Drahtlose Kommunikation. Medienzugriffskontrolle

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1 Drahtlose Kommunikation Medienzugriffskontrolle

2 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 2

3 Motivation Kollisionsdomäne S 2 T 2 S 1 T 1 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 3

4 Motivation Können Medienzugriffsverfahren von Festnetzen übernommen werden? Beispiel CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Senden, sobald das Medium frei ist, hören, ob eine Kollision stattfand (ursprüngliches Verfahren im Ethernet IEEE802.3) Probleme in drahtlosen Netzen Signalstärke nimmt quadratisch oder mehr mit der Entfernung ab CS und CD würden beim Sender eingesetzt, aber Kollision geschieht beim Empfänger Kollision ist dadurch unter Umständen nicht mehr beim Sender hörbar, d.h. CD versagt weiterhin kann auch CS falsche Ergebnisse liefern, z.b. wenn ein Endgerät versteckt ist WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 4

5 The Hidden Terminal Problem Collision S 1 T 1 S 2 T 2 CSMA does not prevent S 2 from sending WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 5

6 The Exposed Terminal Problem T 1 S 1 S 2 T 2 CSMA prevents S 2 from sending WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 6

7 Nahe und ferne Endgeräte Endgeräte A und B senden, C soll empfangen die Signalstärke nimmt quadratisch mit der Entfernung ab daher übertönt das Signal von Gerät B das von Gerät A C kann A nicht hören A B C Würde beispielsweise C Senderechte vergeben, so könnte B die Station A rein physikalisch überstimmen Auch ein großes Problem für CDMA-Netzwerke - exakte Leistungskontrolle notwendig! WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 7

8 Übersicht zu den folgenden Lösungen auf Basis von SDMA/FDMA/TDMA SDMA (Space Division Multiple Access) Einteilung des Raums in Sektoren, gerichtete Antennen vgl. Zellenstruktur FDMA (Frequency Division Multiple Access) zeitlich gesteuerte Zuordnung eines Übertragungskanals zu einer Frequenz permanent (z.b. Rundfunk), langsames Springen (z.b. GSM), schnelles Springen (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) TDMA (Time Division Multiple Access) zeitlich gesteuertes Zugriffsrecht eines Übertragungskanals auf eine feste Frequenz Die bereits vorgestellten Multiplexverfahren werden hier also zur Steuerung des Medienzugriffs eingesetzt! WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 8

10 Wiedervorlage: Antennen: gerichtet und mit Sektoren Häufig eingesetzte Antennenarten für direkte Mikrowellenverbindungen und Basisstationen für Mobilfunknetze (z.b. Ausleuchtung von Tälern und Straßenschluchten) y y z x z x gerichtete Antenne Seitenansicht (xy-ebene) Seitenansicht (yz-ebene) von oben (xz-ebene) z z x x Sektorenantenne von oben, 3 Sektoren von oben, 6 Sektoren WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 10

12 Frequency: FDMA Frequency v 4 f 4 Schutzbänder v 3 f 3 v 2 f 2 v 1 f 1 Time WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 12

13 FDD/FDMA - hier am Beispiel GSM 960 MHz f MHz 915 MHz MHz 200 khz MHz 1 t WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 13

14 Übersicht Motivation für spezielle MAC-Verfahren Mehrfachzugriff durch Raummultiplex (SDMA) Mehrfachzugriff durch Frequenzmultiplex (FDMA) Mehrfachzugriff durch Zeitmultiplex (TDMA) Clock-Sync und IFS Statisches TDMA Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Clear-Channel-Assessment (CCA) bei CSMA Klassisches und Slotted Aloha Demand Assigned Multiple Access (DAMA) Polling Inhibit Sense Multiple Access (ISMA) Multiple Access with Collision Avoidance (MACA) Backoff am Beispiel MACA MACA Durchsatzanalyse Code Division Multiple Access (CDMA) Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 14

15 Possible Solution: TDMA S 1 T 1 S 2 T 2 Timeslot reserved to s 1 Timeslot reserved to s 2 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 15

16 Problem: Clock Drift s 1 t 1 s 2 t 3 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 16

17 Solution: Time Synchronization v 1 v 2 c v 1 v 2 message msg to send timestamp with t msg(t) sync clock to t+ beacon beacon sync clock sync clock sync clock sync clock beacon sync clock sync clock Possible Solution 1: Using MAC layer timestamps for clock sync Possible Solution 2: Periodic sync beacon of coordinator c WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 17

