Что такое шумоподобный сигнал

Что такое шумоподобный сигнал

В физическом плане, беспроводные сети значительно отличаются от сетей Ethernet, а вот с точки зрения логики работы, они весьма схожи. Отличие это выражается хотя бы в том, что воздушная среда передачи данных разительно отличается от витой пары. Многие последние технические разработки ведутся в области широкополосной беспроводной связи. Эти инновации и будут описаны ниже.

Принудительное расширение частотного спектра сигнала является основой приемо-передачи шумоподобных сигналов.

Наглядно, этот сигнал можно представить в виде совокупности синусоидальных гармоник, имеющих разную частоту и амплитуду. Следует учесть, что большая часть энергии импульса будет находиться в спектральной полосе, которая соответствует длительности передаваемого сигнала.

Процесс повышения надежности приема не сложен. Для этого просто необходимо внести в него избыточность. В роли избыточности выступает шумоподобный код или ЧИП (числовая последовательность). В результате, энергия сигнала распределяется по всему спектру.

В среде передачи (эфире) всегда присутствует шум. Были разработаны специальные последовательности, в их основу положена автокорреляция, которые выделяют ЧИП из этого шума. Это означает, что когда корреляция накладывается сам на себя (имея не большой сдвиг) будет возникать совпадение кода. Данное совпадение возникнет только при условии небольшого смещения. Наглядным примером такого кода служит 11-ти разрядный код Баркера (11100010010). Используют прямой и инверсный его вариант для передачи 1 и 0. В результате, появляется возможность выделить сигнал из шума и преобразовать его в узкополосный.

Следует подчеркнуть, что фазовая модуляция RadioEthernet по своей физической сути не сильно отличается от, например, xDSL. Такое сходство характерно для большинства таких систем.

Диапазон частот

Правом распределения частот среди желающих во многих странах обладают специальные службы по телекоммуникации. Кроме того, диапазоны частот 2400-2483,5 МГц и 5725-5875 МГц используется для передачи данных в промышленной, медицинской и научной сфере. Такое распределение было установлено на Всемирной Административной Радио Конференции (ВАРК).

Такой подход поспособствовал появлению большого числа беспроводных технологий (Wireless LAN). Изначально, задумывались такие решения для возможности мобильности пользователей внутри одного помещения или кампуса. За использования частоты в этих целях плата не взималась. На территории СНГ Wireless LAN так и не стало популярным. Такое оборудование провайдеры использовали для связи сетей областного масштаба между собой.

Ситуация с бесплатными каналами частот совсем иная в Украине. Здесь, как и в прошлом, процветает бюрократия: вся процедура регистрации очень сложная и запутанная. Кроме того, за частоту нужно платить, и не мало. Описывать здесь всю процедуру мы не будем. Укажем лишь, что только стоимость работ будет составлять десятки тысяч долларов США. Ждать изменения данной ситуации к лучшему в ближайшем будущем не приходится. Процесс упрощения и удешевления движется очень медленно.

Надо указать на то, что при этом тотальном контроле за средой, на практике отсутствуют реальные методы борьбы с пиратскими линиями связи. Во многих больших городах России пиратство расцвело на столько, что легальных операторов просто вытеснили с диапазон 2,4 ГГц. При этом средства, потраченные на лицензию, никто не вернул.

Борьба с пиратством усложнилась еще и тем, что для работы стало достаточно ноутбука с радиомодулем и некоторое активное оборудование, стоимость которого составляет до 100$. Следовательно, каждый, кто имеет такое оборудование уже потенциальный пират.

Методы передачи

В методе частотных скачков весь широкополосной диапазон 2,4 ГГц используется как одна полоса с 79 подканалами. В методе прямой последовательности широкая полоса разбита на несколько DSSS-каналов. Это значит, что одновременно, на одной полосе среды, независимо друг от друга, могут использоваться 3 канала. При этом, скорость передачи каждого из каналов, будет 2 Мбит/с.

Преимущества DSSS на лицо: большая дальность связи, устойчивость к узкополосным помехам, высокая производительность. Производительность составляет 2 Мбит/с на один канал, 6 Мбит/с на весь диапазон 2,4 ГГц.

Взаимодействие устройств

Параллельно, большими шагами идет развитие рынка беспроводного оборудования операторского класса. Здесь представлены MMDS, LMDS, OFDM (будущий 802.16а), фирменные технологии. В целом, ассортимент очень широк. Из-за такого количества новинок разобраться во всем этом многообразии оборудования порой очень непросто.

