REWOLUCJA BEZPRZEWODOWA

Transkrypt

1 WYKŁAD SEMINARIUM SEP REWOLUCJA BEZPRZEWODOWA Dr hab. inŝ. Ryszard J. Zieliński, prof. PWr Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Ryszard.Zielinski@pwr.wroc.pl Spis treści Wprowadzenie - klasyfikacja? Techniki stosowane w łączu radiowym dzisiaj i w najbliŝszej przyszłości Podział systemów ze względu na zasięg WBAN WPAN WLAN WMAN WAN RAN BGAN Perspektywy i podsumowanie 2

2 Podział systemów ze względu na zasięg BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE (W przygotowaniu) WAN 3 GPP, EDGE (GSM) IEEE WMAN IEEE WLAN IEEE Bluetooth MAN LAN PAN BAN inteligentne ubrania implanty ETSI HiperMAN HiperACCESS ETSI HiperLAN ETSI HiperPAN 3 Podział systemów ze względu na zasięg i szybkość transmisji 10k Broadband 1k Scope of systems IMT-2000 Outdoors Wide-area Mobile Cell size [m] 100 Ubiquity RF-ID / Zigbee Wireless LANs IMT Advanced Indoors Local area Nomadic 10 Bluetooth UWB 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G Transmission rate [bps] 4

3 Podział systemów ze względu na zasięg i szybkość transmisji (podstawowe technologie) Zasięg / rozmiar komórki m RFID, ZigBee Bluetooth GSM EDGE UMTS WLAN 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G Szybkość transmisji LTE UWB Rozległe sieci mobilne środowisko poza budynkiem Lokalne sieci nomadyczne środowisko w budynku b/s 5 Rozwój systemów komórkowych (źródło - Siemens, Mobile Broadband including WiMAX and LTE, Mustafa Ergen, Springer 2009) 6

4 Rozwój systemów bezprzewodowych Wireless WAN (źródło - Siemens, Mobile Broadband including WiMAX and LTE, Mustafa Ergen, Springer 2009) 7 Rozwój systemów bezprzewodowych (źródło Infineon Technologies (2004r) 8

5 Rozwój systemów bezprzewodowych potrzeba więcej pasma częstotliwości dla bezprzewodowych WAN 880 MHz 9 Rozwój systemów bezprzewodowych wzrost liczby uŝytkowników 10

6 Rozwój systemów bezprzewodowych wzrost liczby mobilnych terminali Ponad 3 mld 11 Rozwój systemów bezprzewodowych porównanie (źródło: Ericsson 2012) od 2012 do

7 Rozwój systemów bezprzewodowych status: listopad 2012 tylko technologia LTE urządzenia mobilne 13 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja BAN - Body Area Network Systemy o zasięgu do kilkudziesięciu cm przenoszące informacje od implantów oraz sensorów inteligentnych ubrań (np. RFID) BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE (W przygotowaniu) WAN 3 GPP, EDGE (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 14

8 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja WPAN Wireless Personal Area Network Systemy o zasięgu do kilkunastu metrów przenoszące informacje pomiędzy róŝnorodnymi urządzeniami o bardzo szerokim spektrum wymagań (synchronizacja, przepustowość, konsumpcja energii, świadczone usługi - Bluetooth, NFC, UWB) BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE (W przygotowaniu) WAN 3 GPP, EDGE (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 15 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja WLAN Wireless Local Area Network Systemy do tworzenia lokalnych sieci komputerowych - obecnie mają równieŝ słuŝyć do świadczenia usług telefonicznych, dostepu do Internetu, itd.. BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE GPP, EDGE (W przygotowaniu) WAN (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 16

9 Rozwiązania bezprzewodowe - nowość Czy zamykać punkty dostępowe??? Deutsche Telekom ma zamiar do 2016 roku włączyć do sieci 2,5 mln punktów dostępowych do juŝ posiadanych 12 tys. KaŜda osoba, która otworzy swój własny punkt dostępowy dla innych będzie miała bezpłatny dostęp do tej całej sieci BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE GPP, EDGE (W przygotowaniu) WAN (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 17 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja WMAN Wireless Metropolitan Area Network Systemy o zasięgu do kilkunastu km słuŝące do budowy miejskiej dostępowej infrastruktury teleinformatycznej - np. WiMax BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE GPP, EDGE (W przygotowaniu) WAN (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 18

