Bitübertragungsschicht

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Der 802.11 Standard definiert den physischen Übertragungskanal und die Verfahren für den Kanalzugriff. Er beschreibt die Übertragung für 2,5GHz, 5Ghz und Wellenlängen von 850nm bis 900nm. Die Bitübertragungsschicht (PHY) des 802.11 Standard unterteilt sich in zwei Bereiche. Zum einen die Physical Layer Convergence Procedure (PLCP), sie nimmt von der Sicherungsschicht (MAC) übergebene Daten von Trägermedium unabhängig entgegen und steuert die Übertragung welche durch die Physical Medium Dependent (PMD) mediums- abhängig durchgeführt wird. Gearbeitet wird mit einer Datenrate von 1Mbit/s und 2Mbit/s auf Grundlage eines Frequenzssprungverfahrens (FHSS) und Frequenzspreizverfahrens (DSSS), moduliert mit Varianten der Phasenumtastung. Diese allgemeinen Aussagen nehmen in Abhängigkeit der Übertragungsrate eine detaillierte Form an, welche in den Erweiterungen b und g der 802.11-Spezifikation definiert sind. 802.11g leitet sich von der 802.11a Erweiterung ab, welcher die Übertragung bei 5GHz näher spezifiziert und auf das Orthogonale Frequenzmultiplex (OFDM) und die Quadraturamplitudenmodulation zurückgreift, jedoch das 2,5GHz ISM-Band nutzt. Diese Erweiterung wird auch als Extended Rate PHY (ERP) bezeichnet und gliedert sich in 4 Betriebsmodi, relevant für die nachfolgende Betrachtungen ist die 802.11g Spezifikation mit DSSS-OFDM und Kompatibilität zu 802.11b.

In Europa steht das Frequenzband von 2,4000 bis 2,4835GHz zur Verfügung. Aufgeteilt wird dies in 13 Kanäle mit je 22MHz Bandbreite. Für OFDM wird ein Kanal in 53 Untertäger mit je einem Abstand von 312,5 kHz aufgeteilt davon werden effektiv 48 Unterträger zur Datenübertragung genutzt. Die übrigen Träger werden als Pilot für das OFDM-Symbol genutzt. Die Steigerung der Übertragungsrate ergibt sich durch unterschiedlichen Modulationsverfahren der Unterträger.

Die Übertragung selbst findet in einem Rahmenkonzept dargestellt durch PLCP Protocol Data Unit (PPDU) statt. Nach einer Präambel zur Rahmenerkennung wird der PLCP-Header übertragen mit Information über die nachfolgenden Nutzdaten, bezeichnet als PLCP Service Data Unit (PSDU). Während die Präambel und der Header mit dem Chip Barker Code gespreizt und mit Differential Binary Shiftkeying Modulation (DBPSK) moduliert ist, wird der nachfolgende PSDU in Abhängigkeit von der Empfängerempfindlichkeit moduliert. Der Header teilt dabei dem Empfänger die Datenrate und Länge mit. Eine Übersicht liefert nachfolgende Tabelle.

Modulation Datenbits/Symbol Datenrate Empfangsempfindlichkeit
Basis

802.11b DBPSK mit CBC

1 1 n.d. (-94)
DQPSK mit CBC 2 2
DQPSK mit CCK 4 5,5 n.d. (-89)
DQPSK mit CCK 8 11 -76 (-85)
802.11g

BPSK mit FEC 1/2

24 6 -82
BPSK mit FEC 3/4 36 9 -81
QPSK mit FEC 1/2 48 12 -79
QPSK mit FEC 3/4 72 18 -77
16QAM mit FEC 1/2 96 24 -74
16QAM mit FEC 3/4 144 36 -70
64QAM mit FEC 2/3 192 48 -66
64QAM mit FEC 3/4 216 54 -65


Die Bildung des OFDM-Symbols erfolgt in mehreren Abschnitten. Durch Scramblen werden lange 0 und 1 Folgen verhindert um dann mit Faltungscodierung und einer Coderate von 1/2 eine Rekonstruktionsfähigkeit der Daten hinzugefügt wird, was einen Forward Error Correcting Code entspricht, kurz FEC-Code. Nachfolgend wird eine Punktierung vorgenommen und somit die Redundanz um ein Maß reduziert, was letztlich weiterer Coderaten von 3/4 oder 2/3 entspricht. Diese nachträgliche Reduzierung der Coderate wird vorgenommen um eine komplexe Implementierung des Faltungscoders zu verzichten. Nachfolgend wird der erzeugte Bitstrom mit verschiedenen PSK-ASK-Verfahren moduliert.

Die Aufgaben des Codierens und Modulierens des Trägersignals wird durch die PMD-Einheit vorgenommen. Die PLCP-Einheit bildet Präambel und Header. Sie entscheidet auch darüber ob und mit welchen Parametern gesendet wird. Die Einheit besteht aus 3 Teilen Recieve State Machine, Transmit State Machine und der CS/CCA State Machine. Bei letzterem handelt es sich um Carrier Sense/Clear Channel Assessment, eine Prozedur welche nach 5 unterschiedlichen Kriterien ein belegtes Medium signalisiert. Die Kommunikation zwischen PLCP und PMD übernehmen Service Access Points (SAP). Diese Serviceprimitiven konfigurieren die PMD, liefern Entscheidungshilfen von der PMD zur PLCP zum Datenempfang und übergeben die Nutzdaten. Ebenso gibt es zwischen MAC und PHY-Schicht im speziellen der PLCP-Einheit Serviceprimitiven welche primär zum Datentransport zwischen den beiden Ebenen des OSI/ISO-Referenzmodells beitragen, ergänzt werden diese durch weitere Übergabewerte für Status und Managementfunktionen.