OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) und FBMC (Filter Bank Multicarrier) verstehen
1. Orthogonales Frequenzmultiplex (OFDM):
1.1. Einführung:
OFDM ist ein weit verbreitetes Modulationsschema in drahtlosen Kommunikationssystemen, einschließlich 4G LTE und Wi-Fi. Es wurde entwickelt, um die Herausforderungen zu bewältigen, die sich aus frequenzselektiven Schwundkanälen ergeben, und ermöglicht eine effiziente Datenübertragung über das Funkspektrum.
1.2. Grundprinzipien:
- Unterträgerorthogonalität: OFDM unterteilt das verfügbare Frequenzspektrum in mehrere eng beieinander liegende Unterträger. Diese Unterträger sind orthogonal zueinander, was bedeutet, dass ihre Frequenzen sorgfältig ausgewählt werden, um Interferenzen zu vermeiden.
- Schutzintervalle: Um durch Mehrwegeausbreitung verursachte Intersymbolinterferenzen zu bekämpfen, führt OFDM Schutzintervalle zwischen Symbolen ein. Diese Schutzintervalle dienen als Zeitbereichspuffer und ermöglichen es den Signalen, sich vor dem Empfang des nächsten Symbols zu beruhigen.
- Anpassung an Kanalbedingungen: OFDM passt sich an variierende Kanalbedingungen an und die Orthogonalität der Unterträger trägt zu einer robusten Kommunikation in Umgebungen mit frequenzselektivem Fading bei.
2. Filterbank Multicarrier (FBMC):
2.1. Einführung:
FBMC ist eine alternative Mehrträgermodulationstechnik, die als potenzieller Nachfolger von OFDM Beachtung gefunden hat. Ziel ist es, einige der Einschränkungen von OFDM zu überwinden, insbesondere in Szenarien mit hoher Mobilität und dynamischen Kanalbedingungen.
2.2. Grundprinzipien:
- Subband-Filterung: Im Gegensatz zu OFDM, das einen einzigen, einheitlichen Subträgerabstand verwendet, verwendet FBMC eine Filterbankstruktur mit mehreren Subbändern. Jedes Teilband verfügt über einen eigenen Filtersatz, was eine größere Flexibilität bei der Handhabung unterschiedlicher Kanalbedingungen ermöglicht.
- Schutzbänder: FBMC führt Schutzbänder zwischen benachbarten Teilbändern ein und verringert so das Potenzial für Interferenzen. Dies ist besonders in Szenarien mit dicht gepackten Unterträgern, wie bei OFDM, von Vorteil.
- Verbesserte spektrale Effizienz: Die Filterung in FBMC ermöglicht eine konzentriertere Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums, was möglicherweise zu einer verbesserten spektralen Effizienz im Vergleich zu OFDM führt.
3. OFDM vs. FBMC:
3.1. Spektrale Effizienz:
- OFDM: OFDM bietet eine hohe spektrale Effizienz, kann jedoch aufgrund seiner starren Unterträgerstruktur in Szenarien mit hochdynamischen Kanälen vor Herausforderungen stehen.
- FBMC: FBMC bietet mit seiner Subbandfilterung einen adaptiveren Ansatz für die Spektralnutzung und bietet möglicherweise unter bestimmten Bedingungen eine verbesserte Effizienz.
3.2. Robustheit gegenüber Kanalbedingungen:
- OFDM: OFDM eignet sich gut für relativ statische Kanalbedingungen und seine Schutzintervalle tragen dazu bei, Mehrwegestörungen zu mindern.
- FBMC: Der Filteransatz von FBMC ermöglicht eine bessere Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Kanalbedingungen und macht ihn möglicherweise robuster in Szenarien mit hoher Mobilität.
3.3. Komplexität der Implementierung:
- OFDM: OFDM wurde weithin implementiert und standardisiert, was zu ausgereiften und effizienten Hardware-Implementierungen führte.
- FBMC: FBMC bringt durch den Einsatz von Filterbänken zusätzliche Komplexität mit sich, was die Implementierung anspruchsvoller und potenziell ressourcenintensiver macht.
4. Anwendungen und zukünftige Trends:
- OFDM: OFDM ist weiterhin das dominierende Modulationsschema in aktuellen drahtlosen Kommunikationsstandards wie LTE und Wi-Fi.
- FBMC: FBMC wird als potenzieller Kandidat für zukünftige Kommunikationssysteme untersucht, insbesondere in Szenarien mit hoher Mobilität und dynamischen Kanalbedingungen.
5. Abschluss:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei OFDM und FBMC um Mehrträgermodulationstechniken handelt, die darauf ausgelegt sind, unterschiedliche Herausforderungen in der drahtlosen Kommunikation zu bewältigen. OFDM bietet mit seiner etablierten Präsenz in aktuellen Standards eine hohe spektrale Effizienz, während FBMC mit seiner Teilbandfilterung einen adaptiveren Ansatz darstellt, der in bestimmten zukünftigen Szenarien von Vorteil sein könnte.