Некоторые фундаментальные основы Wi-Fi

Фундаментальные основы технологий стандарта Wi-Fi 802.11.

Несущие сигналы (несущие частоты)

В сетях передачи данных сами данные всегда передаются в виде нулей и единиц, вне зависимости от того проводные это сети или беспроводные. Поэтому передатчику необходим способ  отправки нулей и единиц к приемнику. Сами электрические виды сигналов типа АС или DC эту задачу не решают. Однако если сигнал как-либо изменяется, то такой сигнал можно интерпретировать отличным образом и такие данные можно надежно передавать или принимать. Данный подход уже способен создать условия для того, чтобы ввести различия между нулями и единицами. Такой модифицированный сигнал, который несёт данные, называется Несущим сигналом (Carrier signal). Метод манипулирования сигналом для формирования несущего сигнала называется Модуляцией сигнала.

 

 

Существует три основных компонента радиоволны, которые могут изменяться для формирования несущего сигнала, это:
1. Амлитуда,
2. Частота,
3. Фаза.

Все радиокоммуникации используют ту или иную форму модуляции для переноса данных. По сути модуляция это некая форма кодирования сигнала.

Амплитуда
и длина волны

Радиокоммуникации начинаются когда радиоволны генерируются на Передатчике и принимаются на другой стороне на Приемнике. Радиоволна во многом подобна волне в море. Сама волна состоит из двух компонентов: длины волны и амплитуды.

Амплитуда
это высота или сила волны. Чем больше электрический сигнал, генерируемый передатчиком, тем больше сила волны или амплитуда.

Длина волны
Длина волны это дистанция между идентичными точками волны (например между двуми пиками).

Частота

Частота описывает поведение волн. Волны перемещаются от источника, который их генерирует. Частота при этом описывает какое количество волн генерируется за одну секунду.

Фаза

Фаза является относительным понятием. Этот термин характеризует отношение между двумя волнами одинаковой частоты. Для определения фазы волна(длина волны) делится на 360 частей, которые называются градусами. В качестве примера можно привести следующий: если мы имеем две волны и одна из них начинается в точке 0 градусов, а вторая волна начинается в точке 90 градусов, то эти волны Не в фазе с разнесением 90 градусов.

В идеальном мире волны могут генерироваться и передаваться без помех, переотражений и т.п.. К сожалению реальность накладывает свои условия на распространение радиоволн. Существует множество источников интерференции и множество препятствий для распространения радиоволн на пути к приемнику, поэтому чаще всего мы будем видеть множественные копии начального сигнала с различной аплитудой, фазой, а иногда и частотой.

Методы кодирования сигнала (Keying Methods)

При отправке данных сигнал передается с передатчика. Чтобы передавать данные необходимо управлять так сигналом, чтобы принимающая сторона могла различить нули и единицы. Метод манипуляции или управления сигналом, при котором можно представлять множественные части данных называется Методом кодирования(Keying Method). Метод кодирования это именно то, что изменяет сигнал в несущий сигнал. Фактически это механизм, который дает возможность кодировать данные, чтобы его можно было использовать для коммуникаций или для передачи.

Существует три основных типа методов кодирования:
1. ASK (Amplitude-Shift Keying)
Кодирование с изменением амплитуды,
2. FSK (Frequency-Shift Keying)
Кодирование с изменением частоты,
3. PSK (Phase-Shift Keying)
Кодирование с изменением фазы.

Приведенные методы кодирования сигнала также называются техниками модуляции.

Методы кодирования используют два основных подхода для представления данных:

Текущее состояние (Current State)

В технике текущего состояния именно текущее состояние используется для разделения единицы и нуля. Фактически здесь одно состояние будет представлять двоичный ноль, а другое состояние единицу.

Переходное состояние (State Transition)

В технике переходного состояния изменение (или переход) сигнала используется для разделения нулей и единиц. Например ноль может быть представлен изменением фазы сигнала (именно как процесс изменения), а единица, как статичное состояние фазы в конкретный момент времени(нет изменений в фазе).

Кодирование с изменением амплитуды (ASK).

ASK изменяет амплитуду сигнала(высота) для представления двоичных данных. Это техника текущего состояния, где один уровень амплитуды(высоты) представляет ноль, а другой уровень – единицу. Например большая амплитуда волны представляет единицу, а меньшая – ноль. Изменение амплитуды определяет  данные, которые передаются. Подход, при котором приемник выполняет эту задачу, требует начать с определения периода, в который сигнал может приниматься – символьный период. Затем приемник может использовать это как специальный временной интервал-маску(сэмпл) для проверки волны в течении именно символьного периода для определения амплитуды волны. После этого уже в зависимости от амплитуды волны принимающая сторона может определить двоичную величину.

Кодирование с изменением частоты (FSK).

FSK изменяет частоту сигнала для представления двоичных данных. FSK это техника текущего состояния, где одна частота представляет ноль, а другая частота представлет единицу. Изменение частоты определяет данные, которые передаются. Когда приемник семплирует сигнал в течении символьного периода он определяет значение частоты сигнала и в зависимости от этой частоты приемник может распознать соответствующее двоичное значение.

FSK применяется в некоторых старых технологиях стандарта WiFi 802.11 (и в некоторых существующих старых сетях). Для поддержки более высоких скоростей FSK требует более дорогих компонентов и становится все менее практичным для разработки.

 

 

Кодирование с изменением фазы (PSK).

PSK изменяет фазу сигнала для представления двоичных данных. PSK это техника изменения состояния, где изменение фазы представляет ноль, а статичное состояние фазы представляет единицу. Такое изменение и определяет двоичные данные, которые передаются. Когда приемник сэмплирует сигнал в течении символьного периода он определяет фазу волны и соответствующее состояние бита данных.

PSK широко используется для радиопередачи, что определено в стандарте WiFi IEEE 802.11-2007. Обычная реализация подразумевает, что приемник сэмплирует сигнал в течении символьного периода, сравнивает фазу текущего сэмпла с предыдущим сэмплом и определяет есть ли отличие. Угол такого отличия или диффиренциал используется для получения значения бита.

Более продвинутые версии PSK могут кодировать множество бит на символ. Можно использовать, например, не две фазы, а четыре и каждая такая фаза может иметь два двоичных значения ноль или единица (00, 01, 10, 11), а не просто (0, 1). Такой подход позволяет за одинаковое время занятия эфира передавать значительно больший объем данных. Когда используется более двух фаз это называется MPSK (Multiple PSK).

Для получения анонсов по выходу новых статей или появлении новых материалов на нашем сайте предлагаем подписаться на рассылку.

Присоединяйтесь к нашей группе на Facebook: www.facebook.com/Wi.Life.ru
Мы публикуем интересные новости о Wi-Fi со всего света, информацию о выходе новых статей и расширении контента основных модулей ресурса Wi-Life.ru

Wi-Life.Team

Использование материалов сайта Wi-Life.ru разрешено только с согласия Wi-Life.ru и при наличии прямой ссылки на Wi-Life.ru.


blog comments powered by Disqus