Материал: Основы теории радиосистем передачи информации. учебное пособие. Журавлёв Д.В

Рис. 12. Стек про­токолов Bluetooth

В отличие от упомянутых выше монолитных ИС, трансивер компании Ericsson РВА31301 хотя и основан на специализированной БиКМОП ИС, но является гибридным модулем, собранным на многослойной керамической подложке (шесть слоев металлизации). В исполнении 100 Вт размеры модуля — 10,2 х 16 х 1,6 мм. Компания Lucent Technologies также производит чипсет для Bluetooth, содер­жащий однокристальный передатчик W7020 с низкой потребляемой мощностью (напряжение питания — до 2,7 В), и baseband-контроллер W7400. Свой комплект ИС Odissey выпустила и фирма Silicon Wave. В него входят ИС радиомодема SW1501 и контроллер связи SiW160l.

Не осталась в стороне и National Semiconductor. Ее чипсет состоит из трансивера со встроенным ФАПЧ LMX3162 и контроллера связи LMX500I. Как и в слу­чае чипсета Odissey, при реализации Bluetooth-устройств на базе этого комплекта схем необходим процессор, выполняющий функции управления связи. Им может быть центральный процессор компьютера или, например, сигнальный процессор ADSP-218x (Analog Devices) с соответствующим программным обеспечением.

Все говорит о том, что у беспроводной технологии Bluetooth — большое бу­дущее. Ее интеграция с Интернетом может стать качественно новым этапом в развитии всемирной сетевой инфраструктуры. Причина этого — в совокупности достоинств новой технологии, главные из которых:

1. небольшой радиус действия, что означает малую мощность передатчика и низкую потребляемую мощность;

2. высокая устойчивость к интер- модуляционным помехам и отсутствие влия­ния устройств Bluetooth на обычную бытовую электронику;

3. н изкая стоимость.

Рис. 16. Структура трансивера Т2901

Несмотря на всю свою привлекательность и универсальность, стан­дарт Bluetooth как действительно сетевой стандарт используется сегодня относительно редко. Воз­можно, причина кроется в том, что все же это еще очень новая тех­нология, а также в том, что Blu­etooth слишком универсален. В од­них приложениях ему недостает скорости обмена (например, при передаче видеосигнала), и дру­гих требуются более простые и дешевые устройства.

Чтобы разрешить эти противо­речия и окончательно стандарти­зовать принципы организации персональных СПИ, рабочая группа ШЕЕ 802.15, не удовольствовав­шись стандартом IEEE 802-15.1, создала еще две исследовательские группы (Tg3 и Tg4).

Рис. 17. Структура ИС Т7024

В результате в конце сентября 2003 года были опубликованы два новых стандарта - IEEE 802.15-3 «Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)» и IEEE 802.15-4 «Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)» стандарты для высокоскоростной и низкоскоростной персональ­ных БСПИ, соответственно.

4. Высокоскоростные персональные сети стандарта ieee 802.15,3(3а)

Спецификация IEEE 802.15.3. Стандарт ШЕЕ 8(12.15-3 описывает работу малой БСПИ - пикосети (piconet). Пикосеть в стандарте IEEE 802.15-3 это так называемая ad hoc - система, в которой несколько независимых устройств могут непосредственно взаимодей­ствовать друг с другом. Радиус зоны действия одной пикосети, как правило, не превышает 10 м. Основные требования к ней - высокая скорость передачи дан­ных, простая инфраструктура, легкость установления соединения и вхождении в сеть, наличие средств защиты данных и предоставление для определенных ти­пов данных соединения с гарантированными параметрами передачи (гарантия качества обслуживания, QoS).

Пикосеть (рис. 18) может объединять несколько устройств, одно из которых выполняет функции управления (координатор пикосети piconet coordinator, PNC). Стандарт также предусматривает возможность формирования так называемых дочерних пикосетей и описывает взаимодействие между независимыми соседними пикосетями.

Рис. 18. Структура пикосети IEEE802.153

В пикосети возможен обмен как асинхронными, так и изохронными (пото­ковыми) данными. К последним относятся, например, звук и видео. Весь ин­формационный обмен в пикосети основан на последовательности суперкадров (superframe — терминология стандартов IЕЕЕ 802.15). Каждый суперкадр (рис. 19) включает управляющий сегмент (beacon), интервал конкурентного доступа (con­tention access period — САР) и набор временных интервалов (каналов), назна­ченных определенным устройствам. PCN определяет границы всех интервалов и распределяет каналы между устройствами.

Рис. 19. Структу­ра суперкадров фи­зического уровня се­ти IEEE 802A5.3

Во время САР доступ к каналу предоставляется на основе механизма кон­троля несущей с предотвращением коллизии — CSMA/CA (как и в стандарте IREF, 802.11), т.е. кто первый успел занять канал, тот и работает. В этот период передаются команды или асинхронные данные.

Канальные интервалы (СТА) координатор пикосети назначает каждому уст­ройству или группе устройств по предварительному запросу с их стороны. В управ­ляющем сегменте задается момент начала и длительность каждого СТА. На­значение канального интервала для какого-либо устройства означает, что никто другой в этот момент не может работать на передачу. СТА могут динамически распределяться в суперкадре (дли асинхронных и изохронных данных) или быть фиксированными (только для изохронных данных).

