Mitä 802.11 b tarkoittaa? Nopein wifi-tila. Wi-Fi-standardit ja niiden erot toisistaan. Johdanto Pitkä ja lyhyt - mikä tämä asetus on?

Hei kaikki! Tänään puhumme jälleen reitittimistä, langattomista verkoista, teknologioista...

Päätin tehdä artikkelin, jossa puhun siitä, millaisia ​​outoja kirjaimia b/g/n nämä ovat, joita löytyy Wi-Fi-reititintä asetettaessa tai laitetta ostettaessa (Wi-Fi-ominaisuudet, esimerkiksi 802.11 b/g). Ja mitä eroa näillä standardeilla on.

Nyt yritämme selvittää, mitä nämä asetukset ovat ja miten niitä voidaan muuttaa reitittimen asetuksissa ja miksi muuttaa langattoman verkon toimintatilaa.

Keinot b/g/n– tämä on langattoman verkon toimintatila (Mode).

Seuraavat standardiryhmät ovat olemassa:

IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n ja IEEE 802.11ac täydentävät verkkolaitteiden toiminnan (fyysinen kerros):
IEEE 802.11d. IEEE 802.11e. IEEE 802.11i. IEEE 802.11j. IEEE 802.11h ja IEEE
802.11r - ympäristöparametrit, radiokanavan taajuudet, turvaominaisuudet, multimediatietojen lähetysmenetelmät jne.;
IEEE 802.11f IEEE 802.11c - yhteyspisteiden keskinäisen vuorovaikutuksen periaate, radiosiltojen toiminta jne.

IEEE 802.11

Vakio IE EE 802.11 oli "ensimmäinen" langattomien verkkostandardien joukossa. Työ sen parissa alkoi jo vuonna 1990. Tämän teki odotetusti IEEE:n työryhmä, jonka tavoitteena oli luoda yksi standardi radiolaitteille, jotka toimivat 2,4 GHz:n taajuudella. Tavoitteena oli saavuttaa 1 ja 2 Mbit/s nopeudet DSSS- ja FHSS-menetelmillä.

Standardin luominen päättyi 7 vuoden kuluttua. Tavoite saavutettiin, mutta vauhdilla. uuden standardin tarjoama osoittautui liian pieneksi nykyajan tarpeisiin. Siksi IEEE:n työryhmä alkoi kehittää uusia, nopeampia standardeja.
802.11-standardin kehittäjät ottivat huomioon järjestelmän solukkoarkkitehtuurin ominaisuudet. Miksi matkapuhelin? Se on hyvin yksinkertaista: muista vain, että aallot etenevät eri suuntiin tietyllä säteellä. Osoittautuu, että vyöhyke näyttää hunajakennolta. Jokainen tällainen solu toimii tukiaseman ohjauksessa, joka toimii tukiasemana. Solua kutsutaan usein peruspalvelualue.

Jotta peruspalvelualueet voivat kommunikoida keskenään, on olemassa erityinen jakelujärjestelmä (Distribution System. DS). 802.11-jakelujärjestelmän haittana on verkkovierailun mahdottomuus.

Vakio IEEE 802.11 mahdollistaa tietokoneiden toiminnan ilman tukiasemaa osana yhtä solua. Tässä tapauksessa työasemat itse suorittavat tukiaseman toiminnot.

Tämä standardi on kehitetty ja keskittynyt taajuusalueella toimiviin laitteisiin 2400-2483,5 MHz. Tässä tapauksessa solun säde saavuttaa 300 m verkon topologiaa rajoittamatta.

IEEE 802.11a

IEEE 802.11a Tämä on yksi lupaavista langattoman verkon standardeista, joka on suunniteltu toimimaan kahdella radiokaistalla - 2,4 ja 5 GHz. Käytetty OFDM-menetelmä mahdollistaa maksimitiedonsiirtonopeuden 54 Mbnt/s. Tämän lisäksi tekniset tiedot sisältävät muita nopeuksia:

• pakollinen 6. 12 n 24 Mbnt/s;

• valinnainen - 9, 18.3G. 18 ja 54 Mbnt/s.

Tällä standardilla on myös hyvät ja huonot puolensa. Edut sisältävät seuraavat:

• rinnakkaisen tiedonsiirron käyttö;

• korkea siirtonopeus;

802.11n-laitteet voivat toimia kahdella kaistalla 2,4 tai 5,0 GHz.

Fyysisellä tasolla (PHY) on toteutettu parannettua signaalinkäsittelyä ja modulointia, ja lisätty mahdollisuus lähettää signaali samanaikaisesti neljän antennin kautta.

Verkkokerros (MAC) mahdollistaa käytettävissä olevan kaistanleveyden tehokkaamman käytön. Yhdessä nämä parannukset mahdollistavat teoreettisten tiedonsiirtonopeuksien lisäämisen jopa 600 Mbit/s– yli kymmenenkertainen kasvu verrattuna 802.11a/g-standardin 54 Mbps:iin (tällä hetkellä näitä laitteita pidetään jo vanhentuneina).

Todellisuudessa langattoman lähiverkon suorituskyky riippuu useista tekijöistä, kuten lähetysvälineestä, radioaaltojen taajuudesta, laitteen sijainnista ja kokoonpanosta. 802.11n-laitteita käytettäessä on tärkeää ymmärtää, mitä parannuksia tähän standardiin on tehty, mihin ne vaikuttavat ja kuinka ne sopivat vanhojen langattomien 802.11a/b/g-verkkojen kanssa ja toimivat yhdessä niiden kanssa. On tärkeää ymmärtää tarkasti, mitä 802.11n-standardin lisäominaisuuksia on toteutettu ja tuettu uusissa langattomissa laitteissa.

Yksi 802.11n-standardin pääkohdista on sen tuki teknologialle MIMO(Multiple Input Multiple Output, Multi-channel input/output).
MIMO-teknologian avulla toteutetaan mahdollisuus vastaanottaa/lähettää samanaikaisesti useita datavirtoja useiden antennien kautta yhden sijasta.

Vakio 802.11n määrittelee erilaisia ​​antennikokoonpanoja "MxN" alkaen "1x1" ennen "4x4"(yleisimmät kokoonpanot ovat nykyään "3x3" tai "2x3"). Ensimmäinen numero (M) määrittää lähetysantennien lukumäärän ja toinen numero (N) määrittää vastaanottoantennien lukumäärän. Esimerkiksi tukiasema, jossa on kaksi lähetys- ja kolme vastaanottoantennia "2x3" MIMO-laite. Kuvaan tätä standardia tarkemmin myöhemmin.

IEEE 802 -standardikomitea muodosti 802.11 Wireless LAN Standards Working Groupin vuonna 1990. Tämä ryhmä aloitti yleismaailmallisen standardin kehittämisen radiolaitteille ja -verkoille, jotka toimivat 2,4 GHz:n taajuudella, pääsynopeuksilla 1 ja 2 Mbps (megabittiä sekunnissa). Standardin luontityö valmistui 7 vuoden kuluttua, ja ensimmäinen 802.11-spesifikaatio ratifioitiin kesäkuussa 1997. IEEE 802.11 -standardi oli ensimmäinen standardi WLAN-tuotteille riippumattomalta kansainväliseltä organisaatiolta, joka kehittää useimpia standardeja langallisiin verkkoihin. Siihen mennessä langattoman verkon alun perin suunniteltu tiedonsiirtonopeus ei kuitenkaan enää tyydyttänyt käyttäjien tarpeita. Jotta Wireless LAN -tekniikka olisi suosittua, halpaa ja mikä tärkeintä, joka täyttää nykypäivän tiukat yrityssovellusten vaatimukset, kehittäjät joutuivat luomaan uuden standardin.

Syyskuussa 1999 IEEE ratifioi edellisen standardin laajennuksen. IEEE 802.11b (tunnetaan myös nimellä 802.11 High rate), se määrittelee standardin langattomille verkkotuotteille, jotka toimivat 11 Mbps:n nopeudella (samanlainen kuin Ethernet), mikä mahdollistaa näiden laitteiden onnistuneen käyttöönoton suurissa organisaatioissa. Eri valmistajien tuotteiden yhteensopivuuden takaa riippumaton organisaatio nimeltä Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Tämän organisaation perustivat langattoman alan johtajat vuonna 1999. Tällä hetkellä WECA:n jäseniä on yli 80 yritystä, mukaan lukien tunnetut valmistajat, kuten jne. Tuotteet, jotka täyttävät Wi-Fi-vaatimukset (WECA-termi IEEE 802.11b:lle) löytyvät verkkosivustolta.

Langattoman pääsyn tarve paikallisiin verkkoihin kasvaa, kun mobiililaitteiden, kuten kannettavien tietokoneiden ja kämmentietokoneiden määrä lisääntyy, sekä käyttäjien kasvava halu olla yhteydessä verkkoon ilman, että heidän tarvitsee "kytkeä" verkkokaapelia tietokoneeseensa. . Vuoteen 2003 mennessä maailmassa ennustetaan olevan yli miljardi mobiililaitetta ja WLAN-tuotteiden markkina-arvon vuonna 2002 ennustetaan olevan yli 2 miljardia dollaria.

IEEE 802.11 -standardi ja sen laajennus 802.11b

Kuten kaikki IEEE 802 -standardit, 802.11 toimii ISO/OSI-mallin kahdessa alimmassa kerroksessa, fyysisessä kerroksessa ja tietoyhteyskerroksessa (kuva 1). Mikä tahansa verkkosovellus, verkkokäyttöjärjestelmä tai protokolla (kuten TCP/IP) toimii yhtä hyvin 802.11-verkossa kuin Ethernet-verkossa.

Riisi. 1. ISO/OSI-mallitasot ja niiden yhteensopivuus 802.11-standardin kanssa.

802.11b:n perusarkkitehtuuri, ominaisuudet ja palvelut määritellään alkuperäisessä 802.11-standardissa. 802.11b-spesifikaatio koskee vain fyysistä kerrosta ja lisää vain suurempia pääsynopeuksia.

802.11 toimintatilat

802.11 määrittelee kahden tyyppisiä laitteita - asiakkaan, joka on yleensä tietokone, jossa on langaton verkkokortti (NIC), ja tukiasema (AP), joka toimii siltana langattoman ja langallisen verkon välillä. Tukiasema sisältää yleensä lähetin-vastaanottimen, langallisen verkkoliitännän (802.3) ja ohjelmiston, joka käsittelee tietoja. Langattomana asemana voi toimia 802.11-standardin mukainen ISA-, PCI- tai PC Card -verkkokortti tai sisäänrakennetut ratkaisut, esimerkiksi 802.11-puhelinkuulokkeet.

IEEE 802.11 -standardi määrittelee kaksi verkon toimintatilaa: Ad-hoc-tilan ja asiakas/palvelin-tilan (tai infrastruktuuritilan). Asiakas/palvelin-tilassa (kuva 2) langaton verkko koostuu vähintään yhdestä langalliseen verkkoon yhdistetystä tukiasemasta ja tietystä joukosta langattomia pääteasemia. Tätä kokoonpanoa kutsutaan peruspalvelujoukoksi (BSS). Kaksi tai useampi BSS, jotka muodostavat yhden aliverkon, muodostavat laajennetun palvelujoukon (ESS). Koska useimpien langattomien asemien on käytettävä tiedostopalvelimia, tulostimia ja langallisen lähiverkon Internetiä, ne toimivat asiakas/palvelin-tilassa.

Riisi. 2. Asiakas/palvelin verkkoarkkitehtuuri.

Ad-hoc-tila (kutsutaan myös pisteestä pisteeseen tai itsenäiseksi peruspalvelujoukoksi, IBSS) on yksinkertainen verkko, jossa useiden asemien välinen viestintä muodostetaan suoraan ilman erityistä tukiasemaa (kuva 3). Tämä tila on hyödyllinen, jos langatonta verkkoinfrastruktuuria ei ole luotu (esimerkiksi hotelli, messuhalli, lentokenttä) tai sitä ei jostain syystä voida luoda.

