1. Lo standard IEEE 802.11
In questo modulo introdurremo la terminologia e i concetti della comunicazione wireless descritti dai vari protocolli IEEE 802.11. Ogni scheda wireless supporta un protocollo 802.11 specifico e può funzionare o meno con gli altri.
È utile comprendere questi protocolli perché dipenderemo in larga misura dall'hardware che utilizziamo, nonché dall'attrezzatura presente nell'ambiente di test. È facile immaginare come la comprensione di un dispositivo hardware possa aiutarci a usarlo correttamente. A tal fine, questo modulo ha due scopi.
In primo luogo, vogliamo fornire una panoramica di questi protocolli e delle differenze tra loro. Non ci aspettiamo che qualcuno memorizzi le informazioni qui contenute, ma è importante sapere quale standard supporta il nostro dispositivo e quali frequenze copre.
Consideriamo questo rapido esempio. Se stiamo cercando di catturare pacchetti da un trasmettitore 802.11ac, una comprensione di base di beamforming e streams potrebbe essere utile in caso di problemi.
Il secondo scopo di questo modulo è fungere da guida di riferimento abbreviata. Ancora una volta, ci sono molti termini e concetti qui, e non possiamo memorizzarli tutti. In generale, quando incontriamo un nuovo dispositivo hardware, potremmo scegliere di tornare a questo modulo per una rapida revisione.
1.1. IEEE
L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) è un gruppo di oltre 423.000 scienziati, ingegneri e altri professionisti che sono le principali autorità in ambito aerospaziale, telecomunicazioni, ingegneria biomedica, energia elettrica e altro ancora.
Il comitato 802 dell'IEEE sviluppa standard per Local Area Network (LAN) e Metropolitan Area Network (MAN). Questi includono Ethernet, Token Ring, Wireless LAN, Bridging e Virtual Bridged LAN.
1.2. Standard e emendamenti 802.11
IEEE 802.11 è lo standard per le WLAN (Wireless LAN). Le specifiche coprono il livello fisico e la sezione Media Access Control (MAC) del livello di collegamento dati nel modello OSI.
Il comitato 802.11 ha rilasciato emendamenti agli standard man mano che la tecnologia wireless è avanzata. Tratteremo gli emendamenti elencati di seguito:
- 802.11: Lo standard WLAN originale
- 802.11a: Fino a 54 Mbit/s su 5 GHz
- 802.11b: 5,5 Mbit/s e 11 Mbit/s su 2,4 GHz
- 802.11g: Fino a 54 Mbit/s su 2,4 GHz, retrocompatibile con 802.11b
- 802.11h: Requisito normativo per limitare potenza e trasmissione nella banda 5 GHz
- 802.11i: Fornisce sicurezza migliorata
- 802.11n: Fornisce maggiore throughput con Multiple Input/Multiple Output (MIMO), noto anche come Wi-Fi 4
- 802.11ac: Very High Throughput (VHT) < 6 GHz, noto anche come Wi-Fi 5
- 802.11ad: Multi-Gigabit nella banda 60 GHz, noto come WiGig
- 802.11ax: High Efficiency (HE) Wireless LAN, noto anche come Wi-Fi 6
- 802.11ax (estensione 6 GHz): Opera nella banda 6 GHz, commercializzato come Wi-Fi 6E
- 802.11be: Extremely High Throughput (EHT), noto anche come Wi-Fi 7 (ratificato nel 2024)
1.2.1. IEEE 802.11
Lo standard IEEE 802.11 originale, rilasciato nel 1997, definisce i data rate di 1 e 2 Mbit/s su frequenze radio utilizzando Direct-Sequence Spread-Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread-Spectrum (FHSS). È spesso chiamato pure-802.11.
Entrambe queste modulazioni sono spread spectrum, che diffondono deliberatamente la trasmissione. Ciò fornisce una migliore resistenza a rumore, interferenze e jamming. Quando il DSSS è in uso con 802.11, i canali saranno larghi 22 MHz. Il FHSS, come suggerisce il nome, salta attraverso la propria larghezza di banda allocata. Tecnologie come GPS e Zigbee utilizzano il DSSS, mentre il Bluetooth è noto per l'uso del FHSS.
