Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ist ein weit verbreitetes Modulationsschema in drahtlosen Kommunikationssystemen, da es die Auswirkungen von Interferenzen abmildern und eine effiziente Datenübertragung über frequenzselektive Fading-Kanäle ermöglichen kann. Die Designprinzipien von OFDM tragen auf verschiedene Weise zu seiner Widerstandsfähigkeit gegen Störungen bei:
1. Orthogonalität der Unterträger:
Frequenztrennung:
- OFDM unterteilt das verfügbare Frequenzspektrum in mehrere orthogonale Unterträger. Diese Unterträger sind in präzisen Abständen angeordnet, sodass sie sich im Frequenzbereich nicht überlappen. Die Orthogonalität der Unterträger verhindert Interferenzen zwischen ihnen, selbst wenn benachbarte Kanäle vorhanden sind.
Interferenzvermeidung:
- Der orthogonale Abstand zwischen den Unterträgern minimiert die Möglichkeit einer Interferenz zwischen benachbarten Frequenzkomponenten. Jeder Unterträger kann unabhängig moduliert und demoduliert werden, ohne die anderen zu beeinträchtigen, was eine gleichzeitige Datenübertragung ohne gegenseitige Beeinflussung ermöglicht.
2. Schutzintervalle:
Zyklisches Präfix:
- OFDM beinhaltet ein Schutzintervall, das oft als zyklisches Präfix bezeichnet wird. Dieses Intervall besteht aus Kopien des Endteils des OFDM-Symbols und wird vor jedem Symbol eingefügt. Das zyklische Präfix hilft beim Umgang mit Mehrwegeausbreitungseffekten, indem es Intersymbolinterferenzen abschwächt.
Mehrwege-Interferenzminderung:
- Das zyklische Präfix ermöglicht es dem Empfänger, verzögerte Versionen des übertragenen Signals zu trennen, die durch Mehrwegeausbreitung verursacht werden. Durch das Entfernen des zyklischen Präfixes beim Empfänger mildert OFDM effektiv Mehrwegestörungen und stellt sicher, dass die verzögerten Kopien des Signals das aktuelle Symbol nicht stören.
3. Inhärenter Widerstand gegen frequenzselektives Fading:
Verteilung von Daten über Unterträger:
- OFDM verteilt die übertragenen Daten auf mehrere Unterträger. Bei frequenzselektivem Schwund, bei dem verschiedene Frequenzen unterschiedlich stark gedämpft werden, stellt die durch die Vielzahl von Unterträgern bereitgestellte Diversität sicher, dass zumindest einige Unterträger günstige Kanalbedingungen erfahren.
Kanalentzerrung:
- OFDM-Systeme können einen Frequenzbereichsausgleich implementieren, um Schwankungen der Kanalbedingungen über verschiedene Unterträger hinweg auszugleichen. Dieser Ausgleich trägt dazu bei, die Auswirkungen des frequenzselektiven Schwunds abzuschwächen und die Robustheit der Kommunikationsverbindung zu erhöhen.
4. Inhärenter Widerstand gegen Schmalbandinterferenz:
Unterdrückung von Schmalbandinterferenzen:
-
Der Breitbandcharakter von
- OFDM sorgt für eine inhärente Resistenz gegen Schmalbandinterferenzen. Da Schmalbandinterferenzen nur einen begrenzten Teil des Frequenzspektrums beeinträchtigen, kann OFDM weiterhin Daten über die nicht betroffenen Unterträger übertragen und so die Gesamtsystemleistung aufrechterhalten.
Selektive Unterträgerübertragung:
- Bei Schmalbandstörungen auf bestimmten Unterträgern kann OFDM selektiv Daten auf den nicht betroffenen Unterträgern übertragen und so die von der Störung betroffenen Unterträger vermeiden. Diese Anpassungsfähigkeit trägt zur Widerstandsfähigkeit von OFDM gegenüber verschiedenen Arten von Störungen bei.
5. Effiziente Spektrumnutzung:
Spektrale Effizienz:
- OFDM nutzt das verfügbare Spektrum optimal aus, indem die Unterträger eng beieinander angeordnet werden, ohne dass es zu Störungen kommt. Diese effiziente Nutzung der Spektrumressourcen ermöglicht hohe Datenraten und unterstützt mehrere Benutzer gleichzeitig ohne nennenswerte Leistungseinbußen.
Abschwächung von Störungen durch andere Benutzer:
- Die orthogonale Unterträgerstruktur ermöglicht es verschiedenen Benutzern, dasselbe Frequenzband ohne gegenseitige Beeinträchtigung zu nutzen. Die Daten jedes Benutzers werden auf einer Teilmenge orthogonaler Unterträger moduliert, um sicherzustellen, dass sich ihre Übertragungen nicht gegenseitig stören.
6. Adaptive Modulation und Codierung:
Dynamische Anpassung von Modulation und Codierung:
- OFDM-Systeme können die Modulations- und Codierungsschemata dynamisch pro Unterträger anpassen. Bei Interferenzen oder sich ändernden Kanalbedingungen kann sich OFDM anpassen, indem es eine robuste Modulation und Codierung auf Unterträgern mit schwierigen Bedingungen verwendet und gleichzeitig eine Modulation höherer Ordnung auf Unterträgern mit günstigen Kanalbedingungen einsetzt.
Robustheit gegenüber wechselnden Kanalbedingungen:
- Die Fähigkeit, Modulation und Codierung auf Unterträgerbasis anzupassen, erhöht die Robustheit von OFDM-Systemen gegenüber sich ändernden Kanalbedingungen und Interferenzen und gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation in dynamischen Umgebungen.
Abschluss:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Abwesenheit von Interferenzen bei OFDM auf die Orthogonalität der Unterträger, die Einbeziehung von Schutzintervallen, die inhärente Beständigkeit gegen frequenzselektives Fading und schmalbandige Interferenzen, die effiziente Spektrumsnutzung sowie die adaptive Modulation und Codierung zurückzuführen ist. Diese Designprinzipien tragen gemeinsam zur Wirksamkeit von OFDM bei der Minderung von Interferenzen und der Bereitstellung zuverlässiger und effizienter Kommunikation in verschiedenen drahtlosen Umgebungen bei.