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Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, deutsch Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) ist eine spezielle Implementierung der Multicarrier-Modulation. Ein Modulationsverfahren, welches mehrere orthogonale Träger zur digitalen Datenübertragung verwendet. Damit ist das Verfahren eine Sonderform von FDM, bei dem durch Orthogonalität der Träger (d. h. das Maximum eines Trägers liegt bei seinen Nachbarträgern jeweils auf einem Nulldurchgang) ein Übersprechen zwischen Signalen reduziert wird, die benachbarten Trägern aufmoduliert sind.

Die zu übertragende Nutzinformation mit hoher Datenrate wird zunächst auf mehrere Teildatenströme mit niedriger Datenrate aufgeteilt. Diese Teildatenströme werden jeder für sich mit einem herkömmlichen Modulationsverfahren wie der Quadraturamplitudenmodulation mit geringer Bandbreite moduliert und anschließend die modulierten HF-Signale addiert. Um die einzelnen Signale bei der Demodulation im Empfänger unterscheiden zu können, ist es notwendig, dass die Träger im Funktionenraum orthogonal zueinander stehen. Das bewirkt, dass die Teildatenströme sich möglichst wenig gegenseitig beeinflussen.

Der Vorteil von OFDM besteht darin, dass damit die Datenübertragung auf die Besonderheiten eines Übertragungskanals, wie beispielsweise eines Funkkanals, durch eine feine Granulierung einfach angepasst werden kann. Kommt es innerhalb des OFDM-Signalspektrums zu einer schmalbandigen Störung, können von der Störung betroffene Träger von der Datenübertragung ausgenommen werden. Die gesamte Datenübertragungsrate sinkt damit nur um einen kleinen Teil. Bei einer breitbandigen Quadraturamplitudenmodulation mit nur einem Träger kann hingegen eine schmalbandige Störung im Übertragungskanal die komplette Datenübertragung unmöglich machen. Auch destruktive Interferenzen durch Mehrwegempfang betreffen jeweils nur einzelne Träger.

OFDM-Signal mit vier Trägern im Frequenzbereich. Die einzelnen Träger sind in unterschiedlichen Farben dargestellt.

Inhaltsverzeichnis

Ein Symbol bei OFDM mit vier Trägerfrequenzen im Zeitbereich

Jeder Träger wird zunächst separat moduliert. Je nachdem, welche der drei freien Parameter Frequenz, Amplitude und Phase dafür genutzt werden, trägt er pro Symbolschritt eine Information von einem oder mehreren Bits. Pro Symbol und Träger werden bei DAB 2 Bit, bei DVB-T 2, 4 oder 6 Bit und bei DVB-T2 bis zu 8 Bit übertragen.

Der Signalverlauf S OFDM ( t ) {\displaystyle S_{\text{OFDM}}(t)} eines Symbols setzt sich bei OFDM aus der Summe aller modulierten Träger zusammen. Damit wird bei OFDM eine sehr große Anzahl von Bits parallel übertragen. Werden beispielsweise, wie in praktischen Anwendungen, rund 7000 Träger verwendet und pro Träger vier Bit übertragen, so besitzt ein Symbol einen Informationsgehalt von maximal 28.000 Bit, die parallel in einem Symbolschritt übertragen werden. Praktisch ist die Anzahl der Bits etwas geringer, da einige Trägerfrequenzen für die Synchronisation, als Pilotton und für den Betrieb verwendet werden. Auch die Kanalcodierung zur Vorwärtsfehlerkorrektur reduziert die Nutzdatenmenge.

Entsprechend dem geringen spektralen Abstand der Trägerfrequenzen untereinander wird mit nur geringer Bandbreite moduliert. Daher ist die Symboldauer bei OFDM gegenüber Einträgerverfahren sehr viel länger. So ergibt sich bei einer gesamten Bandbreite von 8 MHz und bei 7000 Trägerfrequenzen als grober Richtwert eine Symboldauer von 875 µs, was einer Symbolrate von 1143 Baud entspricht. Die dabei erzielbare maximale Bitrate beträgt rund 32 MBit/s. Für genaue Auslegungen müssen verschiedene weitere Parameter wie der maximale Delay-Spread bei Mehrwegempfang berücksichtigt werden.

