- Методи доступу до середовища в бездротових мережах Одна з основних проблем побудови бездротових систем...
- Ущільнення з частотним поділом (Frequency Division Multiplexing - FDM)
- Ущільнення з тимчасовим поділом (Time Division Multiplexing - TDM)
- Ущільнення з кодовим поділом (Code Division Multiplexing - CDM)
- Механізм мультиплексування за допомогою ортогональних несучих частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM)
Методи доступу до середовища в бездротових мережах
Одна з основних проблем побудови бездротових систем - це вирішення завдання доступу багатьох користувачів до обмеженого ресурсу середовища передачі. Існує кілька базових методів доступу (їх ще називають методами ущільнення або мультиплексування), заснованих на поділі між станціями таких параметрів, як простір, час, частота і код. Завдання ущільнення - виділити кожному каналу зв'язку простір, час, частоту і / або код з мінімумом взаємних перешкод і максимальним використанням характеристик середовища передачi.
Ущільнення з просторовим розділенням
Засноване на поділі сигналів в просторі, коли передавач посилає сигнал, використовуючи код c, час t і частоту f області si. To є кожне бездротовий пристрій може вести передачу даних тільки в межах певної території, на якій будь-якого іншого пристрою заборонено передавати свої повідомлення.
Наприклад, якщо радіостанція веде мовлення на строго певній частоті на закріпленій за ним території, а будь-яка інша станція в цій же місцевості також почне віщати на тій же частоті, слухачі радіопередач не зможуть отримати "чистий" сигнал від жодної з цих станцій. Інша справа, якщо радіостанції працюють на одній частоті в різних містах. Спотворень сигналів кожної радіостанції не буде в зв'язку з обмеженою дальністю поширення сигналів цих станцій, що виключає їх накладення один на одного.
Характерний приклад - системи стільникового телефонного зв'язку.
Ущільнення з частотним поділом (Frequency Division Multiplexing - FDM)
Кожен пристрій працює на певній частоті, завдяки чому кілька пристроїв можуть вести передачу даних на одній території ( Мал. 1.8 ). Це один з найбільш відомих методів, так чи інакше використовується в найсучасніших системах бездротового зв'язку.
Наочна ілюстрація схеми частотного ущільнення - функціонування в одному місті декількох радіостанцій, які працюють на різних частотах. Для надійної відбудови один від одного їх робочі частоти повинні бути розділені захисним частотним інтервалом, який дозволяє виключити взаємні перешкоди.
Ця схема, хоча і дозволяє використовувати безліч пристроїв на певній території, сама по собі призводить до невиправданого марнотратства зазвичай мізерних частотних ресурсів, оскільки вимагає виділення своєї частоти для кожного бездротового пристрою.
Ущільнення з тимчасовим поділом (Time Division Multiplexing - TDM)
В даній схемі розподіл каналів йде по часу, т. Е. Кожен передавач транслює сигнал на одній і тій же частоті 
області s, але в різні проміжки часу 
(Як правило, циклічно повторюються) при суворих вимогах до синхронізації процесу передачі ( Мал. 1.9 ).
Подібна схема досить зручна, так як тимчасові інтервали можуть динамічно перерозподілятися між пристроями мережі. Пристроїв з великим трафіком призначаються більш тривалі інтервали, ніж пристроїв з меншим обсягом трафіку.
Основний недолік систем з тимчасовим ущільненням - це миттєва втрата інформації при зриві синхронізації в каналі, наприклад через сильні перешкод, випадкових або навмисних. Однак успішний досвід експлуатації таких знаменитих TDM-систем, як стільникові телефонні мережі стандарту GSM, свідчить про достатню надійність механізму тимчасового ущільнення.
Ущільнення з кодовим поділом (Code Division Multiplexing - CDM)
В даній схемі всі передавачі транслюють сигнали на одній і тій же частоті , В області s і під час t, але з різними кодами 
.
