Wireless Network_11_Một số đại lượng vật lý liên quan đến tần số vô tuyến

dBm

dBm là đơn vị để đo công suất (công suất tuyệt đối), m viết tắt của milliwatt.

dBm được tính dựa trên sự so sánh công suất cần tính (đo bằng mW) với 1 mW.

Công thức tính:

dBm = 10 x log 10 (P/1mW)

Tương đương

dBm = 10 x log 10 (P)

Trong đó P là công suất, đơn vị là mW.

Ví dụ biết công suất đo bằng milliwatt là 30 mW, có thể đổi sang đơn vị dBm bằng công thức:

10 x log10(30) = 14.77 dBm

Có thể làm tròn thành 15 dBm.

Bảng sau cho biết một số giá trị chuyển đổi giữa mW và dBm (đã được làm tròn).

mW	dBm
1	0.00
10	10.00
20	13.01
30	14.77
40	16.02
50	16.99
100	20.00
1000	30.00
4000	36.02

Ưu điểm của việc sử dụng đơn vị dBm so với sử dụng mW là khả năng tính toán đơn giản dựa trên phép cộng và trừ dB thay vì phép nhân và phép chia giữa các số quá lớn và các số quá nhỏ.

Ví dụ, công suất tín hiệu của một thiết bị là 14.77 dBm (tương đương 30 mW), thực hiện khuếch đại tín hiệu này lên 6 dB. Có thể dễ dàng tính được công suất tín hiệu sau khi được khuếch đại là 20.77 dBm. Ngoài ra, nếu dựa trên quy tắc số 10 và số 3, ta có:

30 mW + 6 dB

Tương đương

30 mW + 3 dB + 3 dB = 120 mW

Chú ý: 20.77 dBm tương đương 119,4 mW, giá trị này xấp xỉ với giá trị đúng là 120 mW.

Bảng sau cung cấp một số giá trị chuyển đổi giữa mW và dBm.

dBm	Watt	dBm	Watt	dBm	Watt
0	1.0 mW	16	40 mW	32	1.6 W
1	1.3 mW	17	50 mW	33	2.0 W
2	1.6 mW	18	63 mW	34	2.5 W
3	2.0 mW	19	79 mW	35	3 W
4	2.5 mW	20	100 mW	36	4 W
5	3.2 mW	21	126 mW	37	5 W
6	4 mW	22	158 mW	38	6 W
7	5 mW	23	200 mW	39	8 W
8	6 mW	24	250 mW	40	10 W
9	8 mW	25	316 mW	41	13 W
10	10 mW	26	398 mW	42	16 W
11	13 mW	27	500 mW	43	20 W
12	16 mW	28	630 mW	44	25 W
13	20 mW	29	800 mW	45	32 W
14	25 mW	30	1.0 W	46	40 W
15	32 mW	31	1.3 W	47	50 W

dBi

dBi là đơn vị đo độ lợi công suất của anten RF. Được tính bằng cách so sánh độ lợi của anten cần đo với công suất phát lý tưởng của một anten đẳng hướng. Anten đẳng hướng này là một anten lý tưởng, nghĩa là nó có thể phát ở mức công suất như nhau theo mọi hướng trong không gian. Anten lý tưởng này không tồn tại trong thực tế. Chữ i trong dBi là viết tắt của từ isotropic (đẳng hướng).

Chú ý, dBi được sử dụng để đo độ lợi công suất có hướng của anten, cụ thể, dBi được tính toán dựa vào công suất đầu vào của anten và công suất phát thực tế theo hướng truyền tín hiệu RF.

dBd

Tương tự dBi, dBd cũng được sử dụng để đo độ lợi công suất có hướng của anten. Trong khi dBi được tính toán bằng cách so sánh độ lợi có hướng với anten đẳng hướng, thì dBi được tính toán bằng cách so sánh độ lợi có hướng với anten lưỡng cực. Chữ d là viết tắt của dipole.

Sự khác nhau giữa dBi và dBd? Vì giá trị dBd được tính dựa trên độ lợi công suất của anten lưỡng cực, mà độ lợi công suất của anten lưỡng cực là 2.14 dBi (được tính dựa trên công suất phát của anten đẳng hướng). Do đó, một anten với độ lợi tính bằng dBd là 7 dBd, thì sẽ có độ lợi tính bằng dBi là 9.14 dBi. Nói tóm lại, muốn đổi từ đơn vị dBd sang dBi chỉ cần cộng thêm 2.14, và ngược lại đổi từ dBi sang dBd chỉ cần trừ đi 2.14. Nghĩa là 0 dBd = 2.14 dBi.

SNR

Nhiễu nền (hay nhiễu nền RF), được gây ra bởi các hệ thống khác hoặc các hoạt động của tự nhiên, tạo ra năng lượng trong dải tần số điện từ.

SNR (signal-to-noise ratio) là tỉ số tín hiệu trên nhiễu. SNR là tỉ số giữa công suất của tín hiệu RF và công suất của nhiễu nền.

