Стандарты 802.16 предоставят широкие возможности для масштабирования, необходимого для обеспечения поддержки сотен тысяч пользователей силами одной базовой станции. Один сектор одной базовой станции способен обеспечить скорость передачи данных, достаточную для одновременного обслуживания свыше 60 предприятий, подключенных по каналам типа T1, и сотни жилых домов, подключенных по каналам типа DSL. Для конечного пользователя это означает менее дорогой, а значит, и более конкурентоспособный широкополосный доступ в Интернет.
Методы DSSS и FHSS в IEEE 802.11
Как уже было выше сказано, сигналы в стандартах IEEE 802.11 могут передаваться по радиоканалам в диапазоне 2,4 ГГц с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра (DSSS), скачкообразной перестройкой частоты (FHSS), а также по каналам с инфракрасным излучением.
Обе технологии расширения спектра DSSS и FHSS основаны на применении двухэтапной модуляции несущей.
По методу DSSS каждый бит исходного сообщения представляется специальными 11-разрядными кодовыми комбинациями (путем выполнения логической операции "исключающее ИЛИ" ) и уже результирующая последовательность модулирует передаваемый в эфир радиосигнал (при этом используется фазовая модуляция несущей PSK: при каждом изменении логического уровня из 0 в 1 или из 1 в 0 происходит смещение фазы снусоидального колебания). Псевдослучайные кодовые комбинации, придают радиосигналу характер шума, в 11 раз увеличивая спектр частот исходного узкополосного сигнала и распределяя его мощность по всему диапазону. Для выделения полезной информации приемная сторона использует ту же кодовую последовательность. Поддержание синхронности фазы несущего колебания в приемнике и передатчике осуществляется последним посредством формирования через определенные промежутки времени специального синхросигнала.
Согласно методу FHSS модулирование несущего радиосигнала выполняется непосредственно исходным сообщением с использованием частотной модуляции, при которой передача логических уровней 0 и 1 осуществляется на частотах, расположенных несколько выше или ниже центральной. Расширение спектра производится периодическим, в соответствии с заданной последовательностью, используемой и передатчиком и приемником, изменением значения самой центральной частоты (стандартом IEEE 802.11 предусмотрены 79 возможных значений несущего колебания), причем длительность удержания частоты на каждом уровне (dwell time) составляет 20 мс. Строго говоря, сигнал FHSS можно считать широкополосным только на достаточно большом интервале времени, включающем много периодов удержания, поскольку на каждом из последних диапазон частот передаваемого радиосигнала определяется спектром исходного сообщения, т.е. фактически является узкополосным.
Помехоустойчивость
Узкополосные помехи
В системах DSSS энергия полезного сигнала распределена по всему диапазону радиоволн (для обеспечения максимальной скорости передачи данных 11 Мбит/с, предусмотренной стандартом IEEE 802.11, требуется полоса частот примерно 22 МГц), поэтому во входных цепях приемных устройств используются широкополосные фильтры. Наличие узкополосных помех небольшой интенсивности на любой из частот диапазона не приводит к сбоям (информация восстанавливается в приемнике из "неповрежденных" участков спектра), однако если по энергии помеха сопоставима с полезным сигналом, то работа системы может быть полностью заблокирована. В системах FHSS вероятность появления помех повышается за счет более широкого диапазона используемых частот (83,5 МГц), однако если паразитный сигнал занимает узкий участок спектра, то его воздействие скажется только на отдельных скачках с близким значением несущей. Результатом будет лишь некоторое снижение производительности системы (из-за необходимости повторения испорченного фрагмента сообщения на следующем скачке).
Широкополосные помехи
Активность нескольких радиосистем, расположенных по-соседству, может приводить к повышению общего уровня зашумленности эфира на достаточно протяженных участках спектра. И хотя, в принципе, применяемая в системах DSSS фазовая модуляция радиосигнала позволяет работать при более высоком отношении сигнал/шум, чем частотная модуляция несущей, используемая в устройствах FHSS, вероятность появления помехи, охватывающей полосу в 20 МГц значительно выше, чем весь 80-МГц диапазон. Поэтому на практике системы FHSS оказываются более устойчивыми к широкополосным помехам и могут продолжать работать (хотя и с пониженной пропускной способностью) в условиях, когда системы DSSS уже не способны нормально воспринимать полезный сигнал.
