Jak probíhají bezdrátové přenosy v sítích WLAN?
Rádiové přenosy mohou být řešeny více různými způsoby, z nichž každý má určité výhody, ale současně i nevýhody - včetně toho, jak vysokých přenosových rychlostí umožňuje dosáhnout, jaký má dosah, jak je ovlivněn prostorovými překážkami, jak je citlivý na vnější vlivy typu rušení, multifázového zkreslení atd. Vše samozřejmě dále závisí i na tom, jaké kmitočty (frekvence) jsou (resp. smějí být) pro bezdrátové přenosy používány. Ze zákonů fyziky přitom obecně vyplývá, že vyšší frekvence mají kratší dosah a horší penetraci (schopnost prostupovat přes překážky) než frekvence nižší (a přenosy na vyšších frekvencncích mají obvykle vyšší energetickou spotřebu). Na druhé straně na vyšších frekvencích bývají dostupné větší rozsahy frekvencí (širší pásma), která umožňují dosáhnout vyšších přenosových rychlostí. Vedle toho samozřejmě záleží i na konkrétní technice, jakou rádiový přenos používá.Principiálně nejjednodušší je tzv. úzkopásmový přenos, kdy vysílač používá co možná nejužší frekvenci (frekvenční pásmo), a přijímač je co nejpřesněji naladěn právě na tuto frekvenci. Problémem bývá nutnost věšího vysílacího výkonu, hlavně pak ale citlivost na různá rušení a nebezpečí přeslechu od jiných přenosů - tomu lze zabránit pouze dostatečnou koordinací všech možných rádiových přenosů v dosahu. A to je často nemožné.
Širokopásmové přenosy
V praxi bezdrátových sítí se používají spíše přenosy tzv. "v rozprostřeném spektru" (Spread Spectrum Transmissions). Jde o techniky, které byly původně vyvinuty pro vojenské účely, s cílem minimalizovat či zcela eliminovat jakoukoli možnost odposlechu. Dnes se ty samé techniky používají s jiným hlavním cílem - dosáhnout větší odolnosti proti rušícím vlivům, bez nutnosti koordinace jednotlivých přenosů (a obecně také kvůli větší spolehlivosti, možnosti používat menší vysílací výkon, což vede k nižší spotřebě atd.).
Pro správné pochopení technik z kategorie "rozprostřeného spektra" si popišme podrobněji dvě nejčastěji používané techniky:
- techniku přímo rozprostřeného spektra (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)
- techniku rozprostřeného spektra s přeskakováním kmitočtů (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)
DSSS, alias přímo rozprostřené spektrum
Technika přímo rozprostřeného spektra (DSSS, Direct Sequence Spread Spektrum) předpokládá, že každý jednotlivý bit, určený k přenosu, je nejprve nahrazen určitou sekvencí bitů, a skutečně přenášena (modulována na nosný signál) je pak tato až sekvence bitů. Například standard 802.11 pro přenosové rychlosti 1 Mbps a 2 Mbps počítá s tím, že každý bit je nahrazen 11-bitovou sekvencí bitů (tzv. Barkerovým kódem), označovanou také jako tzv. chip. Jde tedy vlastně o umělé zavedení redundance (nadbytečnosti), podobné tomu, které se při datových přenos někdy používá pro zajištění větší spolehlivosti přenosů (jde o tzv. samoopravné kódy, umožňující příjemci opravit část eventuelních chyb při přenosech). Zde je ale důvod pro zavedení takovéto redundance jiný - signál je zde rozprostřen do větší části spektra, je méně citlivý vůči rušení (což opět zvyšuje spolehlivost přenosu), a ostatním uživatelům se jeví jako náhodný šum (k tomu je zapotřebí, aby příslušná sekvence bitů, alias chip, byla volena alespoň pseudonáhodně).
Představu této techniky ukazuje následující obrázek
 |
FHSS, aneb přeskakování kmitočtů
Princip této techniky je velmi jednoduchý: nosný signál s namodulovanými daty signál je vysílán na určité frekvenci (resp. v úzkém frekvenčním pásmu, sub-kanálu, v případě 802.11 o šířce 1 MHz) jen po velmi krátkou dobu (maximálně 400 milisekund), a poté "přeskočí" a pokračuje na jiné (dostatečně "vzdálené") frekvenci, a takto se vše trvale opakuje - s tím že vysílající i přijímající strana dopředu zná přesnou sekvenci "přeskoků". Představu ilustruje obrázek.
 |
Když tuto techniku původně zavedli vojáci, sledovali hlavně to, aby nepřítel nedokázal sledovat posloupnost přeskoků a tudíž ani nemohl zachytit celé vysílání jako takové (maximálně zachytil jen velmi krátké úryvky na jednotlivým sub-kanálech). V sítích WLAN se tohoto efektu využívá k tomu, aby se omezil vliv "souběhů", kdy různé přenosy využívají stejné frekvence. Ani při vhodně volených sekvencích přeskoků sice nejsou vyloučeny souběhy a vzájemné rušení, ale jejich efekt je minimalizován omezenou délkou trvání souběhu dvou přenosů na stejném sub-kanále.
Technika ortogonálního frekvenčního multiplexu
Ještě další technikou, která se používá v rámci bezdrátových lokálních sítí, je tzv. ortogonální frekvenční multiplex. Striktně vzato nejde o techniku "rozprostřeného spektra", protože nosný signál zde nemění svou frekvenční polohu, ale na druhé straně celá tato technika slouží stejnému účelu - "rozprostírá" přenos do větší části spektra, s cílem dosáhnout co nejvyšší celkové přenosové rychlosti. Konkrétní princip je takový, že tu část frekvenčního spektra, kterou má tato technika k dispozici, rozděluje na menší části (sub-kanály), po kterých přenáší samostatné nosné signály (sub-nosné). Na každý takovýto (sub) nosný signál pak mohou být samostatně namodulována konkrétní data, čímž v zásadě vzniká nezávislý přenosový kanál. Lze si tedy představit, že "celková" data, určená k přenosu, jsou průběžně rozkládána do jednotlivých dílčích přenosových kanálů, přičemž toto rozdělování může být adaptivní a sledovat to, jaké jsou v daném okamžiku přenosové schopnosti daného dílčího kanálu (jak se v něm projevuje event. rušení atd.) - momentálně nejméně zarušené dílčí kanály mohou být využívány intenzivněji (s vyšší přenosovou rychlostí) než ty dílčí kanály, které právě vykazují zhoršené přenosové vlastnosti.
Stejná technika ortogonálního frekvenčního multiplexu je využívána např. u technologie ADSL, či u datových přenosů po silových rozvodech napájecích sítích. Ve všech případech umožňuje maximalizovat využití přenosových schopností daného média i v situaci, když část přenosového spektra má různé vlastnosti (a tyto se dokonce v čase mění).