Để dễ hiểu, hãy tưởng tượng khi bạn ở trong một phòng họp lớn. Ở đó có rất nhiều người đang cùng trao đổi với nhau, bây giờ, bạn muốn nói một điều gì đó cho tất cả mọi người đều nghe được, bạn dùng hai bàn tay tạo thành hình cái loa, đưa lên miệng và nói lớn. Trong tình huống này, âm thanh trao đổi của mọi người trong phòng chính là nhiễu nền, và tiếng nói của bạn chính là âm thanh hoặc thông tin quan trọng cần tuyền. SNR trong tình huống này là tỉ lệ giữa âm thanh của bạn và âm thanh do các trao đổi của mọi người.

Trong các hệ thống WLAN, SNR là một độ đo rất quan trọng. Nếu công suất của nhiễu nền quá gần với công suất của tín hiệu thu (tại thiết bị thu), sẽ làm sai lệch tín hiệu hoặc thậm chí không thể phát hiện và thu nhận được tín hiệu tại thiết bị thu. Thiết bị thu không thể phát hiện và thu nhận được tín hiệu khi công suất của nhiễu điện từ trong môi trường truyền cao hơn công suất của tín hiệu thu. Quay lại ví dụ về âm thanh ở trên,  Khi bạn cố gắng nói lớn trong một phòng có rất nhiều người cũng đang nói lớn, thì cái “nói lớn” của bạn cũng chẳng có ý nghĩa gì, tuy nhiên, nếu bạn nói lớn trong một phòng cũng có rất nhiều người đang nói thầm (hoặc rất nhỏ) thì cái “nói lớn” của bạn sẽ có ý nghĩa hơn. Trong tình huống này không phải bạn nói lớn hơn mà là do “nhiễu nền” đã bị mất đi (hoặc đã giảm đi rất nhiều). Tín hiệu RF cũng bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh theo cách giống như vậy.

RSSI

RSSI (received signal strength indicator), chỉ số cường độ tín hiệu thu, là chỉ số để đo độ mạnh của tín hiệu tại thiết bị thu (ví dụ anten), được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.11. Giá trị RSSI càng lớn, độ mạnh của tín hiệu càng lớn. Chỉ số RSSI không sử dụng đơn vị đo và miền giá trị cụ thể, IEEE 802.11 cũng không định nghĩa việc chuyển đổi giữa chỉ số RSSI với các đơn vị tính công suất khác như mW hoặc dBm.

Cisco sử dụng các giá trị từ 0 tới 100 để đo chỉ số RSSI trên các thiết bị. Trong khi Atheros sử dụng các giá trị từ 0 tới 60. Do vậy, nếu chỉ dựa vào giá trị RSSI của thiết bị người dùng sẽ không thấy được “độ mạnh” của các thiết bị, nên các ứng dụng thường chuyển các giá trị RSSI này sang dạng phần trăm.

Ví dụ, một cạc mạng của Atheros thông báo cường độ của tín hiệu đo bằng chỉ số RSSI là 47, dựa vào giá trị này phần mềm ứng dụng sẽ tính toán để chuyển giá trị này sang dạng phần trăm:

47/60 x 100 = 78.3 % so với cường độ tín hiệu cao nhất

Bằng cách nào phần mềm ứng dụng biết được được giá trị lớn nhất của chỉ số RSSI là 60 (với thiết bị của Atheros)? Trong chuẩn của IEEE đã quy định tham số RSSI_MAX là giá trị RSSI lớn nhất. Các nhà sản xuất thường chọn chỉ số RSSI bằng 0 để biểu thị cường độ của một tín hiệu thấp hơn ngưỡng nhận tín hiệu của thiết bị.

Giá trị RSSI_MAX của mỗi nhà sản xuất là khác nhau, ví dụ, Cisco là 100, Atheros là 60.

Các nhà sản xuất cũng tự đưa ra quy định để chuyển đổi giữa cường độ công suất tính bằng dBm sang chỉ số RSSI. Như vậy, từ chỉ số RSSI_MAX của các nhà sản xuất khi chuyển sang dạng dBm sẽ có giá trị khác nhau, kết quả là, một thiết bị có thể thông báo cường độ tín hiệu là 100% nhưng có thể cường độ tín hiệu này (tính bằng dBm) sẽ thấp hơn một thiết bị của hãng khác cũng thông báo cường độ tín hiệu đạt 100%.

Ví dụ, có hai nhà sản xuất A và B, cả hai đều chọn chỉ số RSSI bằng 100 là RSSI_MAX. Tuy nhiên, A quy ước chỉ số RSSI = 100 tương ứng với công suất -12 dBm, B quy ước RSSI = 100 tương ứng với công suất -15 dBm. Giả sử cứ giảm 0.7 dBm công suất, thì chỉ số RSSI sẽ giảm đi 1 đơn vị. Xem xét trường hợp thiết bị của nhà sản xuất A giảm chỉ số RSSI xuống 4 đơn vị, khi đó chỉ số RSSI = 96, tương đương cường độ tín hiệu còn 96 %. Tới đây bạn không thể khẳng định thiết bị của nhà sản xuất B có hiệu suất cao hơn thiết bị của nhà sản xuất A vì thiết bị của B có chỉ số phần trăm cường độ tín hiệu cao hơn của A.

