Широкосмугова передача - студопедія

Одним з методів усунення впливу інтерференції хвиль і вузькосмугових перешкод є застосування широкосмугової модуляції. У бездротових мережах використовуються два методу: широкої смуги з прямим розширенням спектра (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum) і з перескоком з однієї несучої на іншу (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum).

Метод DSSS полягає в наступному. Якщо один біт інформації уявити прямокутним імпульсом, то ефективна ширина спектру імпульсу буде обернено пропорційна його тривалості. У методі DSSS один прямокутний імпульс замінюють послідовністю з 11 імпульсів, які в 11 разів коротше вихідного. При цьому ефективна ширина спектру такій послідовності імпульсів виявляється в 11 разів ширше, ніж у вихідного одиночного імпульсу (біта) і для Wi-Fi мереж становить 22 МГц. Оскільки енергія сигналу виявляється "розмазаний" по всьому спектру, то спектральна щільність потужності сигналу виявляється в 11 разів менше, якщо її вимірювати в тій же смузі частот, яку займав початковий прямокутний імпульс. Практично потужність передавача (близько 1 мВт) для діапазону 2,4 ГГц вибирають таким чином, щоб спектральна щільність корисного сигналу була порівнянна або навіть менше спектральної щільності шуму.

Для ще більшого зменшення спектральної щільності потужності сигналу його спектральна характеристика повинна бути близька до прямої лінії, паралельної осі абсцис, тобто сигнал повинен бути подібний до білого шуму. Для цього послідовність коротких імпульсів не повинна бути періодичною, вона повинна бути шумоподобного (псевдослучайной), з малим часом автокорреляции. Процес перетворення спектра сигналу до зазначеного виду називають процесом "обілення" ( "відбілювання") спектра. Крім того, для полегшення виявлення сигналу в приймачі псевдослучайная послідовність, обрана для кодування, повинна бути такою, щоб її автокореляційна функція мала тільки один яскраво виражений максимум. Такому вимозі задовольняють, зокрема, послідовності Баркера [Баскаков]. Послідовність (код) Баркера завдовжки 11 імпульсів для кодування логічного одиниці використовується в мережах Wi-Fi і має вигляд 11100010010. Логічний нуль кодується инверсной послідовністю Баркера.

Для виділення корисного сигналу з такою малою потужністю на тлі шуму в приймачі повинна зберігатися копія переданого сигналу (код Баркера). Це дозволяє використовувати дуже ефективні методи оптимальної фільтрації [Баскаков]. Знаючи, що корисний сигнал являє собою послідовність Баркера, в приймальнику будують оптимальний фільтр з імпульсною характеристикою, яка представляє собою масштабну копію вхідного сигналу, розташовану дзеркально по осі часу щодо вхідного сигналу і зрушену в сторону запізнювання на величину не менше тривалості виділяється імпульсу.

Ширина спектра сигналу в методі DSSS при швидкості передачі 1 Мбіт / с становить 22 МГц, а ширина виділеного для Wi-Fi частотного діапазону - 83,5 МГц, тобто у всьому діапазоні можна розмістити тільки 3 неперекривающіхся каналу. Однак стандарт ділить весь діапазон на 11 перекриваються каналів, з яких тільки три (1-й, 6-й і 11-й) можуть працювати, не впливаючи один на одного.

Перевагами методу DSSS є:

o висока стійкість до вузькосмуговим перешкод;

o можливість відновлення інформації при втраті під час передачі декількох біт в коді Баркера.

Другим методом широкосмугової модуляції є FHSS - метод стрибкоподібної зміни несучої частоти. Він використовує той же діапазон 2,4 ГГц шириною 83,5 МГц, в якому виділяється 79 неперекривающіхся частотних смуг по 1 МГц кожна. В процесі передачі частота несучої змінюється стрибкоподібно. Частота переходів з однієї несучої на іншу для мережі Wi-Fi повинна бути не менше 4 Гц в Wi- Fi і 1,6 КГц в мережі Blue tooth. Для прийому такого сигналу приймач і передавач містять таблиці, в яких занесена одна і та ж послідовність зміни каналів. При такому способі передачі вузькосмугові завади призводять до втрати тільки тих фрагментів повідомлень, які передаються на частоті перешкоди, тобто фактично тільки до збільшення часу передачі за рахунок повторної передачі зіпсованих фрагментів.

Модифікацією FHSS є адаптивний метод FHSS (Adaptive Frequency Hopping - AFH), в якому під час передачі виявляються і запам'ятовуються частоти, на яких передача виконувалася з помилками контрольної суми. Ці частоти виключаються з таблиці використовуваних частот.

Перехід з однієї частоти на іншу зменшує ймовірність взаємного впливу при спільній роботі декількох передавачів в мережі, оскільки при 79 частотах ймовірність збігу частот двох працюючих станцій дуже низька (порядку). Тому метод FHSS дозволяє використовувати більшу кількість одночасно працюючих станцій в мережі. Практично на одній і тій же території можуть працювати до 15 передавачів.

FHSS забезпечує швидкість передачі 1 і 2 Мбіт / с. Використовується частотна модуляція з двома дискретними значеннями частот і. які дозволяють зробити чотири комбінації модульованих сигналів: і закодувати таким чином 4 біти інформації.

На практиці системи з FHSS здатні працювати при більш високому рівні шуму, ніж DSSS завдяки тому, що вони займають більш широку смугу частот (83,5 МГц у порівнянні з 22 МГц для DSSS), а ймовірність того, що перешкода буде займати смугу 83, 5 МГц нижче, ніж смугу 22 МГц. Однак інтерференція, яка веде до завмирання сигналу, більш позначається на FHSS, оскільки в DSSS завмирання відбуваються тільки у вузькій смузі частот, що призводить до випадання кількох біт з 11 переданих, а що залишилися біт досить для безпомилкового розпізнавання закодованого значення "0" або "1" .

Розширення спектра мають такі переваги:

o висока стійкість завдяки великій надмірності коду і можливості застосування оптимальної фільтрації;

o можливість уникнути впливу інтерференції, оскільки вона відбувається тільки в частині широкосмугового діапазону. У методі DSSS вона призводить тільки до втрати декількох бітів, які можна відновити, а в методі FHSS - до втрати окремих фрагментів повідомлень, які відновлюються шляхом повторної передачі або губляться тільки один раз (в методі AFH), до того, як система виключить цю частоту зі списку використовуваних;

o широкосмуговий сигнал складніше перехопити, ніж вузькосмуговий. FHSS виглядає як шум, якщо в приймачі не використана та ж черговість зміни частот, що і в передавачі;

o широкосмуговий передавач може використовувати один і той же діапазон частот спільно з іншими типами передавачів з мінімальним взаємовпливом. Зокрема, він практично не вносить перешкод в вузькосмугові системи завдяки дуже малої потужності;

o робота при спектральної щільності сигналу на рівні і нижче рівня шуму дозволяє виключити необхідність отримання ліцензії на використання таких передавачів.