Riisi. 3. Ad-hoc-verkkoarkkitehtuuri.

802.11 Fyysinen kerros

Fyysisellä tasolla määritellään kaksi laajakaistaista radiotaajuista lähetysmenetelmää ja yksi infrapuna-alueella. RF-menetelmät toimivat 2,4 GHz ISM-kaistalla ja käyttävät tyypillisesti 83 MHz taajuutta 2 400 GHz - 2 483 GHz. RF-menetelmissä käytetyt laajakaistaiset signaalitekniikat lisäävät luotettavuutta, suorituskykyä ja mahdollistavat sen, että monet toisiinsa liittyvät laitteet voivat jakaa saman taajuuskaistan minimaalisella häiriöllä toisilleen.

802.11-standardi käyttää Direct Sequence Spread Spectrumia (DSSS) ja Frequency Hopping Spread Spectrumia (FHSS). Nämä menetelmät ovat pohjimmiltaan erilaisia ​​ja yhteensopimattomia keskenään.

FHSS käyttää Frequency Shift Keying (FSK) -tekniikkaa signaalin moduloimiseen. Nopeudella 1 Mbps toimittaessa käytetään toisen tason FSK Gaussian modulaatiota ja 2 Mbps:n nopeudella neljättä tasoa.

DSSS-menetelmä käyttää Phase Shift Keying (PSK) -modulaatiotekniikkaa. Tässä tapauksessa nopeudella 1 Mbps käytetään differentiaalista binaarista PSK:ta ja nopeudella 2 Mbps differentiaalista neliöllistä PSK-modulaatiota.

Fyysisen kerroksen otsikot lähetetään aina nopeudella 1 Mbps, kun taas dataa voidaan lähettää nopeudella 1 ja 2 Mbps.

Infrapuna (IR) lähetysmenetelmä

Tämän menetelmän toteutus 802.11-standardissa perustuu IR-lähettimen suuntaamattoman (haja-IR) signaalin lähettämiseen. Suuntalähetyksen sijaan, joka edellyttää lähettimen ja vastaanottimen asianmukaista suuntausta, lähetetty IR-signaali lähetetään kattoon. Sitten signaali heijastuu ja vastaanotetaan. Tällä menetelmällä on ilmeisiä etuja suuntalähettimien käyttöön verrattuna, mutta siinä on myös merkittäviä haittoja - vaaditaan katto, joka heijastaa IR-säteilyä tietyllä aallonpituusalueella (850 - 950 nm); Koko järjestelmän kantama on rajoitettu 10 metriin. Lisäksi IR-säteet ovat herkkiä sääolosuhteille, joten menetelmää suositellaan käytettäväksi vain sisätiloissa.

Kaksi tiedonsiirtonopeutta tuetaan - 1 ja 2 Mbps. 1 Mbps:n nopeudella datavirta jaetaan kvartetteihin, joista jokainen koodataan sitten yhdeksi 16 pulssista moduloinnin aikana. Nopeudella 2 Mbps modulaatiomenetelmä on hieman erilainen - datavirta on jaettu bittipareihin, joista jokainen moduloidaan yhdeksi neljästä pulssista. Lähetettävän signaalin huipputeho on 2 W.

FHSS-menetelmä

Taajuushyppelymenetelmällä 2,4 GHz:n kaista jaetaan 79 1 MHz:n kanavaan. Lähettäjä ja vastaanottaja sopivat kanavanvaihtomenetelmästä (valittavissa on 22 tällaista mallia), ja data lähetetään peräkkäin eri kanavien kautta tätä menetelmää käyttäen. Jokainen tiedonsiirto 802.11-verkossa noudattaa erilaista kytkentämallia, ja itse mallit on suunniteltu minimoimaan mahdollisuudet, että kaksi lähettäjää käyttävät samaa kanavaa samanaikaisesti.

FHSS-menetelmä mahdollistaa erittäin yksinkertaisen lähetin-vastaanotinpiirin käytön, mutta se on rajoitettu 2 Mbps:n maksiminopeuteen. Tämä rajoitus johtuu siitä, että yhdelle kanavalle on varattu tasan 1 MHz, mikä pakottaa FHSS-järjestelmät käyttämään koko 2,4 GHz:n kaistaa. Tämä tarkoittaa, että kanavanvaihtoa on tapahduttava usein (esimerkiksi Yhdysvalloissa miniminopeus on 2,5 vaihtoa sekunnissa), mikä puolestaan ​​johtaa lisääntyneeseen yleiskustannuksiin.

DSSS-menetelmä

DSSS-menetelmä jakaa 2,4 GHz:n kaistan 14 osittain päällekkäiseen kanavaan (vain 11 kanavaa on saatavilla Yhdysvalloissa). Jotta useita kanavia voidaan käyttää samanaikaisesti samassa paikassa, ne on asetettava 25 MHz:n välein (ei päällekkäin) keskinäisten häiriöiden välttämiseksi. Näin ollen yhdessä paikassa voidaan käyttää enintään 3 kanavaa samanaikaisesti. Tiedot lähetetään käyttämällä yhtä näistä kanavista ilman, että vaihdetaan muille kanaville. Ylimääräisen kohinan kompensoimiseksi käytetään 11-bittistä Barker-sekvenssiä, jossa jokainen käyttäjädatan bitti muunnetaan 11 bitiksi lähetettyä dataa. Tällainen suuri redundanssi jokaiselle bitille voi merkittävästi lisätä lähetyksen luotettavuutta samalla, kun se vähentää merkittävästi lähetetyn signaalin tehoa. Vaikka osa signaalista katoaisi, useimmissa tapauksissa se silti palautetaan. Tämä minimoi toistuvien tiedonsiirtojen määrän.

802.11b:n tekemät muutokset

802.11b:n tärkein lisäys päästandardiin on tuki kahdelle uudelle tiedonsiirtonopeudelle - 5,5 ja 11 Mbps. DSSS-menetelmä valittiin saavuttamaan nämä nopeudet, koska taajuushyppelymenetelmä ei voi tukea suurempia nopeuksia FCC-rajoitusten vuoksi. Tämä tarkoittaa, että 802.11b-järjestelmät ovat yhteensopivia 802.11 DSSS -järjestelmien kanssa, mutta eivät toimi 802.11 FHSS -järjestelmien kanssa.

802.11b-verkot käyttävät dynaamista nopeuden siirtoa, mikä mahdollistaa tiedonsiirtonopeuden automaattisen muuttumisen radiokanavan ominaisuuksien mukaan. Käyttäjä voi esimerkiksi muodostaa yhteyden enintään 11 ​​Mbps:n nopeudella, mutta jos häiriötaso kasvaa tai käyttäjä siirtyy kauas, mobiililaite alkaa lähettää pienemmällä nopeudella - 5,5, 2 tai 1 Mbps. Jos vakaa toiminta suuremmalla nopeudella on mahdollista, mobiililaite alkaa automaattisesti lähettää suuremmalla nopeudella. Nopeuden siirto on fyysinen kerrosmekanismi, ja se on läpinäkyvä ylemmille kerroksille ja käyttäjälle.

Tietolinkkitaso 802.11

802.11-linkkikerros koostuu kahdesta alikerroksesta: Logical Link Control (LLC) ja Media Access Control (MAC). 802.11 käyttää samaa LLC:tä ja 48-bittistä osoitetta kuin muut 802-verkot, mikä mahdollistaa langattoman ja langallisen verkon helpon yhdistämisen, mutta MAC-kerros on olennaisesti erilainen.

802.11:n MAC-kerros on hyvin samanlainen kuin 802.3:ssa toteutettu kerros, jossa se tukee useita käyttäjiä jaetulla medialla, jossa käyttäjä tarkistaa median ennen sen käyttöä. 802.3 Ethernet-verkot käyttävät Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) -protokollaa, joka määrittää, kuinka Ethernet-asemat käyttävät langallista linjaa ja kuinka ne havaitsevat ja käsittelevät törmäyksiä, jotka tapahtuvat, kun useat laitteet yrittävät muodostaa yhteyden samanaikaisesti. Törmäyksen havaitsemiseksi aseman on kyettävä sekä vastaanottamaan että lähettämään samanaikaisesti. 802.11-standardi edellyttää puolidupleksilähetin-vastaanottimien käyttöä, joten langattomissa 802.11-verkoissa asema ei pysty havaitsemaan törmäystä lähetyksen aikana.

Tämän eron huomioon ottamiseksi 802.11 käyttää muokattua protokollaa, joka tunnetaan nimellä Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) tai Distributed Coordination Function (DCF). CSMA/CA yrittää välttää törmäyksiä käyttämällä eksplisiittistä paketin kuittausta (ACK), mikä tarkoittaa, että vastaanottava asema lähettää ACK-paketin vahvistaakseen, että paketti vastaanotettiin ehjänä.

CSMA/CA toimii seuraavasti. Asema, joka haluaa lähettää, testaa kanavaa, ja jos toimintaa ei havaita, asema odottaa jonkin satunnaisen ajan ja lähettää sitten, jos media on vielä vapaa. Jos paketti saapuu ehjänä, vastaanottava asema lähettää ACK-paketin, jonka vastaanotettuaan lähettäjä suorittaa lähetysprosessin loppuun. Jos lähettävä asema ei vastaanottanut ACK-pakettia sen vuoksi, että datapakettia ei vastaanotettu tai ACK saapui vioittunut, oletetaan, että on tapahtunut törmäys, ja datapaketti lähetetään uudelleen satunnaisen ajanjakson jälkeen. ajasta.

Kanavan tyhjennysalgoritmia (CCA) käytetään määrittämään, onko kanava vapaa. Sen ydin on mitata signaalienergia antennissa ja määrittää vastaanotetun signaalin voimakkuus (RSSI). Jos vastaanotetun signaalin voimakkuus on alle tietyn kynnyksen, kanava julistetaan vapaaksi ja MAC-taso saa CTS-tilan. Jos teho on kynnyksen yläpuolella, tiedonsiirto viivästyy protokollasääntöjen mukaisesti. Standardi tarjoaa toisen kanavan tyhjäkäynnin havaitsemisominaisuuden, jota voidaan käyttää joko yksinään tai yhdessä RSSI-mittauksen kanssa – kantoaaltoanturimenetelmä. Tämä menetelmä on valikoivampi, koska se testaa samaa kantoaaltotyyppiä kuin 802.11-spesifikaatio. Paras menetelmä riippuu työalueen häiriöiden tasosta.

Siten CSMA/CA tarjoaa menetelmän pääsyn erottamiseen radiokanavan yli. Eksplisiittinen kuittausmekanismi ratkaisee tehokkaasti häiriöongelmat. Se kuitenkin lisää lisäkustannuksia, joita 802.3:lla ei ole, joten 802.11-verkot ovat aina hitaampia kuin vastaavat Ethernet-LAN-verkot.

Riisi. 4. Kuva "piilopisteen" ongelmasta.

Toinen MAC-kerroskohtainen ongelma on "piilopiste"-ongelma, jossa kaksi asemaa voivat molemmat "kuulla" tukiaseman, mutta eivät "kuule" toisiaan etäisyyden tai esteiden vuoksi (kuva 4). Tämän ongelman ratkaisemiseksi 802.11 lisäsi valinnaisen Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) -protokollan MAC-kerrokseen. Kun tätä protokollaa käytetään, lähettävä asema lähettää RTS:n ja odottaa liityntäpisteen vastausta CTS:llä. Koska kaikki verkon asemat voivat "kuulla" liityntäpisteen, CTS-signaali saa ne viivästymään lähetyksiään, mikä sallii lähettävän aseman lähettää dataa ja vastaanottaa ACK-paketin ilman törmäysmahdollisuutta. Koska RTS/CTS lisää verkon ylimääräistä lisärasitusta varaamalla väliaikaisesti mediaa, sitä käytetään tyypillisesti vain erittäin suurille paketeille, joiden uudelleenlähetys olisi liian kallista.

