L’OFDM, multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence, comprend :
Les bases de l’OFDM Préfixe cyclique OFDM synchronisation
Voir aussi : Notions de base sur la modulation multiporteuse Qu’est-ce que le FBMC
L’OFDM, le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale, est une forme de forme d’onde ou de modulation de signal qui offre certains avantages significatifs pour les liaisons de données.
En conséquence, l’OFDM, le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale est utilisé pour un grand nombre des derniers systèmes sans fil à large bande passante et à haut débit de données, y compris le Wi-Fi, les télécommunications cellulaires et bien d’autres.
Le fait que l’OFDM utilise un grand nombre de porteuses, chacune transportant des données à faible débit binaire, signifie qu’elle est très résistante aux évanouissements sélectifs, aux interférences et aux effets de trajets multiples, tout en offrant un haut degré d’efficacité spectrale.
Les premiers systèmes utilisant l’OFDM ont constaté que le traitement requis pour le format du signal était relativement élevé, mais avec les progrès de la technologie, l’OFDM présente peu de problèmes en termes de traitement requis.
Développement de l’OFDM
L’utilisation de l’OFDM et de la modulation multiporteuse en général a été mise en avant ces dernières années car elle fournit une plate-forme idéale pour les transmissions de communications de données sans fil.
Cependant, le concept de la technologie OFDM a été étudié pour la première fois dans les années 1960 et 1970 lors de recherches sur les méthodes de réduction des interférences entre les canaux étroitement espacés. En plus de cela, d’autres exigences devaient permettre de réaliser une transmission de données sans erreur en présence d’interférences et de conditions de propagation sélectives.
A l’origine, l’utilisation de l’OFDM nécessitait de grands niveaux de traitement et par conséquent, elle n’était pas viable pour une utilisation générale.
Certains des premiers systèmes à adopter l’OFDM étaient la radiodiffusion numérique – ici, l’OFDM était capable de fournir une forme très fiable de transport de données sur une variété de conditions de chemin de signal. Un exemple était la radio numérique DAB qui a été introduite en Europe et dans d’autres pays. C’est la société de radiodiffusion norvégienne NRK qui a lancé le premier service le 1er juin 1995. L’OFDM a également été utilisé pour la télévision numérique.
Plus tard, la puissance de traitement a augmenté en raison de la hausse des niveaux d’intégration permettant à l’OFDM d’être considéré pour les systèmes de communications mobiles 4G qui ont commencé à être déployés à partir de 2009 environ. De même, l’OFDM a été adopté pour le Wi-Fi et une variété d’autres systèmes de données sans fil.
Qu’est-ce que l’OFDM ?
L’OFDM est une forme de modulation multiporteuse. Un signal OFDM se compose d’un certain nombre de porteuses modulées étroitement espacées. Lorsque la modulation, quelle que soit sa forme – voix, données, etc. – est appliquée à une porteuse, des bandes latérales s’étalent de part et d’autre. Il est nécessaire qu’un récepteur soit capable de recevoir l’ensemble du signal pour pouvoir démoduler les données avec succès. Par conséquent, lorsque les signaux sont transmis à proximité les uns des autres, ils doivent être espacés de manière à ce que le récepteur puisse les séparer à l’aide d’un filtre et il doit y avoir une bande de garde entre eux. Ce n’est pas le cas avec l’OFDM. Bien que les bandes latérales de chaque porteuse se chevauchent, elles peuvent être reçues sans l’interférence à laquelle on pourrait s’attendre parce qu’elles sont orthogonales l’une à l’autre. Ceci est obtenu en ayant l’espacement des porteuses égal à l’inverse de la période du symbole.
Pour voir comment fonctionne l’OFDM, il faut regarder le récepteur. Celui-ci agit comme une banque de démodulateurs, traduisant chaque porteuse en courant continu. Le signal résultant est intégré sur la période du symbole pour régénérer les données à partir de cette porteuse. Le même démodulateur démodule également les autres porteuses. L’espacement des porteuses étant égal à l’inverse de la période de symbole, cela signifie qu’elles auront un nombre entier de cycles dans la période de symbole et que leur contribution s’élèvera à zéro – en d’autres termes, il n’y a pas de contribution d’interférence.
Une exigence des systèmes d’émission et de réception OFDM est qu’ils doivent être linéaires. Toute non-linéarité provoquera des interférences entre les porteuses suite à une distorsion d’intermodulation. Cela introduira des signaux indésirables qui provoqueront des interférences et nuiront à l’orthogonalité de la transmission.
En termes d’équipement à utiliser, le rapport élevé entre la crête et la moyenne des systèmes multiporteurs tels que l’OFDM exige que l’amplificateur final RF à la sortie de l’émetteur soit capable de gérer les crêtes alors que la puissance moyenne est beaucoup plus faible, ce qui entraîne une inefficacité. Dans certains systèmes, les pics sont limités. Bien que cela introduise une distorsion qui entraîne un niveau plus élevé d’erreurs de données, le système peut compter sur la correction d’erreurs pour les supprimer.
