مبانی فناوری بی سیم مدولاسیون طیف گسترده کار درسی

در ابتدا، روش طیف گسترده برای اهداف اطلاعاتی و نظامی ایجاد شد. ایده اصلی این روش توزیع سیگنال اطلاعات در یک باند وسیع از محدوده رادیویی است که در نهایت سرکوب یا رهگیری سیگنال را بسیار دشوارتر می کند. اولین طرح طیف گسترده توسعه یافته به عنوان روش چابکی فرکانس شناخته می شود. یک طرح طیف گسترده مدرن تر، روش پخش مستقیم سریال است. هر دو روش در استانداردها و محصولات بی سیم مختلف استفاده می شود.

فرکانس پرش طیف گسترده (FHSS) طیف گسترده

به منظور جلوگیری از رهگیری یا سرکوب ترافیک رادیویی توسط نویز باند باریک، پیشنهاد شد که با یک تغییر حامل ثابت در یک محدوده فرکانس وسیع ارسال شود. در نتیجه، قدرت سیگنال در کل محدوده توزیع شد و گوش دادن به یک فرکانس خاص فقط مقدار کمی نویز ایجاد کرد. توالی فرکانس حامل شبه تصادفی بود که فقط برای فرستنده و گیرنده شناخته شده بود. تلاش برای سرکوب سیگنال در محدوده باریکی نیز سیگنال را بیش از حد کاهش نداد، زیرا تنها بخش کوچکی از اطلاعات سرکوب شد.

ایده این روش در شکل 1 نشان داده شده است. 1.10.

در یک بازه زمانی ثابت، انتقال در یک فرکانس حامل ثابت انجام می شود. در هر فرکانس حامل برای انتقال اطلاعات گسسته، استاندارد روش های مدولاسیونمانند FSK یا PSK. برای اینکه گیرنده با فرستنده همگام شود، بیت های همگام سازی برای مدتی برای نشان دادن شروع هر دوره انتقال ارسال می شوند. بنابراین سرعت مفید این روش رمزگذاری به دلیل سربار همگام سازی ثابت کمتر است.

برنج. 1.10.

فرکانس حامل مطابق با تعداد زیر کانال های فرکانس تولید شده توسط الگوریتم اعداد شبه تصادفی تغییر می کند. توالی شبه تصادفیبستگی به پارامتری دارد که فراخوانی می شود اولیهعدد. اگر گیرنده و فرستنده الگوریتم و مقدار عدد اولیه را بدانند، فرکانس‌ها را در همان دنباله تغییر می‌دهند که به آن دنباله پرش فرکانس شبه تصادفی می‌گویند.

اگر فرکانس تغییر کانال های فرعی کمتر از نرخ داده در کانال باشد، این حالت فراخوانی می شود طیف گسترش آهسته(شکل 1.11a)؛ در غیر این صورت با طیف گسترش سریع(شکل 1.11b).

روش طیف سریع در برابر تداخل مقاوم‌تر است زیرا تداخل باند باریکی که سیگنال را در یک زیر کانال خاص سرکوب می‌کند منجر به از دست دادن بیت نمی‌شود، زیرا مقدار آن چندین بار در کانال‌های فرکانس مختلف تکرار می‌شود. در این حالت، اثر تداخل بین نمادی ظاهر نمی شود، زیرا زمانی که سیگنال تاخیر در یکی از مسیرها می رسد، سیستم زمان دارد تا به فرکانس دیگری سوئیچ کند.

روش پخش آهسته طیف این ویژگی را ندارد، اما پیاده سازی آن آسان تر است و هزینه های سربار کمتری را شامل می شود.

تکنیک های FHSS در فناوری های بی سیم IEEE 802.11 و بلوتوث استفاده می شود.

در FHSS، رویکرد استفاده از محدوده فرکانس مانند سایر روش های رمزگذاری نیست - به جای استفاده اقتصادی از یک پهنای باند باریک، تلاش می شود تا کل محدوده موجود را اشغال کند. در نگاه اول، این خیلی کارآمد به نظر نمی رسد - در هر زمان، فقط یک کانال در محدوده کار می کند. با این حال، آخرین گزاره همیشه درست نیست - کدهای طیف گسترده همچنین می توانند برای مالتیپلکس کردن چندین کانال در یک محدوده وسیع استفاده شوند. به طور خاص، روش های FHSS سازماندهی عملیات همزمان چندین کانال را با انتخاب برای هر کانال ممکن می سازد. توالی های شبه تصادفیبه طوری که در هر لحظه از زمان هر کانال با فرکانس خاص خود کار می کند (البته این کار فقط در صورتی امکان پذیر است که تعداد کانال ها از تعداد زیر کانال های فرکانس بیشتر نباشد).

طیف گسترده متوالی مستقیم (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS)

روش طیف پخش مستقیم سریال نیز از کل محدوده فرکانسی اختصاص داده شده برای یک لینک بی سیم استفاده می کند. برخلاف روش FHSS، کل محدوده فرکانس نه با جابجایی ثابت از فرکانس به فرکانس، بلکه با جایگزینی هر بیت از اطلاعات با بیت های N اشغال می شود، به طوری که سرعت ساعت سیگنالینگ N برابر افزایش می یابد. و این به نوبه خود به این معنی است که طیف سیگنال نیز N برابر گسترش می یابد. کافی است نرخ داده و مقدار N را به طور مناسب انتخاب کنید تا طیف سیگنال کل محدوده را پر کند.

هدف از کدگذاری DSSS همانند کدگذاری FHSS است که بهبود ایمنی در برابر نویز است. تداخل باند باریک تنها فرکانس های خاصی از طیف سیگنال را مخدوش می کند، به طوری که گیرنده قادر خواهد بود اطلاعات ارسال شده را با درجه احتمال بالایی به درستی تشخیص دهد.

کدی که جایگزین واحد باینری اطلاعات اصلی می شود نامیده می شود توالی در حال گسترش، و هر بیت از چنین دنباله ای یک تراشه است.

بر این اساس، نرخ انتقال کد حاصل نامیده می شود تراشهسرعت. صفر دودویی با مقدار معکوس دنباله گسترش کدگذاری می شود. گیرنده ها باید دنباله پخشی را که فرستنده برای درک اطلاعات در حال ارسال استفاده می کند، بدانند.

تعداد بیت ها در دنباله پخش، ضریب انتشار کد منبع را تعیین می کند. مانند FHSS، هر نوع مدولاسیون، مانند BFSK، می تواند برای رمزگذاری بیت های کد حاصل استفاده شود.

هر چه ضریب پخش بزرگتر باشد، طیف سیگنال حاصل گسترده تر و درجه سرکوب تداخل بالاتر است. اما در همان زمان، محدوده طیف اشغال شده توسط کانال افزایش می یابد. به طور معمول، ضریب انبساط مقداری بین 10 تا 100 دارد.

فناوری بی سیم ارتباط ایمن و قابل اعتماد را با سایت های تولیدی از راه دور که در آن در دسترس بودن محصولات کابلی محدود است، فراهم می کند. برای سازماندهی تعمیر و نگهداری، دستگاه های بی سیم وضعیت پمپ ها و مکانیسم ها را نظارت می کنند، داده ها را از ایستگاه های نظارت از راه دور فاضلاب و سیستم های ورودی / خروجی انتقال می دهند.

