LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Transkriptio

1 Last update : LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT H. Honkanen Lyhyen matkan langattoman siirron tarkoitus on siirtää tietoa ( = dataa ) lähietäisyydellä ( alle 1m 50m ) Siirtotekniikoita ovat: Infrapunasäteily ( InfrapunaLED ja IR vastaanotin ) Radioaallot Magneettikenttä IrDA = Infrared Data Association IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers INFRAPUNASÄTEILY - Infrapunasäteilyn toimintaperiaatteena on IR-lähettimen ( LED ) ja vastaanottimen toiminta - IR linkki vaatii näköyhteyden lähettävän ja vastaanottavan laitteen välille. IrDA - IrDA, Infrared Data Association, on standardisoitu IR-linkki. - IrDA linkki on suunniteltu ( kannettavien ) tietokonelaitteiden liittämiseksi oheislaitteisiin ( Kirjoitin, GPRS puhelin yms ) - IrDA linkin siirtomatka on vain noin kolme metriä. - Liitäntä käyttää sarjamuotoista dataliikennettä, jonka siirtonopeusmaksimi oli julkaisuvuonna (1994) 115,2 kilobittiä sekunnissa. Vastaanottavassa laitteessa liikenne viedään normaalin sarjaliikennepiirin kautta. - Normiin on määritelty myöhemmin myös suurinopeuksinen siirtotapa, joka ei käytä enää sarjaliikennepiiriä, vaan omaa erillistä IrDA-moduulia. Tällä siirtotavalla saavutetaan jopa kuudentoista megabitin sekuntinopeus ( = 16 Mb/s ). Sovelluskohtaiset ratkaisut - Viihde-elektroniikkalaitteiden IR kaukosäätimet ovat tällaisia sovelluskohtaisia ratkaisuja. - Kaukosäätimen käskyn anto saa aikaan pulssisarjan, jossa ensin annetaan tunniste ja sen jälkeen data ( = laitteen tunnuskoodi ja painetun painikkeen data )

2 RADIOAALLOT WLAN - WLAN = Wireless Local Area Network IEEE a, ETSI Hiperlan2 ( 5 GHz ) - Sekä IEEE a että Hiperlan 2 toimivat 5,15-5,35 gigahertsin taajuuskaistalla. - Siirtonopeus max. 54 Megabittiä sekunnissa ( Mb/s ) - Tekniikkaa: Fyysisen kerroksen modulaatio perustuu Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) -tekniikkaan, joka sietää hyvin monitie-etenemisestä aiheutuvaa signaalin hajaantumista. Kunkin yksittäisen kanavan 20 megahertsin spektri on lisäksi jaettu 52 kapeaan kantoaaltoon, joiden modulaatio voidaan tehdä käyttöolosuhteista ja tarpeista riippuen BPSK:lla, QPSK:lla, 16QAM:llä tai 64QAM:llä. Näillä voidaan sitten toteuttaa seitsemän fyysisen tason bittinopeutta; 6, 9, 12, 18, 27, 36 ja 54 megabittiä sekunnissa IEEE b ( 2.4 GHz ) - IEEE b ja g -lähiverkkotekniikat toimivat 2,400-2,4835 gigahertsin taajuusalueella. Tämä kaista on kaikkien vapaasti käytettävissä, ns. ISM -kaista - Käytännön kantama sisätiloissa on noin 20 metriä. - Tiedonsiirtonopeudet ovat 1, 2, 5,5 ja 11 Megabittiä sekunnissa ( Mb/s ). - Kyseessä on niin sanottu yhteistaajuusalue, johon erilaisilla käyttäjillä on yhtäläiset oikeudet. Yhteistaajuusalueella toimivalle hyväksytylle radiolaitteelle ei tarvitse hankkia erillistä radiolupaa. - Tämän taajuusalueen käytössä on otettava huomioon, että siinä toimii jo nyt erittäin paljon muitakin sovelluksia. Näitä ovat esimerkiksi langattomat valvontakamerat, langattomat videolinkit, Bluetooth-laitteet, radioamatöörilähetykset sekä erilaiset ohjaus- ja hälytyslaitteet. - Tyypillinen tapa toteuttaa langaton paikallisverkko (WLAN) on liittää kiinteään paikallisverkkoon radiotukiasema (Access point), joka huolehtii yhteyden pitämisestä radiotien päässä olevien koneiden kanssa. Paikallisverkon suuntaan tukiasema näkyy paikallisverkon siltana ja radiotien päässä olevat koneet näkevät yhteyden normaalina paikallisverkkoyhteytenä. - WLAN voidaan toteuttaa myös ilman tukiasemaa, jolloin verkon muodostavat kuuluvuusalueella olevat päätelaitteet. Tyypillisesti tällaiset verkkoarkkitehtuurit vaativat tehokasta adaptiivisuutta, mikäli joustava ja nopea palvelujen tarjonta kuuluvuusalueella halutaan taata kaikille päätelaitteille. IEEE g ( 2.4 GHz ) - IEEE b ja g -lähiverkkotekniikat toimivat 2,400-2,4835 gigahertsin taajuusalueella. - Tiedonsiirtonopeus jopa 54 Megabittiä sekunnissa ( Mb/s ) - Alaspäin yhteensopiva IEEE802.11b laitteiden kanssa ( Toimii näissä verkoissa luonnollisesti b verkon hitaammalla nopeudella ) IEEE n ( 2,4 GHz ja 5 GHz ) - Käytössä sekä 2,400-2,4835 GHz, että 5,15-5,35 GHz taajuusalueet - Teoreettinen maksiminopeus jopa 600 Megabittiä sekunnissa!, käytännön nopeuden ollessa Mbit/s - Tukee MIMO tekniikkaa, jolloin tietoliikenteessä voidaan käyttää useampia antennipareja