Consideriamo una semplice conversazione quotidiana. Possono verificarsi problemi quando le persone cercano di parlare e ascoltare contemporaneamente, o quando più persone parlano insieme. Ci sono problemi simili con il Wi-Fi e, in generale, per qualsiasi tecnologia wireless.
Trasmettere simultaneamente presenta un problema quando il traffico "calpesta" altro traffico. Generalmente ci riferiamo a questo come collisione. Non è possibile individuare le collisioni. Sono indistinguibili da interferenze o rumore. In alcuni casi, queste collisioni avvengono più lontano e, di conseguenza, non sono rilevabili dal trasmettitore.
Come la maggior parte delle altre tecnologie wireless, le radio Wi-Fi possono ricevere o trasmettere, ma non possono fare entrambe le cose simultaneamente. Questa limitazione funzionale è il motivo per cui ci riferiamo alla radio Wi-Fi come half duplex. Se due o più radio trasmettono contemporaneamente, non hanno modo di sapere se la loro trasmissione è andata a buon fine o è andata in collisione, quindi il meglio che si può fare è cercare di evitare le collisioni.
IEEE 802.11 utilizza Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) prima di trasmettere. Prima che un sistema su una rete CSMA/CA trasmetta dati, ascolterà prima per un periodo di tempo predeterminato per assicurarsi che nessun altro sistema stia trasmettendo. Questo è il protocollo Carrier Sense (Multiple Access). Se il sistema rileva traffico, attenderà prima di riavviare questo processo. Questo è il protocollo Collision Avoidance.
A volte, due o più nodi possono cercare di comunicare con l'access point ma sono troppo distanti l'uno dall'altro e non possono sentire il traffico reciproco. Applicando CSMA/CA, il canale può diventare libero per entrambi contemporaneamente, e entrambi trasmetteranno. Tuttavia, ciò comporta interferenze all'access point. Questo è chiamato hidden node problem.
Figura 1: Hidden Node Problem
Come suggerisce il nome, CSMA/CA cerca di evitare le collisioni, ma non può sempre evitarle. Può essere integrato con il meccanismo Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS) per migliorare le probabilità di evitare una collisione.
Utilizzando RTS/CTS, le stazioni inviano un RTS, che viene riconosciuto con un CTS dall'access point. Una volta che la stazione riceve il CTS, i dati vengono scambiati. Nello scenario del hidden node problem, entrambe le stazioni che sono nel raggio dell'access point (ma fuori portata l'una dall'altra) ricevono il CTS, ma solo la stazione menzionata nel CTS trasmette.
1.2.2. IEEE 802.11b
L'emendamento IEEE 802.11b ha aggiunto Complementary Code Keying (CCK), fornendo data rate di 5,5 e 11 Mbit/s sulla banda 2,4 GHz (operante da 2,4 GHz a 2,485 GHz) su 14 canali.
La Figura 2 fornisce una rappresentazione visiva dei canali 802.11b nell'intervallo di frequenze 2,4 GHz.
Figura 2: Canali 802.11b
Ogni canale è largo 22 MHz e, come dimostra questa figura, c'è spettro sufficiente solo per tre canali non sovrapposti in questo intervallo di frequenze.
Come per qualsiasi altro equipaggiamento wireless, quando ci riferiamo alla frequenza di un canale, ci riferiamo sempre alla sua frequenza centrale. La frequenza centrale è la frequenza al centro della larghezza di banda di un canale. Ad esempio, l'intervallo per il canale 1 è da 2,401 GHz a 2,423 GHz, ma ci riferiamo alla sua frequenza come 2,412 GHz, che si trova al centro di questo intervallo.
La Tabella 1 elenca la frequenza centrale di ciascun canale.
| Channel | Center Frequency |
|---|---|
| 1 | 2.412 GHz |
| 2 | 2.417 GHz |
| 3 | 2.422 GHz |
| 4 | 2.427 GHz |
| 5 | 2.432 GHz |
| 6 | 2.437 GHz |
| 7 | 2.442 GHz |
| 8 | 2.447 GHz |
| 9 | 2.452 GHz |
| 10 | 2.457 GHz |
| 11 | 2.462 GHz |
| 12 | 2.467 GHz |
| 13 | 2.472 GHz |
| 14 | 2.484 GHz |
Tabella 1 - Elenco canali 2,4 GHz
I canali elencati in questa sezione si basano sull'emendamento 802.11b. Tuttavia, ogni paese alloca e regola frequenze, potenza di trasmissione e alcune altre variabili in modo indipendente.