OFDM-Modulator

OFDM-Signale werden mit der komplex rechnenden inversen diskreten Fouriertransformationen (IDFT) erzeugt. Die IDFT setzt voraus, dass alle Subträgerfrequenzen orthogonal zueinander stehen. Die Blocklänge der IDFT entspricht dabei der Zahl der Subträger. IDFT lässt sich völlig in digitaler Technik mit digitalen Signalprozessoren realisieren, so dass der Hochfrequenzteil der Schaltung relativ einfach bleibt.

Orthogonalität besteht genau dann, wenn gilt:

f v = v T , f w = w T , w , v N {\displaystyle f_{v}={\frac {v}{T}},\ f_{w}={\frac {w}{T}},\ w,v\in \mathbb {N} }
1 T 0 T e j 2 π f v t e j 2 π f w t d t = { 1 , wenn v = w 0 sonst {\displaystyle {\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}e^{j2\pi f_{v}t}\,e^{-j2\pi f_{w}t}\,\mathrm {d} t={\begin{cases}1,&{\mbox{wenn }}v=w\\0&{\mbox{sonst}}\end{cases}}}
OFDM-Demodulator

Auf der Empfängerseite müssen die einzelnen Träger aus dem Signalgemisch separiert werden. Das könnte mit einzelnen Filtern geschehen, was allerdings bei mehr als einer Handvoll Frequenzen zu aufwendig wird. Daher wird heute bei allen OFDM-Decodern eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) benutzt, die die IFFT beim Sender rückgängig macht. Die Eingangsdaten der FFT sind die digitalisierten Werte des Signals aus einem Analog-Digital-Wandler (ADC).

Problematisch und aufwändig bei einem OFDM-Empfänger ist die Synchronisation auf das empfangene Signal, da der Empfänger keine direkte Zuführung des Sendetaktes hat. Üblicherweise laufen dazu mehrere Synchronisationsstufen hintereinander ab. Zunächst muss der Sampletakt des ADC und die Frequenz des HF-Trägers so justiert werden, dass alle Träger exakt auf die FFT-Frequenzen fallen (entspricht einer Streckung/Stauchung und Verschiebung des Spektrums). Durch das Vorhandensein von vielen Echos gibt es einen Zeitpunkt, an dem die Impulsantwort die größte Energie aufweist. Aus diesem Zeitpunkt kann auf die Zeitspanne geschlossen werden, in der Echos empfangen werden und sich aufeinanderfolgende Symbole überlagern. Er wird über bestimmte Referenzsymbole bzw. Pilotträger mit einer Auto-Korrelation gefunden. Als letztes muss die für Quadraturamplitudenmodulation (QAM) notwendige Phasenreferenz extrahiert werden (sogenannte Kanalschätzung).

Je nach OFDM-Verfahren unterstützen verschiedene Zusatzsignale diese Synchronisation. Bei Digital Audio Broadcasting (DAB) überträgt man dazu ein Symbol lang gar keine Energie (Nullsymbol) und anschließend ein sog. Phasenreferenzsymbol zur exakten Frequenz- und Zeitsynchronisation. DVB-T nutzt ein systematisch über die Träger hinwegwanderndes Muster von Pilottönen. Mithilfe dieser Pilottöne kann die Phasenänderung über die Frequenz und Zeit hinweg ermittelt werden.

Coded Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (COFDM) ist ein Übertragungsverfahren für digitale Informationen, welches das Modulationsverfahren OFDM um eine Vorwärtsfehlerkorrektur innerhalb des Symboles ergänzt.

