26 rețele de date fără fir

Lecția numărul 26. „rețele de date wireless construirea de tehnologie“

1. Prezentare generală a tehnologiei pentru a construi rețele de date locale fără fir

Toate varietatea de standarde wireless existente este structurat destul de clar pe o scară de la distanțe și rate de date Fig.1.

Fig. Scala de 1 distanțelor și rate de date

rețea fără fir personală - WPAN.

Până în prezent, doar două dintre ele: existente Bluetooth (802.15.1) și UWB, de asemenea, numit WirelessUSB (802.15.3a). Ambele sunt proiectate pentru a transmite date pe o distanță de până la 10 m, Bluetooth funcționează numai la o frecvență de 2,4 GHz, un UWB - la o frecvență de 7,5 GHz. Rata de transfer prin Bluetooth: până la 720 kbit / s, în practică mai puțin. standardul UWB ar trebui să ofere rate de date de până la 110 Mbit / s, la o distanță de 10 metri și până la 480 Mbit / s, la o distanță de 3 m de la sursa.

Wireless LAN - WLAN.

. Trei 802.11a, 802.11b și 802.11g, care rulează până la 100 m Diferența dintre 802.11b și 802.11g în vedere rata de date 11 Mbit / s - 802.11b si 54 Mbit / s - 802.11g. Un 802.11a și 802.11g diferă numai în frecvență: 802.11a - 5 GHz; 802.11g - 2,4 GHz. În SUA, dispozitivele Wi-Fi poate funcționa în banda de 5 GHz, iar în Europa și România, există constrângeri serioase pentru răspândirea 802.11.

Tehnologii pentru rețelele WPAN și WLAN sunt, de asemenea, cunoscut sub numele de jargon Wi-Fi. Termenul Wi-Fi (Wireless Fidelity) nu este în mod clar în standardele prescrise, astfel încât în ​​diverse literatura de specialitate pot fi găsite diferite, uneori judecăți direct contradictorii în ceea ce privește tehnologia și echipamente, pe care le unește.

802.11 presupune capacitatea de a lucra în două moduri: o stație de bază (punct de acces) și fără ea, atunci când mai multe persoane a crea o rețea locală fără fir, care combină laptop-urile lor în ea, în timp ce în

în interior, în cazul în care nu există nici o stație de bază. Ambele moduri sunt prezentate în figura 2.

a b Fig.2. O rețea fără fir cu o stație de bază (a); rețea ad-hoc (b)

standardul IEEE 802.11 prevede utilizarea benzii de frecvențe 2.4-2.4835 GHz, care este destinat utilizării fără licență în industrie, știință și medicină, care simplifică considerabil construirea rețelei laterale juridice. standardul IEEE 802.11, a sugerat posibilitatea transmiterii pe un canal radio 1 Mbit / s, și în mod opțional la 2 Mbit / s, iar în IEEE date standard de 802.11b în detrimentul tehnicilor de modulare mai complexe au fost adăugate la o rată de transfer mai mare - 5,5 și 11 Mbps / s.

Standardul 802.11g este dezvoltarea 802.11b și implică transferul de date în același interval de frecvență. Prin metoda de codare 802.11g este un hibrid, împrumutând cele mai bune standarde 802.11b și 802.11a. Rata maximă de transfer pentru rețelele 802.11g este de 54 Mbit / s (ca în standardul 802.11a), așa că astăzi este standardul cel mai promițător pentru comunicații fără fir.

2. Tehnologia utilizată de modulare și împrăștierea metode de codificare

La nivel fizic standardul IEEE 802.11 oferă un canal IR și două tipuri de canale radio - DSSS și FHSS utilizând o gamă de frecvență de la 2,4 până la 2,4835 GHz nelicentiat destinate utilizării în industrie,

Știință și medicină (industrie, știință și medicină, ISM).

canale radio utilizând spectru extins (Spread Spectrum, SS), tehnologia este cea a spectrului semnalului de bandă îngustă care apar în timpul potențialului de codare normale, du-te la un spectru de bandă largă, care poate crește în mod semnificativ imunitatea la zgomot a datelor transmise. Extinderea spectrului de frecvențe de mesaje digitale transmise se poate face prin două metode.

