Langaton standardi 802.11 b. Kaikki nykyiset Wi-Fi-verkkojen standardit

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) -organisaatio kehittää WiFi 802.11 -standardeja.

IEEE 802.11 on Wi-Fi-verkkojen perusstandardi, joka määrittää joukon protokollia pienimmille tiedonsiirtonopeuksille (siirto).

IEEE 802.11b- kuvaa b O suurempia siirtonopeuksia ja lisää teknisiä rajoituksia. WECA on mainostanut tätä standardia laajasti ( Wireless Ethernet Compatibility Alliance ) ja sen nimi oli alun perin WiFi .
Käytetään 2,4 GHz:n spektrin taajuuskanavia ().
Ratifioitu vuonna 1999.
Käytetty RF-tekniikka: DSSS.
Koodaus: Barker 11 ja CCK.
Modulaatiot: DBPSK ja DQPSK,
Kanavan suurimmat tiedonsiirtonopeudet (siirto): 1, 2, 5,5, 11 Mbps,

IEEE 802.11a- kuvaa huomattavasti suurempia siirtonopeuksia kuin 802.11b.
Taajuuskanavia käytetään 5 GHz:n taajuusalueella. pöytäkirjaEi yhteensopiva 802.11:n kanssa b.
Ratifioitu vuonna 1999.
Käytetty RF-tekniikka: OFDM.
Koodaus: Convoltion Coding.
Modulaatiot: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
Suurin tiedonsiirtonopeus kanavaa kohden: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps.

IEEE 802.11g - kuvaa 802.11a:ta vastaavia tiedonsiirtonopeuksia.
Taajuuskanavia käytetään 2,4 GHz:n spektrissä. Protokolla on yhteensopiva 802.11b:n kanssa.
Ratifioitu vuonna 2003.
Käytetyt RF-tekniikat: DSSS ja OFDM.
Koodaus: Barker 11 ja CCK.
Modulaatiot: DBPSK ja DQPSK,
Kanavan suurimmat tiedonsiirtonopeudet (siirto):
- 1, 2, 5,5, 11 Mbps DSSS:ssä ja
- 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps OFDM:ssä.

IEEE 802.11n- edistynein kaupallinen WiFi-standardi käytössä Tämä hetki, virallisesti sallittu tuonti ja käyttö Venäjän federaation alueella (802.11ac on edelleen sääntelyviranomaisen kehittämisessä). 802.11n käyttää taajuuskanavia 2,4 GHz ja 5 GHz WiFi-taajuusspektreissä. Yhteensopiva 11b/11 kanssa a /11g . Vaikka on suositeltavaa rakentaa verkkoja keskittyen vain 802.11n:ään, koska erityiset suojaustilat on konfiguroitava, jos vaaditaan taaksepäin yhteensopivia vanhojen standardien kanssa. Tämä johtaa signaaliinformaation suureen lisääntymiseen jaradiorajapinnan käytettävissä olevan hyödyllisen suorituskyvyn merkittävä heikkeneminen. Itse asiassa jopa yksi WiFi 802.11g- tai 802.11b-asiakas vaatii erityinen räätälöinti koko verkko ja sen välitön merkittävä heikkeneminen kokonaissuorituskyvyn kannalta.
Itse WiFi 802.11n -standardi julkaistiin 11. syyskuuta 2009.
WiFi-taajuuskanavia, joiden leveys on 20MHz ja 40MHz (2x20MHz), tuetaan.
Käytetty RF-tekniikka: OFDM.
OFDM MIMO (Multiple Input Multiple Output) -tekniikkaa käytetään 4x4-tasolle asti (4x lähetin ja 4x vastaanotin). Samanaikaisesti vähintään 2x lähetin per tukiasema ja 1x lähetin per käyttäjälaite.
Seuraavassa taulukossa on esimerkkejä mahdollisista 802.11n:n MCS:stä (Modulation & Coding Scheme) sekä suurimmat teoreettiset tiedonsiirtonopeudet (siirto) radiokanavalla:

Tässä SGI on suojavälit kehysten välillä.
Spatial Streams on Spatial Streams -virtojen lukumäärä.
Tyyppi on modulaatiotyyppi.
Datanopeus on suurin teoreettinen tiedonsiirtonopeus radiokanavalla Mbps.

On tärkeää korostaa että määritetyt nopeudet vastaavat kanavanopeuden käsitettä ja ovat raja-arvoja tämä setti tekniikat kuvatun standardin sisällä (itse asiassa valmistajat ovat kirjoittaneet nämä arvot, kuten luultavasti huomasit, myös kodin WiFi-laitteiden pakkauksiin kaupoissa). Mutta sisään oikea elämä nämä arvot eivät ole saavutettavissa itse WiFi 802.11 -standarditekniikan erityispiirteiden vuoksi. Esimerkiksi "poliittinen korrektius" vaikuttaa tässä voimakkaasti CSMA / CA ( WiFi-laitteet kuuntelee jatkuvasti ilmaa eikä voi lähettää, jos lähetysväline on varattu), tarve kuitata jokainen unicast-kehys, kaikkien WiFi-standardien half-duplex luonne ja vain 802.11ac / Wave-2 voi alkaa ohittaa tämä jne. Siksi vanhentuneiden 802.11-standardien käytännön tehokkuus b/g/a ei koskaan ylitä 50 % ihanteellisissa olosuhteissa (esim. 802.11g suurin nopeus tilaajaa kohti ei yleensä ole yli 22 Mb / s), ja 802.11n:n tehokkuus voi olla jopa 60%. Jos verkko toimii suojatussa tilassa, mikä usein tapahtuu erilaisten WiFi-sirujen sekalaisen läsnäolon vuoksi erilaisia laitteita ah verkossa, silloin jopa ilmoitettu suhteellinen tehokkuus voi laskea 2-3 kertaa. Tämä koskee esimerkiksi yhdistelmää WiFi-laitteet 802.11b-siruilla, 802.11g verkossa, jossa on 802.11g WiFi-hotspot, tai 802.11g/802.11b WiFi-laitteet verkossa, jossa on 802.11n WiFi-hotspot jne. Lisätietoja .

Pääasiallisten WiFi 802.11a, b, g, n -standardien lisäksi on lisästandardeja, joita käytetään erilaisten palvelutoimintojen toteuttamiseen:

. 802.11d. Erilaisten WiFi-laitteiden mukauttaminen maakohtaisiin olosuhteisiin. Kunkin osavaltion sääntelyalueella vaihteluvälit vaihtelevat usein ja voivat olla erilaisia jopa maantieteellisen sijainnin mukaan. WiFi IEEE 802.11d -standardin avulla voit säätää laitteiden taajuuskaistoja eri valmistajia käyttämällä median kulunvalvontaprotokollien erityisasetuksia.

. 802.11e. Kuvaa QoS-laatuluokat erilaisten mediatiedostojen ja yleensä erilaisten mediasisältöjen siirtämiseen. MAC-kerroksen sovitus 802.11e:lle määrittää esimerkiksi äänen ja videon samanaikaisen lähetyksen laadun.

. 802.11f. Tarkoituksena on yhdistää Wi-Fi-tukiasemien parametrit eri valmistajia. Standardin avulla käyttäjä voi työskennellä eri verkkojen kanssa liikkuessaan yksittäisten verkkojen peittoalueiden välillä.

. 802.11h. Käytetään meteorologisten ja sotilaallisten tutkien ongelmien estämiseen vähentämällä dynaamisesti Wi-Fi-laitteiden lähettämää tehoa tai vaihtamalla dynaamisesti toiselle taajuuskanavalle, kun laukaisusignaali havaitaan (useimmissa Euroopan maissa maa-asemat meteorologisten satelliittien ja viestintäsatelliittien seurantaan, esim. sekä sotilastutkat, toimivat lähellä 5 MHz:n taajuutta). Tämä standardi on välttämätön ETSIn vaatimus laitteille, jotka on hyväksytty käytettäväksi Euroopan unionissa.

. 802.11i. WiFi 802.11 -standardien varhaiset versiot käyttivät WEP-algoritmia WiFi-verkkojen suojaamiseen. Oletettiin, että tällä menetelmällä voidaan turvata langattoman verkon valtuutettujen käyttäjien siirretyt tiedot luottamuksellisesti ja suojata salakuuntelulta, ja nyt tämä suojaus voidaan murtaa muutamassa minuutissa. Siksi 802.11i-standardissa on kehitetty uusia menetelmiä Wi-Fi-verkkojen suojaamiseksi, jotka on toteutettu sekä fyysisellä että ohjelmistotasolla. Tällä hetkellä turvajärjestelmän järjestämiseksi Wi-Fi 802.11 -verkoissa on suositeltavaa käyttää Wi-Fi Protected Access (WPA) -algoritmeja. Ne tarjoavat myös yhteensopivuuden langattomat laitteet erilaisia standardeja ja erilaisia muutoksia. WPA-protokollat käyttävät kehittynyttä RC4-salausjärjestelmää ja pakollista EAP-todennusmenetelmää. Nykyaikaisten Wi-Fi-verkkojen kestävyys ja turvallisuus määräytyvät yksityisyyden ja tietojen salausprotokollien (RSNA, TKIP, CCMP, AES) avulla. Suositelluin tapa on käyttää WPA2:ta AES-salauksella (äläkä unohda 802.1x-salausta käyttämällä tunnelointimekanismeja, kuten EAP-TLS, TTLS jne., erittäin toivottavaa). .

. 802.11k. Tämän standardin tarkoituksena on itse asiassa toteuttaa kuormituksen tasaus radioalijärjestelmässä. WiFi-verkot. Tyypillisesti langattomassa lähiverkossa tilaajayksikkö muodostaa yleensä yhteyden tukiasemaan, joka tarjoaa voimakkaimman signaalin. Usein tämä johtaa verkon ruuhkautumiseen yhdessä vaiheessa, kun useat käyttäjät muodostavat yhteyden yhteen tukiasemaan kerralla. Tällaisten tilanteiden hallitsemiseksi 802.11k-standardi ehdottaa mekanismia, joka rajoittaa yhteen liityntäpisteeseen kytkettyjen tilaajien määrää ja mahdollistaa olosuhteiden luomisen, joissa uudet käyttäjät voivat muodostaa yhteyden toiseen tukiasemaan, vaikka sen signaali on heikompi. Tässä tapauksessa yhteenlaskettu läpijuoksu verkosto kasvaa resurssien tehokkaamman käytön ansiosta.

. 802,11 m. Muutokset ja korjaukset koko 802.11-standardiryhmän osalta on yhdistetty ja tiivistetty erillisessä asiakirjassa yleisnimellä 802.11m. Ensimmäinen 802.11m-versio julkaistiin vuonna 2007, sitten vuonna 2011 ja niin edelleen.