Интерференционные помехи
Интерференционные помехи, возникающие из-за многократного отражения радиоволн от окружающих предметов, проявляются в одновременном поступлении в приемник множества "копий" полезного сигнала со смещеными фазами, что может приводить к его ослаблению или даже полному исчезновению на отдельных участках спектра (так называемый "фединг"). При одних и тех же внешних условиях системы DSSS оказываются более устойчивыми к федингу, чем FHSS (как и в случае узкополосных помех, полезный сигнал оказывается искаженным только на отдельных частотах), однако они гораздо чувствительнее к смещению во времени продетектированного двоичного сигнала - из-за значительно более короткой (примерно в десять раз) длительности импульсов возрастает вероятность неправильной интерпретации уровней 0 или 1 при стробировании.
Пропускная способность
Для систем DSSS и FHSS, основанных на спецификациях базового стандарта IEEE 802.11, определена скорость передачи данных 1 и 2 Мбит/с. Поскольку здесь имеются ввиду все биты сообщения, а полезная информация составляет лишь часть кадра, включающего также служебные разряды (например, контрольные), то реальная пропускная способность системы оказывается меньше. Дополнительные "накладные расходы" вносят и сами протоколы передачи данных (процедуры обмена служебными кадрами при "опознавании" рабочих станций, для целей синхронизации, повторной передачи информационных кадров при обнаружении ошибок и т.д.)
В среднем системы DSSS, работающие на скорости 2 Мбит/с, имеют пропускную способность 1,4 Мбит/с. Для систем FHSS этот показатель несколько ниже из-за дополнительных потерь на синхронизацию передатчика и приемника после каждого переключения на новую частоту.
Увеличение общей пропускной способности можно получить за счет развертывания в одной зоне нескольких систем. В случае DSSS это можно было бы сделать на основе технологии кодового разделения каналов CDMA, т.е. применяя в них различные, некоррелированные между собой (так называемые ортогональные) кодовые последовательности. Свойство ортогональности позволяет приемным устройствам надежно выделять предназначенную им информацию, восприннимая радиосигналы от других систем как шум. Однако практическому использованию метода CDMA препятствует быстрый рост длины ортогональных последовательностей с увеличением их числа. Так, например, для развертывания 6 независимых систем DSSS потребовалось бы использовать 31-разрядные последовательности (представляющие каждый бит информационного сообщения) и необходимая полоса частот для обеспечения максимальной скорости передачи данных в 11 Мбит/с превысила бы весь отведенный для таких систем диапазон.
Стандартом 802.11 предусмотрена возможность совместной работы систем DSSS, использующих одну и ту же 11-разрядную кодовую последовательность, выделением каждой из них отдельного поддиапазона частот шириной около 30МГц. Поскольку весь диапазон составляет 83,5 МГц, то таких систем может быть не более 3. Соответственно, их суммарная пропускная способность составляет около 4,2 Мбит/с.
В случае FHSS количество развертываемых систем значительно больше. Стандарт 802.11 определяет 78 различных последовательностей переключения между 79 значениями несущей частоты (3 группы по 26 последовательностей, в каждой из которых обеспечивается минимальное число коллизий, т.е. одновременного использования одной и той же частоты несколькими системами).
Таким образом, теоретически на одной и той же территории может быть создано до 26 систем FHSS, однако на практике их число значительно меньше и обычно не превышает 15. Это вызвано тем, что стандарт 802.11 запрещает строгую синхронизацию передатчиков (системы должны быть независимыми), что повышает вероятность коллизий и, соответственно, увеличение затрат времени на повторную передачу кадров.
Wi-Fi с поддержкой голоса
РАБОТА над стандартами, которые обеспечат поддержку голосовой связи в сетях Wi-Fi, началась. Ряд производителей, в первую очередь — компании Airespace и Spectralink, обратились к руководству IEEE с просьбой сформировать исследовательскую группу Fast Roaming, которая будет заниматься организацией передачи управления между точками доступа.
Ассоциация IEEE уже взяла на себя ответственность за развитие стандарта качества обслуживания 802.11e, который позволит присваивать голосовым пакетам более высокий приоритет, чем пакетам данных. Цель нового проекта заключается в решении вопросов управления телефонными звонками в процессе перемещения пользователей внутри беспроводной сети от одной точки доступа к другой. Возможность переключения с одной точки доступа на другую предусматривала даже первая версия стандарта 802.11, но при подобном «роуминге» наблюдались кратковременные прерывания потоков данных.
По иронии судьбы, связанные с этим неприятности еще заметнее стали проявляться после активизации функций безопасности, встроенных в сети Wi-Fi. Если телефонный звонок осуществляется при перемещении пользователя между точками доступа, туннель, по которому передается зашифрованная информация, должен быть ликвидирован в одной точке доступа и восстановлен в другой. Если такая процедура занимает свыше 50 мс, потребитель воспринимает это как обрыв связи. По словам производителей, сейчас для переключения требуется более 70 мс.