Nếu muốn so sánh cường độ tín hiệu dựa trên chỉ số RSSI, nên thực hiện so sánh trên các thiết bị của cùng một nhà sản xuất.

Chỉ số RSSI cũng được thiết bị thu sử dụng để làm giá trị ngưỡng trong việc quyết định kết nối và ngắt kết nối giữa các kênh, các mạng không dây.

------------------------------------------------

Tham khảo:

[8] Tom Carpenter, 2008, CWNA Official Study Guide, Mc Gram-Hill

[9] http://dictionary.bachkhoatoanthu.gov.vn

[10]http://vntelecom.org

Wireless Network_10_Một số đại lượng vật lý liên quan đến tần số vô tuyến

Watt

Công suất là phần năng lượng chuyển qua một bề mặt trong một đơn vị thời gian.

Watt là đơn vị để đo công suất, một watt là sự thay đổi năng lượng một joule trong một giây. Một watt tương đương với năng lượng của dòng điện có cường độ một ampe và hiệu điện thế một volt.

Một ampe tương ứng với dòng chuyển động của 6, 24150948 · 10¹⁸ điện tử e (một culông) trong một giây qua một diện tích dây dẫn.

Quan sát một hệ thống tưới, có vòi phun để điều chỉnh. Bạn có thể điều chỉnh vòi phun với các mức khác nhau. Độ mở của vòi phun giống như ampe trong hệ thống điện. Áp lực nước trong đường ống giống như hiệu điện thế của dòng điện. Muốn phun nhiều nước, có thể tăng áp lực của dòng nước hoặc mở to vòi phun hoặc cả hai. Tương tự cho hệ thống điện, muốn tăng công suất, thực hiện tăng hiệu điện thế, tăng cường độ dòng điện hoặc tăng cả hai.

Milliwatt

Hệ thống WLAN không cần sử dụng công suất ở mức cao để truyền tín hiệu. Ví dụ, bạn có thể nhìn thấy ánh sáng của một bóng đèn có công suất bảy watt ở khoảng cách 83Km vào ban đêm. Ánh sáng nhìn thấy là một phần của phổ sóng điện từ, ví dụ này minh họa khoảng cách cho phép thu tín hiệu sóng điện từ là rất lớn. Các thiết bị trong WLAN sử dụng đơn vị đo 1/1000 watt để đo công suất, gọi là milliwatt (mW), 1 W = 1000 mW.

Các thiết bị không giây dùng trong gia đình và văn phòng nhỏ có công suất phát không vượt quá 30mW, dùng trong doanh nghiệp thường ở mức dưới 100mW. Một vài thiết bị đặc biệt sử dụng công suất phát ở mức 300mW hoặc 600mW

Các thiết bị dùng trong kết nối site-to-site cho phép công suất tới 4W.

Decibel (dB)

Decibel (dB) là đơn vị so sánh, được sử dụng để so sánh tỉ lệ giữa hai giá trị.

dB là đơn vị đo công suất tương đối (so sánh cái này với cái khác).

Có thể sử dụng dB để so sánh sự khác nhau giữa hai mức công suất. Bạn có thể nói, công suất của anten đã được tăng lên 6 dB hoặc đã bị giảm đi 3 dB so với công suất ban đầu. Phát biểu này có nghĩa là anten đã được tăng độ lợi lên 6 dB hoặc đã bị suy hao 3 dB.

Vì các thiết bị không dây có thể thu nhận và xử lý với các tín hiệu ở mức rất thấp, nên người ta thường sử dụng dBm để nói về độ mạnh/yếu của tín hiệu nhận được, thay vì sử dụng mW. Ví dụ, một tín hiệu được truyền đi ở công suất 4 W (4000 mW hoặc 36 dBm) và bị suy hao -63 dB, độ mạnh của tín hiệu chỉ còn lại 0.002 mW (-27 dBm). Thay vì nói, độ mạnh của tín hiệu là 0.002 mW, ta sẽ nói rằng độ mạnh của tín hiệu là -27 dBm.

Một decibel bằng 1/10 của bel, hay 1 bel = 10 decibel. Bel được đưa ra bởi Bell Laboratories để tính mức độ suy hao công suất trong truyền thông bằng điện thoại, dưới dạng so sánh tỉ lệ. Nói một cách đơn giản hơn, 1 bel là giá trị tương đương với tỉ lệ giữa hai công xuất là 10:1. Do đó, hai công suất có tỉ lệ 200:20 tương đương 1 bel (10:1), và 200:40 là 0.5 bel (5:1) và 200:10 là 2 bel (20:1).

