Η δημοτικότητα των συνδέσεων Wi-Fi αυξάνεται καθημερινά, καθώς η ζήτηση για αυτόν τον τύπο δικτύου αυξάνεται με τεράστιο ρυθμό. Smartphones, tablet, laptop, all-in-one, τηλεοράσεις, υπολογιστές - όλος ο εξοπλισμός μας υποστηρίζει ασύρματη σύνδεση στο Διαδίκτυο, χωρίς την οποία είναι ήδη αδύνατο να φανταστεί κανείς τη ζωή ενός σύγχρονου ανθρώπου.

Οι τεχνολογίες μετάδοσης δεδομένων αναπτύσσονται παράλληλα με την κυκλοφορία νέας τεχνολογίας

Για να επιλέξετε το δίκτυο που ταιριάζει στις ανάγκες σας, πρέπει να μάθετε για όλα τα πρότυπα Wi-Fi που υπάρχουν σήμερα. Η Wi-Fi Alliance έχει αναπτύξει περισσότερες από είκοσι τεχνολογίες σύνδεσης, τέσσερις από τις οποίες είναι οι πιο δημοφιλείς σήμερα: 802.11b, 802.11a, 802.11g και 802.11n. Η πιο πρόσφατη ανακάλυψη του κατασκευαστή ήταν η τροποποίηση 802.11ac, η απόδοση της οποίας είναι αρκετές φορές υψηλότερη από τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων προσαρμογέων.

Είναι μια ανώτερη πιστοποιημένη ασύρματη τεχνολογία και είναι ευρέως διαθέσιμη. Η συσκευή έχει πολύ μέτριες παραμέτρους:

Ρυθμός μεταφοράς πληροφοριών - 11 Mbps.
Εύρος συχνοτήτων - 2,4 GHz;
Η ακτίνα δράσης (ελλείψει ογκομετρικών χωρισμάτων) είναι έως 50 μέτρα.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό το πρότυπο έχει κακή θόρυβο και χαμηλό εύρος ζώνης. Επομένως, παρά την ελκυστική τιμή αυτής της σύνδεσης Wi-Fi, το τεχνικό στοιχείο της υστερεί πολύ σε σχέση με τα πιο σύγχρονα μοντέλα.

Πρότυπο 802.11a

Αυτή η τεχνολογία είναι μια βελτιωμένη έκδοση του προηγούμενου προτύπου. Οι προγραμματιστές έχουν επικεντρωθεί στο εύρος ζώνης της συσκευής και στη συχνότητα ρολογιού της. Χάρη σε τέτοιες αλλαγές, σε αυτήν την τροποποίηση δεν υπάρχει καμία επίδραση άλλων συσκευών στην ποιότητα του σήματος δικτύου.

Εύρος συχνοτήτων - 5 GHz;
Εμβέλεια - έως 30 μέτρα.

Ωστόσο, όλα τα πλεονεκτήματα του προτύπου 802.11a αντισταθμίζονται εξίσου από τα μειονεκτήματά του: μειωμένη ακτίνα σύνδεσης και υψηλή τιμή (σε σύγκριση με το 802.11b).

Πρότυπο 802,11 g

Η ενημερωμένη τροποποίηση γίνεται ο ηγέτης των σημερινών προτύπων ασύρματου δικτύου, αφού υποστηρίζει την κοινή τεχνολογία 802.11b και, σε αντίθεση με αυτήν, έχει αρκετά υψηλή ταχύτητα σύνδεσης.

Ρυθμός μεταφοράς πληροφοριών - 54 Mbps;
Εύρος συχνοτήτων - 2,4 GHz;
Εμβέλεια - έως 50 μέτρα.

Όπως μπορείτε να δείτε, η ταχύτητα του ρολογιού έχει πέσει στα 2,4 GHz, αλλά η κάλυψη δικτύου έχει επιστρέψει στους προηγούμενους δείκτες που χαρακτηρίζουν το 802.11b. Επιπλέον, η τιμή του προσαρμογέα έχει γίνει πιο προσιτή, γεγονός που αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα κατά την επιλογή εξοπλισμού.

Πρότυπο 802.11n

Παρά το γεγονός ότι αυτή η τροποποίηση έχει εμφανιστεί εδώ και καιρό στην αγορά και έχει εντυπωσιακές παραμέτρους, οι κατασκευαστές εξακολουθούν να εργάζονται για τη βελτίωσή της. Λόγω του γεγονότος ότι δεν είναι συμβατό με τα προηγούμενα πρότυπα, η δημοτικότητά του είναι χαμηλή.

Ρυθμός μεταφοράς πληροφοριών - θεωρητικά έως 480 Mbit / s, αλλά στην πράξη αποδεικνύεται το μισό.
Εύρος συχνοτήτων - 2,4 ή 5 GHz.
Εμβέλεια - έως 100 μέτρα.

Δεδομένου ότι αυτό το πρότυπο εξακολουθεί να εξελίσσεται, έχει ένα χαρακτηριστικό: μπορεί να έρχεται σε σύγκρουση με εξοπλισμό που υποστηρίζει 802.11n, μόνο και μόνο επειδή οι κατασκευαστές συσκευών είναι διαφορετικοί.

Άλλα πρότυπα

Εκτός από τις δημοφιλείς τεχνολογίες, η Wi-Fi Alliance έχει αναπτύξει και άλλα πρότυπα για πιο εξειδικευμένες εφαρμογές. Τέτοιες τροποποιήσεις που εκτελούν λειτουργίες εξυπηρέτησης περιλαμβάνουν:

802.11d- κατασκευάζει συμβατές συσκευές ασύρματης επικοινωνίας από διαφορετικούς κατασκευαστές, τις προσαρμόζει στις δυνατότητες μετάδοσης δεδομένων σε επίπεδο ολόκληρης της χώρας.
802.11e- καθορίζει την ποιότητα των απεσταλμένων αρχείων πολυμέσων.
802.11f- διαχειρίζεται μια ποικιλία σημείων πρόσβασης από διαφορετικούς κατασκευαστές, σας επιτρέπει να εργάζεστε με τον ίδιο τρόπο σε διαφορετικά δίκτυα.

802,11 ώρα- αποτρέπει την απώλεια ποιότητας σήματος υπό την επίδραση μετεωρολογικού εξοπλισμού και στρατιωτικών ραντάρ.
802.11i- μια βελτιωμένη έκδοση της προστασίας των προσωπικών πληροφοριών των χρηστών.
802,11 χιλ- παρακολουθεί το φορτίο ενός συγκεκριμένου δικτύου και αναδιανέμει τους χρήστες σε άλλα σημεία πρόσβασης.
802,11μ- περιέχει όλες τις διορθώσεις των προτύπων 802.11.
802,11 p- καθορίζει τη φύση των συσκευών Wi-Fi που βρίσκονται στην περιοχή 1 km και κινούνται με ταχύτητες έως και 200 km / h.
802.11r- βρίσκει αυτόματα ένα ασύρματο δίκτυο σε περιαγωγή και συνδέει φορητές συσκευές σε αυτό.
802.11s- οργανώνει μια πλήρως συνδεδεμένη σύνδεση, όπου κάθε smartphone ή tablet μπορεί να είναι δρομολογητής ή σημείο σύνδεσης.
802,11 τόνοι- αυτό το δίκτυο δοκιμάζει ολόκληρο το πρότυπο 802.11, εκδίδει μεθόδους δοκιμών και τα αποτελέσματά τους, προτείνει απαιτήσεις για τη λειτουργία του εξοπλισμού.
802,11u- αυτή η τροποποίηση είναι γνωστή σε όλους από την ανάπτυξη του Hotspot 2.0. Εξασφαλίζει την αλληλεπίδραση ασύρματων και εξωτερικών δικτύων.
802,11v- σε αυτήν την τεχνολογία, δημιουργούνται λύσεις για τη βελτίωση των τροποποιήσεων του 802.11.
802,11 ε- ημιτελής τεχνολογία σύνδεσης συχνοτήτων 3,65-3,70 GHz.
802,11 w- το πρότυπο βρίσκει τρόπους ενίσχυσης της προστασίας της πρόσβασης στη μεταφορά πληροφοριών.

Το πιο πρόσφατο και πιο προηγμένο πρότυπο 802.11ac

Οι συσκευές τροποποίησης 802.11ac παρέχουν στους χρήστες μια εντελώς νέα ποιότητα εργασίας στο Διαδίκτυο. Τα πλεονεκτήματα αυτού του προτύπου περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Υψηλή ταχύτητα.Η μετάδοση δεδομένων 802.11ac χρησιμοποιεί ευρύτερα κανάλια και υψηλότερη συχνότητα, γεγονός που αυξάνει τη θεωρητική ταχύτητα στα 1,3 Gbps. Στην πράξη, η απόδοση είναι έως και 600 Mbps. Επιπλέον, μια συσκευή που βασίζεται στο 802.11ac μεταδίδει περισσότερα δεδομένα ανά κύκλο.

Αυξημένος αριθμός συχνοτήτων.Η τροποποίηση 802.11ac είναι εξοπλισμένη με μια ολόκληρη σειρά συχνοτήτων 5 GHz. Η τελευταία τεχνολογία έχει ισχυρότερο σήμα. Ο προσαρμογέας υψηλής εμβέλειας καλύπτει τη ζώνη συχνοτήτων έως και 380 MHz.
Περιοχή κάλυψης δικτύου 802.11ac.Αυτό το πρότυπο παρέχει ευρύτερο εύρος δικτύου. Επιπλέον, η σύνδεση Wi-Fi λειτουργεί ακόμη και μέσα από τοίχους από σκυρόδεμα και γυψοσανίδες. Οι παρεμβολές από οικιακές συσκευές και το Διαδίκτυο του γείτονα δεν επηρεάζουν με κανέναν τρόπο τη σύνδεσή σας.
Ενημερωμένες τεχνολογίες.Το 802.11ac είναι εξοπλισμένο με την επέκταση MU-MIMO, η οποία διασφαλίζει την αδιάλειπτη λειτουργία πολλαπλών συσκευών σε ένα δίκτυο. Η τεχνολογία Beamforming ανιχνεύει τη συσκευή του πελάτη και της στέλνει πολλές ροές πληροφοριών ταυτόχρονα.

Έχοντας εξοικειωθεί με όλες τις τροποποιήσεις της σύνδεσης Wi-Fi που υπάρχουν σήμερα, μπορείτε εύκολα να επιλέξετε το δίκτυο που ταιριάζει στις ανάγκες σας. Θα πρέπει να υπενθυμίσουμε ότι οι περισσότερες συσκευές περιέχουν έναν τυπικό προσαρμογέα 802.11b, ο οποίος υποστηρίζεται επίσης από την τεχνολογία 802.11g. Αν ψάχνετε για ένα ασύρματο δίκτυο 802.11ac, τότε ο αριθμός των συσκευών που είναι εξοπλισμένες με αυτό σήμερα είναι μικρός. Ωστόσο, αυτό είναι ένα πολύ επείγον πρόβλημα και σύντομα όλος ο σύγχρονος εξοπλισμός θα αλλάξει στο πρότυπο 802.11ac. Μην ξεχνάτε να φροντίζετε για την ασφάλεια της πρόσβασης στο Διαδίκτυο εγκαθιστώντας έναν σύνθετο κωδικό στη σύνδεσή σας Wi-Fi και ένα πρόγραμμα προστασίας από ιούς για την προστασία του υπολογιστή σας από λογισμικό ιών.

Τα ασύρματα δίκτυα του προτύπου IEEE 802.11 λειτουργούν σε δύο ζώνες: 2,4……2,483 GHz και σε πολλές ζώνες κοντά στα 5 GHz, οι οποίες δεν έχουν άδεια χρήσης. Υπάρχουν πολλές πιθανές τοπολογίες:

ανεξάρτητοι βασικοί τομείς υπηρεσιών (ανεξάρτητα βασικά σύνολα, IBSS),
βασικές περιοχές εξυπηρέτησης (βασικά σετ υπηρεσιών, BSS),
εκτεταμένες περιοχές εξυπηρέτησης (εκτεταμένα σύνολα υπηρεσιών, ESS).

Ρύζι. 4.8. Επεισοδιακό (ad-hoc) δίκτυο

Ρύζι. 4.9. Ασύρματο LAN με υποδομή

Ρύζι. 4.10. Εκτεταμένη περιοχή εξυπηρέτησης ασύρματου LAN ESS

Το πρότυπο 802.11 έχει 3 παραλλαγές: 802.11a, b και g. Σε όλες τις παραλλαγές, οι πληροφορίες μεταδίδονται σε λειτουργία δέσμης, σε ξεχωριστά πλαίσια (πακέτα).

Ο τυπικός εξοπλισμός 802.11b λειτουργεί στην περιοχή των 2,4….2,483 GHz

-1, -1 . Ο ρυθμός τσιπ στο ραδιοφωνικό κανάλι είναι 11 Mchip/s και το πλάτος του ραδιοφωνικού καναλιού είναι 22 MHz. Στη ζώνη των 2,4 GHz, οι κεντρικές συχνότητες 13 ραδιοφωνικών καναλιών είναι σταθερές: 2412, 2417, 2422, 2427, 2432, 2437, 2442, 2447, 2452, 2457, 24672, 2. Κατά τη λήψη, το σήμα υποβάλλεται σε επεξεργασία συσχέτισης, η οποία μειώνει σημαντικά την επίδραση παρεμβολών, όπως στα πρότυπα κυψελοειδούς επικοινωνίας με διαίρεση κωδικών καναλιών.

Οι συσκευές 802.11a λειτουργούν σε τρεις υποζώνες στα 5 GHz. Στην υποζώνη 5,15 .... 5,25 GHz, η ισχύς μετάδοσης περιορίζεται στα 50 mW, στην υποζώνη 5,25 .... 5,35 GHz - 250 mW, και στην υποζώνη 5,725 .... 5,825 GHz - 1 W. Σε αυτές τις περιοχές κατανέμονται 12 κανάλια με πλάτος 20 MHz.

Το πλεονέκτημα του προτύπου 802.11a σε σύγκριση με το 802.11b είναι ο αυξημένος ρυθμός δεδομένων ανά καρέ: από 6 σε 54 Mbps. Για να γίνει αυτό, το πρότυπο 802.11a χρησιμοποιεί διαμόρφωση OFDM: Ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας - πολυπλεξία ορθογώνιας διαίρεσης συχνότητας. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των παρεμβολών μεταξύ συμβόλων λόγω της διάδοσης σήματος πολλαπλών διαδρομών σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων (Εικ. 4.11).

Εικ.4.11. Διάδοση σήματος πολλαπλών διαδρομών

Η ιδέα πίσω από το OFDM είναι να χωρίσει μια ροή δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε πολλές ξεχωριστές ροές (δεκάδες, εκατοντάδες, χιλιάδες!), να μεταδώσει καθεμία από τις υποροές στη δική της συχνότητα (υποφορέας), αυξάνοντας το μήκος του συμβόλου σε μονάδες και δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Τεχνολογία OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - ορθογώνια διαφοροποίηση συχνοτήτων, που χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των παρεμβολών μεταξύ συμβόλων σε ραδιοφωνικά κανάλια υψηλής ταχύτητας. Αντί να μεταδίδουν nσύμβολα πληροφοριών ενός ψηφιακού σήματος πληροφοριών (DIS) σε μία φέρουσα συχνότητα (Εικ. 4.12a), μεταδίδονται ταυτόχρονα σε nσυχνότητες υποφορέα που βρίσκονται στη ζώνη ραδιοφωνικών καναλιών (Εικ. 4.12β). Διαστήματα προστασίας τέτοιας διάρκειας εισάγονται μεταξύ των χαρακτήρων. Tg, ώστε τα σύμβολα που φτάνουν λόγω πολλαπλής διάδοσης ραδιοκυμάτων να μην «σέρνουν» στα ακόλουθα με καθυστέρηση. Το μήκος κάθε χαρακτήρα Tbαυξάνεται σε σύγκριση με τη διάρκεια του χαρακτήρα στην αρχική ακολουθία στο nTb /(Tb +Tg)μια φορά.

u cis (t)

n σύμβολα πληροφοριών

u 1 t

u 2 t

u k t

u n t

Ρύζι. 4.12. Αρχή της τεχνολογίας OFDM

Η μετάδοση συμβόλων πληροφοριών μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας είναι η μετάδοση μιγαδικών αριθμών. Οι αστερισμοί σημάτων για διάφορους τύπους διαμόρφωσης φαίνονται στο Σχ. 4.13.

Εξετάστε το παράδειγμα μετάδοσης συμβόλων 16-QAM (Εικόνα 4.14).

Ρύζι. 4.13. Αστερισμοί σημάτων που χρησιμοποιούνται σε Wi-Fi, WiMA, LTE

Εικ.4.14. Αστερισμός σήματος 16-QAM

Σύμβολο S kπου μεταδίδεται στον k-ο υποφορέα μπορεί να αναπαρασταθεί ως

, όπου το πλάτος του συμβόλου

και φάση συμβόλων

Στο παράδειγμα στο σχ. 4.14,

χαρούμενος

Αναλυτικά, ένα σήμα OFDM είναι ένα άθροισμα αρμονικών:

(4.1)

Όλοι οι υποφορείς είναι θεμελιώδεις αρμονικές F1: F k = kF 1και τη συχνότητα F1σχετίζεται αυστηρά με τη διάρκεια του συμβόλου: F 1 \u003d 1 / T β. Επομένως, στο χρονικό διάστημα Tbταιριάζει k κύματα συχνότητας υποφορέα F k. Κάθε χαρακτήρας S kμπορεί να θεωρηθεί ως ένα διακριτό δείγμα του φάσματος σε έναν υποφορέα F k. Πλάτος του k-ου υποφορέα ‒ μια φάση ‒ κατά τη διαμόρφωση του σήματος u OFDMχρησιμοποιήστε τη διαδικασία αντίστροφου (γρήγορου) μετασχηματισμού Fourier. Στο σχ. Το 4.15 δείχνει υποφορείς με συχνότητες F1Και F2και μηδέν αρχικές φάσεις στο χρονικό διάστημα Tb.

Εικ.4.15. Δύο υποφορείς στο διάστημα 0 – T β

Το κύριο πρόβλημα στην εφαρμογή της τεχνολογίας OFDM είναι η εξασφάλιση υψηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο στον δέκτη. Τυπικά, κατά τη λήψη σημάτων nοι υπομεταφορείς θα πρέπει να λειτουργούν nανεξάρτητους δέκτες. Ωστόσο, τα φάσματα των σημάτων σε παρακείμενους υποφορείς υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο (Εικ. 4.16). Επομένως, η λήψη του σήματος OFDM και η επιλογή μεμονωμένων συμβόλων πραγματοποιείται με τη χρήση της διαδικασίας άμεσου (γρήγορου) μετασχηματισμού Fourier.

Εικ.4.16. Φάσμα ενός θραύσματος σήματος OFDM

Σκεφτείτε πώς λειτουργεί ο δέκτης κου υπομεταφορέα. Εκτελεί τη διαδικασία άμεσου μετασχηματισμού Fourier:

(4.2)

Στη συχνότητα F k = kF 1

Σε οποιονδήποτε άλλο υπομεταφορέα Fp= pF 1

Δεδομένου ότι το ολοκλήρωμα (εμβαδόν) του ημιτονοειδούς κατά τη διάρκεια μιας περιόδου είναι 0 (Εικ. 4.17), και στο διάστημα Tbστοιβαγμένος ακέραιος αριθμός │p-k│ημιτονοειδείς περιόδους.

