ppt - Rechnernetze und Telematik

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Systeme II Christian Schindelhauer Sommersemester 2006 6. Vorlesung Albert-Ludwigs-Universität Freiburg 11.04.2006 Rechnernetze und Telematik…
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Systeme II Christian Schindelhauer Sommersemester 2006 6. Vorlesung Albert-Ludwigs-Universität Freiburg 11.04.2006 Rechnernetze und Telematik schindel@informatik.uni-freiburg.de Prof. Dr. Christian Schindelhauer 1 Das elektromagnetische Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Rechnernetze und Telematik Spektrum Prof. Dr. Christian Schindelhauer leitungsgebundene Übertragungstechniken verdrillte Drähte Koaxialkabel Hohlleiter optische Glasfaser Hz 3 5 7 9 11 13 15 10 10 10 10 10 10 10 Langwellen- Kurzwelle Mikrowellen Infrarot Radio Mittelwellen Fernsehen sichtbares -Radio Licht nicht-leitungsgebundene Übertragungstechniken Systeme-II 6. Vorlesung - 2 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Frequenzbereiche Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer LF Low Frequency = LW Langwelle MF Medium Frequency = MW Mittelwelle HF High Frequency = KW Kurzwelle VHF Very High Frequency = UKW Ultrakurzwelle UHF Ultra High Frequency SHF Super High Frequency EHF Extra High Frequency UV Ultraviolettes Licht X-ray Röntgenstrahlung Systeme-II 6. Vorlesung - 3 Frequenzbänder für Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Rechnernetze und Telematik Funknetzwerke Prof. Dr. Christian Schindelhauer VHF/UHF für Mobilfunk – Antennenlänge SHF für Richtfunkstrecken, Satellitenkommunikation Drahtloses (Wireless) LAN: UHF bis SHF – Geplant: EHF Sichtbares Licht – Kommunikation durch Laser Infrarot – Fernsteuerungen – Lokales LAN in geschlossenen Räumen Systeme-II 6. Vorlesung - 4 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Ausbreitungsverhalten (I) Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer Geradlinige Ausbreitung im Vakuum Empfangsleistung nimmt mit 1/d² ab – Theoretisch, praktisch mit höheren Exponenten bis zu 4 oder 5 Einschränkung durch – Dämpfung in der Luft (insbesondere HV, VHF) – Abschattung – Reflektion – Streuung an kleinen Hindernissen – Beugung an scharfen Kanten Systeme-II 6. Vorlesung - 5 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Ausbreitungsverhalten (II) Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer VLF, LF, MF-Wellen –folgen der Erdkrümmung (bis zu 1000 km in VLF) –Durchdringen Gebäude HF, VHF-Wellen –Werden am Boden absorbiert –Werden von der Ionosphäre in 100-500 km Höhe reflektiert Ab 100 MHz –Wellenausbreitung geradlinig –Kaum Gebäudedurchdringung –Gute Fokussierung Ab 8 GHz Absorption durch Regen Systeme-II 6. Vorlesung - 6 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Ausbreitungsverhalten (III) Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer Mehrwegeausbreitung (Multiple Path Fading) – Signal kommt aufgrund von Reflektion, Streuung und Beugung auf mehreren Wegen beim Empfänger an – Zeitliche Streuung führt zu Interferenzen • Fehlerhafter Dekodierung • Abschwächung Probleme durch Mobilität – Kurzzeitige Einbrüche (schnelles Fading) • Andere Übertragungswege • Unterschiedliche Phasenlage – Langsame Veränderung der Empfangsleistung (langsames Fading) • Durch Verkürzen, Verlängern der Entfernung Sender-Empfänger Systeme-II 6. Vorlesung - 7 Mehrfachnutzung des Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Rechnernetze und Telematik Mediums Prof. Dr. Christian Schindelhauer Raummultiplexverfahren – Parallele und exklusive Nutzung von Übertragungskanäle • z.B. Extraleitungen/Zellen/Richtantenne Frequenzmultiplexverfahren – Mehrere zu übertragende Signale in einem Frequenzbereich gebündelt; – Bei Funkübertragung werden unterschiedlichen Sendern unterschiedliche Frequenzen zugewiesen. Zeitmultiplexverfahren – Zeitversetztes Senden mehrerer Signale Wellenlängenmultiplexverfahren – Optisches Frequenzmultiplexverfahren für die Übertragung in Glasfaserkabel Codemultiplexverfahren – Nur in Funktechnik: Kodierung des Signals in orthogonale Codes, die nun gleichzeitig auf einer Frequenz gesendet werden können – Dekodierung auch bei Überlagerung möglich Systeme-II 6. Vorlesung - 8 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Raum Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer Raumaufteilung (Space-Multiplexing) – Ausnutzung des Abstandsverlusts zum parallelen Betriebs verschiedener Funkzellen → zellulare Netze – Verwendung gerichteter Antennen zur gerichtenen Kommunikations • GSM-Antennen mit Richtcharakteristik • Richtfunk mit Parabolantenne • Laserkommunikation • Infrarotkommunikation Systeme-II 6. Vorlesung - 9 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Frequenz Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer Frequenzmultiplex – Aufteilung der Bandbreite in Frequenzabschnitte – Spreizen der Kanäle und Hopping • Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)  Xor eines Signals mit einer Folge Pseudozufallszahlen beim Sender und Empfänger (Verwandt mit Codemultiplex)  Fremde Signale erscheinen als Hintergrundrauschen • Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)  Frequenzwechsel durch Pseudozufallszahlen  Zwei Versionen  Schneller Wechsel (fast hopping): Mehrere Frequenzen pro Nutzdatenbit  Langsamer Wechsel (slow hopping): Mehrere Nutzdatenbits pro Frequenz Systeme-II 6. Vorlesung - 10 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Zeit Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer Zeitaufteilung (Time-Multiplexing) – Zeitliche Aufteilung des Sende-/Empfangskanals – Verschiedene Teilnehmer erhalten exklusive Zeiträume (Slots) auf dem Medium – Genaue Synchronisation notwendig – Koordination notwendig, oder starre Einteilung Systeme-II 6. Vorlesung - 11 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Institut für Informatik Code Rechnernetze und Telematik Prof. Dr. Christian Schindelhauer CDMA (Code Division Multiple Access) – z.B. GSM (Global Sysem for Mobile Communication) – oder UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Beispiel: – Teilnehmer A: • 0 ist (-1,-1) • 1 ist (+1,+1) – Teilnehmer B: • 0 ist (-1,+1) • 1 ist (+1,-1) – A sendet 0, B sindet 1: • Ergebnis: (-2,0) Systeme-II 6. Vorlesung - 12 Ende der 6. Vorlesung Systeme II Christian Schindelhauer Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Rechnernetze und Telematik schindel@informatik.uni-freiburg.de Prof. Dr. Christian Schindelhauer 13
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