Nivelul Fizic in retele 802 11 Arhitectura nivelului

Nivelul Fizic in retele 802. 11 Arhitectura nivelului fizic Nivele fizice 802. 11 Spectrul radio Canale Spread Spectrum FHSS, DSSS, HR/DSSS, OFDM, MIMO Comparatie intre standardele 802. 11 Performanta comunicatiei Viteze, pierderi pe legatura si distante Interferenta multipath Antene, Amplificatoare

Arhitectura nivelului fizic • Physical layer (PHY) • Doua subnivele – Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) • Antet propriu – Physical Medium Dependent (PMD) • Transmite folosind antena bitii primiti de la PLCP • Functie clear channel assessment (CCA) – Indica MAC-ului detectia unui semnal

Nivele fizice 802. 11 • • Frequency-hopping (FH) spread-spectrum radio PHY Direct-sequence (DS) spread-spectrum radio PHY Infrared light (IR) PHY 802. 11 a Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) PHY 802. 11 b High-Rate Direct Sequence (HR/DS sau HR/DSSS) PHY 802. 11 g Extended Rate PHY (ERP) 802. 11 n Multiple Input/Multiple Output (MIMO) PHY sau High-Throughput PHY …

Spectrul radio • Spectrul radio este alocat in benzi de frecventa • Banda de frecventa defineste frecventele care pot fi folosite de catre o anumita aplicatie • Banda de frecventa include benzi de garda reprezentand portiuni nefolosite de frecventa • Dispozitivele wireless opereaza in gama undelor radio a spectrului electromagnetic • ITU-R International Telecommunication Union Radiocommunication Sector • ITU-R reglementeaza alocarea spectrului de frecventa radio (radio frequency – RF) • Benzile de frecventa sunt alocate pentru diferite scopuri

• Unele benzi sunt puternic reglementate si sunt folosite pentru aplicatii cum ar fi controlul traficului aerian, alte benzi sunt fara licenta • Mai multe benzi sunt rezervate pentru “unlicensed use” • ISM – Industrial, Scientific and Medical • UNII – Unlicensed National Information Infrastructure • Benzi ISM – 900 MHz, 2. 4 GHz, 5 GHz • Banda ISM 2. 4 GHz – 802. 11 – Bluetooth • In gama de 5 GHz exista mai multe benzi rezervate pentru “unlicensed use” in Europa, Statele Unite si Japonia

• Gama undelor radio este subdivizata in sectiunea frecventelor radio si sectiunea frecventelor microunde • Comunicatiile WLAN, Bluetooth, celular si satelite opereaza in sectiunea frecventelor microunde

• Sectiunea frecventelor microunde este impartita in: – Ultra High Frequency – Super High Frequency – Extremely High Frequency

• Urmatoarele benzi de frecventa sunt alocate retelelor WLAN 802. 11: – 2. 4 GHz (UHF) - 802. 11 b/g/n/ad – 5 GHz (SHF) - 802. 11 a/n/ac/ad – 60 GHz(EHF) - 802. 11 ad

Canale • Stabilite prin standardul 802. 11 • 2. 4 GHz – – – 11 canale in America de Nord 13 canale in Europa 22 MHz frecventa ocupata (latimea de banda a canalului) 5 MHz separare intre frecventele centrale canalelor Energia RF maxima este la frecventa centrala

• In cazul WLAN-urilor care necesita mai multe AP-uri este recomandata folosirea canalelor care nu se suprapun

Spread Spectrum • Foloseste functii matematice pentru a difuza puterea semnalului peste o gama larga de frecvente • Receptorul executa functia inversa • FCC impune limitarea puterii transmisiilor spread spectrum – Puterea de iesire a transmitatorului max. 1 W – Effective radiated power max. 4 W • Tipuri – Frequency hopping (FH sau FHSS) – Direct sequence (DS sau DSSS) – Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

FHSS • Sare de la o frecventa la alta intr-un model aleator transmitand o rafala scurta la fiecare subcanal • 79 subcanale, fiecare de 1 MHZ, in banda de 2. 4 GHz ISM

• Generatorul de numere pseudoaleator produce secventa de frecvente • Statiile sar simultan la aceleasi frecvente • Durata petrecuta pe fiecare frecventa – Timp de locuire – Parametru ajustabil – Mai mic de 400 ms

• Avantaje – Alocare eficienta a spectrului in banda ISM – Securitate • Secventa de salt • Timpul de locuire – Rezistenta buna in ceea ce priveste atenuarea la transmisia pe mai multe cai – Putin sensibil la interferenta radio • Dezavantaj – Latime de banda redusa • 2 Mbps FH PHY

DSSS • Imprastie puterea peste o banda de frecventa mai mare folosind functii de codificare matematice • Fiecare bit este transmis ca o secventa de 11 fragmente folosindu-se secventa Barker • 2 Mbps DS PHY

