Диссертация (1137180), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В таких системах использутся стандартыширокополосноймодуляцииспрямымпсевдослучайнойпоследовательностью,расширением(Directsequenceспектраspreadspectrum - DSSS), либо двоичная или квадратурная фазоваяманипуляция(binaryphase-shift keying-BPSK,quadrature phase shift keying - QPSK).

Следует отметить, что вуказанной беспроводной сетинизкоскоростной передачи данных,каждый беспроводной элемент может выполнять различные функциив сети которая может иметь различную топологию и можетприменятьсявпостроениигибридныхсильномасштабируемыхгеографически разнесенных сетей с минимальной инфраструктурой и 13 миллионами конечных узлов. Персональные беспроводные сетиотличаются сравнительно низкими скоростями передачи данных (заисключением новейших разработок сверхширокополосной радиосвязина высоких несущих частотах), низким энергопотреблением, и малымрасстоянием действия, могут использоваться как средство сборапараметрических данных с датчиков, в системах «Умный дом», всистемах сбора данных с датчиков в/на живом организме, системахобеспечения беспроводной межблочной связи различных устройств.1.1.2 Беспроводные локальные сетиБеспроводные локальные сети передачи данных (Wireless LocalAreaNetwork-WLAN)сизвестнымназваниемWi-Fiрегламентируются набором стандартов IEEE 802.11 и используютсядляпостроениякомпьютерныхсетейаналогичнопостроениялокальных сетей передачи данных (LAN) с использованием сиспользованием проводных технологий (кабель UTP - витая пара).Устройства WLAN по сравнению с WPAN имеют другие границымасштабируемости, более высокие скорости передачи информации.Увеличение скорости требует применения модуляций с высокимуплотнением.

Наиболее распространенной модуляцией сигнала вуказанном стандарте является мультиплексирование с ортогональнымчастотным разделением каналов (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing – OFDM), основной особенностью которой являетсяодновременная модуляция близко расположенных поднесущих и какследствие,сопропорциональнойскоростьюихмодуляцииколичеству.Такжеподнесущихмогутобратноприменятьсямодуляции DSSS и FHSS.

Стандартом предусмотрено 11-14 каналов.На каждом канале полоса сигнала составляет 22 МГц. Несущаячастота порядка 2.4 ГГц. Радиус действия таких систем при этомможет достигать порядка 250 метров. 14 1.1.3 Беспроводные городские сетиБеспроводные городские сети передачи данных (WirelessMetropolitan Area Network - WMAN) регламентируются стандартомIEEE 802.16 и широко известны как WiMax сети.

Расстояния междуустройствамиможетбытьпорядканесколькихкилометров,адаптированные модуляции для обслуживания большого количествапользователей,мобильныхсоспециальнымипользователей.алгоритмамиМощностьобслуживанияпередатчикапорядканескольких ватт.1.1.4 Виды модуляций в беспроводных сетях передачиданныхРассматривая перечисленные ветви стандартов IEEE 802.11,IEEE 802.15, IEEE 802.16 можно выделить три основных типаиспользуемых модуляций FHSS, DSSS, OFDM, при этом этимодуляции можно отнести к методу цифровой обработки сигналовперед модуляцией/демодуляцией на несущие частоты. Как известно,при модуляции DSSS происходит обработка псевдослучайнойпоследовательности, при которой один бит полезной информациипередается несколькими битами псевдослучайной последовательности(чиповой последовательности). При модуляции OFDM происходитмультиплексированиерасположеннымпотоканесущимданныхчастотам,понесколькимсоздаваяусловиярядомдлямодулирования нескольких несущих с более низкими скоростямисмены состояний модулированной несущей частоты.