Lopuksi 802.11 MAC -kerros tarjoaa mahdollisuuden laskea CRC- ja fragmenttipaketteja. Jokaisella paketilla on oma CRC-tarkistussumma, joka lasketaan ja liitetään pakettiin. Tämä eroaa Ethernet-verkoista, joissa korkeamman tason protokollat ​​(esimerkiksi TCP) käsittelevät virheitä. Pakettien pirstoutuminen mahdollistaa suurten pakettien jakamisen pienempiin, kun ne lähetetään ilmateitse, mikä on hyödyllistä erittäin ruuhkaisissa ympäristöissä tai joissa on merkittäviä häiriöitä, koska pienemmät paketit eivät vaurioidu. Tämä menetelmä vähentää useimmissa tapauksissa uudelleenlähetyksen tarvetta ja lisää siten koko langattoman verkon suorituskykyä. MAC-kerros vastaa vastaanotettujen fragmenttien uudelleen kokoamisesta, mikä tekee tästä prosessista läpinäkyvän korkeamman tason protokollille.

Verkkoyhteys

802.11 MAC -kerros vastaa siitä, kuinka asiakas muodostaa yhteyden tukiasemaan. Kun 802.11-asiakas on yhden tai useamman tukiaseman kantaman sisällä, se valitsee niistä yhden signaalin voimakkuuden ja havaittujen virheiden perusteella ja muodostaa yhteyden siihen. Kun asiakas saa vahvistuksen, että tukiasema on hyväksynyt sen, se virittyy radiokanavalle, jolla se toimii. Ajoittain se tarkistaa kaikki 802.11-kanavat nähdäkseen, tarjoaako jokin toinen tukiasema parempaa palvelua. Jos tällainen tukiasema löytyy, asema muodostaa yhteyden siihen virittäen uudelleen taajuudelleen (kuva 5).

Riisi. 5. Yhteyden muodostaminen verkkoon ja oikean kanavamäärityksen kuvaaminen tukiasemille.

Uudelleenkytkentä tapahtuu yleensä, kun asema on fyysisesti siirretty pois tukiasemasta, mikä aiheuttaa signaalin heikkenemisen. Muissa tapauksissa uudelleenkytkentä tapahtuu rakennuksen RF-ominaisuuksien muutoksen vuoksi tai yksinkertaisesti alkuperäisen tukiaseman kautta kulkevan suuren verkkoliikenteen vuoksi. Jälkimmäisessä tapauksessa tämä protokollaominaisuus tunnetaan nimellä "kuormituksen tasapainottaminen", koska sen päätarkoitus on jakaa langattoman verkon kokonaiskuormitus mahdollisimman tehokkaasti koko käytettävissä olevan verkkoinfrastruktuurin kesken.

Dynaamisen yhteyden ja uudelleen yhdistämisprosessin avulla verkonvalvojat voivat luoda langattomia verkkoja, joilla on erittäin laaja kattavuus, jolloin syntyy osittain päällekkäisiä "soluja". Ihanteellinen vaihtoehto on sellainen, jossa viereiset päällekkäiset tukiasemat käyttävät eri DSSS-kanavia, jotta ne eivät häiritse toisiaan (kuva 5).

Suoratoiston tuki

Suoratoistodatan, kuten videon tai äänen, tuetaan 802.11-spesifikaatiossa MAC-kerroksessa Point Coordination Function (PCF) -toiminnon kautta. Toisin kuin Distributed Coordination Function (DCF), jossa ohjaus on hajautettu kaikkien asemien kesken, PCF-tilassa vain tukiasema ohjaa pääsyä kanavalle. Jos asennettuna on BSS, jossa PCF on käytössä, aika jaetaan tasaisesti PCF-tilan ja CSMA/CA-tilan välillä. Aikana, jolloin järjestelmä on PCF-tilassa, tukiasema kysyy kaikilta asemilta tietoja. Jokaiselle asemalle on varattu määrätty aika, jonka jälkeen seuraava asema pollataan. Mikään asema ei voi lähettää tällä hetkellä, paitsi se, jota pollataan. Koska PCF sallii jokaisen aseman lähettää tiettyyn aikaan, maksimilatenssi on taattu. Tämän suunnittelun haittana on, että liityntäpisteen täytyy pollata kaikki asemat, mikä tulee erittäin tehottomaksi suurissa verkoissa.

Virranhallinta

Median käytön hallinnan lisäksi 802.11 MAC -kerros tukee virransäästötiloja mobiililaitteiden akun käyttöiän pidentämiseksi. Standardi tukee kahta energiankulutustilaa, joita kutsutaan "jatkuvaksi käyttötilaksi" ja "säästötilaksi". Ensimmäisessä tapauksessa radio on aina päällä, kun taas toisessa tapauksessa radio kytketään ajoittain päälle tietyin väliajoin vastaanottamaan tukiaseman jatkuvasti lähettämiä "majakkasignaaleja". Nämä signaalit sisältävät tietoa siitä, minkä aseman tulisi vastaanottaa data. Näin asiakas voi vastaanottaa majakan, vastaanottaa tiedot ja palata sitten lepotilaan.

Turvallisuus

802.11b tarjoaa pääsynhallinnan MAC-kerroksessa (toinen kerros ISO/OSI-mallissa) ja salausmekanismeja, jotka tunnetaan nimellä Wired Equivalent Privacy (WEP), joiden tarkoituksena on tarjota langattomille verkoille langallisia verkkoja vastaava suojaus. Kun WEP on käytössä, se suojaa vain datapakettia, mutta ei suojaa fyysisen kerroksen otsikoita, jotta muut verkon asemat voivat tarkastella verkon hallintaan tarvittavia tietoja. Pääsyn ohjaamiseksi kuhunkin liityntäpisteeseen sijoitetaan ns. ESSID (tai WLAN-palvelualuetunnus), jonka tietämättä matkaviestin ei pysty muodostamaan yhteyttä tukiasemaan. Lisäksi tukiasema voi ylläpitää luetteloa sallituista MAC-osoitteista, nimeltään Access Control List (ACL), sallien pääsyn vain niille asiakkaille, joiden MAC-osoitteet ovat luettelossa.

Tietojen salausta varten standardi tarjoaa salausominaisuudet käyttämällä RC4-algoritmia ja 40-bittistä jaettua avainta. Kun asema muodostaa yhteyden tukiasemaan, kaikki lähetetyt tiedot voidaan salata tällä avaimella. Kun salausta käytetään, tukiasema lähettää salatun paketin mille tahansa asemalle, joka yrittää muodostaa yhteyden siihen. Asiakkaan on käytettävä avaimeansa oikean vastauksen salaamiseen voidakseen todentaa itsensä ja päästäkseen verkkoon. Toisen kerroksen yläpuolella 802.11b-verkot tukevat samoja kulunvalvonta- ja salausstandardeja (kuten IPSec) kuin muut 802-verkot.

Terveys

Koska mobiiliasemat ja tukiasemat ovat mikroaaltouunilaitteita, monilla ihmisillä on kysymyksiä Wave LAN -komponenttien käytön turvallisuudesta. Tiedetään, että mitä korkeampi radiosäteilyn taajuus on, sitä vaarallisempi se on ihmisille. Erityisesti tiedetään, että jos katsot suorakaiteen muotoisen aaltoputken sisään, joka lähettää signaalia taajuudella 10 GHz tai enemmän, teholla noin 2 W, verkkokalvon vaurioituminen tapahtuu väistämättä, vaikka altistuksen kesto olisi alle sekunti. Mobiililaitteiden ja tukiasemien antennit ovat korkeataajuisen säteilyn lähteitä, ja vaikka lähetettävän signaalin teho on hyvin alhainen, sinun ei pitäisi olla toimivan antennin välittömässä läheisyydessä. Turvaetäisyys on pääsääntöisesti kymmenien senttimetrien luokkaa vastaanottavista ja lähettävistä osista. Tarkempi arvo löytyy kyseisen laitteen ohjekirjasta.

Edelleen kehittäminen

Parhaillaan kehitetään kahta kilpailevaa standardia seuraavan sukupolven langattomille verkoille - IEEE 802.11a -standardi ja eurooppalainen HIPERLAN-2 -standardi. Molemmat standardit toimivat toisella ISM-kaistalla, joka käyttää noin 5 GHz:n taajuuskaistaa. Ilmoitettu tiedonsiirtonopeus uuden sukupolven verkoissa on 54 Mbps.

802.11b laitevalmistajat

Nykyään WaveLAN-ratkaisumarkkinoiden tunnetuimmat ja suosituimmat valmistajat ovat Lucent (ORiNOCO-sarja) ja Cisco (Aironet-sarja). Niiden lisäksi 802.11b-yhteensopivia laitteita valmistavia yrityksiä on melkoinen määrä. Näitä ovat esimerkiksi 3Com (3Com AirConnect -sarja), Samsung, Compaq, Symbol, Zoom Telephonics jne. Artikkelin seuraavassa osassa tarkastellaan Lucentin ORiNOCO-sarjan ja Ciscon Aironetin ominaisuuksia ja sitten testataan molemmat sarjat.

Linkit

• — Työryhmä 802.11
• - WaveLAN Ukrainassa
• — Arvostelut, WaveLAN-testaus, lakitiedot

Uudesta langattomasta IEEE 802.11n -standardista on puhuttu jo useita vuosia. Tämä on ymmärrettävää, koska yksi olemassa olevien IEEE 802.11a/b/g langattoman tiedonsiirtostandardien suurimmista haitoista on liian alhainen tiedonsiirtonopeus. Itse asiassa IEEE 802.11a/g -protokollien teoreettinen suorituskyky on vain 54 Mbit/s, eikä todellinen tiedonsiirtonopeus ylitä 25 Mbit/s. Uuden langattoman tiedonsiirtostandardin IEEE 802.11n pitäisi tarjota jopa 300 Mbit/s siirtonopeudet, mikä näyttää erittäin houkuttelevalta verrattuna 54 Mbit/s nopeuteen. Tietenkin todellinen tiedonsiirtonopeus IEEE 802.11n -standardissa, kuten testitulokset osoittavat, ei ylitä 100 Mbit/s, mutta myös tässä tapauksessa todellinen tiedonsiirtonopeus on neljä kertaa suurempi kuin IEEE 802.11g -standardissa. . IEEE 802.11n -standardia ei ole vielä lopullisesti hyväksytty (tämän pitäisi tapahtua ennen vuoden 2007 loppua), mutta lähes kaikki langattomien laitteiden valmistajat ovat jo alkaneet tuottaa laitteita, jotka ovat yhteensopivia IEEE 802.11n -standardin luonnosversion kanssa.
Tässä artikkelissa tarkastellaan uuden IEEE 802.11n -standardin perussäännöksiä ja sen tärkeimpiä eroja 802.11a/b/g-standardeihin verrattuna.

Olemme jo puhuneet 802.11a/b/g langattoman viestinnän standardeista yksityiskohtaisesti lehdemme sivuilla. Siksi tässä artikkelissa emme kuvaile niitä yksityiskohtaisesti. Jotta uuden standardin ja sen edeltäjien väliset tärkeimmät erot olisivat ilmeisiä, meidän on kuitenkin tehtävä yhteenveto aiemmin julkaistuista tästä aiheesta.

Ottaen huomioon langattomien lähiverkkojen (WLAN) luomiseen käytettyjen langattomien viestintästandardien historian, on luultavasti syytä muistaa IEEE 802.11 -standardi, joka, vaikka sitä ei enää löydy puhtaassa muodossaan, on kaikkien muiden verkkojen langattoman viestintästandardien esi-isä. WLAN.

