Comunicazioni Mobili 2 Prof. R. Cusani. Laurea Specialistica in: Ingegneria delle TLC anno 1 Ingegneria Elettronica anno 2

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1 Comunicazioni Mobili 2 Prof. R. Cusani Laurea Specialistica in: Ingegneria delle TLC anno 1 Ingegneria Elettronica anno 2

2 2 GHz: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) DBPSK (1 Mbit/s) DQPSK (2 Mbit/s) CCK ( Mbit/s) Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) 2-GFSK (1 Mbit/s) 4-GFSK (2 Mbit/s) 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)

3 Spread Spectrum 3 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

4 4 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 f b ) con una sequenza di chip caratterizzata da un ritmo di cifra f c > f b 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

5 5 Generation of transmission stream Data and spread sequence

6 6 DBPSK - Differential Binary Phase Shift Keying DQPSK - Differential Quadrature Phase Shift Keying

7 7 Si vuole trasmettere la lettera M ( 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

8 8 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.

9 9 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 divide la banda ISM in canali da 1 MHz ciascuno

10 10 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

11 11 Variazioni della frequenza per la codifica della lettera M ( binario) utilizzando il 2GFSK e il 4GFSK 2-GFSK (1 Mbit/s) 4-GFSK (2 Mbit/s)

12 12 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

13 13 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 working group: codifica Complementary Code Keying (CCK) Il flusso di dati è suddiviso in parole di codice da 8 digit ciascuno 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

14 14 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.

15 15 In ricezione il simbolo viene prima demodulato e successivamente decodificato

16 16 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

17 17 BPSK=Binary Phase Shift Keing QPSK=Quadrature Phase Shift Keing QAM=Quadrature Amplitude Modulation

18 18

19 19 First improvement of DSSS 1, 2, 5.5, 11 Mbps a distanze di m Distanze ancora maggiori possono raggiungersi utilizzando antenne particolari 2.4 GHz ISM band Only RF transmission b is the current favorite in Noto anche come Wi-Fi (Wireless Fidelity) Interoperabilità certificata

20 20 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 a 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 a/b equipment Svantaggi Minore raggio di copertura; necessità di aumentare la densità degli AP o la potenza di 4X per compensare tale riduzione.

21 21 Si tratta di un ulteriore standard ad alta velocità Può considerarsi un passaggio verso a Velocità fino a 54 Mbps Banda utilizzata 2.4 GHz a differenza di a che lavora a 5 GHz Vantaggi compatibile con b attualmente offre copertura migliore di a

22 22 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

23 23 Channel management: AP vicini vanno configurati su canali diversi (Δ > 30 MHz) Gli AP non devono necessariamente appartennere tutti alla medesima wireless network Canal 1 : GHZ AP AP Canal 13 : GHZ AP Riuso spaziale delle risorse radio Canal 7 : GHZ

24 24 Traffic between two stations 11Mbps 5,5Mbps 2Mbps TCP/IP (802.11b) Peer to peer 5.04 Mbps 3.44 Mbps 1.59 Mbps Peer to peer (+WEP 128) 4.51 Mbps 3.44 Mbps 1.59 Mbps Via AP + PC Ethernet 4.66 Mbps Via AP + PC Ethernet +WEP 128) 4.11 Mbps Via AP + 2 wireless PCs 2.85 Mbps Via AP + 2 wireless PCs + WEP Mbps b a