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Forum: HF, Funk und Felder Wie funktioniert DSSS/WLAN?


Autor: Oz zy (ozzy)
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Moin,

ich frage mich schon seit längerer Zeit, wie DSSS, bzw. WLAN wirklich 
funktioniert; vielleicht könnt Ihr mir ja weiterhelfen.

Also man hat doch seine Nutzdaten. Die werden dann mit der 
pseudo-zuffalsfolge XOR-Verknüpft. Heraus kommt ein Code, der dann x-mal 
so lang ist. Soweit, so einfach. Und dann? Man hat ja das 2,4GHz-Band. 
Dieses ist ja in Kanäle aufgeteilt, über die die Sequenzen übetragen 
werden. Wenn ich das richtig gesehen habe, auf allen Frequenzen 
gleichzeitig. Aber ist das Signal innerhalb der Frequenzbänder auch 
wieder Frequenzmoduliert, also um eine Trägerfrequenz herum? Denn 
Amplizudenmodelliert wird es ja wohl nicht sein.

Und wie funktioniert der Empfänger? Wie schafft der es, die Frequenzen 
wieder auseinanderzunehmen, und mit der Chiping-Sequenz zu vergleichen?

Vielleicht könnt Ihr mir da ja etwas weiterhelfen...

MfG, und vielen Dank, Ozzy

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Ist ähnlich wie CDMA bei UMTS. Habe da eine Studienarbeit drüber 
geschrieben (Inklusive Simulationsprogramm für MATLAB), wenn du willst 
schick ich sie dir, musst mir nur deine Mail-Adresse geben.

Grob gesagt.
Jeder Teilnehmer bekommt einen orthogonalen Code. Über diesen Code 
werden die eigentlichen Nutzbits codiert.
Angenommen der Code ist 10110101 und es sollen die Bits "1" und "0" 
übertragen werden, dann werden anstatt 1 und 0 die mit dem Code XOR 
verknüpften Bits übertragen:
Signal          1       0
Chipsequenz 10110101 10110101
XOR         01001010 10110101

Es werden anstatt die zwei Bits also 16 Bits übertragen. Dadurch 
entsteht also quasi eine Redundanz, da nun das selbe Bit in 8 Bits 
codiert und übertragen wird.
Die Dekodierung erfolgt auf der Empfängerseite genauso

Signal      01001010 10110101
Chipsequenz 10110101 10110101
XOR         11111111 00000000

Durch die Integration und Normierung erhält man also wieder die Bits "0" 
und "1". Selbst Bitfehler können so korregiert werden solange die Summe 
der Bits größer als ein Schwellwert ist.
Verwendet man orthogonale Codes können nun mehrere Teilnehmer auf der 
gleichen Frequenz senden ohne das sie sich gegenseitig stören (sofern 
der S/N groß genug ist).
Welche Modulation verwendet wird ist für die Übertragung aber egal, 
üblicher Weise wird jedoch QAM o.ä. verwendet.

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Nachtrag:


Durch die Codierung jedes Bits in mehrere Bits (sogenannte Chips) wird 
daher also die Datenrate verringert.
Angenommen man hat einen Kanal, der ohne Codierung 128 kbit/s schafft, 
so schafft man mit obigen Beispiel also nur noch 16 kbit 
(Nutzdatenrate). Die Chiprate bestimmt hier also die benötigte 
Bandbreite und nicht die Nutzdatenrate, denn man kann über den Kanal ja 
auch Daten übertragen, die nur mit 4 Bits pro Bit kodiert sind.
Es ist auch möglich, dass die einzelnen Benutzer unterschiedlich lange 
Codes (und somit auch unterschiedliche Datenraten haben) diese jedoch 
auf der gleichen Frequenz (bzw. Frequenzbereich, Kanal) übertragen. 
Voraussetzng dafür ist aber, dass die Codes orthogonal sind und der 
Benutzer mit der geringeren Codelänge ein entsprechend gutes S/N hat 
(nah am Sender).
Ein Benutzer "sieht" die Daten der anderen Nutzer nur als Rauschen, weil 
der Code eben diese Signale nicht dekodieren kann.

Autor: Oz zy (ozzy)
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Moin,

Dein Angebot nehme ich sehr gerne an. Meine Adresse: 
Ozzy@Chiaroscuro.de.

Weißt Du denn auch, ob es da unterschiede zwischen FM und AM gibt? Also 
welche Modulationsart dafür besser geeignet ist?

