyền tối đa trong khoảng từ 54Mb/giây đến 600Mb/giây. Trên thực tế nó đạt được tốc độ khôanrg 130-160 Mb/giây. Việc tăng gấp đôi băng thông từ 20MHz đến 40MHz làm tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu. Nó có một kỹ thuật MIMO là một công nghệ anten thông minhcos cải thiện đáng kể tốc độ truyền dữ liệu. Nó cho phép 4 dòng MIMO. Thiết bị dựa trên chuẩn 802.11n thì tương thích ngược với các chuẩn trước đó. Tuy nhiên, để hoạt động trên băng thông tần số 5 GHz, tất cả các thiết bị truyền thông phải được dựa trên tiêu chuẩn 802.11n. 3.2.2 Phạm vi Về phạm vi, các thiết bị dựa trên chuẩn 802.11g có thể có một phạm vi tối đa trong văn phòng là 38m hay 125 feet. Ngoài trời có thể đạt được là 140m hay 460 feet. Một điều trong việc so sánh mạng không dây giữa chuẩn n và g là phạm vi phủ sóng nó cung cấp. Trong văn phòng, nó cung cấp một phạm vi tối đa là 70m hay 230 feet. Phạm vi ngoài trời có thể mở rộng đến 250m hay 820 feet. Phạm vi này là hơi hạn chế khi hoạt động trên phạm vi 5GHz, nhưng có một lợi thế là ít sự can thiệp của các thiết bị xung quanh. Sự lựa chọn 802.11n sẽ là chắc chắn mang lại lợi ích vì nó cung cấptoosc độ truyền dữ liệu cao hơn, phạm vi phủ sóng lớn hơn và cũng sẽ tương thích với những nâng cấp trong tương lai. Kết lại: 802.11g là giao thức mạng không dây nhanh nhất cho đến khi 802.11n xuất hiện và thu hút thị trường. Giống như 802.11a/b hỗ trợ tốc độ tối đa 54Mbps. Tuy nhiên, không giống như 802.11a, nó hoạt động trên băng thông có tần số 2.4GHz. Điều này có nghĩa là G không tương thích với A. Tuy nhiên, lại tương thích với 802.11b, vì B cũng làm việc trên dải tần 2.4GHz đồng thời gây nhiễu đáng kể với với các thiết bị phổ biến như các điện thoại không dây, Bluetooth, và các sóng khác cũng hoạt động ở băng tần 2.4GHz. 802.11n là một chuẩn đầy tham vọng. Trong thực tế, các đề xuất của nó đã được sửa đổi nhiều lần, và đã được tranh luận trong 7 năm nay. 802.11n sử dụng công nghệ được biết đến trong ngành công nghiệp như MIMO. Trong thực tế, thay vì một thiết bị có một anten duy nhất, thì 802.11n có nhiều anten được bố trí để có tối đa sưc mạnh truyền tải và tiếp nhận tối đa với tốc độ truyền tải tối đa lên đến 300Mbps và hoạt động ở băng tần 2.4 hoặc 5GHz. Tuy nhiên, để sử dụng 5GHz tất cả các thiết bị kết nối 802.11n phải được tuân thủ, và nó sẽ thâm nhập mạnh hơn qua các bức tường bêtong và gạch. Với những cải tiến của 802.11n là phù hợp với thực tế, với nhu cầu phát triển công nghệ. 4. Môi trường và các ứng dụng của 802.11n 4.1 Băng tần kép, LAN gigabit D-Link DIR-885 (299USD) tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 2.0 với tốc độ lý thuyết 300Mbps, băng thông 20MHz/40MHz cho phép hoạt động đồng thời trên 2 băng tần 2,4GHz và 5GHz và đạt chứng nhận 802.11a/b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp. Điểm nổi bật của DIR-885 là có đến 4 cổng LAN gigabit, cổng USB (phục vụ chức năng Share Port) và hình OLED cho phép quan sát trạng thái hoạt động của router một cách thuận tiện và nhanh chóng. Chú ý đến chất lượng sử dụng