Ad esempio, Stati Uniti e Canada consentono i canali da 1 a 11 (12 e 13 sono consentiti in condizioni di bassa potenza), la maggior parte dell'Europa consente da 1 a 13, e il Giappone consente da 1 a 14 (il canale 14 è solo 802.11b). Possiamo leggere di più a riguardo qui.
Il rispetto di queste normative è generalmente gestito dal sistema operativo, dal driver dell'adattatore Wi-Fi o dal firmware della scheda wireless.
1.2.3. IEEE 802.11a
L'emendamento IEEE 802.11a è stato rilasciato contemporaneamente all'802.11b. Utilizza la banda 5 GHz, offrendo più canali, che non si sovrappongono rispetto a quelli definiti dall'802.11b. Si trattava anche di uno spettro meno affollato, non influenzato dai dispositivi consumer a basso costo che si ammassavano nell'intervallo di frequenze 2,4 GHz.
IEEE 802.11a utilizza la modulazione Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) per fornire data rate fino a 54 Mbit/s, utilizzando canali da 20 MHz.
In parole semplici, l'OFDM divide ogni canale in più "sottocanali" e poi codifica i dati su più frequenze portanti contemporaneamente. Di solito ci riferiamo a questi sottocanali come subcarriers, ma sono anche chiamati tones. Tutti i subcarriers sono allocati durante la trasmissione.
Ci sono 64 subcarriers in ogni canale: 48 di essi trasportano dati, 4 sono pilots (toni di sincronizzazione) e 12 sono null, il che significa che non c'è trasmissione. Ogni subcarrier è largo 312,5 KHz.
Come menzionato in 802.11b, [each country](https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels#5_GHz_or_5.8_GHz_(802.11a/h/j/n/ac/ax) alloca frequenze e livelli di potenza diversi per il Wi-Fi. Questo vale anche per 802.11a.) L'allocazione tra i paesi è più complessa rispetto alla banda 2,4 GHz, e a volte cambia nel tempo.
1.2.4. IEEE 802.11g
IEEE 802.11g utilizza la stessa tecnica di modulazione del segnale (OFDM) dell'802.11a, ma sulla banda 2,4 GHz. La portata del segnale è leggermente migliore rispetto all'802.11a ed è retrocompatibile con IEEE 802.11b. L'802.11g ricadrà su data rate inferiori (e modulazione) quando un dispositivo 802.11b si connette.
Come mostrato di seguito, i numeri dei canali e le frequenze centrali sono gli stessi dell'802.11b.
Figura 3: Canali 802.11g/n
Si noti che il canale 14 era disponibile solo in Giappone per 802.11b.
802.11a/b/g a volte utilizza più antenne, ma non va confuso con Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), di cui parleremo più avanti in questo modulo. 802.11a/b/g è Single Input Single Output (SISO), che è l'opposto del MIMO. Nel caso di 802.11a/b/g, l'uso di più antenne è chiamato antenna diversity.
1.2.5. IEEE 802.11n
IEEE 802.11n era destinato a migliorare i data rate e fornire maggiore portata sulle reti 2,4 GHz e 5 GHz. Ci sono stati due rilasci, il primo che consentiva velocità fino a 74 Mb/s, e successivamente velocità fino a 300 Mb/s. Il primo rilascio si basa sulla bozza, mentre l'IEEE 802.11 stava ancora lavorandoci. L'aumento di velocità in IEEE 802.11n è dovuto in gran parte al suo utilizzo della tecnologia MIMO.
Il MIMO utilizza più antenne, ciascuna con il proprio trasmettitore e ricevitore. Migliora la ricezione del segnale sfruttando il fenomeno della multipath propagation. Normalmente, i segnali rimbalzano su oggetti come muri, porte, ecc., degradando la qualità della ricezione. Al contrario, il MIMO sfrutta questo problema per migliorare la ricezione.