در یک راه حل، یک سیستم بی سیم قرائت را از ایستگاه هواشناسی و قرائت را از فاضلاب تولید مواد شیمیایی دریافت می کند. ایستگاه هواشناسی کارخانه در 2.5 کیلومتری کنترل پنل اصلی قرار دارد و دارای یک ضبط کننده است که داده ها را از بادسنج (سرعت باد)، دماسنج و رطوبت سنج جمع آوری می کند. ضبط کننده به یک ابزار بی سیم WLM RF از راه دور Moore Industries متصل است که با استفاده از فناوری تغییر فرکانس طیف گسترده (FHSS) با فرکانس 900 مگاهرتز کار می کند و داده ها را با استفاده از یک آنتن کارگردان نصب شده روی یک براکت بالا در نزدیکی ایستگاه هواشناسی منتقل می کند. مشکلات جدی در حین عملیات هنوز بوجود نیامده است.

به نظر می رسید که سازماندهی ارتباط بی سیم با ایستگاه نظارت بر فاضلاب غیرممکن است. اگرچه فاصله ایستگاه تا تابلوی کنترل مرکزی تنها 500 متر است، سیگنال RF باید از ساختمان چهار طبقه دیگ بخار عبور می کرد. با این وجود، آزمایشات قبل از نصب انجام شد و شبکه رادیویی بدون مشکل کار کرد. درس اصلی از همه اینها این است که فناوری بی سیم حتی در جایی که فکر می کردید نباید کار کند، کار می کند. تنها کاری که باید انجام دهید این است که سیستم را تست کنید.

فناوری های رادیویی زیادی وجود دارد. درک نحوه کار آنها برای انتخاب بهترین راه حل برای یک برنامه خاص ضروری است. یک شبکه بی‌سیم می‌تواند دارای مجوز یا بدون مجوز، اترنت یا سریال، باند باریک یا طیف گسترده، پروتکل امن یا باز، Wi-Fi... این لیست ادامه دارد. این مقاله مقدمه ای بر فناوری بی سیم است.

باند RF

محدوده 9 کیلوهرتز (کیلوهرتز) تا هزاران گیگاهرتز (گیگاهرتز) را می توان برای ارتباطات بی سیم استفاده کرد. فرکانس های بالاتر طیف مادون قرمز، طیف روشنایی، اشعه ایکس و غیره هستند. از آنجایی که فرکانس‌های رادیویی منبع محدودی هستند که توسط ایستگاه‌های تلویزیونی و رادیویی، تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌های بی‌سیم استفاده می‌شوند، باندهایی که می‌توانند برای انواع خاصی از ارتباطات و انتقال داده‌ها استفاده شوند، توسط سازمان‌های دولتی تعیین می‌شوند.

در ایالات متحده، کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) فرکانس ها را به کاربران غیردولتی اختصاص می دهد. FCC تعیین کرده است که تجهیزات صنعتی، علمی و پزشکی باید بر روی باندهای 902-928 مگاهرتز، 2400-2483.5 مگاهرتز و 5725-5875 مگاهرتز کار کنند، مشروط به محدودیت در قدرت سیگنال، قدرت و سایر پارامترهای انتقال رادیویی. این باندها بدون مجوز هستند و ممکن است آزادانه تحت مقررات FCC استفاده شوند. باندهای دیگر در طیف ممکن است پس از اعطای مجوز استفاده شوند. جدول 1 باندهای طیف فرکانس رادیویی و کاربردهای آنها را فهرست می کند.

منبع: http://encyclopedia.thefreedictionary.com/radio%20frequency

فرکانس های مجاز یا بدون مجوز

مجوز اعطا شده توسط کمیسیون ارتباطات فدرال برای کار بر روی فرکانس مجاز مورد نیاز است. در حالت ایده آل، این فرکانس ها از تداخل مصون هستند و در صورت تداخل، مزاحم می تواند از نظر قانونی مسئول شناخته شود. معایب فرآیند پیچیده و طولانی برای دریافت مجوز، عدم توانایی در خرید دستگاه های موجود است، زیرا آنها باید برای کار در فرکانس مجاز تولید شوند و البته هزینه دریافت مجوز.

فرکانس بدون مجوز فرکانسی است که توسط کمیسیون ارتباطات فدرال به عنوان رایگان برای استفاده بدون نیاز به ثبت نام و مجوز تعریف شده است. بسته به مکان سیستم، محدودیت هایی در قدرت سیگنال وجود دارد. به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا در محدوده 900 مگاهرتز، حداکثر توان 1 وات یا 4 وات EIRP (قدرت تابش ایزوتروپیک موثر) است.

مزایای استفاده از فرکانس های بدون مجوز واضح است: نیازی به صرف زمان و هزینه برای دریافت مجوز نیست. بسیاری از تولید کنندگان محصولاتی را به بازار عرضه می کنند که از این فرکانس ها پشتیبانی می کنند، هزینه راه اندازی پایین به دلیل عدم وجود هزینه های مجوز. معایب در ایده باند بدون مجوز نهفته است: چندین سیستم می توانند به طور همزمان در یک فرکانس کار کنند، که منجر به تداخل و از دست دادن در انتقال داده می شود. در این صورت استفاده از فناوری طیف گسترده ضروری می شود. فرستنده های طیف گسترده در مدیریت تداخل های در حال ظهور بسیار موثر هستند و حتی در محیط های نویز RF نیز کار می کنند.

سیستم های طیف گسترده

طیف گسترده تکنیکی است که سیگنال فرکانس رادیویی را در طیف گسترده ای از فرکانس ها با توان کم پخش می کند، در حالی که انتقال از طریق سیگنال باند باریک تمام توان را روی یک فرکانس متمرکز می کند. باند باریک سیگنالی است که محدوده کوچکی از طیف فرکانس رادیویی را اشغال می کند. سیگنال پهنای باند بخش بسیار بزرگتری را اشغال می کند. دو فناوری رایج طیف گسترده عبارتند از جهش طیف گسترده (FHSS) و طیف گسترده توالی مستقیم (DSSS).

همانطور که از تعریف مشخص است، در دستگاه های فرکانس پرش، فرکانس کاری فرستنده پس از یک بازه زمانی مشخص تغییر می کند. مزایای پرش آشکار است: زیرا فرستنده آنقدر فرکانس داده را تغییر می دهد که فقط گیرنده ای که روی همان الگوریتم تنظیم شده است قادر به دریافت اطلاعات است. گیرنده باید دنباله شبه تصادفی مشابهی از فرکانس های دریافتی داشته باشد تا سیگنال فرستنده را در فرکانس صحیح در زمان مناسب دریافت کند. شکل 1 نشان می دهد که چگونه فرکانس سیگنال در طول زمان تغییر می کند. هر پرش قدرت و زمان ماندگاری یکسانی دارد (زمان روی کانال). در شکل 2، وابستگی زمان به فرکانس نشان می دهد که پرش در فواصل زمانی منظم رخ می دهد. دنباله پرش شبه تصادفی است.

شکل 1. در نتیجه "پرش"، فرکانس حامل تغییر می کند. قدرت سیگنال ثابت می ماند.

