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Vielfachzugriff

In der drahtlosen Kommunikation spielen verschiedene Zugriffsverfahren eine zentrale Rolle, um mehreren Nutzern gleichzeitig die Nutzung eines gemeinsamen Frequenzspektrums zu ermöglichen. Die gängigen Verfahren sind Frequenzmultiplex (FDMA), Zeitmultiplex (TDMA) und Codemultiplex (CDMA). Jedes dieser Verfahren teilt das Frequenzspektrum auf unterschiedliche Weise auf, um Interferenzen zu minimieren und eine effiziente Übertragung zu gewährleisten. Die Wahl des Verfahrens hängt dabei von den spezifischen Anforderungen an Bandbreite, Nutzerzahl und Störanfälligkeit ab. Im Folgenden werden die Unterschiede dieser Verfahren beschrieben.

Beim Frequenzmultiplexverfahren (FDMA – Frequency Division Multiple Access) wird das zur Verfügung stehende Frequenzband in mehrere voneinander getrennte Frequenzkanäle aufgeteilt (vgl. Abbildung NE-16.15.1). Jeder dieser Kanäle wird einem einzelnen Nutzer fest zugewiesen, sodass die gleichzeitige Nutzung des Systems durch mehrere Teilnehmer möglich ist. Die Trennung der Nutzer erfolgt ausschließlich über unterschiedliche Frequenzen, wodurch sich die Signale der einzelnen Teilnehmer nicht gegenseitig stören, solange die Kanalabstände eingehalten werden. FDMA ist ein technisch einfaches und seit vielen Jahren etabliertes Verfahren, das sich besonders für Systeme mit wenigen Nutzern und geringem Interferenzbedarf eignet. Ein Nachteil besteht jedoch in der vergleichsweise schlechten Bandbreiteneffizienz bei einer großen Anzahl von Nutzern, da jedem Teilnehmer dauerhaft ein eigener Frequenzbereich reserviert bleibt, selbst wenn dieser zeitweise keine Daten überträgt. Typische Anwendungsbeispiele für FDMA sind frühe analoge Mobilfunksysteme wie AMPS sowie verschiedene Formen der Satellitenkommunikation.

EE410: Wie werden bei Frequenzmultiplexverfahren (FDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurze Zusammenfassung: Ein isometrisch dargestellter Quader mit vier horizontalen Farbschichten und drei Achsenpfeilen, beschriftet mit P, t und f. 2) Detaillierte Beschreibung: Auf weißem Hintergrund ist ein quaderförmiger Block gezeigt, dessen Frontfläche durch drei horizontale Trennlinien in vier etwa gleich hohe Streifen unterteilt ist: von unten nach oben kräftiges Cyan, Hellgrau, Orange und Gelb (die gelbe Fläche bildet zugleich die Oberseite). Die rechte Seitenfläche zeigt die gleichen Schichten, deren Trennlinien nach hinten ansteigen und dadurch diagonal erscheinen; die obere rechte Kante ist gelb, darunter folgen hellgelb/gelblich, hellgrau und cyanfarbene Bereiche. Die Kanten und Trennlinien sind mit dünnen dunklen Linien gezeichnet. Es sind drei Achsenpfeile vorhanden: links oben ein senkrecht nach oben gerichteter Pfeil mit der Beschriftung „f“, rechts neben dem Quader ein waagerecht nach rechts zeigender Pfeil mit der Beschriftung „t“ und links unten vor dem Quader ein schräg nach links unten gerichteter Pfeil mit der Beschriftung „P“. Es gibt keine Skalen, Zahlen oder weiteren Text.
Abbildung NE-16.15.1: Frequenzmultiplexing

Beim Zeitmultiplexverfahren (TDMA – Time Division Multiple Access) nutzen mehrere Teilnehmer denselben Frequenzkanal, indem ihnen der Zugriff zeitlich aufgeteilt wird. Jeder Nutzer erhält dabei fest definierte Zeitintervalle, sogenannte Zeitschlitze, in denen er senden und empfangen darf (vgl. Abbildung NE-16.15.2). Durch diese zeitliche Trennung der Übertragungen wird verhindert, dass sich die Signale der einzelnen Teilnehmer gegenseitig überlagern oder stören.

TDMA ermöglicht eine vergleichsweise effiziente Nutzung der verfügbaren Frequenzressourcen, insbesondere in Systemen mit vielen Nutzern und hohem Datenaufkommen. Voraussetzung für den reibungslosen Betrieb ist jedoch eine sehr genaue zeitliche Synchronisation aller Teilnehmer, was den technischen Aufwand und die Systemkomplexität erhöht. Bekannte Anwendungsbeispiele für TDMA sind das GSM-Mobilfunksystem der zweiten Generation sowie das schnurlose Telefonsystem DECT und im Amateurfunk DMR.