. 802.11p. Määrittää jopa 200 km/h nopeudella liikkuvien Wi-Fi-laitteiden vuorovaikutuksen kiinteiden WiFi-tukipisteiden ohi, kaukosäätimellä jopa 1 km:n etäisyydellä. Osa Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) -standardia. WAVE-standardit määrittelevät arkkitehtuurin ja lisäjoukon palvelutoimintoja ja rajapintoja, jotka tarjoavat turvallisen mekanismin radioviestintään liikkuvien ajoneuvojen välillä. Nämä standardit on kehitetty sovelluksiin, kuten liikenteen hallintaan, liikenneturvallisuuden valvontaan, automaattiseen tietullien keräämiseen, ajoneuvojen navigointiin ja reitittämiseen jne.

. 802.11s. Standardi mesh-verkkojen toteuttamiseen (), jossa mikä tahansa laite voi toimia sekä reitittimenä että tukiasemana. Jos lähin tukiasema on ylikuormitettu, tiedot ohjataan lähimpään lataamattomaan isäntään. Tässä tapauksessa datapaketti siirretään (pakettisiirto) solmusta toiseen, kunnes se saavuttaa lopullisen määränpäänsä. Tämä standardi ottaa käyttöön uusia protokollia MAC- ja PHY-tasoilla, jotka tukevat yleislähetys- ja monilähetyslähetystä (siirtoa) sekä unicast-toimitusta itsekonfiguroivan pistejärjestelmän kautta. WiFi-yhteys. Tätä tarkoitusta varten standardi ottaa käyttöön neljän osoitteen kehysmuodon. Toteutusesimerkkejä WiFi-verkot verkko: , .

. 802.11t. Standardi luotiin institutionalisoimaan IEEE 802.11 -standardin ratkaisujen testausprosessi. Kuvaa testausmenetelmät, mittaus- ja tulosten käsittelymenetelmät (käsittely), testauslaitteiden vaatimukset.

. 802.11u. Määrittää menettelyt Wi-Fi-verkkojen vuorovaikutukselle ulkoisten verkkojen kanssa. Standardissa tulee määritellä pääsyprotokollat, prioriteettiprotokollat ja estoprotokollat ulkoisten verkkojen kanssa työskentelyä varten. Tällä hetkellä tämän standardin ympärille on muodostunut suuri liike sekä ratkaisujen kehittämisessä - Hotspot 2.0 että verkkovierailujen järjestämisessä - on syntynyt ja kasvaa joukko kiinnostuneita operaattoreita, jotka yhdessä ratkaisevat verkkovierailuasioita mm. heidän Wi-Fi-verkkonsa dialogissa (Alliance WBA ). Lue lisää Hotspot 2.0:sta artikkeleistamme: , .

. 802.11v. Standardia tulisi muuttaa IEEE 802.11 -verkonhallintajärjestelmien parantamiseksi. Modernisoinnin MAC- ja PHY-tasoilla pitäisi mahdollistaa verkkoon kytkettyjen asiakaslaitteiden konfiguroinnin keskittäminen ja virtaviivaistaminen.

. 802,11 v. Lisätietoliikennestandardi taajuusalueelle 3,65-3,70 GHz. Suunniteltu uusimman sukupolven laitteille, jotka toimivat ulkoisilla antenneilla jopa 54 Mbps nopeudella jopa 5 km etäisyydellä avoimessa tilassa. Standardi ei ole täysin valmis.

802.11w. Määrittää menetelmät ja menettelyt median pääsynhallintakerroksen (MAC) turvallisuuden parantamiseksi. Standardirakenteen protokollat ovat järjestelmä tietojen eheyden, niiden lähteen aitouden, luvattoman jäljentämisen ja kopioinnin kiellon, tietojen luottamuksellisuuden ja muiden suojakeinojen valvontaan. Standardi ottaa käyttöön hallintakehyssuojauksen (MFP: Management Frame Protection), ja lisäturvatoimenpiteiden avulla voit neutraloida ulkoiset hyökkäykset, kuten esimerkiksi DoS. Hieman lisää MFP:stä täällä:,. Lisäksi nämä toimenpiteet tarjoavat suojan haavoittuvimmille verkkotiedoille, jotka lähetetään IEEE 802.11r, k, y -standardia tukevien verkkojen kautta.

802.11ac. Uusi WiFi-standardi, joka toimii vain 5 GHz:n taajuusalueella ja tarjoaa huomattavasti paremman O suurempia nopeuksia kuin yksilöllä WiFi asiakas, ja WiFi-tukiasemaan. Katso lisätietoja artikkelistamme.

Resurssia päivitetään jatkuvasti! Suosittelemme tilaamista saadaksesi ilmoituksia, kun uusia temaattisia artikkeleita julkaistaan tai uutta materiaalia ilmestyy sivustolle.

Liity joukkoomme

Uudesta langattomasta IEEE 802.11n -standardista on puhuttu vuosia. Se on ymmärrettävää, koska yksi nykyisten IEEE 802.11a/b/g langattoman tiedonsiirtostandardien suurimmista haitoista on liian alhainen tiedonsiirtonopeus. Itse asiassa IEEE 802.11a/g -protokollien teoreettinen suorituskyky on vain 54 Mbps, kun taas todellinen tiedonsiirtonopeus ei ylitä 25 Mbps. Uuden langattoman tiedonsiirtostandardin IEEE 802.11n pitäisi tarjota jopa 300 Mbps:n siirtonopeudet, mikä näyttää erittäin houkuttelevalta 54 Mbps:n taustalla. Tietenkin todellinen tiedonsiirtonopeus IEEE 802.11n -standardissa, kuten testitulokset osoittavat, ei ylitä 100 Mbps, mutta tässäkin tapauksessa todellinen tiedonsiirtonopeus on neljä kertaa suurempi kuin IEEE 802.11g -standardissa. IEEE 802.11n -standardia ei ole vielä lopullisesti hyväksytty (sen pitäisi tapahtua ennen vuoden 2007 loppua), mutta nyt lähes kaikki langattomien laitteiden valmistajat ovat alkaneet julkaista laitteita, jotka ovat yhteensopivia IEEE 802.11n -standardin alustavan (Draft) version kanssa.
Tässä artikkelissa tarkastellaan uuden IEEE 802.11n -standardin perussäännöksiä ja sen tärkeimpiä eroja 802.11a/b/g-standardeihin verrattuna.

Olemme jo puhuneet 802.11a/b/g langattoman viestinnän standardeista riittävän yksityiskohtaisesti lehtemme sivuilla. Siksi tässä artikkelissa emme kuvaa niitä yksityiskohtaisesti, mutta jotta tärkeimmät erot uuden standardin ja sen edeltäjien välillä olisivat ilmeisiä, meidän on sulatettava aiemmin julkaistut artikkelit tästä aiheesta.

Tarkastellaan langattomien standardien historiaa paikalliset verkot(Wireless Local Area Network, WLAN), kannattaa luultavasti muistaa IEEE 802.11 -standardi, joka, vaikka sitä ei enää löydy puhtaassa muodossaan, on kaikkien muiden WLAN-verkkojen langattomien tietoliikennestandardien edeltäjä.

IEEE 802.11 -standardi

802.11-standardi mahdollistaa taajuusalueen käytön 2400-2483,5 MHz, eli 83,5 MHz:n leveän alueen, joka on jaettu useisiin taajuusalikanaviin.

802.11-standardi perustuu Spread Spectrum (SS) -tekniikkaan, mikä tarkoittaa, että alunperin kapeakaistainen (spektrin leveydellä mitattuna) hyödyllinen informaatiosignaali muunnetaan lähetyksen aikana siten, että sen spektri on paljon leveämpi kuin spektrin spektri. alkuperäinen signaali. Samanaikaisesti signaalispektrin laajenemisen kanssa tapahtuu signaalin spektrienergiatiheyden uudelleenjakauma - myös signaalienergia "sikertyy" spektrin yli.

802.11-protokolla käyttää Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) -tekniikkaa. Sen olemus on siinä, että alun perin kapeakaistaisen signaalin spektrin laajentamiseksi jokaiseen lähetettyyn informaatiobittiin upotetaan sirusekvenssi, joka on suorakulmaisten pulssien sarja. Jos yhden sirun kesto pulssi sisään n kertaa pienempi kuin informaatiobitin kesto, niin muunnetun signaalin spektrin leveys on n kertaa alkuperäisen signaalin spektrin leveys. Tässä tapauksessa lähetetyn signaalin amplitudi pienenee n kerran.

Informaatiobitteihin upotettuja chipekvenssejä kutsutaan kohinakoodeiksi (PN-sekvenssit), mikä korostaa sitä tosiasiaa, että tuloksena oleva signaali muuttuu kohinaiseksi ja sitä on vaikea erottaa luonnollisesta kohinasta.

Signaalin spektrin laajentaminen ja sen erottaminen luonnollisesta melusta on ymmärrettävää. Tätä varten voit periaatteessa käyttää mielivaltaista (satunnaista) sirusekvenssiä. Herää kuitenkin kysymys, kuinka tällainen signaali vastaanotetaan. Loppujen lopuksi, jos siitä tulee kohinaista, siitä ei ole niin helppoa, jos ollenkaan mahdollista, saada hyödyllistä informaatiosignaalia. Tämä voidaan kuitenkin tehdä, mutta tätä varten on tarpeen valita sirusekvenssi vastaavasti. Signaalispektrin laajentamiseen käytettyjen sirusekvenssien on täytettävä tietyt autokorrelaatiovaatimukset. Autokorrelaatiolla tarkoitetaan matematiikassa funktion samankaltaisuuden astetta itsensä kanssa eri ajankohtina. Jos valitaan sellainen alibittisekvenssi, jonka autokorrelaatiofunktiolla on selvä huippu vain yhden hetken ajan, niin tällainen informaatiosignaali voidaan erottaa kohinatasolla. Tätä varten vastaanottimessa vastaanotettu signaali kerrotaan alibittisekvenssillä, eli lasketaan signaalin autokorrelaatiofunktio. Tämän seurauksena signaalista tulee jälleen kapeakaistainen, joten se suodatetaan kapealla taajuuskaistalla, joka vastaa kaksinkertaista lähetysnopeutta. Kaikki häiriöt, jotka osuvat alkuperäisen laajakaistasignaalin kaistalle sirusekvenssillä kertomisen jälkeen, päinvastoin muuttuvat laajakaistaisiksi ja ne katkaistaan suodattimilla, ja vain osa häiriöistä putoaa kapealle informaatiokaistalle, mikä on paljon vähemmän tehoa kuin vastaanottimen sisäänmenoon vaikuttavat häiriöt.

Määritetyt autokorrelaatiovaatimukset täyttäviä sirujaksoja on melko vähän, mutta niin sanotut Barker-koodit kiinnostavat meitä erityisesti, koska niitä käytetään 802.11-protokollassa. Barker-koodit ovat tunnetuimpia näennäissatunnaisia sekvenssejä melua muistuttavia ominaisuuksia, mikä johti niiden laajaan käyttöön. 802.11-protokollaperhe käyttää Barker-koodia, joka on 11 merkkiä pitkä.

