Tutorial : 802.11n capa PH Y, Parte 2

Parte 2: la compatibilidad con dispositivos heredados y los modos de funcionamiento

Compatibilidad hacia atrás con el legado de dispositivos (IEEE 802.11b / g)

El típico 802.11n red se compone de legado 802.11b / g permitido a los sistemas y las nuevas 802.11n MIMO-permitió a los sistemas OFDM. El canal de acceso utilizados en ambos sistemas es el CSMA / CA que los mandatos de la interoperabilidad y la compatibilidad con versiones anteriores a través de estas normas.

Desafíos:
Sobre la base de la transmisión desde / a el MIMO-OFDM sistema, podemos llegar a dos retos en el logro de este objetivo.

Caso 1: MIMO-OFDM de Transmisión y Recepción legado:

Cuando el receptor es un legado de la estación, entonces la MIMO-OFDM sistema utilizará sólo una antena y transmitir utiliza la misma estructura de ruptura como 802.11a. Las otras estaciones MIMO utiliza sus múltiples antenas reciben de manera eficiente mediante la explotación de recibir la diversidad. Luego el paquete es decodificado y el canal se aplaza para la MIMO-legado de transmisión para el progreso sin colisiones. Si hay una transmisión de los sistemas heredados, la MIMO estaciones pueden ser utilizados de manera eficiente como se ha mencionado anteriormente.

Caso 2: MIMO-OFDM Transmisión y Recepción::

Cuando el receptor es una estación de MIMO en presencia del legado de la estación, entonces la señal transmitida debe ser de tal forma que el legado estaciones deben entender y aplazar el canal. Para lograr este objetivo, ya sea el mismo legado marco formato puede utilizarse para la transmisión MIMO o un preámbulo especial estructura se puede utilizar.

El reto aquí es que una simple prórroga del legado preámbulos de MIMO sistema puede ser útil en lograr la compatibilidad con versiones anteriores pero no puede proporcionar un buen rendimiento a causa de los efectos beamforming.

Del mismo modo, la utilización de los preámbulos especial diseñado para sistemas MIMO puede trabajar bien para MIMO estaciones, pero no en lo que respecta a la compatibilidad con versiones anteriores. Por lo tanto, preámbulo de diseño es un reto importante para lograr la interoperabilidad con las estaciones de legado y un mejor desempeño en las estaciones de MIMO.

De las discusiones anteriormente mencionadas, vemos que para proporcionar compatibilidad con versiones anteriores y la protección con el uso de las nuevas preámbulo, los nuevos algoritmos receptor tienen que ser definidas.

Mecanismo de protección:

Desde la típica red 802.11n ha legado y las nuevas estaciones de estaciones MIMO, y CSMA / CA MAC se utiliza, debe haber ciertas formas de estas estaciones a entender unos a otros y protegerse de las interferencias creadas por los demás. Los 3 principales propuestas para el estándar 802.11n ha especificado diferentes mecanismos de protección a la PHY y MAC. En la capa PHY, un preámbulo y cabecera se envía cuando MIMO-OFDM transmisión ocurre por la presencia de la herencia.

Esto hace que el legado de la estación de aplazar el medio para MIMO-OFDM de tráfico. En la capa MAC, la protección se realiza de dos maneras. Una forma es ofrecer protección mediante red convencional asignación de vectores (NAV) y el mecanismo de otra manera es proporcionar protección mediante "spoofing" en la que la capa de convergencia PHY función (PLCP) encabezado parte del cuadro se ha modificado.

El campo de longitud que da la duración de la carga útil en octetos y el tipo de campo que especifica la velocidad a la que la carga útil se transmite son los cambios adecuadamente. Se puede utilizar el tipo y la duración de campo para calcular la duración del paquete. Para proporcionar protección, la tasa de campo se mantiene a las tarifas más bajas (por ejemplo 6 Mbps en modo OFDM).

