Software & Systems

В последнее десятилетие развитие хозяйственной деятельности человека характеризуется бурным увеличением информационного обмена. Существующие же кабельные сети не отвечают всевозрастающим требованиям, а их модернизация во многих случаях требует значительных инвестиций. Поэтому все чаще для передачи данных между удаленными сетями применяются беспроводные технологии. Наибольшее применение находят радиосети стандарта 802.11. В связи с увеличивающимся количеством источников электромагнитного излучения во вновь разворачиваемых радиосистемах все сложнее выполнять требования по достоверности.

В радиосетях Ethernet при использовании метода частотных скачков рабочий диапазон 2400 – 2483 МГц делится на 79 каналов по 1 МГц. Стандарт [1] предусматривает передачу данных последовательно по 22 предусмотренным схемам переключения каналов. В каждом канале используется частотная модуляция второго или четвертого уровня (в зависимости от скорости передачи). Стандарт 802.11 предусматривает возможность в зависимости от помеховой обстановки изменять скорость передачи информации. Как показано в [2], скорость и достоверность взаимосвязаны, поэтому в данной работе будем считать скорость неизменной.

Достоверность передачи информации зависит от отношения мощности сигнала к суммарной мощности помехи и шума и количественно оценивается допустимым значением вероятности ошибки . Вероятность ошибки при наличии помехи при приеме частотно-модулированного сигнала равна [3]:

,                               (1)

где отношение сигнал/помеха+шум на входе демодулятора:

,                                     (2)

где  – мощность сигнала;  – спектраль- ная плотность шума;  – длительность сигнала;  – суммарная мощность помехи.

Для систем радиосвязи по воздействию на систему характерны собственные помехи системы и внешние помехи:

,                                               (3)

где собственные помехи системы равны суммарной мощности сигналов от всех других передатчиков системы в точке приема. Собственные помехи зависят от топологии сети и могут быть оценены по формуле [4]:

,        (4)

где Pпрд.k – излучаемая мощность k-го передатчика; Dпрд.k, Dпрм.i – коэффициенты направленного действия передающей и приемной антенны соответственно; rik – расстояние между радиостанциями; l – длина волны; R – количество мешающих источников; xik – коэффициент потерь и замираний сигнала.

Несмотря на то что все абоненты работают на различных частотах, в результате внеполосных излучений и наличия побочных каналов приема вклад собственной системы в помеховую обстановку может быть очень значительным. При наличии радиосетей различных провайдеров вероятность совпадения частот значительно увеличивается и требует ужесточения мер по частотно-территориальному делению.

Активное оборудование радиосетей Ethernet в соответствии с требованиями стандарта 802.11 работает в ISM-диапазоне (ISM – industrial, scientific and medical). В связи с отсутствием лицензирования в большинстве развитых стран за последние годы количество устройств, использующих данный диапазон, увеличилось в сотни раз. В одном частотном диапазоне работает множество устройств, построенных в соответствии с различными стандартами [5]. В книге [4] показана возможность учесть помехи внешних источников с помощью формулы:

,                        (5)

где Евн – суммарная  напряженность электрического поля внешних помех;  – эффективная полоса частот системы; m – коэффициент несовпадения полосы частот тракта приема с полосой  помехи [3].

Подстановка формул (2–5) в (1) дает математическую модель для оценки вероятности ошибки в каждом канале с абонентами сети:

.

Данная математическая модель позволяет учесть влияние внешних источников вне зави- симости от стандарта и применяемого сигнала. Кроме того, модель позволяет оценить вклад собственной системы в помеховую обстановку и проведение оптимизации частотно-территориаль­ного деления радиосети по критерию достоверности.

Предложенная математическая модель количественной оценки достоверности в радиосетях Ethernet со скачкообразным изменением частоты, в частности по стандарту 802.11, позволяет определить битовую ошибку в каждом отдельном канале между любыми двумя корреспондентами радиосети Ethernet в зависимости от топологии сети, ориентации антенн каждого абонента, параметров антенных систем каждого абонента, рабочей длины волны, расстояния между абонентами, мощности передатчиков абонентских станций.

Список литературы

1.  ISO/IEC 8802-11: 1999 - Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications.

2.  Головин О.В., Шварц В.,Простов С.П. Комплексная оценка эффективности систем связи. // Радиотехника. – 1999. - №7.

3.  Зюко А.Г., Коробов Ю.Ф. Теория передачи сигналов. - М.: Связь, 1972. -282с.

4.  Мухин А.М., Чайников Л.С. Системы связи подвижной службы общего пользования. – СПб.: Наука и техника, 2001. – Т. 1. -240 с.

5.  Писарев Ю. Беспроводные сети: на пути к новым стандартам.// PC Magazine. – 1999. - №10.