Institución Universitaria de EnvigadoFacultad de Ingenierías

Ingeniería Electrónica

Docente: José Jaime Cárdenas Tamayo

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

Encuentro 14vo día

• Tecnologías Inalámbricas:

+ Introducción+ Objetivo+ Conceptos generales redes inalámbricas

Introducción a:

+ Bluetooth+ Wifi+Wimax

Introduccion

La tecnología inalámbrica se ha convertido en la más progresiva y dinámica área de las Telecomunicaciones e interconexión de redes.

El rápido crecimiento del uso de la telefonía móvil, los servicios satelitales y ahora, el internet inalámbrico, y las WLAN, están generando grandes cambios en las telecomunicaciones e interconexión de redes.

Objetivo general

Ofrecer una conceptualización general de la teoría básica de las comunicaciones inalámbricas, haciendo énfasis en la aplicabilidad de estos sistemas en la implementación de redes empresariales o corporativas, que permitan el manejo de los componentes fundamentales de la información: voz, datos y video.

Tecnologías inalámbricas

PAN(Personal Area

Network)

LAN(Local Area Network)

WAN(Wide Area Network)

MAN(Metropolitan Area Network)

PAN LAN MAN WAN

Estándares802.15

Bluetooth802.11

Wi-Fi, HiperLAN2802.11

MMDS, LMDSGSM, GPRS,

CDMA, 2.5-3G

Velocidad < 1Mbps 11 a 54 Mbps 11 a 100+ Mbps 10 a 384Kbps

Alcance Corto Medio Medio-Largo Largo

AplicacionesPunto a puntoDispositivo a dispositivo

Redes empresariales

Reemplazo al T1, acceso de última milla

Teléfonos móviles

Audio

Radiodifusión AM

Radio de onda corta Radiodifusión FM

TelevisiónWLAN infrarojas

Celular 840 MHzNPCS 1.9 GHz

Extremadamentebaja

Muybaja

Baja Media AltaMuyalta

Ultraalta

Superalta

Infrarojo Luzvisible

Ultra-violeta

RayosX

902–928 MHz26 MHz

902–928 MHz26 MHz

5 GHzIEEE 802.11a

HyperLANHyperLAN2

5 GHzIEEE 802.11a

HyperLANHyperLAN2

2.4–2.4835 GHz83.5 MHz

IEEE 802.11b

2.4–2.4835 GHz83.5 MHz

IEEE 802.11b

Bandas de frecuencia sin licenciamiento - ISM

Spread Spectrum

• La portadora es una señal de banda ancha pseudo-aleatoria.

• El ancho de banda de la portadora es mucho más amplio que el ancho de banda de los datos de interés.

• La expansión del espectro se realiza mediante el uso de un código, el cual es necesario también en el receptor para recuperar la señal original.

• Mayor ancho de banda de transmisión, con densidad espectral más baja y mayor rechazo a interferencias que operan en la misma banda.

• Capacidad anti-bloqueo por utilizar una portadora imprevisible.

• Los pares transmisor-receptor con portadoras aleatorias independienes pueden operar en el mismo ancho de banda con mínima interferencia cocanal.

Introducción

Spread Spectrum

• Capacidades criptográficas debido a que la portadora es aleatoria para los observadores no deseados.

• Capacidad de compartir el espectro con sistemas de banda angosta convencionales.

• Mayor confiabilidad en medios ruidosos y ante la presencia de desvanecimientos selectivos.

Características

Spread Spectrum

Técnica spread spectrum

Codificador decanal Modulador CANAL Demodulador Decodificador de

canal

Generador dePseudo-ruido

Generador dePseuso-ruido

Datos deentrada

Codigo de Difusión Código de difusión

Datos desalida

MODELO GENERAL DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN SPREAD SPECTRUM

Frequency Hopping Direct Sequence

FRECUENCIA

Frecuencia sin usar

Frecuencia sin usar

22

TIEM

PO

POTENCIA

2.402 GHz 2.483 GHz

1 MwMhz

100 MwMhz

1 Ms

1 Sec

FRECUENCIA

POTENCIA

2.402 GHz 2.483 GHz

1 MwMHz

100 MwMhz

1 Ms

1 Sec

Spread Spectrum

Señal difundida señales aleatorias saltando de f. en f. intervalos fijos.

Rx, detecta mensaje saltando de f. en f. en sincronización con Tx.