При модуляцииFHSS, по псевдо случайному закону происходит смена несущихчастот.Перечисленныеметодымодуляцийрасширяютспектрсигнала, к примеру, при модуляции DSSS спектр расширяется в то жеколичество раз, в которое увеличивается количество чиповых бит дляпередачиодногобитаполезной информации,приэтом15 приблизительно в это же количество раз будет снижена амплитудамодулированногосигнала.Перечисленныеметодыпозволяютповысить защищенность передаваемой информации, т.к. законыпсевдослучайного закона известны только взаимодействующимустройствам, и не оказывают влияния на устройства с другимипсевдослучайнымизаконами.многопользовательскаяПрисовместимостьмодуляцииобеспечиваетсяOFDMзасчетразделения по каналам, а так же применения методов адаптивноймодуляции с гибким изменением параметров модуляции, в том числесимвольной скорости. На рис. 1.1 изображено условное разделениетипов модуляций на нижний и верхний уровни.Под модуляциями нижнего уровня будем понимать методыналожениябитовойцифровойпоследовательностинакаждуюнесущую частоту, а модуляциями верхнего уровня методы обработкиисходного цифрового сигнала для формирования задающих битовыхпоследовательностей для модуляции каждой из несущих частот Вкачестве модуляций нижнего уровняв стандартах IEEE802.11,IEEE802.15, IEEE802.16 часто применяются модуляции BPSK, QPSK,16-QAM, 64-QAM, верхнего уровня DSSS, OFDM.

Модуляцияверхнегоуровнязаключаетсявоперированииподнесущимичастотами и/ или временными характеристиками сигналов, которыебудут промодулированы на нижнем уровне, а так же их временнымихарактеристиками. 16 24N31Верхний уровень модуляции45NNНижний уровень модуляцииРис. 1.1. Уровни модуляций1-исходнаякодирующаяинформационнаяпоследовательность,последовательность,3-2-результирующаяпоследовательность, 4 – N параллельных последовательностей спониженной скоростью, 5 – N – модулированных несущих частот. 17 1.2 Сравнительный анализ уязвимостей различных системрадиосвязи при воздействии СКИ ЭМИ1.2.1 Классификация сигналов радиосвязиУсловно сигналы радиосвязи можно разделить на три группы:узкополосные,широкополосные,сверхширокополосные-соответственно занимаемой сигналом полосы спектра.В разное время существовали разные критерии спектральныхграниц для отнесения сигнала к тому или иному виду.

Разделения наширокополосный и сверхширокополосный сигнал не было. Например,одно из первых критериев опубликовано в ГОСТ 24375-80. Введеноопределение базы сигнала В - это произведение активной шириныспектра F на длительность T. Это произведение называется базойсигнала B. Для узкополосного сигнала B = FT~1, Для ШП сигнала B =FT>>1.По другим критериям сигнал оценивали как отношение шириныспектра сигнала к центральной частоте. Так к широкополоснымрадиосигналам относятся радиосигналы ширина спектра которыхсравнима с центральной частотой. Иногда используется коэффициент1/10. т.е. если ширина спектра составляет около 1/10 от частоты, накоторой передается сигнал, то сигнал считается широкополосным.В 1990 г. Комиссией Управления перспективных военныхНИОКР Министерства обороны США (DARPA) была определенаклассификация, согласно следующего расчета:F fв  fнfв  fнгде fв и fн — верхняя и нижняя границы полосы частот.

