Druhy multiplexů
Chceme-li správně pochopit principy fungování bezdrátových sítí a jejich možnosti přenosu dat, je vhodné se alespoň letmo zmínit o způsobem dělení frekvenčních pásem (multiplexů), které používají. Připomeňme si, že cílem je využít toto pásmo pro více samostatných a na sobě nezávislých přenosových kanálů.
Tzv. frekvenční multiplex (FDMA, Frequency Division Multiplexing) je založen na přímém rozdělení jednoho "širšího" frekvenčního pásma na několik "užších" frekvenčních pásem, které mohou být používány samostatně a nezávisle na sobě. Jde o čistě analogovou techniku, použitelnou tudíž i v analogových sítích. Nevýhodou je poměrně velká režie, nutná k dostatečnému oddělení jednotlivých "užších" pásem, a v důsledku toho relativně velká neefektivnosti (ve využití "širšího" frekvenčního pásma). Tento typ multiplexu se používal a dosud používá např. v mobilních sítích 1. generace (např. v síti NMT).
Tzv. časový multiplex (TDMA, Time Division Multiplexing) je již digitální technikou, založenou na možnosti rozdělit přenosové schopnosti celého "širšího" frekvenčního pásma v čase. Lze si představit, že po jistý krátký časový okamžik se celé frekvenční pásmo věnuje jednomu dílčímu přenosovému kanálu, pak druhému, třetímu atd., pak znovu prvnímu, druhému ... a vše opakuje v neustálém cyklu. Používá se např. v sítích GSM (které jsou mobilními sítěmi 2. generace).
Tzv. kódový multiplex (CDMA, Code Division Multiplexing) je také již plně digitální a lze si jej představit tak, že pro potřeby přenosu "éterem" vůbec nedochází k dělení příslušného "širšího" frekvenčního spektra. Toto je využíváno pro přenos celé, a to pro potřeby více (všech) dílčích přenosů. Potřebné "dělení" je pak realizováno až v koncových zařízeních (přijímačích), které si "vezmou" jen to, co přísluší jimi používanému dílčímu přenosovému kanálu. Jako "kódový" je tento druh multiplexu označován proto, že jednotlivé dílčí přenosy jsou "zakódovány" do jediného společného přenosu (který využívá celé frekvenční pásmo), a každý účastník si z tohoto celku "dekóduje" jen to co mu přísluší, s využitím odpovídajícího kódu který má k dispozici. Výhodou tohoto řešení je vysoká efektivnost využití dostupného frekvenčního pásma (díky tomu že je využíváno celé). Stejně tak veškerá složitost, která je spojena s realizací multiplexu, je přenesena do koncových zařízení (vysílačích a přijímačích) a projevuje se ve zvýšených nárocích na inteligenci a výpočetní kapacitu těchto zařízení (aby uměly provádět potřebné kódování a dekódování). Zdokonalovat koncová zařízení přitom lze bez apriorních omezení, zatímco zvětšovat používané frekvenční rozsahy není možné. S využitím kódového multiplexu (v jeho dokonalejší a "širší" podobě, Wide CDMA) se počítá v mobilních sítích 3. generace.
Druhy bezdrátových sítí
Každá bezdrátová síť, pracující v licenčním pásmu, má vždy přiděleny určité konkrétní frekvence (resp. rozsahy frekvencí) a s nimi musí vystačit. Prostřednictvím technik z předchozího odstavce je může dělit na menší části a vytvářet tak dílčí kanály, prostřednictvím kterých pak vzájemně komunikují uživatelé sítě. Přitom je ale možné použít různé základní přístupy, ze kterých následně vyplývají různé koncepce bezdrátových sítí.
Jedna koncepce vychází z předpokladu, že dílčích přenosových kanálů (vzniklých vhodným dělením, pomocí jednoho z dostupných multiplexů) je dostatek pro všechny účastníky, kteří budou chtít komunikovat souběžně. Příslušné kanály jsou proto "platné" v celém dosahu sítě a jsou přidělovány dynamicky, na základě momentální potřeby (a následně zase uvolňovány). To pak umožňuje i přímý přenos od jednoho účastníka k více účastníkům současně (tzv. multicast či dokonce broadcast, neboli vysílání ke všem). Toho je s výhodou využíváno například bezpečnostními či záchrannými složkami, případně většími dopravci v jejich bezdrátových sítích apod. Na tomto principu (tzv. trunkových sítí, trunked networks) jsou založeny například standardy TETRA a TETRAPOL, obecně pak systémy PMR (Private/Professional Mobile Radio) a PAMR (Public Access Mobile Radio). Sítě na tomto principu jsou ovšem použitelné jen pro menší počty uživatelů - obvykle se uvádí jako hranice počet 200 uživatelů.
