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

Diplomarbeit 2005 136 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Nachrichtentechnik / Kommunikationstechnik

Leseprobe

Inhalt

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

8 Verzeichnisse
8.1 Abbildungsverzeichnis
8.2 Tabellenverzeichnis
8.3 Formelzeichen
8.3.1 Frequenzmodulation
8.3.2 OFDM
8.3.3 System-Parameter
8.3.4 Funknetzplanung
8.4 Literatur

Überblick

In der folgenden Arbeit wird die Möglichkeit untersucht, eine Digitalisierung der Tonrundfunkfrequenzen im Band II (88-108 MHz) durchzuführen. Die Schwerpunkte bestehen dabei aus der allgemeinen Betrachtung des OFDM-Systems sowie der Funknetz-Planungsparameter eines solchen digitalen Rundfunksystems.

Kapitel 3 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung. Es wird bewiesen, dass mindestens ein Audio-Signal in CD-Qualität in einer Nutzbandbreite von 100 kHz digital übertragen werden kann. Zusätzlich wird gezeigt, dass eine schrittweise Ersetzung analoger Sender durch digitale Sender, ähnlich wie bei Chester 97 ohne Störungen der derzeitigen Rundfunklandschaft durchgeführt werden kann.

Die nachfolgenden Kapitel zeigen die benötigen Grundlagen der Untersuchung. Zunächst werden in Kapitel 4 kurz die Modulationsverfahren erklärt. Danach erfolgt eine genaue Betrachtung des Mobilfunkkanals. Mit Hilfe der Kenntnis des Mobilfunkkanals werden grundlegende Attribute des OFDM-Signals hinsichtlich der Anforderungen des Mobilfunkkanals und der bestehenden Infrastruktur in Kapitel 5 diskutiert und bewertet. Die Betrachtung des OFDM-Signals alleine ist allerdings nicht ausreichend. Es ist nötig, eine Bewertung für die Funknetzplanung durchzuführen. Die Grundlagen dafür werden in Kapitel 6 dargestellt.

3 Ergebnis - Technischer Abschlußbericht

3.1 Einleitung

Inhalt des vorliegenden technischen Berichts ist die Dimensionierung und Bewertung eines OFDM-Systems ähnlich dem DRM-Standard im UKW-Band. Zunächst wird geklärt, welche Anforderungen an ein solches System gestellt werden müssen. Nachdem die Voraussetzungen geklärt sind, werden wichtige Systemparameter eines solchen Systems bestimmt. Die gewählte Vorgehensweise zur Bestimmung der Parameter ist im vorliegenden Bericht vollständig dargestellt. Um die Einsatzmöglichkeiten abschätzen zu können und Versorgungsprognosen durchführen zu können, werden die Mindestfeldstärken verschiedener Empfangssituationen berechnet. Mit den Frequenzmasken der verschiedenen Sendemodi und mit den typischen Leistungsdichtespektren werden Vorschläge für die gegenseitigen Schutzabstandkurven der verschiedenen Systeme einschließlich UKW-FM definiert. Abschließend wird in Kapitel 3.7 eine allgemeine und umfassende Analyse des Systems bezüglich der Anforderungen durchgeführt.

Die detaillierten Herleitungen zu den im vorliegenden technischen Bericht angegebenen Zusammenhänge können der Diplomarbeit “Untersuchung zur Implementierung eines digitalen Übertragungssystem auf OFDM-Basis im UKW-Frequenzbereich“ entnommen werden.

3.2 Auswahl verschiedener System-Modi

3.2.1 Technische Anforderungen an das System

Für die technische Untersuchung relevante Voraussetzungen für das digitale System sind:

- Das System sollte die Möglichkeit zum Aufbau von Gleichwellennetzen besitzen.
- Das System sollte für den mobilen Empfang vorbereitet sein. Die maximale Empfängergeschwindigkeit wird auf 300 km/h festgesetzt.
- Die Nutzbandbreite sollte 100 kHz betragen.
- Die Datenrate sollte für ein Programm in hörbar besserer Audioqualität als beim UKW-FM-Rundfunk ausreichen.
- Bestehende UKW-FM-Versorgungen dürfen nicht gestört werden.

