Więcej

    Fundamenty komunikacji bezprzewodowej – część 3 – DSSS

    spot_img

    Komunikacja bezprzewodowa jest bardzo złożona i składa się z wielu skomplikowanych mechanizmów i etapów. W pierwszej części artykułu omówiłem zasady formowania i transformacji fali radiowej w celu uzyskania użytecznej informacji. Znając te procesy czas zastanowić się w jaki sposób tak przygotowany sygnał może zostać wysłany – w tym artykule przeczytasz o metodzie DSSS.

    DSSS

    W drugiej części artykułu tej serii przedstawiłem cechy i zasady funkcjonowania metod transmisyjnych typu Narrowband i Spread Spectrum, a także opisałem zasadę działania technologii FHSS. Natomiast w tym artykule skupiam się na drugiej metodzie obok FHSS, która została uwzględniona w oryginalnym standardzie IEEE 802.11 z 1997 roku, czyli Direct Sequence Spread Spectrum.

    Jak sama nazwa wskazuje jest to technologia typu Spread Spectrum, w której komunikacja odbywa się na stosunkowo szerokim paśmie częstotliwości. Poniższy rysunek przedstawia dwie transmisje, które mogą bez zakłócania odbywać się jednocześnie, ponieważ korzystają z dwóch odrębnych zakresów częstotliwości.

    Zasada działania metody DSSS
    Zasada działania metody DSSS

    Cykl artykułów „Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej”

    Artykuły publikowane w ramach cyklu “Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej” można czytać niezależnie, ale najlepsze efekty osiągniesz, jeśli zapoznasz się z nimi po kolei. Cały cykl składa się z następujących artykułów:

    1. Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej – Część 1 – Podstawy
    2. Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej – Część 2 – FHSS
    3. Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej – Część 3 – DSSS
    4. Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej – Część 4 – OFDM

    Kodowanie

    Sieci bezprzewodowe Wi-Fi korzystają z nielicencjonowanych zakresów częstotliwości, w których bardzo łatwo o zakłócenia i różnego rodzaju niekorzystne oddziaływania na sygnał radiowy. Obecnie czułość urządzeń nadawczo-odbiorczych jest na bardzo wysokim poziomie, lecz podczas tworzenia oryginalnego standardu IEEE 802.11 nie było innego sposobu na uniknięcie ciągłych retransmisji jak wprowadzenie kodowania.

    Kod Barkera

    Celem kodowania jest zapewnienie integralności i spójności przesyłanych danych. W metodzie DSSS z oryginalnego standardu IEEE 802.11 używany jest kod Barkera, który jest rodzajem kodowania nadmiarowego. Jego działanie polega na tym, że pojedynczy bit danych zastępowany jest wieloma bitami transmisji, a to z kolei przekłada się na większą odporność na zakłócenia. Kod Barkera używa 11 bitów transmisji (tzw. chipów) do odwzorowania pojedynczego bitu użytecznej informacji. Poniżej zaprezentowane są ciągi 11 chipów dla dwóch wartości binarnych, 0 oraz 1:

    • binarne 0 = 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
    • binarne 1 = 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1

    A dlaczego akurat tak to wygląda? Przede wszystkim zapewniam, że oba ciągi chipów nie są przypadkowe. Ich układ został tak zaprojektowany, że utrata lub przekłamanie nawet dziewięciu dowolnych chipów nie przeszkodzi odbiorcy w uzyskaniu właściwej jednostki informacji. Oba ciągi są wynikiem operacji binarnej XOR pomiędzy użytecznymi danymi a sekwencją Barkera. Poniższy diagram przedstawia proces kodowania na urządzeniu nadawczym:

    Kodowanie danych przy użyciu sekwencji Barkera
    Kodowanie danych przy użyciu sekwencji Barkera

    Odwrotny proces można zaobserwować na urządzeniu odbiorczym – wykonujemy operację XOR na otrzymanych zakodowanych danych i sekwencji Barkera, w wyniku otrzymując użyteczne dane wysłane przez nadawcę.

    Odkodowanie danych przy użyciu sekwencji Barkera
    Odkodowanie danych przy użyciu sekwencji Barkera

    „Czy wiesz że…?”

    Pojedynczy chip transmitowany jest na wąskim paśmie częstotliwości o szerokości 2 MHz. W związku z tym, że wszystkie chipy wysyłane są jednocześnie, tworzy się kanał o szerokości 22 MHz (11 x 2 MHz), i właśnie tyle wynosi domyślna szerokość pojedynczego kanału w transmisji wykorzystującej DSSS.

