Pulsung beim digitalen Mobilfunk


Beim digitalen Mobilfunk wird je nach System (z. B. GSM und einer besonderen Betriebsart von UMTS) ein Übertragungsverfahren benutzt, bei dem die Anzahl der gleichzeitig möglichen Teilnehmer durch eine zeitliche Aufteilung des Sendesignals erreicht wird. Dieses Verfahren wird als TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access; Zeitmultiplex-Zugriff) bezeichnet, jeder Teilnehmer nutzt dabei einen eigenen "Zeitschlitz".

Darüber hinaus ist aber auch die Stärke des Sendesignals (also die Sendeleistung) in ihrer Höhe von der Entfernung und anderen Faktoren zwischen Mobilgerät und Basisstation abhängig und wird zumindest beim Mobilgerät permanent geregelt (siehe dazu: Sende-Leistungsregelung).

 

 

Pulsung beim GSM-Mobilfunk


Nachfolgend werden werden einige grundlegende Eigenschaften der Pulsung beim GSM-Mobilfunk vorgestellt, weitere Details sind einer eigenen Seite zu entnehmen:

Die hochfrequente Pulsung beim GSM-System

 
Grundsätzliches

Beim GSM-System werden je acht Zeitschlitze zu einem sich ständig wiederholenden sog. "Rahmen" zusammengefasst, welcher 4,615 ms dauert. Dadurch können auf einer Sendefrequenz bis zu acht Teilnehmer gleichzeitig telefonieren.
Der für die Datenübertragung aktive Teil des Zeitschlitzes dauert 542,8 µs, hinzu kommen jeweils max. 28 µs für das Auf- und Zutasten.
Bei Basisstationen (die ja mehrere Zeitschlitze nacheinander senden können) überlappen sich die Auf- und Zutastphasen der jeweiligen Zeitschlitze etwas und gehen ineinander über.

 

Das "Sendepaket" (Burst) eines einzelnen Zeitschlitzes
(prinzipielle Darstellung)
Zeitlicher Verlauf der Sendeleistung innerhalb des Zeitschlitzes (rot)
sowie des vorgeschriebenen Toleranzrahmens (grün)

Die Impulsform des GSM-Sendesignals ist innerhalb gewisser Toleranzgrenzen (siehe rechtes Bild) vorgeschrieben, wobei auch die Steilheit des Anstiegs bzw. Abfalls nicht beliebig sein darf, sondern im Gegenteil innerhalb des Toleranzrahmens möglichst "weich" sein muß, um den Oberwellengehalt des Sendesignals gering zu halten. Auch dieser ist in seinem Maximalwert genau spezifiziert.

 

GSM-Mobilgeräte

Mobilgeräte (Handys) nutzen jeweils einen der acht Zeitschlitze innerhalb des oben beschriebenen Rahmens, wodurch während des Gesprächs ein gepulstes Ausgangssignal mit der Wiederholfrequenz von ca. 217 Hz entsteht.
 

Das Sendesignal (rot) eines GSM-Mobilgerätes

Weiterhin werden zur Organisation des Datenaustauschs jeweils 26 Rahmen zu einem Multirahmen zusammengefasst, wobei während des Letzten davon kein Signal gesendet wird. Dadurch ist dem mit 217 Hz gepulsten Ausgangssignal eine weitere gepulste Komponente (Lücke) mit der Periodizität von 120 ms (entspricht 8,33 Hz) überlagert.

 

Das Sendesignal außerhalb des Gesprächs

Auch wenn gerade kein Gespräch geführt wird, das Mobilgerät jedoch eingeschaltet und eingebucht ist, sendet es immer wieder kurzzeitig unter folgenden Bedingungen:

Das Sendesignal in Gesprächspausen

Schweigt der Mobilgerätnutzer während eines Gesprächs, so können vom Mobilgerät Zeitschlitze ausgelassen werden (DTX, discontinuous transmission). Es finden dann nur alle 104 Rahmen (entspricht 480 ms) Übertragungen von "Kontrollzeitschlitzen" statt.

 

GSM-Basisstationen

Auch die GSM-Basisstationen verwenden ein gepulstes Sendesignal, welches jedoch u. a. durch die gleichzeitige Kommunikation mit mehreren Mobilteilnehmern anders zusammengesetzt ist.

