Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ist ein digitales Mehrträger-Modulationsverfahren, bei dem ein Datenstrom parallel auf viele schmalbandige, orthogonale Subträger verteilt wird. Die Technik wurde entwickelt, um Interferenzen zu minimieren und Mehrwegeausbreitung in drahtlosen Systemen zu kompensieren. Die parallele Übertragung erhöht die Robustheit gegenüber frequenzselektiver Dämpfung und vereinfacht die Kanalentzerrung im Empfänger.
Technische Merkmale
Orthogonalität
Die Subträger sind im Frequenzbereich so dicht beieinander angeordnet, dass sie sich überlappen, sich durch ihre Orthogonalität jedoch nicht gegenseitig stören. Dies maximiert die spektrale Effizienz.Subträger und Modulation
Ein typischer 20 MHz-OFDM-Kanal nutzt mehrere Dutzend bis Hunderte Subträger. Diese werden adaptiv mit Modulationsarten wie QPSK, 16-QAM oder 64-QAM belegt, abhängig von der Kanalqualität zur Optimierung von Datenrate und Zuverlässigkeit.IFFT/FFT-Verarbeitung
Das OFDM-Signal wird am Sender mithilfe einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) erzeugt und am Empfänger durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) ausgewertet. Dies ermöglicht eine effiziente Implementierung in digitalen Signalprozessoren (DSPs) oder vergleichbarer Hardware.Guard-Intervall / Zyklisches Präfix
Zur Vermeidung von Inter-Symbol-Interferenz (ISI) infolge von Mehrwegeausbreitung wird jedem OFDM-Symbol ein Guard-Intervall in Form eines zyklischen Präfixes vorangestellt.
Abgrenzung
FDM vs. OFDM
Klassisches Frequency Division Multiplexing (FDM) nutzt separierte Träger mit Schutzbändern. OFDM verwendet eng beieinanderliegende, orthogonale Subträger ohne Schutzband – das steigert die Bandbreiteneffizienz.
OFDM vs. OFDMA
OFDMA ist die Mehrbenutzer-Erweiterung von OFDM. Dabei werden Subträgergruppen (Resource Units) dynamisch mehreren Endgeräten zugewiesen und ermöglichen parallele Kommunikation.
Anwendungsbeispiele
WLAN: Eingesetzt in Wi-Fi 4 (802.11n) und Wi-Fi 5 (802.11ac) zur Modulation der PHY-Schicht
Mobilfunk: LTE-Downlink basiert auf OFDM, der Uplink auf SC-FDMA
Digitales Fernsehen: Verwendet in DVB-T und DVB-T2
Powerline-Kommunikation: Eingesetzt in Standards wie HomePlug
5G NR: Nutzt skalierbares OFDM mit variabler Subträgerabstandswahl für unterschiedliche Frequenzbänder und Anforderungen an Datenrate und Latenz (z. B. eMBB und URLLC)