DSSS یک سیگنال داده را با دنباله ای از نمادها به نام "تراشه" ترکیب می کند - بنابراین سیگنال را در پهنای باند بزرگتر "گسترش" می کند. به عبارت دیگر، سیگنال اصلی در یک سیگنال نویز تولید شده توسط یک دنباله شبه تصادفی از بیت های مثبت و منفی ضرب می شود. گیرنده سیگنال دریافتی را در همان دنباله ضرب می کند و اطلاعات اصلی را به دست می آورد (زیرا 1 x 1 = 1 و -1 x-1 = 1).

هنگامی که سیگنال "گسترش" می شود، قدرت سیگنال باند باریک اصلی در محدوده وسیعی توزیع می شود و قدرت را در هر فرکانس خاص کاهش می دهد (اصطلاحاً چگالی توان کم). شکل 3 یک سیگنال را در قسمت باریکی از طیف RF نشان می دهد. در شکل 4، سیگنالی که در قسمت بیشتری از طیف پخش شده است، قدرت کل یکسانی دارد، اما توان کمتری در هر فرکانس دارد. از آنجایی که انبساط قدرت سیگنال را در بخش های خاصی از طیف کاهش می دهد، سیگنال را می توان به عنوان نویز درک کرد. گیرنده باید سیگنال دریافتی را شناسایی و از حالت تعدیل خارج کند و سیگنال اصلی را از "تراشه های" اضافه شده پاک کند.

فن آوری های FHSS و DSSS به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شوند. بسته به هر مورد خاص، یک فناوری یا فناوری دیگر ممکن است بهترین راه حل باشد. به جای بحث در مورد اینکه کدام یک بهتر است، درک تفاوت ها و انتخاب فناوری مناسب برای برنامه شما مهم تر است. به طور کلی، ویژگی های زیر بر انتخاب تأثیر می گذارد:

پهنای باند

محل سکونت

دخالت

محدوده ارتباطی

امنیت

پهنای باند

پهنای باند - مقدار داده ارسال یا دریافت شده توسط سیستم در یک ثانیه. این یکی از مهمترین عوامل در انتخاب تکنولوژی مناسب است. DSSS به دلیل استفاده کارآمدتر از پهنای باند و پهنای باند بیشتر، توان عملیاتی بالاتری نسبت به FHSS دارد. برای اکثر سیستم های ورودی/خروجی توزیع شده صنعتی، توان عملیاتی پایین FHSS مشکل عمده ای نیست. اما اگر اندازه شبکه یا سرعت انتقال داده افزایش یابد، به این شاخص توجه بیشتری می شود. اکثر فرستنده های رادیویی FHSS دارای پهنای باند 50-115 کیلوبیت بر ثانیه برای شبکه اترنت هستند. DSSS با پهنای باند 1-10 مگابیت در ثانیه کار می کند. اگرچه فرستنده های DSSS پهنای باند بالاتری نسبت به همتایان FHSS دارند. یافتن یک دستگاه DSSS که امنیت شبکه و محدوده مورد نیاز برای تولید صنعتی و سیستم‌های SCADA را فراهم کند، کار آسانی نیست.

برخلاف فرستنده‌های FHSS که در باند 26 مگاهرتز در فرکانس پایه 900 مگاهرتز (902-928 مگاهرتز) و فرستنده‌های DSSS که در باند 22 مگاهرتز در فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند، فرستنده‌های رادیویی که از فرکانس‌های مجاز استفاده می‌کنند به طیف 12.5 کیلوهرتز محدود می‌شوند. طبیعتاً از آنجایی که پهنای باند محدود است، توان عملیاتی نیز محدود است. اکثر فرستنده‌هایی که روی فرکانس مجاز کار می‌کنند، توان خروجی 6400 تا 19200 بیت در ثانیه را ارائه می‌دهند.

محل سکونت

Colocation به عنوان امکان عملکرد چندین شبکه رادیویی در مجاورت یکدیگر درک می شود. فناوری DSSS اجازه نمی دهد چندین شبکه رادیویی در کنار هم کار کنند زیرا سیگنال در یک باند فرکانسی پخش می شود. به عنوان مثال، در باند 2.4 گیگاهرتز ISM (باند صنعتی، علمی و پزشکی)، تنها می توان از سه کانال DSSS استفاده کرد. هر کانال تا 22 مگاهرتز از طیف گسترش یافته است، که به سه شبکه اجازه می دهد تا به طور همزمان بدون همپوشانی فرکانس کار کنند.

از سوی دیگر، به دلیل استفاده از توالی های هاپ مختلف، چندین شبکه FHSS می توانند در یک باند فرکانسی کار کنند. دنباله پرشی که در آن فرکانس های مختلف در زمان های مختلف در یک باند فرکانسی استفاده می شود، دنباله هاپ متعامد نیز نامیده می شود. FHSS از برنامه های توالی متعامد استفاده می کند تا به چندین شبکه اجازه دهد بدون تداخل کار کنند. این یک مزیت بزرگ در هنگام توسعه شبکه های بزرگ و نیاز به جداسازی ارتباطات است. اکثر مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که حداکثر 15 شبکه FHSS می توانند به طور همزمان کار کنند و فقط 3 شبکه DSSS.

بدیهی است که با توجه به اینکه رادیوهای باند باریک روی یک باند طیف 12.5 مگاهرتز کار می کنند، نمی توان خیلی نزدیک به هم قرار گرفت.

دخالت

تداخل - نویز رادیویی در مجاور یا همان قسمت طیف فرکانس رادیویی. برهم نهی دو سیگنال می تواند یک موج رادیویی جدید ایجاد کند یا منجر به از دست رفتن داده های ارسال شده توسط سیگنال کاری شود. فناوری طیف گسترده در مقابله با نویز حاصل بسیار خوب است، اگرچه فناوری های مختلف به روش های مختلفی با این مشکل برخورد می کنند. هنگامی که گیرنده DSSS نویز باند باریک را تشخیص می دهد، سیگنال دریافتی را در مقدار تراشه ضرب می کند تا پیام اصلی را بازسازی کند. بدین ترتیب، سیگنال اصلی اصلی به سیگنال باند باریک با قدرت بالا تبدیل می شود. تداخل، مانند یک سیگنال باند پهن کم توان، نادیده گرفته می شود.

در هسته خود، مکانیسمی که سیگنال DSSS را در زیر سطح نویز خود شبکه رادیویی قرار می دهد، اجازه می دهد تا تداخل باند باریک در هنگام دمودولاسیون سیگنال نادیده گرفته شود. بنابراین، DSSS با نویز بیرونی بسیار خوب کار می کند، اما اگر تداخل قدرت بالایی داشته باشد، ممکن است مشکلات جدی ایجاد شود، زیرا. دمودولاسیون قادر به کاهش سیگنال تداخل کمتر از قدرت سیگنال اصلی نیست.

با توجه به اینکه FHSS در فرکانس 83.5 مگاهرتز در 4 گیگاهرتز کار می‌کند و سیگنال‌های توان بالا را در فرکانس‌های خاص تولید می‌کند (شبیه به تولید فوران داده‌های همگام‌سازی شده در یک باند باریک)، بنابراین اگر مولد نویز باند باریک در یکی از فرکانس‌های مورد استفاده کار نکند، از تداخل جلوگیری می‌شود. . نویز باند باریک، در بدترین حالت، چندین جهش را مسدود می کند، که سیستم می تواند با ارسال مجدد پیام در فرکانس متفاوت، آن را جبران کند. علاوه بر این، مقررات FCC به حداقل جداسازی فرکانس در یک دنباله پرش نیاز دارند، بنابراین پتانسیل تداخل سیگنال باند باریک به حداقل می رسد.