Otros Rx escuchan sonidos ininteligibles.

f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7

5 2 3 6 1 7 4

f

Energía

f7f6f5f4f3f2f1

Tiempo

Frecuencia

1 2 3 4 5 6 7

EJEMPLO DE “FREQUENCY HOPPING”

Spread spectrum

Frequency Hopping

Frecuencia2.400 GHz 2.483 GHz

12

34

56

78

9

Tie

mp

o

–Tiene 79 canales de 1MHz cada uno

–Se producen cambios de frecuencia al menos cada 0.4 segundos

–Se requiere sincronización de los saltos

Spread spectrum

Frequency Hopping

• Utiliza una secuencia pseudo-aleatoria digital o código con una velocidad de transmisión muy superior a la velocidad de la señal de información. Se transmite como una secuencia pseudo-aleatoria de datos codificados que produce un espectro semejante al ruido.

Spread spectrum

Direct Sequence

• Cada bit señal original múltiples bits en señal Tx (código difusión)

• Código Difusión señal a través banda de frecuencia en proporción directa al número de

bits usados

Fuente de bitPseudo-ruido

DemoduladorBPSK

Fuente de bitPseudo-ruido

Modulador BPSK

C(t) S(t)

DatosBinarios

DIFUSOR DS DE-DIFUSOR DS

Señal SSDatosBinarios Sd(t)

C(t)

Sd(t)

a) Transmisor b) Receptor

SISTEMA DSSS

Spread spectrum

Direct Sequence

– Tiene 11 canales estacionarios de 22 MHz

– Rata de datos de hasta 11Mbps

– 3 canales sin solapamiento

– Hasta 3 Access Points pueden estar en la misma área

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Canal

Frecuencia [MHz]

2400 2483 2437

Spread spectrum

Direct Sequence (Canales 802.11)

– Cada bit se convierte en una cadena de bits (secuencia), transmitida en paralelo a través de una amplia gama de frecuencias

– La mínima tasa de datos regida por la FCC es 10 bits para 1 y 2MB (BPSK/QPSK) y 8 bits para 11Mb (CCK).

Si el dato fuese: 1001

Cadena de bits es: 1=00110011011 0=11001100100

El dato a transmitir sería:

00110011011 11001100100 11001100100 00110011011

1 0 0 1

Spread spectrum

Direct Sequence (Modulación)

Blue = 11Mb

Green = 11Mb

Red = 11Mb

Total Bandwidth=33Mb!!!

Spread spectrum

Direct Sequence (Escalabilidad)

Scalability - FH vs DS

0

5

10

15

20

25

30

35

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Number Access Points

Th

rou

gh

pu

t (M

bp

s)

1.6 Mbps FH2 Mbps FH11 Mbps DS2 Mbps DS

Spread spectrum

Comparación de Escalabilidad

Redes de área personal WPAN

• Las WPANs son redes inalámbricas de corto alcance. Su uso tiene como objetivo crear conexiones inalámbricas entre dispositivos pequeños y portátiles

NORMAS

La norma primordial que rige la comunicación inalámbrica bluetooth es la 802.15 de la IEEE que es la que rige para los sistemas de comunicaciones inalámbricas de corto alcance.

La otra norma que rige las comunicaciones inalámbricas es la 805.11de la IEEE

¿Qué es bluetooth?

Bluetooth es un enlace de radio de corto alcance, bajo costo, baja complejidad y potencia, optimizado para el ahorro de energía; para ofrecer conectividad inalámbrica entre dispositivos móviles y puntos de acceso a redes alambradas e inalámbricas de área local o área extensa.

Los dispositivos pueden trabajar en un área de

10 a 100 metros

Puede operar a una velocidad 1Mbps, pero lo más común es que se trabaje a 720Kbits/s en la banda ISM en la frecuencia de 2.4 GHz; soporta canales asíncronos para la transmisión de datos y síncronos para el envío de voz.

Dichas facilidades permiten que un amplio rango de aplicaciones y de dispositivos trabajen en una WPAN. Tiene siete canales dedicados a la transmisión de datos y tres canales de voz a 64Kbps.

Bluetooth

Está basado en tecnología Spread Spectrum (espectro esparcido), concretamente en Frequency Hopping (salto de frecuencia). Es decir FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum).

Los canales de salto están separados 625s.

Bluetooth

BluetoothAplicaciones

La topología utilizada para estos dispositivos es la estrella porque cuando se establece una comunicación entre dispositivos Bluetooth, uno de ellos es el maestro y los de demás dispositivos funcionan como esclavos.

