Технологія розширення спектру.

Технологічні варіанти для безпровідних LAN. Для адміністрування проблемами електромагнітної інтерференції без обтяжливих вимог до отримання ліцензій на використання радіочастот, регулюючі органи вимагають, щоб продукти, опрацьовані для безліцензійного використання, застосовували одну із двох поширених технологій “розширення спектру”. Технологія розширення спектру, тобто широкосмугова радіочастотна техніка, створена військовими для застосування в надійних, безпечних, життєво важливих комунікаційних системах. Розширення спектру опрацьоване з метою використання ширини смуги для збільшення надійності, інтегральності та безпеки. Іншими словами, використовується більша ширина смуги, ніж у випадку вузькосмугового передавання, однак це збільшення дозволяє застосовувати сигнали, які є гучнішими і тому простішими для виявлення, якщо приймач знає параметри сигналу з розширеним спектром, що передаються. Якщо ж приймач не настоєний на правильну частоту, то сигнал з розширеним спектром схожий на шуми.

Вироби з розширенням спектру називаються так тому, що вони розширюють сигнал, що передається, на широкий частотний діапазон. Це дозволяє уникнути концентрації потужності в окремому вузькому діапазоні. Інша альтернатива - використання дуже малої вихідної потужності - також можлива, але непрактична для більшості застосувань. Більшість продуктів для безпровідних LAN відносяться до однієї з двох технологій розширення спектру: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum - розширення спектру прямої послідовності) і FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum - розширення спектру з перескоком частоти). Обидва варіанти методу розширення спектру працюють в діапазоні 2.4..2.4835 ГГц (так званий діапазон ISM - Industrial, Scientific, Medical), для роботи в якому не потрібна ліцензія.

Технологія розширення спектру з переходом частоти (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS). Ця технологія використовує вузькосмуговий носій, частота якого змінюється у спосіб, відомий передавачу та приймачу. FHSS розширює сигнал через передавання короткої порції на одній частоті, “перескоку” на іншу частоту для передавання наступної короткої порції і т.д. (Рис. 4.68). Передавач і приймач повинні бути зсинхронізовані і працювати в той сам час на тій самій частоті. Правильно зсинхронізований процес обслуговує окремий логічний канал. Для випадкового приймача сигнал FHSS схожий на короткотривалий імпульсний шум.

Рис. 4.68. Розширення спектру з переходом частоти.

Взірці (шаблони) переходів (частоти і порядок, у якому вони використовуються) та час утримання (час використання кожної частоти) обмежується більшістю керуючих агентств. Наприклад, FCC вимагає, щоб 75 або більше частот використовувалося з максимальним часом утримання 400 мс. Якщо на деякій частоті з’являється інтерференція, то дані повторно передаються після переходу на іншу частоту.

Всі продукти FHSS на ринку дозволяють користувачам вживати більш ніж один канал у тому самому просторі. Це досягається через впровадження окремих каналів із різними ортогональними послідовностями переходів частоти. Оскільки існує велика кількість можливих послідовностей у діапазоні 2.4 ГГц, то FHSS дозволяє мати багато каналів, які не перекриваються. Таблиця 4.25 містить діапазони центральних частот, які можна застосовувати при впровадженні Фізичного рівня FHSS. Всередині цих діапазонів встановлюють системи переходів частот, визначені для операцій мереж з FHSS. Залежно від країни, в якій використовується WLAN, визначені кількості каналів, які застосовуються в кожній системі частотних переходів.

Таблиця 4.25. Діапазони частот для FHSS.

Нижня межа	Верхня межа	Діапазон до розпорядження	Географічний регіон
2.402 ГГц	2.480 ГГц	2.400-2.4835 ГГц	Півн. Америка*
2.402 ГГц	2.480 ГГц	2.400-2.4835 ГГц	Европа*
2.473 ГГц	2.495 ГГц	2.471-2.497 ГГц	Японія*
2.447 ГГц	2.473 ГГц	2.445-2.475 ГГц	Іспанія*
2.448 ГГц	2.482 ГГц	2.4465-2.4835 ГГц	Франція*

* Діапазони частот у цій таблиці відносяться до компетенції відповідних органів управління в географічних регіонах.

Табл. 4.26 наводить мінімальні вимоги щодо кількості застосованих каналів у відповідних країнах і кількість каналів, визначену 802.11.

Таблиця 4.26. Кількість чинних каналів.

Мінімум*	Система переходів 802.11	Географічний регіон
		Півн. Америка*
		Европа*
Не застосовується		Японія*
		Іспанія*
		Франція*

* Кількість каналів для переходів у цій таблиці відносяться до компетенції відповідних органів управління в географічних регіонах.

Наступні таблиці визначають центральні частоти для певних каналів для різних регіонів.

Таблиця 4.27. Вимоги для Північної Америки та Европи (значення частот в ГГц).

