Технология широкополосного сигнала

В основе беспроводных стандартов 802 лежит технология широкополосного сигнала (ШПС, Spread Spectrum, SS). Разработанная с целью снижения мощности передатчика и повышения устойчивости к узкополосным помехам, технология ШПС направлена на преобразование изначально узкополосного полезного сигнала в сигнал гораздо более широкого спектра. При этом спектральная мощность сигнала перераспределяется по используемому частотному диапазону, и максимальная мощность передаваемого сигнала становится значительно ниже исходной.

Одинаковый эффект дает передача сигнала мощностью 10 Вт с шириной спектра в 1 МГц и сигнала с шириной спектра в 200 МГц, но мощностью всего лишь 200 мВт.
Поскольку используемый в широкополосных системах уровень сигнала сравним с уровнем естественного шума (noise floor), часто их называют системами шумоподобного сигнала. Низкий уровень сигнала снижает помехи, создаваемые широкополосного сигнала для других передатчиков и наоборот – узкополосные помехи слабо влияют на качество приема широкополосного сигнала.

Использование технологии ШПС

В беспроводных сетях используются такие методы реализации технологии широкополосного сигнала, как метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).

Метод FSSS заключается в том, что приемник и передатчик синхронно перестраивают рабочую частоту после некоторого фиксированного времени передачи (dwell time). На рисунке представлена работа двух передатчиков, использующих технологию FHSS.

Метод частотных скачков




Как видно из рисунка, станции в каждый момент времени работают на различных частотах, что позволяет одновременно работать большому количеству передатчиков. В случае возникновения узкополосной помехи она будет искажать только часть передаваемого сигнала, что позволяет говорить о помехозащищенности данного метода. Кроме того, последовательность скачков может выбираться с использованием псевдослучайной функции, что усложняет прослушивание передаваемых данных со стороны третьих лиц, приемники которых не синхронизированы с передатчиками.

Недостатками метода частотных скачков являются невысокая максимальная скорость передачи, связанная с потерями на переключение между частотами (hop time), и относительно высокая мощность передачи на каждой из частот, что может мешать работе других передатчиков.

Метод DSSS использует для расширения спектра радиосигналов различные методы кодирования. С их помощью один символ (нуль или единица) кодируется последовательностью из нескольких прямоугольных импульсов меньшей длительности. Поскольку ширина спектра прямоугольного импульса обратно пропорциональна его длительности, передача нескольких импульсов (чипов) за время, отведенное под один импульс, расширяет частотный диапазон. В качестве методов преобразования используются код Баркера (Barker Code), комплиментарный код (Complementary Code Keying, ССК) или метод ортогонального частотного разделения с мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM).

При использовании метода OFDM поток передаваемых данных распределяется по нескольким подканалам и передача ведется параллельно на всех этих подканалах. При этом высокая пропускная способность достигается за счет одновременной передачи на нескольких подканалах, поскольку скорости передачи всех подканалов суммируются. Частоты несущих для подканалов выбираются таким образом, чтобы они были ортогональны друг другу, т.е., чтобы их произведение, усредненное на некотором интервале, равнялось нулю. Это позволяет выбирать в качестве подканалов перекрывающиеся частоты, поскольку ортогональность несущих гарантирует отсутствие межканальной интерференции.

Глубокое погружение в особенности реализации физического уровня беспроводных сетей хотя и выглядит очень заманчивой перспективой, но явно грозит увести нас далеко от основной цели. В связи с этим мы предлагаем пытливому читателю самому разобраться в этом вопросе, а в качестве приложения (кроме, естественно самих стандартов, http://standards.ieee.Org/getieee802/802.11.html) приводим список рекомендованной литературы на русском языке:

  • Сергеев П., Технологии беспроводных сетей семейства 802.11,
  • Пировских А., Чеканов Д., Стандарт 802.11 п: первый взгляд.




Дополнительные материалы:

  • Совместимость 2G и 3G Для построения мобильной сети третьего поколения МСЭ первоначально планировал создать единственный глобальный стандарт, но это оказалось невозможным. Вместо этого рассматриваются два […]
  • Стандартизация в области телекоммуникаций Важнейшим аспектом развития современных телекоммуникационных систем является их стандартизация. Стандартизация необходима всем обитателям мира телекоммуникаций, включая производителей […]
  • TED+SUB: TED Talks with Subtitles В 1984 году в Америке был основан частный некоммерческий фонд под названием TED (аббревиатура от трех английских слов — Technology, Entertainment, Desing — технологии, развлечение, […]
  • Эфирный интерфейс системы GSM. Временная структура эфирного интерфейса системы GSM достаточно сложна. Передача информации организуется кад­рами, которые имеют длительность 4,615 мс. Каждый кадр состоит из восьми […]
Share This

Поделитесь!

Если статья показалась Вам полезной.