Εικ.4.17. Για τον προσδιορισμό της περιοχής ενός ημιτονοειδούς

Επομένως, με ακριβή επιλογή του χρόνου ολοκλήρωσης, η παρεμβολή από τα σήματα άλλων υποφορέων είναι ίση με 0. Ωστόσο, κατά τον υπολογισμό των ολοκληρωμάτων (4.2), είναι απαραίτητο να εκτελούνται συναρτήσεις με μηδενική αρχική φάση, π.χ. προμηθεύω συνεκτική λήψη σήματος Για το σκοπό αυτό, το σημείο πρόσβασης (AP) στο ραδιοφωνικό κανάλι κατερχόμενης ζεύξης και και το τερματικό συνδρομητή στο ραδιοφωνικό κανάλι άνω ζεύξης, εκτός από τα σύμβολα πληροφοριών, εκπέμπουν σήματα αναφοράς , δηλ. γνωστούς μιγαδικούς αριθμούς C(n), αποδεχόμενος το οποίο ο δέκτης παρέχει την απαραίτητη διόρθωση φάσης και κλιμάκωση των πλατών των λαμβανόμενων σημάτων.

Κατά τη μετάδοση (σχηματισμό) ενός σήματος OFDM, χρησιμοποιείται ένας αντίστροφος διακριτός μετασχηματισμός Fourier (αντίστροφος FFT). κατά τη λήψη - άμεσος διακριτός μετασχηματισμός Fourier (FFT). Το σήμα OFDM παράγεται σε μειωμένη συχνότητα με επακόλουθη μεταφορά του φάσματος στη συχνότητα του ραδιοφωνικού καναλιού.

Σε διάστημα φρουράς Tgμεταξύ χαρακτήρων (Εικ. 4.12) μεταδίδουν ένα κυκλικό πρόθεμα (CP - Κυκλικό πρόθεμα) - το τέλος του επόμενου χαρακτήρα με διάρκεια Tg(Εικ. 4.18).

Ρύζι. 4.18. Σύμβολο OFDM με κυκλικό πρόθεμα

Το κάνουν για μειώνοντας τις ενδοσυμβολικές παρεμβολές (ενδοσύμβολο παρεμβολή). Εάν δεν υπήρχε κυκλικό πρόθεμα, τότε κατά τον υπολογισμό του ολοκληρώματος (4.2), οι καθυστερημένες ακτίνες που έφτασαν μετά την έναρξη της ολοκλήρωσης θα χωρούσαν στο χρονικό διάστημα 0‒ Tb, ένας μη ακέραιος αριθμός περιόδων δευτερεύοντος φορέα. Ως αποτέλεσμα, θα εμφανιζόταν σφάλμα στον υπολογισμό του ολοκληρώματος (4.3) και τα ολοκληρώματα (4.4) δεν θα εξαφανίζονταν. Κατά τη μετάδοση SR με καθυστέρηση δέσμης όχι μεγαλύτερη από Tg, στο διάστημα ολοκλήρωσης Tbοποιοσδήποτε υποφορέας έχει έναν ακέραιο αριθμό των περιόδων του και τα ολοκληρώματα (4.4) είναι ίσα με μηδέν.

Στο πρότυπο 802.11a, 48 υποφορείς χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση πληροφοριών (συνολικά 52). Τα σήματα αναφοράς μεταδίδονται σε 4 υποφορείς. Διάρκεια συμβόλου Τσ=3,2 µs, διάρκεια παύσης Tp=0,8 μs. Απόσταση μεταξύ γειτονικών συχνοτήτων MHz. Με διαμόρφωση 2 μ.μ. ανά δευτερεύον φορέα, ρυθμός δεδομένων (χωρίς κωδικοποίηση προστασίας)

Κατά τη μετάβαση σε μεθόδους διαμόρφωσης πολλαπλών θέσεων

Mbps,

Mbps

Τα κύρια χαρακτηριστικά του προτύπου 802.11a δίνονται στον Πίνακα. 4.4.

«Τα ασύρματα δίκτυα, υπάρχοντα και προβαλλόμενα, προβλέπουν κάποια επικάλυψη στα όρια των περιοχών εφαρμογής τους. Αυτές οι τεχνολογίες συνυπάρχουν για να δημιουργήσουν πολλές νέες, συναρπαστικές δυνατότητες», δήλωσε ο Sean Maloney, γενικός διευθυντής του ομίλου επικοινωνιών της Intel. Το άρθρο θα μιλήσει για τις δυνατότητες του προτύπου IEEE 802.11n και θα δοθούν παραδείγματα υλικού συμβατού με αυτό το πρότυπο ασύρματης μετάδοσης δεδομένων.

Εισαγωγή

Ενώ η τεχνολογία Wi-Fi είναι ιδανική για ασύρματες εγκαταστάσεις μικρής περιοχής, τα πρότυπα WiMAX και 3G παρέχουν πρόσβαση σε μεγάλες αποστάσεις, παρέχοντας κάλυψη από ένα έως έξι μίλια, παρέχοντας έτσι πρόσβαση σε κτίρια κατοικιών, στην υποδομή οικισμών, μεταφορών κ.λπ. Το 3G είναι ένα Προδιαγραφή ITU για ασύρματες επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας. Αυτός ο τύπος ασύρματης σύνδεσης είναι συμβατός με GSM, TDMA και CDMA. Η γενιά 3G θα παρέχει ασύρματη πρόσβαση μεγάλης εμβέλειας για φωνή και δεδομένα.

Το 3G είναι η καλύτερη εναλλακτική για κινητές συσκευές όπως PDA, PDA και κινητά τηλέφωνα. Πρόσβαση Ultra Wide Band - Το UWB (Ultra Wide Band) είναι ένα έργο ασύρματου δικτύου κατηγορίας WPAN που μπορεί να παρέχει υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων (έως 400 Mbps) σε μικρές αποστάσεις. Μεταξύ των πιο ενδιαφέρουσες εφαρμογές υπερευρείας πρόσβασης είναι το πρότυπο ασύρματου USB (wUSB), το οποίο θα φέρει την αλληλεπίδραση περιφερειακών υπολογιστών και ηλεκτρονικών ειδών ευρείας ζώνης σε ένα θεμελιωδώς νέο επίπεδο.

Οι συνυπάρχουσες τεχνολογίες 3G, UWB, Wi-Fi και WiMAX θα επιτρέψουν την ανταλλαγή δεδομένων οποιαδήποτε στιγμή, οπουδήποτε απαιτείται συνδεσιμότητα. Στο μεταξύ, υπήρξε μια τάση επιβράδυνσης της εισαγωγής δικτύων οπτικών ινών εν αναμονή νέων ευκαιριών για ασύρματες τεχνολογίες. Οι μηχανικοί εστιάζουν τις προσπάθειές τους στην ανάπτυξη συσκευών ασύρματης επικοινωνίας, οι οποίες θα διαδώσουν τις ευρυζωνικές ασύρματες επικοινωνίες.

Δεδομένου ότι υπάρχει μια συνεχής τάση για αύξηση της απόδοσης των συσκευών και, κατά συνέπεια, του εύρους ζώνης των διεπαφών τους, υπάρχει μια συνεχής ανάπτυξη του προτύπου WLAN και αναδύονται νέες γενιές WLAN.

Σε απάντηση σε αυτές τις τάσεις, το IEEE TGn (IEEE TGn) δημιουργήθηκε για να πραγματοποιήσει την ανάπτυξη του προτύπου WLAN επόμενης γενιάς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης IEEE TGn, βρίσκεται σε εξέλιξη η ανάπτυξη του προτύπου IEEE 802.11n, ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων του οποίου θα ξεπεράσει τα 100 Mbps.

Και, πολύ σημαντικό, η τεχνολογία 802.11n υποστηρίζει όλες τις προηγούμενες μεγάλες πλατφόρμες, συμπεριλαμβανομένων των δικτύων παραγωγής επιχειρήσεων και των φορητών πλατφορμών, καθώς και των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης. Οι δύο πυλώνες στους οποίους βασίζεται το νέο πρότυπο - υψηλότερο εύρος ζώνης και τεχνολογία MIMO (Multiple Input Multiple Output, multiple input, multiple output) - πληρούν τις απαιτήσεις υψηλών επιδόσεων αυτής της γενιάς WLAN. Ταυτόχρονα, δεν είναι δυνατή η υψηλή απόδοση χωρίς την ανακατασκευή του επιπέδου ελέγχου πρόσβασης (MAC). Ας σταθούμε λεπτομερέστερα στην εξέλιξη αυτού του προτύπου.

Τραπέζι 1.

Ανάπτυξη του προτύπου IEEE 802.11n

Το πρότυπο IEEE 802.11 (WLAN) έχει υιοθετηθεί ως συμπληρωματική τεχνολογία του προτύπου υψηλής ταχύτητας IEEE 802.3 (Ethernet) για φορητές και κινητές συσκευές. Ο λόγος της επιτυχημένης εφαρμογής είναι ότι υποστηρίζει την αύξηση του ρυθμού δεδομένων με σχετικά χαμηλό κόστος. Τα πρότυπα IEEE 802.11, IEEE 802.11b και IEEE 802.11a/g παρέχουν ταχύτητες δεδομένων 2 Mbps, s, 11 Mbps και 54 Mbps, αντίστοιχα.

Η ομάδα εργασίας IEEE έκανε κάποιες αλλαγές στο 802.1, ονομάζοντας τη νέα προδιαγραφή 802.11n. Η κύρια απαίτηση για την ανάπτυξη του προτύπου είναι να επιτευχθούν υψηλότερες επιδόσεις και υψηλότεροι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων. Σημειώστε ότι το IEEE 802.11b/. 11α/. Το 11g παρέχει επίπεδα μεταφοράς δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε διάφορα φυσικά επίπεδα (PHY).

Το πρότυπο IEEE 802.11n είναι η επίτευξη υψηλής απόδοσης με υψηλότερο επίπεδο PHY και αυξημένη ταχύτητα επιπέδου ελέγχου πρόσβασης μέσων (MAC). Η διαδικασία ανάπτυξης προτύπων IEEE 802.11n έχει τρία στάδια:

στάδιο 1 - στάδιο προετοιμασίας (από τον Ιανουάριο έως τον Σεπτέμβριο του 2002).
στάδιο 2 - μελέτη ευκαιριών για αύξηση της απόδοσης (εργασία IEEE 802.11 HTSG από τον Σεπτέμβριο του 2002 έως τον Σεπτέμβριο του 2003).
στάδιο 3 - ανάπτυξη του προτύπου IEEE 802.11n. Οι εργασίες της Task Force (TGn) σε αυτόν τον τομέα ξεκίνησαν τον Σεπτέμβριο του 2003 και αναμένεται να ολοκληρωθούν τον Μάρτιο του 2007.

Η πρώτη επίσημη συνάντηση (Φάση 1) για την αύξηση του όγκου της μετάδοσης δεδομένων σύμφωνα με τα πρότυπα IEEE 802 πραγματοποιήθηκε τον Ιανουάριο του 2002 στο Ντάλας του Τέξας (ΗΠΑ). Στη συνάντηση αυτή, ο κ. Jones παρουσίασε τις υψηλές απαιτήσεις για την αύξηση του ρυθμού δεδομένων - περισσότερα από 100 Mbps για το πρότυπο IEEE 802.11, και περιέγραψε τις τεχνικές πτυχές της υλοποίησης, όπως: μεθόδους διαμόρφωσης, τεχνικές κωδικοποίησης, έκανε μια επισκόπηση μεθόδων χωρικής πολυπλεξίας (MIMO) και ανακοίνωσε την ανάγκη διπλασιασμού του εύρους ζώνης σε σύγκριση με το πρότυπο IEEE 802.11a. Στο Σίδνεϊ, οι συνεισφέροντες του IEEE 802, που συναντήθηκαν τον Μάιο του 2002, απέδειξαν ότι υπάρχει ένα θεωρητικό ανώτατο όριο στην απόδοση του πρωτοκόλλου IEEE 802.11.

Κατά το δεύτερο στάδιο της απόφασης σχεδιασμού, καθορίστηκαν πέντε κριτήρια για την ανάπτυξη του προτύπου:

Ευρύ δυναμικό αγοράς: δηλαδή δυνατότητα ευρείας εφαρμογής, πολλαπλών χρηστών και ισορροπημένου κόστους.
Συμβατότητα: η συμβατότητα απαιτεί τη διατήρηση της διεπαφής SAP MAC, όπως και για τα υπάρχοντα πρότυπα 802.11. Το νέο πρότυπο πρέπει να οριστεί σε μορφή και δομή που να είναι συμβατή με τα υπάρχοντα πρότυπα 802.11.
Διακριτική Ταυτότητα: κάθε πρότυπο IEEE 802 θα έχει ένα σύνολο διαφορών από ένα άλλο πρότυπο IEEE 802.
Τεχνική σκοπιμότητα: Οι μελέτες στο πρώτο και το δεύτερο στάδιο του έργου έδειξαν την τεχνική σκοπιμότητα του προτύπου. Επιπλέον, αξιόπιστες λύσεις WLAN υπάρχουν ήδη σήμερα.
Οικονομική σκοπιμότητα: Η οικονομική σκοπιμότητα περιλαμβάνει συσχετίσεις γνωστών παραγόντων κόστους, διαμορφώνει εύλογες απαιτήσεις κόστους για την εφαρμογή του προτύπου και εκτιμά το συνολικό επίπεδο κόστους.

Η πρώτη επίσημη συνάντηση της Ομάδας Εργασίας IEEE 802.11n (TGN) (Φάση 3) πραγματοποιήθηκε τον Σεπτέμβριο του 2003 στη Σιγκαπούρη. Ως αποτέλεσμα, το πρότυπο IEEE 802.11n είχε προγραμματιστεί να δημοσιευτεί πλήρως τον Μάρτιο του 2007. Όπως διαπιστώθηκε, οι παράμετροι IEEE 802.11n θα πρέπει να παρέχουν δύο παράγοντες: βελτίωση της απόδοσης του επιπέδου MAC και ανακατασκευή PHY.

Αν όλα είναι λίγο-πολύ ξεκάθαρα με την ανακατασκευή του επιπέδου PHY (η κύρια απαίτηση είναι να αυξηθεί το εύρος ζώνης), τότε με το επίπεδο MAC όλα δεν είναι τόσο απλά. Η ανακατασκευή του μηνύματος, δηλαδή μια λογική μείωση των πεδίων υπηρεσιών μαζί με την κωδικοποίηση, ονομάζεται κανονικοποίηση. Με την κανονικοποίηση των μηνυμάτων, επιτυγχάνουμε μεγαλύτερη απόδοση (TUL - Ανώτερο Όριο Διακίνησης) στη μεταφορά δεδομένων. Η ύπαρξη του TUL δείχνει ότι καθώς ο ρυθμός δεδομένων αυξάνεται χωρίς να μειώνεται η επιβάρυνση (με άλλα λόγια, χωρίς να εκτελείται κανονικοποίηση), η απόδοση περιορίζεται σοβαρά ακόμη και σε περιπτώσεις όπου ο ρυθμός δεδομένων είναι απείρως υψηλός. Με άλλα λόγια, η μείωση των γενικών εξόδων είναι απαραίτητη για το πρότυπο IEEE 802.11 προκειμένου να επιτευχθούν οι δηλωμένες απαιτήσεις υψηλής απόδοσης.

Η απόδοση - TUL - ορίζεται ως εξής:

TUL = 8Ldata / 2Tp+Tphy+Tdifs+Tsifs+(CWmin-1)Tslot/2.

Η κανονικοποίηση δεδομένων βοηθά στον προσδιορισμό της διαφοράς μεταξύ του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων και της απόδοσης. Για παράδειγμα, η κανονικοποιημένη απόδοση είναι 1 στα 180 Mbps όταν το μέγεθος ωφέλιμου φορτίου είναι 100 byte. Η κανονικοποιημένη απόδοση φτάνει το 70% στα 180 Mbps όταν το μέγεθος ωφέλιμου φορτίου είναι 1500 byte (Εικόνα 1).

Ρύζι. 1. α) Οικόπεδα MT και TUL για την προδιαγραφή IEEE 802.11. β) Κανονικά γενικά έξοδα ανάλογα με τον ρυθμό δεδομένων και το μέγεθος του ωφέλιμου φορτίου

MT - μέγιστη απόδοση.

LDATA - χρήσιμες πληροφορίες σε byte.

Tp, Tphy - bits υπηρεσίας του προοιμίου της κεφαλίδας του φυσικού επιπέδου PHY.

Tslot, Tsifs, Tdifs - χρονοθυρίδες: σύντομες (SIFS), διαφοροποιημένες (DIFS).

Ένας άλλος τρόπος για να αυξήσετε τον ρυθμό δεδομένων του προτύπου IEEE 802.11 είναι η έννοια της συμπίεσης πλαισίου MAC. Οι μηχανισμοί συμπίεσης βρόχου (MSC) παρέχουν πολλά οφέλη. Πρώτα απ 'όλα, με τη μετάδοση ενός μεγάλου κύκλου, μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερη απόδοση από ό,τι με τη μετάδοση ενός μικρότερου κύκλου. Χρησιμοποιώντας αυτούς τους μηχανισμούς, το σύστημα μπορεί να επιτύχει καλύτερη απόδοση μεταδίδοντας μεγαλύτερους κύκλους. Ένα άλλο σημαντικότερο πλεονέκτημα είναι ότι αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να μειώσουν τα γενικά έξοδα. Χωρίς αυτούς τους μηχανισμούς, η μετάδοση κάθε κύκλου χρειάζεται ξεχωριστή κεφαλίδα. Με αυτούς τους μηχανισμούς, αντίθετα, αντί για πολλές κεφαλίδες για διαφορετικούς κύκλους, θα χρησιμοποιείται μόνο μία. Τέλος, η χρήση αυτών των μηχανισμών μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της μέσης καθυστέρησης. Διαφορετικά, ο δεύτερος ή μεταγενέστερος κύκλος θα μεταδοθεί σε πολύ μεταγενέστερο χρόνο. Με αυτούς τους μηχανισμούς, οι πληροφορίες θα μεταφέρονται πολύ πιο γρήγορα. Ένα πρόβλημα προκύπτει - σε ποια τιμή πρέπει να είναι το συνολικό μήκος του συμπιεσμένου κύκλου. Ένα πράγμα είναι σαφές - ότι ο αριθμός των συμπιεσμένων κύκλων δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερος από το όριο, στη διασταύρωση του οποίου δεν μπορεί να διασφαλιστεί η αξιοπιστία του μηνύματος. Ομοίως, το συνολικό μήκος των συμπιεσμένων κύκλων πρέπει να είναι μικρότερο από ένα άλλο όριο που είναι μικρότερο ή ίσο με το όριο κατακερματισμού του μηνύματος.