Signaalin lähettämiseksi vastaanottimen informaatiobittisekvenssi lisätään modulo 2 (mod 2) 11-siruiseen Barker-koodiin käyttämällä XOR (exclusive OR) -porttia. Siten looginen ykkönen lähetetään suoralla Barker-sekvenssillä ja looginen nolla käänteissekvenssillä.

802.11-standardi tarjoaa kaksi nopeustilaa - 1 ja 2 Mbps.

Tietonopeudella 1 Mbit/s Barker-sekvenssin yksittäisten sirujen toistonopeus on 11x106 chippiä sekunnissa ja tällaisen signaalin kaistanleveys on 22 MHz.

Koska taajuusalueen leveys on 83,5 MHz, havaitsemme, että tälle taajuusalueelle mahtuu yhteensä kolme ei-päällekkäistä taajuuskanavaa. Koko taajuusalue on kuitenkin yleensä jaettu 11 päällekkäiseen 22 MHz:n taajuuskanavaan, jotka sijaitsevat 5 MHz:n välein. Esimerkiksi ensimmäinen kanava sijaitsee taajuusalueella 2400 - 2423 MHz ja on keskittynyt taajuuden 2412 MHz ympärille. Toinen kanava on keskitetty 2417 MHz:n ympärille ja viimeinen, 11. kanava, on keskitetty 2462 MHz:n ympärille. Tämän huomioon ottaen 1., 6. ja 11. kanavat eivät mene päällekkäin ja niillä on 3 MHz:n väli suhteessa toisiinsa. Näitä kolmea kanavaa voidaan käyttää toisistaan riippumatta.

Sinimuotoisen kantoaaltosignaalin moduloimiseksi 1 Mbps:n informaationopeudella käytetään suhteellista binäärivaihemodulaatiota (Differential Binary Phase Shift Key, DBPSK).

Tässä tapauksessa informaation koodaus tapahtuu sinimuotoisen signaalin vaihesiirron vuoksi suhteessa signaalin edelliseen tilaan. Binäärivaihemodulaatio tarjoaa kaksi mahdollista vaihesiirtoarvoa - 0 ja p. Tällöin looginen nolla voidaan lähettää samanvaiheisella signaalilla (vaihesiirto on 0) ja yksikkö signaalilla, joka on vaihesiirretty p:llä.

Tietonopeus 1 Mbps on pakollinen IEEE 802.11 (Basic Access Rate) -standardissa, mutta 2 Mbps (Enhanced Access Rate) on valinnainen. Tietojen lähettämiseen tällä nopeudella käytetään samaa DSSS-tekniikkaa 11-sirun Barker-koodeilla, mutta suhteellista kvadratuurivaihemodulaatiota (differentiaalinen kvadratuurivaiheen siirtoavain) käytetään kantoaallon moduloimiseen.

Yhteenvetona, kun otetaan huomioon 802.11-protokollan fyysinen kerros, huomaamme, että tiedonsiirtonopeudella 2 Mbit / s Barker-sekvenssin yksittäisten sirujen toistonopeus pysyy samana, eli 11x106 sirua sekunnissa, ja siksi lähetettävän signaalin kaistanleveys ei muutu.

IEEE 802.11b -standardi

IEEE 802.11 -standardi korvattiin IEEE 802.11b -standardilla, joka otettiin käyttöön heinäkuussa 1999. Tämä standardi on eräänlainen 802.11-perusprotokollan laajennus ja tarjoaa 1 ja 2 Mbps nopeuksien lisäksi 5,5 ja 11 Mbps nopeuksia, joihin käytetään ns. komplementaarisia koodeja (Complementary Code Keying, CCK).

Täydentävillä koodeilla tai CCK-sekvensseillä on se ominaisuus, että niiden autokorrelaatiofunktioiden summa mille tahansa nollasta poikkeavalle sykliselle siirrolle on aina nolla, joten niitä, kuten Barker-koodeja, voidaan käyttää signaalin tunnistamiseen kohinan taustalla.

Suurin ero CCK-sekvenssien ja aiemmin tarkasteltujen Barker-koodien välillä on se, että ei ole olemassa tiukasti määriteltyä sekvenssiä, jolla voidaan koodata joko looginen nolla tai yksi, vaan koko joukko sekvenssejä. Tämä seikka mahdollistaa useiden informaatiobittien koodaamisen yhteen lähetettyyn symboliin ja lisää siten tiedonsiirtonopeutta.

IEEE 802.11b -standardissa puhumme monimutkaisista komplementaarisista 8-sirun sekvensseistä, jotka on määritelty monimutkaisten elementtien joukossa, jotka ottavat arvot (1, -1, +j, -j}.

Signaalin kompleksinen esitys on kätevä matemaattinen työkalu vaihemoduloidun signaalin esittämiseen. Siten sekvenssiarvo, joka on yhtä suuri kuin 1, vastaa signaalia, joka on vaiheessa generaattorisignaalin kanssa, ja sekvenssiarvo, joka on yhtä suuri kuin -1, vastaa vaiheen vastaista signaalia; sekvenssin arvo on yhtä suuri kuin j- signaali, joka on siirretty vaiheessa p/2, ja arvo on yhtä suuri kuin - j, - signaalin vaihesiirto -p/2.

Jokainen CCK-sekvenssin elementti on kompleksiluku, jonka arvon määrittää melko monimutkainen algoritmi. Mahdollisia CCK-sekvenssejä on yhteensä 64 sarjaa, ja kunkin valinta määräytyy tulobittien sekvenssin mukaan. Jotta voit valita yksilöllisesti yhden CCK-sekvenssin, sinun on tiedettävä kuusi tulobittiä. Siten IEEE 802.11b -protokollassa jokainen merkki koodataan käyttämällä yhtä 64 mahdollisesta kahdeksanbittisestä CKK-sekvenssistä.

5,5 Mbps:n nopeudella 4 databittiä koodataan yhteen symboliin ja 11 Mbps:n nopeudella 8 databittiä. Samanaikaisesti molemmissa tapauksissa symbolien lähetysnopeus on 1,385 x 106 symbolia sekunnissa (11/8 = 5,5/4 = 1,385), ja kun otetaan huomioon, että jokainen symboli on määritelty 8-sirun sekvenssillä, saadaan, että molemmissa tapauksissa yksittäisten pelimerkkien toistonopeus on 11x106 chippiä sekunnissa. Vastaavasti signaalispektrin leveys sekä nopeudella 11 että 5,5 Mbps on 22 MHz.

IEEE 802.11g -standardi

802.11g:n kehittämisessä otettiin huomioon kaksi kilpailevaa teknologiaa: ortogonaalinen taajuusjako-OFDM-menetelmä, joka on lainattu 802.11a-standardista ja jota Intersil ehdotti harkittavaksi, ja PBCC-binääripakettien konvoluutiokoodausmenetelmä, jota Texas Instruments ehdotti. Tämän seurauksena 802.11g-standardi sisältää kompromissiratkaisun: OFDM- ja CCK-tekniikoita käytetään perustekniikoina ja PBCC-tekniikan käyttö on valinnainen.

Konvoluutiokoodauksen idea (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC) on seuraava. Tuleva informaatiobittien sekvenssi muunnetaan konvoluutiokooderissa siten, että jokainen tulobitti vastaa useampaa kuin yhtä lähtöbittiä. Toisin sanoen konvoluutiokooderi lisää tiettyä redundanttia informaatiota alkuperäiseen sekvenssiin. Jos esimerkiksi jokainen tulobitti vastaa kahta lähtöbittiä, puhutaan konvoluutiokoodauksesta nopeudella r= 1/2. Jos kumpikin kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä, se on 2/3.

Mikä tahansa konvoluutiokooderi on rakennettu useiden peräkkäin kytkettyjen tallennussolujen ja XOR-porttien pohjalta. Tallennussolujen määrä määrittää mahdollisten kooderin tilojen määrän. Jos konvoluutioenkooderissa käytetään esimerkiksi kuutta muistisolua, niin kooderi tallentaa tietoja kuudesta aikaisemmat osavaltiot signaali, ja kun otetaan huomioon tulevan bitin arvo, saadaan, että tällaisessa kooderissa käytetään seitsemän bittiä tulosekvenssistä. Tällaista konvoluutiokooderia kutsutaan seitsemän tilan kooderiksi ( K = 7).

Konvoluutiokooderissa generoidut lähtöbitit määräytyvät XOR-operaatioilla tulobitin arvojen ja muistisoluihin tallennettujen bittien välillä, eli kunkin generoidun lähtöbitin arvo ei riipu vain saapuvasta informaatiobitistä, mutta myös useilla aikaisemmilla biteillä.

PBCC-tekniikka käyttää seitsemän tilan konvoluutiokoodareita ( K= 7) nopeudella r = 1/2.

Konvoluutiokooderien tärkein etu on niiden muodostaman sekvenssin kohinansieto. Tosiasia on, että koodausredundanssilla, jopa vastaanottovirheiden sattuessa, alkuperäinen bittisekvenssi voidaan palauttaa tarkasti. Alkuperäisen bittisekvenssin palauttamiseksi vastaanotinpuolella käytetään Viterbi-dekooderia.

Konvoluutiokooderissa generoitua kaksibittiä käytetään myöhemmin lähetettävänä symbolina, mutta se alistetaan ensin vaihemodulaatioon. Lisäksi siirtonopeudesta riippuen binääri-, kvadratuuri- tai jopa kahdeksanpaikkainen vaihemodulaatio on mahdollista.

Toisin kuin DSSS-tekniikat (Barker-koodit, CCK-sekvenssit), konvoluutiokoodaustekniikka ei käytä spektrinlaajentavaa tekniikkaa kohinamaisten sekvenssien käytön vuoksi, mutta spektrin laajentaminen standardiin 22 MHz on myös tässä tapauksessa. Tätä varten käytetään mahdollisten QPSK- ja BPSK-signaalikonstellaatioiden muunnelmia.

Tarkasteltua PBCC-koodausmenetelmää käytetään valinnaisesti 802.11b-protokollassa nopeuksilla 5,5 ja 11 Mbps. Vastaavasti 802.11g-protokollassa 5,5 ja 11 Mbps:n siirtonopeuksille tämä menetelmä on myös valinnainen. Yleisesti ottaen 802.11b- ja 802.11g-protokollien yhteensopivuuden vuoksi 802.11b-protokollan tarjoamia koodaustekniikoita ja -nopeuksia tuetaan myös 802.11g-protokollassa. Tässä suhteessa jopa 11 Mbps, 802.11b ja 802.11g ovat samat, paitsi että 802.11g tarjoaa nopeudet, joita 802.11b ei.

Vaihtoehtoisesti 802.11g-protokollassa PBCC-tekniikkaa voidaan käyttää 22 ja 33 Mbps:n siirtonopeuksilla.

