Курсовая работа: Радио сети
Дальнейшим развитием идеи беспроводной передачи аудио и видео является подход группы разработчиков, уже начавших работу над созданием стандарта, аналогичного 1394 и ориентированного на пересылку видео, используя стандарт беспроводной связи 802.15.3. В рабочую группу вошли представители компаний Sony, Philips и Pioneer, а также нескольких не столь известных производителей чипов. Если спецификации одобрят, то в дальнейшем возможно использование портов 1394 с адаптерами беспроводных сетей без каких-либо модификаций. Не исключают также, что совместимость с 1394 учтут и в спецификациях будущего широкополосного стандарта 802.15.3a, который, как предполагается, обеспечит пропускную способность до 200 и 400 Мбит/с на расстояниях до 10 м.
Что касается проблемы дальнодействия WLAN, то в была принята спецификация нового стандарта беспроводных городских сетей (WirelessMAN) — IEEE 802.16, которая описывает спецификацию интерфейса модуляции с одной несущей (Single Carrier), работающего на частотах от 10 до 66 ГГц.
На вопрос о том, считать ли 802.11 и 802.16 дополняющими друг друга стандартами или конкурентами в определенных частотных диапазонах, до сих пор не дано внятного ответа. Ясно одно — эти стандарты предназначены для различных нужд: 802.16 предназначен для построения сетей масштаба MAN (Metropolitan Area Networks), а 802.11 — для беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Networks). Но уже сейчас среди производителей оборудования возникли разногласия: одни предлагают расширить диапазон применения 802.11 на сети масштаба предприятий, другие — донести 802.16 еще и до конечного пользователя.
В дополнение к спецификациям IEEE 802.16 был введен стандарт IEEE 802.16a. Он учитывает тонкости распределения спектра в рассматриваемом диапазоне, а также определяет три режима «физического уровня» соединений. Предусмотрен режим с одной несущей для специальных нужд, но при этом добавлено OFDM-мультиплексирование с ортогональным разделением частоты на 256 каналов, которое разбивает радиоканал на множество каналов, что позволяет увеличить скорость обмена за счет параллельной передачи данных. Дополнительно появляется возможность отстроиться от помех, возникающих в результате многолучевого распространения сигнала. Ортогональное размещение поднесущих обеспечивает передачу результирующего сигнала в более узком спектре по сравнению с другими методами мультиплексирования. Еще одно дополнение — мультиплексирование OFDMA на 2048 каналов, предоставляющее возможности улучшенного мультиплексирования в сетях с несколькими уровнями.
Широкий диапазон частот, предусматриваемый стандартом, позволяет развертывать каналы передачи данных с высокой пропускной способностью (до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции) с использованием передатчиков, устанавливаемых на мачтах сетей сотовой связи и высотных зданиях. Существенный недостаток в том, что принимающее и передающее оборудование, работающее по этому стандарту, может находиться только в зоне прямой видимости.
Следующий вариант стандарта 802.16, разрабатываемый 802.16 Task Group C, будет действовать в более высоком диапазоне частот. Частично в него войдут технологии, отработанные для LMDS и радиосвязи (50–60 ГГц). Однако наибольший интерес представляет 802.16e, в котором будет реализована мобильность беспроводных сетей. Как сообщают специалисты IEEE, вряд ли 802.16e станет стандартом, конкурентным сетям сотовой связи, тем более что такой цели и не преследуется — для мобильных пользователей, предпочитающих высокую скорость передачи и приема данных, разработаны услуги 3G. Стандарт 802.16e будет рассчитан на медленно передвигающихся пользователей, которым хотелось бы оставаться на связи в пределах зоны действия офисного узла MAN.
Стандарты 802.16 предоставят широкие возможности для масштабирования, необходимого для обеспечения поддержки сотен тысяч пользователей силами одной базовой станции. Один сектор одной базовой станции способен обеспечить скорость передачи данных, достаточную для одновременного обслуживания свыше 60 предприятий, подключенных по каналам типа T1, и сотни жилых домов, подключенных по каналам типа DSL. Для конечного пользователя это означает менее дорогой, а значит, и более конкурентоспособный широкополосный доступ в Интернет.