18 Problem: Varying Delays s 1 d 1 s 2 d 2 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 Propagation delays Processing delays WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 18

19 Solution: Inter Frame Spacing s 1 t 1 s 2 t 3 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 19

21 TDD/TDMA - am Beispiel DECT 417 µs Abwärtsrichtung Aufwärtsrichtung t 10 ms WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 21

23 Possible Solution: CSMA S 1 T 1 S 2 T 2 Wants to send Wait WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 23

24 CSMA Problem: Collision Still Possible S 1 T 1 S 2 T 2 t 1 t 2 Wants to send Collision t 3 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 24

25 Solution: Collision Detection S 1 T 1 S 2 T 2 Detect Collision Cancel Transm. Detect Collision Cancel Transmission Problem: sending and listening for other transmissions on the same channel is not applicable in wireless communication WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 25

26 Solution: Collision Avoidance (1/2) S 1 T 1 S 2 T 2 Signal first Wait Send if no signal received t 1 t 2 t 3 Wants to send Wait t 4 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 26

27 Solution: Collision Avoidance (2/2) S 1 T 1 S 2 T 2 Signal first Wait Don t send but wait t 1 t 2 t 3 Signal first Wait Don t send but wait WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 27

29 Side note: How to Assess a Clear Channel? occupied free Ideally The reality It follows: testing for - dbm is not feasable. Solution? WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 29

30 Side note: Use Threshold dbm Value free occupied free How to reduce many false negatives on free channel? Image: Copyright 2004 ACM /04/0011, Polastre et al., Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks, SenSys 2004 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 30

31 Side note: Removing Outliers Observation: Valid packet will not have an outlier significantly below noise floor Sample n times (e.g. 5 times) No outlier found: channel is busy Else: channel is free s 1 s 2 s 4 s 5 s 3 Noise floor t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 31

32 Side note: Example Image: Copyright 2004 ACM /04/0011, Polastre et al., Versatile Low Power Media Access for Wireless Sensor Networks, SenSys 2004 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 32

34 Aloha/Slotted Aloha Verfahren zufällig, nicht zentral gesteuert, Zeitmultiplex Slotted Aloha führt zusätzlich gewisse Zeitschlitze ein, in denen ausschließlich gesendet werden darf. Aloha Kollision Sender A Sender B Sender C Slotted Aloha Kollision t Sender A Sender B Sender C t WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 34

36 DAMA - Demand Assigned Multiple Access Ausnutzung des Kanals bei Aloha (18%) und Slotted Aloha (36%) nur sehr gering (Annahme von Poisson-Verkehr). Mit Hilfe von Vorabreservierung kann dies auf 80% erhöht werden. Sender reserviert einen zukünftigen Zeitschlitz innerhalb dieses Zeitschlitzes kann dann ohne Kollision sofort gesendet werden dadurch entsteht aber auch eine höhere Gesamtverzögerung typisch für Satellitenstrecken Beispiele für Reservierungsalgorithmen: Explizite Reservierung nach Roberts Implizite Reservierung (Reservation-ALOHA) Reservation-TDMA WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 36

37 Zugriffsverfahren DAMA: Explizite Reservierung Explizite Reservierung: Zwei Modi: ALOHA-Modus für die Reservierung: In einem weiter aufgegliederten Zeitschlitz kann eine Station Zeitschlitze reservieren. Reserved-Modus für die Übertragung von Daten in erfolgreich reservierten Zeitschlitzen (keine Kollision mehr möglich). Wesentlich ist, dass die in den einzelnen Stationen geführten Listen über Reservierungen miteinander zu jedem Punkt übereinstimmen, daher muss mitunter synchronisiert werden. Kollision Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Beispiel: Satellit empfängt Reservierungswünsche und teilt erfolgreiche Reservierungswünsche mit WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 37

38 Zugriffsverfahren DAMA: PRMA Implizite Reservierung (PRMA - Packet Reservation MA): Eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen bilden einen Übertragungsrahmen, der sich zyklisch wiederholt. Stationen belegen einen (leeren) Zeitschlitz gemäß dem Slotted ALOHA - Prinzip. Ein einmal erfolgreich belegter Zeitschlitz bleibt in allen darauffolgenden Übertragungsrahmen der erfolgreichen Station zugewiesen, aber nur solange, bis diese den Zeitschlitz nicht mehr benötigt und dieser somit leer bleibt. Reservierung ACDABA-F ACDABA-F AC-ABAF- A---BAFD ACEEBAFD Zeitschlitz: Rahmen 1 Rahmen 2 Rahmen 3 Rahmen 4 Rahmen A C D A B A F A C A B A A B A F A B A F D A C E E B A F D t Kollision bei der Belegung WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 38