BluetoothTopologías

1. Modo activo: dispositivos que se encuentran en forma sincronizada para enviar y recibir los paquetes de información

2. Modo Hold (espera):dispositivos que sirven de esclavos a los esclavos cuando no hay envió de información estos puedan transmitir la información sin mucho consumo de energía

BluetoothModos de conexión

3. Modo Park (aparcado): este permanece en la red leyendo lo que hay pero no participando del envió de datos

4. Modo Sniff: reduce la fuerza con la que escucha en la red de esta forma reduce su consumo.

Todos estos trabajan para un sistema llamado picorred que es una red de dispositivos bluetooth y compatibles con estos

BluetoothModos de conexión

Bluetooth

PERFILES BLUETOOTH1.1 Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) 1.15 Handree Profile (HFP)

1.2 Audio/Video Remote Control Profile (AVRCP) 1.16 Human Interface Device Profile (HID)1.3 Basic Imaging Profile (BIP) 1.17 Headset Profile (HSP)1.4 Basic Printing Profile (BPP) 1.18 Intercom Profile (ICP)

1.5 Common ISDN Access Profile (CIP) 1.19 Object Push Profile (OPP)1.6 Cordless Telephony Profile (CTP) 1.20 Personal Area Networking Profile (PAN)

1.7 Device ID Profile (DID) 1.21 Phone Book Access Profile (PBAP)1.8 Diap Networking Profile (DUN) 1.22 Serial Port Profile (SPP)

1.9 Fax Profile (FAX) 1.23 Service Discovery Profile (SDAP)1.10 File Transfer Profile (FTP) 1.24 SIM Access Profile (SAP, SIM)

1.11 General Audio/Video Distribution Profile (GAVDP) 1.25 Synchronisation Profile (SYNCH)

1.12 Generic Access Profile (GAP) 1.26 Video Distribution Profile (VDP)1.13 Generic Object Exchange Profile (GOEP) 1.27 Wireless Application Protocol Bearer (WAPB)

1.14 Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP)

WLAN Generalidade

s

• Las LANs cableadas requieren que los usuarios estén en un lugar determinado y se mantengan ahí. Las WLAN son una extensión de las redes cableadas y son usadas para dar movilidad a los clientes de la red o para satisfacer las necesidades de acceso a los recursos en un entorno dinámico.

1 Mbps DSSS

2 Mbps DSSS

5.5 Mbps DSSS

11 Mbps DSSS

WLANDistancia vs velocidad

Channel 1

Channel 6

Channel 11

Channel 1

Channel 6

Channel 11

Channel 11

Channel 1

Channel 6

Channel 11

WLANChannel Setup

2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps

2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps

5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps

5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps

11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps

11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps

WLANPrecaución al realizar un “Survey”

© 2001, Cisco Systems, Inc. AWLF 1.0—Chapter3-4

Wireless Bridging

LAN-to-LAN connectivity

Two Different Implementations Two Different Implementations of Wireless LAN Technologyof Wireless LAN Technology

Wireless Networking

Mobile user connectivity

Dos implementaciones diferentes para WLAN

WLAN

Hub

Servidor Switch

Internet

Access PointHub

Wireless LAN (WLAN) como extensión de una red cableada

Bridge de Grupo de trabajo

WLAN

Access Point

Channel 6

Wireless Clients

LAN Backbone

Channel 1

Access Point

Wireless Clients

WLANTopologías Típicas

(ad hoc mode)

Wireless Clients

Wireless “Cell”

Modem

Topología Punto a punto

WLANTopologías Típicas

0 to 25 miles(line of sight)

Ethernet

Bridge

OptionalAntenna

Building A Building B

OptionalAntenna

Configuración: Punto a Punto

WLANTopologías Típicas

Ethernet

Bridge

Building B Building C

Building A

DirectionalAntenna

Omni-directional Antenna

Configuración: Punto -Multipunto

DirectionalAntenna

WLANTopologías Típicas

Bridge

Bridge

PCI Card

Work Group Bridge

Hub

Access Point configurado como Bridge

WLANTopologías Típicas

Configuración: Repetidor

Channel 1

Access Point

Wireless Clients

Channel 1

Access Point

LAN Backbone

WLANTopologías Típicas

Configuración: Hot Standby

Wireless Clients

LAN Backbone Monitored AP Standby AP

WLANTopologías Típicas

Rangos de cobertura típicos de un Access Point

Ambiente Rango máximo Rango a 11 Mbps

Exteriores / espacio abierto con antena

estándar

230 – 305 mts(750 – 1000 ft)

45 – 107 mts(150 – 350 ft)

Oficina / con sistema de iluminación

industrial

76 – 107 mts(250 – 350 ft)

30 – 45 mts(100 – 150 ft)

Residencial 38 – 61 mts(125 – 200 ft)

19 – 24 mts(60 – 80 ft)

