Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz
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Radio Cognitivo em Sistemas ISM de 2,4 GHz. Juergen Rochol ( [email protected] ) Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Instituto de Informática Grupo de Comunicação de Dados. Radio Cognitivo em Sistemas ISM de 2,4 GHz. AGENDA As Faixas ISM em UHF e SHF

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Presentation Transcript


Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

Radio Cognitivo em Sistemas ISM de 2,4 GHz

Juergen Rochol ([email protected] )

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS

Instituto de Informática

Grupo de Comunicação de Dados

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

Radio Cognitivo em Sistemas ISM de 2,4 GHz

  • AGENDA

  • As Faixas ISM em UHF e SHF

  • Principais Sistemas que disputam espectro nas faixas de ISM: WLAN, WPAN e WSN (Wireless Sensor Networks).

  • Técnicas de Transmissão na faixa de ISM de 2,4 GHz: DSSS, FHSS e OFDM

  • Canalização de WLAN (Wi-Fi) (IEEE 802.11b, g) na faixa de 2,4 GHz

  • Canalização da WPAN tipo IEEE 802.15.1 (Bluetooth) na faixa ISM de 2,4 GHz

  • Canalização do BLE (Bluetooth Low Energy) na faixa ISM de 2,4 GHz

  • Canalização do ZigBee (IEEE 802.15.4) na faixa ISM de 2,4 GHz

  • Sensoriamento Espectral na faixa ISM de 2,4GHz

  • Exemplo de aplicação: FHA (Frequency Hopping Adaptative)

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

1. As Faixas de ISM em UHF e SHF

Canais WLAN IEEE 802.11a U-NII

(Unlicensed National Information Infrastructure)

  • Caracteristicas da Faixa ISM de 2,4 GHz

    • Freqüências limites: 2,4000 GHz a 2,4835 GHz

    • Banda Total disponível: BT = 83,5 MHZ

    • Propagação típica na faixa: LOS e NLOS

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


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As Faixas ISM no Espectro de Freqüências definidas pelo ITU-R

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

2. Principais sistemas que disputam espectro nas faixas de ISM

  • WLANs como IEEE 802.11 (Wi-Fi)

  • WPANs como: Bluetooth, BLE (Bluetooth Low Energy), ZigBee, Wireless Sensor Networks, UWB (Ultra Wide Band)

  • Telefones sem fio

  • Fornos de microondas (domésticos e industriais)

  • Rádio Controle

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


3 t cnicas de transmiss o na faixa ism de 2 4 ghz dsss fhss e ofdm

3. Técnicas de Transmissão na faixa ISM de 2,4 GHzDSSS, FHSS e OFDM

Técnica DSSS

  • Na técnica de transmissão DS-SS, cada tempo de bit é dividido em n subintervalos denominados chips.

  • Para transmitir 1 bit, uma estação deve enviar uma seqüência de chips, isto é, representa-se cada bit segundo uma seqüência pseudo-randômica de símbolos binários.

  • Para enviar o bit 0, utiliza-se o complemento desta seqüência.

  • O espalhamento do espectro do sinal ocorre de fato, pois, para uma transmissão de 1 Mbit/s, tem-se o envio de 11Mchip/s

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Espalhamento espectral por seq ncia direta

Espalhamento Espectral por Seqüência Direta

Técnica de transmissão DSSS

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Processo de espalhamento espectral

Processo de Espalhamento Espectral

O processo de espalhamento espectral da informação (transmissor) e o subseqüente processo de recuperação da informação (receptor)

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Versão de um Sistema DSSS para múltiplos usuários é conhecido como CDMA

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Técnica de Transmissão FHSS

(Frequency Hopping Spread Spectrum)

  • O padrão 802.11 define:

    • 79 canais

    • 22 padrões de salto

    • Tempo de permanência máxima por canal; 400ms.

