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Comunicazioni Mobili 2 Prof. R. Cusani

Laurea Specialistica in: Ingegneria delle TLC – anno 1

Ingegneria Elettronica – anno 2

R. Cusani, Comunicazioni Mobili 2, Gennaio 2009


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802.11b @2.4 GHz:  Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

⇒ DBPSK (1 Mbit/s) ⇒ DQPSK (2 Mbit/s) ⇒ CCK (5.5-11 Mbit/s)

  Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) ⇒ 2-GFSK (1 Mbit/s) ⇒ 4-GFSK (2 Mbit/s)

802.11a @5 GHz: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ⇒ BPSK (6-9 Mbit/s) ⇒ QPSK (12-18 Mbit/s) ⇒ 16-QAM (24-36 Mbit/s) ⇒ 64-QAM (48-54 Mbit/s)


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Spread Spectrum

 Disperde l’informazione su una banda molto più ampia di quella

necessaria alla modulazione del segnale disponibile

⇒ Bassa densità di potenza del segnale

⇒ Miglior ricezione dei segnali deboli

⇒ Trasmissione più robusta (per disturbi a banda stretta)

⇒ Maggior sicurezza

⇒ Possibilità di discriminare più utenti che trasmettono

simultaneamente


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  Tecniche “Spread Spectrum” (allargamento di spettro)

⇒ Riduzione dell’interferenza multi-utente

  Il trasmettitore allarga la banda del segnale trasmesso, moltiplicando il proprio flusso informativo (a ritmo fb) con una sequenza di “chip” caratterizzata da un ritmo di cifra fc > fb

 Ogni bit è posto in XOR con 11 bits (chips) spreading sequence, ad un data rate di 11 Mbit/s (Barker sequence)

  Il data rate risultante viene quindi modultato e trasmesso

  A lato ricevitore viene ripristinato il segnale originario mediante correlazione con la medesima sequenza di chip

  Utenti diversi sono caratterizzati da spreading sequence ortogonali tra loro


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Data and spread sequence Generation of transmission stream


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 DBPSK - Differential Binary Phase Shift Keying

 DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying


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  Si vuole trasmettere la lettera M (1001101 in binario):   l’asse dei tempi è diviso in 7 slot – uno per digit – durante i quali

vengono trasmesse le forme d’onda con opportuna frequenza   Quando si trasmette uno 0 non si cambia frequenza rispetto al

simbolo precedente, mentre nel caso del digit 1 si effettua uno shift di mezzo ciclo


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  In questo caso la lettera M viene codificata a gruppi di due bit

  Il primo simbolo comporta uno shift di 90 gradi (in figura è

rappresentato uno shift da una sinusoide pura), mentre il secondo

(00) non introduce variazioni di fase.


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  Particolarmente utile contro interferenze ben localizzate in frequenza

  Le sequenze di Hopping sono divise in insiemi non sovrapponentisi

(per Europa e Nord America ogni insieme contiene 26 elementi)

  Hardware economico, senza stringenti requisiti energetici

  802.11 divide la banda ISM in canali da 1 MHz ciascuno


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  Per trasmettere un 1 la frequenza portante è aumentata di una certa quantità, per lo 0 si diminuisce la frequenza della stessa quantità

  4GFSK: 4 frequenze, 2 bit per simbolo, bit rate doppio TX e RX più complessi


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4-GFSK (2 Mbit/s)

Variazioni della frequenza per la codifica della lettera M (1001101 binario) utilizzando il 2GFSK e il 4GFSK

2-GFSK (1 Mbit/s)


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Gaussian Frequency Shift Keying: il segnale binario viene filtrato passa basso con un filtro di forma Gaussiana (sia nel tempo che in frequenza!) ridotta occupazione di banda


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  Le modulazioni PSK non supportano elevate bit rate   DQPSK richiede la decisioni su fasi di un quarto di ciclo, costellazioni

più dense richiedono discriminazioni ancora più fini hardware più costoso, instabilità (soprattutto in ambiente affetto da multipath)

  IEEE 802.11 working group: codifica Complementary Code Keying (CCK)

  Il flusso di dati è suddiviso in parole di codice da 8 digit ciascuno 1.375 millioni di code symbols al secondo

  è basato su particolari trasformazioni matematiche che permettono al ricevitore ci distinguere tra le diverse parole di codice, anche in presenza di interferenza e di fading da multipath


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  6 (2) bits all’uscita del MUX selezionano una delle 64 (4) parole di codice (complesse), inviate poi a un modulatore differenziale.

