Лекция 2 - Физический уровень 802.11
.pdfФизический уровень
IEEE 802.11
Лекция 2
Подуровни физического уровня
•PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) - - процедура конвергенции физического уровня. Формирует кадр из блока данных МАС-уровня, который подуровень PMD передает через беспроводную среду.
•PMD (Physical Medium Dependent) - подуровень зависимости от физической среды. Обеспечивает интерфейс со средой передачи:
–определяет характеристики беспроводной среды
–метод передачи данных беспроводными станциями через беспроводную среду
Канальный уровень |
МАС |
|
|
PLCP
Физический уровень
PMD
Стандарты физического уровня
стандарт |
802.11а |
802.11b |
802.11g |
802.11n |
802.11ac |
|
|
|
|
|
|
Год |
1999 |
1999 |
2003 |
2009 |
2014 |
|
|
|
|
|
|
Скорость, |
11 |
54 |
54 |
600 |
6933 |
Мбит/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон |
5 |
2,4 |
2,4 |
2,4/5 |
5 |
частот, ГГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина |
22 |
20 |
20, 22 |
20, 40 |
20, 40, 80, |
канала, МГц |
|
|
|
|
160, 80+80 |
|
|
|
|
|
|
Тип |
DSSS, CCK |
OFDM |
DSSS, CCK, |
DSSS, CCK, |
OFDM |
модуляции |
|
|
OFDM |
OFDM |
|
|
|
|
|
|
|
Антенная |
SISO |
SISO |
SISO |
MIMO |
MIMO/ |
технология |
|
|
|
|
MU-MIMO |
|
|
|
|
|
|
Число |
1 |
1 |
1 |
1-4 |
1-8 |
потоков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Технологии расширения спектра
•Идея: преобразование информационного сигнала с узкой полосой пропускания в сигнал с широкой полосой пропускания, при этом мощность остается той же, следовательно, становится сопоставима с мощностью шума.
•Плюсы:
–Сигнал становится невосприимчивым к различным типам шумов, а также искажениям, вызванным многолучевым распространением.
–Расширенный спектр позволяет скрывать и шифровать сигналы.
–Несколько пользователей могут одновременно использовать одну полосу частот при крайне малой взаимной интерференции.
•Для минимизации интерференции используется ограничение мощности оборудования и ЭИИМ (эффективную изотропноизлучаемую мощность).
Методы расширения спектра
FHSS - расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты (Frequence-Hopping Spread Spectrum).
//сейчас не используется, но легендарный
•Передача сигнала производится с помощью заданных наборов частот со свойствами случайных последовательностей.
•Перестройка частоты сигнала происходит через определенные интервалы времени.
•Изменение рабочих частот приемника синхронизируется с передатчиком
DSSS - расширение спектра методом прямой последовательности
(Direct Sequence Spread Spectrum).
•Исходный сигнал модулируется расширяющей последовательностью: последовательностью Баркера (Barker sequence).
Важно: из-за низкого уровня мощности сигнала устройства DSSS практически не создают
|
помех узкополосным |
|
радиоустройствам, так |
|
как принимают широко- |
|
полосный сигнал за шум |
• В качестве схемы модуляции используется: |
в пределах допустимого. |
–для скорости 1 Мбит/с - дифференциальная двухуровневая фазовая
манипуляция (DBPSK): при передаче 0 фаза несущего сигнала не изменяется, при 1 - фаза несущего сигнала меняется на 180 .
–для скорости 2 Мбит/с - дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK): четыре значения фазы несущего сигнала (0, 90 , 180 , 270 ). Каждое состояние фазы выполняет передачу сразу двух битов последовательности (00, 01, 10, 11). Изменение фазы происходит при изменении информационных битов.
Спектральные маски
•Спектральные маски (spectral mask) излучаемых сигналов устанавливают распределение энергии внутри канала.
•Спектральная маска сигнала налагает ограничения на затухание на определенных уровнях, смещенных относительно центральной частоты для избегания интерференции с соседними каналами.
Пример спектральной маски для 802.11b DSSS
•Основная часть энергии спектра распределяется по каналу заданной ширины, хотя полностью спектр занимает более широкую полосу.
•Спектр должен затухать не меньше чем на 30 дБ на расстоянии fc f МГц от центра канала, что означает ослабление сигнала в 1000 раз.
•Регуляторы ограничивают мощность передатчиков, чтобы оборудование не создавало помех устройствам, работающим на соседних каналах. В России при использовании устройств 802.11 внутри помещений излучаемая мощность ограничена 100 мВт.
•В диапазоне 2,4 ГГц существует три непересекающихся канала: 1, 6,
11.Из-за ограниченного спектра в диапазоне 2,4 ГГц может быть только два непересекающихся канала один канал шириной 40 МГц и один канал шириной 20 МГц. Невозможно построить канал шириной
40МГц используя два соседних канала шириной 20 МГц
Спектральная маска сигнала на канале 20 МГц в диапазоне 2,4 ГГц
Спектральная маска сигнала на канале 80 МГц в диапазоне 5 ГГц
Спектральная маска сигнала на канале 40 МГц в диапазоне 2,4 ГГц
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением - OFDM
OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing:
•вся полоса пропускания канала разделена на множество поднесущих
(subcarrier)
•поднесущие являются ортогональными, т.е. передача информации на каждой из них не влияет на передачу информации на соседних
•физически ортогональность несущих сигналов обеспечивается, если за время длительности одного символа несущий сигнал будет совершать целое число колебаний
•в стандартах 802.11 используются от 52 до 484 поднесущих
•количество поднесущих зависит от режима работы и ширины частотного канала
•некоторые из поднесущих являются вспомогательными (пилотными) и используются для синхронизации передачи и декодирования данных по основным (информационным) несущим.
•При наличии узкополосной помехи будет искажена одна или небольшое количество поднесущих, а не весь сигнал в целом, что существенно уменьшает количество ошибок, получаемых на выходе приемника.