Die Stärken von COFDM liegen in der Resistenz gegenüber dem allgemeinen störenden Mehrwegempfang und dessen Echos und der daraus resultierenden Möglichkeit, mehrere räumlich benachbarte Sender auf der gleichen Sendefrequenz als sogenanntes Gleichwellennetz betreiben zu können. Es eignet sich auch für den mobilen Empfang damit übertragener Signale.

COFDM als Übertragungsverfahren wird insbesondere von Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Radio Mondiale (DRM) und vom europäischen, digitalen Fernsehstandard DVB-T verwendet.

Durch den Gleichwellenbetrieb bzw. bei Mehrwegeempfang kommt es innerhalb der Zeit eines Symbols zu konstruktiven und destruktiven Interferenzen, was zur Auslöschung oder Verstärkung einzelner Trägerfrequenzen führt. Da allerdings innerhalb des Kanals sehr viele Trägerfrequenzen parallel zur Verfügung stehen und Interferenzen frequenzselektiv sind, werden nur einzelne Träger an bestimmten räumlichen Empfangspunkten tatsächlich ausgelöscht bzw. verstärkt.

Bei OFDM bestehen prinzipiell die gleichen physikalischen Probleme wie bei Einträgerverfahren, jedoch lassen sich diese störenden Einflüsse der Interferenz durch zwei Verfahren stark reduzieren, da die Symboldauer bei OFDM gegenüber Einträgerverfahren sehr viel länger ist.

Neben der Vorwärtsfehlerkorrektur durch Kanalkodierung wird die zu übertragende Information bei COFDM redundant auf mehrere Trägerfrequenzen verteilt. Dadurch kann der COFDM-Empfänger auch bei Auslöschung einzelner Trägerfrequenzen durch Interferenz die korrekte Nutzdateninformation rekonstruieren und ein Gleichwellensenderbetrieb mit Überlappungszonen der einzelnen Sender ist möglich.

Ein Guard Intervall (Schutzintervall) sorgt dafür, dass zwischen zwei gesendeten Symbolen eine „Ruhezeit“ eingehalten wird, so dass es nicht zum Symbolübersprechen aufeinanderfolgender Symbole kommt. Typische Schutzzeiten liegen zwischen 1/32 Symboldauer bis zu 1/4 Symboldauer. Die Länge des Guard Intervall bestimmt die mögliche Intersymbolinterferenz-freie Entfernungsdifferenz zu den Sendern. Bei einer Ruhezeit von 33 µs stören Entfernungsdifferenzen ab zehn Kilometern, was Senderabstände von etwa 20 km erlaubt, denn Auslöschung setzt ähnliche Feldstärken voraus.

Bei Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) werden die OFDM-Unterträger auf mehr als einen Nutzerkanal verteilt. Voraussetzung für das Verfahren ist bidirektionale Funkkommunikation, bei der im Gegensatz zur unidirektionalen der Kanal gemessen werden kann. Durch stetige Messung ist dem Sender die Empfangsqualität der Unterträger bei den einzelnen Nutzern bekannt. Aufgrund dieses Wissens kann er die Verwendung der Unterträger und somit die spektrale Effizienz optimieren.

In der folgenden Tabelle sind die typischen Eckdaten von einigen auf OFDM bzw. COFDM basierenden Systemen zusammengefasst:

Übertragungsstandard DAB, Eureka 147 DVB-T DVB-H DTMB IEEE 802.11a LTE
Entwicklungsjahr 1995 1997 2004 2006 1999 2006
Frequenzbereich
(MHz)
174 – 240
1452 – 1492
470 – 862
174 – 230
470 – 862 470 – 862 4915 – 5825 700, 800, 900, 1800, 2100, 2600 u.v.m.
Bandbreite B
(MHz)
1,712 8, 7, 6 8, 7, 6 & 5 8 20 1.4, 3, 5, 10, 15, 20
Anzahl der Träger N 192, 384, 768 oder 1536 2K Modus: 1705
8K Modus: 6817
1705, 3409, 6817 1 (Einfachträger)
3780 (Mehrfachträger)
48 (+4 Piloten) 72, 180, 300, 600, 900, 1200
Trägermodulation DQPSK QPSK (=4-QAM), 16-QAM oder 64-QAM QPSK, 16-QAM oder 64-QAM QPSK, 16-QAM, 32-QAM oder 64-QAM. BPSK, QPSK, 16-QAM oder 64-QAM QPSK, 16-QAM, 64-QAM oder 256-QAM
Typische Symbollänge TS
(μs)
2K Modus: 224
8K Modus: 896
224, 448, 896 500 (Mehrfachträger) 3,2 66,67
Schutzintervall TG
(Teil von TS)
1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 1/6, 1/9 1/4 1/14(~4,76µs), 1/4 (16µs)
Trägerabstand
Δf = 1/(TS) ≈ B/N
(Hz)
2K Modus: 4464
8K Modus: 1116
4464, 2232, 1116 8 M (Einfachträger)
2000 (Mehrfachträger)
312,5k 15000
Nutzdatenraten R
(MBit/s)
0,576 – 1,152 4,98 – 31,67
(typisch 24)
3,7 – 23,8 4,81 – 32,49 6 – 54 3 – 300
Spektrale Effizienz R/B
(bit/s/Hz)
0,34 – 0,67 0,62 – 4,0 0,62 – 4,0 0,60 – 4,1 0,30 – 2,7
Innerer FEC Faltungscode mit Coderaten

1/4, 3/8 oder 1/2

Faltungscode mit Coderaten

1/2, 2/3, 3/4, 5/6 oder 7/8

Faltungscode mit Coderaten

1/2, 2/3, 3/4, 5/6 oder 7/8

LDPC mit Coderaten

0,4, 0,6 oder 0,8

Faltungscode mit Coderaten

1/2, 2/3 oder 3/4

Äußerer FEC Keiner RS(204,188,t=8) RS(204,188,t=8) + MPE-FEC BCH-Code (762,752)
Maximale Relativgeschwindigkeiten
(km/h)
200 – 600 53 – 185
Frequenzabhängig
350
Interleaving-Tiefe
(ms)
385 0,6 – 3,5 0,6 – 3,5 200 – 500

OFDM steht auch für Optical Frequency-Division Multiplexing, was ein synonymer Begriff zu Wellenlängen-Multiplexverfahren ist. Der Begriff „Optical Frequency-Division Multiplexing“ betont allerdings stärker, dass es sich bei dieser optischen Technik um eine aus der elektrischen Nachrichtentechnik bekannte Frequenzmultiplextechnik handelt.

  • Khaled Fazel, Stefan Kaiser: Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems. From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. 2. Auflage. John Wiley & Sons, New York NY 2008, ISBN 978-0-470-99821-2.
  • Ralph Spitschka: Synchronization Algorithms for OFDM Systems. Using the Example of WLAN. VDM Verlag Dr. Müller, Saarbrücken 2008, ISBN 978-3-639-07596-0.
  1. , Nortel
Commons: Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Übersicht: Modulator


