الزامات عمومی برای ساخت یک شبکه ieee 802.11. تمام استانداردهای موجود شبکه های Wi-Fi

در حال حاضر، عمدتاً از سه استاندارد گروه IEEE 802.11 به طور گسترده استفاده می شود (نشان داده شده در جدول 1.1).

جدول 1.1 - مشخصات اصلی استانداردهای گروه IEEE 802.11

1.3.1 استاندارد IEEE 802.11g

استاندارد IEEE 802.11g که در سال 2003 به تصویب رسید، توسعه منطقی استاندارد 802.11b است و انتقال داده را در همان محدوده فرکانس، اما با سرعت های بالاتر فرض می کند. علاوه بر این، 802.11g به طور کامل با 802.11b سازگار است، به این معنی که هر دستگاه 802.11g باید دستگاه های 802.11b را پشتیبانی کند. حداکثر نرخ داده در 802.11g 54 مگابیت بر ثانیه است. هنگام توسعه استاندارد 802.11g، دو فناوری رقیب در نظر گرفته شد: روش OFDM تقسیم فرکانس متعامد، که از استاندارد 802.11a قرض گرفته شده و برای بررسی توسط Intersil پیشنهاد شده است، و کدگذاری کانولوشنال بسته های باینری. روش PBCC، ارائه شده توسط Texas Instruments. در نتیجه، استاندارد 802.11g حاوی یک راه حل مصالحه است: فناوری های OFDM و CCK به عنوان اصلی استفاده می شوند و استفاده از فناوری PBCC به صورت اختیاری ارائه می شود.

ایده کدگذاری کانولوشنال (Packet Binary Convolutional Coding، PBCC) به شرح زیر است. دنباله ورودی بیت های اطلاعات در رمزگذار کانولوشن به گونه ای تبدیل می شود که هر بیت ورودی با بیش از یک بیت خروجی مطابقت دارد. یعنی رمزگذار کانولوشنال اطلاعات اضافی خاصی را به دنباله اصلی اضافه می کند. به عنوان مثال، اگر هر بیت ورودی با دو بیت خروجی مطابقت داشته باشد، یکی از کدگذاری کانولوشنال با نرخی برابر با 1/2 صحبت می کند. اگر هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت داشته باشد، نرخ کدگذاری کانولوشنی از قبل 2/3 خواهد بود.

هر رمزگذار کانولوشنال بر اساس چندین سلول ذخیره سازی متوالی متصل و گیت های XOR ساخته می شود. تعداد سلول های ذخیره سازی تعداد حالت های رمزگذار ممکن را تعیین می کند. به عنوان مثال، اگر یک رمزگذار کانولوشنال از شش سلول ذخیره سازی استفاده کند، پس از آن رمزگذار اطلاعات مربوط به شش وضعیت سیگنال قبلی را ذخیره می کند و با در نظر گرفتن مقدار بیت ورودی، دریافت می کنیم که هفت بیت از دنباله ورودی در چنین رمزگذاری استفاده می شود. . به چنین رمزگذار کانولوشنی، رمزگذار هفت حالته می گویند.

بیت های خروجی تولید شده در رمزگذار کانولوشنال توسط عملیات XOR بین مقادیر بیت ورودی و بیت های ذخیره شده در سلول های حافظه تعیین می شوند، یعنی مقدار هر بیت خروجی تولید شده نه تنها به بیت اطلاعات ورودی بستگی دارد. بلکه در چندین بیت قبلی.

مزیت اصلی انکودرهای کانولوشن، مصونیت نویز توالی ای است که تشکیل می دهند. واقعیت این است که با افزونگی کدنویسی، حتی در صورت بروز خطا در دریافت، می توان دنباله بیت اصلی را به دقت بازیابی کرد. برای بازیابی دنباله بیت اصلی در سمت گیرنده، از رمزگشای Viterbi استفاده می شود.

دیبیت تولید شده در رمزگذار کانولوشن بعداً به عنوان نماد ارسالی استفاده می شود، اما ابتدا تحت مدولاسیون فاز قرار می گیرد. علاوه بر این، بسته به سرعت انتقال، مدولاسیون فاز باینری، مربع یا حتی هشت موقعیت امکان پذیر است.

برخلاف فناوری‌های DSSS (کدهای بارکر، توالی‌های CCK)، فناوری کدگذاری کانولوشن به دلیل استفاده از توالی‌های شبه نویز از فناوری گسترش طیف استفاده نمی‌کند، با این حال، گسترش طیف به استاندارد ۲۲ مگاهرتز نیز در این مورد ارائه می‌شود. برای این کار، از تغییرات صورت فلکی سیگنال QPSK و BPSK ممکن استفاده می شود.

روش در نظر گرفته شده رمزگذاری PBCC به صورت اختیاری در پروتکل 802.11b با سرعت های 5.5 و 11 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود. به طور مشابه، در پروتکل 802.11g برای نرخ انتقال 5.5 و 11 مگابیت بر ثانیه، این روش نیز اختیاری است. به طور کلی به دلیل سازگاری پروتکل های 802.11b و 802.11g، فناوری های کدگذاری و نرخ های ارائه شده توسط پروتکل 802.11b نیز در پروتکل 802.11g پشتیبانی می شوند. از این نظر، تا 11 مگابیت بر ثانیه، 802.11b و 802.11g یکسان هستند، با این تفاوت که 802.11g سرعت هایی را ارائه می دهد که 802.11b نمی دهد.

به صورت اختیاری، در پروتکل 802.11g، می توان از فناوری PBCC با سرعت انتقال 22 و 33 مگابیت بر ثانیه استفاده کرد.

برای سرعت 22 مگابیت بر ثانیه، در مقایسه با طرح PBCC که قبلاً در نظر گرفتیم، انتقال داده دارای دو ویژگی است. اول از همه، مدولاسیون فاز 8 موقعیت (8-PSK) استفاده می شود، یعنی فاز سیگنال می تواند هشت مقدار مختلف داشته باشد، که اجازه می دهد سه بیت در یک نماد رمزگذاری شود. علاوه بر این، یک رمزگذار Puncture به استثنای رمزگذار کانولوشنال به این طرح اضافه شده است. معنی این راه حل بسیار ساده است: افزونگی رمزگذار کانولوشن، برابر با 2 (برای هر بیت ورودی، دو بیت خروجی وجود دارد)، بسیار زیاد است و در شرایط خاصی از محیط نویز غیر ضروری است، بنابراین می توانید کاهش دهید. افزونگی به طوری که، برای مثال، هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد. برای این کار البته می توانید یک انکودر کانولوشن مناسب ایجاد کنید، اما بهتر است یک انکودر نقطه گذاری مخصوص به مدار اضافه کنید که به سادگی بیت های اضافی را از بین می برد. فرض کنید یک رمزگذار نقطه‌گذاری شده یک بیت را از هر چهار بیت ورودی حذف می‌کند. سپس هر چهار بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد. سرعت چنین رمزگذار 4/3 است. اگر چنین رمزگذاری پشت سر هم با یک رمزگذار کانولوشنال نرخ 1/2 استفاده شود، آنگاه نرخ کل رمزگذاری 2/3 خواهد بود، یعنی هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد.

PBCC در استاندارد IEEE 802.11g اختیاری است، در حالی که OFDM اجباری است. برای درک ماهیت فناوری OFDM، اجازه دهید تداخل چند مسیری را که هنگام انتشار سیگنال ها در یک محیط باز رخ می دهد، با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

اثر تداخل سیگنال چند مسیری این است که در نتیجه بازتاب های متعدد از موانع طبیعی، یک سیگنال می تواند به روش های مختلف وارد گیرنده شود. اما مسیرهای انتشار مختلف از نظر طول با یکدیگر متفاوت هستند و بنابراین تضعیف سیگنال برای آنها متفاوت خواهد بود. بنابراین، در نقطه دریافت، سیگنال حاصل تداخل بسیاری از سیگنال‌ها با دامنه‌های متفاوت و جابه‌جایی نسبت به یکدیگر در زمان است که معادل افزودن سیگنال‌هایی با فازهای مختلف است.

پیامد تداخل چند مسیری، اعوجاج سیگنال دریافتی است. تداخل چند مسیری در هر نوع سیگنالی ذاتی است، اما تأثیر منفی خاصی بر سیگنال های باند پهن دارد، زیرا هنگام استفاده از سیگنال باند پهن، در نتیجه تداخل، فرکانس های خاصی در فاز اضافه می شود که منجر به افزایش سیگنال می شود. و برخی، برعکس، خارج از فاز، باعث می شود سیگنال در یک فرکانس مشخص ضعیف شود.

صحبت از تداخل چند مسیری که در طول انتقال سیگنال رخ می دهد، دو مورد شدید ذکر شده است. در اولین مورد، حداکثر تاخیر بین سیگنال ها از مدت زمان یک نماد تجاوز نمی کند و تداخل در یک نماد ارسالی رخ می دهد. در حالت دوم، حداکثر تأخیر بین سیگنال ها بیشتر از مدت زمان یک نماد است، بنابراین در نتیجه تداخل، سیگنال هایی که نمادهای مختلف را نشان می دهند اضافه می شوند و به اصطلاح تداخل بین نمادی (Inter Symbol Interference، ISI) رخ می دهد.

تداخل بین نمادی بیشترین تأثیر منفی را بر اعوجاج سیگنال دارد. از آنجایی که یک نماد حالت گسسته یک سیگنال است که با مقادیر فرکانس حامل، دامنه و فاز مشخص می شود، دامنه و فاز سیگنال برای نمادهای مختلف تغییر می کند و بنابراین بازیابی سیگنال اصلی بسیار دشوار است.

به همین دلیل، در نرخ بیت بالا، از یک تکنیک کدگذاری داده به نام چندپلکسی تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) استفاده می شود. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که جریان داده های ارسالی در بسیاری از کانال های فرکانسی فرکانس توزیع می شود و انتقال به صورت موازی در تمام این کانال های فرعی انجام می شود. در این حالت، نرخ انتقال بالا دقیقاً به دلیل انتقال همزمان داده ها در تمام کانال ها حاصل می شود، در حالی که نرخ انتقال در یک زیر کانال جداگانه می تواند کم باشد.

با توجه به این واقعیت که در هر یک از زیر کانال های فرکانس می توان نرخ داده را خیلی زیاد نکرد، پیش نیازهایی برای سرکوب موثر تداخل بین نمادها ایجاد می شود.

تقسیم فرکانس مستلزم آن است که یک کانال مجزا به اندازه کافی باریک باشد تا اعوجاج سیگنال را به حداقل برساند و در عین حال به اندازه کافی گسترده باشد تا نرخ بیت مورد نیاز را فراهم کند. علاوه بر این، به منظور استفاده اقتصادی از کل پهنای باند کانالی که به کانال‌های فرعی تقسیم می‌شود، مطلوب است که کانال‌های فرکانس فرکانس را تا حد امکان نزدیک به یکدیگر مرتب کرده و از تداخل بین کانالی جلوگیری شود تا اطمینان حاصل شود. استقلال کامل آنها کانال های فرکانسی که شرایط فوق را برآورده می کنند، متعامد نامیده می شوند. سیگنال های حامل تمام کانال های فرکانس متعامد به یکدیگر هستند. مهم است که متعامد بودن سیگنال های حامل استقلال فرکانس کانال ها از یکدیگر و در نتیجه عدم وجود تداخل بین کانالی را تضمین کند.

روش در نظر گرفته شده برای تقسیم یک کانال پهن باند به زیر کانال های فرکانس متعامد، تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) نامیده می شود. برای پیاده سازی آن در فرستنده ها، از تبدیل فوریه معکوس سریع (IFFT) استفاده می شود که پیش مولتیپلکس شده را به n -کانال ها از زمان سیگنال می دهند O نمایش دهم در فرکانس

یکی از مزایای کلیدی OFDM ترکیب نرخ بیت بالا با مقاومت چند مسیره موثر است. البته خود فناوری OFDM انتشار چند مسیری را مستثنی نمی کند، اما پیش شرط هایی را برای از بین بردن اثر تداخل بین نمادی ایجاد می کند. واقعیت این است که بخشی جدایی ناپذیر از فناوری OFDM یک فاصله نگهبانی (Guard Interval، GI) است - یک تکرار چرخه ای انتهای یک نماد، که در ابتدای نماد متصل شده است.

فاصله محافظ بین نمادهای تکی مکث ایجاد می کند و اگر مدت زمان آن از حداکثر زمان تأخیر سیگنال در نتیجه انتشار چند مسیری بیشتر شود، تداخل بین نمادها رخ نمی دهد.

با فناوری OFDM، مدت بازه نگهبانی یک چهارم مدت زمان خود نماد است. در این حالت، نماد دارای مدت زمان 3.2 میکرو ثانیه است و فاصله نگهبانی 0.8 میکرو ثانیه است. بنابراین، مدت زمان نماد همراه با فاصله نگهبان 4 میکرو ثانیه است.

پروتکل 802.11g از مدولاسیون فازهای باینری و مربعی BPSK و QPSK با نرخ بیت کم استفاده می کند. هنگام استفاده از مدولاسیون BPSK، تنها یک بیت اطلاعات در یک نماد و در هنگام استفاده از مدولاسیون QPSK، دو بیت اطلاعات کدگذاری می شود. مدولاسیون BPSK برای انتقال داده با سرعت 6 و 9 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون QPSK با سرعت 12 و 18 مگابیت در ثانیه استفاده می شود.

برای انتقال در سرعت های بالاتر، مدولاسیون دامنه مربعی QAM (مدولاسیون دامنه چهارگانه) استفاده می شود که در آن اطلاعات با تغییر فاز و دامنه سیگنال کدگذاری می شود. پروتکل 802.11g از مدولاسیون 16-QAM و 64-QAM استفاده می کند. مدولاسیون اول 16 حالت سیگنال مختلف را در نظر می گیرد که به 4 بیت اجازه می دهد تا در یک نماد رمزگذاری شوند. دوم - 64 حالت سیگنال ممکن، که امکان رمزگذاری دنباله ای از 6 بیت را در یک نماد فراهم می کند. مدولاسیون 16-QAM در سرعت های 24 و 36 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون 64-QAM در سرعت های 48 و 54 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود.

1.3.2 استاندارد IEEE 802.11a

استاندارد IEEE 802.11a سرعت داده تا 54 مگابیت بر ثانیه را فراهم می کند. بر خلاف استاندارد پایه، مشخصات 802.11a برای عملکرد در محدوده فرکانس جدید 5 گیگاهرتز ارائه می شود. مالتی پلکس فرکانس متعامد (OFDM) به عنوان یک روش مدولاسیون سیگنال انتخاب شد که پایداری بالایی از ارتباط را در شرایط انتشار سیگنال چند مسیری تضمین می کند.

مطابق با قوانین FCC، محدوده فرکانس UNII به سه باند فرعی 100 مگاهرتز تقسیم می شود که از نظر محدودیت در حداکثر توان تابش متفاوت است. باند پایین (5.15 تا 5.25 گیگاهرتز) فقط 50 مگا وات، باند متوسط ​​(5.25 تا 5.35 گیگاهرتز) 250 مگا وات و باند بالا (5.725 تا 5.825 گیگاهرتز) 1 وات است. استفاده از سه زیر باند فرکانس با عرض کلی 300 مگاهرتز، استاندارد IEEE 802.11a را به گسترده ترین استانداردهای خانواده 802.11 تبدیل می کند و اجازه می دهد تا کل محدوده فرکانسی به 12 کانال تقسیم شود که هر کدام دارای عرض 20 مگاهرتز است. که هشت تای آنها در محدوده 200 مگاهرتز از 5.15 تا 5.35 گیگاهرتز قرار دارند و چهار کانال باقیمانده در محدوده 100 مگاهرتز از 5.725 تا 5.825 گیگاهرتز قرار دارند (شکل 1.3). در عین حال، چهار کانال فرکانس بالایی که بالاترین توان انتقال را ارائه می دهند، عمدتاً برای انتقال سیگنال در فضای باز استفاده می شود.

شکل 1.3 - تقسیم باند UNII به 12 زیر باند فرکانسی

استاندارد IEEE 802.11a بر اساس تکنیک تقسیم متعامد فرکانس (OFDM) است. برای جداسازی کانال، تبدیل فوریه معکوس با پنجره ای از 64 کانال فرکانس اعمال می شود. از آنجایی که عرض هر یک از 12 کانال تعریف شده در استاندارد 802.11a 20 مگاهرتز است، به نظر می رسد که هر فرکانس فرکانس متعامد (subcarrier) دارای عرض 312.5 کیلوهرتز است. با این حال، از 64 زیر کانال متعامد، تنها 52 مورد استفاده می شود، و 48 مورد از آنها برای انتقال داده ها (Data Tones) و بقیه برای انتقال اطلاعات خدمات (Pilot Tones) استفاده می شود.

از نظر تکنیک مدولاسیون، پروتکل 802.11a تفاوت چندانی با 802.11g ندارد. در نرخ بیت پایین، از مدولاسیون فازهای باینری و مربعی BPSK و QPSK برای تعدیل حامل های فرعی استفاده می شود. هنگام استفاده از مدولاسیون BPSK، تنها یک بیت اطلاعات در یک نماد رمزگذاری می شود. بر این اساس، هنگام استفاده از مدولاسیون QPSK، یعنی زمانی که فاز سیگنال می تواند چهار مقدار متفاوت داشته باشد، دو بیت اطلاعات در یک نماد کدگذاری می شوند. مدولاسیون BPSK برای انتقال داده با سرعت 6 و 9 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون QPSK با سرعت 12 و 18 مگابیت در ثانیه استفاده می شود.

