OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing 含む：
OFDMの基本 サイクリックプレフィックス OFDM同期
関連項目：OFDMの基本 サイクリックプレフィックス OFDM同期 FBMC とは
OFDM、直交周波数分割多重は、データリンクに大きな利点をもたらす信号波形または変調の一形態です。
したがって、OFDM、直交周波数分割多重は Wi-Fi や携帯電話通信など、最新の広帯域・高データレートの無線システムの多くで使用されています。
OFDMは多数のキャリアを使用し、それぞれが低ビットレートのデータを伝送するため、選択的フェージング、干渉、マルチパス効果に非常に強く、また高いスペクトル効率を提供します。
初期の OFDM を使用したシステムでは、信号フォーマットに必要な処理が比較的多かったのですが、技術の進歩により、OFDM は必要な処理の面でほとんど問題がなくなりました。
OFDM の開発
OFDM とマルチキャリア変調全般の使用は、無線データ通信の送信に理想的なプラットフォームを提供するため、近年注目されるようになりました。 これに加えて、干渉や選択的な伝搬条件の存在下でエラーのないデータ伝送を実現する必要がありました。
当初、OFDM の使用は大規模な処理を必要とし、したがって、一般使用には適していませんでした。 例えば、ヨーロッパなどで導入されたDABデジタルラジオがその一例です。 1995年6月1日に最初のサービスを開始したのは、ノルウェー放送公社（NRK）です。 OFDMはデジタルテレビにも使われている。
その後、集積度の向上により処理能力が上がり、2009年頃から普及し始めた4G移動通信システムでもOFDMが検討されるようになりました。
OFDMとは
OFDMは、マルチキャリア変調の一種である。 OFDM信号は、多数の間隔の狭い変調キャリアで構成されています。 キャリアに音声やデータなどの変調をかけると、左右にサイドバンドが広がります。 受信機がデータを正しく復調するためには、信号全体を受信できることが必要です。 そのため、信号を近接して送信する場合は、受信機がフィルターで分離できるように間隔を空け、その間にガードバンドを設ける必要がある。 しかし、OFDMの場合はそうではない。 各キャリアのサイドバンドは重なり合っていますが、互いに直交しているため、予想されるような干渉を受けずに受信することができます。
OFDMの仕組みを知るには、受信機を見てみる必要があります。 これは復調器のバンクとして機能し、各キャリアをDCに変換します。 得られた信号は、シンボル期間にわたって積分され、そのキャリアからデータを再生します。 同じ復調器が他のキャリアも復調します。
OFDM送受信システムの要件の1つは、線形でなければならないことです。 非線形性があると、相互変調歪みの結果、キャリア間の干渉が発生します。 使用する機器については、OFDMのようなマルチキャリアシステムの高いピーク/平均比は、送信機出力のRF最終アンプがピークを処理できる必要がある一方、平均電力ははるかに低く、これは非効率につながる。 一部のシステムでは、ピークを制限しています。
OFDMのデータ
無線チャネルでデータを送信する従来の形式は、データを1ビットずつ連続して送信することです。 これは単一チャネルに依存し、その単一周波数での干渉は伝送全体を中断させます。
OFDMは異なるアプローチを採用しています。 データは、OFDM信号全体の中でさまざまなキャリアにまたがって並行して送信されます。 いくつかの並列「サブストリーム」に分割されるため、全体のデータレートは元のストリームのものですが、サブストリームのそれぞれのデータレートははるかに低く、シンボルは時間的にさらに間隔をあけて配置されます。 これは、システムにガードバンド時間またはガードインターバルを追加することで実現されます。 これにより、信号が安定し、信号のタイミングと位相を変更するような新しい遅延信号が到着しない場合にのみ、データがサンプリングされるようになります。 これは、低データレートのサブストリーム内ではるかに効果的に達成できます。
OFDM 信号の多数のキャリアにデータを分散することで、さらにいくつかの利点があります。 マルチパス効果や特定の周波数での干渉によるナルは、少数のキャリアにしか影響せず、残りのキャリアは正しく受信されます。 エラーコーディング技術を使用することで、送信信号にさらにデータを追加することになりますが、受信機内で破損したデータの多くまたはすべてを再構築することが可能になります。
OFDM の主な特徴
OFDM スキームは、相互に関連する以下の点で従来の FDM と異なります。
OFDM の利点&欠点
OFDM の利点
OFDM は多くの利点があるので、高データレート無線システムで使用されてきた
- 選択フェージングに対する免疫性。 OFDMの主な利点の1つは、チャネル全体をフラットフェージングサブチャネルとして個別に影響を受ける複数の狭帯域信号に分割するため、シングルキャリアシステムよりも周波数選択性フェージングに対して耐性があることである。 チャネルに現れる干渉は帯域幅が制限されている場合があり、このようにすべてのサブチャネルに影響を与えることはありません。 このため、すべてのデータが失われることはありません。
- スペクトラム効率。 間隔の近いオーバーラップするサブキャリアを使用することで、OFDMの大きな利点は、利用可能なスペクトルを効率的に使用することです。
- 狭帯域の影響に強い。 適切なチャネル符号化とインターリーブを使用することで、チャネルの周波数選択性と狭帯域干渉によって失われたシンボルを回復することが可能です。 すべてのデータが失われるわけではありません。
- よりシンプルなチャネルイコライゼーション。 CDMAシステムの問題の1つは、チャネル全体に適用されなければならないチャネル等化の複雑さでした。 OFDMの利点は、複数のサブチャネルを使用することで、チャネル等化がよりシンプルになることです。
OFDM の欠点
OFDM が広く使われている一方で、その使用を検討する際に対処しなければならないいくつかの欠点があります。 OFDM 信号は、ノイズのような振幅変動があり、比較的大きなダイナミックレンジ、つまりピーク/平均電力比を持っています。 これは、増幅器が線形であり、大きな振幅変動に対応する必要があるため、RF増幅器の効率に影響を与え、これらの要因は、増幅器が高い効率レベルで動作することができないことを意味します。
OFDM (直交周波数分割多重) は、ワイヤレス市場で重要な存在感を示しています。 高いデータ容量、高いスペクトル効率、およびマルチパス効果の結果としての干渉に対する回復力の組み合わせは、今日の通信シーンで大きな要因となっている高データ・アプリケーションに理想的であることを意味します。
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