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum - transmiterea semnalelor de bandă largă prin frecvență metoda de salt) utilizând 79 de canale 1 MHz fiecare. Pentru a determina secvența utilizată generatorul de numere pseudoaleatoare de salt de frecvență. Deoarece, în acest caz, toate stațiile folosind același generator, acestea sunt sincronizate în timp și, în același timp, să efectueze aceeași salturi de frecvență. Perioada de timp în care stația funcționează la o anumită frecvență, numit timpul de staționare. Această valoare este configurabil, dar ar trebui să fie nu mai mult de 400 ms. În plus, schimbarea constantă a frecvenței - este destul de bun (deși, desigur, inadecvate) mod de a proteja datele împotriva ascultare neautorizate, ca un ascultător neinvitat, fără a cunoaște secvența de tranziții de frecvență și timpul de rezidență, nu vor putea trage cu urechea la datele fiind transmise. la

comunicare la distanță mare poate apărea o problemă de atenuare multipath și FHSS poate fi un mare ajutor în lupta împotriva ei. Principalul dezavantaj al FHSS - este lățime de bandă mică.

DSSS amintește de sistem CDMA, dar are unele diferențe. Fiecare bit este transmis ca 11 cip numit secvență Barker.

bit de informație reprezintă un impuls dreptunghiular este împărțit într-o serie de impulsuri chips-uri mai mici. Ca rezultat, spectrul semnalului se lărgește considerabil, deoarece lățimea spectrului poate presupune în mod fiabil a fi invers proporțională cu durata unui cip. Astfel de secvențe de cod sunt adesea denumite coduri de zgomot cum ar fi. Odata cu extinderea spectrului semnalului este redusă, iar densitatea spectrală a energiei, astfel încât energia semnalului așa cum este răspândit pe întreg spectrul, iar semnalul rezultat este similară zgomotului în sensul că acum este dificil să se distingă de zgomotul natural.

secvențe de cod au proprietatea de auto-corelație, gradul de similitudine funcției în sine la momente diferite. Codurile Barker au cele mai bune proprietăți (Fig. 3) ale secvențelor pseudo-aleatoare cunoscute. Pentru a transmite un singur mesaj, și sunt utilizate la zero simboluri, respectiv, secvența Barker înainte și invers.

Fig. 3. Schimbarea spectrul semnalului prin adăugarea unui cod de zgomot asemănător.

În semnalul priѐmnike primit este multiplicat cu codul Barker (calculat funcție de corelare a semnalului), prin care devine o bandă îngustă, cu toate acestea, a fost filtrată într-o bandă îngustă de frecvențe egală cu dublul ratei de transmisie. Orice interferență care intră în semnalul original de bandă de bandă largă, după înmulțirea cu cod Barker, dimpotrivă, este în bandă largă, iar informațiile într-o bandă îngustă doar o parte a interferenței scade, puterea este de aproximativ 11 ori mai mică decât interferența care acționează pe care intrarea receptorului.

Standardul IEEE 802.11 pentru transmisia semnalelor folosind diferite tipuri de modulație de fază:

modulație de fază (Phase Shift Key, PSK);

cuadratură keying schimbare de fază (Quadrature Phase Shift cheie, QPSK). modulația de fază relativă (Fază Differential Shift Keying, DPSK).

In loc de zgomot Barker secvențe complementare coduri pot fi folosite pentru împrăștierea (complementare Code Keying, CCK).

secvență complementară folosit 8-chip complex

(CCK-sequence) sunt formate în conformitate cu următoarea formulă:

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

valorile de fază sunt determinate de intrare biți secvență prichѐm valoarea φ 1 este selectată prima dibitu, φ 2 - în a doua, cp 3 - φ al treilea și 4 - de chetvѐrtomu.

Standardul 802.11a folosește o metodă fundamental diferită de codificare a datelor, care constă în faptul că fluxul de date transmis este distribuit pe subcanale frecvențe multiple și transferarea vedѐtsya paralel pe toate subcanale. In acest mare viteza de transmisie se realizează în detrimentul transmiterea simultană a datelor din toate canalele, iar rata de transmisie într-un sub-canal separat nu poate fi ridicat.

