Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (englisch Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) ist ein Mehrträgerverfahren: Die Daten werden auf viele parallele Unterträger mit engem Frequenzabstand verteilt, statt auf einen einzigen schnellen Träger. OFDM ist die physikalische Basis von DAB, DVB-T, WLAN (ab 802.11a), LTE und 5G.
So funktioniert OFDM
Ein serieller Datenstrom mit hoher Bitrate wird auf hunderte oder tausende langsame Unterträger aufgeteilt. Die Unterträger sind orthogonal zueinander: Ihre Spektren überlappen sich zwar, doch an der Stelle, an der ein Empfänger einen Träger auswertet, hat jeder andere Träger eine Nullstelle. So stören sich die Unterträger nicht, obwohl sie nur wenige Kilohertz auseinanderliegen – das ergibt eine sehr hohe spektrale Effizienz.
Jeder Unterträger wird einzeln moduliert, meist mit QAM oder QPSK. Weil jedes Symbol auf einem Unterträger sehr lange dauert, verkraftet OFDM Mehrwegeausbreitung (Echos durch Reflexionen): Zwischen die Symbole wird ein Guard-Intervall beziehungsweise zyklisches Präfix eingefügt, das die Echos schluckt, bevor sie das nächste Symbol stören. Weil die Unterträger ihre Daten nicht gleichzeitig, sondern zeitversetzt in kurzen Symbolen senden, ist OFDM eine Sonderform des Zeitmultiplex. Ein frequenzselektiver Einbruch trifft zudem nur einzelne Unterträger – die lassen sich mit Fehlerschutzverfahren rekonstruieren, statt die ganze Übertragung zu verlieren.
Wo OFDM steckt
- Digitalradio DAB: Je nach Modus 192 bis 1536 Unterträger auf rund 1,5 MHz Bandbreite.
- Digitales Fernsehen DVB-T: 2k- und 8k-Modi mit 1705 beziehungsweise 6817 Unterträgern.
- WLAN: 802.11a/g nutzen 52 Unterträger (48 Daten- und 4 Pilotträger) auf 20 MHz; ab Wi-Fi 6 (802.11ax) kommt OFDMA hinzu.
- Mobilfunk: LTE belegt bei 20 MHz bis zu 1200 Unterträger im 15-kHz-Raster; 5G kann den Unterträgerabstand je nach Frequenzband auf 30 bis 240 kHz umschalten.
Eigenschaften
OFDM ist robust gegen Echos und Frequenzüberlagerungen und erlaubt eine einfache Entzerrung per schneller Fourier-Transformation. Die Nachteile: Das Signal hat hohe Spitzenwerte (das senkt den Wirkungsgrad der Senderendstufen) und ist empfindlich gegen Frequenzversatz – Pilotträger und Synchronisationssymbole halten die Unterträger deshalb präzise im Raster.
Verwandte Grundlagen: QAM, QPSK, Phasenumtastung, Bandbreite, WLAN.