Nopeudella 22 Mbit / s, verrattuna jo harkittuun PBCC-järjestelmään, tiedonsiirrossa on kaksi ominaisuutta. Ensinnäkin käytetään 8-paikkaista vaihemodulaatiota (8-PSK), eli signaalin vaihe voi ottaa kahdeksan eri arvoa, mikä mahdollistaa kolmen bitin koodauksen yhteen symboliin. Lisäksi järjestelmään on lisätty Puncture-enkooderi, lukuun ottamatta konvoluutioenkooderia. Tämän ratkaisun merkitys on melko yksinkertainen: konvoluutiokooderin redundanssi, joka on yhtä suuri kuin 2 (jokaista tulobittiä kohden on kaksi lähtöbittiä), on melko korkea ja tietyissä kohinaympäristön olosuhteissa tarpeeton, joten voit vähentää redundanssi siten, että esimerkiksi kukin kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä. Tätä varten voit tietysti kehittää sopivan konvoluutiokooderin, mutta on parempi lisätä piiriin erityinen välimerkkien kooderi, joka yksinkertaisesti tuhoaa ylimääräiset bitit.

Oletetaan, että välimerkkien kooderi poistaa yhden bitin jokaisesta neljästä tulobitistä. Silloin joka neljä saapuvaa bittiä vastaa kolmea lähtevää bittiä. Tällaisen kooderin nopeus on 4/3. Jos tällaista kooderia käytetään yhdessä nopeuden 1/2 konvoluutiokooderin kanssa, kokonaisnopeus koodaus on jo 2/3, eli jokainen kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä.

Kuten jo todettiin, PBCC-tekniikka on valinnainen IEEE 802.11g -standardissa, kun taas OFDM-tekniikka on pakollinen. Ymmärtääksemme OFDM-tekniikan olemuksen, tarkastelkaamme yksityiskohtaisemmin monitiehäiriöitä, joita esiintyy signaalien eteneessä avoimessa ympäristössä.

Monitiesignaalin häiriön vaikutus on se, että useiden luonnollisten esteiden heijastusten seurauksena sama signaali voi päästä vastaanottimeen eri tavoin. Mutta eri etenemisreitit eroavat toisistaan pituudeltaan, ja siksi signaalin vaimennus on niille erilainen. Siksi vastaanottopisteessä tuloksena oleva signaali on useiden eri amplitudiltaan erilaisten signaalien häiriö, joka on siirretty suhteessa toisiinsa ajallisesti, mikä vastaa eri vaiheisten signaalien yhteenlaskemista.

Monitiehäiriön seuraus on vastaanotetun signaalin vääristyminen. Monitiehäiriö on ominaista kaikentyyppisille signaaleille, mutta sillä on erityisen negatiivinen vaikutus laajakaistaisiin signaaleihin, koska laajakaistasignaalia käytettäessä häiriön seurauksena tietyt taajuudet lisätään vaiheittain, mikä johtaa signaalin kasvuun, ja jotkut päinvastoin epävaiheessa aiheuttaen signaalin vaimennuksen tietyllä taajuudella.

Puhuttaessa monitiehäiriöistä, joita esiintyy signaalin lähetyksen aikana, havaitaan kaksi ääritapausta. Ensimmäisessä niistä signaalien välinen maksimiviive ei ylitä yhden symbolin kestoa ja häiriöitä esiintyy yhden lähetetyn symbolin sisällä. Toisessa signaalien välinen maksimiviive on suurempi kuin yhden symbolin kesto, joten häiriön seurauksena eri symboleja edustavia signaaleja lisätään ja syntyy ns. symbolien välistä häiriötä (Inter Symbol Interference, ISI).

Symbolien välisillä häiriöillä on negatiivisin vaikutus signaalin vääristymiseen. Koska symboli on signaalin erillinen tila, jolle on tunnusomaista kantoaaltotaajuuden, amplitudin ja vaiheen arvot, signaalin amplitudi ja vaihe muuttuvat eri symboleilla, ja siksi alkuperäisen signaalin palauttaminen on erittäin vaikeaa.

Tästä syystä milloin suuret nopeudet Lähetyksessä käytetään OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) -nimistä datakoodaustekniikkaa. Sen olemus on siinä, että lähetettävän datan virta on hajautettu useille taajuusalikanavalle ja lähetys suoritetaan rinnakkain kaikilla sellaisilla alikanavilla. Tässä tapauksessa korkea siirtonopeus saavutetaan juuri kaikkien kanavien samanaikaisen tiedonsiirron ansiosta, kun taas erillisessä alikanavassa siirtonopeus voi olla alhainen.

Koska kussakin taajuusalikanavassa datanopeutta ei voida tehdä liian suureksi, luodaan edellytykset symbolien välisten häiriöiden tehokkaalle vaimentamiselle.

Taajuusjako edellyttää, että yksittäinen kanava on riittävän kapea signaalin vääristymisen minimoimiseksi, mutta kuitenkin riittävän leveä tarjoamaan vaaditun bittinopeuden. Lisäksi, jotta alikanaviin jaetun kanavan koko kaistanleveys voitaisiin käyttää taloudellisesti, on toivottavaa järjestää taajuusalikanavat mahdollisimman lähelle toisiaan, samalla välttäen kanavien välisiä häiriöitä, jotta varmistetaan heidän täydellinen itsenäisyytensä. Taajuuskanavia, jotka täyttävät yllä olevat vaatimukset, kutsutaan ortogonaaleiksi. Kaikkien taajuusalikanavien kantoaaltosignaalit ovat ortogonaalisia toisiinsa nähden. On tärkeää, että kantoaaltosignaalien ortogonaalisuus takaa kanavien taajuusriippumattomuuden toisistaan ja siten kanavien välisten häiriöiden puuttumisen.

Harkittua menetelmää laajakaistaisen kanavan jakamiseksi ortogonaalisiin taajuusalikanaviin kutsutaan ortogonaaliksi taajuusjakomultipleksaukseksi (OFDM). Sen toteuttamiseen lähettimissä käytetään käänteistä nopeaa Fourier-muunnosta (IFFT), joka muuttaa esimultipleksoidun n-kanavat signaalit ajasta O th edustus taajuudessa.

Yksi OFDM:n tärkeimmistä eduista on korkean bittinopeuden ja tehokkaan monitievastuksen yhdistelmä. Tietenkään OFDM-tekniikka itsessään ei sulje pois monitie-etenemistä, mutta luo edellytykset symbolien välisten häiriöiden eliminoimiselle. Tosiasia on, että olennainen osa OFDM-tekniikkaa on suojaväli (Guard Interval, GI) - symbolin lopun syklinen toisto, joka on kiinnitetty symbolin alkuun.

Suojaväli luo taukoja yksittäisten symbolien väliin, ja jos sen kesto ylittää signaalin maksimiviiveajan monitie-etenemisen seurauksena, symbolien välistä häiriötä ei esiinny.

OFDM-tekniikalla suojavälin kesto on neljäsosa itse symbolin kestosta. Tässä tapauksessa symbolin kesto on 3,2 μs ja suojaväli on 0,8 μs. Siten symbolin kesto yhdessä suojavälin kanssa on 4 μs.

802.11g-protokollassa eri nopeuksilla käytettävästä OFDM-taajuus-puhuttaessa emme ole vielä käsitelleet kantoaaltosignaalin modulaatiomenetelmää.

802.11g-protokolla käyttää BPSK- ja QPSK-binääri- ja kvadratuurivaihemodulaatioita alhaisilla bittinopeuksilla. BPSK-modulaatiota käytettäessä yhteen symboliin koodataan vain yksi informaatiobitti ja QPSK-modulaatiota käytettäessä kaksi informaatiobittiä. BPSK-modulaatiota käytetään tiedonsiirtoon nopeudella 6 ja 9 Mbps ja QPSK-modulaatiota nopeudella 12 ja 18 Mbps.

Suuremmilla nopeuksilla tapahtuvaan lähetykseen käytetään QAM (Quadrature Amplitude Modulation), jossa informaatio koodataan muuttamalla signaalin vaihetta ja amplitudia. 802.11g-protokolla käyttää 16-QAM- ja 64-QAM-modulaatiota. Ensimmäinen modulaatio olettaa 16 erilaista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 4 bitin koodaamisen yhteen symboliin; toinen - 64 mahdollista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 6 bitin sekvenssin koodaamisen yhteen symboliin. 16-QAM-modulaatiota käytetään nopeudella 24 ja 36 Mbps, ja 64-QAM-modulaatiota käytetään nopeudella 48 ja 54 Mbps.

CCK-, OFDM- ja PBCC-koodausten lisäksi IEEE 802.11g -standardi tarjoaa myös valinnaisia hybridikoodausvaihtoehtoja.

Ymmärtääksesi tämän termin olemuksen, muista, että jokainen lähetetty datapaketti sisältää otsikon (johdanto-osan), jossa on palvelutiedot ja tietokenttä. Kun puhutaan CCK-muodossa olevasta paketista, se tarkoittaa, että otsikko- ja kehysdata lähetetään CCK-muodossa. Vastaavasti OFDM-tekniikkaa käytettäessä kehyksen otsikko ja data lähetetään OFDM-koodauksella. Hybridikoodaus tarkoittaa, että kehyksen otsikossa ja tietokentissä voidaan käyttää erilaisia koodaustekniikoita. Esimerkiksi CCK-OFDM-tekniikkaa käytettäessä kehyksen otsikko koodataan CCK-koodeilla, mutta itse kehysdata lähetetään monitaajuisella OFDM-koodauksella. Näin ollen CCK-OFDM-tekniikka on eräänlainen CCK:n ja OFDM:n hybridi. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa hybriditekniikka - PBCC-pakettikoodausta käytettäessä kehysotsikko lähetetään CCK-koodeilla ja kehysdata koodataan PBCC:llä.

IEEE 802.11a -standardi

Yllä käsitellyt IEEE 802.11b- ja IEEE 802.11g -standardit viittaavat 2,4 GHz:n taajuusalueeseen (2,4 - 2,4835 GHz), kun taas vuonna 1999 hyväksytty IEEE 802.11a -standardi edellyttää korkeamman taajuusalueen käyttöä (alkaen 5.5.5). 5,350 GHz ja 5,725 - 5,825 GHz). Yhdysvalloissa tätä aluetta kutsutaan Unlicensed National Information Infrastructure (UNII) -alueeksi.

FCC-sääntöjen mukaisesti UNII-taajuusalue on jaettu kolmeen 100 MHz:n osakaistaan, jotka eroavat toisistaan enimmäissäteilytehon rajoitusten suhteen. Alempi kaista (5,15 - 5,25 GHz) tuottaa vain 50 mW, keskikaista (5,25 - 5,35 GHz) 250 mW ja ylempi kaista (5,725 - 5,825 GHz) 1 watti. Kolmen taajuusalikaistan käyttö, joiden kokonaisleveys on 300 MHz, tekee IEEE 802.11a -standardista laajimman 802.11-standardiperheestä ja mahdollistaa koko taajuusalueen jakamisen 12 kanavaan, joista jokaisen leveys on 20 MHz, joista kahdeksan on 200 MHz alueella 5,15 - 5,35 GHz ja loput neljä kanavaa ovat 100 MHz alueella 5,725 - 5,825 GHz (kuva 1). Samanaikaisesti neljää ylempää taajuuskanavaa, jotka tarjoavat suurimman lähetystehon, käytetään pääasiassa signaalin siirtoon ulkona.

