Ten niezbędnik bazuje na materiałach udostępnionych przez prof. R. Zielińskiego i
dr. K. Stańca dla Teleinformatyki 2007 (kurs był przeprowadzany w 2009/2010 roku).
Slajdy są ich własnością a ten plik ma jedynie na celu ułatwienie mi nauki (i może w
przyszłości innym studentom).
Made by Shagg. :)
Rock & Metal 4ever! \m/
Część 1 - slajdy prof. Zielińskiego. 2
Wykład 1 - Bezprzewodowe systemy dostępowe 2
Wykład 2 - Sieci satelitarne 5
Wykład 3 - Telefony bezprzewodowe 7
Część 2 - slajdy dr. Stańca. 10
Wykład 4 - Komunikacja krótkozasięgowa 10
Wykład 5 - Bluetooth 12
Wykład 6 - WLAN 18
Wykład 7 - WiMAX 22
Wykład 8 - UMTS cz. 1 26
Wykład 9 - UMTS cz. 2 29
Na skróty (od autora :P) 30
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 1
Część 1 - slajdy prof. Zielińskiego.
Wykład 1 - Bezprzewodowe systemy dostępowe
Co to jest system dostępowy?
Zgodnie z ITU-T jest to ta część systemu teleinformatycznego, która przekazuje informacje
pomiędzy użytkownikiem i siecią nie interpretując danych użytkownika.
Struktura sieci teleinformatycznej: sieć transportowa, dystrybucyjna i dostępowa.
Podstawowe elementy systemu teleinformatycznego: sterownik, stacja bazowa, moduł
zarządzania siecią (NMA), radiowe urządzenie końcowe.
Minimalne wymagania SRDA.
" transmisja głosu (pasmo akustyczne 300 do 3400 Hz)
" modemowa transmisja danych (min. 4,8 kb/s)
" transmisja faksów
" ograniczona mobilność terminali
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 2
Co to jest FDM, TDM i CDM(A)?
FDM - (Frequency - Division Multiplexing) - system stosuje wiele kanałów
częstotliwościowych do przesyłania informacji. Wykorzystanie kanałów odbywa się
zgodnie z ustalonym protokołem.
TDM - (Time - Division Multiplexing) - system stosuje wiele szczelin czasowych do
przesłania informacji. Wykorzystanie szczelin odbywa się zgodnie z ustalonym
protokołem.
CMD - (Code - Division Multiplexing) - system stosuje wiele kodowych ciągów
rozpraszających do przesłania informacji. Wykorzystanie kodów odbywa się zgodnie z
ustalonym protokołem.
Metody multipleksacji będą dokładniej opisane póz
niej.
Zwielokrotnienie dostępu (częstotliwościowe, czasowe i kodowe) jest konieczne, gdy
liczba terminali nadawczych przekracza liczbę dostępnych kanałów (częstotliwościowo-
czasowo-kodowych). Terminale muszą rywalizować o wspólne zasoby systemu (sposób
rywalizacji określa protokół dostępu).
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 3
Protokoły dostępu:
!
dostęp stały:
" FA (Fixed Assignment) - dostęp stały (zasoby systemu przydzielane na stałe
terminalowi)
!
dostęp dynamiczny:
" RA (Random Access) - dostęp losowy / rywalizacyjny (terminale wykorzystują
zasoby systemu nie biorąc pod uwagę ich dostępności w danym momencie,
zjawiskiem naturalnym sÄ… kolizje, np. VSAT)
" DA (Demand Assignment) - dostęp rezerwacyjny (terminale najpierw rezerwują
zasoby systemu by z nich skorzystać, np. GSM, UMTS, DECT, Ethernet)
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 4
Wykład 2 - Sieci satelitarne
Rola systemu satelitarnego:
" dostęp
" dostęp + szkielet
Funkcje satelity:
" retransmisja
" regeneracja sygnału
" komutacja i przetwarzanie
" komutacja, przetwarzanie i łącza międzysatelitarne
Orbity:
!
niskie (LEO - Low Earth Orbit):
" orbity kołowe lub eliptyczne
" wysokość nad powierzchnią Ziemi od 500 do 2 000km
" okres obiegu z przedziału 90 - 120min
" interfejs radiowy - efekt Dopplera
" wiele satelitów i wiele orbit
!
średnie (MEO - Medium Earth Orbit):
" orbity kołowe
" wysokość 8 000 - 12 000km
" okres obiegu ok. 6h
" 20 satelitów, 2-3 orbity
!
na silnie eliptycznych orbitach (HEO - Higly Eliptical Orbit):
" orbity eliptyczne (perigeum na wysokości ok. 500km)
" apogeum na wysokości ok. 50 000km
" kÄ…t inklinacji orbity 63,4°
" okres obiegu z przedziału 8 - 24h
!
geostacjonarne (GSO - GeoStationary Orbit):
" orbita kołowa leżąca na płaszczyz
nie równika
" wysokość orbity wynosi 35 786km
" satelita umieszczony na niej pozostaje pozornie nieruchomy w stosunku do
punktów na powierzchni Ziemi
Typy terminali:
" stacjonarne (fixed)
" przenośne (nomadic use)
" ruchome (mobile)
Platformy transmisyjne systemów szerokopasmowych: TCP/IP, DVB-S, ATM
Turbo Internet
" zastosowanie naziemnego kanału zwrotnego
" rozsiewcza transmisja danych i usługi internetowe poprzez wolne pojemności
transponderów
" przykłady: DirectPC, AstraNet
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 5
Systemy globalne: ARCS (Astra Return Channel System), SkyBridge (Alcatel),
Teledesic (Steve McCaw / Bill Gates).
