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Gigabit MIMO OFDM Testbed
Weltrekord in der Funkübertragung
Die Kombination der OFDM Technik mit intelligenten Antennensystemen wurde in diesem Projekt realisiert. Die intelligenten Antennensysteme werden in der Nachrichtentechnik Mehrantennen-Systeme oder auch MIMO (Multiple Input, Multiple Output)-Systeme genannt. Dabei übertragen mehrere Antennen gleichzeitig unterschiedliche Datenströme in demselben Funkkanal.
Die gegenüber Mehrwegeausbreitung und dem dadurch verursachten frequenzselektiven Fading robuste OFDM Technik bietet ideale Voraussetzungen für die Kombination mit MIMO. Denn die mehrfache Nutzung der knappen Frequenzressourcen benötigt gerade die durch Mehrwegeausbreitung verusachte räumliche Diversität der Funkausbreitung.
Bis Ende 2004 wurde eine MIMO-OFDM Übertragung mit drei Sendeantennen und fünf Empfangsantennen realisiert. Mit dem Testbed ist die echtzeitige Übertragung von über 1 GBPS über Funk möglich. Die RF Kanalbandbreite beträgt 100 MHz, davon sind 82 MHz durch das OFDM Signal belegt. Die Datenrate von insgesamt 1 GBPS wird durch Modulation aller Subträger mit 64 QAM erreicht.
Das Projekt wurde gemeinsam mit der Siemens AG und dem Heinrich Hertz Institut durchgeführt. Das bereits in Vorgängerprojekten (z. B. Breitband OFDM Testbed) erarbeitete Know How war eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Entwicklung des MIMO OFDM Testbeds.
Die Systemparameter des Gigabit OFDM Testbeds sind unten aufgelistet:
- Anzahl Sendeantennen
- 3 (wird erweitert auf 4)
- Anzahl Empfangsantennen
- 5
- RF Frequenz
- 5,2 GHz
- RF Kanalbandbreite
- 100 MHz
- Belegte RF Bandbreite
- 82 MHz
- Max. Datenrate
- 1 GBPS
- Anzahl Subträger
- 64
- Modulation
- 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK
- FEC Codierung
- Faltungscode CR 1/2, ¾
- Schnittstellen
- Gigabit Ethernet, USB
Die Realisierung der Basisband Signalverarbeitung wurde weitgehend in VHDL durchgeführt. Für Floating Point Rechenoperationen wird zusätzlich ein Signalprozessor verwendet. Die Blockschaltbilder zeigen den prinzipiellen Aufbau der MIMO OFDM Signalverarbeitung. Das Testbed wird sowohl für Messungen in realen Funkanälen verwendet als auch für IP-basierte Applikationen mit hohen Datenraten.
Als Hardware Plattform dient das FFP Basic VP100, ein universelles FPGA Prototyping Board, welches mit zwei Xilinx Virtex II Pro VP100 bestückt ist. Die Hardware Plattform ist durch aufsteckbare Add-On Boards (z. B A/D und D/A Umsetzer) erweiterbar. Durch die kompakte Bauform und direkte Anbindung der Add-on Boards sind Taktfrequenzen von 200 MHz realisierbar.
Die komplexe MIMO-OFDM Signalverarbeitung wird durch eine speziell entwickelte Analysesoftware veranschaulicht. Über ein integriertes USB Interface können Messdaten für alle MIMO Datenströme separat aus dem System ausgelesen werden.
Das MIMO OFDM System wird laufend weiterentwickelt. Es ist geplant die Antennenanzahl weiter zu erhöhen und die Signalverarbeitung für den mobilen Einsatz des Systems zu erweitern.