برای نرخ بیت بالاتر، استاندارد IEEE 802.11a از مدولاسیون دامنه مربعات 16-QAM و 64-QAM استفاده می کند. در حالت اول، 16 حالت سیگنال مختلف وجود دارد که رمزگذاری 4 بیت را در یک نماد امکان پذیر می کند، و در حالت دوم، در حال حاضر 64 حالت سیگنال ممکن وجود دارد که امکان رمزگذاری دنباله ای از 6 بیت را در یک نشان می دهد. سمبل. مدولاسیون 16-QAM در سرعت های 24 و 36 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون 64-QAM در سرعت های 48 و 54 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود.

ظرفیت اطلاعاتی یک نماد OFDM بر اساس نوع مدولاسیون و تعداد حامل های فرعی تعیین می شود. از آنجایی که 48 حامل فرعی برای انتقال داده استفاده می شود، ظرفیت یک نماد OFDM 48 x Nb است، که در آن Nb لگاریتم باینری تعداد موقعیت های مدولاسیون است، یا به عبارت ساده تر، تعداد بیت هایی است که در یک نماد در یک رمزگذاری می شود. زیر کانال بر این اساس، ظرفیت یک نماد OFDM از 48 تا 288 بیت است.

ترتیب پردازش داده های ورودی (بیت ها) در استاندارد IEEE 802.11a به شرح زیر است. در ابتدا، جریان داده ورودی تحت یک عملیات درهم‌سازی استاندارد قرار می‌گیرد. پس از آن، جریان داده وارد رمزگذار کانولوشنال می شود. نرخ کدگذاری کانولوشنی (در ترکیب با کدگذاری نقطه ای) ممکن است 1/2، 2/3 یا 3/4 باشد. از آنجایی که نرخ کدگذاری کانولوشنال می تواند متفاوت باشد، هنگام استفاده از یک نوع مدولاسیون، نرخ داده متفاوت است. به عنوان مثال، مدولاسیون BPSK را در نظر بگیرید که در آن سرعت داده 6 یا 9 مگابیت بر ثانیه است. مدت زمان یک نماد همراه با فاصله گارد 4 میکرو ثانیه است که به این معنی است که نرخ تکرار پالس 250 کیلوهرتز خواهد بود. با توجه به اینکه در هر زیر کانال یک بیت کد گذاری شده است و در مجموع 48 زیر کانال وجود دارد، دریافت می کنیم که کل نرخ داده 250 کیلوهرتز در 48 کانال = 12 مگاهرتز خواهد بود. اگر در این حالت نرخ کدگذاری کانولوشنال 1/2 باشد (به ازای هر بیت اطلاعات یک بیت سرویس اضافه می شود)، نرخ اطلاعات نصف نرخ کامل، یعنی 6 مگابیت بر ثانیه خواهد بود. با نرخ کدگذاری کانولوشنال 3/4، به ازای هر سه بیت اطلاعات یک بیت سرویس اضافه می شود، بنابراین، در این مورد، نرخ مفید (اطلاعات) 3/4 نرخ کامل است، یعنی 9 مگابیت در ثانیه. به طور مشابه، هر نوع مدولاسیون مربوط به دو نرخ بیت متفاوت است (جدول 1.2).

جدول 1.2 - رابطه بین نرخ باود و نوع مدولاسیون در 802.11a

پس از رمزگذاری کانولوشن، جریان بیت تحت یک عملیات interleaving یا interleaving قرار می گیرد. ماهیت آن تغییر ترتیب بیت ها در یک نماد OFDM است. برای انجام این کار، دنباله بیت های ورودی به بلوک هایی تقسیم می شود که طول آن ها برابر با تعداد بیت های یک نماد OFDM (NCBPS) است. علاوه بر این، طبق یک الگوریتم خاص، یک جایگشت دو مرحله ای از بیت ها در هر بلوک انجام می شود. در مرحله اول، بیت ها به گونه ای جابجا می شوند که در هنگام ارسال نماد OFDM، بیت های مجاور بر روی حامل های فرعی غیر پیوسته منتقل می شوند. الگوریتم مبادله بیت در این مرحله معادل روش زیر است. در ابتدا، یک بلوک از بیت های طول NCBPS خط به خط (خط به خط) در ماتریسی حاوی 16 ردیف و NCBPS/16 ردیف نوشته می شود. سپس، بیت ها از این ماتریس خوانده می شوند، اما در ردیف (یا به همان روشی که نوشته شده اند، اما از ماتریس جابجا شده). در نتیجه چنین عملیاتی، ابتدا بیت های همسایه بر روی حامل های فرعی غیر پیوسته منتقل می شوند.

این مرحله با دومین مرحله تعویض بیت دنبال می‌شود، هدف از آن اطمینان از اینکه بیت‌های مجاور به طور همزمان در کمترین بیت‌های مهم گروه‌هایی که نماد مدولاسیون را در صورت فلکی سیگنال تعریف می‌کنند، ظاهر نمی‌شوند. یعنی بعد از مرحله دوم جایگشت، بیت های مجاور به طور متناوب در ارقام بالایی و پایینی گروه ها قرار می گیرند. این کار به منظور بهبود ایمنی سیگنال ارسالی نسبت به نویز انجام می شود.

پس از interleaving، دنباله بیت با توجه به تعداد موقعیت های نوع مدولاسیون انتخابی به گروه هایی تقسیم می شود و نمادهای OFDM تشکیل می شوند.

نمادهای OFDM تولید شده تحت یک تبدیل فوریه سریع قرار می گیرند که در نتیجه سیگنال های خروجی در فاز و مربع ایجاد می شود که سپس تحت پردازش استاندارد - مدولاسیون قرار می گیرند.

1.3.3 استاندارد IEEE 802.11n

این استاندارد در 11 سپتامبر 2009 تصویب شد. 802.11n از نظر سرعت انتقال با استانداردهای سیمی قابل مقایسه است. حداکثر سرعت انتقال 802.11n حدود 5 برابر سریعتر از وای فای کلاسیک است.

از مزایای اصلی استاندارد 802.11n می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- سرعت انتقال داده بالا (حدود 300 مگابیت بر ثانیه)؛

- پوشش یکنواخت، پایدار، قابل اعتماد و با کیفیت منطقه تحت پوشش ایستگاه، عدم وجود مناطق بدون پوشش.

– سازگاری با نسخه های قبلی استاندارد Wi-Fi.

ایرادات:

- مصرف برق بالا؛

- دو محدوده عملیاتی (تعویض احتمالی تجهیزات)؛

- تجهیزات پیچیده و بزرگتر

افزایش نرخ انتقال در استاندارد IEEE 802.11n اولاً با دو برابر کردن عرض کانال از 20 به 40 مگاهرتز و ثانیاً با پیاده سازی فناوری MIMO حاصل می شود.

فناوری MIMO (Multiple Input Multiple Output) شامل استفاده از چندین آنتن فرستنده و گیرنده است. بر اساس قیاس، سیستم های سنتی، یعنی سیستم هایی با یک آنتن فرستنده و یک آنتن گیرنده، SISO (Single Input Single Output) نامیده می شوند.

استاندارد IEEE 802.11n مبتنی بر فناوری OFDM-MIMO است. بسیاری از جزئیات فنی پیاده سازی شده در آن از استاندارد 802.11a به عاریت گرفته شده است، با این حال، استاندارد IEEE 802.11n استفاده از محدوده فرکانس پذیرفته شده برای استاندارد IEEE 802.11a و محدوده فرکانس پذیرفته شده برای IEEE 802.11b را فراهم می کند. استانداردهای /g یعنی دستگاه هایی که از استاندارد IEEE 802.11n پشتیبانی می کنند می توانند در محدوده فرکانس 5 یا 2.4 گیگاهرتز کار کنند.

شکل 1.4 - اصل پیاده سازی فناوری MIMO

دنباله ارسال شده به جریان های موازی تقسیم می شود که از آن سیگنال اصلی در انتهای گیرنده بازیابی می شود. برخی از پیچیدگی ها در اینجا به وجود می آید - هر آنتن سیگنال هایی را دریافت می کند که باید از یکدیگر جدا شوند. برای انجام این کار، یک الگوریتم ویژه توسعه یافته برای تشخیص سیگنال فضایی در انتهای گیرنده استفاده می شود. این الگوریتم مبتنی بر انتخاب حامل های فرعی است و هر چه تعداد آنها بیشتر باشد دشوارتر می شود. تنها عیب استفاده از MIMO پیچیدگی و حجیم بودن سیستم و در نتیجه مصرف انرژی بیشتر است.برای اطمینان از سازگاری بین ایستگاه های MIMO و ایستگاه های سنتی، سه حالت کار وجود دارد:

حالت میراث.

حالت مختلط (حالت مختلط).

حالت میدان سبز

هر حالت عملیات ساختار مقدمه خود را دارد - قسمت خدمات بسته، که شروع انتقال را نشان می دهد و برای همگام سازی گیرنده و فرستنده عمل می کند. مقدمه حاوی اطلاعاتی در مورد طول بسته و نوع آن، از جمله نوع مدولاسیون، روش کدگذاری انتخاب شده و همچنین تمام پارامترهای رمزگذاری است. برای جلوگیری از درگیری در عملکرد ایستگاه های MIMO و معمولی (با یک آنتن) در هنگام تبادل بین ایستگاه های MIMO، بسته با یک مقدمه و هدر ویژه همراه است. پس از دریافت چنین اطلاعاتی، ایستگاه هایی که در حالت قدیمی کار می کنند، ارسال را تا پایان جلسه بین ایستگاه های MIMO به تاخیر می اندازند. علاوه بر این، ساختار مقدمه برخی از وظایف اصلی گیرنده را تعریف می کند، مانند تخمین قدرت سیگنال دریافتی برای سیستم کنترل بهره خودکار، تشخیص شروع بسته، زمان و جابجایی فرکانس.

حالت های عملکرد ایستگاه های MIMO

حالت میراث این حالت برای تبادل بین دو ایستگاه با یک آنتن ارائه شده است. انتقال اطلاعات طبق پروتکل های 802.11a انجام می شود. اگر فرستنده یک ایستگاه MIMO و گیرنده یک ایستگاه معمولی باشد، در این صورت فقط از یک آنتن در سیستم فرستنده استفاده می شود و فرآیند انتقال مانند نسخه های قبلی استاندارد Wi-Fi است. اگر انتقال در جهت مخالف باشد - از یک ایستگاه معمولی به یک ایستگاه چند آنتنی، پس ایستگاه MIMO از آنتن های دریافت کننده زیادی استفاده می کند، اما در این مورد نرخ انتقال حداکثر نیست. ساختار مقدمه در این حالت مانند نسخه 802.11a است.

حالت مختلط. در این حالت، تبادل هم بین سیستم های MIMO و هم بین ایستگاه های معمولی انجام می شود. در این راستا، سیستم های MIMO بسته به نوع گیرنده، دو نوع بسته تولید می کنند. ایستگاه های معمولی کند هستند زیرا از سرعت بالا پشتیبانی نمی کنند و بین MIMO بسیار سریعتر است، اما نرخ بیت کندتر از حالت سبز است. مقدمه در بسته از یک ایستگاه معمولی مانند استاندارد 802.11a است و در بسته MIMO کمی تغییر کرده است. اگر فرستنده یک سیستم MIMO باشد، هر آنتن نه کل مقدمه، بلکه یک مقدمه چرخشی را منتقل می کند. به همین دلیل مصرف برق ایستگاه کاهش می یابد و کانال به طور موثرتری استفاده می شود. با این حال، همه ایستگاه های قدیمی نمی توانند در این حالت کار کنند. واقعیت این است که اگر الگوریتم همگام سازی دستگاه مبتنی بر همبستگی متقابل باشد، همگام سازی از بین می رود.

حالت میدان سبز این حالت از سیستم های MIMO نهایت بهره را می برد. انتقال فقط بین ایستگاه های چند آنتن با گیرنده های قدیمی امکان پذیر است. هنگامی که یک سیستم MIMO در حال ارسال است، ایستگاه های معمولی منتظر می مانند تا کانال آزاد شود تا از برخورد جلوگیری شود. در حالت میدان سبز، دریافت سیگنال از سیستم هایی که طبق دو طرح اول کار می کنند امکان پذیر است، اما انتقال به آنها امکان پذیر نیست. این کار به منظور حذف ایستگاه های تک آنتن از مبادله و در نتیجه افزایش سرعت کار انجام می شود. بسته ها با مقدمه هایی همراه هستند که فقط توسط ایستگاه های MIMO پشتیبانی می شوند. تمامی این اقدامات امکان استفاده حداکثری از قابلیت های سیستم های MIMO-OFDM را فراهم می کند. در تمام حالت های کار، محافظت در برابر تأثیر عملکرد یک ایستگاه همسایه باید برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال ارائه شود. در لایه فیزیکی مدل OSI، فیلدهای خاصی در ساختار مقدمه برای این مورد استفاده می شود که به ایستگاه اطلاع می دهد که یک انتقال در حال انجام است و زمان انتظار مشخصی مورد نیاز است. برخی از روش‌های امنیتی نیز در لایه پیوند داده اتخاذ می‌شوند. بسته به پهنای باند مورد استفاده، حالت های عملیات به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

1. حالت ارثی. این حالت برای هماهنگی با نسخه های قبلی Wi-Fi لازم است. هم از نظر سخت افزاری و هم از نظر پهنای باند که 20 مگاهرتز است بسیار شبیه به 802.11a/g است.

2. حالت دوگانه ارثی. این دستگاه‌ها از پهنای باند 40 مگاهرتز استفاده می‌کنند که همان داده‌ها در کانال‌های بالا و پایین (هر کدام 20 مگاهرتز عرض) ارسال می‌شود، اما با تغییر فاز 90 درجه. ساختار بسته به این واقعیت است که گیرنده یک ایستگاه معمولی است. تکرار سیگنال باعث کاهش اعوجاج و در نتیجه افزایش سرعت انتقال می شود.

3. حالت پهنای باند بالا. دستگاه ها از هر دو باند فرکانس - 20 و 40 مگاهرتز پشتیبانی می کنند. در این حالت، ایستگاه ها فقط بسته های MIMO را مبادله می کنند. سرعت شبکه حداکثر است.

4. حالت کانال برتر. این حالت فقط از نیمه بالایی باند 40 مگاهرتز استفاده می کند. ایستگاه ها می توانند هر بسته ای را مبادله کنند.

5. حالت کانال پایین تر. این حالت فقط از نیمه پایینی باند 40 مگاهرتز استفاده می کند. ایستگاه ها همچنین می توانند هر بسته ای را مبادله کنند.

روش هایی برای بهبود عملکرد

نرخ انتقال داده به عوامل زیادی (جدول 1.3) و مهمتر از همه، به پهنای باند بستگی دارد. هرچه گسترده تر باشد، نرخ ارز بالاتر است. عامل دوم تعداد نخ های موازی است. در استاندارد 802.11n حداکثر تعداد کانال 4 عدد می باشد.نوع مدولاسیون و روش کدگذاری نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. کدهای تصحیح خطا، که معمولاً در شبکه ها استفاده می شوند، شامل معرفی مقداری افزونگی هستند. اگر بیت های محافظ بیش از حد وجود داشته باشد، سرعت انتقال اطلاعات مفید کاهش می یابد. در استاندارد 802.11n، حداکثر نرخ رمزگذاری نسبی تا 5/6 است، یعنی به ازای هر 5 بیت داده، یک بیت اضافی وجود دارد. جدول 3 نرخ باود QAM و BPSK را فهرست می کند. مشاهده می شود که با سایر پارامترهای یکسان، مدولاسیون QAM سرعت بسیار بالاتری را ارائه می دهد.

جدول 1.3 - نرخ داده برای انواع مختلف مدولاسیون

فرستنده و گیرنده 802.11n

استاندارد IEEE 802.11n حداکثر چهار آنتن را برای نقطه دسترسی و آداپتور بی سیم اجازه می دهد. حالت اجباری به معنای پشتیبانی از دو آنتن در نقطه دسترسی و یک آنتن و آداپتور بی سیم است. استاندارد IEEE 802.11n هم کانال های استاندارد 20 مگاهرتز و هم کانال های دو عرض را ارائه می دهد. بلوک دیاگرام کلی فرستنده در شکل 1.5 نشان داده شده است. داده‌های ارسال شده از طریق یک درهم‌کننده ارسال می‌شوند، که صفر یا یک‌های اضافی را در کد قرار می‌دهد (به‌اصطلاح پوشاندن نویز شبه تصادفی) برای جلوگیری از دنباله‌های طولانی از کاراکترهای مشابه. سپس داده ها به N جریان تقسیم می شوند و به یک رمزگذار تصحیح خطای جلو (FEC) تغذیه می شوند. برای سیستم های دارای یک یا دو آنتن، N = 1، و اگر از سه یا چهار کانال انتقال استفاده شود، N = 2.

شکل 1.5 - ساختار کلی فرستنده MIMO-OFDM

دنباله کدگذاری شده به جریان های فضایی جداگانه تقسیم می شود. بیت‌های هر جریان به هم متصل می‌شوند (برای حذف خطاهای بلوک) و سپس مدوله می‌شوند. در مرحله بعد، جریان های فضا-زمانی تشکیل می شوند که از بلوک تبدیل فوریه معکوس سریع عبور کرده و به آنتن ها می رسند. تعداد جریان های فضا-زمان برابر با تعداد آنتن ها است. ساختار گیرنده شبیه ساختار فرستنده است که در شکل 1.6 نشان داده شده است، اما تمام اقدامات به ترتیب معکوس انجام می شود.

