Drahtlose Kommunikation - Mehrfachzugriff

Mehrfachzugriffsschemata werden verwendet, um es vielen mobilen Benutzern zu ermöglichen, gleichzeitig eine begrenzte Menge an Funkspektrum zu teilen.

Mehrfachzugriffstechniken

In drahtlosen Kommunikationssystemen ist es oft wünschenswert, dem Teilnehmer zu ermöglichen, Informationen gleichzeitig von der Mobilstation zur Basisstation zu senden, während Informationen von der Basisstation zur Mobilstation empfangen werden.

Ein zellulares System unterteilt einen bestimmten Bereich in Zellen, in denen eine mobile Einheit in jeder Zelle mit einer Basisstation kommuniziert. Das Hauptziel beim Entwurf eines zellularen Systems ist es, dies zu könnenincrease the capacity of the channeldh so viele Anrufe wie möglich in einer bestimmten Bandbreite mit einer ausreichenden Servicequalität zu bearbeiten.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Zugriff auf den Kanal zu ermöglichen. Dazu gehören hauptsächlich die folgenden:

• Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA)
• Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA)
• CDMA (Code Division Multiple Access)
• Space Division Multiple Access (SDMA)

Abhängig davon, wie die verfügbare Bandbreite den Benutzern zugewiesen wird, können diese Techniken als klassifiziert werden narrowband und wideband Systeme.

Schmalbandsysteme

Systeme, die mit Kanälen arbeiten, die wesentlich schmaler als die Kohärenzbandbreite sind, werden als Schmalbandsysteme bezeichnet. Schmalband-TDMA ermöglicht es Benutzern, denselben Kanal zu verwenden, weist jedoch jedem Benutzer auf dem Kanal einen eindeutigen Zeitschlitz zu, wodurch eine kleine Anzahl von Benutzern zeitlich auf einem einzelnen Kanal getrennt wird.

Breitband-Systeme

In Breitbandsystemen ist die Übertragungsbandbreite eines einzelnen Kanals viel größer als die Kohärenzbandbreite des Kanals. Somit beeinflusst das Mehrweg-Fading das empfangene Signal innerhalb eines Breitbandkanals nicht stark, und frequenzselektive Fades treten nur in einem kleinen Bruchteil der Signalbandbreite auf.

Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA)

FDMA ist die Basistechnologie für fortschrittliche Mobiltelefondienste. Die Merkmale von FDMA sind wie folgt.

• FDMA weist jedem unterschiedlichen Benutzer ein anderes Teilband der Frequenz zu, um auf das Netzwerk zuzugreifen.
• Wenn FDMA nicht verwendet wird, bleibt der Kanal frei, anstatt ihn den anderen Benutzern zuzuweisen.
• FDMA ist in Schmalbandsystemen implementiert und weniger komplex als TDMA.
• Hier wird eine enge Filterung durchgeführt, um Nachbarkanalstörungen zu reduzieren.
• Die Basisstation BS und die Mobilstation MS senden und empfangen gleichzeitig und kontinuierlich in FDMA.

Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA)

In den Fällen, in denen keine kontinuierliche Übertragung erforderlich ist, wird TDMA anstelle von FDMA verwendet. Die Funktionen von TDMA umfassen Folgendes.

• TDMA teilt eine einzelne Trägerfrequenz mit mehreren Benutzern, wobei jeder Benutzer nicht überlappende Zeitschlitze verwendet.
• Die Datenübertragung in TDMA ist nicht kontinuierlich, sondern erfolgt in Bursts. Daher ist der Handoff-Prozess einfacher.
• TDMA verwendet unterschiedliche Zeitschlitze zum Senden und Empfangen, daher sind keine Duplexer erforderlich.
• TDMA hat den Vorteil, dass verschiedenen Benutzern unterschiedliche Anzahlen von Zeitschlitzen pro Frame zugewiesen werden können.
• Die Bandbreite kann bei Bedarf verschiedenen Benutzern zur Verfügung gestellt werden, indem der Zeitschlitz je nach Priorität verkettet oder neu zugewiesen wird.

CDMA (Code Division Multiple Access)

Die Codeteilungs-Mehrfachzugriffstechnik ist ein Beispiel für einen Mehrfachzugriff, bei dem mehrere Sender einen einzigen Kanal verwenden, um Informationen gleichzeitig zu senden. Seine Eigenschaften sind wie folgt.

• In CDMA verwendet jeder Benutzer das gesamte verfügbare Spektrum, anstatt durch eine separate Frequenz zugewiesen zu werden.
• CDMA wird für die Sprach- und Datenkommunikation dringend empfohlen.
• Während in CDMA mehrere Codes denselben Kanal belegen, können Benutzer mit demselben Code miteinander kommunizieren.
• CDMA bietet mehr Luftraumkapazität als TDMA.
• Die Übergabe zwischen Basisstationen wird von CDMA sehr gut erledigt.

Space Division Multiple Access (SDMA)

Space Division Multiple Access oder Spatial Division Multiple Access ist eine Technik, die eine MIMO-Architektur (Multiple Input Multiple Output) darstellt und hauptsächlich in der drahtlosen und Satellitenkommunikation verwendet wird. Es hat die folgenden Funktionen.

• Alle Benutzer können gleichzeitig über denselben Kanal kommunizieren.
• SDMA ist völlig störungsfrei.
• Ein einzelner Satellit kann mit mehreren Satellitenempfängern derselben Frequenz kommunizieren.
• Die gerichteten Punktstrahlantennen werden verwendet und daher kann die Basisstation in SDMA einen sich bewegenden Benutzer verfolgen.
• Steuert die abgestrahlte Energie für jeden Benutzer im Weltraum.

Spread Spectrum Multiple Access

Spread Spectrum Multiple Access (SSMA) verwendet Signale mit einer Übertragungsbandbreite, deren Größe größer ist als die minimal erforderliche HF-Bandbreite.

Es gibt zwei Haupttypen von Spread-Spectrum-Mehrfachzugriffstechniken:

• Frequenzsprung-Spreizspektrum (FHSS)
• Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Frequenzsprung-Spreizspektrum (FHSS)

Dies ist ein digitales Mehrfachzugriffssystem, bei dem die Trägerfrequenzen der einzelnen Benutzer innerhalb eines Breitbandkanals pseudozufällig variiert werden. Die digitalen Daten werden in Bursts mit einheitlicher Größe aufgeteilt, die dann auf verschiedenen Trägerfrequenzen übertragen werden.

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Dies ist die am häufigsten verwendete Technologie für CDMA. In DS-SS wird das Nachrichtensignal mit einem Pseudozufallsrauschcode multipliziert. Jeder Benutzer erhält sein eigenes Codewort, das orthogonal zu den Codes anderer Benutzer ist. Um den Benutzer zu erkennen, muss der Empfänger das vom Sender verwendete Codewort kennen.

Die kombinatorischen Sequenzen heißen als hybrid werden auch als eine andere Art von Spreizspektrum verwendet. Time hopping ist auch ein anderer Typ, der selten erwähnt wird.

Da viele Benutzer dieselbe Spreizspektrumbandbreite gemeinsam nutzen können, ohne sich gegenseitig zu stören, werden Spreizspektrumsysteme bandwidth efficient in einer Umgebung mit mehreren Benutzern.