Am Rande einer neuen Ära der Konnektivität

Sie haben vielleicht noch nie davon gehört, aber OFDMA, was für Orthogonal Frequency Division Multiple Access steht, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Art und Weise dar, wie wir mit der Welt in Verbindung bleiben

Wi-Fi 6 nutzt OFDMA, indem es die verfügbare Kanalbandbreite in kleinere Ressourceneinheiten (RUs) aufteilt. Dadurch wird die Qualität der Verbindung verbessert und im Gegensatz zu früheren Wi-Fi-Technologien können Hunderte von Geräten gleichzeitig nahtlos mit einem einzigen Netzwerk verbunden werden. Insbesondere an überfüllten Orten wie Flughäfen und Stadien könnte dieses System möglicherweise viele Verbindungen und Datenübertragungen auf die nächste Stufe heben.

Was ist OFDMA und wie bietet es uns all das?

Was ist OFDMA?

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die in den letzten Jahren insbesondere im Zusammenhang mit 5G-Netzwerken und Wi-Fi 6 an Popularität gewonnen hat.

OFDMA hat seine Wurzeln in den frühen 2000er Jahren, als Forscher an der University of California, Los Angeles (UCLA) und der University of California, Berkeley (UC Berkeley) begannen, das Konzept der Aufteilung eines Kanals in mehrere Unterträger zu untersuchen, um die Kapazität zu erhöhen drahtlose Netzwerke. Die Idee bestand darin, orthogonale Frequenzen zu verwenden, um Interferenzen zu minimieren und die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen.

Anfang der 2010er Jahre begann die Standardisierungsorganisation 3GPP (Third Generation Partnership Project) mit der Erforschung des Einsatzes von OFDMA in LTE-Netzwerken (Long-Term Evolution). Dies führte zur Entwicklung der ersten OFDMA-basierten LTE-Systeme, die in mehreren Ländern auf der ganzen Welt eingesetzt wurden.

Seitdem hat sich OFDMA zu einer Schlüsseltechnologie bei der Entwicklung von 5G-Netzen entwickelt, und viele Mobilfunknetzbetreiber und Gerätehersteller investieren stark in die Entwicklung und den Einsatz.

OFDMA ist im Hinblick auf die Verbindung aus mehreren Gründen von Bedeutung:

• Erhöhte Kapazität: OFDMA ermöglicht die Aufteilung eines Kanals in mehrere Unterträger, was die Gesamtkapazität des Systems erhöht. Dies ist besonders wichtig in Gebieten mit hoher Bevölkerungsdichte, in denen die Nachfrage nach drahtloser Bandbreite hoch ist
• Verbesserte Effizienz: Durch die Aufteilung des Kanals in mehrere Unterträger reduziert OFDMA die beim Senden und Empfangen verschwendete Zeit, was zu einer verbesserten Effizienz und einer geringeren Latenz führt
• Bessere Leistung in Hochfrequenzbändern: OFDMA eignet sich besonders gut für den Einsatz in Hochfrequenzbändern wie Millimeterwellenfrequenzen (mmWave), die störanfällig sind und eine begrenzte Reichweite haben
• Flexibilität: OFDMA ermöglicht die flexible Zuweisung von Ressourcen, wodurch Netzwerkbetreiber das System an die spezifischen Bedürfnisse ihrer Benutzer anpassen können

Wie funktioniert OFDMA in Wi-Fi 6?

OFDMA in Wi-Fi 6 funktioniert durch die Aufteilung der verfügbaren Kanalbandbreite in kleinere Ressourceneinheiten (RUs). Jede RU kann einem anderen Benutzer zugewiesen werden, sodass mehrere Benutzer gleichzeitig Daten auf demselben Kanal senden und empfangen können.

Wi-Fi 6 unterstützt eine Vielzahl von RU-Größen, die von 26 Unterträgern bis zu 996 Unterträgern reichen. Die verwendete RU-Größe hängt von der Kanalbandbreite und der Anzahl der Benutzer ab, die den Kanal gemeinsam nutzen. Aber wie funktioniert OFDMA in Wi-Fi 6?

Aufteilung des Kanals in RUs

Der Wi-Fi 6 AP teilt die verfügbare Kanalbandbreite in RUs auf, indem er einen speziellen Frame sendet, der als Resource Unit Allocation Map (RUMA)-Frame bezeichnet wird. Der RUMA-Frame teilt allen Benutzern im Netzwerk mit, wie die Kanalbandbreite in RUs aufgeteilt wurde.

