Encoding und Modulation. Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 47

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1 Encoding und Modulation Digitale it Dt Daten auf Analogen Signalen Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 47

2 Amplitude Shift Keying (ASK) Formal: Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 48

3 Binary Frequency Shift Keying (BFSK) Formal: Signal s(t) für Carrier Frequenz Frequenzen f 1 und f 2 : Die Carrier Frequenz f c : Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 49

4 Multiple FSK (MFSK) f c Frequenzen f c 5 f d f c f d f c + f d f c + 5 f d Formal Signal s i (t) für ites Signalelement f i f c f d = f c + (2 i 1 M) f d = Carrier Frequenz = Differenzfrequenz Minimal erlaubtes f d, wenn Signale T Sekunden dauern (ohne Beweis): M = Anzahl der Signalelemente L = Anzahl Bits pro Signal (also M = 2 L ) Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 50

5 Binary Phase Shift Keying (BPSK) BPSK Differential BPSK (DPSK) Formal: BPSK Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 51

6 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Formal: QPSK Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Konstellationsdiagramm /2 0 3 /2 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 52

7 Offset QPSK (OQPSK) Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 53

8 Summation der I und Q Signale Carrier + Shifted = Phase /4 Carrier + Shifted = Phase 3 /4 Carrier Shifted = Phase /4 Carrier Shifted = Phase 3 /4 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 54

9 OQPSK vermeidet 180 Grad Phasensprünge Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 55

10 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 56

11 Konstellationsdiagramme im Detail QAM 16 QAM 64 Anzahl hlbits pro Symbol lbiv bei Verwendung von n Level L lask: Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth Edition, 2003 und Behrouz A. Forouzan, Data Communications and Networking, Fourth Edition, 2007 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 57

12 Benötigte Bandbreite bei fehlerfreiem Kanal ASK und PSK: FSK mit F = f 2 f c = f c f 1 : MPSK: MFSK ohne Berücksichtigung von F : B T ist die für die Übertragung benötigte Bandbreite in Hz R ist die Datenrate in bps 0 < r < 1 ist ein systemabhängiger gg Parameter L ist die Anzahl codierter Bits Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 58

13 Beispielplot der spektralen Effizienz Spektrale Effizienz L=8 L=4 L=2 L=2 L=4 MPSK ASK und PSK FSK narrowband MFSK ( F f c ) c L=8 FSK wideband ( F >> R) L = Anzahl Bits pro Signalelement Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 59

14 Bitfehlerraten von MFSK und MPSK M=Anzahl Signalelemente Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 60

15 Beispiele für Übertragungsmedien Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 61

16 Twisted Pair Category 3 Category 5 Beispiel: 20m Cat 5 Patchkabel mit vier Kabelpaaren (RJ45 Stecker) (z.b. für Gigabit Ethernet) Kategorie Cat3 Cat5 Cat6 Cat7 Bandbreite 16 MHz 100 MHz 200 MHz 600 MHz Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth Edition, 2003, Pair Kabel und William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 62

17 Coaxial Cable Bandbreite bis zu 1GHz Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth Edition, 2003, und William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 63

18 Glasfaser Beispiel: 50Gbps über 100km Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Fourth Edition, 2003, und William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 64

19 Glasfaser Step Index Multimode Graded Index Multimode Single Mode Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 65

20 Drahtlos Bildquelle: William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 66

21 Gerichtet und Ungerichtet Bildquellen: und plane_and_h plane Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 67

22 Zusammenfassung und Literatur Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 68

23 Zusammenfassung Übertragung von Bits mittels physikalischer Signale Basisband und Bandpass Einfluss der Kanalbandbreite auf die Datenrate Einfluss von Kanalstörungen auf die Datenrate Mehr Bits pro Signalelemente erhöht die Datenrate Mehr Bits pro Signalelemente erhöht die Fehlerrate Shannon Theorem als Obere Grenze der Datenrate Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 69

24 Literatur [Stallings2004] William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, Concepts and Terminology 3.3 Transmission Impairments 3.4 Channel Capacity 3.A Decibels and Signal Strength 4.1 Guided Transmission Media 5.1 Digital Data, Digital Signals 5.2 Digital Data, Analog Signals B.1 Fourier Series Representation of Periodic Signals Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 70

Summation der I und Q Signale

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