El legado estaciones de recepción de este paquete calcular la duración de campo y las melodías de RF al receptor modo y recibe hasta esta duración. Por lo tanto, no habrá injerencia de las estaciones de legado para la MIMO-OFDM de tráfico. Cuando las estaciones de transmitir el legado, las estaciones MIMO puede recibir la señal a través de diferentes antenas y recibir fácilmente puede decodificar la cabecera de aplazar el canal de acceso.

De las discusiones anteriormente mencionadas, vemos que para proporcionar compatibilidad con versiones anteriores y la protección con el uso de las nuevas preámbulo, los nuevos algoritmos receptor tienen que ser definidas. Por otra parte, el receptor debe algoritmos robustos y fáciles de aplicar.

Diferentes modos de operación:

Sobre la base de los objetivos que se establecen para el estándar 802.11n, el nuevo sistema puede operar en distintos modos, dependiendo de la co-los sistemas existentes. Ellos son:

1. Modo Legado
   
2. Modo Mixed
   
3. Modo Verde sobre el terreno.
   

Modo Legado:

En este modo, los sistemas heredados y la MIMO-OFDM sistemas deberán coexistir. La transmisión y recepción entre el legado será un típico 802,11 operación mientras que el legado de transmisión y recepción MIMO permite el uso de recibir a la diversidad MIMO receptor. Cuando un MIMO se transmite, sólo transmitir una antena se utiliza y se actúa como un sistema SISO legado. Este modo es obligatorio para preservar la compatibilidad hacia atrás con la norma existente

Preámbulo estructura: La ruptura se utiliza una típica IEEE 802.11a estándar de ruptura, como se muestra en la Figura 6. Consta de un preámbulo parte, la señal sobre el terreno, y la parte de datos. El preámbulo consta de dos partes. La primera parte contiene 10 símbolos idénticos corto (SS) de duración cada 0,8 μ llamado como el campo corto de formación (STF).

La segunda parte consta de una amplia prefijo cíclico (IG) de 1,6 μ duración que es seguido por dos símbolos idénticos largo (LS) de duración cada 3,2 μ llamado como la formación a lo largo de campo (LTF).

La señal de campo (SIG) lleva el ritmo y la duración la información y la duración es de 4,0 μ. The rough ancho de banda del 802.11a OFDM señal es de 20 MHz, lo que implica que el Nyquist período de muestreo de 50ns. Por lo tanto, las SS y LS constará de Ls N = 16 y N Ls = 64 muestras, respectivamente, y la GI es de 32 muestras. En este trabajo consideramos tan sólo 20 MHz modo de operación.

Figura 6: PLCP preámbulo de la IEEE 802.11a ráfaga.

Mezcla de Modo de Operación;

En este modo, tanto la MIMO-OFDM sistemas y los sistemas se co-existir. El sistema MIMO deben tener la capacidad para generar paquetes legado de la herencia y los sistemas de paquetes de alto rendimiento para MIMO-OFDM. Por lo tanto, la estructura de ruptura debe ser decodificable para sistemas heredados y debe proporcionar un mejor rendimiento a los sistemas MIMO.

Preámbulo estructura:
El modo mixto de ruptura se presenta en la Figura 7. Ellos son el legado preámbulo parte, el alto rendimiento preámbulo y la parte de datos. Debido a las limitaciones de compatibilidad en la función mixta la parte ha legado el STF-L, L-LTF y L-SIG corresponden a los campos SS, LS y SIG, como se muestra en la Figura 1.

Del mismo modo, la duración y el contenido de los campos son también iguales. Para aprovechar las ventajas de la diversidad espacial y mejor promedio de ruido debido a las múltiples antenas especial de alto rendimiento de formación sobre el terreno y la señal es siempre sobre el terreno.

Figura 7: Mezcla de modo de paquete.

