Radio Ethernet (Радио Ethernet) — беспроводная (бескабельная) сеть передачи данных в масштабе города, используется для обеспечения радиосвязи между абонентами, расположенными в разных зданиях или в одном здании на значительном удалении друг от друга, в режиме единой локальной сети. В 1997 году IEEE принят стандарт Ethernet 802.11 (также IEEE 802.11), определяющий способы организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории, основные технологические принципы функционирования, конфигурацию каналов связи и средств программно-аппаратного обеспечения. Радио Ethernet считается эффективным средством создания распределенных сетей разного назначения, включая системы мобильной компьютерной связи.
В стандарте Ethernet IEEE 802.11 (также IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11h, IEEE 802.11k) применяется технология расширения спектра или шумоподобного сигнала — ШПС (Spread Spectrum, SS). В основе этой технологии лежит использование помехоустойчивой кодированной передачи данных широкополосными сигналами малой мощности. Технология ШПС может быть использована двумя способами, описанными в стандарте: методом прямой последовательности и методом частотных скачков. Для систем с широкополосной модуляцией стандартом IEEE 802.11 предусмотрены интервалы частот в диапазонах 900 МГц (шириной в 26 МГц); 2, 4 ГГц (83, 5 МГц); 5 ГГц (125 МГц).
Стандарт IEEE 802.11 включает в себя два основных протокола: протокол управления доступом к среде MAC (Medium Access Control) и протокол передачи данных в физической среде PHY (PHYsical layer protocol). В системах беспроводной связи помимо стандарта IEEE 802.11 используются также стандарты IEEE 802.15, IEEE 802.16, Bluetooth, HomeRF. Стандарт IEEE 802.11 предусматривает возможность и средства включения беспроводной ЛВС в состав крупной проводной вычислительной сети. Методы модуляции сигнала в Radio Ethernet:
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) — метод прямой последовательности или метод модуляции с прямым расширением спектра. Вся используемая полоса частот делится на определенное количество подканалов (в соответствии со стандартом 802.11 их 11). Каждый передаваемый бит информации по заранее определенному алгоритму преобразуется в последовательность из 11 чипов, которые передаются одновременно по всем 11 подканалам. При этом интенсивность сигнала одного чипа близка к фоновой. На принимающей стороне последовательность чипов декодируется. Этим на фоне шума удается выделить полезный сигнал. Читать данные может только «свой» DSSS-приемник, который «знает» алгоритм кодирования данных, примененный передающей стороной. Благодаря низкому уровню мощности сигнала DSSS-устройства практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), которые принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. В свою очередь, обычные устройства также существенно не мешают широкополосным, так как «шумят» только в своем узком канале и не способны заглушить весь широкополосный сигнал целиком.
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) — метод частотных скачков или метод модуляции с перескоком частоты предполагает, что вся полоса частот разделяется на большое число подканалов (по стандарту их 79). В каждый момент времени каждый передатчик использует только один из подканалов, перескакивая с одного подканала на другой в определенной псевдослучайной последовательности. Эти скачки происходят синхронно на передатчике и приемнике. Не зная конкретной последовательности переключений между подканалами, принять данные невозможно. Одновременно в одном частотном диапазоне может работать несколько пар передатчик-приемник, использующих разные, независимые друг от друга последовательности переключений подканалов. Метод частотных скачков обеспечивает повышенную помехоустойчивость процесса передачи данных: если на каком-либо из подканалов передаваемый пакет не принят, то приемник выдает соответствующее сообщение и передача пакета повторяется. В отличие от метода прямой последовательности трансляция сигнала на каждом подканале ведется на достаточно большой мощности, сравнимой c той, которая присуща обычным узкополосным устройствам. В силу этого FHSS-устройства могут оказывать влияние на другие радиоустройства.
Согласно стандарту IEEE 802.11 широкополосные технологии можно использовать в двух частотных диапазонах: 915 МГц и 2, 4 ГГц . Первый диапазон в Европе и России загружен средствами связи и требует получения лицензии. Что касается диапазона 2, 4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) № 7/6 от 29 июня 1998 года для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2.4 ГГц, специального разрешения не требуется.