IEEE 802.11 -standardi

802.11-standardi mahdollistaa taajuusalueen käytön 2400 - 2483,5 MHz, eli 83,5 MHz:n laajan alueen, joka on jaettu useisiin taajuusalikanaviin.

802.11-standardi perustuu spektrin hajautustekniikkaan (Spread Spectrum, SS), mikä tarkoittaa, että alunperin kapeakaistainen (spektrin leveydellä mitattuna) hyödyllinen informaatiosignaali muunnetaan lähetyksen aikana siten, että sen spektri on paljon leveämpi kuin alkuperäisen signaalin spektri. Samanaikaisesti signaalispektrin laajenemisen kanssa tapahtuu signaalin spektrienergiatiheyden uudelleenjakauma - myös signaalienergia "hajautuu" koko spektriin.

802.11-protokolla käyttää Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) -tekniikkaa. Sen ydin on siinä, että alun perin kapeakaistaisen signaalin spektrin laajentamiseksi jokaiseen lähetettyyn informaatiobittiin rakennetaan sirusekvenssi, joka on suorakulmaisten pulssien sekvenssi. Jos yhden sirupulssin kesto on n kertaa pienempi kuin informaatiobitin kesto, niin muunnetun signaalin spektrin leveys on n kertaa alkuperäisen signaalin spektrin leveys. Tässä tapauksessa lähetetyn signaalin amplitudi pienenee n kerran.

Informaatiobitteihin upotettuja sirujaksoja kutsutaan kohinakoodeiksi (PN-sequences), mikä korostaa sitä tosiasiaa, että tuloksena oleva signaali muuttuu kohinaiseksi ja sitä on vaikea erottaa luonnollisesta kohinasta.

On selvää, kuinka signaalin spektriä voidaan laajentaa ja tehdä siitä erottumattomaksi luonnollisesta melusta. Tätä varten voit periaatteessa käyttää mielivaltaista (satunnaista) sirusekvenssiä. Herää kuitenkin kysymys, kuinka tällainen signaali vastaanotetaan. Loppujen lopuksi, jos siitä tulee kohinaista, hyödyllisen informaatiosignaalin eristäminen siitä ei ole niin helppoa, ellei mahdotonta. Tämä voidaan kuitenkin tehdä, mutta tätä varten sinun on valittava sirujärjestys vastaavasti. Signaalispektrin laajentamiseen käytettyjen sirusekvenssien on täytettävä tietyt autokorrelaatiovaatimukset. Matematiikassa autokorrelaatiolla tarkoitetaan sitä, missä määrin funktio on samanlainen itsensä kanssa eri ajankohtina. Jos valitset sirusekvenssin, jonka autokorrelaatiofunktiolla on selvä huippu vain yhden ajankohdan ajan, tällainen informaatiosignaali voidaan erottaa kohinatasolla. Tätä varten vastaanotettu signaali kerrotaan vastaanottimen sirusekvenssillä, eli lasketaan signaalin autokorrelaatiofunktio. Tämän seurauksena signaalista tulee jälleen kapeakaistainen, joten se suodatetaan kapealla taajuuskaistalla, joka vastaa kaksinkertaista lähetysnopeutta. Kaikki häiriöt, jotka osuvat alkuperäisen laajakaistasignaalin kaistalle sirusekvenssillä kertomisen jälkeen, päinvastoin muuttuvat laajakaistaisiksi ja katkaistaan ​​suodattimien avulla, ja vain osa häiriöistä putoaa kapealle informaatiokaistalle vähemmän kuin vastaanottimen sisäänmenoon vaikuttavat häiriöt.

Määritetyt autokorrelaatiovaatimukset täyttäviä sirujaksoja on melko paljon, mutta niin sanotut Barker-koodit kiinnostavat meitä erityisesti, koska niitä käytetään 802.11-protokollassa. Barker-koodeilla on tunnetuista näennäissatunnaisista sekvensseistä parhaat kohinanomaiset ominaisuudet, mikä on johtanut niiden laajaan käyttöön. 802.11-protokollaperhe käyttää Barker-koodia, joka on 11 merkkiä pitkä.

Signaalin lähettämiseksi vastaanottimen bittien informaatiosekvenssi lisätään modulo 2 (mod 2) 11-siruisen Barker-koodin kanssa käyttämällä XOR (exclusive OR) -porttia. Siten looginen ykkönen lähetetään suoralla Barker-sekvenssillä ja looginen nolla käänteisellä sekvenssillä.

802.11-standardi tarjoaa kaksi nopeustilaa - 1 ja 2 Mbit/s.

Tietonopeudella 1 Mbit/s yksittäisten Barker-sekvenssisirujen nopeus on 11x106 chippiä sekunnissa ja tällaisen signaalin spektrin leveys on 22 MHz.

Ottaen huomioon, että taajuusalueen leveys on 83,5 MHz, havaitsemme, että tälle taajuusalueelle mahtuu yhteensä kolme ei-päällekkäistä taajuuskanavaa. Koko taajuusalue on kuitenkin yleensä jaettu 11 päällekkäiseen 22 MHz:n taajuuskanavaan, jotka sijaitsevat 5 MHz:n päässä toisistaan. Esimerkiksi ensimmäinen kanava on taajuusalueella 2400 - 2423 MHz ja on keskitetty suhteessa taajuuteen 2412 MHz. Toinen kanava on keskitetty suhteessa taajuuteen 2417 MHz ja viimeinen, 11. kanava on keskitetty suhteessa taajuuteen 2462 MHz. Näin katsottuna kanavat 1, 6 ja 11 eivät mene päällekkäin ja niiden väli on 3 MHz. Näitä kolmea kanavaa voidaan käyttää toisistaan ​​riippumatta.

Sinimuotoisen kantoaaltosignaalin moduloimiseksi datanopeudella 1 Mbit/s käytetään suhteellista binäärivaihemodulaatiota (DBPSK).

Tässä tapauksessa informaation koodaus tapahtuu sinimuotoisen signaalin vaihesiirron vuoksi edelliseen signaalitilaan verrattuna. Binäärivaihemodulaatio tarjoaa kaksi mahdollista vaihesiirtoarvoa - 0 ja p. Tällöin looginen nolla voidaan lähettää samanvaiheisella signaalilla (vaihesiirto on 0) ja looginen nolla voidaan lähettää signaalilla, joka on vaihesiirretty p:llä.

Tietonopeus 1 Mbit/s on pakollinen IEEE 802.11 -standardissa (Basic Access Rate), mutta 2 Mbit/s (Enhanced Access Rate) -nopeus on valinnainen. Tietojen lähettämiseen tällä nopeudella käytetään samaa DSSS-tekniikkaa 11-sirun Barker-koodeilla, mutta differentiaalista kvadratuurivaiheen siirtonäppäintä käytetään kantoaallon moduloimiseen.

Yhteenvetona, kun otetaan huomioon 802.11-protokollan fyysinen kerros, huomaamme, että 2 Mbit/s informaationopeudella Barker-sekvenssin yksittäisten sirujen nopeus pysyy samana, eli 11x106 chippiä sekunnissa ja siten leveys. lähetetyn signaalin spektri ei muutu.

IEEE 802.11b -standardi

IEEE 802.11 -standardi korvattiin IEEE 802.11b -standardilla, joka otettiin käyttöön heinäkuussa 1999. Tämä standardi on eräänlainen 802.11-perusprotokollan laajennus ja tarjoaa 1 ja 2 Mbit/s nopeuksien lisäksi 5,5 ja 11 Mbit/s nopeudet, joille ns. komplementaariset koodit (Complementary Code Keying, CCK) käytetään.

Täydentävillä koodeilla tai CCK-sekvensseillä on se ominaisuus, että niiden autokorrelaatiofunktioiden summa mille tahansa muulle sykliselle siirrolle kuin nolla on aina nolla, joten niitä, kuten Barker-koodeja, voidaan käyttää tunnistamaan signaali kohinataustasta.

Suurin ero CCK-sekvenssien ja aiemmin käsiteltyjen Barker-koodien välillä on se, että ei ole tiukasti määriteltyä sekvenssiä, jonka kautta joko looginen nolla tai ykkönen voidaan koodata, vaan koko joukko sekvenssejä. Tämä seikka mahdollistaa useiden informaatiobittien koodaamisen yhteen lähetettyyn symboliin ja lisää siten tiedonsiirtonopeutta.

IEEE 802.11b -standardi käsittelee monimutkaisia ​​komplementaarisia 8-sirujen sekvenssejä, jotka on määritetty joukolle monimutkaisia ​​elementtejä, joiden arvot ovat (1, -1, +j, -j}.

Monimutkainen signaaliesitys on kätevä matemaattinen työkalu vaihemoduloidun signaalin esittämiseen. Siten sekvenssiarvo, joka on yhtä suuri kuin 1, vastaa signaalia, joka on vaiheessa generaattorisignaalin kanssa, ja sekvenssiarvo, joka on yhtä suuri kuin -1, vastaa vaiheen vastaista signaalia; järjestysarvo on yhtä suuri j- signaalin vaihesiirretty p/2:lla ja arvo on yhtä suuri kuin - j, - signaalin vaihetta siirretty -p/2.

Jokainen CCK-sekvenssin elementti on kompleksiluku, jonka arvo määritetään melko monimutkaisen algoritmin avulla. Mahdollisia CCK-sekvenssejä on yhteensä 64 sarjaa, joista jokaisen valinta määräytyy tulobittien sekvenssin mukaan. Yhden CCK-sekvenssin yksilölliseen valitsemiseen tarvitaan kuusi tulobittiä. Siten IEEE 802.11b -protokolla käyttää yhtä 64 mahdollisesta kahdeksanbittisestä CKK-sekvenssistä kunkin merkin koodauksessa.

Nopeudella 5,5 Mbit/s 4 bittiä dataa koodataan samanaikaisesti yhteen symboliin ja nopeudella 11 Mbit/s - 8 bittiä dataa. Molemmissa tapauksissa symbolinen lähetysnopeus on 1,385x106 symbolia sekunnissa (11/8 = 5,5/4 = 1,385), ja kun otetaan huomioon, että jokainen merkki on määritelty 8-sirujen sekvenssillä, havaitsemme, että molemmissa tapauksissa lähetys yksittäisten pelimerkkien nopeus on 11x106 pelimerkkiä sekunnissa. Vastaavasti signaalin spektrin leveys sekä 11 että 5,5 Mbit/s nopeuksilla on 22 MHz.

IEEE 802.11g -standardi

Vuonna 2003 hyväksytty IEEE 802.11g -standardi on looginen kehitys 802.11b-standardista ja sisältää tiedonsiirron samalla taajuusalueella, mutta suuremmilla nopeuksilla. Lisäksi 802.11g on täysin yhteensopiva 802.11b:n kanssa, mikä tarkoittaa, että minkä tahansa 802.11g-laitteen on voitava toimia 802.11b-laitteiden kanssa. Suurin tiedonsiirtonopeus 802.11g-standardissa on 54 Mbit/s.

802.11g-standardia kehitettäessä harkittiin kahta kilpailevaa teknologiaa: 802.11a-standardista lainattua ja Intersilin ehdottamaa ortogonaalista taajuusjako-OFDM-menetelmää ja Texas Instrumentsin ehdottamaa binääripakettien konvoluutiokoodausmenetelmää PBCC. Tämän seurauksena 802.11g-standardi sisältää kompromissiratkaisun: OFDM- ja CCK-teknologioita käytetään perustekniikoina ja PBCC-tekniikan valinnainen käyttö on mahdollista.

