Chương 1 bắt đầu bằng việc tìm hiểu hiện trạng, sự phát triển, cũng như nhu cầu của hệ thống thông tin hiện tại. Các phần tiếp theo là động lực thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển chuẩn công nghệ cho dải sóng millimét. Cuối chương là yêu cầu với anten cho những hệ thống hoạt động tại dải sóng millimét, và kết quả mong muốn thực hiện trong luận văn. Nhu cầu mạng không dây hiện nay Ngày nay, trong xu thế hội nhập, toàn cầu hóa, cùng với sự bùng nổ của khoa học kĩ thuật hiện đại, công nghệ viễn thông tiên tiến, những ứng dụng, dịch vụ đa phương tiện được đưa tới người dùng với nội dung, chất lượng ngày một nâng cao.
Nhu cầu về dịch vụ tích hợp tốc độ cao dường như sẽ phát triển nhanh chóng trong tương lai gần. Đây là một thách thức lớn đối với những nhà nghiên cứu cũng như nhà cung cấp dịch vụ khi cần phải xây dựng chuẩn cho các công nghệ kĩ thuật nhằm đáp ứng được nhu cầu này. Sự chấp nhận một thế hệ của công nghệ Ethernet được quyết định bởi các yếu tố như kinh tế, nhu cầu, và tốc độ tại đó giá của công nghệ mới cạnh tranh được so với công nghệ cũ. Vì giá của 100 Mbps Ethernet giảm và bằng giá của 10 Mbps Ethernet trước đó, người dùng sẽ nhanh chóng chuyển sang Ethernet tốc độ 100 Mbps có mức hiệu năng cao hơn.
Trong tháng 1 năm 2007, Ethernet tốc độ 10 Gbps truyền trên sợi cáp đồng được giới thiệu, thêm vào đó, Ethernet tốc độ gigabit có tính kinh tế hơn cho những kết nối sever và kết nối desktop với giá rẻ hơn giá của công nghệ 100 Mbps. Như một hệ quả, công nghệ Ethernet tốc độ gigabit trở thành chuẩn cho những máy chủ, và những hệ thống ngày nay đuợc thiết kế với card mạng tốc độ gigabit. Khi giá của hệ thống gigabit không dây đạt tới giá của đường truyền/ kết nối 100 Mbps, người dùng sẽ chuyển sang sản phẩm có hiệu năng cao hơn, cho cả những ứng dụng không dây truyền thống, cũng như cho những ứng dụng hệ thống với tốc độ gigabit. Trong khía cạnh của một mô hình kinh tế, giao tiếp không dây đang hướng tới cách tiếp cận cần cho tốc độ gigabit và kết nối vùng rộng hơn như những ứng dụng xuất hiện cho mạng audio/visual (A/V) gia đình, 10 multimedia chất lượng cao, dịch vụ thoại và số liệu.
Hệ thống WLANs có thể cung cấp tốc độ cực đại là 54 Mbps, với 200 – 500 Mbps như IEEE 802.11n, chuẩn bị đưa vào khai thác. Tuy nhiên, ngay cả tốc độ với 500 Mbps, WLANs cũng không thể đáp ứng được nhu cầu truy cập tốc độ cao hơn từ những chương trình mới và sự cạnh tranh từ mạng LANs 10 Gbps. Thêm vào đó, tương lai mạng A/V gia đình sẽ yêu cầu tốc độ dữ liệu lên tới Gbps để hỗ trợ cho nhiều dòng A/V tốc độ cao (ví dụ truyền tải video không nén chất lượng cao với độ phân giải lên tới 1920x1080, với kích thước lưới từ 5 tới 10 ms). Dựa trên yêu cầu kĩ thuật của những ứng dụng cho hệ thống không dây tốc độ cao, những nhà xây dựng chuẩn công nghệ cần phải tính tới những vấn đề sau: • Áp lực tăng tốc độ dữ liệu sẽ vẫn tiếp tục.
