Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
TBS.docx
Скачиваний:
45
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
619.66 Кб
Скачать

ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ РАДИО- И СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ: НЕВИДИМАЯ СРЕДА

Основное различие между беспроводной и проводной сетями состоит в использовании различных сред передачи. В проводных сетях используются медные кабели, по которым с помощью электрического тока и передается информация. В беспроводная сетях используются радиочастотные и световые сигналы, передающие информацию через воздушную среду. В данной главе мы продолжим рассмотрение концепций, общих для беспроводных сетей всех типов, с упором на радиочастотные и световые сигналы.

Беспроводные приемопередатчики

Беспроводной приемопередатчик состоит из приемника и передатчика. В передатчике в ходе процесса, получившего название модуляция (modulation), электрические цифровые сигналы, поступившие из компьютера, преобразуются в радио- или световые волны, которые по своей сути являются аналоговыми сигналами. Затем эти сигналы усиливаются и подаются на антенну (antenna). В пункте назначения приемник выделяет из шумов относительно слабые сигналы и демодулирует их, преобразуя затем в данные, приемлемые для компьютера пункта назначения. Элементы, показанные рис. 3.1, составляют то, что принято называть приемопередатчиком, который реализуется аппаратно и является частью платы интерфейса беспроводной сети.

Рис. 3.1. В беспроводной сети сигналы подвергаются процессам усиления и модуляции

Что такое радиосигналы?

Радиосигналы (RF signals) — это электромагнитные волны, которые система связи использует для передачи информации через воздушную среду от одной точки к другой. Такие сигналы используются уже много лет. Именно благодаря им мы можем слушать радиопередачи и смотреть телевизионные трансляции. В действительности радиосигналы являются более распространенным средством передачи данных, чем беспроводные сети.

Параметры радиосигналов

Радиосигнал передается от антенны передающей станции к антенне приемной. Сигнал, подаваемый на антенну, характеризуется амплитудой, частотой и фазой (рис.3.2). За счет изменения этих параметров можно посредством радиосигналов передавать информацию.

Амплитуда определяет интенсивность радиочастотного сигнала. Мерой амплитуды является мощность, которая аналогична затраченным усилиям человека, преодолевающего на велосипеде определенное расстояние. Мощность — это количество энергии, необходимой для преодоления сигналом определенного расстояния. Если мощность возрастает, то увеличивается и дальность связи.

Рис. 3.2. Основными параметрами радиочастотного сигнала являются амплитуда, частота и фаза

Поскольку радиосигнал распространяется через воздушную среду, его амплитуда уменьшается. В случае отсутствия препятствий радиосигналы испытывают то, что инженеры называют потери в свободном пространстве, они являются одной из причин затухания сигнала. Кроме того, амплитуда сигнала уменьшается экспоненциально по мере увеличения расстояния между передатчиком и приемником. Экспоненциальное затухание модулированного сигнала вызывает атмосфера, если он распространяется

достаточно далеко от антенны. Следовательно, сигнал должен обладать достаточной мощностью для того, чтобы преодолеть нужное расстояние и иметь после этого уровень, достаточный для выделения его из шумов приемным устройством.

Однако способность приемника улавливать сигнал зависит и от наличия других радиочастотных сигналов. Чтобы проиллюстрировать это, представим двух людей, Эрика и Серину, которые разделены расстоянием примерно в 7 м (20 футов) и пытаются разговаривать. Серина, выполняя роль передатчика, говорит достаточно громко, чтобы Эрик, приемник, мог слышать каждое ее слово. Если их ребенок, Мэдисон, громко кричит, Эрик может пропустить несколько слов. В данном случае эффективная связь невозможна из-за помехи со стороны ребенка. Или Эрик и Серина должны подойти ближе друг к другу, или Серина должна говорить еще громче. Это хорошая аналогия того, как передатчики и приемники беспроводной системы используют для связи радиочастотные сигналы.