Ο σκοπός αυτών των μηχανισμών δεν είναι να δημιουργήσουν τεράστιους συμπιεσμένους κύκλους, αλλά περιλαμβάνει την επιλογή μιας λογικής συμβιβαστικής λύσης. Οι υπερβολικά μεγάλοι κύκλοι μπορεί να έχουν κακή απόδοση. Επίσης, ο συμπιεσμένος κύκλος δεν επιφυλάσσει τον μηχανισμό κατακερματισμού. Στην πραγματικότητα, οι προτεινόμενοι μηχανισμοί απαιτούν το συνολικό μήκος του συμπιεσμένου κύκλου να είναι μικρότερο από το όριο κατακερματισμού. Επομένως, παίρνουμε έναν ασυμπίεστο κύκλο, ο οποίος δημιουργήθηκε αρχικά από τον προηγούμενο μηχανισμό κατακερματισμού. Από την άλλη πλευρά, ο συμπιεσμένος κύκλος δεν θα κατακερματιστεί καθώς το συνολικό μήκος είναι μικρότερο από το κατώφλι κατακερματισμού.

Έτσι, το πρότυπο IEEE 802.11n συνεχίζει να βελτιώνεται για να παρέχει υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων. Επισημαίνουμε τα overhead bits ως θεμελιώδες πρόβλημα της αναποτελεσματικότητας του επιπέδου MAC. Μια απλή αύξηση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων "στο μέτωπο" σίγουρα δεν μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η κεφαλίδα είναι πολύ μεγάλη εάν ο ρυθμός δεδομένων είναι υψηλός ή το μέγεθος του πλαισίου είναι υπερβολικά μικρό. Επομένως, χρειάζονται απλώς νέοι αποτελεσματικοί τρόποι για την αναβάθμιση του επιπέδου MAC. Προτείνονται πολλές επιλογές για τη βελτίωση του επιπέδου MAC - για μείωση των bits υπηρεσίας χρησιμοποιώντας συμπίεση κύκλου. Ως αποτέλεσμα της μελέτης όλων των πτυχών αυτού του προβλήματος και των προοπτικών του, διαμορφώθηκε ένα ανώτερο όριο απόδοσης χρησιμοποιώντας ένα σχήμα συμπίεσης κύκλου. Η τεχνολογία MIMO αξίζει ιδιαίτερης προσοχής ως βάση για τις επόμενες γενιές ασύρματων δικτύων. Η χρήση του MIMO σάς επιτρέπει να επιτύχετε:

Μεταφορά δεδομένων υψηλής ταχύτητας, αυξάνοντας τον αριθμό των χρησιμοποιούμενων ροών δεδομένων.
Παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας σύνδεσης μεταξύ πολλαπλών ροών δεδομένων.
Ως αποτέλεσμα, συμβάλλει στην αύξηση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων σε σύγκριση με ένα σύστημα SISO.

Η τεχνολογία MIMO είναι τόσο ενδιαφέρουσα και πολύπλευρη που η εξέτασή της ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.

Wi-Fi Plus

Η αγορά WLAN αναπτύσσεται, καθοδηγούμενη από την έκρηξη των δυνατοτήτων πολυμέσων στα σύγχρονα ηλεκτρονικά. Σύμφωνα με την ABI, από τον Μάρτιο του 2005, περίπου 150 εκατομμύρια 802.11n chipsets WLAN θα πωληθούν το 2008. Η Metalink είναι αυτή τη στιγμή ο αδιαμφισβήτητος ηγέτης στην εφαρμογή του προτύπου 802.11n στον κόσμο. Η εταιρεία έχει αναπτύξει και κατασκευάσει το chipset WLAN Plus σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προτύπου 802.11n (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. WLAN Plus Chipset

Ο κατασκευαστής τοποθετεί το chipset WLAN Plus ως βάση για ασύρματες συσκευές για εφαρμογές όπως:

αυτοματοποίηση κτιρίων και κατασκευών·
ατομικός ιατρικός διαγνωστικός εξοπλισμός.
βιομηχανικός αυτοματισμός, έλεγχος και παρακολούθηση διαδικασιών·
έλεγχος πρόσβασης και φωτισμού·
προσωπικούς υπολογιστές και περιφερειακός εξοπλισμός·
ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης?
Τηλεφωνία IP.

Η τεχνολογία WLAN Plus παρέχει υψηλή απόδοση και, χάρη στις μοναδικές τεχνικές δυνατότητές της, έχει πολλές εφαρμογές που δεν είναι διαθέσιμες για υλικό από άλλους κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Ένα πιθανό παράδειγμα χρήσης του chipset 802.11n φαίνεται στο Σχήμα 1. 3.

Ρύζι. 3. Ένα παράδειγμα χρήσης του chipset 802.11n

Βασικά χαρακτηριστικά του WLAN Plus

Το WLAN Plus είναι μια ολοκληρωμένη αρχιτεκτονική δύο τσιπ, ένα τσιπ πρόσβασης φυσικού επιπέδου PHY με τεχνολογία MIMO (MtW8150) και ένα τσιπ επιπέδου MAC MtW8170. Παραθέτουμε τα κύρια χαρακτηριστικά του chipset WLAN Plus:

Υποστήριξη τεχνολογίας 2x2 ή 2x3 MIMO για διασφάλιση υψηλών επιδόσεων και ποιότητας υπηρεσιών.
Το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας του τσιπ PHY είναι 4,9 ... 5,6 GHz με ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων έως και 243 Mbps.
Δυνατότητα αύξησης του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας.
Συμβατό με 802.11a και υποστήριξη 802.11b/g.
Υποστήριξη για πρόσθετα συστήματα ασφαλείας (WPA2, 802.11i).
Υποστήριξη για (WMM) (Wireless Multi-Media) 802.11e.
Ενσωματωμένη υποστήριξη για PCI, Ethernet και άλλες διεπαφές.

Ραδιοπομποδέκτης MtW8150, το μπλοκ διάγραμμα του οποίου φαίνεται στην εικ. Το 4 είναι ένα αυτόνομο τσιπ RFIC με υποστήριξη MIMO. Είναι το βασικό στοιχείο της λύσης WLAN Plus της Metalink. Σημειώστε ότι το μικροκύκλωμα διαθέτει ενσωματωμένο τοπικό ταλαντωτή (LO - Local Oscillator, local oscillator), ο οποίος εξυπηρετεί όχι μόνο το μικροκύκλωμα MtW8150, αλλά είναι διαθέσιμος και για χρονομέτρηση άλλων στοιχείων κυκλώματος. Το MtW8150 χρησιμοποιεί άμεση μετατροπή συχνότητας και χρειάζεται ένα εξωτερικό φίλτρο SAW συντονισμένο στη ζώνη βάσης. Ο ανιχνευτής RF RSSI επιτρέπει τον ακριβή αυτόματο έλεγχο (AGC) της συσκευής καθώς και την καλύτερη εξάλειψη παρεμβολών στην κατηγορία του. Για την κατασκευή του τσιπ MtW8150, χρησιμοποιείται μια διαδικασία κατασκευής σε ένα υπόστρωμα SiGe. Το μικροκύκλωμα τοποθετείται σε πλαστική θήκη TAPP (Thin Array Plastic Package) με διαστάσεις μόνο 11x11 mm. Η ονομαστική τάση λειτουργίας είναι 3,0 V, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του μικροκυκλώματος σε αυτοτροφοδοτούμενες φορητές συσκευές χωρίς προβλήματα. Το MtW8150 χρησιμοποιεί δύο πλήρη κανάλια RF που έχουν σχεδιαστεί για να συμμορφώνονται με την τεχνολογία IEEE 802.11n MIMO. Επιπλέον, σημειώνουμε ότι το τσιπ MtW8150 υλοποιεί δύο πομποδέκτες στη σύνθεση: AGC και RSSI.

Ρύζι. 4. Λειτουργικό διάγραμμα MtW8150

Αρχιτεκτονική WLAN Plus

Τα βασικά χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής chipset (Εικόνα 5) είναι τα εξής:

η πρώτη στον κόσμο υποστήριξη MIMO 2×2 σε ένα μόνο τσιπ.
εξασφάλισε τη συμβατότητα των προτύπων IEEE 802.11n και IEEE 802.11a.
υποστήριξη για διαμορφώσεις EVM έως και QAM 64.
καλύτερα φασματικά χαρακτηριστικά κατηγορίας.
χρήση χωρικής πολυπλεξίας για μετάδοση ή λήψη δύο ανεξάρτητων ροών δεδομένων στο ίδιο κανάλι συχνότητας·
δύο πλήρη και ανεξάρτητα κυκλώματα RF.
Κανάλια 20 MHz για συμβατότητα IEEE 802.11a.
κοινή χρήση της συχνότητας ενός τοπικού ταλαντωτή LO μεταξύ πολλαπλών κυκλωμάτων του chipset.
Υποστήριξη για high-bit MIMO (π.χ. 4x4) με πραγματική λειτουργία.
υποστήριξη για εναλλαγή κεραίας λήψης.
δυναμικός διαχωρισμός δεδομένων σε κανάλια για προσαρμογή για αλλαγή SNR.
ανατροφοδότηση για τη βαθμονόμηση Tx/Rx.
γρήγορη και απλή παράλληλη διεπαφή.
γρήγορη εναλλαγή μεταξύ λήψης και μετάδοσης.
απλή διεπαφή με ελεγκτή ζώνης βάσης.
ξεχωριστός έλεγχος για κάθε κύκλωμα RF.
ανεξάρτητος έλεγχος ισχύος.
υποστήριξη για BPSK, QPSK, 16-QAM και 64-QAM.

Ρύζι. 5. Αρχιτεκτονική WLAN Plus

Με αυτό το κιτ, οι προγραμματιστές συσκευών IEEE 802.11 μπορούν να επικεντρωθούν στην ανάπτυξη της δικής τους εφαρμογής αντί να εστιάζουν σε ζητήματα εφαρμογής WLAN. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά το κόστος του έργου και να εξασφαλίσετε ταχύτερο χρόνο στην αγορά.

Κιτ αξιολόγησης

Το κιτ αξιολόγησης (Εικόνα 6) επιτρέπει στους χρήστες να δοκιμάσουν τον εξοπλισμό και να αξιολογήσουν τις δυνατότητες της τεχνολογίας Metalink WLAN Plus MIMO. Το κιτ αξιολόγησης WLAN Plus σάς επιτρέπει:

αξιολόγηση των δυνατοτήτων των chipset Metalink MtW8170 και MtW 8150.
ανάπτυξη μιας εφαρμογής για WLAN, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες του chipset.
παρέχοντας ευκαιρίες για γρήγορη διάθεση του προϊόντος στην αγορά με ελάχιστο κόστος.

Ρύζι. 6. Εμφάνιση του κιτ αξιολόγησης

Το κιτ αποτελείται από δύο πλακέτες: μια πλακέτα mPCI και μια πλακέτα ελέγχου. Η πλακέτα ελέγχου χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το mPCI για την παροχή πρόσθετων επιλογών διασύνδεσης με τη μονάδα WLAN Plus MIMO. Η πλακέτα ελέγχου περιέχει μια υποδοχή mPCI, υποδοχές διασύνδεσης Ethernet και USB 2.0 για σύνδεση με άλλες συσκευές. Η πλακέτα mPCI περιέχει το chipset Metalink WLANPlus MIMO, το MtW8170, τον ελεγκτή ζώνης βάσης και τον πομποδέκτη ραδιοφώνου MtW8150. Υποστηρίζονται διαμορφώσεις MIMO 2x2 και 2x3 και η διεπαφή mPCI σάς επιτρέπει να συνδέσετε οποιαδήποτε συσκευή διαθέτει διεπαφή mPCI.

Υποστήριξη λογισμικού

Το κιτ αξιολόγησης WLAN Plus συνοδεύεται από λογισμικό για λειτουργικά συστήματα Windows XP και Linux. Η δομή λογισμικού του chipset WLAN Plus φαίνεται στην εικ. 7. Εν κατακλείδι, θα ήθελα να σημειώσω ότι η αρχιτεκτονική του λογισμικού είναι τέτοια που σας επιτρέπει να βελτιώσετε και να προσθέσετε διαμορφώσεις στο μέλλον που δεν υποστηρίζονται προς το παρόν από το σύστημα WLAN. Αυτή η πτυχή φαίνεται να είναι πολύ σχετική από την άποψη των εφαρμογών κλιμάκωσης, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική στις σημερινές συνθήκες ταχείας αύξησης των απαιτήσεων για ηλεκτρονικό εξοπλισμό.

Ρύζι. 7. Δομή από το WLAN Plus

Η πανταχού παρουσία των ασύρματων δικτύων, η ανάπτυξη υποδομών hotspot, η εμφάνιση τεχνολογιών κινητής τηλεφωνίας με μια ολοκληρωμένη ασύρματη λύση (Intel Centrino) έχει οδηγήσει τους τελικούς χρήστες (για να μην αναφέρουμε τους εταιρικούς πελάτες) να δίνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή στις ασύρματες λύσεις. Τέτοιες λύσεις θεωρούνται κυρίως ως μέσο ανάπτυξης κινητών και σταθερών ασύρματων τοπικών δικτύων και ως μέσο ηλεκτρονικής πρόσβασης στο Διαδίκτυο.

Ωστόσο, ο τελικός χρήστης που δεν είναι διαχειριστής δικτύου συνήθως δεν είναι πολύ γνώστης του δικτύου, γεγονός που καθιστά δύσκολο για αυτούς να κάνουν τη σωστή επιλογή όταν αγοράζουν μια ασύρματη λύση, ειδικά με την ποικιλία των προϊόντων που προσφέρονται σήμερα. Η ταχεία ανάπτυξη της ασύρματης τεχνολογίας οδήγησε στο γεγονός ότι οι χρήστες, μη έχοντας χρόνο να συνηθίσουν ένα πρότυπο, αναγκάζονται να μεταβούν σε ένα άλλο, με ακόμη υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης. Αυτό, φυσικά, αφορά την οικογένεια των πρωτοκόλλων ασύρματης επικοινωνίας που είναι γνωστά ως IEEE 802.11, η οποία περιλαμβάνει τα πρωτόκολλα 802.11, 802.11b, 802.11b+, 802.11a, 802.11g, 802.11g+ και ένα νέο πρότυπο έχει ήδη εμφανιστεί 802.11n. Και αν προσθέσουμε σε αυτή τη μεγάλη οικογένεια πρωτόκολλα ασφαλείας και QoS όπως 802.11e, 802.11i, 802.11h κ.λπ., τότε γίνεται σαφές ότι δεν είναι καθόλου εύκολο να το καταλάβουμε αυτό.

Για να κάνουμε τη ζωή πιο εύκολη για όσους θέλουν να ενταχθούν στον κόσμο των ασύρματων επικοινωνιών, αλλά δεν ξέρουν από πού να ξεκινήσουν, αποφασίσαμε να συντάξουμε έναν σύντομο οδηγό, αφού διαβάσει τον οποίο ο αναγνώστης μπορεί να καταλάβει τις κύριες διαφορές μεταξύ της οικογένειας ασύρματων πρωτοκόλλων 802.11 και κατανοούν τις βασικές αρχές των ασύρματων δικτύων.

Το φυσικό επίπεδο της οικογένειας πρωτοκόλλων 802.11

Η κύρια διαφορά μεταξύ των προτύπων της οικογένειας 802.11 έγκειται στις μεθόδους κωδικοποίησης πληροφοριών και στις προκύπτουσες διαφορές στις ταχύτητες λήψης / μετάδοσης. Όλα τα ασύρματα πρωτόκολλα βασίζονται στην τεχνολογία Spread Spectrum (SS), η οποία σημαίνει ότι το αρχικά χρήσιμο σήμα πληροφοριών στενής ζώνης (από άποψη πλάτους φάσματος) μετατρέπεται κατά τη μετάδοση με τέτοιο τρόπο ώστε το φάσμα του να είναι πολύ ευρύτερο από το φάσμα του αρχικό σήμα, δηλαδή το φάσμα του σήματος σαν κηλιδωμένο πάνω από το εύρος συχνοτήτων. Ταυτόχρονα με τη διεύρυνση του φάσματος του σήματος, λαμβάνει χώρα η ανακατανομή της φασματικής ενεργειακής πυκνότητας του σήματος - η ενέργεια του σήματος "αλείφεται" επίσης πάνω από το φάσμα. Ως αποτέλεσμα, η μέγιστη ισχύς του μετατρεπόμενου σήματος είναι πολύ χαμηλότερη από την ισχύ του αρχικού σήματος. Ταυτόχρονα, το επίπεδο ενός χρήσιμου σήματος πληροφοριών μπορεί κυριολεκτικά να συγκριθεί με το επίπεδο του φυσικού θορύβου, ως αποτέλεσμα του οποίου το σήμα γίνεται κατά κάποιο τρόπο "αόρατο" - απλά χάνεται στο επίπεδο του φυσικού θορύβου.

Για χρήση χωρίς άδεια στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ (σε αυτό το φασματικό εύρος τα πρωτόκολλα της οικογενειακής εργασίας 802.11), εκχωρείται το ραδιόφωνο από 2400 έως 2483,4 MHz, που προορίζεται για χρήση στη βιομηχανία, την επιστήμη και την ιατρική (Βιομηχανία, Επιστήμη και Ιατρική, ISM) και ονομάζεται εύρος ISM), καθώς και από 5725 έως 5875 MHz, αλλά η ισχύς των πομπών είναι αυστηρά ρυθμισμένη, η οποία περιορίζεται στα 100 mW στην Ευρώπη (περιορισμοί ETSI) και στο 1 W στις ΗΠΑ (FCC). περιορισμοί). Η τεχνολογία διάδοσης φάσματος χρησιμοποιείται για την οργάνωση της κοινής χρήσης της ραδιοφωνικής ζώνης σε τέτοιες σκληρές συνθήκες. Τα πρωτόκολλα 802.11b/g χρησιμοποιούν τεχνολογία Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).

Πρότυπο IEEE 802.11

Το πρώτο πρότυπο ασύρματης δικτύωσης, το οποίο χρησίμευσε ως βάση για μια ολόκληρη οικογένεια πρωτοκόλλων ασύρματης επικοινωνίας, ήταν το IEEE 802.11. Σήμερα, δεν υπάρχουν λύσεις που να βασίζονται αποκλειστικά σε αυτό το πρωτόκολλο, αλλά αξίζει μια ξεχωριστή συζήτηση, έστω και μόνο επειδή περιλαμβάνεται ως υποσύνολο των πρωτοκόλλων 802.11b και 802.11g.

Το πρότυπο 802.11 προβλέπει τη χρήση εύρους συχνοτήτων από 2400 έως 24835 MHz και ρυθμούς μετάδοσης 1 και 2 Mbps. Τα δεδομένα κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο DSSS με κωδικούς Barker 11 τσιπ. Με ρυθμό πληροφοριών 1 Mbit/s, ο ρυθμός επανάληψης μεμονωμένων τσιπ της ακολουθίας Barker είναι 11–106 μάρκες/δευτερόλεπτα και το εύρος ζώνης ενός τέτοιου σήματος είναι 22 MHz.

Για τη διαμόρφωση ενός ημιτονοειδούς φέροντος σήματος (η διαδικασία που απαιτείται για το περιεχόμενο πληροφοριών του φέροντος σήματος), χρησιμοποιείται μια σχετική διαμόρφωση δυαδικής φάσης (Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK).

