Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Физический уровенькодовое разделение каналов с множественным доступом). О нем мы поговорим чутьпозже в этой главе. На рис. 2.9 показано, как данный метод отличается от метода сперестройкой частоты. Кстати, он лежит в основе мобильных телефонных сетей 3G,а также используется в системах GPS (Global Positioning System, глобальная системаопределения координат).
Даже без назначения кодов расширенный спектр с прямойпоследовательностью, так же как и расширенный спектр с перестройкой частоты,устойчив к сосредоточенным помехам и многолучевому замиранию, так как теряетсяпри этом только часть сигнала. Именно поэтому он применяется в старых беспроводных сетях 802.11b. Занимательную и подробную историю средств связи с расширенным спектром см.
в книге (Scholtz, 1982).Рис. 2.9. Расширенный спектр и передача данных по сверхширокой полосе пропусканияТретий метод передачи данных в широкой полосе называется UWB-коммуникацией или коммуникацией в ультрашироком диапазоне. Для пересылки информации отправляется последовательность коротких импульсов, изменяющих свое положение. Большое количество коротких импульсов формирует сигнал, распределенный поочень широкой полосе частот. Полоса пропускания UWB-коммуникации составляетминимум 500 МГц или минимум 20 % от значения центральной частоты соответствующей полосы частот. Рисунок 2.9 также иллюстрирует UWB-коммуникацию. С такой полосой пропускания возможна передача данных на очень высоких скоростях.А распределение по широкому диапазону частот позволяет сигналу выдерживатьзначительное количество относительно сильных помех со стороны других узкополосных сигналов. Также важно, что так как при передаче данных на короткое расстояниеUWB-передатчик излучает на каждой конкретной частоте сигнал малой мощности, онне создает серьезных помех для этих узкополосных радиосигналов.
Можно сказать, чтопо отношению к другим сигналам UWB-передача остается фоновой. Благодаря такому мирному существованию на свет появился новый вид сетей — PAN, Personal AreaNetwork. Скорость передачи данных в персональной сети — до 1 Гбит/с. Нельзя сказать, однако, что это стало несомненным коммерческим успехом. UWB-коммуникациюможно применять для получения изображений объектов, находящихся за твердойпреградой (земля, стены, тела людей или животных), а также в системах точногоопределения местоположения.Теперь рассмотрим использование различных частей электромагнитного спектра,показанного на рис.
2.8, начиная с радиосвязи. Если не указано иное, будем предполагать, что передача данных осуществляется в узкой полосе частот.2.3. Беспроводная связь 1272.3.2. РадиосвязьРадиоволны просто сгенерировать, они могут преодолевать большие расстояния,проходить сквозь стены и огибать здания, поэтому их область применения довольноширока. Радиосвязь устанавливают как в помещениях, так и вне зданий. Кроме того,радиоволны могут распространяться одновременно во всех направлениях, поэтому длянизких частот не требуется тщательного наведения антенн передатчика и приемника.В некоторых случаях такое свойство радиоволн является удобным, но иногда ононежелательно.
В 1970-х годах компания General Motors решила оснастить новые автомобили «Кадиллак» управляемой с помощью компьютера системой антиблокировкитормозов. Когда водитель нажимал на педаль тормоза, компьютер, чтобы тормоза незаблокировались, выдавал серию импульсов команд включения и выключения тормозов. В один прекрасный день полицейский, патрулирующий шоссе в штате Огайо,решил связаться со своим участком с помощью новой портативной радиостанции.
Приэтом едущий рядом с ним «Кадиллак» внезапно стал скакать, как дикая лошадь. Когдаофицер остановил машину, водитель клялся, что не предпринимал никаких действийи что машина вдруг просто взбесилась.Подобные случаи стали повторяться: «Кадиллаки» иногда сходили с ума, но толькона главных автострадах штата Огайо и только под присмотром дорожного патруля.В течение очень долгого времени компания General Motors никак не могла понять,почему во всех других штатах и на небольших дорогах в Огайо «Кадиллаки» велисебя прекрасно. Только после долгих упорных исследований было обнаружено, чтопроводка «Кадиллака» представляла собой прекрасную антенну для частот, используемых новой радиосистемой дорожного патруля штата Огайо.Свойства радиоволн зависят от частоты.
При работе на низких частотах радиоволны хорошо проходят сквозь препятствия, однако мощность сигнала в воздухерезко падает по мере удаления от передатчика. Соотношение мощности и удаленности от источника выражается примерно так: 1/r2. Энергия сигнала распределяетсяпо большой поверхности более тонким слоем. Такое ослабление называется потерейна траектории. На высоких частотах радиоволны вообще имеют тенденцию распространяться исключительно по прямой линии и отражаться от препятствий.
Потеряна траектории снижает мощность, однако полученный сигнал также сильно можетзависеть от отражений. Высокочастотные радиоволны намного сильнее низкочастотных поглощаются дождем и другими препятствиями. Радиосигналы любых частотподвержены помехам со стороны двигателей с искрящими щетками и другого электрического оборудования.Интересно сравнить ослабление радиоволн с ослаблением сигналов в проводниковых средах.