Để tính chính xác giá trị decibel, cần sử dụng hàm logarit cơ số mười. Ví dụ để tính tỉ số của hai công suất P1, và P2, sử dụng công thức sau:

dB = 10log(P1/P2)

Tuy nhiên để đơn giản trong việc tính toán liên quan đến công suất phát tín hiệu, có thể thực hiện tính toán gần đúng bằng việc sử dụng quy tắc số 10 và số 3. Sau đây là các quy tắc cơ bản:

1. 3 dB độ lợi tương đương gấp đôi công suất phát

2. 3 dB suy hao tương đương giảm một nửa công suất phát

3. 10 dB độ lợi tương đương gấp mười lần công suất phát

4. 10 dB suy hao tương đương giảm mười lần công suất phát

5. Độ lợi và suy hao đo bằng dB là các giá trị tích lũy (cumulative)

Ví dụ, 3 dB độ lợi tương đương gấp đôi công suất phát, nghĩa là nếu công suất phát ban đầu là 100 mW cộng với 3 dB độ lợi bằng 200 mW, hoặc công suât phát ban đầu là 30 mW cộng 3 dB độ lợi bằng 60 mW.

Quy tắc 5 cho biết độ lợi và suy hao được tính toán như những giá trị có tính chất tích lũy, nghĩa là 6 dB độ lợi tương đương tăng độ lợi 3 dB hai lần. Do đó, công suất ban đầu là 100 mW, nếu cộng 6 dB độ lợi, kết quả sẽ là công suất 400 mW. Ví dụ sau minh họa cụ thể hơn:

40 mW + 3 dB + 3 dB + 3 dB = 320 mW

40 mW x 2 x 2 x 2 = 320 mW

Tiếp theo là ví dụ có cả quá trình tăng độ lợi và suy hao:

40 mW + 3 dB + 3 dB – 3 dB = 80 mW

40 mW x 2 x 2/2 = 80 mW

Quy tắc 3 và 4 nói rằng 10 dB độ lợi hoặc 10 dB suy hao tương đương với việc tăng độ mạnh hoặc giảm độ mạnh của công suất 10 lần.

Ví dụ:

40 mW + 10 dB + 10 dB = 4000 mW

40 mW x 10 x 10 = 4000 mW

Ta thấy, thêm 10 dB độ lợi hai lần sẽ làm tăng công suất của một tín hiệu từ 40 mW lên 4000 mW.

Ví dụ cho trường hợp suy hao:

40 mW – 10 dB = 4 mW

40 mW/10 = 4 mW

Trên đây đã trình bày về quy tắc số 10 và số 3. Tuy nhiên, bạn cũng cần nắm được những tính toán có kết hợp cả quy tắc số 10 và số 3 trong trường hợp có hiện tượng tăng độ lợi hoặc suy hao với giá trị là một số nguyên lần của 3 hoặc 10. Khi đó cần có sự kết hợp linh hoạt giữa hai quy tắc. Ví dụ, hãy tính độ mạnh của tín hiệu 12 mW khi tăng độ lợi 16 dB:

12 mW + 16 dB = 480 mW

Viết đầy đủ của phép toán trên, đầu tiên tăng 10 dB độ lợi, sau đó tăng 3 dB độ lợi hai lần, ta có:

12 mW + 10 dB + 3 dB + 3 dB = 480 mW

12 mW x 10 x 2 x 2 = 480 mW

Đôi khi cũng phải tính toán với cả quá trình tăng độ lợi và suy hao với các giá trị là số nguyên bất kì. Ví dụ sau là một tình huống giả lập, mục đích để minh họa tính phức tạp khi thực hiện các tính toán liên quan đến công suất của tín hiệu RF:

30 mW + 7 dB – 5 dB + 12 dB – 6 dB = Giá trị công suất

Nhìn qua phép toán trên, có cảm giác là không thể áp dụng quy tắc số 10 và số 3 để tính toán; tuy nhiên, vì tính chất tích lũy của độ lợi và suy hao khi tính bằng dB nên có thể viết lại công thức trên như sau:

30 mW + 7 dB + (–5 dB) + 12 dB + (– 6 dB) = Giá trị công suất

Tương đương

30 mW + 8 dB = Giá trị công suất

Bây giờ, biểu diễn số 8 qua các số 10 và 3

8 = + 10 + 10 – 3 – 3 – 3 - 3

Áp dụng quy tắc số 10 và số 3

30 mW + 10 dB + 10 dB – 3 dB – 3 dB – 3 dB – 3 dB = 187.5 mW

Hay 30 mW x 10 x 10 /2/2/2/2 = 187.5 mW

Bảng sau cho biết cách thức biểu diễn các độ lợi có giá trị từ 1 dB tới 10 dB thông qua quy tắc số 10 và số 3.

Độ lợi (dB)	Biểu diễn thông qua quy tắc số 10, số 3
1	+ 10 – 3 – 3 – 3
2	+ 3 + 3 + 3 + 3 – 10
3	+ 3
4	+ 10 – 3 -3
5	+ 3 + 3 + 3 + 3 + 3 – 10
6	+ 3 + 3
7	+ 10 – 3
8	+ 10 + 10 – 3 - 3 - 3 – 3
9	+ 3 + 3 + 3
10	+ 10

--------------------

Tham khảo:

[8] Tom Carpenter, 2008, CWNA Official Study Guide, Mc Gram-Hill

Wireless Network_9_Các hiện tượng (behavior) xảy ra khi truyền tần số vô tuyến

Suy hao phản hồi

Khi VSWR có giá trị lớn hơn 1.0:1, sẽ có hiện tượng phản xạ ngược trong hệ thống, làm suy hao tín hiệu RF ở các mức độ khác nhau. Độ suy hao phản hồi là phần năng lượng phản xạ lại bộ phát hoặc bộ truyền tín hiệu RF. Đơn vị đo là dB, là tỉ số giữa năng lượng sóng tới và năng lượng sóng phản xạ. Hậu quả gây ra bởi suy hao phản hồi có thể làm giảm biên độ của tín hiệu RF được truyền. Trong một số trường hợp nó có thể phát hủy máy phát tín hiệu RF và các thiết bị khác trong hệ thống.