    Kod CCK

    Standard IEEE 802.11b, czyli w zasadzie nowelizacja oryginalnego standardu IEEE 802.11, wprowadził między innymi możliwość wysyłania danych przy użyciu większych prędkości. Rozwiązanie przybrało nazwę HR-DSSS (High Rate DSSS) i w miejsce poprzednio używanego kodu Barkera wprowadziło nowe i zdecydowanie bardziej złożone rozwiązanie o nazwie Complementary Code Keying (CCK).

    Przewaga kodu CCK nad kodem Barkera wynika z faktu, że ten pierwszy używa krótszej sekwencji chipów do zakodowania użytecznej informacji. Co więcej, kod CCK używa różnych sekwencji chipów do zakodowania różnych ciągów bitów danych. W ten sposób CCK w podstawowej wersji jest w stanie zakodować cztery bity użytecznych danych używając do tego ośmiu chipów, by uzyskać prędkość 5,5 Mb/s. Możliwe jest także uzyskanie prędkości 11 Mb/s, ale w tym przypadku osiem chipów służy do zakodowania ośmiu bitów użytecznych danych, co prowadzi do utracenia nadmiarowości. W konsekwencji utrata pojedynczego chipa równa się utracie pojedynczego bita użytecznych danych.

    Modulacja

    Po zakodowaniu dane muszą zostać poddane modulacji w celu utworzenia sygnału zdolnego przenosić użyteczne informacje (ang. carrier signal). W technologii DSSS dostępne są dwie metody modulacji. Pierwsza z nich to Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK), czyli modulacja wykorzystująca przesunięcie fazy. W tym przypadku dostępne są dwie możliwości przesunięcia (0 i 180 stopni), a każda z nich odwzorowuje pojedynczy chip (0 lub 1).

    Do dyspozycji dostępna jest także druga metoda o nazwie Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK), która dwukrotnie zwiększa ilość możliwych przesunięć fazy (0, 90, 180 i 270 stopni). Każda z tych opcji pozwala odwzorować dwa chipy (00, 01, 10, 11), dzięki czemu dostępna prędkość wzrasta dwukrotnie.

    Poniższa tabela zawiera podsumowanie dostępnych wariantów z wykorzystaniem technologii DSSS.

    Podsumowanie wariantów dostępnych w technologii DSSS
    Podsumowanie wariantów dostępnych w technologii DSSS

    Widoczny jest pewien wzorzec w rozwoju technologii transmisji danych. Mianowicie, zwiększanie szybkości transmisji danych osiągane jest kosztem utracenia nadmiarowości, a także poprzez wdrażanie coraz wydajniejszych metod kodowania i modulacji.

    Pojawienie się metody DSSS, a zwłaszcza HR-DSSS, mocno zwiększyło wydajność komunikacji bezprzewodowej. Był to pierwszy krok do wykorzystania szerokiego kanału transmisji i powstania podwalin pod technologię używaną współcześnie, czyli OFDM. O szczegółach OFDM przeczytasz w ostatnim, czwartym artykule tej serii.

    Czy miałeś możliwość pracy z urządzeniami korzystającymi z metody DSSS?

    🗳 Jak przydatna była ta publikacja?

    Średnia ocena 5 / 5. Ilość głosów: 8

    Brak ocen. Bądź pierwszy!

    Dziękujemy za ocenę! Zapraszamy Cię do obserwowania NSS w mediach społecznościowych!

    Przykro nam, że ta publikacja okazała się być dla Ciebie nieprzydatna!

    Uwaga: Twój głos będzie liczony tylko jeśli udzielisz feedbacku używając formularza poniżej.

    Jak możemy poprawić tę publikację?

    Łukasz Kowalski
    Network Architect, Współtwórca Na Styku Sieci
    guest
    0 - Ilość komentarzy
    Inline Feedbacks
    View all comments

    Przygotowujesz się do certyfikacji CCNA?

    Zapisz się na nasz NSSletter, a co tydzień we wtorek rano otrzymasz porcję sieciowej wiedzy oraz porady dotyczące certyfikacji.

    Uzupełniając powyższe pole wyrażasz zgodę na otrzymywanie od GetGoodNet Damian Michalak z siedzibą we Wrocławiu newslettera zawierającego treści edukacyjne. Zgodę możesz wycofać w każdym czasie.

    NSS na Social Media

    1,611FaniLubię
    72ObserwującyObserwuj
    134ObserwującyObserwuj
    1,220SubskrybującySubskrybuj

    Najnowsze artykuły

    spot_img

    Może Cię też zainteresować...

    0
    Co sądzisz na temat tej publikacji? Zostaw proszę komentarzx
    ()
    x