SkyBridge:
" system dostępowy
" cała inteligencja systemu jest na Ziemi
" 80 aktywnych satelitów (odbiór: 2Gb/s, nadawanie: 6Gb/s (każda satelita))
" 20 orbit
" 10,7 - 14,5 GHz
" dostęp techniki: CDMA, TDMA i FDMA
" opóz
nienia < 120ms
Teledesic:
" 288 satelitów
" adaptacyjny routing
" Å‚Ä…cze do satelity: FDMA
" Å‚Ä…cze do terminala: ATDM
" downlink: 18,8 - 19,3 GHz
" uplink: 28,6 - 29,1 GHz
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 6
Wykład 3 - Telefony bezprzewodowe
Telefon bezprzewodowy umożliwia abonentowi realizację połączenia pomiędzy
przenośnym bezprzewodowym telefonem a stacją bazową dołączoną do PSTN.
Znane w Europie rozwiÄ…zania:
CT0 (rozwiÄ…zanie firmowe, nie standard):
" brak bezpieczeństwa
" 1,6 - 47 MHz
" FDMA
CT1:
" analogowy standard
" 914 - 915 MHz do BS
" 959 - 960 MHz do terminala
" kanał: 25 kHz
" 40 kanałów
" FDMA
" moc nadajnika: max. 10 mW
CT1 +:
" analogowy standard
" 80 kanałów
" 885 - 887 MHz
" wszystkie kanały w trybie trankingu
CT2:
" pierwszy cyfrowy standard
" poprawione bezpieczeństwo
" 864,1 - 868,1 MHz
" 40 kanałów
" 100 kHz
" dupleks czasowy TDD
" GFSK
" 72 kb/s
" moc nadajnika: 10 mW
CT3 (DCT 900, nie uzyskał akceptacji ETSI w 1991 roku):
" 900 - 1000 MHz
" 32 lub 64 kanały
" TDMA
" GMSK
" wyparty przez DECT
DECT:
" 1880 - 1900 MHz
" GMSK
" TDMA
" długość ramki 10ms
" technika dupleksu: TDD
" DCS (Dynamic Channel Selection)
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 7
PP - część ruchoma
FP - część stała
DCS (Dynamic Channel Selection):
" urządzenia DECT (FP i PP) skanują (w tle) dostępne widmo nie rzadziej niż co 30
sekund
" na podstawie zmierzonych wartości odebranego sygnału dla każdego
niewykorzystywanego kanału / szczeliny tworzona jest i zapamiętywana tabela RSSI
(Receive Signal Strenght Indication)
" na podstawie tabeli RSSI, FP i PP dokonują optymalnego wyboru kanału do nawiązania
połączenia
Nawiązywanie połączenia:
" inicjatywa zestawienia połączenia jest zawsze po stronie PP
" PP wybiera najlepszy kanał dla połączenia i wysyła na nim żądanie dostępu
" FP musi być dostrojone do kanału, na którym PP nadaje żądanie dostępu
" w tym celu FP sekwencyjnie w sposób ciągły skanuje niewykorzystane kanały
częstotliwościowe w celu odbioru żądania dostępu
" terminale ruchome PP synchronizujÄ… siÄ™ do tej sekwencji na podstawie informacji
odebranych z kanału rozsiewczego stacji bazowej FP
" w ten sposób terminal PP określa moment wysłania żądania dostępu, w którym stacja
bazowa FP odbiera na kanale, na którym chce nadawać PP
Przenoszenie połączenia (za przenoszenie odpowiada procedura DCS!):
1) Przenoszenie w obrębie tej samej stacji bazowej:
" w przypadku zakłócania terminala PP wybiera on inny, mniej zakłócany i na nim zestawia
połączenie ze stacją bazową FP
" obydwa połączenia są czasowo utrzymywane i analizowana jest przez PP jakość
odbieranych danych
" po określonym czasie FP określa, które połączenie zapewnia wyższą jakość i zwalnia
drugie połączenie
2) Przenoszenie pomiędzy dwoma stacjami bazowymi:
" w przypadku oddalania się terminala od obsługującej go stacji bazowej poziom sygnału
maleje, wzrasta natomiast poziom sygnału ze stacji, do której terminal się zbliża
" gdy poziom sygnału od nowej stacji bazowej FP przekroczy poziom sygnału obsługującej
stacji, terminal rozpocznie procedurę przenoszenia jak w przypadku zmiany kanału
Profile usługowe:
" GAP (Generic Acces Profile) - zapewnia współpracę między PP i FP dla połączeń
głosowych
" GIP (GSM/DECT Internetworking Profile) - dostęp do GSM przy użyciu interfejsu
radiowego DECT
" IAP (ISDN Access Profile)
" IIP (ISDN Intermediate Profile) - FP i PP stanowiÄ… przez
roczystą bramę między ISDN i
DIPS (DIPS - ruchomy DECT)
" RAP (Radio local loop Access Profile) - definiuje podzbiór protokołów koniecznych do
realizacji SRDA (radiowy dostęp abonencki) w oparciu o interfejs radiowy DECT
" CAP (CTM (Cordless Terminal Mobility) Access Profile) - umożliwia przemieszczanie się
w obrębie wielu sieci DECT.
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 8
Uwierzytelnianie:
" stacja bazowa przesyła do PP losową liczbę (tzw. challenge)
" PP oblicza odpowiedz
(response) na podstawie odebranej liczby i klucza uwierzytelniania
" stacja bazowa również obliczą spodziewaną odpowiedz

" stacja bazowa porównuje wyliczoną odpowiedz
z odebranÄ…
Subskrypcja dostępu:
" PIN
" ograniczony zasięg do minimum
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 9
Część 2 - slajdy dr. Stańca.
Wykład 4 - Komunikacja krótkozasięgowa
Nielicencjonowane pasma pracy ISM (UE):
9 - 10 [kHz]
6 765 - 6 795 [kHz]
13 553 - 13 567 [kHz]
26 957 - 27 283 [kHz]
40,66 - 40,70 [MHz]
433,05 - 434,79 [MHz]
2 400 - 2 500 [MHz]
5 725 - 5 875 [MHz]
24 - 24,25 [GHz]
61 - 61,5 [GHz]
122 - 123 [GHz]
244 - 246 [GHz]
5 150 - 5 350 [MHz] oraz 5 740 - 5 725 są pasmami nielicencjonowanymi dla zastosowań
WLAN ale nie sÄ… pasmami ISM.
