WiMAX-, LTE- und WLAN-Signale unter der Lupe
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
WiMAX-, LTE- und WLAN-Signale unter der Lupe
MIMO in den verschiedenen Funkstandards
Basis der meisten Anwendungen zur Breitbandübertragung ist das OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Im Gegensatz zu Einträgerverfahren setzt sich ein OFDM-Signal aus vielen orthogonalen Trägern zusammen, von denen jeder separat moduliert ist. Da die Daten parallel übertragen werden, ist die Symboldauer wesentlich länger als bei Einzelträgerverfahren mit gleicher Übertragungsrate. Bei OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex Access) sind mehrere physikalische Träger miteinander kombiniert, und jedem Teilnehmer wird – abhängig von der erforderlichen Bandbreite – eine individuelle Zahl an Trägern zugeteilt. Dadurch ist das Verfahren bestens für MIMO geeignet, weil das erforderliche Pre-Coding individuell an den einzelnen Teilnehmer anpassbar ist.
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MIMO in WiMAX-Systemen
Im Standard IEEE 802.16e-2005 ist zwar MIMO mit zwei oder vier Antennen definiert, erste Applikationen beschränken sich allerdings zur Zeit auf zwei Antennen. WiMAX verwendet Sendediversität (Matrix A) und Raummultiplex (Matrix B). Die Burst-Strukturen an Antenne 0 und an Antenne 1 unterscheiden sich. Die erste Zone ist eine DL-PUSC-Zone (Partially Utilized SubChannelization) mit einer Präambel, die immer nur über die Antenne 0 gesendet wird. An der Antenne 1 liegt kein Signal an. In der folgenden Zone übertragen beide Antennen MIMO-Signale. Für das MIMOPre-Coding werden diagonale Matrizen verwendet, weshalb die übertragenen Symbole nicht zwischen den Antennen verteilt werden. Es liegt jeweils ein Symbol an Antenne 0 und das nächste Symbol an Antenne 1 an usw. (Bild 1).
Für die Analyse des Sendesignals ist es deshalb nicht erforderlich, die Signale beider Antennen gleichzeitig zu erfassen. Die gesendeten MIMO-Signale können separat analysiert werden, weshalb auch nur ein Signalanalysator erforderlich ist und sich die Kosten für die Messausrüstung entsprechend reduzieren. Allerdings ist für Messungen an Antenne 1 ein anderer Synchronisations-Algorithmus anzuwenden, da keine Präambel vorhanden ist.
MIMO bei LTE (Long Term Evolution)
Um den steigenden zu übertragenden Datenmengen gerecht zu werden und Engpässe für die nächsten zehn und mehr Jahre zu vermeiden, wurde in 3GPP Release 8 die UMTS Long Term Evolution (LTE) spezifiziert (auch Evolved UTRA oder Evolved UTRAN), die auf OFDMA-Technik basiert. LTE verwendet sowohl Sendediversität als auch Raummultiplex. Letzteres ist auch mit Cyclic Delay Diversity kombinierbar.
Die Nutzdaten (Code-Wörter) werden verwürfelt und mit dem passenden Modulationsformat QPSK, 16QAM oder 64QAM moduliert. Anschließend werden die Informationen auf Layer abgebildet, die Anzahl der Layer ist kleiner oder gleich der Anzahl der Antennen im System. Danach erfolgt für die eigentliche Pre-Codierung die Multiplikation der Informationen mit einer Matrix (Bild 2).
Abhängig von den Gegebenheiten im Übertragungskanal wird die Matrix mit unterschiedlichen Inhalten gefüllt. Es gibt eine große Zahl möglicher vordefinierter Matrizen, die im Standard Code-Book-Einträge genannt werden. Die Tabelle zeigt einen Überblick über die Anzahl der Code-Book-Einträge. Wenn die nicht auf der Diagonale liegenden Elemente in der Matrix ungleich Null sind, werden die Nutzdaten zwischen den Antennen verteilt. Um solche Signale analysieren zu können, muss der Signalanalysator die HF-Signale aller Sender gleichzeitig erfassen, damit der Inhalt rekonstruiert werden kann.
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