Технологии передачи данных в беспроводных сетях

Технологии передачи данных
в беспроводных сетях
Стандарт IEEE 802.11
• Одним
из
способов
повышения
эффективности передачи информации с
помощью модулированных сигналов через
канал
с
сильными
линейными
искажениями (замираниями) является
расширение спектра, приводящее к
увеличению базы сигнала.
Зачем вообще
расширять спектр
сигнала?
• При традиционной узкополосной
технологии передачи данные,
представленные в двоичном коде,
используются для модуляции (как
правило - по фазе) гармонического
несущего колебания
Фрагмент
узкополосного
сигнала
Фрагмент
сообщения
Время
время
•В
результате
передаваемое
сообщение
переносится
на
несущую частоту, выбранную для
передачи.
Распределение
мощности такого сигнала по
частоте, называемое спектром
мощности
Мощность
сигнала
Ширина спектра
Узкополосного
сигнала
Спектр
мощности
Узкополосного
сигнала
частота
• основная
доля
энергии
сигнала
сосредоточена в сравнительно узкой полосе
частот,
а
следовательно
низкая
помехоустойчивость
к
помехам,
создаваемым другими радиосредствами,
попадающим в полосу сигнала. Такие
помехи могут полностью "забить"
полезный сигнал, что приведет к потере
связи.
В существующих на сегодняшний день системах для
расширения спектра сигнала используются три метода
• псевдослучайная перестройка рабочей частоты
(ППРЧ) (англ. FHSS — Frequency Hopping Spread
Spectrum).
• расширение спектра методом прямой
последовательности (ПРС) (англ. DSSS — Direct
Sequence Spread Spectrum).
• расширение спектра методом линейной
частотной модуляции (ЛЧМ) (англ. CSS — Chirp
Spread Spectrum).
метод частотных скачков (frequency
hopping spread spectrum - FHSS)
• каждый из последующих бит информации
"перескакивает" на другую несущую
частоту (одну из 79, определенных
стандартом 802.11 для FHSS).
• Порядок
чередования
поднесущих
определяется
псевдослучайной
последовательностью
• Каждая
пара
приемник-передатчик
работает
с
одной
и
той
же
последовательностью
частота
f5
f4
f3
f2
f1
f1 2f1 3f1
при методе FHSS обеспечивается
дополнительная защита передаваемой
информации на уровне физического канала.
• Для рекомендованного стандартом количества
частот N=79 количество вариантов выбора
порядка
их
следования
имеет
астрономическое значение 8.946*10^116.
• В общем случае, вероятность принять сигнал
FHSS
злоумышленником
обратна
этой
величине, т.е. такое событие практически
невозможно.
расширение спектра методом прямой
последовательности (ПРС) (англ. DSSS —
Direct Sequence Spread Spectrum)
• в каждый передаваемый информационный
бит (логический 0 или 1) встраивается
последовательность так называемых чипов
• Последовательность чипов представляет
собой последовательность
прямоугольных импульсов, то есть нулей и
единиц, однако эти нули и единицы не
являются информационными
• Поскольку длительность одного чипа
в n раз меньше длительности
информационного бита, то и ширина
спектра преобразованного сигнала
будет в n-раз больше ширины спектра
первоначального сигнала. При этом и
амплитуда передаваемого сигнала
уменьшится в n раз
Мощность сигнала
Спектр
Исходного
Узкополосного
сигнала
Спектр модулированного
сигнала
Уровень шума
частота
расширение спектра методом линейной
частотной модуляции (ЛЧМ) (англ. CSS —
Chirp Spread Spectrum)
• мощность сигнала "размывается" по
спектру, и при воздействии помех
фиксированной частоты теряется только
часть передаваемого сигнала
• Линейно-частотные импульсы,
используемые приемопередатчиками,
имеют фиксированную длительность и
линейно нарастающую или спадающую
частоту несущей
СРЕДА ПЕРЕДАЧИ
ДИСПЕРСИОННАЯ
ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ
ВХОД\ВЫХОД
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
U1(t)
U2(t)
U1
b
U2
t
T
t1
t2
2
|S(f)|
частота
f1
F2
• Ширина используемого частотного канала
составляет 64 МГц для
приемопередатчиков и 16 МГц
• Это дает возможность
приемопередатчикам работать на более
высоких скоростях (до 2 Мбит/c) и с более
высокой степенью надежности передавать
данные в условиях сложной помеховой
обстановки.
• Дальность передачи на открытом
пространстве составляет сотни метров
Коды Баркера
• Код Баркера - чиповая последовательность,
отвечающая требованиям автокорреляции
• В протоколах семейства 802.11 используется
код Баркера длиной в 11 чипов (11100010010).
• Коды Баркера обладают наилучшими среди
известных псевдослучайных
последовательностей свойствами
шумоподобности, что и обусловило их
широкое применение.
ВРЕМЕННАЯ
ШКАЛА
ЧАСТОТНАЯ ШКАЛА
Данные
Tb
Псевдослучайная
последовательность
Tc
Модулированный сигнал
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ЧИПОВ
Перспектива развития
технологии WiMAX ( Worldwide
Interoperability for Microwave Access).
• Сети WiMAX (стандарт IEEE 802.16a)
предполагают использование частотного
диапазона от 2 ГГц до 11 ГГц и
обеспечивают скорость передачи данных
до 70 Мбит/с на расстояние до 50 км.
Список литературы
• http://kunegin.narod.ru/ref3
• http://art.thelib.ru/computers/communicatio
n/besprovodnie_seti_problemi_i_perspektivi.
html
• http://citcity.ru/2865/
• Джим Гейер «Беспроводные сети. Первый
шаг.» 192с, Москва. 2005г.