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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 56

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

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OFDM-Systeme sind besonders stabil

Ganz besonders stabil sind schließlich die OFDM-Systeme. Zur didaktischen Vereinfachung haben wir einfach das durch die IFFT entstandene Summensignal wieder optisch zerlegt. Spektral gesehen folgen die Kanäle (Unterträger) in einer Art Round Robin Verfahren aufeinander, also o.B.d.A. zuerst Kanal 1, dann Kanal 2 usf. bis zum letzten Kanal (in unserem Beispiel gibt es nur vier Kanäle). Nach dem letzten Kanal kommt wieder der erste an die Reihe.

Es gibt jetzt wieder die grundsätzlichen Möglichkeiten AM, FM und PM um auf einen Unterträger Information aufzubringen, bei OFDM im IEEE 802.11a-Standard verwendet man dazu unterschiedliche Formen der Phasenmodulation, je nachdem, welche Datenrate man erreichen möchte.

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In Abbildung 8 sehen wir das resultierende OFDM-Signal in seiner Wellenfrontdarstellung. Zunächst modulieren wir auf den Unterträger 1 eine „1“, der Unterträger 2 soll eine „0“ darstellen, der Unterträger 3 eine „1“ usf. Die Annahme, dass zu einer Zeit nur ein Bit der primären Zeichenschwingung in einen Unterträger gebracht wird, ist rein willkürlich. Für die Erzielung von 54 Mbit/s. packt IEEE 802.11a OFDM z.B. zuerst 64 Bits in ein Symbol und moduliert dann den Unterträger mit 64-QAM.

Aber bleiben wir hier bei der einfachen Zuordnung. Im Bild sehen wir dann, was eine Impulsstörung anrichtet: nichts. Die Amplitude in Kanal 3 wird geschwächt, die Information bleibt aber erhalten und kann decodiert werden. Die besondere Stabilität des Verfahrens wird nun dadurch erreicht, dass man davon ausgehen kann, dass die Information – wenn überhaupt – mit statistischer Wirksamkeit höchstens in einem Unterträger gestört werden kann.

Also könnte man z.B. die zu übertragende Information gleichzeitig auf zwei möglichst weit auseinander liegende Unterträger verteilen. Dann wird ein Teil der Information mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit durchkommen. Wir verschwenden dabei aber natürlich Bandbreite, aber das ist letztlich ein Rechenexempel. Muss nämlich wegen eines einzigen zerstörten Bits ein Datenpaket, welches aus Tausenden Bits besteht, erneut gesendet werden, ist das eine viel größere Verschwendung.

OFDM-Systeme arbeiten i.a. so, dass in einer nahen Zone um den Sender herum davon ausgegangen wird, dass das Signal kaum gestört wird und immer gut ankommt. Deshalb kann man die mögliche Datenrate voll ausnutzen. Entfernt man sich weiter vom Sender, ist es eine gute Idee, die Nutzdatenrate zu senken und stattdessen die Redundanz zu erhöhen. In einem weiteren Schritt könnte man die Komplexität des Modulationsverfahrens für die Unterträger senken, damit auch hier ein immer stabileres Signal zustande kommt, also z.B. von 64-QAM auf 16-QAM und von 16-QAM auf QPSK (mit vier Konstellationspunkten) und schließlich auf BPSK.

Die drei Parameter effektive Nutzdatenrate, Codierungsdichte auf die Unterträger und Redundanz hinsichtlich der Darstellung der Nutzdaten sind überaus nützlich für die Konstruktion von OFDM-Systemen, die auch in schwierigen Umgebungen arbeiten.