Ниже, мы попытаемся систематизировать всю информацию на практических примерах.

Группа IEEE 802.11.

Данная группа сегодня считается лидером на рынке. Остановим ваше внимание на том факте, что приведенные стандарты были разработаны и продолжают разрабатываться далее для нужд локальных сетей внутри помещения.

Другими словами, установленный нами хаб будет иметь характеристики хуже, чем у аналогичных проводных «братьев». Желательное число абонентов, подключенных к одному хабу (пропускная способность 11Mb/s)не должно превышать 15-ти человек.

Таким образом, это оборудование не применимо в более крупных сетях (район\город). Хоть такие сети и были выстроены во многих городах СНГ, их услугу никак нельзя назвать качественной.

Решением может выступать применение оборудования 802.11b, используя технологию точка-точка. Так же можно применять разнос нескольких точек на расстояние 7-8 километров.

Ниже приведена небольшая таблица характеристик для группы 802.11

Обращаем внимание, что в инструкции к любому беспроводному оборудованию указанная максимальная дальность передачи сигнала, относится к условиям, близким к идеальным. При этом должно использоваться дорогостоящее антенно-фидерное оборудование.

Если ориентироваться на крупных иностранных операторов, то те отказались от использования такого оборудование. Они аргументируют свой отказ тем, что на это оборудование нет никаких гарантированных характеристик.

Компаниями-производителями оборудования рассматриваемого стандарта являются: Cisco (aironet), Proxim (ORiNOCO), Micronet (SP), D-Link, Linksys и т.п.

MMDS и LMDS подобное оборудование

Изначально данное оборудование задумывалось для осуществления работы многоканального беспроводного телевидения, с перспективой переноса в высокочастотные спектры. На много позже, были реализованы технологии, которые дали возможность наложить стандарт цифровой передачи данных на радиосеть. В результате, все параметры цифрового потока данных отвечают этому стандарту.

При этом сохраняется возможность получения и воспроизведения телевизионных каналов. Их количество зависит от общего спектра системы. Если мощность передатчика будет достаточно высокой, то зона покрытия будет достигать до 40 километров.

Сеть, построенная по такому принципу, будет иметь достаточно высокую стоимость. Только получение частотного разрешения уже влетит в копеечку, а установка одной единицы базовой станции стоит от 150 тыс. долларов.

Фирменные технологии

Фирменные разработки появились вследствие отсутствия соответствующих стандартов на беспроводные сети. Кроме того, имеющиеся стандарты не имели гарантированных характеристик каналов. Самыми популярными на сегодняшний день являются: Tsunami (Proxim), Ultima3 (Wi-Lan), PacketWave(Aperto Networks) и Revolution (CompTek).

Разумеется, что для качественного функционирования радиоканала, одного хорошего активного оборудования не достаточно. Необходимо иметь и пассивное оборудование высокого качества (антенно-фидерный тракт). Не редки случаи, когда их цена значительно больше стоимости простого радиобриджа.

RG-8x doublescreen

Belden H-1000

Напомним, что потери будут расти с каждым следующим метром кабеля. Например, 20 м. RG-8x вызовут затухание порядка 20 * 0,76 = 15,2 Дб. Это сопоставимо с усилением, которое может дать хорошая антенна. Немаловажен и тот факт, что длинный кабель сам по себе является антенной. Он способен вбирать в себя все помехи из эфира. Для фильтрации сигнала предназначен узкополосный фильтр, который ставят на входе в активное устройство. Но он не всегда способен противостоять серьезной помехе. Если ставить еще один фильтр, мы дополнительно потеряем 3 Дб.

В результате, активное оборудование, нужно располагать как можно ближе к крыше. При этом следует учесть то, что при длине фидера более 30-40 метров возможны перебои со связью. В таких случаях используют мощные антенны и усилители.

Разъемы

Величина затухания в разъемах соответствует по величине затуханию в 1-2 метрам кабеля. Работать с разъемами следует очень аккуратно, т.к. даже небольшое количество влаги или грязи способно значительно увеличить затухание.

В связи с тем, что разъемы часто устанавливаются на крышах, велика вероятность попадания влаги внутрь.