شکل 1.6 - ساختار کلی گیرنده MIMO-OFD

IEEE 802.11 (Wi-Fi)

شبکه های بی سیم استاندارد IEEE 802.11 در دو باند کار می کنند: 2.4……2.483 گیگاهرتز و در چندین باند نزدیک به 5 گیگاهرتز که بدون مجوز هستند. چندین توپولوژی ممکن وجود دارد:

• مناطق خدمات پایه مستقل (مجموعه های پایه مستقل، IBSS)
• نواحی خدمات اولیه (مجموعه های خدمات پایه، BSS)،
• مناطق خدمات گسترده (مجموعه خدمات گسترده، ESS).

یک منطقه خدمات پایه مستقل گروهی از ایستگاه ها است که مطابق با استاندارد 802.11 عمل می کنند و به طور مستقیم با یکدیگر در ارتباط هستند. از IBSS به عنوان یک شبکه ad-hoc یا ad-hoc نیز یاد می شود. روی انجیر شکل 6.8 نشان می دهد که چگونه سه ایستگاه مجهز به کارت رابط شبکه بی سیم (NIC) 802.11 می توانند یک IBSS را تشکیل دهند و مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

برنج. 6.8. شبکه اپیزودیک (ad-hoc).

فن آوری مناطق خدمات اولیه وجود یک ایستگاه ویژه را فرض می کند: نقاط دسترسی AP (نقطه دسترسی). نقطه دسترسی نقطه ارتباطی مرکزی برای همه BSS ها است. ایستگاه های مشتری مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند. در عوض، آنها پیام‌هایی را به نقطه دسترسی می‌فرستند و بسته‌های اطلاعاتی را از قبل به ایستگاه مقصد ارسال می‌کند. نقطه دسترسی ممکن است یک پورت Uplink داشته باشد که از طریق آن BSS به شبکه سیمی متصل می شود (به عنوان مثال، یک اتصال اترنت برای دسترسی به اینترنت). بنابراین BSS را یک شبکه با زیرساخت می نامند. روی انجیر 6.9 یک زیرساخت معمولی BSS را نشان می دهد.

برنج. 6.9. شبکه LAN بی سیم با زیرساخت

چندین زیرساخت BSS ممکن است از طریق واسط های uplink آنها به هم متصل شوند. در جایی که 802.11 وجود دارد، رابط آپلینک BSS را به سیستم توزیع (DS) متصل می کند. چندین BSS که از طریق یک سیستم توزیع به هم متصل شده اند، یک منطقه خدمات گسترده (ESS) را تشکیل می دهند. اتصال به سیستم توزیع نیازی به استفاده از اتصال سیمی ندارد. مشخصات استاندارد 802.11 به این کانال اجازه می دهد تا به عنوان یک کانال بی سیم ساخته شود. اما معمولاً پیوندهای بالا به سیستم توزیع، پیوندهای اترنت سیمی هستند. روی انجیر 6.10 نمونه ای از اجرای عملی ESS است.

منطقه ای که توسط BSS یا ESS با دسترسی به اینترنت پوشیده شده است، نقطه داغ نامیده می شود. "نقاط داغ" در هتل ها، فرودگاه ها، رستوران ها، خوابگاه های دانشجویی و فقط در خیابان ها ایجاد می شود. در پایان سال 2004، حدود 50000 "نقاط داغ" در جهان فعال بودند که تعداد کاربران آنها به
50 میلیون نفر گسترش سریع خدمات WLAN و تعداد زیاد تولید کنندگان سخت افزار مستلزم سازگاری سخت افزار و نرم افزار ارائه شده توسط شرکت های مختلف است. برای این منظور سازمان WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) در سال 1999 ایجاد شد که به زودی به اتحاد Wi-Fi تبدیل شد. این شامل توسعه دهندگان و سازندگان تجهیزات 802.11، اپراتورهای شبکه و کارشناسان است. هدف اصلی این اتحاد، صدور گواهینامه تجهیزات تولید شده به منظور اطمینان از تعامل دستگاه های Wi-Fi تولید شده توسط شرکت های مختلف است.

برنج. 6.10. منطقه خدمات شبکه بی سیم ESS گسترده

استاندارد 802.11 دارای 3 نوع است: 802.11a، b و g. در همه انواع، اطلاعات در حالت دسته ای، در فریم های جداگانه (بسته ها) منتقل می شود.

تجهیزات استاندارد 802.11b در محدوده 2.4 ... 0.2.483 گیگاهرتز کار می کنند. همانطور که گفته شد این محدوده بدون مجوز بوده و بسیاری از سیستم ها و دستگاه های دیگر در آن فعالیت می کنند. برای کاهش اثر تداخل در شبکه های 802.11b، 2 روش پیشنهاد شده است. اولین مورد استفاده، مانند استاندارد بلوتوث، از پرش فرکانس ها در طول ارسال هر فریم بعدی است. با این حال، در عمل معمولاً از روش دیگری استفاده می شود: گسترش مستقیم طیف با پر کردن نمادهای اطلاعاتی با یک کد درهم.

در نسخه کلاسیک 802.11b، اطلاعات به صورت نمادها با سرعت 1 MSym/s منتقل می شود. با مدولاسیون 2-PSK، سرعت انتقال داده در یک فریم 1 مگابیت در ثانیه و با 4-PSK 2 مگابیت در ثانیه است. هنگام استفاده از گسترش مستقیم طیف، هر نماد با یک دنباله تراشه m از 11 تراشه پر می شود (کد بارکر): +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 . نرخ تراشه در کانال رادیویی 11 مگابایت بر ثانیه و عرض کانال رادیویی 22 مگاهرتز است. در باند 2.4 گیگاهرتز، فرکانس‌های مرکزی 13 کانال رادیویی ثابت هستند: 2412، 2417، 2422، 2427، 2432، 2437، 2442، 2447، 2452، 2457، 2462 Hz و 2462. پس از دریافت، سیگنال تحت پردازش همبستگی قرار می گیرد که به طور قابل توجهی اثر تداخل را کاهش می دهد، مانند استانداردهای ارتباط سلولی با تقسیم کد کانال ها.

استفاده از یک کانال پهن باند، با نسبت سیگنال به نویز بالا (15 - 17 دسی بل)، امکان افزایش سرعت انتقال داده را فراهم می کند. در این حالت، درهم آمیختگی رها می شود و داده ها با نرخ نماد 11 MSym/s با مدولاسیون 4-PSK منتقل می شوند. برای بهبود کیفیت ارتباط در حین انتقال، از کدگذاری اضافی با کد مکمل CCK (Complementary Code Keying) استفاده می شود. نرخ داده در هر فریم می تواند 11 یا 5.5 مگابیت بر ثانیه باشد.

حداکثر توان فرستنده دستگاه های 802.11b در اروپا 100 مگاوات و در ایالات متحده 1 وات است.

دستگاه های 802.11a در سه باند فرعی با فرکانس 5 گیگاهرتز کار می کنند. در باند فرعی 5.15 .... 5.25 گیگاهرتز توان انتقال به 50 مگاوات محدود شده است، در زیر باند 5.25 .... 5.35 گیگاهرتز - 250 مگاوات، و در باند فرعی 5.725 .... 5.825 گیگاهرتز -
1 وات در این محدوده ها 12 کانال با عرض 20 مگاهرتز اختصاص داده شده است.

مزیت استاندارد 802.11a در مقایسه با 802.11b افزایش نرخ داده در هر فریم است: از 6 به 54 مگابیت در ثانیه. برای انجام این کار، استاندارد 802.11a از مدولاسیون OFDM استفاده می کند: تقسیم فرکانس متعامد Multiplexing - تقسیم فرکانس متعامد. این روش برای حذف تداخل بین نمادها در نرخ داده بالا استفاده می شود. بیایید یک مثال معمولی را در نظر بگیریم.

اجازه دهید یک انتقال از طریق کانال رادیویی با نرخ نماد B=40 Msymv/s وجود داشته باشد. هنگام ارسال بر روی یک فرکانس حامل، مدت زمان نماد s است. وضعیت انتقال چنین سیگنالی را در یک اتاق بزرگ (ایستگاه، فرودگاه، مرکز خرید - شکل 6.11) تصور کنید.

شکل 6.11. انتشار سیگنال چند مسیره

برای اینکه پرتوهای رو به جلو و عقب با 1 نماد تاخیر وارد شوند، تفاوت بین مسیرهای آنها باید فقط m باشد. چنین تاخیری را می توان حتی در یک اتاق نسبتاً بزرگ مشاهده کرد. برای رفع مشکل تداخل بین نمادها باید طول نماد را 10 و حتی بهتر از آن 100 برابر افزایش دهید. سپس تداخل بین نمادها در یک تفاوت مسیر 750 متری قابل توجه خواهد بود. از اینجا ایده زیربنایی OFDM را دنبال می کند: یک جریان داده پرسرعت را به بسیاری از جریان های جداگانه (ده ها!) تقسیم کنید، هر یک از جریان های فرعی را با فرکانس خاص خود ارسال کنید. subcarrier)، طول نماد را به واحد میلی ثانیه افزایش می دهد.

نماد تعمیم یافته مجموع نمادهایی است که بر روی آن منتقل می شود N Sحامل های فرعی همه حامل های فرعی می توانند از انواع مختلفی از مدولاسیون استفاده کنند: 2-PSK، 4-PSK، 8-PSK، 16-QAM یا 64-QAM. نمودار زمان بندی سیگنال OFDM در شکل نشان داده شده است. 6.12، جایی که شماره منزیر حامل های فردی برچسب گذاری شده اند.

برنج. 6.12. ساختار سیگنال OFDM

نمادها به طور خاص با مکث های مدت زمان از یکدیگر جدا می شوند تی ص، به طوری که در مورد یک سیگنال چند مسیره، نمادهای مجاور روی هم "خزنده" نشوند.

کل سیگنال OFDM در را می توان به صورت زیر نشان داد:

, (6.1)

دامنه پیچیده یک سیگنال ارسالی کجاست،

تی اس- زمان شروع هر شخصیت فردی،

Ts- مدت زمان نماد

الگوی طیفی سیگنال OFDM در شکل نشان داده شده است. 6.13.

برنج. 6.13. طیف سیگنال OFDM

برای اینکه بتوان سیگنال های ارسال شده بر روی حامل های فرعی مجاور را در هنگام دریافت تشخیص داد، همه سیگنال ها باید متعامد باشند. این شرایط در صورتی امکان پذیر است که فاصله بین حامل های فرعی مجاور باشد.

هنگام انتقال (تشکیل) یک سیگنال OFDM، از تبدیل فوریه گسسته معکوس (معکوس FFT) استفاده می شود. هنگام دریافت - تبدیل فوریه گسسته مستقیم (FFT). سیگنال OFDM در فرکانس کاهش یافته با انتقال بعدی طیف به فرکانس کانال رادیویی تولید می شود.

در استاندارد 802.11a از 48 حامل فرعی برای انتقال اطلاعات استفاده می شود (در مجموع 52). مدت زمان نماد Ts= 3.2 میکرو ثانیه، مدت زمان مکث Tp= 0.8 میکرو ثانیه فاصله بین فرکانس های مجاور مگاهرتز با مدولاسیون 2 بعد از ظهر در هر حامل فرعی، نرخ داده (بدون کدگذاری محافظ)

هنگام تغییر به روش های مدولاسیون چند موقعیتی

مگابیت بر ثانیه،

مگابیت بر ثانیه

بسته به موقعیت تداخل، استاندارد 802.11a استفاده از مدولاسیون تطبیقی ​​و طرح های کدگذاری را فراهم می کند. مشخصات اصلی استاندارد در جدول آورده شده است. 6.4.

جدول 6.4

استاندارد 802.11g ترکیبی از قابلیت های استانداردهای 802.11a و b در باند 2.4….2.483 گیگاهرتز است. مشخصات اصلی استاندارد در جدول آورده شده است. 6.5. علاوه بر CCK و OFDM، این استاندارد از کدگذاری کانولوشنال بسته باینری اضافی PBCC (کدگذاری کانولوشنال باینری بسته) با سرعت های مختلفی استفاده می کند.

جدول 6.5

دسترسی به شبکه ایستگاه های مشترک و امکان ارسال فریم ها در شبکه های 802.11 با استفاده از توابع مختصات انجام می شود. استفاده كردن تابع مختصات توزیع شده DCF (عملکرد هماهنگی توزیع شده) همه ایستگاه ها اولویت یکسانی دارند و کانال را بر اساس مسابقات با تایمر برگشتی اشغال می کنند. اصل عملکرد DCF در شکل 1 نشان داده شده است. 6.14.

برنج. 6.14. عملکرد ایستگاه ها در حالت DCF

ایستگاه های کاری به کانال رادیویی گوش می دهند و منتظر می مانند تا آزاد شود (انتقال حامل متوقف می شود). روی انجیر 6.14، ایستگاه 3 ابتدا ارسال می کند و ایستگاه های 1، 2 و 5 آماده انتقال هستند. پس از تکمیل کادر ایستگاه 3، یک شکاف اجباری بین قاب DIFS (34 ... 0.50 μs) دنبال می شود که پس از آن ایستگاه ها آماده ارسال بسته های خود شروع به مناقشه می کند. هر یک از ایستگاه ها تایمر مسابقه را شروع می کنند، جایی که اعداد تصادفی در پنجره مسابقه تنظیم می شوند: 0 ... .. 7، 0 ... 63، و سپس تا 127، 255، 511، 1023. از لحظه مسابقه شروع می شود، خواندن تایمرها با سرعت ساعت 9 ... 20 میکرو ثانیه آغاز می شود. اولین ایستگاهی که تایمر را تنظیم مجدد می کند، کانال را اشغال می کند (ایستگاه 2 در شکل 6.14). بقیه محتویات تایمرهایشان (بازگشت) را تا مسابقه بعدی به یاد می آورند. در طول انتقال، زمانی که دو ایستگاه به طور همزمان تایمرهای خود را به صفر تنظیم کنند، برخورد ممکن است (ایستگاه های 4 و 5 در شکل 6.14). این منجر به گسترش پنجره رقابت و به دنبال آن ارسال مجدد فریم ها می شود.

الگوریتم دسترسی واقعی مبتنی بر DCF از رویه ایمن تر استفاده می کند (شکل 6.15). ایستگاهی که در رقابت برنده می شود یک بسته درخواست کوتاه را به گیرنده RTS ارسال می کند درخواست ارسال، که تأیید آمادگی گیرنده برای دریافت CTS را دریافت می کند - پاک کردن برای ارسال. به دنبال آن یک چارچوب اطلاعاتی ارسال می شود. حلقه بسته تایید (یا غیر تایید) قاب ACK را خاتمه می دهد. به این ترتیب فایل ها با استفاده از پروتکل TCP / IP رد و بدل می شوند.

برنج. 6.15. روش دسترسی به شبکه بر اساس DCF

در چرخه انتقال، فریم‌های RTS - CTS - Data - ACK با فواصل کوتاه SIFS (10 ... 16 میکروثانیه) از هم جدا می‌شوند. ایستگاه هایی که در مبادله شرکت نمی کنند، با توجه به اطلاعات موجود در فریم های RTS و CTS در مورد مدت چرخه انتقال، بردارهای NAV خود را تنظیم می کنند (بردار تخصیص شبکه). NAV زمان خواندن تایمر است که در طی آن ایستگاه در حالت "خواب" است و تا زمانی که NAV به 0 تبدیل نشود، در بحث شرکت نمی کند.

روش دسترسی در نظر گرفته شده هنگام خواندن فایل ها از اینترنت استفاده می شود. با این حال، پخش ویدئو و علاوه بر این، تلفن IP را که در آن تاخیر سیگنال مجاز به شدت محدود شده است، اجازه نمی دهد. استاندارد جدید IEEE 802.11e از چهار کلاس ترافیک در شبکه های Wi-Fi پشتیبانی می کند که به ترتیب اولویت مرتب شده اند:

صدا - تلفن با کیفیت انتقال در سطح راه دور،

ویدئو - انتقال تلویزیون،

بهترین تلاش - خواندن فایل های اینترنتی،

پس زمینه - انتقال فایل با اولویت پایین.

این طبقه بندی مربوط به کلاس های خدمات شبکه های ارتباطی سیار نسل 3 است که امکان سازماندهی تعامل شبکه های تلفن همراه و Wi-Fi را فراهم می کند. اجرای استاندارد 802.11e فقط در شبکه های دارای اکسس پوینت امکان پذیر است که در آن تابع مختصات نقطه PCF (عملکرد هماهنگی نقطه). شکل 1 اصل عملکرد یک شبکه مبتنی بر PCF را نشان می دهد. 6.16.

فرآیند انتقال توسط AP تعیین می شود. زمان انتقال به سوپر فریم ها تقسیم می شود که مدت زمان آن به صورت تطبیقی ​​توسط AP تنظیم می شود و در حین انتقال قابل تغییر است. در ابتدای هر سوپر فریم، AP یک فریم بیکن را ارسال می کند. مدت زمان سوپرفریم، حداکثر اندازه فریم های اطلاعاتی و دوره بدون منازعه را تعیین می کند. در این زمان، تبادل اطلاعات بین اکسس پوینت و ایستگاه ها تنها با نظرسنجی AP صورت می گیرد (خود ایستگاه نمی تواند کانال را اشغال کند). همزمان با ارسال یک چارچوب نظرسنجی، AP می تواند یک چارچوب اطلاعاتی را نیز به ایستگاه ارسال کند. پایان دوره بدون مشاجره توسط AP با ارسال یک فریم CF-End مشخص می شود. پس از آن، ایستگاه ها، از جمله AP ها، یک کانال را بر اساس اختلاف اشغال می کنند. این روش دسترسی به شما امکان می دهد تا انتقال بسته های داده را با سرعت ثابتی سازماندهی کنید، که برای ترافیک تلفنی و جریانی ضروری است.