802.11n consente l'uso di fino a quattro spatial streams e del numero equivalente di antenne per inviare e ricevere a un data rate più elevato. Commercialmente, sono disponibili fino a tre streams e la larghezza del canale può essere di 40 MHz invece di 20 MHz, raddoppiando così il data rate.
Un'analisi approfondita degli spatial streams, comunemente abbreviati come streams nel Wi-Fi, è fuori ambito per questo corso. Tuttavia, il numero di streams diventerà importante quando analizzeremo le reti, come vedremo più avanti.
802.11n ha anche introdotto una nuova modalità chiamata Greenfield mode. La Greenfield mode introduce un nuovo preamble (una pausa che precede l'arrivo di un segnale wireless su un dispositivo di rete) solo per 802.11n, in base alla quale solo i dispositivi che operano in 802.11n saranno ammessi sulla rete.
Infine, in 802.11n un canale da 20 MHz è diviso in subcarriers, simile a 802.11a/g. I 64 subcarriers sono divisi in modo leggermente diverso. Quattro di essi sono utilizzati per i pilots come in 802.11a/g, ma 52 sono utilizzati per i dati (invece di 48) e quindi otto sono utilizzati come null.
Antenne
Il numero di streams e, quindi, i data rate che possono essere raggiunti, dipendono dal numero di antenne sul trasmettitore e sul ricevitore.
Il formato di notazione è txr:s
- t: Numero di catene di trasmissione (TX)
- r: Numero di catene di ricezione (RX)
- s: Numero massimo di spatial streams che la radio può utilizzare
Ad esempio, una configurazione comune sarebbe 2x2:2, dove la radio ha 2 catene TX, 2 catene RX e 2 streams. Un 3x3:3 ha 3 RX, 3 TX e 3 streams.
Questa notazione non è utilizzata solo per 802.11n, ma anche per qualsiasi altro emendamento che utilizza MIMO.
Potreste incontrare un formato di notazione leggermente diverso: tTrR. Le due configurazioni sopra sarebbero 2T2R e 3T3R. Il numero di streams non è presente in questo formato. In generale, possiamo assumere che il numero di streams sia uguale al valore più alto tra i due numeri presenti.
Il numero di antenne non corrisponde sempre al numero di streams/catene, ma il numero di antenne è sempre maggiore o uguale al numero di streams/catene. Pertanto, un dispositivo con quattro antenne potrebbe benissimo avere tre streams o anche due.
Ad esempio, l'adattatore wireless Alfa AWUS1900 ha quattro antenne (quattro catene di trasmissione e ricezione) ma è un dispositivo a tre spatial streams: 4x4:3.
Warning
Quando si analizzano le reti, il numero di streams sarà un'informazione cruciale, poiché abbiamo bisogno di un dispositivo con altrettanti streams (o più) rispetto a quelli del client. Con troppo pochi streams, non saremo in grado di decodificare la comunicazione.
MCS Rates
802.11n utilizza diverse modulazioni, coding rate e streams per raggiungere velocità fino a 600 Mbit (450 Mbit commercialmente). Un MCS rate (Modulation and Coding Scheme) è semplicemente un numero che si riferisce a una specifica modulazione e coding rate e, nel caso di 802.11n, al numero di spatial streams in uso. Il data rate dipende anche dalla larghezza di banda del canale e, in misura minore, dal guard interval, che è l'intervallo tra i frame.
Il coding rate (nella quarta colonna del grafico sottostante) di un codice di forward error correction è la porzione non ridondante di dati utili. È solitamente espresso in k/n, dove per k bit di informazione ci sono un totale di n bit. I bit n-k sono ridondanti per la correzione degli errori.
Figura 4: Canali HT40+ su 2,4 GHz
HT40- inizia al canale 5 e l'ultimo HT40- è 11 (13 per l'Europa).
Figura 5: Canali HT40- su 2,4 GHz
1.2.6. IEEE 802.11ac
A causa del requisito di canali da 80 MHz, 802.11ac è solo 5 GHz.