Konvoluutiokoodauksen (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC) idea on seuraava. Saapuva informaatiobittien sekvenssi muunnetaan konvoluutiokooderissa siten, että jokainen tulobitti vastaa useampaa kuin yhtä lähtöbittiä. Toisin sanoen konvoluutiokooderi lisää tiettyä redundanttia informaatiota alkuperäiseen sekvenssiin. Jos esimerkiksi jokainen tulobitti vastaa kahta lähtöbittiä, puhumme konvoluutiokoodauksesta nopeudella r= 1/2. Jos jokainen kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä, se on 2/3.

Mikä tahansa konvoluutiokooderi on rakennettu useiden peräkkäin kytkettyjen muistisolujen ja XOR-porttien pohjalta. Tallennussolujen määrä määrittää mahdollisten kooderin tilojen määrän. Jos esimerkiksi konvoluutioenkooderi käyttää kuutta muistisolua, niin kooderi tallentaa tietoa kuudesta aikaisemmasta signaalitilasta ja tulobitin arvon huomioon ottaen havaitaan, että tällainen kooderi käyttää seitsemää bittiä tulosekvenssistä. Tällaista konvoluutiokooderia kutsutaan seitsemän tilan kooderiksi ( K = 7).

Konvoluutiokooderissa generoidut ulostulobitit määräytyvät XOR-operaatioilla tulobitin arvojen ja tallennussoluihin tallennettujen bittien välillä, eli kunkin generoidun lähtöbitin arvo ei riipu vain saapuvasta informaatiobitistä, mutta myös useilla aikaisemmilla biteillä.

PBCC-tekniikka käyttää seitsemän tilan konvoluutiokoodareita ( K= 7) nopeudella r = 1/2.

Konvoluutiokooderien tärkein etu on niiden tuottaman sekvenssin kohinansieto. Tosiasia on, että redundantilla koodauksella, jopa vastaanottovirheiden sattuessa, alkuperäinen bittisekvenssi voidaan palauttaa tarkasti. Vastaanottimen puolella käytetään Viterbi-dekooderia palauttamaan alkuperäinen bittisekvenssi.

Konvoluutiokooderissa generoitua kaksibittiä käytetään myöhemmin lähetettävänä symbolina, mutta se alistetaan ensin vaihemodulaatiolle. Lisäksi siirtonopeudesta riippuen binääri-, kvadratuuri- tai jopa kahdeksanpaikkainen vaihemodulaatio on mahdollista.

Toisin kuin DSSS-tekniikat (Barker-koodit, SSK-sekvenssit), konvoluutiokoodaustekniikka ei käytä spektrinlaajentavaa tekniikkaa käyttämällä kohinaa muistuttavia sekvenssejä, mutta spektrin laajentaminen standardiin 22 MHz on myös tässä tapauksessa. Tätä varten käytetään mahdollisten QPSK- ja BPSK-signaalikonstellaatioiden muunnelmia.

Tarkasteltua PBCC-koodausmenetelmää käytetään valinnaisesti 802.11b-protokollassa nopeuksilla 5,5 ja 11 Mbit/s. Vastaavasti 802.11g-protokollassa siirtonopeuksille 5,5 ja 11 Mbit/s tätä menetelmää käytetään myös valinnaisesti. Yleisesti ottaen 802.11b- ja 802.11g-protokollien yhteensopivuuden vuoksi 802.11b-protokollan tarjoamia koodaustekniikoita ja nopeuksia tuetaan myös 802.11g-protokollassa. Tässä suhteessa 11 Mbps:n nopeuteen asti 802.11b- ja 802.11g-protokollat ​​ovat samat, paitsi että 802.11g-protokolla tarjoaa nopeuksia, joita 802.11b-protokolla ei tarjoa.

Vaihtoehtoisesti 802.11g-protokollassa PBCC-tekniikkaa voidaan käyttää siirtonopeuksilla 22 ja 33 Mbit/s.

Nopeudella 22 Mbit/s, verrattuna jo tarkasteltuun PBCC-malliin, tiedonsiirrossa on kaksi ominaisuutta. Ensinnäkin käytetään 8-paikkaista vaihemodulaatiota (8-PSK), eli signaalin vaihe voi saada kahdeksan eri arvoa, mikä mahdollistaa kolmen bitin koodauksen yhteen symboliin. Lisäksi piiriin on lisätty puncture encoder (Puncture) konvoluutiokooderia lukuun ottamatta. Tämän ratkaisun merkitys on melko yksinkertainen: konvoluutiokooderin redundanssi, joka on yhtä suuri kuin 2 (jokaista tulobittiä kohden on kaksi lähtöbittiä), on melko korkea ja tietyissä kohinaolosuhteissa tarpeeton, joten redundanssia voidaan vähentää niin. että esimerkiksi jokainen kaksi tulobittiä vastaa kolmea lähtöbittiä . Tätä varten voit tietysti kehittää sopivan konvoluutiokooderin, mutta on parempi lisätä piiriin erityinen lävistysenkooderi, joka yksinkertaisesti tuhoaa ylimääräiset bitit.

Oletetaan, että pisteenkooderi poistaa yhden bitin jokaisesta neljästä tulobitistä. Tällöin joka neljä saapuvaa bittiä vastaa kolmea lähtevää bittiä. Tällaisen kooderin nopeus on 4/3. Jos tällaista kooderia käytetään yhdessä konvoluutiokooderin kanssa, jonka nopeus on 1/2, niin kokonaiskoodausnopeus on 2/3, eli jokaista kahta tulobittiä kohden on kolme lähtöbittiä.

Kuten jo todettiin, PBCC-tekniikka on valinnainen IEEE 802.11g -standardissa ja OFDM-tekniikka on pakollinen. Ymmärtääksemme OFDM-tekniikan olemuksen, katsotaanpa tarkemmin monitiehäiriöitä, joita esiintyy signaalien leviäessä avoimessa ympäristössä.

Monitiesignaalin häiriön vaikutus on se, että useiden luonnollisten esteiden heijastusten seurauksena sama signaali voi saavuttaa vastaanottimen eri tavoin. Mutta eri etenemisreitit eroavat toisistaan ​​pituudeltaan, ja siksi signaalin vaimennus ei ole niille sama. Näin ollen vastaanottopisteessä saatu signaali edustaa monien eri amplitudit omaavien ja ajallisesti toisiinsa nähden siirtyneiden signaalien häiriötä, mikä vastaa eri vaiheisten signaalien yhteenlaskua.

Monitiehäiriön seurauksena vastaanotettu signaali vääristyy. Monitiehäiriö on ominaista kaikentyyppisille signaaleille, mutta sillä on erityisen negatiivinen vaikutus laajakaistaisiin signaaleihin, koska laajakaistasignaalia käytettäessä häiriön seurauksena tietyt taajuudet summautuvat vaiheeseen, mikä johtaa signaalin lisääntymiseen, ja jotkut päinvastoin epävaiheessa aiheuttaen signaalin heikkenemisen tietyllä taajuudella.

Puhuttaessa monitiehäiriöistä, joita esiintyy signaalin lähetyksen aikana, havaitaan kaksi ääritapausta. Ensimmäisessä niistä signaalien välinen maksimiviive ei ylitä yhden symbolin kestoa ja häiriöitä esiintyy yhden lähetetyn symbolin sisällä. Toisessa signaalien välinen maksimiviive on suurempi kuin yhden symbolin kesto, joten häiriön seurauksena eri symboleja edustavia signaaleja lisätään ja syntyy ns. inter-symbol interference (ISI).

Se on symbolien välinen häiriö, jolla on negatiivisin vaikutus signaalin vääristymiseen. Koska symboli on diskreetti signaalitila, jolle on tunnusomaista kantoaaltotaajuuden, amplitudin ja vaiheen arvot, signaalin amplitudi ja vaihe muuttuvat eri symboleilla, ja siksi alkuperäisen signaalin palauttaminen on erittäin vaikeaa.

Tästä syystä suurilla datanopeuksilla käytetään datan koodausmenetelmää, jota kutsutaan nimellä Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Sen olemus on siinä, että lähetettävä datavirta on hajautettu useille taajuuksille alikanaville ja lähetys tapahtuu rinnakkain kaikilla sellaisilla alikanavilla. Tässä tapauksessa suuri siirtonopeus saavutetaan juuri kaikkien kanavien samanaikaisen tiedonsiirron ansiosta, kun taas erillisessä alikanavassa siirtonopeus voi olla alhainen.

Koska tiedonsiirtonopeus kullakin taajuusalikanavalla ei voi olla liian korkea, luodaan edellytykset symbolien välisten häiriöiden tehokkaalle vaimentamiselle.

Kanavien taajuusjako edellyttää, että yksittäinen kanava on riittävän kapea signaalin vääristymisen minimoimiseksi, mutta samalla riittävän leveä tarjoamaan vaaditun siirtonopeuden. Lisäksi alikanaviin jaetun kanavan koko kaistanleveyden taloudellisen hyödyntämisen kannalta on toivottavaa järjestää taajuusalikanavat mahdollisimman lähelle toisiaan, mutta samalla välttää kanavien välisiä häiriöitä niiden täydellisen riippumattomuuden varmistamiseksi. Taajuuskanavia, jotka täyttävät edellä mainitut vaatimukset, kutsutaan ortogonaalisiksi. Kaikkien taajuusalikanavien kantoaaltosignaalit ovat ortogonaalisia toisiinsa nähden. On tärkeää, että kantoaaltosignaalien ortogonaalisuus takaa kanavien taajuusriippumattomuuden toisistaan ​​ja siten kanavien välisten häiriöiden puuttumisen.

Tätä menetelmää laajakaistaisen kanavan jakamiseksi ortogonaalisiin taajuusalikanaviin kutsutaan ortogonaaliksi taajuusjakokanavoimiseksi (OFDM). Sen toteuttamiseksi lähetyslaitteissa käytetään käänteistä nopeaa Fourier-muunnosta (IFFT), joka muuntaa aiemmin multipleksoidun n-kanavat signaalit ajasta O th edustus taajuuteen.

Yksi OFDM-menetelmän tärkeimmistä eduista on suuren lähetysnopeuden ja tehokkaan monitie-etenemisen vastustuksen yhdistelmä. Tietenkään OFDM-tekniikka itsessään ei poista monitie-etenemistä, mutta se luo edellytykset symbolien välisten häiriöiden eliminoimiselle. Tosiasia on, että olennainen osa OFDM-tekniikkaa on Guard Interval (GI) - symbolin lopun syklinen toisto, joka on kiinnitetty symbolin alkuun.

Suojaväli luo taukoja yksittäisten symbolien väliin, ja jos sen kesto ylittää signaalin maksimiviiveen monitie-etenemisen vuoksi, symbolien välistä häiriötä ei esiinny.

OFDM-tekniikkaa käytettäessä suojavälin kesto on neljäsosa itse symbolin kestosta. Tässä tapauksessa symbolin kesto on 3,2 μs ja suojaväli on 0,8 μs. Siten symbolin kesto yhdessä suojavälin kanssa on 4 μs.

Puhuttaessa OFDM-taajuusjakoteknologiasta, jota käytetään eri nopeuksilla 802.11g-protokollassa, emme ole vielä käsitelleet kysymystä kantoaaltosignaalin modulaatiomenetelmästä.

802.11g-protokolla käyttää binääri- ja kvadratuurivaihemodulaatiota BPSK ja QPSK alhaisilla bittinopeuksilla. BPSK-modulaatiota käytettäessä yhteen symboliin koodataan vain yksi informaatiobitti ja QPSK-modulaatiota käytettäessä kaksi informaatiobittiä. BPSK-modulaatiota käytetään tiedon siirtämiseen 6 ja 9 Mbit/s nopeuksilla ja QPSK-modulaatiolla 12 ja 18 Mbit/s nopeuksilla.

