JAIME RUBEN BRIONES SANCHEZCOMUNICACIONES INALAMBRICAS

TCNICAS DE ESPECTRO ENSANCHADO

ORIENTACIONESA medida que vaya avanzando en suestudio, le sugiero realizar sus propios resmenes. Tenga a mano un cuaderno o block para hacer los ejercicios sugeridos. Luego de cada sesin se recomienda realizar la implementacin vista en cada clase.Se recomienda ante cualquier duda, realizar la consulta de forma pertinente.Se recomienda complementar los contendidos aprendidos en clase con los de su Gua didctica.

CONTENIDOS TEMTICOSLa capa fsica: codificacin y modulacin, Tcnicas de espectro ensanchado, Estndares de baja velocidad: FH y DS 1 y 2 Mbit/s.

Estndares de alta velocidad: CCK y PBCC a 5.5 y 11 Mbit/s.

Estndares de muy alta velocidad: PBCC 22 Mbit/s, Esquemas de modulacin multiportadora: OFDM.

LA CAPA FSICALos puntos que se ven ms comprometidos en la configuracin de una red inalmbrica son:La potencia de transmisin.Es correcto pensar que cuanta ms potencia de transmisin se tenga en el punto de acceso de la red inalmbrica tendremos una mayor cobertura. Sin embargo debemos ser precavidos en no exagerar en este parmetro ya que podra causar interferencias con otras redes adyacentes. Es por eso que la mayora de dispositivos no permiten cambiar este valor.Una caracterstica que influye en la potencia de transmisin es la antena que puede ser modificada por el usuario, siempre que no se usen las que vienen con el equipo. La suma de la potencia de salida se mide en dBm y la ganancia de la antena en dBi y forman parte del parmetro que se conoce como PIRE (Potencia Isotrpica Radiada Equivalente o en ingls, EIRP). Podemos mejorar nuestra red si agregamos ms puntos de acceso pero al hacer esto la potencia debe ser la ms baja posible.

El nmero de canal. Para trabajar en un canal especfico se debe conocer el rango de frecuencias en las que trabaja el dispositivo, estos canales trabajan en el rango de los Gigahercios (GHz). Se pueden utilizar diferentes utilitarios para conocer estos rangos, realizando escaneos frecuentes verificando las disponibilidad de los canales y evitar conflictos con otras redes. Sin embargo en el mercado ya existen los equipos automticos que se encargan de testear los canales y escoger la mejor opcin. Entre el estndar 802.11a y 802.11b, el primero es mejor ya no tiene problema si existe cruce de las seales entre los canales solo se debe verificar que los puntos de acceso trabajen en la misma norma operen en un canal diferente al nuestro, lo que no ocurre con la 802.11b donde los canales deben estar bien separados para evitar interferencias

La tasa de transferencia.La mayora de los equipos permiten cambiar la tasa de transferencia, pero al hacer este cambio tambin modificamos la tcnica de modulacin utilizada para la transmisin de datos.Es recomendable configurar la mayor tasa de transferencia en nuestra red inalmbrica ya que si es muy extensa nuestra red podramos tener problemas de recepcin y perdida de paquetes de datos.

Espectro disperso de secuencia directa (DSSS) direct sequence spread spectrum.La informacin se mezcla con un patrn pseudo aleatorio de bits, con una frecuencia mucho mayor que la de la informacin a transmitir. Aquel receptor que tenga el mismo cdigo de extensin, ser capaz de regenerar la informacin original. Tiene las siguientes caractersticas:- Menor alcance, mayor velocidad.- Puede enviar mayor nmero de paquetes en un mismo tiempo.

Espectro disperso de salto de frecuencia (FHSS) frequency hopping spread spectrum.La informacin se transmite brincando de manera aleatoria en intervalos de tiempo fijos, llamados chips, de un canal de frecuencia a otro en la banda total. Aquel receptor sincronizado con el transmisor y tenga exactamente el mismo cdigo de salto podr brincar a las frecuencias correspondientes y extraer la informacin. Tiene las siguientes caractersticas:Menor inmunidad al ruido. Mayor alcance, menor velocidad.

