ЖУРНАЛ СТА 1/2009

94 СТА 1/2009 www.cta.ru фаза сигнала была равна 0°, то для кодирования значения 1 её изменя ют на 180°, а для кодирования логи ческого 0 фазу оставляют прежней. Аналогичная идея используется в методе NRZI кодирования, когда логической единице соответствует изменение уровня сигнала, а логиче скому нулю — отсутствие этого из менения. Если cos( ϕ ) принимает значения 0 или 1 и при этом sin( ϕ ) принимает значения 1 и 0, то такая модуляция называется квадратурной фазовой манипуляцией QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) и позволяет по лучить 4 состояния передаваемого сигнала в пределах бодового интер вала. Сигнальное созвездие QPSK показано на рис. 1. Модификацией QPSK является DQPSK модуляция (Differential QPSK), при которой аналогично DBPSK кодируется не величина фа зы, а её изменение относительно предыдущего значения. Изменение фазы на 0° кодируется как 00, изме нение на 90° кодируется как 01, на 180° — как 11, на 360° — как 10. Помехоустойчивость метода моду ляции можно оценить по расстоя нию между точками сигнального со звездия; это расстояние характеризу ет амплитуду и фазу помехи, которая достаточна, чтобы был принят оши бочный сигнал. Поэтому при проек тировании схем модуляции точки сигнального созвездия выбирают та ким образом, чтобы расстояние от любой точки до её соседей было оди наковым для всех точек созвездия. При этом достигается одинаковая помехоустойчивость для любых пе редаваемых чисел. Беспроводные сети используют также амплитудно фазовую модуля цию 16 QAM (рис. 2) или 64 QAM. Здесь изменяется не только фаза, но и амплитуда колебания. Сигнал мо жет принимать соответственно 16 и 64 бита информации на бодовый ин тервал, что увеличивает скорость пе редачи, но за счёт снижения помехо устойчивости. Другие особенности беспроводных каналов Ряд особенностей беспроводной передачи данных не позволяет ис пользовать многие методы, харак терные для проводных промышлен ных сетей. Беспроводные трансиверы не мо гут передавать и принимать сигнал на одном и том же канале. Это связа но с быстрым уменьшением плотно сти мощности излучения от расстоя ния (1). Сигнал собственного пере датчика оказывается на порядки сильнее принимаемого сигнала и за глушает его. В отличие от этого в проводных каналах оба сигнала име ют примерно одинаковую мощность. Поэтому беспроводные трансиверы в принципе не могут прослушивать линию во время передачи, как это делается, например, в CAN или Ethernet. Описанное свойство делает невозможным применение методов доступа к сети, основанных на обна ружении коллизий. Обнаружение несущей чужой стан ции даже при неработающем собст венном передатчике также оказы вается проблематичным (см. рис. 3 [7]). Здесь три окружности показы вают границы приёма сигналов тре мя станциями А, В и С. Предполо жим, что станция А передаёт сооб щение станции В. В это время стан ция С прослушивает эфир и не слы шит несущую, поскольку находится вне зоны действия станции А. Обна ружив отсутствие несущей, станция С начинает передачу одновременно со станцией А, что приводит к поте ре информации, поскольку станция В может принимать только один сиг нал (проблема скрытого узла). Для решения этой проблемы можно ис пользовать сигнал «занято», пода ваемый станцией В. Однако наибо лее общее решение проблемы пред ложено в стандарте IEEE 802.11. Оно заключается в том, что станция А на чинает сеанс связи с обмена пакета ми запроса на передачу RTS (Request To Send). Станция В может ответить пакетом CTS (Clear To Send — сво бодно). Только при получении этого сообщения станция А начинает пе редачу пакета данных. Любая другая станция, получившая пакет RTS или CTS, предназначенный не ей, будет оставаться в состоянии ожидания. Недостатком этого метода является то, что сигналы RTS/CTS сущест венно ухудшают скорость обмена между устройствами, поскольку раз меры их пакетов сравнимы с разме рами полезных данных. Изложенное показывает, что бес проводные каналы не могут исполь зовать метод доступа к каналу типа CSMA/CD [1]. Для них применяется метод CSMA/CA (Carrier Sense Mul tiple Access with Collision Avoidan ce) — множественный доступ с кон тролем несущей и предотвращением коллизий. От CSMA/CD он отлича ется тем, что коллизии в нём не об наруживаются, в то время как в CSMA/CD коллизии обнаруживают ся и принимаются меры для их раз решения. Поскольку в CSMA/CA коллизии не могут быть обнаруже ны, так как приёмник всегда заглу шается сигналом своего передатчи ка, то принимаются специальные меры для снижения вероятности возникновения коллизий. В частно сти, используют сигналы резервиро вания канала связи, благодаря чему коллизии возникают между корот кими сигналами резервирования, а не между длинными пакетами дан ных. Предотвращение коллизий вы полняется благодаря тому, что стан ция, которая собирается начать пе редачу, информирует всех участни ков сети об этом, резервируя для себя определённое время, и только после того как все станции приняли этот сигнал, она начинает переда вать. Используют также случайную задержку после освобождения кана ла (в методе CSMA/CD передача на чинается сразу после освобождения В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Рис. 2. Сигнальное созвездие для 16 QAM модуляции I Q (1010) (0 1 ) 0 0 (00 )00 (1 0) 00 +3 –3 –3 +3 (1011) (0 1) 01 +1 (1 1) 00 (0 1) 00 +1 (01 )10 (0 0) 10 –1 (01 )11 (01 )01 ( 1 ) 11 0 ( 00) 11 +1 ( 1) 111 ( 01) 11 Рис. 3. Иллюстрация «проблемы скрытого узла» A B C © СТА-ПРЕСС