802.11n

Prof. dr hab. inż. Evgeny Ochin
Wybrane problemy informatyki i sieci komputerowych


802.11n


NetWorld
Sieci kompterowe i telekomunikacja

Nr 05/2008 (146)
www.networld.pl



Częstotliwość fali                               Długość fali

Ekstremalnie niska  ELF          <3 kHz             >100 km
Bardzo niska        VLF        3÷30 kHz           10÷100 km
Niska                LF      30÷300 kHz            1÷10 km
Średnia              MF    300÷3000 kHz          100÷1000 m
Wysoka               HF        3÷30 MHz          10 ÷100 m
Bardzo wysoka       VHF      30÷300 MHz            1÷10 m
Ultra wysoka        UHF    300÷3000 MHz           10÷100 cm
Super wysoka        SHF        3÷30 GHz            1÷10 cm
Ekstra wysoka       EHF      30÷300 GHz            1÷10 mm

 

 

Standard

 

Opis

802.11

Rodzina specyfikacji dotyczących sieci bezprzewodowych (WLAN), a także pierwszy standard oferujący szybkość transmisji na poziomie 1 Mb/s lub 2 Mb/s

802.11a

Specyfikacja IEEE dla sieci pracujących w paśmie 5 GHz z przepustowością do 54 Mb/s

802. llb

Specyfikacja IEEE dla sieci pracujących w paśmie 2,4 GHz z przepustowością do 11 Mb/s

802. llc

Sposób działania mostów pomiędzy sieciami

802. lld

Specyfikacja pozwalająca na zmiany konfiguracji w warstwie kontroli dostępu do mediów

802. lle

Rozszerzenie 802.1 1a i 802.1 1b definiujące mechanizmy QoS

802. llf

Definiuje roaming w sieciach przy zastosowaniu protokołu IAPP

802. llg

Specyfikacja IEEE dla sieci pracujących w paśmie 2,4 GHz z przepustowością do 54 Mb/s

802. llh

Europejski odpowiednik 802.1 1a w paśmie 5 GHz, z użyciem(DCS/DFS) oraz TPC

802. lli

Specyfikacja bezpieczeństwa dla sieci 802.11, wprowadzenie WPA

802. llj

Standard 802.1 1a zmieniony na potrzeby Japonii

802. llk

Opisuje protokół wymiany informacji pomiędzy punktami dostępowymi a ich klientami zawierających opis ich możliwości

802. llm

Grupa robocza pracująca nad poprawieniem błędów w dotychczas zatwierdzonych standardach i nowelizacjach

802. lln

Umożliwia zwiększenie prędkości i niezawodności oraz dystansu na jakim może pracować sieć, przepustowość do 540 Mb/s. Niezatwierdzony.

802. llp

Określa zasady pracy sieci Wi-Fi w środkach komunikacji (autobusy, samoloty itp.). Niezatwierdzony.

802. llr

Specyfikacja pozwalająca na zmniejszenie czasu przełączania pomiędzy punktami dostępowymi.

802. llxx

Sposób działania inteligentnego zarządzania pakietami XXJE2R.

Spis standardów IEEE 802.11

802. 11n

Organizacja IEEE na początku roku 2004 ogłosiła rozpoczęcie prac nad stworzeniem nowego standardu 802.11n. Obecnie planowana data zakończenia prac to rok 2010. Ma się on charakteryzować większym zasięgiem i szybszą transmisją danych od sieci obecnie stosowanych.

 

W planach jest uzyskiwanie maksymalnej przepustowości 540 Mb/s, co w rzeczywistości będzie odpowiadało użytkowej prędkości 200 Mb/s. Większą szybkość transmisji uzyskuje się poprzez zastosowanie technologii MIMO (Multiple Input Multiple Output), która charakteryzuje się wykorzystaniem wielu anten do nadawania/odbioru sygnału. Dodatkowo urządzenia tego typu potrafią wykorzystać kilka kanałów transmisyjnych w celu stworzenia połączenia. Jednak technologia ta nie dokońca sprawdza się w paśmie 2,4 GHz, gdzie dostępne są jedynie trzy nienakładające się na siebie kanały, więc rozważa się wykorzystanie pasma 5 GHz do realizacji tego standardu, gdyż pasmo to dysponuje większą liczbą dostępnych kanałów. Inną technologią wykorzystywaną do zwiększenia prędkości transmisji jest agregacja ramek polegająca na wykorzystaniu losowego czasu między retransmisjami na połączenie ramek. Dzięki temu dochodzi do transmisji dłuższych pakietów, niż normalnie, co przekłada się na większą przepustowość łącza, gdyż urządzenie traci mniej czasu na uzyskiwanie dostępu do kanału transmisyjnego.

