Глава 1. Постановка задачи исследования.

1.1 Физический уровень стандарта 802.11

1.1.1 Общие характеристики многомерных сигналов

Для того чтобы изложить процесс передачи данных на физическом уровне стандартов 802.11а, 802.11g, необходимо для начала рассмотреть основы технологии OFDM которая значительно отличается от других методов модуляции.

OFDM является частью семейства схем многоканальной модуляции, которая была разработана для передачи данных в условиях сильной межсимвольной интерференции (intersymbol interference, ISI). Сигналы OFDM относят к многомерным[ CITATION Гал12 \l 1049 ]. Рассмотри последние более подробно.

Основная идея, лежащая в основе многомерных сигналов, заключается в разделении исходного цифрового бинарного сигнала, имеющего битовую скорость передачи информации на параллельные цифровые сигналы

где - длительность двоичного импульса. Скорость передачи параллельных цифровых сигналов определяется как:

где -битовая скорость исходного цифрового сигнала, -количество параллельных цифровых потоков

Получившиеся в результате узкополосных модулированных сигналов занимают ту же самую полосу частот, что и сигнал, модулированный исходным цифровым сигналом. В результате при общей неизменной битовой скорости и неизменной занимаемой полосе частот, в многомерном сигнале длительность импульсов в каждом частном низкоскоростном цифровом сигнале возрастает в раз, что способствует уменьшению общей полосы частот, занимаемой сигналом и повышению достоверности приема в радиоканалах с частотно-селективным федингом.

Рассмотрим более подробно основные свойства и характеристики многомерного сигнала общего вида. Предположим, что имеется исходный бинарный цифровой сигнал с длительностью импульсов , битовой скоростью в (1.1) и занимающий в baseband-диапазоне полосу частот где - длительность одного двоичного импульса. Для передачи этого сигнала используется линейная модуляция (амплитудная, фазовая или QAM), при которой спектр модулирующего сигнала без изменений переносится из baseband-диапазона в высокочастотную область. В результате спектр модулированного одномерного сигнала будет расположен симметрично относительно несущей частоты в полосе частот . Спектр такого сигнала показан пунктирными линиями на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Спектр многомерного сигнала.

Разделим исходный цифровой сигнал на частных цифровых сигналов, в каждом из которых длительность импульсов будет равна :

где -количество частных цифровых потоков, -длительность двоичного импульса исходного цифрового потока

Скорость передачи при этом равна

где -длительность двоичного импульса преобразованного цифрового потока, -количество цифровых потоков, - длительность двоичного импульса исходного цифрового потока. Занимаемая полоса частот при этом равна

где -длительность двоичного импульса преобразованного цифрового потока, -количество цифровых потоков, - длительность двоичного импульса исходного цифрового потока.

В результате общая скорость передачи всех частных цифровых сигналов останется неизменной и равной битовой скорости исходного сигнала

где -количество цифровых потоков, -длительность двоичного импульса преобразованного цифрового потока, -длительность двоичного импульса исходного цифрового потока

Общий высокочастотный диапазон , выделенный для передачи информации, делится на поддиапазонов с одинаковой шириной полосы частот

и в каждом поддиапазоне генерируется частная несущая частота (поднесущая частота), всего частных несущих частот. Каждый из частных цифровых сигналов, занимающий полосу частот в baseband-диапазоне, используется для линейной модуляции одной из поднесущих частот. В результате в каждом выделенном высокочастотном поддиапазоне будет существовать узкополосный модулированный сигнал с поднесущей частотой и полосой частот .Спектр такого сигнала показан сплошными линиями на рисунке 1.1.

Сумма спектров во всех N поддиапазонах и представляет собой спектр многомерного модулированного сигнала. Ширина спектра многомерного модулированного сигнала (см. рис 1.1) совпадает с шириной спектра исходного модулированного сигнала. Этого и следовало ожидать, так как суммарная символьная скорость многомерного сигнала равна символьной скорости исходного одномерного сигнала, а для модуляции несущих частот в обоих случаях использовалась однотипная линейная модуляция. Таким образом, замена одномерного узкополосного модулированного сигнала, расположенного в полосе частот , многомерным модулированным сигналом в первом приближении не приводит ни к увеличению скорости передачи данных, ни к уменьшению занимаемой полосы частот. Изменяется только один параметр - длительность импульсов в частных цифровых модулирующих сигналах, которая в раз превышает длительность импульсов исходного цифрового сигнала.

Самым важным следствием повышения длительности импульса является уменьшение влияния эффекта многолучевого распространения сигналов в городских условиях на достоверность принимаемой информации. Одновременный прием текущего импульса и задержанной копии предыдущего импульса приводит к появлению межсимвольных искажений, причем величина вносимых межсимвольных искажений зависит от отношения длительности импульса ко времени запаздывания прихода копии. Чем больше длительность символьного интервала цифрового сигнала по отношению ко времени запаздывания , тем меньше время взаимного перекрытия текущего импульса с копией предыдущего и тем меньше вносимые межеимвольные искажения. Можно сказать, что увеличение длительности символьного интервала переводит частотно-селективный фединг многолучевого радиоканала, который характеризуется большими межсимвольными искажениями, в плоский фединг без межсимвольных искажений.

В первом приближении полоса частот, минимально необходимая для передачи информации с заданной скоростью, одинакова для многомерного модулированного сигнала и сигнала с узкополосной модуляцией (см рис.1.1). Однако скорости затухания боковых лепестков для узкополосных и многомерных сигналов различны. Символьная скорость каждого из частных каналов многомерного сигнала в раз меньше символьной скорости исходного узкополосного сигнала. Это означает, что боковые лепестки спектральной плотности мощности каждого частного канала уменьшаются примерно в раз быстрее, что и позволяет уменьшить величину защитного частотного интервала.

Ясно, что с увеличением количества частных частотных каналов эффективность многомерного сигнала будет возрастать: уменьшается занимаемая полоса частот и увеличивается устойчивость в условиях многолучевого приема.