Pasma pracy systemów krótkozasięgowych:
" 2,4 - 2,4835 [GHz]
" 5,725 - 5,875 [GHz]
Normy i regulacje prawne:
" musi być rozpraszanie widma (typy: FH lub DS) lub OFDM
" zysk przetwarzania min. 10 [dB]
" czas przebywania (dwell time) na jednym kanale, t d" 400ms
dwell
" wszystkie kanały jednakowo prawdopodobne
" ograniczona gęstość mocy:
- FH - 20 dBm /100 kHz
EIRP
- DS - 10 dBm /1 MHz
EIRP
Maksymalna EIRP (wg FCC):
TPO = 30 dBm (TPO - Transmitter Power Output)
MAX
EIRP = TPO + G (G = 6 [dBi] lub 36 [dBm] lub 4 [W])
MAX MAX
Dla G > 6 dBi, G = 6 + n
TPO = TPO - k ·n (Punkt-Wielopunkt: k = 1, Punkt-Punkt: k = 1/3)
MAX MAX
Pasma UNII:
" niskie 5150 - 5250 [MHz]
" średnie 5250 - 5350 [MHz]
" wysokie 5725 - 5825 [MHz]
Dla pasma wysokiego TPO = 1 [W]
MAX
" Å‚Ä…cze Punkt-Punkt
G = 23 [dBi]
MAX
jeśli G = G + n [dB] to wtedy TPO TPO - n [dB]
MAX MAX = MAX
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 10
" Å‚Ä…cze Punkt-Wielopunkt
EIRP = TPO + G (G = 6 [dBi] lub 36 [dBm] lub 4 [W])
MAX
Transmisja ultraszerokopasmowa - UWB (Ultra WideBand):
" sygnał o paśmie e" 500 [MHz]
" BW/f e" 0,2 (BW = f , f = (f + f )/2)
śr H - f
L śr H L
" pasmo pracy systemów UWB: 3,1 - 10,6 [GHz]
" gęstość widmowa: -41,3 [dBm/MHz]
" wielodostęp w dziedzinie czasu TH-UWB (Time Hopping UWB)
Dwie wybrane techniki realizacji UWB:
" DS-UWB (Direct Sequence) - szybkość transmisji: 28 - 1320 [Mb/s]
" MB-OFDM (MultiBand OFDM) - szybkość transmisji: 110 [MB/s] do 10 [m],
480 [MB/s] dla 1 - 2 [m]
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 11
Wykład 5 - Bluetooth
Założenia Bluetooth:
" system radiowy o niewielkim poborze mocy
" małe rozmiary urządzeń
" niski koszt modułu nadawczo-odbiorczego
" wysoki poziom bezpieczeństwa transmisji
" krótki zasięg (max. 100 [m])
" uniwersalne pasmo pracy w obrębie pasma ISM: 2,400 - 2 ,835 [GHz]
Wersje standardu:
BT 1.0 i 1.0B
" praktyczny brak współpracy pomiędzy urządzeniami różnych producentów
" zagrożenia bezpieczeństwa transmisji i prywatności
" niewygoda użytkowania - wymuszanie PINu przy każdorazowym połączeniu
BT 1.1
" errata do wersji 1.0
BT 1.2
" AFH (Adaptive Frequency Hopping)
" zwiększona przepustowość
" pakiety eSCO (extended Synchronous Connection Oriented)
" mechanizm RSSI
BT 2.0 + EDR (Enhanced Data Rate)
" szybkość transmisji 2,1 [Mb/s]
" ulepszone zarządzanie mocą (zwiększona żywotność baterii, 2 x BT v.1.1)
" szersze pasmo pracy: 5 [MHz]
" wsteczna kompatybilność
Garstka informacji:
" Szerokość kanału radiowego: 1 [MHz]
" Definicja k-tego kanału RF: f(k) = 2402 + k [MHz] (k = 0, 1, ... , 78)
" Modulacja GFSK (Guassian Frequency Shift Keying)
" UrzÄ…dzenia BT wykorzystujÄ… dupleks czasowy (TDD)
" Szczeliny po 625 [µs]
" Zmiana częstotliwości nośnej: 1600 razy/s
" Tylko jeden pakiet jest transmitowany w szczelinie.
" Kolejne szczeliny są używane naprzemiennie do transmisji i odbioru.
" Master wysyła pakiety do Slave tylko w parzystych szczelinach.
" Slave wysyła pakiety do Master tylko w nieparzystych szczelinach.
Typy Å‚Ä…czy fizycznych:
!
SCO (Synchronous Connection Oriented)
" punkt-punkt między Master a Slave
" pełen dupleks
" zestawiane i rozłączane przez Master
" typowe zastosowanie - dla transmisji głosu (gwarancja ciągłości)
" transmisja w zarezerwowanych przez Master szczelinach czasowych (dla danych
o dużej wrażliwości na opóz
nienia)
!
ACL (Asynchronous ConnectionLess)
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 12
" połączenie typu punkt-wielopunkt
" szybko zestawiane łącze pomiędzy Master i Slave
" bez rezerwacji szczelin
" możliwość zestawiania łączy symetrycznych i asymetrycznych
Typy adresów BT:
" BD_ADDR: Bluetooth Device Address
48-bitowy adres urządzenia przypisany fabrycznie każdemu urządzeniu BT.
" AM_ADDR: Active Member Address
3-bitowy adres przypisany tylko aktywnym urzÄ…dzeniom Slave w pikosieci.
" PM_ADDR: Parked Member Address
8-biowy adres przypisany urzÄ…dzeniom zaparkowanym (parked).
" AR_ADDR: Access Request Address
Używany przez zaparkowany Slave do wykrycia połówkowej szczeliny w oknie dostępu
(wiadomość z zapytanie o dostęp), niekoniecznie unikatowy.
Struktura pakietu BT.
Typy korekcji błędów:
" HEC (Header Error Correction) - Korekcja Błędów Nagłówka: 8 bitów, tylko w nagłówku.
" CTC (Cyclic Redundancy Checksum) - Suma Kontrolna: 16 bitów, chroni dane w części
Payload.