3 IEEE p ( 5,9 GHz ) - Ajoneuvojen väliseen liikennöintiin Älyliikenteen sovellukset ITS Intelligent Transport Systems CVIS Cooperative Vehicle Infrastructure Systems - Taajuusalue 5,85-5,925 GHz BLUETOOTH - Bluetooth tekniikka käyttää vapaata ISM taajuuskaistaa 2,40GHz 2,4835GHz. Joissain maissa tämä kaista on kapeampi - Asynkronisen linkin suurin kapasiteetti on 721 kilobittiä sekunnissa ( kb/s ) toiseen suuntaan ja tarvittaessa paluukanavana on 57,6 kilobittiä sekunnissa ( kb/s ). Kukin puhekanava tukee 64 kilobitin synkronista yhteyttä sekunnissa. - Täydelle ISM kaistalle sopii 79 kanavaa, joiden leveys on 1 MHz. - Bluetoothin käyttämä protokolla on yhdistelmä piiri- ja pakettikytkentää ja tiedonsiirrossa käytetään taajuushyppelyyn (frequency hopping) perustuvaa hajaspektriä. Kanava on myös aikajakoinen (TDD) ja yhden paketin siirtoon kuluu aikaa 625 mikrosekuntia (aikaväli). Tämän jälkeen seuraa taajuuden vaihto ja uuden paketin lähetys. Sekunnissa taajuutta vaihdetaan siis 1600 kertaa. - Kuva: Taajuushyppely - Bluetooth- järjestelmässä kommunikoivat laitteet muodostavat verkon, piconetin. Masterlaite on se, joka on ottanut yhteyden. Orjalaitteita yhdessä piconetissa voi olla maksimissaan seitsemän kappaletta - Kuva: Yksittäinen Piconet - Sama laite voi kuulua useampaan piconettiin, se voi täten olla yhden piconetin masterlaite ja toisen piconetin orja

