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Conectividade 802.11n (TEL037)

Os usuários das redes locais sem fio (WLAN) estão se tornando cada vez mais exigentes levando em conta não só à necessidade de um aprimoramento dos produtos existentes como também dos padrões que regem seu funcionamento. O grupo de trabalho N da IEEE 802.11 definiu as modificações da camada física e camada de controle de acesso ao meio, possibilitando assim o alcance de uma taxa de operação de 100 Mbits/s. Nesse artigo focalizamos alguns dos recursos de conectividade que a IEEE 802.11n proporciona aos usuários das redes sem fio e aos projetistas de novos equipamentos.

O Grupo de Trabalho N ou Task Group N (TGn) da IEEE 802.11 chegou à definição da camada física e de controle de acesso (PHY/MAC) do IEEE 802.11n, alcançando uma taxa quatro vezes maior do que a das WLANs atuais do padrão 802.11a/g.

Esse grupo prevê uma transição suave dos aplicativos que usam os padrões anteriores, de modo a possibilitar a adoção de novas tecnologias com facilidade.

Com esse novo padrão pode-se chegar a uma capacidade de 100 megabits por segundo no SAP (Service Access Point - Ponto de Acesso do Serviço) da MAC.

A Wi-Fi Alliance também tem interesse no que o TGn está fazendo em relação ao 802.11n. A publicação de um MRD (Marketing Requirements Document) especifica as características de desempenho dos novos dispositivos que usam o padrão, como a capacidade, aumento de faixa, robustez em relação à interferência.

 

Aumentando a Velocidade

Existem diversas propostas para se aumentar a velocidade de transferência física nos sistemas sem fio, superando assim as dificuldades que ocorrem com a transmissão e propagação dos sinais. Uma delas consiste na utilização de várias antenas para o transmissor e para o receptor.

Trata-se da tecnologia MIMO (Multiple-Input multiple-Output) que faz uso de antenas "inteligentes" permitindo processar diversos sinais ao mesmo tempo. Além disso, pode-se selecionar os sinais que chegam ao sistema vindos por diversos percursos e assim eliminar eventuais problemas de intensidade e interferências. As eventuais reflexões que levam aos problemas causados pelas trajetórias múltiplas dos sinais recebidos podem ser eliminadas.

Na foto, um roteador com tecnologia MIMO.

 

Roteador de tecnologia MIMO.
Roteador de tecnologia MIMO.

 

O que ocorre é que sinais que chegam segundo diversos percursos, vindos de uma mesma fonte são interpretados pelo circuito como interferências, o que dificulta sua recepção e a recuperação das informações que transportam.

Outra proposta importante consiste no fato de que utilizando-se a tecnologia MIMO é possível oferecer o Spatial Division Multiplexing ou Acesso Múltiplo po Divisão de Espaço (SDM). Com esse sistema temos a multiplexação espacial de sinais que transportam diversos fluxos de dados simultaneos num mesmo canal.

Observe na figura 1 a diferença que existe entre a tecnologia convencional (SISO - Single Input Single Output) em que temos uma antena no transmissor e uma antena no receptor.

 

Diferenças entre o SISO e MIMO
Diferenças entre o SISO e MIMO

 

Para esse tipo de transmissão é preciso que tenhamos pares de antenas na transmissão e na recepção. Veja que o desempenho maior não se deve apenas à modo como as antenas são posicionadas e à tecnologia utilizada. Essa tecnologia leva também á necessidade de circuitos mais complexos com um desempenho mais elevado.

Por exemplo, para cada antena é necessário dispor de um ADC próprio. Isso também significa um aumento de custos para os sistemas que fazem uso dessa tecnologia. Maior velocidade de transferência de dados também significa maiores custos.

Também é possível usar uma técnica de implementação com mais de duas cadeias de antenas de RF. No entanto, um cuidado especial deve ser tomado no seu uso tanto para se garantir o desempenho adequado como também para não encarecer o projeto.

Um outro recurso para se aumentar a velocidade de transferência da camada física é o dado pelo aumento da largura dos canais utilizados.

Os canais mais largos podem ser utilizados com um melhor processamento digital dos sinais através de DSPs. Uma idéia é usar canais com 40 MHz, que podem dotar o sistema de uma largura de faixa maior que o dobro da inicialmente usada.

Com a tecnologia MIMO atual, usando somente canais de 20 MHz, temos um custo relativamente alto para se implementar canais com 100 Mbps. Além disso, para se alcançar os 100 Mbps do TGn, com 20 MHz, seriam precisos três pares de antenas ou uma implementação denominada 2x3-20 MHz.

Veja que prevendo-se a utilização tanto de 20 MHz como 40 MHz, o padrão IEEE 802.11n, já estabelece que os dispositivos devem suportar os dois canais.

No entanto, aumentar a taxa de transmissão de dados não leva em conta apenas o hardware mas também a utilização de mecanismos avançados para gerenciar os modos de desempenho da camada PHY.

Isso significa que uma escolha apropriada do modo de operação num dado ambiente também vai contribuir para um aumento da capacidade de transmissão.

Uma idéia corrente é de que a camada PHY deve gerenciar a adaptação do canal sem interação com a MAC. Estabelecendo-se uma adaptação inicial, com sinalização OTA apropriadamente utilizada, a camada MAC pode suportar essa adaptação de acrdo com os canais utilizados. Isso significa a capacidade de gerenciar os esquemas de codificação da modulação, taxas de códigos, configurações de antenas, sempre visando a maior capacidade de transferência de dados.

Evidentemente, o IEEE TGn exige uma compatibilidade ascendente com os dispositivos de padrões anteriores, como o 802.11a/b/g, o que significa que o IEEE 802.11.n também deve suportar canais de 20 MHz.

 

Conclusão

As redes sem fio estão se tornando cada vez mais comuns e mais importantes nos sistemas atuais, exigindo velocidades crescentes de acordo com os dispositivos envolvidos nos processos de transmissão e recepção de dados.

Para as próximas gerações de dispositivos sem fio, uma velocidade de troca de dados muito maior será fundamental. Diversos fabricantes já estão trabalhando na 802.11n de modo a criar dispositivos que possam suportar as principais plataformas, inclusive para aplicativos de uso doméstico, escritórios, empresas, hospitais, etc.

Esses novos dispositivos devem não só atender aos requisitos de velocidade exigidos para as novas redes sem fio, como também possuir um custo acessível para os implementadores de seus projetos.

Tecnologia MIMO, canais com largura maior são os principais pontos visados pelas empresas para criar os novos produtos que vão atender ao novo padrão.

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