Quản trị mạng - Chapter 02: Anten và các thiết bị phụ trợ

Nội dung text: Quản trị mạng - Chapter 02: Anten và các thiết bị phụ trợ

1. Chapter 02 ANTEN & CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
2. Mục tiêu ❖Nhiệm 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 WLAN ❖Bộ khuếch đại. ❖Bộ giảm tín hiệu. ❖Bộ tách . 2
3. Nội dung ⚫ Nguyên lý hoạt động của anten. ⚫ Anten vô tuyến ⚫ Các thiết bị cấp nguồn ⚫ Các thiết bị phụ trợ trong WLAN. ⚫ Tính toán công suất của anten. 3
4. Nguyên lý hoạt động của anten ⚫ Anten 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. 4
5. Line 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. 5
6. Fresnel Zone ⚫ Miền 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. 6
7. Độ khuếch đại của anten ⚫ Độ 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. 7
8. Dạng 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. 8
9. Búp 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. 9
10. Sự 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. 10
11. Trở 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. 11
12. Anten 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). 12
13. Anten 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 13
14. Anten Đẳng Hướng (Omni/Dipole-directional) Phân cực dọc 25 độ Phân cực ngang 360 độ Đồ thị bức xạ của anten Rubber Duck (độ lợi (gain) 9dBi, phân cực dọc, trở kháng 50Ohm, Anten Rubber Duck VSWR <1,5:1, công suất tối đa 100W) 14
15. Anten Đẳng Hướng (Omni/Dipole-directional) Phân cực dọc 8 độ Phân cực ngang 360 độ Anten Omni- Đồ thị bức xạ của anten Vertical Omni-directional (độ lợi (gain) 12dBi, phân cực dọc, trở kháng directional 50Ohm, VSWR <1,5:1, công suất tối đa 100W) 15
16. 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. 16
17. Anten định hướng (Semi-directional). ⚫ Anten 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) 17
18. Anten định hướng- Anten Patch 18
19. Usage of semi-directional antenna 19
20. Định hướng cao (Highly-directional). Anten 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. 20
21. Định hướng cao (Highly-directional). 21
22. Anten hình cánh quạt (sectorized) Anten cánh quạt là anten hoạt động theo hướng back to back với một anten hình cánh quạt khác. 22
23. MIMO Antenna Systems - Hệ 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. 23
24. Các thiết bị phụ trợ trong WLAN ⚫ Bộ 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. 24
25. Các thiết bị phụ trợ trong WLAN ⚫ Bộ 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. 25
26. Các thiết bị phụ trợ trong WLAN ⚫ Bộ 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. 26
27. Các thiết bị phụ trợ trong WLAN ⚫ Bộ 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. 27
28. Tính toán công suất ⚫ Có 4 thông số cần tính trong mạng WLAN gồm : ❖ Công suất tại bộ phát sóng ❖ Độ 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). 28
29. Tính toán công suất ⚫ Giới thiệu đơn vị đo đầu tiên ❖ W (Watt) đơn vị đo cơ bản của công suất là Watt (W). ❖ 1W = 1V * 1A ❖ FCC 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 km ⚫ Miliwatt (mW) ❖ 1 W= 1000 mW 29
30. Tính toán công suất ⚫ Đơn vị dB hoặc dBm ❖ Đơn 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. 30
31. Tính toán công suất ⚫ Để 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) 31
32. Tính toán công suất ⚫ Ta có bảng đơn vị chuyển đổi như sau: Vậy 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. 32
33. Tính toán công suất ⚫ Ví dụ1 : Chuyển từ đơn vị dBm sang W: +43 dBm = ? W • Ta có: 43 = 0 + 10 + 10 + 10 +10 + 3 • Vậy 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 mW • 10mW x 10 = 100 mW • 100 mW x10 = 1000mW • 1000mW x 10 = 10,000 mW • 10,000mW x2 = 20,000 mW = 20 W • Vậy ta có +43 dBm là tăng một lượng công suất là 20 W 33
34. Tính toán công suất ⚫ 34
35. Tính toán công suất ⚫ Ví 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