Физический уровень стандарта IEEE 802.11

Исходный стандарт 802.11 определяет три метода передачи на физическом уровне:

- передача в диапазоне инфракрасных волн;

- технология расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц;

- технология широкополосной модуляции с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц.

В первом варианте средой являются инфракрасные волны диапазона 850 нм, которые генерируются либо полупроводниковым лазерным диодом, либо светодиодом (LED). Так как инфракрасные волны не проникают через стены, область покрытия LAN ограничивается зоной прямой видимости. Стандарт предусматривает три варианта распространения излучения: ненаправленную антенну, отражение от потолка и фокусное направленное излучение. В первом случае узкий луч рассеивается с помощью системы линз. Фокусное направленное излучение предназначено для организации двухточечной связи, например, между двумя зданиями

 

Беспроводные локальные сети со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)

 

Беспроводные локальные сети FHSS поддерживают скорости передачи 1 и 2 Мбит/с. Как следует из названия, устройства FHSS осуществляют скачкообразную перестройку частоты по предопределенной схеме. Устройства FHSS делят предназначенную для их работы полосу частот от 2,402 до 2,480 ГГц на 79 неперекрывающихся каналов (это справедливо для Северной Америки и большей части Европы). Ширина каждого из 79 каналов составляет 1 МГц, поэтому беспроводные локальные сети FHSS используют относительно высокую скорость передачи символов, 1 МГц, и намного меньшую скорость перестройки с канала на канал.

Последовательность перестройки частоты должна иметь следующие параметры: частота перескоков не менее 2,5 раз в секунду, как минимум, между 6-ю (6 МГц) каналами. Чтобы минимизировать число коллизий между перекрывающимися зонами покрытия, возможные последовательности перескоков должны быть разбиты на три набора последовательностей, длина которых для Северной Америки и большей части Европы составляет 26. В таблице 2.2 представлены схемы скачкообразной перестройки частоты, обеспечивающие минимальное перекрытие.

 

Т а б л и ц а 2.2 - Схема FHSS для Северной Америки и Европы

Набор	Схема скачкообразной перестройки частоты
	{0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60,63,66,69,72, 75}
	{1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49,52,55,58,61,64,67,70,73, 76}
	{2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,72,77}

 

По сути, схема скачкообразной перестройки частоты обеспечивает неторопливый переход с одного возможного канала на другой таким образом, что после каждого скачка покрывается полоса частот, равная, как минимум, 6 МГц, благодаря чему в многосотовых сетях минимизируется возможность возникновения коллизий.

FHSS на подуровне PLCP

После того как уровень MAC пропускает МАС-фрейм, который в локальных беспроводных сетях FHSS называется также служебный элемент данных PLCP, или PSDU (сокращение от PLCP service data unit), подуровень PLCP добавляет два поля в начало фрейма, чтобы сформировать таким образом фрейм PPDU (напомним, PPDU — это элемент данных протокола PLCP). На рисунке 2.8 представлен формат фрейма FHSS подуровня PLCP.

 

 

Рисунке 2.8 - Формат фрейма FHSS подуровня PLCP

 

Преамбула PLCP состоит из двух подполей:

- подполе Sync размером 80 бит. Строка, состоящая из чередующихся 0 и 1, начинается с 0. Приемная станция использует это поле, чтобы принять решение о выборе антенны при наличии такой возможности, откорректировать уход частоты (frequency offset) и синхронизировать распределение пакетов (packet timing).

- подполе флага начала фрейма (start of frame delimiter, SFD) размером 16 бит. Состоит из специфической строки (0000 1100 1011 1101, крайний слева бит первый) в обеспечение синхронизации фреймов (frame timing) для приемной станции.

Заголовок фрейма PLCP состоит из трех подполей:

- слово длины служебного элемента данных PLCP (PSDU), PSDU length word (PLW) размером 12 бит. Указывает размер фрейма MAC (PSDU) в октетах;

- сигнальное поле PLCP (signaling field PLCP, PSF) размером 4 бит. Указывает скорость передачи данных конкретного фрейма.

Служебный элемент данных PLCP (PSDU) проходит через операцию скремблирования с целью отбеливания (рандомизации) последовательности входных битов. Получившийся в результате PSDU представлен на рисунке 2.9. Заполняющие символы (stuff symbols) вставляются между всеми 32-символьными блоками. Эти заполняющие символы устраняют любые систематические отклонения (bias) в данных, например, когда единиц больше, чем нулей, или наоборот, которые могли бы привести к нежелательным эффектам при дальнейшей обработке.

Подуровень PLCP преобразует фрейм в поток битов и передает его на подуровень PMD. Подуровень PMD технологии FHSS модулирует поток данных с использованием модуляции, основанной на гауссовой частотной модуляции (Gaussian frequency shift keying, GFSK), которая была рассмотрена ранее.

 

Рисунке 2.9 - Скремблированный на подуровне PSDU в технологии FHSS