" FEC 1/3 (Forward Error Correction): Trzykrotne powtórzenie każdego bitu.
" FEC 2/3: Kodowanie przy pomocy skróconego kodu Hamminga (15,10).
" ARQ (Automatic Repeat Request): Dotyczy tylko transmisji danych (głos nie jest
retransmitowany). Potwierdza odbiór każdego pakietu.
Typy kodów dostępu:
" Kod Dostępu Kanału (CAC) - identyfikuje pikosieć
" Kod Dostępu Urządzenia (DAC) - do procedur sygnalizacyjnych (przywołanie,
odpowiedz
na przywołanie)
" Kod Dostępu Zapytania (IAC):
- ogólny IAC (GIAC) - jeden wspólny wszystkich urządzeniom, do procedur
zapytań (Inquiry) - wykrywanie wszystkich bez wyjątku urządzenie BT w zasięgu
- dedykowany IAC (DIAC) - zdefiniowane 63 kody charakteryzujÄ…ce pewne grupy
urządzeń (np. tylko drukarki), w celu zwężenia obszaru poszukiwań podczas
procedury zapytań
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 13
ID - zapytania, przywołania, odpowiedzi. 1 szczelina.
NULL - potwierdzenia ARQ, kontrola przepływu. 1 szczelina. Bez potwierdzenia (ACK).
POLL - używany przez Master do sprawdzenia czy dany Slave jest dostępny,
wskazywanie Slave. 1 szczelina. Bez potwierdzenia (ACK).
FHS - pozyskiwanie BD_ADDR i zegara nadawcy. Synchronizacja sekwencji przeskoków.
1 szczelina. Kodowany 2/3 FEC.
" HV1: 1/2 PEC
" HV2: 2/3 FEC
" HV3: bez FEC
" DV:
- głos: bez FEC (bez retransmisji)
- dane: 2/3 FEC + CRC (możliwa retransmisja)
" DMx: 2/3 FEC, x szczelin
" DHx: bez FEC, x szczelin
Topologie sieciowe:
" punkt-punkt
" pikosieć (gwiazda, bez kolizji)
" sieć rozproszona
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 14
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 15
Tryby energooszczędne:
" SNIFF (najmniej energooszczędny) - zachowuje AM_ADDR. Po odebraniu w szczelinie
T swojego adresu AM_ADDR wraca do ACTIVE.
sniff
" HOLD - zachowuje AM_ADDR. Wstrzymuje ACL, zostaje SCO. Po upływie czasu holdTO
wraca do ACTIVE. Brak aktywnego uczestnictwa w pikosieci (możliwa praca w innej).
" PARK (najbardziej energooszczędny) - traci AM_ADDR, uzyskuje 8-bitowy PM_ADDR
(odparkowanie z inicjatywy Master) i 8-bitowy AR_ADDR (odparkowanie z inicjatywy
Slave). Synchronizacja z Master: budzi się' w chwilach T i nasłuchuje wezwań od
beacon
MASTER.
Przepustowość jest m.in. zależna od poziomu wypełnienia W pakietu danymi
%
użytkownika (Info, X). Im W jest bliższy maksymalnej wartości zdefiniowanej w
%
standardzie dla każdego typu pakietów, tym przepustowość jest bliższa maksymalnej
(charakterystycznej dla danego typu pakietów).
Menadżer A
Ä…cza (LMP - LM Protocol):
" procedury zestawiania Å‚Ä…cza (komendy dla pasma podstawowego)
" uwierzytelnianie
" konfiguracja łącza (rodzaj łączy, pakietów)
" szyfrowanie
" zmiana klucza Å‚Ä…cza
" odłączanie (z pikosieci lub punkt-punkt)
" parowanie urządzeń
" kontrola mocy
" kontrola błędów
" wprowadzenie połączeń typu ACL w tryby HOLD, SNIFF, PARK
Interfejs Kontrolera HCI (Host Controller Interface) - styk części programowej i
sprzętowej.
Profile BT:
!
podstawowe
" GAP
" SPP
" SDAP
!
telefoniczne
" CTP
" ICP
" HSP
!
sieciowe
" SIM
" LAP
" DUNP
" FAX
!
wymiany obiektów
" FTP
" OPP
" SP
Czynniki wpływające na zmniejszenie prędkości:
" niepełne wypełnianie pakietów
" kodowanie nadmiarowe
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 16
" narzut protokołowy
" przeciwny kierunek transmisji
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 17
Wykład 6 - WLAN
Instytucje:
" IEEE - organizacja standaryzujÄ…ca
" WLANA - platforma edukacyjna, zrzesza wiodących producentów
" Wi-Fi Alliance - wydaje certyfikaty zgodności
W Europie 13 kanałów (ogólnie 14). f(k) = 2412 + k · 5
Obowiązkowe szybkości dla 802.11a i 802.11g:
" 6 [Mb/s]
" 12 [Mb/s]
" 24 [Mb/s]
Topologie sieciowe:
" BSS (Basic Service Set) - Podstawowa Grupa Sieciowa:
- IBSS (Independent BSS): Niezależna Podstawowa Grupa Sieciowa (= tryb ad
hoc)
- ESS (Extended SS): Rozszerzona Grupa Sieciowa
Funkcja ARF (Automatic Rate Fallback) polega na automatycznym przełączaniu
szybkości transmisji w przypadku zmniejszenia stosunku Sygnał-Szum (SNR),
warunkujący utrzymanie stopy błędów na poziomie 10-5 (tj. 1 bit utracony na 10 [kb]).
Preambuła i nagłówki są transmitowane zawsze z szybkością 1 Mb/s (w 802.11a, 6 Mb/s).
W standardzie 802.11x dostępem urządzeń do ośrodka zarządzają dwie funkcje
koordynacji dostępu:
" Rozproszona Funkcja Koordynacji DCF (Distributed Coordination Function) - czas, gdy
jest stosowana to Okres Rywalizacji CP (Contention Period) - WYMAGANA!
