OFDM Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal Incluye:
Básicos de OFDM Prefijo cíclico Sincronización OFDM
Ver también: Fundamentos de la modulación multiportadora Qué es FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing es una forma de onda de señal o modulación que proporciona algunas ventajas significativas para los enlaces de datos.
De acuerdo con esto, OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing se utiliza para muchos de los últimos sistemas inalámbricos de gran ancho de banda y alta velocidad de datos, incluyendo Wi-Fi, telecomunicaciones celulares y muchos más.
El hecho de que OFDM utilice un gran número de portadoras, cada una de las cuales transporta datos a baja velocidad de bits, significa que es muy resistente al desvanecimiento selectivo, a las interferencias y a los efectos multitrayecto, además de proporcionar un alto grado de eficiencia espectral.
Los primeros sistemas que utilizaban OFDM descubrieron que el procesamiento requerido para el formato de la señal era relativamente alto, pero con los avances tecnológicos, OFDM presenta pocos problemas en cuanto al procesamiento requerido.
Desarrollo de OFDM
El uso de OFDM y de la modulación multiportadora en general ha pasado a primer plano en los últimos años, ya que proporciona una plataforma ideal para las transmisiones de comunicaciones de datos inalámbricas.
Sin embargo, el concepto de la tecnología OFDM se investigó por primera vez en los años sesenta y setenta durante la investigación de métodos para reducir las interferencias entre canales muy espaciados. Además, se necesitaban otros requisitos para lograr una transmisión de datos sin errores en presencia de interferencias y condiciones de propagación selectiva.
Al principio, el uso de OFDM requería grandes niveles de procesamiento y, por lo tanto, no era viable para el uso general.
Algunos de los primeros sistemas que adoptaron OFDM fueron los de radiodifusión digital, en los que OFDM podía proporcionar una forma altamente fiable de transporte de datos en una variedad de condiciones de trayectoria de la señal. Un ejemplo fue la radio digital DAB que se introdujo en Europa y otros países. La Norwegian Broadcasting Corporation NRK lanzó el primer servicio el 1 de junio de 1995. La OFDM también se utilizó para la televisión digital.
Más tarde, la potencia de procesamiento aumentó como resultado del aumento de los niveles de integración, lo que permitió considerar la OFDM para los sistemas de comunicaciones móviles 4G, que empezaron a desplegarse alrededor de 2009. También se adoptó OFDM para Wi-Fi y otros sistemas de datos inalámbricos.
¿Qué es OFDM?
OFDM es una forma de modulación multiportadora. Una señal OFDM consiste en un número de portadoras moduladas muy próximas entre sí. Cuando se aplica una modulación de cualquier tipo (voz, datos, etc.) a una portadora, las bandas laterales se extienden a ambos lados. Es necesario que un receptor sea capaz de recibir toda la señal para poder demodular con éxito los datos. Por ello, cuando las señales se transmiten cerca unas de otras, deben estar espaciadas para que el receptor pueda separarlas mediante un filtro y debe haber una banda de guarda entre ellas. Este no es el caso de OFDM. Aunque las bandas laterales de cada portadora se solapan, pueden recibirse sin las interferencias que cabría esperar porque son ortogonales entre sí. Esto se consigue haciendo que el espaciado de las portadoras sea igual al recíproco del periodo del símbolo.
Para ver cómo funciona la OFDM, es necesario observar el receptor. Éste actúa como un banco de demoduladores, traduciendo cada portadora a CC. La señal resultante se integra a lo largo del periodo de símbolo para regenerar los datos de esa portadora. El mismo demodulador también demodula las demás portadoras. Como el espaciado de las portadoras es igual al recíproco del periodo de símbolo, tendrán un número entero de ciclos en el periodo de símbolo y su contribución será igual a cero, es decir, no habrá contribución de interferencia.
Un requisito de los sistemas de transmisión y recepción OFDM es que deben ser lineales. Cualquier no linealidad causará interferencias entre las portadoras como resultado de la distorsión de la intermodulación. Esto introducirá señales no deseadas que causarán interferencias y perjudicarán la ortogonalidad de la transmisión.
En cuanto al equipo que debe utilizarse, la elevada relación pico/media de los sistemas multiportadora como OFDM requiere que el amplificador final de RF a la salida del transmisor sea capaz de manejar los picos, mientras que la potencia media es mucho menor, lo que provoca ineficiencia. En algunos sistemas se limitan los picos. Aunque esto introduce una distorsión que da lugar a un mayor nivel de errores en los datos, el sistema puede confiar en la corrección de errores para eliminarlos.
Datos en OFDM
El formato tradicional para enviar datos por un canal de radio es enviarlos en serie, un bit tras otro. Esto depende de un único canal y cualquier interferencia en esa única frecuencia puede interrumpir toda la transmisión.