Để giảm VSWR và suy hao phản hồi, cần tránh sự sai khác về trở kháng giữa các thiết bị. Có nghĩa, cần sử dụng các thiết bị (máy phát RF, cáp, đầu nối) có độ trở kháng càng giống nhau càng tốt. Trong hệ thống RF, giá trị trở kháng thường sử dụng là 50 ohm. Nên mua các thiết bị đồng bộ từ một nhà sản xuất, điều này sẽ đảm bảo độ trở kháng của các thiết bị là như nhau. Trong trường hợp phải sử dụng các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, cần phải kiểm tra để đảm bảo các thiết bị có cùng độ trở kháng. Công cụ để đo VSWR là SWR metter.

Sự khuếch đại

Khuếch đại là quá trình tăng biên độ của tín hiệu RF. Quá trình tạo ra độ lợi bị động không phải là khuếch đại, mà chỉ là quá trình tập trung hoặc điều hướng tín hiệu RF.

Khuếch đại được thực hiện thông qua bộ khuếch đại, đây là quá trình tạo độ lợi chủ động.

Nhiều access point cho phép chọn các công suất phát khác nhau, việc thay đổi công suất phát này không dựa trên kĩ thuật của một bộ khuếch đại, mà dựa trên việc tác động để làm thay đổi biên độ của tín hiệu RF phát ra. Kĩ thuật thực hiện ở đây có thể là điều chỉnh pha của các tín hiệu phát ra từ access point.

Sự suy giảm tín hiệu

Suy giảm tín hiệu là quá trình giảm biên độ của tín hiệu RF. Quá trình này đôi khi được thực hiện có chủ ý, bằng việc sử dụng bộ suy giảm (attenuator), làm giảm độ mạnh của tín hiệu để phù hợp với quy định của các tổ chức quản lý nhà nước về tần số vô tuyến. Suy hao là kết quả của quá trình suy giảm tín hiệu, và tăng độ lợi là kết quả của quá trình khuếch đại. Cáp truyền tín hiệu RF, đầu nối, và các thiết bị khác có các mức suy giảm tín hiệu khác nhau, mức độ suy giảm tín hiệu được đo bằng decibel trên foot, suy hao này còn được gọi là suy hao chèn (insertion loss). Suy hao chèn là suy hao do gắn thêm các đối tượng (cáp, đầu nối, thiết bị) vào đường truyền tín hiệu RF từ nguồn tới bộ phát định hướng.

Sự lan truyền sóng

Cách thức sóng RF di chuyển qua một môi trường được gọi là sự lan truyền sóng. Khi một tín hiệu RF truyền qua một môi trường nhất định, luôn có hiện tượng suy giảm tín hiệu. Tín hiệu RF rời khỏi anten phát, theo lý thuyết, nó sẽ lan truyền xuyên qua môi trường xung quanh và đi đến vô tận.

Tuy nhiên, khi tín hiệu RF vượt quá một khoảng cách nào đó, chúng ta sẽ không thể thu nhận được tín hiệu, giới hạn này được gọi là giới hạn hữu dụng của tín hiệu. Có hiện tượng này là do có sự suy giảm tín hiệu xảy ra trong môi trường truyền.

Sự suy giảm có thể do tín hiệu RF bị hấp thụ bởi các đối tượng vật chất trên đường truyền, hoặc do hiện tượng suy hao không gian tự do.

Suy hao không gian tự do

Suy hao không gian tự do là sự suy yếu của tín hiệu RF do quá trình phân tán năng lượng của sóng RF khi lan truyền.

Hình sau minh họa về sự lan truyền của sóng sau khi được phát ra từ anten.

Sự mở rộng không gian lan truyền của sóng làm giảm biên độ của tín hiệu, tại các vị trí khác nhau có độ giảm biên độ khác nhau. Ví dụ, nếu đặt anten thu tại vị trí B, sẽ thu được tín hiệu yếu hơn khi đặt anten thu tại vị trí A.

Hiện tượng mở rộng không gian lan truyền còn được gọi là hiện tượng phân kỳ chùm sóng (beam divergence).