Données sur l’OFDM
Le format traditionnel pour envoyer des données sur un canal radio est de les envoyer en série, un bit après l’autre. Cela repose sur un seul canal et toute interférence sur cette seule fréquence peut perturber toute la transmission.
L’OFDM adopte une approche différente. Les données sont transmises en parallèle sur les différentes porteuses du signal OFDM global. Étant divisé en un certain nombre de « sous-flux » parallèles, le débit de données global est celui du flux original, mais celui de chacun des sous-flux est beaucoup plus faible, et les symboles sont plus espacés dans le temps.
Ceci réduit les interférences entre les symboles et facilite la réception précise de chaque symbole tout en maintenant le même débit.
Le débit de données plus faible dans chaque flux signifie que les interférences dues aux réflexions sont beaucoup moins critiques. Ceci est obtenu en ajoutant un temps de bande de garde ou un intervalle de garde dans le système. Cela garantit que les données ne sont échantillonnées que lorsque le signal est stable et qu’aucun nouveau signal retardé n’arrive qui modifierait la synchronisation et la phase du signal. Ceci peut être réalisé beaucoup plus efficacement dans un sous-flux à faible débit de données.
La distribution des données sur un grand nombre de porteuses dans le signal OFDM présente quelques autres avantages. Les nuls causés par des effets de trajets multiples ou des interférences sur une fréquence donnée n’affectent qu’un petit nombre de porteuses, les autres étant reçues correctement. L’utilisation de techniques de codage d’erreurs, qui implique l’ajout de données supplémentaires au signal transmis, permet de reconstruire une grande partie ou la totalité des données corrompues dans le récepteur. Cela peut être fait parce que le code de correction d’erreur est transmis dans une partie différente du signal.
Caractéristiques clés de l’OFDM
Le schéma OFDM diffère du FDM traditionnel de la façon suivante, qui est liée :
- Des porteuses multiples (appelées sous-porteuses) transportent le flux d’information
- Les sous-porteuses sont orthogonales les unes aux autres.
- Un intervalle de garde est ajouté à chaque symbole pour minimiser l’étalement du délai du canal et les interférences intersymboles.
Avantages de l’OFDM &Inconvénients
Avantages de l’OFDM
L’OFDM a été utilisé dans de nombreux systèmes sans fil à haut débit de données en raison des nombreux avantages qu’il offre.
- Immunité à l’évanouissement sélectif : L’un des principaux avantages de l’OFDM est qu’il est plus résistant à l’évanouissement sélectif en fréquence que les systèmes à porteuse unique, car il divise le canal global en plusieurs signaux à bande étroite qui sont affectés individuellement comme des sous-canaux d’évanouissement plat.
- Résilience aux interférences : Les interférences apparaissant sur un canal peuvent être limitées en largeur de bande et de cette façon n’affecteront pas tous les sous-canaux. Cela signifie que toutes les données ne sont pas perdues.
- Efficacité du spectre : En utilisant des sous-porteuses rapprochées qui se chevauchent, un avantage significatif de l’OFDM est qu’il utilise efficacement le spectre disponible.
- Résilience à l’ISI : Un autre avantage de l’OFDM est qu’il est très résilient à l’interférence inter-symbole et inter-trame. Cela résulte du faible débit de données sur chacun des sous-canaux.
- Résistant aux effets de bande étroite : En utilisant un codage de canal et un entrelacement adéquats, il est possible de récupérer les symboles perdus à cause de la sélectivité en fréquence du canal et du brouillage à bande étroite. Toutes les données ne sont pas perdues.
- Une égalisation de canal plus simple : L’un des problèmes des systèmes CDMA était la complexité de l’égalisation du canal qui devait être appliquée sur l’ensemble du canal. Un avantage de l’OFDM est qu’en utilisant plusieurs sous-canaux, l’égalisation du canal devient beaucoup plus simple.
Inconvénients de l’OFDM
Alors que l’OFDM a été largement utilisé, il y a encore quelques inconvénients à son utilisation qui doivent être abordés lorsqu’on envisage de l’utiliser.
- Rapport élevé entre la puissance de crête et la puissance moyenne : Un signal OFDM a une variation d’amplitude semblable au bruit et a une grande plage dynamique relativement élevée, ou rapport de puissance de crête à moyenne. Ceci a un impact sur l’efficacité de l’amplificateur RF car les amplificateurs doivent être linéaires et s’accommoder des grandes variations d’amplitude et ces facteurs font que l’amplificateur ne peut pas fonctionner avec un niveau d’efficacité élevé.
- Sensible au décalage et à la dérive de la porteuse : Un autre inconvénient de l’OFDM est qu’il est sensible au décalage et à la dérive de la fréquence porteuse. Les systèmes à porteuse unique sont moins sensibles.
L’OFDM, le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence, a acquis une présence significative sur le marché du sans fil. La combinaison d’une capacité de données élevée, d’une efficacité spectrale élevée et de sa résilience aux interférences résultant des effets de trajets multiples signifie qu’il est idéal pour les applications de données élevées qui sont devenues un facteur important dans la scène des communications d’aujourd’hui.
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