Übersicht. Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 74

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1 Übersicht Motivation für spezielle MAC-Verfahren Mehrfachzugriff durch Raummultiplex (SDMA) Mehrfachzugriff durch Frequenzmultiplex (FDMA) Mehrfachzugriff durch Zeitmultiplex (TDMA) Code Division Multiple Access (CDMA) Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 74

2 General Idea Bit Sequence Chip Sequence s 1 r 1 11 Frequency 11 s 1 and s 2 01 Time 01 s 2 r 2 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 75

3 Zugriffsverfahren CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) alle Stationen operieren auf derselben Frequenz und nutzen so gleichzeitig die gesamte Bandbreite des Übertragungskanals Signal wird auf der Senderseite mit einer für den Sender eindeutigen Pseudozufallszahl verknüpft (XOR) Empfänger kann mittels bekannter Sender-Pseudozufallsfolge und einer Korrelationsfunktion das Originalsignal restaurieren Nachteil: höhere Komplexität der Implementierung wg. Signalregenerierung alle Signale müssen beim Empfänger gleich stark sein Vorteile: alle können auf der gleichen Frequenz senden, keine Frequenzplanung sehr großer Coderaum (z.b ) im Vergleich zum Frequenzraum Störungen (weißes Rauschen) nicht kodiert Vorwärtskorrektur und Verschlüsselung leicht integrierbar 76

4 CDMA in der Theorie Sender A sendet A d = 1, Schlüssel A k = (setze: 0 = -1, 1 = +1) Sendesignal A s = A d * A k = (-1, +1, -1, -1, +1, +1) Sender B sendet B d = 0, Schlüssel B k = (setze: 0 = -1, 1 = +1) Sendesignal B s = B d * B k = (-1, -1, +1, -1, +1, -1) Beide Signale überlagern sich additiv in der Luft Störungen hier vernachlässigt (Rauschen etc.) A s + B s = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) Empfänger will Sender A hören wendet Schlüssel A k bitweise an (inneres Produkt) A e = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) A k = = 6 Ergebnis ist größer 0, daher war gesendetes Bit eine 1 analog B B e = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) B k = = -6, also 0 77

5 CDMA - auf Signalebene I Daten A Code A Code-Daten A Daten Code A d A k Signal A A s In der Praxis werden längere Schlüssel eingesetzt, um einen möglichst großen Abstand im Coderaum zu erzielen. 78

6 CDMA - auf Signalebene II Signal A A s Daten B Code B Code-Daten B Daten Code B d B k Signal B B s A s + B s 79

7 CDMA - auf Signalebene III Daten A A d A s + B s A k (A s + B s ) * A k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe

8 CDMA - auf Signalebene IV Daten B B d A s + B s B k (A s + B s ) * B k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe

9 CDMA - auf Signalebene V A s + B s Falscher Code K (A s + B s ) * K Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe (0) (0)? 82

10 Zusammenfassung und Literatur Motivation für spezielle MAC-Verfahren Mehrfachzugriff durch Raummultiplex (SDMA) Mehrfachzugriff durch Frequenzmultiplex (FDMA) Mehrfachzugriff durch Zeitmultiplex (TDMA) Code Division Multiple Access (CDMA) Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 83

11 Zusammenfassung Funkmedium erfordert neue MAC-Verfahren Hidden/Exposed-Terminal Nahe/Ferne Geräte Kollision am Empfänger!= Kollision am Sender Es gibt nicht Das MAC-Verfahren Ressource lässt sich im Wesentlichen Teilen durch Raum Frequenz Zeit Code die wesentlichen Eigenschaften zusammengefasst: Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 84

12 Vergleich SDMA/TDMA/FDMA/CDMA Verfahren SDMA TDMA FDMA CDMA Idee Teilnehmer Signaltrennung Vorteile Nachteile Bemerkung Einteilung des Raums in Zellen/Sektoren nur ein Teilnehmer kann in einem Sektor ununterbrochen aktiv sein Zellenstruktur, Richtantennen sehr einfach hinsichtlich Planung, Technik, Kapazitätserhöhung unflexibel, da meist baulich festgelegt nur in Kombination mit TDMA, FDMA oder CDMA sinnvoll Aufteilen der Sendezeiten in disjunkte Schlitze, anforderungsgesteuert oder fest Teilnehmer sind nacheinander für kurze Zeit aktiv im Zeitbereich durch Synchronisation etabliert, voll digital, vielfältig einsetzbar Schutzzeiten wegen Mehrwegausbreitung nötig, Synchronisation Standard in Festnetzen, im Mobilen oft kombiniert mit FDMA Einteilung des Frequenzbereichs in disjunkte Bänder jeder Teilnehmer hat sein Frequenzband, ununterbrochen im Frequenzbereich durch Filter einfach, etabliert, robust, planbar geringe Flexibilität, Frequenzen Mangelware heute kombiniert mit TDMA, in z.b. GSM, und SDMA Bandspreizen durch individuelle Codes alle Teilnehmer können gleichzeitig am gleichen Ort ununterbrochen aktiv sein Code plus spezielle Empfänger flexibel, benötigt weniger Frequenzplanung, weicher handover komplexe Empfänger, benötigt exakte Steuerung der Sendeleistung einige Probleme in der Realität, geringere Erwartungen, integriert in alle neuen Systeme 85

13 Literatur [Schiller2003] Jochen Schiller, Mobilkommunikation, 2te überarbeitete Auflage, 2003 Kapitel 3: Medienzugriffsverfahren Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 86