Беспроводные технологии

Введение

В той или иной форме беспроводные технологии существуют с конца 19-го века. Все ; технологии, используемые для передачи данных, начиная с дуговых передатчиков и закан- ? чивая сложнейшими беспроводными коммуникационными системами, имеют одну цель — они предназначены для передачи информации в пространстве с помощью электромагнитных волн. Для этого используются самые различные методы, но все они управ- » ляюгея одними и теми же физическими законами и подчиняются их ограничениям. % В настоящей главе описаны основы радиосвязи, начиная с общих теоретических положений и понятий, с последующим рассмотрением типичных современных беспроводных систем. Далее более подробно рассмотрен наиболее популярный тип беспроводных сетей — беспроводные локальные сети.

Основы беспроводной связи

В последующих разделах описываются физические явления, на которых основана радиосвязь, компоненты радиосистем и основные типы используемых в настоящее время беспроводных систем.

Основной целью любой коммуникационной системы является передача информации, в беспроводной связи обычно называемой интеллектуальной (в отличие от служебной), от источника получателю. Эти данные могут быть представлены либо аналоговыми синусоидальными сигналами, либо цифровыми импульсами. Беспроводная связь основана на базовых физических законах, которые управляют передачей, приемом и поведением электромагнитных волн, по мере того как они создаются, распространяются и, в конечном итоге, принимаются получателем вместе с той интеллектуальной информацией, которую они в себе заключают.

Основы радиосвязи

При обсуждении современных сетевых вопросов удивительно часто приходится возвращаться к основным физическим законам, которые изучались еще в школе. Такие разделы физики, как теория передачи сигналов, теория модуляции, передача

энергии в пространстве и чувствительность при приеме применяются в той или иной мере практически в любой используемой в настоящее время технологии. Поэтому при рассмотрении любого вида связи между передатчиком и приемником, включая цифровые абонентские каналы, оптические и кабельные каналы, удаленный доступ и даже простую связь по кабелю RS-232 принципиально важно понимать основные концепции, лежащие в их основе и присущие им ограничения.

С точки зрения обучения беспроводная связь, вероятно, является наилучшим методом изучеиия и понимания основ коммуникации.

Компоненты беспроводной системы связи

Простейшая беспроводная система состоит из передатчика, подсоединенного проводом к антенне, которая, в свою очередь, образует интерфейс с принимающей антенной, сигнал с которой по проводу подается на приемник. Хотя в таком описании беспроводная связь кажется достаточно простой, в действительности технология этой системы весьма сложна и постоянно совершенствуется. Но в конечном итоге, независимо от уровня сложности современных систем, все они в базовых чертах описываются схемой радиосистемы, показанной па рис. 20.1.

Рис. 20.1. Система беспроводной связи

Ниже описаны основные компоненты систем радиосвязи.

•          Полезная (интеллектуальная) информация источника—Информация, которую необходимо промодулировать и передать по беспроводному каналу для доставки на принимающий узел. Эта информация может представлять собой голосовые данные, обычные цифровые или видеоданные и в первоначальной форме может быть цифровой или аналоговой.

•          Передатчик/приемник—Это устройство обычно называют просто "радио". Оно обладает функциями передатчика (transmitter — ТХ) и приеммика (receiver — (RX).

•        Модулятор/демодулятор—Это устройство преобразует первоначальную информацию в форму сигнала, который генерируется гетеродином (локальным колебательным контуром с определенной частотой, называемой несущей частотой или просто несущей).

•       Локальный гетеродин (Local oscillator — LO)—Смысловая информация и сигнал, частота которого определяется локальным гетеродином, объединяются в фильтре, который создает суммарный сигнал, разность сигналов и два исходных сигнала. С помощью полосового фильтра сигнал суммарной частоты выделяется и копируется в канал передачи, по которому он поступает на повышающий преобразователь частоты. Результатом этого является так называемый сигнал промежуточной частоты (intermediate frequency — IF). Он представляет собой сигнал с частотой, задаваемой локальным гетеродином, на котором модулируется сигнал, содержащий полезные данные. Частота локального генератора (local oscillator — LO) обычно представляет собой частоту кристалла или синтезированную частоту, которая последовательно увеличивается в 2,3 или 4 раза, до тех пор пока не будет достигнута частота локального гетеродина.

•        Повышающий преобразователь частоты— Приемопередатчик (трансивер) подсоединен к повышающему преобразователю частоты или внешнему модулю (outdoor unit — ODU) с помощью линии передачи, которая обычно реализуется с помощью коаксиального кабеля. Имеется большое количество различных коаксиальных кабелей. Выбор кабеля зависит от рабочих частот, уровня мощности сигнала и требуемой длины. Линии передачи будут рассмотрены далее в настоящей главе.

•        Кабель для передачи управляющих сигналов—В зависимости от типов внешнего модуля ODU и приемника/передатчика, в системе может присутствовать кабель для передачи управляющих сигналов между этими двумя устройствами. Возможно, читателю не приходилось встречаться с радиосистемами, в которых блоки промежуточной частоты (IF) и радиочастоты (RF) находятся в отдельных "коробках". В некоторых радиосистемах физические соединения осуществляются непосредственно с антенной. Использование отдельных блоков IF и RF целесообразно в тех случаях, когда источник полезной нагрузки находится на значительном расстоянии от антенны. Свойства передающего канала для IF-сигнала, имеющего частоту 70 МГц и RF-сигнала с частотой 5,7 ГГц принципиально различны. При проектировании системы беспроводной связи необходимо свести протяженность передающего канала для радиочастоты к минимуму, особенно при использовании высоких частот.

•       Дуплексор—Это устройство позволяет поддерживать дуплексные беспроводные соединения, в которых у каждой системы имеется только одна антенна. При этом в антенне объединяются две разных частоты — одна для приема, другая — для передачи, которые, однако, не смешиваются друг с другом. Такой метод называется мультиплексированием с разделением частот (frequency-division multiplexing — FDM). Типичным способом дуплексирования является использование полостей, которые получаются фрезерованием металла, такого, например, как алюминий. Эти полости выполняют функции полосового фильтра, выделяя требуемые частоты и значительно ослабляя все остальные. В традиционных голосовых радиосистемах, в которых использовались симплексные каналы передачи, сигнал с антенны подавался на приемник до тех пор пока радист на передатчике работал ключом, что приводило к тому, что реле RF дублировало вывод с передатчика на антенну.

•          Имеются системы беспроводной связи, которые не являются дуплексными. Симлексной или полудуплексной называется система, в которой связь между двумя конечными точками осуществляется на одной и той же радиочастоте. Поскольку обе станции во время разговора передают на одной и той же частоте, каждой стороне требуется удостовериться в том, что его собеседник сделал паузу, в противном случае никто из них не услышит друг друга.

•          Выше были приведены первичные сведения о беспроводных системах связи. Конечно, в реализациях этой схемы существуют множество различий, однако все они базируются на описанных выше компонентах и целью беспроводной связи всегда является получение данных или полезной нагрузки от источника, модуляция их в сигнал промежуточной частоты IF, с последующим преобразованием в сигнал радиочастоты RF и доставкой получателю через атмосферное пространство. Используемые при этом методы и лежащие в их основе физические явления будут описаны в последующих разделах, однако до этого целесообразно рассмотреть спектр электромагнитных волн.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100