Tras el legado parte la señal de campo HT-SIG ocupa 8 μ s y se utiliza para llevar la información necesaria para interpretar los datos que se muestran en la parte de datos. El HT-SIG sobre el terreno se compone de dos sub-campos HT SIG1 (24 bits) y HT-SIG2 (24 bits).

HT-SIG va a llevar la información relacionada con la modulación y el sistema de codificación, ancho de banda utilizado, la duración de la carga útil, facilitando el canal de estimación permitido o no, si un paquete de sondeo o no, la codificación de datos avanzada, el espacio tiempo bloquear el uso de códigos, la totalización de el PPDU en la parte de datos, a corto o largo GI GI, número de alto rendimiento de formación a lo largo campos (H-LTFs), CRC bits y cola bits para el codificador.

Los bits se separan HT-SIG sobre el terreno se da en el siguiente diagrama. Si la longitud de la carga útil es 0, entonces la parte de datos no contendrá paquetes de bits y finaliza en HT-SIG o HT-LTF. Siguiente campo es el HT-STF campo y la duración es de 4 μ s. La respuesta de frecuencia de la señal en este ámbito es idéntico al legado de SS.

Los bits se separan HT-SIG sobre el terreno se da en el siguiente diagrama. Si la longitud de la carga útil es 0, entonces la parte de datos no contendrá paquetes de bits y finaliza en HT-SIG o HT-LTF. Siguiente campo es el HT-STF campo y la duración es de 4 μ s. La respuesta de frecuencia de la señal en este ámbito es idéntico al legado de SS.

El propósito de tener presente es para obtener un mejor control automático de ganancia (AGC) en una multi multi transmite y recibe sistema. Al igual que el legado preámbulo parte, el campo corto de formación de la HT preámbulo es seguido por el HT-LTF.

Cada campo es de 4 μ s duración y el número de HT-LTFs en el preámbulo se decide por la antena y la configuración de la presencia de códigos espacio de tiempo. El número de HT-LTF es igual a superior al número de transferencias espaciales.

Este campo es útil para estimar el canal impulso respuesta para cada una de las espacial arroyo camino. Por lo tanto, para una configuración MIMO 2x2, dos HT-LTFs se transmiten. Del mismo modo, para una configuración MIMO 2x3 donde el espacio tiempo los códigos se utilizan para la explotación de la diversidad, tres HT-LTFs se transmiten. Por último, el campo de datos se transmite.

Cuando un paquete de alto rendimiento haya sido recibida por el legado del receptor, los 3 primeros campos son similares a las legado preámbulo y decodificar la duración del paquete de aplazar el canal.

De los mecanismos de protección presentadas anteriormente, la transmisión del legado del sistema es en punto muerto hasta el modo mixto transmisión haya finalizado. Cuando un legado preámbulo es recibida por las múltiples antenas del dispositivo en modo mixto, se puede aprovechar la diversidad espacial recibir.

Modo de Operación Verde sobre el Terreno :

Este modo es similar al modo mixto donde la transmisión ocurre sólo entre la MIMO-OFDM sistemas en presencia del legado receptores. Sin embargo, la MIMO-OFDM paquetes transmitidos en este modo sólo tendrá MIMO específicas preámbulos y no legado formato preámbulos están presentes.

Por lo tanto, no hay protección para la MIMO-OFDM sistemas de los sistemas heredados. No transmisiones están destinadas a la herencia y los sistemas de modo mixto de la zona verde del sistema. El MIMO-OFDM receptores debería ser capaz de decodificar el campo verde modo paquetes, así como legado formato de paquetes.

Cuando el verde campo dispositivo está transmitiendo, los sistemas heredados se abstendrá de la transmisión para evitar la colisión usando soporte físico mecanismo de detección. Receptores permitido con esta modalidad debe descifrar los paquetes de herencia, modo mixto y zona verde modo transmisores.

