5.2.1 Traadita side tehnoloogiad

Traadita
side korral toimub andmete ülekanne elektromagnetlainete abil üle raadioeetri.
Traadita sideühenduste jaoks kasutatavad sagedused ulatuvad
ultrakõrgsagedusalasse (UHF - Ultra HighFrequencies), mis jääb vahemikku 300 -
3000 MHz ja lainepikkusega 1-10 dm. See on detsimeterlaineala, kus töötavad
koos mobiiltelefonidega, traadita võrguseadmetega, televisioonisaatjatega,
beebimonitoridega ka mikrolaineahjud.
Info ülekandmiseks moduleeritakse kandevsignaali. Moduleerimise meetodid on:
- Amplituudmodulatsioon (AM), mille puhul kandevsignaali amplituudi varieeritakse vastavalt andmesignaalile
- Sagedusmodulatsioon (FM), mille puhul kandevsignaali sagedust muudetakse vastavalt andmesignaalile
- Faasimodulatsioon (PM), mille puhul kandevsignaali faasi muudetakse vastavalt ülekantavale signaalile
Andmete ülekandmisel üle raadioeetri kodeeritakse bitid sümboliteks. Selleks seatakse biti väärtus vastavusse faasinihkele raadiosignaalis. Teades, et kokku on 360 kraadi faasinihkeid, võime kodeerida mitu bitti ühte sümbolisse. Digitaalne faasimodulatsioon (PSK - Phase-Shift Keying) on faasimodulatsiooni meetod ja selle lihtsaim variant on binaarne faasimodulatsioon, kus kandevlaine faasil võib olla ainult 2 väärtust - 0 ja 180 kraadi. Binaarse faasimodulatsiooni korral edastatakse iga sümboliga üks bitt.
Joonis 5‑4. Binaarne faasimodulatsioon (Q- kvadratuurlaine;I-faasislaine)
Kvadratuur-faasimodulatsiooni korral võib kandevlaine faasil olla 4 erinevat väärtust sammuga 90 kraadi, mis võimaldab iga sümboliga edastada 2 bitti.
Joonis 5‑5. Kvadratuur faasimodulatsioon (Q- kvadratuurlaine;I-faasislaine)
Kasutatakse ka 8 faasiga faasimodulatsiooni 8PSK, mis võimaldab iga sümboliga edastada 3 bitti. Seda kasutatakse näiteks EDGE andmeedastuse korral. Kasutades 3 bitti sümboli kohta saab iga sümbol edastada kaheksa erinevat väärtust. Niimoodi saab tõsta ülekantava info andmeedastuskiirust.
Joonis 5‑6. 8PSK faasimodulatsioon (Q- kvadratuurlaine;I-faasislaine)
Et vastuvõtupoolel oleks võimalik kindlaks teha, milline faas vastab millisele signaali väärtusele, tuleb kasutada sünkroniseeritud tugisignaali, mille faas on teada. Seepärast kasutatakse digitaalsetes sidesüsteemides enamasti diferentsiaalset faasimodulatsiooni, mille puhul vajadus tugisignaali järele puudub.
Diferentsiaalmodulatsiooni meetodi puhul on signaali muutuse aluseks signaali eelmine väärtus ehk võetakse arvesse erinevust spetsiifilise andmebiti ja tema eelmise väärtuse vahel.
Diferentsiaalne
binaar-faasinihkemodulatsioon (DBPSK - Differential Bi-Phase Shift Keyeing) on modulatsiooniskeem, mis kasutab
signaali faasi inverteerimist. Null väärtus seotakse muutmata faasiga ja
väärtus 1 muudab faasi. Seda kasutatakse näiteks WiFi võrkudes nõrga signaali
ülekandmiseks.
Diferentsiaalne kvadratuur-faasinihkemodulatsioon
(DQPSK - Differential Quadrature Phase
Shift Keying) modulatsioonitehnika puhul võib faas omada nelja eri
väärtust. Kasutatakse WiFi või Bluetooth võrkudes 2 Mbit/s andmeedastuseks.
4 või enama arvu bittide edastamisel kasutatakse kvadratuur-amplituudmodulatsioon (QAM - Quadrature Amplitude Modulation),
mille puhul lisaks faasile moduleeritakse ka kandevlainete amplituudi. Sellemodulatsiooni
puhul on kahe 90-kraadise nihkega kandevsignaali amplituud muudetud, et esitada
andmesignaali.QAM modulatsiooni korral saab iga sümboliga edastada kaks bitti -
üks bitt vastab ühe ja teine bitt teise kandevsignaali amplituudile. Kui iga
kandevsignaal on moduleeritud kahel tasemel, saame DQPSK modulatsiooni ja
korraga saab üle kanda ühe neljast võimalikust sümbolist - 4QAM. QAM eri
variatsioonid on vahemikus 16 kuni 256. Mida kõrgem on number, seda lühem
distants ja väiksem lubatav müra, et signaali ülekanne oleks korrektne.