Analoge Modulationsverfahren

AM | FM | PM | VM | SSB | SSBSC | DSBSC

Digitale Modulationsverfahren

ASK | FSK | GFSK | PSK | QPSK | QAM | APSK | OFDM | DMT | TCM | VSB

Pulsmodulationsverfahren

PDM | PAM | PFM | PPM (1) | PPM (2) | PCM

Frequenzspreizende Modulationsverfahren

FHSS | DSSS | THSS | CSS

Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren
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Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren Modulationsvefahren zur digitalen Datenubertragung Sprache Beobachten Bearbeiten OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing deutsch Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren ist eine spezielle Implementierung der Multicarrier Modulation Ein Modulationsverfahren welches mehrere orthogonale Trager zur digitalen Datenubertragung verwendet Damit ist das Verfahren eine Sonderform von FDM bei dem durch Orthogonalitat der Trager d h das Maximum eines Tragers liegt bei seinen Nachbartragern jeweils auf einem Nulldurchgang ein Ubersprechen zwischen Signalen reduziert wird die benachbarten Tragern aufmoduliert sind Die zu ubertragende Nutzinformation mit hoher Datenrate wird zunachst auf mehrere Teildatenstrome mit niedriger Datenrate aufgeteilt Diese Teildatenstrome werden jeder fur sich mit einem herkommlichen Modulationsverfahren wie der Quadraturamplitudenmodulation mit geringer Bandbreite moduliert und anschliessend die modulierten HF Signale addiert Um die einzelnen Signale bei der Demodulation im Empfanger unterscheiden zu konnen ist es notwendig dass die Trager im Funktionenraum orthogonal zueinander stehen Das bewirkt dass die Teildatenstrome sich moglichst wenig gegenseitig beeinflussen Der Vorteil von OFDM besteht darin dass damit die Datenubertragung auf die Besonderheiten eines Ubertragungskanals wie beispielsweise eines Funkkanals durch eine feine Granulierung einfach angepasst werden kann Kommt es innerhalb des OFDM Signalspektrums zu einer schmalbandigen Storung konnen von der Storung betroffene Trager von der Datenubertragung ausgenommen werden Die gesamte Datenubertragungsrate sinkt damit nur um einen kleinen Teil Bei einer breitbandigen Quadraturamplitudenmodulation mit nur einem Trager kann hingegen eine schmalbandige Storung im Ubertragungskanal die komplette Datenubertragung unmoglich machen Auch destruktive Interferenzen durch Mehrwegempfang betreffen jeweils nur einzelne Trager OFDM Signal mit vier Tragern im Frequenzbereich Die einzelnen Trager sind in unterschiedlichen Farben dargestellt Inhaltsverzeichnis 1 Modulationsverfahren 2 Empfang 3 COFDM 4 OFDMA 5 Anwendungsbeispiele 6 Sonstiges 7 Literatur 8 Einzelnachweise 9 WeblinksModulationsverfahren Bearbeiten Ein Symbol bei OFDM mit vier Tragerfrequenzen im Zeitbereich Jeder Trager wird zunachst separat moduliert Je nachdem welche der drei freien Parameter Frequenz Amplitude und Phase dafur genutzt werden tragt er pro Symbolschritt eine Information von einem oder mehreren Bits Pro Symbol und Trager werden bei DAB 2 Bit bei DVB T 2 4 oder 6 Bit und bei DVB T2 bis zu 8 Bit ubertragen Der Signalverlauf S OFDM t displaystyle S text OFDM t eines Symbols setzt sich bei OFDM aus der Summe aller modulierten Trager zusammen Damit wird bei OFDM eine sehr grosse Anzahl von Bits parallel ubertragen Werden beispielsweise wie in praktischen Anwendungen rund 7000 Trager verwendet und pro Trager vier Bit ubertragen so besitzt ein