3.2.2 Betrachtete Empfangssituationen

Bei der Ermittlung der Mindestfeldstärken für die Funknetzplanung werden verschiedene Empfangssituationen berücksichtigt:

- Stationärer Empfang (SE):
- Feste Antenne mit 6dB Antennengewinn auf dem Dach in 10m Höhe.
- 50% Ortswahrscheinlichkeit
- Portabler Empfang Outdoor (PEO):
- Antennenhöhe 1,5 m über dem Erdboden.
- 95% Ortswahrscheinlichkeit.
- Im Freien mit Fußgängergeschwindigkeit.
- Portabler Empfang Indoor (PEI):
- Antennenhöhe 1,5m über dem Erdboden.
- 70% Ortswahrscheinlichkeit.
- Innerhalb eines Gebäudes.
- Mobiler Empfang (ME):
- Antennenhöhe 1,5m über dem Erdboden.
- 99% Ortswahrscheinlichkeit.
- Störung durch ICI.

3.2.3 Modulation der Unterträger

Für die Untersuchung werden drei Modi eines OFDM-Signals definiert, nämlich eine 4-QAM-Variante, eine 16-QAM-Variante und eine 64-QAM-Variante. Die drei Modi unterscheiden sich in erster Linie durch die Modulationsart der Unterträger. Als Grundlage zur CNR-Bestimmung wird die Union-Bound-Abschätzung für die Urban Area (gleich der Abschätzung für die Rural Area) herangezogen. Zum benötigten CNR wird ein Zuschlag von 3dB addiert, um Verluste durch die „ungenaue“ Kanalschätzung und die Implementierung zu berücksichtigen. Die Werte aus Tab. 3-1 gelten für eine kodierte Bitfehlerrate von 10-4 und einen Faltungscode der Kodierungsrate R=½.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.1Voraussetzungen für die Auswahl der verschiedenen Modi

3.3 Berechnung der System-Parameter

Die Berechnung der System-Parameter erfolgt in einem festen Muster. Dieses Muster wird im Folgenden dargestellt.

3.3.1 Wahl des Unterträgerabstands

Zunächst muss der Unterträgerabstand Df bestimmt werden. Dieser muss den Voraussetzungen für den mobilen Empfangsfall genügen. Der Unterträgerabstand Df muss groß genug gewählt werden, um genügend Dopplerverschiebung fdmax zulassen zu können. Im mobilen Empfangsfall ist das CNR nicht nur vom thermischen Umgebungsrauschen abhängig, es ist auch abhängig von der Empfängergeschwindigkeit v und der dadurch entstehenden Dopplerverschiebung. Die maximale Dopplerverschiebung fdmax ergibt sich mit der maximalen Empfängergeschwindigkeit vmax, mit einer maximalen Unterträgerfrequenz fcmax =108 MHz und der Lichtgeschwindigkeit c zu

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.2 Maximale Dopplerverschiebung

Die Bestimmung des Unterträgerabstands Df erfolgt grafisch, wie nachfolgend dargelegt. Dabei ist zu beachten, dass zu einem ausgewählten Unterträgerabstand Df auch eine benötigte Mindestempfangsleistung PRXmin und eine maximal zulässige Empfängergeschwindigkeit vmax gehören (siehe Kapitel 3.4.1). Bei steigender Empfängergeschwindigkeit v bzw. geringerem Unterträgerabstand Df steigt der zu berücksichtigende Rauschanteil durch Intercarrierinterferenz. Mit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.2

ergibt sich für den Mindestempfangspegel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. G 3.3

