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802.11n - MIMO
Multiple Inputs Multiple Outputs MIMO
Après le b/g/a… quels sont les challenges à relever pour transmettre encore plus vite ?
Le Multipath Tout est dans le delta(t)…
Comment retourner ce défaut en une qualité ?
L’entropie Comment augmenter le débit: codec ou
largeur de bande
Meilleur qualité de signal Plus de puissance ou de combinaison
Sans sortir des clous de la régulation
Repousser les limites: c’est possible…
technologies 802.11a, 802.11b et 802.11g: largement déployées aujourd'hui limitation principale : les débits
le 802.11n visera à : atteindre dans les mêmes conditions des débits
> x 10 une couverture radio améliorée grâce à une
technique assurant une meilleure propagation du signal
802.11n s'appuie largement sur la technologie MIMO qui met en œuvre plusieurs concepts importants
Conventional (SISO) Wireless Systems
Conventional “Single Input Single Output” (SISO) simplicity and low-cost but some shortcomings: Outage occurs if antennas fall into null Switching between different antennas can help
Energy is wasted by sending in all directions Can cause additional interference to others
Sensitive to interference from all directions Output power limited by single power amplifier
channel
Radio DSP Bits
TX
Radio DSP Bits
RX
MIMO Wireless Systems
Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems with multiple parallel radios improve the following:
Outages reduced by using information from multiple antennas
Transmit power can be increased via multiple power amplifiers
Higher throughputs possible
Transmit and receive interference limited by some techniques
channel
Radio
D
S P
Bits
TX
Radio
Radio
D
S P
Bits
RX
Radio
Quel est le besoin ?
Temps estimé pour télécharger une émission TV HD de 30minutes
Il faut de meilleurs résultats… mais tout en conservant la compatibilité…
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Maximum Data
Rate
54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps
Modulation OFDM DSSS or CCK DSSS or CCK
or OFDM
DSSS or CCK or
OFDM
RF Band 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz or 5 GHz
Number of
spatial streams 1 1 1 1 to 4
Channel Width 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz or 40 MHz
Premiers secrets pour atteindre les objectifs: OFDM et la réutilisation des canaux
Doubler la largeur des canaux utilisés Passer de 20 MHz à 40 MHz Gestion dynamique
802.11n améliore le 802.11a/g Modulation OFDM améliorée
++code rate & ++bandwidth
65 Mbps
RIFS Reduced Inter-frame spacing pour raccourcir
les délais entre les instants de transmissions autorisés
Rappel: MultiPath (Chemins multiples ) Phénomène du à la réflexion
Direct Path
Reflected Path
Reflected Path
Wall
Paroie de bureau
Transformer un inconvénient en un avantage ?
Les ondes radio empruntent différents chemins (on connait: c’est le multipath…) idée de multiplier le nombre d'antennes du récepteur pour fournir plusieurs points de vue du signal émis
Solution précédente: « diversity » déjà exploitée
souvent dans l'unique but de sélectionner l'antenne qui capte le signal le plus puissant moins de point d’ombre/signal nul signal reçu décodé avec meilleure fiabilité
Contrepied
MIMO va profiter de ce phénomène pour transmettre des informations différentes sur plusieurs antennes tout en s'appuyant sur le principe de l'OFDM
Maximal Ratio Combining
En réception Combinaison des multiples messages reçus
Message(t)+Message(t+delta(t1)) +Message(t+delta(t2))
Augmente la sensibilité Compatible avec clients MIMO et SISO
(Transmit) Beam Forming
En émission Emissions volontairement déphasées du même message par de
multiples antennes Message(t)+Message(t+delta(t1)) +Message(t+delta(t2)) qui arriveront en phase sur la destination
Augmente la puissance globale du faisceau Augmente la sensibilité au niveau du récepteur Compatible avec clients MIMO et SISO
Spatial Multiplexing
Emission et réception participent Plusieurs antennes transmettent en parallèle Augmente le débit Clients MIMO uniquement
MIMO Increases PHY Data Rates for All Clients
54 48 36 24 Mbps
54 Mbps Maximal Ratio
Combining (MRC)
Beam forming
Spatial Multiplexing
802.11a/g AP
(non-MIMO)
802.11n AP
(MIMO)
802.11a/g client
(non-MIMO)
802.11a/g client
(non-MIMO)
300 Mbps802.11n AP
(MIMO)
802.11n client
(MIMO)
Maximal Ratio
Combining (MRC)
Beam forming
Spatial Multiplexing
Maximal Ratio
Combining (MRC)
Beam forming
Spatial Multiplexing
Quand les combinaisons sont possibles le débit augmente…
802.11 WLAN Standards
802.11b 802.11a 802.11g 802.11n
Standard Approved Sept. 1999 Sept. 1999 June 2003
?
Available Bandwidth 83.5 MHz 580 MHz 83.5 MHz 83.5/580
MHz
Frequency Band of Operation 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz
# Non-Overlapping Channels (US)
3 24 3 3/24
Data Rate per Channel 1 – 11 Mbps 6 – 54 Mbps 1 – 54 Mbps 1 – 600 Mbps
Modulation Type DSSS, CCK OFDM DSSS, CCK,
OFDM
DSSS, CCK, OFDM, MIMO
Dates clés
AP-1250 de Cisco IOS 12.4 Août 2007
Draft 2.0 spec. moved
to Letter Ballot
Letter Ballot passes
Jan2007
Mar Jun
WFA begins draft 2.0 inter-op
Draft 2.0 products available in the
market
Aug Sep2008
IEEE802.11nstandardratified
Ratified 802.11n products available (assumes no major
changes in standard)
Oct Oct2010
2 years into a 4 year laptop refresh cycle(50% of users have
802.11n)
Webographie
IEEE 802.11n by Haroun Ferhat and David Grégoire
802.11n: The Future of Wireless Technology by Kevin Albers