Untersuchung zur Implementierung eines digitalen Übertragungssystems auf OFDM-Basis im UKW-Frequenzbereich

Inhaltsverzeichnis

1 Inhalt

2 Überblick

3 Ergebnis - Technischer Abschlußbericht

3.1 Einleitung

3.2 Auswahl verschiedener System-Modi

3.2.1 Technische Anforderungen an das System

3.2.2 Betrachtete Empfangssituationen

3.2.3 Modulation der Unterträger

3.3 Berechnung der System-Parameter

3.3.1 Wahl des Unterträgerabstands

3.3.2 Berechnung der übrigen Systemparameter

3.4 Mindestfeldstärken

3.4.1 Die eigentliche Mindestfeldstärke

3.4.2 Die Mindestfeldstärke für die Funknetzplanung

3.5 Spektrumsmasken

3.6 Schutzabstände für die Funknetzplanung

3.6.1 Benötigte Leistungsdichtespektren

3.6.2 Schutzabstände

3.6.3 Beispiele für die Versorgungsprognose

3.7 Fazit

4 Beschreibung der Modulationsverfahren

4.1 Frequenzmodulation im UKW-Band II

4.1.1 Frequenzmodulation allgemein am Beispiel eines Kosinussignals

4.1.2 System und Kennwerte der FM-Audioübertragung im UKW Band II

4.2 Allgemeine Beschreibung eines OFDM-Systems

4.2.1 Probleme der digitalen Signalübertragung

4.2.2 Eigenschaften von OFDM-Signalen

5 Bestimmung der OFDM-Parameter und des Kanalmodells

5.1 Der Mobilfunkkanal

5.2 Modellierung und stochastische Beschreibung des Mobilfunkkanals

5.2.1 Das Doppler-Spektrum

5.2.2 Verzögerungs-Leistungsdichte-Spektrum und Kohärenzbandbreite

5.2.3 Benutzte Verzögerungs-Leistungsdichte-Spektren

5.2.4 Fading im Mobilfunkkanal

5.3 Das OFDM-Signal

5.3.1 Störung durch Intersymbolinterferenz

5.3.2 Störung durch IntercarrierInterferenz

5.3.3 Spektrale Formung des OFDM-Signals

5.3.4 Zeitliche Formung des OFDM-Signals

5.3.5 Crestfaktor von OFDM-Signalen

5.3.6 Kanalschätzung

5.3.7 Kanalcodierung und daraus resultierende Bitfehlerraten

5.3.8 Empfängermodell und Mindestempfangsleistung

6 Funknetzplanung

6.1 Nutzbetrachtung des Systems

6.1.1 Ausbreitung des Signals und resultierende Feldstärken

6.1.2 Antennengewinn

6.1.3 Die Sendeleistung

6.1.4 Die entfernungsabhängige Dämpfung

6.1.5 Langsamer Schwund

6.1.6 Schneller Schwund

6.1.7 Inhouse-Versorgung

6.1.8 Der maximale Senderabstand

6.1.9 Zusammenfassung der Nutzbetrachtung durch ein stochastisches Modell

6.1.10 Wellenausbreitungskurven nach CCIR für die Funknetzplanung

6.2 Störbetrachtung des Systems

6.2.1 Rauschen durch Intersymbolinterferenz

6.2.2 Das thermische Rauschen

6.2.3 Rauschen durch Intercarrierinterferenz

6.2.4 Störung durch Man-Made-Noise

6.2.5 Mindestfeldstärke für die Funknetzplanung

6.2.6 Mindestleistung aus der Berechnung der mobilen Empfangssituation

6.2.7 Frequenzmasken für den OFDM-Rundfunk

6.2.8 Berechnung der Schutzabstände

6.2.9 Versorgungsprognosen

7 Multiplexbildung und weiteres Vorgehen

7.1 Multiplexbildung

7.2 Weiteres Vorgehen

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die technische Realisierbarkeit einer Digitalisierung des UKW-Rundfunkbandes (Band II, 88-108 MHz) mittels OFDM-Technologie, wobei der Fokus auf der Dimensionierung des Systems und der Funknetzplanung zur Gewährleistung einer stabilen Rundfunkversorgung liegt.

