Настройка сетей Microsoft дома и в офисе. Учебный курс

В стандарте 802.11 предусмотрено два режима передачи данных: со скоростями 1 и 2 Мбит/с. Для кодирования данных на физическом уровне используется метод DSSS с кодами Баркера длиной в 11 элементарных сигналов. При скорости передачи данных в 1 Мбит/с скорость следования отдельных элементарных сигналов в последовательности Баркера составляет 11 x 106 сигналов/с, а ширина спектра такого сигнала составляет 22 МГц. Учитывая, что ширина частотного диапазона составляет 83,5 МГц, можно понять, что всего в данном частотном диапазоне можно разместить до трех неперекрывающихся частотных каналов.

Весь частотный диапазон принято делить на 11 частотных перекрывающихся каналов по 22 МГц, отстоящих друг от друга на 5 МГц. Например, первый канал занимает частотный диапазон от 2400 до 2423 МГц, причем центральная частота в данном случае составляет 2412 МГц. Для второго канала центральная частота будет 2417 МГц, а для последнего канала – 2462 МГц. При таком рассмотрении первый, шестой и одиннадцатый каналы не перекрываются друг с другом и имеют 3-мегагерцевый зазор друг относительно друга. Именно эти три канала могут использоваться независимо друг от друга.

Для модуляции синусоидального несущего сигнала используется относительная двоичная фазовая модуляция (DBPSL, Differential Binary Phase Shift Key). При этом кодирование информации происходит за счет смещения фазы синусоидального сигнала по отношению к предыдущему состоянию сигнала. Двоичная фазовая модуляция предусматривает два возможных значения сдвига фазы – 0 и л. Тогда логический нуль может передаваться синфазным сигналом (сдвиг по фазе равен 0), а единица – сигналом, который сдвинут по фазе на л.

Скорость передачи данных 1 Мбит/с является минимально необходимой в условиях стандарта IEEE 802.11, хотя и возможно достижение скорости 2 Мбит/с. В этом случае применяется та же технология DSSS, применяющая коды Баркера, длина которых составляет 11 элементарных сигналов, а для модуляции несущей используется относительная квадратурная фазовая модуляция (DQPS, Differential Quadrature Phase Shiftey). При относительной квадратурной фазовой модуляции сдвиг фаз может принимать четыре различных значения: 0, л/2, л и Зл/2. Используя четыре различных состояния сигнала, можно в одном дискретном состоянии закодировать последовательность двух информационных битов, благодаря чему скорость передачи информации повышается в два раза.

Однако при скорости передачи данных 2 Мбит/с скорость следования отдельных элементарных сигналов последовательности Баркера остается прежней, то есть 11 x 106 сигналов/с, а следовательно, не изменяется ширина спектра передаваемого сигнала.

Стандарт IEEE 802.11b, принятый в июле 1999 года, является своего рода расширением базового стандарта IEEE 802.11. Скорость передачи данных была увеличена до 5,5 и 11 Мбит/с, соответственно. Для работы на скоростях 1 и 2 Мбит/с применяется технология распределения спектра с использованием кодов Барке-ра, а для организации передачи данных со скоростью 5,5 и 11 Мбит/с – так называемые комплементарные коды (ССК, Complementary Code Keying). Комплементарные коды, или ССК-последовательности, обладают следующим свойством: сумма их автокорреляционных функций для любого циклического сдвига, отличного от нуля, всегда равна нулю.

В стандарте IEEE 802.11b используются комплексные комплементарные последовательности из восьми элементарных сигналов, определенные на множестве комплексных чисел.

Иногда вызывает недоумение наличие скорости передачи данных 5,5 Мбит/с, тогда как доступна величина 11 Мбит/с. Потребность в снижении скорости передачи возникает в том случае, когда возрастает «зашумленность» радиоэфира, то есть уменьшается величина соотношения сигнал/шум.

