Aufgabe 3.6: FDMA, TDMA und CDMA
Die Grafik verdeutlicht das Prinzip von
- Frequency Division Multiple Access (FDMA),
- Time Division Multiple Access (TDMA), und
- Code Division Multiple Access (CDMA).
Bei den hier aufgeführten Vielfachzugriffsverfahren geht man davon aus, dass es mehrere Sender–Empfänger–Paare gibt, die sich ein Übertragungsmedium selbständig aufteilen.
Dagegen spricht man von Multiplexing, wenn am Anfang der Übertragung ein Multiplexer (MUX) mehrere Signale bündelt und am Ende ein Demultiplexer (DEMUX) das gemeinsame Signal wieder auftrennt. In diesem Fall verwendet man abkürzend FDM, TDM und CDM – also Frequency (Time, Code) Division Multiplexing.
In der Aufgabe ist gefragt, welche dieser Verfahren (FDMA/FDM, TDMA/TDM, CDMA/CDM) einige der heute wichtigsten Kommunikationssysteme (GSM, UMTS, DSL) nutzen.
Hinweise:
- Die Aufgabe bezieht sich auf das Kapitel Die Charakteristika von UMTS.
- Hinweise zu den hier betrachteten Kommunikationssystemen finden Sie unter den folgenden Links:
- GSM (Global System for Mobile Communications),
- UMTS (Universal Mobile Communications Systems),
- DSL (Digital Subscriber Line).
Fragebogen
Musterlösung
(1) FDMA, TDMA und CDMA sind Vielfachzugriffsverfahren oder auch Multiplextechniken, die man dann allerdings mit FDM, TDM und CDM abkürzt: Frequency (Time, Code) Division Multiplexing. Richtig ist also der Lösungsvorschlag 2.
(2) Nur die beiden letzten Lösungsvorschläge sind richtig. FDMA/FDM ist auch bei analogen Systemen anwendbar, wofür die klassische Rundfunkübertragung (seit den 1930er Jahren) ein Beispiel ist.
(3) Beim Mobilfunkstandard GSM werden FDMA und TDMA genutzt $\Rightarrow$ Lösungsvorschlag 1 und 2. Im so genannten D–Band (Uplink von $890$ bis $915 \ \rm MHz$, Downlink von $935$ bis $960 \ \rm MHz$) gibt es unter Berücksichtigung der Guard–Bänder von je $100 \ \rm kHz$ am oberen und unteren Bereichsende in jeder Richtung $124$ FDMA–Kanäle zu je $200 \ \rm kHz$. Im E–Band (Uplink: $1710 – 1785 \ \rm MHz$, Downlink: $1805 – 1880 \ \rm MHz$) sind $374$ FDMA–Kanäle nutzbar.
Mit Zeitmultiplex (TDMA) können in jedem Frequenzband zusätzlich $8$ Teilnehmer versorgt werden. Ein TDMA–Rahmen hat die Länge $4.615 \ \rm ms$, so dass für jeden Teilnehmer in diesem zeitlichen Abstand Zeitschlitze von $0.577 \ \rm ms$ Dauer zur Verfügung stehen.
(4) Die in Deutschland ausschließlich eingesetzte UMTS–Variante UMTS Terrestrial Radio Access–Frequency Division Duplex (UTRA–FDD) besteht aus je $12$ gepaarten Uplink– und Downlink–Frequenzbändern zu je $5 \ \rm MHz$ Bandbreite zwischen $1920 \ \rm MHz$ und $1980 \ \rm MHz$ (Uplink) bzw. zwischen $2110 \ \rm MHz$ und $2170 \ \rm MHz$ (Downlink). Man könnte also durchaus von einem FDMA–System sprechen. Allerdings werden die verschiedenen $5 \ \rm MHz$–Bänder von anderen Netzbetreibern genutzt.
Betrachtet man dagegen ein $5 \ \rm MHz$–Band für sich, so besitzt UMTS keine FDMA–Komponente. In jedem der Bänder wird stattdessen CDMA eingesetzt, so dass in jedem Frequenzband gleichzeitig bis zu $512$ Teilnehmer aktiv sein können. Und in gewissem Umfang auch TDMA (Zeitschlitze, Rahmen, TTI). Richtig sind somit die Lösungsvorschläge 2 und 3.
(5) Für schnelle Internetanbindungen wird heutzutage üblicherweise DSL (Digital Subscriber Line) eingesetzt. Dieses basiert auf OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), was eine FDM–Variante ist $\Rightarrow$ Antwort 1. Die einzelnen Spektren sind dabei allerdings nicht getrennt, sondern überlappen sich. Aufgrund der Orthogonalität kommt es trotzdem nicht zu gegenseitiger Beeinflussung.