Методы DSSS и FHSS в IEEE 802.11
Как уже было выше сказано, сигналы в стандартах IEEE 802.11 могут передаваться по радиоканалам в диапазоне 2,4 ГГц с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра (DSSS), скачкообразной перестройкой частоты (FHSS), а также по каналам с инфракрасным излучением.
Обе технологии расширения спектра DSSS и FHSS основаны на применении двухэтапной модуляции несущей.
По методу DSSS каждый бит исходного сообщения представляется специальными 11-разрядными кодовыми комбинациями (путем выполнения логической операции "исключающее ИЛИ" ) и уже результирующая последовательность модулирует передаваемый в эфир радиосигнал (при этом используется фазовая модуляция несущей PSK: при каждом изменении логического уровня из 0 в 1 или из 1 в 0 происходит смещение фазы снусоидального колебания). Псевдослучайные кодовые комбинации, придают радиосигналу характер шума, в 11 раз увеличивая спектр частот исходного узкополосного сигнала и распределяя его мощность по всему диапазону. Для выделения полезной информации приемная сторона использует ту же кодовую последовательность. Поддержание синхронности фазы несущего колебания в приемнике и передатчике осуществляется последним посредством формирования через определенные промежутки времени специального синхросигнала.
Согласно методу FHSS модулирование несущего радиосигнала выполняется непосредственно исходным сообщением с использованием частотной модуляции, при которой передача логических уровней 0 и 1 осуществляется на частотах, расположенных несколько выше или ниже центральной. Расширение спектра производится периодическим, в соответствии с заданной последовательностью, используемой и передатчиком и приемником, изменением значения самой центральной частоты (стандартом IEEE 802.11 предусмотрены 79 возможных значений несущего колебания), причем длительность удержания частоты на каждом уровне (dwell time) составляет 20 мс. Строго говоря, сигнал FHSS можно считать широкополосным только на достаточно большом интервале времени, включающем много периодов удержания, поскольку на каждом из последних диапазон частот передаваемого радиосигнала определяется спектром исходного сообщения, т.е. фактически является узкополосным.
Помехоустойчивость
Узкополосные помехи
В системах DSSS энергия полезного сигнала распределена по всему диапазону радиоволн (для обеспечения максимальной скорости передачи данных 11 Мбит/с, предусмотренной стандартом IEEE 802.11, требуется полоса частот примерно 22 МГц), поэтому во входных цепях приемных устройств используются широкополосные фильтры. Наличие узкополосных помех небольшой интенсивности на любой из частот диапазона не приводит к сбоям (информация восстанавливается в приемнике из "неповрежденных" участков спектра), однако если по энергии помеха сопоставима с полезным сигналом, то работа системы может быть полностью заблокирована. В системах FHSS вероятность появления помех повышается за счет более широкого диапазона используемых частот (83,5 МГц), однако если паразитный сигнал занимает узкий участок спектра, то его воздействие скажется только на отдельных скачках с близким значением несущей. Результатом будет лишь некоторое снижение производительности системы (из-за необходимости повторения испорченного фрагмента сообщения на следующем скачке).
Широкополосные помехи
Активность нескольких радиосистем, расположенных по-соседству, может приводить к повышению общего уровня зашумленности эфира на достаточно протяженных участках спектра. И хотя, в принципе, применяемая в системах DSSS фазовая модуляция радиосигнала позволяет работать при более высоком отношении сигнал/шум, чем частотная модуляция несущей, используемая в устройствах FHSS, вероятность появления помехи, охватывающей полосу в 20 МГц значительно выше, чем весь 80-МГц диапазон. Поэтому на практике системы FHSS оказываются более устойчивыми к широкополосным помехам и могут продолжать работать (хотя и с пониженной пропускной способностью) в условиях, когда системы DSSS уже не способны нормально воспринимать полезный сигнал.