10 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja WAN (Wireless) Wide Area Network (komórkowe) Systemy o zasięgu do kilkudziesięciu km pracujące w strukturze komórkowej do realizacji usług telefonicznych, dostępu do Internetu i usług multimedialnych (w tym szerokopasmowych - tzw. telefonia komórkowa (GPRS, EDGE, UMTS,..., IV generacja) BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE GPP, EDGE (W przygotowaniu) WAN (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 19 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja RAN - Rural Area Network Systemy do tworzenia dostępu do usług teleinformatycznych na terenach słabo zurbanizowanych (wiejskich) - optymalizacja systemu pod względem zasięgu i kosztów implementacji BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE (W przygotowaniu) WAN 3 GPP, EDGE (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 20

11 Rozwiązania bezprzewodowe - klasyfikacja BGAN - Broadband Global Area Network Globalne systemy dostępu szerokopasmowego do usług teleinformatycznych (w tym szerokopasmowych) realizowane przez platformy satelitarne (np. Inmarsat, SkyBridge, Teledesic, semiglobal: Thuraya, ACeS,...) BGAN rozwiązania satelitarne (INMARSAT) IEEE (W przygotowaniu) RAN IEEE GPP, EDGE (W przygotowaniu) WAN (GSM) ETSI IEEE MAN HiperMAN WMAN HiperACCESS LAN ETSI IEEE HiperLAN WLAN PAN ETSI IEEE HiperPAN Bluetooth BAN inteligentne ubrania implanty 21 Rozwój uwarunkowany rozwiązaniami technicznymi Od czego zaleŝy skuteczność wykorzystania kanału radiowego? Kodowanie kanałowe Kodowanie wykrywające błędy (CRC, FCS) Kodowanie nadmiarowe Dekodowanie twardo- i miękko-decyzyjne Wymazywanie Hybrydowe ARQ Chase combining Incremental redundancy Przeplot Szyfrowanie Modulacja 22

12 Kodowanie Kodowanie źródłowe (source coding): procedura, która ma na celu przedstawienie informacji źródłowej przy uŝyciu minimalnej liczby bitów podczas transmisji informacji występują szumy i zakłócenia w kanale, konieczne jest dodanie dodatkowej informacji (nadmiarowości) Kodowanie kanałowe (channel coding): konieczne jest dodanie dodatkowej informacji (nadmiarowości), by minimalizować prawdopodobieństwo przekłamania informacji podczas dekodowania kod wyjściowy jest dłuŝszy niŝ źródłowy, ale zabezpieczony przed błędami np. stany 100 i 011 są w odległości Hamminga = 3, przekłamanie pierwszego stanu na jednej pozycji, czyli 000, 110, 101 i tak umoŝliwi poprawny odbiór, bo odległość Hamminga do 100 wynosi 1 a do 011 wynosi 2 23 Wykrywanie i naprawianie błędów Wykrywanie błędów (Error Detection Coding EDC): kod kanałowy umoŝliwia tylko wykrycie błędów, błąd powoduje, Ŝe odebrana informacja - stan nie jest prawidłowy błędnie odebrana informacja musi być powtórzona przez źródło mechanizm transmisji z potwierdzeniem ARQ (Automatic Repeat Request) jest odpowiedzialny za poprawne realizowanie tej procedury najprostszy mechanizm to tzw. bit parzystości, zabezpieczenie przed błędem pojedynczym lub rzadko występującymi 24

13 Wykrywanie i naprawianie błędów Wykrywanie błędów seryjnych: kodowanie wielomianowe, realizowane na poziomie ramki, blokowe: FCS (Frame Check Sequence) lub CRC (Cyclic Redundancy Check) IEEE e - CRC-16 i CRC-32 Ethernet - CRC-32 Korekcja błędów - kodowanie nadmiarowe FEC: kodowanie blokowe (n,k) (sprawność kodu k/n) np. G=1/2, 3/4, 5/6, szybkość transmisji R po kodowaniu jest większa i wynosi R/G kodowanie splotowe dekodowanie twardo- lub miękko-decyzyjne (Viterbi) 25 Wymazywanie (Puncturing) Zwiększanie skuteczności kodowania poprzez pomijanie wybranych bitów: np. dane zakodowane ze skutecznoscią 1/2 po wymazaniu: 2 bitów z kaŝdych 6 będą miały skuteczność kodowania 3/4, 1 bitu z kaŝdych 4 będą miały skuteczność kodowania 2/3 26

