Neue Modulationsverfahren jenseits von OFDM

Vortrag 26: Florian Jackisch - TU Braunschweig

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) ist ein Modulationsverfahren, welches in den meisten modernen Übertragungssystemen eingesetzt wird. Dies gilt sowohl für Broadbandsysteme wie LTE und DSL als auch für Broadcastsysteme wie DAB und die neuesten DVB-Standards.

Im Zuge der Diskussionen zum Mobilfunkstandard der fünften Generation wurde über alternative Modulationsverfahren diskutiert. In diesem Vortrag soll den Zuhörern ein Überblick über die neuesten Modulationsverfahren wie FBMC, UFMC oder GFDM gegeben werden. Diese werden mit OFDM verglichen und die Vor- und Nachteile der Verfahren vorgestellt.

OFDM ist ein Multiträgerverfahren, bei dem das Übertragungsspektrum durch orthogonale Einzelträger geformt wird. Die hierdurch verlängerten Symboldauern ermöglichen es, dass alle relevanten Echos des Signals zu beginn eines OFDM-Symbols eintreffen. Durch Hinzufügen eines Guard Intervalls zu Beginn eines jeden Symbols können Intersymbolinterferenzen (ISI) stark reduziert werden. Zudem ermöglicht OFDM eine stark vereinfachte Kanalschätzung, bei der jeder Träger individuell geschätzt und korrigiert wird.

Nachteilhaft an OFDM-Systemen ist eine mäßige Flankensteilheit im Spektrum. Um die Emissionen in Nachbarkanäle zu begrenzen, werden in OFDM-Systemen die Träger am Rand des Spektrums nicht moduliert. Das Guard Intervall enthält zudem keine Nutzdaten und verringert die spektrale Effizienz des Übertragungssystems.

Eng verwandt mit OFDM ist das Verfahren Filter Bank Multicarrier (FBMC). Bei FBMC wird durch zusätzliche Filterung erreicht, dass die Flanken des Spektrums stärker abfallen und somit weniger Guard Bands mit ungenutzten Trägern erforderlich sind. Zudem wird durch die Filterung die Signalenergie beim Übergang eines Symbols zum nächsten verringert, wodurch ISI reduziert wird. Ein Guard Intervall ist nicht nötig. Nachteilig ist die vergrößerte Komplexität der Modulation. Weitere Einschränkungen ergeben sich bei der Kombination von FBMC mit Quadraturamplitudenmodulation (QAM) und Multiple Input Multiple Output (MIMO).

Das Verfahren Universal Filtered Multicarrier (UFMC) unterteilt die Subträger des Spektrums zusätzlich in Subbänder. Diese werden individuell moduliert und im Zeitbereich blockweise gefiltert. Die Aufteilung in Subbänder verringert den Scheitelfaktor des Signals (Peak-to-average power ratio, PAPR). UFMC besitzt ebenfalls steile Flanken und benötigt kein Guard Intervall.

Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM) stellt eine Vereinheitlichung von OFDM dar und gebietet viele Freiheiten beim Entwurf des Modulationsverfahrens. Steile Flanken können durch Filter über Subträger und Symbole erreicht werden. GFDM ermöglicht zudem eine flexible Wahl des Guard Intervalls.


Über Florian Jackisch

Florian Jackisch studierte von 2009 bis 2014 Elektrotechnik an der Technischen Universität Braunschweig.

In seiner Masterarbeit beschäftigte er sich mit der Implementierung von Uplink-Kanälen für Tower Overlay over LTE-A+.

Seit seinem Abschluss ist Herr Jackisch als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Nachrichtentechnik der TU Braunschweig tätig. Dort beschäftigte er sich mit der Entwicklung eines Messempfängers für DOCSIS 3.1 und erforscht neue Modulationsverfahren für Kabelnetze.