1 / 43

Trådløs Kommunikasjon

Trådløs Kommunikasjon . Andreas Arntsen Bård Myrstad. Artikler . Wireless Bandwidth in the Making metoder for økt båndbredde i trådløse nett A MAC Protocol for a Wireless LAN Based on OFDM-CDMA lokale WLAN alternativer

marge
Download Presentation

Trådløs Kommunikasjon

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Trådløs Kommunikasjon Andreas Arntsen Bård Myrstad

  2. Artikler • Wireless Bandwidth in the Making • metoder for økt båndbredde i trådløse nett • A MAC Protocol for a Wireless LAN Based on OFDM-CDMA • lokale WLAN alternativer • Packet Mode in Wireless Networks: Overview of Transition to Third Generation • 2. generasjon – GSM, CDMA/IS95A • 2.5 generasjon – GSM/GPRS/HSCSD, CDMA/IS95B • 3. generasjon – UMTS, CDMA2000

  3. Trådløse teknikker for økt utnyttelse av frekvens spekteret ”Wireless Bandwidth in the making” Sergio verdu, Princeton University IEEE Communication Magazine, july 2000

  4. Båndbredde/datarate kapasitet • Radio frekvens spekteret • En endelig resurs • Reguleres av myndighetene • Flere interessegrupper • 1983 40MHz • Slutten av 80-tallet 50MHz • 1995 170MHz

  5. Moor’s law • Shannon’s capacity law • Datarate per frekvens er begrenset • Moore’s law virker ikke i det trådløse domene • Men det er mer å gå på

  6. Problemer i trådløsverden • Fading • Varierer over tid • Trådløse kanalers parametere varierer mer • Doppler • Multi-User • Brukerne er geografisk sprett .. • .. Og de er ukoordinerte • Strøm begrensninger • Begrenser styrken på signalet • Begrenser kompleksiteten i design

  7. Multi-aksess teknikker • Oppdeling av celler • 3G har en hierarkisk cellestruktur, der ”hot spots” kontrolleres av mikroceller • Kan ikke deles uendelig • Trenger flere basestasjoner • Flere og større ”gråsoner” • Terminalene vil bytte basestasjon oftere

  8. Forbedringer i CDMA • Bredspekter teknikker er robuste men gir dårligere utnyttelse av frekvens spekteret • Øke antall brukere per chip • 4 ganger bedre utnyttelse ved å gå fra ¼ til 2 brukere pr chip • Skille data og taletrafikk • Stiller ulike krav til signal styrke og spektral utnyttelse • Går fra simultan transmisjon til pakke trafikk

  9. Forbedringer i TDMA • Dynamisk tildeling av kanaler • Tildeler større/flere tidsluker ved liten trafikk • Prising for trafikkbelastning • Hybrider av CDMA og TDMA

  10. Wideband impuls radio • Sender korte impulser i små tidsintervall • Stjeler tidsluker fra andre frekvenser • Foreløpig ikke lovlig

  11. Multi-bruker deteksjon • Støy fra andre brukere utgjør en stor del av den totale støyen • 2G ser på dette som bakgrunnsstøy • Multi-aksess støy har struktur og er mindre tilfeldig enn Gaussisk støy • Kan brukes til filtrering • Kjenne igjen tidligere mottatte signaler

  12. Antenne Array • Direktive antenner • Mindre strømkrevende • Minsker støyen til andre antenner • Reduserer forsinkede signaler • Smarte antenner • Justeres automatisk etter hvor brukerne befinner seg • Ikke så effektivt innendørs

  13. Antenne Array • Et mottaker antenne array med tilstrekkelig avstand mellom mottakerne • Fadingen er uavhengig av hverandre • Vi et robust signalet • Et antenne array på sender siden • Subkannaler – kan sende ulik informasjon på hver sender på samme frekvens • Forutsetter kjente fading konstanter

  14. Fading mottiltak • Tid • Sprer informasjonen i hvert bit over tid, ”interleaving”, for å hindre error bursts • Frekvens • Bredspektret modulasjon sprer informasjonen i hvert bit over frekvens • Rom • Antenne array • ”Macrodiversity” – samme melding mottas av flere basestasjoner samtidig • Multi-bruker • Flere sendere kan oppnå bedre effektivitet sammen

