Систематизация стандартов беспроводного

Широкополосного доступа

В самом начале развития беспроводных сетей комитет FCC (распределяю­щий частоты в США) выделил для работы беспроводных систем гражданского назначения три частотных диапазона: один в районе частоты 915 МГц; другой в диапазоне от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц (S-band); третий - от 5,125 ГГц до 5,875ГГи (C-band).

Для устройств беспроводной передачи данных действует принятый в 1997 году стандарт IEEE 802.11, а также его более поздние расширения - IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g (см. рис.5.1). Стандарт регламентирует диапазоны частот, скорости передачи, методы кодирования информации и прочие технологические харак­теристики работы сети. Основное содержание стандарта 802.11 - организация беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети: несколько абонентов имеют равноправный и нерегулируемый доступ к общему ресурсу - точке доступа.

30Мгц

5150 5180 5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320 5350 МГц

Спектральная маска передачи

Типичный спектр передачи

Рис.3.1. Спектральная маска и распределение неперекрывающихся каналов в диапазоне 5,15-5,35 ГГц для стандарта IEEE 802.11a. Мощность (дБr) определяется относительно пиков функции sin(x)/x

Простейшая сеть, построенная по технологии Wi-Fi, состоит из устройства доступа, которое подключено к сети Интернет и подключенных к нему абонентских устройств (см. рис.3.2). Устройство доступа может быть подключено к сетям провайдера как проводным способом, так и различными беспроводными технологиями.

Рисунок 3.2 -Стандартная схема подключения в Wi-Fi сетях

Зона покрытия сети Wi-Fi обеспечивают беспроводную связь на от­носительно небольших расстояниях (как правило, десятки метров) при наличии прямой видимости между передатчи­ком и приемником. К основным элементам сетей Wi-Fi от­носятся абонентские устройства и устройства доступа к беспроводной Wi-Fi сети. В оборудовании устройств доступа предусмотрены ин­терфейсные устройства и радиостанции точки доступа, взаимодействующtq с абонентскими устройствами сети. Между устройствами доступа возможен радиообмен внутри сети, либо может использоваться опорная сеть (см. рис.3.3).

Рисунок 3.3 - Радиообмен устройств доступа через опорную сеть

Абонентскими устройствами также могут являться персональные компьютеры пользователей, оборудованные встроенными беспроводными адаптерами, либо персональные компьютеры пользователей не оснащенные встроенными адаптерами, а подключенные к ними через USB-порт. При наличии в сети Wi-Fi нескольких устройств доступа все абонентские устройства этой сети разделяются на ячейки, каждая из которых взаи­модействует со своим устройством доступа.

Стандарт IEEE 802.11 включает ряд вариантов, отличающихся, прежде всего, скоростью передачи двоичных символов и диапазоном рабочих частот. Из всех существующих стандартов беспроводной передачи данных IEEE 802.11, на практике наиболее часто используются всего три, определенных Инженерным институтом электротехники и радиоэлектроники (IEEE), это варианты стандарта 802.1 lb, 802.1 lg и 802.11а.

Постоянной тенденцией развития технических решений WiFi считается повышение скорости передачи информации. В связи с этим возникла необходимость использовать и другие диапазоны частот.

Изначально, этой технологией, предусмотрено обеспечение связи по стандарту IEEE802.11. Основные различия набора стандартов IEEE 802.11, для коммуникации беспроводных устройств, заключены в скорости передачи данных и диапазона используемых частот. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и, опционально, на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с (рабочий диапазон стандарта — 5 ГГц). Принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11a, так как в них используются различные технологии. Стандарт предусматривает использование не лицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи — до 11 Мбит/с.В сентябре 2009 был принят стандарт IEEE 802.1 In(скорость передачи данных 600 Мбит/с на часто­тах 2,4, 2,5 или 5 ГГц) Наиболее часто используемые стандарты и их характеристики приведены в таблице 1.1

Помимо интеграции с существующими стандартами Wi-Fi стандарты также развиваются в направлении создания радиоинтерфейсов для работы в безлицензионных полосах частот. Для совместной работы с сетями Wi-Fi в одних и тех же полосах частот разработаны специальные алгоритмы по увеличению помехоустойчивости.

