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802.11n - MIMO

Multiple Inputs Multiple Outputs MIMO

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

Repousser les limites: c’est possible…

technologies 802.11a, 802.11b et 802.11g: largement déployées aujourd'hui limitation principale : les débits

le 802.11n 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

802.11n s'appuie largement sur la technologie MIMO qui met en œuvre plusieurs concepts importants

Conventional (SISO) Wireless Systems

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

channel

Radio DSP Bits

TX

Radio DSP Bits

RX

MIMO Wireless Systems

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

channel

Radio

D

S P

Bits

TX

Radio

Radio

D

S P

Bits

RX

Radio

Quel est le besoin ?

Temps estimé pour télécharger une émission TV HD de 30minutes

Il faut de meilleurs résultats… mais tout en conservant la compatibilité…

802.11a 802.11b 802.11g 802.11n

Maximum Data

Rate

54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps

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 1 1 1 1 to 4

Channel Width 20 MHz 20 MHz 20 MHz 20 MHz or 40 MHz

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

802.11n améliore le 802.11a/g Modulation OFDM améliorée

++code rate & ++bandwidth

65 Mbps

RIFS Reduced Inter-frame spacing pour raccourcir

les délais entre les instants de transmissions autorisés

Rappel: MultiPath (Chemins multiples ) Phénomène du à la réflexion

Direct Path

Reflected Path

Reflected Path

Wall

Paroie de bureau

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

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

(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

Spatial Multiplexing

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

MIMO Increases PHY Data Rates for All Clients

54 48 36 24 Mbps

54 Mbps Maximal Ratio

Combining (MRC)

Beam forming

Spatial Multiplexing

802.11a/g AP

(non-MIMO)

802.11n AP

(MIMO)

802.11a/g client

(non-MIMO)

802.11a/g client

(non-MIMO)

300 Mbps802.11n AP

(MIMO)

802.11n client

(MIMO)

Maximal Ratio

Combining (MRC)

Beam forming

Spatial Multiplexing

Maximal Ratio

Combining (MRC)

Beam forming

Spatial Multiplexing

Quand les combinaisons sont possibles le débit augmente…

802.11 WLAN Standards

802.11b 802.11a 802.11g 802.11n

Standard Approved Sept. 1999 Sept. 1999 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)

3 24 3 3/24

Data Rate per Channel 1 – 11 Mbps 6 – 54 Mbps 1 – 54 Mbps 1 – 600 Mbps

Modulation Type DSSS, CCK OFDM DSSS, CCK,

OFDM

DSSS, CCK, OFDM, MIMO

Dates clés

AP-1250 de Cisco IOS 12.4 Août 2007

Draft 2.0 spec. moved

to Letter Ballot

Letter Ballot passes

Jan2007

Mar Jun

WFA begins draft 2.0 inter-op

Draft 2.0 products available in the

market

Aug Sep2008

IEEE802.11nstandardratified

Ratified 802.11n products available (assumes no major

changes in standard)

Oct Oct2010

2 years into a 4 year laptop refresh cycle(50% of users have

802.11n)

Webographie

IEEE 802.11n by Haroun Ferhat and David Grégoire

802.11n: The Future of Wireless Technology by Kevin Albers