4 - Kuva: Kahden piconetin verkko - Kantama: 1 mw perusteholla muutama metri 100 mw tehoiset Bluetooth laitteet: Max. muutamia kymmeniä metrejä. - Bluetooth- järjestelmä on helppo konfiguroita audiolinkiksi. Datalinkkinä se kuitenkin vaatii melko suurenkin ohjelmointityön - Kuva: Protokollataulu UWB - UWB = Ultra Wide Band. - UWB eroaa selvästi esimerkiksi Bluetoothista, joka lähettää suhteellisen paljon dataa pienellä taajuusalueella. - UWB:ssä 7,5 gigahertsin levyinen kaista jaetaan 500 megahertsin alakaistoihin, joilla dataa lähetetään hyvin nopeina radioimpulsseina. Etuna tästä on pieni lähetystehon tarve sekä suuri kaistaleveys. Muutaman metrin matkalla UWB:llä päästään helposti yli sataan megabittiin sekunnissa. - UWB-impulssit näyttävät muiden radioiden näkökulmasta lähinnä kohinalta, joten UWB ei sekoita muuta radioliikennettä. - Pienestä tehontarpeesta seuraava hyöty on myös se, että piirit voidaan valmistaa yksinkertaisina CMOS-toteutuksina. CMOS-prosessin myötä valmistuskustannukset ja piirien hinta pysyvät halpoina.

5 - USA:ssa kansallinen tietoliikennekomissio FCC on jo jakanut UWB:n käyttöön taajuusalueen 3,1-10,6 gigahertsiä. ZigBee, IEEE Erittäin pieni tehonkulutus - Yksinkertainen konfigurointi verrattuna WLAN ja Bluetooth -tekniikoihin - Taajuusalueet, modulaatiotapa ja siirtonopeudet: 868 MHz, ISM [ Eurooppa ], BPSK, siirtonopeus 20 kb/s 915 MHz, ISM [ USA ], BPSK, siirtonopeus 40 kb/s 2,4 GHz, ISM [ Koko maailma ], QPSK, siirtonopeus 250 kb/s WirelessUSB - Cypress:n rekisteröimä tuotenimi - USB määrittelyn mukainen - Tiedonsiirtonopeus vain 62,5 kilobittiä sekunnissa ( 62,5 kb/s ) - Käyttää 2,4 GHz ISM -kaistaa Wireless USB, WUSB, WUSB2 - Standardi vasta kehitteillä ( Tammikuu 2005 ), Wireless USB Promoter Group - Pyritään USB2 määrittelyn mukaiseen toimintaan, jolloin tiedonsiirtonopeus olisi 480 Megabittiä sekunnissa ( 480 Mb/s ) - Perustunee UWB -tekniikkaan MAGNEETTIKENTTÄ Liberty Link - Norjalaisen Aura Communicationsin Liberty Link -tekniikka perustuu magneettikenttään, kun moduloituun magneettikenttään tuodaan toinen kela, se toimii antennina, josta eteenpäin signaalia käsitellään kuten tavallisessa RFtekniikassa. - Koska magneettikentän sähköinen kenttä on liki nolla, ei signaali juurikaan etene. Kentän magneettinen komponentti myös heikkenee huomattavasti nopeammin kuin RF-kenttä, joten menetelmän siirtoetäisyydet ovat vain muutamia metrejä. Toisaalta voimakas vaimeneminen helpottaa taajuuksien uudelleen käyttöä ja häiriöiden hallintaa. Lisäksi magneettikenttä on vahvasti tietyn suuntainen, joten liikkuvan sovelluksen vastaanottavan antennin täytyy olla kolmiulotteinen. - Magneettinen järjestelmä on vähemmän arka ympäristön aiheuttamille häiriöille, esimerkiksi heijastussignaalien aiheuttamille häipymille. Lisäksi muutaman metrin säteellä toimivissa järjestelmissä tietoturva toteutuu luonnostaan. - Järjestelmän toiminta perustuu aikajakoiseen digitaaliseen kommunikointiin GMSKmoduloidun (gaussian minimum shift keyed) magneettikentän avulla. - Maksimaalinen datansiirtokapasiteetti on 205 kilobittiä sekunnissa ja se voidaan jakaa useiden osanottajien kesken aikajakoisella multipleksauksella. - Ääni on CSVD-koodattua (circuit switched voice or data) 64 kilobitin nopeudella sekunnissa. - Piirin kantoaalto voi olla 10,5--15 megahertsin taajuusalueella, joten se soveltuu käytettäväksi esimerkiksi 13,556 megahertsin SRD-kaistalla. Linkkejä: Modulaatiotavat Digi-TV