Nonreturn to Zero (NRZ) Hi 0 Hi 0 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 40
Multilevel Binary 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 41
Das Clocking Problem Sender Daten 00111010101000000000000000000000000000000000000000000 Signal Zeit Empfänger Sampling Clock Synchronization Clock Drift Zeit Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 42
Biphase 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 Hi Lo Hi Lo Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 43
BER Vergleich Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 44
Scrambling am Beispiel GB8ZS B = Gültiges Bipolar Signal V = Bipolar Code Violation Polarität des vorigen Pulses Encoding von 00000000 0 0 0 + 0 + + 0 0 0 + 0 + Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 45
Encoding und Modulation Digitale Daten auf Analogen Signalen Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 46
Amplitude Shift Keying (ASK) Formal: Signal s(t) für Carrier Frequenz f c : Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 47
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
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
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
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
Offset QPSK (OQPSK) Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 52
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
OQPSK vermeidet 180 Grad Phasensprünge Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 54
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 55
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
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
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
Bitfehlerraten von MFSK und MPSK M=Anzahl Signalelemente Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 59
Beispiele für Übertragungsmedien Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 60
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, http://de.wikipedia.org/wiki/twisted Pair Kabel und William Stallings, Data and Computer Communications, Seventh Edition, 2004 Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 61
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
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
Glasfaser Step Index Multimode Graded Index Multimode Single Mode Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 64
Drahtlos Grundlagen der Rechnernetze Physikalische Schicht 65