Kapittel 11. Multipleksing og multippel aksess

Transkript

1 Kapittel 11 Multipleksing og multippel aksess

2 Innledning s. 657 Multipleksing og multippel aksess (MA) Flere datastrømmer, f.eks. brukere Én kanal Kommunikasjonsmedium Multiplekser Demultiplekser Flere brukere Delt kommunikasjonsmedium (multippel aksess) Kommikasjonsmedium kan være kabel (f.eks. Ethernet) eller radiobølger (f.eks. satellitt-kanal) Kalles også kommunikasjons-ressurs

3 11.1 s Motivasjon for multipleksing/ma Hvordan få større total datarate (throughput) gjennom en kommunikasjonsressurs? Øke utsendt effekt eller redusere tap: Gir bedre E b /N 0 Allokere større båndbredde Fordele ressursen mer effektivt: Multipleksing/multippel aksess Det er lite effektivt hvis en bruker har fått reservert enerett på en stor kapasitet, og bare bruker litt av den

4 11.1 s. 658 Metoder for multipleksing/ma Frekvensdeling (FDM/FDMA) Ulike frekvensbånd til ulike brukere Tidsdeling (TDM/TDMA) Ulike tidsluker til ulike brukere Kodedeling (CDM/CDMA) I spredt spektrum-systemer (kap. 12) Ulike spredekoder til ulike brukere Romdeling (SDMA) Ulike steder, og/eller ulike antenneretninger Polarisasjonsdeling (PDMA) Ortogonalt polariserte radiobølger (f.eks. horisontalt og vertikalt)

5 s FDM Eksempel: Analog telefoni Uten FDM: Et kabelpar per samtale Med FDM: Et frekvensbånd per samtale (kun et kabelpar)

6 s. 663 Generering av FDM SSB-modulasjon på hver bærebølge SSB = single sideband I dette eksempelet: LSB (lower sideband)

7 s FDMA Eksempel: Kommunikasjonssatellitt I et system har satellitten 12 transpondere, hver med 36 MHz båndbredde Totalt 432 MHz; 500 MHz er allokert Frekvensbånd: rundt 6 GHz opp, 4 GHz ned Hver transponder opereres med FDM/FM/FDMA FDM: Et antall telefonikanaler kombineres FM: Det kombinerte signalet frekvensmoduleres på en bærebølge FDMA: Ulike brukere kan bruke ulike deler av transponderens 36 MHz båndbredde

8 s TDMA Eksempler: Satellitt, GSM Krever tids-synkronisering

9 s Forhåndstildelt TDMA vs pakkesvitsjing Forhåndstildelt TDMA: Det er forhåndsbestemt (statisk) at tidsluke x tilhører bruker y Dersom bruker y ikke har noe å sende, blir tidsluka stående ubrukt Pakkesvitsjing (dynamisk tildelt TDMA): Den som har data å sende får tildelt (evnt. tar seg) en tidsluke Krever tilpasning/forhandlinger underveis

10 s Bitrater i FDMA og TDMA Anta at total systembåndbredde er slik at vi kan overføre R bits/s Antall brukere (kanaler) er M Ved FDMA vil båndbredden per kanal reduseres med en faktor M Datarate per bruker: R / M Ved TDMA vil hver bruker ha tilgang til kanalen med R bits/s en M-del av tiden Datarate per bruker: R / M Hva med delay? Se s 671 i boken.

11 s CDMA CDMA er et spredt spektrum-system (kap. 12) Direkte sekvens (DS) frekvenshopping (FH) DS: Kodesekvenser sprer i frekvens og ved korrelering mot sekvensene kan brukere skilles i mottakeren FH: Man hopper mellom ulike frekvenser i et visst mønster, som tilsynelatende er tilfeldig FH-CDMA: Ulike brukere har ulike hoppe-mønstre

12 s Hvorfor bruke CDMA? Privacy: Avlytting krever at man kjenner spredekoden (hoppemønsteret) Fading og jamming: Hvis deler av frekvensbåndet er utilgjengelig pga. fading, støy, eller jamming, vil dette bare få innvirkning på en brøkdel av datastrømmen Mindre krav til tidssynkronisering (i forhold til TDMA) Spredekodene kan velges slik at det blir lite interferens selv om man har dårlig tidssynkronisering Mer om alt dette i kapittel 12

13 s SDMA og PDMA Eksempler: Satellitt-kommunikasjon Space division: Ulike områder (beam-retninger) Polarization division: F.eks horisontal og vertikal

14 s Statisk og dynamisk ressurstildeling Dynamisk tildeling kalles også Demand Assignment Multiple Access (DAMA) Kan brukes sammen med TDMA, FDMA, CDMA Statisk: Total båndbredde = Sum av peak båndbredde for hver bruker Dynamisk: Total båndbredde = Sum av gjennomsnittlig båndbredde for hver bruker

15 11.3 s Algoritmer for multippel aksess ALOHA: Random access protocol, utviklet ved universitetet på Hawaii 1971 Alle pakker har samme varighet, og en kode for feildeteksjon Enkel protokoll: Den som har data å sende, sender en pakke med en gang Lytter så etter ACK (acknowledgment) eller NAK (negative ACK) Hvis to stasjoner sender data samtidig, blir det kollisjon og begge pakkene blir feil (NAK eller manglende ACK). Pakka sendes da på nytt (retransmisjon) etter et tilfeldig delay Slotted ALOHA: Som ALOHA, men pakkene kan kun sendes på bestemte tidspunkter (time slots like lange som en pakke) Reservation-ALOHA: Som slotted ALOHA, men har i tillegg en algoritme for å reservere time slots

16 11.3 s Algoritmer for random aksess Slotted ALOHA

17 s Multippel aksess for lokalnett (LAN) LAN er et datanett (som regel kablet) innenfor f.eks en bygning eller en bedrift Mest populært: Ethernet (IEEE 802.3), utviklet av Xerox Koaksialkabel, tvinnet par (TP), eller optisk fiber 10 eller 100 Mbps CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection) Carrier-Sense: Sjekker først om det er noen andre som sender Collision detection: Systemet klarer å detektere kollisjon og avbryter da sendingen umiddelbart I WLAN (IEEE ) brukes CSMA/CA ( Collision Avoidance) Radiobølger: I utgangspunktet - alle hører alle, men ikke sikkert ( skjult node -problemet) Korte pakker brukes til å reservere kanalen og sørge for at skjulte noder ikke forstyrrer CD og CA teknikkene fungerer bare dersom alle stasjoner kan høre hverandre! Ikke alltid tilfelle i radiokommunikasjon.

18 s Multippel aksess for lokalnett (LAN) Token-ring: En ring av punkt-til-punkt kabler mellom stasjoner Et token forteller at kanalen er ledig Hvis opptatt: Videresend datastrømmen Hvis ledig kan stasjonen ta bort tokenet og sende data Fordel: Det kan sendes data flere steder på ringen samtidig 1 Mbps 10 Mbps