برنج. 6.16. انتقال داده بر اساس PCF

باید گفت که تابع مختصات نقطه PCF به طور کامل پارامترهای QoS را ارائه نمی دهد. برای پشتیبانی از کیفیت خدمات مورد نیاز، استاندارد ویژه 802.11e توسعه یافته است. مفهوم دسته های دسترسی AC را معرفی می کند که از گروه استانداردهای 802.1D مشتق شده اند و سطوح اولویت را تعریف می کنند. در مجموع 4 دسته دسترسی وجود دارد (جدول 6.6): صدا (صدا)، ویدیو (ویدئو)، بهترین تلاش (بهترین تلاش) و پس زمینه (پس زمینه). هر دسته با یک نوع داده مربوطه مرتبط است.

جدول 6.6

استاندارد 802.11e نوع جدیدی از دسترسی به رسانه را برای کیفیت خدمات تعریف می کند تابع مختصات ترکیبی (تابع هماهنگی ترکیبی، HCF). HCF دو مکانیسم دسترسی به رسانه را تعریف می کند:

· دسترسی به کانال L مبتنی بر محتوا.

· دسترسی به کانال کنترل شده.

دسترسی کانال مبتنی بر مناقشه مربوط به دسترسی گسترده کانال توزیع شده است ( افزایش دسترسی به کانال توزیع شده، EDCA) و دسترسی به کانال کنترل شده مربوط به دسترسی کانال کنترل شده HCF است ( دسترسی به کانال کنترل شده HCF، HCCA). در 802.11e، هنوز دو مرحله عملیات در یک سوپرفریم وجود دارد، دوره‌های جدال (CP) و دوره‌های بدون اختلاف (CFP). EDCA فقط در CP و HCCA در هر دو دوره استفاده می شود. HCF روش های PCF و DCF را با هم ترکیب می کند و به همین دلیل به آن هیبرید می گویند. نتیجه تبدیل معماری MAC در شکل 1 نشان داده شده است. 6.17.

برنج. 6.17 معماری MAC

ایستگاهی که به عنوان یک هماهنگ کننده مرکزی برای همه ایستگاه های موجود در یک مجموعه خدمات پایه که از QoS پشتیبانی می کند عمل می کند. پشتیبانی از QoS BSS، QBSS، هماهنگ کننده ترکیبی نامیده می شود ( هماهنگ کننده ترکیبی). مانند هماهنگ کننده نقطه، در داخل نقطه دسترسی قرار دارد. ایستگاه های مشتری که از QoS پشتیبانی می کنند، QSTA نامیده می شوند.

یک ایستگاه 802.11e که به یک رسانه دسترسی داده شده است، نباید از منابع رادیویی بیشتر از منابع مشخص شده در استاندارد استفاده کند. این مقدمه جدید قابلیت انتقال نام دارد ( فرصت انتقال، TXOP). TXOP بازه‌ای است که در طی آن یک ایستگاه اجازه ارسال بسته‌ها را دارد. با زمان شروع و مدت زمان آن تعریف می شود. TXOP که در دسترسی رسانه مبتنی بر مناقشه وجود دارد EDCA-TXOP نامیده می شود. به طور مشابه، TXOP که در دسترسی به رسانه کنترل شده وجود دارد، HCCA-TXOP نامیده می شود. مدت زمان EDCA-TXOP توسط پارامتر TXOPlimit محدود می شود، که مقدار آن به طور مداوم از طریق یک عنصر اطلاعات میدان قاب چراغ روشنایی خاص منتقل می شود.

یکی دیگر از پیشرفت‌های استاندارد این است که هیچ ایستگاهی نمی‌تواند زمانی که زمان ارسال یک قاب بیکن است، ارسال کند. این امر تاخیر مورد انتظار بیکن را کاهش می دهد، که به هماهنگ کننده هیبریدی کنترل بهتری بر محیط می دهد، به خصوص زمانی که یک CFP اختیاری بعد از قاب بیکن استفاده می شود.

در استاندارد جدید، یک ایستگاه می‌تواند بسته‌ها را مستقیماً به ایستگاه دیگری در QBSS بدون ارتباط با یک نقطه دسترسی ارسال کند. در استاندارد قدیمی، در داخل یک شبکه با زیرساخت، تمام بسته های تبادل داده بین ایستگاه ها تنها از طریق یک نقطه دسترسی عبور می کردند.

پشتیبانی QoS در EDCA استفاده از مفاهیمی مانند دسته های دسترسی و مجموعه ای از اشیاء بازگشتی مستقل را فراهم می کند. نهادهای عقب نشینی). هر ایستگاه 802.11e می‌تواند چندین شیء بازگشتی همزمان داشته باشد، با این اشیا اولویت‌های متفاوتی با توجه به مجموعه‌ای از پارامترهای دسته دسترسی خاص اختصاص داده می‌شود. مجموعه پارامتر EDCA). همانطور که در بالا ذکر شد، به ترتیب چهار دسته دسترسی وجود دارد، در هر ایستگاه چهار شی rollback وجود دارد (شکل 6.18). مجموعه پارامترهای EDCA با تعریف شکاف‌های بین فریم، پنجره‌های اختلاف و سایر پارامترها، دسترسی به رسانه را اولویت‌بندی می‌کند.

برنج. 6.18. چهار دسته دسترسی در یک ایستگاه

هر دسته دسترسی فواصل میان فریم خود را دارد ( فضای میان قاب داوری، AIFS)، شبیه به DIFS، اما با مدت زمان متفاوت. علاوه بر این، اندازه پنجره اختلاف بسته به اولویت ترافیک تغییر می کند.

6. 5. IEEE 802.16 - وایمکس

وایمکس-قابلیت همکاری در سراسر جهان برای دسترسی مایکروویو

جدول 6.7

ویژگی های اصلی استاندارد وایمکس

جدول 6.8

سازمان غیرانتفاعی وایمکس (World Interoperability for Microwave Access - تعامل تجهیزات دسترسی به شبکه در فرکانس های مایکروویو در سراسر جهان) برای ترویج توسعه تجهیزات بی سیم برای دسترسی به شبکه های پهن باند بر اساس مشخصات IEEE 802.16 برای شبکه های منطقه بی سیم تشکیل شد. صدور گواهینامه چنین تجهیزاتی برای سازگاری و قابلیت همکاری و سرعت بخشیدن به زمان عرضه به بازار.

استاندارد 802.16 عملکرد در محدوده های 2 ... 11 گیگاهرتز و 10-66 گیگاهرتز را فراهم می کند (شکل 6.1). در محدوده 10-66 گیگاهرتز، ارتباط رادیویی تنها در صورت دید مستقیم بین نقاط امکان پذیر است. در این محدوده از مدولاسیون حامل مستقیم (حالت تک حامل) استفاده می شود.

در محدوده 2…11 گیگاهرتز، مشخصات رابط رادیویی اجازه می دهد تا مشکل ارتباطات رادیویی را در شرایط چند مسیری و در غیاب خط دید (NLOS - Non-Line-Of-Sight) حل کند. رابط هوای WMAN-SC2 از مدولاسیون تک حامل، رابط هوای WMAN - OFDM - مدولاسیون فرکانس متعامد (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) با تبدیل فوریه سریع 256 نقطه و حداکثر 2048 نقطه استفاده می کند. محدوده فرکانس تایید شده برای پروفایل های وایمکس ثابت و متحرک در شکل 1 نشان داده شده است.

پروفایل های وایمکس ثابت شد– 3.5 گیگاهرتز (FDD): 3.5; 7; (256)

3.5 گیگاهرتز (TDD): 3.5; 7; (256)

5.8 گیگاهرتز (TDD): 10 (256)

پروفایل های وایمکس موبایل- 2.3 - 2.4 گیگاهرتز: 5 (512); 10 (1024); 8.75 (1024);

همه TDD ها 2.305 - 2.320 گیگاهرتز: 3.5 (512); 5 (512)

2.345 - 2.360 گیگاهرتز: 10 (1024)

2.496 - 2.69 گیگاهرتز: 5 (512); 10 (1024)

3.3 - 3.4 گیگاهرتز: 5 (512); 7 (1024); 10 (1024)

3.4 - 3.8 گیگاهرتز: 5 (512)

3.4 - 3.6 گیگاهرتز: 7 (1024)

3.6 - 3.8 گیگاهرتز: 10 (1024)

علاوه بر موارد ذکر شده، امکان تخصیص کانال ها در باندهای 5.7 گیگاهرتز وجود دارد.
1.710 - 1.755: 2.110 - 2.155 گیگاهرتز.

استاندارد 802.16 از رابط های زیر استفاده می کند:

1. WirelessMAN-SC (10 - 66 گیگاهرتز)

2. WirelessMAN-SCa (2 - 11 گیگاهرتز؛ باندهای مجاز)

3. WirelessMAN-OFDM (2 - 11 گیگاهرتز؛ باندهای مجاز)

6. WirelessMAN-OFDMA - دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس متعامد

(2 - 11 گیگاهرتز؛ باندهای مجاز)

5. WirelessHUMAN (2 تا 11 گیگاهرتز؛ باندهای بدون مجوز)

رابط های 3 و 5 قابلیت های Mesh را ارائه می دهند - شبکه با توپولوژی کامل برای سرعت بخشیدن به انتقال ترافیک.

تبدیل فوریه معکوس شکل موج OFDM را تعیین می کند. مدت زمان نماد مفید Tb است. آخرین قسمت Tg دوره نماد، به نام فاصله نگهبان، برای حذف اثر انتشار چند مسیری اجزای سیگنال متعامد استفاده می شود (شکل 6.19).

برنج. 6.19. قالب نماد در یک فرکانس

در حوزه فرکانس، سیگنال با ویژگی های طیفی مشخص می شود (شکل 6.20). این شامل حامل های فرعی برای انتقال داده ها، سیگنال های خلبان، و فواصل محافظ در لبه های باند قرار دارد.

برنج. 6.20. شرح سیگنال در حوزه فرکانس

نماد OFDM با پارامترهای زیر مشخص می شود:

BW پهنای باند کانال اسمی است.

Nused - تعداد زیر حامل های استفاده شده.

N نرخ نمونه برداری است. این پارامتر، همراه با BW و Nused، فاصله حامل فرعی و مدت زمان نماد را تعیین می کند. مقادیر مورد نیاز این پارامتر در جدول 6.6 تعریف شده است.

G نسبت مدت بازه نگهبانی (پیشوند) به زمان مفید است. این مقدار می تواند 1/4، 1/8، 1/16، 1/32 ترابایت باشد.

NFFT: تعداد نقاط تبدیل فوریه،

نرخ انفجار: Fs=طبقه (n*BW/0.008)*0.008 (BW- پهنای باند بر حسب مگاهرتز)،

-∆f: فاصله حامل فرعی، تعریف شده به صورت: Fs/NFFT،

Tb= 1/∆f – مدت زمان تبدیل نماد،

Tg=G*Tb – مدت زمان بازه نگهبانی (CP)،

Ts=Tb+Tg – مدت زمان نماد OFDM،

Ts/NFFT - فاصله نمونه برداری.

پارامترهای اصلی کانال های OFDM استاندارد 802.16a در جدول آورده شده است. 6.9.

جدول 6.9.

مدت زمان نمادها بسته به پهنای باند کانال در جدول آورده شده است. 6.10.

جدول 6.10

طرح های مدولاسیون و کدگذاری برای استاندارد 802.16-2004 در جدول خلاصه شده است. 6.11.

جدول 6.11

مقادیر نرخ انتقال بسته به نوع مدولاسیون و نرخ کد در جدول آورده شده است. 6.12، و الزامات مربوط به نسبت سیگنال به نویز در ورودی گیرنده برای طرح‌های مدولاسیون و کدگذاری مختلف در جدول. 6.13.

جدول 6.12

جدول 6.13

داده های لایه فیزیکی به عنوان یک دنباله پیوسته از فریم ها منتقل می شود. هر فریم مدت زمان ثابتی دارد (2 (2.5) ... 20 میلی‌ثانیه، بنابراین ظرفیت اطلاعاتی آن به نرخ نماد و روش مدولاسیون بستگی دارد. یک فریم از یک مقدمه، یک بخش کنترل و یک دنباله از بسته های داده تشکیل شده است. شبکه های IEEE 802.16 دوبلکس هستند. هم جداسازی FDD فرکانس و هم زمان TDD پیوند بالا و پایین امکان پذیر است.

با زمان دوبلکس شدن کانال‌ها، فریم به زیر فریم‌های پایین‌دست و بالادست تقسیم می‌شود (نسبت آنها را می‌توان در حین کار بسته به نیاز پهنای باند برای کانال‌های بالادستی و پایین‌دستی به طور انعطاف‌پذیر تغییر داد)، که توسط یک بازه محافظ ویژه از هم جدا می‌شوند. با دوبلکس شدن فرکانس، لینک بالا و پایین بر روی دو حامل منتقل می شوند (شکل 6.21).

برنج. 6.21. ساختار قاب برای TDD و FDD

در لینک پایین، اطلاعات ایستگاه پایه به صورت دنباله ای از بسته ها منتقل می شود. برای هر بسته، می توانید روش مدولاسیون و طرح کدگذاری داده را مشخص کنید - یعنی. بین سرعت انتقال و قابلیت اطمینان انتخاب کنید. TDM - بسته ها به طور همزمان برای تمام ایستگاه های مشترک منتقل می شوند، هر یک از آنها کل جریان اطلاعات را دریافت می کند و بسته های "خود" را انتخاب می کند. برای اینکه ایستگاه های مشترک بتوانند یک بسته را از بسته دیگر متمایز کنند، نقشه های کانال downlink (DL-MAP) و uplink (UL-MAP) در بخش کنترل ارسال می شود (شکل 6.22).

شکل 6.22. ساختار downlink

نقشه downlink مدت زمان فریم، تعداد فریم، تعداد بسته ها در زیر فریم لینک پایین و نقطه شروع و نوع پروفایل هر بسته را مشخص می کند. نقطه شروع در به اصطلاح اسلات های فیزیکی محاسبه می شود، هر شکاف فیزیکی برابر با چهار نماد مدولاسیون است.

یک پروفایل بسته لیستی از پارامترهای آن است، از جمله روش مدولاسیون، نوع کدگذاری FEC (با پارامترهای طرح های کدگذاری)، و همچنین محدوده مقادیر نسبت سیگنال به نویز در کانال دریافت کننده یک ایستگاه خاص. که در آن می توان این نمایه را اعمال کرد. ایستگاه پایه به صورت دوره‌ای فهرستی از پروفایل‌ها را در قالب پیام‌های کنترلی ویژه (توصیف‌کننده‌های DCD/UCD) و به هر نمایه یک عدد اختصاص می‌دهد که در نقشه پایین لینک استفاده می‌شود.

ایستگاه های مشترک از طریق مکانیسم کانال های تقسیم زمانی TDMA (دسترسی چندگانه تقسیم زمانی) به رسانه انتقال دسترسی پیدا می کنند. برای انجام این کار، در زیرفریم صعودی برای AU، ایستگاه پایه فواصل زمانی خاصی را ذخیره می کند - اسلات (شکل 6.23). اطلاعات مربوط به تخصیص اسلات بین بلندگوها در نقشه UL-MAP که در هر فریم پخش می شود، ثبت می شود. UL-MAP - از نظر عملکردی مشابه DL-MAP - تعداد اسلات ها در یک فریم فریم، نقطه شروع و شناسه اتصال برای هر یک از آنها و همچنین انواع پروفایل های همه بسته ها را نشان می دهد. پیام UL-MAP فریم فعلی ممکن است به این فریم یا فریم بعدی اشاره داشته باشد. نرخ مدولاسیون (نرخ نماد) در لینک بالا باید مانند لینک پایین باشد. توجه داشته باشید که برخلاف بسته‌های TDM پایین‌دست، هر بسته در لینک بالا با یک مقدمه شروع می‌شود - یک دنباله همگام‌سازی 16 یا 32 کاراکتری QPSK.

برنج. 6.23. ساختار Uplink

نمونه هایی از ساختار قاب با TDD در شکل نشان داده شده است. 6.24.

برنج. 6.24. نمونه ساختار قاب OFDM با TDD

در uplink، علاوه بر اسلات های اختصاص داده شده توسط BS برای SS های خاص، فواصل زمانی وجود دارد که SS می تواند پیامی برای ثبت نام اولیه در شبکه یا درخواست تغییر در پهنای باند کانال (ارائه کانال های درخواستی توسط DAMA) ارسال کند. - دسترسی چندگانه اختصاص داده شده به تقاضا).

لایه فیزیکی استاندارد IEEE 802.16 تحویل مستقیم جریان های داده بین BS و SS را فراهم می کند. تمامی وظایف مربوط به تشکیل این ساختارهای داده و همچنین مدیریت عملیات سیستم در سطح MAC (کنترل دسترسی متوسط) حل می شود. تجهیزات استاندارد IEEE 802.16 یک محیط حمل و نقل را برای کاربردها (خدمات) مختلف تشکیل می دهد.

شبکه‌های وایمکس از 4 نوع ترافیک با الزامات مختلف برای قابلیت اطمینان و تاخیر پشتیبانی می‌کنند:

UGS - خدمات اعطای ناخواسته - انتقال بلادرنگ سیگنال ها و جریان های تلفن (E1) و VoIP. تاخیر مجاز کمتر از 5 - 10 ms در یک جهت در BER = 10 -6 ... 10 -6 است.

rtPS - سرویس رای گیری زمان واقعی - جریان های بلادرنگ با بسته های با طول متغیر (فیلم MPEG).

nrtPS - سرویس رای گیری غیرواقعی - پشتیبانی از جریان های با طول متغیر هنگام انتقال فایل ها در حالت پهن باند.

