So sánh Mạng Có Dây (Wired) và Mạng Không Dây (Wireless) – Nền Tảng của Lý Thuyết Truyền Sóng RF

[dangquangminh]

So sánh Mạng Có Dây (Wired) và Mạng Không Dây (Wireless) – Nền Tảng của Lý Thuyết Truyền Sóng RF


Trong thế giới mạng hiện đại, cả mạng có dây (Wired Network) và mạng không dây (Wireless Network) đều có những vai trò riêng. Hiểu được sự khác biệt giữa hai mô hình này là bước đầu tiên để nắm vững các công nghệ Wi-Fi, RF và truyền thông vô tuyến. Mạng Có Dây (Wired Network)


Trong mạng có dây, hai thiết bị muốn giao tiếp với nhau phải được kết nối bằng một môi trường vật lý như Cáp đồng (Copper Cable) hoặc Cáp quang (Fiber Optic). Dữ liệu được truyền hoàn toàn bên trong môi trường vật lý này và chịu sự chi phối của các đặc tính của sợi cáp. Bộ tiêu chuẩn IEEE 802.3 (Ethernet) quy định rất chặt chẽ:

• Loại cáp được sử dụng

• Kích thước lõi dẫn

• Số vòng xoắn của cặp dây

• Chiều dài tối đa của cáp

• Phương thức truyền và nhận dữ liệu

Có thể xem mạng có dây là một môi trường truyền dẫn có giới hạn (Bounded Medium). Tín hiệu điện bắt buộc phải đi theo chính con đường mà sợi cáp tạo ra. Một ưu điểm rất lớn của mạng có dây là:

• Chỉ có hai đầu thiết bị sử dụng cùng một đường truyền.

• Hai thiết bị có thể truyền dữ liệu đồng thời (Full Duplex).

• Ít bị nhiễu và có độ ổn định cao.

• Hiệu suất và độ trễ có thể dự đoán được.

Hạn chế của Mạng Có Dây


Tuy nhiên, mạng có dây cũng tồn tại một số nhược điểm: Thiếu tính di động


Thiết bị phải luôn được gắn với sợi cáp. Giới hạn khoảng cách


Thiết bị không thể di chuyển tự do. Phụ thuộc vào đầu kết nối vật lý


Thiết bị phải có cổng kết nối tương thích với loại cáp đang sử dụng. Ngày nay, khi các thiết bị ngày càng nhỏ gọn như Smartphone, Tablet, IoT Devices, Wearables....thì việc kết nối bằng dây trở nên thiếu thực tế. Mạng Không Dây (Wireless Network)


Đúng như tên gọi, mạng không dây loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào dây cáp. Hai giá trị lớn nhất mà Wireless mang lại là Mobility (tính di động) & Convenience (sự tiện lợi). Người dùng có thể di chuyển tự do, mang theo nhiều thiết bị di động cầm tay, có thể kết nối liên tục mà không cần cắm dây. Đây chính là lý do Wi-Fi trở thành công nghệ không thể thiếu trong doanh nghiệp, gia đình và hệ sinh thái IoT. Thách thức của Wireless


Khác với Ethernet, dữ liệu trong Wireless phải di chuyển trong không gian tự do (Free Space).
Không có sợi cáp bảo vệ tín hiệu.
Môi trường truyền dẫn có thể bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố:

• Khoảng cách

• Vật cản

• Phản xạ (Reflection)

• Khúc xạ (Refraction)

• Nhiễu RF (Interference)

• Hấp thụ tín hiệu (Absorption)

• Nhiễu đa đường (Multipath)

Do đó, khi thiết kế mạng Wi-Fi, các kỹ sư RF luôn phải tập trung vào hai yếu tố cốt lõi: 1. Các thiết bị phải tuân thủ cùng một chuẩn


Wireless LAN sử dụng bộ tiêu chuẩn:
IEEE 802.11
Chuẩn này quy định:

• Tần số hoạt động

• Phương pháp điều chế

• Tốc độ truyền dữ liệu

• Cơ chế truy cập môi trường truyền dẫn

2. Phải có vùng phủ sóng (Coverage)


Không giống Ethernet, chỉ cần cắm dây là có kết nối. Trong Wireless, nếu không có vùng phủ RF thích hợp, thiết bị sẽ không thể giao tiếp. Đây chính là lý do các kỹ sư Wireless phải thực hiện:

• Site Survey

• Predictive Survey

• RF Planning

• Capacity Planning

Lý thuyết cơ bản về truyền sóng không dây (Basic Wireless Theory)