در مورد تداخل باند پهن، DSSS به اندازه قابل اعتماد کار نمی کند. از آنجایی که DSSS کل سیگنال را به یکباره به پهنای باند 22 مگاهرتز با توان بسیار کمتر پخش می کند، اگر این 22 مگاهرتز نویز یا بیشتر روی هم قرار گیرند، می توان تا 100٪ از انتقال DSSS و تنها 25٪ از انتقال FHSS را مسدود کرد. در این حالت، عملکرد FHSS کاهش می یابد، اما هیچ از دست دادن کامل داده ها وجود ندارد.

فرکانس‌های مجاز از پهنای باند بسیار باریکی استفاده می‌کنند، بنابراین حتی تداخل کوچک می‌تواند باعث از دست رفتن اطلاعات شود. در این حالت می توان از آنتن های جهت دار و فیلترهای باند گذر برای برقراری ارتباط مستمر استفاده کرد و با تداخل کننده برخورد قانونی کرد.

رادیوهای 802.11 بیشتر مستعد تداخل هستند زیرا دستگاه‌های زیادی در این باند کار می‌کنند. آیا دقت کرده‌اید که چه نوع تداخلی در تلفن بی‌سیم هنگام کار کردن اجاق مایکروویو رخ می‌دهد؟ هر دو دستگاه مانند بقیه دستگاه های 802.11 در باند 2.4 گیگاهرتز کار می کنند. هنگام استفاده از چنین فرستنده هایی، امنیت شبکه به یک نگرانی اصلی تبدیل می شود.

اگر گیرنده فرستنده خاصی به فرستنده دیگری نزدیکتر از فرستنده خودش باشد، مشکل تعامل بین گیرنده و این فرستنده ها وجود دارد. فرستنده های همسایه می توانند کانال گیرنده را با سیگنال های خارجی با قدرت بالا مسدود کنند. در چنین شرایطی، اکثر سیستم های DSSS از کار می افتند. در همین شرایط، چندین هاپ سیستم FHSS مسدود خواهند شد، اما به طور کلی شبکه را مختل نمی کنند. در مورد سیستمی که بر روی فرکانس مجاز کار می کند، کارایی سیستم به فرکانس سیگنال جعلی بستگی دارد. اگر فرکانس این سیگنال ها نزدیک یا مشابه فرکانس سیستم باشد، سیگنال شما مسدود می شود که در صورت نداشتن مجوز مشابه، متخلف پیگرد قانونی دارد.

محدوده ارتباطی

محدوده ارتباط با امکان سازماندهی ارتباطات تعیین می شود، یعنی. قدرت پیوند RF بین فرستنده و گیرنده و فاصله ای که آنها می توانند یک اتصال قابل اعتماد را حفظ کنند. هنگامی که با همان قدرت کار می کند و از الگوریتم مدولاسیون یکسانی استفاده می کند، یک فرستنده رادیویی 900 مگاهرتز اتصال مطمئن تری نسبت به فرستنده 2.4 گیگاهرتز فراهم می کند. با افزایش فرکانس طیف فرکانس رادیویی، فاصله انتقال داده کاهش می یابد، مشروط بر اینکه تمام پارامترهای دیگر بدون تغییر باقی بمانند. توانایی نفوذ به دیوارها و اشیا نیز با افزایش فرکانس کاهش می یابد. فرکانس های بالایی در طیف خاصیت بازتابی از خود نشان می دهند. به عنوان مثال، موج رادیویی 2.4 گیگاهرتز می تواند از دیوارهای ساختمان ها و تونل ها منعکس شود. این می تواند برای انتشار سیگنال در فواصل طولانی استفاده شود. مشکلات احتمالی با وقوع انتشار چند مسیری یا عدم وجود کامل سیگنال به دلیل انعکاس عقب همراه است.

FCC توان خروجی فرستنده های رادیویی طیف گسترده را محدود می کند. همانطور که در بالا نشان داده شده است، DSSS به صورت سریال داده ها را با توان کم ارسال می کند و در محدوده FCC قرار می گیرد. این امر فاصله انتقال فرستنده های رادیویی DSSS را محدود می کند و در نتیجه آنها را برای بازار صنعتی نامناسب می کند. از طرف دیگر، فرستنده‌های FHSS سیگنال‌های توان بالا را در فرکانس‌های خاصی در یک دنباله پرش ارسال می‌کنند، اما توان متوسط ​​پایین می‌ماند، بنابراین نیازها را برآورده می‌کند. سیگنال FHSS با قدرت بالاتری نسبت به سیگنال DSSS مخابره می شود و امکان کار در فواصل طولانی تری را فراهم می کند. اکثر فرستنده های FHSS می توانند داده ها را در 20 کیلومتر یا حتی مسافت های طولانی تر با استفاده از آنتن های با بهره بالا انتقال دهند.

فرستنده های رادیویی 802.11 موجود در DSSS و FHSS. آنها در یک محدوده فرکانس وسیع و با سرعت داده تا 54 مگابیت در ثانیه کار می کنند. اما باید توجه داشت که پهنای باند مشخص شده با افزایش فاصله بین مودم های رادیویی بسیار کاهش می یابد. به عنوان مثال، فاصله 100 متری سرعت را از 54 مگابیت بر ثانیه به 2 مگابیت بر ثانیه کاهش می دهد. این برای برنامه‌های اداری کوچک یا خانگی ایده‌آل است، اما نه برای برنامه‌های صنعتی که باید داده‌ها در چندین کیلومتر منتقل شوند.

از آنجایی که فرستنده های رادیویی باند باریک در فرکانس های پایین کار می کنند، اگر FHSS نتواند محدوده انتقال مورد نیاز را فراهم کند، می توانند راه حل خوبی باشند. نیاز به استفاده از فرکانس‌های مجاز با باند باریک زمانی ایجاد می‌شود که انتقال داده‌ها در مسافت طولانی ضروری باشد، یا انتقال باید نزدیک‌تر به سطح زمین انجام شود، زیرا سازماندهی ارتباطات در منطقه دید غیرممکن است.

امنیت

از آنجایی که سیگنال DSSS بسیار کم است، تشخیص آن برای هکرها آسان نیست. یکی از مزایای اصلی DSSS توانایی کاهش انرژی سیگنال با پخش قدرت سیگنال باند باریک اصلی بر روی یک پهنای باند بزرگتر است که در نتیجه چگالی طیفی توان را کاهش می دهد. این می تواند سطح سیگنال را به سطح نویز خود شبکه رادیویی کاهش دهد، در نتیجه آن را برای مزاحمان احتمالی "نامرئی" می کند. در عین حال، اگر "تراشه" شناخته شده باشد یا طول کمی داشته باشد، تشخیص انتقال DSSS و بازیابی سیگنال بسیار آسان تر است زیرا دارای تعداد محدودی فرکانس حامل است. بسیاری از سیستم‌های DSSS رمزگذاری را به‌عنوان یک ویژگی امنیتی ارائه می‌کنند، اگرچه این امر هزینه سیستم را افزایش می‌دهد و بازده عملیاتی را کاهش می‌دهد به دلیل قدرت اضافی مورد استفاده برای رمزگذاری سیگنال.