Частота (frequency) свидетельствует о том, сколько раз в секунду сигнал повторяет сам себя1. Единица измерения частоты — герц (Гц), значение частоты соответствует числу циклов, происходящих в течение секунды. Например, беспроводная локальная сеть стандарта 802.lib работает на частотах порядка 2,4 Гбит/с; это означает, что количество циклов колебаний составляет примерно 2 400 000 000 в секунду.

Фаза соответствует тому, насколько далеко сигнал отстоит от какой-то исходной точки 2 Традиционно принято считать, что каждый цикл сигнала соответствует повороту фазы на 360 градусов. Например, сдвиг фазы сигнала может составлять 90 градусов, это означает, что сдвиг фазы равен четверти (90/360 = 1/4) от полного цикла сигнала. Изменение фазы может быть использовано для передачи информации. Так, сдвиг фазы сигнала на 30 градусов можно представить как двоичную 1, а сдвиг фазы на 60 градусов — как двоичный 0. Важным преимуществом представления данных в виде

сдвигов фазы является снижение влияния затухания сигнала при его распространении через среду. Затухание обычно влияет на амплитуду, а не на фазу сигнала.

Преимущества и недостатки радиочастотных сигналов

Преимущества радиочастотных сигналов по сравнению сосветовыми (табл. 3.1) делают их эффективными для применения в большей части беспроводных сетей. Большинство стандартов беспроводных сетей, таких как 802.11 и Bluetooth, регламентируют применение именно радиочастотных сигналов.

Таблица 3.1. Преимущества и недостатки радиочастотных сигналов

Преимущества

Недостатки

Относительно большая дальность связи, до

35 км, при условии прямой видимости

Меньшая пропускная способность, порядка

Мбит/с

Высокая работоспособность в условиях сла-

бого и сильного тумана; только сильный

дождь ухудшает характеристики

Подверженность помехам со стороны внеш-

них систем, использующих радиоволны

Не требуется лицензия (только для систем

стандарта 802.11)

Низкая защищенность, поскольку радиовол-

ны распространяются за пределы строений

Искажение радиочастотного сигнала

Радиочастотные сигналы подвержены искажениям, которые обусловлены помехами и многолучевым распространением. Они влияют на связь между отправителем и получателем, часто снижая ее характеристики и вызывая недовольство пользователей.

Помехи

Помехи (interference) возникают, когда приемной станции одновременно достигают два сигнала, предположительно одной и той же частоты и фазы. Это похоже на то, как если бы человек пытался одновременно слушать двух говорящих. В подобной ситуации приемная плата интерфейса беспроводной сети делает ошибки при декодировании информации.

Федеральная комиссия связи США (FederalCommunicationCommission, FCC) регламентирует использование большинства частотных диапазонов и типов модуляции, чтобы системы не создавали взаимных помех. Однако избежать их все равно не удается, особенно если системы работают в диапазонах, не подлежащих лицензированию. Пользователи могут свободно устанавливать и использовать не подлежащее лицензированию оборудование, в том числе беспроводные локальные сети, не координируя с кем-либо его использование и не беспокоясь о создаваемых им помехах.

На рис. 3.3 схематично представлены различные формы помех. Внутренние помехи возникают тогда, когда внешние сигналы мешают распространению радиосигналов беспроводной сети. Эти помехи могут вызывать ошибки в информационных разрядах передаваемого сигнала. Приемник обнаруживает ошибки, в результате осуществляется повторная передача, а пользователь, возможно, замечает задержку связи. Сильные внутренние помехи могут возникать, если неподалеку работает другая радиосистема на той же частоте и с тем же типом модуляции. Примером могут служить две беспроводные локальные сети, работающие в одних и тех же нелицензируемых диапазонах и развернутые неподалеку одна от другой.

Рис. 3.3. Помехи могут быть внутренними и внешними

Другими источниками внутренних помех могут быть беспроводные телефоны, микроволновые печи и устройства стандарта Bluetooth. Если используются радиочастотные устройства таких типов, пропускная способность беспроводной сети может существенно снизиться — вследствие повторных передач и возрастания в сети конкуренции за право доступа к среде. Поэтому развертывание сети следует тщательно планировать и учитывать при этом другие радиоустройства, которые могут создавать помехи беспроводной сети.

