OFDM-Implementierung im Detail

Ein typischer OFDM-Sender ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Um den Umfang der für OFDM erforderlichen HF-Hardware zu reduzieren, wird der Modulationsprozess in zwei Teile aufgeteilt.

Ein erster Teil verwendet die inverse diskrete Fourier-Transformation (IDFT) oder eine ihrer effizienteren, aber äquivalenten Implementierungen, die als inverse schnelle Fourier-Transformation bekannt ist, um alle OFDM-Unterträger im Basisband um die Mittenfrequenz 0 zu modulieren.

Im zweiten Schritt wird das Signal dann auf höhere Frequenzen moduliert, um es über Funk zu übertragen.

Die binäre Datensequenz wird in die Bitverteilung eingefügt, wobei jedes Bit einem Unterträger zugeordnet wird. Diese Funktion ist sehr spezifisch für das System, das OFDM verwendet.

In EUTRAN beispielsweise hat der Scheduler großen Einfluss auf diesen Schritt. Für jeden Unterträger entnimmt ein Modulations-Mapper eine Reihe von Bits aus dem zugewiesenen Strom und ordnet sie einem einzelnen komplexwertigen Datensymbol zu.

Wie viele Bits in einer Symbolperiode abgebildet werden, hängt vom ausgewählten Modulationsschema ab (z. B. 1 Bit von OOK, BPSK; 2 Bits für QPSK, 4 Bits für 16QAM und 6 Bits für 64QAM).

Beachten Sie, dass jeder Unterträger gleichzeitig ein anderes Modulationsschema verwenden kann. Dann werden die komplexwertigen Datensymbole von den Modulations-Mappern als Frequenzbereichssignal für eine Symbolperiode interpretiert.

Sie werden in den IFFT-Algorithmus eingespeist, der den Frequenzbereichsvektor in die entsprechende Zeitsequenz umwandelt. Die Anzahl der Zeitsymbole (natürlich auch komplex) ist typischerweise gleich der Anzahl der Träger.

Beachten Sie außerdem, dass einige Unterträger vor Beginn des IFFT-Schritts möglicherweise ohne Datensymbol eingefügt werden (sogenannte virtuelle Unterträger). Sie werden üblicherweise als Schutzbänder zum Schutz vor Störungen benachbarter Funksysteme eingesetzt.

Die Zeitsequenz komplexwertiger Abtastwerte wird als nächstes zum OFDM-Symbolgenerator gebracht, der ein zyklisches Präfix und bei Bedarf ein zyklisches Suffix einfügt.

Dies geschieht einfach, indem einige Bits vom Ende des Symbols genommen und als zyklisches Präfix vor dem Symbol platziert werden. Ähnlich ist der Mechanismus für zyklische Suffixe. Dieser Schritt entspricht dem Einfügen eines zyklischen Präfixes und Suffixes für jeden Unterträger, erfordert jedoch eine geringere Anzahl arithmetischer Operationen. Optional kann jetzt eine Aufwärtskonvertierungseinheit die Abtastrate erhöhen, bevor wir zum DAC gehen. Die Aufwärtskonvertierung kann verwendet werden, um den Hardwareaufwand für den Anti-Aliasing-Filter nach dem DAC zu reduzieren, der das Signal in eine analoge Wellenform umwandelt, sodass die digitalen Abtastwerte davor der Spannung oder dem Strom danach entsprechen.

Da ein DAC ein Signal erzeugt, das das ursprüngliche Spektrum in gespiegelten Versionen in höheren Bändern wieder enthält, ist ein Tiefpassfilter (Anti-Aliasing-Filter) erforderlich, um das unerwünschte Spektrum zu unterdrücken. Der letzte Schritt besteht darin, das Signal auf den Funkträger zu modulieren.

Dies geschieht mit einem klassischen I/Q-Modulator, bei dem der Realteil der komplexen Samples auf den Kosinus und der Imaginärteil der komplexen Samples auf den Sinus der Trägerfrequenz geht. Dann haben wir das Signal einem Spektralfilter (zur Unterdrückung von Out-of-Band-Emissionen) und dem HF-Verstärker zugeführt.