Autor: Oz zy (ozzy)
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Nachtrag: habe gerade gesehen, dass wenn man das mit OFDM macht, QAM 
wohl sehr gängig ist; dann werde ich mich da mal weiter einlesen. Bin 
aber schon auf Deine Studienarbeit gespannt.

MfG, und vielen Dank im Voraus!!!

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Alles klar, ich schicke sie dir dann heute Nachmittag.

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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http://de.wikipedia.org/wiki/CDMA
http://de.wikipedia.org/wiki/Spread_Spectrum
google: CDMA tutorial

Search the friendly web!
Cheers
Detlef

Autor: Oz zy (ozzy)
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Wie gesagt, mir ging es mehr um die Übertragung; die Spreizung hatte ich 
ja schon verstanden...

Autor: Wolfgang R. (r-nut)
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Hallo Christoph,

>wie funktioniert WLAN?
DSSS gilt nur für 802.11b für 802.11a/g wird OFDM eingesetzt;
Und nicht vergessen dass hier ausschließlich digitale 
Modulationsverfahren eingesetzt werden - also bitte nicht mit FM und AM 
verwechseln...
...nur so am Rande erwähnt.


-
CU
W.

Autor: Thomas (Gast)
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@wolfgang R.

Wird
DSSS nicht bei 802.11 Orginalstandard
CCK bei 802.11b (1 Mbit bis 11Mbit)
OFDM bei 802.11g (9Mbit-54Mbit)

eingesetzt?

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Timmo H.
ich halte immer wieder Vorträge zum Thema Wireless Automation und mich 
vergleiche die auswirkungen der unterschiedlichen Modulationsverfahren 
in industriellen Anwendungen. Mich würde deine Studienarbeit zu CDMA 
sehr interessieren. Thosch4@gmx.de vielen Dank

Autor: Oz zy (ozzy)
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Nur eine Frage an die Experten unter Euch: Ich habe bei einem Gerät 
Gerät gelesen: Modulation: DSSS/OFDM. Das bedeutet doch: entweder oder, 
oder? Denn beides zusammen geht, so wie ich das verstanden habe, 
nicht... Stimmt das?

MfG, Ozzy

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Natürlich nicht:
OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplex
Bedeutet, dass auf mehereren Trägerfrequenzen gleichzeitig übertragen 
wird. Das Spektrum wird also dadurch gespreizt, indem mehrere 
Trägerfrequenzen verwendet werden.
Bei DSSS wird immer die gleiche Trägerfrequenz verwendet, dafür aber mit 
einer höheren Bandbreite (durch vorherige Spreizung des Signals mit 
einer Chipsequenz)

Autor: Dave Anadyr (wilhem)
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Hallo!
      ich bin bei der Vorbereitung des gleichen Themas, deswegen 
schreibe ich hier, statt einen neuen Beitrag zu erstellen.

Ich habe eine Frage.
Bisher alles Klar, der Code wird gespreizt und durch mathematisches 
Verfahren erhält man einen Code, der übertragen wird.

In dem obigen Beispiel ist:

    verknüpften Bits übertragen:
    Signal          1       0
    Chipsequenz 10110101 10110101
    XOR         01001010 10110101


Ok, nun frage ich mich, Woher weiß der Teilnehmer A dass er die richtige 
Sequenz erhalten hat?

Anhand des obigen Beispiels nehmen wir an, gibt es 2 Teilnehmer: A und 
B.
Beide erhalten die Sequenz:

    XOR         01001010 10110101

Wie kann A bzw. B wissen, dass er adressiert wurde!?!??
A könnte nochmal die XOR verwenden und das Signal zurückgewinnen.
B könnte aber mit seiner eigenen Chipsequenz eine falsche Information 
durchrechnen und daher interpretieren.

Wie löst man das Problem?

Gruß
David

Autor: Oz zy (ozzy)
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Moin,

auch wenn das jetzt ja schon lange her ist: soweit ich weiß, besitzen 
die Teilnemer jeweils unterschiedliche Chip-Sequenzen, die 
optimalerweile orthogonal zueinander sind, also maximal unterschiedlich. 
Normalerweise sollte ja nach der Entspreizung alle Bits einer 
Sequenzlänge das übertragene Bit ergeben, also wie bei Dir oben erst 8x 
die 1 und dann 8x die 0. Bei der falschen Sequenz entstehen aber andere 
Ergebnisse z.B. 10011100. Daher kann der zweite Teilnehmer die 
empfangene Sequenz gar nicht dekodieren bzw. falsch interpretieren...

