Für die Funkübertragung wäre als letztes noch die Modulation der Signale zu erwähnen. Jedes Modulationsverfahren hat im wesentlichen zwei Aufgaben zu erfüllen:
Um eine Signal um eine bestimmte Frequenz fo zu verschieben, bedient man sich folgender Eigenschaft:
Hier wird das zu modulierende Nutzsignal (blau) mit einer Cosinus-Funktion multipliziert, wobei die Cosinus-Funktion mit jener Frequenz schwingt, um die das blaue Nutzsignal verschoben werden soll, wie folgende Abbildungen zeigen:
Das 4-PSK Modulationsverfahren (Phase Shift Keying) hat zwei Vorteile. Einerseits ist es sehr unempfindlich gegenüber Dämpfungen bei der Funkausbreitung und andererseits erlaubt es gegenüber einem herkömmlichen Modulationsverfahren doppelt soviel an Information zu übertragen. Um dies zu gewährleisten, stehen für die Übertragung 4 Symbole zur Verfügung (daher auch der Name 4 PSK), die ich hier A, B, C, D nenne. Jetzt kann man diesen 4 Symbolen bzw. Zuständen jeweils zwei Bits zuordnen:
- A: 00
- B: 01
- C: 10
- D: 11
Ein Bitstrom [01101000101111010101] wird in einen Symbolstrom umgewandelt,
indem immer zwei Bits zu einer Gruppe zusammengefasst werden:
Bitstrom: 01 10 10 00 10 11 11 01 01 01
Symbolstrom: B C C A C D D B B B
Aus der klassischen Digitaltechnik sind wir ja bereits den Umgang mit zwei
Symbolen gewohnt: A=0, B=1.
Der Hit an der 4PSK-Modulation ist, dass jetzt mit jedem übertragenen Symbol
gleichzeitig zwei Bits übertragen werden. Die Übertragungskapazität hat sich
also verdoppelt, da die 5MHz-Bandbreite 3,84 Millionen Symbole pro Sekunde
übertragen lässt. Wie ist das möglich? Dabei kommt wieder eine orthogonale
Kodierung (siehe WCDMA) ins Spiel. Wie bei der
Frequenzverschiebung gezeigt wurde, muss ein
Signal mit der Cosinus-Funktion multiplizieren werden, um es im Frequenzbereich
zu verschieben. Praktischerweise gibt es eine orthogonale Funktion zur
Cosinus-Funktion, nämlich die Sinus-Funktion. Wie vielleicht bekannt ist,
unterscheiden sich die Sinus- und die Cosinus-Funktion nur durch eine
Phasenverschiebung von 90o. So haben in der Mathematik auch
zueinander orthogonale Vektoren einen Winkel von 90o
zueinander. Die volle Orthogonalität wird allerdings nur mit Hinzunahme eines
Tiefpassfilters erreicht - was jedoch technisch gesehen kein Problem ist. Das
orthogonale Verfahren gestaltet sich bei der Modulation folgendermaßen:
Wie bereits beim Channelization-Code und auch beim Scrambling-Code gezeigt wurde, kann man die addierten Signale wieder auseinander bringen, indem man die orthogonalen Codes (cos, sin) auch beim Empfänger verwendet:
Man sieht an der Abbildung 5, dass wiederum das gleiche Schema zur orthogonalen Dekodierung verwendet wird – nur ein Tiefpass (TP) wurde noch zugefügt. Siehe auch die Seite Funkschnittstelle.
Beim Downlink weist der Sender der Bodenstation für jedes Symbol das erste Bit der Gruppe dem oberen Zweig und das zweite Bit dem unteren Zweig zu. Der Bitstrom wird also in zwei Ströme auftgeteilt:
Die Abbildung 6 zeigt, wie der Bitstrom in zwei Ströme aufgeteilt wird, wobei jeder neue Zweig nur mehr die halbe Datenrate aufweist. Hätte man zuvor z.B. einen C4-Code (960kbit/s) gebraucht, so ist jetzt nur mehr ein C8-Code notwendig, da sich die Datenrate jeweils auf 480kbit/s reduziert hat. Dabei kann für oben und unten in Abbildung 6 der selbe C8-Code verwendet werden, da beide Datenströme durch die orthogonalen Sinus- bzw. Cosinus-Funktionen kodiert und somit geschützt werden. Der Spreizfaktor spreizt die jeweiligen Bitraten auf 3,84Mchip/s. Da jetzt aber zwei Datenströme gleichzeitig übertragen werden können, also zwei mal 3,84Mchip/s, und jeweils zwei Bit zu einem Symbol zusammengefasst werden spricht man von einer Symbolrate von 3,84Megasymbols/sec.
Ein ähnliches Verfahren wird übrigens auch von EDGE, der 3G-Alternative zu UMTS, verwendet.