Ο ρυθμός πληροφοριών 1 Mbps είναι υποχρεωτικός στο πρότυπο IEEE 802.11 (Βασικός ρυθμός πρόσβασης), αλλά τα 2 Mbps (Βελτιωμένος ρυθμός πρόσβασης) είναι προαιρετικός. Για τη μετάδοση δεδομένων με αυτόν τον ρυθμό, χρησιμοποιείται η τεχνολογία DSSS με κωδικούς Barker 11 τσιπ, αλλά για τη διαμόρφωση του φέροντος κύματος χρησιμοποιείται μια σχετική διαμόρφωση τετραγωνικής φάσης (Differential Quadrature Phase Shift Key).

Με ρυθμό πληροφοριών 2 Mbps, ο ρυθμός επανάληψης μεμονωμένων τσιπ της ακολουθίας Barker παραμένει ο ίδιος, δηλαδή 11–106 τσιπ/δευτερόλεπτα και, κατά συνέπεια, το πλάτος του φάσματος του μεταδιδόμενου σήματος δεν αλλάζει.

Πρότυπο IEEE 802.11b

Το πρωτόκολλο IEEE 802.11b, που εγκρίθηκε τον Ιούλιο του 1999, είναι ένα είδος επέκτασης του βασικού πρωτοκόλλου 802.11 και, εκτός από ταχύτητες 1 και 2 Mbps, παρέχει ταχύτητες 5,5 και 11 Mbps. Για λειτουργία σε ταχύτητες 5,5 και 11 Mbps, αντί για ακολουθίες Barker που μοιάζουν με θόρυβο, χρησιμοποιούνται οι λεγόμενες ακολουθίες CCK οκτώ τσιπ (Complementary Code Keying, CCK) για τη διεύρυνση του φάσματος.

Η χρήση κωδικών CCK καθιστά δυνατή την κωδικοποίηση 8 bit ανά σύμβολο με ρυθμό 11 Mbps και 4 bit ανά σύμβολο με ρυθμό 5,5 Mbps. Και στις δύο περιπτώσεις, ο ρυθμός συμβόλων είναι 1,385Χ106 σύμβολα ανά δευτερόλεπτο (11/8 = 5,5/4 = 1,385).

Οι τιμές των φάσεων που καθορίζουν τα στοιχεία της ακολουθίας CCK εξαρτώνται από τη σειρά των μπιτ πληροφοριών εισόδου. Με ρυθμό μετάδοσης 11 Mbps, απαιτείται η γνώση 8 bit (4 bit) δεδομένων εισόδου για τον μοναδικό προσδιορισμό της ακολουθίας CCK. Το πρώτο bit των δεδομένων εισόδου καθορίζει τη μετατόπιση φάσης ολόκληρου του χαρακτήρα σε σχέση με τον προηγούμενο και τα υπόλοιπα 6 bit χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της ίδιας της ακολουθίας CCK. Δεδομένου ότι 6 bit δεδομένων μπορούν να έχουν 64 διαφορετικούς συνδυασμούς, το πρωτόκολλο IEEE 802.11b χρησιμοποιεί μία από τις 64 πιθανές ακολουθίες CKK οκτώ bit για την κωδικοποίηση κάθε χαρακτήρα, και αυτό επιτρέπει την κωδικοποίηση 6 bit σε έναν μεταδιδόμενο χαρακτήρα. Δεδομένου ότι κάθε σύμβολο μετατοπίζεται επιπλέον φάση σε σχέση με το προηγούμενο σύμβολο, ανάλογα με την τιμή του πρώτου δυαδίου, και η μετατόπιση φάσης μπορεί να λάβει τέσσερις τιμές, έχουμε ότι κωδικοποιούνται 8 bit πληροφοριών σε κάθε σύμβολο.

Ακολουθίες CCK

Οι ακολουθίες CCK χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι το άθροισμα των συναρτήσεων αυτοσυσχέτισης τους για οποιαδήποτε μη μηδενική κυκλική μετατόπιση είναι πάντα μηδέν.

Το πρότυπο IEEE 802.11b ασχολείται με σύνθετες συμπληρωματικές ακολουθίες που περιέχουν στοιχεία με διαφορετικές φάσεις. Κάθε στοιχείο αυτής της ακολουθίας είναι ένας μιγαδικός αριθμός από το σύνολο των ακόλουθων οκτώ τιμών: 1, -1, j, -j, 1+j, 1-j, -1+j, -1-j. Η σύνθετη αναπαράσταση ενός σήματος είναι απλώς ένα βολικό μαθηματικό εργαλείο για την αναπαράσταση ενός σήματος διαμορφωμένου σε φάση. Έτσι, μια τιμή ακολουθίας ίση με 1 αντιστοιχεί σε ένα σήμα που βρίσκεται σε φάση με το σήμα της γεννήτριας (δηλαδή, δεν υπάρχει μετατόπιση φάσης) και ίση με -1 αντιστοιχεί σε ένα σήμα εκτός φάσης (μετατόπιση φάσης ισούται με p), κ.λπ.

Η κύρια διαφορά μεταξύ των ακολουθιών CCK και των κωδίκων Barker που θεωρήθηκαν προηγουμένως είναι ότι δεν υπάρχει μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία με την οποία ήταν δυνατό να κωδικοποιηθεί είτε ένα λογικό μηδέν είτε ένα, αλλά ένα ολόκληρο σύνολο ακολουθιών. Και δεδομένου ότι κάθε στοιχείο της ακολουθίας μπορεί να λάβει μία από τις οκτώ τιμές, ανάλογα με την τιμή των φάσεων, ένας αρκετά μεγάλος αριθμός διαφορετικών ακολουθιών CCK μπορεί να συνδυαστεί. Αυτό καθιστά δυνατή την κωδικοποίηση πολλών bit πληροφοριών σε ένα μεταδιδόμενο σύμβολο, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό μετάδοσης πληροφοριών.

Με ρυθμό μετάδοσης 5,5 Mbit / s, 4 bit είναι ήδη κωδικοποιημένα σε ένα σύμβολο, το οποίο καθορίζει το μισό ρυθμό πληροφοριών. Με αυτόν τον ρυθμό, χρησιμοποιούνται οι ήδη θεωρούμενες ακολουθίες CCK, οι οποίες σχηματίζονται σύμφωνα με τους ίδιους κανόνες - η μόνη διαφορά είναι ο αριθμός των ακολουθιών CCK που χρησιμοποιούνται και ο κανόνας για την επιλογή τους.

Για τον καθορισμό όλων των μελών της ακολουθίας CCK, χρησιμοποιούνται 4 bit πληροφοριών εισόδου, δηλαδή 2 bit. Το πρώτο δυαδικό ψηφίο, όπως και πριν, ορίζει την τιμή της μετατόπισης φάσης ολόκληρου του συμβόλου και το δεύτερο ψηφίο χρησιμοποιείται για την επιλογή μιας από τις τέσσερις πιθανές ακολουθίες CCK. Εάν λάβουμε υπόψη ότι κάθε σύμβολο μετατοπίζεται επιπλέον σε φάση σε σχέση με το προηγούμενο κατά μία από τις τέσσερις πιθανές τιμές, τότε αυτό επιτρέπει την κωδικοποίηση 4 bit πληροφοριών σε ένα σύμβολο.

Λαμβάνοντας υπόψη τους πιθανούς ρυθμούς μετάδοσης 5,5 και 11 Mbps στο πρωτόκολλο 802.11b, μέχρι στιγμής αγνοήσαμε το ερώτημα γιατί απαιτείται ταχύτητα 5,5 Mbps εάν η χρήση ακολουθιών CCK επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων με ταχύτητα 11 Mbps. Θεωρητικά, αυτό ισχύει, αλλά μόνο εάν δεν ληφθεί υπόψη το περιβάλλον παρεμβολής. Σε πραγματικές συνθήκες, ο θόρυβος των καναλιών μετάδοσης και, κατά συνέπεια, η αναλογία θορύβου και επιπέδων σήματος μπορεί να αποδειχθεί τέτοια ώστε η μετάδοση με υψηλό ρυθμό πληροφοριών (δηλαδή, όταν πολλά bit πληροφοριών κωδικοποιούνται σε ένα σύμβολο) καθίσταται αδύνατη λόγω στην εσφαλμένη αναγνώρισή τους. Χωρίς να μπούμε σε μαθηματικές λεπτομέρειες, σημειώνουμε μόνο ότι όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο θορύβου των καναλιών επικοινωνίας, τόσο χαμηλότερος είναι ο ρυθμός μετάδοσης πληροφοριών. Ταυτόχρονα, είναι σημαντικό ο δέκτης και ο πομπός να αναλύουν σωστά το περιβάλλον παρεμβολών και να επιλέγουν έναν αποδεκτό ρυθμό μετάδοσης.

Εκτός από τις ακολουθίες CCK, το πρωτόκολλο 802.11b παρέχει προαιρετικά μια εναλλακτική μέθοδο κωδικοποίησης σε ρυθμούς μετάδοσης 5,5 και 11 Mbps - συνελικτική κωδικοποίηση πακέτων PBCC. Και ήταν αυτή η λειτουργία κωδικοποίησης που αποτέλεσε τη βάση του πρωτοκόλλου 802.11b + - μια επέκταση του πρωτοκόλλου 802.11b. Στην πραγματικότητα, το πρωτόκολλο 802.11b+ δεν υπάρχει επίσημα, ωστόσο, αυτή η επέκταση υποστηρίχθηκε κάποτε από πολλούς κατασκευαστές ασύρματων συσκευών. Το πρωτόκολλο 802.11b+ παρέχει έναν άλλο ρυθμό δεδομένων - 22 Mbps χρησιμοποιώντας τεχνολογία PBCC.

Συνελικτική κωδικοποίηση δυαδικών πακέτων PBCC

Η ιδέα της συνελικτικής κωδικοποίησης (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC) είναι η εξής. Η εισερχόμενη ακολουθία δυαδικών ψηφίων πληροφοριών μετασχηματίζεται στον συνελικτικό κωδικοποιητή με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε bit εισόδου να αντιστοιχεί σε περισσότερα από ένα bit εξόδου, δηλαδή, ο συνελικτικός κωδικοποιητής προσθέτει ορισμένες περιττές πληροφορίες στην αρχική ακολουθία. Εάν, για παράδειγμα, κάθε bit εισόδου αντιστοιχεί σε δύο bit εξόδου, τότε το ένα μιλάει για συνελικτική κωδικοποίηση με ρυθμό r = 1/2.

Το κύριο πλεονέκτημα των συνελικτικών κωδικοποιητών είναι η θόρυβος της αλληλουχίας που σχηματίζουν. Το γεγονός είναι ότι με τον πλεονασμό κωδικοποίησης, ακόμη και στην περίπτωση σφαλμάτων λήψης, η αρχική ακολουθία bit μπορεί να αποκατασταθεί με ακρίβεια.

Το δυαδικό ψηφίο που δημιουργείται στον συνελικτικό κωδικοποιητή χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως μεταδιδόμενο σύμβολο, αλλά αυτό το δυαδικό ψηφίο διαμορφώνεται σε πρώτη φάση και, ανάλογα με τον ρυθμό μετάδοσης, είναι δυνατή η διαμόρφωση φάσης δυαδικής, τετραγωνικής, ακόμη και οκτώ θέσεων.

Όπως μπορείτε να δείτε, η τεχνολογία PBCC είναι αρκετά απλή. Σε αντίθεση με τις τεχνολογίες DSSS (κώδικες Barker, ακολουθίες CCK), η τεχνολογία διεύρυνσης φάσματος δεν χρησιμοποιείται εδώ λόγω της χρήσης ακολουθιών που μοιάζουν με θόρυβο, ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση παρέχεται επίσης διεύρυνση φάσματος στα τυπικά 22 MHz. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται παραλλαγές πιθανών αστερισμών σήματος QPSK και BPSK.

Στη μέθοδο PBCC, δύο αστερισμοί σήματος QPSK και BPSK χρησιμοποιούνται για τη διεύρυνση του φάσματος του σήματος εξόδου.

Στα 5,5 Mbps, το bibit που δημιουργείται από τον συνελικτικό κωδικοποιητή ρυθμού 1/2 χρησιμοποιεί διαμόρφωση δυαδικής φάσης BPSK και στα 11 Mbps, διαμόρφωση τετραγωνικής φάσης QPSK. Ταυτόχρονα, για ρυθμό 11 Mbps, ένα bit εισόδου κωδικοποιείται σε κάθε σύμβολο και ο ρυθμός bit αντιστοιχεί στον ρυθμό συμβόλων και σε ρυθμό 5,5 Mbps, ο ρυθμός bit είναι ίσος με το ήμισυ του ρυθμού συμβόλων (αφού κάθε bit εισόδου στην περίπτωση αυτή αντιστοιχεί σε δύο χαρακτήρες εξόδου). Επομένως, και για τα 5,5 Mbps και για τα 11 Mbps, ο ρυθμός συμβόλων είναι 11Χ106 σύμβολα ανά δευτερόλεπτο.

Για ταχύτητα 22 Mbps, σε σύγκριση με το σχήμα PBCC που έχουμε ήδη εξετάσει, η μετάδοση δεδομένων έχει δύο διαφορές. Πρώτον, χρησιμοποιείται διαμόρφωση φάσης 8 θέσης (8-PSK), δηλαδή, η φάση σήματος μπορεί να λάβει οκτώ διαφορετικές τιμές, γεγονός που επιτρέπει την κωδικοποίηση 3 bit σε ένα σύμβολο. Δεύτερον, εκτός από τον συνελικτικό κωδικοποιητή, έχει προστεθεί στο κύκλωμα ένας κωδικοποιητής διάτρησης (Puncture) για τον ακόλουθο λόγο: ο πλεονασμός του συνελικτικού κωδικοποιητή ίσο με 2 (για κάθε bit εισόδου υπάρχουν δύο bit εξόδου) είναι αρκετά υψηλός και υπό ορισμένες συνθήκες του περιβάλλοντος παρεμβολής δεν είναι απαραίτητο, επομένως μπορείτε να μειώσετε τον πλεονασμό έτσι ώστε, για παράδειγμα, κάθε δύο bit εισόδου να αντιστοιχούν σε τρία bit εξόδου. Για το σκοπό αυτό, φυσικά, είναι δυνατό να αναπτυχθεί ένας κατάλληλος συνελικτικός κωδικοποιητής με συνελικτικό ρυθμό κωδικοποίησης 2/3, αλλά είναι προτιμότερο να προστεθεί ένας ειδικός κωδικοποιητής στίξης στο κύκλωμα, ο οποίος απλώς θα καταστρέψει τα επιπλέον bit.

Έχοντας ασχοληθεί με την αρχή λειτουργίας του κωδικοποιητή με στίξη, ας επιστρέψουμε στην εξέταση της κωδικοποίησης PBCC με ταχύτητα 22 Mbps στο πρωτόκολλο 802.11b+.

Ο συνελικτικός κωδικοποιητής (r = 1/2) λαμβάνει δεδομένα με ρυθμό 22 Mbps. Αφού προστεθεί ο πλεονασμός στον συνελικτικό κωδικοποιητή, τα bit με ρυθμό μετάδοσης bit 44 Mbps εισέρχονται στον κωδικοποιητή με στίξη, στον οποίο ο πλεονασμός μειώνεται έτσι ώστε να υπάρχουν τρία bit εξόδου για κάθε τέσσερα bit εισόδου. Επομένως, μετά τον διακεκομμένο κωδικοποιητή, ο ρυθμός ροής θα είναι ήδη 33 Mbit / s (όχι πληροφορίες, αλλά ο συνολικός ρυθμός, λαμβάνοντας υπόψη τα πρόσθετα περιττά bit). Η προκύπτουσα ακολουθία αποστέλλεται σε έναν διαμορφωτή φάσης 8-PSK όπου κάθε τρία bit συσκευάζονται σε ένα σύμβολο. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ρυθμός μετάδοσης θα είναι 11-106 σύμβολα ανά δευτερόλεπτο και ο ρυθμός πληροφοριών θα είναι 22 Mbps.

Η σχέση μεταξύ των ρυθμών μετάδοσης και του τύπου κωδικοποίησης στο πρότυπο 802.11b/b+ δίνεται στον Πίνακα. ένας.

* Ο ρυθμός των 22 Mbps ισχύει μόνο για το πρωτόκολλο 802.11b+.

Πρότυπο IEEE 802.11g

Το πρότυπο 802.11g είναι μια λογική εξέλιξη του προτύπου 802.11b και περιλαμβάνει μετάδοση δεδομένων στην ίδια περιοχή συχνοτήτων, αλλά σε υψηλότερες ταχύτητες. Επιπλέον, το 802.11g είναι πλήρως συμβατό με το 802.11b, που σημαίνει ότι οποιαδήποτε συσκευή 802.11g πρέπει να υποστηρίζει συσκευές 802.11b. Ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς σε 802,11g είναι 54 Mbps.

Κατά την ανάπτυξη του 802.11g, εξετάστηκαν δύο ανταγωνιστικές τεχνολογίες: η μέθοδος OFDM διαίρεσης ορθογώνιων συχνοτήτων και η μέθοδος κωδικοποίησης δυαδικής ριπής PBCC, που προαιρετικά εφαρμόζεται στο πρότυπο 802.11b. Ως αποτέλεσμα, το πρότυπο 802.11g βασίζεται σε μια συμβιβαστική λύση: οι τεχνολογίες OFDM και CCK χρησιμοποιούνται ως βασικές και η χρήση της τεχνολογίας PBCC παρέχεται προαιρετικά.

Στο πρωτόκολλο 802.11g, η τεχνολογία κωδικοποίησης PBCC μπορεί προαιρετικά (αλλά όχι απαραίτητα) να χρησιμοποιηθεί σε ταχύτητες 5,5. έντεκα; 22 και 33 Mbps. Γενικά, στο ίδιο το πρότυπο, οι ρυθμοί baud 1 είναι υποχρεωτικοί. 2; 5.5; 6; έντεκα; 12 και 24 Mbps και υψηλότεροι ρυθμοί μεταφοράς 33, 36, 48 και 54 Mbps είναι προαιρετικοί. Επιπλέον, ο ίδιος ρυθμός μετάδοσης μπορεί να πραγματοποιηθεί με διαφορετικές τεχνικές διαμόρφωσης. Για παράδειγμα, ένας ρυθμός μετάδοσης 24 Mbps μπορεί να επιτευχθεί τόσο με κωδικοποίηση πολλαπλών συχνοτήτων OFDM όσο και με υβριδικές τεχνικές κωδικοποίησης CCK-OFDM.