Канал №	Значення	Канал №	Значення	Канал №	Значення
	2.402		2.428		2.454
	2.403		2.429		2.455
	2.404		2.430		2.456
	2.405		2.431		2.457
	2.406		2.432		2.458
	2.407		2.433		2.459
	2.408		2.434		2.460
	2.409		2.435		2.461
	2.410		2.436		2.462
	2.411		2.437		2.463
	2.412		2.438		2.464
	2.413		2.439		2.465
	2.414		2.440		2.466
	2.415		2.441		2.467
	2.416		2.442		2.468
	2.417		2.443		2.469
	2.418		2.444		2.470
	2.419		2.445		2.471
	2.420		2.446		2.472
	2.421		2.447		2.473
	2.422		2.448		2.474
	2.423		2.449		2.475
	2.424		2.450		2.476
	2.425		2.451		2.477
	2.426		2.452		2.478
	2.427		2.453		2.479
					2.480

Таблиця 4.28. Вимоги для для Японії (значення частот в ГГц).

Канал №	Значення	Канал №	Значення	Канал №	Значення
	2.473		2.481		2.489
	2.474		2.482		2.490
	2.475		2.483		2.491
	2.476		2.484		2.492
	2.477		2.485		2.493
	2.478		2.486		2.494
	2.479		2.487		2.495
	2.480		2.488	-	-

Таблиця 4.29. Вимоги для для Іспанії (значення частот в ГГц).

Канал №	Значення	Канал №	Значення	Канал №	Значення
	2.447		2.456		2.465
	2.448		2.457		2.466
	2.449		2.458		2.467
	2.450		2.459		2.468
	2.451		2.460		2.469
	2.452		2.461		2.470
	2.453		2.462		2.471
	2.454		2.463		2.472
	2.455		2.464		2.473

 

Таблиця 4.30. Вимоги для для Франції (значення частот в ГГц).

Канал №	Значення	Канал №	Значення	Канал №	Значення
	2.448		2.460		2.472
	2.449		2.461		2.473
	2.450		2.462		2.474
	2.451		2.463		2.475
	2.452		2.464		2.476
	2.453		2.465		2.477
	2.454		2.466		2.478
	2.455		2.467		2.479
	2.456		2.468		2.480
	2.457		2.469		2.481
	2.458		2.470		2.482
	2.459		2.471	-	-

Технологія розширення спектру з прямою послідовністю (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS). DSSS уникає надмірної концентрації потужності через розширення сигналу на ширший частотний діапазон. У цій технології для кожного біта інформації генеруються надлишкові біти взірця (шаблону). Ці біти взірця називають “чіп” або “чіповий код” (рис. 4.69). Чим довший чіп, тим більша ймовірність того, що оригінальні дані будуть відновлені в точці приймання (і тим більша потрібна ширина смуги). Навіть якщо один або більше бітів чіпа будуть втрачені при передаванні, то статистична техніка, вбудована в радіоканал, може відновити дані без потреби у повторному передаванні. Випадковий приймач сприймає сигнали DSSS як широкосмуговий шум малої потужності, який ігнорується більшістю вузькосмугових приймачів.

Таблиця 4.31. Частоти DSSS для різних регіонів. Номер каналу Північна Америка Европа Японія   2412 МГц - -   2417 МГц - -   2422 МГц 2422 МГц -   2427 МГц 2427 МГц -   2432 МГц 2432 МГц -   2437 МГц 2437 МГц -   2442 МГц 2442 МГц -   2447 МГц 2447 МГц -   2452 МГц 2452 МГц -   2457 МГц 2457 МГц -   2462 МГц 2462 МГц -   - - 2484 МГц Рис. 4.69. Чіп-код для технології DSSS.

Кожний біт даних відображається передавачем на взір “чіпів”. В точці приймання чіпи відображаються у біт, відтворюючи початкові дані. Для правильної роботи передавач і приймач повинні бути зсинхронізовані. Відношення кількості чіпів до бітів називають коефіцієнтом розширення. Високий коефіцієнт розширення збільшує ширину смуги мережі, потрібну користувачеві. На практиці коефіцієнт розширення відносно малий. Фактично всі виробники продуктів для діапазону 2.4 ГГц пропонують коефіцієнт розширення, менший від 20. Стандарт IEEE 802.11 визначає коефіцієнт розширення рівним 11. FCC вимагає, щоб коефіцієнт розширення був більший від 10.

Окремі DSSS-продукти на ринку дозволяють користувачам вживати більш ніж один канал у тій самій області простору. Це здійснено через розділення діапазону 2.4 ГГц на окремі піддіапазони, кожен з який містить окрему і незалежну мережу DSSS. Оскільки DSSS справді розширює спектр сигналу, то число незалежних каналів (тобто таких, що не перекриваються) в діапазоні 2.4 ГГц є невеликим. Максимальна кількість незалежних каналів для будь-якого впровадження DSSS на ринку дорівнює трьом.

Табл. 4. містить дозволені центральні частоти і відповідні номери каналів у трьох головних регіонах для операцій Фізичного рівня при використанні DSSS.