BE - بهترین تلاش - بقیه ترافیک.

IEEE 802.11 - مجموعه ای از استانداردهای ارتباطی برای ارتباط در یک منطقه شبکه محلی بی سیم از باندهای فرکانس 0.9؛ 2.4; 3.6 و 5 گیگاهرتز

کاربران را بیشتر با نام Wi-Fi می شناسند که در واقع برندی است که توسط Wi-Fi Alliance پیشنهاد و تبلیغ می شود. به دلیل توسعه در دستگاه های محاسباتی الکترونیکی سیار: PDA ها و لپ تاپ ها گسترده شده است.

موسسه مهندسین برق و الکترونیک - IEEE (مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک) (I triple E - "Ai Triple and") یک انجمن بین المللی غیرانتفاعی از متخصصان در زمینه فناوری است که یک رهبر جهانی در توسعه استانداردهای رادیو الکترونیک و مهندسی برق.

در ابتدا، استاندارد IEEE 802.11 امکان انتقال داده ها از طریق یک کانال رادیویی را با سرعت حداکثر 1 مگابیت در ثانیه و به صورت اختیاری با سرعت 2 مگابیت در ثانیه در نظر گرفت. یکی از اولین استانداردهای شبکه بی سیم پرسرعت - IEEE 802.11a - در حال حاضر سرعت انتقال ناخالص تا 54 مگابیت بر ثانیه را تعریف کرده است. محدوده عملکرد استاندارد 5 گیگاهرتز است.

برخلاف نامش، استاندارد IEEE 802.11b که در سال 1999 به تصویب رسید، ادامه استاندارد 802.11a نیست، زیرا آنها از فناوری های مختلفی استفاده می کنند: DSSS (به طور دقیق تر، نسخه بهبود یافته آن از HR-DSSS)، فناوری DSSS (طیف گسترده توالی مستقیم). )، در 802.11b در برابر OFDM، OFDM (Eng. Orthogonal frequency-division multiplexing - multiplexing with orthogonal frequency division of channels)، در 802.11a. این استاندارد استفاده از باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز بدون مجوز را ارائه می کند. سرعت انتقال تا 11 مگابیت بر ثانیه.

محصولات IEEE 802.11b از تولیدکنندگان مختلف از نظر قابلیت همکاری آزمایش شده و توسط اتحادیه سازگاری اترنت بی‌سیم (WECA)، که اکنون بیشتر به عنوان اتحاد Wi-Fi شناخته می‌شود، تایید شده‌اند. محصولات بی سیم سازگار که توسط برنامه Wi-Fi Alliance آزمایش شده اند ممکن است با علامت Wi-Fi علامت گذاری شوند.

برای مدت طولانی، IEEE 802.11b استاندارد رایجی بود که اکثر شبکه های محلی بی سیم بر اساس آن ساخته می شدند. اکنون جای آن را استاندارد IEEE 802.11g گرفته است که به تدریج با استاندارد IEEE 802.11n پرسرعت جایگزین می شود.

پیش نویس IEEE 802.11g در اکتبر 2002 تصویب شد. این استاندارد از باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز استفاده می کند که سرعت اتصال تا 54 مگابیت در ثانیه (ناخالص) را فراهم می کند، بنابراین از استاندارد IEEE 802.11b که سرعت اتصال تا 11 مگابیت در ثانیه را ارائه می دهد، پیشی می گیرد. علاوه بر این، سازگاری با استاندارد 802.11b را تضمین می کند. سازگاری عقب IEEE 802.11g را می توان در حالت مدولاسیون DSSS پیاده سازی کرد که در این صورت سرعت اتصال به یازده مگابیت در ثانیه یا در حالت مدولاسیون OFDM که سرعت آن می تواند به 54 مگابیت در ثانیه برسد محدود می شود. بنابراین، این استاندارد در هنگام ساخت شبکه های بی سیم قابل قبول ترین است.

ماهیت انبوه فناوری های ارتباطی بی سیم در زمان ما به سادگی شگفت انگیز است. فناوری IEEE 802.11 سزاوار یک موضوع جداگانه است. تقریباً غیرممکن است که مکانی را در شهر پیدا کنید که لپ تاپ یا تبلت حداقل یک شبکه Wi-Fi را "پیدا نکرده باشد". در هر کافه، ساختمان بلند یا اداری، می توانید چندین برنامه پخش پیدا کنید. بسیار دشوار است که توجه راحتی را که این فناوری در اختیار ما قرار می دهد، دست کم بگیریم.

وای فای که ما امروزه از آن استفاده می کنیم مسیری طولانی و دشوار را برای راحتی کاربر طی کرده است که همه ما به آن عادت کرده ایم. بسیاری از استانداردها با ویژگی‌های انتقال و محدوده فرکانس خاص خود چیزی را شکل داده‌اند که بدون آن زندگی یک متخصص فناوری اطلاعات یا فقط یک فرد مدرن قابل تصور نیست. ما در تاریخ غوطه ور نخواهیم شد، اما فقط توجه داشته باشیم که در حال حاضر استانداردهای 802.11g و 802.11n به طور فعال استفاده می شوند که در باند 2.4 گیگاهرتز کار می کنند. منابع زیادی برای تداخل شبکه های بی سیم در زندگی روزمره وجود دارد، اما آنها مشکل اصلی نیستند. مقصر بیشتر ناراحتی ها، خود نقطه وای فای یا به عبارت دقیق تر، تعداد زیادی از آنها نزدیک به یکدیگر است. با توجه به محبوبیت این فناوری و اشباع بالای مکان های پخش، کاربران ممکن است با مشکلاتی در عملکرد مواجه شوند. یک خوشه بزرگ از شبکه‌های بی‌سیم می‌تواند باعث اثر قرار دادن فرکانس‌ها بر روی هم شود که باعث کاهش سرعت انتقال یا قطع کامل اتصال می‌شود. این نقص قابل توجه که ناشی از رواج فناوری بی سیم بود، یکی از فراخوان های بلند در WECA برای پیاده سازی استاندارد IEEE 802.11ac بود.

سال هاست که درباره استاندارد بی سیم جدید IEEE 802.11n صحبت می شود. قابل درک است، زیرا یکی از اشکالات اصلی استانداردهای ارتباط بی سیم IEEE 802.11a/b/g، سرعت انتقال داده بسیار پایین است. در واقع، توان عملیاتی تئوری پروتکل های IEEE 802.11a/g تنها 54 مگابیت در ثانیه است، در حالی که سرعت انتقال داده واقعی از 25 مگابیت بر ثانیه تجاوز نمی کند. استاندارد جدید ارتباط بی سیم IEEE 802.11n باید سرعت انتقال تا 300 مگابیت در ثانیه را ارائه دهد که در پس زمینه 54 مگابیت در ثانیه بسیار وسوسه انگیز به نظر می رسد. البته نرخ واقعی داده در استاندارد IEEE 802.11n همانطور که نتایج آزمایش نشان می دهد از 100 مگابیت بر ثانیه بیشتر نمی شود، اما حتی در این حالت نیز نرخ واقعی داده چهار برابر استاندارد IEEE 802.11g است. استاندارد IEEE 802.11n هنوز در نهایت تصویب نشده است (این باید قبل از پایان سال 2007 اتفاق بیفتد)، اما اکنون تقریباً تمام تولید کنندگان تجهیزات بی سیم شروع به انتشار دستگاه های سازگار با نسخه اولیه (Draft) استاندارد IEEE 802.11n کرده اند.
در این مقاله به مفاد اساسی استاندارد جدید IEEE 802.11n و تفاوت های اصلی آن با استانداردهای 802.11a/b/g خواهیم پرداخت.

ما قبلاً در مورد استانداردهای ارتباط بی سیم 802.11a/b/g با جزئیات کافی در صفحات مجله خود صحبت کرده ایم. بنابراین، در این مقاله ما آنها را با جزئیات شرح نمی دهیم، با این حال، برای اینکه تفاوت های اصلی بین استاندارد جدید و پیشینیان آن آشکار شود، باید مقالات منتشر شده قبلی در این موضوع را هضم کنیم.

با توجه به تاریخچه استانداردهای ارتباط بی سیم مورد استفاده برای ایجاد شبکه های محلی بی سیم (شبکه محلی بی سیم، WLAN)، احتمالاً شایسته است استاندارد IEEE 802.11 را به خاطر بسپاریم، که اگرچه دیگر به شکل خالص آن یافت نمی شود، اما مولد همه موارد دیگر است. استانداردهای ارتباط بی سیم برای شبکه ها WLAN.

استاندارد IEEE 802.11

استاندارد 802.11 استفاده از محدوده فرکانسی از 2400 تا 2483.5 مگاهرتز را فراهم می کند، یعنی محدوده ای با عرض 83.5 مگاهرتز که به چندین کانال فرکانس تقسیم می شود.

استاندارد 802.11 مبتنی بر فناوری طیف گسترده (SS) است که به این معنی است که سیگنال اطلاعات مفید اولیه با باند باریک (از نظر عرض طیف) در حین انتقال به گونه ای تبدیل می شود که طیف آن بسیار گسترده تر از طیف است. سیگنال اصلی همزمان با گسترش طیف سیگنال، توزیع مجدد چگالی انرژی طیفی سیگنال رخ می دهد - انرژی سیگنال نیز روی طیف "لکه دار" می شود.

پروتکل 802.11 از فناوری Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) استفاده می کند. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که به منظور گسترش طیف یک سیگنال باند باریک اولیه، یک دنباله تراشه در هر بیت اطلاعات ارسالی تعبیه شده است که دنباله ای از پالس های مستطیلی است. اگر مدت زمان یک تراشه پالس شود nبرابر کمتر از مدت زمان بیت اطلاعات، سپس عرض طیف سیگنال تبدیل شده خواهد بود. nبرابر عرض طیف سیگنال اصلی. در این حالت، دامنه سیگنال ارسالی کاهش می یابد nیک بار.

دنباله‌های تراشه‌های تعبیه‌شده در بیت‌های اطلاعاتی، کدهای نویز مانند (PN-sequences) نامیده می‌شوند، که بر این واقعیت تأکید می‌کند که سیگنال حاصل مانند نویز می‌شود و تشخیص آن از نویز طبیعی دشوار است.

نحوه گسترش طیف سیگنال و غیر قابل تشخیص آن از نویز طبیعی قابل درک است. برای انجام این کار، در اصل، می توانید از یک دنباله تراشه دلخواه (تصادفی) استفاده کنید. با این حال، این سوال مطرح می شود که چگونه می توان چنین سیگنالی را دریافت کرد. از این گذشته، اگر به نویز تبدیل شود، استخراج سیگنال اطلاعات مفید از آن، در صورت امکان، چندان آسان نیست. با این وجود، می توان این کار را انجام داد، اما برای این کار لازم است دنباله تراشه بر این اساس انتخاب شود. توالی‌های تراشه‌ای که برای گسترش طیف سیگنال استفاده می‌شوند باید الزامات خودهمبستگی خاصی را برآورده کنند. خودهمبستگی در ریاضیات به معنای درجه شباهت یک تابع به خودش در مقاطع مختلف زمانی است. اگر چنین توالی تراشه‌ای را انتخاب کنیم که تابع همبستگی خودکار تنها برای یک لحظه در زمان پیک مشخصی داشته باشد، آنگاه می‌توان چنین سیگنال اطلاعاتی را در سطح نویز تشخیص داد. برای انجام این کار، در گیرنده، سیگنال دریافتی در دنباله تراشه ضرب می شود، یعنی تابع همبستگی خودکار سیگنال محاسبه می شود. در نتیجه سیگنال دوباره باریک می شود، بنابراین در یک باند فرکانسی باریک برابر با دو برابر نرخ انتقال فیلتر می شود. هر تداخلی که در باند سیگنال پهن باند اصلی بیفتد، پس از ضرب در دنباله تراشه، برعکس، به پهنای باند تبدیل می شود و توسط فیلترها قطع می شود و تنها بخشی از تداخل به باند اطلاعات باریک می افتد که بسیار زیاد است. قدرت کمتری نسبت به تداخل اعمال شده در ورودی گیرنده دارد.

تعداد زیادی توالی تراشه وجود دارد که الزامات همبستگی خودکار مشخص شده را برآورده می کند، اما کدهای به اصطلاح Barker برای ما جالب هستند، زیرا در پروتکل 802.11 استفاده می شوند. کدهای بارکر بهترین ویژگی های نویز مانند را در میان توالی های شبه تصادفی شناخته شده دارند که منجر به کاربرد گسترده آنها شده است. خانواده پروتکل های 802.11 از کد Barker استفاده می کنند که 11 تراشه طول دارد.

به منظور انتقال سیگنال، توالی بیت اطلاعات در گیرنده با استفاده از یک گیت XOR (OR انحصاری) مدول 2 (mod 2) به کد 11 تراشه ای Barker اضافه می شود. بنابراین، یک منطقی توسط دنباله بارکر مستقیم، و یک صفر منطقی توسط دنباله معکوس منتقل می شود.

استاندارد 802.11 دو حالت سرعت - 1 و 2 مگابیت در ثانیه را ارائه می دهد.

با نرخ اطلاعات 1 مگابیت در ثانیه، نرخ تکرار تراشه های منفرد از توالی Barker 11x106 تراشه در ثانیه است و پهنای باند چنین سیگنالی 22 مگاهرتز است.

با توجه به اینکه عرض محدوده فرکانس 83.5 مگاهرتز است، متوجه می شویم که در مجموع در این محدوده فرکانسی، سه کانال فرکانس غیر همپوشانی می توانند جای بگیرند. با این حال، کل محدوده فرکانس معمولاً به 11 کانال فرکانس همپوشانی با فرکانس 22 مگاهرتز با فاصله 5 مگاهرتز از هم تقسیم می شود. به عنوان مثال، کانال اول محدوده فرکانس 2400 تا 2423 مگاهرتز را اشغال می کند و حول فرکانس 2412 مگاهرتز متمرکز است. کانال دوم حدود 2417 مگاهرتز و آخرین کانال یازدهم در مرکز 2462 مگاهرتز است. با این حساب، کانال های 1، 6 و 11 با یکدیگر همپوشانی ندارند و نسبت به یکدیگر فاصله 3 مگاهرتزی دارند. این سه کانال هستند که می توانند مستقل از یکدیگر استفاده شوند.

برای تعدیل سیگنال حامل سینوسی با سرعت اطلاعات 1 مگابیت بر ثانیه، از مدولاسیون فاز باینری نسبی (Differential Binary Phase Shift Key، DBPSK) استفاده می شود.

در این حالت، رمزگذاری اطلاعات به دلیل تغییر فاز سیگنال سینوسی نسبت به حالت قبلی سیگنال رخ می دهد. مدولاسیون فاز باینری دو مقدار تغییر فاز ممکن را فراهم می کند - 0 و p. سپس یک صفر منطقی را می توان با یک سیگنال درون فازی (تغییر فاز 0) و یک واحد را با سیگنالی که با p تغییر فاز داده است، منتقل کرد.

نرخ اطلاعات 1 مگابیت در ثانیه در استاندارد IEEE 802.11 (نرخ دسترسی پایه) اجباری است، اما 2 مگابیت در ثانیه (نرخ دسترسی پیشرفته) اختیاری است. برای انتقال داده ها با این سرعت، از همان فناوری DSSS با کدهای بارکر 11 تراشه ای استفاده می شود، اما مدولاسیون فاز مربعی نسبی (Differential Quadrature Phase Shift Key) برای تعدیل موج حامل استفاده می شود.

در پایان، با توجه به لایه فیزیکی پروتکل 802.11، توجه می کنیم که با سرعت اطلاعات 2 مگابیت بر ثانیه، نرخ تکرار تراشه های جداگانه از توالی Barker یکسان باقی می ماند، یعنی 11x106 تراشه در ثانیه، و بنابراین پهنای باند سیگنال ارسالی تغییر نمی کند.

استاندارد IEEE 802.11b

استاندارد IEEE 802.11 با استاندارد IEEE 802.11b جایگزین شد که در جولای 1999 تصویب شد. این استاندارد به نوعی توسعه دهنده پروتکل پایه 802.11 است و علاوه بر سرعت های 1 و 2 مگابیت بر ثانیه، سرعت های 5.5 و 11 مگابیت بر ثانیه را در نظر می گیرد که به اصطلاح از کدهای مکمل (Complementary Code Keying, CCK) استفاده می شود. .

کدهای مکمل یا دنباله‌های CCK این خاصیت را دارند که مجموع توابع خودهمبستگی آنها برای هر جابجایی چرخه‌ای غیر صفر همیشه صفر است، بنابراین مانند کدهای بارکر می‌توان از آنها برای تشخیص سیگنال در پس‌زمینه نویز استفاده کرد.

تفاوت اصلی بین دنباله‌های CCK و کدهای بارکر که قبلاً در نظر گرفته شده‌اند این است که یک دنباله کاملاً تعریف‌شده وجود ندارد که بتوان با آن صفر منطقی یا یک را رمزگذاری کرد، بلکه مجموعه کاملی از دنباله‌ها را رمزگذاری کرد. این شرایط رمزگذاری چند بیت اطلاعات را در یک نماد ارسالی ممکن می کند و در نتیجه نرخ انتقال اطلاعات را افزایش می دهد.

در استاندارد IEEE 802.11b، ما در مورد توالی های 8 تراشه ای مکمل و پیچیده صحبت می کنیم که بر روی مجموعه ای از عناصر پیچیده که مقادیر را می گیرند (1, -1, +j، –j}.

