Экзамен / 21

Технологии модуляции физического уровня IEEE 802.11: основы OFDM.

Мобильность в IEEE 802.11

• Без перехода: станция либо стационарна (static), либо перемещается в пределах досягаемости станций, принадлежащих к тому же BSS (local movement).

• Переход BSS: переход станции из одного BSS в другой в пределах одного ESS. В этом случае для доставки данных требуется найти новое местоположение станции.

• Переход ESS: перемещение станции из BSS одного ESS в BSS другого ESS. Переход этого типа поддерживается только в том смысле, что станции могут двигаться. Сохранность соединений верхних уровней гарантировать нельзя. Наиболее вероятным следствием такого перехода является разрыв соединения и отказ в услуге.

Для удовлетворения требования по установлению распределительной системой станции-адресата, станция должна поддерживать ассоциацию с точкой доступа в пределах текущего BSS. Т.е. поддерживать ассоциацию.

Распределение является основной услугой, используемой станциями для обмена кадрами в пределах ESS. Стандарт требует, чтобы распределительная система получала информацию о станциях в пределах ESS, но не описывает алгоритм передачи сообщений.

Интеграция позволяет передавать данные между станцией беспроводной сети и станцией проводной локальной сети, которая физически соединена с распределительной системой. Управляет логикой трансляции адресов и преобразования среды, требуемых для обмена данными.

Особенности реализации физического уровня в IEEE 802.11ас

• Определено 10 MCS, обязательными являются 0 - 7.

• Использование равной модуляции всеми потоками,

предназначенными одному пользователю.

• Включает обязательную поддержку модуляции BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM и дополнительную поддержку модуляции 256-QAM.

• Используется многопользовательская форма MIMO (MU-MIMO), количество передаваемых пространственных потоков 8.

• Реализация MU-MIMO:

  • –  разделение с помощью мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDMA): разные поднесущие OFDM- сигнала отдаются разным пользователям, при установлении соединения станция оповещает клиентов о назначенных им поднесущих во избежание коллизий. Эффективна при большом числе поднесущих.

  • –  разделение по пространственным потокам посредством MIMO: устройство, осуществляющее многопользовательскую передачу, постоянно оценивает состояние радиоканала и выбирает для каждого пользователя оптимальные каналы связи.

  • –  конфигурация downlink MU-MIMO : только точка доступа, имеющая множество антенн, может одновременно передавать независимые потоки данных множеству клиентских устройств, находящихся в одном частотном диапазоне, а клиентские устройства одновременно получать один или несколько пространственно-временных потоков от точки доступа. Клиентские устройства не могут одновременно передавать данные точке доступа, только последовательно друг за другом.

Защитный интервал в OFDM

• OFDM позволяет бороться с негативными последствиями многолучевого распространения, которое возникает в результате отражения, дифракции и рассеяния сигнала.

• Межсимвольная интерференция возникает случае, если задержка распространения между исходным и отраженными сигналами сравнима или больше длительности одного символа.

• Для борьбы с межсимвольной интерференцией и интерференцией между поднесущими в OFDM используется защитный интервал.

• Обычно в качестве защитного интервала используют циклический префикс - циклическое повторение окончания OFDM- символа, который добавляется перед передаваемым OFDM-символом в передатчике и удаляется при приеме символа в приемнике.

Защитный интервал (GI) создает временные паузы между отдельными символами:

• если его длительность превышает максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то межсимвольной интерференции не возникает

• если его длительность велика, то снижается скорость передачи данных.

• стандартный защитный интервал 800 нс, укороченный (802.11n) 400 нс

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением - OFDM

OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing:

• вся полоса пропускания канала разделена на множество поднесущих (subcarrier)

• поднесущие являются ортогональными, т.е. передача информации на каждой из них не влияет на передачу информации на соседних

• физически ортогональность несущих сигналов обеспечивается, если за время длительности одного символа несущий сигнал будет совершать целое число колебаний

• в стандартах 802.11 используются от 52 до 484 поднесущих

• количество поднесущих зависит от режима работы и ширины частотного

канала

• некоторые из поднесущих являются вспомогательными (пилотными) и используются для синхронизации передачи и декодирования данных по основным (информационным) несущим.

• При наличии узкополосной помехи будет искажена одна или небольшое количество поднесущих, а не весь сигнал в целом, что существенно уменьшает количество ошибок, получаемых на выходе приемника.

Центры поднесущих размещены так, чтобы максимум энергии одной поднесущей совпадал с минимумами других.

• Исходящий высокоскоростной поток данных разбивается в передатчике на n низкоскоростных потоков x[n], где n – количество поднесущих.

• Каждый из потоков модулируется отдельной поднесущей с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ).

• Позволяет вместо широкополосного сигнала получить набор узкополосных сигналов, составляющих так называемый OFDM-символ.

• Сигнал переносится на несущую частоту и излучается антенной устройства.

• На приеме после устранения несущей над сигналом выполняется БПФ, при котором все поднесущие извлекаются одновременно, каждая из них подается на демодуляторы, на выходе каждого которых выделяется n-ый поток битов данных.