Opzionalmente, 802.11ac può avere fino a otto spatial streams ed eseguire beamforming in trasmissione (tecnicamente, questo dovrebbe probabilmente essere chiamato beam steering). Il beamforming combina elementi in un array di antenne per indirizzare la trasmissione RF verso un dispositivo specifico o un gruppo di dispositivi.
802.11ac supporta MCS 8 e 9 utilizzando 256-QAM, ma il ricevitore deve essere in stretta prossimità fisica al trasmettitore. Alcuni dispositivi sono anche in grado di 1024-QAM per aumentare ulteriormente i data rate. In questo caso, il trasmettitore deve essere ancora più vicino (probabilmente nella stessa stanza), poiché il segnale necessario per raggiungere quei data rate deve essere molto forte. Il QAM-1024 non fa parte di 802.11ac e, per questo motivo, il supporto hardware è limitato a determinati vendor.
L'intervallo tra i frame trasmessi, noto come Guard Interval (GI), è di 800 ns per impostazione predefinita. Può essere accorciato (400 ns), il che aumenta leggermente i data rate.
Non approfondiremo la Quadrature Amplitude Modulation (QAM) in questo corso, ma ecco alcune nozioni di base. Il numero nel QAM (e in alcune altre modulazioni) indica quante possibilità può rappresentare alla volta. Più alto è il numero, più dati possono essere trasmessi alla volta. D'altra parte, il ricevitore deve essere in grado di decodificare la trasmissione. Identificare con precisione i dati inviati senza errori diventa sempre più difficile, richiedendo quindi hardware più complesso e un segnale di qualità superiore.
Questo è simile al riconoscimento di toni di diverse frequenze. Discernere 16 o 32 toni distinti nello spettro delle frequenze che possiamo sentire è abbastanza facile, anche con cuffie economiche. Tuttavia, per distinguere i toni tra quelli precedentemente riconosciuti, potremmo aver bisogno di cuffie con hardware migliore per riprodurre i suoni con precisione, in modo da poterli riconoscere accuratamente. Anche la stanza deve essere sempre più silenziosa. È lo stesso per il Wi-Fi.
802.11ac è stato suddiviso in due wave, ciascuna delle quali porta funzionalità diverse. La prima wave si basa su una versione bozza di 802.11ac (2.0). La seconda wave si basa sulla versione finale.
Dobbiamo tornare brevemente all'802.11n per un momento al fine di discutere una differenza chiave tra Wave 1 e Wave 2. Potreste ricordare che 802.11n era MIMO. Più precisamente, avremmo potuto dire che era Single User MIMO (SU-MIMO), sebbene questo sia implicito con 802.11n. 802.11ac Wave 1 è anch'esso SU-MIMO, ma Wave 2 è Multiuser MIMO (MU-MIMO).
I dispositivi SU-MIMO trasmettono a un dispositivo alla volta. In un ambiente in cui un AP aveva tre transmit streams e tre dispositivi che utilizzavano uno stream ciascuno, l'AP non poteva combinare la trasmissione verso tutti i dispositivi contemporaneamente, ma solo verso un singolo dispositivo.
Wave 2 è leggermente diversa. Utilizzando l'esempio sopra, poteva gestire tutti e tre i dispositivi contemporaneamente. Ci sono altri requisiti come la posizione e la compatibilità con MU-MIMO. È unidirezionale, limitata al downlink, verso le stazioni.
Wave 2 ha anche introdotto canali da 160 MHz o due canali da 80 MHz non contigui. I due canali possono trovarsi in parti separate dello spettro 5 GHz.
Infine, 802.11ac ha la stessa configurazione per i subcarriers dell'802.11n: 52 sono dati, 4 sono pilots e 8 sono null.
Rates
I data rate 802.11ac sono semplificati (a differenza di 802.11n, dove i numeri continuavano ad aumentare con il numero di streams). Tutte le modulazioni sono disponibili con qualsiasi numero di streams e quindi il valore MCS va da 0 a 9 (10 con alcuni data rate proprietari che utilizzano 1024-QAM).
Lo stesso sito web, MCSIndex.com, può essere utilizzato per consultare i data rate 802.11ac.