Wi-Fi является технологией беспроводной широкополосной передачи данных на основе стандартов группы IEEE 802.11. Основные и самые популярные решения взаимодействия мобильных устройств, связанные с передачей видео или другого мультимедийного контента, в настоящее время функционируют при помощи Wi-Fi в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5 ГГц.

Таблица 3.1 – Характеристики стандартов технологии WiFi

Особый интерес для коммуникаций многих мобильных устройств и устройств беспроводной коммутации представляет недавно инициированный стандарт 802.11ah, который предоставляет для новых мобильных решений эффективность и масштабируемость, не требующих высокой пропускной способности.

Новый стандарт предназначен для работы в диапазоне частот ниже 1 ГГц и будет поддерживать более узкие величины ширины канала (1 и 2 МГц), что положительно скажется на энергетической эффективности оборудования, а в конечном счете и на его стоимости. Стандарт также оптимизирован для возможности масштабирования его оборудования. На данный момент ожидается, что стандарт 802.11ah будет стандартизован в IEEE и станет работать в полосе частот 863–868 МГц, включающей в себя либо пять каналов по 1 МГц шириной, либо два канала по 2 МГц шириной.

Одно из основных преимуществ, заложенных в стандарт 802.11n, - это поддержка технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output, Многоканальный вход/выход). Разработчиками технологии MIMO была заложена способность синхронно принимать и передавать множество потоков данных через несколько антенн, вместо одной.

В стандарте 802.11n возможны различные антенные конфигурации "МхN", начиная с "1х1" до "4х4" (самые распространенные на сегодняшний день это конфигурации "3х3" или "2х3"), где М -- число указывающее на количество передающих, а N - число указывает на количество принимающих антенн. Например, точка доступа с двумя передающими и тремя приемными антеннами является "2х3" MIMO-устройством.

Чем больше устройство 802.11n использует антенн для одновременной работы передачи/приема, тем будет выше максимальная скорость передачи данных. Само по себе использование нескольких антенн не увеличивает скорость передачи данных или расширение диапазона.

Основным в устройствах стандарта 802.11n является то, что в них реализован усовершенствованный метод обработки сигнала, который и определяет алгоритм работы MIMO-устройства при использовании нескольких антенн. Конфигурация "4х4" при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, конфигурация "3х3" при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 450 Мбит/с, в то время как конфигурации "2х3" и "1х2" обеспечат скорость до 300 Мбит/с.

Существуют три режима работы точек доступа 802.11n - HT, Non-HT и HT Mixed. Режим HighThroughput (HT) известен как "чистый" режим (Greenfield-режим), предполагает отсутствие в зоне покрытия работающих устройств 802.11b/g, использующих ту же полосу частот. В этом режиме смогут работать только клиенты 802.11n, что позволит использовать преимущества высокой скорости и увеличенной дальностью передачи данных.

Точка доступа 802.11n в режиме Non-HT (наследуемый режим), отправляет все кадры в формате 802.11b/g, чтобы устаревшие станции смогли понять их. В этом режиме точка доступа должна использовать ширину каналов 20 МГц. Для обеспечения обратной совместимости все устройства должны поддерживать этот режим. При использовании этого режима передача данных осуществляется со скоростью, поддерживаемой самым медленным устройством.

Смешанный режим HT Mixed будет наиболее распространенным режимом для точек доступа 802.11n в ближайшие несколько лет. Режим HT Mixed обеспечит обратную совместимость устройств. В этом режиме точка доступа 802.11n распознает наличие старых клиентов и будет использовать более низкую скорость передачи данных, пока старое устройство осуществляет прием-передачу данных.

Таким образом, при практическом применении улучшений стандарта 802.11n, преимущества могут быть достигнуты в полной мере только при условии, что клиенты 802.11b/g отсутствуют и беспроводная сеть работает в "чистом" режиме HT.

В ближайшие несколько лет ожидается более широкое распространение телевизоров с поддержкой трансляции видеосигнала со смартфонов по технологии Wi-FiDirect и другим подобным радиоинтерфейсам, на данный момент сложно утверждать, что такой подход позволит избежать встраивания приемников eMBMS в традиционные телевизоры. Варианты подключения устройств по технологии Wi-Fi Direct представлены на рис. 3.4.

Рисунок 3.4 - Подключение устройств по технологии Wi-Fi Direct