14 Transmisja z potwierdzeniem ARQ ARQ - standardowe związane z powtórzeniem wiadomości, gdy poprawny odbiór nie jest moŝliwy - decyduje o tym CRC wiadomości Hybrydowe ARQ: oprócz bitów wykrywających błąd implementuje kodowanie nadmiarowe, dwa typy: Chase Combining (CC) - powtarza pierwszą transmisję lub jej część (strumień jest kodowany nadmiarowo), w przypadku silnego sygnału poŝądanego niepotrzebna strata przepustowości kanału (HSDPA, Mobile WiMax, LTE) Incremental Redundancy (IR) - implementuje FEC jedynie w wiadomościach powtarzanych, wiadomości są kodowane przy uŝyciu kodu o duŝej skuteczności, w przypadku błędów stosuje się we wiadomościach retransmitowanych silniejsze kodowanie (o mniejszej skuteczności) (CDMA xEVDO) 27 Przeplot Przeplot (Interleaving) to znana technika umoŝliwiająca zmniejszenie liczby błędów seryjnych we wiadomości poprzez rozproszenie błędów, np. transmisja słów kodowych (aaaa, bbbb, cccc, dddd, eeee, ffff, gggg) aaaabbbbccccddddeeeeffffgggg aaaabbbbccc _deeeeffffgggg _ - odebrano - wystąpił błąd seryjny (4 bity) abcdefgabcdefga efgabcdefgabcdefg - ta sama wiadomość ale z przeplotem abcdefgabcd _bcdefgabcdefg _ - odebrano - wystąpił błąd seryjny (4 bity) aa_abbbbccccdddde abbbbccccdddde_eef eef_ffg ffg_gg gg - po złożeniu wiadomości mamy rozproszone (pojedyncze) błędy seryjne 28

15 Szyfrowanie Procedury AAA: Authentication (uwierzytelnienie) - wiem z kim rozmawiam Authorization (autoryzacja) - wiem, Ŝe ten obiekt ma uprawnienia do... Accounting (naliczanie) - wiem, ile obiekt uŝywa zasobów Szyfrowanie - bezpieczeństwo transmisji 29 Modulacja Moc Odległość w przestrzeni amplitudowofazowej 30

16 Modulacja - zniekształcenia odebranego sygnału 31 Zjawiska w kanale radiowym Zjawiska, które wpływają na poprawny odbiór informacji: straty propagacyjne (tłumienie sygnału uŝytecznego) dyfrakcja (przesłanianie, zjawisko cienia) zaniki (wielodrogowość) rozproszenie opóźnień (wielodrogowość) zjawisko Dopplera (przesunięcie częstotliwości) 32

17 Zjawiska w kanale radiowym straty propagacyjne (tłumienie sygnału uŝytecznego) Tłumienie Para wodna Tlen Częstotliwość Tłumienie Częstotliwość 33 Zjawiska w kanale radiowym dyfrakcja (przesłanianie, zjawisko cienia) ρ ρ n 0 r r n 0 A S 34

18 Zjawiska w kanale radiowym zaniki (wielodrogowość) 0 f=900 MHz, h1=30m, h2=1,5m 50 A [db] 100 1/d 4 wolna przestrzeń d [m] 35 Zjawiska w kanale radiowym Rozproszenie opóźnień 36

19 Zwielokrotnienie OFDM FFT 5 MHz Bandwidth Sub-carriers Symbols Guard Intervals Frequency Time 37 OFDM w LTE 38

20 Techniki transmisji wielokanałowej 39 Modulacja adaptacyjna 40

21 Systemy komórkowe LTE LONG TERM EVOLUTION EUTRAN EVOLVED UMTS TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK 41 Uproszczenie struktury sieci 42

22 Idea femtokomórki Prace nad specyfikacją: Home NodeB (HNB) dla sieci 3G Home enodeb (HeNB HeNB), dla sieci LTE (Release 8) 43 Idea femtokomórki Architektura E-UTRAN E z uwzględnieniem femtokomórek Brama dla femtokomórek Femtokomórki 44