Semnalele purtătoare de toate subcanale de frecvență (sau, mai degrabă, funcții care descriu aceste semnale) sunt reciproc ortogonale. În funcții termeni matematici ortogonalitate înseamnă că usrednѐnnoe produsul lor la un anumit interval de timp, ar trebui să fie zero. În acest caz, este exprimată prin ecuația simplă:

unde T - perioada de simbol, f k, f l - frecvențe purtătoare k și canalele l.

Ortogonalitatea semnalului purtător poate fi furnizat în cazul duratei semnalului purtător, un simbol va efectua oscilații întregi. Exemple de oscilații ortogonale multicarrier prezentate în Fig. 4.

Fig. 4. Frecvența ortogonal.

Considerată o metodă pentru divizarea canalului radiodifuzat de subcanale frecvență ortogonale numit Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Pentru a pune în aplicare o rapidă Fourier inversă de transformare este utilizat la unitatea transmițător (IFFT).

Standardul 802.11g utilizează două tehnologii concurente: o OFDM diviziune de frecvență ortogonale, luate de la standardul 802.11a,

și o metodă de codificare lot binar svѐrtochnogo PBCC, opțional implementat în standardul 802.11b. Ca rezultat, standardul 802.11g conține un compromis: ca tehnologie de bază OFDM utilizat și CCK și opțional prevede tehnologia utilizării PBCC.

PBCC Metoda se bazează pe așa-numita rată 1/2 codare svѐrtochnoe. Pentru a restaura secvența originală de biți în care partea receptorului este aplicat un decodor Viterbi.

3. Tehnologia de construcție a rețelelor de date metropolitane fără fir

10-66 GHz este posibilă numai în linia de vedere între emițător și receptor semnalul datorită dezintegrării rapide. Dar evită una dintre problemele majore de radio, - semnal de multipath. Standard recomandat QPSK tip de modulare, 16-QAM, 64-QAM și informații referitoare la frecvența furnizate 32-134 canalele Mbit / s de radio cu o lățime de 20, 25 și 28 MHz la o distanță de 2-5 km.

Spre deosebire de 802.16a standard de lucru în domeniul de frecvențe care nu necesită linie de vedere între emițător și receptor. astfel de zonă de acoperire rețele wireless mult mai largă decât 802.16 rețele. Utilizarea frecventa gama 2-11 GHz și necesită o revizuire substanțială a artei de codificare și modulare în semnalul de nivel fizic. sistem bazat pe 802.16a ar lucra cu modulație QPSK, 16-, 64- și 256-QAM, furnizează date ratei de transmisie 1-75 Mbit / s pe o stație de bază un singur sector canale radio într-o lățime de bandă variabilă de 1,5 MHz până la 20 la o distanță de 6-9 km (teoretic, până la 50 km). O stație de bază tipică a avut până la șase sectoare.

modul de operare a fost stocat pe un singur purtător (Sca), destinate unor condiții de vizibilitate directă, cât și în afara acesteia. Moduri de Dispoziție bazate pe ortogonale multiplexare prin divizarea frecvenței (OFDM), cu 256 de sub-purtători cu tehnologia și modul de acces multiplu prin divizarea frecvenței ortogonale acces multiplu (OFDMA - Orthogonal Frequency Division Multiple

Access) 2048 subpurtătoare.

Principiul resurselor de canal

Principiul de bază al unui acces de canal în standardul IEEE 802.16 -

Acest lucru la cerere acces la cerere alocate acces multiplu (DAMA). Nici UA nu poate transmite nimic, altele decât cererile de înregistrare și acordarea canalului până când BS nu-i permite asta. Stația de abonat poate solicita ca banda de mărime specifică în canal, și să solicite ca deja acordate s resursa de canal.