برای تنظیم موفقیت آمیز یک سیستم FHSS در حال اجرا، مهاجم باید فرکانس های استفاده شده، ترتیب پرش، زمان عملیات و روش رمزگذاری را بداند. با توجه به اینکه باند 2.4 گیگاهرتز دارای زمان کانال 400 میلی‌ثانیه است و بیش از 75 کانال در حال استفاده است، تشخیص و دنبال کردن سیگنال FHSS تقریباً غیرممکن است مگر اینکه گیرنده برای همان دنباله پرش پیکربندی شده باشد. علاوه بر این، اکثر سیستم های FHSS دارای ویژگی های امنیتی پیشرفته ای مانند رمزگذاری کلید پویا و CRC هستند.

امروزه شبکه های محلی بی سیم (WLAN) روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کنند. آنها از استاندارد 802.11 استفاده می کنند، یک پروتکل باز توسعه یافته توسط IEEE. Wi-Fi نشان استانداردی است که توسط انجمن کنترل سازگاری اترنت بی‌سیم (WECA) برای تأیید محصولات 802.11 استفاده می‌شود. اگرچه دستگاه‌های FHSS صنعتی استاندارد Wi-Fi را پشتیبانی نمی‌کنند و بنابراین با WLAN سازگار نیستند، ممکن است تداخل زمانی رخ دهد که آنها با هم کار می‌کنند، زیرا در یک باند فرکانسی کار می‌کنند. از آنجایی که اکثر محصولات وای فای در باندهای 2.4 یا 5 گیگاهرتز کار می کنند، ممکن است ایده خوبی باشد که از 900 مگاهرتز با اجازه سازمان حاکم استفاده کنید (فقط 2.4 گیگاهرتز در اروپا مجاز است). همچنین محافظت بیشتری در برابر RF Sniffers (برنامه‌های مورد استفاده هکرها) که در باند محبوب‌تر 2.4 گیگاهرتز استفاده می‌شوند، فراهم می‌کند.

امنیت شبکه فناوری های بی سیم یکی از موضوعات مورد بحث است. مقالات اخیر در مورد "ماشین کنترل شده توسط هکرها" باعث شده است که مصرف کنندگان بالقوه و فعلی در مورد اثربخشی محافظت در برابر نفوذ شبکه بی سیم تردید کنند. باید درک کرد که استانداردهای 802.11 استانداردهای باز هستند، بنابراین می توان آنها را به راحتی هک کرد.

دلیل سردرگمی در مسائل امنیتی، درک مبهم از فناوری عملکرد سیستم های بی سیم مختلف است. در حال حاضر، Wi-Fi (802.11a، b و g) مسلماً بهترین فناوری برای بسیاری از برنامه‌های IT، خانه و ادارات کوچک است. 802.11 یک استاندارد باز است، بنابراین برای یک هکر ماهر به راحتی می توان امنیت شبکه را دور زد و کنترل سیستم را در دست گرفت.

پس چگونه کاربران فناوری بی سیم از خود در برابر نفوذ محافظت می کنند؟ بسیاری از برنامه‌های مبتنی بر 802.11 امنیت کمی ارائه می‌کنند و کاربر باید در راه‌اندازی شبکه‌های خصوصی مجازی (VPN) یا سایر شبکه‌های امنیتی برای محافظت از خود در برابر حملات، به خوبی آشنا باشد. دستگاه‌های استانداردهای دیگر از پروتکل‌های سازنده برای محافظت از شبکه در برابر نفوذگران، همراه با استفاده از عناصر امنیتی ذاتی در فناوری طیف گسترده استفاده می‌کنند.

این تصور که شبکه‌هایی که با فرکانس مجاز کار می‌کنند امنیت بیشتری را فراهم می‌کنند گمراه‌کننده است. اگر فرکانس مشخص باشد، می توانید وارد شبکه شوید و با حدس زدن رمز عبور و شکستن سیستم رمزگذاری، کنترل کامل را در دست بگیرید. تمام مزایای سیستم های طیف گسترده در دسترس نیست زیرا فرکانس های مجاز در یک باند باریک کار می کنند. پرش فرکانس با طیف گسترده در حال حاضر قابل اعتمادترین و امن ترین فناوری بی سیم است.

شبکه رادیویی مش

فناوری شبکه رادیویی مش مبتنی بر توانایی فرستنده های رادیویی برای برقراری ارتباط با یکدیگر است. این راه حل نه چندان دور ظاهر شد و هنوز به طور گسترده در صنعت استفاده نشده است. تعدادی از مشکلات وجود دارد که توسعه دهندگان فناوری مش هنوز نتوانسته اند با آنها کنار بیایند، مانند تاخیر زیاد در انتقال داده و توان عملیاتی کم. مفهوم شبکه مش جدید نیست. اینترنت و شبکه‌های تلفن نمونه‌ای عالی از شبکه‌های مش در دنیای سیمی هستند، در این شبکه‌ها هر گره می‌تواند با گره دیگری ارتباط برقرار کرده و اطلاعات را مبادله کند.

در دنیای بی سیم، پهنای باند، طیف محدود RF و تداخل تنها برخی از چالش هایی است که شبکه های مش با آن مواجه هستند. اکنون این شبکه ها هنوز در حال تحقیق و توسعه هستند. جدیدترین فناوری‌های مش مانند شبکه‌های مش ترکیبی و ساختار یافته اخیراً ظهور کرده‌اند. در حال حاضر، هنوز شواهد کافی برای پشتیبانی از قابلیت اطمینان و ایمنی شبکه های مش مورد نیاز برای استفاده در محیط های صنعتی خشن وجود ندارد.

خلاصه

در نتیجه، انتخاب فناوری رادیویی به الزامات هر برنامه خاص بستگی دارد. برای بیشتر کاربردهای صنعتی، رادیوهای طیف گسترده پرش فرکانس (شکل 5) به دلیل هزینه کمتر در مقایسه با رادیوهای فرکانس دارای مجوز، بهترین راه حل هستند. هنگامی که مسافت های طولانی استفاده از گره های FHSS را با تکرار کننده ها محدود می کند، بهترین راه حل استفاده از فرستنده هایی است که در یک باند باریک فرکانس مجاز کار می کنند. هزینه صدور مجوز ممکن است کمتر از هزینه نصب تکرارکننده های اضافی FHSS باشد.

یکی از ساده ترین راه حل ها دعوت از یک یا چند نماینده از یک سازنده دستگاه های بی سیم به کارخانه خود و ارزیابی امکان استفاده از فناوری پیشنهادی است. برای مثال، Moore Industries یکی از ماژول‌های پیوند بی‌سیم (WLM) خود را به‌عنوان «دمو» در تأسیساتی که در بالا ذکر شد نصب کرد و آنتن‌ها و فرستنده‌های همه‌جهت را در ایستگاه‌های راه دور نصب کرد. آزمایشات نشان داده است که حتی یک ساختمان چهار طبقه مانعی برای ارتباطات بی سیم نیست.

باور کنید، امکانات فناوری بی سیم مدرن ممکن است شما را شگفت زده کند.