Zuweisen von RUs zu Benutzern

Der Wi-Fi 6 AP verwendet MU-OFDMA, um Benutzern RUs zuzuweisen. MU-OFDMA berücksichtigt eine Reihe von Faktoren, wie z. B. die Datenraten der Benutzer, die Kanalbedingungen und die Fairness-Anforderungen, um RUs den Benutzern so zuzuweisen, dass die Gesamtleistung maximiert wird.

Senden und Empfangen von Daten über EVUs

Der Wi-Fi 6 AP sendet und empfängt Daten auf jeder RU mithilfe von OFDM. OFDM unterteilt die RU in eine Reihe von Unterträgern, die jeweils unabhängig moduliert werden. Dadurch kann der AP Daten von mehreren Benutzern gleichzeitig senden und empfangen, ohne sich gegenseitig zu stören.

Wie verbessert OFDMA die Netzwerkgeschwindigkeit und -kapazität?

Orthogonal Frequency Division Multiple Access verbessert die Netzwerkgeschwindigkeit und -kapazität auf verschiedene Weise. Erstens ermöglicht es mehreren Benutzern, denselben Kanal zu teilen, ohne sich gegenseitig zu stören. Dies liegt daran, dass OFDMA den Kanal in mehrere Unterträger unterteilt und jeder Unterträger einem anderen Benutzer zugewiesen werden kann. Dies steht im Gegensatz zum herkömmlichen Frequenzmultiplex (FDMA), bei dem jedem Benutzer ein dedizierter Kanal zugewiesen wird.

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Zweitens ist Orthogonal Frequency Division Multiple Access hinsichtlich der Spektralnutzung effizienter als FDMA. Dies liegt daran, dass OFDMA kein Spektrum auf Schutzbändern verschwendet, bei denen es sich um Lücken zwischen Kanälen handelt, die zur Verhinderung von Interferenzen verwendet werden. Im Gegensatz dazu erfordert FDMA Schutzbänder zwischen den Kanälen, um Interferenzen zu verhindern.

Drittens ist Orthogonal Frequency Division Multiple Access robuster gegenüber Störungen als FDMA. Dies liegt daran, dass OFDMA orthogonale Unterträger verwendet, die weit genug voneinander entfernt sind, dass sie nicht miteinander korrelieren. Dies bedeutet, dass Störungen von einem Unterträger keine Auswirkungen auf andere Unterträger haben

Wie Puzzleteile

OFDMA und Wi-Fi 6 kann man sich als Puzzleteile vorstellen, die perfekt zusammenpassen. OFDMA ist für Wi-Fi 6 von Bedeutung, da es Wi-Fi-Netzwerken ermöglicht, mehr Benutzer und Geräte gleichzeitig zu unterstützen, die spektrale Effizienz zu verbessern und die Latenz zu reduzieren.

Laut einer RechercheOFDMA bietet die folgenden Vorteile für Wi-Fi 6 und 802.22 Standard:

Verbesserte spektrale Effizienz

Die spektrale Effizienz ist die Datenmenge, die über eine bestimmte Kanalbandbreite übertragen werden kann. OFDMA verbessert die spektrale Effizienz, indem es mehreren Benutzern ermöglicht, denselben Kanal zu teilen, ohne sich gegenseitig zu stören. Dies liegt daran, dass jedem Benutzer ein eindeutiger Satz von RUs zugewiesen wird, die parallel übertragen werden.

Reduzierte Latenz

Latenz ist die Zeit, die Daten benötigen, um von einem Punkt zum anderen zu gelangen. OFDMA reduziert die Latenz, da mehrere Benutzer gleichzeitig Daten senden und empfangen können. Dies bedeutet, dass Benutzer nicht warten müssen, bis andere Benutzer die Übertragung abgeschlossen haben, bevor sie mit der Übertragung beginnen können.

Erhöhte Kapazität

Unter Kapazität versteht man die Anzahl der Benutzer, die sich gleichzeitig mit einem Netzwerk verbinden können. OFDMA erhöht die Kapazität von Wi-Fi-Netzwerken, indem es mehr Benutzern die Verbindung mit demselben Netzwerk ermöglicht und die spektrale Effizienz verbessert.

Verbesserte Leistung in überlasteten Umgebungen

OFDMA bietet in überlasteten Umgebungen eine bessere Leistung als herkömmliche WLAN-Technologien, da es weniger anfällig für Störungen ist. Dies liegt daran, dass OFDMA RUs verwendet, die weit genug voneinander entfernt sind, dass sie nicht miteinander korrelieren. Dies bedeutet, dass Störungen durch die RUs eines Benutzers weniger wahrscheinlich die RUs eines anderen Benutzers beeinträchtigen.