Das jeweils benötigte CNR kann aus Tab. 3-1 entnommen werden. Die Störleistung durch Intersymbolinterferenz PISI wird dabei vernachlässigt. Für den Empfänger beim mobilen Empfang (ME) wird von den entsprechenden Kennwerten aus Tab. 3-5 ausgegangen. Die thermische Rauschleistungsdichte FTH lässt sich mit der Bolzmannkonstante k und den Werten aus Tab. 3-5 berechnen durch:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.4

Bei der Wahl der Unterträgerabstände Df wird bereits das minimale Guardintervall TG von 166,6666 µs berücksichtigt. Dieser Wert entsteht aus der Annahme, dass benachbarte Senderstandorte typischerweise einen Abstand von 60 km aufweisen. Um vernünftige Datenraten realisieren zu können, wird die Dauer des Guardintervall TG auf Werte von 1/16, 1/8 bzw. 1/4 der Symboldauer festgelegt.

Aus dem Zusammenhang zwischen den Unterträgerabstände Df und dem benötigten Gesamtempfangspegel PRXmin kann man nun eine Wahl bezüglich des Unterträgerabstands treffen. Die Abb. 3-1 – Abb. 3-3 zeigen den benötigten Gesamt-Mindestempfangspegel PRXmin in Abhängigkeit des Unterträgerabstands Df für die verschiedenen Modulationsarten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1 Mindestempfangsleistung für die 4-QAM

Die Wahl des Unterträgerabstands Df für die 4-QAM erfolgt nun unter dem Gesichtspunkt, dass die Dauer des Guardintervall TG 1/16 der Symboldauer TS betragen soll. Um dies zu gewährleisten, wird der Wert des Unterträgerabstands Df auf 375 Hz festegelegt. Dies ermöglicht ein maximale Empfängergeschwindigkeit von 300 km/h.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.2Gesamt-Mindestempfangsleistung für die 16-QAM

Bei der 16-QAM soll die Dauer des Guardintervall TG 1/8 der Symboldauer TS betragen. Aus diesem Grund wird der Unterträgerabstand Df auf 750 Hz festgelegt. Dies ermöglicht auch bei der 16-QAM eine maximale Empfängergeschwindigkeit vmax von 300 km/h.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.3 Gesamt-Mindestempfangsleistung für die 64-QAM

Bei der 64-QAM besteht das Hauptproblem in der Höhe der benötigten Unterträgerabstände Df für die maximale Geschwindigkeit vmax von 300 km/h. Die Symboldauer TS wird so kurz, dass durch die feste Dauer des Guardintervall TG eine starke Reduzierung der Datenrate auftritt. Die 64-QAM ist somit nicht mehr effizient. Da eine Geschwindigkeit von 300 km/h eher selten erreicht wird, geht man zugunsten der Datenrate einen Kompromiss ein. Die Dauer des Guardintervall TG wird auf 1/4 der Symboldauer TS festgesetzt. Man erhält dann einen Unterträgerabstand Df von 1500 Hz. Die maximale Empfängergeschwindigkeit vmax wird somit auf 200 km/h reduziert.

In Tab. 3-3 werden die Unterträgerabstände Df aus Abb. 3-1 – Abb. 3-3 dargestellt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.3 Unterträgerabstände

3.3.2 Berechnung der übrigen Systemparameter

Nachdem der Unterträgerabstand Df nun feststeht, kann man mit dessen Hilfe die Nutzsymboldauer TS berechnen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.5

Die Anzahl der Unterträger K wird durch den Unterträgerabstand Df und die Gesamtbandbreite Bges =100 kHz des Signals festgelegt. Dabei ist zu beachten, dass ein evtl. Träger bei 0 kHz nicht genutzt und deshalb unterdrückt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.6

Die Dauer des Guardintervall TG ist aus der Tatsache heraus festgelegt, dass das System gleichwellennetzfähig sein muss. Für eine typische Distanz zweier Sender-Standorte von 60 km kommt man auf die Dauer des Guardintervall TG von:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. G 3.7