Riisi. 1. UNII-kaistan jakaminen 12 taajuusosakaistaan

IEEE 802.11a -standardi perustuu Frequency Orthogonal Division Multiplexing (OFDM) -tekniikkaan. Kanavaerottelua varten käytetään käänteistä Fourier-muunnosta 64 taajuusalikanavan ikkunalla. Koska jokaisen 802.11a-standardissa määritellyn 12 kanavan leveys on 20 MHz, käy ilmi, että kunkin ortogonaalisen taajuuden alikanavan (alikantoaallon) leveys on 312,5 kHz. Kuitenkin 64 ortogonaalisesta alikanavasta vain 52 käytetään, ja niistä 48 käytetään tiedonsiirtoon (Data Tones) ja loput - palvelutietojen siirtoon (Pilot Tones).

Modulaatiotekniikan suhteen 802.11a-protokolla ei eroa paljon 802.11g:stä. Alhaisilla bittinopeuksilla BPSK- ja QPSK-binääri- ja kvadratuurivaihemodulaatioita käytetään moduloimaan apukantoaaltoja. BPSK-modulaatiota käytettäessä yhteen symboliin koodataan vain yksi informaatiobitti. Vastaavasti käytettäessä QPSK-modulaatiota, eli kun signaalin vaihe voi saada neljä eri arvoa, kaksi informaatiobittiä koodataan yhteen symboliin. BPSK-modulaatiota käytetään tiedonsiirtoon nopeudella 6 ja 9 Mbps ja QPSK-modulaatiota nopeudella 12 ja 18 Mbps.

Suurempia bittinopeuksia varten IEEE 802.11a -standardi käyttää 16-QAM- ja 64-QAM-kvadratuuriamplitudimodulaatiota. Ensimmäisessä tapauksessa on 16 erilaista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 4 bitin koodaamisen yhteen symboliin ja toisessa on jo 64 mahdollista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 6 bitin sekvenssin koodaamisen yhteen symboliin. symboli. 16-QAM-modulaatiota käytetään nopeudella 24 ja 36 Mbps ja 64-QAM-modulaatiota nopeudella 48 ja 54 Mbps.

OFDM-symbolin informaatiokapasiteetti määräytyy modulaatiotyypin ja apukantoaaltojen lukumäärän mukaan. Koska tiedonsiirtoon käytetään 48 apukantoaaltoa, OFDM-symbolin kapasiteetti on 48 x Nb, missä Nb on modulaatiopaikkojen lukumäärän binäärilogaritmi tai yksinkertaisemmin yhteen symboliin koodattujen bittien lukumäärä yhdessä. alikanava. Vastaavasti OFDM-symbolin kapasiteetti on 48 - 288 bittiä.

Koska konvoluutiokoodauksen nopeus voi olla erilainen, datanopeus on erilainen käytettäessä samantyyppistä modulaatiota.

Ajatellaanpa esimerkiksi BPSK-modulaatiota, jossa tiedonsiirtonopeus on 6 tai 9 Mbps. Yhden symbolin kesto yhdessä suojavälin kanssa on 4 μs, mikä tarkoittaa, että pulssin toistotaajuus on 250 kHz. Ottaen huomioon, että jokaiseen alikanavaan on koodattu yksi bitti ja tällaisia alikanavia on yhteensä 48, saadaan kokonaisdatanopeus 250 kHz x 48 kanavaa = 12 MHz. Jos tässä tapauksessa konvoluutiokoodausnopeus on 1/2 (jokaista informaatiobittiä kohden lisätään yksi palvelubitti), informaationopeus on puolet täydestä nopeudesta eli 6 Mbps. Konvoluutiokoodausnopeudella 3/4 lisätään yksi palvelubitti jokaista kolmea informaatiobittiä kohti, joten tässä tapauksessa hyödyllinen (informaatio)nopeus on 3/4 täydestä nopeudesta, eli 9 Mbps.

Vastaavasti jokainen modulaatiotyyppi vastaa kahta erilaista bittinopeutta (taulukko 1).

Taulukko 1 Bittinopeuksien välinen suhde
ja modulaatiotyyppi 802.11a-standardissa

Siirtonopeus, Mbps	Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Bittien määrä yhdessä hahmossa yhdessä alikanavassa	Merkin bittien kokonaismäärä (48 alikanavaa)	Tietobittien lukumäärä symbolissa

Konvoluutiokoodauksen jälkeen bittivirta käy läpi lomitus- tai lomitusoperaation. Sen ydin on muuttaa bittien järjestystä yhden OFDM-symbolin sisällä. Tätä varten tulobittien sarja jaetaan lohkoihin, joiden pituus on yhtä suuri kuin bittien lukumäärä OFDM-symbolissa (NCBPS). Lisäksi tietyn algoritmin mukaisesti suoritetaan kaksivaiheinen bittien permutaatio kussakin lohkossa. Ensimmäisessä vaiheessa bitit permutoidaan siten, että vierekkäiset bitit lähetetään ei-vierekkäisillä apukantoaalloilla lähetettäessä OFDM-symbolia. Bittien vaihtoalgoritmi tässä vaiheessa vastaa seuraavaa menettelyä. Aluksi NCBPS-pituisten bittien lohko kirjoitetaan rivi riviltä (rivi riviltä) matriisiin, joka sisältää 16 riviä ja NCBPS/16 riviä. Seuraavaksi bitit luetaan tästä matriisista, mutta riveinä (tai samalla tavalla kuin ne kirjoitettiin, mutta transponoidusta matriisista). Tällaisen toimenpiteen seurauksena naapuribitit lähetetään aluksi ei-vierekkäisillä alikantoaaltoilla.

Tätä seuraa toinen bitinvaihtovaihe, jonka tarkoituksena on varmistaa, että vierekkäiset bitit eivät esiinny samanaikaisesti signaalikonstellaatiossa modulaatiosymbolin määrittävien ryhmien vähiten merkitsevissä biteissä. Toisin sanoen permutaation toisen vaiheen jälkeen vierekkäiset bitit ovat vuorotellen ryhmien ylä- ja alanumeroissa. Tämä tehdään lähetetyn signaalin kohinansietokyvyn parantamiseksi.

Lomituksen jälkeen bittisekvenssi jaetaan ryhmiin valitun modulaatiotyypin paikkojen lukumäärän mukaan ja muodostetaan OFDM-symbolit.

Luodut OFDM-symbolit altistetaan nopealle Fourier-muunnokselle, mikä johtaa samavaihe- ja kvadratuurisignaaleihin, jotka sitten alistetaan standardikäsittelylle - modulaatiolle.

IEEE 802.11n -standardi

IEEE 802.11n -standardin kehittäminen aloitettiin virallisesti 11. syyskuuta 2002, vuosi ennen IEEE 802.11g -standardin lopullista hyväksymistä. Vuoden 2003 jälkipuoliskolla perustettiin IEEE 802.11n Task Group (802.11 TGn) kehittämään uusi standardi yli 100 Mbps:n langattomalle tiedonsiirrolle. Toinen työryhmä, 802.15.3a, työskenteli myös saman tehtävän parissa. Vuoteen 2005 mennessä yhden ratkaisun kehittämisprosessi kussakin ryhmässä joutui umpikujaan. 802.15.3a-ryhmässä Motorolan ja kaikkien muiden ryhmän jäsenten välillä oli vastakkainasettelu, ja IEEE 802.11n -ryhmän jäsenet jakautuivat kahteen suunnilleen identtiseen leiriin: WWiSE (World Wide Spectrum Efficiency) ja TGn Sync. WWiSE-ryhmää johti Aigro Networks ja TGn Sync -ryhmää Intel. Jokaisessa ryhmässä pitkään aikaan ei mikään vaihtoehtoisia vaihtoehtoja ei saanut 75 prosenttia sen hyväksymiseen tarvittavista äänistä.

Lähes kolme vuotta kestäneen epäonnistuneen vastakkainasettelun ja kaikille sopivan kompromissiratkaisun jälkeen 802.15.3a-ryhmän jäsenet äänestivät lähes yksimielisesti 802.15.3a-projektin eliminoimisen puolesta. IEEE 802.11n -projektin jäsenet olivat joustavampia - he onnistuivat sopimaan ja luomaan yhteisen ehdotuksen, joka sopisi kaikille. Tämän seurauksena IEEE 802.11n -standardin alustava (luonnos) määrittely hyväksyttiin 19. tammikuuta 2006 Havaijin Konassa pidetyssä säännöllisessä konferenssissa. 188 jäsenestä työryhmä 184 äänesti standardin hyväksymisen puolesta ja neljä pidättyi äänestämästä. Hyväksytyn asiakirjan keskeiset määräykset muodostavat perustan uuden standardin lopulliselle eritelmälle.

IEEE 802.11n -standardi perustuu OFDM-MIMO-tekniikkaan. Suuri osa siinä toteutetuista teknisistä yksityiskohdista on lainattu 802.11a-standardista, mutta IEEE 802.11n -standardi mahdollistaa sekä IEEE 802.11a -standardin mukaisen taajuusalueen että IEEE 802.11b:n taajuusalueen käytön. /g standardit. Toisin sanoen IEEE 802.11n -standardia tukevat laitteet voivat toimia joko 5 tai 2,4 GHz:n taajuusalueella erityisellä toteutuksella maasta riippuen. Venäjällä IEEE 802.11n -laitteet tukevat 2,4 GHz:n taajuuskaistaa.

Siirtonopeuden kasvu IEEE 802.11n -standardissa saavutetaan ensinnäkin kaksinkertaistamalla kanavan leveys 20 MHz:stä 40 MHz:iin ja toiseksi ottamalla käyttöön MIMO-tekniikka.

MIMO-tekniikka (Multiple Input Multiple Output) sisältää useiden lähetys- ja vastaanottoantennien käytön. Analogisesti perinteisiä järjestelmiä, eli järjestelmiä, joissa on yksi lähetys- ja yksi vastaanottoantenni, kutsutaan SISO:ksi (Single Input Single Output).

Teoriassa MIMO-järjestelmä n lähettää ja n Vastaanottoantennit pystyvät tarjoamaan huippusuorituskyvyn n kertaa suurempi kuin SISO-järjestelmät. Tämä saavutetaan lähettämällä jakamalla datavirran itsenäisiksi bittisekvensseiksi ja lähettämällä ne samanaikaisesti käyttämällä antenniryhmää. Tätä siirtotekniikkaa kutsutaan spatiaaliseksi multipleksaukseksi. Huomaa, että kaikki antennit lähettävät dataa toisistaan riippumatta samalla taajuusalueella.

Ajatellaanpa esimerkiksi MIMO-järjestelmää, joka koostuu n lähettää ja m vastaanottoantennit (kuva 2).