23 OFDM w LTE struktura czasowo-częstotliwościowa Zwielokrotnienie łącza OFDM Zwielokrotnienie łącza w LTE Jeden blok zasobów (Resource Block RB) 7x12 lub 6x12 symboli 84 symbole = 168 bitów 504 bitów/0,5ms = 1,008Mb/s 72 symbole = 144 bitów 432 bitów/0,5ms = 864kb/s 45 Szybkości transmisji w LTE (E-UTRAN) transmisja do terminali ZałoŜenia (idealny kanał radiowy): bezbłędna transmisja Czysty marketing bez kodowania kanałowego bez retransmisji przyjęto, Ŝe w 1 ms nadawanych jest 12 symboli bit liczba _ symboli _ przesylanych _ w _1ms Rmax [ Mb / s] = * wsp _ MIMO * liczba _ podnosnych* stan_mod 1ms R 12 2*1*300* 7, Mb/s 1ms 2 max_ min = = R 12 6* 4*1200* 345, Mb/s 1ms 6 max_ max = = Pasmo / Liczba podnośnych 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20MHz Modulacja bit/s/hz QPSK 2 7,20 14,40 21,60 28,80 16-QAM 4 14,40 28,80 43,20 57,60 64-QAM 6 21,60 43,20 64,80 86,40 64-QAM, 2x2 MIMO 12 43,20 86,40 129,60 172,80 64-QAM, 4x4 MIMO 24 86,40 172,80 259,20 345,60 46

24 Szybkości transmisji w LTE (E-UTRAN) transmisja do stacji bazowej ZałoŜenia (idealny kanał radiowy): bezbłędna transmisja Czysty marketing bez kodowania kanałowego bez retransmisji przyjęto, Ŝe w 1 ms nadawanych jest 12 symboli bit liczba _ symboli _ przesylanych _ w _1ms Rmax [ Mb / s] = * wsp _ MIMO * liczba _ podnosnych* stan_mod 1ms R 12 2*1*300* 7, Mb/s 1ms 2 max_ min = = R 12 6*1*1200* 86, Mb/s 1ms 4 max_ max = = Pasmo / Liczba podnośnych 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20MHz Modulacja bit/s/hz QPSK 2 7,20 14,40 21,60 28,80 16-QAM 4 14,40 28,80 43,20 57,60 64-QAM 6 21,60 43,20 64,80 86,40 47 Doskonalenie technik - rozwój! 113 sieci LTE w 51 krajach teŝ w Polsce

25 Radiowe systemy do identyfikacji RFID RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION 49 RFID - zasada działania Zmienne pole magnetyczne Źródło Transponder L C1 C2 układ RFID RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION 50

26 RFID (Radio Frequency Identification) Pasma częstotliwości: 51 RFID (Radio Frequency Identification) Podział ze względu na sposób zasilania / pobudzania znacznika pasywne klasa 1 (nr id, nr ser., - całkowite wyłączenie) pasywne klasa 2 (+ rozsz. nr id, pamięć, uwierzytelnienie) pół-pasywne klasa 3 (własna bateria do zasilania układu ale transmisja z wykorzystaniem fali padającej) aktywne klasa 4 (własna bateria) 52

27 RFID anteny 53 RFID odczyt pojedynczego znacznika Czytnik Zaznaczenie Zapytanie Potwierdzenie Powtórne Zapytanie Negatywne Potwierdzenie Znacznik RN16 PC+EPC+CRC16 T 4 T 1 T 2 T 1 T 2 54

28 Systemy ultra szerokopasmowe UWB Ultra WideBand 55 UWB systemy ultra szerokopasmowe Cechy charakterystyczne: sygnał UWB ma 10 db szerokość pasma nie mniejszą niŝ 20% częstotliwości nośnej (nie mniej niŝ 500 MHz) zakresy częstotliwości: radary antykolizyjne GHz (f. śr. > 24,074 GHz) radary do penetracji gruntu, obrazowanie < 960 MHz lub 1,99 10,6 GHz radiokomunikacja 3,1 10,6 GHz dopuszczalne poziomy promieniowania (poniŝej -41,25 dbm/mhz) (IEEE a w przygotowaniu) 56

