Spread Spectrum. Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 82
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1 Spread Spectrum Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 82
2 FHSS Beispiel Spreading Code = Nach 8 Intervallen wird der Code wiederholt Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 83
3 Implementierung Sender A f 0 f i Amplitude des Signals Basis Frequenz Chipping Frequenz im iten Hop b i ites Datenbit (+1 oder 1) f Frequenz Separation Beispiel: BFSK Modulation der Daten Was ist das Produkt p(t) der Eingabe und des Chipping Signals? Bestimme p(t) und s(t) für das ite Bit Bestimme Frequenz des Daten Signals s(t) für Datenbit +1 und 1 Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 84
4 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 85
5 Implementierung Empfänger A f 0 f i Amplitude des Signals Basis Frequenz Chipping Frequenz im iten Hop b i ites Datenbit (+1 oder 1) f Frequenz Separation Bestimme p(t) für das ite Bit Bestimme das ursprüngliche Datensignal anhand desselben Chipping Signals Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 86
6 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 87
7 Erinnerung: was war MFSK? f i f c f d M L T s f c + (2i 1 M)f d Carrier Frequenz Was ist das ite Signalelement? FHSS mit MFSK Differenz Frequenz Anzahl der verschiedenen Signalelemente = 2^L Anzahl Bits pro Signalelement Zeit für ein Signalelement Signalelement wird jede T c Sekunden auf eine neue Hopping Frequenz moduliert. Wir unterscheiden: Slow Frequency Hop Spread Spectrum Fast Frequency Hop Spread Spectrum T c T s T c < T s Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 88
8 Erinnerung: was war MFSK? f i f c f d M L T s f c + (2i 1 M)f d Carrier Frequenz Was ist das ite Signalelement? FHSS mit MFSK Differenz Frequenz Anzahl der verschiedenen Signalelemente = 2^L Anzahl Bits pro Signalelement Zeit für ein Signalelement Signalelement wird jede T c Sekunden auf eine neue Hopping Frequenz moduliert. Wir unterscheiden: Slow Frequency Hop Spread Spectrum Fast Frequency Hop Spread Spectrum T c T s T c < T s Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 89
9 Slow Frequency Hop Spread Spectrum M=4, L=2 Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 90
10 Fast Frequency Hop Spread Spectrum M=4, L=2 Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 91
11 Spread Spectrum Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 92
12 DSSS Beispiel Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 93
13 DSSS auf Basis von BPSK: Sender A Amplitude f_c Carrier Frequenz d(t) +1 für Bit 1 und 1 für Bit 0 Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 94
14 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 95
15 DSSS auf Basis von BPSK: Empfänger Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 96
16 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 97
17 Beispiel Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 98
18 Spread Spectrum Code Division Multiple Access (CDMA) Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 99
19 CDMA Beispiel User A, B und C senden gleichzeitig Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 100
20 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 101
21 Orthogonalität von Codes Codes für zwei Knoten A und B mit S A (c B ) = S B (c A ) = 0 nennt man orthogonal. Nicht so einfach solche Codes zu konstruieren. Orthogonalität nicht zwingend notwendig. Es genügt: S X (C Y ) hat einen kleinen absoluten Wert für X!= Y Betrachte in vorigem Beispiel B und C... Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 102
22 Tafelbild Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 103
23 Beispiel: CDMA auf Basis von DSSS und BPSK Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 104
24 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 105
25 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Verwendete Bandbreite? Bit Rate pro Subcarrier? Der wesentliche Vorteil: Frequenzselektive Störungen (Fading) betrifft nur wenige Bits (Fehlerkorrektur) Inter Symbol Interferenz signifikant reduziert. Was ist die Bit Zeit pro Kanal? Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Ninth Edition, 2011 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 106
26 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Verwendete Bandbreite? Bit Rate pro Subcarrier? / Der wesentliche Vorteil: Frequenzselektive Störungen (Fading) betrifft nur wenige Bits (Fehlerkorrektur) Inter Symbol Interferenz signifikant reduziert. Was ist die Bit Zeit pro Kanal? Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Ninth Edition, 2011 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 107
27 Was bedeutet Orthogonalität bei OFDM? Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Ninth Edition, 2011 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 108
28 Orthogonal Frequency Division Multiple Access Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Ninth Edition, 2011 Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 109
29 Zusammenfassung und Literatur Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 110
30 Zusammenfassung MAC Schicht ist Teil der Verbindungsebene Kategorien Kollisionsbehaftet Kollisionsfrei Limited Contention Es gibt nicht Das MAC Protokoll ; hängt z.b. ab von Häufigkeit von Zugriffen Anzahl Nutzer Beispiel: CSMA versus TDMA Hauptkriterien für die Güte eines MAC Protokolls Durchsatz Delay Fairness Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 111
31 Literatur [Stallings2011] William Stallings, Data and Computer Communications, Ninth Edition, Frequency Division Multiplexing 8.2 Synchronous Time Division Multiplexing 9 Spread Spectrum 14.5 Fourth Generation Systems [Tanenbaum2003] Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth Edition, The Channel Allocation Problem ALOHA Carrier Sense Multiple Access Protocols Collision Free Protocols Limited Contention Protocols Wireless LAN Protocols Grundlagen der Rechnernetze Medienzugriffskontrolle 112
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