 

Dzięki zastosowaniu modulacji OFDM 802.11n ma być kompatybilne z 802.1 1a oraz 802. 11g. Twórcy standardu zapewniają również, że urządzenia draft-n będą miały możliwość pracy zarówno w paśmie 2,4 GHz, jak i 5 GHz.

MIMO — Multiple Input Multiple Output
(SISO — Single Input Single Output)

Technologia MIMO

MIMO (Multiple Input Multiple Output) jest technologia transmisji danych, w której wykorzystano nie pojedynczą, ale kilka anten zainstalowanych po stronie nadawczej i odbiorczej oraz wykorzystuje się zjawisko propagacji wielodrogowej fal radiowych w celu zwiększenia wydajności systemu radiokomunikacyjnego.

 

Na technologię tę składają się głównie trzy techniki radiowe:

 

Kodowanie wstępne (precoding), dzięki której sygnał z każdej anteny transmitowany jest z odpowiednią wartością przesunięcia fazowego. Przesunięcie jest tak dobrane przez nadajnik, aby wzrost poziomu mocy sygnału w odbiorniku był jak największy, aby operacja ta była możliwa nadajnik na bieżąco uaktualnia informację o stanie kanału, w którym nadaje.

 

Zwielokrotnienie przestrzenne (spatial multiplexing), w którym strumień danych dzielony jest na kilka strumieni, a każdy z nich nadawany jest z innej anteny z wykorzystaniem tego samego kanału częstotliwościowego.  Strumienie są oznaczane przez nadajnik, dzięki czemu odbiornik nie ma problemów z ich identyfikacją. Technika ta idealnie nadaje się, aby znacznie zwiększyć pojemność kanału.

 

Technika wyboru najlepszego sygnału lub jednoczesnego ich odbioru w celu uniknięcia zaników wielodrogowych (Space-Time diversity coding). Pozwala ona na zwiększenie siły odbieranego sygnału oraz znacząco poprawia wydajność w porównaniu z wykorzystaniem kanałów SISO (Single Input Single Output).

 

W tradycyjnym systemie radiokomunikacyjnym zjawisko wielodrogowości jest niepożądane. Tymczasem technologia MIMO zjawisko to traktuje jako zaletę, ponieważ dane celowo są wysyłane wieloma drogami, przy wykorzystaniu kilku anten nadawczych. Takie podejście pozwoliło na osiągnięcie wielokrotnie większej szybkości sieci, a także pozwoliło uzyskać większy zasięg. Na bazie tej technologii powstaje obecnie nowy standard 802.11n, który ma zapewniać szybkość transmisji do 540 Mb/s.

 

Nadajnik wykorzystując wiele modułów radiowych i algorytm kluczowania fazy, co powoduje, że duża część mocy nadanej jest odbierana przez odbiornik. Sygnały wysłane mieszają się ze sobą, aby umożliwić odbiornikowi ich rozróżnienie każda wiązka fal jest oznaczana odpowiednią sekwencj ą bitów. Po stronie odbiornika nie tylko dochodzi do wzmocnienia odbieranego sygnału, ale także redukowane są negatywne skutki wielodrogowości, dzięki łączeniu części sygnałów docierających na różnych częstotliwościach i przesuniętych w fazie.

802.11n — kanał o szerokości 40 MHz w paśmie 5 GHz


Signal radiowy

 

Aby zrozumieć działanie MIMO (Multiple Input Multiple Output), konieczne jest przypo­mnienie kilku pojęć z zakresu tech­nologii radiowych. W „tradycyjnych" systemach radiowych (SISO - Single Input Single Output), złożonych z poje­dynczego wyjścia (nadajnika) i po­jedynczego wejścia (odbiornika) ilość informacji, jaką da się prze­nieść, wykorzystując sygnał radio­wy, zależy od różnicy poziomów sygnału odbieranego (RSSI - Rece-ived Signal Strength Identifier) i szumu „słyszanego" przez odbior­nik. Wielkość ta jest wyrażana ty­powo w decybelach (dB) jako SNR (Signal-to-Noise Ratio - odstęp sy­gnału od szumu).