OFDM vs. FDM

Frequenzmultiplex (FDM) und orthogonales Frequenzmultiplex (OFDM) sind Multiplextechniken, die die Übertragung mehrerer Signale über einen einzigen Kanal ermöglichen. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Techniken.

Wie bereits erläutert, funktioniert OFDM durch die Aufteilung der verfügbaren Kanalbandbreite in mehrere schmalbandige Unterträger. Die Unterträger liegen eng beieinander, sind aber orthogonal zueinander. Dies bedeutet, dass sich die Unterträger bei gleichzeitiger Übertragung nicht gegenseitig stören. OFDM wird typischerweise für digitale Signale wie Daten- und Audiosignale verwendet.

FDM hingegen funktioniert durch die Aufteilung der verfügbaren Kanalbandbreite in mehrere Frequenzbänder. Jedem Frequenzband ist ein anderes Signal zugeordnet und die Signale werden gleichzeitig übertragen. FDM wird typischerweise für analoge Signale wie Sprach- und Videosignale verwendet.

Hier ist eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen FDM und OFDM zusammenfasst:

Die Vorteile von OFDM gegenüber FDM sind folgende:

• OFDM ist hinsichtlich der Spektralnutzung effizienter als FDM. Das bedeutet, dass OFDM über eine gegebene Kanalbandbreite mehr Daten übertragen kann als FDM
• OFDM ist robuster gegenüber Störungen als FDM. Dies liegt daran, dass OFDM orthogonale Unterträger verwendet, die weniger anfällig für Störungen durch andere Signale sind
• OFDM ist flexibler als FDM. OFDM kann zur Übertragung verschiedener Signaltypen verwendet werden, darunter Daten, Audio und Video

Eine glänzende Zukunft

Es wird erwartet, dass die OFDMA-Technologie in den kommenden Jahren weiter an Bedeutung gewinnen wird, da sie zahlreiche Vorteile für eine Vielzahl von Branchen bietet.

Der Orthogonal Frequency Division Multiple Access hat in hochmodernen drahtlosen Kommunikationssystemen wie Wi-Fi, LTE und 5G bereits breite Akzeptanz gefunden und seine Bedeutung wird mit der Weiterentwicklung dieser Technologien weiter zunehmen. Beispielsweise wird erwartet, dass OFDMA eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von 6G-Netzwerken spielen wird, die noch höhere Datenübertragungsraten aufweisen und eine noch größere Anzahl angeschlossener Geräte unterstützen werden.

Zusätzlich zum Einsatz in drahtlosen Kommunikationsnetzen wird Orthogonal Frequency Division Multiple Access auch in der Automobilindustrie genutzt, um innovative Technologien wie Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V) und autonomes Fahren zu entwickeln. V2V-Kommunikation ermöglicht es Fahrzeugen, Informationen über ihren Standort, ihre Geschwindigkeit und ihre Richtung auszutauschen und so die Verkehrssicherheit und -effizienz zu verbessern. Selbstfahrende Autos verlassen sich auf OFDMA, um mit anderen Fahrzeugen, Fußgängern und der Infrastruktur zu kommunizieren und sicher zu navigieren.

Darüber hinaus wird Orthogonal Frequency Division Multiple Access in der industriellen Automatisierung eingesetzt, um intelligente Fabriken und IoT-Netzwerke (Internet der Dinge) zu schaffen. Intelligente Fabriken nutzen OFDMA, um Maschinen und Sensoren zu verbinden und so die Erfassung von Daten und die Steuerung von Fertigungsprozessen zu ermöglichen. Das IoT nutzt OFDMA, um Milliarden von Geräten mit dem Internet zu verbinden und ihnen den Austausch und die Erfassung von Daten zu ermöglichen.

Darüber hinaus wird Orthogonal Frequency Division Multiple Access im Gesundheitssektor eingesetzt, um fortschrittliche Technologien wie Telemedizin und tragbare Geräte zu entwickeln. Die Telemedizin nutzt OFDMA, um Ärzte aus der Ferne mit Patienten zu verbinden, sodass Patienten keine Arztpraxis mehr aufsuchen müssen. Tragbare Geräte wie Fitness-Tracker und Smartwatches nutzen OFDMA, um Gesundheits- und Fitnessdaten von Benutzern zu sammeln.

Die Technologie entwickelt sich in einem Tempo weiter, das wir nie für möglich gehalten hätten, und in den nächsten Jahren dürfte die Übertragung selbst sehr großer Datenmengen durch die Verschmelzung dieser Technologien miteinander völlig neue Dimensionen erreichen. Denken Sie daran, dem Augenblick zu folgen bedeutet, die Zukunft zu gestalten, also lesen und lernen Sie weiter!

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