 |
Sítě na buňkovém principu
Pro větší počty uživatelů je nutné najít způsob, jak omezený počet frekvenčních kanálů použít opakovaně, tedy tak aby každý jednotlivý kanál mohl být využit více komunikujícími účastníky souběžně, bez toho aby se jejich přenosy navzájem ovlivňovaly. Řešením je tzv. buňkový (celulární) princip, který ilustruje obrázek. Celá oblast, která má být pokryta, je rozdělena na oblasti nazývané buňky. V každé buňce se vždy používá pro komunikaci určitý počet frekvenčních přenosových kanálů, vzniklých dělením pomocí frekvenčního multiplexu z celkového rozsahu frekvencí, které byly příslušné síti přiděleny. Důležité ale je, aby v žádné ze sousedních buněk nebyly používány stejné frekvenční kanály! Opakované použití stejných frekvenčních kanálů je možné, ale jen v nesousedních buňkách. Díky tomuto opakování je pak možné pokrýt libovolně velké území - stačí jen vhodně zvolit systém buněk a jimi používaných frekvenčních kanálů, a pak využít možnost opakování (na obrázku je znárodněna zjednodušená představa použití jednoho frekvenčního kanálu v celé buňce, a tento je vyjádřen konkrétní barvou).
V sítích na buňkovém principu ale nemůže docházet k přímé komunikaci dvou koncových účastníků. Pokud by se právě nacházeli ve stejné buňce, pak by to ještě bylo v principu možné, ale jakmile se nachází v různých buňkách, již to možné není. Proto zde nastupuje komunikace "přes prostředníka", kterým je samotná celulární síť. Vše probíhá takto: v každé buňce je jedna tzv. základnová stanice (BTS, Base Transceiver Station). Každý koncový účastník, resp. jeho koncové zařízení, komunikuje pouze s touto koncovou stanicí, na frekvencích (frekvenčních kanálech) které jsou v příslušné buňce používány. Komunikace s jiným účastníkem (v jiné nebo stejné buňce) se děje přes základnové stanice, které se propojí mezi sebou (viz obrázek č. 2). Limitujícím faktorem opět je bezdrátová komunikace mezi koncovým zařízením a základnovou stanicí, vzhledem k omezenému rozsahu využitelných frekvencí (naopak propojení mezi základnovými stanicemi může být realizováno jakýmkoli dostupným způsobem, třeba i "drátovými" spoji). V praxi pak samozřejmě záleží i na tom, kolik uživatelů právě komunikuje v rámci dané buňky - její celková přenosová kapacita je samozřejmě apriorně omezena (tím, kolik frekvenčních kanálů je buňce přiděleno).
 |
Družicové systémy LEO
Právě popsaný buňkový princip předpokládá, že uživatelé se mohou pohybovat a přecházet mezi jednotlivými buňkami (které se naopak nepohybují, díky pevné poloze základnových stanic). V jistém smyslu přesně opačně je tomu u satelitních sítí LEO (Low Earth Orbit), které tvoří soustava družic na nízké oběžné dráze. Díky své nízké dráze se tyto družice pohybují vůči zemskému povrchu, a tudíž i vůči uživateli. Ten přechází z dosahu jedné družice LEO do dosahu jiné družice, a tyto si mezi sebou předávají komunikaci s koncovým uživatelem obdobným způsobem, jako to dělají základnové stanice "pozemní" buňkové sítě při pohybu koncového uživatele.
Asi nejznámějším příkladem sítě LEO je ambiciózní projekt IRIDIUM s 66 družicemi, uvedený do provozu již v roce do provozu v roce 1998 (ale již v roce 1999 museli provozovatelé sítě IRIDIUM vyhlásit bankrot, nicméně v březnu 2001 byla síť znovuspuštěna po odkoupení novým investorem). Síť IRIDIUM nabízela (resp. nabízí) obousměrné datové přenosy na bázi přepojování okruhů rychlostí 2,4 kbps v rámci služby Dial-up Data, a dále datové přenosy pro potřeby připojení k Internetu, rychlostí až 10 kbps, v rámci služby Direct Internet Data.
Klasické satelitní přenosy využívají satelitů na tzv. geostacionární dráze. Takovéto satelity se vůči zemskému povrchu neotáčí (proto ostatně: geostacionární), a svým dosahem pokrývají stále stejnou oblast na zemském povrchu. Lze je velmi efektivně využít pro distribuci dat k více příjemcům současně (tedy pro multicast a broadcast), poněkud problematičtější je zpětný kanál při obousměrném přenosu. V praxi existují taková řešení datových přenosů přes geostacionární satelity, která řeší zpětný kanál použitím jiné přenosové cesty (pozemní, například telefonní sítě či pevné linky). Na tomto principu funguje např. služba DirecPC. Existují však již také obousměrné satelitní datové přenosy.
