ЖУРНАЛ СТА 1/2009

92 СТА 1/2009 www.cta.ru Особенностью рассмотренного случая является то, что вероятность ошибки в системе резко возрастает по сравнению с вероятностью ошиб ки в одном канале p . Поскольку ве роятность безошибочной передачи в системе является произведением ве роятностей безошибочной передачи в каждом из каналов, то при количе стве одинаковых каналов k вероят ность отсутствия сбоев в системе бу дет равна (1 – p ) k . Например, в сис теме из 8 каналов при вероятности ошибки в канале p = 0,1 вероятность безошибочной передачи составит всего 43%. Одним из примеров, где описан ная ситуация может иметь место, яв ляется режим одновременного ввода несколькими устройствами сигналов датчиков. В проводных сетях для этого используют широковещатель ные команды, которые доходят до всех устройств одновременно (в се тях Modbus это команда с адресом 0). Если аналогичный режим использо вать в беспроводной сети, то вероят ность того, что все k датчиков введут отсчёты одновременно, будет также равна (1 – p ) k . В сетях с передачей маркера поме хи могут привести к потере маркера и отключению устройств с потерян ным маркером на несколько перио дов обращения маркера по логиче скому кольцу. Широкополосная передача Одним из методов устранения влияния интерференции волн и уз кополосных помех является приме нение широкополосной модуляции. В беспроводных сетях используются два метода: широкополосная моду ляция с прямым расширением спек тра (Direct Sequence Spread Spect rum — DSSS) и с перескоком с одной несущей на другую (Frequency Hop ping Spread Spectrum — FHSS). Метод DSSS состоит в следующем. Если один бит информации предста вить прямоугольным импульсом, то эффективная ширина спектра им пульса будет обратно пропорцио нальна его длительности. В методе DSSS один прямоугольный импульс заменяют последовательностью из 11 импульсов, которые в 11 раз коро че исходного. При этом эффектив ная ширина спектра такой последо вательности импульсов оказывается в 11 раз шире, чем у исходного оди ночного импульса (бита), и для сетей Wi Fi составляет 22 МГц. Поскольку энергия сигнала оказывается «разма занной» по всему спектру, то спек тральная плотность мощности сиг нала получается в 11 раз меньше, если её измерять в той же полосе частот, которую занимал первона чальный прямоугольный импульс. Практически мощность передатчика (около 1 мВт) для диапазона 2,4 ГГц выбирают таким образом, чтобы спектральная плотность полезного сигнала была сравнима или даже меньше спектральной плотности шума. Для ещё большего уменьшения спектральной плотности мощности сигнала его спектральная характери стика должна быть близка к прямой линии, параллельной оси абсцисс, то есть сигнал должен быть подобен бе лому шуму. Для этого последователь ность коротких импульсов не долж на быть периодической, она должна быть шумоподобной (псевдослучай ной), с малым временем автокорре ляции. Процесс преобразования спектра сигнала к указанному виду называют процессом «обеления» («отбеливания») спектра. Кроме то го, для облегчения обнаружения сиг нала в приёмнике псевдослучайная последовательность, выбранная для кодирования, должна быть такой, чтобы её автокорреляционная функ ция имела только один ярко выра женный максимум. Такому требова нию удовлетворяют, в частности, по следовательности Баркера [9]. По следовательность (код) Баркера дли ной 11 импульсов для кодирования логической единицы используется в сетях Wi Fi и имеет вид 11100010010. Логический ноль кодируется инверс ной последовательностью Баркера. Для выделения полезного сигнала с такой малой мощностью на фоне шума в приёмнике должна храниться копия передаваемого сигнала (код Баркера). Это позволяет использо вать очень эффективные методы оп тимальной фильтрации [9]. Зная, что полезный сигнал представляет собой последовательность Баркера, в при ёмнике строят оптимальный фильтр с импульсной характеристикой, ко торая представляет собой масштаб ную копию входного сигнала, распо ложенную зеркально по оси времени относительно входного сигнала и сдвинутую в сторону запаздывания на величину не менее длительности выделяемого импульса. Ширина спектра сигнала в методе DSSS при скорости передачи 1 Мбит/с составляет 22 МГц, а ши рина выделенного для Wi Fi частот ного диапазона — 83,5 МГц, то есть во всём диапазоне можно разместить только 3 неперекрывающихся кана ла. Однако стандарт делит весь диа пазон на 11 перекрывающихся кана лов, из которых только три (1 й, 6 й и 11 й) могут работать, не влияя друг на друга. Достоинствами метода DSSS явля ются: ● высокая устойчивость к узкопо лосным помехам; ● возможность восстановления ин формации при потере во время пе редачи нескольких битов в коде Баркера. Вторым методом широкополосной модуляции является FHSS — метод скачкообразного изменения несу щей частоты. Он использует тот же диапазон 2,4 ГГц шириной 83,5 МГц, в котором выделяется 79 неперекры вающихся частотных полос по 1 МГц каждая. В процессе передачи частота несущей изменяется скачкообразно. Частота переходов с одной несущей на другую должна быть не менее 4 Гц в Wi Fi и 1,6 кГц в сети Bluetooth. Для приёма такого сигнала при ёмник и передатчик содержат табли цы, в которые занесена одна и та же последовательность смены каналов. При таком способе передачи узкопо лосные помехи приводят к потере только тех фрагментов сообщений, которые передаются на частоте по мехи, то есть фактически только к увеличению времени передачи за счёт повторной передачи испорчен ных фрагментов. Модификацией FHSS является адаптивный метод FHSS (Adaptive Frequency Hopping — AFH), в кото ром во время передачи обнаружива ются и запоминаются частоты, на которых передача выполнялась с ошибками контрольной суммы. Эти частоты исключаются из таблицы используемых частот. Переход с одной частоты на дру гую уменьшает вероятность взаим ного влияния при совместной работе нескольких передатчиков в сети, по скольку при 79 частотах вероятность совпадения частот двух работающих станций очень низка — порядка В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА © СТА-ПРЕСС