Trådløs Kommunikasjon - PowerPoint PPT Presentation

tr dl s kommunikasjon n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Trådløs Kommunikasjon PowerPoint Presentation
Download Presentation
Trådløs Kommunikasjon

play fullscreen
1 / 43
Trådløs Kommunikasjon
125 Views
Download Presentation
marge
Download Presentation

Trådløs Kommunikasjon

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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