Радиочастотное обеспечение WLAN стандарта IEEE 802.11 – ЧАСТЬ 1

WLAN стандарта IEEE 802.11 используют частотный ресурс диапазона, пред­усмотренного [19] для промышленных, научных и медицинских целей (Industrial, Science, Medicine – ISM). Наряду с этим, в США для частотного обеспечения ра­боты WLAN используются частоты, предусмотренные для Национальной Инфор­мационной Инфраструктуры (National Information Infrastructure – N11). Частотные ресурсы ISM и N11 относятся к различным участкам диапазона СВЧ: первый ле­жит в пределах отрезка 2.4-2.5 ГГц, второй – в пределах отрезка 5.1-5.9 ГГц. В США частоты диапазонов ISM и N11 относятся к нелицензируемым (Unlicensed); в Европе нелицензируемыми являются частоты ISM-диапазона; в ряде стран (к ним относится Украина) частоты одной или обеих указанных полос нуждаются в лицензировании. Частоты U-NII (Unlicensed N11) в США охватывают 3 полосы: 1) U-NII 1 (5.15-5.25 ГГц); 2) U-NII2 (5.25-5.35 ГГц); 3) U-NII3 (5.725-5.825 ГГц) [4]. Сведения о частотных диапазонах ISM представлены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Полосы частот, выделенные для работы WLAN стандарта IEEE 802.11 в различных странах

Страны и континенты

Диапазон ISM

Диапазон IEEE 802.11

Европа *

2400-2483.5

2402-2480

Франция

2446.5-2483.5

2448-2482

Испания

2445-2475

2447-2482

Северная Америка

2400-2483.5

2402-2480

Япония

2473-2.495

2473-2495

* за исключением Франции и Испании.

Предоставление частотного ресурса на нелицензируемой основе предпола­гает независимую совместную работу средств различных операторов и, соответ­ственно, возможность возникновения существенных взаимных помех различных WLAN. Обеспечение ЭМС WLAN в этих условиях вызывает необходимость, во- первых, уменьшения уровня мощности излучаемых радиосигналов и, во-вторых, увеличения помехоустойчивости станций. Оба фактора достигаются применени­ем сигналов с расширенным спектром (Spread Spectrum Signal – SSS) [23,24].

В средствах WLAN, создаваемых согласно стандартам IEEE 802.11 различ­ных разновидностей, применяется 3 вида радиосигналов:

–                сигналы с прямым расширением спектра (Direct Sequence SS – DSSS);

~ сигналы с расширением спектра скачками по частоте (Frequency Hopping SS – FHSS);

–                сигналы с ортогональным мультиплексированием частотных каналов (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – OFDM).

Соответствие между перечисленными способами расширения спек­тра и разновидностями стандартов IEEE 802.11 иллюстрируется данными табл. 3.6.

Таблица З.б

Виды расширения спектра, предусматриваемые стандартами IEEE 802.11

Способ расширения спектра

Разновидность стандарта IEEE 802.11

Максимальная скорость передачи битов, Мбит/с

Диапазон частот, ГГц

FHSS

IEEE 802.11 Legal

1,2

ISM

DSSS

IEEE 802.11 Legal

1,2

ISM

IEEE 802.11b

5.5, 11

OFDM

IEEE 802.1 la

54

NH

IEEE 802.1 lg

54

ISM

В настоящее время для построения WLAN наиболее широко применя­ются устройства стандарта IEEE 802.1 lb, называемые Wi-Fi устройствами. В них, аналогично устройствам базового (Legal) стандарта, применяется пря­мое расширение спектра радиосигналов. Отличие между методами DSSS, со­ответствующими первоначальной и Wi-Fi версиями стандартов IEEE 802.11, состоит в применяемых методах реализации DSSS (использование кода Бар- кера согласно базовому стандарту 1997 года и комплементарных кодов со­гласно стандарту IEEE 802.11b 1999 года). Частотные каналы WLAN обеих разновидностей находятся в диапазоне ISM и идентичны по своим харак­теристикам. Занимаемая каналами полоса частот равна 22 МГц с уровнем подавления излучений за пределами этой полосы, превышающим 30 дБ (для иллюстрации на рис. 3.11, а представлена спектральная маска внеполосных излучений).