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Vencedor

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Resumo das Características de Transmissão de sistemas WLAN E WPAN na faixa ISM de 2,4 GHz

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Tipos de modulação utilizados em canais na faixa ISM de 2,4 GHz

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Modulação GFSK

  • A modulação GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

    • (a) Sinal banda base NRZ polar do fluxo de bits

    • (b) Sinal banda base na saída do filtro Gaussiano – sinal modulante

    • (c) Padrão Olho do sinal modulante

    • (d) Sinal modulado GFSK

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  • - Até 14 canais de 22 MHz de largura de banda cada

  • - 3 canais sem sobreposição de banda (canais 1, 6, 11 USA e 1, 7, 13 EU)

  • - Taxa máxima de 11 Mbit/s por canal

    • - Uma vazão total de 33 Mbit/s no mesmo espaço físico, mas com 3 pontos de acesso distintos e 3 cartões de rádio diferentes.

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As classes 1 e 2 do Bluetooth core podem ser muito poluidoras na faixa de 2,4 GHz

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RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


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8. Sensoreamento Espectral na faixa de ISM de 2,4GHz

  • Sensoriamento espectral na faixa de ISM de 2,4 GHz corresponde a uma largura de banda de 83,5 MHz

  • A decisão sobre espectro (ou canais) disponível para operar um determinado sistema deve ser rápida e periodicamente atualizada (adaptativo).

  • A técnica de SS mais uitilizada é a de energia (RSSI*), já que não existe o conceito de usuário primário e secundário na banda ISM de 2,4 GHz

  • Com transmissão FHSS o sensoriamento deve resultar num conjunto de canais possíveis de utilização. Este número deve ser re-avaliado periodicamente e é utilizado pelo algoritmo de FHA (Frequency Hopping Adaptative)

  • Em DSSS e OFDM é importante o canal de operação a ser definido. Deve ser tal que apresente o mínimo de interferência e deve ser reavaliado periodicamente.

* Received Signal Strength Indicator

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Possíveis estratégias para as métricas de SS na faixa ISM de 2,4 GHz para WPANs e WLANs

Para rádios de WLANS tipo 802.11, com DSSS ou OFDM, o SS mais efetivo e rápido é em relação à ocupação (energia) dos canais 1, 6 e 11, simultaneamente e feito periodicamente, para definir o canal a ser ocupado.

Para evitar interferência de WLANs em WPAN Bluetooth (ou BLE) com FHSS,, estas devem fazer SS periódico dos canais de WLAN e a partir disso inferir periodicamente o numero de subcanais livres na faixa ISM.

Redes WPAN do tipo Zigbee com FHSS, não interferem entre si e sofrem pouca interferência devido a co-redes WPANs Bluetooth. Devem evitar os sub-canais que estão dentro dos espectros de canais WLANs ocupados.

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Fatores de performance a serem considerados em SS na faixa ISM de 2,4 GHz

  • Precisão na detecção da ocupação de um canal (energia).

  • SS deve atuar de preferência sobre toda a faixa de ISM de 2,4 GHz

  • Baixa ter complexidade computacional e custo baixo.

  • Consumo de energia baixo

  • Tempo de resposta da função de SS deve ser baixo

  • O SS deve ser feito periodicamente e por demanda (Taxa de erro elevada)

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Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

Dikmese, S., Renfors, M. Optimized FFT and Filter Bank based Spectrum Sensing for Bluetooth Signal, 2012 IEEE Wireless Communication and Networking Conference: PHY and Fundamentals.

AFB: Analisys Filter Bank

Analise de espectro em subbandas baseado em detecção de energia para sinais de Bluetooth (Tempo de SS deve ser menor que tempo de salto)

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Fluxograma de um algoritmo de FHA (Frequency Hopping Adaptive) para BLE supondo ativos três canais de WiFi (1, 6, 11) na banda de ISM de 2,4 GHz.

Ver slide 21

RC na faixa de ISM de 2,4 GHz


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Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

- Woodings, R. W. , Gerrior, M, Avoiding Interference in the 2,4 GHz ISM Band, 2006, disponível em:

http://www.eetimes.design/microvave-rf-design/4012556/

Estratégia de SS seqüencial para Bluetooth com Técnica de transmissão FHSS. Vantagem; é mais preciso e confiável, porém mais custoso

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Radio cognitivo em sistemas ism de 2 4 ghz

- Rele, K. et ali. A Two-tiered Cognitive Radio System for Interference Identification in 2,4 GHz ISM Band. IEEE CCNC 2010, Proceedings, 2010.

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