  15. Channel Error Control Coding • Legge på redundant informasjon • Turbo koding/dekoding • Oppnår ytelse nær oppmot Shannons grense • Er iterativ og har en dekoding forsinkelse som gjør den ubrukelig for tale • Burst error correction og interleaving er mest brukt • Fremtidige strategier • Adaptive kode strategier - varierer antall bit per sendte symbol etter kanalens fading nivå • Toveiskommunikasjon

  16. Lokale WLAN alternativer ”A MAC Protocol for a Wireless LAN Based on OFDM-CDMA” Francesca Cuomo, Andrea Baiocchi & Roberto Cautelier, University of Rome ”La Sapienza IEEE Communications Magazine, September 2000

  17. LAN requirements, krav til et godt lokalnett • Høy båndbredde • Rask og sikker overføring • Fleksibelt med hensyn på utvidelser og endringer

  18. Hvorfor trådløst? • Enklere å sette opp • Kontinuerlig dekning • Ad hoc endringer og utvidelser blir enklere • Støtter bruker-/terminalmobilitet

  19. Hvorfor trådløst? • Mange alternativer, alt fra relativt billige nett(Bluetooth og infrarødt WLAN), til dyrere radiobaserte nett(IEEE 802.11 og HIPERLAN) • Trådløse nett er relativt billige i forhold til tradisjonelle ’kablede’ nett, spesielt med tanke på oppgarderinger, eller ved endringer i infrastrukturen i nettet.

  20. WLAN satt i perspektiv

  21. WLAN arkitektur • Terminaler (PCer, Laptop’er ol.. egentlig alt med et WLAN kort som passer) • Basestasjoner, kommuniserer med flere terminaler • Gateway/router til andre nett, for eksempel Internett

  22. WLAN protokoller • Service layer(SL), Adressering, ruting og trafikkstyring. Omtrent som et IP lag men med bedre støtte for QoS • Adaption layer(AL), tilpasser SL pakker til MAC, sjekker mottatte pakker for feil og ber eventuelt om retransmittering • Medium Access Control(MAC) layer, sørger for fordeling av radioressursene mellom ulike pakkestrømmer • Physical layer, modulering/demodulering, kanalkoding, synkronisering og transmisjon

  23. Bredbånds WLAN • Høy ytelse, radiobasert • Skal støtte roaming, tillate brukere å bruke andre nett enn ’hjemmenettet’ • Støtte for flere tjenester, alt fra best-effort til krevende realtime applikasjoner

  24. Praktiske problemer • Irregulært innendørs miljø • Interferens fra andre systemer • Lav signalstyrke både pga. begrenset batterikapasitet i terminaler og pga. lovgivning • Objekter og personer beveger på seg

  25. Mottiltak • ’smarte’ antenner • Bedre feildeteksjon og korreksjon • Robuste moduleringsteknikker, som for eksempel Orthogonal frequency-division multiplexing(OFDM)

  26. Modulering og Multiple Access • Single Carrier(SC) • Alt sendes på en kanal/frekvens • Intersymbol interferens(ISI), på grunn av at deler av symbolene bruker lengre tid • Multi Carrier(MC) OFDM • Kanalen deles i flere under-kanaler, og det legges inn pauser mellom signalene • Mer sårbar for ustabile oscillatorer (signalgenererere) siden data sendes i parallell • To muligheter • OFDM-TDMA • OFDM-CDMA

  27. Pakkeoverføring i cellulære nett ”Packet Mode in Wireless Networks: Overview of Transition to Third Generation” Behcet Sarikaya, University of Aizu IEEE Communication Magazine, September 2000

  28. Dagens nett(2G) • GSM, IS-95/CDMA • Lav båndbredde, 9.6-32 kb/s • Taletelefoni dominerer • Prognoser spår fortsatt vekst innen taletelefoni, og en ’eksplosjon’ når det gjelder øvrige tjenester