Trong mạng có dây, tín hiệu điện được đưa vào một đầu của sợi cáp và truyền đến đầu còn lại nhờ môi trường dẫn điện liên tục.
Nhưng trong không gian tự do thì không có sợi dây nào để "mang" tín hiệu đi. Vậy Wi-Fi hoạt động như thế nào? Ví dụ sợi dây thừng


Hãy tưởng tượng hai người đứng cách xa nhau và cầm chung một sợi dây thừng. Người gửi cố gắng:

• Nâng đầu dây của mình lên

• Giữ nguyên ở vị trí đó

Kết quả:
Đầu dây chỉ nhấc lên một đoạn ngắn rồi rơi xuống. Người nhận không cảm nhận được sự thay đổi. Điều này giống như việc đặt một điện áp DC cố định vào môi trường không dây – tín hiệu sẽ không lan truyền. Tạo sóng bằng dao động


Người gửi thay đổi chiến lược.
Thay vì giữ cố định, anh ta:

• Lắc dây lên xuống đều đặn.

Lúc này, các gợn sóng bắt đầu hình thành và di chuyển dọc theo sợi dây đến phía người nhận. Đây chính là nguyên lý của truyền thông vô tuyến. Antenna tạo ra sóng điện từ như thế nào?


Bộ phát (Transmitter) đưa một dòng điện xoay chiều (Alternating Current – AC) vào anten.
Dòng điện thay đổi liên tục này tạo ra:

• Điện trường (Electric Field – E Field)

• Từ trường (Magnetic Field – H Field)

Hai trường này:

• Luôn vuông góc với nhau (90°)

• Dao động liên tục

• Tự duy trì và lan truyền ra không gian dưới dạng:

Electromagnetic Waves (Sóng điện từ)
Nếu tín hiệu ngừng dao động, sóng điện từ cũng sẽ biến mất.
Đó là lý do mọi hệ thống RF đều sử dụng tín hiệu xoay chiều ở tần số rất cao. Sóng điện từ lan truyền như thế nào?


Sóng điện từ không di chuyển theo một đường thẳng hẹp như tia laser. Thay vào đó, chúng:

• Lan tỏa ra mọi hướng

• Mở rộng trong không gian ba chiều

Một ví dụ dễ hình dung là khi thả viên sỏi xuống mặt hồ yên tĩnh.
Các gợn sóng:

• Xuất phát từ tâm

• Mở rộng dần ra xung quanh

• Liên tục tạo thành các vòng sóng mới

Sóng RF cũng hoạt động tương tự. Antenna lý tưởng (Isotropic Antenna)


Trong lý thuyết RF, người ta thường sử dụng khái niệm:
Isotropic Antenna (Anten lý tưởng)
Anten này phát sóng:

• Đồng đều theo mọi hướng

• Tạo thành hình cầu (Sphere)

Trong thực tế, anten đẳng hướng hoàn toàn không tồn tại, nhưng nó là mô hình tham chiếu rất quan trọng để:

• Tính toán công suất phát

• Đo độ lợi anten (dBi)

• Phân tích vùng phủ sóng RF

Quá trình thu tín hiệu


Ở đầu nhận (Receiver), quá trình diễn ra theo chiều ngược lại.
Khi sóng điện từ đến anten:

• Điện trường và từ trường tác động lên anten.

• Anten cảm ứng ra dòng điện.

• Tín hiệu điện được tái tạo.

• Bộ thu giải điều chế để khôi phục dữ liệu ban đầu.

Nếu điều kiện RF tốt, tín hiệu thu được sẽ là một bản sao gần giống với tín hiệu gốc mà bộ phát đã truyền đi. Góc nhìn của kỹ sư Wireless


Toàn bộ công nghệ Wi-Fi, từ:

• 802.11ac

• Wi-Fi 6/6E

• Wi-Fi 7

• MIMO

• OFDMA

• Beamforming

đều được xây dựng trên một nguyên lý rất đơn giản:
Dòng điện xoay chiều trong anten tạo ra sóng điện từ. Sóng điện từ lan truyền trong không gian tự do, đến anten nhận và được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện.
Hiểu được nguyên lý nền tảng này sẽ giúp các kỹ sư Network và Wireless dễ dàng tiếp cận các chủ đề RF nâng cao như propagation, fading, multipath, antenna gain, MIMO và thiết kế mạng Wi-Fi doanh nghiệp.