Transcript Модуляция

Модуляция
Модуляция
Как говорилось ранее, у любого колебания есть важнейшая характеристика –
частота. Однако не стоит забывать о том, что кроме нее есть фаза и амплитуда
сигнала.
Ниже приведены иллюстрации, отображающие смысл понятия «фаза»:
Изображен сдвиг фазы колебания на 900.
Изображен сдвиг фазы колебания на 1800.
Ниже приведена иллюстрация, отображающая смысл понятия «амплитуда»:
Изображено увеличение амплитуды колебания в 2 раза.
Модуляция
Компьютерные системы и сети обмениваются информацией в двоичном коде.
Поэтому в технологии Wi-Fi применяют цифровые методы модуляции, которые
называются QPSK и QAM.
QPSK- Quadrature Phase Shift Keying. Так называемая фазовая манипуляция при использовании данного вида модуляции, фаза сигнала изменяется
скачкообразно.
Простейшим видом такой модуляции является BPSK - двоичная фазовая
манипуляция, когда одному значению фазы сигнала соответствует логический
ноль, а второму - логическая единица.
При использовании данного вида модуляции,
на приемной стороне, при приеме инверсного
(то есть сдвинутого по фазе на 1800) сигнала,
формируется логическая единица, а при приеме «обычного» - ноль.
Соответственно, чем больше значений фазы мы зададим, тем больше бит за
один раз сможем передать и, как результат, повышается скорость передачи
данных.
Модуляция
Одновременно с фазой можно изменять и амплитуду сигнала – это и есть
метод модуляции, называемый QAM (Quadrature Amplitude Modulation) или
квадратурно-амплитудная модуляция.
Данный рисунок иллюстрирует случай QAM-16, когда на сигнальном созвездии
находятся 16 точек - за один раз можно передать 4 бита.
В технологии Wi-Fi для максимальной скорости передачи данных используется
модуляция QAM-64, начиная со стандарта IEEE 802.11a.
Однако есть и определенный негатив в использовании столь совершенных
видов модуляции сигнала. При увеличении числа точек на сигнальном
созвездии, расстояние между ними «уменьшается» и, как следствие,
увеличивается не только скорость передачи данных, но и вероятность
«перепутывания» или ошибки на приемной стороне. Не стоит забывать, что мы
говорим про радиосвязь, и существует бесчисленное количество факторов,
влияющих на радиосигнал.
Почему у 802.11а и
у 802.11g
одинаковые
скорости?
802.11a/b/g
Частотный диапазон
(ГГц)
Максимальная
скорость передачи
данных (Мбит/c)
Технология
Модуляция для
максимальной
скорости передачи
данных
802.11b
802.11а
2,4
5
11
54
CCK
OFDM
CCK
OFDM
QPSK
64-QAM
QPSK
64-QAM
802.11g
Одна и та же
технология,
но на разных
диапазонах
2,4
54
Обратная совместимость стандартов b и g
Стандарт IEEE 802.11g представляет собой заимствование технологии OFDM, применяемой в
стандарте 802.11а, работающей в частотном диапазоне 5 ГГц с последующим ее переносом на
диапазон 2,4 ГГц. При разработке стандарта 802.11g инженеры IEEE предусмотрели обратную
совместимость устройств 802.11g с устройствами стандарта 802.11b (максимальная скорость
при обратной совместимости будет ограничена 11 Мбит/с).
Стандарт IEEE 802.11a предполагает использование более высокочастотного диапазона 5 ГГц ,
что уменьшает возможность влияния помех, которые создаются различными электробытовыми
приборами на частоте 2,4 ГГц . Однако другой диапазон создает проблемы совместимости с
другими стандартами, к тому же, чем выше частота сигнала, тем он активнее затухает, что
существенно уменьшает зону радиопокрытия.
содержание
Ускорение за счет
объединения
Ускорение за счет объединения
Начиная со стандарта Super G (и во
всех последующих стандартах Wi-Fi),
используются каналы вдвое большей
ширины (40МГц), что позволяет
«разогнать» обычный IEEE 802.11g в
два раза.
Максимальная полоса пропускания на
один частотный канал шириной 40 МГц
составляет150Мбит/с!
20МГц (11g/11a/11b)
Один канал
40МГц (11n и Super G)
Комбинация из двух каналов
Совместим со стандартами
802.11a/g/b
Большая скорость
Ширина
полосы
пропускания,
Мбит/с
Объединение каналов
Соотношение
сигнал/шум
Соотношение
сигнал/шум,
дБ
содержание
IEEE 802.11n
IEEE 802.11n
802.11
b
a
g
Super G
N 150
N Speed
N
dual band N
Частотный
диапазон, ГГц
2,4
5
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4 и/или 5
11/11
54/54
54/54
108/108
150/150
300/150
300/300
300/300
CCK
OFDM
OFDM
OFDM
OFDM
OFDM
OFDM
OFDM
64-QAM
64-QAM
64-QAM
64-QAM
Пропускная
способность
канала
вниз/вверх,
Мбит/с
Технология
Тип модуляции
(для
максимальной QPSK 64-QAM 64-QAM 64-QAM
скорости
передачи)
Ширина
канала, МГц
Защитный
интервал
OFDM,нс
20
20
20
40
40
40
40
40
800
800
800
400
400
400
400
Защитный интервал OFDM - это период, в течение которого интерфейс IEEE 802.11 передает
следующий символ. Для устройств стандартов 802.11a/b/g он равен 800 нс, в стандарте 802.11n
опционально предусмотрен защитный интервал в 400 нс.
