802.11n - MIMO. Multiple Inputs Multiple Outputs MIMO

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1 802.11n - MIMO Multiple Inputs Multiple Outputs MIMO

2 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

3 Repousser les limites: c est possible technologies a, b et g: largement déployées aujourd'hui limitation principale : les débits le n 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 n s'appuie largement sur la technologie MIMO qui met en œuvre plusieurs concepts importants

4 Conventional (SISO) Wireless Systems Bits DSP Radio channel Radio DSP Bits TX RX 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

5 MIMO Wireless Systems Bits D S P Radio Radio channel Radio Radio D S P Bits TX RX 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

6 Quel est le besoin? Temps estimé pour télécharger une émission TV HD de 30minutes

7 Il faut de meilleurs résultats mais tout en conservant la compatibilité a b g n Maximum Data 54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps Rate 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 to 4 Channel Width 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz or 40 MHz

8 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 n améliore le a/g Modulation OFDM améliorée ++code rate & ++bandwidth 65 Mbps RIFS Reduced Inter-frame spacing pour raccourcir les délais entre les instants de transmissions autorisés

9 Rappel: MultiPath (Chemins multiples ) Phénomène du à la réflexion Wall Reflected Path Direct Path Reflected Path Paroie de bureau

10 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

11 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

12 (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

13 Spatial Multiplexing Emission et réception participent Plusieurs antennes transmettent en parallèle Augmente le débit Clients MIMO uniquement

14 MIMO Increases PHY Data Rates for All Clients Maximal Ratio Combining (MRC) Beam forming Spatial Multiplexing a/g AP (non-mimo) Mbps a/g client (non-mimo) Maximal Ratio Combining (MRC) Beam forming Spatial Multiplexing n AP (MIMO) 54 Mbps a/g client (non-mimo) Maximal Ratio Combining (MRC) Beam forming Spatial Multiplexing n AP (MIMO) 300 Mbps n client (MIMO)

15 Quand les combinaisons sont possibles le débit augmente

16 WLAN Standards b a g n Standard Approved Sept Sept 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) /24 Data Rate per Channel 1 11 Mbps 6 54 Mbps 1 54 Mbps Mbps Modulation Type DSSS, CCK OFDM DSSS, CCK, OFDM DSSS, CCK, OFDM, MIMO

17 Dates clés Letter Ballot passes Draft 2.0 spec. moved to Letter Ballot Draft 2.0 products available in the WFA market begins draft 2.0 inter-op IEEE n standard ratified Ratified n products available (assumes no major changes in standard) 2 years into a 4 year laptop refresh cycle (50% of users have n) Jan 2007 Mar Jun Aug Sep 2008 Oct Oct 2010 AP-1250 de Cisco IOS 12.4 Août 2007

18 Webographie IEEE n by Haroun Ferhat and David Grégoire n: The Future of Wireless Technology by Kevin Albers