Căn bản về sóng vô tuyến

[friends]

Căn bản về sóng vô tuyến (radio)
Thuật ngữ radio (sóng vô tuyến) đề cập đến việc truyền điện từ trong không gian. Nó bao gồm nhiều ứng dụng khác nhau từ AM, FM đến điện thoại di động và vi sóng số mặt đất. Một số sóng như AM, FM là sóng quảng bá 1 chiều. Việc truyền điện từ chỉ xảy ra theo 1 hướng và nó thường có kiểu cấu hình là một-nhiều (one-to-many). Ngược lại, sóng 2 chiều cho phép tất cả các thực thể đều có thể truyền và nhận, chúng có thể có cấu hình point-to-point (phổ biến trong ứng dụng viễn thông) hay cấu hình point-to-multipoint như WLAN hay mạng di động.

Một kiến trúc quan trọng phân biệt với truyền thông vô tuyến 2 chiều chính là sự khác nhau giữa FDD (Frequency Division Duplex) và TDD (Time Division Duplex). Trong FDD, bạn sử dụng một tần số khác để mang thông tin theo mỗi hướng và 2 tần số phải cách nhau đủ để chúng không làm nhiễu nhau. FDD có thể làm đơn giản hóa một cách đáng kể công việc của người thiết kế và nó cho phép hoạt động theo kiểu full-duplex tức là việc truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. Tuy nhiên, nó cũng phải chịu những vấn đề như việc bạn phải phân chia phổ thành 2 băng tần và điều đó có thể là không hiệu quả về mặt quang phổ bởi vì chúng có thể khóa băng thông của mỗi chiều. Đối với TDD thì chúng sẽ thực hiện tất cả các truyền thông vô tuyến trên cùng 1 kênh nhưng luân phiên giữa việc truyền và lắng nghe. Mặc dù TDD sẽ tạo ra tình huống half-duplex ở lớp vật lý và yêu cầu radio (bộ phát sóng) phải có khả năng chuyển rất nhanh giữa truyền và nhận nhưng nó lại hiệu quả hơn về mặt quang phổ. Nó cho phép tạo ra các kênh dễ dàng hơn, nó có thể cung cấp việc phân phối bandwidth thay đổi theo thời gian cho mỗi hướng.

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của radio (bộ phát sóng) chính là công suất. Rõ ràng, công suất phát của radio được đặt trưng bởi đường truyền, cable, hay anten và thường được tính theo đơn vị watt (W) hay miliwatt (mW). Bảng dưới là một số chuyển đổi giữa công suất tính theo watt và tính theo decibel

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/92-table7-1.gif

(hết)

[danghoangkhanh]

Đặc tính của sóng vô tuyến:

Sóng vô tuyến dường như hoạt động thất thường và không nhất quán trong một trường hợp cụ thể nào đó. Những vật nhỏ như đầu nối không đủ chặt hoặc trở kháng các thiết bị không tương thích với nhau cũng có thể gây nên những biến đổi thất thường và kết quả không như mong đợi.

2.2.1. Độ khuếch đại (gain):

Độ khuếch đại là thuật ngữ được sử dụng để mô tả sự gia tăng biên độ của tín hiệu sóng vô tuyến. Độ khuếch đại thường là một tiến trình chủ động, nghĩa là một nguồn công suất bên ngoài như bộ khuếch đại sóng vô tuyến được sử dụng để mở rộng tín hiệu hoặc một anten độ khuếch đại cao được sử dụng để tập trung chùm tín hiệu nhằm gia tăng biên độ tín hiệu.
Tuy nhiên, các tiến trình thụ động cũng có thể dẫn đến độ khuếch đại. Ví dụ: tín hiện sóng vô tuyến bị phản xạ có thể kết hợp với các tín hiệu chính để gia tăng cường độ của tín hiệu chính. Gia tăng cường độ tín hiệu vô tuyến có thể mang lại kết quả tích cực hoặc tiêu cực. Thường thì công suất phát càng lớn càng tốt, nhưng trường hợp trạm truyền phát ra nguồn công suất rất gần với giới hạn công suất hợp pháp thì việc tăng thêm công suất phát có thể gây ra những hậu quả không lường.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_3.jpg

2.2.2Sự suy hao (loss):
Sự suy hao miêu tả độ suy giảm cường độ tín hiệu. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến suy hao tín hiệu vô tuyến, cả trong lúc tín hiệu vẫn còn trong cáp như tín hiệu dòng xoay chiều tần số cao và cả khi tín hiệu được truyền như sóng vô tuyến qua không khí bởi anten.
Trở kháng của cáp và đầu nối gây nên sự suy hao tín hiệu vì phải chuyển đổi tín hiệu xoay chiều sang nhiệt. Trở kháng không tương thích giữa cáp và đầu nối cũng có thể gây nên năng lượng phản xạ ngược trở lại nguồn phát, gây ra suy giảm tín hiệu.
Các đối tượng nằm trên đường truyền của sóng được phát có thể gây nên sự hấp thụ, phản xạ hoặc làm mất hoàn toàn tín hiệu vô tuyến. Sự suy hao có thể bị xen vào mạch một cách chủ động bằng các bộ suy hao tín hiệu. Các bộ làm suy hao tín hiệu là các điện trở chuyển đổi dòng xoay chiều tần số cao sang nhiệt nhằm làm suy giảm biên độ tín hiệu tại điểm đó trên mạch điện.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_4.jpg

Việc đánh giá và bù đắp tổn hao tín hiệu tại một kết nối vô tuyến hoặc một mạch là vấn đề quan trọng vì sóng vô tuyến có ngưỡng độ nhạy sóng. Ngưỡng độ nhạy sóng được định nghĩa là điểm mà tại đó sóng vô tuyến có thể phân biệt rõ ràng một tín hiệu từ nhiễu nền. Vì độ nhạy của trạm nhận là có giới hạn, vì vậy trạm truyền phải truyền một tín hiệu có biên độ đủ lớn để có thể nhận biết được ở nơi nhận. Nếu xảy ra suy hao tín hiệu giữa trạm truyền và trạm nhận, có thể loại bỏ những đối tượng gây ra suy hao hoặc gia tăng công suất truyền.