29 UWB przepustowość - zasięg Cechy charakterystyczne: krótki zasięg 57 UWB Pasmo częstotliwości: 58

30 Systemy krótkozasięgowe BLUETOOTH 59 Bluetooth (IEEE ) historia Ericsson łączność komórka inne urzadzenia 1998 załoŝenie SIG (+ Intel, IBM, Toshiba, Nokia) 1999 Bluetooth v1.0 (1500 stron) Bluetooth v1.1 (poprawianie błędów v.1.0) Bluetooth v1.2: (m.in.) przyspieszenie nawiązania połączenia adaptacyjne skakanie po częstotliwościach rozszerzenia dla trybu SCO poprawiona kontrola błędów i sterowanie przepływem poprawione procedury synchronizacji 60

31 Bluetooth (IEEE ) Podstawowe parametry Pasmo częstotliwości: 2400 MHz 2483,5 MHz f = k, k=0, k Moce: Klasa mocy MHz 1 MHz 3,5 MHz Maksymalna moc mw (dbm) 100 (20) 2,5 (4) 1 (0) Nominalna moc mw (dbm) - 1 (0) - Minimalna moc mw (dbm) 1 (0) 0,25 (-6) - Sterowanie mocą dbm od 4 do 20 opcjonalnie od -30 do 0 opcjonalnie od -30 do 0 opcjonalnie od -30 do 0 61 Bluetooth (IEEE ) Podstawowe parametry (do wer. 1.2) Parametry transmisyjne: szybkość transmisji 1 Mb/s modulacja GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) z parametrem BT=0,5 i indeksem modulacji od 0,28 do 0,35 maksymalna dewiacja częstotliwości: od 140 do 175 khz kanał radiowy jest kanałem ze strukturą szczelinową czas trwania jednej szczeliny wynosi 625 µs dupleks czasowy TDD kaŝdy pakiet nadawany jest na innej częstotliwości SFH nominalnie jeden pakiet zawiera się w jednej szczelinie moŝliwa jest transmisja dłuŝszych pakietów, nie dłuŝszych jednak niŝ pięć szczelin czasowych 62

32 Bluetooth (IEEE ) Podstawowe parametry (do wer. 1.2) Protokoły i kanały: protokoł to kombinacja protokołów: z komutacją łączy z komutacją pakietów Szczeliny mogą być rezerwowane dla synchronicznej transmisji pakietów Protokół moŝe obsługiwać: asynchroniczny kanał danych do trzech synchronicznych kanałów transmisji dźwięku (jednocześnie) kanał asynchronicznej transmisji danych i synchronicznej transmisji dźwięku (jednocześnie) Kanały i przepustowości: kanał transmisji dźwięku: 2 x 64 kb/s przesyłane w przeciwnych kierunkach Kanał asynchroniczny: asymetryczny: 721 kb/s i 57,6 kb/s symetryczny: po 432,6 kb/s 63 Bluetooth (IEEE ) Podstawowe parametry (do wer. 1.2) Struktura sieci: a) z pojedynczym urządzeniem podrzędnym b) z wieloma urządzeniami podrzędnymi c) sieć rozproszona 64

33 Bluetooth (IEEE ) Podstawowe parametry (do wer. 1.2) Typy pakietów: Typ pakietu Rozmiar nagłówka Rozmiar zawartości inform. Skuteczność kodu FEC Zabezpieczenie CRC Kanał symetryczny - szybkość transm. Kanal asymetrycznyszybkość transm. (bajty) (bajty) (kb/s) do terminali od terminali Tryb asynchroniczny ACL DM /3 tak 106,8 108,8 108,8 DH nie tak 172,8 172,8 172,8 DM /3 tak 256,1 387,2 54,4 DH nie tak 390,4 585,6 86,4 DM /3 tak 286,7 477,8 36,3 DH nie tak 433,9 723,2 57,6 AUX nie nie 185,6 185,6 185,6 Tryb synchroniczny SCO HV1-10 1/3 nie HV2-20 2/3 nie HV nie DV 1 - D 10+(0-9) -D 2/3 -D tak dla D 64+57,6 -D Bluetooth (IEEE ) System nadal rozwijany - historia 2004 Bluetooth v2.0+edr (Enhanced Data Rate) dodanie modulacji π/4 DQPSK (2 Mb/s), 8 DPSK (3 Mb/s) Bluetooth v2.1+edr ułatwienie zestawiania połączeń przedłuŝenie czasu pracy na baterii (do 5x) zwiększenie bezpieczeństwa integracja z NFC Bluetooth v3.0+hs (High Speed) integracja z WLAN Przyszłość: integracja z szybkimi WLAN (do 480 Mb/s) oszczędność energii Bluetooth 4.0 (zapotrzebowanie 10% mocy) 66