Одним из наилучших способов борьбы с радиочастотными помехами является удаление их источников. Например, в компании могут запретить использование беспроводных телефонов, работающих в том же частотном диапазоне, что и беспроводная сеть. Однако, невозможно полностью ограничить использование потенциальных источников помех, например, устройств стандарта Bluetooth. Если помехи становятся серьезной проблемой, следует выбрать беспроводную сеть, работающую в частотном диапазоне, в котором не возникает конфликтов.

Внешние помехи возникают тогда, когда сигналы радиочастотной системы создают помехи другим системам. Как и в случае внутренних помех, сильные внешние помехи могут возникнуть, если беспроводная сеть находится в непосредственной близости от другой системы. Поскольку мощность сигналов, передаваемых в беспроводной сети, относительно невелика, внешние помехи редко вызывают какие-то проблемы.

Многолучевое распространение

Многолучевое распространение происходит тогда, когда один и тот же радиосигнал приходит к узлу назначения (точке доступа) различными путями (рис. 3.4). Одна его часть достигает точки назначения, распространяясь по прямой, другая — отразившись от поверхности стола, а затем от потолка. Поэтому часть сигнала проходит больший путь до приемника, т.е. испытывает дополнительную задержку.

Рис. 3.4. Препятствия могут вызывать отражения сигнала в различных направлениях

Многолучевое распространение приводит к тому, что информационные символы, представленные в виде радиосигнала, смазываются (рис. 3.5). Поскольку информация, подлежащая передаче, заключена именно в форме сигнала, приемник делает ошибки при выделении информации из сигналов. Если задержки достаточно велики, пакеты принимаются с ошибками, особенно при большой скорости передачи данных. А приемник не в состоянии различать символы и правильно интерпретировать их соответствующие биты. При многолучевом распространении приемная

станция в процессе контроля ошибок обнаруживает значительное их количество.

В результате передающая станция вынуждена повторно передавать фреймы. При многолучевом распространении и, как следствие, повторных передачах пользователи ощущают снижение характеристик сети. Например, сигналы стандарта 802.11 в домах и офисах могут испытывать задержку порядка 50 не, в то время как заводизготовитель ориентируется на задержку в 300 не. Следовательно, многолучевое распространение не будет представлять серьезной проблемы при домашнем использовании беспроводных сетей и в офисах. Но на заводах станки и металлическое стеллажи имеют множество поверхностей, от которых радиочастотные сигналы отражаются и вследствие этого распространяются совершенно беспорядочно. Поэтому на складах, заводах и в других помещениях, где есть различные металлические препятствия, проблема многолучевого распространения может оказаться весьма серьезной.__

Рис. 3.5. Смазывание сигналов из-за многолучевого распространения ведет к появлению ошибок

Что же делать, если такие сложности возникли? Оставим в стороне вариант освобождения здания от столов и стеллажей. Для обеспечения отказоустойчивости системы применяют метод диверсификации (разнообразия). В данном случае диверсификация может быть осуществлена за счет использования двух антенн для каждой радиоплаты интерфейса сети с тем, чтобы усилить разницу между сигналами, принимаемыми разными антеннами, и обрабатывать лучший из них. Антенны должны быть физически удалены от радиостанции, чтобы одна из них наверняка была меньше подвержена многолучевому распространению. Иными словами, смешанный сигнал, принимаемый одной антенной, должен быть ближе к оригиналу, чем сигнал, достигающий другой антенны. Приемник использует методы фильтрации сигнала и программное обеспечение принятия решений, чтобы выбрать для демодуляции лучший из двух сигналов. В действительности возможен и обратный вариант: когда не приемник, а передатчик выбирает лучшую антенну, излучающую в другом направлении.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]