Osnovi računarskih mreža 2 Bežične telekomunikacione mreže i IoT dr Marija Antić, marija.antic@rt-rk.uns.ac.rs Predavanje IV

WiFi i IEEE 802.11 standardi WiFi je bežična LAN tehnologija bazirana na IEEE 802.11 grupi standarda Prvi standard iz ove grupe je iz 1997. godine, u praksi se primenjuje od 1999. IEEE standardima daje preporuke, ali ne testira kompatibilnost uređaja sa standardom WiFi Alijansa – osnovana 1999, sa ciljem poboljšanja interoperabilnosti proizvoda, neprofitna organizacija koja sprovodi sertifikaciju uređaja U WiFi Alijansi su danas stotine kompanija Standardi definišu PHY (fizički sloj) MAC podsloj sloja veze (Media Access Control)

IEEE 802.11 standardi 802.11a i 802.11b standard objavljeni su iste godine, ali je 802.11b zaživeo zbog niže cene proizvodnje uređaja i manje regulatornih problema 802.11g uređaji omogućavaju iste brzine kao i 802.11a, a kompatibilni su sa 802.11b uređajima 802.11n omogućava postizanje većih brzina korišćenjem MIMO antena Mi ćemo obraditi 802.11b/g

Funkcije fizičkog sloja Rx – prijemnik Po pravilu je aktivan kada nema slanja Kada se detektuje signal, CS inicira prijem Ako je detektovano zaglavlje okvira, počinje prijem podataka, koji se u oktetima prosleđuju MAC sloju CS/CCA (Carrier Sense / Clear Channel Assessment) CS detektuje početak okvira koji se prima CCA proverava da li je moguće slanje (kada MAC sloj to zahteva) Tx – predajnik Generiše preambulu i zaglavlje, kada MAC sloj inicira slanje Prihvata podatke od MAC sloja u oktetima, i priprema za slanje Podaci se šalju od LSB ka MSB Po završetku slanja okvira obaveštava MAC sloj o tome, i vraća sistem u stanje prijema podataka CS/CCA Tx Rx

DSSS fizički sloj (802.11b): DBPSK i DQPSK modulacija (podsećanje) Prenosi se razlika u fazi dva uzastopna bita (DBPSK), odnosno dva uzastopna simbola (DQPSK)

DSSS fizički sloj (802.11b): CCK (Complementary Code Keying) modulacija Deo podatka (2 ili 6 bita) određuje kodnu sekvencu kojim se množi ostatak podatka Kodna sekvenca je kompleksan signal, ima 8 bita, učestanosti 1.375MHz. Zatim se primenjuje pomeraj faze kodne sekvence, na osnovu preostala dva bita podatka (pomeraj se određuje po DQPSK) Jedan simbol prenosi 4 ili 8 bita podataka, i sadrži 8 čipova Na prijemnoj strani, prvo se određuje kod i biti za njega vezani, a zatim i faza, tj. preostala dva bita signala

DSSS fizički sloj (802.11b): Format okvira Preambula Sinhronizacija i početak okvira Uvek se emituje sa 1Mb/s i DBPSK modulacijom Duga ili kratka. Duga je kompatibilna sa originalnim 802.11 iz 1997. SYNC Sinhronizacija Niz od 128 jedinica ili 56 nula SFD (Start Frame Delimiter) Predefinisana sekvenca koja označava početak okvira 0xF3A0 za dugačku, 0x0C5F za kratku preambulu Preambula 144 / 72 bita Zaglavlje 48 bita Podaci Okvir PHY sloja SYNC 128 / 56 bita SFD 16 bita SIGNAL 8 bita SERVICE 8 bita LENGTH CRC

DSSS fizički sloj (802.11b): Format okvira Zaglavlje Sinhronizacija i početak okvira U slučaju dugog paketa emituje sa 1Mb/s i DBPSK modulacijom U slučaju kratkog paketa emituje sa 2Mb/s i DQPSK modulacijom SIGNAL Određuje brzinu prenosa, tj. modulaciju DBPSK – 1 Mb/s, DQPSK – 2Mb/s, 4CCK – 5.5 Mb/s, 8CCK – 11 Mb/s SERVICE Ne koristi se, već je rezervisano LENGTH Dužina prenošenih podataka CRC Kontrola ispravnosti prenosa Preambula 144 / 72 bita Zaglavlje 48 bita Podaci Okvir PHY sloja SYNC 128 / 56 bita SFD 16 bita SIGNAL 8 bita SERVICE 8 bita LENGTH CRC

DSSS fizički sloj (802.11b): Raspoloživi kanali Kanali širine 22 MHz, sa po 5 MGHz razmaka – ukupno 11 u SAD, 13 u Evropi Ako ne želimo preklapanje, ne možemo istovremeno koristiti sve kanale

Multipath i intersimbolska interferencija 1. Direktna putanja. 2. Višestruko odbijanje sa sličnim kašnjenjem. 3. Veliko kašnjenje.

OFDM fizički sloj (802.11g i 802.11a): Princip OFDM modulacije vreme snaga K simbola frekvencija K podnosilaca Time Dužina slanja svakog simbola je produžena za K puta u vremenu.