Symbol einen Informationsgehalt von maximal 28 000 Bit die parallel in einem Symbolschritt ubertragen werden Praktisch ist die Anzahl der Bits etwas geringer da einige Tragerfrequenzen fur die Synchronisation als Pilotton und fur den Betrieb verwendet werden Auch die Kanalcodierung zur Vorwartsfehlerkorrektur reduziert die Nutzdatenmenge Entsprechend dem geringen spektralen Abstand der Tragerfrequenzen untereinander wird mit nur geringer Bandbreite moduliert Daher ist die Symboldauer bei OFDM gegenuber Eintragerverfahren sehr viel langer So ergibt sich bei einer gesamten Bandbreite von 8 MHz und bei 7000 Tragerfrequenzen als grober Richtwert eine Symboldauer von 875 µs was einer Symbolrate von 1143 Baud entspricht Die dabei erzielbare maximale Bitrate betragt rund 32 MBit s Fur genaue Auslegungen mussen verschiedene weitere Parameter wie der maximale Delay Spread bei Mehrwegempfang berucksichtigt werden OFDM Modulator OFDM Signale werden mit der komplex rechnenden inversen diskreten Fouriertransformationen IDFT erzeugt Die IDFT setzt voraus dass alle Subtragerfrequenzen orthogonal zueinander stehen Die Blocklange der IDFT entspricht dabei der Zahl der Subtrager IDFT lasst sich vollig in digitaler Technik mit digitalen Signalprozessoren realisieren so dass der Hochfrequenzteil der Schaltung relativ einfach bleibt Orthogonalitat besteht genau dann wenn gilt f v v T f w w T w v N displaystyle f v frac v T f w frac w T w v in mathbb N 1 T 0 T e j 2 p f v t e j 2 p f w t d t 1 wenn v w 0 sonst displaystyle frac 1 T int 0 T e j2 pi f v t e j2 pi f w t mathrm d t begin cases 1 amp mbox wenn v w 0 amp mbox sonst end cases Empfang Bearbeiten OFDM Demodulator Auf der Empfangerseite mussen die einzelnen Trager aus dem Signalgemisch separiert werden Das konnte mit einzelnen Filtern geschehen was allerdings bei mehr als einer Handvoll Frequenzen zu aufwendig wird Daher wird heute bei allen OFDM Decodern eine schnelle Fourier Transformation FFT benutzt die die IFFT beim Sender ruckgangig macht Die Eingangsdaten der FFT sind die digitalisierten Werte des Signals aus einem Analog Digital Wandler ADC Problematisch und aufwandig bei einem OFDM Empfanger ist die Synchronisation auf das empfangene Signal da der Empfanger keine direkte Zufuhrung des Sendetaktes hat Ublicherweise laufen dazu mehrere Synchronisationsstufen hintereinander ab Zunachst muss der Sampletakt des ADC und die Frequenz des HF Tragers so justiert werden dass alle Trager exakt auf die FFT Frequenzen fallen entspricht einer Streckung Stauchung und Verschiebung des Spektrums Durch das Vorhandensein von vielen Echos gibt es einen Zeitpunkt an dem die Impulsantwort die grosste Energie aufweist Aus diesem Zeitpunkt kann auf die Zeitspanne geschlossen werden in der Echos empfangen werden und sich aufeinanderfolgende Symbole uberlagern Er wird uber bestimmte Referenzsymbole bzw Pilottrager mit einer Auto Korrelation gefunden Als letztes muss die fur Quadraturamplitudenmodulation QAM notwendige Phasenreferenz extrahiert werden sogenannte Kanalschatzung Je nach OFDM Verfahren unterstutzen verschiedene Zusatzsignale diese Synchronisation Bei Digital Audio Broadcasting DAB ubertragt man dazu ein Symbol lang gar keine Energie Nullsymbol und anschliessend ein sog Phasenreferenzsymbol zur exakten Frequenz und Zeitsynchronisation DVB T nutzt ein systematisch uber die Trager hinwegwanderndes Muster von Pilottonen Mithilfe dieser Pilottone