emf-info

Technik – Mobilkommunikation

Kommunikation zwischen Handy und Basisstation

Allgemein

Zugriffsarten der Luftschnittstelle (Multiplexing; Beschreibungen unten). Quelle: http://www.explainthatstuff.com.

Ist ein Handy eingeschaltet, sendet es periodisch kurze Signale aus, anhand derer die Basisstation das Mobiltelefon identifizieren und lokalisieren kann. Zum Herstellen einer Verbindung legt die Basisstation die technischen Kommunikationsparameter (z.B. Frequenz, Sendestärke, Sende-Zeitfenster) fest und teilt diese dem Handy mit. Das Mobilteil synchronisiert sich dann diesen Vorgaben entsprechend mit der Basisstation. Die Synchronisation ist nicht fix, sondern wird von der Basisstation verändert. So können die Nutzung der Funkkanäle und die Sendeleistungen laufend optimiert werden. Die technischen Kommunikationsparameter unterscheiden sich stark zwischen den einzelnen Mobilfunkstandards. Die Nutzer werden durch zeitlich Staffelung (GSM), frequenzmässige Trennung (frühere Analogtelefone) oder über eine auf adressierten Informationspaketen basierten Versandart (UMTS, LTE) voneinander unterschieden (siehe Grafik). Bei allen Standards gilt zudem: hört der Benutzer nur zu, dann wird überhaupt nicht gesendet (sogenannter DTX-Modus; discontinuous transmission) um Batterie zu sparen.

GSM

Bei GSM senden und empfangen Mobiltelefone nicht kontinuierlich, sondern in sehr kurzen Zeitintervallen (Pulsen) von einer halben Tausendstelsekunde und 7 Mal so langen Pausen dazwischen (dieses Zugriffsverfahren nennt sich TDMA – Time Division Multiple Access). In den Pausen können andere Mobiltelefone bedient werden (insgesamt können also auf einem Frequenzband bis zu 8 Teilnehmer „gleichzeitig“ telefonieren). Sodann wird die Sendeleistung des Handys laufend reguliert, damit das Gerät nur so viel Energie braucht, wie für eine einwandfreie Verbindung notwendig ist. Bei gutem Empfang wird weniger abgestrahlt als bei schlechtem.

UMTS

Beim UMTS-Standard wird jedem Mobiltelefon im Einzugsgebiet einer Basisstation ein eigener „Erkennungscode“ zugeteilt (dieses Zugriffsverfahren nennt sich CDMA – Code Division Multiple Access). Die Codierung ist so etwas wie die Adresse des Absenders. Das Gespräch wird in viele kleine Stücke aufgeteilt, wobei jedes mit der Adresse versehen ist. Die Pakete werden nun so versendet, dass die freien Kanäle bzw. das verfügbare Spektrum möglichst optimal genutzt wird. Alle Nutzer können die Kapazität sozusagen „gleichzeitig“ nutzen. Die paketweise Versendung verhindert, dass sie sich gegenseitig stören. Die Pakete eines spezifischen Mobiltelefons können von der Basisstation mit Hilfe des Codes (der Adresse) aus dem Gesamtsignal herausgefiltert und separat verarbeitet werden. Weil die Endgeräte nicht zeitlich gestaffelt werden, muss ein UMTS-Handy nicht gepulst senden, sondern es sendet „kontinuierlich“, aber paketorientiert. Die Leistung wird dabei in sehr kleinen Schritten und sehr schneller Folge den aktuellen Empfangsbedingungen angepasst.

LTE

Der LTE-Standard ist eine Weiterentwicklung des UMTS-Standards. Er ist ebenfalls paketbasiert, nutzt aber das Frequenzspektrum besser aus, weil sich die einzelnen Pakete frequenzmässig überlagern dürfen, ohne dass dabei Information verloren gehen. Dieses spezielle Verfahren wird OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) genannt. Die Überlagerung ist möglich, weil die Signalcodierungen so vorgenommen werden, dass sie voneinander völlig unabhängig (also ein-eindeutig) sind. Ein LTE-Handy sendet deshalb auch kontinuierlich und mit schneller Leistungsregelung.

comments powered by Disqus