HR/DSSS • • • 2. 4 GHz ISM 11 milioane fragmente/secunda, 11 Mbps 802. 11 b HR/DSSS PHY 1, 2, 5. 5, 11 Mbps 1, 2 Mbps, 1 Mbaud cu 1 si respectiv 2 biti per baud, modularea schimbarii de faza, compatibil cu DSSS • 5. 5, 11 Mbps, 1. 375 Mbaud cu 4 si respectiv 8 biti per baud, codurile Walsh/Haramard

OFDM • Divide canalul in mai multe subcanale si codifica o portiune de semnal peste fiecare subcanal in paralel • 5 GHz ISM, 2. 4 GHz ISM • 52 frecvente – 48 pentru date – 4 pentru sincronizare

• Codificare – Modularea schimbarii de faza pentru viteze de pana la 10 Mbps – QAM pentru viteze mai mari de 10 Mbps – La 54 Mbps 216 biti de date sunt codificati in simboluri de 288 biti • Avantaje – – Imunitate mai buna la interferenta de banda ingusta Posibilitatea utilizarii benzilor care nu sunt contigue Eficienta buna a spectrului in termeni de biti/Hz Imunitate buna in fata atenuarii la transmisia pe mai multe cai • 802. 11 a OFDM PHY (5 GHz ISM) • 802. 11 g ERP PHY (2. 4 GHz ISM)

MIMO • Imparte sirul de date in mai multe siruri si le transmite simultan folosind antenele disponibile • 2 siruri permit o viteza maxima teoretica de 248 Mbps • Viteze cuprinse intre 150 Mbps si 600 Mbps

Comparatie intre standardele 802. 11 Standard IEEE Viteza maxima Frecventa Compatibilitate 802. 11 2 Mbps 2. 4 GHz - 802. 11 a 54 Mbps 5 GHz - 802. 11 b 11 Mbps 2. 4 GHz - 802. 11 g 54 Mbps 2. 4 GHz 802. 11 b 802. 11 n 600 Mbps 2. 4 si 5 GHz 802. 11 a/b/g 802. 11 ac 1. 3 Gbps 5 GHz 802. 11 a/n 802. 11 ad 7 Gbps 2. 4, 5 si 60 GHz 802. 11 a/b/g/n/ac

Performanta comunicatiei • Puterea amplificatorului masurata in decibeli (d. B) • Signal-to-noise ratio (SNR) – factor determinant al performantei comunicatiei • Capacitatea unui canal de comunicatii este data de teorema Shannon-Hartley

• Limita Shannon sau capacitatea Shannon • • C – capacitatea maxima exprimata in bps W – latimea de banda exprimata in Hz S/N ca si raport de putere SNR ca si d. B

Viteze, pierderi pe legatura si distante • Modulatiile de viteza mai mare impacheteaza mai multi biti intr-un interval de timp dat si necesita un SNR mai mare • Nivelul semnalului si SNR scade cu distanta de la AP • Viteza comunicatiei depinde de distanta

• Free-space path loss (FSPL) – pierderea puterii semnalului rezultata dintr-o cale dreapta prin spatiu liber, fara obstacole care sa cauzeze reflexie sau difractie • f – frecventa (MHz) • d – distanta (km) • Obstacolele reduc puterea semnalului • Calculul distantelor poate include un factor numit link margin pentru pierderi neprevazute • Pierderea_totala=puterea_TX+castigul_antenei_TXFSPL-pierderea_pe_obstacolelink_margin+castigul_antenei_RX

Interferenta multipath • Multipath fading sau multipath interference • Undele se adauga prin superpozitie • Unda totala reprezinta suma undelor care converg intr-un punct

• Unda totala la receptor este suma undelor rezultate din transmisia semnalului pe mai multe cai • De cele mai multe ori solutia este schimbarea orientarii sau pozitiei receptorului

Antene • Convertesc semnalele electrice in unde radio si vice versa • Fabricate din material conductor – Undele radio determina miscarea electronilor in conductor si creaza un curent electric – Curentul electric in conductor creaza un camp electric, variatia curentului determina variatia campului fapt ce cauzeaza un camp magnetic • Dimensiunile antenelor depind de frecventa: – Dimensiunea scade cu cresterea frecventei – Antene simple, dimensiunea este ½ lungimea de unda

• Clasificare dupa directie – Antenele nu maresc puterea semnalului; redirectioneaza energia primita de la transmitator – Omnidirectionale: transmit si receptioneaza semnale din orice directie – Directionale: transmit si receptioneaza pe o portiune de camp mai ingusta, furnizeaza putere mai mare semnalului intr-o directie si putere mai putina semnalului in celelalte directii – Yagi: tip de antena directionala, poate fi folosita pentru distante lungi, folosite de obicei pentru a extinde aria de acoperire in afara cladirilor sau pentru a conecta o alta cladire • Linia de transmisie dintre transceiver si antena prezinta uzual o impedanta de 50Ω

Amplificatoare • Maresc puterea semnalului • Amplificarea (castigul) se masoara in d. B • Clasificare – Zgomot redus • Low-noise amplifier (LNA) • Amplifica semnalul receptionat – Putere mare • High-power amplifier (HPA) • Amplifica semnalul de transmis