содержание
Неужели
MIMO?
содержание
Дело в том, что это технология MIMO
MIMO(Multiple Input, Multiple Output ) :
Технология «умной антенны»
Используется сразу несколько антенн
Увеличивается мощность сигнала на выходе и, как следствие, уровень
сигнала на входе приемника
Большая скорость
Большая площадь покрытия
Более устойчивое соединение
Используется сразу несколько передающих и принимающих антенн,
уменьшающих интерференцию, увеличивая вероятность приема
прямого луча сигнала
Основная технология, обеспечивающая существенное увеличение
зоны покрытия по сравнению с оборудованием стандарта G
содержание
Wi-Fi стандарта N Speed
Формирование лучей радиосигнала в технологии
MIMO:
2 радиосигнала = 2 информационным
потокам
Используется фазовая автоподстройка
Уменьшение многолучевой интерференции
Используются сразу несколько усилителей
мощности
Данные
дублируются
и
передаются
при помощи
2-х антенн
содержание
Wi-Fi стандарта N Speed
Результат использования такой
технологии:
Сложение максимумов сигнала на каждой
из частот
Увеличение соотношение сигнал/шум в
точке приема
содержание
CSMA/CA
CSMA/CA
Метод разделения среды в технологии 802.11
CSMA/CA
Алгоритм определения коллизий работает следующим образом:
A. Сетевое устройство или компьютер прослушивает радиоэфир на предмет
несущего сигнала. В том случае если ее не обнаружено, то можно начинать
передачу.
B. В то время пока идет передача, компьютер или сетевое устройство при
обнаружении сигнала другого устройства или чужих пакетов посылает
шумовую последовательность и ожидает некий случайный промежуток
времени, а затем повторяет попытку передачи.
Примечание : Метод разделения среды CSMA/CA очень схож с методом
используемым в технологии Ethernet (CSMA/CD), однако отличается
тем, что новая передача не начинается до тех пор, пока не будет
получено подтверждение о том, что предыдущая передача удачно
завершена. В том случае когда возникла коллизия попытка передачи
повторяется, но уже после фрагментации фрейма.
содержание
RTS/CTS
Основная идея любого из стандартов 802.11
определить не занят ли канал при попытке передачи.
Перед попыткой передачи каких-либо данных передается специальный служебный
запрос, именуемый RTS(Request to send)- «готов к передаче данных».
Если устройство посылавшее такой запрос в ответ получает служебный ответ
CTS(Clear to send)- «готов к приему данных»,
то можно сделать вывод о том , что радиоэфир свободен в течение
некоторого времени для обмена данными между устройствами.
Эти параметры можно настроить на любом Wi-Fi
оборудовании производства компании TRENDnet.
Канальный уровень 802.11
В технологии 802.11 реализован механизм подтверждения
передатчика об успешности передачи данных
После успешного принятия информационной посылки приемник
высылает передатчику специальный служебный ответ, называемый
ACK (Acknowledgement) – «подтверждение»
В том случае, когда передатчиком не было получено ACK
производится процесс фрагментации пакета, процесс передачи
которого потерпел неудачу
Процесс фрагментации будет рассмотрен ниже
содержание
Передача данных
пакетами
Канальный уровень
Через физические среды передаются пакеты
данных(рассмотрим фрейм Ethernet II)
Пакеты иногда называют фреймами. Те данные, которые вы хотите
передать, разбиваются на маленькие фрагменты – пакеты.
Каждому пакету присваивается заголовок, в котором содержится
служебная информация и MAC адрес тех устройств откуда и куда должен
быть доставлен пакет.
Заголовок
Окончание
Сам пакет
Таким образом,
компьютер разбивает
информацию на пакеты
содержание
Канальный уровень 802.11
Сравним фреймы 802.3 и 802.11 и
сделаем выводы…
F
C
D
/
I
2
2
Address
6
Address
Address
6
6
S
C
2
Address
6
MAC Header
IP, ARP, etc.
Payload
4 Data
CRC
(4 bytes)
(0-2312 bytes)
802.11 Frame
Как Мы с Вами видим, фрэймы 802.11 имеют более сложную структуру, что
повышает накладные расходы на передачу одного фрейма и, как следствие,
сильно влияет на реальную пропускную способность (реальную скорость)!
содержание
Канальный уровень 802.11
Агрегация и фрагментация фреймов
Накопление данных
Пакеты с одинаковым заголовком объединяются в
один большой пакет
Результат - более эффективная передача данных
Пакеты с одним заголовком
Один большой пакет
содержание
Канальный уровень 802.11
Сжатие данных
Аппаратное сжатие
Аппаратное сжатие в
реальном времени
Технология Lempel Ziv
WinZip
Компрессия данных перед
передачей
Декомпрессия после
получения данных
содержание