В оптоволокне, коаксиальном кабеле и витой паре сигнал ослабеваетпропорционально расстоянию, например, для витой пары это 20 дБ на каждые 100 м.Радиосигнал же ослабевает пропорционально квадрату расстояния, например, 6 дБпри удвоении расстояния в свободном пространстве. Это означает, что радиоволныспособны распространяться на большие расстояния, и взаимные помехи, вызываемыеодновременно работающими пользователями, представляют серьезную проблему.Поэтому все государства ведут очень строгий учет владельцев радиопередатчиков, занесколькими важными исключениями (обсуждаемыми ниже).128 Глава 2.
Физический уровеньВ диапазонах VLF, LF и MF радиоволны огибают поверхность земли, как показано на рис. 2.10, а. Эти волны можно поймать радиоприемником на расстоянии около1000 км, если используются низкие частоты, и на несколько меньших расстояниях,если частоты повыше. Радиовещание с амплитудной модуляцией (AM) используетдиапазон средних волн (MF), по этой причине, например, передачи Бостонскойсредневолновой радиостанции не слышны в Нью-Йорке. Радиоволны этих диапазоновлегко проникают сквозь здания, вследствие чего переносные радиоприемники работают и в помещениях. Основным препятствием для использования этих диапазоновдля передачи данных является их относительно низкая пропускная способность (см.выражение (2.2)).Рис.
2.10. Волны диапазонов VLF, LF и MF огибают неровности поверхности земли (а);волны диапазона HF отражаются от ионосферы (б)Радиоволны диапазонов HF и VHF поглощаются землей. Однако те из них, которые доходят до ионосферы, представляющей собой слой заряженных частиц, расположенный на высоте от 100 до 500 км, отражаются ею и посылаются обратно к поверхности Земли, как показано на рис. 2.10, б. При определенных атмосферных условияхсигнал может отразиться несколько раз. Радиолюбители используют такие диапазонычастот для дальней связи. Военные также осуществляют связь в диапазонах HF и VHF.2.3.3.
Связь в микроволновом диапазонеНа частотах выше 100 МГц радиоволны распространяются почти по прямой, поэтомумогут быть сфокусированы в узкие пучки. Концентрация энергии в виде узкого пучкапри помощи параболической антенны (вроде всем известной спутниковой телевизионной тарелки) приводит к улучшению соотношения сигнал/шум, однако для подобнойсвязи передающая и принимающая антенны должны быть довольно точно направленыдруг на друга.
Кроме того, подобная направленность позволяет использовать несколько передатчиков, установленных в ряд, сигналы от которых принимаются такжеустановленными в ряд приемными антеннами без взаимных помех. До изобретенияоптоволоконной связи подобные микроволновые антенны в течение десятков лет составляли основу междугородной телефонной связи. На самом деле, компания MCI,один из основных конкурентов AT&T, построила целую систему микроволновой связис передачей сигнала от одной башни к другой. Расстояние между антеннами составляло десятки километров. Эта технология нашла отражение даже в названии компании:аббревиатура оператора междугородной связи MCI изначально расшифровываласькак Microwave Communications, Inc.
С тех пор, впрочем, MCI уже успела перейти2.3. Беспроводная связь 129на оптоволоконные сети и после множества корпоративных слияний и банкротств всфере коммуникаций стала частью компании Verizon.Микроволны распространяются строго по прямой, поэтому при слишком большомудалении антенн друг от друга на пути следования сигнала может оказаться земнаяповерхность (например, так случится, если поставить передатчик в Сиэттле, а приемник — в Амстердаме).
Следовательно, на пути сигнала должны встречаться повторители. Чем выше ретрансляционные башни, тем больше может быть расстояниемежду ними. Максимальное расстояние между повторителями можно очень грубооценить как корень квадратный из их высоты. Так, при высоте ретрансляторов 100 мрасстояние между ними может быть около 80 км.В отличие от радиоволн с более низкими частотами, микроволны плохо проходятсквозь здания.
Кроме того, даже при точной фокусировке луча на приемной антенне при прохождении сквозь пространство луч довольно значительно расширяетсяв диаметре. Часть волн может отражаться атмосферными слоями, благодаря чему насвоем пути к приемной антенне отраженные волны пройдут большее расстояние, чемпрямые.
Это означает, что первые будут отличаться от последних по фазе, что можетпривести к подавлению сигнала. Такой эффект называется многолучевым затуханиеми довольно часто представляет собой серьезную проблему. Наличие этого эффектазависит от погоды и частоты. Некоторые операторы связи держат около 10 % своихканалов свободными и временно переключаются на них в случае возникновениямноголучевого затухания на какой-либо частоте.Потребности во все большем диапазоне частот заставляют постоянно совершенствовать технологию, благодаря чему для связи используются все более высокиечастоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