Методы фазовой модуляции (PSK, Phase Shift Keying) — собственно фазовая модуляция и квадратурная фазовая модуляция (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying) заключаются в том, что передача логических нулей и единиц сигнала производятся на одной частоте и амплитуде сигнала, однако они смещены друг от друга по фазе. При PSK это смещение имеет два значения (0 и 90 О), а при QPSK — четыре (0, 90, 180, 270 О). Применение QPSK позволяет снизить требования к характеристикам передатчика и повысить качество принимаемого сигнала. В соответствии со стандартом IEEE 802.11 при передаче данных на скорости 1 Мбит/с используется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK). В 1999 году для сетей Radio Ethernet была принята версия стандарта IEEE 802.11b, дополнившая область скоростей передачи, определенных стандартом IEEE 802.11 (1 и 2 Мбит/с), скоростями 5, 5 и 11 Мбит/с. Это потребовало введения для расширения спектра передачи сигнала нескольких способов кодирования с использованием комплементарных кодов — CCK (Complementary Code Keying).
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) — многоканальная беспроводная сеть, обеспечивающая широкополосный и высокоскоростной доступ в Интернет по радиоканалам связи (в частности, в частотном диапазоне 2150-2165 МГц). Можно выделить два типа топологии бескабельных (беспроводных) сетей:
точка-точка (point-to-point) реализует связь двух удаленных объектов, например локальных сетей двух офисов. Если видимость между объектами прямая, то обязательное условие для работы оборудования отсутствует, между этими точками устанавливаются дополнительные ретрансляторы. К этому же классу относятся сети, предназначенные для передачи не только данных, но и синхронного трафика, например телефонии;
точка-множество точек (point-to-multipoint) представляет собой одну или совокупность нескольких базовых станций, каждая из которых обслуживает территориально разнесенных абонентов. При этом абонентские станции не видят друг друга, а общаются посредством базовой станции.
точка-точка (point-to-point) реализует связь двух удаленных объектов, например локальных сетей двух офисов. Если видимость между объектами прямая, то обязательное условие для работы оборудования отсутствует, между этими точками устанавливаются дополнительные ретрансляторы. К этому же классу относятся сети, предназначенные для передачи не только данных, но и синхронного трафика, например телефонии;
точка-множество точек (point-to-multipoint) представляет собой одну или совокупность нескольких базовых станций, каждая из которых обслуживает территориально разнесенных абонентов. При этом абонентские станции не видят друг друга, а общаются посредством базовой станции.
Стандартная технология Radio Ethernet предполагает обмен данными по радиоканалу на скорости 1-2 Мбит/с. Однако после утверждения стандарта 802.11 появились высокоскоростные устройства, поддерживающие скорость передачи данных на уровне 10 и 11 Мбит/с, а в дальнейшем и 23 Мбит/с. Повышение производительности устройств, достигнутое за счет модификаций стандарта, определило несовместимость устройств нового поколения с предыдущими.
Сертификат Class A/B Certification Федеральной комиссии по связи США (FCC, Federal Communication Commission) является стандартом на электронную и электромагнитную передачу данных, а также определяет диапазоны полос для каналов связи. Данный вид сертификации связан с ограничениями, накладываемыми на мощность излучения цифровых устройств. Класс А предназначен для использования в организациях, класс В — для использования в жилых помещениях. Класс B предъявляет более строгие требования, ориентированные на предотвращение взаимных помех, которые могут возникнуть при работе телевизоров и других принимающих устройств. Все устройства серии OfficeConnect сертифицированы и по классу «А» и по классу «В».