Антенны

Из всех рассмотренных видов оборудования, необходимого для беспроводного радиосоединения, одним из самых важных элементов являются антенны. Существует огромное количество их разновидностей: логопериодические, параболические, вибраторные, панельные, коллинеарные (всенаправленные), волновой канал и др. Рассматривать в отдельности каждый из этих видов, мы не будем, сделаем лишь краткий обзор.

Все антенны делятся на три группы: узконаправленные, всенаправленные и секторные. Разделение на эти группы не предусматривает конструктивных отличий. Различия между представителями этих трех групп видны из их названия. Всенаправленные антенны используют для работы с несколькими точками, что предусматривает их использование для не больших базовых станций. Недостатком таких антенн является низкая степень защиты от помех. На практике, такие антенны перестают работать при высокой степени шума и не используются для связи между сегментами Ethernet-сетей.

Для возведения мощных базовых станций применяют несколько антенн (создают несколько секторов), которые имеют диаграмму направленности в 60-180 градусов. Эти сектора настраиваются на разные диапазоны, что дает им возможность не создавать помех дуг для друга. Для этих же целей антенны часто устанавливают в разной поляризации.

Самыми распространенными считаются панельные антенны и «волновой канал», связано это с хорошим соотношением цена/качество.

Ниже приведен пример панельной антенны FA-20 (усиление 20 Дб).

Достоинством данной антенны является ее узость диаграммы направленности. Недостатки – высокая стоимость ($50-70) и высокая степень заметности антенны на крыше.

Ниже представлен пример антенны, имеющей тип «волновой канал». Марка POLARIS-2450 (усиление 17 Дб).

Основным преимуществом POLARIS-2450-17 является ее внешняя схожесть с телевизионной. Она не дорогая ($20-40), но и не высокого качества.

Приведем еще один тип кустарной антенны – это «баночная». Такой тип часто используется в таких же кустарных сетях.

Грозозащита

Для любой антенны, расположенной на крыше здания, очень важным параметром является ее грозозащитные свойства. Сегодня самым распространенным типом антенн являются короткозамкнутые по постоянному току. Этот параметр очень надежно защищает антенну от атмосферного электричества. Здесь следует обратить внимание на надежность крепления антенны и его заземление.

Что касается «кустарных» (самодельных) антенн, то для них самой лучшей защитой является негрозоопасное место размещения. Можно, так же, применять отдельную газовую или четвертьволновую грозозащиту.

Непрямая видимость

Такой подход, зачастую, оправдывает себя. Однако, на примере телевизионного сигнала, становится ясно, что хороший прием гарантирован и в условиях отсутствия прямой видимости. Связано это с тем, что волны имеют свойство отражаться от различных поверхностей (стены, крыши и др.) для нужд связи по средствам радио-Ethernet этого хватает.

На сегодняшний день, производители специально выпускают такое оборудование, которое изначально поддерживает отраженный сигнал. Реализована эта функция на уровне методов кодирования. Теперь уже можно говорить о приеме сигнала, даже в условиях отсутствия прямой видимости. На практике такое встречается редко. Прием сигнала в таких условиях будет скорее исключением, чем правилом.

Источник

Способы формирования шумоподобных сигналов.

Существует несколько способов формирования ШПС, но в каждом случае должны быть выполнены следующие правила:

– расширение спектра сигнала посредством кода;

– кодовая синхронизация передающей и приемной стороны;

– уровень взаимных помех в системе не выше порогового;

– применение оптимальных кодовых последовательностей.

Существует 2 способа расширения базы сигнала:

– Быстрое скачкообразное изменение несущей – СИЧ.

– Прямое расширение спектра.

Общий принцип формирования ШПС состоит в умножении информационного сигнала (в бит/с) на определенный широкополосный сигнал, которого значительно превосходит ширину полосы частот исходного информационного сигнала.

На приеме полученный ШПС умножается на идентичный широкополосный опорный сигнал., сфазированный с аналогичным сигналом РПдУ, в результате чего ШПС «сворачивается» в узкополосный информационный сигнал.

В качестве ПСП в ШПС в основном применяются последовательности Баркера, которые обладают следующими очень важными свойствами:

1. В ПСП количество элементов и приблизительно одинаково.

2. АКФ и ВКФ таких ПСП близки к идеальным (сходна с АКФ белого шума).

3. Отрезок ПСП длины r, состоящей из элементов или встречается в среднем раз в последовательности с периодом повторений .