  29. Krav til morgendagens cellulære nett • Bedre kapasitet • Større båndbredde til den enkelte bruker • Støtte for avanserte/krevende applikasjoner og terminaler • Integrasjon med Internet, støtte for Mobil IP

  30. Tjenester/Båndbredde • Tale/lav båndbredde • E-post, • Filoverføring, bilder, musikk • TV, video/høy båndbredde

  31. Veien til 3G • 2G+ er utvidelser av dagens 2G nett • samme luftgrensesnitt • Tilbyr høyhastighetstrafikk • GPRS • En utvidelse av GSM • 165.5 kb/s downlink, 154 kb/s uplink • TDMA (Time Division Multiple Access)-basert • IS-95B • En utvidelse av IS-95 • CDMA (Code Division Multiple Access)-basert

  32. GPRS arkitektur

  33. Logiske kanaler i GPRS • Packet Common Control Channel PCCCH • Packet Random Access Channel (PRACH) • (uplink) for å initiere data eller signal trafikk • Packet Paging Channel (PPCH) • (downlink) for å nå en mobil før pakketransport • Packet Access Grant Channel (PAGCH) • (downlink) sende resurs tildeling til en mobil • Packet Broadcast Control Channel (PBCCH) • (downlink) kringkaster system info for pakketrafikk

  34. Andre kanaler i GPRS • Packet Data Transfer Channel (PDTCH) • En kanal dedikert til datatrafikk • Midlertidig gitt til 1 mobil • 1 mobil kan bruke flere PDTCH • Enten uplink eller downlink • Packet Assosiated Control Chanel • Signal informasjon til en bestemt mobil • Allokering og re-allokerings meldinger f.eks. PDTCH’er

  35. Protokoll lagene i GPRS

  36. Temporary Block Flow (TBF) • Den fysiske forbindelsen for transport av en LLC pakke • Hver TBF får utdelt en unik ID av nettverket • Kan transporteres ved en eller flere PDTCH’er

  37. IS-95B • Støtter multiple koder per mobil • 1 FCC (Fundamental Code Channel) + opptil 7 SCC (Supplemental Code Channels • 20 ms frames • 9.6kb/s eller 14.4 kb/s

  38. Kanaler i IS-95B • Downlink kanaler • Pilot channel • Gir CDMA infrastruktur meldinger f.eks. demodulasjon • Paging channel • Traffic channel • Uplink kanaler • Access channel • Initierer en oppringing/svar på en paging channel melding • Traffic channel • Sync channel • Sender ut info om bl.a. paging channel data rate

  39. IS-95B • En mobil sender primært på FCC • Basestasjonen sender en SCCassign melding til mobilen og begynner å sende på SCC kanalen • Mobilen sender en SCCrequest melding og får en SCCassign melding tilbake, sender så på SCC kanalen • En celle kan ha 64 uplink kanaler på en gitt frekvens

  40. Tredje generasjons nett • Mye forskning siden tidlig på 90-tallet • To hovedkonkurrenter • CDMA-2000 • UMTS • Begge baserer seg på WCDMA (Wideband Code Division Mulitple Access) som radiogrensesnitt, og vil sannsynligvis ha kompatible terminaler

  41. cdma2000 • Bygger videre på IS-95B • 0 eller 1 SCC kanaler med 9.6kb/s til 2Mb/s • Frames på 5, 10, 20, 40 og 80 ms • Downlink channels = forward channels og uplink channels = reverse channels • En rekke nye kanaler bl.a. for tilstandsinformasjon

  42. cdma2000 • For å få tilgang til en eller flere trafikkanaler sender mobilen en access probe (på R-ACH) • En trafikk kanal blir tildelt via en melding i neste frame • Ingen melding mottas • Sender meldingen igjen etter en eksponensielt økende tid • Radio Configuratons • Spesifiserer datarate, coding og andre parametere • Settes ved initiering av kanalen • Har f.eks. radio konfigurasjoner for bakover kompatibilitet

  43. UMTS • Båndbredde 2 Mb/s (GPRS rundt 160 kb/s) • Informasjon og underholdning • Et arbeidsredskap • Fjernarbeid, tilgang til bedriftens intranett • Video konferanse

More Related