Все что вы хотели знать про Wi-Fi

Метод DSSS

Смысл метода расширения спектра прямой псевдослучайной последовательнос­тью (DSSS) заключается в приведении узкополосного спектра сигнала к его ши­рокополосному представлению, что позволяет увеличить устойчивость передава­емых данных к помехам.

При использовании метода широкополосной модуляции с прямым расширением спектра диапазон 2400-2483,5 МГц делится на 14 перекрывающихся или три не перекрывающихся канала с промежутком в 25 МГц. Фактически это означает, что разное оборудование может параллельно использовать три канала, при этом не мешая друг другу работать.

Для пересылки данных используется всего один канал. Чтобы повысить каче­ство передачи и снизить потребляемую при этом энергию 1 (за счет снижения мощности передаваемого сигнала), используется последовательность Баркера, которая характеризуется достаточно большой избыточностью. Избыточность кода позволяет избежать повторной передачи данных, даже если пакет частич­но поврежден.

Метод FHSS

При использовании метода широкополосной модуляции со скачкообразной пере­стройкой (FHSS) частотный диапазон 2400-2483,5 МГц делится на 79 каналов шириной по 1 МГц. Данные передаются последовательно по разным каналам, создавая некоторую схему переключения между каналами. Всего существует 22 такие схемы, причем схему переключения согласовывают отправитель и получатель данных. Схемы переключения разработаны таким образом, что шанс использования одного канала разными отправителями минимален.

Переключение между каналами происходит очень часто, что обусловлено малой шириной канала (1 МГц). Поэтому метод FHSS в своей работе использует весь доступный диапазон частот, а значит, и все каналы.

Метод OFDM

Метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) является одним из «продвинутых» и скоростных методов передачи данных. В отличие от методов DSSS и FHSS, с его помощью можно параллельно передавать данные по несколь­ким частотам радиодиапазона. При этом информация разбиваются на части, что позволяет не только увеличить скорость, но и улучшить качество передачи.

Данный метод модуляции сигнала может работать в двух диапазонах — 2,4 и 5 ГГц.

Метод РВСС

Метод двоичного пакетного свёрточного кодирования (ВСС) используется при скорости передачи данных 5,5 и 11 Мбит/с. Этот же метод, только слегка модифи­цированный, используется и при скорости передачи данных 22 Мбит/с.

Принцип РВСС основан на том, что каждому биту информации, который нужно передать, назначаются соответствующие два выходных бита (так называе­мый дибит), созданные в результате преобразований с помощью логической функции XOR и нескольких запоминающих ячеек 1 . Поэтому этот метод назы­вается свёрточным кодированием со скоростью 1/2, а сам механизм кодирова­ния — свёрточным кодером.

Использование свёрточного кодера позволяет добиться избыточности кода, что, в свою очередь, повышает надежность приема данных.

Чтобы отправить готовый дибит, используется фазовая модуляция сигнала. При этом в зависимости от скорости передачи применяется определенный метод мо­дуляции — двоичная фазовая модуляция (BPSK, скорость передачи — 5,5 Мбит/с) или квадратичная фазовая модуляция (QPSK, скорость передачи — 11 Мбит/с).

Смысл модуляции заключается в том, чтобы ужать выходной дибит до одного символа, не теряя при этом избыточность кода. В результате скорость поступления данных будет соответствовать скорости их передачи, но при этом они будут обла­дать сформированной избыточностью кода и более высокой помехозащищеннос­тью.

Метод РВСС также предусматривает работу со скоростью передачи данных 22 и 33 Мбит/с. При этом используется пунктурный кодер и другая фазовая модуляции.

Для примера рассмотрим скорость передачи данных 22 Мбит/с (вдвое выше ско­рости 11 Мбит/с). В этом случае согласно алгоритму своей работы свёрточный кодер переводит каждые два входящих бита в четыре исходящих. Это приводит к слишком большой избыточности кода, что не всегда приемлемо при определен­ном уровне помех. Поэтому, чтобы уменьшить лишнюю избыточность, использу­ется пунктурный кодер, задача которого — удаление лишнего бита в группе из четырех битов, выходящих из свёрточного кодера.

Таким образом, каждым двум входящим битам соответствуют три бита, обладаю­щие достаточной избыточностью. Эти три бита проходят через модернизирован­ную фазовую модуляцию (восьмипозиционная фазовая модуляция 8-PSK), которая упаковывает их в один символ, готовый к передаче.

Технология кодирования Баркера

Чтобы повысить помехоустойчивость передаваемого сигнала, то есть увеличить вероятность безошибочного распознавания сигнала на приемной стороне в условиях шума, можно воспользоваться методом перехода к широкополосному сигна­лу, добавляя в исходный сигнал избыточность. Для этого в каждый передаваемый информационный бит «встраивают» определенный код, состоящий из последовательности так называемых чипов.

Итак, после подбора специальных сочетаний последовательности чипов и превра­щения исходящего сигнала практически в нераспознаваемый шум при приеме сиг­нал умножается на специальную корреляционную функцию (код Баркера). В ре­зультате этого все шумы становятся в 11 раз слабее, так как остается только полезная часть сигнала — непосредственно данные.

Казалось бы, что можно сделать с сигналом, который состоит из сплошного шума? Оказывается, применив код Баркера, можно достичь гарантированного качества доставки данных.

Технология ССК

Технология шифрования с использованием комплементарных кодов (ССК) при­меняется для сжатия битов данных, что позволяет достичь повышения скорости передачи информации.

Изначально эта технология использовалась в стандарте IEEE 802.11b, что позво­лило достичь скорости передачи данных 5,5 и 11 Мбит/с. С помощью ССК можно кодировать несколько битов в один символ. В частности, при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с 1 символ равняется четырем битам, а при скорости 11 Мбит/с один символ равен 8 битам данных.

Данный способ кодирования можно описать достаточно сложными системами — математическими уравнениями, в основе которых лежат комплементарные вось­миразрядные комплексные последовательности. Коснемся этой темы лишь повер­хностно.

Технология CCK-OFDM

Технология гибридного кодирования CCK-OFDM используется при работе обору­дования как с обязательными, так и с возможными скоростями передачи данных.

Как ранее упоминалось, при передаче информации применяются пакеты данных, имеющих специальную структуру. Эта структура содержит, как минимум, служеб­ный заголовок. При использовании гибридного кодирования CCK-OFDM служеб­ный заголовок пакета строится с помощью ССК-кодирования, а сами данные — с по­мощью OFDM-кодирования.

Технология QAM

Технология квадратурной амплитудной модуляции (QAM) используется при высоких скоростях передачи данных (начиная со скорости 24 Мбит/с). Ее суть заключается в том, что скорость передачи данных повышается за счет изменения фазы сигнала и изменения его амплитуды. При этом используются модуляции 16-QAM и 64-QAM, которые позволяют кодировать 4 бита в одном символе при 16 разных состояниях сигнала (в первом случае) и 6 битов в одном символе при 64 разных состояниях сигнала (во втором).

Обычно 16-QAM используется при скорости передачи данных 24 и 36 Мбит/с, а мо­дуляция 64-QAM — при скорости передачи данных 48 и 54 Мбит/с.