Die Dauer eines OFDM-Symbols TOFDM berechnet sich durch:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. G 3.8

Aus der Dauer des OFDM-Symbols TOFDM, der Unterträgeranzahl Df und der Modulationsordnung der Art M-QAM kann man nun die Bruttodatenrate RBrutto berechnen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.9

Zum Durchführen der Kanalschätzung werden Pilotsymbole benötigt. Um eine brauchbare Kanalschätzung durchführen zu können, dürfen die Pilotsymbole sowohl in Zeitrichtung als auch in Frequenzrichtung einen bestimmten Abstand nicht überschreiten. Die Berechnungen der Höchstabstände zweier Pilotsymbole in Zeit- und Frequenzrichtung für die Kanalschätzung können wie folgt durchgeführt werden:

- Symbolabstände in Zeitrichtung Dt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.10

Für die Anzahl der OFDM-Symbole je Sekunde Pt, die Pilotsymbole enthalten, erhält man:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. G 3.11

- Unterträgerabstände in Frequenzrichtung Df:

tmax stellt die maximale Mehrwegeverzögerung dar und wird hier wegen des Ausbreitungsprofils „DAB Hilly Terrain I“ auf 100 µs festgesetzt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.12

Die Anzahl der Unterträger mit Pilotsymbolen Pf ist gegeben durch:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten. G 3.13

Die Bruttodatenrate nach der Kanalschätzung RKanal ist bestimmt durch die Anzahl der Piloten je Sekunde und die Modulationsart.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.14

Durch die Koderate der Faltungskodierung von R =½ wird die Nutzdatenrate RNetto wie folgt reduziert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.15

Tab. 3-4 zeigt die Systemparameter der drei verschiedenen Modi:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.4OFDM-Systemparameter

3.4 Mindestfeldstärken

Man kann zwei Arten der Mindestfeldstärken unterscheiden. Zum einen die tatsächlich benötigte Mindestfeldstärke am Empfängereingang und zum anderen die Mindestfeldstärke zum Zwecke der Funknetzplanung.

3.4.1 Die eigentliche Mindestfeldstärke

Die eigentliche Mindestfeldstärke ERXmin ist beim stationären (SE) und portablen (PE) Empfang durch die Empfängerempfindlichkeit Pmin und das benötigte CNR an der Antenne definiert. Das benötigte CNR kann der Tab. 3-1 entnommen werden. Die Kennwerte der jeweiligen Empfänger erhält man in Tab. 3-5.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.5 Empfängerkennwerte

Die Berechnung der thermischen Rauschleistungsdichte FTH erfolgt wie in Kapitel 3.3.1 G. 3-4. Die Empfängerempfindlichkeit Pmin kann nun wie folgt berechnet werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.16

Für die Mindestempfangsleistung PRXmin folgt dann für den stationären und portablen Fall mit dem benötigten CNR:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.17

Beim mobilen Empfang (ME) kommt zur thermischen Rauschleistung noch ein Teil, der durch die Bewegung des Empfängers verursacht wird. Dieser Störanteil ist von der Empfangsleistung ERX abhängig. Die Mindestempfangsleistung ERXmin beim mobilen Empfang kann aus Abb. 3-1 – Abb. 3-3 entnommen werden. Tab. 3-6 zeigt die berechneten Mindestempfangsleistungen Pmin der verschiedenen Modulationsarten und Empfangssituationen.:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.6 Mindestempfangsleistungen

Die jeweilige Mindestfeldstärke ERXmin kann mit der Wellenlänge Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten und unter der Annahme eines Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten-Dipols als Empfangsantenne berechnet werden durch:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.18

Für die Mindestempfangsfeldstärken ERXmin ergibt sich:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.7 Mindestempfangsfeldstärken

