Diversity-Technik

Das Konzept der diversitären Redundanz zur Verfügbarkeitserhöhung bzw. Verbesserung der Ausfallsicherheit wird auf vielen technischen Gebieten schon lange angewendet. In der Nachrichtentechnik erfolgt mit der Diversitäts-Technik die redundante Übertragung von Daten über stochastisch unabhängige Kanäle, die nur zu einer geringen Wahrscheinlichkeit zur selben Zeit fehleranfällig sind.

Betriebsarten

In der Funkübertragungstechnik unterscheidet man grundsätzlich zwischen folgenden Formen von Diversitäts-Betriebsarten:

Zeitdiversität

Die Information der Nutzdaten werden mehrmals zeitlich versetzt und so mehrfach über denselben Funkkanal gesendet, um zeitabhängige Schwankungen der Signalstärke auszugleichen.

Raumdiversität

Dabei werden zwei oder mehr Sende-Empfangs-Wege betrieben. Realisiert wird dies meistens durch räumlich getrennte Antennen, welche parallel betrieben werden. Je nach Verfahren wählt die Empfängsvorrichtung dann das stärkste empfangene Signal aus oder kombiniert die Bandpasslage die empfangenen Funksignale.

Frequenzdiversität

Dasselbe Signal wird zeitgleich über zwei oder mehrere, unterschiedliche Trägerfrequenzen übertragen. Bei Störungen oder einer kompletten Signalauslöschung ist zu erwarten, dass nicht alle verwendeten Frequenzbereiche davon betroffen sind. Bei der parallelen Übertragung des Signals werden zwei oder mehr Sender und Empfänger parallel betrieben und dadurch zwei oder mehr Frequenzbänder belegt.

Combiner

Ein wichtiges Element in diversitären Übertragungssystemen ist der Combiner, welcher die diversitär redundanten Signale empfangsseitig wieder zusammenführt, beziehungsweise das bessere zur weiteren Verarbeitung auswählt. Die Combiner-Technologien werden traditionell nach Brennan in der englischsprachigen Fachliteratur wie folgt klassifiziert:^[1]

englisch Maximal-Ratio Combiner
englisch Equal-Gain Combiner
englisch Scanning/Switching Combiner
englisch Selection Combiner

Zum zusammenführen von parallel redundant übertragenen längeren Signalsequenzen, wie bspw. Datenpaketen, wurde in 2012 das Prinzip des englisch Timing Combining^[2] definiert. Prinzipiell ähnlich arbeitend wie ein englisch Selection Combiner leitet ein Timing Combiner das erste vollständig empfangene Datenpaket sofort zur Verarbeitung weiter und verwirft die über die redundanten Pfade nachfolgend ankommenden Paketkopien. Dadurch gewinnt immer der schnellste Kanal und es kann eine erhebliche Verbesserung nicht nur in Bezug auf Paketverlust, sondern vor allem des Zeitverhaltens bei drahtloser Datenübertragung^[2] und Weitverkehrsdatenübertragung^[3] erreicht werden.

Literatur

↑ D. G. Brennan: Linear Diversity Combining Techniques. In: Proceedings of the IRE. 47. Jahrgang, Nr. 6, Juni 1959, ISSN 0096-8390, S. 1075–1102, doi:10.1109/JRPROC.1959.287136 (ieee.org).
↑ ^a ^b M. Rentschler, P. Laukemann: Performance analysis of parallel redundant WLAN. In: Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies Factory Automation (ETFA 2012). September 2012, S. 1–8, doi:10.1109/ETFA.2012.6489647 (ieee.org).
↑ Mark Graham: Applying High Availability Design and Parallel Redundancy Protocol (PRP) in Safety Critical Wide Area Networks. In: Journal of Telecommunications System & Management. Band 04, Nr. 01, 29. Juli 2015, ISSN 2167-0919, doi:10.4172/2167-0919.1000120 (omicsgroup.org [abgerufen am 29. Juni 2017]).

[Brennan-1] D. G. Brennan: Linear Diversity Combining Techniques. In: Proceedings of the IRE. 47. Jahrgang, Nr. 6, Juni 1959, ISSN 0096-8390, S. 1075–1102, doi:10.1109/JRPROC.1959.287136 (ieee.org).

[Rentschler-2] M. Rentschler, P. Laukemann: Performance analysis of parallel redundant WLAN. In: Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies Factory Automation (ETFA 2012). September 2012, S. 1–8, doi:10.1109/ETFA.2012.6489647 (ieee.org).

[3] Mark Graham: Applying High Availability Design and Parallel Redundancy Protocol (PRP) in Safety Critical Wide Area Networks. In: Journal of Telecommunications System & Management. Band 04, Nr. 01, 29. Juli 2015, ISSN 2167-0919, doi:10.4172/2167-0919.1000120 (omicsgroup.org [abgerufen am 29. Juni 2017]).

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