Suuremmilla nopeuksilla tapahtuvaan lähetykseen käytetään QAM (Quadrature Amplitude Modulation), jossa informaatio koodataan muuttamalla signaalin vaihetta ja amplitudia. 802.11g-protokolla käyttää 16-QAM- ja 64-QAM-modulaatiota. Ensimmäinen modulaatio sisältää 16 erilaista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 4 bitin koodaamisen yhteen symboliin; toinen - 64 mahdollista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 6 bitin sekvenssin koodaamisen yhteen symboliin. 16-QAM-modulaatiota käytetään nopeudella 24 ja 36 Mbps ja 64-QAM-modulaatiota 48 ja 54 Mbps:ssa.

CCK-, OFDM- ja PBCC-koodauksen käytön lisäksi IEEE 802.11g -standardi tarjoaa valinnaisesti myös erilaisia ​​hybridikoodausvaihtoehtoja.

Ymmärtääksesi tämän termin olemuksen, muista, että jokainen lähetetty datapaketti sisältää otsikon (johdanto-osan), jossa on palvelutiedot ja tietokenttä. Kun viitataan CCK-muotoiseen pakettiin, se tarkoittaa, että kehyksen otsikko ja tiedot lähetetään CCK-muodossa. Vastaavasti OFDM-tekniikassa kehyksen otsikko ja data lähetetään OFDM-koodauksella. Hybridikoodaus tarkoittaa, että kehyksen otsikossa ja tietokentissä voidaan käyttää erilaisia ​​koodaustekniikoita. Esimerkiksi CCK-OFDM-tekniikkaa käytettäessä kehyksen otsikko koodataan CCK-koodeilla, mutta itse kehysdata lähetetään monitaajuisella OFDM-koodauksella. Näin ollen CCK-OFDM-tekniikka on eräänlainen CCK:n ja OFDM:n hybridi. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa hybriditekniikka - PBCC-pakettikoodausta käytettäessä kehysotsikko lähetetään CCK-koodeilla ja kehysdata koodataan PBCC:llä.

IEEE 802.11a -standardi

Yllä käsitellyt IEEE 802.11b- ja IEEE 802.11g -standardit viittaavat 2,4 GHz:n taajuusalueeseen (2,4 - 2,4835 GHz), ja vuonna 1999 hyväksytty IEEE 802.11a -standardi sisältää korkeamman taajuusalueen käytön (alkaen 5.5. 5,350 GHz ja 5,725 - 5,825 GHz). Yhdysvalloissa tätä aluetta kutsutaan Unlicensed National Information Infrastructure (UNII) -alueeksi.

FCC:n sääntöjen mukaisesti UNII-taajuusalue on jaettu kolmeen 100 MHz:n osakaistaan, jotka eroavat toisistaan ​​enimmäissäteilytehorajoissa. Matalan kaistan (5,15 - 5,25 GHz) teho on vain 50 mW, keskitaajuus (5,25 - 5,35 GHz) 250 mW ja korkea (5,725 - 5,825 GHz) 1 W. Kolmen taajuusosakaistan käyttö, joiden kokonaisleveys on 300 MHz, tekee IEEE 802.11a -standardista 802.11-standardiperheen laajimman laajakaistan ja mahdollistaa koko taajuusalueen jakamisen 12 kanavaan, joista jokaisen leveys on 20 MHz. , joista kahdeksan on 200 MHz alueella 5,15 - 5,35 GHz, ja loput neljä kanavaa ovat 100 MHz alueella 5,725 - 5,825 GHz (kuva 1). Samanaikaisesti neljää ylempää taajuuskanavaa, jotka tarjoavat suurimman lähetystehon, käytetään ensisijaisesti signaalien lähettämiseen ulkona.

Riisi. 1. UNII-alueen jako 12 taajuusosakaistaan

IEEE 802.11a -standardi perustuu OFDM-tekniikkaan (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Kanavien erottamiseen käytetään käänteistä Fourier-muunnosta, jossa on 64 taajuusalikanavan ikkuna. Koska jokainen 802.11a-standardissa määritellyistä 12 kanavasta on 20 MHz leveä, kukin ortogonaalinen taajuusalikanava (alikantoaalto) on 312,5 kHz leveä. Kuitenkin 64 ortogonaalisesta alikanavasta vain 52 on käytössä, joista 48 käytetään tiedonsiirtoon (Data Tones) ja loput palvelutietojen siirtoon (Pilot Tones).

Modulaatiotekniikan suhteen 802.11a-protokolla ei eroa paljon 802.11g:stä. Alhaisilla bittinopeuksilla binääri- ja kvadratuurivaihemodulaatiota BPSK ja QPSK käytetään moduloimaan apukantoaaltojen taajuuksia. BPSK-modulaatiota käytettäessä yhteen symboliin koodataan vain yksi informaatiobitti. Vastaavasti käytettäessä QPSK-modulaatiota, eli kun signaalin vaihe voi saada neljä eri arvoa, kaksi informaatiobittiä koodataan yhteen symboliin. BPSK-modulaatiota käytetään tiedonsiirtoon nopeudella 6 ja 9 Mbps ja QPSK-modulaatiota 12 ja 18 Mbps:n nopeudella.

Lähettääkseen suuremmilla nopeuksilla IEEE 802.11a -standardi käyttää 16-QAM- ja 64-QAM-kvadratuuriamplitudimodulaatiota. Ensimmäisessä tapauksessa on 16 erilaista signaalitilaa, joiden avulla voidaan koodata 4 bittiä yhteen symboliin ja toisessa on jo 64 mahdollista signaalitilaa, mikä mahdollistaa 6 bitin sekvenssin koodaamisen yhteen symboliin. 16-QAM-modulaatiota käytetään nopeudella 24 ja 36 Mbps ja 64-QAM-modulaatiota 48 ja 54 Mbps:ssa.

OFDM-symbolin informaatiokapasiteetti määräytyy modulaation tyypin ja apukantoaaltojen lukumäärän mukaan. Koska tiedonsiirtoon käytetään 48 apukantoaaltoa, OFDM-symbolin kapasiteetti on 48 x Nb, missä Nb on modulaatiopaikkojen lukumäärän binäärilogaritmi tai yksinkertaisemmin yhteen symboliin koodattujen bittien lukumäärä yhdessä. alikanava. Vastaavasti OFDM-symbolikapasiteetti vaihtelee välillä 48 - 288 bittiä.

Syöttötietojen (bittien) käsittelyjärjestys IEEE 802.11a -standardissa on seuraava. Aluksi syöttötietovirtaan suoritetaan standardi sekoitustoiminto. Tämän jälkeen datavirta syötetään konvoluutiokooderille. Konvoluutiokoodausnopeus (yhdistettynä punktiokoodaukseen) voi olla 1/2, 2/3 tai 3/4.

Koska konvoluutiokoodausnopeus voi olla erilainen, tiedonsiirtonopeus on erilainen käytettäessä samantyyppistä modulaatiota.

Tarkastellaan esimerkiksi BPSK-modulaatiota, jossa tiedonsiirtonopeus on 6 tai 9 Mbit/s. Yhden symbolin kesto yhdessä suojavälin kanssa on 4 μs, mikä tarkoittaa, että pulssin toistotaajuus on 250 kHz. Ottaen huomioon, että jokaiseen alikanavaan on koodattu yksi bitti ja tällaisia ​​alikanavia on yhteensä 48, saadaan kokonaistiedonsiirtonopeus 250 kHz x 48 kanavaa = 12 MHz. Jos konvoluutiokoodausnopeus on 1/2 (jokaista informaatiobittiä kohden lisätään yksi palvelubitti), tiedon nopeus on puolet täydestä nopeudesta eli 6 Mbit/s. Konvoluutiokoodausnopeudella 3/4 jokaista kolmea informaatiobittiä kohden lisätään yksi palvelubitti, joten hyödyllinen (informaatio)nopeus on tässä tapauksessa 3/4 täydestä nopeudesta eli 9 Mbit/s.

Vastaavasti jokainen modulaatiotyyppi vastaa kahta eri siirtonopeutta (taulukko 1).

Taulukko 1. Lähetysnopeuksien välinen suhde
ja modulaatiotyyppi 802.11a-standardissa

Siirtonopeus, Mbit/s	Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Bittien määrä yhdessä hahmossa yhdessä alikanavassa	Symbolin bittien kokonaismäärä (48 alikanavaa)	Tietobittien määrä symbolissa

Konvoluutiokoodauksen jälkeen bittivirta joutuu lomitukseen tai lomitukseen. Sen ydin on muuttaa bittien järjestystä yhden OFDM-symbolin sisällä. Tätä varten syöttöbittien sarja jaetaan lohkoihin, joiden pituus on yhtä suuri kuin OFDM-symbolin (NCBPS) bittien lukumäärä. Seuraavaksi suoritetaan tietyn algoritmin mukaisesti bittien kaksivaiheinen uudelleenjärjestely kussakin lohkossa. Ensimmäisessä vaiheessa bitit järjestetään uudelleen siten, että vierekkäiset bitit lähetetään ei-viereisillä alikantoaaltoilla lähetettäessä OFDM-symbolia. Bittien vaihtoalgoritmi tässä vaiheessa vastaa seuraavaa menettelyä. Aluksi NCBPS-pituisten bittien lohko kirjoitetaan rivi riviltä matriisiin, joka sisältää 16 riviä ja NCBPS/16 riviä. Seuraavaksi bitit luetaan tästä matriisista, mutta riveinä (tai samalla tavalla kuin ne kirjoitettiin, mutta transponoidusta matriisista). Tämän toiminnon seurauksena vierekkäiset bitit lähetetään aluksi ei-vierekkäillä apukantoaaltoilla.

Tätä seuraa toinen bittipermutaatiovaihe, jonka tarkoituksena on varmistaa, että vierekkäiset bitit eivät esiinny samanaikaisesti signaalikonstellaatiossa modulaatiosymbolin määrittävien ryhmien vähiten merkitsevissä biteissä. Toisin sanoen permutoinnin toisen vaiheen jälkeen vierekkäiset bitit näkyvät vuorotellen ryhmien korkeissa ja pienissä numeroissa. Tämä tehdään lähetetyn signaalin kohinansietokyvyn parantamiseksi.

Lomituksen jälkeen bittisekvenssi jaetaan ryhmiin valitun modulaatiotyypin paikkojen lukumäärän mukaan ja muodostetaan OFDM-symbolit.

Luodut OFDM-symbolit altistetaan nopealle Fourier-muunnokselle, jolloin muodostuu samanvaiheisia ja kvadratuurisignaaleja, jotka sitten joutuvat standardiprosessointiin - modulaatioon.

IEEE 802.11n -standardi

IEEE 802.11n -standardin kehittäminen aloitettiin virallisesti 11. syyskuuta 2002, eli vuosi ennen IEEE 802.11g -standardin lopullista hyväksymistä. Vuoden 2003 toisella puoliskolla perustettiin IEEE 802.11n Task Group (802.11 TGn), jonka tehtävänä oli kehittää uusi langaton viestintästandardi yli 100 Mbit/s nopeuksilla. Toinen tehtäväryhmä, 802.15.3a, käsitteli myös samaa tehtävää. Vuoteen 2005 mennessä yhden ratkaisun kehittämisprosessi kussakin ryhmässä oli joutunut umpikujaan. 802.15.3a-ryhmässä Motorolan ja kaikkien muiden ryhmän jäsenten välillä oli vastakkainasettelu, ja IEEE 802.11n -ryhmän jäsenet jakautuivat kahteen suunnilleen identtiseen leiriin: WWiSE (World Wide Spectrum Efficiency) ja TGn Sync. WWiSE-ryhmää johti Aigro Networks ja TGn Sync -ryhmää Intel. Kummassakin ryhmässä pitkään aikaan mikään vaihtoehtoisista vaihtoehdoista ei saanut hyväksymisensä edellyttämää 75 prosenttia äänistä.