نمایش پیچیده یک سیگنال یک ابزار ریاضی مناسب برای نمایش سیگنال مدوله شده فاز است. بنابراین، مقدار توالی برابر با 1 مربوط به سیگنالی است که با سیگنال ژنراتور در فاز است و مقدار توالی برابر با -1 مربوط به سیگنال ضد فاز است. مقدار توالی برابر است j- یک سیگنال با p/2 در فاز جابجا می شود و مقدار برابر است با - j، - سیگنال در فاز به میزان –p/2 جابجا شده است.

هر عنصر از دنباله CCK یک عدد مختلط است که مقدار آن توسط یک الگوریتم نسبتاً پیچیده تعیین می شود. در مجموع 64 مجموعه از توالی های احتمالی CCK وجود دارد که انتخاب هر یک از آنها با ترتیب بیت های ورودی تعیین می شود. برای انتخاب منحصر به فرد یک دنباله CCK، باید شش بیت ورودی را بدانید. بنابراین، در پروتکل IEEE 802.11b، هر کاراکتر با استفاده از یکی از 64 دنباله CKK هشت بیتی ممکن کدگذاری می شود.

با سرعت 5.5 مگابیت بر ثانیه، 4 بیت داده در یک نماد و با سرعت 11 مگابیت در ثانیه، 8 بیت داده رمزگذاری می شوند. در عین حال، در هر دو حالت، نرخ انتقال نماد 1.385x106 نماد در ثانیه است (11/8 = 5.5/4 = 1.385)، و با توجه به اینکه هر نماد با یک دنباله 8 تراشه مشخص می شود، به دست می آوریم که در هر دو در موارد نرخ تکرار هر تراشه 11x106 تراشه در ثانیه است. بر این اساس، عرض طیف سیگنال در هر دو 11 و 5.5 مگابیت بر ثانیه 22 مگاهرتز است.

استاندارد IEEE 802.11g

استاندارد IEEE 802.11g که در سال 2003 به تصویب رسید، توسعه منطقی استاندارد 802.11b است و انتقال داده را در همان محدوده فرکانس، اما با سرعت های بالاتر فرض می کند. علاوه بر این، 802.11g به طور کامل با 802.11b سازگار است، به این معنی که هر دستگاه 802.11g باید دستگاه های 802.11b را پشتیبانی کند. حداکثر سرعت داده در 802.11g 54 مگابیت بر ثانیه است.

دو فناوری رقیب در توسعه 802.11g در نظر گرفته شدند: روش OFDM تقسیم فرکانس متعامد، که از استاندارد 802.11a قرض گرفته شده و برای بررسی توسط Intersil پیشنهاد شده است، و روش کدگذاری کانولوشن بسته های دودویی PBCC، پیشنهاد شده توسط Texas Instruments. در نتیجه، استاندارد 802.11g حاوی یک راه حل مصالحه است: فناوری های OFDM و CCK به عنوان اصلی استفاده می شوند و استفاده از فناوری PBCC به صورت اختیاری ارائه می شود.

ایده کدگذاری کانولوشنال (Packet Binary Convolutional Coding، PBCC) به شرح زیر است. دنباله ورودی بیت های اطلاعات در رمزگذار کانولوشن به گونه ای تبدیل می شود که هر بیت ورودی با بیش از یک بیت خروجی مطابقت دارد. یعنی رمزگذار کانولوشنال اطلاعات اضافی خاصی را به دنباله اصلی اضافه می کند. برای مثال، اگر هر بیت ورودی با دو بیت خروجی مطابقت داشته باشد، یکی از کدگذاری کانولوشنال با نرخی صحبت می کند. r= 1/2. اگر هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت داشته باشد، 2/3 خواهد بود.

هر رمزگذار کانولوشنال بر اساس چندین سلول ذخیره سازی متوالی متصل و گیت های XOR ساخته می شود. تعداد سلول های ذخیره سازی تعداد حالت های رمزگذار ممکن را تعیین می کند. به عنوان مثال، اگر یک رمزگذار کانولوشنال از شش سلول ذخیره سازی استفاده کند، پس از آن رمزگذار اطلاعات مربوط به شش وضعیت سیگنال قبلی را ذخیره می کند و با در نظر گرفتن مقدار بیت ورودی، دریافت می کنیم که هفت بیت از دنباله ورودی در چنین رمزگذاری استفاده می شود. . چنین رمزگذار کانولوشنی، رمزگذار هفت حالته نامیده می شود. ک = 7).

بیت های خروجی تولید شده در رمزگذار کانولوشنال توسط عملیات XOR بین مقادیر بیت ورودی و بیت های ذخیره شده در سلول های حافظه تعیین می شوند، یعنی مقدار هر بیت خروجی تولید شده نه تنها به بیت اطلاعات ورودی بستگی دارد. بلکه در چندین بیت قبلی.

فناوری PBCC از رمزگذارهای کانولوشنال هفت حالته استفاده می کند. ک= 7) با سرعت r = 1/2.

مزیت اصلی انکودرهای کانولوشن، مصونیت نویز توالی ای است که تشکیل می دهند. واقعیت این است که با افزونگی کدنویسی، حتی در صورت بروز خطا در دریافت، می توان دنباله بیت اصلی را به دقت بازیابی کرد. برای بازیابی دنباله بیت اصلی در سمت گیرنده، از رمزگشای Viterbi استفاده می شود.

دیبیت تولید شده در رمزگذار کانولوشن بعداً به عنوان نماد ارسالی استفاده می شود، اما ابتدا تحت مدولاسیون فاز قرار می گیرد. علاوه بر این، بسته به سرعت انتقال، مدولاسیون فاز باینری، مربع یا حتی هشت موقعیت امکان پذیر است.

برخلاف فناوری‌های DSSS (کدهای بارکر، توالی‌های CCK)، فناوری کدگذاری کانولوشن به دلیل استفاده از توالی‌های شبه نویز از فناوری گسترش طیف استفاده نمی‌کند، با این حال، گسترش طیف به استاندارد ۲۲ مگاهرتز نیز در این مورد ارائه می‌شود. برای این کار، از تغییرات صورت فلکی سیگنال QPSK و BPSK ممکن استفاده می شود.

روش در نظر گرفته شده رمزگذاری PBCC به صورت اختیاری در پروتکل 802.11b با سرعت های 5.5 و 11 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود. به طور مشابه، در پروتکل 802.11g برای نرخ انتقال 5.5 و 11 مگابیت بر ثانیه، این روش نیز اختیاری است. به طور کلی به دلیل سازگاری پروتکل های 802.11b و 802.11g، فناوری های کدگذاری و نرخ های ارائه شده توسط پروتکل 802.11b نیز در پروتکل 802.11g پشتیبانی می شوند. از این نظر، تا 11 مگابیت بر ثانیه، 802.11b و 802.11g یکسان هستند، با این تفاوت که 802.11g سرعت هایی را ارائه می دهد که 802.11b نمی دهد.

به صورت اختیاری، در پروتکل 802.11g، می توان از فناوری PBCC با سرعت انتقال 22 و 33 مگابیت بر ثانیه استفاده کرد.

برای سرعت 22 مگابیت بر ثانیه، در مقایسه با طرح PBCC که قبلاً در نظر گرفتیم، انتقال داده دارای دو ویژگی است. اول از همه، مدولاسیون فاز 8 موقعیت (8-PSK) استفاده می شود، یعنی فاز سیگنال می تواند هشت مقدار مختلف داشته باشد، که اجازه می دهد سه بیت در یک نماد رمزگذاری شود. علاوه بر این، یک رمزگذار Puncture به استثنای رمزگذار کانولوشنال به این طرح اضافه شده است. معنی این راه حل بسیار ساده است: افزونگی رمزگذار کانولوشن، برابر با 2 (برای هر بیت ورودی، دو بیت خروجی وجود دارد)، بسیار زیاد است و در شرایط خاصی از محیط نویز غیر ضروری است، بنابراین می توانید کاهش دهید. افزونگی به طوری که، برای مثال، هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد. برای این کار البته می توانید یک انکودر کانولوشن مناسب ایجاد کنید، اما بهتر است یک انکودر نقطه گذاری مخصوص به مدار اضافه کنید که به سادگی بیت های اضافی را از بین می برد.

فرض کنید یک رمزگذار نقطه‌گذاری شده یک بیت را از هر چهار بیت ورودی حذف می‌کند. سپس هر چهار بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد. سرعت چنین رمزگذار 4/3 است. اگر چنین رمزگذاری پشت سر هم با یک رمزگذار کانولوشنال نرخ 1/2 استفاده شود، آنگاه نرخ کل رمزگذاری 2/3 خواهد بود، یعنی هر دو بیت ورودی با سه بیت خروجی مطابقت دارد.

همانطور که قبلا ذکر شد، فناوری PBCC در استاندارد IEEE 802.11g اختیاری است، در حالی که فناوری OFDM اجباری است. برای درک ماهیت فناوری OFDM، اجازه دهید تداخل چند مسیری را که هنگام انتشار سیگنال ها در یک محیط باز رخ می دهد، با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

اثر تداخل سیگنال چند مسیری این است که در نتیجه بازتاب های متعدد از موانع طبیعی، یک سیگنال می تواند به روش های مختلف وارد گیرنده شود. اما مسیرهای انتشار مختلف از نظر طول با یکدیگر متفاوت هستند و بنابراین تضعیف سیگنال برای آنها متفاوت خواهد بود. بنابراین، در نقطه دریافت، سیگنال حاصل تداخل بسیاری از سیگنال‌ها با دامنه‌های متفاوت و جابه‌جایی نسبت به یکدیگر در زمان است که معادل افزودن سیگنال‌هایی با فازهای مختلف است.

پیامد تداخل چند مسیری، اعوجاج سیگنال دریافتی است. تداخل چند مسیری در هر نوع سیگنالی ذاتی است، اما تأثیر منفی خاصی بر سیگنال های باند پهن دارد، زیرا هنگام استفاده از سیگنال باند پهن، در نتیجه تداخل، فرکانس های خاصی در فاز اضافه می شود که منجر به افزایش سیگنال می شود. و برخی، برعکس، خارج از فاز، باعث می شود سیگنال در یک فرکانس مشخص ضعیف شود.

صحبت از تداخل چند مسیری که در طول انتقال سیگنال رخ می دهد، دو مورد شدید ذکر شده است. در اولین مورد، حداکثر تاخیر بین سیگنال ها از مدت زمان یک نماد تجاوز نمی کند و تداخل در یک نماد ارسالی رخ می دهد. در حالت دوم، حداکثر تأخیر بین سیگنال ها بیشتر از مدت زمان یک نماد است، بنابراین در نتیجه تداخل، سیگنال هایی که نمادهای مختلف را نشان می دهند اضافه می شوند و به اصطلاح تداخل بین نمادی (Inter Symbol Interference، ISI) رخ می دهد.

تداخل بین نمادی بیشترین تأثیر منفی را بر اعوجاج سیگنال دارد. از آنجایی که یک نماد حالت گسسته یک سیگنال است که با مقادیر فرکانس حامل، دامنه و فاز مشخص می شود، دامنه و فاز سیگنال برای نمادهای مختلف تغییر می کند و بنابراین بازیابی سیگنال اصلی بسیار دشوار است.

به همین دلیل، در نرخ بیت بالا، از یک تکنیک کدگذاری داده به نام چندپلکسی تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) استفاده می شود. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که جریان داده های ارسالی در بسیاری از کانال های فرکانسی فرکانس توزیع می شود و انتقال به صورت موازی در تمام این کانال های فرعی انجام می شود. در این حالت، نرخ انتقال بالا دقیقاً به دلیل انتقال همزمان داده ها در تمام کانال ها حاصل می شود، در حالی که نرخ انتقال در یک زیر کانال جداگانه می تواند کم باشد.

با توجه به این واقعیت که در هر یک از زیر کانال های فرکانس می توان نرخ داده را خیلی زیاد نکرد، پیش نیازهایی برای سرکوب موثر تداخل بین نمادها ایجاد می شود.

تقسیم فرکانس مستلزم آن است که یک کانال مجزا به اندازه کافی باریک باشد تا اعوجاج سیگنال را به حداقل برساند و در عین حال به اندازه کافی گسترده باشد تا نرخ بیت مورد نیاز را فراهم کند. علاوه بر این، به منظور استفاده اقتصادی از کل پهنای باند کانالی که به کانال‌های فرعی تقسیم می‌شود، مطلوب است که کانال‌های فرکانس فرکانس را تا حد امکان نزدیک به یکدیگر مرتب کرده و از تداخل بین کانالی جلوگیری شود تا اطمینان حاصل شود. استقلال کامل آنها کانال های فرکانسی که شرایط فوق را برآورده می کنند، متعامد نامیده می شوند. سیگنال های حامل تمام کانال های فرکانس متعامد به یکدیگر هستند. مهم است که متعامد بودن سیگنال های حامل استقلال فرکانس کانال ها از یکدیگر و در نتیجه عدم وجود تداخل بین کانالی را تضمین کند.

روش در نظر گرفته شده برای تقسیم یک کانال پهن باند به زیر کانال های فرکانس متعامد، تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) نامیده می شود. برای پیاده سازی آن در فرستنده ها، از تبدیل فوریه معکوس سریع (IFFT) استفاده می شود که پیش مولتیپلکس شده را به n-کانال ها از زمان سیگنال می دهند Oنمایش دهم در فرکانس

یکی از مزایای کلیدی OFDM ترکیب نرخ بیت بالا با مقاومت چند مسیره موثر است. البته خود فناوری OFDM انتشار چند مسیری را مستثنی نمی کند، اما پیش شرط هایی را برای از بین بردن اثر تداخل بین نمادی ایجاد می کند. واقعیت این است که بخشی جدایی ناپذیر از فناوری OFDM یک فاصله نگهبانی (Guard Interval، GI) است - یک تکرار چرخه ای انتهای یک نماد، که در ابتدای نماد متصل شده است.

فاصله محافظ بین نمادهای تکی مکث ایجاد می کند و اگر مدت زمان آن از حداکثر زمان تأخیر سیگنال در نتیجه انتشار چند مسیری بیشتر شود، تداخل بین نمادها رخ نمی دهد.

با فناوری OFDM، مدت بازه نگهبانی یک چهارم مدت زمان خود نماد است. در این حالت، نماد دارای مدت زمان 3.2 میکرو ثانیه است و فاصله نگهبانی 0.8 میکرو ثانیه است. بنابراین، مدت زمان نماد همراه با فاصله نگهبان 4 میکرو ثانیه است.

در مورد فناوری تقسیم کانال متعامد فرکانس OFDM که در سرعت های مختلف در پروتکل 802.11g استفاده می شود، ما هنوز به موضوع روش مدولاسیون سیگنال حامل اشاره نکرده ایم.

پروتکل 802.11g از مدولاسیون فازهای باینری و مربعی BPSK و QPSK با نرخ بیت کم استفاده می کند. هنگام استفاده از مدولاسیون BPSK، تنها یک بیت اطلاعات در یک نماد و در هنگام استفاده از مدولاسیون QPSK، دو بیت اطلاعات کدگذاری می شود. مدولاسیون BPSK برای انتقال داده با سرعت 6 و 9 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون QPSK با سرعت 12 و 18 مگابیت در ثانیه استفاده می شود.

برای انتقال در سرعت های بالاتر، مدولاسیون دامنه مربعی QAM (مدولاسیون دامنه چهارگانه) استفاده می شود که در آن اطلاعات با تغییر فاز و دامنه سیگنال کدگذاری می شود. پروتکل 802.11g از مدولاسیون 16-QAM و 64-QAM استفاده می کند. مدولاسیون اول 16 حالت سیگنال مختلف را در نظر می گیرد که به 4 بیت اجازه می دهد تا در یک نماد رمزگذاری شوند. دوم - 64 حالت سیگنال ممکن، که امکان رمزگذاری دنباله ای از 6 بیت را در یک نماد فراهم می کند. مدولاسیون 16-QAM در سرعت های 24 و 36 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون 64-QAM در سرعت های 48 و 54 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود.

استاندارد IEEE 802.11g علاوه بر استفاده از رمزگذاری های CCK، OFDM و PBCC، گزینه های کدگذاری ترکیبی اختیاری را نیز ارائه می دهد.

به منظور درک ماهیت این اصطلاح، به یاد داشته باشید که هر بسته داده ارسال شده حاوی یک سرصفحه (مقدمه) با اطلاعات سرویس و یک فیلد داده است. وقتی در مورد بسته ای با فرمت CCK صحبت می شود، به این معنی است که داده های هدر و فریم در فرمت CCK منتقل می شوند. به طور مشابه، هنگام استفاده از فناوری OFDM، هدر فریم و داده ها با استفاده از کدگذاری OFDM منتقل می شود. کدگذاری ترکیبی به این معنی است که می توان از فناوری های مختلف کدگذاری برای فیلدهای هدر فریم و داده استفاده کرد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از فناوری CCK-OFDM، هدر فریم با استفاده از کدهای CCK کدگذاری می شود، اما خود داده های فریم با استفاده از کدگذاری OFDM چند فرکانسی منتقل می شوند. بنابراین، فناوری CCK-OFDM نوعی ترکیبی از CCK و OFDM است. با این حال، این تنها فناوری ترکیبی نیست - هنگام استفاده از کدگذاری بسته PBCC، هدر فریم با استفاده از کدهای CCK منتقل می شود و داده های فریم با استفاده از PBCC کدگذاری می شوند.