Το μόνο που δεν έχουμε αναφέρει ακόμα είναι η τεχνική της υβριδικής κωδικοποίησης. Για να κατανοήσετε την ουσία αυτού του όρου, να θυμάστε ότι κάθε μεταδιδόμενο πακέτο δεδομένων περιέχει μια κεφαλίδα/προοίμιο με πληροφορίες υπηρεσίας και ένα πεδίο δεδομένων. Όταν μιλάμε για ένα πακέτο σε μορφή CCK, σημαίνει ότι η κεφαλίδα και τα δεδομένα του πλαισίου μεταδίδονται σε μορφή CCK. Ομοίως, όταν χρησιμοποιείται η τεχνολογία OFDM, η κεφαλίδα του πλαισίου και τα δεδομένα μεταδίδονται χρησιμοποιώντας κωδικοποίηση OFDM. Με την τεχνολογία CCK-OFDM, η κεφαλίδα του πλαισίου κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας κωδικούς CCK, αλλά τα ίδια τα δεδομένα πλαισίου μεταδίδονται χρησιμοποιώντας κωδικοποίηση OFDM πολλαπλών συχνοτήτων. Έτσι, η τεχνολογία CCK-OFDM είναι ένα είδος υβριδίου CCK και OFDM. Ωστόσο, η τεχνολογία CCK-OFDM δεν είναι η μόνη υβριδική τεχνολογία: όταν χρησιμοποιείται κωδικοποίηση πακέτων PBCC, η κεφαλίδα πλαισίου μεταδίδεται με χρήση κωδικών CCK και τα δεδομένα πλαισίου κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας PBCC.

Πρότυπο IEEE 802.11a

Τα πρότυπα 802.11b και 802.11g που συζητήθηκαν παραπάνω αναφέρονται στο εύρος συχνοτήτων των 2,4 GHz (από 2,4 έως 2,4835 GHz), ενώ το πρότυπο 802.11a προϋποθέτει τη χρήση ενός ήδη υψηλότερου εύρους συχνοτήτων (από 5,15 έως 5,350 GHz και από 5,8725 GHz και από 2,4 έως 2,4835 GHz). ). Στις ΗΠΑ, αυτό το εύρος αναφέρεται ως το εύρος της μη αδειοδοτημένης εθνικής υποδομής πληροφοριών (Unlicensed National Information Infrastructure, UNII).

Σύμφωνα με τους κανόνες της FCC, η περιοχή συχνοτήτων UNII χωρίζεται σε τρεις υποζώνες 100 MHz, οι οποίες διαφέρουν ως προς τους περιορισμούς στη μέγιστη ισχύ ακτινοβολίας. Η χαμηλή ζώνη (5,15 έως 5,25 GHz) είναι μόνο 50 mW, η μεσαία ζώνη (5,25 έως 5,35 GHz) είναι 250 mW και η υψηλή ζώνη (5,725 έως 5,825 GHz) είναι έως 1 watt. Η χρήση τριών υποζωνών συχνοτήτων με συνολικό πλάτος 300 MHz καθιστά το πρότυπο 802.11a το ευρύτερο στην οικογένεια προτύπων 802.11 και επιτρέπει τη διαίρεση ολόκληρης της περιοχής συχνοτήτων σε 12 κανάλια ευρείας συχνότητας 20 MHz, οκτώ από τα οποία βρίσκονται στα 200 MHz. κυμαίνονται από 5,15 έως 5,35 GHz και τα άλλα τέσσερα - στην περιοχή των 100 megahertz από 5,725 έως 5,825 GHz. Ταυτόχρονα, τα τέσσερα κανάλια ανώτερης συχνότητας, που παρέχουν την υψηλότερη ισχύ μετάδοσης, χρησιμοποιούνται κυρίως για μετάδοση σήματος σε εξωτερικούς χώρους.

Το πρωτόκολλο 802.11a βασίζεται στην τεχνική Frequency Orthogonal Division Multiplexing (OFDM). Για τον διαχωρισμό καναλιών, χρησιμοποιείται ένας αντίστροφος μετασχηματισμός Fourier με παράθυρο 64 υποκαναλιών συχνότητας. Δεδομένου ότι το πλάτος καθενός από τα 12 κανάλια που ορίζονται στο πρότυπο 802.11a είναι 20 MHz, κάθε υποκανάλι ορθογώνιας συχνότητας έχει πλάτος 312,5 kHz. Ωστόσο, από τα 64 ορθογώνια υποκανάλια χρησιμοποιούνται μόνο τα 52 και τα 48 από αυτά χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων (Data Tones) και τα υπόλοιπα για τη μετάδοση πληροφοριών υπηρεσίας (Pilot Tones).

Ορθογώνια πολυπλεξία συχνότητας (OFDM)

Η συνέπεια της παρεμβολής πολλαπλών διαδρομών είναι η παραμόρφωση του λαμβανόμενου σήματος. Η παρεμβολή πολλαπλών διαδρομών είναι εγγενής σε κάθε τύπο σήματος, αλλά έχει ιδιαίτερα αρνητική επίδραση στα σήματα ευρείας ζώνης, καθώς ως αποτέλεσμα της παρεμβολής, ορισμένες συχνότητες προστίθενται στη φάση, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του σήματος, ενώ άλλες, στο αντίθετα, είναι εκτός φάσης, με αποτέλεσμα το σήμα να εξασθενεί σε μια δεδομένη συχνότητα. Όσον αφορά την παρεμβολή πολλαπλών διαδρομών, διακρίνονται δύο ακραίες περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση, η μέγιστη καθυστέρηση μεταξύ διαφορετικών σημάτων δεν υπερβαίνει τη διάρκεια ενός συμβόλου και η παρεμβολή εμφανίζεται εντός ενός μεταδιδόμενου συμβόλου. Στη δεύτερη περίπτωση, η μέγιστη καθυστέρηση μεταξύ διαφορετικών σημάτων είναι μεγαλύτερη από τη διάρκεια ενός συμβόλου, και ως αποτέλεσμα της παρεμβολής, προστίθενται σήματα που αντιπροσωπεύουν διαφορετικά σύμβολα και εμφανίζεται η λεγόμενη παρεμβολή μεταξύ συμβόλων (Inter Symbol Interference, ISI). .

Στην τεχνολογία OFDM, σε κάθε ένα από τα υποκανάλια συχνότητας, ο ρυθμός δεδομένων μπορεί να μην είναι πολύ υψηλός, γεγονός που δημιουργεί τις προϋποθέσεις για την αποτελεσματική καταστολή των παρεμβολών μεταξύ των συμβόλων.

Με τη διαίρεση συχνότητας, είναι απαραίτητο το πλάτος ενός μεμονωμένου καναλιού να είναι, αφενός, αρκετά στενό ώστε να ελαχιστοποιείται η παραμόρφωση του σήματος μέσα σε ένα μεμονωμένο κανάλι και, αφετέρου, αρκετά ευρύ για να παρέχει τον απαιτούμενο ρυθμό μετάδοσης. Επιπλέον, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί οικονομικά ολόκληρο το εύρος ζώνης του καναλιού που διαιρείται σε υποκανάλια, είναι επιθυμητό να τοποθετούνται τα υποκανάλια συχνότητας όσο το δυνατόν πιο πυκνά, αποφεύγοντας παράλληλα παρεμβολές μεταξύ των καναλιών, ώστε να διασφαλίζεται ότι τα κανάλια είναι εντελώς ανεξάρτητες μεταξύ τους. Τα κανάλια συχνότητας που πληρούν τις παραπάνω απαιτήσεις ονομάζονται ορθογώνια. Τα φέροντα σήματα όλων των υποκαναλιών συχνότητας (ή μάλλον, οι λειτουργίες που περιγράφουν αυτά τα σήματα) είναι ορθογώνια μεταξύ τους. Και παρόλο που τα ίδια τα υποκανάλια συχνότητας μπορούν μερικώς να επικαλύπτονται μεταξύ τους, ωστόσο, η ορθογωνικότητα των σημάτων φορέα εγγυάται την ανεξαρτησία συχνότητας των καναλιών μεταξύ τους και, κατά συνέπεια, την απουσία παρεμβολών μεταξύ των καναλιών.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα του OFDM είναι ο συνδυασμός υψηλού ρυθμού bit με αποτελεσματική αντίσταση πολλαπλών διαδρομών. Πιο συγκεκριμένα, η τεχνολογία OFDM αυτή καθαυτή δεν εξαλείφει τη διάδοση πολλαπλών διαδρομών, αλλά δημιουργεί τις προϋποθέσεις για την εξάλειψη της επίδρασης της παρεμβολής μεταξύ των συμβόλων. Το γεγονός είναι ότι αναπόσπαστο μέρος της τεχνολογίας OFDM είναι το διάστημα προστασίας (Guard Interval, GI) - μια κυκλική επανάληψη του τέλους ενός συμβόλου, που επισυνάπτεται στην αρχή ενός συμβόλου. Το διάστημα προστασίας είναι περιττές πληροφορίες και με αυτή την έννοια μειώνει τον χρήσιμο ρυθμό μετάδοσης (πληροφοριών), αλλά είναι αυτό που χρησιμεύει ως προστασία έναντι της εμφάνισης παρεμβολών μεταξύ συμβόλων. Αυτή η περιττή πληροφορία προστίθεται στο μεταδιδόμενο σύμβολο στον πομπό και απορρίπτεται όταν το σύμβολο λαμβάνεται στον δέκτη.

Η παρουσία του διαστήματος προστασίας δημιουργεί χρονικά κενά μεταξύ των μεμονωμένων συμβόλων και εάν η διάρκεια του διαστήματος προστασίας υπερβαίνει τον μέγιστο χρόνο καθυστέρησης σήματος λόγω διάδοσης πολλαπλών διαδρομών, τότε δεν υπάρχει παρεμβολή μεταξύ συμβόλων.

Όσον αφορά την τεχνική διαμόρφωσης, το πρωτόκολλο 802.11a δεν διαφέρει πολύ από το 802.11g. Σε χαμηλούς ρυθμούς bit χρησιμοποιούνται BPSK και QPSK, ενώ σε υψηλούς ρυθμούς bit χρησιμοποιούνται 16-QAM και 64-QAM. Επιπλέον, το πρωτόκολλο 802.11a προβλέπει τη χρήση συνελικτικής κωδικοποίησης για τη βελτίωση της ατρωσίας από το θόρυβο. Δεδομένου ότι ο ρυθμός συνελικτικής κωδικοποίησης μπορεί να είναι διαφορετικός, όταν χρησιμοποιείται ο ίδιος τύπος διαμόρφωσης, ο ρυθμός μετάδοσης είναι διαφορετικός.

Στη μέθοδο OFDM, η διάρκεια ενός συμβόλου, μαζί με το διάστημα προστασίας, είναι 4 μs, και επομένως, ο ρυθμός επανάληψης παλμού θα είναι 250 kHz. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ένα bit είναι κωδικοποιημένο σε κάθε υποκανάλι και υπάρχουν 48 τέτοια υποκανάλια συνολικά, παίρνουμε ότι ο συνολικός ρυθμός μετάδοσης θα είναι 250 kHz κανάλια S48 = 12 MHz. Εάν ο ρυθμός του συνελικτικού κωδικοποιητή είναι 1/2, τότε ο ρυθμός bit δεδομένων θα είναι 6 Mbps. Εάν ο ρυθμός συνελικτικής κωδικοποίησης είναι 3/4, τότε ο ρυθμός bit πληροφοριών θα είναι 9 Mbps. Συνολικά, το πρωτόκολλο 802.11a προβλέπει τη χρήση οκτώ διαφορετικών τρόπων μετάδοσης που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την ταχύτητα, τον τύπο διαμόρφωσης και τον ρυθμό συνελικτικής κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται (Πίνακας 2). Παράλληλα, τονίζουμε ότι στο ίδιο το πρωτόκολλο 802.11a είναι υποχρεωτικές μόνο ταχύτητες 6, 12 και 24 Mbps και όλες οι υπόλοιπες είναι προαιρετικές.

Μηχανισμοί κοινής χρήσης σε δίκτυα 802.11

Μέχρι στιγμής, λαμβάνοντας υπόψη διάφορα πρωτόκολλα ασύρματης επικοινωνίας της οικογένειας 802.11, έχουμε επικεντρωθεί στο φυσικό (PHY) επίπεδο, το οποίο καθορίζει τις μεθόδους κωδικοποίησης / αποκωδικοποίησης και διαμόρφωσης / αποδιαμόρφωσης του σήματος κατά τη μετάδοση και λήψη του. Ωστόσο, ζητήματα όπως η ρύθμιση της κοινής χρήσης πολυμέσων ορίζονται σε υψηλότερο επίπεδο - στο επίπεδο πρόσβασης πολυμέσων, το οποίο ονομάζεται επίπεδο MAC (Έλεγχος πρόσβασης μέσων). Σε επίπεδο MAC καθορίζονται οι κανόνες για την κοινή χρήση του μέσου μετάδοσης δεδομένων ταυτόχρονα από πολλούς κόμβους του ασύρματου δικτύου.

Η ανάγκη ύπαρξης ρυθμιστικών κανόνων είναι προφανής. Φανταστείτε τι θα συνέβαινε αν κάθε κόμβος του ασύρματου δικτύου, χωρίς να τηρεί κανέναν κανόνα, άρχιζε να μεταδίδει δεδομένα στον αέρα. Ως αποτέλεσμα της παρεμβολής πολλών τέτοιων σημάτων, οι κόμβοι στους οποίους προορίζονταν οι αποσταλμένες πληροφορίες όχι μόνο δεν θα μπορούσαν να τις λάβουν, αλλά και γενικά θα κατανοούσαν ότι αυτές οι πληροφορίες απευθύνονταν σε αυτούς. Γι' αυτό είναι απαραίτητη η ύπαρξη αυστηρών ρυθμιστικών κανόνων, οι οποίοι θα πρέπει να καθορίζουν τη συλλογική πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων. Αυτοί οι κανόνες συλλογικής πρόσβασης μπορούν μεταφορικά να συγκριθούν με τους κανόνες του δρόμου, οι οποίοι ρυθμίζουν την κοινή χρήση δρόμων από όλους τους χρήστες του δρόμου.

Το επίπεδο MAC 802.11 ορίζει δύο τύπους κοινής χρήσης πολυμέσων: Συνάρτηση Κατανεμημένου Συντονισμού (DCF) και Συνάρτηση Συντονισμού Σημείου (PCF).

Λειτουργία Κατανεμημένου Συντονισμού DCF

Με την πρώτη ματιά, η κοινή χρήση ενός μέσου μετάδοσης δεδομένων δεν φαίνεται να είναι δύσκολη: το μόνο που απαιτείται είναι να διασφαλιστεί ότι όλοι οι κόμβοι μεταδίδουν δεδομένα μόνο όταν το μέσο είναι ελεύθερο, δηλαδή όταν κανένας από τους κόμβους δεν μεταδίδει δεδομένα. Ωστόσο, ένας τέτοιος μηχανισμός θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε συγκρούσεις, καθώς είναι πιθανό δύο ή περισσότεροι κόμβοι ταυτόχρονα, προσπαθώντας να αποκτήσουν πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων, να αποφασίσουν ότι το μέσο είναι ελεύθερο και να ξεκινήσουν την ταυτόχρονη μετάδοση. Γι' αυτό είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί ένας αλγόριθμος που να μπορεί να μειώσει την πιθανότητα συγκρούσεων και ταυτόχρονα να εγγυηθεί ίση πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων για όλους τους κόμβους του δικτύου.

Μία από τις επιλογές για την οργάνωση μιας τέτοιας ίσης πρόσβασης στο μέσο μετάδοσης δεδομένων είναι η συνάρτηση κατανεμημένου συντονισμού (DCF), που βασίζεται στη μέθοδο πολλαπλής πρόσβασης με ανίχνευση φορέα και στον μηχανισμό αποφυγής σύγκρουσης (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA ). Με μια τέτοια οργάνωση, κάθε κόμβος, πριν ξεκινήσει η μετάδοση, ακούει το μέσο, προσπαθώντας να ανιχνεύσει ένα σήμα φορέα και μόνο εάν το μέσο είναι ελεύθερο, μπορεί να ξεκινήσει τη μετάδοση δεδομένων.

Ωστόσο, όπως έχουμε ήδη σημειώσει, στην περίπτωση αυτή η πιθανότητα συγκρούσεων είναι υψηλή και για να μειωθεί η πιθανότητα τέτοιων καταστάσεων χρησιμοποιείται ο μηχανισμός αποφυγής σύγκρουσης (CA). Η ουσία αυτού του μηχανισμού είναι η εξής. Κάθε κόμβος στο δίκτυο, φροντίζοντας ότι το μέσο είναι ελεύθερο πριν ξεκινήσει η μετάδοση, περιμένει για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Αυτό το διάστημα είναι τυχαίο και αποτελείται από δύο στοιχεία: ένα υποχρεωτικό διάστημα DIFS (DCF Interframe Space) και ένα τυχαία επιλεγμένο διάστημα αντίστροφης μέτρησης (Backoff Time). Ως αποτέλεσμα, κάθε κόμβος δικτύου περιμένει για ένα τυχαίο χρονικό διάστημα πριν ξεκινήσει η μετάδοση, γεγονός που φυσικά μειώνει σημαντικά την πιθανότητα συγκρούσεων, καθώς η πιθανότητα δύο κόμβοι δικτύου να περιμένουν για το ίδιο χρονικό διάστημα είναι εξαιρετικά μικρή.

Προκειμένου να εξασφαλιστεί η ίση πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων για όλους τους κόμβους του δικτύου, είναι απαραίτητο να καθοριστεί ο αλγόριθμος για την επιλογή της διάρκειας της περιόδου αντίστροφης μέτρησης ανάλογα. Αυτό το διάστημα, αν και τυχαίο, επιλέγεται από ένα σύνολο ορισμένων διακριτών χρονικών διαστημάτων, δηλαδή ισούται με έναν ακέραιο αριθμό στοιχειωδών χρονικών διαστημάτων, που ονομάζονται χρονοθυρίδες (SlotTime). Για να επιλέξετε το διάστημα αντίστροφης μέτρησης, κάθε κόμβος δικτύου σχηματίζει το λεγόμενο Παράθυρο Contention (CW), το οποίο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του αριθμού των χρονοθυρίδων κατά τις οποίες ο σταθμός περίμενε πριν από τη μετάδοση. Το ελάχιστο μέγεθος παραθύρου είναι 31 χρονοθυρίδες και το μέγιστο είναι 1023 χρονοθυρίδες.

Όταν ένας κεντρικός υπολογιστής επιχειρεί να αποκτήσει πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων, μετά την υποχρεωτική περίοδο αναμονής DIFS, ξεκινά μια διαδικασία αντίστροφης μέτρησης, δηλαδή η αντίστροφη μέτρηση του μετρητή της χρονοθυρίδας ξεκινά από την επιλεγμένη τιμή παραθύρου. Εάν κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου αναμονής το μέσο παρέμεινε ελεύθερο, τότε ο κόμβος ξεκινά τη μετάδοση.

Μετά από μια επιτυχημένη μετάδοση, το παράθυρο σχηματίζεται ξανά. Εάν, κατά τη διάρκεια του χρόνου αναμονής, η μετάδοση ξεκίνησε από άλλο κόμβο δικτύου, τότε η τιμή του μετρητή αντίστροφης μέτρησης σταματά και η μετάδοση δεδομένων αναβάλλεται. Αφού το περιβάλλον γίνει ελεύθερο, αυτός ο κόμβος ξεκινά ξανά τη διαδικασία αντίστροφης μέτρησης, αλλά με μικρότερο μέγεθος παραθύρου, που καθορίζεται από την προηγούμενη τιμή του μετρητή αντίστροφης μέτρησης και, κατά συνέπεια, με χαμηλότερη τιμή χρονικού ορίου. Σε αυτή την περίπτωση, είναι προφανές ότι όσες περισσότερες φορές ένας κόμβος αναβάλλει τη μετάδοση λόγω του απασχολημένου περιβάλλοντος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα την επόμενη φορά να αποκτήσει πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης δεδομένων.

