26 безжични информационни мрежи

Урок номер 26. "технология за изграждане на мрежи за безжични данни"

1. Общ преглед на технологията за изграждане на безжични локални мрежи за данни

Всички разнообразието на съществуващите безжични стандарти е структуриран съвсем ясно по десетобалната система разстояния и скорости за данни Фиг.1.

Фиг. Скала от 1 разстояния и скорости на трансфер

Лично безжична мрежа - WPAN.

Към днешна дата, само две от тях: съществуващата Bluetooth (802.15.1) и UWB, наричан още WirelessUSB (802.15.3a). И двете са предназначени за предаване на данни на разстояние до 10 м, Bluetooth работи само при честота от 2.4 GHz, а UWB - с честота 7,5 GHz. скорост на трансфер чрез Bluetooth: до 720 Kbit / сек, на практика по-малко. UWB стандарт следва да предостави данни със скорост до 110 Mbit / и на разстояние от 10 м и до 480 Mbit / и на разстояние от 3 м от източника.

Безжични LAN - WLAN.

. Три 802.11а, 802.11b и 802.11 грама, течаща до 100 м Разликата между 802.11b и 802.11 грама предвид скорост 11 Mbit / и на - 802.11b и 54 Mbit / сек - 802,11 гр. А 802.11a и 802.11 грама се различават само по честота: 802.11a - 5 GHz; 802,11 гр - 2,4 GHz. В САЩ, Wi-Fi устройства могат да работят в честотната лента от 5 GHz, и в Европа, и България, има сериозни ограничения, които възпрепятстват разпространението на 802.11.

Технологии за WPAN и WLAN мрежи са известни също и от името на жаргон на Wi-Fi. Терминът Wi-Fi (Wireless Fidelity) очевидно не е в нормите, предписани, така че в различни литература могат да се намерят различни, понякога направо противоречиви съдебни решения и по отношение на технологии и оборудване, което я обединява.

802,11 предполага възможността да работи в два режима: базова станция (точка за достъп) и без него, когато няколко души се създаде безжична локална мрежа, като съчетава своите лаптопи в него, а в

на закрито, където няма базова станция. И двата режима са показани на фигура 2.

а б Фиг.2. Безжична мрежа с базова станция (а); ад-хок мрежа (б)

IEEE 802.11 стандарт предвижда използването на честотния обхват от 2,4 до 2,4835 GHz, който е предназначен за нелицензирана употреба в промишлеността, науката и медицината, което значително опростява конструкцията на правна страна мрежата. IEEE 802.11 стандарт, препоръчва възможността за предаване по радио канал за 1 Mbit / S, и по избор 2 Mbit / S, и в IEEE бяха добавени 802.11b стандартни данни за сметка на по-сложни техники за модулация на по-високата скорост на предаване - 5.5, и 11 Mbps / сек.

Стандартът 802.11 грама е развитие 802.11b и включва трансфер на данни по същия честотен диапазон. От 802,11 грама кодиране метод е хибрид, заеми най-доброто от 802.11b и 802.11a стандарти. Максималната скорост на трансфер за 802.11g е 54 Mbit / сек (например в стандарта 802.11a), така че днес тя е най-обещаващ стандарт за безжична комуникация.

2. Технология разпръскване използва модулация и методи за кодиране

В физическия слой стандарт IEEE 802.11 осигурява инфрачервен канал, и два вида радиоканали - DSSS и FHSS използва честотен диапазон от 2,4 до 2,4835 GHz нелицензирани предназначени за използване в промишлеността,

Наука и медицина (индустрия, наука и медицина, ISM).

Радио канали с помощта на разширяване на спектъра (с разширен спектър, SS) технология е, че на сигнал спектър теснолентова настъпили по време на нормална кодиране потенциал, отидете на широколентовия спектър, който може значително да повиши имунитета шум на предаваните данни. Разширяване на честотния спектър на предаваните цифрови съобщения може да се направи по два метода.

FHSS (Frequency скачаща разпределен спектър - предаване на широколентови сигнали от метод скокообразно изменение на честотата), използвайки 79-канали 1 MHz всеки. За определяне на скокообразно изменение на честотата последователност използва генератор на псевдослучайни номер. Тъй като в този случай всички станции, използващи същата генератора, те са синхронизирани във времето и в същото време се извършва същата скачаща честота. Периодът от време, през който станция работи при определена честота, наречена времето на престой. Тази стойност може да се конфигурира, но тя трябва да бъде не повече от 400 милисекунди. В допълнение, постоянна промяна на честотата - това е доста добре (макар, разбира се, неадекватни) начин за защита на данните от неоторизиран слушане, като неканен слушател, без да знае последователността на честотни преходи и времето на престой, няма да бъде в състояние да подслушва изпращането на данните. при

комуникация на дълги разстояния може да възникне проблем с многопосочно затихване и FHSS може да бъде от голяма полза в борбата срещу нея. Основният недостатък на FHSS - е с ниска пропускателна способност.

DSSS напомня CDMA система, но има някои разлики. Всеки бит се предава като 11 чип, наречен Баркър последователност.