В диапазоне ISM европейских государств (за исключением Франции и Ис­пании) размещается 3 частотных канала WLAN стандартов IEEE 802.11 Legal и IEEE 802.11b (табл. 3.5, рис. 3.11, б). Центральные частоты каналов совпадают с 1-й, 6-й и 11-й частотами стандартной сетки полосы ISM, шаг которой составля­ет 5 МГц. Нуль отсчета сетки соответствует частоте 2402 МГц, а п-му шагу сет­ки соответствует частотаfn – 2402 + 5 п [МГц]. Центральные (несущие) частоты 3 каналов имеют значения 2407, 2432 и 2457 МГц. Частотный сдвиг между не­сущими составляет 25 МГц; защитный интервал между границами занимаемых полос частот равен 3 МГц. Сопоставление значений скорости передачи инфор­мационных сигналов (битов), предусмотренных рассматриваемыми стандарта­ми (табл. 3.6), и ширины занимаемой каналами полосы частот свидетельствует о том, что значение коэффициента расширения спектра (Spreading Factor – SF) в каналах связи WLAN стандарта IEEE 802.11 является относительно невысоким. Конкретные значения SF составляют: ■- в каналах стандарта IEEE 802.11 Legal – SF= 11; – в каналах стандарта IEEE 802.11b                                              -SF=8.

Рис. 3.11. Спектральная маска (а) и частотные каналы (б), определяемые стандартом IEEE 802.11 для сигналов с прямым расширением спектра в диапазоне ISM

Более детальные сведения о технологии расширении спектра далее в подразделе 3.5 («Радиотехнологии WLAN»).

В нелицензируемых диапазонах U-NII 1, 2, 3, ширина полосы каждого из которых составляет 100 МГц, размещаются каналы WLAN, соответствующие стандарту IEEE 802.1 la, со скоростью передачи данных до 54 Мбит/с (см. табл. 3.6). Ширина занимаемой полосы частот этих каналов составляет 22 МГц, од­нако форма спектральной маски отличается от рассматриваемой для каналов в диапазоне ISM (см. рис. 3.11, а и 3.12, а). В каждой из полос U-NII размещено по 4 канала, частотный сдвиг между средними частотами которых составляет 20 МГц. Значения средних частот канала совпадают с метками сетки частот диа­пазона 5 ГГц (начальная метка сетки совпадает с частотой 5 ГГц, шаг сетки ча­стот – 5 МГц). Граничные частоты диапазонов U-NII 1 и U-NII 2 примыкают

друг к другу (5250 МГц) таким образом, что 8 каналов этих диапазонов являют­ся смежными (рис. 3.12, в).

Наряду с частотным разделением каналов WLAN, базовым стандартом ШЕЕ 802.11 (Legal) предусмотрено создание WLAN с кодовым разделением каналов посредством скачкообразного изменения частоты (Frequency Hopping SS – FHSS). В современной практике применения WLAN кодовое разделение каналов с FH не получило распространения, но для полноты обзора далее из­лагаются краткие сведения о WLAN с FH.

Каждый из каналов WLAN с FHSS полностью использует частотный ресурс диапазона ISM. В США и большинстве европейских стран этот ресурс одина­ков и количественно равен 79 МГц. В Японии, Франции и Испании он меньше (сведения о частотном ресурсе и числе каналов соответствующих WLAN пред­ставлены в табл. 3.7).

Таблица 3.7

Нормативный частотный ресурс и число каналов WLAN с FHSS

Страны

Полоса частот

Число слотов

Число каналов

/. •> min

/

J max

США

2401.5

2480.5

79

26

Европейские страны *

2401.5

2480.5

79

26

Франция

2447.5

2482.5

35

11

Испания

2446.5

2473.5

27

9

Япония

2472.5

2495.5

23

4

* за исключением Франции и Испании.

