Способы представления информации

В беспроводных сетях используется технология расширения спектра SS (spread spectrum ). Данная технология предполагает, что узкополосный информационный сигнал преобразуется таким образом, что его спектр становится значительно шире спектра начального сигнала. Одновременно с расширением спектра сигнала происходит перераспределение его спектральной энергетической плотности мощности. При этом уровень полезного информационного сигнала может сравнится с уровнем шума (рис. 3.1)

Рисунок 3.1

Техника расширения спектра беспроводных сетей на физическом уровне предусматривает два различных способа передачи сигнала: метод скачкообразного переключения частот FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) и метод прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).

В первом случае весь выделенный частотный диапазон изменения несущей разделен на 79 поддиапазонов, смежные частоты различаются между собой на 1МГц. Каналы нумеруются от 2 до 80 в диапазоне частот от 2,402 ГГц до 2,480 ГГц. Обычно применяются три набора по 26 частот в каждом. В каждом наборе определении 78 шаблонов переключения частот.

Приемник и передатчик выбирают один и тот же шаблон и синхронно переключаются с одной частоты на другую. Минимальный скачок должен бить 6 МГц. Скачки частот могут бить медленные (slow hopping) и быстрые (fast hopping). В первом случаи частота несущей сохраняется на протяжении нескольких информационных битов, а при быстрых изменениях несущей может происходить несколько раз на протяжении одного бита данных.

Данный метод использует двухуровневое Гуссово переключения частот GFSK (Gaussian Frequency Shift Keyning) и обеспечивает скорость передачи данных 1Мбит/с.

В методе DSSS весь выделений частотный диапазон 2,4 ГГц разбивается на 5 перекрывающихся 26-мегагерцових поддиапазонов. Значение каждого бита кодируется с помощью избыточной к - битовой последовательности Баркера, называемой чипами. Таким образом битовой интервал t разбивается на к - битовых элементов (чипов) длительностью . Разбивка информационных бит на последовательности чипов позволяет сформировать широкополосный сигнал длительностью τ с полосой F=k/t, что в к раз больше чем полоса исходного информационного сигнала.

Последовательности Баркера имеют определенные математические свойства, делающее их весьма эффективными для кодирования, а именно, если подобрать последовательности для которой автокорреляционная функция имеет резко выражений пик лишь для этого момента времени, то такой информационный сигнал можно выделить на фоне шума. Известны последовательности Баркера от 3 до 13 элементов. Лучшей последовательностью с точки зрения автокорреляционной функции является последовательность, состоящая из к=11 элементов например 101101110000 или 11100010010 (в протоколе IЕЕЕ 802.11 как раз использован код Баркера длиной 11 чипов). Различают прямую и инверсную последовательность Баркера. Прямым кодом Баркера передаются единичные информационные сигналы, нулевые – инверсным. Инвертирование последовательности Баркера осуществляются с помощью операций ХОR (суммирование по модулю 2). На рис.3.2 приведена схема передатчика.

Рисунок 3.2

На рисунке 3.3 показана временная диаграмма сигналов передатчика.

Рисунок 3.3

Затем каждая последовательность чипов модулируется. Если в качестве схемы модуляции используется двухпозиционная фазовая манипуляция BPSK, когда фаза несущего сигнала изменяется на 180⁰ относительно предыдущего сигнала при передаче каждого единичного чипа и не меняется при передачи нулевых элементов, то скорость передачи составит 1 Мбит/с. Для достижения в 2 раза большой скорости применяют квадратурную фазовую манипуляцию OPSK, в которой с помощью 4 сдвигов (фаза 0⁰, 90⁰, 180⁰, 360⁰) удается закодировать 2 бита, и тем самим в 2 раза повысить информационную скорость передачи.

Дальнейшее развитие беспроводных технологий предполагает использование метода DSSS, но за счет более эффективного механизма кодирования – с помощью комплементарных кодов CCK (Complementary Code Keying), что обеспечивающего пропускную способность 11Мбит/с. Здесь аналогом кодов Баркера служат ССК – кодовые последовательности. Эти последовательности обладают тем свойством, что сумма их автокорреляционные функции для любого циклического сдвига, отличного от 0 всегда равна нулю и не рана нулю только при сдвиге, равном 0. Две конечные двоичные последовательности равной длины называют дополнительными, если число пар подобных элементов в одной равно числу пар отличных в другой (рис. 3.4).