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FDMA, TDMA, and CDMA Multiple Access: Effective Utilization of Bandwidth (2)
INDEX: FDMA, TDMA und CDMA-Mehrfachzugriff (1)
1. Wesentliche Technologien, die eine effektive Nutzung der Signalbandbreite für die drahtlose Kommunikation ermöglichen
2. Übertragung mehrerer Datenströme durch drahtlose Kommunikation
3. Wie der Mehrfachzugriff funktioniert: FDMA, TDMA und CDMA
4. Zusammenfassung
INDEX: FDMA, TDMA und CDMA-Mehrfachzugriff (2)
< Kolumne > Wie Multiplexing funktioniert: FDM, TDM, und CDM
Nachstehend finden Sie zusätzliche Informationen zuFDMA, TDMA und CDMA Multiple Access (1).
< Kolumne > Wie Multiplexing funktioniert: FDM, TDM, und CDM
Für die drahtlose Kommunikation werden verschiedene Arten von Multiplexing verwendet, von denen die folgenden zu den gängigsten gehören:
- Frequenzmultiplexing (FDM)
- Zeitmultiplex (TDM)
- Codemultiplex (CDM)
Die Abbildungen 7-1, 7-2 und 7-3 zeigen konzeptionelle Diagramme dieser Multiplexing-Techniken, wobei der Schwerpunkt auf den rot gestrichelten Teilen der Übertragungsstrecke liegt.
Frequenzmultiplexing (FDM)
Frequenzmultiplexing (FDM) ist eine Multiplextechnik, bei der mehrere Datenströme verschiedenen Frequenzbändern zugewiesen werden und die Frequenzbänder als Kanäle gleichzeitig über einen einzigen Übertragungsweg übertragen werden.
Abbildung 7-1 zeigt ein allgemeines konzeptionelles Schema von FDM. Auf der Sendeseite werden die Frequenzbänder, die den mehreren Datenströmen zugewiesen sind, als Kanäle behandelt, die mittels Multiplexing über einen einzigen Übertragungsweg gesendet werden. Auf der Empfangsseite werden die übertragenen Datenströme von Geräten extrahiert, die bestimmte Frequenzbänder auswählen können.
Ein Beispiel für den Einsatz von FDM für die drahtlose Kommunikation ist die terrestrische digitale Fernsehübertragung in Japan. Es gibt einen einzigen Übertragungsweg, die Luft, und Signale mit Bild- und Audiodaten werden von mehreren Fernsehsendern auf verschiedenen Frequenzen gesendet. Auf der Empfangsseite kann der Nutzer durch Auswahl bestimmter Frequenzen die Fernsehsendungen seiner Wahl sehen. FDM wird auch für die analoge Rundfunkübertragung verwendet.
Zeitmultiplexverfahren (TDM)
Zeitmultiplexing (TDM) ist eine Multiplextechnik, bei der mehrere Datenströme in Zeitintervalle aufgeteilt werden, die als Kanäle zugewiesen werden, und auf derselben Frequenz über einen einzigen Übertragungsweg übertragen werden.
Abbildung 7-2 zeigt ein allgemeines Konzeptdiagramm von TDM. Auf der Sendeseite werden mehrere Datenströme von einem Gerät in Zeitschlitze aufgeteilt und Kanälen zugewiesen, die über einen einzigen Übertragungsweg mittels Multiplexing gesendet werden. Auf der Empfangsseite können die übertragenen Daten von mehreren Geräten empfangen werden, indem die Kanäle mit demselben Zeitplan wie beim Senden aufgeteilt werden.
Ein Beispiel für den Einsatz von TDM für die drahtlose Kommunikation ist die Fernsehübertragung in Europa und Nordamerika.
Code-Division Multiplexing (CDM)
Code-Division-Multiplexing (CDM) ist eine Multiplextechnik, bei der den Daten eindeutige Identifizierungscodes für jedes Gerät beigemischt werden, die Signale in einem einzigen Frequenzband kombiniert werden und dann die kombinierten Signale gleichzeitig über einen einzigen Übertragungsweg übertragen werden.
Abbildung 7-3 zeigt, wie CDM funktioniert. Die Daten werden mit periodischen Identifizierungscodes gemischt (moduliert), deren Dauer kürzer ist als die eines Datenbits, um ein moduliertes Signal zu erzeugen.*8 Die mehrfach modulierten Signale von jedem Gerät werden addiert und so gemultiplext, und die gemultiplexten Signale werden über einen einzigen Übertragungsweg gesendet. Auf der Empfangsseite mischt jedes Gerät die für die Modulation verwendeten Identifizierungscodes in die gemultiplexten Signale, um die Daten wiederherzustellen (zu demodulieren) und die übertragenen Daten zu extrahieren.