cho từng người dùng, sản phẩm cũng được trang bị tính năng QoS, WMM (Wi-Fi Multimedia) giúp ưu tiên băng thông cho các ứng dụng như VoIP, xem phim HD, chơi game trực tuyến. DIR-885 trang bị công nghệ Green Ethernet giúp tự động điều chỉnh lượng điện năng tiêu thụ giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ; Good Neighbor Policy tránh gây nhiễu với các thiết bị lân cận khác. Thử nghiệm với USB adapter DWA-160 (74USD) ở chế độ "mixed" (2 băng tần) cho thấy, tốc độ tải xuống/lên của DIR-885 đạt mức cao, kết nối rất ổn định trong môi trường văn phòng (xem chi tiết tại bảng so sánh tốc độ). Thử nghiệm ở tần số 5GHz, tốc độ tăng lên rõ rệt (từ 13% đến 16%) nhưng kết nối không ổn định và vùng phủ sóng kém hơn chế độ "mixed". Sản phẩm đạt tốc độ cao, kết nối ổn định, khả năng linh động cao và hứa hẹn khả năng tương thích tốt, tính năng phong phú, hấp dẫn...DIR-885 là lựa chọn đáng giá. 4.2. Tất cả trong một DrayTek Vigor2820n (230USD) "đa năng" vừa là router ADSL2/2+ vừa là router băng rộng tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 2.0, băng thông 20MHz và đạt chứng nhận 802.11b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp. Vigor2820n (ID: A0809_92) trang bị một cổng LAN gigabit, cổng USB (giao tiếp với máy in hay modem HSPDA) và hỗ trợ 4 SSID đồng thời; WDS cho phép kết nối nhiều thiết bị theo mô hình Bridge và Repeater giúp mở rộng vùng phủ sóng.Để người dùng mạng sử dụng băng thông hiệu quả, sản phẩm trang bị nhiều tính năng giúp cải thiện băng thông cho từng người dùng: giới hạn số phiên làm việc, giới hạn băng thông và quản lý chất lượng dịch vụ QoS. 4.3. Đa "mode" Điểm nổi bật của Edimax BR-6524n (ID:A0901_68) là khả năng hỗ trợ đến 6 chế độ hoạt động: Access Point (AP), Station (Infrastructure), AP Bridge (Point to Point), AP Bridge (Point to MultiPoint), AP Bridge (WDS – Wireless Distribution System) và Universal Repeater. Edimax BR-6524n cũng được trang bị tính năng quản lý chất lượng dịch vụ QoS (Upload/Download) cho phép quản trị mạng phân chia băng thông cho từng địa chỉ IP. Sản phẩm đạt chứng nhận 802.11b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp. Thử nghiệm Wi-Fi với USB adapter EW-7718UN (50USD) đạt kết quả rất khả quan: tốc độ ở mức cao so với thiết bị chuẩn 802.11b/g, kết nối ổn định trong môi trường văn phòng. Nếu ưa chuộng hình thức, hỗ trợ nhiều khả năng tùy biến (6 chế độ hoạt động), tốc độ Wi-Fi cao, kết nối ổn định thì hãy nghĩ đến Edimax BR-6524n. LinkPro WLN-322R-I1 (1.339.000đ) tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 3.0 và có tốc độ lý thuyết 300Mbps như 80.111n draft 2.0. LinkPro WLN-322R-I1 có đến 4 chế độ hoạt động: Bridge, Gateway, Ethernet Converter và AP Client. Sản phẩm cũng hỗ trợ chức năng QoS cho phép định băng thông từ mức 64k đến 60Mbps cho mỗi hướng tải xuống và tải lên; WMM giúp nâng cao tốc độ truyển dữ liệu dạng audio, video... trên mạng Wi-Fi. LinkPro WLN-322R-I1 hỗ trợ đến 7 SSID (tên mạng Wi-Fi) và hỗ trợ chức năng WDS với các chế độ tùy chọn: Lazy (tương tự chế độ Auto), Bridge (làm cầu nối cho các tín hiệu Wi-Fi), Repeater (khuếch đại tín hiệu Wi-Fi). Tương tự D-Link DIR-885, LinkPro WLN-322R-I1 cũng hỗ trợ chức năng tiết kiệm điện- Green AP, tốc độ ở mức cao, kết nối ổn định trong môi trường văn phòng rất xứng đáng cho lựa chọn của bạn. Tóm lại, Wi-Fi thế hệ mới 802.11n thật sự đã mang đến hiệu quả thiết thực cho người dùng. Bằng chứng là tốc độ thực tế của nó tăng lên rất nhiều so với các chuẩn 802.11a/b/g trước đây. Nếu quan tâm đến băng thông lớn, tầm phủ sóng tốt, độ tin cậy cao và hỗ trợ nhiều chế độ cho việc triển khai mở rộng cấu trúc mạng... thì việc trang bị Wi-Fi 802.11n bây giờ là không quá sớm. Chương II. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ MIMO 1. Giới thiệu chung: MIMO có khái niệm được phát triển trong nhiều năm cho cả mạng không dây và có dây. Một trong những ứng dụng MIMO vào mạng không dây sớm nhất là năm 1984 với những đột phá, phát triển bởi phòng thí nghiệm Jack Winters of Bell Laboratories. MIMO tiên phong này được mô tả cách để gửi dữ liệu từ nhiều người dùng trên cùng một tần số/thời gian sử dụng nhiều anten tại máy phát và máy nhận. Dựa vào công nghệ MIMO, các ứng dụng WLAN, Wi-Max, các công ty di động đã có những đột phá quan trọng như hệ thống di động 3G, mã Division Multiple Access (CDMA)… MIMO là sự khởi đầu quan trọng trong kiến trúc công nghệ được kế thừa từ công nghệ SISO (1 đầu vào, 1 đầu ra) hiện nay được sử dụng cho 802.11a/g. Hơn nữa, khả năng băng thông của WLAN với MIMO được mở rộng hơn nhiều so với mạng LAN có dây. Là 1 hệ thống tổng thể sử dụng hai phương pháp riêng biệt. Trước tiên, khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều so với các phương tiện truyền thông khác và phạm vi phủ sóng được cải thiện lớn hơn nhiều so với anten SISO truyền thống. Thứ hai, bổ sung 2 kênh 40 MHz và 20MHz để tăng băng thông sẵn có cho tín hiệu và tăng tốc độ bit rate. Hệ thống mạng WLAN hiện nay sử dụng một đầu vào, một đầu ra (SISO). Trong khi đó MIMO sử dung nhiều anten sẽ cho người nhận mẫu tín hiệu tốt nhất. Ta có sự so sánh sơ lược về SISO và MIMO như sau: - Các hệ thống MIMO thể hiện băng thông tốt hơn đáng kể so với hệ thống SISO trong cả hai băng tần 2.4GHz và 5GHz. Trong băng tần 2.4GHz, thông lượng MIMO là gấp 10 lần so với SISO và ở tần số 5GHz là gấp 16 lần. Các cải thiện này chủ yếu để nâng cao hiệu suất vùng phủ sóng. - Vùng phủ sóng của MIMO lớn hơn đáng kể so với SISO. Trong tần số 2.4GHz, phạm vi phủ sóng gấp 19 lần so với SISO, còn ở tần số 5GHz MIMO cải tiến phạm vi phủ sóng lớn hơn 28 lần so với SISO. - Trong quá trình truyền các dòng dữ liệu từ máy phát, máy nhận sẽ có được tín hiệu tốt nhất nhờ tính năng đa anten truyền và nhận. 802.11a/g AP (non-MIMO) 802.11a/g client (non-MIMO) SISO Max.54Mbps (Một đầu vào, một đầu ra) 802.11n AP (MIMO) 802.11a/g client (non-MIMO) MISO Max.54Mbps (Nhiều đầu vào, một đầu ra) 802.11a/g AP (MIMO) 802.11n client (MIMO) MIMO 150Mbps (Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra) Hình: các cấu hình anten khác nhau 2. Khái niệm về