Giá trị phân kỳ = (D1 – D2)/L

Trong đó,

o D1: đường kính của chùm sóng tại vị trí xa anten

o D2: đường kính của chùm sóng tại vị trí gần anten

o L: khoảng cách giữa D1 và D2

Để dễ hiểu về suy hao không gian tự do, có thể tưởng tượng khi thổi bong bóng bằng kẹo cao su (singum hay chewing-gum), ta thấy độ dày của vỏ bong bóng sẽ giảm đi khi bong bóng được thổi to lên. Tương tự như vậy, tín hiệu RF cũng sẽ yếu đi khi vùng phủ sóng tăng lên hoặc khoảng cách truyền sóng tăng lên.

Sự suy giảm độ mạnh của tín hiệu tuân theo hàm logarit. Ví dụ, một tín hiệu 2.4 GHz sẽ suy giảm 80dB ở 100m đầu tiên và 6dB ở 100m tiếp theo.

Công thức tính suy hao không gian tự do:

LP = 36.6 + (20*log₁₀(F)) + (20* log₁₀(D))

Trong đó,

o LP: suy hao không gian tự do

o F: tần số sóng, đơn vị là MHz

o D: khoảng cách truyền, đơn vị là dặm (mile), 1 dặm = 1609m

Nếu D tính theo km thì công thức được sửa lại là:

LP = 32.4 + (20*log₁₀(F)) + (20* log₁₀(D))

Ví dụ, tính suy hao không gian tự do khi sử dụng dải tần 2.4 GHz (cụ thể là 2450MHz), tại ví trí cách anten phát là 100m.

LP = 32.4 + (20*log₁₀(2450)) + (20* log₁₀(0.1))

= 32.4 + 67.78 - 20 = 80.18

Như vậy, tại vị trí 100 m tín hiệu RF bị suy hao 80.18 dB

Đa đường truyền và trễ tín hiệu

Khi tín hiệu bị đổi hướng trong các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và tán xạ, chúng sẽ tạo ra hiện tượng đa đường truyền.

Đa đường truyền xảy ra khi có nhiều đường truyền tín hiệu, hay nhiều tín hiệu khác nhau cùng đến anten thu tại một thời điểm hoặc sai khác ở mức nano giây (nanosecond).

Đa đường truyền có thể xảy ra ở ngoài trời khi có hiện tượng phản xạ tín hiệu RF (do tín hiệu gặp phải các tòa nhà trên đường tuyền). Ví dụ hình dưới đây.

Đa đường truyền cũng xảy ra ở trong nhà, các vật dụng có thể gây ra hiện tượng này gồm: tủ đựng hồ sơ, các bức tường, bàn làm việc, cửa, và các vật dụng khác.

Ở trong nhà, tín hiệu truyền từ thiết bị phát đến thiết bị thu (từ access point đến các máy laptop) rất ít khi truyền theo đường thẳng, mà thường bị cản bởi các vật dụng khác. Điều này có nghĩa là, tín hiệu mà các thiết bị thu nhận được thường là tín hiệu đi qua con đường phản xạ.

Khoảng thời gian chênh lệch giữa tín hiệu thứ nhất và tín hiệu thứ hai đến thiết bị thu, khi có hiện tượng đa đường truyền gọi là trễ tín hiệu. Các tín hiệu đến thiết bị thu có thể cùng pha hoặc lệch pha nhau. Nếu hai tín hiệu cùng pha nó sẽ làm cho tín hiệu nhận được tại thiết bị thu mạnh hơn, ngược lại nếu hai tín hiệu lệch pha, nó sẽ làm cho tín hiệu nhận được tại thiết bị thu bị yếu đi, sai lệch, hoặc bị triệt tiêu.

--------------------------

Tham khảo:

[8] Tom Carpenter, 2008, CWNA Official Study Guide, Mc Gram-Hill

Wireless Network_8_Các hiện tượng (behavior) xảy ra khi truyền tần số vô tuyến

Khúc xạ

Khúc xạ là hiện tượng đổi hướng đường đi (bị bẻ cong) của sóng điện từ (bức xạ điện từ), hay các sóng nói chung, khi lan truyền trong môi trường vật chất không đồng nhất.

Với các môi trường khác nhau, như tường gạch, tường bê tông, gỗ, chất dẻo, sẽ có chỉ số khúc xạ khác nhau.

Chỉ số khúc xạ giúp xác định khả năng xảy ra khúc xạ của môi trường.

Khi bạn đeo kính cận thị, viễn thị…v.v, chính là bạn đang mang một thiết bị khúc xạ. Kính sẽ làm khúc xạ hoặc bẻ cong sóng ánh sáng, giúp ánh sáng phát ra từ vật cần quan sát sẽ tập trung vào đúng vị trí của võng mạc, giúp bạn nhìn rõ vật.

Hình sau đây minh họa hiện tượng khúc xạ.

Như trong hình minh họa ở trên, khi tín hiệu RF bị khúc xạ, cũng có một phần tín hiệu RF bị phản xạ, và một phần tín hiệu RF bị hấp thụ.

Hiệu tượng khúc xạ tín hiệu RF ít xảy ra trong các tòa nhà, mà thường xảy ra khi truyền qua môi trường không khí có các tính chất thay đổi như nhiệt độ, áp suất, hoặc hơi nước. Vì vậy cần quan tâm đến hiện tượng khúc xạ tín hiệu RF trong các liên kết không dây kiểu site – to – site.