ضمیمه

تعاریف

نوار	فرکانس یا محدوده فرکانس
محدوده فرکانس	محدوده فرکانس یا طول طیف فرکانس رادیویی که سیگنال از طریق آن ارسال می شود.
کانال پهن باند	کانال رادیویی با پهنای باند 1.5 مگابیت در ثانیه یا بیشتر در باند 1 مگاهرتز
محل سکونت	بهره برداری از چندین شبکه رادیویی به طور همزمان در یک منطقه.
دمدولاسیون	فرآیند به دست آوردن و استخراج یک سیگنال دیجیتال اصلی از یک موج حامل آنالوگ مدوله شده
فناوری طیف گسترده توالی مستقیم (DSSS).	یک فناوری مدولاسیون که یک سیگنال اطلاعاتی را با یک دنباله بیت پرسرعت، که به عنوان "تراشه" شناخته می‌شود، ترکیب می‌کند و بدین ترتیب سیگنال را در پهنای باند بزرگ‌تری "گسترش" می‌کند.
توان تابشی موثر (EIRP)	قدرت سیگنال ساطع شده توسط آنتن برابر قدرت فرستنده منهای تلفات انتقال (ناشی از کواکس، کانکتورها، صاعقه گیرها) به اضافه بهره آنتن
موسسه استانداردهای مخابرات اروپا (ETSI)	سازمان تنظیم مقررات ارتباطات اروپا
کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC)	سازمان تنظیم مقررات ارتباطات ایالات متحده
پرش فرکانس با طیف گسترده (FHSS)	یک تکنیک مدولاسیون که در آن فرکانس انتقال (فرکانس حامل) در یک توالی شبه تصادفی ("پرش") در فواصل زمانی معین تغییر می کند.
باندهای صنعتی، علمی و پزشکی (ISM).	باندهای 902-928 مگاهرتز، 2400-2483.5 مگاهرتز و 5725-5875 مگاهرتز
دخالت	برهم‌نهی دو یا چند موج رادیویی که در فرکانس‌های مجاور یا مشترک کار می‌کنند، که منجر به ظهور یک ساختار موجی اضافی می‌شود.
اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU)	سازمان تنظیم مقررات مخابرات سازمان ملل متحد
خط دید (LOS)	یک کانال ارتباطی بین آنتن های فرستنده و گیرنده که عاری از موانع فیزیکی مانند درختان یا ساختمان ها است.
تعادل قدرت	محاسباتی که عملکرد تمام اجزای تقویت کننده و تضعیف کننده سیگنال رادیویی (فرستنده ها، آنتن ها، کابل ها و غیره) را برای تعیین حداکثر فاصله برای ایجاد یک ارتباط رادیویی قابل اعتماد در نظر می گیرد.
چند مسیره	فرآیند ظهور چندین کانال انتشار سیگنال، متفاوت از اصلی
کانال باند باریک	کانال رادیویی با پهنای باند از 50 بیت بر ثانیه تا 64 کیلوبیت بر ثانیه
اداره ملی مخابرات و اطلاعات (NTIA)	نهاد نظارتی که فرکانس های رادیویی را به سازمان های دولتی ایالات متحده اختصاص می دهد
آنتن همه جانبه	آنتنی که سیگنال ها را در همه جهات دریافت و ارسال می کند
چگالی طیفی توان (PSD)	نسبت توان پهنای باند کل به پهنای باند
گسترش طیف	روشی برای پخش سیگنال RF بر روی یک باند فرکانس وسیع با توان کم، برخلاف تمرکز تمام توان در یک فرکانس، در مورد انتقال داده باند باریک.
پهنای باند	مقدار داده های دریافتی سیستم در هر ثانیه
فرستنده گیرنده	فرستنده و گیرنده رادیویی در یک محفظه مشترک
شبکه خصوصی مجازی (VPN)	یک شبکه ارتباطی خصوصی که از تونل های رمزنگاری برای ایمن سازی شبکه های ناامن استفاده می کند
پروتکل رمزگذاری بی سیم (WEP)	بخشی از استاندارد IEEE 802.11 که الزامات امنیت شبکه بی سیم را تعریف می کند
انجمن کنترل سازگاری اترنت بی سیم (WECA)	مرجع صدور گواهی برای فناوری WLAN
Wi-Fi Fidelity (Wi-Fi)	آرم استانداردی که توسط WECA برای شناسایی محصولات دارای گواهی 802.11 استفاده می شود
شبکه های محلی بی سیم (WLAN)	شبکه کامپیوتری مبتنی بر دستگاه های رادیویی
آنتن کارگردان	آنتنی که سیگنال ها را فقط در یک بخش باریک ارسال و دریافت می کند

اکثر دوربین های دیجیتال مدرن این امکان را به کاربران ارائه می دهند که بین استفاده از محدوده استاندارد ISO و حالت گسترده آن یکی را انتخاب کنند.

عکاسان با تجربه به خوبی می دانند که کدام عملکرد دوربین واقعاً مفید است و کدام یک عملاً در کار استفاده نمی شود و توسط سازنده به عنوان یک ترفند بازاریابی اضافه می شود. مبتدیان، هنگام انتخاب دوربین، به راحتی می توانند در همه گزینه های مختلف گیج شوند، به عنوان مثال، ISO چیست و چگونه محدوده عملکرد ISO صحیح را انتخاب کنید.

انتخاب بین محدوده ISO استاندارد و توسعه یافته

هنگام تغییر مقدار ISO در دوربین دیجیتال، کاربر قدرت سیگنال را تنظیم می کند و در نتیجه نسبت بهره اجباری به خوانایی سنسور نور را تغییر می دهد. مقادیر حداقل و حداکثر افزایش ISO مشخصی وجود دارد - این محدوده است که استاندارد نامیده می شود. پس از کاهش یا فراتر رفتن از مقادیر اسمی، سنسورهای دوربین قادر به خواندن اطلاعات کافی نخواهند بود.

تا مدتی آستانه بالای مقدار ISO تزلزل ناپذیر در نظر گرفته می شد، اما توسعه سریع سخت افزار و نرم افزار دوربین های مدرن امکان هدف گیری در ارتفاعات باورنکردنی را فراهم کرد. همین امر در مورد مقدار کمتر محدوده ISO نیز صدق می کند - فناوری مدرن می تواند آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در اصل، گرفتن عکس با استفاده از محدوده ISO گسترده مانند پردازش پس از یک عکس در رایانه است، فقط این فرآیند مستقیماً در خود دوربین انجام می شود.

چگونه افزایش دامنه ISO می تواند بر عکس ها تأثیر بگذارد

دوربین‌هایی با گستره ISO بزرگ از حسگرهایی با حساسیت استاندارد نور استفاده می‌کنند، مانند دوربین‌های معمولی. دامنه های ISO گسترده ای مانند ISO 12800، ISO 25600، ISO 51200، ISO 102400 با استفاده از سنسورهای معمولی و مدارهای الکترونیکی به دست می آید که حساسیت آن ها توسط نرم افزار افزایش می یابد. از این نتیجه می شود که دامنه گسترده ISO چیزی بیش از یک ترفند بازاریابی نیست.

ادعاهایی مبنی بر اینکه دوربین می تواند تا ISO 102400 عکاسی کند برای عکاسان تازه کار قابل توجه است، اما این بدان معنا نیست که آنها هنگام خرید دوربین، سنسوری با حساسیت نور بالا می خرند. در واقع، این مقادیر از طریق نرم افزار به دست می آیند و اغلب خود را در کیفیت تصویر ضعیف با نویز دیجیتال زیاد نشان می دهند.