OFDM fizički sloj (802.11g i 802.11a): Princip OFDM modulacije Serijsko- paralelni konvertor S/P s(l) s(l+1) s(l+2) s(l+K-1) IFFT s(l) s(l+1) s(l+K-1) Na predajniku FFT s(l) s(l+1) s(l+K-1) Na prijemniku

OFDM fizički sloj (802.11g i 802.11a): Zaštitni interval OFDM smanjuje relativni deo simbola koji je izložen ISI-u. Tipično, deo simbola koji je izložen ISI-u je oko 10% čitave dužine simbola. Za potpunu zaštitu od ISI uvodi se zaštitni interval (deo signala se kopira sa kraja na početak, tokom svakog simbola) vreme simbol k simbol k+1 ISI Zanemarljivo preklapanje. 3.2 μsec 0.8 μsec 0.8 μsec se kopira na početak.

OFDM fizički sloj (802.11g i 802.11a): Organizacija podnosilaca Širina kanala je 20 MHz. Rastojanje između dva frekvencijska podnosioca je 312.5 KHz Ukupno 64 podnosioca 12 podnosilaca se ne koristi (nula snaga) 4 podnosioca su pilot podnosioci (koriste se za kanalnu estimaciju) 48 podnosilaca se koristi za prenos podataka. Indeks podnosioca -26 -22 -21 -20 -8 -7 -6 -1 1 6 8 20 21 7 22 26 Nula snaga kako bi se smanjila interferencija sa susednim kanalima (guard bands). Piloti imaju indeks -21, -7, 7, 21. Centralni nosilac.

OFDM fizički sloj (802.11g i 802.11a): Pilot simboli Pilot simboli ne nose informaciju već su unapred poznati i prijemniku. Pilot simbol Podaci simbol Podaci simbol Podaci simbol Pilot simbol Podaci simbol Podaci simbol Pilot simboli ne nose informaciju već su unapred poznati i prijemniku. Na osnovu primljenog pilot simbola prijemnik estimira kanal (izobličenja faze i amplitude) Prijemnik će koristiti estimiranu vrednost da izvrši korekciju amplitude i faze primljenih simbola podataka pri demodulaciji. Češće slanje pilot simbola daje veću tačnost estimacije, ali predstavlja overhead. Poslati pilot Primljeni pilot (idealizacija bez šuma) A f

OFDM fizički sloj: Konvolucioni koder Ulazni bit Izlazni bit 2 Izlazni bit 1 Kodni količnik R =1/2

OFDM fizički sloj: Veći kodni količnik zaštitnog kodovanja Kodni količnik R =3/4 Kodni količnik R =2/3

OFDM fizički sloj: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM modulacija 1010 1011 1110 1111 1001 1000 1101 1100 0110 0111 0010 0011 0101 0100 0001 0000 100100 101100 100101 101101 100111 101111 100110 101110 111100 110100 111101 110101 111111 110111 111110 110110 100010 101010 100011 101011 100001 101001 100000 101000 111010 110010 111011 110011 111001 110001 111000 110000 010100 011100 010101 011101 010111 011111 010110 011110 001100 001101 001111 001110 010010 011010 010011 011011 010001 011001 010000 011000 001010 001011 001001 001000 000100 000101 000111 000110 000010 000011 000001 000000

OFDM fizički sloj: Predajnik i prijemnik S/P IFFT Generisanje CRC-a Zaštitno kodovanje Zaštitni interval Uobličavanje impulsa I/Q modulator Mapiranje Prijemnik Sklanjanje zaštitnog intervala FFT P/S I/Q demodulator Zaštitno dekodovanje Provera CRC-a Demapiranje Sinhronizacija Kanalna estimacija

OFDM fizički sloj: Format okvira Preambula 12 simbola Signal 1 simbol Payload PHY okvir RATE 4 bita RES 1 bit LENGTH 12 bita PARITY TAIL 6 bita SERVICE 16 bita Zaglavlje Podaci

OFDM fizički sloj: Preambula okvira Kratka trening sekvenca Služi za sinhronizaciju (detekciju početka okvira) Signal u trajanju 8μs ponavlja se 10 puta Duga trening sekvenca Služi za kanalnu estimaciju – procenu izobličenja na svakom od podnosilaca Sekvenca trajanja 3.2μs se ponavlja dva puta

OFDM fizički sloj: Zaglavlje okvira Zaglavlje čine SIGNAL i SERVICE polja SIGNAL polje uvek se prenosi BPSK modulacijom, i konvolucionim kodom sa količnikom 1/2 Brzina prenosa (RATE) – kombinacija modulacije i kodnog količnika konvolucionog koda Dužina MAC okvira (LENGTH) Bit pariteta (PARITY) Terminacioni biti konvolucionog kodera (TAIL) SERVICE polje prenosi se brzinom definisanom u SIGNAL polju, kao i MAC okvir, terminacioni biti kodera i dodatni (padding) biti RATE Modulacija R Brzina (Mb/s) 1101 BPSK 1/2 6 1111 3/4 9 0101 QPSK 12 0111 18 1001 16-QAM 24 1011 36 0001 64-QAM 2/3 48 0011 54