Riisi. 2. MIMO-tekniikan toteutusperiaate

Tällaisen järjestelmän lähetin lähettää n riippumattomia signaaleja soveltaen n antennit. Vastaanottopuolella jokainen m antenni vastaanottaa signaaleja, jotka ovat superpositiota n signaalit kaikista lähetysantenneista. Signaali siis R1, jonka ensimmäinen antenni vastaanottaa, voidaan esittää seuraavasti:

Kirjoittamalla samanlaiset yhtälöt jokaiselle vastaanottoantennille, saamme seuraavan järjestelmän:

Tai kirjoita tämä lauseke uudelleen matriisimuotoon:

Missä [ H] on siirtomatriisi, joka kuvaa MIMO-viestintäkanavaa.

Jotta dekooderi voi rekonstruoida oikein kaikki signaalit vastaanottopuolella, sen on ensin määritettävä kertoimet hij jokaiselle ominaista m x n lähetyskanavia. Kertoimien määrittämiseksi hij MIMO käyttää paketin alustusosaa.

Kun siirtomatriisin kertoimet on määritetty, lähetetty signaali voidaan helposti palauttaa:

Missä [ H]–1 - matriisi käänteinen siirtomatriisiin [ H].

On tärkeää huomata, että MIMO-tekniikassa useiden lähetys- ja vastaanottoantennien käyttö mahdollistaa tietoliikennekanavan suorituskyvyn lisäämisen useiden avaruudellisesti erotettujen alikanavien toteutuksen ansiosta, kun dataa siirretään samalla taajuusalueella.

MIMO-tekniikka ei vaikuta tiedon koodausmenetelmään millään tavalla ja sitä voidaan periaatteessa käyttää yhdessä minkä tahansa fyysisen ja loogisen datan koodausmenetelmien kanssa.

MIMO-tekniikka kuvattiin ensimmäisen kerran IEEE 802.16 -standardissa. Tämä standardi sallii MISO-tekniikan eli useiden lähetysantennien ja yhden vastaanottoantennin käytön. IEEE 802.11n -standardi sallii jopa neljä antennia tukiasemassa ja langaton sovitin. Pakollinen tila tarkoittaa tukea kahdelle antennille tukiasemassa ja yhdelle antennille ja langattomalle sovittimelle.

IEEE 802.11n -standardi tarjoaa sekä tavalliset 20 MHz:n kanavat että kaksinkertaiset kanavat. 40 MHz kanavien käyttö on kuitenkin standardin valinnainen ominaisuus, koska tällaisten kanavien käyttö saattaa olla joidenkin maiden lakien vastaista.

802.11n:ssä on kaksi lähetystilaa: vakiolähetystila (L) ja suuren suorituskyvyn (HT) tila. Perinteisissä lähetysmuodoissa käytetään 52 taajuista OFDM-alikanavaa (alikantoaaltoa), joista 48 käytetään tiedonsiirtoon ja loput palveluinformaation siirtoon.

Suurennetun kapasiteetin tiloissa 20 MHz:n kanavaleveydellä käytetään 56 taajuusalikanavaa, joista 52 käytetään tiedonsiirtoon ja neljä pilottikanavaa. Siten jopa 20 MHz:n kanavaa käytettäessä taajuuden alikanavien kasvattaminen 48:sta 52:een voi lisätä lähetysnopeutta 8 %.

Kaksoisleveällä kanavalla eli 40 MHz:n kanavalla tavallinen lähetystapa lähettää itse asiassa kaksikanavaista lähetystä. Vastaavasti alikantoaaltojen määrä kaksinkertaistuu (104 alikanavaa, joista 96 on informatiivisia). Tämän ansiosta siirtonopeus kasvaa 100%.

Käytettäessä 40 MHz kanavaa ja suuren kaistanleveyden tilaa käytetään 114 taajuusalikanavaa, joista 108 alikanavaa on informaatio- ja kuusi pilottia. Näin ollen voit lisätä lähetysnopeutta 125%.

Taulukko 2 Bittinopeuksien suhde, modulaatiotyyppi
ja 802.11n konvoluutiokoodausnopeus
(kanavan leveys 20 MHz, HT-tila (52 taajuusalikanavaa))

Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Yhden symbolin bittien määrä yhdessä alikanavassa	OFDM-symbolin bittien kokonaismäärä	Tietobittien määrä symbolia kohti	Siirtonopeus
Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Yhden symbolin bittien määrä yhdessä alikanavassa	OFDM-symbolin bittien kokonaismäärä	Tietobittien määrä symbolia kohti

Kaksi muuta tekijää, jotka lisäävät lähetysnopeutta IEEE 802.11n -standardissa, ovat GI-suojavälin pienentäminen OGDM-symboleissa 0,8:sta 0,4 µs:iin ja konvoluutiokoodausnopeuden kasvu. Muista, että IEEE 802.11a -protokollassa suurin konvoluutiokoodaussuhde on 3/4, eli jokaiseen kolmeen tulobittiin lisätään yksi lisää. IEEE 802.11n -protokollassa suurin konvoluutiokoodaussuhde on 5/6, eli joka viides tulobitti konvoluutiokooderissa muunnetaan kuudeksi lähtöbitiksi. Lähetysnopeuksien, modulaatiotyypin ja konvoluutiokoodausnopeuden välinen suhde 20 MHz:n standardikanavalle on esitetty taulukossa. 2.

Wi-Fi-yhteyksien suosio kasvaa joka päivä, kun tämäntyyppisten verkkojen kysyntä kasvaa valtavasti. Älypuhelimet, tabletit, kannettavat tietokoneet, all-in-one-laitteet, televisiot, tietokoneet - kaikki laitteemme tukevat langatonta Internet-yhteyttä, jota ilman on jo mahdotonta kuvitella nykyaikaisen ihmisen elämää.

Tiedonsiirtoteknologiat kehittyvät uuden teknologian julkaisun myötä

Löytääksesi oikean verkon tarpeisiisi, sinun on opittava kaikesta wifi standardeja jotka ovat olemassa nykyään. Wi-Fi Alliance on kehittänyt yli kaksikymmentä yhteystekniikkaa, joista neljä on tämän hetken suosituimpia: 802.11b, 802.11a, 802.11g ja 802.11n. Valmistajan viimeisin löytö oli 802.11ac-muunnos, jonka suorituskyky on useita kertoja nykyaikaisten sovittimien ominaisuuksia korkeampi.

On vanhempi sertifioitu tekniikka langaton yhteys ja on yleisesti saatavilla. Laitteessa on erittäin vaatimattomat parametrit:

Tiedonsiirtonopeus - 11 Mbps;
Taajuusalue - 2,4 GHz;
Toimintasäde (ilman tilavuusväliseiniä) on jopa 50 metriä.

On huomattava, että tällä standardilla on huono häiriönkestävyys ja pieni kaistanleveys. Siksi tämän Wi-Fi-yhteyden houkuttelevasta hinnasta huolimatta sen tekninen komponentti on paljon jäljessä nykyaikaisista malleista.

802.11a standardi

Tämä tekniikka on paranneltu versio edellisestä standardista. Kehittäjät ovat keskittyneet laitteen kaistanleveyteen ja sen kellotaajuuteen. Tällaisten muutosten ansiosta tässä modifikaatiossa muut laitteet eivät vaikuta verkkosignaalin laatuun.

Taajuusalue - 5 GHz;
Kantama on jopa 30 metriä.

Kuitenkin kaikki 802.11a-standardin edut kompensoivat yhtä lailla sen haitat: pienempi yhteyssäde ja korkea (802.11b:hen verrattuna) hinta.

802.11g standardi

Päivitetystä modifikaatiosta tulee nykypäivän langattoman verkon standardien johtaja, koska se tukee yleistä 802.11b-tekniikkaa ja sen yhteysnopeus on, toisin kuin se, melko korkea.

Tiedonsiirtonopeus - 54 Mbps;
Taajuusalue - 2,4 GHz;
Kantama - jopa 50 metriä.

Kuten näette, kellotaajuus on pudonnut 2,4 GHz:iin, mutta verkon peitto on palannut aikaisempiin 802.11b:lle ominaisiin indikaattoreihin. Lisäksi sovittimen hinta on tullut edullisemmaksi, mikä on merkittävä etu varusteita valittaessa.

802.11n standardi

Huolimatta siitä, että tämä muutos on ilmestynyt markkinoille pitkään ja sillä on vaikuttavat parametrit, valmistajat työskentelevät edelleen sen parantamiseksi. Koska se ei ole yhteensopiva aikaisempien standardien kanssa, sen suosio on alhainen.

Tiedonsiirtonopeus - teoriassa jopa 480 Mbit / s, mutta käytännössä se on puolet niin paljon;
Taajuusalue - 2,4 tai 5 GHz;
Kantama - jopa 100 metriä.

Koska tämä standardi on edelleen kehittymässä, sillä on ominaisuus: se voi olla ristiriidassa 802.11n-standardia tukevien laitteiden kanssa vain siksi, että laitevalmistajat ovat erilaisia.

Muut standardit

Suosittujen teknologioiden lisäksi WiFi valmistaja Alliance on kehittänyt muita standardeja erikoistuneemmille sovelluksille. Tällaisia palvelutoimintoja suorittavia muutoksia ovat mm.

802.11d- tekee yhteensopiva laite eri valmistajien langatonta viestintää, mukauttaa ne koko maan tason tiedonsiirron erityispiirteisiin;
802.11e- määrittää lähetettyjen mediatiedostojen laadun;
802.11f- hallitsee useita eri valmistajien tukiasemia, mahdollistaa työskentelyn samalla tavalla eri verkoissa;

802.11h- estää signaalin laadun heikkenemisen meteorologisten laitteiden ja sotilaallisten tutkien vaikutuksesta;
802.11i- parannettu versio käyttäjien henkilötietojen suojasta;
802.11k- valvoo tietyn verkon kuormitusta ja jakaa käyttäjät uudelleen muille tukiasemille;
802,11 m- sisältää kaikki korjaukset standardiin 802.11;
802.11p- määrittää Wi-Fi-laitteiden luonteen, jotka ovat 1 km:n alueella ja liikkuvat nopeudella 200 km / h;
802.11r- löytää automaattisesti langaton verkko verkkovierailu ja yhdistää mobiililaitteet siihen;
802.11s- järjestää täysin yhdistetyn yhteyden, jossa jokainen älypuhelin tai tabletti voi olla reititin tai yhteyspiste;
802.11t- tämä verkko testaa koko 802.11-standardin, antaa testausmenetelmiä ja niiden tuloksia, asettaa vaatimuksia laitteiden toiminnalle;
802.11u- Tämä muutos on kaikkien tiedossa Hotspot 2.0:n kehityksestä lähtien. Se varmistaa langattomien ja ulkoisten verkkojen vuorovaikutuksen;
802.11v- tässä tekniikassa luodaan ratkaisuja 802.11:n modifikaatioiden parantamiseksi;
802,11 v- keskeneräinen teknologia, joka yhdistää taajuudet 3,65-3,70 GHz;
802.11w- Standardi löytää keinoja vahvistaa tiedonsiirron suojausta.