Tcnicas de espectro ensanchado.Elespectro ensanchado por secuencia directa(inglsdirect sequence spread spectrumoDSSS), tambin conocido en las comunicaciones mviles comoDS-CDMA(acceso mltiple por divisin de cdigoen secuencia directa),es uno de los mtodos de codificacin de canal (previa a la modulacin) enespectro ensanchadopara transmisin de seales digitales sobre ondas radiofnicas que ms se utilizan. Tanto DSSS comoFHSSestn definidos por laIEEEen el estndar 802.11 para redes de rea local inalmbricasWLAN. Este esquema de transmisin se emplea, con alguna variacin, en sistemas CDMAasncronos.

El espectro ensanchado por secuencia directa es una tcnica de codificacin que utiliza uncdigo de pseudorruidopara "modular" digitalmente una portadora, de tal forma que aumente el ancho de banda de la transmisin y reduzca ladensidad de potencia espectral(es decir, el nivel de potencia en cualquier frecuencia dada). La seal resultante tiene un espectro muy parecido al del ruido, de tal forma que a todos los radiorreceptores les parecer ruido menos al que va dirigida la seal.

Debido a la semejanza de este mecanismo de codificacin con la modulacin ordinaria (una "modulacin digital", anloga a la que se realiza sobre una onda sinusoidal), a veces confundimos modulacin con codificacin porque debemos tener cuidado al usar estos conceptos.

Estndares de baja velocidad: FH y DS 1 y 2 Mbit/s, DSSS (Espectro Ensanchado por Secuencia Directa )

En esta tcnica se genera un patrn de bits redundante para cada uno de los bits que componen la seal. Cuanto mayor sea este patrn de bits, mayor ser la resistencia de la seal a las interferencias. El estndar IEEE 802.11 recomienda un tamao de 11 bits, pero el ptimo es de 100. En recepcin es necesario realizar el proceso inverso para obtener la informacin original.La secuencia de bits utilizada para modular los bits se conoce como secuencia de Barker (tambin llamado cdigo de dispersin o pseudorruido). Es una secuencia rpida diseada para que aparezca aproximadamente la misma cantidad de 1 que de 0. Un ejemplo de esta secuencia es el siguiente. +1-1+1+1+1-1+1+1-1-1-1-1. Solo los receptores a los que el emisor haya enviado previamente la secuencia podrn recomponer la seal original. Adems, al sustituir cada bit de datos a transmitir, por una secuencia de 11 bits equivalente, aunque parte de la seal de transmisin se vea afectada por interferencias, el receptor an puede reconstruir fcilmente la informacin a partir de la seal recibida.

Esta secuencia proporciona 10.4dB de aumento del proceso, el cual rene los requisitos mnimos para las reglas fijadas por la FCC.

Una vez aplicada secuencia de Barker, el estndar IEEE 802.11 ha definido dos tipos de modulacin para la tcnica de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS), la modulacin DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) y la modulacin DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying), que proporcionan una velocidad de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente.

Recientemente el IEEE ha revisado este estndar, y en esta revisin, conocida como 802.11b, adems de otras mejoras en seguridad, aumenta esta velocidad hasta los 11Mbps, lo que incrementa notablemente el rendimiento de este tipo de redes.

Las frecuencias vienen comprendidas entre 2.412 y 2.484GHz. Estas son divididas en canales (puede variar segn legislacin de cada pas).

Para cada canal es necesario un ancho de banda de unos 22 MHz para poder transmitir la informacin, por lo que se produce un inevitable solapamiento de los canales prximos Si tenemos que poner algunos puntos de acceso cercanos inevitablemente, deberamos separarlos lo suficiente siendo recomendable usar canales que no se solapen. 2, 7 y 12 otra posibilidad sera 3, 8 y 13 otra 4, 9 y 14 por ltimo 1, 8 y 14.

La tcnica de DSSS podra compararse con una multiplexacin en frecuencia

FHSS (Espectro ensanchado por salto de frecuencia)Frequency Hopping Spread Spectrum

La tecnologa de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS) consiste en transmitir una parte de la informacin en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada dwell time e inferior a 400 ms. Pasado este tiempo se cambia la frecuencia de emisin y se sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de informacin se va transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo.

El orden en los saltos en frecuencia se determina segn una secuencia pseudoaleatoria almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el receptor deben conocer. Si se mantiene la sincronizacin en los saltos de frecuencias se consigue que, aunque en el tiempo se cambie de canal fsico, a nivel lgico se mantiene un solo canal por el que se realiza la comunicacin.