• Yêu cầu cho những ứng dụng đa phương tiện (multimedia) không dây, độ phân giải cao, yêu cầu tốc độ truyền lớn hơn. • Dòng dữ liệu và thời gian download cũng như phục hồi dữ liệu cho thiết bị di động và thiết bị cá nhân sẽ cùng đặt ra yêu cầu vào nguồn dữ liệu chia sẻ. Một vài huớng tiếp cận, như IEEE 802.11n, đang tăng tốc độ dữ liệu bằng cách cải tạo những chuẩn WLANs để tăng tốc độ dữ liệu và đạt tới tốc độ nhanh gấp 10 lần so với IEEE 802. Những yếu tố khác như băng thông rộng đang đòi hỏi nhiều hơn nữa những biện pháp hữu hiệu, như chia sẻ phổ với những người sử dụng khác.
Một cách khác chắc chắn đưa vào thực tế là phương pháp đưa lên dải tần cao hơn, chưa đuợc sử dụng và không thông dụng đó là dải tần với bước sóng millimét (millimeter wave - MW). Mặc dù công nghệ sóng mm đã được công bố trong nhiều năm gần đây, nhưng hệ thống sóng mm mới chỉ đuợc khai thác chủ yếu trong lĩnh vực quân sự. Hiện tại với những ưu điểm trong công nghệ xử lý và những giải pháp tích hợp chi phí thấp, công nghệ này đã bắt đầu thu hút sự quan tâm lớn từ những chuyên gia, nhà thương mại và những nhà xây dựng chuẩn. Nói chung, công nghệ sóng mm được phân loại theo tần số từ 30 GHz tới 300 GHz tương ứng với bước sóng từ 10 tới 1 mm.
Tuy đem lại nhiều ưu điểm, nhưng hệ thống thông tin dựa trên công nghệ sóng mm cũng gặp phải nhiều vấn đề cần phải giải quyết, như chuẩn IEEE 802.11n sẽ tăng hiệu 11 năng của hệ thống thông tin không dây, nhưng mới chỉ băng thông được tăng lên, còn tốc độ dữ liệu vẫn thấp hơn 1 Gbps. Dưới đây là hình ảnh minh họa tốc độ dữ liệu và phạm vi yêu cầu cho những hệ thống WLAN và WPAN.1: Tốc độ dữ liệu, phạm vi chuẩn WLAN và WPAN và ứng dụng. Bởi vì cần có sự phân biệt giữa những chuẩn khác nhau cho sự khai thác thương mại.3c được dùng để cung cấp tốc độ gigabit và vùng hoạt động rộng hơn. Tại những tốc độ và phạm vi này, việc cung cấp năng lượng thích hợp cho hoạt động của hệ thống sóng mm phải đảm bảo một liên kết ổn định, tin cậy đó là nhiệm vụ khó khăn.
Hơn thế nữa, lan truyền trễ của kênh cũng là vấn đề một giới hạn khác trong truyền tin tốc độ cao. Những giá trị trễ lan truyền lớn có thể dễ dàng tăng độ phức tạp của hệ thống vượt quá giới hạn cân bằng. Động lực phát triển 1. Dải tần số và môi trường truyền sóng Hình 1.2: Phổ tần số Thông tin vô tuyến bảo đảm việc phát thông tin đi xa nhờ các sóng điện từ.
Môi trường truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nước, đôi khi là các lớp địa chất của mặt đất) là chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến. Việc phân kênh chủ 12 yếu dựa vào tiêu chuẩn tần số. Phổ tần tổng cộng và miền áp dụng của chúng được chỉ ra tại hình 1. • Các phương thức truyền lan sóng điện từ Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường khác nhau.
Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quả đất gọi là sóng đất hay sóng bề mặt, còn các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện ly hay sóng trời và sóng không gian (gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất).3: Các phương thức truyền sóng Sóng điện từ lan truyền từ anten phát đến anten thu có thể theo nhiều phương thức khác nhau được thể hiện trên hình 1. Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, truyền trong vài km tầng dưới của khí quyển. Sóng trực tiếp lan truyền giữa các đường thẳng anten phát và anten thu, còn gọi là LOS. Vì thế sóng không gian bị hạn chế bởi độ cong của trái đất.
Sóng phản xạ từ đất là sóng phản xạ từ bề mặt trái đất khi lan truyền giữa anten phát và thu. Độ cong của trái đất tạo nên chân trời đối với sự truyền lan sóng không gian, thường gọi là chân trời vô tuyến. Có thể kéo dài chân trời vô tuyến bằng cách nâng cao anten phát hoặc thu (hay cả hai) bằng tháp hoặc đặt trên đỉnh núi hoặc toà nhà.4 chỉ ra ảnh hưởng của độ cao anten đến chân trời vô tuyến. Chân trời vô tuyến nhìn thẳng đối với một anten bằng: d = 2h Trong đó: d: Khoảng cách đến chân trời vô tuyến (dặm); h: Độ cao anten so với mực nước biển (phít).4: Sóng không gian và chân trời vô tuyến Do đó, khoảng cách giữa anten phát và anten thu là: d = dt + d r = 2 ht + 2 hr Trong đó: d là tổng khoảng cách (dặm), dt , d r là chân trời vô tuyến đối với anten phát và thu (dặm hoặc km), ht , hr là độ cao anten phát và thu (phít hoặc mét).
Khoảng cách cực đại giữa máy phát và máy thu trên đất trung bình có thể tính gần đúng theo công thức sau (đơn vị mét): d (max) = 17 ht + 17 hr Như vậy, khoảng cách truyền sóng không gian có thể tăng bằng cách tăng độ cao anten phát, anten thu hoặc cả hai. Do các điều kiện ở tầng dưới khí quyển hay thay đổi nên mức độ khúc xạ thay đổi theo thời gian. Đặc điểm dải sóng milimét Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm dải sóng milimét và những ứng dụng có thể được triển khai trên dải tần này. Băng tần Ka (30/20 GHz) được sử dụng rất hạn chế vì điều kiện truyền sóng rất khó khăn do bị suy hao lớn vì mưa.
Một số nước đang nghiên cứu thực nghiệm và triển khai tích cực các ứng dụng trên băng tần này như Mỹ, Đức, Italy, Nhật bản, Hàn quốc. Nhưng với khả năng cung cấp dải băng thông rất lớn dải tần 30 GHz được kì vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày một tăng về dịch vụ tích hợp tốc độ cao. Sau đây là những ưu điểm và đặc điểm chính của công nghệ 30 GHz. - Chưa được đưa vào khai thác, sử dụng nhiều.
14 - Hoạt động ổn định cao: Do hoạt động trong phạm vi ngắn, độ rộng búp sóng hẹp và không có tường hấp thụ. Giới hạn hoạt động gần như tự do. - Khả năng tái sử dụng tần số cao. Công nghệ ổn định.
- Suy hao đường truyền lớn trong khí quyển và mưa. Công nghệ này có thể sử dụng trong triển khai Internet tốc độ cao. Truyền số liệu, ảnh, dữ liệu, âm thanh với tốc độ cao trong phạm vi hẹp phù hợp cho các hệ thống thông tin yêu cầu tính bảo mật cao phục vụ cho quân sự và an ninh quốc gia. Một số ứng dụng công nghệ sóng milimét Công nghệ sóng mm cho nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với những hệ thống thông tin hiện tại.
Một trong những tiêu chí quyết định khiến cho công nghệ sóng mm thu hút chú ý quan tâm trong thời gian gần đây là việc cung cấp lượng băng thông chưa sử dụng rất lớn. Trong khi có thể cung cấp băng thông cho mục đích băng thông rộng (UWB), thì dải tần 30 GHz là dải liên tục và ít bị hạn chế bởi giới hạn công suất và có rất ít người đang sử dụng.