kann die Phasenanderung uber die Frequenz und Zeit hinweg ermittelt werden COFDM BearbeitenCoded Orthogonal Frequency Division Multiplexing COFDM ist ein Ubertragungsverfahren fur digitale Informationen welches das Modulationsverfahren OFDM um eine Vorwartsfehlerkorrektur innerhalb des Symboles erganzt Die Starken von COFDM liegen in der Resistenz gegenuber dem allgemeinen storenden Mehrwegempfang und dessen Echos und der daraus resultierenden Moglichkeit mehrere raumlich benachbarte Sender auf der gleichen Sendefrequenz als sogenanntes Gleichwellennetz betreiben zu konnen Es eignet sich auch fur den mobilen Empfang damit ubertragener Signale COFDM als Ubertragungsverfahren wird insbesondere von Digital Audio Broadcasting DAB Digital Radio Mondiale DRM und vom europaischen digitalen Fernsehstandard DVB T verwendet Durch den Gleichwellenbetrieb bzw bei Mehrwegeempfang kommt es innerhalb der Zeit eines Symbols zu konstruktiven und destruktiven Interferenzen was zur Ausloschung oder Verstarkung einzelner Tragerfrequenzen fuhrt Da allerdings innerhalb des Kanals sehr viele Tragerfrequenzen parallel zur Verfugung stehen und Interferenzen frequenzselektiv sind werden nur einzelne Trager an bestimmten raumlichen Empfangspunkten tatsachlich ausgeloscht bzw verstarkt Bei OFDM bestehen prinzipiell die gleichen physikalischen Probleme wie bei Eintragerverfahren jedoch lassen sich diese storenden Einflusse der Interferenz durch zwei Verfahren stark reduzieren da die Symboldauer bei OFDM gegenuber Eintragerverfahren sehr viel langer ist Neben der Vorwartsfehlerkorrektur durch Kanalkodierung wird die zu ubertragende Information bei COFDM redundant auf mehrere Tragerfrequenzen verteilt Dadurch kann der COFDM Empfanger auch bei Ausloschung einzelner Tragerfrequenzen durch Interferenz die korrekte Nutzdateninformation rekonstruieren und ein Gleichwellensenderbetrieb mit Uberlappungszonen der einzelnen Sender ist moglich Ein Guard Intervall Schutzintervall sorgt dafur dass zwischen zwei gesendeten Symbolen eine Ruhezeit eingehalten wird so dass es nicht zum Symbolubersprechen aufeinanderfolgender Symbole kommt Typische Schutzzeiten liegen zwischen 1 32 Symboldauer bis zu 1 4 Symboldauer Die Lange des Guard Intervall bestimmt die mogliche Intersymbolinterferenz freie Entfernungsdifferenz zu den Sendern Bei einer Ruhezeit von 33 µs storen Entfernungsdifferenzen ab zehn Kilometern was Senderabstande von etwa 20 km erlaubt denn Ausloschung setzt ahnliche Feldstarken voraus OFDMA BearbeitenBei Orthogonal Frequency Division Multiple Access OFDMA werden die OFDM Untertrager auf mehr als einen Nutzerkanal verteilt Voraussetzung fur das Verfahren ist bidirektionale Funkkommunikation bei der im Gegensatz zur unidirektionalen der Kanal gemessen werden kann Durch stetige Messung ist dem Sender die Empfangsqualitat der Untertrager bei den einzelnen Nutzern bekannt Aufgrund dieses Wissens kann er die Verwendung der Untertrager und somit die spektrale Effizienz optimieren Anwendungsbeispiele BearbeitenDigital Audio Broadcasting DAB mit 192 bis 1536 Tragern auf ca 1 5 MHz Bandbreite Digital Radio Mondiale DRM mit 88 bis 460 Tragern auf ca 4 bis 20 kHz Bandbreite DVB C bei DOCSIS 3 1 DVB T mit 2048 4096 oder 8192 Tragern je nach Modus 2k 4k nur bei DVB H oder 8k auf ca 6 5 bis 7 5 MHz Bandbreite WLAN nach IEEE 802 11a IEEE 802 11g und IEEE 802 11n ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line mit 