Спецификация физического канала в документе IEEE 8(12.15.3 приведена толь­ко для диапазона 2400 2483,5 МГц. Она предусматривает пять допустимых ско­ростей передачи (табл. 5). Скорость 22 Мбит/с является базовой, ее обязаны поддерживать все устройства IEEE 802.15-3. При работе на этой скорости данные не кодируются. В остальных случаях данные перед формированием модуляци­онных символов кодируются посредством сверхточного кодера с трехразрядным сдвиговым регистром (так называемая модуляции посредством решетчатого ко­да с восемью состояниями). При этом в кодере к исходному набору из 1/3/4/5 бит (при QPSK/16-QAM/32-QAM/64-QAM) добавляется кодовый бит с выхода трехразрядного сдвигового регистра.

Таблица 5

Модуляция и скорости передачи данных в сетях IEEE 802.15.3 в диапазоне 2,4 ГГц

Тип модуляции	Скорость передачи данных, Мбит/с
QPSK	11
DQPSK	22
16-QAM	33
32-QAM	44
64-QAM	55

Стандарт IEEE 802.15.3 требует, чтобы устройства могли работать в любом из пяти возможных частотных каналов (табл. 6). Причем предусматривается два канальных плана — режим высокой плотности (четыре канала в допустимом диапазоне) и режим совместимости с сетью стандарта IEEE 802.11b (три раз­решенных канала). Это означает, что каждое устройство перед началом работы сканирует диапазон, находит свободные каналы, определяет наличие работаю­щей сети 802.11b.

Таблица 6

Распределение каналов в сетях IEEE 802.15.3

5. Сверхбыстродействующие персональные сети (ieее 802.15.3а)

Спецификацию IEEE 802.15.3 не успели утвердить (а произошло это 12 июня 2003 года), как весь телекоммуникационный мир стал ждать появления ново­го стандарта IEEE 802.15.3а. Речь идет о разработке принципов построения пикосети со скоростью обмена ПО 480 Мбит/с и выше до 1320 Мбит/о. До­стичь столь высоких скоростей можно только увеличивая спектральную ширину канала, переходя в область так называемой сверх широкополосной связи (СШП, UWB). В США это стало возможным после 14 февраля 2002 гола, когда феде­ральная комиссия связи (FCC) США разрешила применение сверхширокополосных устройств внутри помещений в диапазоне 3100-10G00 МГц при максимальной плотности мощности излучения 7,41 • КГ14Вт/Гц (-41,ЗдБм/МГц).

В результате в 2002 году образовалась исследовательская группа Tg3a, в которую вошли представители практически всех крупнейших полупроводниковых и телекоммуникационных фирм. Вскоре появились два конкурирующих предло­жении но технологии СШП-передачи - на основе ортогональных кодов (так на­зываемый мультиполосный множественный доступ посредством ортогональных несущих, MB-OFDM) и путем расширения спектра сигнал» методом прямой по­следовательности (DS-UWB). Первое предложение поддерживало большинство фирм во главе с гигантами Texas Instruments и Intel (в марте 2003 года было создано даже специальное объединение MBOA Multiband OFDM Alliance)- Лагерь сторонников второго возглавили компании Motorola и XtremeSpectnim. По принятым в комитете IEEE 802 правилам, дли того чтобы утвердить стандарт, за предложенный вариант должны проголосовать не менее 75% членов рабочей группы. Однако, несмотря на численный перевес сторонников MB-OFDM, а в МВОА входит 17(1 компаний, среди которых 9 из 1(1 крупнейших полупровод­никовых компаний (кроме TSMC), на прошедших голосованиях им не удалось набрать необходимые 75% голосов от общего числа компаний, работающих НАД стандартом IEEE 8 (12.15.3а. Причин тут несколько. Возможно, (дна из основных кроется в технологии MB-OFDM.

Рис. 20. Предла­гаемое распределение каналов в стан­дарте IEEE 802.3а в США

Суть ее состоит в том, что весь разрешенный диапазон делится на полосы шириной 528 МГц. В стандартном режиме предусмотрено три полосы, в расширенном - семь (рис. 20). Каждая полоса, в свою очередь, делится на 128 поднесущих частот с шагом 4,125 МГц. Из них используется 122: 100 для модуляции данных, 12 поднесущих пилотные и еще 10 — защитные. Каждая поднесущая модулируется посредством QPSK. Один OFDM-символ содержит 100 или 200 ко­дированных бит (100 в случае, когда одинаково модулируются две поднесущие, симметричные относительно центральной). Период следования символов - 312,5 не. До сих нор все соответствует обычной OFDM. Мультиполосность означает, что последующий символ может передаваться в иной частотной полосе по жестко определенной схеме для каждого логического канала.

Последовательность перехода г одной полосы частот на другую называют частотно-временным кодом. Пока предусмотрено четыре таких кода (канала) (табл. 7). Кроме перехода с частоты на частоту, предусмотрен режим, когда один символ может передаваться несколько раз (два или четыре). Например, код →1—→ 2→ 3→ 1→ 2→ 3 означает, что первый OFDM-символ передается в полосах 1 и 2, второй OFDM-символ — в полосах 3 и 1, третий в наносах 2 и 3.

Таблица 7

Частотно-временные коды