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Ewaldo Luiz de Mattos Mehl
TE155-Redes de Acesso sem Fios
MIMO & IEEE 802.11nEwaldo Luiz de Mattos MehlUniversidade Federal do ParanáDepartamento de Engenharia Elé[email protected]
TE155-Redes de Acesso sem Fios
Taxa Alcance
IEEE 802.11a/b/g/n
Designação Freqüência Taxa Tip/Max
Alcance Indoor
802.11a 5,1 GHz 25 Mb/s54 Mb/s 30 m
802.11b 2,4 GHz 6 Mb/s 11 Mb/s 30 m
802.11g 2,4 GHz 24 Mb/s54 Mb/s 30 m
802.11n draft2,4 GHz5,1 GHz
200 Mb/s540 Mb/s
50 m
TE155-Redes de Acesso sem Fios
• 2004: formado o Grupo de Trabalho IEEE 802.11nb l d d d
IEEE 802.11n
• Objetivo inicial: padronizar os equipamentos de modoa ampliar a taxa de transmissão do protocolo 802.11gpara 100 Mb/s
• Diversas empresas estavam oferecendo equipamentoscom taxa de transmissão > 54 Mb/s com soluçõesproprietáriasp p
• Logo nas primeiras reuniões foi estabelecido que nãoseria possível padronizar nenhuma das soluçõesproprietárias que já existiam
• Proposta aceita: usar tecnologia MIMO (Multiple-Input - Multiple Output)
TE155-Redes de Acesso sem Fios
• Alguns equipamentos “802.11g” são anunciados comocapazes de obter taxas de transmissão > 54 Mb/s
IEEE 802.11g “turbinado”
p• São soluções proprietárias: não há padronização!• Chipset Broadcom: até 125Mb/s
Técnicas usadas: framebursting & compressãoMarcas comerciais: Linksys “SpeedBooster”, Belkin, Dell, Gateway & HP.
• Chipset Atheros: até 108 Mb/s “Super G”• Chipset Atheros: até 108 Mb/s Super GTécnicas usadas: frame-bursting, compressão echannel-bonding.Marcas comerciais: D-Link, Netgear, Sony, Toshiba.
• Isto não é MIMO !
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IEEE 802.11b/g
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• Alguns equipamentos 802.11b/g tem duas antenas
• As duas antenas são usadas para diversidade: oequipamento escolhe a antena que está com osinal mais forte!
• Isto não é MIMO !
Exemplo:Linksys WRT 54g
O que é MIMO?
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• É o uso de múltiplos fluxos de dados de entrada esaída para incrementar a taxa de transmissão.
• No caso de IEEE 802.11n, usar MIMO significa usardiversas antenas.
• Cada frame de dados é dividido em blocos independentes, que são transmitidos por canais i d d tindependentes.
• À primeira vista esta técnica diminuiria a velocidade!
• Como isto funciona?
Modulação digital
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• Amplitude Shift Keying (ASK):A amplitude do sinal sinaliza seA amplitude do sinal sinaliza seo bit é “0” ou “1”
• Frequency Shift Keying (FSK):Usa-se duas freqüênciasdiferentes para “0” e “1”
• Biphase Shift Keying (BPSK):O sinal possui duas fases:0° l “0”0° para sinalizar “0”180° para sinalizar “1”
Obs.: BPSK também é chamada de Binary-Phase Shift Keying
Modulação digital
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• Quadrature Phase Shift Keying (QPSK): Há 4 defasamentospossíveis:
Defasamento Dados
45º 11
135º 01
225º 00
315o 10
Diagrama de Gray:
• Quadrature Differential Phase Shift Keying (QDPSK):Também há 4 defasamentos, mas o defasento éconsiderado em relação à fase anterior (melhora asincronização dos dados).