" Scentralizowana Funkcja Koordynacji PCF (Point Coordination Function) - czas, gdy jest
stosowana to Okres Bez Rywalizacji CFP (Contention-Free Period) - OPCJONALNA!
Rodzaje Szczelin Międzyramkowych IFS (InterFrame Spacing):
" krótka IFS, SIFS (Short IFS) = 10 [µs]
" scentralizowana IFS, PIFS (Point IFS) = SIFS + T
slot
" rozproszona IFS, DIFS (Distributed IFS) = PIFS + T
slot
" slot
T = 20 [µs]
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 18
>>> standard 802.11a vs. 802.11b <<<
>>> standard 802.11a vs. 802.11b <<<
>>> standard 802.11a vs. 802.11b <<<
UNII: 5150 - 5250 [MHz] i
ISM: 2400 - 2483,5 [MHz] pasma pracy
5725 - 5825 [MHz]
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
1; 2; 5,5; 11 [Mb/s] szybkość transmisji
[Mb/s]
DSSS (1, 2 [MB/s]) OFDM (dla wszystkich
techniki transmisji
CCK (5,5; 11 [Mb/s]) szybkości)
BPSK, QPSK, 16-QAM,
DBPSK, DQPSK, QPSK modulacje
64-QAM
W modulacji 16-QAM (2L=4-QAM) strumień informacyjny dzielony jest na grupy 4-bitowe,
które reprezentowane są w postaci zespolonego symbolu S = I + jQ. Wartości składowe
K
synfazowej (I) oraz kwadraturowej (Q) wyznaczajÄ… duobity kodu Gray'a.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - metoda modulacji polegajÄ…ca na
jednoczesnej transmisji wielu strumieni danych na ortogonalnych częstotliwościach
nośnych.
+ odporność na wielodrogowość (dłuższy czas trwania symbolu, przedział ochronny)
- mała odporność na rozstrojenie częstotliwości (blisko leżące podnośne)
- duży stosunek wartości szczytowej do średniej PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)
W OFDM zwiększamy dwukrotnie wydajność widmową w stosunku do FDM.
W 802.11a - 52 ortogonalne podnośne, 48 z danymi.
Szerokość pojedynczej nośnej:
"f = BW/N
BW - szerokość pasma całego kanału
N - definicja k-tej podnośnej wyznaczonej przy pomocy N-punktowej IFFT
Preambuła:
" długa (wolna transmisja, kompatybilne ze starszymi rozwiązaniami)
" krótka (szybka transmisja)
Kierunki rozwoju:
" Wireless HD (WiHD)
" VHT
Czynniki obniżające prędkość transmisji:
" narzut protokołowy
" realizacja procedury dostępu do medium
" czekanie na potwierdzenie
" kodowanie
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 19
QoS w sieciach WLAN - rozszerzenie 802.11e
EDCF - (Enhanced DCF) - Rozszerzona DCF
HCF - (Hybrid PCF ) - Hybrydowa PCF
QSTA - (Quality Station) - stacja implementujÄ…ca funkcje EDCF i/lub HCF
QBSS - (Quality BSS) - BSS złożona ze stacji QSTA
HC - (Hybrid Coordinator) - Koordynator Dostępu (PC) w QBSS
BA - (Burst Acknowledgement) - Potwierdzenie Grupowe
ACx - (Access Category) - Kategoria Dostępu (x = 0, 1, 2, 3)
AIFSx - (Arbitration IFS) - Rozszerzona Szczelina Międzyramkowa (x = 0, 1, 2, 3)
CFB - (Contention Free Burst) - Transmisja Grupowa
TXOP - (Transmission Opportunity) - Prawo do Transmisji
B - (Beacon) - ramka rozsiewcza informująca o długości TXOP (w EDCF, HCF) oraz o
końcu czasu bezkolizyjnego CFP (w trybie HCF)
Rozszerzono warstwę MAC o tryb HCF (Hybrid Coordinaton Function) z poniższymi
opcjami:
!
EDCF (Enhanced DCF):
" priorytetyzacja strumieni informacyjnych poprzez podział danych na Kategorie
Dostępu AC (Access Category)
" stacje QSTA rywalizują o TXOP. Po wygraniu rywalizacji stacja rozsyła (broadcast)
do pozostałych stacji ramkę B (beacon) informując je o zamierzonej długości czasu
transmisji TXOP (max. długość TXOP określa producentm TXOP Limit), pozostałe
stacje aktualizujÄ… swoje NAV
" możliwość grupowej transmisji ramek CFB w odstępach SIFS (z potwierdzeniem
ACK po każdej ramce) w czasie TXOP
!
Przepytywanie (Polling):
" wymaga obecności Hybrydowego Koordynatora HC (Hybrid Coordinator)
" podział czasu na superramki
" HC przyznaje TXOP wybranej QSTA za pomocÄ… ramki CF-Poll
" okres bezkolizyjny (CFP) kończy transmisja ramki B lub ramki CF-End przez HC
" możliwość grupowej transmisji ramek w odstępach SIFS
" możliwość Grupowego Potwierdzenia BA (Burst Acknowledgement):
- z natychmiastowym potwierdzeniem
- z odroczonym potwierdzeniem
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 20
Funkcja EDCF jest rozszerzeniem funkcji DCF o cztery Kategorie Dostępu AC0-AC3.
Wadą EDFC jest pogorszenie charakterystyk czasowych (wzrost opóz
nienia i jego
fluktuacji) mnie uprzywilejowanych strumieni informacyjnych. Krytycznym parametrem jest
zatem właściwy dobór długości TXOP Limit.
Istnienie czterech kolejek AC w stacji QSTA logicznie odpowiada istnieniu czterech stacji
STA - każdej o innym czasie AISF. Prawo do transmisji uzyskuje stacja o najwyższym
priorytecie. Pozostałe klasy odbierają to jako zaistnienie kolizji (zwanej kolizją wirtualną) i
realizujÄ… procedurÄ™ wstrzymania.
EDCF jest funkcją zwaną również HCF (Hybrid Coordination Function) w trybie z
rywalizacjÄ….
