Symbolische Kommunikation

Die Verwendung der IDFT zur Erzeugung des Signals hat eine praktische Auswirkung: Sie bestimmt die Länge der Symbole, also der pro Datenblock erzeugten Samples. In Kombination mit der Samplerate des Digital-Analog-Wandlers, der das über die Antenne ausgesendete elektromagnetische Signal erzeugt, ergibt sich die Symboldauer. Das ist die Zeit, die zur Übertragung eines Trägerpakets benötigt wird.

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Bei der üblichen Kanalbandbreite von 20 MHz könnte WLAN 312.500 Symbole pro Sekunde mit einer Dauer von je 3,2 ns übertragen. Der Wert ist jedoch theoretisch, denn jedem Symbol geht ein Schutzintervall (Guard Interval) voraus. Es ist erforderlich, da die vom Sender erzeugte elektromagnetische Welle den Empfänger mit leichtem Zeitversatz über mehrere Wege erreicht.

Der Grund dafür sind Reflexionen des ungerichtet gesendeten Signals an Gegenständen in der Umgebung, beispielsweise Wänden. Dies wird als Mehrwegeausbreitung (Multipath) bezeichnet. Das Schutzintervall soll dafür sorgen, dass ein neues Signal den Empfänger auf allen Wegen erreicht, bevor es ausgewertet wird.

Überlagerung von Symbolen

Ohne Schutzintervall würden Symbole durch das jeweils vorangegangene beeinflusst. Die entstehende Interferenz ist kaum zu korrigieren, da ihre Komponenten unbekannt sind. Die Länge des Intervalls wird meist heuristisch festgelegt, bei WLAN sind es ursprünglich 0,8 ns - also 16 Samples. In vielen Einsatzszenarien sind die Mehrwegeeffekte gering ausgeprägt, daher können seit Revision n auch 0,4 ns genutzt werden. Die Datenrate steigt um etwa zehn Prozent.

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Erzeugt wird das Schutzintervall durch eine zyklische Erweiterung der von der IDFT erzeugten Samples. Das klingt kompliziert, bedeutet aber nur, dass Samples vom Ende an den Anfang der Folge kopiert werden. Das hat zwei Gründe: Erstens muss natürlich auch während des Schutzintervalls schon das neue Symbol gesendet werden. Zweitens ist die Grundannahme der DFT, dass das verarbeitete Signal sich endlos wiederholt. Würden andere Werte genutzt, müsste der Empfänger sehr genau auf den Symbolanfang synchronisieren. Mit zyklischer Erweiterung ist hier mehr Spielraum, was die technische Realisierung stark vereinfacht.

Synchronisation und Modulation

Der Empfänger verarbeitet das eingehende Signal wieder digital. Mittels DFT extrahiert er die einzelnen Unterträger. Dazu muss das analoge Funksignal zeitlich diskretisiert, also zu festen Zeitpunkten ausgewertet, und digitalisiert werden. Das erledigt der Analog-Digital-Wandler anhand eines Abtasttakts. Hier taucht ein Problem auf: Sender und Empfänger haben verschiedene Taktquellen, mit denen die jeweiligen Wandler betrieben werden.

Die vom Sender erzeugten Symbole kann der Empfänger nur richtig auswerten, wenn sein Abtasttakt gut mit dem Sendetakt übereinstimmt. Davon ist erst einmal nicht auszugehen. Neben der Abweichung der Taktquellen führt der Dopplereffekt zu Frequenzverschiebungen, wenn Sender oder Empfänger sich bewegen. Abhängig von der Geschwindigkeit kann dies zu erheblichen Abweichungen führen.

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Der Empfänger muss seinen Abtasttakt also auf das ankommende Signal synchronisieren. Bei WLAN wird dazu am Beginn jeder Übertragung eine sogenannte Präambel gesendet. Das ist eine spezielle Folge von Symbolen mit festem Aufbau. Sie beginnt mit zwei verschiedenen Trainingsmustern, die diverse Aufgaben erfüllen. Zuerst einmal sind das ganz grundlegende analoge Aufgaben. Der Empfänger muss das Signal erkennen und die automatische Verstärkung (Automatic Gain Control, AGC) konfigurieren. Sie sorgt dafür, dass der Analog-Digital-Wandler es auf seinen kompletten Wertebereich abbildet.

Anschließend synchronisiert der Empfänger seinen Takt und versucht, den Symbolbeginn zu erkennen. Die Festlegung des Symbolanfangs dient dazu, die für das Schutzintervall hinzugefügten Samples zu verwerfen. Eine weitere Funktion müssen die Trainingssymbole seit der Einführung räumlicher Streams bei Mehrantennensystemen erfüllen. Hier muss noch eine Abschätzung des Übertragungskanals erfolgen, um die einzelnen Streams auseinanderrechnen zu können.

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 DFT erzeugt das FunksignalInteroperabilität macht alles kompliziert 
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olma 25. Apr 2022 / Themenstart

Mit meiner gut angebrachten Fritzbox ohne Repeater etc. habe ich hier nicht nur im...

herrmausf 20. Apr 2022 / Themenstart

Wäre schon cool wenn eine Fritzbox von einem V8 angetrieben würde xD

masterx244 20. Apr 2022 / Themenstart

Da kommt noch ein zweiter Teil als separater Artikel

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