Langsames und schnelles Frequenzspringen in GSM
Kurz gesagt kann Frequency Hopping als eine sequentielle Änderung der Trägerfrequenz auf der Funkverbindung zwischen dem Mobiltelefon und der Basisstation definiert werden.
Bei GSM ist eine Trägerfrequenz in acht Zeitschlitze unterteilt. Jeder Zeitschlitz stellt einen physikalischen Kanal bereit, der einer Verbindung zwischen einem Mobilgerät und einer Basisstation zugewiesen werden kann.
Die Kommunikation zwischen dem Mobiltelefon und der Basisstation erfolgt in Bursts innerhalb des zugewiesenen Zeitschlitzes. Jeder Burst dauert etwa 577 ms.
Wenn Frequenzspringen verwendet wird, kann die Trägerfrequenz zwischen jedem aufeinanderfolgenden TDMA-Rahmen geändert werden.
Dies bedeutet, dass für jede Verbindung die Änderung der Frequenz zwischen jedem Burst erfolgen kann.
Dies wird als Slow Frequency Hopping (SFH) bezeichnet, da mehr als ein Bit mit derselben Frequenz übertragen wird.
Beim Fast Frequency Hopping (FFH) darf sich die Trägerfrequenz mehr als einmal während einer Bitdauer ändern, dies ist jedoch in GSM nicht implementiert. Zunächst wurde das Frequenzsprungverfahren in militärischen Anwendungen eingesetzt, um die Geheimhaltung zu verbessern und um das System robuster gegen Störungen zu machen.
In Mobilfunknetzen bietet das Frequenzspringen auch einige zusätzliche Vorteile wie Frequenzdiversität und Interferenzdiversität.
Das Grundprinzip des Frequenzsprungs ist in der oberen Abbildung dargestellt.
Langsames Frequenzspringen in GSM:
Slow Frequency Hopping ist ein wesentliches Merkmal von GSM (Global System for Mobile Communications), das die Widerstandsfähigkeit des Systems gegen Störungen und Abhören erhöht. Beim langsamen Frequenzsprung ändert ein Mobilgerät oder eine Basisstation periodisch seine Frequenz innerhalb des zugewiesenen Frequenzbands, typischerweise mit einer langsamen Sprungrate. Diese bewusste und allmähliche Frequenzänderung wird zwischen Sender und Empfänger synchronisiert und stellt so sicher, dass beide Parteien das Sprungmuster kennen.
Ein Hauptvorteil des langsamen Frequenzspringens ist seine Fähigkeit, frequenzselektive Störungen zu bekämpfen. Durch langsame Frequenzänderungen kann das System die Auswirkungen schmalbandiger Störquellen abschwächen. Dies ist besonders wertvoll bei GSM, wo mehrere Benutzer dasselbe Frequenzband nutzen und Interferenzen durch benachbarte Kanäle ein Problem darstellen können. Langsames Frequenzspringen trägt dazu bei, dass das System eine zuverlässige und störungsfreie Verbindung aufrechterhält und so die Gesamtqualität der Sprach- und Datenübertragung verbessert.
Schnelles Frequenzspringen in GSM:
Fast Frequency Hopping ist eine weitere in GSM eingesetzte Frequenzverwaltungstechnik, die jedoch im Vergleich zum langsamen Frequenzsprung mit einer erheblich höheren Geschwindigkeit arbeitet. Beim schnellen Frequenzspringen wechselt der Sender schnell die Frequenzen innerhalb des zugewiesenen Bandes, häufig pro Burst oder pro Slot. Das Sprungmuster ist vordefiniert und zwischen Sender und Empfänger synchronisiert.
Schnelles Frequenzspringen bietet bei GSM mehrere Vorteile, vor allem im Hinblick auf Sicherheit und Störfestigkeit. Seine schnellen Frequenzänderungen machen es für Abhörer und Störer schwierig, die Kommunikation zu verfolgen und zu stören. Darüber hinaus kann schnelles Frequenzspringen dabei helfen, frequenzflache Interferenzen zu bekämpfen, bei denen ein Breitband-Störsignal gleichzeitig das gesamte Frequenzband beeinflusst. Diese Technik ist besonders wertvoll in militärischen oder sicheren Kommunikationsszenarien, in denen Vertraulichkeit und Robustheit gegen Störungen von größter Bedeutung sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl langsame als auch schnelle Frequenzsprungtechniken in GSM-Netzen eine wesentliche Rolle spielen. Langsames Frequenzspringen erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Schmalbandstörungen und gewährleistet so eine qualitativ hochwertige Kommunikation. Schnelles Frequenzspringen hingegen bietet überlegene Sicherheit und Störfestigkeit und eignet sich daher für sichere oder geschäftskritische Kommunikationsanwendungen. Die Wahl zwischen diesen Techniken hängt von den spezifischen Anforderungen des Kommunikationssystems ab.