802.11e - wnioski wyników symulacji:
" dla małych obciążeń sieci, zastosowanie QoS pogarsza parametry transmisji AC1-AC3,
parametry AC0 były na podobnym poziomie jak bez QoS
" gdy natężenie ruchu przekracza maksymalną przepustowość, zastosowanie QoS
zmniejsza jej całkowitą przepustowość (na rzecz proporcji rozdziału ruchu między klasy)
" w sieci z QoS, gdy natężenie ruchu jest większe niż przepustowość sieci, ruch wyższych
AC został obsłużony w całości
" opóz
nienia i ich fluktuacja w sieci z QoS, w kategoriach dostępu o wysokim priorytecie
pozostają na stałym, niskim poziomie
" w przypadku dużego natężenia ruchu początkowo cierpi tylko i wyłącznie kategoria o
najniższym priorytecie, dopiero po pewnym czasie pogorszeniu uległy parametry transmisji
kolejnych kategorii dostępu
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 21
Wykład 7 - WiMAX
Bezprzewodowe Sieci Metropolitalne - standardy:
!
ETSI (BRAN - Broadband Radio Access Network):
" HiPer Access (High Perfomance)
" HiPer Link
" HiPer MAN
" HiPer LAN2
!
IEEE:
" 802.16-2004 (= 802.16d)
" 802.16e
HiPer Access - Stały Szerokopasmowy Dostęp (Fixed Broadband Wireless) - punkt-
wielopunkt (PMP), pasma powyżej 11 [GHz], transmisja na pojedynczej nośnej, w
warunkach LOS
HiPer Link - szybkie łącze radiowe do połączeń pomiędzy sieciami HiPer Access (lub
punktami dostępowymi AP), pasmo 17 [GHz]
HiPer MAN - Stały Szerokopasmowy Dostęp (Fixed Broadband Wireless) - punkt-
wielopunkt (PMP), pasma powyżej 11 [GHz], transmisja OFDM, w warunkach LOS/NLOS
HiPer LAN2 - bezprzewodowy LAN, pasmo 5 [GHz], transmisja wielotonowa OFDM, 54
Mb/s, QoS
Wersja 802.16d standardu:
" obowiÄ…zujÄ…ca dzisiaj wersja standardu
" unifikuje i zawiera wszystkie dotychczasowe wersje standardu, nieznaczne poprawki
" unieważnienie dotychczasowych wersji
" stacjonarność urządzeń
Wersja 802.11e standardu:
" definicja mechanizmu przekazywania połączeń pomiędzy Stacjami Bazowymi BS
" szybka kontrola mocy
" zastosowanie Techniki Anten Adaptacyjnych AAS (Adaptive Antenna System)
" hybrydowy mechanizm retransmisji (H-ARQ)
" umożliwienie mobilności Stacji Abonenckich SS (Subscriber Station)
802.22 (WRAN - Wireless Regional Area Network):
" transmisja w trybie PMP w pasmach VHF/UHF (54 - 862 [MHz])
" zastosowanie tzw. Radia Kognitywnego - inteligentny dobór parametrów transmisyjnych
do zastałych warunków widmowych (zajętość kanałowa, poziom zakłóceń
międzykanałowych itp.)
" dywidenda cyfrowa
Koncepcja dywidendy cyfrowej:
" cyfryzacja radiofuzji umożliwia  kompaktowanie kanałów radiowych i telewizyjnych
" ta sama ilość informacji może być przesłana do odbiorcy z wykorzystaniem mniejszej
części widma częstotliwości radiowych
" przy założeniu tej samej (lub większej) oferty programowej, ilość widma potrzebna do
transmisji informacji cyfrowej będzie mniejsza od widma wykorzystywanego do tradycyjnej
informacji analogowej
" odzyskana część widma, niewykorzystywana już dalej, po wprowadzeniu w życie
telewizji / radiofonii cyfrowej nosi nazwÄ™ dywidendy cyfrowej
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 22
Zalety częstotliwości dywidendy cyfrowej:
" dobre warunki propagacyjne (relatywnie niskie częstotliwości) -> wymagana mniejsza
infrastruktura do zapewnienia właściwego zasięgu stacji nadawczych (mniejsze koszta)
" dobra pojemność kanałów wystarczająca do transmisji np. wysokiej jakości video,
dz
więku czy danych
Ewolucja standardu 802.16 w stronę mobilności:
!
stacjonarność
!
nomadyczność:
" brak automatycznych przekazań połączeń
" konieczność uwierzytelniania
" po uwierzytelnieniu i nawiązaniu połączenia user staje się stacjonarny
!
przenośność:
" automatyczne przekazywanie bez gwarancji QoS
" szybkość poruszania się usera: ok. 5 [km/h]
!
mobilność:
" automatyczne przekazywanie połączeń z gwarancją QoS
" szybkość poruszania się usera: ok. 90 [km/h]
AAS - (Adaptive Antenna System) - Technika Anten Adaptacyjnych
ARQ - (Automatic Repeat reQuest) - Mechanizm Automatycznej Retransmisji
STC - (Space-Time Coding) - Kodowanie Czasowo-Przestrzenne
Rodzaje modulacji w zależności od zasięgu.
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 23
IEEE 802.11-2004:
" w łączu  w dół zwielokrotnienie przez TDM
" w łączu  w górę wielodostęp TDMA
" w jednym symbolu (czyli czasie T ) transmisja odbywa się na wszystkich podkanałach
sym
(podnośnych) jednocześnie, zarówno  w dół jak i  w górę .
SOFDMA (Scalable OFDMA) - wartościowość FFT w zakresie 128-2048 (w zależności od
szerokości kanału).
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 24
Podczas planowania sieci Mobile WiMax powstaje problem interferencji na krańcach
systemu. Rozwiązaniem jest obsługa użytkowników w pełnym kanale (wszystkie podnośne
w pobliżu stacji bazowej, na brzegach tylko w wybranych podkanałach).
Koncepcja ABC - jako uzasadnienie wprowadzenia standardu IEEE 802.21.