WLAN

• 802.11a: Banda de 5 GHz @ 54 Mbps• 802.11b: Banda de 2.4 GHz @ 11 Mbps• 802.11d: Multiple regulatory domains • 802.11e: Quality of Service (QoS)• 802.11f: Inter-Access Point Protocol (IAPP)• 802.11g: Banda de 2.4 GHz @ 54 Mbps• 802.11h: Dynamic Frequency Selection (DFS) y

Transmit Power Control (TPC)• 802.11i: Seguridad• 802.11k: Medición

WLANLos estándares 802.11

Es un sistema de transmisión de datos diseñado para proveer una red con acceso independiente de la ubicación entre los distintos equipos de cómputo usando las ondas de radio en lugar de la infraestructura de cable.

• El término WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) se ha convertido en sinónimo del estándar IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area Network (MAN).

• los sistemas WiMAX proveen una alternativa inalámbrica para las convencionales líneas DSL y cable en áreas donde la tecnología este disponible fácilmente.

WimaxGeneralidades

• Originalmente el estándar 802.16 direcciona aplicaciones en bandas licenciadas en el rango de frecuencia desde 10 hasta 66 GHz. Posteriormente se ha extendido el estándar 802.16 para cubrir aplicaciones que no están en línea de vista (NLOS) en bandas con y sin licencia en rangos de frecuencia menores de 11 GHz.

WimaxEstándar

• La tecnología WiMAX es una solución de acceso con un buen ancho de banda en áreas más allá de la cobertura de DSL y cable. La creciente evolución del estándar IEEE 802.16 expandirá el estándar a las aplicaciones móviles habilitando el acceso directamente desde dispositivos portátiles WiMAX, como teléfonos inteligentes y PDAs a notebooks y laptops.

Wimax¿Qué es?

• Está configurada en su gran mayoría como una red celular tradicional con estaciones base localizadas estratégicamente usando una arquitectura punto a multipunto para enviar servicios en un radio de varios kilómetros dependiendo de la frecuencia, potencia de transmisión y sensibilidad del receptor.

• Las estaciones base están comúnmente ligadas con la red central por líneas de fibra o enlaces microonda punto a punto a nodos disponibles o vía líneas arrendadas desde un operador de línea obligatorio.

WimaxArquitectura

• El rango y la capacidad hace esta tecnología igualmente atractiva en costo y efectividad en una gran variedad de ambientes. La tecnología fue vista desde el principio como la solución para brindar accesos inalámbricos al último tramo en the Metropolitan Area Network (MAN) con performance y servicios comparables o mejores que el tradicional DSL, Cable or T1/E1 servicios de línea alquilados.

WimaxCaracterísticas

• WiMAX utiliza frecuencias desde 10GHz a 66GHz y cubre el rango de bandas desde 2GHz a 11GHz.

• Los canales de WiMAX tienen un rango de tamaño desde 1.5 a 20MHz, WiMAX ofrece una red flexible para soportar una variedad de ratas de transmisión de datos como T1 (1.5Mbps) y ratas de transmisión de datos mayores de 70Mbps en un canal sencillo que puede soportar miles de usuarios.

WimaxCaracterísticas

• La flexibilidad de WiMAX permite adaptarse al espectro disponible y anchos de canal en diferentes países o licenciar a diferentes proveedores de servicios.

• WiMAX soporta servicios ATM, IPv4, IPv6, Ethernet, and VLAN. Asi, puede ofrecer una opción de posibilidad de servicios para voz y datos.

WimaxCaracterísticas

BACKHAUL

1

RESIDENTIAL & SoHo DSL

32

4ALWAYS BEST CONNECTED

802.16

802.11

802.11

Multi-Point BACKHAUL

802.11

802.16 Applicaciones

FRACTIONAL T1 for SMALL BUSINESS BACKHAUL for

HOTSPOTS

T1+ LEVEL SERVICE ENTERPRISE

Bibliografía• Comunicaciones inalámbricas. Un enfoque aplicado, David Roldán

Martínez, Editorial Ra-ma, 384 páginas, ISBN: 8478976213 ISBN-13: 9788478976218.

• Networking Fundamentals, Ingeniero Telmex, CTT Corporation, 2008.

• Manual de redes inalámbricas, Seide Ron; Reid Neil, McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S.A.U., ISBN: 970104147X ISBN-13: 9789701041475

• Wi-Fi. Cómo construir una red inalámbrica, José A. Carballar Falcón, Editorial Ra-ma, ISBN: 8478976302 ISBN-13: 9788478976300

• Documentación CCNA, CCNP, Cisco Networks.