nivelul fizic in retele 802.11
Post on 13-Jan-2016
38 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Nivelul Fizic in retele 802.11
Arhitectura nivelului fizicNivele fizice 802.11Spectrul radioCanaleSpread SpectrumFHSS, DSSS, HR/DSSS, OFDM, MIMOComparatie intre standardele 802.11Performanta comunicatieiViteze, pierderi pe legatura si distanteInterferenta multipathAntene, Amplificatoare
Arhitectura nivelului fizic
• Physical layer (PHY)
• Doua subnivele– Physical Layer Convergence Procedure (PLCP)
• Antet propriu
– Physical Medium Dependent (PMD)• Transmite folosind antena bitii primiti de la PLCP
• Functie clear channel assessment (CCA)– Indica MAC-ului detectia unui semnal
Nivele fizice 802.11
• Frequency-hopping (FH) spread-spectrum radio PHY• Direct-sequence (DS) spread-spectrum radio PHY• Infrared light (IR) PHY• 802.11a Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM) PHY• 802.11b High-Rate Direct Sequence (HR/DS sau
HR/DSSS) PHY• 802.11g Extended Rate PHY (ERP)• 802.11n Multiple Input/Multiple Output (MIMO) PHY
sau High-Throughput PHY
Spectrul radio• Spectrul radio este alocat in benzi de frecventa• Banda de frecventa defineste frecventele care pot fi
folosite de catre o anumita aplicatie• Banda de frecventa include benzi de garda
reprezentand portiuni nefolosite de frecventa• Dispozitivele wireless opereaza in gama undelor radio
a spectrului electromagnetic• ITU-R International Telecommunication Union -
Radiocommunication Sector• ITU-R reglementeaza alocarea spectrului de frecventa
radio (radio frequency – RF)• Benzile de frecventa sunt alocate pentru diferite
scopuri
• Unele benzi sunt puternic reglementate si sunt folosite pentru aplicatii cum ar fi controlul traficului aerian, alte benzi sunt fara licenta
• Mai multe benzi sunt rezervate pentru “unlicensed use”
• ISM – Industrial, Scientific and Medical• UNII – Unlicensed National Information Infrastructure• Benzi ISM
– 900MHz, 2.4GHz, 5GHz• Banda ISM 2.4GHz
– 802.11– Bluetooth
• In gama de 5GHz exista mai multe benzi rezervate pentru “unlicensed use” in Europa, Statele Unite si Japonia
• Gama undelor radio este subdivizata in sectiunea frecventelor radio si sectiunea frecventelor microunde
• Comunicatiile WLAN, Bluetooth, celular and satelite opereaza in sectiunea frecventelor microunde
• Sectiunea frecventelor microunde este impartita in:– Ultra High Frequency– Super High Frequency– Extremely High Frequency
• Urmatoarele benzi de frecventa sunt alocate retelelor WLAN 802.11:– 2.4 GHz (UHF) - 802.11b/g/n/ad – 5 GHz (SHF) - 802.11a/n/ac/ad– 60 GHz(EHF) - 802.11ad
Canale
• Stabilite prin standardul 802.11• 2.4GHz
– 11 canale in America de Nord– 13 canale in Europa– 22MHz frecventa ocupata (latimea de banda a canalului)– 5MHz separare intre frecventele centrale ale canalelor– Energia RF maxima este la frecventa centrala
• In cazul WLAN-urilor care necesita mai multe AP-uri este recomandata folosirea canalelor care nu se suprapun
Spread Spectrum
• Foloseste functii matematice pentru a difuza puterea semnalului peste o gama larga de frecvente
• Receptorul executa functia inversa• FCC impune limitarea puterii transmisiilor spread
spectrum– Puterea de iesire a transmitatorului max. 1W
– Effective radiated power max. 4W
• Tipuri– Frequency hopping (FH sau FHSS)
– Direct sequence (DS sau DSSS)
– Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
FHSS
• Sare de la o frecventa la alta intr-un model aleator transmitand o rafala scurta la fiecare subcanal
• 79 subcanale, fiecare de 1MHZ, in banda de 2.4GHz ISM
• Generatorul de numere pseudoaleator produce secventa de frecvente
• Statiile sar simultan la aceleasi frecvente• Durata petrecuta pe fiecare frecventa
– Timp de locuire
– Parametru ajustabil
– Mai mic de 400ms
• Avantaje– Alocare eficienta a spectrului in banda ISM
– Securitate• Secventa de salt
• Timpul de locuire
– Rezistenta buna in ceea ce priveste atenuarea la transmisia pe mai multe cai
– Putin sensibil la interferenta radio
• Dezavantaj– Latime de banda redusa
• 2Mbps FH PHY
DSSS
• Imprastie puterea peste o banda de frecventa mai mare folosind functii de codificare matematice
• Fiecare bit este transmis ca o secventa de 11 fragmente folosindu-se secventa Barker
• 2Mbps DS PHY
HR/DSSS
• 2.4GHz ISM• 11 milioane fragmente/secunda, 11Mbps• 802.11b HR/DSSS PHY• 1, 2, 5.5, 11Mbps• 1, 2Mbps, 1Mbaud cu 1 si respectiv 2 biti per baud,