Технологии построения беспроводных сетей (WLAN):
WMAN (Wireless Municipal (Metropolitan) Area Network) — технология беспроводных городских сетей, спецификация которой утверждена в январе 2003 года. Необходимость ее разработки связана с ограничениями беспроводного абонентского доступа к Интернету, которые свойственны ранее принятым технологиям MMDS и LMDS. Технология WMAN обеспечивает относительно недорогое и быстрое подключение абонентов к Интернету через публичные точки доступа стандарта 802.11b — в течение нескольких дней, в отличие от нескольких месяцев, необходимых для подключения через кабельные системы.
Bluetooth — технология и соответствующий стандарт, разработанный в 1998 году фирмой Ericsson для обмена данными и обеспечения синхронизации их передачи между PDA, мобильными телефонами, компьютерами и другими устройствами (например, бытовой техникой) на рабочих частотах 2400-2483, 5 МГц (диапазон ISM —Industrial, Scientific, Medicine — промышленный научный, медицинский) на расстоянии до 100 м при скорости передачи данных 720 Кбит/с.
WME (Wi-Fi Multimedia Extensions) — мультимедийные расширения Wi-Fi и, в частности, развитие протокола распределенной координационной функции — DCF (Distributed Coordination Function), осуществляющей контроль за правильным распределением полосы пропускания в беспроводной сети. Термин заменен на WMM.
WMM (Wi-Fi Multimedia) — наименование, введенное организацией Wi-Fi и сменившее WME (иногда используется сдвоенный термин WME/WMM). Это произошло в связи с изменением стандартов качества услуг беспроводных сетей, произведенных организацией Wi-Fi.
UWB (Ultra WideBand) — широкополосная импульсная цифровая технология беспроводной связи, основанная на использовании более 20% центральной части диапазона частот или частот не менее 500 МГц; применяется для передачи данных на короткие расстояния (до 10 м) с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB ориентирована на беспроводную передачу высококачественного мультимедийного контента (например, видео) между ПК и различными периферийными устройствами, в частности — клавиатурой, мышью, цифровым телевизором высокой четкости, беспроводным соединением ПК с проектором во время презентаций. Частотный диапазон UWB-сигнала — от 3, 1 до 10, 6 ГГц, ширина спектра — более 500 МГц, скорость передачи — от 55 до ~400-500 Мбит/с (последняя — для расстояния до 5 м). В UWB могут применяться различные методы модуляции сигнала, включая OFDM.
LMDS (Local Multipoint Distribution Service, локальная многоточечная распределительная система) — широкополосная телекоммуникационная технология типа «точка-многоточка», которая функционирует в диапазоне частот выше 20 ГГц (конкретный диапазон зависит от страны и местного лицензирования диапазонов). Система LMDS предназначена для одно- или двусторонней передачи голоса, данных, Интернет-трафика, телевидения. Наличие режима многолучевого распространения радиоволн позволяет строить эффективные городские сети.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output, множественный вход — множественный выход) — технология повышения скорости передачи данных в беспроводных сетях за счет использования в приемных и передающих устройствах большого числа разнесенных в пространстве антенных систем с отдельными радиочастотными трактами и АЦП. При этом предусматривается преобразование передаваемого сигнала большей мощности (с соответственно большей дальностью передачи) в несколько сигналов меньшей мощности, что позволяет уменьшить интерференцию и улучшить качество принимаемого сигнала.
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System, многоканальная многоточечная распределительная система) — технология организации цифровой радиосвязи локальных сетей, отдельных компьютеров, обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет и в другие телекоммуникационные сети. В качестве шлюза в радиосеть используется кабельный модем с комплектом антенно-фидерного и приемо-передающего оборудования.
SDR (Software-Defined Radio, перепрограммируемое радио) — технология радиосвязи, позволяющая производить перестройку частотного диапазона работы точек доступа (Hot spots) Wi-Fi. Стандарт 802.11a предусматривает передачу данных в диапазоне 5 ГГц со скоростью 54 Мбит/с. Федеральная комиссия по связи США выдает сертификаты на использование SDR для точек доступа Wi-Fi в 11 дополнительных каналах диапазона 5, 4-5, 7 ГГц. Первой о признании радиоточек стандарта 802.11a для работы устройств SDR объявила фирма Cisco Systems.