  I rimanenti 2 modulano (DQPSK) gli 8 (4) chips.


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  In ricezione il simbolo viene prima demodulato e successivamente decodificato

Modulazione OFDM Sample rate 20MHz Chip duration 50ns Number of FFT points 64 Number of sub-carriers 52 Number of data sub-carriers 48 Number of pilot sub-carriers 4 OFDM symbol period 4ms (80 chips) Cyclic prefix 0.8ms (16 chips) FFT symbol period 3.2ms (64 chips) Modulation scheme BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Coding 1:2 convolutional, constraint length 7, optional

puncturing Data rate 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps


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BPSK=Binary Phase Shift Keing

QPSK=Quadrature Phase Shift Keing QAM=Quadrature Amplitude Modulation


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  First improvement of 802.11 DSSS

⇒ 1, 2, 5.5, 11 Mbps a distanze di 50-200m

⇒ Distanze ancora maggiori possono raggiungersi utilizzando antenne particolari

⇒ 2.4 GHz ISM band

⇒ Only RF transmission

  802.11b is the current ‘favorite’ in 802.11

⇒ Noto anche come Wi-Fi (Wireless Fidelity)

⇒ Interoperabilità certificata


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  “Fast Ethernet” standard of wireless LANs   Velocità fino a 54 Mbps, 5 GHz invece di 2.4 GHz  OFDM invece di DSSS

⇒ Orthogonal Frequency Division Multiplexing   802.11a attualmente sul mercato   Vantaggi

⇒ Maggiore velocità ⇒ Minore interferenza a radio frequenza rispetto a 2.4 GHz (usato

anche da Bluetooth, cordless, telefoni cellulari, etc.) ⇒ interoperabilità, sono in commercio soluzioni “dual-standard”

802.11a/b equipment   Svantaggi

⇒ Minore raggio di copertura; necessità di aumentare la densità degli AP o la potenza di 4X per compensare tale riduzione.


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  Si tratta di un ulteriore standard ad “alta velocità”

  Può considerarsi un passaggio verso 802.11a

  Velocità fino a 54 Mbps

  Banda utilizzata 2.4 GHz

⇒ a differenza di 802.11a che lavora a 5 GHz

  Vantaggi

⇒ compatibile con 802.11b

⇒ attualmente offre copertura migliore di 802.11a


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Rate is automatically adapted in function of SNR

High rate : 11 Mbps Intermediate rate : 5,5 Mbps Normal rate : 2 Mbps Low rate : 1 Mbps PA


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Channel management:

  AP vicini vanno configurati su canali diversi (Δ > 30 MHz)

 Gli AP non devono necessariamente

appartennere tutti alla medesima wireless network

  Riuso spaziale delle risorse radio

AP AP

AP

Canal 1 : 2.412 GHZ

Canal 13 : 2.472 GHZ

Canal 7 : 2.442 GHZ


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Traffic between two stations TCP/IP (802.11b) Peer to peer

Peer to peer (+WEP 128)

Via AP + PC Ethernet

Via AP + PC Ethernet +WEP 128)

Via AP + 2 wireless PCs

Via AP + 2 wireless PCs + WEP128

11Mbps

5.04 Mbps

4.51 Mbps

4.66 Mbps

4.11 Mbps

2.85 Mbps

2.62 Mbps

2Mbps

1.59 Mbps

1.59 Mbps

5,5Mbps

3.44 Mbps

3.44 Mbps

802.11a

802.11b

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