В радиосетях применяется еще один вид кодирования данных – двоичное свер-точное кодирование пакетов (РВСС, Packet Binary Convolutional Coding). Принципы, лежащие в основе сверточного кодирования, будут следующими. Входящая последовательность информационных битов преобразуется специальным сверточным кодировщиком таким образом, чтобы каждому входному биту соответствовало более одного выходного бита. То есть сверточный кодировщик добавляет определенную избыточную информацию к исходной последовательности. Если, например, каждому входному биту соответствует три выходных бита, то говорят о сверточном кодировании со скоростью 1/3.

При создании сверточного кодировщика используются несколько последовательно связанных запоминающих ячеек и логических элементов, связывающих эти ячейки между собой. Количество запоминающих ячеек определяет количество возможных состояний кодировщика. Если, например, в сверточном кодировщике используется пять запоминающих ячеек, то в кодере хранится информация о пяти предыдущих состояниях сигнала, а с учетом значения входящего бита будет использоваться шесть битов входной последовательности. Такой сверточный кодировщик называется кодировщиком, основанным на шести состояниях. Выходные биты, формируемые в сверточном кодировщике, определяются значениями входного бита и битами, хранимыми в запоминающих ячейках. То есть значение каждого формируемого выходного бита зависит не только от входящего информационного бита, но и от нескольких предыдущих битов.

В технологии РВСС используются сверточные кодировщики, рассчитанные на семь состояний со скоростью преобразования R= 1/2. Основное достоинство сверточных кодировщиков заключается в том, что формируемая ими последовательность сигналов устойчива к помехам. Так происходит потому, что при избыточности кодирования даже в случае возникновения ошибок приема исходная последовательность битов может быть безошибочно возвращена к исходному состоянию. Пара битов, формируемая сверточным кодировщиком, используется в дальнейшем в качестве передаваемого символа, но предварительно к ней применяется фазовая модуляция. Причем, в зависимости от скорости передачи, используется двоичная, квадратурная или даже восьмипозиционная фазовая модуляция.

Метод сверточного кодирования пакетов рассматривается в качестве альтернативного метода кодирования, применяемого в стандарте IEEE 802.11b. Помимо этого, именно данный режим кодирования заложен в основу стандарта 802.11b+, который является расширением стандарта 802.11b. Собственно говоря, на официальном уровне стандарта 802.1 lb+ не существует, однако это расширение поддерживается многими производителями беспроводных устройств. В стандарте 802.11b+ предусматривается скорость передачи данных 22 Мбит/с, а также применяется технология РВСС.

При скорости передачи 5,5 Мбит/с для модуляции пары битов, формируемых сверточным кодировщиком, применяется двоичная фазовая модуляция, а при скорости 11 Мбит/с – квадратурная фазовая модуляция. При этом для скорости 11 Мбит/с в каждом символе кодируется по одному входному биту, скорость передачи битов соответствует скорости передачи символов, а при скорости 5,5 Мбит/с скорость передачи битов соответствует половине скорости передачи символов (поскольку каждому входному биту в данном случае соответствует два выходных символа). Поэтому и для скорости 5,5 Мбит/с, и для скорости 11 Мбит/с символьная скорость составляет 11 x 106 символов в секунду.

Передача данных со скоростью 22 Мбит/с имеет две особенности. Во-первых, используется фазовая 8-позиционная фазовая модуляция (8-PSK), то есть фаза сигнала может принимать восемь различных значений, что позволяет в одном символе кодировать уже три бита. Кроме того, в схему кроме сверточного кодера добавлен пунктурный кодировщик. Смысл такого решения довольно прост. Двойная избыточность сверточного кодировщика (на каждый входной бит приходится два выходных) достаточно велика и при низком уровне помех становится излишней, поэтому можно уменьшить избыточность, чтобы, к примеру, каждым двум входным битам соответствовало три выходных бита. При этом можно, конечно, разработать соответствующий сверточный кодировщик, но лучше добавить в схему специальный пунктурный кодировщик, который будет просто убирать лишние биты.