Podstawowym założeniem MIMO jest jednoczesne wykorzystanie kilku odbiorników i nadaj­ników (pracujących na jednym zakresie częstotliwości) dla pod­niesienia jakości odbieranego sy­gnału. Stosuje się w tym celu kil­ka technik.

Pierwszą z nich jest formowa­nie wiązki (transmit beamforming), realizowane przez nadaj­nik. Technika ta wykorzystuje zjawisko interferencji między sy­gnałami radiowymi - łatwo sobie wyobrazić, że nakładające się na siebie fale radiowe o tej samej czę­stotliwości mogą się wzmacniać („interferencja konstruktywna", jeżeli są zgodne w fazie) lub wza­jemnie tłumić („interferencja de­struktywna", gdy ich faza jest przesunięta).

Przy odpowiedniej synchroniza­cji sygnału nadawanego z dwóch anten można zatem uzyskać „złoże­nie" sygnałów w konkretnym miej­scu w przestrzeni. Jeżeli tym miej­scem jest antena odbiornika -jakość sygnału może się istotnie poprawić. Technika ta - ze względu na złożo­ność procesu synchronizacji wiązek -jest w praktyce stosowana głów­nie dla klientów z pojedynczą ante­ną odbiorczą i w środowiskach z niewielką liczbą przeszkód, utrud­niających „składanie" sygnałów. Nie jest też oczywiście łatwa bez in­formacji „z drugiej strony" - nadaj­nik musi dysponować informacją zwrotną, umożliwiającą synchroni­zację sygnałów (a taką informację mogą przesłać tylko odbiorniki zgodne z 802.lin). Uwzględniając niewielką długość fali radiowej (120 mm dla zakresu 2,4 GHz i 55 mm dla 5 GHz), jasne jest tak­że, że czas ważności tej informacji jest niewielki, a wszelkie zmiany w środowisku (np. przemieszcza­nie się klienta) powodują koniecz­ność rewalidacji parametrów. Poza tym technika ta nie może być wy­korzystana do transmisji ruchu rozgłoszeniowego czy multicast (bowiem skupia się na optymali­zacji transmisji do konkretnego odbiornika). Formowanie wiązki pozwala w określonych warun­kach istotnie zwiększyć odległość między punktem dostępowym a klientem z zachowaniem wyż­szej prędkości transmisji (jednak nie pozwala na zwiększenie zasię­gu tegoż punktu).

Druga z technik wchodzących w skład MIMO wykorzystuje zja­wisko wielotorowości sygnałów radiowych i nosi nazwę multipleksacji przestrzennej (spatial multiplexing). W typowych śro­dowiskach, w jakich wdrażane są sieci WLAN, sygnał radiowy bar­dzo rzadko obiera najkrótszą dro­gę pomiędzy nadajnikiem a od­biornikiem. Głównym powodem tego są różne przeszkody (ściany, meble, drzwi, elementy konstruk­cyjne), często przesłaniające linię widoczności pomiędzy nimi. Jed­nocześnie wszystkie te elementy zawierają liczne fragmenty odbi­jające sygnał radiowy. Wracając do analogii z lampką — nawet je­żeli okno sąsiada nie znajduje się w zasięgu naszego wzroku, ale za to wszystkie rzeczy w naszym otoczeniu zawierają lusterka, to światło generowane przez żarów­kę będzie do naszych oczu docie­rało, odbijając się w tychże zwier­ciadłach. Będziemy je widzieć w niejednym z nich (czę­sto wielokrotnie odbite).