عکس‌هایی که با ISO بسیار بالا گرفته می‌شوند، تنها زمانی که به صورت سیاه و سفید گرفته می‌شوند، خوب به نظر می‌رسند، که مزیت مشابه دوربین‌های با دامنه ISO گسترده را نفی می‌کند.

یک کاربر دقیق قطعا متوجه خواهد شد که دوربین در محدوده ISO گسترده فریم ها را با فرمت JPEG می گیرد، اما نه در فرمت RAW. این به این دلیل است که هنگام عکاسی در حالت RAW، یک نگاتیو دیجیتال با حداقل پردازش تشکیل می‌شود، زیرا این امکان را در هنگام پردازش فریم‌ها با استفاده از ویرایشگرهای عکس افزایش می‌دهد. (با این حال، باید توجه داشت که برخی از سازندگان اجازه استفاده از محدوده ISO گسترده را هنگام عکاسی با فرمت RAW می دهند.)

ممکن است استفاده از دامنه ISO افزایش یافته برای عکاسان JPEG که تصاویر را پس از پردازش نمی کنند، مزایایی داشته باشد. با این حال، باید در نظر گرفت که کیفیت باید چشمان شما را ببندد.

طیف گسترده نقش بسیار مهمی در فناوری های ارتباطات رادیویی ایفا می کند. این روش در هیچ یک از دسته بندی های تعریف شده در فصل قبل قرار نمی گیرد زیرا می توان از آن برای انتقال داده های دیجیتال و آنالوگ با استفاده از سیگنال آنالوگ استفاده کرد.

در ابتدا، روش طیف گسترده برای اهداف اطلاعاتی و نظامی ایجاد شد. ایده اصلی این روش توزیع سیگنال اطلاعات در یک باند رادیویی گسترده است که در نهایت سرکوب یا رهگیری سیگنال را بسیار دشوارتر می کند. اولین طرح طیف گسترده توسعه یافته به عنوان روش چابکی فرکانس شناخته می شود. یک طرح طیف گسترده مدرن تر، روش توالی مستقیم است. هر دو روش در استانداردها و محصولات بی سیم مختلف استفاده می شود.

در زیر، پس از بررسی مختصر، این روش های طیف گسترده به تفصیل مورد بحث قرار می گیرند. علاوه بر این، روش دسترسی چندگانه طیف گسترده در این فصل بررسی خواهد شد.

هرچند باورنکردنی به نظر می رسد، چابکی فرکانس توسط ستاره سینمای هالیوود هدی لامار در سال 1940 در سن 26 سالگی اختراع شد. در سال 1942، لامار اختراع خود را با شریکی که کمی دیرتر شروع به شرکت در کار کرد، اختراع خود را ثبت کرد (اختراع ایالات متحده 2292387 مورخ 11 اوت 1942). این دختر هیچ سودی از حق ثبت اختراع دریافت نکرد، با توجه به اینکه روش ارتباطی که کشف کرد سهم او در مشارکت ایالات متحده در جنگ جهانی دوم بود.

7.1. مفهوم طیف گسترده

روی انجیر 7.1 عناصر کلیدی یک سیستم طیف گسترده را نشان می دهد. سیگنال ورودی به رمزگذار کانال می رود، که یک سیگنال آنالوگ با پهنای باند نسبتا باریک و متمرکز بر فرکانس خاصی تولید می کند. سپس سیگنال با دنباله ای از اعداد به نام کد پخش یا دنباله پخش مدوله می شود. معمولا، اگرچه نه همیشه، کد برنامه افزودنی توسط یک مولد اعداد تصادفی تولید می شود. در نتیجه مدولاسیون، پهنای باند سیگنال ارسالی به طور قابل توجهی گسترش می یابد (به عبارت دیگر، طیف سیگنال گسترش می یابد). پس از دریافت، سیگنال با استفاده از همان کد پخش کننده دمودوله می شود. آخرین مرحله ارسال سیگنال به رمزگشای کانال برای بازیابی اطلاعات است.

برنج. 7.1. طرح کلی یک سیستم ارتباط دیجیتال با استفاده از طیف گسترده

مازاد طیف مزایای زیر را ارائه می دهد.

مصونیت سیگنال در برابر انواع مختلف نویز و همچنین اعوجاج ناشی از انتشار چند مسیره. برای اولین بار، به دلیل مقاومت سیگنال گسترش در برابر تلاش های پارازیت، از طیف گسترده برای اهداف نظامی استفاده شد.

طیف گسترده به شما امکان می دهد سیگنال ها را مخفی و رمزگذاری کنید. فقط کاربری که کد برنامه افزودنی را می داند می تواند داده های رمزگذاری شده را بازیابی کند.

چندین کاربر می توانند از یک باند فرکانسی به طور همزمان با تداخل متقابل بسیار کم استفاده کنند. این ویژگی در یک فناوری ارتباطات سیار که به نام چندگانه تقسیم کد (CDM) یا دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA) شناخته می شود، استفاده می شود.

روش گسترش طیف پرش فرکانس (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum) بر اساس تغییر ثابت حامل در محدوده فرکانس وسیع است.

فرکانس حامل F1, ..., FN به طور تصادفی پس از یک دوره زمانی مشخص تغییر می کند دوره قطع (تراشه) ، مطابق با الگوریتم انتخاب شده برای تولید یک دنباله شبه تصادفی. هر فرکانس مدوله شده است (FSK یا PSK). انتقال در یک فرکانس برای یک بازه زمانی ثابت انجام می شود که در طی آن بخش معینی از داده (داده) منتقل می شود. در ابتدای هر دوره انتقال، از بیت های همگام سازی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده استفاده می شود که سرعت انتقال مفید را کاهش می دهد.

بسته به سرعت تغییر حامل، 2 حالت طیف گسترده وجود دارد:

گسترش آهسته طیف - چندین بیت در یک دوره قطع منتقل می شود.

گسترش سریع طیف - یک بیت در چندین دوره قطع منتقل می شود، یعنی چندین بار تکرار می شود.

در مورد اول دوره انتقال داده هاکوچکتر دوره انتقال تراشه، در دوم - بیشتر.

روش طیف پراکنده سریع به دلیل تکرار مکرر مقدار یک بیت در فرکانس های مختلف، انتقال داده قابل اعتماد تری را در حضور تداخل فراهم می کند، اما پیاده سازی آن نسبت به روش طیف گسترده آهسته دشوارتر است.

طیف پخش مستقیم سریال

روش طیف گسترده توالی مستقیم (DSSS) به شرح زیر است.

هر بیت "یک" در داده های ارسالی با یک دنباله باینری جایگزین می شود نبیت نامیده می شود توالی در حال گسترش ، و بیت "صفر" با مقدار معکوس دنباله گسترش رمزگذاری می شود. در این حالت نرخ باود افزایش می یابد نبارها، بنابراین، طیف سیگنال نیز گسترش می یابد نیک بار.

با دانستن محدوده فرکانس اختصاص داده شده برای انتقال بی سیم (خطوط ارتباطی)، می توانید به طور مناسب نرخ و مقدار انتقال داده را انتخاب کنید. نبه طوری که طیف سیگنال تمام محدوده را پر می کند.

