OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Include:
Fondamenti di OFDM Prefisso ciclico Sincronizzazione OFDM
Vedi anche: Nozioni di base sulla modulazione multicarrier Cos’è FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing è una forma di forma d’onda del segnale o modulazione che fornisce alcuni vantaggi significativi per i collegamenti dati.
Secondo me, OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing è usato per molti dei più recenti sistemi wireless a banda larga e ad alta velocità di trasmissione dati, compresi Wi-Fi, telecomunicazioni cellulari e molti altri.
Il fatto che l’OFDM utilizzi un gran numero di portanti, ognuna delle quali trasporta dati a basso bit rate, significa che è molto resiliente al fading selettivo, alle interferenze e agli effetti multipath, oltre a fornire un alto grado di efficienza spettrale.
I primi sistemi che utilizzavano l’OFDM trovavano che l’elaborazione richiesta per il formato del segnale era relativamente alta, ma con i progressi nella tecnologia, l’OFDM presenta pochi problemi in termini di elaborazione richiesta.
Sviluppo dell’OFDM
L’uso dell’OFDM e della modulazione multicarrier in generale è venuto alla ribalta negli ultimi anni in quanto fornisce una piattaforma ideale per le trasmissioni di comunicazione dati wireless.
Tuttavia il concetto della tecnologia OFDM è stato studiato per la prima volta negli anni ’60 e ’70 durante la ricerca di metodi per ridurre le interferenze tra canali molto distanziati. Oltre a questo altri requisiti necessari per ottenere una trasmissione di dati senza errori in presenza di interferenze e condizioni di propagazione selettiva.
Inizialmente l’uso di OFDM richiedeva grandi livelli di elaborazione e di conseguenza non era fattibile per l’uso generale.
Alcuni dei primi sistemi ad adottare OFDM erano trasmissioni digitali – qui OFDM era in grado di fornire una forma altamente affidabile di trasporto dati su una varietà di condizioni di percorso del segnale. Un esempio è stata la radio digitale DAB che è stata introdotta in Europa e in altri paesi. È stata la Norwegian Broadcasting Corporation NRK a lanciare il primo servizio il 1° giugno 1995. OFDM è stato utilizzato anche per la televisione digitale.
In seguito la potenza di elaborazione è aumentata a causa dell’aumento dei livelli di integrazione, permettendo all’OFDM di essere considerato per i sistemi di comunicazione mobile 4G che hanno iniziato ad essere distribuiti dal 2009 circa. Anche l’OFDM è stato adottato per il Wi-Fi e una varietà di altri sistemi di dati wireless.
Che cos’è l’OFDM?
OFDM è una forma di modulazione multicarrier. Un segnale OFDM consiste in un certo numero di portanti modulate a distanza ravvicinata. Quando una modulazione di qualsiasi forma – voce, dati, ecc. – viene applicata a una portante, le bande laterali si diffondono su entrambi i lati. È necessario che un ricevitore sia in grado di ricevere l’intero segnale per poter demodulare con successo i dati. Di conseguenza, quando i segnali sono trasmessi uno vicino all’altro, devono essere distanziati in modo che il ricevitore possa separarli con un filtro e ci deve essere una banda di guardia tra loro. Questo non è il caso dell’OFDM. Anche se le bande laterali di ogni portante si sovrappongono, possono ancora essere ricevute senza l’interferenza che ci si potrebbe aspettare perché sono ortogonali tra loro. Questo si ottiene avendo la spaziatura delle portanti uguale al reciproco del periodo del simbolo.
Per vedere come funziona OFDM, è necessario guardare il ricevitore. Questo agisce come un banco di demodulatori, traducendo ogni portante in DC. Il segnale risultante è integrato sul periodo di simbolo per rigenerare i dati da quella portante. Lo stesso demodulatore demodula anche le altre portanti. Poiché la spaziatura delle portanti è uguale al reciproco del periodo del simbolo, significa che avranno un numero intero di cicli nel periodo del simbolo e il loro contributo si sommerà a zero – in altre parole non c’è contributo di interferenza.
Un requisito dei sistemi OFDM di trasmissione e ricezione è che devono essere lineari. Qualsiasi non linearità causerà un’interferenza tra le portanti come risultato della distorsione di inter-modulazione. Questo introdurrà segnali indesiderati che causeranno interferenze e comprometteranno l’ortogonalità della trasmissione.
In termini di attrezzature da utilizzare l’alto rapporto picco-media dei sistemi multiportante come OFDM richiede che l’amplificatore finale RF all’uscita del trasmettitore sia in grado di gestire i picchi mentre la potenza media è molto più bassa e questo porta all’inefficienza. In alcuni sistemi i picchi sono limitati. Anche se questo introduce una distorsione che si traduce in un livello più alto di errori nei dati, il sistema può contare sulla correzione degli errori per rimuoverli.
Dati su OFDM
Il formato tradizionale per inviare dati su un canale radio è quello di inviarli in serie, un bit dopo l’altro. Questo si basa su un singolo canale e qualsiasi interferenza su quella singola frequenza può interrompere l’intera trasmissione.