Информация бит отразява правоъгълен импулс е разделена на няколко по-малки импулси чипове. В резултат на спектъра на сигнала разширява значително, тъй като ширината на спектъра може да бъде надеждно приема, че е обратно пропорционално на продължителността на един чип. Такива кодови последователности често се отнасят като шума като кодове. Наред с разширяването на спектъра на сигнала се намалява и спектралната плътност на енергия, така че енергията на сигнала, тъй като се разпространява в целия спектър, и полученият сигнал е подобен на шум в смисъл, че сега е трудно да се разграничат от естествения шум.

Код последователности са собственост на автокорелация, степен на сходство самата функция по различно време. Barker кодове имат най-добрите свойства (фиг. 3) на известните псевдо-случайни последователности. За да се предава едно съобщение, и се използват нула символи съответно предната и обратен Barker последователност.

Фиг. 3. Промяната на спектъра на сигнала, чрез добавяне на шума като код.

В priѐmnike получен сигнал се умножава по код Barker (изчислено корелация функция на сигнала), при което тя се превръща в тясна лента, обаче, тя се филтрува в тясна честотна лента е равна на два пъти скоростта на предаване. Всяка намеса, която попада в оригиналната лента широколентов сигнал, след умножение с Баркър код, а напротив, тя е широколентов достъп, а информацията в тясна лента само част от намесата падне, мощност е около 11 пъти по-малък от намеса в качеството на която на входа на приемника.

В IEEE 802.11 стандарт за предаване на сигнали, използващи различни видове фазова модулация:

фазова модулация (Фаза Shift Key, PSK);

фазово превлючване (фазово Shift Key, QPSK). относителната фазова модулация (Differential Shift Keying фаза, DPSK).

Вместо шум Barker последователности могат да бъдат използвани за разпръскване (Допълнителни код Keying, ССК) допълнителни кодове.

Втора комплементарна 8-чип комплекс последователност

(ССК-последователност) са оформени в съответствие със следната формула:

1 2 3 4 1 3 4 1 2 4 1 4 1 2 3 1 3 1 2 1

Стойностите фаза се определят вход битове prichѐm последователност стойност φ 1 е избран от първия dibitu, φ 2 - във втора, Ф 3 - φ на третата и 4 - от chetvѐrtomu.

Стандартът 802.11a използва коренно различен метод за кодиране на данни, която се състои в това, че предава потока от данни се разпределя върху множество честоти-канала и прехвърляне vedѐtsya паралелно по всички субканалите. В тази висока скорост на предаване се постига за сметка на едновременно предаване на данни във всички канали, както и скоростта на предаване в отделна под-канал не може да е висока.

Носещи сигнали на всички честотни-канала (или по-скоро, функции, описващи тези сигнали) са взаимно перпендикулярни една на друга. Изразено математически функции ортогоналност означава, че продуктът им usrednѐnnoe в някакъв интервал, трябва да бъде равна на нула. В този случай, тя се изразява чрез простото уравнение:

където Т - символен период, е к, л е - носещи честоти и к л канали.

На ортогоналността на носещия сигнал може да бъде осигурен в случая за продължителността на един символ носител сигнал ще изпълнява целочислени трептения. Примери на множество носители ортогонални трептения показано на фиг. 4.

Фиг. 4. ортогонално честотно.

Отчетено е метод за разделяне на излъчван канал от ортогонални честотни подканали наречен ортогонално честотно разделяне и мултиплексиране (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). За изпълнение на инверсна бърза трансформация на Фурие се използва в устройството за предавател (IFFT).

Стандартът 802.11 грама използва две конкуриращи се технологии: ортогонално честотно разделяне OFDM, взети от 802.11a стандарт,

и метод за бинарно кодиране партида svѐrtochnogo PBCC, по избор приложени в стандарта 802.11b. В резултат, 802.11 грама стандарт съдържа компромис: както е използван основен OFDM технология и ССК и евентуално осигурява технология за използване PBCC.

PBCC Методът се основава на т.нар svѐrtochnoe скорост 1/2 кодиране. За възстановяване на първоначалната последователност от битове, при което приемник страна се прилага на Viterbi декодер.

3. Технология на изграждане на безжични мрежи за данни столични

10-66 GHz е възможно само в пряка видимост между предавателя и приемника на сигнала поради бързото разложение. Но това се избягва един от основните проблеми на радио - неколкократното сигнал. Стандартна препоръчва QPSK тип модулация, 16-QAM, 64-QAM и информация за информационната скорост условие 32-134 Mbit / и радио канали с ширина 20, 25 и 28 MHz на разстояние 2-5 км.

За разлика от 802.16a стандарт на работа в честотен диапазон, който не изисква пряка видимост между предавателя и приемника. като безжични мрежи зона на покритие много по-широк, отколкото 802.16 мрежи. С помощта на честотен диапазон 2-11 GHz и да изисква съществено преразглеждане на изкуството на кодиране и модулация във физическия слой сигнал. 802.16a-базирана система да работи с QPSK модулацията, 16-, 64- и 256-QAM, предоставят данни скорост на предаване 1-75 Mbit / и на един сектор на базовата станция радиоканали в променлива широчина на честотната лента от 1,5 MHz до 20 на разстояние 6-9 км (теоретично до 50 км). Типичен базова станция има до шест сектори.