Uusin ja edistynein 802.11ac-standardi

802.11ac-muokkauslaitteet tarjoavat käyttäjille täysin uudenlaista työtä Internetissä. Tämän standardin etuja ovat seuraavat:

Suuri nopeus. 802.11ac-tiedonsiirto käyttää laajempia kanavia ja korkeampaa taajuutta, mikä nostaa teoreettisen nopeuden 1,3 Gbps:iin. Käytännössä nopeus on jopa 600 Mbps. Lisäksi 802.11ac-pohjainen laite lähettää enemmän dataa sykliä kohden.

Lisääntynyt taajuuksien määrä. 802.11ac-muunnos on varustettu koko 5 GHz:n taajuusalueella. Uusimmalla tekniikalla on vahvempi signaali. Korkean kantaman sovitin kattaa taajuuskaistan 380 MHz asti.
802.11ac-verkon peittoalue. Tämä standardi tarjoaa laajemman verkkoalueen. Lisäksi Wi-Fi-yhteys toimii jopa betoni- ja kipsiseinien läpi. Kodinkoneiden ja naapurin Internetin aiheuttamat häiriöt eivät vaikuta yhteyteen millään tavalla.
Päivitetyt tekniikat. 802.11ac on varustettu MU-MIMO-laajennuksella, joka varmistaa useiden laitteiden keskeytymättömän toiminnan verkossa. Beamforming-tekniikka tunnistaa asiakkaan laitteen ja lähettää sille useita tietovirtoja kerralla.

Kun olet tutustunut kaikkiin Wi-Fi-yhteyden nykyisiin muutoksiin, voit helposti valita tarpeisiisi sopivan verkon. On syytä muistaa, että useimmat laitteet sisältävät standardin 802.11b-sovittimen, jota myös 802.11g-tekniikka tukee. Jos etsit langatonta 802.11ac-verkkoa, tällä hetkellä sillä varustettujen laitteiden määrä on pieni. Tämä on kuitenkin erittäin todellinen ongelma ja pian kaikki nykyaikaiset laitteet siirtyvät 802.11ac-standardiin. Älä unohda huolehtia Internet-yhteyden turvallisuudesta asettamalla monimutkainen koodi Wi-Fi-yhteyteen ja virustorjuntaan tietokoneesi suojaamiseksi virusohjelmilta.

Tällä hetkellä pääasiassa kolmea IEEE 802.11 -ryhmän standardia käytetään laajalti (näkyy taulukossa 1.1).

Taulukko 1.1 - IEEE 802.11 -ryhmän standardien pääominaisuudet

Vakio
Taajuusalue, GHz			2.4 tai 5.0
Siirtotapa
Nopeus, Mbps
Yhteensopivuus
Modulaatiomenetelmä	BPSK, QPSK OFDM	BPSK, QPSK OFDM
Viestintäalue sisätiloissa, m
Viestintäalue ulkona, m

1.3.1 IEEE 802.11g -standardi

Vuonna 2003 hyväksytty IEEE 802.11g -standardi on looginen kehitys 802.11b-standardista ja olettaa tiedonsiirron samalla taajuusalueella, mutta suuremmilla nopeuksilla. Lisäksi 802.11g on täysin yhteensopiva 802.11b:n kanssa, mikä tarkoittaa, että minkä tahansa 802.11g-laitteen on tuettava 802.11b-laitteita. Suurin tiedonsiirtonopeus 802.11g:ssä on 54 Mbps. 802.11g-standardia kehitettäessä otettiin huomioon kaksi kilpailevaa tekniikkaa: 802.11a-standardista lainattu ja Intersilin harkittavaksi ehdottama ortogonaalinen taajuusjako OFDM -menetelmä ja binääripakettien konvoluutiokoodaus menetelmä PBCC, tarjoaa Texas Instruments. Tämän seurauksena 802.11g-standardi sisältää kompromissiratkaisun: OFDM- ja CCK-tekniikoita käytetään perustekniikoina ja PBCC-tekniikan käyttö on valinnainen.

Konvoluutiokoodauksen idea (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC) on seuraava. Tuleva informaatiobittien sekvenssi muunnetaan konvoluutiokooderissa siten, että jokainen tulobitti vastaa useampaa kuin yhtä lähtöbittiä. Toisin sanoen konvoluutiokooderi lisää tiettyä redundanttia informaatiota alkuperäiseen sekvenssiin. Jos esimerkiksi jokainen tulobitti vastaa kahta lähtöbittiä, puhutaan konvoluutiokoodauksesta nopeudella, joka on yhtä suuri kuin 1/2. Jos kukin kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä, konvoluutiokoodaussuhde on jo 2/3.

Mikä tahansa konvoluutiokooderi on rakennettu useiden peräkkäin kytkettyjen tallennussolujen ja XOR-porttien pohjalta. Tallennussolujen määrä määrittää mahdollisten kooderin tilojen määrän. Jos esimerkiksi konvoluutioenkooderi käyttää kuutta tallennussolua, niin kooderi tallentaa tietoa kuudesta aikaisemmasta signaalitilasta ja kun otetaan huomioon tulevan bitin arvo, saadaan, että sellaisessa kooderissa käytetään sisääntulosekvenssin seitsemää bittiä. . Tällaista konvoluutiokooderia kutsutaan seitsemän tilan kooderiksi.

Vaihtoehtoisesti 802.11g-protokollassa PBCC-tekniikkaa voidaan käyttää 22 ja 33 Mbps:n siirtonopeuksilla.

PBCC on valinnainen IEEE 802.11g -standardissa, kun taas OFDM on pakollinen. Ymmärtääksemme OFDM-tekniikan olemuksen, tarkastelkaamme yksityiskohtaisemmin monitiehäiriöitä, joita esiintyy signaalien eteneessä avoimessa ympäristössä.

Tästä syystä suurilla bittinopeuksilla käytetään datan koodaustekniikkaa nimeltä Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Sen olemus on siinä, että lähetettävän datan virta on hajautettu useille taajuusalikanavalle ja lähetys suoritetaan rinnakkain kaikilla sellaisilla alikanavilla. Tässä tapauksessa korkea siirtonopeus saavutetaan juuri kaikkien kanavien samanaikaisen tiedonsiirron ansiosta, kun taas erillisessä alikanavassa siirtonopeus voi olla alhainen.

Koska kussakin taajuusalikanavassa datanopeutta ei voida tehdä liian suureksi, luodaan edellytykset symbolien välisten häiriöiden tehokkaalle vaimentamiselle.

Harkittua menetelmää laajakaistaisen kanavan jakamiseksi ortogonaalisiin taajuusalikanaviin kutsutaan ortogonaaliksi taajuusjakomultipleksaukseksi (OFDM). Sen toteuttamiseen lähettimissä käytetään käänteistä nopeaa Fourier-muunnosta (IFFT), joka muuttaa esimultipleksoidun n -kanavat signaalit ajasta O th edustus taajuudessa.

Suojaväli luo taukoja yksittäisten symbolien väliin, ja jos sen kesto ylittää signaalin maksimiviiveajan monitie-etenemisen seurauksena, symbolien välistä häiriötä ei esiinny.

1.3.2 IEEE 802.11a -standardi

IEEE 802.11a -standardi tarjoaa jopa 54 Mbps tiedonsiirtonopeuden. Toisin kuin perusstandardi, 802.11a-spesifikaatiot mahdollistavat toiminnan uudella 5 GHz:n taajuusalueella. Signaalimodulaatiomenetelmäksi valittiin ortogonaalinen taajuuskanavointi (OFDM), joka varmistaa viestinnän korkean vakauden monitiesignaalin etenemisen olosuhteissa.

FCC-sääntöjen mukaisesti UNII-taajuusalue on jaettu kolmeen 100 MHz:n osakaistaan, jotka eroavat toisistaan enimmäissäteilytehon rajoitusten suhteen. Alempi kaista (5,15 - 5,25 GHz) tuottaa vain 50 mW, keskikaista (5,25 - 5,35 GHz) 250 mW ja ylempi kaista (5,725 - 5,825 GHz) 1 watti. Kolmen taajuusalikaistan käyttö, joiden kokonaisleveys on 300 MHz, tekee IEEE 802.11a -standardista laajimman 802.11-standardiperheestä ja mahdollistaa koko taajuusalueen jakamisen 12 kanavaan, joista jokaisen leveys on 20 MHz, joista kahdeksan on 200 MHz taajuudella 5,15 - 5,35 GHz ja loput neljä kanavaa ovat 100 MHz alueella 5,725 - 5,825 GHz (kuva 1.3). Samanaikaisesti neljää ylempää taajuuskanavaa, jotka tarjoavat suurimman lähetystehon, käytetään pääasiassa signaalin siirtoon ulkona.

Kuva 1.3 - UNII-kaistan jakaminen 12 taajuusosakaistaan

Syöttötietojen (bittien) käsittelyjärjestys IEEE 802.11a -standardissa on seuraava. Aluksi syöttötietovirtaan suoritetaan standardi sekoitustoiminto. Tämän jälkeen datavirta tulee konvoluutiokooderille. Konvoluutiokoodausnopeus (yhdistettynä pistekoodaukseen) voi olla 1/2, 2/3 tai 3/4. Koska konvoluutiokoodauksen nopeus voi olla erilainen, datanopeus on erilainen käytettäessä samantyyppistä modulaatiota. Ajatellaanpa esimerkiksi BPSK-modulaatiota, jossa tiedonsiirtonopeus on 6 tai 9 Mbps. Yhden symbolin kesto yhdessä suojavälin kanssa on 4 μs, mikä tarkoittaa, että pulssin toistotaajuus on 250 kHz. Ottaen huomioon, että jokaiseen alikanavaan on koodattu yksi bitti ja tällaisia alikanavia on yhteensä 48, saadaan kokonaisdatanopeus 250 kHz x 48 kanavaa = 12 MHz. Jos tässä tapauksessa konvoluutiokoodausnopeus on 1/2 (jokaista informaatiobittiä kohden lisätään yksi palvelubitti), informaationopeus on puolet täydestä nopeudesta eli 6 Mbps. Konvoluutiokoodausnopeudella 3/4 lisätään yksi palvelubitti jokaista kolmea informaatiobittiä kohti, joten tässä tapauksessa hyödyllinen (informaatio)nopeus on 3/4 täydestä nopeudesta, eli 9 Mbps. Vastaavasti jokainen modulaatiotyyppi vastaa kahta erilaista bittinopeutta (taulukko 1.2).

Taulukko 1.2 - baudinopeuden ja modulaatiotyypin välinen suhde 802.11a:ssa

Siirtonopeus, Mbps	Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Yhden symbolin bittien määrä yhdessä alikanavassa	Bittien kokonaismäärä symbolia kohden (48 alikanavaa)	Tietobittien lukumäärä symbolissa

Lomituksen jälkeen bittisekvenssi jaetaan ryhmiin valitun modulaatiotyypin paikkojen lukumäärän mukaan ja muodostetaan OFDM-symbolit.