استاندارد IEEE 802.11a

استانداردهای IEEE 802.11b و IEEE 802.11g که در بالا مورد بحث قرار گرفت، به محدوده فرکانس 2.4 گیگاهرتز (از 2.4 تا 2.4835 گیگاهرتز) اشاره دارد، در حالی که استاندارد IEEE 802.11a، که در سال 1999 تصویب شد، استفاده از محدوده فرکانس بالاتر 5.1 را فرض می کند. به 5.350 گیگاهرتز و 5.725 تا 5.825 گیگاهرتز). در ایالات متحده، این محدوده زیرساخت اطلاعات ملی بدون مجوز (UNII) نامیده می شود.

مطابق با قوانین FCC، محدوده فرکانس UNII به سه باند فرعی 100 مگاهرتز تقسیم می شود که از نظر محدودیت در حداکثر توان تابش متفاوت است. باند پایین (5.15 تا 5.25 گیگاهرتز) فقط 50 مگا وات، باند متوسط ​​(5.25 تا 5.35 گیگاهرتز) 250 مگا وات و باند بالا (5.725 تا 5.825 گیگاهرتز) 1 وات است. استفاده از سه زیر باند فرکانس با عرض کلی 300 مگاهرتز، استاندارد IEEE 802.11a را به گسترده ترین استانداردهای خانواده 802.11 تبدیل می کند و اجازه می دهد تا کل محدوده فرکانسی به 12 کانال تقسیم شود که هر کدام دارای عرض 20 مگاهرتز است. با هشت تای آنها در محدوده 200 مگاهرتز از 5.15 تا 5.35 گیگاهرتز، و چهار کانال باقیمانده در محدوده 100 مگاهرتز از 5.725 تا 5.825 گیگاهرتز قرار دارند (شکل 1). در عین حال، چهار کانال فرکانس بالایی که بالاترین توان انتقال را ارائه می دهند، عمدتاً برای انتقال سیگنال در فضای باز استفاده می شود.

برنج. 1. تقسیم باند UNII به 12 زیر باند فرکانسی

استاندارد IEEE 802.11a بر اساس تکنیک تقسیم متعامد فرکانس (OFDM) است. برای جداسازی کانال، تبدیل فوریه معکوس با پنجره ای از 64 کانال فرکانس اعمال می شود. از آنجایی که عرض هر یک از 12 کانال تعریف شده در استاندارد 802.11a 20 مگاهرتز است، به نظر می رسد که هر فرکانس فرکانس متعامد (subcarrier) دارای عرض 312.5 کیلوهرتز است. با این حال، از 64 زیر کانال متعامد، تنها 52 مورد استفاده می شود، و 48 مورد از آنها برای انتقال داده ها (Data Tones) و بقیه برای انتقال اطلاعات خدمات (Pilot Tones) استفاده می شود.

از نظر تکنیک مدولاسیون، پروتکل 802.11a تفاوت چندانی با 802.11g ندارد. در نرخ بیت پایین، از مدولاسیون فازهای باینری و مربعی BPSK و QPSK برای تعدیل حامل های فرعی استفاده می شود. هنگام استفاده از مدولاسیون BPSK، تنها یک بیت اطلاعات در یک نماد رمزگذاری می شود. بر این اساس، هنگام استفاده از مدولاسیون QPSK، یعنی زمانی که فاز سیگنال می تواند چهار مقدار متفاوت داشته باشد، دو بیت اطلاعات در یک نماد کدگذاری می شوند. مدولاسیون BPSK برای انتقال داده با سرعت 6 و 9 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون QPSK با سرعت 12 و 18 مگابیت در ثانیه استفاده می شود.

برای نرخ بیت بالاتر، استاندارد IEEE 802.11a از مدولاسیون دامنه مربعات 16-QAM و 64-QAM استفاده می کند. در حالت اول، 16 حالت سیگنال مختلف وجود دارد که رمزگذاری 4 بیت را در یک نماد امکان پذیر می کند، و در حالت دوم، در حال حاضر 64 حالت سیگنال ممکن وجود دارد که امکان رمزگذاری دنباله ای از 6 بیت را در یک نشان می دهد. سمبل. مدولاسیون 16-QAM در سرعت های 24 و 36 مگابیت بر ثانیه و مدولاسیون 64-QAM در سرعت های 48 و 54 مگابیت بر ثانیه استفاده می شود.

ظرفیت اطلاعاتی یک نماد OFDM بر اساس نوع مدولاسیون و تعداد حامل های فرعی تعیین می شود. از آنجایی که 48 حامل فرعی برای انتقال داده استفاده می شود، ظرفیت یک نماد OFDM 48 x Nb است، که در آن Nb لگاریتم باینری تعداد موقعیت های مدولاسیون است، یا به عبارت ساده تر، تعداد بیت هایی است که در یک نماد در یک رمزگذاری می شود. زیر کانال بر این اساس، ظرفیت یک نماد OFDM از 48 تا 288 بیت است.

ترتیب پردازش داده های ورودی (بیت ها) در استاندارد IEEE 802.11a به شرح زیر است. در ابتدا، جریان داده ورودی تحت یک عملیات درهم‌سازی استاندارد قرار می‌گیرد. پس از آن، جریان داده وارد رمزگذار کانولوشنال می شود. نرخ کدگذاری کانولوشنی (در ترکیب با کدگذاری نقطه ای) ممکن است 1/2، 2/3 یا 3/4 باشد.

از آنجایی که نرخ کدگذاری کانولوشنال می تواند متفاوت باشد، هنگام استفاده از یک نوع مدولاسیون، نرخ داده متفاوت است.

به عنوان مثال، مدولاسیون BPSK را در نظر بگیرید که در آن سرعت داده 6 یا 9 مگابیت بر ثانیه است. مدت زمان یک نماد همراه با فاصله گارد 4 میکرو ثانیه است که به این معنی است که نرخ تکرار پالس 250 کیلوهرتز خواهد بود. با توجه به اینکه در هر زیر کانال یک بیت کد گذاری شده است و در مجموع 48 زیر کانال وجود دارد، دریافت می کنیم که کل نرخ داده 250 کیلوهرتز در 48 کانال = 12 مگاهرتز خواهد بود. اگر در این حالت نرخ کدگذاری کانولوشنال 1/2 باشد (به ازای هر بیت اطلاعات یک بیت سرویس اضافه می شود)، نرخ اطلاعات نصف نرخ کامل، یعنی 6 مگابیت بر ثانیه خواهد بود. با نرخ کدگذاری کانولوشنال 3/4، به ازای هر سه بیت اطلاعات یک بیت سرویس اضافه می شود، بنابراین، در این مورد، نرخ مفید (اطلاعات) 3/4 نرخ کامل است، یعنی 9 مگابیت در ثانیه.

به طور مشابه، هر نوع مدولاسیون با دو نرخ بیت متفاوت مطابقت دارد (جدول 1).

جدول 1 رابطه بین نرخ بیت
و نوع مدولاسیون در استاندارد 802.11a

پس از رمزگذاری کانولوشن، جریان بیت تحت یک عملیات interleaving یا interleaving قرار می گیرد. ماهیت آن تغییر ترتیب بیت ها در یک نماد OFDM است. برای انجام این کار، دنباله بیت های ورودی به بلوک هایی تقسیم می شود که طول آن ها برابر با تعداد بیت های یک نماد OFDM (NCBPS) است. علاوه بر این، طبق یک الگوریتم خاص، یک جایگشت دو مرحله ای از بیت ها در هر بلوک انجام می شود. در مرحله اول، بیت ها به گونه ای جابجا می شوند که در هنگام ارسال نماد OFDM، بیت های مجاور بر روی حامل های فرعی غیر پیوسته منتقل می شوند. الگوریتم مبادله بیت در این مرحله معادل روش زیر است. در ابتدا، یک بلوک از بیت های طول NCBPS خط به خط (خط به خط) در ماتریسی حاوی 16 ردیف و NCBPS/16 ردیف نوشته می شود. سپس، بیت ها از این ماتریس خوانده می شوند، اما در ردیف (یا به همان روشی که نوشته شده اند، اما از ماتریس جابجا شده). در نتیجه چنین عملیاتی، ابتدا بیت های همسایه بر روی حامل های فرعی غیر پیوسته منتقل می شوند.

این مرحله با دومین مرحله تعویض بیت دنبال می‌شود، هدف از آن اطمینان از اینکه بیت‌های مجاور به طور همزمان در کمترین بیت‌های مهم گروه‌هایی که نماد مدولاسیون را در صورت فلکی سیگنال تعریف می‌کنند، ظاهر نمی‌شوند. یعنی بعد از مرحله دوم جایگشت، بیت های مجاور به طور متناوب در ارقام بالایی و پایینی گروه ها قرار می گیرند. این کار به منظور بهبود ایمنی سیگنال ارسالی نسبت به نویز انجام می شود.

پس از interleaving، دنباله بیت با توجه به تعداد موقعیت های نوع مدولاسیون انتخابی به گروه هایی تقسیم می شود و نمادهای OFDM تشکیل می شوند.

نمادهای OFDM تولید شده تحت یک تبدیل فوریه سریع قرار می گیرند که در نتیجه سیگنال های خروجی در فاز و مربع ایجاد می شود که سپس تحت پردازش استاندارد - مدولاسیون قرار می گیرند.

استاندارد IEEE 802.11n

توسعه استاندارد IEEE 802.11n به طور رسمی در 11 سپتامبر 2002، یک سال قبل از پذیرش نهایی استاندارد IEEE 802.11g آغاز شد. در نیمه دوم سال 2003، یک گروه وظیفه IEEE 802.11n (802.11 TGn) برای توسعه استاندارد جدیدی برای ارتباطات بی سیم با سرعت بالای 100 مگابیت بر ثانیه ایجاد شد. گروه ضربت دیگری به نام 802.15.3a نیز روی همین وظیفه کار می کرد. تا سال 2005، فرآیندهای توسعه یک راه حل واحد در هر یک از گروه ها به بن بست رسید. در گروه 802.15.3a، بین موتورولا و سایر اعضای گروه درگیری رخ داد و اعضای گروه IEEE 802.11n در دو اردوگاه تقریباً یکسان قرار گرفتند: WWiSE (کارایی طیف گسترده جهانی) و TGn Sync. گروه WWiSE توسط Aigro Networks و گروه TGn Sync توسط اینتل رهبری می شد. در هر یک از گروه ها، برای مدت طولانی، هیچ یک از گزینه های جایگزین نتوانست 75 درصد آرای لازم برای تایید آن را کسب کند.

پس از تقریباً سه سال رویارویی ناموفق و تلاش برای یافتن راه حل سازشی که مناسب همه باشد، اعضای گروه 802.15.3a تقریباً به اتفاق آرا به حذف پروژه 802.15.3a رأی دادند. اعضای پروژه IEEE 802.11n انعطاف پذیرتر بودند - آنها موفق شدند به توافق برسند و یک پیشنهاد مشترک ایجاد کنند که مناسب همه باشد. در نتیجه، در 19 ژانویه 2006، در یک کنفرانس عادی که در کونا، هاوایی برگزار شد، مشخصات اولیه (پیش نویس) استاندارد IEEE 802.11n تصویب شد. از 188 عضو کارگروه، 184 نفر موافق تصویب این استاندارد بودند و چهار نفر رای ممتنع دادند. مفاد اصلی سند تایید شده مبنای مشخصات نهایی استاندارد جدید خواهد بود.

استاندارد IEEE 802.11n مبتنی بر فناوری OFDM-MIMO است. بسیاری از جزئیات فنی پیاده سازی شده در آن از استاندارد 802.11a به عاریت گرفته شده است، با این حال، استاندارد IEEE 802.11n استفاده از محدوده فرکانس پذیرفته شده برای استاندارد IEEE 802.11a و محدوده فرکانس پذیرفته شده برای IEEE 802.11b را فراهم می کند. استانداردهای /g یعنی دستگاه‌هایی که از استاندارد IEEE 802.11n پشتیبانی می‌کنند، می‌توانند در محدوده فرکانس 5 یا 2.4 گیگاهرتز، با اجرای خاص بسته به کشور، کار کنند. برای روسیه، دستگاه های IEEE 802.11n از باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز پشتیبانی خواهند کرد.

افزایش نرخ انتقال در استاندارد IEEE 802.11n اولاً با دو برابر کردن عرض کانال از 20 به 40 مگاهرتز و ثانیاً با پیاده سازی فناوری MIMO حاصل می شود.

فناوری MIMO (Multiple Input Multiple Output) شامل استفاده از چندین آنتن فرستنده و گیرنده است. بر اساس قیاس، سیستم های سنتی، یعنی سیستم هایی با یک آنتن فرستنده و یک آنتن گیرنده، SISO (Single Input Single Output) نامیده می شوند.

از نظر تئوری، یک سیستم MIMO با nانتقال و nآنتن های گیرنده قادر به ارائه حداکثر توان عملیاتی هستند nبرابر بیشتر از سیستم های SISO این امر با تقسیم جریان داده توسط فرستنده به دنباله های بیت مستقل و انتقال همزمان آنها با استفاده از آرایه ای از آنتن ها حاصل می شود. این تکنیک انتقال، مالتی پلکس فضایی نامیده می شود. توجه داشته باشید که همه آنتن ها داده ها را به طور مستقل از یکدیگر در یک محدوده فرکانسی ارسال می کنند.

به عنوان مثال، یک سیستم MIMO متشکل از nانتقال و مترآنتن های دریافت کننده (شکل 2).

برنج. 2. اصل پیاده سازی فناوری MIMO

فرستنده در چنین سیستمی ارسال می کند nسیگنال های مستقل، اعمال می شود nآنتن ها در سمت دریافت، هر کدام مترآنتن سیگنال هایی را دریافت می کند که برهم نهفته هستند nسیگنال های تمام آنتن های فرستنده بنابراین سیگنال R1دریافت شده توسط آنتن اول، می تواند به صورت زیر نمایش داده شود:

با نوشتن معادلات مشابه برای هر آنتن گیرنده، سیستم زیر را بدست می آوریم:

یا بازنویسی این عبارت به شکل ماتریس:

جایی که [ اچ] یک ماتریس انتقال است که کانال ارتباطی MIMO را توصیف می کند.

برای اینکه رمزگشا بتواند تمام سیگنال های سمت گیرنده را به درستی بازسازی کند، ابتدا باید ضرایب را تعیین کند. ساعتijتوصیف هر یک از مترایکس nکانال های انتقال برای تعیین ضرایب ساعتij MIMO از یک مقدمه بسته استفاده می کند.

با تعیین ضرایب ماتریس انتقال، می توان به راحتی سیگنال ارسال شده را بازیابی کرد:

جایی که [ اچ]–1 - ماتریس معکوس به ماتریس انتقال [ اچ].

توجه به این نکته ضروری است که در فناوری MIMO، استفاده از آنتن های فرستنده و گیرنده چندگانه، به دلیل اجرای چندین کانال فرعی جداسازی شده فضایی، امکان افزایش توان عملیاتی کانال ارتباطی را فراهم می کند، در حالی که داده ها در همان محدوده فرکانسی ارسال می شوند.

فناوری MIMO به هیچ وجه بر روش رمزگذاری داده ها تأثیر نمی گذارد و اصولاً می تواند در ترکیب با هر روش رمزگذاری فیزیکی و منطقی داده ها استفاده شود.

فناوری MIMO برای اولین بار در استاندارد IEEE 802.16 توضیح داده شد. این استاندارد امکان استفاده از فناوری MISO یعنی چندین آنتن فرستنده و یک آنتن گیرنده را می دهد. استاندارد IEEE 802.11n حداکثر چهار آنتن را برای نقطه دسترسی و آداپتور بی سیم اجازه می دهد. حالت اجباری به معنای پشتیبانی از دو آنتن در نقطه دسترسی و یک آنتن و آداپتور بی سیم است.

استاندارد IEEE 802.11n هم کانال های استاندارد 20 مگاهرتز و هم کانال های دو عرض را ارائه می دهد. با این حال، استفاده از کانال های 40 مگاهرتز یک ویژگی اختیاری استاندارد است، زیرا استفاده از این کانال ها ممکن است مغایر با قوانین برخی کشورها باشد.

802.11n دارای دو حالت انتقال است: حالت انتقال استاندارد (L) و حالت انتقال بالا (HT). در حالت های انتقال سنتی، از 52 فرکانس فرکانس OFDM (subcarrier) استفاده می شود که از این تعداد 48 برای انتقال داده و بقیه برای انتقال اطلاعات سرویس استفاده می شود.

در حالت های با ظرفیت افزایش یافته با عرض کانال 20 مگاهرتز، از 56 کانال فرکانسی فرکانس استفاده می شود که از این تعداد 52 کانال برای انتقال داده و چهار کانال به صورت پایلوت استفاده می شود. بنابراین، حتی در هنگام استفاده از یک کانال 20 مگاهرتز، افزایش فرکانس فرکانس از 48 به 52 می تواند نرخ انتقال را تا 8 درصد افزایش دهد.

با یک کانال دو عرض، یعنی یک کانال 40 مگاهرتز، حالت استاندارد انتقال در واقع در یک کانال دوگانه پخش می شود. بر این اساس تعداد زیرمجموعه ها دو برابر می شود (104 زیر کانال که 96 کانال اطلاع رسانی هستند). به لطف این، سرعت انتقال 100٪ افزایش می یابد.

هنگام استفاده از کانال 40 مگاهرتز و حالت پهنای باند بالا، از 114 زیر کانال فرکانس استفاده می شود که از این تعداد 108 کانال فرعی اطلاعاتی و شش زیر کانال به صورت پایلوت هستند. بر این اساس، این به شما امکان می دهد سرعت انتقال را تا 125٪ افزایش دهید.

