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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 58

Wireless Basics – Kanalaufteilung und Spreiztechnologien

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Das Spread Spectrum

Das Spread Spectrum spreizt wie der Name schon sagt, das Nutzsignal über ein weiteres Frequenzspektrum und opfert dabei Bandbreite für ein besseres Signal/Rauschverhältnis. Der Spreizprozess macht das Signal viel unempfindlicher gegenüber allgemeinen Impulsstörungen als konventionelle Modulationstechniken.

Diese Art der systematischen Verbesserung kann man sich jedoch nur bei militärischen Systemen, bei denen die Nebenwirkungen eine untergeordnete Roll spielen, oder bei Systemen äußerst begrenzter Reichweite erlauben. Letztere liegt bei drahtlosenLANs vor.

Es gibt, wie schon angedeutet, zwei grundsätzlich verschiedene Methoden für die Spreizung eines Signals, die aber sogar miteinander kombiniert werden können.

Frequency Hopping

Frequency Hopping funktioniert, wie der Name schon sagt: man nimmt das Datensignal und moduliert es auf einen Träger, der als Funktion der Zeit über einen bestimmten Frequenzbereich von Frequenz zu Frequenz hüpft. Ein Frequency Hopping Sender im 2,4 GHz Band könnte z.B. im Bereich zwischen 2,4 GHz und 2,483 GHz hoppen. Ein Hopping Code bestimmt die Reihenfolge der Frequenzen, die der Sender aussendet.

Um das Signal richtig zu empfangen, muss der Empfänger den Hopping Code kennen bzw. auf diesen eingestellt sein und das einlaufende Signal zur rechten Zeit und auf der rechten Frequenz empfangen. Das Ganze geht jetzt nicht wild durcheinander, sondern die FCC verlangt die Benutzung von 75 oder mehr Frequenzen für einen Übertragungskanal mit einer maximalen Verweilzeit von 400 ms auf einer Frequenz für einen Hop.

Direct Sequence Spread Spectrum

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) kombiniert ein Datensignal, welches von einer Station ausgesendet werden soll, mit einem Bitstrom wesentlich höherer Datenrate, dem sog. Chipping Code.

Ein schneller Chipping Code macht das Signal gegenüber Störungen sehr widerstandsfähig. Der Chipping Code ist ein Extremfall des Fehler erkennenden und korrigierenden Codes. FCC verlangt, dass durch den Einsatz des Codes mindestens ein Verhältnis von 1:10 zwischen Nutzsignal und gesendetem Signal erzielt wird. Kommerzielle Systeme arbeiten mit Verhältnissen zwischen 10 und 20.

Es gibt keine direkten technischen Limitierungen für DSSS, so dass wesentlich höhere Datenraten als 2 Mbit/s. erzielt werden können. Limitierungen ergeben sich allerdings durch die Modulation und das Abtasttheorem.

Sei B [Hz] die für die Übertragung zur Verfügung stehende Bandbreite. DSSS arbeitet binär, also könnte man mit einer speziellen hochwertigen Codierung eine Datenrate von 2*B [bit/s.] erzielen. Man benutzt bei den bekannten Wireless LANs aber keine hochwertige Codierung sondern eine einfache Form der Quadraturamplitudenmodulation. So erreicht man wegen der Eigenschaft der Amplitudenmodulation, ein doppelt breites Spektrum zu erzeugen, höchstens eine Nutzdatenrate von ca. 1,5*B [bit/s].