Что такое стандарт nanoNET (IEEE 802.15.4a)

Технология nanoNET разрабатывается компанией Nanotron Technologies GmbH и позиционируется на рынке как беспроводная сеть "последней мили", которая может быть применена, в частности, для сбора информации с различного рода датчиков и устройств. Максимальная заявленная битовая скорость составляет 2 Мбит/сек, однако в некоторых случаях для увеличения дальности и повышения надежности передачи данных имеет смысл использовать скорости 1 Мбит/сек и 500 Кбит/сек.

Несущая частота составляет 2.4 ГГц, ширина спектра сигнала – 80 МГц.

Для адресации узлов сети используются 6-байтовые числа (MAC-адреса), которые могут назначаться как централизованно, так и разработчиком приложений этой технологии; возможна также широковещательная рассылка кадров в сети.

Для передачи символов данных (бит) используются электромагнитные сигналы с плавно изменяющейся частотой (CSS-модуляция, Chirp Spread Spectrum). При этом для передачи двоичного символа может использоваться сигнал с увеличивающейся частотой, сигнал с уменьшающейся частотой и/или отсутствие сигнала. Также стандарт предусматривает возможность кодирования символов в четверичной (а не двоичной) системе счисления – в этом случае для кодирования нуля, единицы, двойки и тройки используются отсутствие сигнала, сигнал с увеличивающейся частотой, сигнал с уменьшающейся частотой и смешанный сигнал соответственно.

Передача одного символа (то есть одного бита информации для случая двоичной системы счисления и двух бит для случая четверичной) длится 1 мкс; таким образом, предельная скорость передачи составляет 1 Мбит/с для двоичной и 2 Мбит/с для четверичной систем счисления соответственно; имеется также режим передачи на скорости 500 Кбит/с.

Линейно-частотное кодирование

Технология nanoNet базируется на использовании линейно-частотной модуляции. Такое кодирование обладает рядом уникальных характеристик и применяется в основном в эхолокации (электромагнитной и акустической). Оно также используется и в природе, например дельфинами и летучими мышами для определения своего местоположения относительно других объектов.

Стандарт IEEE 802.15.4a использует два простых сигнала для обработки и передачи символов: чирп и синк (chirp, sync). Первый в течение длительности импульса (1 микросекунда) наполняется возрастающей или понижающей частотой. Длительность второго намного меньше, а форма напоминает всплеск. Необходимо отметить, что оба сигнала обладают частично дополняющими свойствами и имеют особый признак – у них одинаковый спектр (см. рис. 1).

Преобразование одного сигнала в другой происходит в дисперсионной линии задержки (ДЛЗ, см. рис. 2). Такая линия обладает способностью задерживать на разное время сигнал на разных частотах. Таким образом, если, например, на ДЛЗ поступает чирп-импульс с повышающейся частотой (сначала низкие, потом высокие), а ДЛЗ лучше задерживает более низкие частоты, то получится, что на выходе кристалла все частотные компоненты сигнала придут в одно время, что сформирует гигантский сфазированный импульс – sync-сигнал.

Именно благодаря этому автокорреляционному свойству приемо-передатчики nanoNET обладают очень высокой чувствительностью и стойкостью к внешним электромагнитным помехам (см. рис. 3).

Рис. 1. Chirp-импульс (верхний) и Sync-импульс (нижний) и их спектр

Рис. 2. Формирование Chirp- и Sync-импульсов

 Рис. 3. Битовая передача в nanoNET