3.4.2 Die Mindestfeldstärke für die Funknetzplanung

Bei den Mindestfeldstärken für die Funknetzplanung Emed werden Aufschläge benötigt, die den Fehler des Ausbreitungsmodells nach den CCIR Ausbreitungskurven ausgleichen. Das CCIR-Modell beschreibt die Wellenausbreitung in einer Höhe von 10m über dem Erdboden und einer Ortswahrscheinlichkeit von 50%. Für die verschiedenen Empfangssituationen werden verschiedene Aufschläge auf die Mindestfeldstärke gegeben, um der Empfangssituation gerecht zu werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.19

Tab. 3-8 zeigt die verschiedenen Aufschläge der Empfangssituationen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.8 Korrekturfaktoren für die CCR-Ausbreitungskurven

Berechnet man die Mindestfeldstärken für die Funknetzplanung Emed, dann erhält man die Ergebnisse aus Tab. 3-9:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.9 Mindestfeldstärken für die Funknetzplanung

3.5 Spektrumsmasken

Die Außerbandabstrahlung des OFDM-Systems muss innerhalb definierter Grenzen bleiben. Eine der Systemvoraussetzungen ist, dass bestehende UKW-FM-Versorgungen nicht gestört werden. Aus diesem Grund wird die erste Anforderung an die Spektrumsmaske gestellt: Die Spektrumsmaske des OFDM-Systems muss unterhalb oder auf der Spektrumsmaske des UKW-FM-Rundfunks liegen. Da das OFDM-Signal im Nutzbereich schmalbandiger ist als das UKW-FM-Signal, wird zusätzlich eine weitere Abstufung der zulässigen Außerbandabstrahlung eingeführt.

Abb. 3-4 zeigt die Frequenzmasken für die OFDM-Signale sowie die des FM-Signals.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.4 Frequenzmasken

Die Eckwerte der Frequenzmasken sind in Tab. 3-10 dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.10 Frequenzmasken

3.6 Schutzabstände für die Funknetzplanung

Für die Versorgungsplanung werden Schutzabstände benötigt, mit denen der Schutz von anderen Rundfunksendern gewährleistet werden kann. Es werden Schutzabstände benötigt, die das OFDM-Signal in allen drei Variationen schützen, und es werden Schutzabstände zum Schutz der FM-Rundfunkversorgung benötigt. Der Schutz der UKW-FM-Rundfunkversorgung ist einer der wichtigsten Eckpunkte bei der Betrachtung des eines digitalen Systems.

3.6.1 Benötigte Leistungsdichtespektren

Die Leistungsdichtespektren werden normiert auf eine Gesamtleistung von 1W.

Das typische FM-Frequenzspektrum wurde durch die dauerhafte Messung und anschließende Mittelung eines typischen FM-Senders ermittelt. Als Messbasis wurde ein FM-Rundfunkprogramm mit hoher Kompression gewählt. Angenähert und normiert auf die Gesamtleistung von 1 W ergibt sich unter der Bedingung, dass die Gesamtleistung des Signals innerhalb des Frequenzbereichs von –150 kHz bis +150 kHz liegt, folgendes normiertes Leistungsdichtespektrum, siehe Abb. 3-5:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.5 Approximiertes und normiertes Leistungsdichtespektrum der UKW-FM

Das approximierte und normierte Leistungsdichtespektrum der 4-QAM-Variante sieht folgendermaßen aus, siehe Abb. 3-6:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.6 Approximiertes und normiertes Leistungsdichtespektrum der 4-QAM

Das approximierte und normierte Leistungsdichtespektrum der 16-QAM-Variante sieht folgendermaßen aus, siehe Abb. 3-7:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.7 Approximiertes und normiertes Leistungsdichtespektrum der 16-QAM

Das approximierte und normierte Leistungsdichtespektrum der 64-QAM-Variante sieht folgendermaßen aus, siehe Abb.3-8:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.8 Approximiertes und normiertes Leistungsdichtespektrum der 16-QAM