Preámbulo estructura:
El PLCP ráfaga de campo verde modo se muestra en la Figura 8. Consiste en la formación sobre el terreno corto que es idéntica a la L-STF para la adquisición y sincronización de tiempo, el HT preámbulo y la parte de datos. El HT preámbulo consta de HT-LTFs y HT-SIG. La primera HT-LTF es de 8 μ s y los restantes HT-LTFs son de 4 μ s. El propósito y el número de HT-LTFs es muy similar a los examinados en el modo mixto estructura de paquetes. El último campo es el campo de datos.

Figura 8: Verde sobre el terreno el modo de paquete.

Sobre la base de que el ancho de banda es utilizado por los dispositivos 802.11n en la red, los modos de funcionamiento pueden clasificarse de la siguiente manera:

A. Modo Legado:
Este modo es muy similar a 802.11a / g como el ancho de banda requerido es de 20 MHz y el dispositivo presente en esta red es muy similar al legado modo descrito anteriormente. Este modo es obligatoria de acuerdo con el modo de 802.11n objetivos.

B. Duplicar el Modo de Legado:
En este modo, los dispositivos funcionarán a 40 MHz de ancho de banda y los mismos datos se transmiten en alta y baja 20MHz canal. La explosión estructura es idéntica a la herencia ya que el formato destinado receptor es un legado del sistema. Para reducir PAPR, los datos se gira de 90 grados y se transmiten en la parte superior del canal.

C. Modalidad de alto rendimiento
En este modo, el dispositivo puede operar en 20 MHz, así como a 40MHz con un máximo de 4 espaciales. Esta iniciativa incluirá también el alto rendimiento modo duplicado. El sistema HT con 1 y 2 espaciales son obligatorios.

D. 40 MHz superior modo:
En este modo, sólo la parte superior del canal de 20 MHz de los 40MHz BW se utiliza. Tanto el legado y HT paquetes pueden ser transmitidos y este modo es opcional.

E. 40 MHz por debajo Modalidad:
En este modo, sólo el más bajo 20 MHz canal de la 40MHz BW se utiliza. Tanto el legado y HT paquetes pueden ser transmitidos y este modo es opcional.

Ventajas y desventajas de ampliar el legado preámbulo

Debido a las limitaciones de compatibilidad en la función mixta, la primera parte del preámbulo el paquete de alto rendimiento se construye con el preámbulo se especifica en el estándar 802.11a.

En este sentido, discutir los méritos del método de extender el legado preámbulo como se sugiere en el primer borrador del estándar IEEE 802.11n. El legado preámbulo se envía a transmitir la primera antena del ciclo pasado y versiones del legado preámbulo se envían a las otras antenas. Vamos q T QS ser el cambio cíclico aplicado a la herencia preámbulo de la q ª transmitir antena, entonces la señal de transmisión pueden ser representados como



(Fórmula 1)

donde s (n) es el legado preámbulo, B es el ancho de banda nominal del sistema y el número de muestras correspondientes a T QS B q se q N QS. Para el 1 de transmitir antena, el cambio de T 1 y CS CS N 1 = 0.

Figura 9 representa la estructura de la exposición de motivos con los cambios cíclicos en el transmisor.

Figura 9: CS versiones de legado preámbulo a transmitir entonces t antenas.

Vamos a discutir los efectos de la utilización del ciclo pasado preámbulo a las diversas operaciones de receptor. En los despliegues de modo mixto, la señal recibida en los receptores legado idea se expresa así:


(Fórmula 2)


Q En caso de que X (n) es la transmisión de la señal q ª TX antena y se define como f (s (n)), donde s (n)) es la representación de la 802.11a / g legado preámbulo, pq h (n ) Es la respuesta a impulso del canal entre los q ª TX y el RX p ª antena, L es la longitud de canal, v p (n) es el AWGN a la p ª RX antena con media cero y varianza σ 2 v y ε se normalizó la frecuencia compensar causados debido a la falta de adecuación de la frecuencia de los osciladores locales presentes en el transmisor y al receptor. La potencia total es de transmisión normalizado a través de la N t transmitir las antenas y se da como