Es gibt keine Beispiele für die Verwendung von CDM als Norm für die drahtlose Kommunikation, aber das verwandte Mehrfachzugriffsverfahren CDMA (Code-Division Multiple Access) ist weit verbreitet.
*8 Bei der Übertragung ist die Frequenzbandbreite des modulierten Signals größer als die des ursprünglichen Datenstroms (Originalsignal). Diese Eigenschaft bietet Vorteile für Kommunikationsanwendungen, z. B. eine größere Toleranz gegenüber externen Störungen, die auf den Übertragungsweg einwirken.
< Spalte > Erläuterung der Begriffe FDD-LTE und TD-LTE in den technischen Spezifikationen von Smartphones
Bei der mobilen Kommunikation mit Smartphones oder Klapphandys und bei Telefongesprächen mit Festnetztelefonen finden Senden und Empfangen gleichzeitig statt, wobei ein einziger Kanal für die bidirektionale Übertragung von Audiodaten genutzt wird. Eine solche bidirektionale Übertragung kann auch als eine Art Multiplexing-Technologie angesehen werden.
Begriffe wie "FDD-LTE" und "TD-LTE" (TDD-LTE wird üblicherweise mit TD-LTE abgekürzt) tauchen häufig in den technischen Spezifikationen von Produkten wie Smartphones auf. FDD steht für "frequency-division duplex" (Frequenzduplex) und TDD steht für "time-division duplex" (Zeitduplex). *9 die sich beide auf eine bidirektionale Übertragung beziehen.
Long-Term-Evolution (LTE) hingegen ist der Telekommunikationsstandard der 4. Generation des Mobilfunks (4G), der auch den Mehrfachzugriff (OFDMA im Falle von 4G) umfasst. Daher bezeichnet "FDD-LTE" sowohl die bidirektionale Übertragung als auch das verwendete Mehrfachzugriffsverfahren.
Es ist etwas kompliziert, aber bidirektionale Übertragung ist nicht gleichbedeutend mit Multiplexing, daher ist es üblich, wenn man über Mehrfachzugriff schreibt, der sowohl bidirektionale Übertragung als auch Multiplexing nutzt, die beiden getrennt zu erwähnen.
*9 FDD steht für "frequency-division duplex" (Frequenzduplex), bei dem dem Herunterladen (Empfang von Daten durch das Gerät) und dem Hochladen (Senden von Daten durch das Gerät) unterschiedliche Frequenzen zugewiesen werden, um eine bidirektionale Übertragung zu ermöglichen (Abbildung 8-1).
TDD hingegen steht für "time-division duplex", bei dem dasselbe Frequenzband sowohl für das Herunterladen als auch für das Hochladen verwendet wird, die Audiodaten entlang der Zeitachse aufgeteilt werden und das Senden und Empfangen von Sprachdaten in sehr kurzen Intervallen (im Falle von Sprachanrufen in der Größenordnung von Millisekunden) abwechseln, um eine bidirektionale Übertragung zu realisieren (Abbildung 8-2). TDD ermöglicht also streng genommen kein gleichzeitiges Senden und Empfangen, obwohl dies bei Sprachanrufen zu keinen unnatürlichen hörbaren Effekten führt.
Die bidirektionale Übertragung wird ausführlicher erläutert unter Grundkenntnisse der drahtlosen Kommunikation: Drahtloser Mechanismus (2).
INDEX: FDMA, TDMA und CDMA-Mehrfachzugriff (1)
1. Wesentliche Technologien, die eine effektive Nutzung der Signalbandbreite für die drahtlose Kommunikation ermöglichen
2. Übertragung mehrerer Datenströme durch drahtlose Kommunikation
2.1 Multiplexen: Effektive Ausnutzung eines einzelnen Übertragungsweges (Luft)
2.2 Mehrfacher Zugang: Implementierung der drahtlosen Kommunikation zwischen mehreren Benutzern ohne Interferenzen
3. Wie der Mehrfachzugriff funktioniert: FDMA, TDMA und CDMA
3.1 Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (FDMA)
3.2 Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (TDMA)
3.3 Code-Division Multiple Access (CDMA)
4. Zusammenfassung
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