MIMO & IEEE 802 - UFPR · • O uso da tecnologia MIMO permite incrementar significativamente a taxa de transmissão nas IEEE 802.11n & MIMO freqüências já existentes (IEEE 802.11a/b/g).

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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]


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


• 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)


• 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


• 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 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


• 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


• 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


• 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


• Combinando-se 4 níveis de amplitude (AM) com 4defasamentos tem se 16QAM:defasamentos, tem-se 16QAM:

Defasamentos

udes

Ampl

itu

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 64QAM -73 dBm/ Q

48 Mb/s 64QAM -75 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.


• 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


MIMOSinal Refletido

AcessPoint

Cliente

Sinal Direto

Point

Sinal Refletido


• 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!


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

MIMO

, ptransmissão de dados.


• Transmissão

MIMO


• Recepção

MIMO

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TE155-Redes de Acesso sem FiosTE155-Redes de Acesso sem Fios

• 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

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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