32 Tragern fur den Up und 190 fur den Downstream jeweils 4 3125 kHz uber ca 1 MHz Bandbreite siehe auch DMT VDSL Powerline z B Homeplug AV G fast LTE Long Term Evolution 1 WiMAX nach IEEE 802 16 2 2004 bei NLOS Verbindungen mit 256 Tragern vom WiMAX Forum empfohlen oder 2048 Tragern CWUSB Bluetooth 3 0 und WiNet die alle auf den ECMA 368 Standard aufsetzen In der folgenden Tabelle sind die typischen Eckdaten von einigen auf OFDM bzw COFDM basierenden Systemen zusammengefasst Ubertragungsstandard DAB Eureka 147 DVB T DVB H DTMB IEEE 802 11a LTEEntwicklungsjahr 1995 1997 2004 2006 1999 2006Frequenzbereich MHz 174 240 1452 1492 470 862 174 230 470 862 470 862 4915 5825 700 800 900 1800 2100 2600 u v m Bandbreite B MHz 1 712 8 7 6 8 7 6 amp 5 8 20 1 4 3 5 10 15 20Anzahl der Trager N 192 384 768 oder 1536 2K Modus 1705 8K Modus 6817 1705 3409 6817 1 Einfachtrager 3780 Mehrfachtrager 48 4 Piloten 72 180 300 600 900 1200Tragermodulation DQPSK QPSK 4 QAM 16 QAM oder 64 QAM QPSK 16 QAM oder 64 QAM QPSK 16 QAM 32 QAM oder 64 QAM BPSK QPSK 16 QAM oder 64 QAM QPSK 16 QAM 64 QAM oder 256 QAMTypische Symbollange TS ms 2K Modus 224 8K Modus 896 224 448 896 500 Mehrfachtrager 3 2 66 67Schutzintervall TG Teil von TS 1 4 1 8 1 16 1 32 1 4 1 8 1 16 1 32 1 4 1 6 1 9 1 4 1 14 4 76µs 1 4 16µs Tragerabstand Df 1 TS B N Hz 2K Modus 4464 8K Modus 1116 4464 2232 1116 8 M Einfachtrager 2000 Mehrfachtrager 312 5k 15000Nutzdatenraten R MBit s 0 576 1 152 4 98 31 67 typisch 24 3 7 23 8 4 81 32 49 6 54 3 300Spektrale Effizienz R B bit s Hz 0 34 0 67 0 62 4 0 0 62 4 0 0 60 4 1 0 30 2 7Innerer FEC Faltungscode mit Coderaten 1 4 3 8 oder 1 2 Faltungscode mit Coderaten 1 2 2 3 3 4 5 6 oder 7 8 Faltungscode mit Coderaten 1 2 2 3 3 4 5 6 oder 7 8 LDPC mit Coderaten 0 4 0 6 oder 0 8 Faltungscode mit Coderaten 1 2 2 3 oder 3 4Ausserer FEC Keiner RS 204 188 t 8 RS 204 188 t 8 MPE FEC BCH Code 762 752 Maximale Relativgeschwindigkeiten km h 200 600 53 185 Frequenzabhangig 350Interleaving Tiefe ms 385 0 6 3 5 0 6 3 5 200 500Sonstiges BearbeitenOFDM steht auch fur Optical Frequency Division Multiplexing was ein synonymer Begriff zu Wellenlangen Multiplexverfahren ist Der Begriff Optical Frequency Division Multiplexing betont allerdings starker dass es sich bei dieser optischen Technik um eine aus der elektrischen Nachrichtentechnik bekannte Frequenzmultiplextechnik handelt Literatur BearbeitenKhaled Fazel Stefan Kaiser Multi Carrier and Spread Spectrum Systems From OFDM and MC CDMA to LTE and WiMAX 2 Auflage John Wiley amp Sons New York NY 2008 ISBN 978 0 470 99821 2 Ralph Spitschka Synchronization Algorithms for OFDM Systems Using the Example of WLAN VDM Verlag Dr Muller Saarbrucken 2008 ISBN 978 3 639 07596 0 Einzelnachweise Bearbeiten Long Term Evolution LTE The vision beyond 3G NortelWeblinks Bearbeiten Commons Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Detailinfos zu OFDMA und SOFDMA Zusammenhang zwischen OFDM und IFFT Vieltrager Modulation PDF 638 kB V DTechnische ModulationsverfahrenUbersicht Modulator Analoge Modulationsverfahren AM FM PM VM SSB SSBSC DSBSC Digitale Modulationsverfahren ASK FSK GFSK PSK QPSK QAM APSK OFDM DMT TCM VSB Pulsmodulationsverfahren PDM PAM PFM PPM 1 PPM 2 PCM Frequenzspreizende Modulationsverfahren FHSS DSSS THSS CSS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren amp oldid 213023929, wikipedia, wiki, deutsches

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