Spread‐SpectrumFrequency‐Hopping‐Spread‐Spectrum (FHSS)

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 74SS 2012

FHSS Beispiel

• Spreading Code = 58371462• Nach 8 Intervallen wird der Code wiederholt

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 75Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

SS 2012

Implementierung ‐ Sender

• 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

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 76Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

A Amplitude des Signals

f0 Basis‐Frequenz

fi Chipping‐Frequenz im iten Hop

bi ites‐Datenbit (+1 oder ‐1)

f Frequenz‐Separation

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 77SS 2012

Implementierung ‐ Empfänger 

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 78Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

A Amplitude des Signals

f0 Basis‐Frequenz

fi Chipping‐Frequenz im iten Hop

bi ites‐Datenbit (+1 oder ‐1)

f Frequenz‐Separation

• Bestimme p(t) für das ite Bit• Bestimme das ursprüngliche Datensignal anhand desselben Chipping‐Signals

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 79SS 2012

FHSS mit MFSK

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 80

Erinnerung: was war MFSK?

Was ist das ite Signalelement?

Signalelement wird jede Tc Sekunden auf eine neue Hopping‐Frequenz moduliert.Wir unterscheiden:

fi fc + (2i‐1‐M)fdfc Carrier‐Frequenz

fd Differenz‐Frequenz

M Anzahl der verschiedenen Signalelemente = 2^L

L Anzahl Bits pro Signalelement

Ts Zeit für ein Signalelement

Slow‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum Tc ¸ TsFast‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum Tc < Ts

SS 2012

Slow‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 81Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

M=4, L=2

SS 2012

Fast‐Frequency‐Hop‐Spread‐Spectrum

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 82Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

M=4, L=2

SS 2012

Spread‐SpectrumDirect‐Sequence‐Spread‐Spectrum (DSSS)

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 83SS 2012

DSSS Beispiel

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 84Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

SS 2012

DSSS auf Basis von BPSK: Sender

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 85Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

A Amplitudef_c Carrier‐Frequenzd(t) +1 für Bit 1 und ‐1 für Bit 0

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 86SS 2012

DSSS auf Basis von BPSK: Empfänger

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 87Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 88SS 2012

Beispiel

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 89Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

SS 2012

Spread‐SpectrumCode‐Division‐Multiple‐Access (CDMA)

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 90SS 2012

CDMA Beispiel

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 91Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

User A, B und C senden gleichzeitig

1 ‐1 ‐1  1 ‐1  1

1  1 ‐1 ‐1  1  1

1  1 ‐1  1  1 ‐1

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 92SS 2012

Orthogonalität von Codes

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 93

Codes für zwei Knoten A und B mitSA(cB) = SB(cA) = 0

nennt man orthogonal.

Nicht so einfach solche Codes zu konstruieren.

Orthogonalität nicht zwingend notwendig. Es genügt:SX(CY) hat einen kleinen absoluten Wert für X != Y

Betrachte in vorigem Beispiel B und C...

SS 2012

Tafelbild

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 94SS 2012

Beispiel: CDMA auf Basis von DSSS und BPSK

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 95Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004

SS 2012

Orthogonal‐Frequency‐Division‐Multiplexing

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 96SS 2012

Orthogonal‐Frequency‐Division‐Multiplexing

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 97

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, 2011SS 2012

Was bedeutet Orthogonalität bei OFDM?

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 98Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2011

SS 2012

Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 99Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2011

SS 2012

Zusammenfassung und Literatur

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 100SS 2012

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 101SS 2012

Literatur[Stallings2011] William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 20118.1 Frequency Division Multiplexing8.2 Synchronous Time Division Multiplexing9 Spread Spectrum14.5 Fourth‐Generation Systems

[Tanenbaum2003] Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks“, Fourth Edition, 20034.1 The Channel Allocation Problem4.2.1 ALOHA4.2.2 Carrier Sense Multiple Access Protocols4.2.3 Collision‐Free Protocols4.2.4 Limited‐Contention Protocols4.6.2 Wireless LAN Protocols

Grundlagen der Rechnernetze ‐Medienzugriffskontrolle 102SS 2012