هدف اصلی کدگذاری DSSS، مانند FHSS، بهبود ایمنی در برابر نویز است.

سرعت تراشه- نرخ انتقال کد حاصل.

عامل گسترش- تعداد بیت ها ندر نظم در حال گسترش معمولا ندر محدوده 10 تا 100 است ن، طیف سیگنال ارسالی بیشتر است.

DSSS نسبت به طیف گسترده سریع نسبت به تداخل مصونیت کمتری دارد.

دسترسی چندگانه تقسیم کد

روش های پخش طیف به طور گسترده در شبکه های سلولی استفاده می شود، به ویژه در هنگام اجرای روش دسترسی CDMA (دسترسی چندگانه تقسیم کد) - دسترسی چندگانه تقسیم کد . CDMA را می توان در ارتباط با FHSS استفاده کرد، اما معمولاً با DSSS در شبکه های بی سیم استفاده می شود.

هر گره شبکه از دنباله پخش مخصوص به خود استفاده می کند که به گونه ای انتخاب می شود که گره دریافت کننده بتواند داده ها را از سیگنال جمع استخراج کند.

مزیت CDMA در افزایش امنیت و محرمانه بودن انتقال داده نهفته است: بدون اطلاع از توالی پخش، دریافت سیگنال و حتی گاهی اوقات وجود آن غیرممکن است.

فناوری وای فای. فناوری وایمکس شبکه های شخصی بی سیم فناوری بلوتوث. تکنولوژی Zigbee شبکه های حسگر بی سیم مقایسه فناوری های بی سیم

فناوری وای فای

فناوری LAN بی‌سیم (WLAN) توسط پشته پروتکل IEEE 802.11 تعریف می‌شود که یک لایه فیزیکی و یک لایه پیوند داده را با دو زیرلایه: MAC و LLC توصیف می‌کند.

در لایه فیزیکی، انواع مختلفی از مشخصات تعریف شده است که متفاوت است:

محدوده فرکانس مورد استفاده؛

روش کدگذاری

سرعت انتقال داده

گزینه هایی برای ساخت شبکه های محلی بی سیم با استاندارد 802.11، به نام WiFi.

IEEE 802.11 (گزینه 1):

رسانه انتقال - اشعه مادون قرمز؛

انتقال در خط دید؛

از 3 نوع انتشار تشعشع استفاده می شود:

آنتن همه جانبه؛

انعکاس از سقف؛

تابش جهت دار متمرکز ("نقطه به نقطه").

IEEE 802.11 (گزینه 2):

روش کدگذاری - FHSS: تا 79 باند فرکانسی گسترده

1 مگاهرتز، مدت هر یک از آنها 400 میلی ثانیه است (شکل 3.49).

· در 2 حالت سیگنال، پهنای باند رسانه انتقال 1 مگابیت در ثانیه، در 4 - 2 مگابیت در ثانیه است.

IEEE 802.11 (گزینه 3):

رسانه انتقال - باند مایکروویو 2.4 گیگاهرتز؛

روش رمزگذاری - DSSS با کد 11 بیتی به عنوان دنباله در حال گسترش: 10110111000.

IEEE 802.11a:

1) محدوده فرکانس - 5 گیگاهرتز؛

2) نرخ انتقال: 6، 9، 12، 18، 24، 36، 48، 54 مگابیت بر ثانیه؛

3) روش رمزگذاری - OFDM.

معایب:

تجهیزات خیلی گران قیمت

· در برخی کشورها، فرکانس های این محدوده مشمول مجوز هستند.

IEEE 802.11b:

1) محدوده فرکانس - 2.4 گیگاهرتز؛

2) سرعت انتقال: تا 11 مگابیت در ثانیه.

3) روش کدگذاری - DSSS مدرن.

IEEE 802.11g:

1) محدوده فرکانس - 2.4 گیگاهرتز؛

2) حداکثر سرعت انتقال: تا 54 مگابیت در ثانیه.

3) روش رمزگذاری - OFDM.

در سپتامبر 2009 استاندارد IEEE 802.11n تایید شد. استفاده از آن سرعت انتقال داده را تقریباً چهار برابر در مقایسه با دستگاه های استاندارد 802.11g افزایش می دهد. از نظر تئوری، 802.11n قادر به ارائه نرخ انتقال داده تا 600 مگابیت بر ثانیه است. برد شبکه های بی سیم IEEE 802.11 تا 100 متر است.

فناوری وایمکس

فناوری دسترسی پهن باند بی‌سیم با پهنای باند بالا WiMax توسط گروه استاندارد IEEE 802.16 ارائه شده است و در اصل برای ساخت شبکه‌های بی‌سیم گسترده (تا 50 کیلومتر) متعلق به کلاس شبکه‌های منطقه‌ای یا شهری طراحی شده است.

استاندارد IEEE 802.16 یا IEEE 802.16-2001 (دسامبر 2001) که اولین استاندارد نقطه به چند نقطه بود، بر عملکرد در طیف از 10 تا 66 گیگاهرتز متمرکز بود و در نتیجه، فرستنده و گیرنده را ملزم می کرد که در خط دید که یک نقطه ضعف قابل توجه به خصوص در شهر است. با توجه به مشخصات توصیف شده، شبکه 802.16 می تواند تا 60 مشتری را با نرخ پیوند T-1 (1.554 مگابیت در ثانیه) ارائه دهد.

بعداً استانداردهای IEEE 802.16a، IEEE 802.16-2004 و IEEE 802.16e (وایمکس تلفن همراه) ظاهر شدند که در آنها الزام برای خط دید بین فرستنده و گیرنده حذف شد.

پارامترهای اصلی استانداردهای فن آوری WiMax ذکر شده.

اصلی را در نظر بگیرید تفاوت های تکنولوژیوایمکس از وای فای.

1. تحرک کمدر ابتدا، این استاندارد برای ارتباطات بی سیم ثابت در فواصل طولانی ایجاد شد و برای تحرک کاربران در داخل ساختمان ارائه شد. تا سال 2005 بود که استاندارد IEEE 802.16e برای کاربران موبایل توسعه یافت. در حال حاضر، مشخصات جدید 802.16f و 802.16h برای شبکه های دسترسی که از عملکرد کلاینت های موبایل (موبایل) تا سرعت 300 کیلومتر در ساعت پشتیبانی می کنند، در حال توسعه هستند.

2. استفاده از رادیو و فرستنده بهترمنجر به هزینه های بالاتر برای ساخت شبکه می شود. 3. مسافت های طولانیبرای انتقال داده ها، تعدادی از مشکلات خاص باید حل شود: تشکیل سیگنال های با قدرت های مختلف، استفاده از چندین طرح مدولاسیون، و مشکلات امنیت اطلاعات.

4. تعداد کاربران زیاددر یک سلول

5. توان عملیاتی بالاتربه کاربر ارائه می شود.

6. کیفیت بالای خدمات برای ترافیک چند رسانه ای.

در ابتدا تصور می شد که IEEE 802.11 – آنالوگ موبایل اترنت, 802.16 - بي سيم تلویزیون کابلی آنالوگ ثابت. با این حال، ظهور و توسعه فناوری WiMax (IEEE 802.16e) برای پشتیبانی از کاربران تلفن همراه، این بیانیه را مورد بحث قرار می دهد.