WLL (Wireless Local Loop; RLL, Radio in the Local Loop) — технология и/или система наземной цифровой радиосвязи, реализующей фиксированный или ограниченно мобильный беспроводный доступ абонентов к коммутатору телефонной сети общего пользования ТфОП (PSTN, Public Switched Telephone Network). Основным европейским стандартом, обеспечивающим создание полноценной и экономически целесообразной телекоммуникационной среды беспроводного радиодоступа, является DEPT.
WUSB (Wireless USB, беспроводная USB) — технология использовании USB-порта для беспроводного подключения периферийных устройств к ПК; инициирована корпорацией Intel для совершенствования «цифрового дома» в связи с тем, что конкурирующие беспроводные технологии аналогичного назначения (Bluetooth, Wi-Fi) по своим характеристикам и техническим возможностям не отвечают целям беспроводного широкополосного и быстродействующего подключения бытового оборудования (в том числе — мультимедийного) к ПК.
xMax — технология широкополосной радиосвязи, способная передавать данные сигналами малой мощности на расстояния большие, нежели в соответствии со стандартами Wi-Fi и WiMax. Это достигается за счет использования низкочастотных диапазонов передачи — ниже 1 ГГц, а также системы модуляции и кодирования сигналов. Сообщение о разработке xMax фирма xG Technology опубликовала в Интернете 23 июня 2005 года. Передаваемый сверхмаломощный широкополосный сигнал xGFlash имеет энергетический уровень ниже атмосферного шума и поэтому не заметен для традиционных систем связи (ТВ, радио, мобильной телефонной). Его мощность в 100 тысяч раз ниже порога, установленного FCC.
WiMAX (WiMAX Forum) — международная некоммерческая ассоциация WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) производителей телекоммуникационного оборудования и операторов широкополосных беспроводных сетей, образована в 2003 году для распространения стандарта IEEE 802.16.
WMAN (Wireless Municipal (Metropolitan) Area Network) — технология беспроводных городских сетей, спецификация которой утверждена в январе 2003 года. Необходимость ее разработки связана с ограничениями беспроводного абонентского доступа к Интернету, которые свойственны ранее принятым технологиям MMDS и LMDS. Технология WMAN обеспечивает относительно недорогое и быстрое подключение абонентов к Интернету через публичные точки доступа стандарта 802.11b — в течение нескольких дней, в отличие от нескольких месяцев, необходимых для подключения через кабельные системы.
Bluetooth — технология и соответствующий стандарт, разработанный в 1998 году фирмой Ericsson для обмена данными и обеспечения синхронизации их передачи между PDA, мобильными телефонами, компьютерами и другими устройствами (например, бытовой техникой) на рабочих частотах 2400-2483, 5 МГц (диапазон ISM —Industrial, Scientific, Medicine — промышленный научный, медицинский) на расстоянии до 100 м при скорости передачи данных 720 Кбит/с.
WME (Wi-Fi Multimedia Extensions) — мультимедийные расширения Wi-Fi и, в частности, развитие протокола распределенной координационной функции — DCF (Distributed Coordination Function), осуществляющей контроль за правильным распределением полосы пропускания в беспроводной сети. Термин заменен на WMM.
WMM (Wi-Fi Multimedia) — наименование, введенное организацией Wi-Fi и сменившее WME (иногда используется сдвоенный термин WME/WMM). Это произошло в связи с изменением стандартов качества услуг беспроводных сетей, произведенных организацией Wi-Fi.
UWB (Ultra WideBand) — широкополосная импульсная цифровая технология беспроводной связи, основанная на использовании более 20% центральной части диапазона частот или частот не менее 500 МГц; применяется для передачи данных на короткие расстояния (до 10 м) с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB ориентирована на беспроводную передачу высококачественного мультимедийного контента (например, видео) между ПК и различными периферийными устройствами, в частности — клавиатурой, мышью, цифровым телевизором высокой четкости, беспроводным соединением ПК с проектором во время презентаций. Частотный диапазон UWB-сигнала — от 3, 1 до 10, 6 ГГц, ширина спектра — более 500 МГц, скорость передачи — от 55 до ~400-500 Мбит/с (последняя — для расстояния до 5 м). В UWB могут применяться различные методы модуляции сигнала, включая OFDM.