ABC (Always Best Connected) - konieczne przełączanie pomiędzy sieciami
bezprzewodowymi różnych technologii (w tym także komórkowymi).
" wertykalne - systemy o różnych zasięgach (np. WLAN i WiMax)
" horyzontalne - systemy o podobnych zasięgach (np. Bluetooth i ZigBee)
Założenia specyfikacji 802.21:
" oparte na protokole IP
" MIH (Medium Independent Handover) - Niezależna Funkcja Przełączania:
- MIES (Media Independent Event Service)
- MICS (Media Independent Command Service)
- MIIS (Media Independent Information Service)
MIES - usługa przekazująca zdarzenia zarówno z lokalnych jak i zdalnych interfejsów.
MICS - usługa dostarczająca polecenia w zakresie kontroli zachowania łącza (dot.
przełączania).
MIIS - usługa dostarczająca informacje o sieciach w celu zwiększenia efektywności decyzji
o przełączeniu.
WiMax - połączone inicjatywy:
" europejska (ETSI BRAN - HiPer MAN)
" amerykańska (IEEE Wireless MAN - 802.16d, 802.16e)
" QPSK, 16-QAM, 64-QAM, dodano BPSK (o sprawności kodowania R = 1/2)
" dla BW = 20 MHz i 64-QAM, max. szybkość transmisji = 74,81 [Mb/s]
W Polsce 12 kanałów w paśmie 3,6 - 3,8 [GHz].
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 25
Wykład 8 - UMTS cz. 1
Organizacje:
" RACE
" ACTS
" IMT-2000
" 3GPP
" UMTS Forum
Architektura systemu:
" UE (User Equipment) - wyposażenie abonenta
" UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) (USRAN - satelita)
" CN (Core Network) - sieć szkieletowa
" external networks - sieci zewnętrzne (z komutacją pakietów / kanałów)
!
wyposażenie abonenta:
" ME (Mobile Equipment) - wyposażenie ruchome:
- terminal radiowy (telefon)
" moduł identyfikacji abonenta UMTS (USIM):
- inteligentna karta - zawiera numer identyfikacyjny abonenta, algorytmy
potwierdzające autentyczność, klucze do potwierdzania autentyczności oraz
do szyfracji
!
naziemna sieć dostępu radiowego (UTRAN):
" stacje bazowe (węzły B - node B):
- przetwarzanie w warstwie fizycznej - kodowanie kanałowe, przeplot
danych, dopasowanie szybkości danych, modulacja itp.
" kontrolery sieci radiowej (RNC - Radio Network Controller):
- sterowanie węzłami B
- zarzÄ…dzanie zasobami sieciowymi
- w sieci szkieletowej traktowane są jako punkty dostępu do usługi UTRAN
- funkcjonalność rozbudowana do MSC w GSM, np. wykonanie procedur
przełączania bez MSC
!
sieć szkieletowa:
" HLR (Home Location Register) - rejestr abonentów stałych. Rejestr stacji
ruchomych na stałe zarejestrowanych w systemie zarządzanym przez danego
operatora.
" MSC/VLR (MSC Visitor's Location Register) - centrala z rejestrem abonentów
obcych. Do obsługi ruchu z komutacją kanałów.
" GMSC (Gateway MSC) - centrala wejściowa. A
Ä…czy UMTS z sieciami
zewnętrznymi z komutacją kanałów.
" SGSN (Serving GPRS Support Node) - obsługujący węzeł GPRS. Obsługa ruchu
pakietowego.
" GGSN (Gateway GPRS Support Node) - węzeł wejściowy GPRS. A
Ä…czy
UMTS z pakietowymi sieciami zewnętrznymi.
UMTS - inne cechy systemu:
" wybór rodzaju transmisji dupleksowej:
- FDD (odstęp dupleksowy - 190 MHz), ok. 90% sieci
- TDD (transmisja danych, Å‚Ä…cza asymetryczne)
" współpraca z sieciami stałymi (ISDN, GSM)
" AMR (Adaptive Modulation Rate) - adaptacyjne kodowanie mocy
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 26
Współczynnik wykorzystania częstotliwości = 1.
W obrębie ramki nie są zmieniane parametry transmisyjne (np. moc, modulacja itp.).
Pasma podstawowe:
" TDD:
1900 - 1920 (4 kanały)
2010 - 2025 (3 kanały)
" FDD:
1920 - 1980 (12 kanałów w górę)
2110 - 2170 (12 kanałów w dół)
KODY:
" kanałowe - do identyfikacji kanałów fizycznych
" skramblujące - do identyfikacji węzłów B (w łączu  w dół ) i do identyfikacji użytkowników
EU (w łączy  w górę ), 512 w systemie
Kody kanałowe są określane jako kody Ortogonalne o Zmiennym Współczynniku
Rozpraszania OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor).
Kody OVSF na ogół wykazują własności ortogonalne wyłącznie przy idealnej
synchronizacji (offset = 0), nieprzydatne do synchronizacji!
W systemie UMTS wykorzystywana jest modulacja QPSK (4-QAM).
SF 5 ÷ 512.
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 27
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access):
" dotyczy zarówno trybu FDD i TDD
" adaptacyjna modulacja i kodowanie, ACM (Adaptive Modulation and Coding)
" technika retransmisji z powtórzeniami, HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest)
" multipleksowanie danych w dziedzienie kodu i czasu
" nowe kanały: transportowy i fizyczne
" zwiększona funkcjonalność stacji bazowych
W HSDPA mamy modulacjÄ™ QPSK lub 16-QAM!
SF = 16.
Maksymalnie 15 przydzielonych kanałów.
Dla 15 kodów (maks.) mamy szybkość 14,4 [Mb/s]
W HSDPA przełączanie robi węzeł B.
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 28
Wykład 9 - UMTS cz. 2
Kanały:
" logiczne:
- wymiana informacji z UTRAN - informacje sterujące i informacje użytkowników
" transportowe:
- określa sposób transportowania danych w interfejsie radiowym - wspólne i
dedykowane (do jednej stacji bazowej)
Procedura poszukiwania komórki:
" UE dokonuje synchronizacji
" UE identyfikuje kod skramblujÄ…cy
" UE zbiera informacje o węz
le B
W systemie UMTS moc transmisji musi być utrzymywana na minimalnym poziomie
potrzebnym do utrzymania wymaganego poziomu SIR [dB] (Signal-to-Interference
min
Ratio) dla danej usługi.