EE409: Wie werden bei Zeitmultiplexverfahren (TDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: 3D-Diagramm eines rechteckigen Blocks, der in vier farbige, senkrechte Segmente unterteilt ist, mit Achsenpfeilen mit den Beschriftungen f, t und P. Detaillierte Beschreibung: In der Mitte steht ein großer quaderförmiger Block, in vier gleich breite, vertikal ausgerichtete Segmente geteilt. Von links nach rechts sind die Frontflächen der Segmente orange, grau, kräftig türkisblau und hellblau gefärbt; die Trennlinien verlaufen senkrecht. Die Oberseiten sind als abgeschrägte, nach rechts hinten weisende Flächen in aufgehellten Farbtönen dargestellt, entsprechend orangegelb, hellgrau und helltürkis; rechts ist zusätzlich die seitliche hellblaue Fläche sichtbar. Drei Achsenpfeile sind eingezeichnet: links oben zeigt ein Pfeil senkrecht nach oben mit der Beschriftung „f“, rechts unten zeigt ein Pfeil waagerecht nach rechts mit der Beschriftung „t“, und links unten zeigt ein Pfeil schräg nach links unten mit der Beschriftung „P“. Es sind keine Zahlenmarken oder weiteren Texte vorhanden.
Abbildung NE-16.15.2: Zeitmultiplexing

Beim Codemultiplexverfahren (CDMA – Code Division Multiple Access) nutzen alle Teilnehmer gleichzeitig denselben Frequenzbereich und dieselbe Zeit. Die Trennung der einzelnen Nutzer erfolgt nicht über Frequenz oder Zeit, sondern über individuelle Spreizcodes (vgl. Abbildung NE-16.15.3). Jedem Nutzer wird ein eigener Code zugewiesen, mit dem sein Signal moduliert wird. Diese Codes sind so gewählt, dass sich die überlagerten Signale am Empfänger wieder voneinander trennen lassen, obwohl sie gleichzeitig im selben Frequenzband übertragen werden. CDMA zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität und eine große Systemkapazität aus, da viele Nutzer gleichzeitig aktiv sein können. Zudem ist das Verfahren sehr robust gegenüber Störungen und Mehrwegeausbreitung. Dem stehen jedoch eine vergleichsweise komplexe Signalverarbeitung und erhöhte Anforderungen an die Hardware gegenüber, insbesondere bei einer großen Anzahl aktiver Teilnehmer. Typische Anwendungsbeispiele für CDMA sind Mobilfunksysteme der dritten Generation wie UMTS sowie das satellitengestützte Navigationssystem GPS.

EE411: Wie werden bei Codemultiplexverfahren (CDMA) mehrere Signale gleichzeitig übertragen?

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Zusammenfassung: Ein großformatiger, farbiger Quader in perspektivischer Darstellung mit drei Pfeilachsen, beschriftet „P“, „t“ und „f“. 2) Detaillierte Beschreibung: Auf weißem Hintergrund dominiert ein Quader, dessen Vorderseite als große, einfarbig orange Fläche zu sehen ist. Die Oberseite zeigt von vorn nach hinten mehrere parallel verlaufende Farbbänder: zuerst Orange (anschließend an die Vorderkante), dahinter ein schmaleres Gelb, dann ein breiteres Hellgrau und am hinteren Rand ein helles Cyan/Türkis. Die rechte Seitenfläche ist in senkrechte Streifen unterteilt: vorne ein schmaler gelblich-oranger Streifen, daran anschließend ein breiter hellgrauer Bereich und ganz rechts ein breiter cyan/türkisfarbener Streifen; unten an der vorderen rechten Kante ist ein kleiner, schräger gelblicher Keil sichtbar. Dünne Linien betonen die Kanten des Quaders. Drei schwarze Pfeilachsen ohne Skalen oder Zahlen sind eingezeichnet: unten links geht eine Pfeilachse schräg nach links unten und ist mit „P“ beschriftet, rechts am Quader zeigt eine Pfeilachse waagerecht nach rechts mit der Beschriftung „t“, und oben links ragt eine Pfeilachse senkrecht nach oben mit der Beschriftung „f“. Weitere Texte oder numerische Markierungen sind nicht vorhanden.
Abbildung NE-16.15.3: Codemultiplexing

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FDMA die einfachste Methode ist, während TDMA und CDMA zunehmend effizienter und komplexer werden, insbesondere bei der Nutzung beschränkter Bandbreiten und hohen Nutzerzahlen. CDMA ermöglicht die größte Flexibilität, erfordert jedoch auch die aufwändigste Technologie zur Umsetzung.


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