режим на работа е бил съхраняван в един носител (SCA), предназначени за директни условия на видимост, така и извън него. режими Предоставяне на базата на ортогонално разделяне на честотите (OFDM) с 256 под-носители с технологията и начина на множествен достъп с ортогонално разделяне по честота (OFDMA - ортогонално честотно разделяне Множествена

Access) 2048 подносещи.

Принципът на ресурсите от канали

Основният принцип на достъп канал в 802.16 стандарта IEEE -

Този достъп при поискване Търсенето целеви множествен достъп (DAMA). Нито АС не може да предава нещо различно от искания за регистрация и предоставяне на канала, докато BS не й, които позволяват. Абонатната станция може да поиска като конкретен размер лента в канала, и да поиска от които вече са отпуснати канал ресурс ите.

В IEEE 802.16 стандарт използва следната процедура трансформация сигнал:

вход бъркани поток от данни; подлага на рандомизация, т. е. на умножение с псевдослучаен

последователност (PRS), получен в 15-битов регистър за смяна на; Освен това, бъркани данни е защитена от грешки коригиране

кодове (FEC кодиране). По този начин е възможно да се използва една от четирите схеми за кодиране:

RidaSolomona код със символи от поле GF Galois на (256)

съставни код с външен код Reed-Solomon и вътрешна конволюционен код с ограничение к = 7 (скоростта на кодиране - 2/3), за да Viterbi декодиране,

съставни код с външен код Reed - Соломон код и вътрешната проверка на четността (8, 6, 2),

код блок турбо; Това позволи на три вида квадратура амплитудна модулация: 4 посоки

QPSK и 16-мерното 16-QAM (задължително за всички устройства), както и 64-QAM (по избор);

Освен това сигналът се усилва и предава в етер. На приемащата страна, всичко се случва на заден ход.

Както е определено от IEEE 802.16 стандарт двупосочна система изисква двустранен механизъм. Тя осигурява както честота (FDD - разделяне на честотите дуплекс), и времева (TDD - разделяне по време дуплекс) разделяне на връзката нагоре и връзката надолу канали.

Когато временно дуплексно рамка канал е разделен на връзката надолу и връзката нагоре подкадри (съотношение им в рамката може да бъде гъвкаво променя в процеса в зависимост от необходимата широчина на честотната лента за връзката надолу и връзката нагоре канали), разделени от специфичен интервал. В честота дуплекс връзката нагоре и връзката надолу канали се предават на всеки от своя носител.

4. LTE мрежа, принцип на работа

LTE (Long Term Evolution) - е четвъртото поколение мобилни комуникационни технологии (4G). Терминът LTE означава "Long Term Evolution".

LTE е следващата след мобилна комуникация поколение на 3G и работещи IP-базирани технологии. Основната LTE разлика от своите предшественици - данни с висока скорост. Теоретично, тя е до 326.4 Mbit / сек на рецепция (с мишката) и 172.8 Mbit / сек при трансфер (качване) информация. В международен стандарт на фигурите са 58 и 173 Mbit / и, съответно. Този стандарт комуникация четвърто поколение, разработен и одобрен международно партньорство на 3GPP.

най-новото поколение на системата за кодиране - OFDM

OFDM щандове за ортогонално честотно мултиплексиране с разделяне и зало-

Руската е ортогонално честотно разделяне на каналите. OFDM сигнали са генерирани чрез използване на "Fast Fourier Transform".

MIMO - Multiple Input Multiple Output - е технология за пренос на данни с помощта на N-антени и получаване на антени M-информация. Докато получаване и предаване на антената сигнал раздалечени един от друг на такова разстояние, за да получи слаба корелация между съседните антени.

В момента, в рамките на 4G мрежата вече е запазен честотни ленти. Приоритетът се счита, че е в непосредствена близост до честотата на 2.3 GHz. Друг обещаващ диапазон от честоти - 2.5 GHz се използва в САЩ, Европа, Япония и Индия. Има и друга честотна лента в близост до 2,1 GHz, но това е относително малък, повечето от Европейския мобилни оператори граница в този диапазон група до 5 MHz. В бъдеще, най-вероятно, най-използвана е честотния обхват 3,5 GHz. Това се дължи на факта, че при тези честоти в повечето страни вече се използва безжична широколентова интернет мрежа и се дължи на прехода към LTE оператори ще могат да кандидатстват отново тяхната честота, без да се налага да купувате скъпи нови лицензи. Ако е необходимо, в съответствие с мрежа LTE, могат да бъдат разпределени на други честотни ленти.

Възможно е да се използва като ТДУ на разделяне по време сигнали (Time Division Duplex -dupleksny разделяне време канал) и честота - FDD (дуплексно честотно разделяне - дуплекс разделяне на честотите канал).

LTE базова станция на мрежата зона на покритие може да бъде различна. Обикновено, това е около 5 км, но в някои случаи може да бъде удължен до 30 или дори 100 km в случай на високо антенно устройство (сектори) на базовата станция.