34 Systemy krótkozasięgowe ZigBee 67 ZigBee Pierwsza pełna specyfikacja rozwiązania r System dedykowany do obsługi sieci sensorycznych Jego zaleta - moŝliwość budowy sieci kratowej Protokół dostępu: rywalizacyjny CSMA/CA, CSMA/CD rezerwacyjny (w trybie aktywnej radiolatarni) Niski pobór mocy MoŜliwość pracy w wielu topologiach: ramka = 16 szczelin czasowych 68

35 ZigBee Typy urządzeń: z pełną funkcjonalnością, moŝe być: koordynatorem ruterem (moŝliwość pracy wieloskokowej w topologii drzewa) urządzeniem końcowym z ograniczoną funkcjonalnością tylko urządzenie końcowe (w konfiguracji gwiazdy) 69 ZigBee - podstawowe parametry Szybkości transmisji: 40 kb/s 20 kb/s 250 kb/s Modulacje: BPSK ASK O-QPSK O-QPSK Zakresy częstotliwości: 70

36 ZigBee - moce i zasięgi Zasięg: ok. 200m na zewnątrz ok. 30 m wewnątrz budynku Dopuszczalne moce: ISM 2,4 GHz ERP<100 mw (Europa) 902 MHz ERP<1 W (USA) 868 MHz ERP<25 mw (Europa) 71 Systemy krótkozasięgowe Certified Wireless USB 72

37 Certified Wireless USB Cechy systemu: rozszerzenie standardu USB na łącze bezprzewodowe opracowane przez konsorcjum Wimedia Alliance (Intel Corporation, HP, LSI Logic, Microsoft Corporation, NEC Corporation, NXP Semiconductors, and Samsung Electronics) zastosowano wielopasmowe zwielokrotnienie MB-OFDM pasmo częstotliwości 3,1-10,6 GHz (UWB) szybkość transmisji do 480 Mb/s (jak dla USB 2.0) zasięg do 3m 480 Mb/s, do 10 m 110 Mb/s do 127 urządzeń połączonych 73 Certified Wireless USB Typy urządzeń: urządzenie nadrzędne: Host Wire Adapter (HWA) urządzenie podrzędne: Device Wire Adapter (DWA) urządzenie uniwersalne (dual role) 74

38 Sieci WLAN 75 Pasma częstotliwości /n 16 Dolny zakres Górny zakres Dolny zakres Górny zakres 9 [khz] 10 [khz] 2400 [MHz] 2500 [MHz] [khz] 6795 [khz] 5150 [MHz] 5350 [MHz] [khz] [khz] 5725 [MHz] 5875 [MHz] [khz] [khz] 24 [GHz] 24,25 [GHz] 40,66 [MHz] 40,70 [MHz] 61 [GHz] 61,5 [GHz] 433,05 [MHz] 434,79 [MHz] 122 [GHz] 244 [GHz] 123 [GHz] 246 [GHz] 76

39 Podział pasma 2,4 GHz na kanały Techniki rozpraszania widma wybrane wymagania dla ISM: Przeskoki częstotliwości (FH) EIRP < 20 dbm (ETSI) Gęstość mocy < 20 dbm/100 khz Czas przebywania na kanale <= 400 ms Rozpraszanie bezpośrednie (DS) Gęstość mocy < 20 dbm/1 MHz 77 Źródło: Normy i regulacje prawne odnośnie pasma ISM ETS EN , ETS , EN , FCC 47 CFR* , FCC 47 CFR* , FCC 47 CFR* Podział pasma 5 GHz na kanały Podpasmo [MHz] Niskie: Średnie: Normy i regulacje maksymalna nadawana moc TPO max = 50 mw antena zintegrowana z urządzeniem tylko indoor maksymalna nadawana moc TPO max = 250 mw indor i outdoor Wysokie: maksymalna moc nadawana TPO max = 1 W dla P-P: G max = 23 dbi dla P-MP: EIRP < 36 dbm 78