OFDM adopta un enfoque diferente. Los datos se transmiten en paralelo a través de las distintas portadoras de la señal OFDM. Al estar dividida en una serie de «subcorrientes» paralelas, la velocidad de datos global es la del flujo original, pero la de cada una de las subcorrientes es mucho menor, y los símbolos están más espaciados en el tiempo.
Esto reduce las interferencias entre los símbolos y facilita la recepción precisa de cada uno de ellos, manteniendo el mismo rendimiento.
La menor velocidad de datos en cada flujo significa que la interferencia de las reflexiones es mucho menos crítica. Esto se consigue añadiendo un tiempo de banda de guarda o intervalo de guarda en el sistema. Esto asegura que los datos sólo se muestrean cuando la señal es estable y no llegan nuevas señales retardadas que puedan alterar la sincronización y la fase de la señal. Esto puede lograrse de forma mucho más eficaz dentro de una subcadena de baja velocidad de datos.
La distribución de los datos a través de un gran número de portadoras en la señal OFDM tiene algunas ventajas adicionales. Los nulos causados por efectos multitrayectoria o interferencias en una frecuencia determinada sólo afectan a un pequeño número de portadoras, y las restantes se reciben correctamente. El uso de técnicas de codificación de errores, que implica añadir más datos a la señal transmitida, permite reconstruir muchos o todos los datos corruptos en el receptor. Esto puede hacerse porque el código de corrección de errores se transmite en una parte diferente de la señal.
Características principales de OFDM
El esquema OFDM difiere del tradicional FDM en los siguientes aspectos interrelacionados:
- Múltiples portadoras (llamadas subportadoras) llevan el flujo de información
- Las subportadoras son ortogonales entre sí.
- Se añade un intervalo de guarda a cada símbolo para minimizar la dispersión del retardo del canal y la interferencia entre símbolos.
Ventajas de OFDM &Desventajas
Ventajas de OFDM
OFDM se ha utilizado en muchos sistemas inalámbricos de alta velocidad de datos debido a las numerosas ventajas que proporciona.
- Inmunidad al desvanecimiento selectivo: Una de las principales ventajas de OFDM es que es más resistente al desvanecimiento selectivo en frecuencia que los sistemas de una sola portadora porque divide el canal global en múltiples señales de banda estrecha que se ven afectadas individualmente como subcanales de desvanecimiento plano.
- Resistencia a las interferencias: Las interferencias que aparecen en un canal pueden tener un ancho de banda limitado y de esta forma no afectarán a todos los subcanales. Esto significa que no se pierden todos los datos.
- Eficiencia del espectro: Al utilizar subportadoras superpuestas a poca distancia, una ventaja significativa de OFDM es que hace un uso eficiente del espectro disponible.
- Resistente a la ISI: Otra ventaja de OFDM es que es muy resistente a las interferencias entre símbolos y entre tramas. Esto se debe a la baja tasa de datos en cada uno de los subcanales.
- Resistente a los efectos de la banda estrecha: Utilizando una codificación de canal y un intercalado adecuados es posible recuperar los símbolos perdidos debido a la selectividad de frecuencia del canal y a las interferencias de banda estrecha. No se pierden todos los datos.
- Ecualización del canal más sencilla: Uno de los problemas de los sistemas CDMA era la complejidad de la ecualización del canal, que debía aplicarse a todo el canal. Una ventaja de OFDM es que al utilizar múltiples subcanales, la ecualización del canal es mucho más sencilla.
Desventajas de OFDM
Aunque OFDM se ha utilizado ampliamente, todavía hay algunas desventajas en su uso que hay que tener en cuenta cuando se considera su uso.
- Alta relación pico/potencia media: Una señal OFDM tiene una variación de amplitud similar al ruido y tiene un rango dinámico relativamente alto, o relación de potencia pico a media. Esto afecta a la eficiencia del amplificador de RF, ya que los amplificadores deben ser lineales y adaptarse a las grandes variaciones de amplitud, y estos factores significan que el amplificador no puede funcionar con un alto nivel de eficiencia.
- Sensible al desplazamiento y a la deriva de la portadora: Otra desventaja de OFDM es que es sensible al desplazamiento de la frecuencia de la portadora y a la deriva. Los sistemas de una sola portadora son menos sensibles.
OFDM, multiplexación por división de frecuencias ortogonales, ha ganado una presencia significativa en el mercado inalámbrico. La combinación de alta capacidad de datos, alta eficiencia espectral y su resistencia a las interferencias como resultado de los efectos multitrayectoria significa que es ideal para las aplicaciones de gran cantidad de datos que se han convertido en un factor importante en el panorama actual de las comunicaciones.
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