Ο εξεταζόμενος αλγόριθμος για την υλοποίηση πολλαπλής πρόσβασης στο μέσο μετάδοσης δεδομένων εγγυάται την ίση πρόσβαση όλων των κόμβων δικτύου στο μέσο. Ωστόσο, με αυτήν την προσέγγιση, η πιθανότητα συγκρούσεων εξακολουθεί να υπάρχει. Είναι σαφές ότι είναι δυνατό να μειωθεί η πιθανότητα συγκρούσεων αυξάνοντας το μέγιστο μέγεθος του παραθύρου που δημιουργείται, αλλά αυτό θα αυξήσει τους χρόνους καθυστέρησης μετάδοσης, μειώνοντας έτσι την απόδοση του δικτύου. Επομένως, ο ακόλουθος αλγόριθμος χρησιμοποιείται στη μέθοδο DCF για την ελαχιστοποίηση των συγκρούσεων. Μετά από κάθε επιτυχή λήψη ενός πλαισίου, η πλευρά λήψης επιβεβαιώνει την επιτυχή λήψη μετά από μια σύντομη περίοδο SIFS (Short Interframe Space) στέλνοντας μια απόδειξη απάντησης - ένα πλαίσιο ACK (ACKnowledgement). Εάν συμβεί σύγκρουση κατά τη μετάδοση δεδομένων, τότε η πλευρά εκπομπής δεν λαμβάνει πλαίσιο ACK σχετικά με την επιτυχή λήψη και, στη συνέχεια, το μέγεθος του παραθύρου για τον κόμβο μετάδοσης σχεδόν διπλασιάζεται. Έτσι, εάν για την πρώτη μετάδοση το μέγεθος του παραθύρου είναι 31 υποδοχές, τότε για τη δεύτερη προσπάθεια μετάδοσης είναι ήδη 63, για την τρίτη - 127, για την τέταρτη - 255, για την πέμπτη - 511, και για όλες τις επόμενες προσπάθειες - 1023 κουλοχέρηδες. Κατά συνέπεια, το μέγεθος του παραθύρου αυξάνεται δυναμικά, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των συγκρούσεων, γεγονός που επιτρέπει, αφενός, τη μείωση των χρονικών καθυστερήσεων και, αφετέρου, τη μείωση της πιθανότητας συγκρούσεων.

Ο εξεταζόμενος μηχανισμός για τη ρύθμιση της συλλογικής πρόσβασης στο μέσο μετάδοσης δεδομένων έχει ένα σημείο συμφόρησης. Αυτό είναι το λεγόμενο πρόβλημα του κρυφού κόμπου. Λόγω της παρουσίας φυσικών εμποδίων, είναι πιθανό δύο κόμβοι δικτύου να μην μπορούν να ακούσουν ο ένας τον άλλον απευθείας. τέτοιοι κόμβοι ονομάζονται κρυφοί. Για την επίλυση του προβλήματος των κρυφών κόμβων, η συνάρτηση DCF παρέχει προαιρετικά τη δυνατότητα χρήσης του αλγόριθμου RTS/CTS.

Αλγόριθμος RTS/CTS

Σύμφωνα με τον αλγόριθμο RTS / CTS, κάθε κόμβος δικτύου, πριν από την αποστολή δεδομένων, στέλνει πρώτα ένα ειδικό σύντομο μήνυμα που ονομάζεται RTS (Ready-To-Send) και υποδεικνύει την ετοιμότητα αυτού του κόμβου να στείλει δεδομένα. Ένα τέτοιο μήνυμα RTS περιέχει πληροφορίες για τη διάρκεια της επερχόμενης μετάδοσης και για τον παραλήπτη και είναι διαθέσιμο σε όλους τους κόμβους του δικτύου (εκτός, φυσικά, εάν είναι κρυφοί από τον αποστολέα). Αυτό επιτρέπει σε άλλους κόμβους να καθυστερήσουν τη μετάδοση για χρόνο ίσο με τη διάρκεια του διαφημιζόμενου μηνύματος. Ο σταθμός λήψης, έχοντας λάβει το σήμα RTS, αποκρίνεται στέλνοντας το σήμα CTS (Clear-To-Send), υποδεικνύοντας ότι ο σταθμός είναι έτοιμος να λάβει πληροφορίες. Μετά από αυτό, ο σταθμός εκπομπής στέλνει ένα πακέτο δεδομένων και ο σταθμός λήψης πρέπει να στείλει ένα πλαίσιο ACK που επιβεβαιώνει τη λήψη χωρίς σφάλματα.

Τώρα εξετάστε την κατάσταση όταν το δίκτυο αποτελείται από τέσσερις κόμβους: A, B, C και D (Εικ. 1). Ας υποθέσουμε ότι ο κόμβος C είναι κοντά στον κόμβο A μόνο, ο κόμβος A είναι κοντά στους κόμβους C και B, ο κόμβος B είναι κοντά στους κόμβους A και D και ο κόμβος D είναι κοντά στον κόμβο B μόνο, δηλαδή στο δίκτυο υπάρχουν κρυφοί κόμβοι: ο κόμβος C είναι κρυμμένος από τους κόμβους B και D και ο κόμβος A είναι κρυμμένος από τον κόμβο D.

Σε ένα τέτοιο δίκτυο, ο αλγόριθμος RTS/CTS καθιστά δυνατή την αντιμετώπιση του προβλήματος των συγκρούσεων, το οποίο δεν μπορεί να λυθεί με τη θεωρούμενη βασική μέθοδο οργάνωσης πολλαπλής πρόσβασης σε DCF. Αφήστε τον κόμβο Α να προσπαθήσει να στείλει δεδομένα στον κόμβο Β. Για να γίνει αυτό, στέλνει ένα σήμα RTS, το οποίο, εκτός από τον κόμβο Β, λαμβάνει επίσης τον κόμβο C, αλλά δεν λαμβάνει τον κόμβο D. Αφού λάβει αυτό το σήμα, ο κόμβος C μπλοκάρεται, δηλαδή αναστέλλει τις προσπάθειες μετάδοσης του σήματος μέχρι να ολοκληρωθεί η μετάδοση μεταξύ των κόμβων Α και Β. Ο Β, ως απόκριση στο λαμβανόμενο σήμα RTS, στέλνει ένα πλαίσιο CTS, το οποίο λαμβάνουν οι κόμβοι Α και Δ. Ο κόμβος D, έχοντας λάβει αυτό το σήμα, μπλοκάρει επίσης για τη διάρκεια της μετάδοσης μεταξύ κόμβοι Α και Β.

Ο αλγόριθμος RTS/CTS, ωστόσο, έχει τις δικές του παγίδες, οι οποίες σε ορισμένες περιπτώσεις οδηγούν σε μείωση της αποτελεσματικότητας της χρήσης του μέσου μετάδοσης δεδομένων. Για παράδειγμα, μερικές φορές είναι δυνατό να διαδοθεί το αποτέλεσμα του ψευδούς αποκλεισμού των κόμβων, το οποίο μπορεί τελικά να οδηγήσει σε λήθαργο στο δίκτυο.

Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το δίκτυο που φαίνεται στο Σχ. 2. Αφήστε τον κόμβο Β να προσπαθήσει να στείλει δεδομένα στον κόμβο Α στέλνοντάς του ένα πλαίσιο RTS. Δεδομένου ότι ο κόμβος C λαμβάνει επίσης αυτό το πλαίσιο, το τελευταίο μπλοκάρεται για τη διάρκεια της μετάδοσης μεταξύ των κόμβων Α και Β. Ο κόμβος D, προσπαθώντας να στείλει δεδομένα στον κόμβο C, στέλνει ένα πλαίσιο RTS, αλλά επειδή ο κόμβος C είναι αποκλεισμένος, δεν το κάνει λάβετε μια απάντηση και ξεκινά τη διαδικασία αντίστροφης μέτρησης με μεγεθυσμένο παράθυρο. Ταυτόχρονα, το πλαίσιο RTS που αποστέλλεται από τον κόμβο D λαμβάνεται επίσης από τον κόμβο Ε, ο οποίος, αν υποτεθεί λανθασμένα ότι θα ακολουθήσει μια συνεδρία μεταφοράς δεδομένων από τον κόμβο D στον κόμβο C, μπλοκάρεται. Ωστόσο, αυτό είναι ένα λανθασμένο κλείδωμα, καθώς δεν υπάρχει πραγματική μετάδοση μεταξύ των κόμβων D και C και ένα τέτοιο φαινόμενο ψευδούς αποκλεισμού κόμβων μπορεί να οδηγήσει σε βραχυπρόθεσμη αναισθησία ολόκληρου του δικτύου.

Λειτουργία Κεντρικού Συντονισμού PCF

Ο κατανεμημένος μηχανισμός συντονισμού DCF που περιγράφεται παραπάνω είναι η βάση για τα πρωτόκολλα 802.11 και μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε ασύρματα δίκτυα που λειτουργούν σε λειτουργία Ad-Hoc όσο και σε δίκτυα που λειτουργούν σε λειτουργία Υποδομής, δηλαδή σε δίκτυα των οποίων η υποδομή περιλαμβάνει σημείο πρόσβασης (Σημείο πρόσβασης, ΑΠ).

Ωστόσο, για δίκτυα σε λειτουργία Infrastructure, ένας ελαφρώς διαφορετικός μηχανισμός για τη ρύθμιση της πολλαπλής πρόσβασης, γνωστός ως λειτουργία κεντρικού συντονισμού (Συνάρτηση συντονισμού σημείου, PCF), είναι πιο φυσικός. Σημειώστε ότι ο μηχανισμός PCF είναι προαιρετικός και ισχύει μόνο για δίκτυα με σημείο πρόσβασης. Στην περίπτωση χρήσης του μηχανισμού PCF, το σημείο πρόσβασης είναι το κέντρο συντονισμού αλληλεπίδρασης (Point Coordinator, PC). Το κέντρο συντονισμού είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση της συλλογικής πρόσβασης όλων των άλλων κόμβων δικτύου στο μέσο μετάδοσης δεδομένων με βάση έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο ψηφοφορίας ή με βάση τις προτεραιότητες των κόμβων του δικτύου. Το κέντρο συντονισμού δημοσκοπεί όλους τους κόμβους δικτύου που περιλαμβάνονται στη λίστα του και με βάση αυτή τη δημοσκόπηση οργανώνει τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ όλων των κόμβων δικτύου. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή η προσέγγιση εξαλείφει εντελώς την ανταγωνιστική πρόσβαση στο μέσο, όπως στην περίπτωση του μηχανισμού DCF, και καθιστά αδύνατη την εμφάνιση συγκρούσεων.

Η λειτουργία του κεντρικού συντονισμού δεν ακυρώνει τη λειτουργία του κατανεμημένου συντονισμού, αλλά μάλλον τη συμπληρώνει τοποθετώντας την από πάνω. Κατά τη διάρκεια μιας ορισμένης χρονικής περιόδου, ο μηχανισμός PCF υλοποιείται, μετά το DCF και μετά όλα επαναλαμβάνονται ξανά.

Για να είναι δυνατή η παρεμβολή των λειτουργιών PCF και DCF, είναι απαραίτητο το σημείο πρόσβασης που εκτελεί τις λειτουργίες του κέντρου συντονισμού και υλοποιεί τη λειτουργία PCF να έχει πρόσβαση κατά προτεραιότητα στο μέσο μετάδοσης δεδομένων. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ταυτόχρονη πρόσβαση στα μέσα (όπως στη μέθοδο DCF), αλλά επιτρέποντας στο κέντρο συντονισμού να χρησιμοποιήσει ένα διάστημα χρονικού ορίου μικρότερο από το DIFS. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν το κέντρο συντονισμού προσπαθήσει να αποκτήσει πρόσβαση στο μέσο, τότε περιμένει το τέλος της τρέχουσας μετάδοσης και δεδομένου ότι η ελάχιστη λειτουργία αναμονής καθορίζεται για αυτό μετά την ανίχνευση "σιωπής" στον αέρα, είναι το πρώτο που θα κερδίσει πρόσβαση στο μέσο.

IEEE 802.11 (Wi-Fi)

ανεξάρτητοι βασικοί τομείς υπηρεσιών (ανεξάρτητα βασικά σύνολα, IBSS),
βασικές περιοχές εξυπηρέτησης (βασικά σετ υπηρεσιών, BSS),
εκτεταμένες περιοχές εξυπηρέτησης (εκτεταμένα σύνολα υπηρεσιών, ESS).

Μια ανεξάρτητη περιοχή εξυπηρέτησης βάσης είναι μια ομάδα σταθμών που λειτουργούν σύμφωνα με το πρότυπο 802.11 και επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους. Το IBSS αναφέρεται επίσης ως ad-hoc ή ad-hoc δίκτυο. Στο σχ. Το σχήμα 6.8 δείχνει πώς τρεις σταθμοί εξοπλισμένοι με κάρτα διασύνδεσης ασύρματου δικτύου (NIC) 802.11 μπορούν να σχηματίσουν ένα IBSS και να επικοινωνήσουν απευθείας μεταξύ τους.

Ρύζι. 6.8. Επεισοδιακό (ad-hoc) δίκτυο

Η τεχνολογία των βασικών περιοχών εξυπηρέτησης προϋποθέτει την παρουσία ειδικού σταθμού: σημεία πρόσβασης AP (σημείο πρόσβασης). Το σημείο πρόσβασης είναι το κεντρικό σημείο επικοινωνίας για όλα τα BSS. Οι σταθμοί πελατών δεν επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους. Αντίθετα, στέλνουν μηνύματα στο σημείο πρόσβασης και αυτό στέλνει ήδη πακέτα πληροφοριών στον σταθμό προορισμού. Το σημείο πρόσβασης μπορεί να έχει μια θύρα ανερχόμενης ζεύξης μέσω της οποίας το BSS είναι συνδεδεμένο στο ενσύρματο δίκτυο (για παράδειγμα, μια ανοδική σύνδεση Ethernet για πρόσβαση στο Διαδίκτυο). Επομένως, το BSS ονομάζεται δίκτυο με υποδομή. Στο σχ. Το 6.9 δείχνει μια τυπική υποδομή BSS.

Ρύζι. 6.9. Ασύρματο LAN με υποδομή

Πολλαπλές υποδομές BSS μπορούν να συνδεθούν μέσω των διασυνδέσεών τους ανερχόμενης ζεύξης. Όπου ισχύει το 802.11, η διεπαφή ανερχόμενης ζεύξης συνδέει το BSS με το σύστημα διανομής (DS). Πολλά BSS που διασυνδέονται μέσω ενός συστήματος διανομής σχηματίζουν μια εκτεταμένη περιοχή εξυπηρέτησης (ESS). Η ανερχόμενη ζεύξη στο σύστημα διανομής δεν χρειάζεται να χρησιμοποιεί ενσύρματη σύνδεση. Οι προδιαγραφές του προτύπου 802.11 επιτρέπουν σε αυτό το κανάλι να κατασκευαστεί ως ασύρματο κανάλι. Αλλά πιο συχνά, οι ανοδικές συνδέσεις στο σύστημα διανομής είναι ενσύρματες συνδέσεις Ethernet. Στο σχ. Το 6.10 είναι ένα παράδειγμα πρακτικής εφαρμογής του ESS.

Μια περιοχή που καλύπτεται από BSS ή ESS με πρόσβαση στο Διαδίκτυο ονομάζεται hot spot. «Hot spots» δημιουργούνται σε ξενοδοχεία, αεροδρόμια, εστιατόρια, φοιτητικούς ξενώνες και ακριβώς στους δρόμους. Στα τέλη του 2004, υπήρχαν περίπου 50.000 «hot spots» που λειτουργούσαν στον κόσμο και ο αριθμός των χρηστών τους έφτασε
50 εκατομμύρια άνθρωποι. Η ταχεία εξάπλωση των υπηρεσιών WLAN και ο μεγάλος αριθμός κατασκευαστών υλικού απαιτούν τη συμβατότητα του υλικού και του λογισμικού που προσφέρονται από διαφορετικές εταιρείες. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκε το 1999 ο οργανισμός WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), ο οποίος σύντομα μετατράπηκε σε Wi-Fi Alliance. Περιλαμβάνει προγραμματιστές και κατασκευαστές εξοπλισμού 802.11, χειριστές δικτύου και ειδικούς. Βασικός στόχος της συμμαχίας είναι η πιστοποίηση του κατασκευασμένου εξοπλισμού προκειμένου να διασφαλιστεί η αλληλεπίδραση των συσκευών Wi-Fi που κατασκευάζονται από διαφορετικές εταιρείες.

Ρύζι. 6.10. Εκτεταμένη περιοχή εξυπηρέτησης ασύρματου LAN ESS

Ο βασικός εξοπλισμός 802.11b λειτουργεί στην περιοχή 2.4 ... .2.483 GHz. Όπως αναφέρθηκε, αυτή η σειρά είναι χωρίς άδεια και πολλά άλλα συστήματα και συσκευές λειτουργούν σε αυτήν. Για τη μείωση της επίδρασης των παρεμβολών στα δίκτυα 802.11b, έχουν προταθεί 2 μέθοδοι. Το πρώτο είναι η χρήση, όπως στο πρότυπο Bluetooth, των συχνοτήτων άλματος κατά τη μετάδοση κάθε επόμενου καρέ. Ωστόσο, στην πράξη, συνήθως χρησιμοποιείται μια άλλη μέθοδος: η άμεση εξάπλωση του φάσματος με την πλήρωση των συμβόλων πληροφοριών με έναν κωδικό κρυπτογράφησης.

Στην κλασική έκδοση του 802.11b, οι πληροφορίες μεταδίδονται ως σύμβολα με ρυθμό 1 MSym/s. Με διαμόρφωση 2-PSK, ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων σε ένα πλαίσιο είναι 1 Mbps και με 4-PSK είναι 2 Mbps. Όταν χρησιμοποιείται η άμεση εξάπλωση του φάσματος, κάθε σύμβολο γεμίζεται με μια ακολουθία m-chip 11 μαρκών (κωδικός Barker): +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 . Ο ρυθμός τσιπ στο ραδιοφωνικό κανάλι είναι 11 Mchip/s και το πλάτος του ραδιοφωνικού καναλιού είναι 22 MHz. Στη ζώνη των 2,4 GHz, οι κεντρικές συχνότητες 13 ραδιοφωνικών καναλιών είναι σταθερές: 2412, 2417, 2422, 2427, 2432, 2437, 2442, 2447, 2452, 2457, 24672, 2. Κατά τη λήψη, το σήμα υποβάλλεται σε επεξεργασία συσχέτισης, η οποία μειώνει σημαντικά την επίδραση παρεμβολών, όπως στα πρότυπα κυψελοειδούς επικοινωνίας με διαίρεση κωδικών καναλιών.