В качестве ШПС наиболее широкое применение находят сигналы ФМ. На рис.2 приведена система с прямым расширением спектра частот (СРС-ШПС-система с расширенным спекром).

Рис.2 Структурная схема системы с расширенным спектром частот

Принцип работы схемы (рис.2)

Непрерывное сообщение от ИС поступает на частотный модулятор, а затем осуществляется широкополосная ФМ с помощью генератора ПСП (ГПСП). Ширина спектра определяется длительностью элемента ПСП.

На рис.3 представлена схема для передачи дискретных сообщений (данных).

Рис.3 Структурная схема СРС для передачи дискретных сообщений.

Для расширения спектра сигнала, полученного на выходе модулятора, осуществляется его умножение на несущую, промодулированную ПСП .

После умножения имеем ФМ сигнал со скоростью изменения фаз, существенно превышающей скорость передачи данных.

Сигнал, который был на выходе модулятора данных, на приеме восстанавливается умножением принятого сигнала на синхронизированную копию ПСП.

На рис.4 приведена прямопоследовательная схема (DS), в которой еще до фазового модулятора осуществляется сложение по mod 2 кодированных символов с элементами ПСП; частота следования элементов ПСП во много раз больше скорости передачи на выходе кодера.

Рис.4 Структурная схема СРС с прямопоследовательным преобразованием

Чем больше база ШПС, тем выше его устойчивость к помехам различного вида, что диктует целесообразность выбора предельно больших величин для Б.

Практически ощутимую помехозащищенность обеспечивает база .

Формирование дискретных ШПС, как правило, основано на использовании ПСП, причем для системы может потребоваться несколько ПСП. При работе в сети каждый передатчик СРС-ПСП наделяется индивидуальной ПСП, что позволяет приемнику осуществлять селектирование интересующей его информации (см слайд – прием сигналов ПСП).

Все применяемые ПСП должны обладать свойством минимальной взаимной корреляции (в идеале – ортогональностью).

Как известно ПСП генерируется регистром с ОС (РОС). Возможность вскрытия ПСП зависит от ее длины. . В принципе по двум символам ПСП можно определить структуру РОС (алгоритм Берлекэнпа). Поэтому обычно непосредственно генерируемое ПСП не используется, а применяется ее логическое преобразование, что затрудняет вскрытие структуры формирующего РОС.

Системы СИЧ

При СИЧ расширение спектра осуществляется путем скачкообразного изменения частоты сигнала по псевдослучайному закону.

Основные элементы радиостанции, работающей в режиме СИЧ:

Генераторы ПСП управляют синтезаторами частоты на передающем и приемном концах линии.

На рис.5 представлена схема одноканальной цифровой СРС – СИЧ.

Порядок чередования частот определяется генератором ПСП, управляющим синтезатор частот РПдУ. Если изменение частоты синтезатора РПУ синхронизировано со скачками частоты принимаемого сигнала, то на выходе смесителя РПУ сохраняется .

Скачкообразное изменение частоты может быть быстрым и медленным.

В настоящее время еще не принят международный стандарт на скорости ППРЧ.

Возможно идти по двум направлениям классификации:

А) быстрое – если скачок происходит на каждом передаваемом символе.

Б) медленное – за время между скачками передаются два и более символов.

А) скорость менее смен частот в секунду – низкоскоростная ППРЧ, более – высокоскоростная ППРЧ. В промежутке среднескоростная.

Вполне очевидно, что с увеличением скорости СИЧ повышается защищенность от организованных помех и ухудшаются условия для обнаружения и пеленгования (увеличивается стоимость, ухудшается ЭМС, условия синхронизации). Целесообразно скачков \ сек.

Увеличение скорости СИЧ свыше скачков \ сек. Целесообразно …

В большинстве перспективных радиостанций скачков \ сек. (Может быть переменной.)

Возможно, применение систем со скачкообразным изменением времени излучения радиоимпульса. Расширение спектра происходит за счет сжатия информационного импульса длительностью в раз.

Излучаемый радиоимпульс длительностью «прыгает» по псевдослучайному закону

Во временном окне , разбитом на подинтервалов. Закон скачков формируется за счет ПСП.

1. ШПС позволяет организовать многоканальные системы связи с кодовым разделением

2. Формирование ШПС осуществляется двумя способами: СРС – ШПС и СРС – СИЧ.

Источник