Nonreturn to Zero (NRZ)

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1 Nonreturn to Zero (NRZ) Hi 0 Hi 0 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 40

2 Multilevel Binary Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 41

3 Das Clocking Problem Sender Daten Signal Zeit Empfänger Sampling Clock Synchronization Clock Drift Zeit Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 42

4 Biphase Hi Lo Hi Lo Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 43

5 BER Vergleich Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 44

6 Scrambling am Beispiel GB8ZS B = Gültiges Bipolar Signal V = Bipolar Code Violation Polarität des vorigen Pulses Encoding von Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 45

7 Encoding und Modulation Digitale Daten auf Analogen Signalen Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 46

8 Amplitude Shift Keying (ASK) Formal: Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 47

9 Binary Frequency Shift Keying (BFSK) Formal: Signal s(t) für Carrier Frequenz Frequenzen f 1 und f 2 : Die Carrier Frequenz f c : Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 48

10 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 49

11 Binary Phase Shift Keying (BPSK) BPSK Differential BPSK (DPSK) Formal: BPSK Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 50

12 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 51

13 Offset QPSK (OQPSK) Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 52

14 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 53

15 OQPSK vermeidet 180 Grad Phasensprünge Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 54

16 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 55

17 Konstellationsdiagramme im Detail QAM 16 QAM 64 Anzahl Bits pro Symbol bei Verwendung von n Level ASK: 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 56

18 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 Parameter L ist die Anzahl codierter Bits Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 57

19 Beispielplot der spektralen Effizienz Spektrale Effizienz L=8 L=4 L=2 L=2 L=4 MPSK ASK und PSK FSK narrowband ( F» f c ) MFSK L=8 FSK wideband ( F >> R) L = Anzahl Bits pro Signalelement Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 58

20 Bitfehlerraten von MFSK und MPSK M=Anzahl Signalelemente Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 59

21 Beispiele für Übertragungsmedien Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 60

22 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 61

23 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 62

24 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 63

25 Glasfaser Step Index Multimode Graded Index Multimode Single Mode Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 64

26 Drahtlos Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 65

Summation der I und Q Signale

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