Η χρήση ευρυζωνικού καναλιού επιτρέπει, με υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο (15 - 17 dB), να αυξηθεί ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων. Σε αυτήν την περίπτωση, η κωδικοποίηση εγκαταλείπεται και τα δεδομένα μεταδίδονται με ρυθμό συμβόλων 11 MSym/s με διαμόρφωση 4-PSK. Για τη βελτίωση της ποιότητας της επικοινωνίας κατά τη μετάδοση, χρησιμοποιείται πλεονάζουσα κωδικοποίηση με τον συμπληρωματικό κωδικό CCK (Complementary Code Keying). Ο ρυθμός δεδομένων ανά καρέ μπορεί να είναι 11 ή 5,5 Mbps.

Η μέγιστη ισχύς πομπού των συσκευών 802.11b είναι 100 mW στην Ευρώπη και 1 W στις ΗΠΑ.

Οι συσκευές 802.11a λειτουργούν σε τρεις υποζώνες στα 5 GHz. Στην υποζώνη 5,15 .... 5,25 GHz, η ισχύς μετάδοσης περιορίζεται στα 50 mW, στην υποζώνη 5,25 .... 5,35 GHz - 250 mW, και στην υποζώνη 5,725 .... 5,825 GHz -
1 W. Σε αυτές τις περιοχές κατανέμονται 12 κανάλια με πλάτος 20 MHz.

Το πλεονέκτημα του προτύπου 802.11a σε σύγκριση με το 802.11b είναι ο αυξημένος ρυθμός δεδομένων ανά καρέ: από 6 σε 54 Mbps. Για να γίνει αυτό, το πρότυπο 802.11a χρησιμοποιεί διαμόρφωση OFDM: Ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας - πολυπλεξία ορθογώνιας διαίρεσης συχνότητας. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των παρεμβολών μεταξύ συμβόλων σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων. Ας πάρουμε ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα.

Έστω ότι υπάρχει μετάδοση μέσω του ραδιοφωνικού καναλιού με ρυθμό συμβόλων B=40 Msymv/s. Κατά τη μετάδοση σε μία μόνο φέρουσα συχνότητα, η διάρκεια συμβόλου είναι s. Φανταστείτε την κατάσταση μετάδοσης ενός τέτοιου σήματος σε ένα μεγάλο δωμάτιο (σταθμός, αεροδρόμιο, εμπορικό κέντρο - Εικ. 6.11).

Εικ.6.11. Διάδοση σήματος πολλαπλών διαδρομών

Για να φτάνουν οι δοκοί προς τα εμπρός και προς τα πίσω με καθυστέρηση 1 συμβόλου, η διαφορά μεταξύ των διαδρομών τους θα πρέπει να είναι μόνο m. Μια τέτοια καθυστέρηση μπορεί να παρατηρηθεί ακόμη και σε ένα αρκετά μεγάλο δωμάτιο. Για να καταργήσετε το πρόβλημα της παρεμβολής μεταξύ των συμβόλων, θα πρέπει να αυξήσετε το μήκος του συμβόλου κατά 10, και ακόμη καλύτερα κατά 100 φορές. Στη συνέχεια, η παρεμβολή μεταξύ συμβόλων θα είναι αισθητή σε μια διαφορά διαδρομής 750 m. Από εδώ ακολουθεί η ιδέα στην οποία βασίζεται το OFDM: χωρίστε μια ροή δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε πολλές ξεχωριστές ροές (δεκάδες!), μεταδώστε καθεμία από τις υποροές με τη δική της συχνότητα ( υποφορέας), αυξάνοντας το μήκος του συμβόλου σε μονάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Το γενικευμένο σύμβολο είναι το άθροισμα των συμβόλων που μεταδίδονται Ν Συπομεταφορείς. Όλοι οι δευτερεύοντες φορείς μπορούν να χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους διαμόρφωσης: 2-PSK, 4-PSK, 8-PSK, 16-QAM ή 64-QAM. Το διάγραμμα χρονισμού του σήματος OFDM φαίνεται στην εικ. 6.12, όπου ο αριθμός Εγώεπισημαίνονται μεμονωμένοι υποφορείς.

Ρύζι. 6.12. Δομή σήματος OFDM

Τα σύμβολα διαχωρίζονται ειδικά μεταξύ τους με παύσεις διάρκειας Τ σελ, ώστε στην περίπτωση σήματος πολλαπλών διαδρομών, τα διπλανά σύμβολα να μην «σέρνονται» το ένα πάνω στο άλλο.

Το συνολικό σήμα OFDM στο μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

, (6.1)

πού είναι το σύνθετο πλάτος ενός εκπεμπόμενου σήματος,

t s- ώρα έναρξης κάθε μεμονωμένου χαρακτήρα,

Τσ– διάρκεια συμβόλου.

Το φασματικό μοτίβο του σήματος OFDM φαίνεται στην εικ. 6.13.

Ρύζι. 6.13. Φάσμα σήματος OFDM

Για να είναι δυνατή η διάκριση των σημάτων που μεταδίδονται σε παρακείμενους υποφορείς κατά τη λήψη, όλα τα σήματα πρέπει να είναι αμοιβαία ορθογώνια. Αυτή η συνθήκη είναι εφικτή εάν η απόσταση μεταξύ γειτονικών υποφορέων είναι .

Στο πρότυπο 802.11a, 48 υποφορείς χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση πληροφοριών (συνολικά 52). Διάρκεια συμβόλου Τσ=3,2 µs, διάρκεια παύσης Tp=0,8 μs. Απόσταση μεταξύ γειτονικών συχνοτήτων MHz. Με διαμόρφωση 2 μ.μ. ανά δευτερεύον φορέα, ρυθμός δεδομένων (χωρίς κωδικοποίηση προστασίας)

Κατά τη μετάβαση σε μεθόδους διαμόρφωσης πολλαπλών θέσεων

Mbps,

Mbps

Ανάλογα με την κατάσταση παρεμβολής, το πρότυπο 802.11a προβλέπει τη χρήση προσαρμοστικών σχημάτων διαμόρφωσης και κωδικοποίησης. Τα κύρια χαρακτηριστικά του προτύπου δίνονται στον πίνακα. 6.4.

Πίνακας 6.4

Ρυθμός μεταφοράς Mbps	Διαμόρφωση	Ποσοστό κωδικού	Αριθμός συμβόλων ανά δευτερεύοντα φορέα	Αριθμός συμβόλων σε ένα σύμβολο OFDM	Αριθμός bit σε ένα σύμβολο OFDM
	2-FM	1/2
	2-FM	3/4
	4-FM	1/2
	4-FM	3/4
	16-ΚΑΜ	1/2
	16-ΚΑΜ	3/4
	64-ΚΑΜ	2/3
	64-ΚΑΜ	3/4

Το πρότυπο 802.11g συνδυάζει τις δυνατότητες των προτύπων 802.11a και b στη ζώνη 2.4….2.483 GHz. Τα κύρια χαρακτηριστικά του προτύπου δίνονται στον πίνακα. 6.5. Εκτός από το CCK και το OFDM, το πρότυπο χρησιμοποιεί πλεονάζουσα συνελικτική κωδικοποίηση δυαδικών πακέτων PBCC (δυαδική συνελικτική κωδικοποίηση πακέτων) σε διάφορες ταχύτητες.

Πίνακας 6.5

Ταχύτητα, Mbps	Μέθοδος κωδικοποίησης
Αναγκαίως	Προαιρετικός
	Ακολουθία Barker
	Ακολουθία Barker
5,5	CCK	PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		OFDM, CCK-OFDM
	CCK	PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		OFDM, CCK-OFDM
		PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		PBCC
		OFDM, CCK-OFDM
		OFDM, CCK-OFDM
		OFDM, CCK-OFDM

Η πρόσβαση στο δίκτυο των συνδρομητικών σταθμών και η δυνατότητα μετάδοσης πλαισίων στα δίκτυα 802.11 πραγματοποιείται με τη χρήση συντεταγμένων συναρτήσεων. Χρησιμοποιώντας συνάρτηση κατανεμημένων συντεταγμένων DCF (συνάρτηση κατανεμημένου συντονισμού) όλοι οι σταθμοί έχουν την ίδια προτεραιότητα και καταλαμβάνουν το κανάλι με βάση αγώνες με χρονοδιακόπτες επαναφοράς. Η αρχή λειτουργίας του DCF απεικονίζεται στο Σχ. 6.14.

Ρύζι. 6.14. Λειτουργία σταθμών σε λειτουργία DCF

Οι σταθμοί εργασίας ακούν το ραδιοφωνικό κανάλι και περιμένουν μέχρι να απελευθερωθεί (η μετάδοση του φορέα σταματά). Στο σχ. 6.14, ο σταθμός 3 εκπέμπει πρώτα και οι σταθμοί 1, 2 και 5 είναι έτοιμοι για μετάδοση. Με την ολοκλήρωση του πλαισίου του σταθμού 3, ακολουθεί υποχρεωτικό διάκενο μεταξύ πλαισίων DIFS (34 ... .50 μs), μετά το οποίο οι σταθμοί είναι έτοιμοι να μεταδίδουν τα πακέτα τους ξεκινούν τον αγώνα. Καθένας από τους σταθμούς ξεκινά το χρονόμετρο του διαγωνισμού, όπου ορίζονται τυχαίοι αριθμοί μέσα στο παράθυρο του διαγωνισμού: 0…..7, 0…63 και περαιτέρω έως 127, 255, 511, 1023. Από τη στιγμή που ξεκινά ο διαγωνισμός, η ανάγνωση των χρονόμετρων ξεκινά με ταχύτητα ρολογιού 9…20 µs. Ο πρώτος σταθμός που επαναφέρει το χρονόμετρο καταλαμβάνει το κανάλι (σταθμός 2 στην Εικόνα 6.14). Οι υπόλοιποι θυμούνται τα περιεχόμενα των χρονόμετρών τους (rollback) μέχρι τον επόμενο αγώνα. Κατά τη μετάδοση, είναι πιθανές συγκρούσεις όταν δύο σταθμοί μηδενίζουν ταυτόχρονα τους χρονοδιακόπτες τους (σταθμοί 4 και 5 στην Εικ. 6.14). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την επέκταση του παραθύρου της διαμάχης, ακολουθούμενη από αναμετάδοση πλαισίων.

Ο αλγόριθμος πρόσβασης που βασίζεται σε πραγματικό DCF χρησιμοποιεί μια πιο ασφαλή διαδικασία (Εικόνα 6.15). Ο σταθμός που κερδίζει τη διαμάχη στέλνει ένα σύντομο πακέτο αιτήματος στον δέκτη RTS − Αίτημα για αποστολή, στην οποία λαμβάνει επιβεβαίωση της ετοιμότητας του παραλήπτη να λάβει CTS - Εκκαθάριση για αποστολή. Ακολουθεί η μετάδοση ενός πλαισίου πληροφοριών. Ο βρόχος τερματίζει το πακέτο επιβεβαίωσης (ή μη επιβεβαίωσης) του πλαισίου ACK. Έτσι ανταλλάσσονται αρχεία χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο TCP/IP.

Ρύζι. 6.15. Διαδικασία πρόσβασης στο δίκτυο με βάση το DCF

Στον κύκλο μετάδοσης, τα καρέ RTS - CTS - Data - ACK διαχωρίζονται με μικρά διαστήματα SIFS μεταξύ πλαισίων (10 ... 16 μs). Οι σταθμοί που δεν συμμετέχουν στην ανταλλαγή, σύμφωνα με τις πληροφορίες που περιέχονται στα πλαίσια RTS και CTS σχετικά με τη διάρκεια του κύκλου μετάδοσης, ορίζουν τα διανύσματά τους NAV (διάνυσμα κατανομής δικτύου). Το NAV είναι ο χρόνος ανάγνωσης του χρονοδιακόπτη κατά τον οποίο ο σταθμός βρίσκεται σε κατάσταση "αναστολής" και δεν συμμετέχει στη διαμάχη έως ότου το NAV γίνει 0.

Η θεωρούμενη μέθοδος πρόσβασης χρησιμοποιείται κατά την ανάγνωση αρχείων από το Διαδίκτυο. Ωστόσο, δεν επιτρέπει streaming video και, επιπλέον, IP τηλεφωνία, όπου οι επιτρεπόμενες καθυστερήσεις σήματος είναι αυστηρά περιορισμένες. Το νέο πρότυπο IEEE 802.11e παρέχει υποστήριξη για τέσσερις κατηγορίες κίνησης σε δίκτυα Wi-Fi, με σειρά προτεραιότητας:

Φωνή - τηλεφωνία με ποιότητα μετάδοσης σε επίπεδο μεγάλων αποστάσεων,

Βίντεο - τηλεοπτική μετάδοση,

Best Effort - ανάγνωση αρχείων Διαδικτύου,

Φόντο - μεταφορά αρχείων χαμηλής προτεραιότητας.

Αυτή η ταξινόμηση αντιστοιχεί στις κατηγορίες υπηρεσιών των δικτύων κινητής επικοινωνίας 3ης γενιάς, η οποία επιτρέπει την οργάνωση της αλληλεπίδρασης δικτύων κινητής τηλεφωνίας και Wi-Fi. Η εφαρμογή του προτύπου 802.11e είναι δυνατή μόνο σε δίκτυα με σημεία πρόσβασης, όπου συνάρτηση συντεταγμένων σημείου PCF (λειτουργία συντονισμού σημείων). Το σχήμα 1 απεικονίζει την αρχή λειτουργίας ενός δικτύου που βασίζεται σε PCF. 6.16.

Η διαδικασία μεταφοράς καθορίζεται από το ΑΠ. Ο χρόνος μετάδοσης χωρίζεται σε υπερπλαίσια, η διάρκεια των οποίων ρυθμίζεται προσαρμοστικά από το AP και μπορεί να αλλάξει κατά τη μετάδοση. Στην αρχή κάθε υπερπλαισίου, το AP εκπέμπει ένα πλαίσιο φάρου. Ορίζει τη διάρκεια του υπερπλαισίου, το μέγιστο μέγεθος των πλαισίων πληροφοριών και την περίοδο χωρίς διαμάχη. Αυτή τη στιγμή, η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του σημείου πρόσβασης και των σταθμών πραγματοποιείται μόνο με ψηφοφορία στο AP (ο ίδιος ο σταθμός δεν μπορεί να καταλάβει το κανάλι). Ταυτόχρονα με την αποστολή ενός πλαισίου ψηφοφορίας, το AP μπορεί επίσης να στείλει ένα πλαίσιο πληροφοριών στον σταθμό. Το τέλος της περιόδου χωρίς διαμάχη σημειώνεται από το AP στέλνοντας ένα πλαίσιο CF-End. Στη συνέχεια, οι σταθμοί, συμπεριλαμβανομένων των AP, καταλαμβάνουν ένα κανάλι που βασίζεται στη διαμάχη. Αυτή η μέθοδος πρόσβασης σάς επιτρέπει να οργανώνετε τη μεταφορά πακέτων δεδομένων με σταθερό ρυθμό, ο οποίος είναι απαραίτητος για την κυκλοφορία τηλεφώνου και ροής.

Ρύζι. 6.16. Μεταφορά δεδομένων βάσει PCF

Πρέπει να ειπωθεί ότι η συνάρτηση συντεταγμένων σημείου PCF δεν παρέχει πλήρως παραμέτρους QoS. Για την υποστήριξη της απαιτούμενης ποιότητας υπηρεσίας, έχει αναπτυχθεί ένα ειδικό πρότυπο 802.11e. Εισάγει την έννοια των κατηγοριών πρόσβασης AC, οι οποίες προέρχονται από την ομάδα προτύπων 802.1D και καθορίζουν τα επίπεδα προτεραιότητας. Συνολικά υπάρχουν 4 κατηγορίες πρόσβασης (Πίνακας 6.6): φωνή (Φωνή), βίντεο (Βίντεο), καλύτερη προσπάθεια (Βέλτιστη προσπάθεια) και φόντο (Φόντο). Κάθε κατηγορία συσχετίζεται με έναν αντίστοιχο τύπο δεδομένων.

Πίνακας 6.6

Κατηγορία πρόσβασης	Περιγραφή	Συμμόρφωση 802.1D
Φωνή	Πρώτη προτεραιότητα. Σας επιτρέπει να πραγματοποιείτε κλήσεις VoIP με χαμηλή καθυστέρηση.	7, 6
βίντεο	Δίνει προτεραιότητα στη μετάδοση δεδομένων. Ένα κανάλι 802.11a ή 802.11g μπορεί να υποστηρίξει μία ροή HDTV ή 4 ροές SDTV. Οι καθυστερήσεις είναι μικρές και συνεχείς	5, 4
Καλύτερη προσπάθεια	Επισκεψιμότητα εφαρμογών που δεν υποστηρίζει QoS. Μεγάλες καθυστερήσεις	0, 3
Ιστορικό	Επισκεψιμότητα χαμηλής προτεραιότητας για μεταφορές αρχείων, εργασίες εκτύπωσης εκτυπωτή και άλλες διαδικασίες που δεν απαιτούν συγκεκριμένες απαιτήσεις καθυστέρησης ή εύρους ζώνης	2, 1

Το πρότυπο 802.11e ορίζει έναν νέο τύπο πρόσβασης στα μέσα για την ποιότητα της υπηρεσίας − υβριδική συντεταγμένη (υβριδική λειτουργία συντονισμού, HCF). Το HCF ορίζει δύο μηχανισμούς πρόσβασης στα μέσα:

· Πρόσβαση καναλιού l βάσει περιεχομένου.

· Ελεγχόμενη πρόσβαση στα κανάλια.

Η πρόσβαση καναλιού βάσει διενέξεων αντιστοιχεί σε εκτεταμένη κατανεμημένη πρόσβαση καναλιού ( βελτιωμένη πρόσβαση σε κατανεμημένο κανάλι, EDCA) και η πρόσβαση σε ελεγχόμενο κανάλι αντιστοιχεί στην ελεγχόμενη πρόσβαση καναλιού HCF ( Ελεγχόμενη πρόσβαση καναλιού HCF, HCCA). Στο 802.11e, εξακολουθούν να υπάρχουν δύο φάσεις λειτουργίας μέσα σε ένα υπερπλαίσιο, περίοδοι διενέξεων (CP) και περίοδοι χωρίς διενέξεις (CFP). Το EDCA χρησιμοποιείται μόνο στην CP και το HCCA χρησιμοποιείται και στις δύο περιόδους. Το HCF συνδυάζει τις μεθόδους PCF και DCF, γι' αυτό και ονομάζεται υβριδικό. Το αποτέλεσμα του μετασχηματισμού της αρχιτεκτονικής MAC φαίνεται στο σχήμα. 6.17.

Ρύζι. 6.17 Αρχιτεκτονική MAC

Ένας σταθμός που λειτουργεί ως κεντρικός συντονιστής για όλους τους σταθμούς σε ένα βασικό σύνολο υπηρεσιών που υποστηρίζει QoS ( QoS που υποστηρίζει BSS, QBSS), ονομάζεται υβριδικός συντονιστής ( υβριδικός συντονιστής). Όπως και ο συντονιστής σημείων, βρίσκεται μέσα στο σημείο πρόσβασης. Οι σταθμοί πελάτη που υποστηρίζουν QoS ονομάζονται QSTA.