39 Zugriffsverfahren DAMA: Reservation-TDMA Reservation Time Division Multiple Access Ein Rahmen besteht aus N Minizeitschlitzen und x Datenzeitschlitzen. Jede Station hat ihren Minizeitschlitz und kann darin bis zu k Datenzeitschlitze reservieren (d.h. x= N * k). Im Daten-Teil des Rahmens können nicht benutzte Zeitschlitze gemäß Round-Robin-Methode von anderen Stationen mitverwendet werden. N Minischlitze N * k Datenschlitze z.b. N=6, k=2 Rahmen Reservierung für diesen Datenbereich freie Zeitschlitze können zusätzlich gemäß Round-Robin mitbenutzt werden. WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 39

41 Pollingverfahren Falls empfangstechnisch möglich können mobile Endgeräte von einer Zentralstation nach einem bestimmten Schema nacheinander abgefragt werden (polling) Beispiele: hier können prinzipiell die gleichen Techniken wie in Festnetzen eingesetzt werden (vgl. Zentralrechner - Terminals). Randomly Addressed Polling Basisstation signalisiert Empfangsbereitschaft an alle mobilen Endgeräte sendebereite Endgeräte übertragen gleichzeitig kollisionsfrei eine Zufallszahl ( dynamische Adresse ) mit Hilfe von CDMA oder FDMA Basisstation wählt eine Adresse zur Abfrage der Mobilstation (Kollision möglich bei zufälliger Wahl der gleichen Adresse) Basisstation bestätigt den korrekten bzw. gestörten Empfang und fragt sofort nächste Station ab wurden alle Adressen bedient, so beginnt der Zyklus von neuem Round-Robin Alle Stationen werden nacheinander abgefragt Sinnvoll wenn alle Stationen gleiche Last erzeugen WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 41

43 ISMA (Inhibit Sense Multiple Access) Aktuelle Belegung des Mediums wird durch einen Besetztton angezeigt auf der Verbindung von der Basisstation zu den mobilen Endgeräten zeigt die Basisstation an, ob das Medium frei ist oder nicht Endgeräte dürfen bei belegtem Medium nicht senden sobald der Besetztton aufhört, können die Endgeräte auf das Medium zugreifen Kollisionen bei diesem unkoordinierten Zugriff werden wiederum von der Basisstation über Bestätigungspakete und das Besetztzeichen an die Endgeräte gemeldet Verfahren wird beim Datendienst CDPD eingesetzt (USA, in AMPS integriert) WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 43

44 Busy Tones and Multihop-Networks S 1 T 1 S 2 T 2 Data transm. Busy tone while reception t 1 Other nodes are blocked while receiving busy tone t 2 Data Frequency Busy Tone Frequency WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 44

45 BT and the Hidden Terminal Problem Busy Tone S 1 T 1 S 2 T 2 Busy tone prevents S 2 from sending WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 45

46 BT and the Exposed Terminal Problem Busy Tone T 1 S 1 S 2 T 2 Busy tone does not prevent S 2 from sending WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 46

47 The Problem with Busy Tones (1/2) Busy Tone S 1 T 1 S 2 T 2 Collision Data and busy tone frequency are subject to different fading and attenuation characteristics. Busy tone may possibly be unable to reach a communication neighbor of T 1. WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 47

48 The Problem with busy Tones (2/2) Busy Tone T 1 S 1 S 2 T 2 Busy tone may reach a node S 2 which is not a communication neighbor. WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 48

50 MACA - Kollisionsvermeidung MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) setzt kurze Signalisierungspakete zur Kollisionsvermeidung ein RTS (request to send): Anfrage eines Senders an einen Empfänger bevor ein Paket gesendet werden kann CTS (clear to send): Bestätigung des Empfängers sobald er empfangsbereit ist Signalisierungspakete beinhalten: Senderadresse Empfängeradresse Paketgröße Varianten dieses Verfahrens finden in IEEE als DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) Einsatz WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 50

51 Example:CSMA & RTS/CTS S 1 T 1 RTS Respect CTS response time CTS Data NAV indicates busy medium Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle WS 12/13 51