Vấn đề cần quan tâm là: nếu tín hiệu RF bị thay đổi hướng truyền so với dự định khi đi từ thiết bị phát tới thiết bị thu, sẽ làm cho thiết bị thu không thể nhận và xử lý tín hiệu. Hậu quả là làm ngắt kết nối hoặc tăng tỉ lệ lỗi truyền. Đặc biệt cần quan tâm tới vấn đề này trong các khu vực thường xuyên có sự thay đổi bất thường về thời tiết.

Nhiễu xạ

Nhiễu xạ là hiện tượng sóng bị thay đổi hướng truyền, hoặc thay đổi cường độ khi sóng đi qua cạnh của vật cản.

Hình sau minh họa hiện tượng nhiễu xạ.

Ở hình minh họa trên, sóng RF đã bị thay đổi hướng truyền, thay vì bị bẻ cong theo hướng đi vào trong hoặc đi ra ngoài vật cản như trường hợp khúc xạ, sóng RF sẽ đi vòng qua vật cản.

Để dễ hình dung, có thể quan sát ví dụ sau, khi ném một cục đá xuống mặt hồ, sẽ xuất hiện sóng lan truyền trên mặt nước, hãy lấy một cái que cắm thẳng xuống mặt hồ và quan sát hình ảnh của sóng lan truyền, sẽ thấy sóng bị bẻ cong quanh cái que, vì sóng không thể xuyên qua được cái que. Que càng lớn sẽ có ảnh hưởng càng nhiều đến sự lan truyền của sóng.

Nhiễu xạ thường xảy ra khi có các vật cản như tòa nhà, ngọn đồi nhỏ, và các đối tượng có kích thước lớn trên đường truyền tín hiệu RF.

Tán xạ

Trong vật lý hạt, tán xạ là hiện tượng các hạt bị bay lệch hướng khi va chạm vào các vật khác.[7]

Tán xạ xảy ra khi tín hiệu RF va đập vào bề mặt không bằng phẳng (bề mặt không đồng nhất), làm cho tín hiệu bị phân tán thay vì bị hấp thụ, làm suy hao tín hiệu RF. Có thể gọi hiện tượng tán xạ là hiện tượng đa phản xạ.

Tán xạ cũng có thể xảy ra khi tín hiệu RF đi qua môi trường có chứa các phần tử vật chất có kích thước nhỏ hơn bước sóng. Trong trường hợp này, rất khó phát hiện ra hiện tượng tán xạ. Một số môi trường gây ra tán xạ gồm: địa hình núi đá, khu vực có nhiều cây lá, khu vực có nhiều lớp hàng rào, khu vực đang mưa, khu vực có nhiều bụi.

Hình sau minh họa hiện tượng tán xạ.

Hấp thụ

Hấp thụ là sự chuyển đổi năng lượng tín hiệu RF thành nhiệt. Hấp thụ xảy ra do các phân tử của môi trường truyền không thể chuyển động nhanh bằng sóng RF.

Ví dụ về hiện tượng hấp thụ.

Các vật liệu có khả năng hấp thụ tín hiệu RF trong dải tần 2.4GHz gồm: nước, tường thạch cao, tường bê tông, gỗ, cơ thể con người.

Hiện tượng hấp thụ được ứng dụng để làm nóng thức ăn trong lò vi ba. Dải tần của sóng điện từ trong lò vi ba là 2.45GHz, công suất phát sóng từ 700 watt đến 1400 watt. Trong khi công suất phát của thiết bị WLAN từ 30milliwatt đến 4 watt.

Hiện tượng hấp thụ còn giải thích cho sự suy giảm của tín hiệu trong hội trường đông người (so với khi không có người) do sự hấp thụ tín hiệu RF của con người.

Mỗi loại vật liệu sẽ có mức độ hấp thụ tín hiệu RF khác nhau, bảng sau cho biết mức độ hấp thụ tín hiệu RF của một số vật liệu. Khi thực hiện các khảo sát hoặc giải quyết các trục trặc liên quan đến WLAN cần phải xem xét tới ảnh hưởng của các loại vật liệu này.

Vật liệu	Mức độ hấp thụ
Tường thạch cao	3 - 5 dB
Tường kính và khung kim loại	6 dB
Cửa ra vào bằng kim loại	6 - 10 dB
Cửa sổ	3dB
Tường bê tông	6 - 15 dB
Tường xây thông thường	4 - 6 dB

Tỉ số sóng đứng điện áp (VSWR)

Sóng đứng (còn gọi là sóng dừng), là sóng tổng hợp của hai sóng có cùng biên độ, cùng tần số nhưng truyền ngược chiều nhau, hiện tượng này có thể xảy ra trong môi trường truyền sóng, khi sóng truyền tổng hợp với sóng phản xạ, có các điểm với biên độ dao động cực đại (gọi là bụng), xen kẽ với các điểm có biên độ cực tiểu (nút). Các bụng và các nút cách đều nhau và đứng yên. Khoảng cách giữa hai bụng (hay nút) liên tiếp bằng một nửa bước sóng. Sóng đứng không truyền năng lượng đi.