Figura 6: Estratto dei MCS rates 802.11ac (fonte: Wikipedia)
1.2.7. IEEE 802.11ad
802.11ad è anche chiamato WiGig.
Consente comunicazioni ad alta velocità (multi-Gigabit) di audio, video e dati e offre velocità tra 385 Mbps e 6,7 Gbit/s utilizzando:
Non approfondiremo qui una spiegazione dettagliata di queste modulazioni.
802.11ad consente operazioni nella banda 60 GHz con 2,16 GHz di larghezza di banda. Le trasmissioni a questa frequenza sono assorbite dall'ossigeno atmosferico, il che ne limita la portata.
Ogni canale 802.11ad ha una larghezza di banda di 2,16 GHz.
| Channel | Center frequency |
|---|---|
| 1 | 58.32GHz |
| 2 | 60.48GHz |
| 3 | 62.64GHz |
| 4 | 64.8GHz |
| 5 | 66.96GHz |
| 6 | 69.12GHz |
Tabella 2 - Elenco canali 802.11ad
Frequency Bands
Le frequenze disponibili per 802.11ad dipendono dalla regione, il che significa che alcuni canali potrebbero non essere disponibili ovunque:
- USA: 57,05 GHz - 71 GHz
- Canada: 57,05 GHz - 64 GHz
- Corea del Sud: 57 - 64 GHz
- Europa, Giappone e Australia: 57 - 66 GHz
- Cina: 59 - 64 GHz e 45 - 50 GHz (quest'ultima è nota anche come China Milli-Meter Wave, CMMW)
1.2.8. IEEE 802.11ax
Noto anche come High Efficiency (HE), 802.11ax si basa su 802.11ac e funziona anche su 2,4 GHz. 802.11ax mira a migliorare il throughput delle stazioni in ambienti densi, come luoghi con un gran numero di dispositivi, pur rimanendo retrocompatibile con i dispositivi 802.11 legacy. 802.11ax introduce 1024QAM e Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (MU-OFDMA).
Sebbene il 1024QAM consenta ai dispositivi di raggiungere data rate più elevati (fino a ~1,2 Gbps per stream), la qualità del segnale deve essere alta per ottenerli.
L'OFDMA è più efficiente perché può allocare parti specifiche di un canale da 20/40/80/160 MHz (o 80+80 MHz) a utenti diversi, consentendo così a utenti diversi di trasmettere e ricevere contemporaneamente senza interferenze.
Come menzionato in precedenza, l'OFDM può trasmettere solo a un dispositivo alla volta. L'OFDMA, d'altra parte, può assegnare parte dei subcarriers (e subcarriers 4 volte più piccoli, 78,125 kHz ciascuno), noti come Resource Units (RU), per essere più efficiente e consentire ad altri dispositivi di trasmettere contemporaneamente.
Per un canale da 20 MHz, ci sono ora 256 subcarriers, o tones. Le resource units allocate a utenti diversi possono essere piccole quanto 26 tones (a), il che rende il canale più piccolo largo 2 MHz. Ciascuna di queste resource units può avere data rate, livelli di potenza e quindi larghezza di banda diversi.
802.11ax ha lo stesso potenziale di 802.11ac in termini di spatial streams, 8x8:8. A differenza di 802.11ac, questo vale anche per i dispositivi client, non solo per gli access point. Un'altra differenza è che il MU-MIMO su 802.11ac (o 802.11n) è solo downlink, mentre in 802.11ax può essere anche uplink se il client lo supporta.
1.2.9. IEEE 802.11h
Parte dello spettro 5 GHz è utilizzato anche da radar (militari, civili e meteorologici, fissi o mobili), sistemi di aeromobili senza pilota, comunicazioni DoD, strumentazione utilizzata per tracciare razzi, missili e controllare satelliti, ecc. Qualsiasi altra cosa su quella frequenza deve fare attenzione a non interferire. 802.11h fornisce Dynamic Frequency Selection (DFS) e Transmit Power Control (TPC) che sono obbligatori in Europa nei paesi regolamentati da ETSI per le frequenze tra 5,250 e 5,725 GHz.