Digitaalne ülekanne võib toimuda kas kitsaribatehnoloogias või kasutades spektrilaotustehnikat. Spektrilaotustehnoloogia jagab andmete edastuse üle olemasoleva sagedusriba. Niimoodi saavutatakse signaali parem vastupidavus mürale, häiretele ja pealtkuulamisele. Seda kasutatakse mobiilsides ja traadita võrgunduses.
Erinevad tehnikad spektrilaotuse kasutamiseks on:
- Kiiresti varieerides sidekanali kesksagedust, valides mingi väärtuse teatud sagedusvahemikust. Seda nimetatakse sageduse hüplemiseks (Frequency Hopping).
- Moduleerides ülekantavat signaali pseudojuhusliku bitimustriga, mis garanteerib, et signaali levitatakse pidevalt soovitud sagedusvahemikus.
Sellist modulatsiooniskeemi, mille puhul teostatakse moduleerimine koos spektri laiendamisega, saab teostada järgmiste tehnikatega:
Barkeri kood (Barker code) on otsejada-spektrilaotuse (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum) puhul andmevoo moduleerimiseks kasutatav 11 bitist koosnev bitijada, mis oma matemaatiliste omaduste tõttu on eriti sobiv raadiolainete moduleerimiseks. Barkeri koodiga moduleerimisel genereeritakse seeria kildudeks nimetatavaid andmeobjekte. Iga andmebitti "kodeeritakse" 11-bitise Barkeri koodiga, nii et edastatavas signaalis on iga andmebitt esindatud 11 killust koosneva koodina. DSSS on kasutusel näiteks IEEE 802.11b standardile vastavates raadiokohtvõrkudes
CCK (Complementary Code Keying) ehk otsejada-spektrilaotusega kodeerimismeetod, mis kasutab koodide seeriaid (Complementary Sequences), mid saab lihtsasti sünkroniseerida kasutades matemaatilist algoritmi. Seda kasutatakse IEEE 802.11b ja 802.11g raadiokohtvõrkude standardis 5,5 ja 11 Mbit/s andmeedastuskiiruse jaoks.
OFDM (Orthogonal FDM) see on modulatsioonimeetod, mida kasutatakse digitaaltelevisiooni (DVB-T) ja traadita võrgu standardite (802.11g, 802.11n) jaoks. OFDM'i spektrilaotusmeetod jaotab edastatavad andmed üle paljude kandevsageduste, mis erinevad üksteisest täpsete sageduste võrra. Hulk saatjaid ühendatakse ja igaüks saadab osa infovoost. Digitaalses andmesides kasutatakse 48 kanalit 64'st, et andmeid üle kanda.
Seadmete ühendumisel on võimalikud ümberlülitumised teistele modulatsiooniskeemidele, kui kõrgematel andmeedastuskiirustel ei õnnestu saavutada veavaba andmesidet. Näiteks sideseansi loomisel üritatakse alustada andmevahetust maksimaalsel kiirusel. Kui tekivad probleemid siis vähendatakse järjest kiirust. 802.11g standardi puhul tehakse esimene ühenduskatse kasutades OFDM moduleerimisskeemi kiirusel 54 Mbit/s. Kui see ei õnnestu siis tehakse teine katse CCK moduleerimisskeemiga, mis rakendab kättesaadavat 8 bitti11 Mbit/s ülekandeks või probleemide jätkudes 6 bitti kaheksast et ühenduda kiirusega 5,6 Mbit/s.
Kasutajate eraldamine ja põrgete vältimine andmeliikluses saavutatakse eri kanalite kasutamisega.Kolm üldist meetodit on sageduse jagamine, aja jagamine ja koodi jagamine.
- FDMA (Frequency Divison Multiple Access) annab igale kasutajale erineva sageduse.
- TDMA (Time Division Multiple Access) eraldab kasutajad ajas, määrates erinevad ajaintervallid iga kanali jaoks. Iga kanalit nimetatakse ajaintervalliks, kuna see reserveerib kindla ajaintervalli iga raadiopaketi jaoks. Seda kasutab mobiilsidesüsteem GSM.
- CDMA (Code Division Multiple Access) on kasutusel enamikes 3G süsteemides. Erinevad kasutajad eraldatakse koodidega.
- WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) CDMA süsteemi lairibaversioon. WCDMA on üks UMTS standardiga IMT-2000 lubatud raadioside meetodeid.Vahel kasutatakse WCDMA kohta ka nimetust FDD (Frequency Division Duplex).