IEEE 802.11 Physical Layers

Der Physical Layer des IEEE 802.11-Standard  in zwei Schichten aufgeteilt In oberer Schicht Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) definiert von der Übertragungstechnologie unabhängige Schnittstelle zur Sicherungsschicht setzt auf der Physical Media Dependent (PMD) Schicht auf,  legt drei verschiedene Übertragungsverfahren fest zwei sind Funkübertragungsverfahren,  definieren verschiedene Sicherungsverfahren  Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) und  Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) .  werden im Industrial Scientific Medical Band (ISM-Band) übertragen zwischen 2,4 und 2,5 GHz  Sendeleistung maximal 100 mW (in Europa) siehe auch Compliance Tables für WLANs Benutzung des ISM-Bandes ist kostenlos,  muss jedoch u.U. angemeldet oder genehmigt werden,  wenn öffentliches oder fremdes Gelände überstrichen wird. drittes Übertragungsverfahren verwendet Infrarot-Technik i Wellenlängenbereich von 850 bis 950 nm hier arbeiten auch gewöhnliche Fernbedienungen

	Brutto-Datenrate von 1 Mbit/s  Optional können in Payload auch 2 Mbit/s übertragen Kontrolldaten werden stets mit 1 MBit/s gesendet auch langsame Stationen können an der Kommunikation teilnehmen
	Erweiterungen dieses Standards  IEEE 802.11  (1997) Übertragungsraten von 2 MBit/s IEEE 802.11b (1999) Übertragungsraten von 11 MBit/s IEEE 802.11a (2003) Übertragungsraten von 54 MBit/s IEEE 802.11b+ (1999) Übertragungsraten von 22 MBit/s (kein IEEE-Standard) IEEE 802.11g (2003?) Übertragungsraten von 22 MBit/s
	In Standards genannte Übertragungsraten in Praxis nicht erreichbar:
	Tabelle aus (http://www.zdnet.de/mobile/wireless/0,39023195,20000740-3,00.htm)

für Funkübertragung zwei verschiedene Spread-Spectrum-Technologie  können nicht gleichzeitig betrieben werden sollen zum einen hohe Fehlerraten bei Funkübertragung vermindern außerdem Verbindungen abhörsicherer machen

	Frequency Hopping Spread Spectrum-Verfahren (FHSS)  ISM-Band in 79 Kanäle aufgeteilt,  jeweils mit 1MHz Bandbreite übertragen  Frequenzen 2,402GHz, 2,403GHz, ..., 2,480GHz belegt Sender wechselt 50 Mal in der Sekunde Sendefrequenz  nach vorgegebenem Pseudozufallszahlen-Verfahren,  zu Anfang zwischen Sender und Empfänger vereinbart  Angreifer kann somit nicht auf fester Frequenz abhören,  muss gegebenenfalls alle 79 Kanäle parallel abhören  gegebenenfalls Information der einzelnen Kanäle wieder zusammensetzen Senden mehrere Stationen gleichzeitig nach diesem Verfahren durchaus zulässig  gegebenenfalls die einzelnen Sendestationen voneinander unterscheiden keine vollständige Sicherheit vor Abhören  Störungen in der Regel auf bestimmte Frequenzbänder beschränkt  Störanfälligkeit reduzierbar
	Modulationsverfahren ist  bei Datenrate von 1 Mbit/s 2 Level Gaussian Frequency Shift Keying (2 level-GFSK);  bei 2 Mbit/s wird 4 level-GFSK eingesetzt.
	Das nächste Bild zeigt das Format des bei FHSS verwendeten PLCP-Frames.

	In Sync-Phase synchronisiert sich Empfänger am Sender
	PLCP Signalling-Feld legt die Datenrate fest, mit der PLCP_SDU gesendet wird PLCP-Preamble und PLCP-Header immer mit 1 Mbit/s übertragen bei der PLCP_SDU optional 2Mbit/s zulässig
	nur PLCP-Header mit 16 Bit CRC-Code im Header Error Check-Feld gesichtert PLCP_SDU wird durch eigene CRC geprüft

	Direct Sequence Spread Spectrum ist ISM-Band in 13 Kanäle unterteilt, 2,412 GHz in 5MHz-Schritten bis zu 2,472 GHz In einigen Ländern ist nur eingeschränkte Benutzung erlaubt
	Modulationsverfahren im DSSS-Verfahren  bei 1 Mbit/s Datenrate Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK)  bei 2 Mbit/s das Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK)
	Beim DSSS-Verfahren wird jedes zu übertragende Bit mittels eines 13 Bit langen zufälligen Bitfolge, dem sogenannten Chip, kodiert und mittels eines "Doubly Balanced Mixer" auf 13 MHz Bandbreite aufgespreizt gesendet. Dieses Signal ist somit ein sehr weites Breitbandsignal, dessen Spektraldarstellung wie ein Rauschen wirkt. Der Demodulationsprozess wird durchgeführt, indem dasselbe Signal, welches zur Modulierung verwendet wurde, mit dem eingehenden Radiosignal multipliziert wird. Das Ergebnis ist ein Signal, welches sein Maximum annimmt, wenn sich die beiden Signale gleichen. Das korrelierte Signal wird gefiltert und dann an den Demodulator weitergereicht.
	Die nächste Abbildung zeigt Format des PLCP-Frames bei Verwendung von DSSS.

