Сверхширокополосные технологии передачи информации

 

Рисунок - 30 КФ последовательности Баркера: а) апериодическая;                           б) периодическая

 

Низкий уровень боковых лепестков КФ указывает на хорошие корреляционные свойства последовательности. Применение последовательностей Баркера позволяет на приемной стороне получить при обработке сигнала энергетический выигрыш, пропорциональный значению базы. Однако для его получения требуется высокая точность синхронизации по времени и частоте.

Погрешность синхронизации не должна превышать 10% от длительности элементарного символа последовательности Баркера, т.е. мкс. Погрешность по частоте не должна превышать .

Кадр физического уровня DSSS (рисунок 31) содержит поле синхропоследовательности длиной 128 символов, позволяющее достичь точной синхронизации опорного сигнала приемника и принимаемого сигнала.

Рисунок 31 - Структура кадра физического уровня DSSS

 

Для осуществления синхронизации  может быть применен даже последовательный алгоритм поиска и синхронизации сигналов с расширенным спектром. Обработка сигналов обеспечивается либо когерентным корреляционным приемником, либо цифровым согласованным фильтром.

Поле синхронизации  содержит последовательность из единичных  символов, каждая из которых представлена сигналом на основе последовательности Баркера.

В преамбулу кадра (144 бита) входит указатель начала кадра (или стартовая последовательность). Предполагается, что к ее началу синхронизация достигнута. Стартовая последовательность позволяет жестко привязаться к начальному биту кадра (первый бит заголовка кадра).

В заголовки кадра (48 бит) входят указатель типа сигнала, поле услуг (не используется или является резервным) и указатель длины поля данных.

Указатель типа сигнала (8 бит) содержит информацию о том, какой  из сигналов DBPSK или DQPSK используется и, соответственно, какова скорость передачи информации 1 или 2 Мбит/с.

Указатель длины пакета данных содержит информацию о числе символов или длине поля данных в микросекундах. Минимальная длина 16 мкс, а максимальная  2¹⁶  - 1.

Поле указателя типа сигнала, поле услуг и поле указателя  длины для защиты от ошибок кодируется кодом проверки на четность с образующим полиномом

g(x) = x16 + x12 x5 + 1,

(15)

Биты контроля четности помещаются в поле контроля четности (16 бит).

За полем контроля четности следуют данные, передаваемые на физическом уровне.

В данном случае это информация MAC протокола обмена данных (MPDU).

Спектральная плотность  излучаемого сигнала должна удовлетворять ограничению стандарта в виде спектральной маски (рисунок 32). Для удовлетворения таким ограничениям требуется производить предварительную фильтрацию (сглаживание) модулирующих символов.

Рисунок 32 – Спектральная маска сигналов DSSS

 

При использовании на физическом уровне сигналов с псевдослучайной  перестройкой частоты (FHSS) кадр физического уровня имеет структуру, представленную на рисунок 33.

Рисунок 33 - Структура кадра физического уровня FHSS

 

Преамбула содержит 80 бит  последовательности синхронизации  и указатель начала данных в кадре (начального бита заголовка). Поле синхронизации  содержит 80 символов, представляющих собой чередование единиц и нулей, необходимое для точного восстановления задержки принимаемого сигнала, требуемой для организации приема с накоплением (когерентного или некогерентного).

В заголовке кадра FHSS указываются длина поля данных (12 бит), максимальная возможная длина поля данных 4095 байт.

В поле типа сигнала указывается  возможная скорость передачи информации, жестко связанная с видом применяемого сигнала.

В поле контроля ошибок передается результат помехоустойчивого кодирования с образующим полиномом позволяющим обнаруживать ошибки в заголовке кадра.

g(x) = x16 + x12 x5 + 1,

(16)

Передаваемые данные физического уровня помещаются в поле данных. Для рандомизаши данных применяется скремблирование. Задающий полином самосинхронизующегося тремблера задан выражением

g(x) = x7 + x4 + 1,

(17)

Скремблируются блоки  данных из 32-х символов.

Для передачи информации на физическом уровне FHSS используются сигналы GFSK-2, GFSK-4, позволяющие реализовать скорости передачи 1 и 2 Мбит/с в канале.

Смена несущей частоты  в соответствии с псевдослучайным алгоритмом происходит не реже чем 2,5 раза в секунду. Перестройка частоты позволяет избежать длительных помех со стороны других АС.

В России минимальное  число используемых частот не определено. Поэтому формально технология может использоваться даже при наличии одного номинала частоты. Однако тем самым сводится на нет преимущество технологии, заключающееся в малой вероятности нахождения (совпадения) частот сигналов при использовании различных псевдослучайных последовательностей и, следовательно, в возможности одновременной работы практически без потерь данных количества абонентов немного превышающего количество доступных к применению номиналов частот.

Алгоритмы смены частоты  задаются в виде дискретного уравнения

(18)

где  М = 79 - число используемых частот для США и Европы; может быть равным от 1 до 79 для России;

b(i) - последовательность чисел, задаваемая таблицей;

f_l(i) - i-я частота на l-ом скачке.

Значения b(i) задаются таблице 2.

Таблица 2 Последовательность чисел

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	и т.д.
b(i)	0	23	62	8	43	16	71	47	19	61	76	29	59	22	52	63	26

 

 

Минимальная величина частотной  перестройки для Европы и США  составляет 6 МГц. Число скачков частоты  должно быть кратно 3. Поэтому возможными являются 26 типов последовательностей изменения частоты,   когда

Применение в стандарте сигналов GFSK обеспечивает хорошие спектральные характеристики и возможность некогерентной обработки.

Допустимая ошибка по частоте составляет 60 кГц, а допустимая ошибка по дрожанию фазы битового символа не должна превышать 0,0625 мкс.

В этом случае обеспечивается чувствительность приемника не хуже -80 дБм при вероятности ошибки и отношении сигнал/шум не менее         19 дБ.

Приемные устройства могут быть построены по когерентной схеме с накоплением и некогерентным накоплением.

Развитие стандарта 802.11 в диапазоне частот 2,4...2,4835 ГГц происходит в направлении повышения скорости передачи информации за счет применения новых, более эффективных, способов модуляции, которые описаны в стандартах 802.11b и 802.11g.

Спецификации 802.11b обеспечивают скорости передачи до 5,5 и 11 Мбит/с благодаря применению методов комплиментарного кодирования, а спецификации 802.11g реализуют скорости до 54 Мбит/с включительно за счет применения ортогональной частотной модуляции (OFDM).

Совместимость оборудования стандарта 802.11b и 802.11 обеспечивается общей структурой кадра и поддержкой в составе спецификаций 802.11b методов модуляции, определяемых стандартом 802.11. Совместимость оборудования стандартов 802.11g и 802.11b обеспечивается поддержкой в оборудовании 802.11g дуального режима, реализующего попеременное применение режимов модуляции стандарта 802.11b и 802.11g.