Código Gray
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Modulação digital
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• Eight Phase Shift Key (8PSK): usa 8 defasamentos:
Defasamento Dados
0o 000
45º 001
90o 101
135º 100
180o 110
225º 111
270o 011
315o 010
Modulação digital
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• Combinando-se 4 níveis de amplitude (AM) com 4defasamentos tem se 16QAM:defasamentos, tem-se 16QAM:
Defasamentos
udes
Ampl
itu
Modulação digital
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Amplitudes Defasamentos Resultado
8 8PSK 64QAM
16 16PSK 256QAM
32 32PSK 1024QAM
• 1024QAM não tem implementação prática atualmenteporquê seria impossível discriminar corretamente os32 diferentes níveis de amplitude.
Técnicas de modulação em 802.11b & 802.11g
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Velocidade Modulação Sensibilidade do Receptor54 Mb/s 64QAM -73 dBm/ Q
48 Mb/s 64QAM -75 dBm
36 Mb/s 16QAM -80 dBm
24 Mb/s 16QAM -84 dBm
18 Mb/s QPSK -87 dBm
11 Mb/s CCK -88 dBm1b
80
2.11
g
• CCK: Complementary Code Keying.
5,5 Mb/s CCK -91 dBm
1,2 Mb/s BPSK -94 dBm802.
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A tecnologia MIMO empregada na norma IEEE 802.11né uma forma mais eficiente de se usar o espectro
IEEE 802.11n
peletromagnético.
• G.J. Foschini, “Layered Space-Time Architecture for WirelessCommunication in a Fading Environment When Using Multi-ElementAntennas”, Bell Labs Technical Journal, vol. 1, no. 2, autumn 1996,pp. 41-59.pp
• G.G. Raleigh and J.M. Cioffi, “Spatio-temporal coding for wirelesscommunications”, Global Telecommunications Conference(GLOBECOM) 1996, Vol. 3, Nov. 1996, pp. 1809-1814.
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• O código binário é dividido em três fluxosindependentes de dados.
MIMO
p• O sinal assim dividido é encaminhado a trêstransmissores independentes com a mesmafreqüência de portadora, cada qual com sua própriaantena
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MIMOSinal Refletido
AcessPoint
Cliente
Sinal Direto
Point
Sinal Refletido
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• Na recepção também existem três antenas e trêsreceptores independentes.
MIMO
p p• Os sinais recebidos pelos três receptores são enviadosa um chip DSP que fará a remontagem do códigobinário.• Três sinais = três “incógnitas”
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• Se as três antenas ocupassem o mesmo ponto doespaço, o sistema não teria solução.
MIMO
p ç , ç• A recepção de sinais refletidos aumenta aprobabilidade do sistema de equações ser resolvido!• Utilizando-se a técnica MIMO, as reflexões de sinaisfazem com que a taxa de transmissão de dadosaumente!• MIMO é portanto uma maneira muito• MIMO é, portanto, uma maneira muitointeressante de se AUMENTAR A TAXA DETRANSMISSÃO sem que seja necessário aumentara banda espectral!
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• Aumentando-se o número de receptores/transmissores e antenas, aumenta-se a capacidade de
MIMO
, ptransmissão de dados.
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• Transmissão
MIMO
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• Recepção
MIMO
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• O uso da tecnologia MIMO permite incrementar a taxade transmissão na faixa de freqüências de 2,4 GHz até
IEEE 802.11n & MIMO
540 Mb/s.• Como conectar um equipamento de 540 Mb/s com o
computador?-Os Acess Points terão que ser ligados a equipamentosde rede compatíveis com 540 Mb/s.
ã ó-Cartão PCMCIA só chega a 132 Mb/s.-USB 2.0 só chega a 480Mb/s.
• A presença de equipamentos não-802.11n na regiãoprejudica a taxa de transmissão de 802.11n.
• Greenfield: local livre de emissão não-802.11n,
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• O uso da tecnologia MIMO permite incrementarsignificativamente a taxa de transmissão nas
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freqüências já existentes (IEEE 802.11a/b/g).• A taxa de transmissão aumenta com o número de
receptores/transmissores em paralelo.• Além de IEEE 802.11, a tecnologia MIMO está sendo
estudada para outras alternativas de transmissão dedados, tais como WiMAX e Celular 4G.
• O circuito eletrônico dos Acess Points e Clientes802.11n é significativamente mais complexo que os jáexistentes ⇒ Maior preço!
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