Trong hình trên, N là nút sóng, B là bụng sóng. Trong môi trường chất lỏng (ví dụ nước) ở bụng sóng các hạt vật chất chỉ chuyển động theo phương thẳng đứng. Ở nút sóng, các hạt vật chất chỉ chuyển động theo phương ngang vuông góc với hướng truyền sóng.[9]

Hình sau minh họa rõ hơn về sóng đứng.

Tỉ số sóng đứng (SWR-standing wave ratio) là tỉ lệ giữa biên độ tại bụng sóng và nút sóng.

Tỉ số sóng đứng điện áp (VSWR) là một đại lượng dùng để đo tỉ số sóng đứng trên một đường truyền dẫn RF.

Trong lĩnh vực WLAN, trước khi tín hiệu RF được phát ra ngoài bởi anten, nó tồn tại dưới dạng một dòng điện xoay chiều (AC) trong hệ thống truyền. Luôn có hiện tượng suy giảm tín hiệu RF trong hệ thống truyền này. Sự suy giảm tín hiệu trong mỗi loại cáp, đầu nối, và các thiết bị khác là khác nhau. Trong các hệ thống được thiết kế hợp lý thì cũng không thể tránh được những suy giảm này. Tuy nhiên có một tình huống đáng quan tâm hơn, là các loại cáp, đầu nối và thiết bị có trở kháng khác nhau.

Khi cáp, đầu nối, và các thiết bị nằm trong đường truyền tín hiệu RF từ máy phát tín hiệu RF tới anten có trở kháng khác nhau; Ví dụ trở kháng của cáp là 50 ohm, trở kháng của đầu nối là 75 ohm; Sẽ gây ra tín hiệu RF phản xạ, có cùng tần số, biên độ với tín hiệu RF truyền, làm suy giảm hoặc triệt tiêu sóng RF truyền.

VSWR là một tỉ số, được biểu diễn dưới dạng X:1, trong đó 1 là trở kháng lý tưởng, X là giá trị thay đổi. Giá trị của X càng gần về 1, nghĩa là hệ thống có sự phối hợp trở kháng càng tốt. Nếu VSWR có giá trị 1:1 nghĩa là hệ thống có sự phối hợp trở kháng hoàn hảo, không có sóng đứng xuất hiện trong đường truyền tín hiệu RF.

Bảng sau thể hiện một số giá trị của VSWR và ý nghĩa của nó.

VSWR	Ý nghĩa
1.0:1	Hệ thống lý tưởng, không tồn tại trong thực tế.
1.5:1	Phối hợp trở kháng tốt, chỉ có 4% năng lượng bị suy hao.
2.0:1	Phối hợp trở kháng chấp nhận được, có khoảng 11% năng lượng bị suy hao.
6.0:1	Phối hợp trở kháng xấu, có khoảng 50% năng lượng bị suy hao.
10:1	Phối hợp trở kháng không thể chấp nhận, năng lượng bị suy hao gần như hoàn toàn.
vô cùng :1	Không sử dụng để đo trở kháng

Để dễ hình dung về VSWR, hãy xem xét ví dụ sau: có một máy bơm nước được đấu với ống nước A, kích thước của A vừa đủ để truyền lượng nước máy bơm cung cấp, hệ thống sẽ chạy bình thường. Thực hiện đấu ống nước B vào ống nước A, ống B có kích thước nhỏ hơn ống A, trong trường hợp này ống B sẽ gây ra sự không tương thích về trở kháng, hay nói cách khách, ống B không thể truyền hết được lượng nước mà ống A đang truyền. Kết quả là tạo ra áp lực ngược trở lại cho ống A và máy bơm. Trong trường hợp này, sẽ có một số tình huống xấu có thể xảy ra: lượng nước chảy ra tại ống B sẽ nhỏ hơn khả năng thực của máy bơm và ống A, máy bơm có thể bị hư, ống A có thể bị vỡ, khớp nối giữa A và B có thể bị rò rỉ hoặc bị vỡ…v.v. Như vậy, tình huống ít xấu nhất là lượng nước chảy ra tại ống B sẽ nhỏ hơn so với khả năng thật sự của máy bơm và ống A.

--------------------------------

Tham khảo

[1] Trần Nghiêm, 2012, Bản chất của bức xạ điện từ, thuvienvatly.com

[2] website http://www.wi-fi.org

[3] website: http://www.wirelessvn.com

[4] website: http://vi.wikibooks.org/wiki/S%C3%B3ng_%C4%90i%E1%BB%87n_T%E1%BB%AB

[5] Trần Nghiêm, Lịch sử điện từ học, thuvienvatly.com

[6] http://vi.wikibooks.org/wiki/S%C3%B3ng_%C4%90i%E1%BB%87n_T%E1%BB%AB#.E1.BB.A8ng_D.E1.BB.A5ng

[7] http://vi.wikipedia.org

[8] Tom Carpenter, 2008, CWNA Official Study Guide, Mc Gram-Hill

[9] http://dictionary.bachkhoatoanthu.gov.vn