Standardul IEEE 802.16 folosește următoarea procedură de transformare a semnalului:

intrare criptat flux de date; supuse la randomizare, t. e. o înmulțire cu un pseudoaleatoare

secvență (PRS), obținută în registrul de deplasare de 15 biți; Mai mult, omletă datele sunt protejate prin corectarea erorilor

Codurile (FEC-codare). Astfel, este posibil să se utilizeze una din cele patru scheme de codificare:

cod RidaSolomona cu simboluri din GF câmpul Galois (256)

cod concatenat cu un cod extern Reed-Solomon și un cod convoluțional interior cu o constrângere k = 7 (rata de codificare - 2/3) la Viterbi decodare,

cod concatenat cu un cod extern Reed - codul Solomon și o verificare a parității interior (8, 6, 2),

un cod bloc turbo; Aceasta a permis trei tipuri de modulație de amplitudine în cuadratură: 4-way

QPSK și 16-ary 16-QAM (obligatoriu pentru toate dispozitivele), precum și 64-QAM (opțional);

În continuare semnalul este amplificat și transmis în eter. Pe partea de recepție, totul se întâmplă în sens invers.

Așa cum este definit de IEEE 802.16 sistem bidirecțional standard impune mecanism duplex. Acesta oferă atât frecvență (FDD - frecvență divizare duplex) și temporal (TDD - duplex prin divizarea timpului) separarea canalelor direct și descendent.

Când temporar duplex cadru de canal este împărțit în jos și pe legătură în sus subcadre (raportul lor în cadrul poate fi modificat în mod flexibil în proces, în funcție de lățimea de bandă necesară pentru legătura descendentă și canalele de legătură în sus), separate printr-un interval specific. În frecvență direct și descendent canale duplex sunt difuzate pe fiecare transportator său.

4. LTE de rețea, principiul de funcționare

LTE (Long Term Evolution) - este a patra generație de tehnologie de comunicații mobile (4G). Termenul LTE vine de la "Long Term Evolution".

LTE este următoarea după generație de comunicații mobile 3G și rulează tehnologiile bazate pe IP. LTE de bază Spre deosebire de predecesorii săi - o rată mare de date. Teoretic, este de până la 326,4 Mbit / s la recepție (descărcare) și 172.8 Mbit / s la transferul (încărcare) informații. În standardul internațional în figuri sunt 58 și 173 Mbit / s, respectiv. Acest standard de comunicare a patra generație elaborat și aprobat parteneriatul internațional de 3GPP.

ultima generație de sistem de codificare - OFDM

OFDM standuri pentru Orthogonal Frequency-division Multiplexarea și po-

Rusă este ortogonală multiplexare prin divizarea frecvenței. Semnalele OFDM sunt generate prin utilizarea „Transformarea Fourier rapidă“.

MIMO - Multiple Input Multiple Output - este o tehnologie de transmisie de date, folosind N-antene și primirea de antene M-informații. In timp ce primirea și transmiterea semnalului antenei distanțate una față de cealaltă la o distanță pentru a primi corelația slabă dintre antene învecinate.

În momentul de față, în cadrul rețelei 4G rezervat deja benzi de frecvență. Prioritatea este considerată a fi în vecinătatea frecvenței de 2,3 GHz. O altă gamă de frecvențe promițătoare - 2,5 GHz este utilizat în Statele Unite ale Americii, Europa, Japonia și India. Există o altă bandă de frecvență în apropierea de 2,1 GHz, dar este relativ mic, cea mai mare parte limita europeană operatorii de telefonie mobilă în cadrul benzii interval de la 5 MHz. În viitor, cel mai probabil, cel mai utilizat este gama de frecvență de 3,5 GHz. Acest lucru se datorează faptului că la aceste frecvențe în majoritatea țărilor utilizează deja o rețea de internet wireless în bandă largă și din cauza tranziției către operatorii LTE va fi în măsură să re-aplice frecvența lor, fără a fi nevoie să achiziționeze licențe scumpe noi. Dacă este necesar, în cadrul rețelei LTE pot fi alocate altor benzi de frecvență.

Este posibil să se utilizeze ca TDD semnale de diviziune în timp (Time Division Duplex -dupleksny diviziune timp de canal), și o frecvență - FDD (Frequency Division Duplex - diviziune de frecvență canal duplex).

zona de acoperire a stației de bază LTE de rețea pot fi diferite. De obicei, este de aproximativ 5 km, dar în unele cazuri poate fi extinsă la 30 sau chiar 100 km, în cazul instalației de antenă de mare (sectoare) al stației de bază.