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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 56

Wireless Basics – Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) und Störungsfestigkeit

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Fehlerkorrektur integriert

In den Standards ETSI HIPERLAN/2 und IEEE 802.11a, h und n wird die erhöhte Zuverlässigkeit und mögliche Übertragungsrate dazu benutzt, sehr viele redundante Bits zu übertragen. Man erzeugt aus dem zu übertragenden Bitstrom durch die Anwendung von Faltungscodierern einen viel größeren Bitstrom mit einer sog. Vorwärts-Fehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC). Dieser Bitstrom wird dann so geschickt auf die zur Verfügung stehenden Unterträger verteilt, dass durch Störungen durchaus eine Reihe von Unterträgern abhanden kommen kann, ohne die Möglichkeit zu gefährden, aus dem verbliebenen Rest die originale Bitfolge wieder herzustellen.

Der Netzwerker, der sich mit solchen Dingen nicht so oft beschäftigt, mag nun den Eindruck bekommen, dass es sich bei den genannten Verfahren um besonders komplizierte Algorithmen handelt, die sehr teuer in der Implementierung sind und Sender und Empfänger für WLANs preislich nach oben treiben.

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Doch das Gegenteil ist der Fall. Das Problem, in einem WLAN unter der Anwesenheit von Störungen Daten zu übertragen, ist in etwa dem Problem äquivalent, Musik von einer zerkratzten CD zu hören. Auch hier ist die binär gespeicherte Information teilweise zerstört. Das dann benutzte Oversampling ist auch nichts anderes als die systematische Verwendung eines FEC. Ich habe hier absichtlich ein Beispiel aus der Unterhaltungselektronik gewählt, obwohl derartige Systeme auch im Mobilfunk schon millionenfach im Einsatz sind. Sowohl GSM als auch UMTS arbeiten mit orthogonalen Verfahren oder Mischungen von orthogonalen und anderen Verfahren.

Modulationsverfahren und Störfestigkeit

Die Modulationsverfahren haben einen wesentlich größeren Anteil an der Störfestigkeit eines Funksignals und damit mittelbar auf die Reichweite, als man das zunächst vermuten mag. Man kann dies natürlich auch mathematisch belegen – als ich das aber mal bei einer größeren Veranstaltung gemacht habe, sah ich nur in traurige Augen. Also habe ich mir zur Erklärung etwas anderes, bildliches und ansprechendes einfallen lassen:

Wir betrachten hierzu das „Wellenfrontmodell“ (siehe Abbildung 5). (Funk-)Wellen breiten sich vom Sender ausgehend mit „Wellenbergen“ und „Wellentälern“ aus. Der Abstand zwischen den Wellenbergen entspricht der Frequenz, die Höhe der Wellenberge der Amplitude und die relative Lage eines Wellenberges zu einem gedachten Nullpunkt dem relativen Nullphasenwinkel.

Betrachten wir nun zunächst ein Signal mit Amplitudenmodulation. Die binäre Signalfolge 1 0 1 0 1… werde aufmoduliert. Dadurch entstehen „breite“ und „schmale“ Wellenberge, entsprechend einer hohen oder geringen Amplitude (siehe Abbildung 6). Nun lassen wir eine Impulsstörung einwirken. Diese tritt in unserem Modell ebenfalls als Welle auf, nur eben aus einer anderen Richtung. Um die Dramatik zu erhöhen, nimmt die Impulsstörung das modulierte Signal mittendrin in die Zange. Dadurch wird die Amplitude erheblich zusammengedrückt.

Kommt dieses Signal so beim Empfänger an, wird es zu „0“ decodiert, weil für die Darstellung einer „1“ einfach zuwenig Intensität vorliegt. Und so hat die Impulsstörung es geschafft, das Signal so zu stören, dass ein Bitfehler erzeugt wurde. Das ist übrigens viel dramatischer als wenn die Impulsstörung das Nutzsignal vollständig weggehauen hätte, das hätte der Empfänger nämlich sofort bemerkt und einen Fehler angezeigt. Der Bitkipper wird jedoch erst in der CRC erkannt.

weiter mit: Ein Störanfälligkeitsvergleich zwischen AM und FM

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