Ένας σταθμός 802.11e στον οποίο έχει παραχωρηθεί πρόσβαση σε ένα μέσο δεν θα χρησιμοποιεί ραδιοφωνικούς πόρους περισσότερους από αυτούς που καθορίζονται στο πρότυπο. Αυτή η νέα εισαγωγή ονομάζεται δυνατότητα μεταφοράς ( ευκαιρία μετάδοσης, TXOP). Το TXOP είναι το διάστημα κατά το οποίο επιτρέπεται σε έναν σταθμό να μεταδίδει πακέτα. Ορίζεται από την ώρα έναρξης και τη διάρκειά του. Το TXOP που υπάρχει στην πρόσβαση πολυμέσων που βασίζεται σε διαμάχες ονομάζεται EDCA-TXOP. Ομοίως, το TXOP που υπάρχει σε ελεγχόμενη πρόσβαση μέσων ονομάζεται HCCA-TXOP. Η διάρκεια του EDCA-TXOP περιορίζεται από την παράμετρο TXOPlimit, η τιμή της οποίας μεταδίδεται συνεχώς μέσω ενός συγκεκριμένου στοιχείου πληροφοριών πεδίου πλαισίου φάρου.

Μια άλλη βελτίωση του προτύπου είναι ότι κανένας σταθμός δεν μπορεί να εκπέμψει όταν είναι ώρα να μεταδώσει ένα πλαίσιο φάρου. Αυτό μειώνει την αναμενόμενη καθυστέρηση beacon, η οποία δίνει στον υβριδικό συντονιστή καλύτερο έλεγχο του περιβάλλοντος, ειδικά όταν χρησιμοποιείται ένα προαιρετικό CFP μετά το πλαίσιο του beacon.

Στο νέο πρότυπο, ένας σταθμός μπορεί να στείλει πακέτα απευθείας σε άλλο σταθμό στο QBSS χωρίς να επικοινωνεί με ένα σημείο πρόσβασης. Στο παλιό πρότυπο, μέσα σε ένα δίκτυο με υποδομή, όλα τα πακέτα ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ σταθμών περνούσαν μόνο από ένα σημείο πρόσβασης.

Η υποστήριξη QoS στο EDCA παρέχει τη χρήση εννοιών όπως κατηγορίες πρόσβασης και ένα σύνολο ανεξάρτητων αντικειμένων επαναφοράς ( οντότητες υποχώρησης). Κάθε σταθμός 802.11e μπορεί να έχει πολλαπλά ταυτόχρονα εναλλακτικά αντικείμενα, με αυτά τα αντικείμενα να έχουν διαφορετικές προτεραιότητες σύμφωνα με ένα σύνολο παραμέτρων συγκεκριμένης κατηγορίας πρόσβασης ( Σύνολο παραμέτρων EDCA). Όπως προαναφέρθηκε, υπάρχουν τέσσερις κατηγορίες πρόσβασης, αντίστοιχα, σε κάθε σταθμό υπάρχουν τέσσερα αντικείμενα rollback (Εικ. 6.18). Το σύνολο παραμέτρων EDCA δίνει προτεραιότητα στην πρόσβαση πολυμέσων ορίζοντας μεμονωμένα κενά μεταξύ των καρέ, παράθυρα διαμάχης και άλλες παραμέτρους.

Ρύζι. 6.18. Τέσσερις κατηγορίες πρόσβασης σε έναν σταθμό

Κάθε κατηγορία πρόσβασης έχει τα δικά της διαστήματα μεταξύ πλαισίων ( διαιτητικός χώρος μεταξύ πλαισίων, AIFS), παρόμοιο με το DIFS, αλλά διαφορετικής διάρκειας. Επιπλέον, το μέγεθος του παραθύρου διενέξεων αλλάζει ανάλογα με την προτεραιότητα κυκλοφορίας.

6. 5. IEEE 802.16 - WiMAX

WiMAX-Παγκόσμια Διαλειτουργικότητα για Πρόσβαση σε Μικροκύματα

Πίνακας 6.7

Κύρια χαρακτηριστικά του προτύπου WiMAX

Πίνακας 6.8

Ο μη κερδοσκοπικός οργανισμός WiMAX (World Interoperability for Microwave Access - η αλληλεπίδραση εξοπλισμού πρόσβασης δικτύου σε μικροκυματικές συχνότητες σε όλο τον κόσμο) δημιουργήθηκε για να προωθήσει την ανάπτυξη ασύρματου εξοπλισμού για πρόσβαση σε ευρυζωνικά δίκτυα με βάση την προδιαγραφή IEEE 802.16 για ασύρματα δίκτυα περιοχής. πιστοποίηση τέτοιου εξοπλισμού για συμβατότητα και διαλειτουργικότητα και επιτάχυνση του χρόνου κυκλοφορίας του στην αγορά.

Το πρότυπο 802.16 προβλέπει λειτουργία στις περιοχές των 2 ... 11 GHz και 10-66 GHz (Εικ. 6.1). Στην περιοχή 10-66 GHz, η ραδιοεπικοινωνία είναι δυνατή μόνο στην περίπτωση άμεσης ορατότητας μεταξύ σημείων. Σε αυτό το εύρος, χρησιμοποιείται άμεση διαμόρφωση φορέα (λειτουργία μεμονωμένου φορέα).

Στο εύρος των 2…11 GHz, οι προδιαγραφές της ραδιοεπικοινωνίας καθιστούν δυνατή την επίλυση του προβλήματος της ραδιοεπικοινωνίας σε συνθήκες διάδοσης πολλαπλών διαδρομών και απουσία οπτικής επαφής (NLOS - Non-Line-Of-Sight ). Η ραδιοδιεπαφή WMAN-SC2 χρησιμοποιεί διαμόρφωση ενός φορέα, η διεπαφή ραδιοφώνου WMAN - OFDM - ορθογώνια διαμόρφωση συχνότητας (OFDM - Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας) με γρήγορο μετασχηματισμό Fourier 256 σημείων και έως 2048 σημείων. Οι πιστοποιημένες περιοχές συχνοτήτων για σταθερά και κινητά προφίλ WiMAX φαίνονται στην Εικ.1.

Διορθώθηκαν τα προφίλ WiMAX– 3,5 GHz (FDD): 3,5; 7; (256)

3,5 GHz (TDD): 3,5; 7; (256)

5,8 GHz (TDD): 10 (256)

Προφίλ WiMAX για κινητά- 2,3 - 2,4 GHz: 5 (512); 10 (1024); 8.75 (1024);

όλα τα TDD 2.305 - 2.320 GHz: 3,5 (512); 5 (512)

2.345 - 2.360 GHz: 10 (1024)

2.496 - 2.69 GHz: 5 (512); 10 (1024)

3,3 - 3,4 GHz: 5 (512); 7 (1024); 10 (1024)

3,4 - 3,8 GHz: 5 (512)

3,4 - 3,6 GHz: 7 (1024)

3,6 - 3,8 GHz: 10 (1024)

Εκτός από αυτά που υποδεικνύονται, είναι δυνατή η κατανομή καναλιών στις ζώνες των 5,7 GHz,
1.710 - 1.755: 2.110 - 2.155 GHz.

Το πρότυπο 802.16 χρησιμοποιεί τις ακόλουθες διεπαφές:

1. WirelessMAN-SC (10 - 66 GHz)

2. WirelessMAN-SCa (2 - 11 GHz, ζώνες με άδεια χρήσης)

3. WirelessMAN-OFDM (2 - 11 GHz, ζώνες με άδεια χρήσης)

6. WirelessMAN-OFDMA - Ορθογώνια Διαίρεση Συχνότητας Πολλαπλής Πρόσβασης

(2 - 11 GHz, ζώνες με άδεια χρήσης)

5. WirelessHUMAN (2 - 11 GHz, ζώνες χωρίς άδεια)

Οι διεπαφές 3 και 5 παρέχουν δυνατότητες Mesh - δικτύωση με πλήρη τοπολογία για επιτάχυνση της μετάδοσης κίνησης.

Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Fourier καθορίζει την κυματομορφή OFDM. Η χρήσιμη διάρκεια συμβόλου είναι Tb. Το τελευταίο τμήμα Tg της περιόδου συμβόλων, που ονομάζεται διάστημα προστασίας, χρησιμοποιείται για την εξάλειψη της επίδρασης της πολλαπλής διάδοσης των συνιστωσών του ορθογώνιου σήματος (Εικ. 6.19).

Ρύζι. 6.19. Μορφή συμβόλων σε μία συχνότητα

Στον τομέα της συχνότητας, το σήμα χαρακτηρίζεται από φασματικά χαρακτηριστικά (Εικ. 6.20). Περιέχει υποφορείς για τη μετάδοση δεδομένων, πιλοτικά σήματα και διαστήματα προστασίας βρίσκονται στα άκρα της ζώνης.

Ρύζι. 6.20. Περιγραφή του σήματος στον τομέα συχνότητας

Το σύμβολο OFDM χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:

Το BW είναι το ονομαστικό εύρος ζώνης καναλιού.

Nused - αριθμός μεταχειρισμένων υποφορέων.

N είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας. Αυτή η παράμετρος, σε συνδυασμό με το BW και το Nused, καθορίζει την απόσταση του υποφέροντος και τη διάρκεια του συμβόλου. Οι απαιτούμενες τιμές αυτής της παραμέτρου ορίζονται στον Πίνακα 6.6.

G είναι ο λόγος της διάρκειας του διαστήματος προστασίας (πρόθεμα) προς τον ωφέλιμο χρόνο. Αυτή η τιμή μπορεί να είναι 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Tb.

NFFT: αριθμός σημείων μετασχηματισμού Fourier,

Ρυθμός ριπής: Fs=κάτωπο (n*BW/0,008)*0,008 (BW- εύρος ζώνης σε MHz),

-∆f: απόσταση υποφορέα, που ορίζεται ως: Fs/NFFT,

Tb= 1/∆f – διάρκεια μετατροπής συμβόλων,

Tg=G*Tb – διάρκεια του διαστήματος προστασίας (CP),

Ts=Tb+Tg – Διάρκεια συμβόλου OFDM,

Ts/ NFFT - διάστημα δειγματοληψίας.

Οι κύριες παράμετροι των καναλιών OFDM του προτύπου 802.16a δίνονται στον Πίνακα. 6.9.

Πίνακας 6.9.

Η διάρκεια των συμβόλων ανάλογα με το εύρος ζώνης του καναλιού δίνεται στον Πίνακα. 6.10.

Πίνακας 6.10

Τα σχήματα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης για το πρότυπο 802.16-2004 συνοψίζονται στον Πίνακα. 6.11.

Πίνακας 6.11

Οι τιμές των ρυθμών μετάδοσης ανάλογα με τον τύπο διαμόρφωσης και το ρυθμό κωδικού δίνονται στον Πίνακα. 6.12, και τις απαιτήσεις για την αναλογία σήματος προς θόρυβο στην είσοδο του δέκτη για διάφορα σχήματα διαμόρφωσης και κωδικοποίησης στον Πίνακα. 6.13.

Πίνακας 6.12

Ζώνη MHz	Ρυθμός μεταφοράς Mbps
QPSK, 1/2	QPSK, 3/4	16-QAM, 1/2	16-QAM, 3/4	64-QAM, 2/3	64-QAM, 3/4
1,75	1,04	2,18	2,91	4,36	5,94	6,55
3,5	2,08	4,37	5,82	8,73	11,88	13,09
7,0	4,15	8,73	11,64	17,45	23,75	26,18
10,0	8,31	12,47	16,63	24,94	33,25	37,4
20,0	16,62	24,94	33,25	49,87	66,49	74,81

Πίνακας 6.13

Τα δεδομένα φυσικού επιπέδου μεταδίδονται ως συνεχής ακολουθία πλαισίων. Κάθε πλαίσιο έχει σταθερή διάρκεια (2 (2,5) ... 20 ms), επομένως η χωρητικότητα πληροφοριών του εξαρτάται από τον ρυθμό συμβόλων και τη μέθοδο διαμόρφωσης. Ένα πλαίσιο αποτελείται από ένα προοίμιο, ένα τμήμα ελέγχου και μια ακολουθία πακέτων δεδομένων. Τα δίκτυα IEEE 802.16 είναι διπλής όψης. Είναι δυνατός τόσο ο διαχωρισμός συχνότητας FDD όσο και ο διαχωρισμός χρόνου TDD της άνω και κάτω ζεύξης.

Με τη χρονική διπλή όψη των καναλιών, το πλαίσιο διαιρείται σε υποπλαίσια downstream και upstream (η αναλογία τους μπορεί να αλλάξει ευέλικτα κατά τη λειτουργία ανάλογα με τις ανάγκες εύρους ζώνης για κανάλια upstream και downstream), που χωρίζονται με ένα ειδικό διάστημα προστασίας. Με την διπλή όψη συχνότητας, η ανερχόμενη και η κατερχόμενη ζεύξη μεταδίδονται σε δύο φορείς (Εικ. 6.21)

Ρύζι. 6.21. Δομή πλαισίου για TDD και FDD

Στην κατερχόμενη ζεύξη, οι πληροφορίες από το σταθμό βάσης μεταδίδονται ως ακολουθία πακέτων. Για κάθε πακέτο, μπορείτε να καθορίσετε τη μέθοδο διαμόρφωσης και το σχήμα κωδικοποίησης δεδομένων - π.χ. επιλέξτε μεταξύ ταχύτητας μετάδοσης και αξιοπιστίας. TDM - τα πακέτα μεταδίδονται ταυτόχρονα για όλους τους συνδρομητικούς σταθμούς, καθένας από αυτούς λαμβάνει ολόκληρη τη ροή πληροφοριών και επιλέγει τα πακέτα "του". Προκειμένου οι σταθμοί συνδρομητών να μπορούν να διακρίνουν ένα πακέτο από ένα άλλο, μεταδίδονται χάρτες καναλιών κατερχόμενης ζεύξης (DL-MAP) και ανερχόμενης ζεύξης (UL-MAP) στην ενότητα ελέγχου (Εικ. 6.22).

Εικ.6.22. δομή κατερχόμενης ζεύξης.

Ο χάρτης κατερχόμενης ζεύξης καθορίζει τη διάρκεια πλαισίου, τον αριθμό πλαισίου, τον αριθμό των πακέτων στο υποπλαίσιο κατερχόμενης ζεύξης και το σημείο έναρξης και τον τύπο προφίλ κάθε πακέτου. Το σημείο εκκίνησης μετράται στις λεγόμενες φυσικές υποδοχές, κάθε φυσική υποδοχή ισούται με τέσσερα σύμβολα διαμόρφωσης.

Ένα προφίλ πακέτου είναι μια λίστα των παραμέτρων του, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου διαμόρφωσης, του τύπου κωδικοποίησης FEC (με παραμέτρους των σχημάτων κωδικοποίησης), καθώς και του εύρους τιμών αναλογίας σήματος προς θόρυβο στο κανάλι λήψης ενός συγκεκριμένου σταθμού. στο οποίο μπορεί να εφαρμοστεί αυτό το προφίλ. Ο σταθμός βάσης εκπέμπει περιοδικά μια λίστα προφίλ με τη μορφή ειδικών μηνυμάτων ελέγχου (περιγραφείς DCD/UCD downlink και uplink), με κάθε προφίλ να εκχωρεί έναν αριθμό, ο οποίος χρησιμοποιείται στον χάρτη downlink.

Οι συνδρομητικοί σταθμοί αποκτούν πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης μέσω του μηχανισμού των καναλιών διαίρεσης χρόνου TDMA (Time Division Multiple Access). Για να γίνει αυτό, στο ανοδικό υποπλαίσιο για την AU, ο σταθμός βάσης δεσμεύει ειδικά χρονικά διαστήματα - υποδοχές (Εικ. 6.23). Πληροφορίες σχετικά με την κατανομή των υποδοχών μεταξύ των ηχείων καταγράφονται στον χάρτη ανερχόμενης ζεύξης UL-MAP, που μεταδίδεται σε κάθε καρέ. Το UL-MAP - λειτουργικά παρόμοιο με το DL-MAP - λέει πόσες υποδοχές υπάρχουν σε ένα υποπλαίσιο, το σημείο έναρξης και το αναγνωριστικό σύνδεσης για καθένα από αυτά, καθώς και τους τύπους προφίλ όλων των πακέτων. Το μήνυμα UL-MAP του τρέχοντος πλαισίου μπορεί να αναφέρεται είτε σε αυτό το πλαίσιο είτε σε ένα επόμενο. Ο ρυθμός διαμόρφωσης (ρυθμός συμβόλων) στην ανοδική ζεύξη πρέπει να είναι ο ίδιος όπως στην κατερχόμενη ζεύξη. Σημειώστε ότι, σε αντίθεση με τα πακέτα TDM downlink, κάθε πακέτο στην uplink ξεκινά με ένα προοίμιο - μια ακολουθία συγχρονισμού μήκους 16 ή 32 χαρακτήρων QPSK.

Ρύζι. 6.23. Δομή Uplink

Παραδείγματα δομής πλαισίου με TDD φαίνονται στο σχ. 6.24.

Ρύζι. 6.24. Παράδειγμα δομής πλαισίου OFDM με TDD

Στην ανερχόμενη ζεύξη, εκτός από τις υποδοχές που εκχωρούνται από το BS για ορισμένα SS, υπάρχουν διαστήματα κατά τα οποία το SS μπορεί να στείλει μήνυμα για αρχική εγγραφή στο δίκτυο ή να ζητήσει αλλαγή στο εύρος ζώνης καναλιού (παροχή καναλιών κατ' απαίτηση από τη DAMA - Απαίτηση εκχωρημένη πολλαπλή πρόσβαση).

Το φυσικό επίπεδο του προτύπου IEEE 802.16 παρέχει άμεση παράδοση ροών δεδομένων μεταξύ του BS και του SS. Όλες οι εργασίες που σχετίζονται με τη διαμόρφωση αυτών των δομών δεδομένων, καθώς και τη διαχείριση της λειτουργίας του συστήματος, επιλύονται σε επίπεδο MAC (Medium Access Control). Ο στάνταρ εξοπλισμός IEEE 802.16 σχηματίζει ένα περιβάλλον μεταφοράς για διάφορες εφαρμογές (υπηρεσίες).

Τα δίκτυα WiMAX υποστηρίζουν 4 τύπους κίνησης με διαφορετικές απαιτήσεις αξιοπιστίας και καθυστερήσεων:

UGS - Υπηρεσία αυτόκλητων επιχορηγήσεων - μετάδοση σημάτων και ροών τηλεφωνίας (E1) και VoIP σε πραγματικό χρόνο. Η επιτρεπόμενη καθυστέρηση είναι μικρότερη από 5 - 10 ms προς μία κατεύθυνση στο BER = 10 -6 ... 10 -6 .

rtPS - Υπηρεσία δημοσκοπήσεων σε πραγματικό χρόνο - ροές σε πραγματικό χρόνο με πακέτα μεταβλητού μήκους (βίντεο MPEG).

nrtPS - Υπηρεσία δημοσκόπησης μη σε πραγματικό χρόνο - υποστήριξη για ροές μεταβλητού μήκους κατά τη μεταφορά αρχείων σε λειτουργία ευρυζωνικής σύνδεσης.

BE - Best Effort - η υπόλοιπη κίνηση.