OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Omfatter:
OFDM-grundlæggende oplysninger Cyklisk præfiks OFDM-synkronisering
Se også: Hvad er FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing er en form for signalbølgeform eller modulation, der giver nogle betydelige fordele for dataforbindelser.
OfDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing anvendes derfor til mange af de nyeste trådløse systemer med stor båndbredde og høj datahastighed, herunder Wi-Fi, mobil telekommunikation og mange flere.
Den omstændighed, at OFDM anvender et stort antal bærere, der hver især transporterer data med lav bithastighed, betyder, at det er meget modstandsdygtigt over for selektiv fading, interferens og multipath-effekter, og at det giver en høj grad af spektral effektivitet.
I de tidlige systemer, der anvendte OFDM, var den behandling, der var nødvendig for signalformatet, relativt høj, men med de teknologiske fremskridt giver OFDM kun få problemer med hensyn til den nødvendige behandling.
Udviklingen af OFDM
Brug af OFDM og multikarrier-modulation generelt er kommet i fokus i de seneste år, da det giver en ideel platform for trådløse datakommunikationstransmissioner.
Konceptet med OFDM-teknologien blev dog først undersøgt i 1960’erne og 1970’erne i forbindelse med forskning i metoder til at reducere interferens mellem kanaler med kort afstand mellem hinanden. Der var desuden behov for andre krav for at opnå fejlfri datatransmission ved tilstedeværelse af interferens og selektive udbredelsesforhold.
I første omgang krævede brugen af OFDM store behandlingsniveauer, og derfor var det ikke levedygtigt til generel brug.
Nogle af de første systemer, der indførte OFDM, var digital radio- og tv-spredning – her var OFDM i stand til at levere en meget pålidelig form for datatransport over en række forskellige signalvejforhold. Et eksempel var DAB digital radio, der blev indført i Europa og andre lande. Det var det norske radio- og tv-selskab NRK, der lancerede den første tjeneste den 1. juni 1995. OFDM blev også anvendt til digitalt tv.
Senere blev processorkraften øget som følge af stigende integrationsniveauer, hvilket gjorde det muligt at overveje OFDM til 4G-mobilkommunikationssystemer, som begyndte at blive anvendt fra omkring 2009. OFDM blev også indført til Wi-Fi og en række andre trådløse datasystemer.
Hvad er OFDM?
OFDM er en form for multibæremodulation. Et OFDM-signal består af en række tæt adskilte modulerede bærere. Når en hvilken som helst form for modulation – tale, data osv. – anvendes på en bærer, spredes sidebåndene ud på begge sider. Det er nødvendigt for en modtager at kunne modtage hele signalet for at kunne demodulere dataene med succes. Når signalerne transmitteres tæt på hinanden, skal de derfor have en sådan afstand, at modtageren kan adskille dem ved hjælp af et filter, og der skal være et beskyttelsesbånd mellem dem. Dette er ikke tilfældet med OFDM. Selv om sidebåndene fra hver bærer overlapper hinanden, kan de stadig modtages uden den interferens, som man kunne forvente, fordi de er ortogonale til hinanden. Dette opnås ved at lade bærebåndsafstanden være lig med den reciprokke del af symbolperioden.
For at se, hvordan OFDM fungerer, er det nødvendigt at se på modtageren. Denne fungerer som en bank af demodulatorer, der oversætter hver bærer ned til DC. Det resulterende signal integreres over symbolperioden for at regenerere dataene fra den pågældende bærer. Den samme demodulator demodulerer også de andre bærere. Da bærerafstanden er lig med det reciprokke af symbolperioden betyder det, at de vil have et helt antal cyklusser i symbolperioden, og deres bidrag vil summe til nul – med andre ord er der intet interferensbidrag.
Et krav til OFDM-sende- og modtagersystemer er, at de skal være lineære. Enhver ikke-linearitet vil forårsage interferens mellem bærerne som følge af intermodulationsforvrængning. Dette vil medføre uønskede signaler, som vil forårsage interferens og forringe transmissionens ortogonalitet.
Med hensyn til det udstyr, der skal anvendes, kræver det høje spids- og gennemsnitsforhold i systemer med flere bærere som OFDM, at RF-slutforstærkeren på senderens udgang skal kunne håndtere spidserne, mens gennemsnitsydelsen er meget lavere, hvilket fører til ineffektivitet. I nogle systemer er spidsværdierne begrænset. Selv om dette medfører forvrængning, der resulterer i et højere niveau af datafejl, kan systemet stole på, at fejlkorrektionen fjerner dem.
Data om OFDM
Det traditionelle format til at sende data over en radiokanal er at sende dem serielt, den ene bit efter den anden. Dette er afhængig af en enkelt kanal, og enhver interferens på denne enkelt frekvens kan forstyrre hele transmissionen.
OFDM anvender en anden fremgangsmåde. Dataene transmitteres parallelt på tværs af de forskellige bærere i det samlede OFDM-signal. Ved at blive opdelt i en række parallelle “delstrømme” er den samlede datahastighed den samme som i den oprindelige strøm, men den for hver af delstrømmene er meget lavere, og symbolerne ligger længere fra hinanden i tid.