Системыили сигналы, имеющие ΔF менее 0,01 (меньше 1%), относятсяк узкополосным;имеющиеΔFот 0,01до 0,25(от 1%до 25%)относятся к широкополосным, а имеющие ΔF от 0,25 до 1 (от 25% 18 до 100%)относятсяк сверхширокополосным.Этоопределениешироко используется на сегодняшний день. Следует отметить, чтоиногда в литературе применяется определение относительной полосычастот сигнала Δf0 = fв/fн Эта величина связана с ΔF выражением: Δf0= (1 + ΔF) / (1 - ΔF).Федеральная комиссия связи США (FCC) приняла нормативныйдокумент(с дополнениемв 2004 году),согласнокоторомук сверхширокополосным сигналам отнесены системы и сигналы,обладающие хотя бы одним из следующих свойств:ширина спектра излучаемых сигналов fв – fн (где fв иfн определяютсяпо уровню10 дБ относительно максимальногозначения спектра) не менее 500 МГц;отношение ширины спектра fв - fн (по уровню −10 дБ)к средней частоте спектра (fв+ fн) ÷ 2 (относительная полоса частот)не менее 0,2.В стандарте международной электротехнической комиссии(МЭК) МЭК 61000-2-13 для классификации сигналов вводитсяпроцентная ширина спектра (percent bandwidth):pbw  2приfв  fн,fв  fнэтом согласно ГОСТ Р 51317.1.5-2009 (МЭК 61000-1-5:2004) сверхширокополосный сигнал характеризуется значениемширины полосы частот в процентах pbw от 163,4 % до 200 % илизначением отношения полосы частот более 10.1.2.2Узкополосные,широкополосные,сверхширокополосные системы радиосвязи связиК узкополосным системам радиосвязи можно отнести самыераспространенные до недавнего времени радиостанции с частотной,амплитудной модуляцией, как вещательные, так и портативные 19 средствасвязи.Пикэнергиитакихсредств,восновном,сконцентрирован на несущей частоте с крутыми спадами на спектре.Повышение базы в широкополосном сигнале достигается путемдополнительной модуляции (или манипуляции) по частоте или фазена времени длительности сигнала.

В результате, спектр сигнала F (присохранении его длительности T) существенно расширяется.В системах широкополосной связи ширина спектра излучаемогосигнала F всегда много больше ширины спектра информационногосообщения.ШПсигналыполучилиприменениевширокополосныхсистемах связи, так как: позволяютвполноймеререализоватьпреимуществаоптимальных методов обработки сигналов; обеспечивают высокую помехоустойчивость связи; позволяютуспешноборотьсясмноголучевымраспространением радиоволн путем разделения лучей; допускают одновременную работу многих абонентов в общейполосе частот; позволяютсоздаватьсистемысвязисповышеннойскрытностью; обеспечивают электромагнитную совместимость (ЭМС) ШПсигналовсвязисузкополоснымисистемамирадиосвязиирадиовещания, системами телевизионного вещания; обеспечивают лучшее использование спектра частот наограниченной территории по сравнению с узкополосными системамисвязи.На сегодняшний день большое распространение получилиразличные средства широкополосной связи (Wi-Fi, WiMax, CDMA,ZigBee и пр.), преимущественно работающих в диапазонах частот от 20 300 МГц до 3 ГГц.

К основным преимуществам можно отнестивысокую пропускную способность каналов связи порядка 100Мбит/с,высокуюпроникающуюспособностьрадиоволнуказанногодиапазона. Данные стандарты связи повсеместно используется вмобильных и портативных устройствах доступа к сетям передачиданных в различного вида ретрансляторах, оборудовании организацииканалов связи для сравнительно небольших расстояний порядка 20 км.Основным преимуществом данного вида связи является возможностьорганизации каналов с большей пропускной способностью и высокойпомехоустойчивостью.В обычныхузкополосныхсистемахграницыполосыопределяются частотами, на которых мощность сигнала становитсявдвое (на 3 дБ) ниже, чем в центре спектра, где обычно располагаетсянесущая частота.

Данное определение удобно для систем, посколькуих спектр обычно симметричен относительно несущей частотыи область спектра между точками, где мощность сигнала на 3 дБниже, чем на несущей частоте, содержит не менее 90% всей энергиисигнала.Сверхширокополосный сигнал представляет собой короткийимпульс без высокочастотного заполненияили короткий отрезокпериодического колебания, состоящий из одного — полутора — двух,максимумчетырехпериодов.Поэтомуу сверхширокополосныхсигналов, как правило, отсутствует понятие несущей частоты. Крометого, спектр сверхширокополосных сигналов обычно не являетсясимметричным. Фактически, во многих случаях большая частьэнергии находится ниже частоты, которую можно было бы назватьцентральной.Сверхширокополосная связь - беспроводная технология связи,которая фундаментально отличается от всех других радиочастотных 21 коммуникационных систем.

Характеристики

Список файлов диссертации