Para estudiar la correlación de propiedad de la señal recibida sólo con el tipo del preámbulo, los efectos debidos a alteraciones de canales y normalizar la frecuencia offset son suprimidos en la ecuación y el número resultante señal recibida puede escribirse como


Fórmula 3


Entonces la correlación cruzada entre la señal recibida y la generada localmente STF se da como






Fórmula 4


De las expresiones (1) y (4), es evidente que por cada CS N q muestra, el correlator de salida R rx (n) tendrá un pico. Puesto que hay N t turnos en el N ss muestras, habrá N t picos dentro de esta duración. En el proyecto de 802.11n, los diferentes turnos para siempre el legado preámbulo en modo mixto y el modo de zona verde se tabulan a continuación.

Cuadro 1: cambio cíclicos para el legado parte de la bolsa.

En la figura 10 la función de correlación R rx (n) a recibir la primera antena de un sistema de 2x2 se muestra. El cambio cíclico aplicado a transmitir la segunda antena de T 2 CS es 200ns. Por lo tanto, el cambio entre el primer pico y el segundo pico es de 4 muestras.

Figura 10: Cruz correlación legado recibido de preámbulo.

La figura muestra que hay 2 picos dentro de las 4 muestras de un sistema de 2x2 a la salida del correlator. Del mismo modo, para un 4x4 la configuración del sistema, habrá 4 picos dentro de 200ns.

Debido a esto, el legado de sincronización con los receptores algoritmo basado en la correlación cruzada habrá de sufrir. Esto se debe a que el algoritmo en el legado receptores se aplique a la herencia preámbulos con el supuesto de que sólo habrá un pico de N muestras ss.

Pero la recepción de este preámbulo CS resultados en los picos más dentro de N ss muestras y el calendario estimador dará mal momento estimaciones en más errores de sincronización. Pero con los otros algoritmos eficientes como doble correlación mejor rendimiento se podría lograr con el ciclo pasado preámbulos. En el campo verde modo, la señal recibida en el p º RX antena será similar a la de la ecuación (2). Entonces la correlación cruzada entre la señal a la antena p 2 y el SS de transmisión a la q ª antena TX se expresa así:



Fórmula 5

Para un sistema 2x2 con CS 2 T = 200 ns, 1 rx (n) y R 2 rx (n) será el mismo que el que figura en figure10.

Por lo tanto, en la zona verde modo, el algoritmo de sincronización debe ser lo bastante robusto como para calcular el tiempo compensado el uso de este preámbulo estructura. Tal como se indica en la ecuación (5), la señal recibida en el p º de antena puede ser la siguiente:



Fórmula 6

En caso de que p = 1,2. Es evidente de la ecuación anterior que también se puede utilizar eficazmente las múltiples señales disponibles en el receptor y aprovechar las ventajas diversidad. Puesto que todas las antenas de transmitir está enviando señales diferentes, no hay beamforming efecto.

Por lo tanto, el envío del ciclo pasado versiones de la herencia en el preámbulo transmitir múltiples antenas tendrán una mejora de la AGC poder estimar si se compara con la repetición preámbulos, pero no habrá falta de sincronización en el modo mixto receptores que se basan en la correlación cruzada de STF. El HT preámbulos están diseñados específicamente para las transmisiones de MIMO para hacerlo mejor estimación de canal y AGC.

Sobre el autor
Sathish Viswanathan está trabajando para una MNC en la zona de HSUPA y HSDPA (NodeB L1). Completó su maestría en comunicación inalámbrica con una especialización en la capa PHY de WLAN a AU-KBC centro de la investigación, India. Allí, trabajó en el tiempo y la frecuencia de sincronización aspectos de WLAN y sistemas MIMO-OFDM.