Lähes kolme vuotta kestäneen epäonnistuneen vastustuksen ja kaikille sopivan kompromissiratkaisun jälkeen 802.15.3a-ryhmän jäsenet äänestivät lähes yksimielisesti 802.15.3a-projektin eliminoinnin puolesta. IEEE 802.11n -projektin jäsenet osoittautuivat joustavammiksi - he onnistuivat sopimaan ja luomaan yhtenäisen ehdotuksen, joka sopisi kaikille. Tämän seurauksena IEEE 802.11n -standardin spesifikaatioluonnos hyväksyttiin 19. tammikuuta 2006 Havaijin Konassa pidetyssä säännöllisessä konferenssissa. Työryhmän 188 jäsenestä 184 kannatti standardin hyväksymistä ja neljä pidättyi äänestämästä. Hyväksytyn asiakirjan keskeiset säännökset muodostavat perustan uuden standardin lopulliselle määrittelylle.

IEEE 802.11n -standardi perustuu OFDM-MIMO-tekniikkaan. Monet siinä toteutetuista teknisistä yksityiskohdista on lainattu 802.11a-standardista, mutta IEEE 802.11n -standardi mahdollistaa sekä IEEE 802.11a -standardin taajuusalueen että IEEE 802.11b/g -standardin mukaisen taajuusalueen käytön. standardit. Toisin sanoen IEEE 802.11n -standardia tukevat laitteet voivat toimia joko 5 tai 2,4 GHz:n taajuusalueella erityisellä toteutuksella maasta riippuen. Venäjällä IEEE 802.11n -laitteet tukevat 2,4 GHz:n taajuusaluetta.

Siirtonopeuden lisäys IEEE 802.11n -standardissa saavutetaan ensinnäkin kaksinkertaistamalla kanavan leveys 20 MHz:stä 40 MHz:iin ja toiseksi ottamalla käyttöön MIMO-tekniikka.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) -tekniikka sisältää useiden lähetys- ja vastaanottoantennien käytön. Analogisesti perinteisiä järjestelmiä, eli järjestelmiä, joissa on yksi lähetys- ja yksi vastaanottoantenni, kutsutaan SISO:ksi (Single Input Single Output).

Teoriassa MIMO-järjestelmä n lähettää ja n vastaanottoantennit voivat tarjota huippusuorituskyvyn n kertaa suurempi kuin SISO-järjestelmät. Tämä saavutetaan lähettämällä jakamalla datavirran itsenäisiksi bittisekvensseiksi ja lähettämällä ne samanaikaisesti käyttämällä antenniryhmää. Tätä siirtotekniikkaa kutsutaan spatiaaliseksi multipleksaukseksi. Huomaa, että kaikki antennit lähettävät dataa toisistaan ​​riippumatta samalla taajuusalueella.

Ajatellaanpa esimerkiksi MIMO-järjestelmää, joka koostuu n lähettää ja m vastaanottoantennit (kuva 2).

Riisi. 2. MIMO-tekniikan toteutusperiaate

Tällaisen järjestelmän lähetin lähettää n riippumattomia signaaleja käyttämällä n antennit Vastaanottopuolella jokainen m antenni vastaanottaa signaaleja, jotka ovat superpositiota n signaalit kaikista lähetysantenneista. Signaali siis R1, jonka ensimmäinen antenni vastaanottaa, voidaan esittää seuraavasti:

Kirjoittamalla samanlaiset yhtälöt jokaiselle vastaanottoantennille saadaan seuraava järjestelmä:

Tai kirjoittamalla tämä lauseke uudelleen matriisimuotoon:

Missä [ H] - MIMO-viestintäkanavaa kuvaava siirtomatriisi.

Jotta vastaanottopuolen dekooderi pystyy rekonstruoimaan kaikki signaalit oikein, sen on ensin määritettävä kertoimet hij, joka luonnehtii jokaista m x n lähetyskanavia. Kertoimien määrittämiseksi hij MIMO-tekniikka käyttää paketin alustusosaa.

Kun olet määrittänyt siirtomatriisin kertoimet, voit helposti palauttaa lähetetyn signaalin:

Missä [ H]–1 - matriisi käänteinen siirtomatriisiin [ H].

On tärkeää huomata, että MIMO-tekniikassa useiden lähetys- ja vastaanottoantennien käyttö mahdollistaa viestintäkanavan suorituskyvyn lisäämisen toteuttamalla useita spatiaalisesti erotettuja alikanavia, kun dataa siirretään samalla taajuusalueella.

MIMO-tekniikka ei vaikuta datan koodausmenetelmään millään tavalla ja sitä voidaan periaatteessa käyttää yhdessä minkä tahansa fyysisen ja loogisen datan koodausmenetelmien kanssa.

MIMO-tekniikka kuvattiin ensimmäisen kerran IEEE 802.16 -standardissa. Tämä standardi sallii MISO-tekniikan eli useiden lähetysantennien ja yhden vastaanottoantennin käytön. IEEE 802.11n -standardi mahdollistaa jopa neljän antennin käytön tukiasemassa ja langattomassa sovittimessa. Pakollinen tila tarkoittaa kahden antennin tukea tukiasemassa ja yhtä antennia ja langatonta sovitinta.

IEEE 802.11n -standardi tarjoaa sekä 20 MHz:n vakiokanavat että kaksinkertaiset kanavat. 40 MHz kanavien käyttö on kuitenkin standardin valinnainen ominaisuus, koska tällaisten kanavien käyttö saattaa olla ristiriidassa joidenkin maiden kanssa.

802.11n-standardi tarjoaa kaksi lähetystilaa: vakiolähetystilan (L) ja suuren suorituskyvyn (HT) -tilan. Perinteisissä lähetysmoodeissa käytetään 52 taajuista OFDM-alikanavaa (taajuusalikantoaalto), joista 48 käytetään tiedonsiirtoon ja loput palveluinformaation siirtoon.

Suurennetun suorituskyvyn tiloissa kanavan leveydellä 20 MHz käytetään 56 taajuusalikanavaa, joista 52 käytetään tiedonsiirtoon ja neljä kanavaa pilottikanavana. Siten jopa 20 MHz:n kanavaa käytettäessä taajuuden alikanavien nostaminen 48:sta 52:een lisää lähetysnopeutta 8 %.

Käytettäessä kaksinkertaista kanavaa, eli 40 MHz:n kanavaa, normaalissa lähetystilassa lähetys suoritetaan itse asiassa kaksoiskanavalla. Vastaavasti taajuusalikantoaaltojen määrä kaksinkertaistuu (104 alikanavaa, joista 96 on tietoa). Tämän ansiosta siirtonopeus kasvaa 100%.

Käytettäessä 40 MHz:n kanavaa ja suuren kaistanleveyden tilaa käytetään 114 taajuusalikanavaa, joista 108 on informaatioalikanavaa ja kuusi pilottialikanavaa. Näin ollen voit lisätä lähetysnopeutta 125%.

Taulukko 2. Lähetysnopeuksien ja modulaatiotyypin välinen suhde
ja konvoluutiokoodausnopeus 802.11n-standardissa
(20 MHz kanavan leveys, HT-tila (52 taajuusalikanavaa))

Modulaatiotyyppi	Konvoluutiokoodausnopeus	Yhden symbolin bittien määrä yhdessä alikanavassa	OFDM-symbolin bittien kokonaismäärä	Tietobittien määrä symbolia kohti	Tiedonsiirtonopeus

Kaksi muuta seikkaa, joiden vuoksi IEEE 802.11n -standardi lisää lähetysnopeutta, ovat GI-suojavälin keston lyhentäminen OGDM-symboleissa 0,8:sta 0,4 μs:iin ja konvoluutiokoodauksen nopeuden kasvu. Muista, että IEEE 802.11a -protokollassa suurin konvoluutiokoodaussuhde on 3/4, eli jokaista kolmea tulobittiä kohden lisätään yksi lisää. IEEE 802.11n -protokollassa suurin konvoluutiokoodaussuhde on 5/6, eli joka viides konvoluutiokooderin tulobitti muunnetaan kuudeksi lähtöbitiksi. Lähetysnopeuksien, modulaatiotyypin ja konvoluutiokoodausnopeuden välinen suhde 20 MHz:n leveälle kanavalle on esitetty taulukossa. 2.

Kun ostat 5 GHz:n reitittimen, sana DualBand kääntää huomiomme pois tärkeämmästä olemuksesta, 5 GHz:n kantoaaltoa käyttävästä Wi-Fi-standardista. Toisin kuin 2,4 GHz:n kantoaaltoa käyttäviä standardeja, jotka ovat olleet jo pitkään tuttuja ja ymmärrettäviä, 5 GHz:n laitteita voidaan käyttää yhdessä 802.11n- tai 802.11ac standardit (jäljempänä A.C. standardi ja N-standardi).

IEEE 802.11 Wi-Fi-standardien ryhmä on kehittynyt melko dynaamisesti IEEE 802.11a:sta, joka tarjosi nopeuksia jopa 2 Mbit/s, kautta 802.11b ja 802.11g, mikä antoi nopeuksia jopa 11 Mbit/s Ja 54 Mbit/s vastaavasti. Sitten tuli 802.11n-standardi tai yksinkertaisesti n-standardi. N-standardi oli todellinen läpimurto, koska nyt yhden antennin kautta oli mahdollista välittää liikennettä nopeudella, jota tuohon aikaan ei voinut kuvitellakaan. 150 Mbit. Tämä saavutettiin käyttämällä kehittyneitä koodaustekniikoita (MIMO), RF-aaltojen etenemisominaisuuksien huolellisempaa harkintaa, kaksoiskanavanleveystekniikkaa, ei-staattista suojaväliä, jonka määrittelee sellainen käsite kuin modulaatioindeksi ja koodausmenetelmät.

802.11n:n toimintaperiaatteet

Jo tuttua 802.11n:tä voidaan käyttää kahdella taajuudella: 2,4 GHz ja 5,0 GHz. Fyysisellä tasolla parannetun signaalinkäsittelyn ja modulaation lisäksi kyky lähettää signaali samanaikaisesti neljä antennia, joka kerta voit ohittaa antennin jopa 150 Mbit/s, eli Tämä on teoriassa 600 Mbit. Ottaen kuitenkin huomioon, että antenni toimii samanaikaisesti joko vastaanottoon tai lähetykseen, tiedonsiirtonopeus yhteen suuntaan ei ylitä 75 Mbit/s antennia kohden.

Useita tuloja/lähtöjä (MIMO)

Ensimmäistä kertaa tuki tälle teknologialle ilmestyi 802.11n-standardissa. MIMO on lyhenne sanoista Multiple Input Multiple Output, mikä tarkoittaa monikanavaista tuloa ja monikanavalähtöä.

MIMO-teknologian avulla toteutetaan mahdollisuus vastaanottaa ja lähettää samanaikaisesti useita datavirtoja useiden antennien kautta yhden sijaan.

802.11n-standardi määrittelee erilaisia ​​antennikokoonpanoja "1x1" - "4x4". Myös epäsymmetriset konfiguraatiot ovat mahdollisia, esimerkiksi "2x3", jossa ensimmäinen arvo ilmaisee lähetysten lukumäärän ja toinen vastaanottoantennien lukumäärän.

Ilmeisesti suurin lähetyksen vastaanottonopeus voidaan saavuttaa vain "4x4"-mallia käytettäessä. Itse asiassa antennien määrä ei sinänsä lisää nopeutta, mutta se mahdollistaa erilaisia ​​edistyneitä signaalinkäsittelymenetelmiä, jotka laite valitsee ja soveltaa automaattisesti, mukaan lukien antennikokoonpanon perusteella. Esimerkiksi 4x4-malli 64-QAM-modulaatiolla tarjoaa jopa 600 Mbit/s nopeudet, 3x3- ja 64-QAM-mallit jopa 450 Mbit/s ja 1x2- ja 2x3-mallit jopa 300 Mbit/s.