Autor: Christian Berger (casandro) Flattr this
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Moment, beim WLAN wird DSSS nicht dazu verwendet, dass unterschiedliche 
Teilnehmer getrennt werden, sondern damit das Signal robuster wird. Die 
Zeilnehmer werden immer noch über Frequenz und Zeit getrennt, zumindest 
bei WLAN. (Bei UMTS ist das anders)

Damals als DSSS WLAN raus kam, war die notwendige Technik noch zu teuer. 
So weit wie ich weiß wird bei WLAN nicht mal der Rahmen per Korrelation, 
sondern über eine Einlaufsequenz gefunden. Das wollte man ohne DSP 
machen können.

Autor: Dave Anadyr (wilhem)
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Danke Oz,
         dennoch ist meine Frage, meiner Meinung nach, ist aber noch 
nicht beantwortet.
Ich werde hiermit versuchen, noch anhand eines Beispiels meine Frage zu 
stellen.

Wie Du richtig sagst:
  Normalerweise sollte ja nach der Entspreizung alle Bits einer
  Sequenzlänge das übertragene Bit ergeben, also wie bei Dir oben erst 
8x
  die 1 und dann 8x die 0.

stimmt. Nur...der einzelne "Teilnehmer" weißt nicht welche Sequenzlänge 
übertragen werden musste!

Ich versuche nochmal mit einem anderen Beispiel. Verlassen wir die 
unterschiedliche Teilnehmer, vielleicht sind die verwirrend.

Also..Es wird überall betont, dass die Frequenzspreizung eine 
Erweiterung des Spektrums des Signals ermöglicht, und dadurch kann das 
übertragene Signal sogar unter dem "natürlichen" Rauschen liegen.

http://www.tapr.org/images/ssfig1.gif

Sogar kann man gar nicht merken, dass eine Nachricht übertragen wird, da 
vom Empfänger nur die Information die aus seiner eigenen Sequenz 
errechnet wird, zählt.

Dann frage ich mich... in dem Spektrum des Rauschens:

http://me-lrt.de/img/mt-115-rauschen-weiss-white-n...

treten "0" und "1" zufällig auf. Dies bedeutet, dass eine irgendwelche 
randomSequenz in den Empfänger zugeführt wird. Ok, nun wie kann der 
Empfänger erkennen, dass er das richtige versendete Signal empfängt? Er 
könnte rein theoretisch eine irgendwelche Sequenz zu seiner XOR 
Operation zuführen und daher falsche Ergebnisse berechnen.

Ich brauche solche info, weil ich arbeite nun an einem Projekt, in dem 
ich FHSS und DSSS erklären sollte. Trotz Bücher und unzählige Internet 
Tutorials im Internet gibt es noch Sachen die mir noch nicht ganz klar 
sind.
Das Prinzip des DSSS Verfahren ist "im Prinzip" einfach zu verstehen. 
Jedoch habe ich Fragen bezüglich der empfangenen Sequenz.

Ich hoffe meine Fragen sind jetzt etwas klarer :)

Gruß und schönen Sonntag an allen.
David

Autor: Oz zy (ozzy)
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Moin,

also die Signalenergie ist eben relativ gering. Das heißt aber nicht, 
dass man das Signal nicht wieder rekonstruieren, bzw. im Rauschen 
erkennen kann... Ich glaube, das ist etwas schwierig zu erklären. Sag 
doch mal kurz, wofür Du das brauchst, bzw. welche Grundlagen Du besitzt, 
dann kann ich das genauer erklären.

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Die Code-Länge - also der Spreizfaktor - wird ja beim Verbindungsaufbau, 
oder eben auch zwischendurch - je nach Empfangsqualität und Netzlast 
ausgehandelt.
Wenn man z.B. nur ein sehr schlechtes Signal hat, dann wird ein 
entsprechend langer Spreizcode verwendet, wodurch der S/N ansteigt.
Wichtig dabei ist, dass wenn mehrere Benutzer in dem System angemeldet 
sind unterschiedlich lange Spreizcodes verwenden, dass diese Codes immer 
nur aus einem Zweig genommen werden können, aus denen nicht vorher schon 
ein Benutzer einen kurzen Code genommen hat. Nur dann ist die 
Orthogonalität von den unterschiedlichen Codes sichergestellt und damit 
auch ein falscher Empfang ausgeschlossen. Ich habe dazu mal ein Bild 
gemacht, siehe Anhang.

