Weitere OFDM–Anwendungen
OFDM bei DVB–T
DVB–T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) ist eine von mehreren aus dem DVB–Standard von 1997 abgeleitete Variante für die Verbreitung von Fernsehsignalen in digitaler Form. Andere damit verwandte Standards sind:
- DVB–S ⇒ für die Übertragung über Satellit,
- DVB–C ⇒ für die Übertragung über das Kabelnetz (Cable),
- DVB–H ⇒ für mobile Geräte (Handhelds).
In Deutschland konnten ab Ende 2008 schon mehr als 90% der Bevölkerung zumindest eine Auswahl öffentlich–rechtlicher Sender über DVB–T empfangen, so dass der analoge Fernsehempfang über Antenne in Kürze de facto abgelöst sein wird. Die durch die Abschaltung der Analogübertragung frei gewordenen Frequenzbänder wurden durch DVB–T direkt wiederverwendet, so dass ein Parallelbetrieb und damit ein „sanfter” Übergang nicht möglich war.
Bei DVB–T kommt das Modulationsverfahren Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex – abgekürzt COFDM – zum Einsatz. Die Erweiterung um eine Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) in Verbindung mit der bereits eingeführten Guard–Intervall–Technik ist notwendig, um den durch Echos (Mehrwegeempfang) und die Empfängerbewegung (Doppler–Effekt) entstandenen Störungen entgegenzuwirken.
Grundsätzlich handelt es sich bei DVB–T um ein Gleichwellennetz. Im Gegensatz zu klassischen Mobilfunknetzen – zum Beispiel dem GSM–Netz – werden hierbei selbst von direkt benachbarten Sendestationen die gleichen Frequenzen wiederverwendet. Dies führt an den Zellgrenzen zu Interferenzen zwischen ähnlich starken Signalen, die jedoch erhebliche Laufzeitunterschiede aufweisen können.
Den Auswirkungen eines solchen frequenzselektiven Kanals kann zwar durch eine Verlängerung des Guard–Intervalls entgegengewirkt werden. Jedoch wird dadurch zum einen die Bandbreiteneffizienz verringert, zum anderen auch die Anfälligkeit gegenüber zeitvarianten Effekten erhöht.
Systemparameter von DVB–T (1)
Die alten, analog genutzten Fernsehkanäle hatten jeweils eine Bandbreite von 7 MHz (VHF, Very High Frequency ⇒ Ultrakurzwelle) bzw. von 8 MHz (UHF, Ultra High Frequency ⇒ Dezimeterwelle). Ein jeder dieser Kanäle wird bei DVB–T meist mit vier Programmen belegt. Dafür wird das zur Verfügung stehende Spektrum auf die OFDM–Unterträger aufgeteilt.
Die nachfolgende Tabelle zeigt mögliche Parameterkonstellationen eines DVB–T–Systems. Als „Modus” wird die Anzahl der für die FFT/IFFT verwendeten Stützstellen bezeichnet, also 2048 (2K) bzw. 8192 (8K). Es werden aber nicht alle Träger tatsächlich genutzt.
Ein Vergleich der beiden Modi zeigt, dass
- der 2K–Betrieb wegen der kürzeren Kernsymboldauer $T$ für zeitvariante Einsatzbedingungen zwar gut geeignet ist,
- aber aufgrund der recht kurzen Guard–Intervalldauer $T_{\rm G}$ der tolerierbaren Kanalimpulsantwort enge Grenzen gesetzt sind.
Im 8K–Modus ist dies genau umgekehrt. Wegen der Forderung eines Gleichwellennetzes ist demnach der 8K– dem 2K–Betrieb vorzuziehen, wobei jedoch der Nachteil einer aufwändigeren Implementierung der FFT/IFFT in Kauf genommen werden muss.
Für die Modulation der Unterträger stehen bei DVB–T drei QAM–Varianten zur Verfügung:
- 4–QAM (dieses Verfahren kann auch als eine 4–PSK aufgefasst werden),
- 16–QAM (optional mit asymmetrischer Signalraumkonstellation),
- 64–QAM (optional mit asymmetrischer Signalraumkonstellation).
Eine asymmetrische Signalraumkonstellation erlaubt eine hierarchische Quellencodierung. Bei schlechten Übertragungsbedingungen kann statt dem exakten Signalraumpunkt lediglich der Quadrant detektiert werden. Damit ist der Empfang weiterhin möglich, wenn auch bei (stark) verminderter Bildqualität.
Systemparameter von DVB–T (2)
In der folgenden Tabelle aus $href{https://de.wikipedia.org/wiki/DVB-T#Technik}{WIKIPEDIA}$ sind einige resultierende Datenraten für DVB–T abhängig von der Kanalcodierungsrate $R_{\rm C}$ und der Dauer $T_{\rm G}$ des Guard–Intervalls angegeben ⇒ relative Coderedundanz: $1 – R_{\rm C}$. Das heißt: Je größer die Coderate, desto weniger Redundanz wird hinzugefügt.