Es ist dabei zu unterscheiden zwischen Basisstationen mit einem Sender (einem Frequenzkanal) und Basisstationen mit mehreren Sendern (mehreren Frequenzkanälen):


1. Basisstation mit einem Sender

GSM-Basisstationen benötigen aus technischen Gründen einen Frequenzkanal, welcher alle Zeitschlitze belegt und diese mit der für diese Station typischen maximalen Sendeleistung ausstrahlt. Über diesen sog. BCCH-Träger (Broadcast Channel) werden sowohl organisatorische Daten und SMS (zusammen ein Zeitschlitz) sowie max. 7 gleichzeitige Teilnehmergespräche übertragen.
Durch die Aneinanderfügung aller acht Zeitschlitze entsteht zwar ein quasi-gleichförmiges Ausgangssignal, welches jedoch durch kurze "Lücken" (Dauer einige µs) dazwischen unterbrochen ist.
 


Der BCCH-Träger, ein mit kurzen Austastlücken gepulstes Sendesignal (1736 Hz)

 

2. Basisstation mit mehreren Sendern

Möchte man über eine Basisstation mehr als 7 Teilnehmergespräche gleichzeitig führen, müssen weitere Sender mit anderen Frequenzen hinzugefügt werden. Diese zusätzlichen Frequenzkanäle arbeiten wie die Mobilgeräte mit einer für jeden Zeitschlitz unabhängigen Leistungsregelung für die Sendeleistung, sodaß je nach Auslastung ein unterschiedlich gepulstes Sendesignal entsteht.
 

Gepulstes Sendesignal eines zusätzlichen Frequenzkanals (Beispiel)

 

3. Zusätzliche Pulsung durch Multiframes

Bei GSM werden zudem die sogenannten TDMA-Rahmen, die jeweils acht Zeitschlitze besitzen, in in sogenannten Multiframes zusammengefasst. Dabei kommen zwei unterschiedlich lange Multiframes zum Einsatz, einer mit 26 TDMA-Rahmen bei den zusätzlichen Frequenzkanälen, der andere mit 51 beim BCCH-Kanal. Da bei dem 26-er Multiframe durch die verwendete Datenübertragung (von Steuersignalen) jedesmal eine kurze Lücke entsteht, ist den Verkehrskanälen, sofern sie genutzt werden, eine zusätzliche Pulsung mit einer Wiederholfrequenz von ca. 8,3 Hz unterlegt.

 

Mehr Details: Die hochfrequente Pulsung beim GSM-System
Mehr Information zur GSM-Technik

 

 

Pulsung bei UMTS

Der UMTS-Standard unterscheidet zwischen zwei möglichen Betriebsarten, nämlich dem FDD-Betrieb (Frequency Division Duplex) und dem TDD-Betrieb (Time Division Duplex).
Im FDD-Betrieb werden für eine Verbindung zwei getrennte Frequenzen verwendet, nämlich eine für die Verbindung vom Mobilgerät zur Basisstation und eine von der Basisstation zum Mobilgerät. Im TDD-Betrieb dagegen wird für eine Verbindung nur eine Frequenz benötigt, die je nach Richtung jedoch in unterschiedlichen Zeiträumen genutzt wird.
Zumindest in der Anfangshase wird nach Aussage der Netzbetreiber jedoch nur der FDD-Betrieb eingesetzt und wird auch danach das Hauptverfahren bleiben. Das TDD-Verfahren ist vor allem für nicht flächendeckende Netze (z. B. firmeninterne Hausnetze) vorgesehen.

 

FDD-Betrieb

Das Sendesignal sowohl der Basisstation als auch des Mobilgerätes ist nicht gepulst. Allerdings entsteht durch die Art der Datenübertragung bei der Basisstation ähnlich zu einem amplitudenmodulierten Sender ein zeitlich schwankendes Sendesignal, dessen Aussehen von verschiedenen Faktoren wie etwa der Anzahl der mit ihr verbundenen Teilnehmer abhängt. Durch seinen unregelmässigen Verlauf wird ihm ein dem Rauschen ähnliches Verhalten zugeschrieben, doch kann man bei genauerer Betrachtung auch periodische Anteile erkennen. Hinzu kommen Effekte durch die schnelle Leistungsregelung, die zwar teilnehmerabhängig unregelmässig stark, aber mit einer festen Periodizität von 667 µs (1500 Hz) zu entsprechenden Signalanteilen führen kann.

 

TDD-Betrieb

Beim TDD-Betrieb werden 15 Zeitschlitze von je 667 µs (inkl. einer Auf/Zutastzeit von je 25 µs) zu einem Rahmen von 10 ms Dauer zusammengefasst. Daraus entsteht ein mit 100 Hz gepulstes Sendesignal.

 

Mehr Information zu UMTS

 

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Zuletzt geändert: 24.03.07