MIMO? MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) là công nghệ truyền thông không dây, trong đó cả đầu nhận lẫn đầu phát tín hiệu đều sử dụng nhiều ăng ten để tối ưu hóa tốc độ truyền và nhận dữ liệu, đồng thời giảm thiểu những lỗi như nhiễu sóng, mất tín hiệu… Điều này nói đến số truyền (M) và nhận (N) anten – ví dụ, một AP với 2 anten truyền và 3 anten nhận gọi là thiết bị MIMO “2x3”. MIMO tận dụng sự dội lại của sóng khi “đụng” phải những chướng ngại trên đường truyền khiến chúng có thể đến được đầu nhận tín hiệu bằng nhiều con đường khác nhau. Hình 5: Multiple Input Multiple Output (MIMO) Trong việc truyền thông bằng sóng vô tuyến, những chướng ngại trên đường truyền từ đầu phát đến đầu nhận như địa hình, các tòa cao ốc, dây điện và những cấu trúc khác trong khu vực đều có thể làm cho sóng bị phản xạ hoặc khúc xạ. Những yếu tố này ít nhiều cũng làm cho sóng bị nhiễu, yếu đi hay mất hẳn. Trong truyền thông kỹ thuật số, những yếu tố nói trên có thể làm giảm tốc độ truyền cũng như chất lượng của dữ liệu. Trong công nghệ MIMO, đầu phát sóng sử dụng nhiều ăng ten để truyền sóng theo nhiều đường khác nhau nhằm tăng lưu lượng thông tin. Dữ liệu truyền sau đó sẽ được tập hợp lại ở đầu nhận theo những định dạng đã được ấn định. Điều này cũng tương tự như đôi tai của chúng ta tiếp nhận đủ thứ âm thanh từ thế giới bên ngoài, nhưng sau đó não bộ sẽ lọc lựa và phân loại những âm thanh đó. Ưu điểm của MIMO là gia tăng tốc độ truyền dữ liệu và mở rộng tầm phủ sóng trên cùng một băng thông, đồng thời giảm chi phí truyền tải. Công nghệ MIMO cho phép đầu nhận phân loại tín hiệu và chỉ nhận tín hiệu mạnh nhất từ một anten. Đây là kỹ thuật giúp 802.11n có thể đạt đến tốc độ 300Mbps. 3. Công nghệ MIMO: Với đặc tả kỹ thuật được phê chuẩn, MIMO (tham khảo ID: A0905_100) là công nghệ bắt buộc phải có trong các sản phẩm Wi-Fi 802.11n. MIMO có thể làm tăng tốc độ lên nhiều lần thông qua kỹ thuật đa phân chia theo không gian (spatial multiplexing) - chia một chuỗi dữ liệu thành nhiều chuỗi dữ liệu nhỏ hơn và phát nhiều chuỗi nhỏ song song đồng thời trong cùng một kênh - tương tự các làn xe trên xa lộ. Ngoài ra, MIMO còn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng và độ tin cậy (giảm tỉ lệ lỗi) của thiết bị thông qua một kỹ thuật được gọi là phân tập không gian (spatial diversity). Kết hợp với công nghệ MIMO là 2 kỹ thuật (tùy chọn): Mã hóa dữ liệu STBC (Space Time Block Coding) giúp cải thiện việc thu/phát tín hiệu trên nhiều anten; và chế độ HT Duplicate (MCS 32) - cho phép gửi thêm gói tin tương tự cùng lúc lên mỗi kênh 20MHz khi thiết bị hoạt động ở chế độ 40MHz – giúp tăng độ tin cậy cho thiết bị phát. Ví dụ, hệ thống MIMO NxM có N kênh phát và M kênh thu. Các tín hiệu từ mỗi kênh phát có thể đến kênh thu thông qua một đường duy nhất, cho phép ghép kênh không gian – kỹ thuật gửi nhiều luồng dữ liệu trong cùng một kênh, nhờ vậy tốc độ truyền dữ liệu sẽ tăng theo cấp số nhân. 3.1 Nâng cao tần số Hình 4: Các kênh 20MHz và 40MHz Ngoài những lợi ích đạt được từ MIMO, công nghệ 802.11n còn sử dụng một số kỹ thuật khác nhằm tăng tốc độ dữ liệu nhanh hơn bằng cách sử dụng kênh (channelization) rộng hơn. Thay vì chỉ sử dụng kênh 20MHz như các chuẩn 802.11a/b/g trước đây, chuẩn 802.11n sử dụng cả hai kênh 20MHz và 40MHz. Các kênh 40MHz giúp tốc độ truyền dữ liệu tăng gấp đôi, lên đến 150Mbps/một chuỗi dữ liệu không gian (spatial stream). 