Redes de Computadores 2Parte 13 camada fsica e comunicao sem fio

redes sem fio

Prof. Kleber Vieira Cardoso

Tpicos Redes sem fio

Revisitando fundamentos com enfoque emcomunicao sem fio Elementos de rede, caractersticas fsicas, sinal,

problemas Multiplexao e modulao

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Espalhamento de espectro

Salto em frequncia (Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS)

Sequncia direta (Direct Sequence Spread Spectrum DSSS) Acesso mltiplo por diviso de cdigo (Code-Division Multiple

Access CDMA)

Redes sem fio Elementos

de rede

Redes sem fio (cont.) Classificao quanto ao uso ou no de

infraestrutura e nmero de saltos: Salto nico, baseada em infraestrutura exemplos:

802.11 com AP, 3G Salto nico, sem infraestrutura exemplos: 802.11

em modo ad hoc, Bluetooth, Zigbee Mltiplos saltos, com infraestrutura exemplo

geral: redes em malha sem fio, exemplo especfico:802.11s

Mltiplos saltos, sem infraestrutura exemplos:MANETs (ex.: 802.11+protocolo de roteamento adhoc), VANETs (ex.: 802.11p)

Redes sem fio (cont.) Enlaces sem fio e algumas caractersticas

Redes sem fio (cont.) Diferentes representaes de sinais

no domnio do tempo: variaes de potncia dosinal

no domnio da frequncia: espectro de frequncias diagrama de fases: amplitude M e fase em

coordenadas polares

f [Hz]

A[V]

I= M cos

Q = M sen

A [V]

t[s]

Redes sem fio (cont.) Cobertura de propagao de sinais

Zona de transmisso comunicao possvel baixa taxa de erros

Zona de deteco deteco do sinal possvel nenhuma comunicao possvel

Zona de interferncia o sinal pode no ser detectado mas soma-se ao rudo de fundo

distncia

transmissor

transmisso

deteco

interferncia

Redes sem fio (cont.) Alguns problemas

Reduo do sinal: desvanecimento, sobreamento,multipercurso, etc.

Aumento do rudo+interferncia Terminal escondido e terminal exposto

Redes sem fio (cont.) Alguns problemas reduo do sinal

desvanecimento (dependente da frequncia e influenciado pela mobilidade)

sombreamento reflexo em grandes obstculos refrao, dependendo da densidade do meio espalhamento em pequenos obstculos difrao nas bordas de obstculos

reflexo espalhamento difraosombreamento refrao

Redes sem fio (cont.) Exemplos do mundo real

Redes sem fio (cont.) Alguns problemas aumento do rudo+interferncia

terminal escondido A, B escutam um ao outro B, C escutam um ao outro A, C no podem ouvir um ao outro significa que A, C no

sabem de sua interferncia em B

Redes sem fio (cont.) Alguns problemas aumento do rudo+interferncia

terminal exposto B, C escutam um ao outro A, C no podem ouvir um ao outro B, D no podem ouvir um ao outro C poderia transmitir para C, enquanto B transmite A, porm

interferncia no permite

Multiplexao Multiplexao em 4 dimenses

espao (s) tempo (t) frequncia (f) cdigo (c)

Objetivo: uso mltiplo de ummeio compartilhado

Importante: espaos oufrequncias de guarda sonecessrios

s2

s3

s1 f

t

c

k2 k3 k4 k5 k6k1

f

t

c

f

t

c

channels ki

Modulao Modulao digital

dados digitais so traduzidos em umsinal analgico

Ex.: ASK, FSK, PSK, QAM diferenas em eficincia e robustez

Modulao analgica desloca a frequncia central de um

sinal em banda bsica para afrequncia da onda portadora

Ex.: AM, FM, PM

1 0 1

t

1 0 1

t

1 0 1

t

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) A multiplexao em frequncia perde capacidade

significativa com as bandas de guarda OFDM usa tempos de guarda, ao invs de frequncias