modularea schimbarii de faza, compatibil cu DSSS• 5.5, 11Mbps, 1.375Mbaud cu 4 si respectiv 8 biti per
baud, codurile Walsh/Haramard
OFDM
• Divide canalul in mai multe subcanale si codifica o portiune de semnal peste fiecare subcanal in paralel
• 5GHz ISM, 2.4GHz ISM• 52 frecvente
– 48 pentru date
– 4 pentru sincronizare
• Codificare– Modularea schimbarii de faza pentru viteze de pana la
10Mbps
– QAM pentru viteze mai mari de 10Mbps
– La 54Mbps 216 biti de date sunt codificati in simboluri de 288 biti
• Avantaje– Imunitate mai buna la interferenta de banda ingusta
– Posibilitatea utilizarii benzilor care nu sunt contigue
– Eficienta buna a spectrului in termeni de biti/Hz
– Imunitate buna in fata atenuarii la transmisia pe mai multe cai
• 802.11a OFDM PHY (5GHz ISM)• 802.11g ERP PHY (2.4GHz ISM)
MIMO
• Imparte sirul de date in mai multe siruri si le transmite simultan folosind antenele disponibile
• 2 siruri permit o viteza maxima teoretica de 248Mbps
• Viteze cuprinse intre 150Mbps si 600Mbps
Comparatie intre standardele 802.11
Standard IEEE Viteza maxima Frecventa Compatibilitate
802.11 2 Mbps 2.4 GHz -
802.11a 54 Mbps 5 GHz -
802.11b 11 Mbps 2.4 GHz -
802.11g 54 Mbps 2.4 GHz 802.11b
802.11n 600 Mbps 2.4 si 5 GHz 802.11a/b/g
802.11ac 1.3 Gbps 5 GHz 802.11a/n
802.11ad 7 Gbps 2.4, 5 si 60 GHz 802.11a/b/g/n/ac
Performanta comunicatiei
• Signal-to-noise ratio (SNR) – factor determinant al performantei comunicatiei
• Capacitatea unui canal de comunicatii este data de teorema Shannon-Hartley
• Puterea amplificatorului masurata in decibeli (dB)
)_/_(log10 10 inputereoutputeredB
• Limita Shannon sau capacitatea Shannon
)1)/(^2(log*10
1)/(^2
)*1.0^101(log
)1(log
10
2
2
WCSNR
WCNS
SNRWCNSWC
• C – capacitatea maxima exprimata in bps• W – latimea de banda exprimata in Hz• S/N ca si raport de putere• SNR ca si dB
Viteze, pierderi pe legatura si distante
• Modulatiile de viteza mai mare impacheteaza mai multi biti intr-un interval de timp dat si necesita un SNR mai mare
• Nivelul semnalului si SNR scade cu distanta de la AP
• Viteza comunicatiei depinde de distanta
• Free-space path loss (FSPL) – pierderea puterii semnalului rezultata dintr-o cale dreapta prin spatiu liber, fara obstacole care sa cauzeze reflexie sau difractie
• f – frecventa (MHz)• d – distanta (km)
• Obstacolele reduc puterea semnalului• Calculul distantelor poate include un factor numit
link margin pentru pierderi neprevazute• Pierderea_totala=puterea_TX+castigul_antenei_TX-
FSPL-pierderea_pe_obstacole-link_margin+castigul_antenei_RX
44.32)(log20)(log20 1010 fdFSPL
Interferenta multipath
• Multipath fading sau multipath interference• Undele se adauga prin superpozitie• Unda totala reprezinta suma undelor care converg
intr-un punct
• Unda totala la receptor este suma undelor rezultate din transmisia semnalului pe mai multe cai
• De cele mai multe ori solutia este schimbarea orientarii sau pozitiei receptorului
Antene
• Convertesc semnalele electrice in unde radio si vice versa
• Fabricate din material conductor– Undele radio determina miscarea electronilor in conductor
si creaza un curent electric
– Curentul electric in conductor creaza un camp electric, variatia curentului determina variatia campului fapt ce cauzeaza un camp magnetic
• Dimensiunile antenelor depind de frecventa:– Dimensiunea scade cu cresterea frecventei
– Antene simple, dimensiunea este ½ lungimea de unda
• Clasificare dupa directie– Antenele nu maresc puterea semnalului;
redirectioneaza energia primita de la transmitator
– Omnidirectionale: transmit si receptioneaza semnale din orice directie
– Directionale: transmit si receptioneaza pe o portiune de camp mai ingusta, furnizeaza putere mai mare semnalului intr-o directie si putere mai putina semnalului in celelalte directii
– Yagi: tip de antena directionala, poate fi folosita pentru distante lungi, folosite de obicei pentru a extinde aria de acoperire in afara cladirilor sau pentru a conecta o alta cladire
• Linia de transmisie dintre transceiver si antena prezinta uzual o impedanta de 50Ω
Amplificatoare
• Maresc puterea semnalului• Amplificarea (castigul) se masoara in dB• Clasificare
– Zgomot redus• Low-noise amplifier (LNA)
• Amplifica semnalul receptionat
– Putere mare• High-power amplifier (HPA)
• Amplifica semnalul de transmis
top related