3.2 Tăng cường hiệu năng Ngoài công nghệ MIMO, các thiết bị còn có thể được tích hợp thêm một số kỹ thuật khác để tăng tốc độ. Đầu tiên là kỹ thuật SGI (Short Guard Interval) cũng có thể góp phần cải thiện tốc độ bằng cách giảm kích thước của khoảng cách giữa các symbol (ký hiệu). Bên cạnh đó là một số kỹ thuật trên lớp vật lý với các cải tiến nhằm giảm overhead (gói tin mào đầu) - trực tiếp góp phần cải thiện tốc độ. Để giảm overhead, 802.11n dùng kỹ thuật tập hợp khung (frame aggregation - FA) - ghép hai hay nhiều khung (frame) thành một frame đơn để truyền đi. Chuẩn 802.11n sử dụng 2 kỹ thuật ghép frame: A-MSDU (Aggregation - MAC Service Data Units) hay viết gọn là MSDU - làm tăng kích thước khung dùng để phát các frame qua giao thức MAC (Media Access Control) và A-MPDU (Aggregation - MAC Protocol Data Unit) - làm tăng kích thước tối đa của các frame 802.11n được phát đi lên đến 64K byte (chuẩn trước chỉ có 2304byte). Một cách cải thiện thông lượng bổ sung khác là giảm kích thước frame ACK xuống còn 8byte (chuẩn cũ là 128byte). Ngoài ra, một kỹ thuật được gọi là SGI (Short Guard Interval) cũng có thể góp phần cải thiện 10% tốc độ bằng cách giảm khoảng cách giữa các symbol (ký hiệu) từ 4 nano giây xuống còn 3,6 nano giây. Cuối cùng là kỹ thuật GreenField Preamble được sử dụng để rút ngắn gói tin đầu tiên của frame (preamble) nhằm cải thiện hiệu năng và công suất tiêu thụ cho thiết bị. 4. Nguyên tắc hoạt động: Công nghệ MIMO có rất nhiều lợi ích đối với người dùng. Đầu tiên đó là trường hợp có nhiều người dùng cùng truy cập vào cùng một tài nguyên Wi-Fi. Ví dụ, trong văn phòng có thể có một nút Wi-Fi đặt ở phòng chờ, mọi người có thể kết nối đến nút này khi uống cafe sáng trong giờ nghỉ giải lao ở đó. Trước khi có chuẩn 802.11n, nếu có nhiều người dùng cùng truy cập vào một nút 802.11n, lúc này hiệu suất truy cập sẽ bị giảm một cách đáng kể. Còn với công nghệ mới này, mỗi anten có thể được gán cho một người dùng và tất cả người dùng (giả định rằng số lượng người dùng nhỏ hơn hoặc bằng số anten) sẽ không nhận thấy sự giảm về tốc độ truy cập. 4.1 Sự phân bố của anten MIMO cũng có nhiều lợi ích khi chỉ có một người dùng. Chúng ta giả sử tình huống trong phòng chờ của văn phòng. Lúc này cho rằng chỉ có một người dùng đang truy cập vào nút Wi-Fi. Mặc dù một trong số các đồng nghiệp của bạn đang sử dụng điện thoại di động blackberry của họ thì vẫn có một lượng sóng ngắn đang được phát ra, hay thậm chí có ai đó đang sử dụng điện thoại không dây. Đây là một vấn đề cũ đối với Wi-Fi. Nó là tình huống mà trong đó chỉ có một người sử dụng Wi-Fi nhưng lại rất khó khăn trong việc nhận tín hiệu vì có quá nhiều tạp âm trong môi trường (tạp âm