2.2.3. Sự phản xạ (reflection):
Sự phản xạ xảy ra khi sóng điện từ đang truyền tác động đến một đối tượng có kích thước lớn so với bước sóng của sóng được truyền. Sự phản xạ xảy ra từ bề mặt trái đất, các tòa nhà, tường và từ nhiều vật cản khác. Nếu bề mặt trơn phẳng thì tín hiệu bị phản xạ vẫn không bị ảnh hưởng mặc dù vẫn bị suy hao do sự hấp thụ và tán xạ.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_5.jpg

Sự phản xạ tín hiệu có thể gây nên nhiều vấn đề nghiêm trọng cho mạng không dây. Sự phản xạ của tín hiệu chính từ các đối tượng trong khu vực truyền gây ra hiện tượng đa đường (multipath). Hiện tượng đa đường có thể gây ra những ảnh hưởng bất lợi nghiêm trọng cho mạng không dây, như làm suy giảm hoặc là từ chối tín hiệu chính và gây ra những lỗ hổng (hole) hay khe hở (gap) trong vùng phủ sóng vô tuyến. Những bề mặt như mặt hồ, mái kim loại, rèm hay cửa kim loại và các vật cản khác có thể gây ra phản xạ, theo sau đó là hiện tượng đa đường.

2.2.4. Sự khúc xạ (refraction):
Sự khúc xạ mô tả những đường gấp khúc của sóng vô tuyến khi chúng đi qua môi trường có chiết suất khác nhau. Khi sóng vô tuyến đi qua môi trường có chiết suất lớn hơn sóng sẽ bị bẻ gãy như là thay đổi hướng đi. Khi đi qua môi trường như vậy, sóng có thể bị phản xạ trở lại theo hướng tín hiệu được mong đợi, hoặc có thể thay đổi sang hướng khác.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_6.jpg

Sự khúc xạ có thể trở thành vấn đề lớn đối với các liên kết vô tuyến có khoảng cách lớn. Khi điều kiện môi trường thay đổi, sóng vô tuyến có thể thay đổi hướng, đi chệch hướng với đích mong muốn.

2.2.5. Sự nhiễu xạ (diffraction):
Sự nhiễu xạ xảy ra khi đường sóng vô tuyến giữa trạm truyền và trạm nhận bị che khuất bởi bề mặt không bằng phẳng. Với tần số cao, sự nhiễu xạ giống như khúc xạ, tùy thuộc vào dạng hình học của đối tượng che khuất và biên độ, pha và độ phân cực của sóng tại điểm xảy ra nhiễu xạ.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_7.jpg

Nhiễu xạ thường không rõ ràng và dễ nhầm lẫn với khúc xạ. Nhiễu xạ mô tả sóng bị uốn cong quanh vật cản trong khi khúc xạ mô tả sóng đổi hướng đi qua môi trường.
Nhiễu xạ là sự chậm lại của sóng vô tuyến trước điểm mà tại đó sóng gặp phải chướng ngại vật, trong khi những phần còn lại của sóng không bị cản tiếp tục duy trì tốc độ như tốc độ truyền sóng. Nhiễu xạ là kết quả của sự xoay chiều hay uốn cong của sóng quanh vật cản.

2.2.6. Sự tán xạ (scattering):
Sự tán xạ xảy ra khi môi trường truyền dẫn mà sóng đi qua tồn tại các đối tượng có kích thước nhỏ hơn bước sóng của tín hiệu và số lượng các vật cản trên một đơn vị thể tích là lớn. Sóng bị tán xạ xuất phát từ các bề mặt gồ ghề, các đối tượng kích thước nhỏ hoặc các thành phần gây trở ngại trên đường truyền tín hiệu. Ví dụ: những đối tượng có thể gây phân tán sóng cho hệ thống truyền thông di động như cây cối, …


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_8.jpg

Sự tán xạ xảy ra theo hai cách:
- Sự tán xạ có thể xảy ra khi sóng va phải một bề mặt không phẳng và bị phản xạ lại đồng thời theo nhiều hướng, tán xạ dạng này tạo ra nhiều tín hiệu phản xạ biên độ nhỏ dẫn đến tiêu hủy tín hiệu chính ban đầu. Tín hiệu bị mất có thể xảy ra khi sóng vô tuyến bị phản xạ từ bề mặt đất, đá, hay các bề mặt răng cưa. Khi bị tán xạ theo dạng này, sẽ xảy ra tình trạng suy giảm tín hiệu dẫn đến truyền thông gián đoạn và có thể dẫn đến mất tín hiệu hoàn toàn.
- Sự tán xạ có thể xảy ra khi tín hiệu đi qua môi trường truyền dẫn có tỷ trọng lớn, trong trường hợp này sóng bị phản xạ riêng lẻ trên từng phần tử.

2.2.7. Sự hấp thụ (Absorption):
Sự hấp thụ sóng xảy ra khi tín hiệu sóng gặp phải vật cản và bị hấp thụ do chất liệu của vật cản nhưng sóng không đi qua cũng không bị phản xạ hay uốn cong quanh đối tượng.


http://usera.imagecave.com/vnpro2/Wifi_9.jpg