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TE155-Redes de Acesso sem Fios

MIMO & IEEE 802.11n

Universidade Federal do ParanáDepartamento de Engenharia Elé[email protected]


IEEE 802.11a/b/g/n

Designação Freqüência Tip/Max

Indoor

802.11a 5,1 GHz 25 Mb/s54 Mb/s 30 m

802.11b 2,4 GHz 6 Mb/s11 Mb/s 30 m

802.11g 2,4 GHz 24 Mb/s54 Mb/s 30 m

802.11n draft 2,4 GHz5,1 GHz

200 Mb/s540 Mb/s

50 m


• 2004: formado o Grupo de TrabalhoIEEE 802.11n

IEEE 802.11n

• O jetivo inicia : pa ronizar os equipamentos e mo oa ampliar a taxa de transmissão do protocolo 802.11gpara 100 Mb/s

• Diversas empresas estavam oferecendo equipamentoscom taxa de transmissão > 54 Mb/s com soluçõesproprietárias

• 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)


• Alguns equipamentos “802.11g” são anunciados comocapazes de obter taxas de transmissão > 54 Mb/s

IEEE 802.11g “turbinado”

• São soluções proprietárias: não há padronização!• Chipset Broadcom: até 125Mb/s

Técnicas usadas: framebursting & compressãoMarcas comerciais: Linksys “SpeedBooster”, Belkin,Dell, Gateway & HP.

“ ” Técnicas 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


• 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?


• 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 édividido em blocosindependentes, que sãotransmitidos por canaisn epen en es.

• À primeira vista esta técnicadiminuiria a velocidade!

• Como isto funciona?

Modulação digital


• Amplitude Shift Keying (ASK):amp u e o s na s na za se

o 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° para sina izar 0180° para sinalizar “1”

Obs.: BPSK também é chamada de Binary-Phase Shift Keying

Modulação digital


• Quadrature Phase Shift Keying (QPSK): Há 4 defasamentospossíveis:

Defasamento Dados

45 º 11

135 º 01225 º 00

315 o 10

Diagrama deGray:

• 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


• Eight Phase Shift Key (8PSK): usa 8 defasamentos:

Defasamento Dados

0o 000

45 º 001

90 o 101

135 º 100

180 o 110

225 º 111

270 o 011

315 o 010

Modulação digital


• Combinando-se 4 níveis de amplitude (AM) com 4, -

Defasamentos

d e s

A m p l i t u

Modulação digital


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


Velocidade Modulação Sensibilidade do Receptor54 Mb s 64 AM -73 dBm

48 Mb/s 64QAM -75 dBm36 Mb/s 16QAM -80 dBm

24 Mb/s 16QAM -84 dBm18 Mb/s QPSK -87 dBm

11 Mb/s CCK -88 dBm 1 b

8 0 2

. 1 1

g

• CCK: Complementary Code Keying .

5,5 Mb/s CCK -91 dBm1,2 Mb/s BPSK -94 dBm 8

0 2

. 1

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A tecnologia MIMO empregada na norma IEEE 802.11né uma forma mais eficiente de se usar o espectro

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eletromagnético.

• 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.

• G.G. Raleigh and J.M. Cioffi, “Spatio-temporal coding for wirelesscommunications”, Global Telecommunications Conference(GLOBECOM) 1996 , Vol. 3, Nov. 1996, pp. 1809-1814.


• O código binário é dividido em três fluxosindependentes de dados.

MIMO

• O sinal assim dividido é encaminhado a trêstransmissores independentes com a mesmafreqüência de portadora , cada qual com sua própriaantena


MIMOSinal Refletido

Aces sCliente

Sinal Direto

Sinal Refletido


• Na recepção também existem três antenas e trêsreceptores independentes.

MIMO

• Os sinais recebidos pelos três receptores são enviadosa um chip DSP que fará a remontagem do código

binário.• Três sinais = três “incógnitas”

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• Se as três antenas ocupassem o mesmo ponto doespaço, o sistema não teria solução.

MIMO

• 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!

• , ,interessante de se AUMENTAR A TAXA DETRANSMISSÃO sem que seja necessário aumentara banda espectral!


• Aumentando-se o número de receptores/transmissores e antenas, aumenta-se a capacidade de

MIMO

transmissão de dados.


• TransmissãoMIMO


• RecepçãoMIMO

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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.-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

IEEE 802.11n & MIMO

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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