52 MACA-Variante: DFWMAC in IEEE Sender Empfänger Ruhe Ruhe ACK RxBusy time-out NAK; RTS Paket sendebereit; RTS Warte auf Senderecht time-out; RTS Daten; ACK time-out Daten; NAK RTS; CTS Warte auf Quittung CTS; Daten Warte auf Daten RTS; RxBusy ACK: positive Empfangsbestätigung NAK: negative Empfangsbestätigung RxBusy: Empfänger beschäftigt WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 52

53 RTS/CTS and the HT Problem RTS CTS CTS S 1 T 1 S 2 T 2 CTS prevents S 2 from sending WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 53

54 RTS/CTS and the ET Problem RTS CTS T 1 S 1 S 2 T 2 S 2 does not hear CTS and is not blocked by NAV WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 54

55 HT Problem Always Resolved? S 1 T 1 T 2 S 2 S 1 T 1 S 2 T 2 RTS RTS CTS CTS Data Data Example 1: Data-CTS Collision Example 2: Data-Data Collision WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 55

57 Problem: Sync of Deterministic RTS Retry s 1 t s 2 RTS RTS First Round Collision CTS RTS CTS RTS Expected CTS Retry Collision WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 57

58 Solution: Add Random Component s 1 t s 2 RTS RTS First Round Collision CTS CTS Expected CTS Random Backoff Random Backoff RTS RTS Success CTS WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 58

59 Waiting how long? Data RTS RTS CTS CTS RTS RTS CTS CTS RTS RTS CTS CTS RTS RTS CTS CTS RTS RTS CTS CTS Waiting too short RTS RTS CTS CTS RTS CTS RTS CTS s 1 t s 2 2 * data waste s 1 t Data s 2 2 * data waste Waiting too long WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle Data Data RTS CTS 59

60 Binary Exponential Backoff b = b 0 RTS/CTS within [0,b] success? yes no if (b <= b max ) { b = b * 2 } Data transmission WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 60

62 Recall: Throughput over Offered Load successful packets (S) one packet per packet time ideal MAC protocol real MAC protocols one packet per packet time packet arrivals WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 62

63 Recall: Throughput of CSMA (1/2) Infinite number of stations Poisson aggregate packet arrival with mean Station has at most one packet to send at once Stations can hear each other Packet size is seconds Exact end-to-end propagation delay of seconds Neglect packet retransmission due to collision Retransmission delays much larger than Switching between send and transmit in 0 time Simplifying Assumptions WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 63

64 Recall: Throughput of CSMA (2/2) Parameters Normalized Parameters Result: WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 64

65 Example: Small Data Packets (1/2) Signal propagation speed approx. 2 * 10 8 m/s Maximum node distance 300 m IEEE b: 11 Mbps data rate Compute a for 20 Byte data frame size WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 65

66 Example: Small Data Packets (2/2) Throughput over offered load for CSMA with RTS/CTS? WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 66

67 Throughput of CSMA with RTS/CTS notes: rts_cts_throughput.pdf WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 67

68 Example: Small Data Packets (1/2) Already computed values IEEE b: approx 20 Byte for RTS/CTS Compute b WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 68

69 Example: Small Data Packets (2/2)??? WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 69

70 Example: Large Data Packets (1/2) IEEE b parameters Approx 20 Byte for RTS/CTS Approx 2300 Bytes data packet 11 Mbps data rate Already computed: = 1.5 s Compute a and b WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 70

71 Example: Large Data Packets (2/2) WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 71

72 Example: Different Data Rates (1/2) IEEE : 2 Mbps IEEE b: 11 Mbps IEEE g: 54 Mbps Already computed: = 1.5 s, b = / = 0.008, a 11 = Compute a 2 and a 54 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 72

73 Example: Different Data Rates (2/2)??? Normalized WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 73

75 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

76 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 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 76

77 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 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 77

78 CDMA - auf Signalebene I Daten A Code A Code-Daten A Daten Code A d A k Signal A A s WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 78

79 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 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 79

80 CDMA - auf Signalebene III Daten A A d A s + B s A k (A s + B s ) * A k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 80

81 CDMA - auf Signalebene IV Daten B B d A s + B s B k (A s + B s ) * B k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 81

82 CDMA - auf Signalebene V A s + B s Falscher Code K (A s + B s ) * K Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe (0) (0)? WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 82

83 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

84 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

85 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 WS 12/13 Drahtlose Kommunikation - Medienzugriffskontrolle 85

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