Kiedy wiązka radiowa biegnie do odbiornika różnymi drogami, czas jej przybycia (a w efekcie przesunięcie fazowe sygnału) zale­ży od drogi, jaką przebyła. Na po­czątku „zjawi się" wiązka bezpo­średnia, za mą kolejne kopie (echo) sygnału. Różnice w czasie będą oczywiście niewielkie (sygnał ma prędkość zbliżoną do prędkości światła, co daje różnice na pozio­mie pojedynczych nanosekund), ale wystarczające do zaistnienia interferencji i istotnej degradacji jakości odbieranego sygnału. Zja­wisko wielotorowości było dotąd (dla 802.11a/b/g) dużym problemem - MIMO przekształca je w zaletę. Wykorzystując kilka rów­nolegle działających nadajników i anten, transmitowanych jest wie­le sygnałów - każdy z nich nosi nazwę strumienia przestrzennego (spatiai stream). Ponieważ każda antena ma nieco inne położenie, każdy sygnał biegnie trochę inną drogą (zjawisko dywersyfikacji przestrzennej - spatiat diversity). Stacja docelowa jest również wypo­sażona w kilka równolegle działa­jących anten i odbiorników. Każdy z nich, niezależnie od pozostałych, przetwarza odebrane sygnały, a wyniki są między sobą korelowane (z wykorzystaniem bardzo złożo­nych algorytmów matematycz­nych). W rezultacie uzyskiwany jest sygnał o znacznie wyższej jakości (SNR) w porównaniu z odbiorni­kiem z pojedynczą anteną czy na­wet z formowaniem wiązki.

Dodatkowym mechanizmem wykorzystywanym przez MIMO jest możliwość jednoczesnej trans­misji poszczególnych części wia­domości w różnych strumieniach przestrzennych. Każdy system wykorzystujący MIMO jest ozna­czany dwoma tajemniczymi cyfer­kami z ,,x" w środku - np. 1x2 czy 3x3, Oznaczają one liczbę nadajni­ków (pierwsza cyfra) i odbiorni­ków (druga). 802.lin definiuje pewną ilość kombinacji, począw­szy od 2x1 (realizującym formowanie wiązki), a kończąc na 4x4. Wzrost SNR jest oczywiście zależ­ny od liczby użytych nadajników i odbiorników, aczkolwiek nie li­niowo — różnice są bardzo duże przy przejściu z 2x1 na 2x2 i po­tem na 2x3. Kolejne elementy oczywiście poprawiają wydajność, ale już znacznie mniej spektakularnie.

Dodatkowym mechanizmem wykorzystywanym przez MIMO jest możliwość jednoczesnej trans­misji poszczególnych części wia­domości w różnych strumieniach przestrzennych. Każdy system wykorzystujący MIMO jest ozna­czany dwoma tajemniczymi cyfer­kami z ,,x" w środku - np. 1x2 czy 3x3, Oznaczają one liczbę nadajni­ków (pierwsza cyfra) i odbiorni­ków (druga). 802.lin definiuje pewną ilość kombinacji, począw­szy od 2x1 (realizującym formowanie wiązki), a kończąc na 4x4. Wzrost SNR jest oczywiście zależ­ny od liczby użytych nadajników i odbiorników, aczkolwiek nie li­niowo — różnice są bardzo duże przy przejściu z 2x1 na 2x2 i po­tem na 2x3. Kolejne elementy oczywiście poprawiają wydajność, ale już znacznie mniej spektakularnie.

Interferencja



Odbicie falej radiowuch



WLAN



WWAN

___!!!___Time is Money___!!!___ Where to enclose the Time if the Money while is not present...
 
Reklama
 
Główny problem Informatyki
 
Główny problem Informatyki
"Jak w tym wszystkim nie zaplątać się",
obecne nie został rozwiązany.

Edsger W. Dijkstra

19.XI.2000
Telefony dual mode VoWLAN/GSM
 
Telefony dual mode VoWLAN/GSM

Janusz Chustecki data 09.05.2008, um 13:01:13 Uhr
Cisco i Nokia zapowiedziały w Barcelonie na kongresie 3GSM World Congress nowe telefony dual-mode, które współpracują zarówno z sieciową infrastrukturą VoIP firmy Cisco, jak i z publiczną siecią komórkową GSM.
Telefony Nokia E61i i E65 zawierają układy radiowe GSM oraz 802.11g. Producent dołącza do telefonów oprogramowanie sprawdzające automatycznie, które połączenie należy wybrać. Jeśli sygnał Wi-Fi jest wystarczająco silny, rozmowa jest prowadzona przez punkt dostępowy. Jeśli tak nie jest, rozmowa jest obsługiwana przez stację bazową telefonii komórkowej GSM.

Nokia E61i
Telefonom towarzyszy też oprogramowanie, które pozwala integrować je z firmowymi (Cisco) centralkami telefonicznymi CallManager (IP PBX).

 
Today, there have been 8 odwiedzający (48 wejścia) on this page!
=> Chcesz darmową stronę ? Kliknij tutaj! <=