3.6.2 Schutzabstände

Für die Betrachtung der Schutzabstände wird das typisches Nutz-Leistungsdichtespektrum (Abb. 3-5 – Abb. 3-8) verwendet. Anhand dieser Leistungsdichte des Nutzsignals wird die Nutzleistung berechnet, die zu schützen ist. Die Störleistung wird ermittelt, indem die Leistungsdichte (Abb. 3-5 – Abb. 3-8) des störenden Systems durch den Eingangsfilter des Empfängers betrachtet wird. Als Eingangsfilterfunktion GEFRM wird folgende Übertragungsfunktion vorgegeben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten G 3.20

Nachstehend wird folgende Nomenklatur verwendet: Der Name der Abbildung bezeichnet das zu schützende System. Die verschiedenen Kurven zeigen den benötigten Schutzabstand des störenden Systems gegenüber dem gestörten System in Abhängigkeit des Abstands der Mittenfrequenzen der beiden Signale.

Die Werte und Kurven gelten für eine Orts- und Zeitwahrscheinlichkeit von jeweils 50%. Um andere Wahrscheinlichkeiten zu erhalten, muss der übliche Aufschlag berücksichtigt werden, wie bei der Beschreibung der Wellenausbreitung mit Hilfe der CCIR-Kurven 3.6.2.1 Schutz des FM-Rundfunks Nach der ITU-Recommendation 415-2 wird am Empfängereingang ein SNR von 30 dB benötigt. Ausgehend davon zeigt Abb. 3-9 die Schutzabstände zum Schutz der UKW-FM vor dem digitalen OFDM-Signal der angegebenen Variante.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.9 Schutzabstandskurve für die UKW-FM

Abb. 3-9 gilt für eine Orts- und Zeitwahrscheinlichkeit von 50%.

Tab. 3-11 zeigt die Schutzabstände in Abhängigkeit des Abstands der Mittenfrequenzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.11 Schutzabstände für die UKW-FM

Beim Übergang von der analogen zur digitalen Rundfunkversorgung ist es wichtig, die bestehende Rundfunkversorgungen nicht zu stören. Um dies zu gewährleisten, wäre es wünschenswert, wenn die benötigten Schutzabstände der UKW-FM gegenüber den digitalen Systemen niedriger wären. Abb. 3-10 zeigt die Schutzabstandskurve der UKW-FM für die dauerhafte Störung mit einem UKW-FM-Signal und die vergleichbaren Kurven für die Störung durch das digitale System.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.10 Schutzabstandskurven im Vergleich zur ITU-R BS.412-9-Kurve

Man erkennt, dass zum Einhalten der Forderung im Bereich von 150 – 250 kHz, die Leistung des digitalen Signals um 8dB gegenüber der Sendeleistung des UKW-FM-Signals reduziert werden muss. Die Störung im Gleichkanalfall ist völlig unkritisch.

3.6.2.2 Schutz der 4-QAM-Variante

Bei der Berechnung der Schutzabstände für die 4-QAM wird von einem CNR von 15 dB ausgegangen. Abb. 3-11 zeigt die Schutzabstände für die 4-QAM-Variante.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.11 Schutzabstandskurve für 4-QAM

Die angegebenen Schutzabstände gelten für 50%-ige Orts- und Zeitwahrscheinlichkeit.

Tab. 3-12 zeigt die Schutzabstände in Abhängigkeit des Abstands der Mittenfrequenzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 3.12 Schutzabstände für die 4-QAM-Variante

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Details

Seiten
136
Jahr
2005
ISBN (eBook)
9783638855921
Dateigröße
3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v67998
Institution / Hochschule
Fachhochschule Kaiserslautern
Note
1,0
Schlagworte
Untersuchung Implementierung OFDM-Basis UKW-Frequenzbereich

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