40 6 8 3 m 3 m WLAN (rodzina IEEE ) rozwój systemu Specyfikacja rozwiązania Pasmo Maksymalna szybkość transmisji Maksymalny zasięg ,4 GHz 2 Mb/s 100 m a GHz 54 Mb/s 120 m b ,4 GHz 22 Mb/s 150 m g ,4 GHz 54 Mb/s 150 m n ,4 GHz, 5 GHz 600 Mb/s 550 m ac 2013 (Draft 5.0) 95% 2,4 GHz, 5 GHz 6,93 Gb/s? 160 MHz, 256QAM 5/6, osiem przestrzennych strumieni) = szybkość transmisji 6.93 Gb/s 79 IEEE n badania (pasmo 5 GHz) Środowisko pomiarowe N m 2 m 2 m 2 m 2 m 4 m 4 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m 6 m Linksys WRT350N-EU Linksys WPC300N-EU Układ pomiarowy LAPTOP 1 Punkt LAPTOP 2 dostępowy z n kartą PCMCIA n Wyniki dla MIMO 3x2 Przepustowość [Mb/s] Numer punktu pomiarowego Uplink Downlink 80

41 Sieci miejskie WMAN (dostępowe) 81 Standaryzacja WMAN Propozycja USA Zmiana pod wpływem rozwiązań europejskich a e Zakończony kwiecień 2001 Marzec Zakres częstotliwości pracy Warunki pracy Szybkość transmisji GHz 2-11 GHz 2 6 GHz Konieczna bezpośrednia widoczność Mb/s w kanale 28MHz Nie jest konieczna bezpośrednia widoczność Do 75 Mb/s w kanale 20MHz Nie jest konieczna bezpośrednia widoczność Do 15 Mb/s w kanale 5MHz Mobilność Stały Stały Ruchomy Szerokość kanału 20, 25, 28 MHz pomiędzy 1,5 i 20 MHz pomiędzy 1,5 i 20 MHz Promień komórki 1-5 km maksymalnie do 50 km 1-5 km 82

42 Porównanie właściwości Porównanie właściwości WiMAX z innymi rozwiązaniami System Szerokość kanału MHz Maksymalna szybk. bitowa Mb/s Skuteczność widmowa b/s/hz a ok. 2,7 802,16a (WiMAX) 3; 3,5; 6; 7; 10; 14; 20 74,8 ok. 3,7 EDGE 0,2 0,384 ok. 1,9 CDMA x 1,23 2 x 0,1534 ok. 0,24 83 Podstawowe parametry WiMax Dla kanału o szerokości 3,5 MHz w trybie FDD Typ modulacji - skut. kodowania Szybkość bitowa w kanale [Mb/s] Skut. widmowa [b/s/hz] 64QAM - ¾ 13,1 3,7 64QAM - ⅔ 11,6 3,3 16QAM - ¾ 8,7 2,5 16QAM - ½ 5,8 1,7 QPSK - ¾ 4,4 1,3 QPSK - ½ 2,9 0,8 BPSK - ½ 1,4 0,4 Dane uŝytkownika są przenoszone z szybkością: ok. 85% szybkości bitowej w łączu do terminali ok. 75% szybkości bitowej w łączu do stacji bazowej 84

43 Zasięgi systemu WiMAX Typ środowiska Zasięg [km] Brak bezpośredniej widoczności, miasto 2 Brak bezpośredniej widoczności, teren podmiejski Brak bezpośredniej widoczności, obszary wiejskie Bezpośrednia widoczność 15 2, Zwielokrotnienie OFDM kanału podnośnych Kopie próbek Struktura czasowa symbolu OFDM (CP Cykliczny Przedrostek) CP Struktura częstotliwościowa symbolu OFDM Pasmo ochronne Nośne pilota Nosna DC Tg T s Nośne danych Tb Pasmo ochronne Kanał 86

44 WiMAX - zalety Cecha Korzyści OFDM Dobre właściwości przy wielodrogowej propagacji niezaleŝnie od widoczności anten Adaptacyjna modulacja i zmienna korekcja błędów dekodowania dla pakietu Dupleks TDD i FDD Elastyczna szerokość kanału (3.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, itp..) Wspieranie systemów z małymi antenami Zapewnienie dobrej jakości przy maksymalizacji przepływności dla kaŝdego odbiorcy Przystosowanie do róŝnych światowych regulacji (moŝe być stosowany kaŝdy z tych rodzajów dostępu) UmoŜliwia elastyczność niezbędną do operowania w róŝnych zakresach częstotliwości z róŝnymi szerokościami kanału Mniejsze anteny są wygodniejsze w instalacji i uŝytkowaniu, koszt jest równieŝ mniejszy 87 ZASTOSOWANIE Inteligentny dom (Ŝycie prywatne) Inteligentny budynek (praca) Ochrona zdrowia (leczenie) Zdalny odczyt pomiaru Sterowanie transportem (ruch uliczny) 88

