Modulation Methods/Tasks and Classification

1. Modulation Methods
2. Vielfachzugriffsverfahren
3. Tasks and Classification

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Multiplexer und Demultiplexer

Bisher sind wir stets von einer einzigen Nachrichtenquelle ausgegangen, die Informationen

• zu einer einzigen Sinke überträgt (Punkt–zu–Punkt–Verbindung), oder
• mehrere Teilnehmer gleichzeitig versorgt (Punkt–zu–Mehrpunkt–Verbindung, Broadcast).

Dies entspricht aber eher selten den in der Praxis auftretenden Situationen. Vielmehr versorgt ein Kommunikationssystem – zumindest ein wirtschaftlich tragbares – viele Teilnehmer, die Informationen versenden wollen und gleichzeitig für die anderen Teilnehmer als Nachrichtensinken fungieren.

Für jede Klasse von Anwendungen steht in der Regel nur eine beschränkte Frequenzbandbreite zur Verfügung. Insbesondere bei Funksystemen ist die Bandbreite – da nicht beliebig vermehrbar – eine wichtige Ressource. Die World Administrative Radio Conference (WARC) koordiniert weltweit die Nutzung der heute und zukünftig verfügbaren Frequenzen. Ingenieure haben die Aufgabe, das für eine Anwendung zur Verfügung gestellte Frequenzband so effektiv wie möglich zu nutzen und damit möglichst viele Teilnehmer zu versorgen.

Die Grafik zeigt die Vorgehensweise. Die $K$ Quellensignale $q_k(t)$ werden jeweils geeignet moduliert, vom Multiplexer (MUX) zum Sendesignal $s(t)$ zusammengefasst und anschließend über den gemeinsamen physikalischen Kanal übertragen. Der Demultiplexer (DEMUX) hat die Aufgabe, die Informationen für die $K$ Teilnehmer (Sinken) aus dem Empfangssignal $r(t)$ zu extrahieren.

FDMA, TDMA und CDMA (1)

Die folgende Grafik mit den drei Achsen Zeit, Frequenz und Leistung verdeutlicht drei weit verbreitete Vielfachzugriffsverfahren, nämlich

• Frequency Division Multiple Access (FDMA),
• Time Division Multiple Access (TDMA), und
• Code Division Multiple Access (CDMA).

Mit der hier angegebenen Bezeichnung geht man davon aus, dass es mehrere Sender–Empfänger–Paare gibt, die sich ein Übertragungsmedium selbständig aufteilen. Beim Mobilfunk ist beispielsweise dieses Übertragungsmedium die Funkschnittstelle, vereinfacht ausgedrückt die „Luft” in der Umgebung einer Basisstation. Die Kanalzuteilung geschieht entweder mit einer zentralen Instanz in der Basisstation oder die Teilnehmer arbeiten mit einer Kollisionserkennung.

Dagegen spricht man von Multiplexing, wenn am Anfang eines Übertragungsweges ein Multiplexer mehrere Signale bündelt (wie im Bild im letzten Abschnitt dargestellt) und am Ende ein Demultiplexer dieses gemeinsame Signal wieder auftrennt. Abkürzend verwendet man anstelle von FDMA, TDMA und CDMA in diesem Fall FDM, TDM und CDM – also Frequency (Time, Code) Division Multiplexing.

Die Bildbeschreibung folgt im nächsten Abschnitt. Der Vollständigkeit halber soll vorher ein weiteres Vielfachzugriffsverfahren erwähnt werden: Space Division Multiple Access (SDMA). Hier wird durch die Verwendung von Gruppenantennen (auch Antennen–Arrays genannt) beim Sender eine selektive räumliche Ausbreitung der Signalkomponenten ermöglicht. Die Trennung der einzelnen Nutzer beim Empfänger erfolgt demzufolge durch die räumliche Position der jeweiligen Endgeräte.