Dette reducerer interferensen mellem symbolerne og gør det lettere at modtage hvert symbol nøjagtigt, samtidig med at det samme gennemløb opretholdes.
Den lavere datahastighed i hver strøm betyder, at interferens fra refleksioner er meget mindre kritisk. Dette opnås ved at tilføje en beskyttelsesbåndstid eller et beskyttelsesinterval i systemet. Dette sikrer, at dataene kun samples, når signalet er stabilt, og der ikke ankommer nye forsinkede signaler, som kan ændre signalets timing og fase. Dette kan opnås langt mere effektivt inden for en substream med lav datahastighed.
Den fordeling af dataene på et stort antal bærere i OFDM-signalet har nogle yderligere fordele. Nuller forårsaget af multi-path-effekter eller interferens på en given frekvens påvirker kun et lille antal af bærerne, idet de resterende modtages korrekt. Ved at anvende fejlkodningsteknikker, som betyder, at der tilføjes yderligere data til det transmitterede signal, kan mange eller alle de korrumperede data rekonstrueres i modtageren. Dette kan gøres, fordi fejlkorrektionskoden sendes i en anden del af signalet.
Nøglefunktioner i OFDM
OfDM-ordningen adskiller sig fra traditionel FDM på følgende indbyrdes forbundne måder:
- Multiple carriers (kaldet subcarriers) bærer informationsstrømmen
- Subcarriers er ortogonale til hinanden.
- Der tilføjes et beskyttelsesinterval til hvert symbol for at minimere kanalens forsinkelsesspredning og intersymbolinterferens.
OFDM-fordele & ulemper
OFDM-fordele
OFDM er blevet anvendt i mange trådløse systemer med høj datahastighed på grund af de mange fordele, det giver.
- Immunitet over for selektiv fading: En af de vigtigste fordele ved OFDM er, at det er mere modstandsdygtigt over for frekvensselektiv fading end systemer med en enkelt bærer, fordi det opdeler den overordnede kanal i flere smalbåndsignaler, der påvirkes individuelt som flade fading-underkanaler.
- Modstandsdygtighed over for interferens: Interferens, der forekommer på en kanal, kan være båndbreddebegrænset og vil på denne måde ikke påvirke alle underkanaler. Det betyder, at ikke alle data går tabt.
- Spektrumeffektivitet: Ved at anvende tætliggende overlappende subbærere er en væsentlig OFDM-fordel, at den gør effektiv brug af det tilgængelige spektrum.
- Modstandsdygtig over for ISI: En anden fordel ved OFDM er, at den er meget modstandsdygtig over for inter-symbol- og inter-frame-interferens. Dette skyldes den lave datahastighed på hver af underkanalerne.
- Modstandsdygtig over for smalbåndseffekter: Ved hjælp af passende kanalkodning og interleaving er det muligt at genvinde symboler, der er gået tabt på grund af kanalens frekvensselektivitet og smalbåndsinterferens. Ikke alle data går tabt.
- Enklere kanaludligning: Et af problemerne med CDMA-systemer var kompleksiteten af kanaludligningen, som skulle anvendes over hele kanalen. En fordel ved OFDM er, at kanaludligningen bliver meget enklere ved brug af flere underkanaler.
OFDM ulemper
Selv om OFDM er blevet anvendt i vid udstrækning, er der stadig nogle få ulemper ved anvendelsen, som man skal tage hensyn til, når man overvejer at bruge det.
- Højt forhold mellem spids- og gennemsnitseffekt: Et OFDM-signal har en støjlignende amplitudevariation og har et relativt stort dynamisk område eller et forholdsvis højt spids- til gennemsnitseffektforhold. Dette påvirker RF-forstærkernes effektivitet, da forstærkerne skal være lineære og tilpasse sig de store amplitudevariationer, og disse faktorer betyder, at forstærkeren ikke kan fungere med et højt effektivitetsniveau.
- Følsom over for carrier offset og drift: En anden ulempe ved OFDM er, at den er følsom over for forskydning og drift af bærefrekvensen. Single carrier-systemer er mindre følsomme.
OFDM, orthogonal frequency division multiplexing, har vundet en betydelig plads på det trådløse marked. Kombinationen af høj datakapacitet, høj spektral effektivitet og dens modstandsdygtighed over for interferens som følge af multi-path-effekter betyder, at den er ideel til de applikationer med mange data, som er blevet en vigtig faktor i dagens kommunikationsverden.
Mere væsentlige radiotemaer:
Radiosignaler Modulationstyper & teknikker Amplitudemodulation Frekvensmodulation OFDM RF-mixing Faselåste sløjfer Frekvenssynteseapparater Passiv intermodulation RF-dæmpere RF-filtre RF-cirkulatorer Radiomodtagertyper Superhet-radio Modtagerselektivitet Modtagerfølsomhed Modtagerhåndtering af stærke signaler Modtagerdynamikområde
Vend tilbage til menuen Radioemner . . .