Kontrola mocy:
" otwarta pętla kontroli mocy - zakres zmian mocy ą 9dB (w skrajnych warunkach ą
12dB)
" wewnętrzna pętla kontroli mocy - szybka zamknięta pętla kontroli mocy, 1500 razy/s
(do kompensacji zaników szybkich)
" zewnętrzna pętla kontroli mocy - zmiana mocy na podstawie analizy bitowej stopy
błędów BER (Bit Error Rate) lub blokowej stopy błędów BLER (BLock Error Rate)
Oddychanie komórek:
" piko i mikro komórki - duża tolerancja na kurczenie się komórek (duże nakładki)
" makrokomórki - mała tolerancja na kurczenie się komórek (niewielkie nakładki)
Rodzaje przełączeń:
!
twarde:
" przy przełączeniu do innych sieci (np. GSM)
" pomiędzy trybami TDD i FDD pracującej na innej nośnej
" różnoczęstotliwościowe
" w trakcie przełączania wchodzi w nasłuch, żeby nie spadła szybkość zwiększamy
moc i zmniejszamy SF
" przed przełączeniem wszystkie połączenia zostają zerwane (BBM)
!
miękkie:
" między komórkami różnych węzłów B
!
bardziej miękkie:
" między sektorami tego samego węzła B
Metody zwiększania pojemności:
" HCS (Hierarchical Cell Structure)
" UHS (Ultra High Stations) - wysokość > 100m
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 29
Na skróty (od autora :P)
M-QAM, M = 2h (h - ile bitów na symbol)
np. 16-QAM, 16 = 24 Odp: 4 bity
BPSK - 1 bit
QPSK - 2 bity
ARQ - Automatic Rate Forward - automatyczna próba ponownego przesyłania pakietów,
które w poprzedniej ramce nie zostały przesłane.
Głównym celem modulacji jest umożliwienie efektywnego przekazywania informacji na
odległość. Do zalet należą m.in.:
" zwiększona odporność przekazu na zakłócenia
" efektywniejsze wykorzystanie widma
" zabezpieczenie informacji przed dostępem
Modulacje:
" analogowe
" impulsowe
" cyfrowe
Zalety modulacji cyfrowych:
" większa pojemność informacyjna systemu
" kompatybilność z cyfrowymi z
ródłami danych
" wyższe bezpieczeństwo danych
" lepsza jakość przekazu
" szybszy dostęp do systemu
Grupy modulacji:
" ASK (Amplitude Shift Keying) - jeśli  1 to s = Asin(w t), jeśli  0 to s = 0
1 0 2
" PSK (Phase Shift Keying) - jeśli  1 to s = Asin(w t), jeśli  0 to s = - Asin(w t)
1 0 2 0
" FSK (Frequency Shift Keying) - jeśli  1 to s = Asin(w t), jeśli  0 to s = Asin(w t)
1 1 2 2
Szerokość pasma rośnie wraz ze wzrostem M (spada widmowa gęstość sygnału),
ponieważ potrzebujemy kanałów ochronnych.
" QAM (Quadrature Amplitude Modulation) - zmienia się amplituda i faza jednocześnie.
Metody zwielokrotniania kanału transmisyjnego:
" TDM (Time Division Multiplexing)
" FDM (Frequency Division Multiplexing)
" OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
" CDM (Code Division Multiplexing)
" SDM (Space Division Multiplexing)
Zwielokrotnianie (...DM - Domain Multiplexing) - inaczej multipleksowanie, jest procesem
podczas którego analogowe lub cyfrowe sygnały informacyjne są łączone w jeden
zespolony sygnał w celu transmisji poprzez współdzielone (pojedyncze) medium.
Wielodostęp (...DMA - Domain Multiple Access) - metoda dostępu użytkownika do
współdzielonego medium. Realizowana za pomocą odpowiedniej techniki
multipleksowania.
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 30
FDM:
+ transmisja prowadzona cały czas na tym samym paśmie (najprostsza metoda)
- trudności związane ze stabilnością częstotliwości nośnej
- kosztowne filtry o stromych zboczach (separacja kanałów)
- pasma ochronne pomiędzy kanałami (spada współczynnik wykorzystania pasma)
OFDM:
+ poufność i bezpieczeństwo danych
+ dużo bardziej odporne na zakłócenia i interferencje (naturalne i spowodowane przez
człowieka)
+ wysoka jakość i większa pojemność niż TDMA czy FDMA
+ brak przestrajanych filtrów w odbiornikach (inaczej niż w FDM)
- konieczność zapewnienia precyzyjnej synchronizacji częstotliwości podnośnych
TDM:
+ umożliwia współdzielenie jednego kanału częstotliwości
+ pozwala na dynamiczny przydział zasobów łącza
+ ułatwia realizację technik komutacji
- potrzeba zapewnienia precyzyjnej synchronizacji (korekcja opóz
nień)
- wzrost komplikacji układów korekcji amplitudowo-fazowej przy szybkiej transmisji
- impulsowy charakter sygnału (potencjalne z
ródło interferencji)
CDM:
+ poufność i bezpieczeństwo danych
+ sygnały o rozproszonym widmie są niezwykle trudne do wykrycia
+ większa odporność na zakłócenia i interferencje (naturalne i spowodowane przez
człowieka)
+ wysoka jakość i większa pojemność niż TDMA czy FDMA
- konieczność nieustannego sterowania poziomem mocy emitowanej ze wszystkich
nadajników
Różnice OFDM do FDM:
" gęsto  upakowane podnośne (brak odstępu ochronnego)
" synchronizacja podnośnych (częstotliwość i faza)
" duża odporność na zakłócenia wielodrogowe
Sieci Bezprzewodowe 2 - NIEZB
DNIK by Shagg 31