Технологии, используемые в радиочастотных локальных сетях

Радиоволны проникают через большинство стен внутренних помещений, что позволяет обслуживать несколько комнат или целое здание с помощью одной радиостанции. Однако проходя через стены и потолки, радиосигнал может претерпевать сильное затухание, степень которого зависит от толщины и материала конструкций.

Использование радиочастот регулируется национальными организациями связи. В разных странах могут выделяться различные диапазоны для одних и тех же целей, что сильно осложнят жизнь производителям, которым приходится разрабатывать модели с учетом страны, снижает эффективность производства и соответственно повышает стоимость изделий для конечных пользователей.

Беспроводные сетевые комплексы могут объединять в локальную сеть компьютеры, находящиеся в одной комнате или в одном здании, а также обеспечивать связь между зданиями. Беспроводное оборудование в пределах комнаты удобно использовать для различных временных применений или если надо объединить в сеть мобильных пользователей в пределах одной комнаты. Сетевые адаптеры, реализующие такие сети, обычно недороги и малогабаритны, радиус действия радиосвязи в таких изделиях невелик.

Сетевое радиооборудование для связи в пределах одного здания существенно дороже и сложнее “комнатных” адаптеров: оно должно обеспечивать проникновение радиоволны сквозь стены и перекрытия, решать проблему многократных отражений. Это оборудование незаменимо в тех случаях, когда кабельные работы, связанные с проделыванием отверстий в стенах и перекрытиях здания, невозможны по техническим и/или организационным причинам (временная аренда, железобетонные стены, административный запрет), а также в тех случаях, когда частые организационные перестройки требуют постоянного переконфигурирования сетей.

Наиболее интересными являются изделия, обеспечивающие связь между зданиями, расстояние между которыми может быть весьма значительно. Физически такие изделия представляют собой сетевое устройство, осуществляющее отбор пакетов для передачи удаленному сегменту из общего потока сообщений, и направленную антенну, действующую, как правило, в зоне прямой видимости. Такие сетевые радиомосты нужны, когда необходимо обеспечить связь между удаленными сегментами локальной сети, а прокладка кабеля или использование арендованных линий невозможны.

В локальных сетях могут применяться четыре основные технологии, использующие лицензируемые и нелицензируемые радиочастоты:

1. узкополосная передача с частотной модуляцией (FM - Frequency Modulation);

2. множественный доступ с разделением частот - FDMA (Frequency Division Multiple Access);

3. множественный доступ с разделением по времени - TDMA (Time Division Multiple Access);

4. передача с разнесением сигнала по спектру - SST (Spread Spectrum Transmission).

Кроме того, существуют продукты, реализующие различные модификации или комбинации этих технологий.

Технология узкополосной FМ прошла более долгий путь развития, чем другие беспроводные технологии, и реализуется с помощью более дешевых устройств. Однако для использования систем FM требуется получать лицензию на радиочастоты в национальных агентствах связи. В США технология FM все больше вытесняется нелицензируемыми системами ТDМА и SST.

В отличие от FM, являющейся аналоговой технологией, FDМА, TDMA и SST являются различными формами цифрового радио. Это означает, что как данные, так и речь и видеоинформация передаются в виде битового потока.

В технологии FDMA для обслуживания нескольких пользователей диапазон радиочастот разделяется на несколько узких частотных каналов. Большинство современных систем цифрового радио используют FDMA.

Более высокой, чем в FDMA, пропускной способности можно достичь с помощью технологии TDMA, разделяя радиоканалы на временные промежутки. Каждому пользователю назначаются различные временные интервалы для передачи и приема.

Эта технология в основном используется в Европе и положена в основу европейского стандарта цифровой беспроводной связи (Digital European Cordless Telecommunications).

Первая система SST была разработана во время второй мировой войны для устойчивой к радиоперехвату системы радиоуправления торпедами. Идея, лежащая в основе этой технологии, довольно проста. Передатчик и приемник “скачут” с частоты на частоту в широком диапазоне синхронно друг другу. Не зная псевдослучайной последовательности, в соответствии с которой изменяется частота передачи, перехватить такой сигнал очень сложно. Этот тип SST называется передачей с разнесением сигнала по спектру со “скачущей” частотой – PH/SS (Frequency Mopping/ Spread Spectrum).

Другой широко распространенный вариант SST называется передачей с разнесением сигнала по спектру с прямой последовательностью – OS/SS (Direct Sequence/ Spread Spectrum). В этой технологии сигнал не “скачет” с одной частоты на другую, а в каждый момент времени разнесен по нескольким частотам из спектра в соответствии с определенной кодовой последовательностью.

В силу разнесения по спектру сигналы SST выглядят как “белый шум” для обычных приемопередатчиков, работающих на конкретных частотах этого же диапазона. И, аналогично, обычные узкополосные радиосигналы выглядят как “белый шум” для систем SST.

Еще одним методом, используемым в системах SST, является метод множественного доступа с кодовым разделением – CDMA (Code Division Multiple Access), позволяющий поддерживать несколько одновременных сеансов передачи речи или данных по одному и тому же широкополосному радиоканалу.

У систем SST есть уникальное преимущество перед системами CDMA. Если передатчикам CDMA необходимо работать с мощностью примерно 1 мВт, то устройства, разносящие сигнал по спектру, могут иметь выходную мощность до 1 Вт. Эта особенность обусловлена тем, что технология SST по своей сути менее подвержена интерференции. Это связано с тем, что системы SST вследствие своего принципа работы нечувствительны к затуханию радиосигнала, часто возникающему в обычных узкополосных радиосистемах, когда радиосигнал приходит в точку приема по нескольким путям с разными фазами не интерферирует сам с собой. В каждый определенный момент времени в заданной точке подобное затухание происходит только на конкретных частотах. Из-за того, что сигналы SST разнесены по спектру частот, они становятся малочувствительными к затуханию из-за расхождения фаз.