LMDS (Local Multipoint Distribution Service, локальная многоточечная распределительная система) — широкополосная телекоммуникационная технология типа «точка-многоточка», которая функционирует в диапазоне частот выше 20 ГГц (конкретный диапазон зависит от страны и местного лицензирования диапазонов). Система LMDS предназначена для одно- или двусторонней передачи голоса, данных, Интернет-трафика, телевидения. Наличие режима многолучевого распространения радиоволн позволяет строить эффективные городские сети.
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output, множественный вход — множественный выход) — технология повышения скорости передачи данных в беспроводных сетях за счет использования в приемных и передающих устройствах большого числа разнесенных в пространстве антенных систем с отдельными радиочастотными трактами и АЦП. При этом предусматривается преобразование передаваемого сигнала большей мощности (с соответственно большей дальностью передачи) в несколько сигналов меньшей мощности, что позволяет уменьшить интерференцию и улучшить качество принимаемого сигнала.
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System, многоканальная многоточечная распределительная система) — технология организации цифровой радиосвязи локальных сетей, отдельных компьютеров, обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет и в другие телекоммуникационные сети. В качестве шлюза в радиосеть используется кабельный модем с комплектом антенно-фидерного и приемо-передающего оборудования.
SDR (Software-Defined Radio, перепрограммируемое радио) — технология радиосвязи, позволяющая производить перестройку частотного диапазона работы точек доступа (Hot spots) Wi-Fi. Стандарт 802.11a предусматривает передачу данных в диапазоне 5 ГГц со скоростью 54 Мбит/с. Федеральная комиссия по связи США выдает сертификаты на использование SDR для точек доступа Wi-Fi в 11 дополнительных каналах диапазона 5, 4-5, 7 ГГц. Первой о признании радиоточек стандарта 802.11a для работы устройств SDR объявила фирма Cisco Systems.
WLL (Wireless Local Loop; RLL, Radio in the Local Loop) — технология и/или система наземной цифровой радиосвязи, реализующей фиксированный или ограниченно мобильный беспроводный доступ абонентов к коммутатору телефонной сети общего пользования ТфОП (PSTN, Public Switched Telephone Network). Основным европейским стандартом, обеспечивающим создание полноценной и экономически целесообразной телекоммуникационной среды беспроводного радиодоступа, является DEPT.
WUSB (Wireless USB, беспроводная USB) — технология использовании USB-порта для беспроводного подключения периферийных устройств к ПК; инициирована корпорацией Intel для совершенствования «цифрового дома» в связи с тем, что конкурирующие беспроводные технологии аналогичного назначения (Bluetooth, Wi-Fi) по своим характеристикам и техническим возможностям не отвечают целям беспроводного широкополосного и быстродействующего подключения бытового оборудования (в том числе — мультимедийного) к ПК.
xMax — технология широкополосной радиосвязи, способная передавать данные сигналами малой мощности на расстояния большие, нежели в соответствии со стандартами Wi-Fi и WiMax. Это достигается за счет использования низкочастотных диапазонов передачи — ниже 1 ГГц, а также системы модуляции и кодирования сигналов. Сообщение о разработке xMax фирма xG Technology опубликовала в Интернете 23 июня 2005 года. Передаваемый сверхмаломощный широкополосный сигнал xGFlash имеет энергетический уровень ниже атмосферного шума и поэтому не заметен для традиционных систем связи (ТВ, радио, мобильной телефонной). Его мощность в 100 тысяч раз ниже порога, установленного FCC.
WiMAX (WiMAX Forum) — международная некоммерческая ассоциация WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) производителей телекоммуникационного оборудования и операторов широкополосных беспроводных сетей, образована в 2003 году для распространения стандарта IEEE 802.16.