	In Sync-Phase synchronisiert sich Empfänger am Sender
	PLCP Signalling-Feld legt Datenrate für PLCP_SDU fest PLCP-Preamble und PLCP-Header werden immer mit 1 Mbit/s übertragen,  bei der PLCP_SDU optional 2Mbit/s zulässig
	Service-Feld zur Zeit nicht verwendet  für Erweiterungen des Standards reserviert
	16 Bit CRC-Code im Header Error Check-Feld nur PLCP-Header gesichert,  PLCP_SDU durch eine eigene CRC gesichert

Übertragung mit Infrarot unterscheidet sich grundlegend von Funkübertragungsverfahren Übertragungsmedium Licht im Frequenzbereich von 850 bis 950nm Wellenlänge  auch bei Infrarot-Fernbedienungen eingesetzt  durch diffuse Abstrahlung bei hinreichender Sendeleistung  auch dann Datenübertragung stattfinden, wenn kein direkter Sichtkontakt  zwischen und Sender und Empfänger  zum Senden und Empfangen verschiedene Systeme verwendet  keine Umschaltzeit zwischen Senden und Empfangen  Übertragungsverfahren etwas effizienter

WLANS Infrarotübertragung nur für geschlossene Räume definiert beispielsweise Sonneneinstrahlung kann Übertragung stören  Reichweite auf ca. 10 m beschränkt Einsatzmöglichkeit sehr begrenzt beispielsweise für Bürokommunikation u.U. gut geeignet  weniger leicht abgehörbar stört nicht Empfänger in benachbarten Räumen

WLAN nach IEEE 802.11	FHSS	DSSS	IR
Einsatzgebiet	innen / außen	innen / außen	innen
Übertragungsbereich	2,4 bis 2,5 GHz	2,4 bis 2,5 GHz	850-950 nm
Overhead / Frame	128 Bit	192 Bit	92-112 slots + 32 Bit
Sendeleistung	10 bis 100 mW	10 bis 100 mW	550 bis 2000 mW
Modulation (1 MBit/s)	2 Level-GFSK	DBPSK	16 PPM
Modulation (2 MBit/s)	4 Level-GFSK	DQPSK	4 PPM
RxTx-Turnaround Time	20 ms	5 ms	0 ms
Slot Time	50 ms	20 ms	8 ms
SIFS Time	28 ms	10 ms	7 ms
Channel Switch Time	224 ms	entfällt	entfällt
Größe des CW (min)	15	31	63
Größe des CW (max)	1023	1023	1023

Einige Kenndaten nach IEEE 802.11

	DSSS-Technik ist in der Regel weniger empfindlich bei Interferenzen als FHSS da größeres Frequenzspektrum gesendet wird  jedes Bit trifft auch bei Störung auf einem Frequenzband mit größerer  Wahrscheinlichkeit auf den anderen (zehn) Bändern beim Empfänger ein effektiver Durchsatz höher, da keine Kanalumschaltzeiten benötigt  Verschlüsselung der Daten vorgesehen,  alleine Erkennung der gesendeten Frequenzen reicht  nicht aus um Daten lesen zu können.  Verbrauch an Bandbreite deutlich größer als bei FHSS,  weniger Stationen können gleichzeitig senden
	FHSS einfachere Technik,  führt vermutlich zu preiswerteren Geräten als bei DSSS
	beide Verschlüsselungsverfahren unzureichend  nicht als Qualitätskriterium zu berücksichtigen
	Das Infrarot-Verfahren  benutzt einfache, erprobte Technik (Fernbedienung)  hat deutlich geringere Slot- und IFS-Zeiten,  Verfahren arbeitet effektiver .  Allerdings ist Stromverbrauch deutlich höher,  dürfte innerhalb von Räumen kein allzu großer Nachteil sein zusätzlich wird schlechte "Antennencharakteristik" als Nachteil angeführt,  keine 360° Abstrahlung
	Offenbar hat jedes Verfahren Vor- und Nachteile,
	jedes Verfahren erfüllt gestellte Aufgabe
	Andere Kriterien für Einsatz wichtig: Kosten,  Verfügbarkeit oder  spezielle Einsatzumgebungen