Abstand der OFDM-Unterträger:
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ist eine wichtige Modulationstechnik, die in modernen drahtlosen Kommunikationssystemen, einschließlich Wi-Fi, LTE und 5G, weit verbreitet ist. OFDM basiert auf der Aufteilung des verfügbaren Frequenzspektrums in mehrere Unterträger, und der Abstand zwischen diesen Unterträgern ist ein kritischer Parameter, der die Leistung des Systems beeinflusst. Lassen Sie uns den Abstand von OFDM-Unterträgern, seine Bedeutung und Überlegungen in verschiedenen Kommunikationsstandards im Detail untersuchen:
1. Grundlagen von OFDM:
OFDM ist ein Mehrträger-Modulationsschema, das das gesamte Frequenzband in mehrere Unterträger unterteilt, die jeweils einen Teil der Daten übertragen. Diese Unterträger sind orthogonal zueinander, was bedeutet, dass sie immun gegen Interferenzen zwischen benachbarten Unterträgern sind.
2. Unterträgerabstand in OFDM:
Der Abstand zwischen OFDM-Unterträgern, oft als Δf (Delta f) bezeichnet, bestimmt den Frequenzunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Unterträgern. Die Wahl des Unterträgerabstands ist ein entscheidender Entwurfsparameter in OFDM-Systemen und variiert je nach Kommunikationsstandards.
3. IEEE 802.11 (Wi-Fi) Unterträgerabstand:
In Wi-Fi-Systemen, die den IEEE 802.11-Standards folgen, wie 802.11a, 802.11g und 802.11n, ist der Unterträgerabstand standardisiert. In 802.11a und 802.11g beträgt der Unterträgerabstand beispielsweise 312,5 kHz, während 802.11n einen variablen Unterträgerabstand einführte, der 312,5 kHz oder 156,25 kHz ermöglicht.
4. LTE-Unterträgerabstand:
Bei Long-Term Evolution (LTE), einem drahtlosen 4G-Kommunikationsstandard, ist der Unterträgerabstand auf 15 kHz festgelegt. Dieser feste Abstand wurde gewählt, um ein Gleichgewicht zwischen spektraler Effizienz, einfacher Implementierung und Kompatibilität mit vorhandenen Systemen zu schaffen.
5. 5G NR-Unterträgerabstand:
Mit der Einführung von 5G führt New Radio (NR) mehr Flexibilität beim Unterträgerabstand ein. Der 5G NR-Standard unterstützt mehrere Numerologien, jede mit ihrem spezifischen Unterträgerabstand. Die Numerologie umfasst Parameter wie Unterträgerabstand, Schlitzdauer und Symboldauer. Zu den gängigen Unterträgerabständen in 5G NR gehören 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz und 240 kHz, was eine Anpassungsfähigkeit für verschiedene Anwendungsfälle bietet.
6. Faktoren, die den Unterträgerabstand beeinflussen:
6.1. Anforderungen an die Datenrate:
- Die erforderliche Datenrate beeinflusst häufig die Wahl des Unterträgerabstands. Ein kleinerer Abstand ermöglicht mehr Unterträger innerhalb der verfügbaren Bandbreite und unterstützt möglicherweise höhere Datenraten.
6.2. Verzögerungsverteilung:
- Die Verzögerungsspreizung des Kanals, die den Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der ersten und letzten Kopie eines Signals darstellt, kann sich auf den Unterträgerabstand auswirken. In Umgebungen mit erheblicher Verzögerungsverteilung können größere Unterträgerabstände vorzuziehen sein.
6.3. Kanalbedingungen:
- Die Eigenschaften des drahtlosen Kanals, einschließlich Mehrwege-Fading und frequenzselektives Fading, beeinflussen die Wahl des Unterträgerabstands. Adaptive Unterträgerabstände können eingesetzt werden, um unterschiedliche Kanalbedingungen zu berücksichtigen.
6.4. FFT-Größe:
- Die Größe der im OFDM-System verwendeten Fast-Fourier-Transformation (FFT) hängt mit dem Unterträgerabstand zusammen. Größere FFT-Größen können mehr Unterträger aufnehmen, was sich auf die Gesamtsystemleistung auswirkt.
7. Auswirkungen auf das Systemdesign:
7.1. Spektrale Effizienz:
- Kleinere Zwischenträgerabstände können zu einer höheren spektralen Effizienz beitragen und ermöglichen so eine effizientere Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums.
7.2. Robustheit gegenüber Verzögerungsausbreitung:
- Ein größerer Zwischenträgerabstand kann die Robustheit des Systems bei der Verzögerung der Ausbreitung verbessern und es für Umgebungen mit schwierigen Ausbreitungsbedingungen geeignet machen.
7.3. Kompatibilität und Koexistenz:
- Kompatibilität mit bestehenden Standards und Koexistenz mit anderen Systemen sind entscheidende Überlegungen bei der Bestimmung des Unterträgerabstands. Die standardübergreifende Harmonisierung gewährleistet einen reibungslosen Betrieb in gemeinsamen Frequenzbändern.
8. Entwicklung und zukünftige Überlegungen:
Da sich drahtlose Kommunikationstechnologien ständig weiterentwickeln, könnten zukünftige Standards zu weiteren Fortschritten beim OFDM-Unterträgerabstand führen. Diese Fortschritte könnten durch den Bedarf an höheren Datenraten, einer verbesserten spektralen Effizienz und einer verbesserten Unterstützung für verschiedene Anwendungsfälle vorangetrieben werden.
9. Abschluss:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Abstand der OFDM-Unterträger ein grundlegender Parameter in drahtlosen Kommunikationssystemen ist, die OFDM-Modulation verwenden. Die Wahl des Unterträgerabstands wird von Faktoren wie Datenratenanforderungen, Kanalbedingungen und Überlegungen zum Systemdesign beeinflusst. Bei verschiedenen Standards wie Wi-Fi, LTE und 5G NR variieren die Unterträgerabstände, um den spezifischen Anforderungen der einzelnen Technologien und den unterschiedlichen Anwendungsfällen, die sie ansprechen sollen, gerecht zu werden. Die Flexibilität beim Unterträgerabstand ist ein Schlüsselmerkmal von 5G NR und ermöglicht die Anpassung an eine Vielzahl von Einsatzszenarien.