Inter-Carrier-Interferenz für OFDM

Der Preis für den optimalen Unterträgerabstand ist die Empfindlichkeit von OFDM gegenüber Frequenzfehlern. Wenn die Frequenz des Empfängers einige Bruchteile des Unterträgerabstands (Unterträgerbandbreite) beträgt, kommt es nicht nur zu Interferenzen zwischen benachbarten Trägern, sondern im Prinzip zwischen allen Trägern. Dies ist als Inter-Carrier-Interferenz (ICI) bekannt und wird in der Theorie der diskreten Fourier-Transformation manchmal auch als Leakage-Effekt bezeichnet.

Der Effekt wird in der folgenden Abbildung veranschaulicht. Es zeigt die spektrale Leistungsdichte eines OFDM-Systems mit fünf Unterträgern. Wenn wir eine exakte Übereinstimmung zwischen Empfänger- und Senderfrequenz haben und das Symbol auf Unterträger 2 übertragen lassen möchten, gibt es keine Interferenzen durch die anderen Unterträger.

Dies liegt daran, dass bei der Mittenfrequenz von Unterträger 2 alle anderen Unterträger einen Nullpunkt ihres Leistungsspektrums haben. Wenn wir jedoch eine kleine Frequenzdrift zwischen Sender und Empfänger haben, dekodieren wir das Symbol von Unterträger 2 etwas versetzt von seiner wahren Mittenfrequenz. Doch jetzt beginnen zwei Effekte zu wirken. Der erste Unterträger 2 hat hier nicht mehr sein Leistungsdichtemaximum – wir verlieren also etwas Signalenergie. Zweitens haben die anderen Unterträger 0, 1, 3 und 4 hier keinen Nullpunkt mehr. Wir bekommen also etwas Rauschen von jedem anderen Unterträger.

Das Ergebnis ist ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis durch einen verringerten Signalpegel und einen erhöhten Rauschpegel. Dies ist der Inter-Carrier-Interferenzeffekt für OFDM. Wie man sieht, hängt dies stark vom Verhältnis zwischen dem absoluten Frequenzversatz zwischen Sender und Empfänger und dem Unterträgerabstand ab. Um den Einfluss des ICI auf OFDM-Systeme vollständig durch Hardware zu begrenzen, müssten wir Empfänger und Sender mit einer Frequenzstabilität von unter 0,1 ppm haben.

Dies würde die Kosten und Komplexität der Hardware drastisch erhöhen. Daher befasst sich ein großer Teil der OFDM-Software im Empfänger mit der Frequenzkorrektur mithilfe des zyklischen Präfixes, aber auch mit mit dem Signal gesendeten Referenz- oder Pilotsignalen.

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