Іменем заснованого на CDM механізмі поділу каналів (CDMA - CDM Access) навіть названий стандарт стільникового телефонного зв'язку IS-95a, а також ряд стандартів третього покоління стільникових систем зв'язку (cdma2000, WCDMA і ін.).
У схемі CDM кожен передавач замінює кожен біт вихідного потоку даних на CDM-символ - кодову послідовність довжиною в 11, 16, 32, 64 і т. П. Біт (їх називають чіпами). Кодова послідовність унікальна для кожного передавача. Як правило, якщо для заміни "1" в початковому потоці даних використовують якийсь CDM-код, то для заміни "0" застосовують той же код, але інвертований.
Приймач знає CDM-код передавача, сигнали якого повинен сприймати. Він постійно вживає всіх сигнали і оцифровує їх. Потім в спеціальному пристрої (коррелятора) проводиться операція згортки (множення з накопиченням) вхідного оцифрованого сигналу з відомим йому CDM-кодом і його інверсією. В дещо спрощеному вигляді це виглядає як операція скалярного добутку вектора вхідного сигналу і вектора з CDM-кодом. Якщо сигнал на виході коррелятора перевищує якийсь встановлений граничний рівень, приймач вважає, що прийняв 1 або 0. Для збільшення ймовірності прийому передавач може повторювати посилку кожного біта кілька разів. При цьому сигнали інших передавачів з іншими CDM-коду приймач сприймає як адитивний шум. Більш того, завдяки великій надмірності (кожен біт замінюється десятками чіпів), потужність сигналу може бути порівнянна з інтегральної потужністю шуму. Схожість CDM -сігналов з випадковим (гаусовим) шумом домагаються, використовуючи CDM-коди, породжені генератором псевдовипадкових послідовностей. Тому даний метод ще називають методом розширення спектра сигналу за допомогою прямої послідовності (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum); про розширення спектра буде розказано нижче.
Найбільш сильна сторона даного ущільнення полягає в підвищеної захищеності і скритності передачі даних: не знаючи коду, неможливо отримати сигнал, а в ряді випадків - і виявити його присутність. Крім того, кодове простір незрівнянно більше в порівнянні з частотної схемою ущільнення, що дозволяє без особливих проблем привласнювати кожному передавача свій індивідуальний код. Основною ж проблемою кодового ущільнення до недавнього часу була складність технічної реалізації приймачів і необхідність забезпечення точної синхронізації передавача і приймача для гарантованого отримання пакету.
Механізм мультиплексування за допомогою ортогональних несучих частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM)
Суть цього механізму: весь доступний частотний діапазон розбивається на досить багато піднесуть (від кількох сотень до тисяч). Одному каналу зв'язку (приймача і передавача) призначають для передачі кілька таких несучих, обраних з безлічі за певним законом. Передача ведеться одночасно по всьому піднесучих, т. Е. В кожному передавачі вихідний потік даних розбивається на N субпотоків, де N - число тих, що піднесуть, призначених даним передавача.
Розподіл піднесуть в ході роботи може динамічно змінюватися, що робить цей механізм не менше гнучким, ніж метод тимчасового ущільнення.
Схема OFDM має кілька переваг. По-перше, селективного завмирання будуть схильні тільки деякі підканали, а не весь сигнал. Якщо потік даних захищена кодом прямого виправлення помилок, то з цим завмиранням легко боротися. По-друге, що більш важливо, OFDM дозволяє придушити міжсимвольні інтерференцію. Міжсимвольні інтерференція значно впливає при високих швидкостях передачі даних, так як відстань між бітами (або символами) мало. У схемі OFDM швидкість передачі даних зменшується в N раз, що дозволяє збільшити час передачі символу в N раз. Таким чином, якщо час передачі символу для вихідного потоку становить Ts, то період сигналу OFDM буде дорівнює NTs. Це дозволяє істотно знизити вплив міжсимвольних перешкод. При проектуванні системи N вибирається таким чином, щоб величина NTs значно перевищувала середньоквадратичний розкид затримок каналу.
