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Unterabschnitte

3.3 Modulation


3.3.1 Amplitudenmodulation

Bei der Amplitudenmodulation (Amplitude Shift Keying ASK) verändert man die Stärke (Amplitude) des Trägers, um auf diese Weise die Information zu übertragen. Im einfachsten Falle könnte man für das Bit '1' mit der vollen Leistung senden und für '0' den Träger ganz abschalten. Aus technischen Gründen ist es aber vorteilhafter, wenn der Empfänger zu jederzeit die Trägerwelle empfangen kann. Deshalb verwendet man statt dessen nur eine reduzierte Leistung (siehe Abbildung 12).

Abbildung 12: Amplitudenmodulation
ASK

Statt nur zwei verschiedene Amplituden kann man natürlich auch vier Abstufungen nehmen: mit vier verschiedenen Zeichen kann man so zwei Bits auf einmal übertragen und verdoppelt dadurch die Übertragungsgeschwindigkeit bei annähernd gleichem Bandbreitenbedarf (siehe Abbildung 13. Dieses Prinzip lässt sich natürlich weiter verfolgen, aber mit der Anzahl der Zeichen (oder anders ausgedrückt der Bits pro Zeichen) werden die einzelnen Abstufungen für den Empfänger zunehmend schwieriger zu unterscheiden, d.h. die Störanfälligkeit der Übertragung steigt.

Abbildung 13: Amplitudenmodulation mit vier verschiedenen Amplituden
4ASK

Bekanntlich sinkt die Amplitude einer elektromagnetischen Welle proportional zum Quadrat der zurückgelegten Strecke. Auch können andere Effekte bei der Ausbreitung das Signal dämpfen. Der Empfänger muss dies kompensieren, damit er z.B. ein mit großer Amplitude aber aus großer Entfernung gesendetes Zeichen nicht für ein Zeichen mit niedrigerer Amplitude hält. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass neben der eigentlichen Information regelmäßig auch Trainingsmuster übertragen werden, die dem Empfänger bekannt sind und deren Empfangsstärke er zur Normalisierung des Signals benutzen kann.

Ein weiterer Nachteil der Amplitudenmodulation ist, dass die Reichweite, also die maximale Entfernung zwischen Sender und Empfänger, bei der eine Kommunikation noch möglich, durch die Amplitudenmodulation verringert wird, da viele Zeichen mit verringerter Amplitude und damit Sendeleistung ausgestrahlt wird.


3.3.2 Frequenzmodulation

Diesen Nachteil kann man vermeiden, indem man immer mit voller Leistung sendet, aber statt dessen die Frequenz der Trägerwelle variiert (siehe Abbildung 14). Die Bandbreite der so modulierten Welle ist dabei nicht nur von der Anzahl der Zeichen pro Sekunde (diese Rate wird auch Baud genannt) abhängig, sondern auch von der maximalen Differenz der benutzen Frequenzen. Am gebräuchlichsten sind die Modulationen mit zwei (2FSK oder BFSK) oder vier (4FSK oder QFSK) verschiedenen Frequenzen.

Abbildung 14: Frequenzmodulation
FSK


3.3.3 Phasenmodulation

Bei der Phasenmodulation (Phase Shift Keying, PSK) wird die Information übermittelt, indem die Phase des Signals verändert wird. Im einfachsten Fall (auch Binary Phase Shift Keying, BPSK oder 2PSK genannt) werden zwei Zeichen verwendet, wobei bei einem Zeichen die Trägerwelle in der Phase um 180º gegenüber dem anderen Zeichen verschoben wird (siehe Abbildung 15).

Abbildung 15: Phasenmodulation
PSK

Auch hier lässt sich durch Verwendung weiterer Phasen die Zahl der unterschiedlichen Zeichen erhöhen, um die Übertragungsleistung zu steigern, was allerdings auch wiederum den Nachteil der verringerten Störsicherheit hat. Verwendet man z.B. die vier Phasen 0º, 90º, 180º und 270º nennt man dies 4PSK oder QPSK, bei 8 verschiedenen Phasen 8PSK usw.


3.3.4 Quadratur Modulation

Bei der so genannten Quadratur Modulation (QAM) wird gleichzeitig sowohl die Phase als auch die Amplitude moduliert (siehe Abbildung 16). Dadurch vervielfacht sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Zeichen. Benutzt man z.B. vier verschiedene Amplituden und vier verschiedene Phasen, so stehen 16 verschiedene Zeichen zur Verfügung, d.h. es können 4 Bits auf einmal verwendet werden. Diese Modulation nennt man dann auch 16QAM. In der Praxis werden die Modulation 16QAM und 64QAM benutzt.

Abbildung 16: Quadratur Modulation
QAM

Die Quadratur Modulation erbt die Nachteile der Amplitudenmodulation, d.h. das Signal muss zur Auswertung der Abstufungen der Amplituden normiert werden und die Reichweite ist geringer als bei PSK und FSK.


3.3.5 Complex Code Keying

Beim Complex Code Keying (CCK) handelt es sich nicht um eine Modulation im eigentlichem Sinne. CCK ist die Kombination von Phasenmodulation mit einer Modifikation des DSSS-Algorithmusses (siehe Abschnitt 3.1.2). Da CCK nur bei 802.11b (siehe Abschnitt 4.1.2) verwendet wird, wird es im Folgenden auch mit den dort benutzen Parameter grob erklärt:

Statt des herkömmlichen 11 Chip Barker Codes wird beim CCK ein 8-Chip Code benutzt. Die verwendete Sequenz ist auch nicht fest, statt dessen werden 64 verschiedene von den 28 = 256 möglichen Sequenzen benutzt. Die Zeichenrate wird von 1 MBaud auf 1,385 MBaud erhöht, dass das Spektrum und die die veranschlagte Bandbreite des Signals ähnlich dem des ‚‚normalen“ DSSS bleibt: 1 MBaud · 11=1,375 MBaud · 8.

Durch die Kombination mit 4PSK ergeben sich somit nun 64 Sequenzen · 4 Phasen=256 Zeichen, also beträgt die Datenrate 1,375 MBaud · 8 Bit=11 MBits/s.

Auch wenn die Zeichenrate niedriger ist als beim ‚‚normalen“ DSSS ist die Übertragung mittels CCK weit aus weniger robust, da durch die Nutzung der zudem noch verkürzten DSSS-Sequenz als Informationsträger einiges an Redundanz verloren gegangen ist. Also Kompromiss zwischen Übertragungsrate und Störsicherheit bietet der 802.11b Standard deshalb auch die CCK-‚‚Modulation“ mit nur 32 statt 64 verschiedenen Sequenzen an, die Datenrate beträgt dann mit 5,5 MBits/sauch nur noch die Hälfte.


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Thilo Manske 2002-08-13