Strategien für den Entwurf einer OFDM Übertragung in einem drahtlosen Kommunikationssystem

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In künftigen Mobilfunknetzen wird einerseits eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Übertragung verschiedenartiger Dienste gefordert, andererseits ist eine hohe Adaptivität an die zeitvarianten Eigenschaften des Funkkanals unverzichtbar, um die knappen Frequenzressourcen effizient nutzen zu können. Die OFDM Übertragungstechnik bietet den wesentlichen Vorteil, dass alle Subträger individuell moduliert und den einzelnen Teilnehmern zugeordnet werden können. Vor diesem Hintergrund verfolgt der Antrag das Ziel, zwei grundsätzlich unterschiedliche Konzepte für den Entwurf einer OFDM Übertragungsstrecke in einem Mehrteilnehmersystem zu entwickeln und vergleichend zu untersuchen. Das erste Konzept setzt in der Abwärtsstrecke neue Verfahren der Kanalcodierung ein. Das zweite Konzept berücksichtigt Verfahren der Linkadaption in der Modulationstechnik und im Vielfachzugriff. In der Informationstheorie wird grundsätzlich zwischen Broadcast- und Vielfachzugriffskanal unterschieden. Dabei ist der Broadcastkanal nicht darauf beschränkt, dass alle Teilnehmer dieselben Nachrichten erhalten (wie beim Rundfunk), sondern beinhaltet auch den Fall, dass ein Sender individuelle Nachrichten an mehrere Teilnehmer überträgt. In diesem Fall wird das Sendesignal zwar aus allen teilnehmerspezifischen Nachrichten berechnet, aber über individuelle Funkkanäle übertragen. Alle bisherigen drahtlosen Kommunikationssysteme (GSM, IS95, Hiperlan, UMTS usw.) interpretieren den Entwurf der Abwärtsstrecke als einen Vielfachzugriffskanal. Durch Zeit-, Frequenz-, Code- oder Raummultiplex werden die einzelnen Teilnehmersignale dabei voneinander getrennt. Informationstheoretisch besitzt der Broadcastkanal allerdings eine grössere Kanalkapazität. Aus diesem Grund wird die Abwärtsstrecke in dem ersten Systemkonzept nach den Prinzipien eines Broadcastkanals entworfen. Bei der Übertragung eines OFDM basierten Sendesignals in einem frequenzselektiven Kanal entstehen auf den einzelnen Subträgern ganz unterschiedlicher Bitfehlerraten (BER). Bei Kenntnis der teilnehmerspezifischen Kanalübertragungsfunktion können die einzelnen Subträger in der Abwärts- und Aufwärtsstrecke individuell für die einzelnen Teilnehmer ausgewählt und moduliert werden. In dem zweiten Systemkonzept stehen deshalb Techniken der Adaptivität für den Vielfachzugriff im Vordergrund, mit denen die mittlere Datenrate ebenfalls erheblich gesteigert werden kann. Im Gegensatz zum alternativen Systemvorschlag und für einen fairen Vergleich wird eine teilnehmerspezifische Kanalcodierung angenommen. Beide Systemkonzepte werden in einem einheitlichen Kanalmodell betrachtet, quantitativ miteinander verglichen und die jeweiligen Systemvor- und -nachteile ausführlich analysiert.