Esta tcnica tambin utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno. El nmero de saltos por segundo es regulado por cada pas, as, por ejemplo, Estados Unidos fija una tasa mnima de saltos de 2.5 por segundo.

El estndar IEEE 802.11 define la modulacin aplicable en este caso. Se utiliza la modulacin en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying), con una velocidad de 1Mbps ampliable a 2Mbps.

En la revisin del estndar, la 802.11b, esta velocidad tambin ha aumentado a 11Mbps. La tcnica FHSS sera equivalente a una multiplexacin en frecuencia

Cdigo de incrustacin complementaria (CCK)

Cdigo complementario Keying(CCK) es unamodulacin deesquema utilizado conredes inalmbricas(WLAN) que emplean elIEEE 802.11b.En 1999, CCK fue adoptado como complemento a lade cdigo Barkeren las redes digitales inalmbricas para lograr mayor velocidad de datos de 2 Mbit / s, a expensas de la distancia ms corta.Esto es debido a la secuencia ms corta de astillado en la CCK (8 bits frente a 11 bits de cdigo Barker) que significa menos extienda a obtener una mayor velocidad de datos, pero ms susceptibles a la interferencia de banda estrecha que resulta en ms corto alcance de transmisin de radio.

CCK es una variacin y la mejora en la M-aria ortogonal Keying y utiliza "cdigos complementarios polifsicos.Fueron desarrollados por Lucent Technologies y Harris Semiconductor y fueron adoptadas por el grupo de trabajo 802.11 en 1998.CCK es la forma de modulacin utilizado cuando 802.11b funciona en ya sea 5,5 o 11 Mbit / s.CCK fue seleccionada sobre la competencia tcnicas de modulacin, ya que utiliza aproximadamente el mismo ancho de banda y podra utilizar el mismo prembulo y cabecera, tal como 1 preexistente y 2 Mbit / s de redes inalmbricas y por lo tanto la interoperabilidad facilitado.

Las redes que utilizan el empleo CCK especificacin 802.11g cuando se opera a velocidades de 802.11b.

Paquete Binario Cdigo convolucional (PBCC)

Paquete de cdigo convolucional binario (PBCC)es una tcnica de modulacin que soporta velocidades de datos de 5,5, 11, 22, y 33 Mbps, sin embargo, tanto en el transmisor y el receptor deben ser compatibles con la tecnologa para lograr las velocidades ms altas.PBCC fue desarrollado por Alantro Communications, que fue adquirida por Texas Instruments.PBCC modulacin se defini originalmente como opcional bajo la enmienda 802.11b.La introduccin de la enmienda 802.11g permiti dos modos de modulacin ERP-PBCC opcionales adicionales con velocidades de datos de carga til de 22 y 33 Mbps.

Tecnologa PBCC y ERP-PBCC fue visto por un corto tiempo en el mercado. Sin embargo, la tecnologa fue rara vez desplegado en un entorno empresarial.

OFDM

OFDM (Multiplexacin por Divisin de Frecuencia Ortogonal) es un mtodo de modulacin donde el espectro asociado a cada dato es una pequea porcin del ancho de banda total, el cual se divide en N subcanales. Cada subcanal se modula con un smbolo y se multiplexa en frecuencia. A fin de evitar un gran nmero de moduladores y filtros en el transmisor, as mismo como filtros complementarios y demoduladores en el receptor, se utiliza modernas tcnicas de procesamiento digital de seales tal como la transformada rpida de Fourier. Para generar OFDM se deben tener en cuenta varios parmetros como son: el nmero de subportadoras, el esquema de modulacin y el intervalo de guarda a utilizar.

El nmero de subportadoras N se determina basndose en el ancho de banda del canal, la velocidad de los datos y la duracin de smbolo til. Las portadoras estn separadas por el inverso de la duracin del smbolo til.

El nmero de portadoras corresponde al nmero de puntos complejos que son procesados por la FFT (Transformada rpida de Fourier). Se pueden utilizar subportadoras del rango de varias miles, as como ajustar la velocidad de datos y el intervalo de guarda dependiendo de la aplicacin.

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