Использование частот всей полосы имеющегося диапазона каждым каналом осуществляется при FHSS посредством последовательного излучения сигналов каждого канала в пределах отдельных элементарных участков полосы (частот­ных интервалов) со скачкообразным переходом от одного интервала к другому (см. рис. 3.13, где полоса используемых частот обозначена символом Afnon, а по­лоса интервала – Л/чи). Ширина полосы каждого интервала согласно стандарту IEEE 802.11 составляет 1 МГц. Сканирование интервалов осуществляется пе­риодически (длительность периода Тск составляет 0.4 с). Сигналы одного ка­нала отличаются от сигналов другого порядком смены частотных интервалов (перестановкой в течение Гск); порядок смены выбирается таким образом, чтобы одновременная работа станций в одном частотном интервале исключалась.

Таким образом, достигается ортогональность радиосигналов различных каналов и возможность функционирования каналов в общей полосе частот без взаимных помех. Число возможных каналов зависит от количества частотных интервалов в имеющейся общей полосе Д/^ол, причем возможны различные на­боры (pattern) порядка их смены. Нормативное число наборов согласно [2] равно 3 (Setl, Set2, Set3). Число каналов WLAN, соответствующих частотным ресур­сам различных стран, иллюстрируется данными табл. 3.7 (от 4 в Японии до 26 в США и большинстве европейских стран).


Рис. 3.12. Спектральная маска (а) и частотные каналы (б, в) стандарта IEEE 802.11 для систем с прямым расширением спектра в полосах U-NII

Сопоставление числа каналов WLAN с FHSS и DSSS при использовании ими одинаковой полосы частот (например, 26 и 3 канала, соответственно) сви­детельствует о более высокой частотной эффективности WLAN с FHSS. Пода­вляющее преобладание практического внедрения WLAN с DSSS объясняется Двумя факторами: во-первых, оборудование WLAN с FHSS является более доро­гостоящим; во-вторых, большое количество каналов WLAN с FHSS оказывается невостребованным вследствие приемлемой ЭМС WLAN с DSSS.

Рис. 3.13. Скачкообразное изменение частоты двух каналов при FHSS

ЭМС станций WLAN с DSSS, работающих в различных частотных каналах и, соответственно, пространственное распределение WLAN на рассматривае­мой территории согласно исходному предназначению WLAN (внутри помеще­ний) определяется ограничениями на уровни излучаемой станциями мощности. Радиус зоны, покрываемой одной станцией внутри помещений, полагается рав­ным 30 м. Максимальные значения допустимой мощности излучения WLAN с DSSS в различных частотных диапазонах их применения иллюстрируются дан­ными табл. 3.8.

Приведенные ограничения для европейских стран относятся к значениям эффективной изотропной излучаемой мощности (Effective Isotropic Radiated Power – EIRP). В США ограничения мощности предполагают применение ан­тенн с коэффициентом усиления 6 дБ (соответственно, уровень EIRP являет­ся более высоким). В Японии нормы ограничений устанавливаются исходя из определения максимального значения излучаемой мощности по отношению к 1 МГц полосы DSSS-сигналов (для полосы в 22 МГц удельная норма 10 мВт/ МГц означает 220 мВт полной излучаемой мощности).

Таблица 3.8

Максимальные значения допустимой мощности излучения WLAN с DSSS

Диапазон

США

Европейские страны

Япония

1SM

1 Вт

100 мВт

10 мВт/МГц__

U-N11 1

40 мВт

________

U-N1I 2

200 мВт

 

U-N11 3

800 мВт

 

Типовой уровень излучаемой мощности станций, удовлетворяющих требо­ваниям Wi-Fi, составляет 50-100 мВт (например, для аппаратуры производства компании Cisco [6]).

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