Die PHY-Struktur von IEEE 802.11n High Speed WLANs

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Datenströme & Antennen

Sodann musste sich das Gremium für die maximale Anzahl von zueinander versetzten Datenströmen und dementsprechender Anzahl von Antennen entscheiden. Man hat sich für maximal vier versetzte Datenströme, maximal vier Sendeantennen und eine einzige Empfangsantenne entschieden. Warum das Verfahren mit nur einer Empfangsantenne funktioniert, habe ich ja schon in einem vorausgegangenen Teil ausführlich erläutert. Nichtsdestotrotz kann man aber auch mehrere Empfangsantennen verwenden, diese dienen aber dann nicht dem MIMO-OFDM, sondern der Antennen-Diversity.

Abhängig von der gewünschten Übertragungsrate, der zur Verfügung stehenden Bandbreite und der erforderlichen Code-Rate gibt es dann eine Fülle von Parametern, die wir hier nur auszugsweise vorstellen können. Vorwiegende Modulationsformen sind 16-QAM und 64-QAM.

Interessant ist auch die Betrachtung der zeitabhängigen Parameter. Sie zeigt nämlich ganz deutlich, dass es haargenau die gleichen sind wie für IEEE 802.11a/h OFDM. Das ist ausgesprochen beruhigend, wie wir weiter unten noch ausführen werden.

Damit sind wir eigentlich schon fast fertig. Scrambling und Descrambling vor der QAM-Codierung sind genau so wie in 802.11a-1999 Subclause 17.3.5.4. Für die Vorbereitung und Fehlersicherung des Signals gibt es den Konvolutionscodierer und optional den Low Density Parity Check Code, LDPC. Der IEEE 802.11a/g-Konvolutionscode hat 64 Zustände. Um jetzt bei mehr Antennen effizient arbeiten zu können, wird er parallelisiert.

Dies stellt keinen Abbruch in der Qualität dar, weil jedes Symbol in einem Strom für die Aussendung über eine der mehreren Antennen genau so geschützt wird als sei es ein individuelles Symbol in einem konventionellen OFDM-System. Man hat ja bei drahtgebundenen Systemen mit einem oder 10 GBT noch zusätzliche Codierungen, die sozusagen „quer“ über die parallelen Signalwege arbeiten, drübergelegt. Hier hat man eine solche Möglichkeit jedoch verworfen, weil schon die einfache Konvolutionscodierung zu einer überragenden Stabilität führt. Eine Alternative hierzu wäre LDPC. Diese Codierung lässt mathematisch gesehen eine Überlappung der verschiedenen Signalströme in den Fehlercode eingehen und ist damit noch effizienter.

Die Abbildung 4 zeigt das resultierende Blockdiagramm für den Transmitter beschränkt auf den eigentlichen Funkteil für eine Antenne. Für mehr Antennen benötigt man die Anordnung mehrfach. Die konvolutionscodierten Signale werden zu Symbolen für die OFDM-Synthese zusammengefasst. Dann wandern sie in die inverse Fourier Transformation.

Das synthetisierte Signal wird anschließend nochmals etwas in Form gebracht und dann dem Digital/Analog Wandler zugeführt. Das mag jetzt etwas eigenartig aussehen, aber ich hatte bei der Beschreibung von OFDM diesen Schritt übergangen und direkt das Analogsignal dargestellt. Detailliert gesehen ist es jedoch so, dass der iFFT-Chip eine binäre Darstellung der späteren Teile des Analogsignals erzeugt. Dann wird das nunmehr analoge OFDM-Signal auf den Träger moduliert und schließlich über einen adaptiven Verstärker auf die Antenne geschickt.

Wir sehen hier ganz deutlich, dass der Vorgang der Signalverschiebung nach der iFFT vorgenommen wird. Nur der dargestellte Teil wird für mehrere Antennen mehrfach benötigt. Die gesamte Vorverarbeitung (MAC, PCLP, Aufspaltung des digitalen Signalstroms, Synchronisation, ...) wird nur einmal benötigt. Die grau unterlegten Komponenten sind genau die gleichen wie für 11a-, g- oder h- Transceiver und können auch in einer gleich schnellen Logikfamilie aufgebaut werden. Dadurch können die Kosten für MIMO-OFDM im Grunde genommen asymptotisch den Kosten für einfaches OFDM angenähert werden, im Klartext: sie sind sehr gering.

Es existiert noch eine Reihe weiterer Ausführungen z.B. zur Verwendung mehrerer Pilot-Töne, wenn mehrere Empfangsantennen vorhanden sind und hinsichtlich der Berechnungen zu Bitfehlerraten für die verschiedenen Fälle. Insgesamt möchte man eine Funksignal-orientierte Fehlerrate von 10 Prozent nicht überschreiten. Diese wird durch die Konvolutionsvorcodierung mit Leichtigkeit kompensiert. Die Empfängerempfindlichkeit muss sich dabei im Bereich -64 dBm bis -82 dBm für 64-QAM mit Coderate 5/6 BPSK mit Coderate 1/2 bewegen. Genau wie bei a, g und h schaltet man die Geschwindigkeit herunter, wenn sich die Umgebungsbedingungen verschlechtern.

weiter mit: Konsequenzen für die Netzwerkplanung

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