OFDM FHSS и DSSS

Метод OFDM

OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов. Является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (Быстрое преобразование Фурье).

Ортогональное частотное разделение каналов

Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ).

  • Технология OFDM распределяет данные по большому числу несущих расположенных на строго определенных частотах
  • Такое “ортогональное” распределение предотвращает прием демодуляторами других частот, уменьшая, таким образом, дисперсионные ошибки и улучшая передачу и спектральную эффективность

Схема передатчика
Схема передатчика OFDM
Схема приемника
Схема приёмника OFDM

Применяется в:

  • ADSL и VDSL
  • DVB-C2, улучшенная версия цифрового кабельного телевидения стандарта DVB-C
  • беспроводные системы связи стандарты IEEE 802.11 и HIPERLAN/2;
  • наземные системы цифрового телевидения DVB-T и ISDB-T;
  • наземные системы мобильного телевидения DVB-H, T-DMB, ISDB-T и MediaFLO;
  • система цифрового радиовещания DRM;
  • беспроводные системы связи стандарта Flash-OFDM;
  • беспроводные системы связи стандарта LTE;
  • беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.16 (WiMAX);
  • беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and WiBro;
  • беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.15.3a.

Метод DSSS

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) — Метод расширения спектра методом прямой последовательности. Широкополосная модуляция с прямым расширением спектра, является одним из трёх основных методов расширения спектра, используемых на сегодняшний день (см. методы расширения спектра). Это метод формирования широкополосного радиосигнала, при котором исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность, используемую для модуляции несущей. Используется в сетях стандарта IEEE 802.11 и CDMA для преднамеренного расширения спектра передаваемого импульса.

Метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая «широкая» полоса частот делится на некоторое число подканалов — по стандарту 802.11 этих подканалов 11. Каждый передаваемый бит информации превращается, по заранее зафиксированному алгоритму, в последовательность из 11 бит, и эти 11 бит передаются одновременно и параллельно, используя все 11 подканалов. При приеме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при ее кодировке. Другая пара приемник-передатчик может использовать другой алгоритм кодирования — декодирования, и таких различных алгоритмов может быть очень много.

Достоинства метода:

  • Защита передаваемой информации от подслушивания («чужой» DSSS-приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика)
  • Уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума, (то есть случайных или преднамеренных помех), так что передаваемый сигнал уже как бы неразличим в общем шуме
  • Благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), так как эти последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого.

Свойства Spread Spectrum — технологии, для метода прямой последовательности:

  • Фиксированные каналы шириной по 22 MHz
  • 11-кратная избыточность при посылке каждого бита
  • Скорость передач 2 Mбит/с без сложного алгоритма модуляции
  • 3 непересекающихся канала
  • 3 точки доступа могут работать независимо на одной и той же территории

Метод FHSS

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) — псевдослучайное изменение рабочей частоты. Еще один метод обработки сигнала с целью расширения его спектра, используемый в беспроводных локальных сетях.

Суть метода заключается в периодическом скачкообразном изменении несущей частоты по некоторому алгоритму, известному приемнику и передатчику. Преимущество метода — простота реализации. Метод используется в Bluetooth; GSM.

Метод FHSS также разбивает диапазон частот 2400–2483,5 МГц на полосы, но, в отличие от DSSS, эти каналы имеют ширину 1 МГц и их количество составляет 79. На этом их сходство заканчивается, и дальнейшие принципы работы коренным образом отличаются друг от друга.

Согласно методу FHSS данные передаются только по одному каналу, но сам канал с частотой не более 20 мс изменяется псевдослучайным образом. Причем схема изменения канала определяется и согласовывается между передатчиком и приемником заранее, на этапе соединения. Подобный подход позволяет значительно уменьшить вероятность того, что передаче данных что-то может помешать. Даже если в один из моментов передачи данных какое-то другое беспроводное оборудование займет нужный канал, сигнал об этом поступит отправителю, и необходимый фрагмент данных будет отправлен повторно.

По сравнению с DSSS метод FHSS является более помехозащищенным. Причиной является ширина канала, который используется для передачи данных. Так, возможность возникновения помехи для передачи, которая ведется с помощью 79 каналов шириной в 1 МГц, гораздо ниже, чем вероятность появления помехи для передачи, которая использует канал шириной в 22 МГц. Даже если рассмотреть вариант узкополосных помех, то случайное изменение несущей частоты, то есть смена каналов, делает такое влияние некритичным и приводит лишь к незначительному падению скорости передачи данных за счет отсылки дополнительных частей данных.

По этой причине на практике системы FHSS оказываются более устойчивыми к широкополосным помехам и могут продолжать работать (хотя и с пониженной пропускной способностью) в условиях, когда системы DSSS уже не способны нормально воспринимать полезный сигнал.

Наши партнеры