• Methodische Untersuchung und Dimensionierung eines digitalen OFDM-Übertragungssystems.
• Analyse des Mobilfunkkanals und stochastische Modellierung der Empfangsbedingungen.
• Entwicklung von Strategien zur störungsfreien Integration in bestehende Rundfunklandschaften.
• Berechnung notwendiger Schutzabstände und Mindestfeldstärken für verschiedene Empfangssituationen.
• Validierung der Ergebnisse durch Versorgungsprognosen und Interferenzberechnungen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

3 Ergebnis - Technischer Abschlußbericht: Dieses Kapitel stellt die Dimensionierung und Bewertung des OFDM-Systems sowie die Berechnung der für die Funknetzplanung notwendigen Parameter dar.

4 Beschreibung der Modulationsverfahren: Hier werden die Grundlagen der analogen Frequenzmodulation (FM) sowie des digitalen OFDM-Verfahrens für die Anwendung im UKW-Band erläutert.

5 Bestimmung der OFDM-Parameter und des Kanalmodells: Dieses Kapitel behandelt die mathematische Modellierung des Mobilfunkkanals und die daraus abgeleitete Bestimmung der für das OFDM-System erforderlichen Parameter.

6 Funknetzplanung: Hier erfolgt die detaillierte Planung der Ausbreitungsbedingungen und Störabstände, um die Versorgungsreichweite des digitalen Systems zu prognostizieren.

7 Multiplexbildung und weiteres Vorgehen: Ein kurzer Ausblick auf die notwendige Multiplexbildung und Empfehlungen für weiterführende Feldversuche unter Einbeziehung von DRM-Komponenten.

Schlüsselwörter

OFDM, Nachrichtentechnik, Funknetzplanung, UKW-Frequenzbereich, Digitalisierung, Mobilfunkkanal, Frequenzmodulation, 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM, Intercarrierinterferenz, Intersymbolinterferenz, Schutzabstände, Bitfehlerrate, Versorgungsreichweite.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Die Diplomarbeit befasst sich mit der theoretischen Untersuchung, ob und wie der UKW-Frequenzbereich (88-108 MHz) für einen digitalen Rundfunkbetrieb auf Basis von OFDM-Systemen genutzt werden kann, ohne bestehende analoge Versorgungen zu stören.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Arbeit fokussiert sich auf die Systemdimensionierung (Parameterwahl), die mathematische Modellierung des Mobilfunkkanals, die Analyse der digitalen Modulationsverfahren sowie die komplexe Funknetzplanung inkl. Interferenzanalysen.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist es zu beweisen, dass eine digitale Audioübertragung in CD-Qualität innerhalb einer Bandbreite von 100 kHz möglich ist und schrittweise eine Integration in das bestehende analoge Sendernetz erfolgen kann.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?

Es kommen stochastische Modellierungen des Mobilfunkkanals, die Berechnung von Fehlerwahrscheinlichkeiten (Union-Bound-Abschätzung) sowie numerische Simulationen zur Bestimmung von Signal-Rausch-Verhältnissen (CNR) und Schutzabständen zum Einsatz.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die Bestimmung der Systemparameter, die Analyse von Modulationsverfahren (FM vs. OFDM), die Charakterisierung des Kanalmodells (Fading, Doppler-Effekt) und die detaillierte Funknetzplanung (Ausbreitungsmodelle, Störabstände).

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Zentrale Begriffe sind OFDM, Funknetzplanung, UKW-Band II, 16-QAM, Intercarrierinterferenz (ICI), Intersymbolinterferenz (ISI), Mindestfeldstärken und Versorgungsprognose.

Warum ist die Wahl des Unterträgerabstands kritisch?

Die Wahl des Unterträgerabstands Δf beeinflusst direkt die Robustheit gegenüber Dopplerverschiebungen bei hoher Mobilität sowie die Symboldauer, was wiederum Auswirkungen auf die spektrale Effizienz und die Anfälligkeit für Mehrwegeausbreitung hat.

Welche Schlussfolgerung zieht der Autor zur 64-QAM?

Der Autor stellt fest, dass die 64-QAM-Variante aufgrund der benötigten hohen Unterträgerabstände und der resultierenden Ineffizienz für das gewählte Szenario weniger gut geeignet ist als die 4-QAM- oder 16-QAM-Varianten.

Wie wird die Kompatibilität zu bestehendem UKW-FM sichergestellt?

Die Kompatibilität wird durch strikte Einhaltung definierter Frequenzmasken sowie durch eine Leistungsreduzierung der digitalen Signale um 8 dB gegenüber der Leistung der analogen Sender gewährleistet, um gegenseitige Störungen zu minimieren.