Il Wi-Fi può interferire con i radar per chilometri, anche a bassa potenza. Ecco come appare su un radar meteorologico:
Figura 7: Interferenza Wi-Fi su radar meteorologico (fonte: sciencenews.org)
Non appena viene rilevato un radar, il DFS deve cambiare la frequenza per almeno 30 minuti in modo da non interferire. Negli Stati Uniti, il DFS è obbligatorio per le frequenze tra 5,250 e 5,350 GHz e tra 5.470 e 5,725 GHz. Altri paesi possono imporre altri standard.
Consideriamo un esempio di implementazione. Su un access point enterprise, quando vengono selezionati determinati canali 5 GHz, l'AP esegue una scansione per 60 secondi. Una volta terminata la scansione, consentirà o meno l'utilizzo su quel canale, a seconda che abbia trovato o meno un radar. Il rilevamento è complesso e non sempre affidabile al 100% nell'identificare segnali provenienti da altri dispositivi che hanno priorità.
Il TPC consente di ridurre la potenza al minimo necessario per massimizzare la copertura, minimizzare l'interferenza co-channel e l'interferenza con satelliti e radar.
1.2.10. Panoramica dello standard 802.11 e degli emendamenti
La tabella seguente riassume le principali caratteristiche dei comuni task group 802.11:
Figura 7: Task group 802.11
1.3. Antenna Diversity vs MIMO
Sebbene MIMO e antenna diversity utilizzino entrambi più antenne, è importante non confonderli tra loro.
L'antenna diversity è una tecnologia più datata e, nel caso del Wi-Fi, significava l'uso di due antenne per migliorare un segnale. L'antenna diversity era a volte utilizzata con 802.11a/b/g.
Il MIMO è una tecnologia wireless più recente, che utilizza due o più antenne per trasmettere e ricevere. È stato utilizzato in 802.11n e successivi, con alcune eccezioni.
Esploriamo queste due tecnologie con un po' più di dettaglio.
1.3.1. Antenna Diversity
L'antenna diversity utilizza più antenne per migliorare la qualità di un collegamento wireless. È spesso visibile sui camion a lungo raggio, dove hanno un'antenna Citizens Band (CB) su entrambi gli specchietti lato conducente e passeggero. La distanza ideale tra le antenne dipende dalla lunghezza d'onda (che si calcola, in metri, dividendo 300 per la frequenza in MHz). Nel caso dei camion e del CB, la distanza tra gli specchietti lato conducente e passeggero non è ideale, ma migliora comunque il segnale.
La multipath propagation è un problema nel wireless, dove il segnale rimbalza sugli oggetti e cambia il percorso. Si verifica il fading e il segnale può essere diverso in due posizioni vicine. Quindi, nel caso della diversity, il ricevitore utilizzerà l'antenna con il segnale più forte.
L'antenna diversity è abbastanza semplice in confronto e deve solo determinare quale antenna ha il segnale più forte, il che potrebbe essere fatto controllando il Modulation Error Ratio per il segnale specifico. A sua volta, durante la trasmissione, si utilizza uno switch single-pole, double-throw (SPDT) per selezionare l'antenna.
L'antenna diversity è generalmente utilizzata per apportare miglioramenti durante la ricezione, ma può essere utilizzata anche per la trasmissione.
1.3.2. MIMO
Mentre l'antenna diversity seleziona la migliore (singola) antenna per ricevere o trasmettere, il MIMO divide i dati in più streams e utilizza più antenne per inviarli. Il ricevitore poi combina gli streams.
Alcune persone confondono il MIMO con Space-Time Block Code (STBC). Lo STBC è simile al MIMO, ma invece di dividere il segnale in più parti, lo STBC lo duplica su più antenne. Di conseguenza, c'è una maggiore probabilità che il segnale possa essere ricevuto in un ambiente rumoroso, dove il ricevitore selezionerà la migliore copia. La scelta tra STBC o MIMO dipenderà da un algoritmo nel trasmettitore.
1.4. Conclusione
In questo modulo abbiamo spiegato lo standard e i comuni emendamenti 802.11, dal pure 802.11 all'802.11ax. Abbiamo anche trattato l'802.11h poiché influisce sulla trasmissione nella banda 5 GHz, e un confronto tra antenna diversity e MIMO.