OFDM adotta un approccio diverso. I dati sono trasmessi in parallelo attraverso le varie portanti all’interno del segnale OFDM complessivo. Essendo diviso in un certo numero di “sottostreams” paralleli, la velocità complessiva dei dati è quella del flusso originale, ma quella di ciascuno dei sottostreams è molto più bassa, e i simboli sono più distanziati nel tempo.
Questo riduce l’interferenza tra i simboli e rende più facile ricevere accuratamente ogni simbolo mantenendo lo stesso throughput.
La minore velocità dei dati in ogni flusso significa che l’interferenza dalle riflessioni è molto meno critica. Questo si ottiene aggiungendo un tempo di banda di guardia o un intervallo di guardia nel sistema. Questo assicura che i dati siano campionati solo quando il segnale è stabile e non arrivano nuovi segnali ritardati che altererebbero il tempo e la fase del segnale. Questo può essere ottenuto molto più efficacemente all’interno di un substream a bassa velocità di dati.
La distribuzione dei dati su un gran numero di portanti nel segnale OFDM ha alcuni ulteriori vantaggi. I nulli causati da effetti multipath o da interferenze su una data frequenza influenzano solo un piccolo numero di portanti, mentre le rimanenti vengono ricevute correttamente. Utilizzando tecniche di codifica degli errori, il che significa aggiungere ulteriori dati al segnale trasmesso, permette di ricostruire molti o tutti i dati corrotti all’interno del ricevitore. Questo può essere fatto perché il codice di correzione degli errori è trasmesso in una parte diversa del segnale.
Caratteristiche chiave dell’OFDM
Lo schema OFDM differisce dal FDM tradizionale nei seguenti modi correlati:
- Portanti multiple (chiamate sottoportanti) portano il flusso di informazioni
- Le sottoportanti sono ortogonali tra loro.
- Ad ogni simbolo viene aggiunto un intervallo di guardia per minimizzare la diffusione del ritardo del canale e l’interferenza intersimbolo.
Vantaggi dell’OFDM &svantaggi
Vantaggi dell’OFDM
L’OFDM è stato usato in molti sistemi wireless ad alta velocità di dati a causa dei molti vantaggi che fornisce.
- Immunità al fading selettivo: Uno dei principali vantaggi dell’OFDM è che è più resistente alla dissolvenza selettiva della frequenza rispetto ai sistemi a portante singola perché divide il canale complessivo in più segnali a banda stretta che sono colpiti individualmente come sottocanali a dissolvenza piatta.
- Resilienza alle interferenze: L’interferenza che appare su un canale può essere limitata nella larghezza di banda e in questo modo non influenzerà tutti i sottocanali. Ciò significa che non tutti i dati vengono persi.
- Efficienza dello spettro: Usando sottoportanti sovrapposte a distanza ravvicinata, un vantaggio significativo dell’OFDM è che fa un uso efficiente dello spettro disponibile.
- Resiliente all’ISI: un altro vantaggio dell’OFDM è che è molto resistente all’interferenza intersimbolo e inter-frame. Questo risulta dal basso tasso di dati su ciascuno dei sottocanali.
- Resistente agli effetti a banda stretta: Usando un’adeguata codifica di canale e interleaving è possibile recuperare i simboli persi a causa della selettività di frequenza del canale e delle interferenze a banda stretta. Non tutti i dati vengono persi.
- Equalizzazione del canale più semplice: Uno dei problemi dei sistemi CDMA era la complessità dell’equalizzazione del canale che doveva essere applicata su tutto il canale. Un vantaggio dell’OFDM è che usando più sottocanali, l’equalizzazione del canale diventa molto più semplice.
Svantaggi dell’OFDM
Sebbene l’OFDM sia stato ampiamente utilizzato, ci sono ancora alcuni svantaggi al suo utilizzo che devono essere affrontati quando si considera il suo uso.
- Alto rapporto tra picco e potenza media: Un segnale OFDM ha una variazione di ampiezza simile al rumore e ha una gamma dinamica relativamente alta, o rapporto tra potenza di picco e media. Questo ha un impatto sull’efficienza dell’amplificatore RF in quanto gli amplificatori devono essere lineari e adattarsi alle grandi variazioni di ampiezza e questi fattori significano che l’amplificatore non può funzionare con un alto livello di efficienza.
- Sensibile all’offset e alla deriva della portante: Un altro svantaggio dell’OFDM è che è sensibile all’offset e alla deriva della frequenza della portante. I sistemi a portante singola sono meno sensibili.
OFDM, multiplazione di divisione di frequenza ortogonale ha guadagnato una presenza significativa nel mercato wireless. La combinazione di alta capacità di dati, alta efficienza spettrale, e la sua resilienza all’interferenza come risultato di effetti multi-path significa che è ideale per le applicazioni di dati elevati che sono diventate un fattore importante nel panorama delle comunicazioni di oggi.
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