45 Inteligentny dom (Ŝycie prywatne) Liczba zastosowań jest ogromna bezprzewodowe sensory: ochrony budynku sensory p-poŝarowe sensory temperatury sensory oświetlenia sensory automatyki budynkowej.. bezprzewodowe systemy szybkiej transmisji w całym budynku szybki dostęp do internetu, telewizji cyfrowej HD 89 Inteligentny dom (Ŝycie prywatne) Telewizja cyfrowa HD wersja specyfikacji 1.0 została wydana w styczniu 2008 roku praca w paśmie 60 GHz dźwięk i obraz w jakości Full HD wersja 1.0 definiuje system o przepustowości 4 Gb/s, w przyszłości 25 Gb/s (HDMI 1,3 10,2Gb/s) system z formowaniem wiązek antenowych Wireless HDMI Extender f-my Gefen 90

46 Inteligentny dom (Ŝycie prywatne) Brak przewodów połączeniowych w zestawach audio-wideo Samsung HT-WS1R 91 Inteligentny dom (Ŝycie prywatne) Brak przewodów połączeniowych w zestawach audio-wideo, np.: Standard NFC (Near Field Communication) rozszerzenie ISO/IEC (proximity ( proximity- card standard) częstotliwość 13,56 MHz (ISM) zasi asięg 20 cm pasmo : 2 MHz szybko zybkość transmisji : 106, 212,, 424 kb/s bezprzewodowe płatności 92

47 Medycyna Ochrona zdrowia (leczenie): mobilność lekarzy mobilność pacjentów: monitorowanie diabetyków sensory na ciele pacjenta monitorowanie stanu pacjenta mobilne urządzenia diagnostyczne 93 Sterowanie transportem (ruch uliczny) Systemy M&MMT (Mobility & Multi-Modal Transport) Integracja wielu systemów łączności bezprzewodowej w celu: utrzymania ciągłej łączności z inteligentnym modułem w samochodzie w celu: realizacji wielu usług dla kierowcy i systemów pokładowych samochodu optymalizacji sterowania ruchem drogowym zwiększeniem bezpieczeństwa Szereg europejskich projektów: CARLINK CVIS COOPERS GOODROUTE 94

48 Sterowanie transportem (ruch uliczny) Obszary zastosowań Komunikacja samochód-samochód Pomiar prędkości ostrzeŝenia Inteligentne tablice Pobieranie opłat Planowanie podróŝy i pomoc Komunikacja pomiędzy róŝnymi środkami transportu 95 Sterowanie transportem (ruch uliczny) Architektura systemu CARLINK 96

49 Komunikacja pomiędzy samochodami Projekt car 2 car Standard p dane ze źródła przekazywanie danych dostęp do internetu 97 Podsumowanie bezprzewodowa rewolucja trwa w wielu dziedzinach aktywności człowieka juŝ się wykorzystuje techniki bezprzewodowe nadchodzi czas hybrydowych rozwiązań bezprzewodowych (informacja pozyskiwana z kilku źródeł np. GPS, WLAN, GSM, DVB) na masową skalę będą stosowane urządzenia automatyki budynkowej i przemysłowej wyposaŝone w systemy bezprzewodowej łączności kierowca w samochodzie będzie wspomagany poprzez infrastrukturę teleinformatyczną hamulce rozwoju: niedostatki ergonomii teleinformatycznej w urządzeniach brak wiedzy i umiejętności wzrost ryzyka wszelkiego rodzaju włamań do systemu wzrost tła elektromagnetycznego wokół nas ale ludzka wyobraźnia nie zna granic: 98

50 Podsumowanie Przeźroczyste komórki 99 Podsumowanie Przeźroczyste komórki Dołączane ekrany The Latest Tech 100

51 Podsumowanie Rozwijane ekrany Wielofunkcyjne zdalne sterowanie The Latest Tech 101