Luodut OFDM-symbolit altistetaan nopealle Fourier-muunnokselle, mikä johtaa samavaihe- ja kvadratuurisignaaleihin, jotka sitten alistetaan standardikäsittelylle - modulaatiolle.

1.3.3 IEEE 802.11n -standardi

Tämä standardi hyväksyttiin 11. syyskuuta 2009. 802.11n on siirtonopeudeltaan verrattavissa langallisiin standardeihin. 802.11n:n enimmäissiirtonopeus on noin 5 kertaa nopeampi kuin perinteinen Wi-Fi.

Seuraavat 802.11n-standardin tärkeimmät edut voidaan todeta:

– korkea tiedonsiirtonopeus (noin 300 Mbit/s);

- aseman peittoalueen yhtenäinen, vakaa, luotettava ja laadukas peitto, kattamattomien alueiden puuttuminen;

- yhteensopiva aiemmat versiot Wi-Fi-standardi.

Virheet:

– korkea virrankulutus;

– kaksi toiminta-aluetta (mahdollinen laitteiden vaihto);

- Monimutkaiset ja suuremmat laitteet.

Siirtonopeuden kasvu IEEE 802.11n -standardissa saavutetaan ensinnäkin kaksinkertaistamalla kanavan leveys 20 MHz:stä 40 MHz:iin ja toiseksi ottamalla käyttöön MIMO-tekniikka.

Kuva 1.4 - MIMO-tekniikan toteutusperiaate

Lähetetty sekvenssi jaetaan rinnakkaisiin virtoihin, joista vastaanottopäässä palautetaan alkuperäinen signaali. Tässä syntyy jonkin verran monimutkaisuutta - jokainen antenni vastaanottaa superpositiota signaaleja, jotka on erotettava toisistaan. Tätä varten vastaanottopäässä käytetään erityisesti kehitettyä algoritmia spatiaalisen signaalin havaitsemiseen. Tämä algoritmi perustuu apukantoaaltojen valintaan ja vaikeutuu, mitä suurempi on niiden lukumäärä. Ainoa haittapuoli MIMO:n käytössä on järjestelmän monimutkaisuus ja tilavuus ja sen seurauksena korkeampi virrankulutus. Yhteensopivuuden varmistamiseksi MIMO-asemien ja perinteisten asemien välillä on kolme toimintatilaa:

Vanha tila.

Sekoitettu tila (sekoitettu tila).

Vihreä kenttätila.

Jokaisella toimintatavalla on oma johdanto-osan rakenne - paketin palvelukenttä, joka ilmaisee lähetyksen alkamisen ja palvelee vastaanottimen ja lähettimen synkronointia. Alkuosa sisältää tietoa paketin pituudesta ja tyypistä, mukaan lukien modulaation tyyppi, valittu koodausmenetelmä sekä kaikki koodausparametrit. Välttääkseen ristiriitoja MIMO-asemien ja tavanomaisten (yhdellä antennilla) toiminnassa MIMO-asemien välisen vaihdon aikana paketin mukana on erityinen alustusosa ja otsikko. Vastaanottaessaan tällaisen tiedon legacy-tilassa toimivat asemat viivyttävät lähetystä MIMO-asemien välisen istunnon loppuun. Lisäksi alustusosan rakenne määrittelee joitain vastaanottimen ensisijaisia tehtäviä, kuten vastaanotetun signaalin voimakkuuden arvioinnin automaattiselle vahvistuksensäätöjärjestelmälle, purskeen alkamisen, ajan ja taajuussiirtymän havaitsemisen.

MIMO-asemien toimintatilat.

vanha tila. Tämä tila on tarkoitettu kahden yhden antennin aseman väliseen vaihtoon. Tietojen siirto tapahtuu 802.11a-protokollien mukaisesti. Jos lähetin on MIMO-asema ja vastaanotin on tavanomainen asema, niin lähetysjärjestelmässä käytetään vain yhtä antennia ja lähetysprosessi on sama kuin Wi-Fi-standardin aiemmissa versioissa. Jos lähetys menee päinvastaiseen suuntaan - perinteiseltä asemalta moniantenniasemalle, niin MIMO-asema käyttää monia vastaanottoantenneja, mutta tässä tapauksessa lähetysnopeus ei ole maksimi. Alkuosan rakenne tässä tilassa on sama kuin versiossa 802.11a.

Sekoitettu tila. Tässä tilassa vaihto tapahtuu sekä MIMO-järjestelmien välillä että tavanomaisten asemien välillä. Tässä suhteessa MIMO-järjestelmät generoivat kahden tyyppisiä paketteja riippuen vastaanottimen tyypistä. Normaalit asemat ovat hitaita, koska ne eivät tue suuria nopeuksia, ja MIMO:n välillä se on paljon nopeampi, mutta bittinopeus on hitaampi kuin vihreä tila. Normaaliasemalta tulevan paketin johdanto on sama kuin 802.11a-standardissa, mutta MIMO-paketissa sitä on hieman muutettu. Jos lähetin on MIMO-järjestelmä, niin jokainen antenni ei lähetä koko alustusosaa, vaan syklisesti siirrettyä. Tästä johtuen aseman virrankulutus pienenee ja kanavaa käytetään tehokkaammin. Kaikki vanhat asemat eivät kuitenkaan voi toimia tässä tilassa. Tosiasia on, että jos laitteen synkronointialgoritmi perustuu ristikorrelaatioon, synkronointi menetetään.

Vihreä kenttätila. Tämä tila hyödyntää täyden hyödyn MIMO-järjestelmistä. Lähetys on mahdollista vain usean antennin asemien välillä, joissa on vanhat vastaanottimet. Kun MIMO-järjestelmä lähettää, normaalit asemat odottavat kanavan vapautumista välttääkseen törmäyksiä. Vihreässä tilassa signaalin vastaanotto kahden ensimmäisen kaavion mukaan toimivista järjestelmistä on mahdollista, mutta siirto niihin ei ole mahdollista. Tämä tehdään yhden antennin aseman sulkemiseksi pois keskuksesta ja siten työn nopeuden lisäämiseksi. Pakettien mukana on alustusosat, joita vain MIMO-asemat tukevat. Kaikki nämä toimenpiteet mahdollistavat MIMO-OFDM-järjestelmien ominaisuuksien maksimaalisen käytön. Kaikissa toimintatavoissa on oltava suojaus viereisen aseman toiminnan vaikutuksilta signaalin vääristymisen estämiseksi. OSI-mallin fyysisellä kerroksella tähän käytetään johdantorakenteen erikoiskenttiä, jotka ilmoittavat asemalle, että lähetys on käynnissä ja tietty odotusaika vaaditaan. Tietyt suojausmenetelmät otetaan käyttöön myös tietoyhteyskerroksessa. Käytetystä kaistanleveydestä riippuen toimintatilat luokitellaan seuraavasti:

1. Peritty tila. Tämä tila on tarpeen Wi-Fi-verkon aiempien versioiden mukauttamiseksi. Se on hyvin samanlainen kuin 802.11a/g sekä laitteistoltaan että kaistanleveydeltä, joka on 20 MHz.

2. Kaksinkertainen peritty tila. Laitteet käyttävät 40 MHz kaistanleveyttä ja samat tiedot lähetetään ylemmällä ja alemmalla kanavalla (kumpikin 20 MHz leveä), mutta 90° vaihesiirrolla. Pakettirakenne on suunnattu siihen, että vastaanotin on tavallinen asema. Signaalin monistaminen vähentää vääristymiä ja lisää siten lähetysnopeutta.

3. Suuren kaistanleveyden tila. Laitteet tukevat molempia taajuuskaistoja - 20 ja 40 MHz. Tässä tilassa asemat vaihtavat vain MIMO-paketteja. Verkon nopeus on suurin.

4. Ylin kanavatila. Tämä tila käyttää vain 40 MHz:n kaistan yläpuoliskoa. Asemat voivat vaihtaa mitä tahansa paketteja.

5. Alempi kanavatila. Tämä tila käyttää vain 40 MHz:n kaistan alapuoliskoa. Asemat voivat myös vaihtaa mitä tahansa paketteja.

Menetelmät suorituskyvyn parantamiseksi.

Tiedonsiirtonopeus riippuu monista tekijöistä (taulukko 1.3) ja ennen kaikkea kaistanleveydestä. Mitä leveämpi se on, sitä korkeampi vaihtokurssi. Toinen tekijä on rinnakkaisten kierteiden lukumäärä. 802.11n-standardissa kanavien maksimimäärä on 4. Myös modulaatiotyypillä ja koodausmenetelmällä on suuri merkitys. Verkoissa yleisesti käytetyt virheenkorjauskoodit sisältävät jonkin verran redundanssia. Jos suojabittejä on liikaa, hyödyllisen tiedon lähetysnopeus laskee. 802.11n-standardissa suurin suhteellinen koodausnopeus on enintään 5/6, eli jokaista viittä databittiä kohden on yksi redundantti bitti. Taulukossa 3 on lueteltu QAM- ja BPSK-siirtonopeudet. Voidaan nähdä, että muilla identtisillä parametreilla QAM-modulaatio tarjoaa paljon suuremman nopeuden.

Taulukko 1.3 - Tiedonsiirtonopeus erityyppisille modulaatioille

802.11n lähettimet ja vastaanottimet

IEEE 802.11n -standardi sallii jopa neljä antennia tukiasemalle ja langattomalle sovittimelle. Pakollinen tila tarkoittaa tukea kahdelle antennille tukiasemassa ja yhdelle antennille ja langattomalle sovittimelle. IEEE 802.11n -standardi tarjoaa sekä tavalliset 20 MHz:n kanavat että kaksinkertaiset kanavat. Lähettimen yleinen lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.5. Lähetetyt tiedot välitetään sekoituslaitteen kautta, joka lisää koodiin ylimääräisiä nollia tai ykkösiä (ns. näennäissatunnainen kohinan peitto) välttääkseen pitkiä samojen merkkien sarjoja. Data jaetaan sitten N-virraksi ja syötetään Forward Error Correction (FEC) -kooderille. Järjestelmissä, joissa on yksi tai kaksi antennia, N = 1, ja jos käytetään kolmea tai neljää lähetyskanavaa, niin N = 2.

Kuva 1.5 - MIMO-OFDM-lähettimen yleinen rakenne

Koodattu sekvenssi on jaettu erillisiin spatiaalisiin virtoihin. Kunkin virran bitit limitetään (lohkovirheiden poistamiseksi) ja sitten moduloidaan. Seuraavaksi muodostuu aika-avaruusvirtoja, jotka kulkevat käänteisen nopean Fourier-muunnoksen lohkon läpi ja saapuvat antenneille. Avaruus-aikavirtojen määrä on yhtä suuri kuin antennien lukumäärä. Vastaanottimen rakenne on samanlainen kuin kuvan 1.6 lähettimen rakenne, mutta kaikki toiminnot suoritetaan käänteisessä järjestyksessä.

Kuva 1.6 - MIMO-OFD-vastaanottimen yleinen rakenne