Kanavan kaistanleveys 40 MHz

802.11n-standardin ominaisuudet on kaksi kertaa 20 MHz kanavan leveys, ts. 40 MHz.Mahdollisuus tukea 802.11n-standardia laitteilla, jotka toimivat 2,4 GHz:n ja 5 GHz:n operaattorilla. Kun 802.11b/g toimii vain 2,4 GHz:llä, 802.11a toimii 5 GHz:llä. 2,4 GHz:n taajuuskaistalla langattomille verkoille on käytettävissä vain 14 kanavaa, joista ensimmäiset 13 ovat IVY:n sallittuja 5 MHz:n välein. 802.11b/g-standardia käyttävät laitteet käyttävät 20 MHz kanavia. 13 kanavasta 5 leikkaa toisiaan. Kanavien välisten keskinäisten häiriöiden välttämiseksi on välttämätöntä, että niiden kaistat ovat 25 MHz:n välein. Nuo. Vain kolme kanavaa 20 MHz:n kaistalla ei ole päällekkäisiä: 1, 6 ja 11.

802.11n toimintatilat

802.11n-standardi mahdollistaa toiminnan kolmessa tilassa: High Throughput (puhdas 802.11n), Non-High Throughput (täysin yhteensopiva 802.11b/g:n kanssa) ja High Throughput Mixed (sekoitettu tila).

High Throughput (HT) - korkean suorituskyvyn tila.

802.11n-tukiasemat käyttävät High Throughput -tilaa. Tämä tila sulkee pois yhteensopivuuden aikaisempien standardien kanssa. Nuo. laitteet, jotka eivät tue n-standardia, eivät voi muodostaa yhteyttä. Non-High Throughput (Non-HT) - tila, jossa on alhainen suorituskyky Jotta vanhat laitteet voivat muodostaa yhteyden, kaikki kehykset lähetetään 802.11b/g-muodossa. Tämä tila käyttää 20 MHz:n kanavanleveyttä taaksepäin yhteensopivuuden varmistamiseksi. Tätä tilaa käytettäessä tiedot siirretään hitain tähän tukiasemaan (tai Wi-Fi-reitittimeen) yhdistetyn laitteen tukemalla nopeudella.

High Throughput Mixed - sekoitettu tila korkealla suorituskyvyllä. Sekatila mahdollistaa laitteen toimimisen samanaikaisesti 802.11n- ja 802.11b/g-standardien kanssa. Tarjoaa taaksepäin yhteensopivuuden vanhoille laitteille ja laitteille, jotka käyttävät 802.11n-standardia. Kuitenkin, kun vanha laite vastaanottaa ja lähettää dataa, vanhempi 802.11n:tä tukeva laite odottaa vuoroaan, mikä vaikuttaa nopeuteen. On myös selvää, että mitä enemmän liikennettä kulkee 802.11b/g-standardin kautta, sitä vähemmän suorituskykyä 802.11n-laite voi näyttää High Throughput Mixed -tilassa.

Modulaatioindeksi- ja koodausjärjestelmät (MCS)

802.11n-standardi määrittelee "modulaatio- ja koodausjärjestelmän" käsitteen. MCS on yksinkertainen kokonaisluku, joka on määritetty modulaatiovaihtoehdolle (yhteensä 77 vaihtoehtoa). Jokainen asetus määrittää RF-modulaatiotyypin (tyyppi), koodausnopeuden (Coding Rate), suojavälin (Short Guard Interval) ja datanopeusarvot. Kaikkien näiden tekijöiden yhdistelmä määrittää todellisen fyysisen (PHY) tiedonsiirtonopeuden, joka vaihtelee välillä 6,5 Mbps - 600 Mbps (tämä nopeus voidaan saavuttaa käyttämällä kaikkia mahdollisia 802.11n-standardin vaihtoehtoja).

Jotkut MCS-indeksiarvot on määritelty ja esitetty seuraavassa taulukossa:

Selvitetään joidenkin parametrien arvot.

Lyhyt suojaväli SGI (Short Guard Interval) määrittää lähetettyjen symbolien välisen aikavälin. 802.11b/g-laitteet käyttävät 800 ns:n suojaväliä, kun taas 802.11n-laitteissa on mahdollisuus käyttää vain 400 ns:n suojaväliä. Short Guard Interval (SGI) parantaa tiedonsiirtonopeuksia 11 prosenttia. Mitä lyhyempi tämä aikaväli, sitä suurempi määrä informaatiota voidaan lähettää aikayksikköä kohti, mutta merkin määrittelyn tarkkuus heikkenee, joten standardin kehittäjät valitsivat tämän aikavälin optimaalisen arvon.

MCS-arvot 0 - 31 määrittävät modulaatio- ja koodausmallin tyypin, jota käytetään kaikissa virroissa. MCS-arvot 32-77 kuvaavat sekayhdistelmiä, joita voidaan käyttää moduloimaan kahdesta neljään virtaa.

802.11n-tukiasemien on tuettava MCS-arvoja 0-15, kun taas 802.11n-asemien on tuettava MCS-arvoja 0-7. Kaikki muut MCS-arvot, mukaan lukien ne, jotka liittyvät 40 MHz leveisiin kanaviin, Short Guard Interval (SGI) , ovat valinnaisia, eikä niitä välttämättä tueta.

AC-standardin ominaisuudet

Todellisissa olosuhteissa mikään standardi ei ole kyennyt saavuttamaan teoreettisen suorituskyvyn maksimia, koska signaaliin vaikuttavat monet tekijät: kodinkoneiden ja elektroniikan sähkömagneettiset häiriöt, signaalitien esteet, signaalin heijastukset ja jopa magneettiset myrskyt. Tästä johtuen valmistajat jatkavat työtä luodakseen Wi-Fi-standardista entistä tehokkaampia versioita, jotka sopivat paremmin kotikäyttöön, vaan myös aktiiviseen toimistokäyttöön sekä laajennettujen verkkojen rakentamiseen. Tämän halun ansiosta viimeksi IEEE 802.11:stä syntyi uusi versio - 802.11ac (tai yksinkertaisesti AC standardi).

Uudessa standardissa ei ole liikaa perustavanlaatuisia eroja N:stä, mutta ne kaikki tähtäävät langattoman protokollan suorituskyvyn lisäämiseen. Pohjimmiltaan kehittäjät päättivät parantaa N-standardin etuja. Huomattavin asia on MIMO-kanavien laajentaminen enintään kolmesta kahdeksaan. Tämä tarkoittaa, että voimme pian nähdä myymälöissä langattomia reitittimiä, joissa on kahdeksan antennia. Ja kahdeksan antennia on teoreettinen kanavakapasiteetin kaksinkertaistaminen 800 Mbit/s, puhumattakaan mahdollisista kuudentoista antennin laitteista.

802.11abg-laitteet toimivat 20 MHz:n kanavilla, kun taas puhdas N käyttää 40 MHz:n kanavia. Uusi standardi edellyttää, että AC-reitittimissä on kanavat 80 ja 160 MHz, mikä tarkoittaa kanavan kaksinkertaistamista ja nelinkertaistamista kaksinkertaisella leveydellä.

Huomionarvoista on standardissa tarjotun MIMO-tekniikan parannettu toteutus - MU-MIMO-tekniikka. N-yhteensopivien protokollien vanhemmat versiot tukivat puoliduplex-pakettien siirtoa laitteesta toiseen. Eli sillä hetkellä, kun yksi laite lähettää paketin, muut laitteet voivat toimia vain vastaanottaakseen. Vastaavasti, jos yksi laitteista muodostaa yhteyden reitittimeen käyttämällä vanhaa standardia, muut toimivat hitaammin, koska pakettien lähettämiseen vanhaa standardia käyttävään laitteeseen kuluu enemmän aikaa. Tämä voi heikentää langattoman verkon suorituskykyä, jos siihen on liitetty useita tällaisia ​​laitteita. MU-MIMO-teknologia ratkaisee tämän ongelman luomalla monivirtaisen siirtokanavan, jota käytettäessä muut laitteet eivät odota vuoroaan. Samaan aikaan AC-reititin on taaksepäin yhteensopiva aikaisempien standardien kanssa.

Tietysti kärpänen on kuitenkin olemassa. Tällä hetkellä suurin osa kannettavista tietokoneista, tableteista ja älypuhelimista ei tue AC Wi-Fi -standardin lisäksi eivätkä edes pysty toimimaan 5 GHz:n operaattorilla. Nuo. ja 802.11n 5 GHz:llä eivät ole heidän käytettävissään. Myös itseään AC-reitittimet ja tukiasemat voivat olla useita kertoja kalliimpia kuin reitittimet, jotka on suunniteltu käyttämään 802.11n-standardia.

Hei kaikki! Tänään puhumme jälleen reitittimistä, langattomista verkoista, teknologioista...

Päätin valmistella artikkelin, jossa puhun siitä, mitä nämä oudot kirjaimet b/g/n ovat, jotka löytyvät Wi-Fi-reititintä asetettaessa tai laitetta ostettaessa (Wi-Fi-ominaisuudet, esimerkiksi 802.11 b/g). Ja mitä eroa näillä standardeilla on.

Olen jo useaan otteeseen huomannut, että Wi-Fi-käyttötilan vaihtaminen auttaa useissa ongelmissa puhelimen tai tabletin yhdistämisessä Wi-Fi-verkkoon.

Jos haluat nähdä, mitä tiloja laitteesi tukee, katso sen tekniset tiedot. Tyypillisesti tuetut tilat on lueteltu kohdassa "Wi-Fi 802.11".

Pakkauksessa (tai netissä), voit myös nähdä, missä tiloissa reitittimesi voi toimia.

Tässä on esimerkki tuetuista standardeista, jotka on ilmoitettu sovitinkotelossa:

Kuinka muuttaa b/g/n-käyttötilaa Wi-Fi-reitittimen asetuksissa?

Näytän sinulle, kuinka tämä tehdään kahden reitittimen esimerkillä ASUS Ja TP-linkki. Mutta jos sinulla on eri reititin, etsi langattoman verkon tilan asetusten (Mode) muuttaminen Wi-Fi-asetukset-välilehdeltä, jossa määrität verkon nimen jne.

TP-Link-reitittimellä

Siirry reitittimen asetuksiin. Miten ne syötetään? Olen jo kyllästynyt kirjoittamaan tästä melkein joka artikkelissa :)..

Kun olet asetuksissa, siirry vasemmalla olevaan välilehteen Langaton – langattomat asetukset.

Ja vastapäätä asiaa tila Voit valita langattoman verkon toimintastandardin. Siellä on monia vaihtoehtoja. Suosittelen asentamista 11bgn sekoitettu. Tämän kohteen avulla voit liittää laitteita, jotka toimivat vähintään yhdessä kolmesta tilasta.

Mutta jos sinulla on edelleen ongelmia tiettyjen laitteiden yhdistämisessä, kokeile 11bg sekoitettuna, tai vain 11g. Ja saavuttaaksesi hyvän tiedonsiirtonopeuden, voit asettaa vain 11n. Varmista vain, että kaikki laitteet tukevat standardia n.

ASUS-reitittimen esimerkkiä käyttäen

Se on sama täällä. Siirry asetuksiin ja siirry välilehdelle "Langaton verkko".

Päinvastainen "Langaton verkkotila" voit valita yhden standardeista. Tai asentaa Sekoitettu, tai Auto (mitä suosittelen tekemään). Lisätietoja standardeista on yllä. Muuten, ASUS näyttää ohjeen oikealla, josta voit lukea hyödyllistä ja mielenkiintoista tietoa näistä asetuksista.

Tallenna napsauttamalla painiketta "Käytä".

Siinä kaikki, ystävät. Odotan kysymyksiäsi, neuvojasi ja ehdotuksiasi kommenteissa. Moikka kaikki!