Spektrumspreizung

Spektrumspreizung bezeichnet in der Nachrichtentechnik eine Technik, bei der ein nutzbares Informationssignal auf eine Bandbreite übertragen wird, die deutlich größer ist als die Nyquist-Bandbreite des Trägersignals. Ziel ist es, die Energie des Signals über ein breiteres Frequenzspektrum zu verteilen, wodurch Störungen, Interferenzen und Abhören erschwert werden und Mehrbenutzerzugang ermöglicht wird.

Zur Spektrumspreizung werden verschiedene Verfahren eingesetzt, am bekanntesten Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) und Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS). Bei DSSS wird das Nutzsignal mit einer Pseudozufallsabfolge (Spreading-Code) verschaltet, wodurch die Trägerenergie auf viele Chips pro Bit verteilt wird. Bei FHSS wird das Trägersignal periodisch über verschiedene Frequenzen gewechselt. Eine weitere Variante ist das Chirp Spread Spectrum (CSS), das mit linearen Frequenzverläufen arbeitet und von Radarsystemen sowie LoRa genutzt wird.

Zentrale Kenngröße ist der Processing Gain, das Verhältnis der gespreizten Bandbreite zur ursprünglichen Datendichte. Die Spread-Spectrum-Techniken erhöhen die Robustheit gegenüber Rauschen, Mehrwegpfaden und absichtlicher Störung und ermöglichen Mehrbenutzerbetrieb. Nachteile sind größerer Bandbreitenbedarf, komplexe Elektronik für Synchronisation und Codeverwaltung sowie regulatorische Anforderungen an die Bandbreite.

Anwendungen finden sich in militärischer und ziviler Kommunikation, GPS-Systemen, bestimmten WLAN- und ISM-Anwendungen sowie in Radar- und Sensoranwendungen. Spektrumspreizung kann das Abhör- und Störrisiko verringern und ermöglicht sichere Übertragung bei geringer Leistungsdichte.

Historisch entwickelte sich die Technik aus den Mittenspiel- und Nachkriegsjahren; heute ist sie in vielen Kommunikationsstandards und Funkdiensten verbreitet. Ihre Wahl hängt von Anforderungen an Bandbreite, Reichweite, Synchronisation und Störfestigkeit ab.