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Grundlagen WiMAX - Anwendung, Architektur und Aufbau

20.12.2005
Von Dr. Axel Sikora

Nutzung von OFDM

Nicht nur die IEEE802.16-2004-Standards verwenden das Orthogonal-Frequency-Division-Multiplex-Verfahren (OFDM), bei dem die Datenübertragung auf mehrere Frequenzen aufgeteilt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen FDM-Verfahren überlappen sie sich nun aber teilweise.

OFDM weist aus diesem Grund eine besondere, hohe spektrale Effizienz auf. Die WiMAX-Systeme beispielsweise erreichen Werte von bis zu 3 Bit/s/Hz. OFDM ist darüber hinaus in besonderem Maße für Kanäle mit frequenzselektiver Auslöschung geeignet, wie sie insbesondere bei NLOS-Verbindungen auftreten. OFDM findet bei einer Vielzahl weiterer Kommunikationslösungen Anwendung, wie IEEE802.11 oder DSL. Im Gegensatz zu 802.11 werden allerdings einige Unterschiede deutlich:

  • So wird bei 802.16-2004 das Sendesignal auf bis zu 256 Teilfrequenzen (Subcarrier) aufgeteilt, während es bei 802.11 nur bis zu 64 Teilfrequenzen sein können. Dabei gilt der einfache Sachverhalt, dass bei einer größeren Anzahl von Subcarriers die einzelnen Frequenzbänder schmalbandiger und gleichzeitig die Symboldauern länger werden. Die längere Symboldauer erlaubt dann eine größere Toleranz der Signallaufzeit, was ein wichtiger Einflussfaktor auf die mögliche Mehrwegeausbreitung ist.

  • Zusätzlich muss die so genannte Guard Time oder Cyclic Prefix (CP) berücksichtigt werden. Hierunter versteht man die erlaubte Übergangszeit zwischen zwei aufeinander folgenden Symbolen. Diese kann bei 802.16 in Stufen von 1/32, 1/16, 1/8 oder 1/4 eingestellt werden, um eine optimale Anpassung an die Kanaleigenschaften zu erreichen.

  • Mit Hilfe dieser und weiterer Maßnahmen erlaubt der IEEE802.16 Variationen der Verzögerung (Delay Spread) von bis zu 10 µs. Im Vergleich hierzu: Der entsprechende Wert von IEEE802.11 liegt bei 90 ns.

OFDMA und SOFDMA

Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der PHY-Layer von 802.16e eine flexible Nutzung von OFDM im Rahmen des so genannten OFD Multiple Access PHY Layers (OFDMA) vorsieht. Hierdurch wird eine weitere Kanalaufteilung sowohl im Up- als auch im Downlink ermöglicht und unterschiedliche Kodierungsarten für die unterschiedlichen Teilkanäle angeboten.

Skalierbar: Bei SOFDMA lassen sich einzelne Teilkanäle nach verschiedenen Verfahren modulieren.
Skalierbar: Bei SOFDMA lassen sich einzelne Teilkanäle nach verschiedenen Verfahren modulieren.

Und schließlich kann dieser Ansatz mit Hilfe des so genannten Scalable OFDMA (SOFDMA) noch feiner an die Gegebenheiten angepasst werden, indem die Teilkanäle in Abhängigkeit von ihrer Qualität mit QPSK, 16QAM oder 64QAM moduliert werden. (mha)