Basicamente, a largura de banda dividida em mltiplassubportadoras que enviam dados de maneira independente(por exemplo, usando QAM)

Devido s separaes no tempo, possvel colocar asportadoras prximas Embora o sinal se espalhe para os vizinhos, a resposta em

frequncia zero

OFDM (cont.) No um conceito novo, mas apenas se tornou

economicamente vivel no incio desse sculo um tcnica complexa que exige hardware

sofisticado comum operar com algumas milhares de portadoras

Atualmente, base para vrias tecnologias:802.11g/n/ac, TV digital, LTE/4G, etc. Oferece muitas caractersticas interessantes: alta

taxa de dados, boa robustez a multipercurso,desvanecimento e interferncia, os quais tendem aafetar apenas poucas portadoras

Espalhamento de espectro Conjunto de tcnicas utilizadas para codificar dados

analgicos ou digitais em sinais digitais Originalmente, foram desenvolvidos com propsitos

militares e segurana A ideia bsica espalhar a informao ao longo de uma

largura de banda mais larga com o intuito proteger o sinalcontra perturbao (jamming) e interceptao

Modelo geral

Espalhamento de espectro (cont.) Alguns ganhos:

Os sinais ficam mais imunes a diferentes tipos derudo e distoro causada pelo multipercurso

Pode ser usado para esconder e criptografar sinais Vrios usurios podem utilizar a mesma banda com

pouca interferncia Essa propriedade utilizada em telefonia celular

(exemplo: CDMA)

Espalhamento de espectro (cont.) Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS)

O sinal transmitido sobre uma srie pseudo-aleatria de frequncias, saltando de uma paraoutra em intervalos fixos de tempo O receptor conhece a srie pseudo-aleatria e salta junto

com o transmissor, capturando o sinal Se algum tentar bisbilhotar o sinal em uma frequncia

especfica, receber apenas uma pequena frao dosbits

Se algum tentar interferir no sinal em uma frequnciaespecfica, afetar apenas alguns bits por unidade detempo

Espalhamento de espectro (cont.) Exemplo FHSS:

Espalhamento de espectro (cont.) Sistema FHSS:

Espalhamento de espectro (cont.) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Cada bit do sinal original representado pormltiplos bits no sinal transmitido, usando umcdigo de espalhamento O sinal espalhado ao longo de uma largura de banda

mais larga que proporcional ao nmero de bits decdigo, ou seja, quanto mais bits maior a largura debanda

Uma tcnica combinar os bits de dados com o cdigode espalhamento atravs de uma operao XOR

Espalhamento de espectro (cont.) Exemplo DSSS:

Espalhamento de espectro (cont.) Sistema DSSS:

Espalhamento de espectro (cont.)

DSSSusandoBPSK:

Espalhamento de espectro (cont.)

Espectroaproximado doDSSS:

Espalhamento de espectro (cont.) Code Division Multiple Access (CDMA)

uma tcnica de multiplexao usada com espalhamentode espectro Dado um sinal digital com taxa D, cada bit dividido em k smbolos

(ou chips) de acordo com um padro fixo de tamanho M que especfico para cada usurio

O sinal transmitido tem uma taxa de kD chips por segundo Por exemplo: usurio tem o cdigo . Se for transmitir um bit 0,

transmite exatamente esse cdigo, caso contrrio, se for transmitir um bit 1,transmite o inverso

A notao inversa tambm pode ser utilizada: 1 o cdigo e 0 o inverso No receptor, grupos de M chips so somados e divididos por M

O resultado se aproxima de -1 ou 1, se for o padro e os chips corresponderemao transmissor. Caso contrrio, resultado se aproxima de 0

Espalhamento de espectro (cont.)

ExemploCDMA

Espalhamento de espectro (cont.)

CDMA ortogonalidadedos cdigos

Espalhamento de espectro (cont.)

ExemploCDMA (2)

Espalhamento de espectro (cont.)

CDMA ortogonalidadedos cdigos (2)

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