Also aus dem Beispiel: Angenommen es gibt gibt zwei Benutzer im Netz, 
einer hat ein sehr gutes Signal und der andere ein sehr schlechtes 
Signal. Der mit dem guten Signal kann einen kurzen Spreizcode - in 
diesem Fall z.B: C_8,2 - verwenden und erhält dadurch auch eine 
Entsprechend hohe Übertragungsrate (also Symbolrate/Spreizfaktor). Der 
Benutzer mit schlechter Signalqualität erhält einen langen Code, dieser 
darf aber nicht C_8,2 als Ursprung haben sondern muss aus dem anderen 
Zweig (z.B. C_8,1 => C_16,1) gewählt werden. Nur dann ist der Code von 
Benutzer 1 auch wirklich orthogonal zu dem von Benutzer 2 und auch nur 
dann kommen genug "Chips" heile an und auch nur dann wird das Bit als 
"heile" gewertet.
Das ist so wie in etwa mit den Telefonnummern. Wenn dein Nachbar die 
Telefonnummer "7438" hat, dann sind alle nummern die 7438 beginnen nicht 
mehr verfügbar. Es gibt also keinen anderem in deinem Ort der z.B. 
"743829" haben kann. Wenn du 7438 wählst wirst du automatisch mit dem 
Nachbar der "7438" hat verbunden, die nachfolgenden Stellen sind quasi 
nicht existent.

Zudem gibts ja auch noch dinge wie Checksumme etc.

Autor: Dave Anadyr (wilhem)
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Hallo!
      also...eure Antworten sind verständlich und interessant und ihr 
seid echt nett und bin euch dafür super dankbar, aber...ich glaube wir 
verstehen uns nicht.
Vielleicht ist meine Frage blöd oder kann ich mich nicht so gut 
ausdrücken.

Aber grob gesagt... gibt es einen Empfänger, der "alles hört". Der 
erhält "1" und "0" "aus der ganzen Welt" (mehrere Sender angeschaltet, 
verschiedene Übertragungen, Rauschen, meine Oma mit der neuen 
Mikrowellen, die mehr Entropie erzeugt,...usw...) . Wie kann er 
unterscheiden, welche "1" und "0" in seine XOR Operation zuführen muss 
und welche nicht?

Ich hoffe, ist es jetzt etwas verständlicher geworden.

@Oz: ich bin Stundent, MSc Elektrotechnik und habe schon Digitale 
Signalverarbeitung abgelegt und kenne schön die meisten Analog und 
Modulationsverfahren. Ich brauche DSSS für ein Seminar

@Timmo: danke für das Bild, sehr deutlich und klar gemacht, kann ich 
auch eine Kopie deiner Studienarbeit bekommen? Vielleicht hilft sie mir 
weiter. Ich werde es weder veröffentlichen noch damit was anderes 
machen.

Danke nochmal
Gruß
David

Autor: Oz zy (ozzy)
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Moin,

klar hast Du auch Rauschen, aber der Empfänger weiß doch auch, welche 
Frequenzen er demodulieren muss. Daher verstehe ich nicht wirklich was 
Du damit meinst, welche "1" und "0" er unterscheiden er unterscheiden 
soll...
Also von der Energiedichte ist das Signal zwar nicht vom Rauschen zu 
unterscheiden, aber durch das Trägersignal werden diese "verteilten" 
Energien der "Teilsignalen" wieder zusammengesetzt.

Autor: Dave Anadyr (wilhem)
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Danke Oz,
         ich habe meiner Frage selber beantwortet. Anscheinend liegt die 
Antwort in der Orthogonalität der Signale.

In diesem Artikel: http://www.tzschupke.de/unterseiten/mf/dma.htm
habe ich verstanden wie aus empfangenen "1" und "0" die Information 
zurückgewinnen werden kann. Dennoch ist es mir noch nicht klar wie 
werden Sender und Empfänger synchronisiert.

Ich bitte euch, könnt mir bitte Material zusenden, Links, Pdf, 
empfohlene Bücher und Literatur empfehlen?

Es gibt noch viele Sachen, die mir noch nicht klar sind...

Danke nochmal

Gruß
David

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