Komunikacja bezprzewodowa jest bardzo złożona i składa się z wielu skomplikowanych mechanizmów i etapów. W pierwszej części artykułu omówiłem zasady formowania i transformacji fali radiowej w celu uzyskania użytecznej informacji. Znając te procesy czas zastanowić się w jaki sposób tak przygotowany sygnał może zostać wysłany – w tym artykule przeczytasz o metodzie DSSS.
DSSS
W drugiej części artykułu tej serii przedstawiłem cechy i zasady funkcjonowania metod transmisyjnych typu Narrowband i Spread Spectrum, a także opisałem zasadę działania technologii FHSS. Natomiast w tym artykule skupiam się na drugiej metodzie obok FHSS, która została uwzględniona w oryginalnym standardzie IEEE 802.11 z 1997 roku, czyli Direct Sequence Spread Spectrum.
Jak sama nazwa wskazuje jest to technologia typu Spread Spectrum, w której komunikacja odbywa się na stosunkowo szerokim paśmie częstotliwości. Poniższy rysunek przedstawia dwie transmisje, które mogą bez zakłócania odbywać się jednocześnie, ponieważ korzystają z dwóch odrębnych zakresów częstotliwości.
Cykl artykułów „Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej”
Artykuły publikowane w ramach cyklu “Fundamenty Komunikacji Bezprzewodowej” można czytać niezależnie, ale najlepsze efekty osiągniesz, jeśli zapoznasz się z nimi po kolei. Cały cykl składa się z następujących artykułów:
Kodowanie
Sieci bezprzewodowe Wi-Fi korzystają z nielicencjonowanych zakresów częstotliwości, w których bardzo łatwo o zakłócenia i różnego rodzaju niekorzystne oddziaływania na sygnał radiowy. Obecnie czułość urządzeń nadawczo-odbiorczych jest na bardzo wysokim poziomie, lecz podczas tworzenia oryginalnego standardu IEEE 802.11 nie było innego sposobu na uniknięcie ciągłych retransmisji jak wprowadzenie kodowania.
Kod Barkera
Celem kodowania jest zapewnienie integralności i spójności przesyłanych danych. W metodzie DSSS z oryginalnego standardu IEEE 802.11 używany jest kod Barkera, który jest rodzajem kodowania nadmiarowego. Jego działanie polega na tym, że pojedynczy bit danych zastępowany jest wieloma bitami transmisji, a to z kolei przekłada się na większą odporność na zakłócenia. Kod Barkera używa 11 bitów transmisji (tzw. chipów) do odwzorowania pojedynczego bitu użytecznej informacji. Poniżej zaprezentowane są ciągi 11 chipów dla dwóch wartości binarnych, 0 oraz 1:
- binarne 0 = 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
- binarne 1 = 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1
A dlaczego akurat tak to wygląda? Przede wszystkim zapewniam, że oba ciągi chipów nie są przypadkowe. Ich układ został tak zaprojektowany, że utrata lub przekłamanie nawet dziewięciu dowolnych chipów nie przeszkodzi odbiorcy w uzyskaniu właściwej jednostki informacji. Oba ciągi są wynikiem operacji binarnej XOR pomiędzy użytecznymi danymi, a sekwencją Barkera. Poniższy diagram przedstawia proces kodowania na urządzeniu nadawczym:
Odwrotny proces można zaobserwować na urządzeniu odbiorczym – wykonujemy operację XOR na otrzymanych zakodowanych danych i sekwencji Barkera, w wyniku otrzymując użyteczne dane wysłane przez nadawcę.
„Czy wiesz, że…?”
Pojedynczy chip transmitowany jest na wąskim paśmie częstotliwości o szerokości 2 MHz. W związku z tym, że wszystkie chipy wysyłane są jednocześnie, tworzy się kanał o szerokości 22 MHz (11 x 2 MHz), i właśnie tyle wynosi domyślna szerokość pojedynczego kanału w transmisji wykorzystującej DSSS.
Kod CCK
Standard IEEE 802.11b, czyli w zasadzie nowelizacja oryginalnego standardu IEEE 802.11, wprowadził między innymi możliwość wysyłania danych przy użyciu większych prędkości. Rozwiązanie przybrało nazwę HR-DSSS (High Rate DSSS) i w miejsce poprzednio używanego kodu Barkera wprowadziło nowe i zdecydowanie bardziej złożone rozwiązanie o nazwie Complementary Code Keying (CCK).
Przewaga kodu CCK nad kodem Barkera wynika z faktu, że ten pierwszy używa krótszej sekwencji chipów do zakodowania użytecznej informacji. Co więcej, kod CCK używa różnych sekwencji chipów do zakodowania różnych ciągów bitów danych. W ten sposób CCK w podstawowej wersji jest w stanie zakodować cztery bity użytecznych danych używając do tego ośmiu chipów, by uzyskać prędkość 5,5 Mb/s. Możliwe jest także uzyskanie prędkości 11 Mb/s, ale w tym przypadku osiem chipów służy do zakodowania ośmiu bitów użytecznych danych, co prowadzi do utracenia nadmiarowości. W konsekwencji utrata pojedynczego chipa równa się utracie pojedynczego bita użytecznych danych.