جدول 2 رابطه بین نرخ بیت، نوع مدولاسیون
و نرخ رمزگذاری کانولوشنال 802.11n
(عرض کانال 20 مگاهرتز، حالت HT (52 فرکانس فرکانس))

دو عامل دیگر که نرخ انتقال را در استاندارد IEEE 802.11n افزایش می‌دهند، کاهش فاصله گارد GI در نمادهای OGDM از 0.8 به 0.4 µs و افزایش نرخ کدگذاری کانولوشنی است. به یاد بیاورید که در پروتکل IEEE 802.11a، حداکثر نرخ کدگذاری کانولوشنال 3/4 است، یعنی به هر سه بیت ورودی یک بیت دیگر اضافه می شود. در پروتکل IEEE 802.11n، حداکثر نرخ رمزگذاری کانولوشنال 5/6 است، یعنی هر پنج بیت ورودی در رمزگذار کانولوشن به شش بیت خروجی تبدیل می شود. رابطه بین نرخ انتقال، نوع مدولاسیون و نرخ کدگذاری کانولوشنی برای یک کانال استاندارد 20 مگاهرتز در جدول آورده شده است. 2.

سازمان IEEE (موسسه مهندسین برق و الکترونیک) در حال توسعه استانداردهای WiFi 802.11 است.

IEEE 802.11 استاندارد پایه برای شبکه های Wi-Fi است که مجموعه ای از پروتکل ها را برای کمترین نرخ انتقال داده (انتقال) تعریف می کند.

IEEE 802.11b- ب را توصیف می کند O سرعت انتقال بالاتر و محدودیت های تکنولوژیکی بیشتری را معرفی می کند. این استاندارد به طور گسترده توسط WECA (اتحاد سازگاری اترنت بی سیم ) و در اصل نامیده می شدوای فای .
از کانال های فرکانس در طیف 2.4 گیگاهرتز استفاده می شود ().
در سال 1999 تصویب شد.
فناوری RF مورد استفاده: DSSS.
کدگذاری: Barker 11 و CCK.
مدولاسیون: DBPSK و DQPSK،
حداکثر سرعت انتقال داده (انتقال) در کانال: 1، 2، 5.5، 11 مگابیت بر ثانیه،

IEEE 802.11a- نرخ انتقال قابل توجهی بالاتر از 802.11b را توصیف می کند.
از کانال های فرکانس در طیف فرکانسی 5 گیگاهرتز استفاده می شود. پروتکلبا 802.11 سازگار نیستب
در سال 1999 تصویب شد.
فناوری RF مورد استفاده: OFDM.
کدگذاری: Convoltion Coding.
مدولاسیون ها: BPSK، QPSK، 16-QAM، 64-QAM.
حداکثر نرخ داده در هر کانال: 6، 9، 12، 18، 24، 36، 48، 54 مگابیت بر ثانیه.

IEEE 802.11g - نرخ داده معادل 802.11a را توصیف می کند.
کانال های فرکانس در طیف 2.4 گیگاهرتز استفاده می شود. این پروتکل با 802.11b سازگار است.
در سال 2003 تصویب شد.
فناوری های RF مورد استفاده: DSSS و OFDM.
کدگذاری: Barker 11 و CCK.
مدولاسیون: DBPSK و DQPSK،
حداکثر نرخ انتقال داده (انتقال) در کانال:
- 1، 2، 5.5، 11 مگابیت بر ثانیه در DSSS و
- 6، 9، 12، 18، 24، 36، 48، 54 مگابیت بر ثانیه در OFDM.

IEEE 802.11n- پیشرفته ترین استاندارد تجاری WiFi، در حال حاضر، به طور رسمی مجاز به واردات و استفاده در قلمرو فدراسیون روسیه است (802.11ac هنوز توسط تنظیم کننده در حال توسعه است). 802.11n از کانال های فرکانس در طیف فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز WiFi استفاده می کند. سازگار با 11b/11 a / 11 گرم . اگرچه توصیه می شود شبکه هایی با تمرکز بر 802.11n تنها بسازید، زیرا در صورت نیاز به سازگاری با استانداردهای قدیمی، حالت‌های حفاظتی ویژه باید پیکربندی شوند. این منجر به افزایش زیادی در اطلاعات سیگنال وکاهش قابل توجهی در عملکرد مفید موجود رابط رادیویی. در واقع، حتی یک سرویس گیرنده WiFi 802.11g یا 802.11b نیاز به پیکربندی خاص کل شبکه و کاهش قابل توجه فوری آن از نظر عملکرد جمع دارد.
خود استاندارد WiFi 802.11n در 11 سپتامبر 2009 منتشر شد.
کانال های فرکانس WiFi با عرض 20 مگاهرتز و 40 مگاهرتز (2x20 مگاهرتز) پشتیبانی می شوند.
فناوری RF مورد استفاده: OFDM.
فناوری OFDM MIMO (Multiple Input Multiple Output) تا سطح 4x4 (4x فرستنده و 4x گیرنده) استفاده می شود. در همان زمان، حداقل 2x فرستنده در هر نقطه دسترسی و 1x فرستنده در هر دستگاه کاربر.
نمونه هایی از MCS (طرح مدولاسیون و کدگذاری) ممکن برای 802.11n، و همچنین حداکثر نرخ انتقال داده نظری (انتقال) در کانال رادیویی در جدول زیر ارائه شده است:

در اینجا SGI فواصل محافظ بین فریم ها است.
Spatial Streams تعداد جریان های فضایی است.
نوع، نوع مدولاسیون است.
نرخ داده حداکثر نرخ نظری داده در کانال رادیویی بر حسب مگابیت بر ثانیه است.

مهم است که تاکید شودکه سرعت های نشان داده شده با مفهوم نرخ کانال مطابقت دارد و مقدار حدی است که با استفاده از این مجموعه از فناوری ها در استاندارد توصیف شده استفاده می شود (در واقع، این مقادیر، همانطور که احتمالاً متوجه شده اید، توسط سازنده ها روی جعبه دستگاه های WiFi خانگی نیز نوشته شده است. مغازه ها). اما در زندگی واقعی، به دلیل ویژگی های خود فناوری استاندارد WiFi 802.11، این مقادیر قابل دستیابی نیستند. به عنوان مثال، "صحت سیاسی" از نظر ارائه CSMA / CA (دستگاه های وای فای به طور مداوم به هوا گوش می دهند و در صورت اشغال رسانه انتقال قادر به انتقال نیستند)، نیاز به تایید هر فریم unicast، ماهیت نیمه دوبلکس همه استانداردهای WiFi و فقط 802.11ac / Wave-2 می تواند با آن شروع به حرکت کند و غیره. بنابراین، راندمان عملی استانداردهای قدیمی 802.11 b / g / a هرگز در شرایط ایده آل از 50٪ تجاوز نمی کند (به عنوان مثال، برای 802.11g حداکثر سرعت در هر مشترک معمولاً بالاتر از 22 مگابیت بر ثانیه نیست، اما برای 802.11n راندمان می تواند تا 60٪ باشد. اگر شبکه در حالت محافظت شده کار کند، که اغلب به دلیل وجود ترکیبی تراشه های وای فای مختلف در دستگاه های مختلف در شبکه اتفاق می افتد، حتی بازده نسبی نشان داده شده می تواند 2-3 بار کاهش یابد. به عنوان مثال، این امر برای ترکیبی از دستگاه‌های Wi-Fi با تراشه‌های 802.11b، 802.11g در شبکه با نقاط دسترسی WiFi 802.11g یا دستگاه WiFi 802.11g/802.11b در شبکه با نقاط دسترسی WiFi 802.11n و غیره اعمال می‌شود. .. بیشتر بخوانید درباره .

علاوه بر استانداردهای اصلی WiFi 802.11a، b، g، n، استانداردهای اضافی وجود دارد که برای اجرای عملکردهای مختلف خدمات استفاده می شود:

. 802.11d. برای تطبیق دستگاه های WiFi مختلف با شرایط خاص کشور. در حوزه نظارتی هر ایالت، دامنه ها اغلب متفاوت است و حتی بسته به موقعیت جغرافیایی می تواند متفاوت باشد. استاندارد IEEE 802.11d وای فای با استفاده از گزینه های ویژه معرفی شده در پروتکل های کنترل دسترسی رسانه ها، تنظیم پهنای باند را در دستگاه های سازنده های مختلف امکان پذیر می کند.

. 802.11e. کلاس‌های کیفیت QoS را برای انتقال فایل‌های رسانه‌ای مختلف و به‌طور کلی، محتوای رسانه‌ای مختلف توضیح می‌دهد. سازگاری لایه MAC برای 802.11e کیفیت، به عنوان مثال، انتقال همزمان صدا و تصویر را تعیین می کند.

. 802.11f. هدف آن یکسان سازی پارامترهای نقاط دسترسی Wi-Fi از تولید کنندگان مختلف است. این استاندارد به کاربر این امکان را می دهد که هنگام حرکت بین مناطق تحت پوشش شبکه های جداگانه با شبکه های مختلف کار کند.

. 802.11h. برای جلوگیری از مشکلات رادارهای هواشناسی و نظامی از طریق کاهش دینامیکی قدرت ساطع شده تجهیزات Wi-Fi یا جابجایی دینامیکی به کانال فرکانس دیگری هنگام شناسایی سیگنال ماشه استفاده می شود (در اکثر کشورهای اروپایی، ایستگاه های زمینی برای ردیابی ماهواره های هواشناسی و ماهواره های ارتباطی، مانند و همچنین رادارهای نظامی، در باندهای نزدیک به 5 مگاهرتز کار می کنند). این استاندارد یک الزام ضروری ETSI برای تجهیزات مورد تایید برای استفاده در اتحادیه اروپا است.

. 802.11i. نسخه های اولیه استانداردهای WiFi 802.11 از الگوریتم WEP برای ایمن سازی شبکه های WiFi استفاده می کردند. فرض بر این بود که این روش می تواند محرمانه بودن و محافظت از داده های ارسالی کاربران مجاز شبکه بی سیم را در برابر استراق سمع فراهم کند.حالا این حفاظت می تواند تنها در چند دقیقه کرک شود. بنابراین در استاندارد 802.11i روش های جدیدی برای حفاظت از شبکه های وای فای توسعه یافته است که هم در سطح فیزیکی و هم در سطح نرم افزاری پیاده سازی شده است. در حال حاضر، برای سازماندهی یک سیستم امنیتی در شبکه‌های Wi-Fi 802.11، استفاده از الگوریتم‌های Wi-Fi Protected Access (WPA) توصیه می‌شود. آنها همچنین سازگاری بین دستگاه های بی سیم با استانداردهای مختلف و تغییرات متفاوت را فراهم می کنند. پروتکل های WPA از یک طرح رمزگذاری پیشرفته RC4 و یک روش احراز هویت اجباری با استفاده از EAP استفاده می کنند. انعطاف پذیری و امنیت شبکه های Wi-Fi مدرن توسط پروتکل های رمزگذاری حریم خصوصی و داده ها (RSNA، TKIP، CCMP، AES) تعیین می شود. توصیه شده ترین رویکرد استفاده از WPA2 با رمزگذاری AES است (و 802.1x را با استفاده از مکانیسم های تونل زنی مانند EAP-TLS، TTLS و غیره فراموش نکنید که بسیار مطلوب است). .

. 802.11 هزار. این استاندارد در واقع با هدف اجرای تعادل بار در زیر سیستم رادیویی یک شبکه Wi-Fi است. به طور معمول، در یک شبکه LAN بی سیم، واحد مشترک معمولاً به نقطه دسترسی که قوی ترین سیگنال را ارائه می دهد متصل می شود. اغلب این منجر به ازدحام شبکه در یک نقطه می شود، زمانی که بسیاری از کاربران به طور همزمان به یک نقطه دسترسی متصل می شوند. برای کنترل چنین موقعیت‌هایی، استاندارد 802.11k مکانیزمی را پیشنهاد می‌کند که تعداد مشترکین متصل به یک نقطه دسترسی را محدود می‌کند و ایجاد شرایطی را ممکن می‌سازد که تحت آن کاربران جدید حتی با وجود سیگنال ضعیف‌تر از آن به AP دیگری متصل شوند. در این حالت، به دلیل استفاده کارآمدتر از منابع، پهنای باند شبکه تجمیع شده افزایش می یابد.

. 802.11 متر. اصلاحات و اصلاحات برای کل گروه استانداردهای 802.11 در یک سند جداگانه با نام عمومی 802.11m ترکیب و خلاصه شده است. اولین انتشار 802.11m در سال 2007 و سپس در سال 2011 و به همین ترتیب بود.

. 802.11p. تعامل تجهیزات Wi-Fi را تعیین می کند که با سرعت حداکثر 200 کیلومتر در ساعت گذشته از نقاط دسترسی WiFi ثابت، از راه دور در فاصله حداکثر 1 کیلومتری حرکت می کنند. بخشی از استاندارد دسترسی بی سیم در محیط خودرو (WAVE). استانداردهای WAVE یک معماری و مجموعه ای اضافی از توابع و رابط های خدماتی را تعریف می کنند که مکانیزم ایمن را برای ارتباط رادیویی بین وسایل نقلیه در حال حرکت فراهم می کند. این استانداردها برای کاربردهایی مانند مدیریت ترافیک، کنترل ایمنی ترافیک، جمع آوری خودکار عوارض، ناوبری و مسیریابی وسایل نقلیه و غیره توسعه یافته اند.

. 802.11s. استانداردی برای پیاده سازی شبکه های مش ()، که در آن هر دستگاهی می تواند هم به عنوان روتر و هم به عنوان نقطه دسترسی عمل کند. اگر نزدیکترین نقطه دسترسی بیش از حد بارگذاری شود، داده ها به نزدیکترین میزبان تخلیه شده هدایت می شوند. در این حالت بسته داده تا رسیدن به مقصد نهایی از یک گره به گره دیگر منتقل می شود (انتقال بسته). این استاندارد پروتکل‌های جدیدی را در سطوح MAC و PHY معرفی می‌کند که از پخش و انتقال چندپخشی (انتقال) و همچنین تحویل unicast روی یک سیستم نقطه دسترسی Wi-Fi خودتنظیم‌کننده پشتیبانی می‌کند. برای این منظور، استاندارد یک قالب چهار آدرسی را معرفی می کند. نمونه هایی از پیاده سازی شبکه های WiFi Mesh:،.

. 802.11 تن. این استاندارد برای نهادینه کردن فرآیند تست راه حل های استاندارد IEEE 802.11 ایجاد شده است. روش های آزمایش، روش های اندازه گیری و پردازش نتایج (درمان)، الزامات تجهیزات آزمایش را شرح می دهد.

. 802.11u. رویه‌های تعامل شبکه‌های Wi-Fi با شبکه‌های خارجی را تعریف می‌کند. استاندارد باید پروتکل های دسترسی، پروتکل های اولویت و پروتکل های ممنوعیت کار با شبکه های خارجی را تعریف کند. در حال حاضر، جنبش بزرگی پیرامون این استاندارد هم از نظر توسعه راه حل ها - Hotspot 2.0 و هم از نظر سازماندهی رومینگ بین شبکه ای - گروهی از اپراتورهای علاقه مند ایجاد شده و در حال رشد هستند که به طور مشترک مسائل رومینگ را حل می کنند. شبکه های Wi-Fi آنها در یک گفتگو (Alliance WBA). درباره Hotspot 2.0 در مقالات ما بیشتر بخوانید: , .

. 802.11 ولت. این استاندارد باید برای بهبود سیستم های مدیریت شبکه IEEE 802.11 اصلاح شود. نوسازی در سطوح MAC و PHY باید امکان متمرکزسازی و ساده‌سازی پیکربندی دستگاه‌های مشتری متصل به شبکه را فراهم کند.

. 802.11y. استاندارد ارتباطی اضافی برای محدوده فرکانس 3.65-3.70 گیگاهرتز. طراحی شده برای آخرین نسل دستگاه هایی که با آنتن های خارجی با سرعت حداکثر 54 مگابیت در ثانیه در فاصله حداکثر 5 کیلومتر در فضای باز کار می کنند. استاندارد به طور کامل تکمیل نشده است.

802.11w. روش ها و رویه هایی را برای بهبود امنیت و امنیت لایه کنترل دسترسی رسانه (MAC) تعریف می کند. پروتکل های استاندارد سیستمی برای نظارت بر یکپارچگی داده ها، صحت منبع آنها، ممنوعیت تکثیر و کپی غیرمجاز، محرمانه بودن داده ها و سایر ابزارهای حفاظتی ساختار می دهند. این استاندارد حفاظت از قاب مدیریت را معرفی می کند (MFP: Management Frame Protection) و اقدامات امنیتی اضافی به شما امکان می دهد حملات خارجی مانند، به عنوان مثال، DoS را خنثی کنید. کمی بیشتر در مورد MFP اینجا:،. علاوه بر این، این اقدامات برای آسیب پذیرترین اطلاعات شبکه ای که از طریق شبکه های پشتیبانی کننده IEEE 802.11r, k, y منتقل می شود، امنیت ایجاد می کند.

802.11ac. یک استاندارد جدید WiFi که فقط در باند فرکانسی 5 گیگاهرتز کار می کند و به طور قابل توجهی بهتر است O سرعت بیشتر هم برای مشتری وای فای فردی و هم برای نقطه دسترسی WiFi. برای جزئیات بیشتر به مقاله ما مراجعه کنید.

منبع به طور مداوم به روز می شود! برای دریافت اطلاعیه ها هنگام انتشار مقالات موضوعی جدید یا ظاهر شدن مطالب جدید در سایت، پیشنهاد می کنیم مشترک شوید.

به گروه ما بپیوندید