OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Bevat:
OFDM-basics Cyclic prefix OFDM-synchronisatie
Zie ook: Multicarrier modulatie basis Wat is FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing is een vorm van signaalgolfvorm of modulatie die een aantal belangrijke voordelen biedt voor dataverbindingen.
Volgens wordt OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing gebruikt voor veel van de nieuwste draadloze systemen met grote bandbreedte en hoge datasnelheid, waaronder Wi-Fi, cellulaire telecommunicatie en nog veel meer.
Het feit dat OFDM gebruik maakt van een groot aantal draaggolven, die elk gegevens met een lage bitsnelheid dragen, betekent dat het zeer goed bestand is tegen selectieve fading, interferentie en multipath-effecten, en tevens een hoge mate van spectrale efficiëntie biedt.
Vroegere systemen die gebruik maakten van OFDM ontdekten dat de verwerking die nodig was voor het signaalformaat relatief hoog was, maar door de vooruitgang in de technologie levert OFDM weinig problemen op wat betreft de vereiste verwerking.
Ontwikkeling van OFDM
Het gebruik van OFDM en multicarrier-modulatie in het algemeen is de laatste jaren op de voorgrond getreden omdat het een ideaal platform biedt voor draadloze datacommunicatietransmissies.
Hoewel het concept van OFDM-technologie voor het eerst werd onderzocht in de jaren zestig en zeventig tijdens onderzoek naar methoden om interferentie tussen dicht bij elkaar gelegen kanalen te verminderen. Daarnaast waren er andere vereisten om foutloze datatransmissie te bereiken in aanwezigheid van interferentie en selectieve propagatieomstandigheden.
In eerste instantie vereiste het gebruik van OFDM een grote mate van verwerking en daarom was het niet levensvatbaar voor algemeen gebruik.
Enkele van de eerste systemen die OFDM toepasten waren digitale omroep – hier kon OFDM een zeer betrouwbare vorm van datatransport bieden in een verscheidenheid van signaalpadomstandigheden. Een voorbeeld was DAB digitale radio die in Europa en andere landen werd geïntroduceerd. Het was de Noorse omroep NRK die de eerste dienst lanceerde op 1 juni 1995. OFDM werd ook gebruikt voor digitale televisie.
Later nam de verwerkingskracht toe als gevolg van de toenemende integratieniveaus, waardoor OFDM in aanmerking kwam voor de 4G-systemen voor mobiele communicatie die vanaf ongeveer 2009 werden ingevoerd. OFDM werd ook gebruikt voor Wi-Fi en een verscheidenheid van andere draadloze datasystemen.
Wat is OFDM?
OFDM is een vorm van multicarrier modulatie. Een OFDM signaal bestaat uit een aantal dicht bij elkaar geplaatste gemoduleerde draaggolven. Wanneer modulatie in welke vorm dan ook – spraak, data, enz. – wordt toegepast op een draaggolf, verspreiden zich zijbanden aan weerszijden. Een ontvanger moet het gehele signaal kunnen ontvangen om de gegevens met succes te kunnen demoduleren. Daarom moeten signalen die dicht bij elkaar worden uitgezonden een zodanige afstand hebben dat de ontvanger ze met een filter kan scheiden en moet er een beschermingsband tussen zitten. Dit is niet het geval bij OFDM. Hoewel de zijbanden van elke draaggolf elkaar overlappen, kunnen zij toch worden ontvangen zonder de interferentie die zou kunnen worden verwacht omdat zij orthogonaal ten opzichte van elkaar zijn. Dit wordt bereikt door de afstand tussen de draaggolven gelijk te stellen aan het reciproke van de symboolperiode.
Om te zien hoe OFDM werkt, moet men naar de ontvanger kijken. Deze fungeert als een bank van demodulatoren, die elke draaggolf naar DC vertalen. Het resulterende signaal wordt geïntegreerd over de symboolperiode om de gegevens van die draaggolf te regenereren. Dezelfde demodulator demoduleert ook de andere draaggolven. Aangezien de afstand tussen de draaggolven gelijk is aan de reciproke van de symboolperiode, hebben zij een geheel aantal cycli in de symboolperiode en is hun bijdrage bij elkaar opgeteld nul – met andere woorden er is geen interferentiebijdrage.
Eén vereiste van de OFDM zend- en ontvangstsystemen is dat zij lineair moeten zijn. Elke niet-lineariteit zal interferentie tussen de draaggolven veroorzaken als gevolg van intermodulatievervorming. Dit zal ongewenste signalen introduceren die interferentie veroorzaken en afbreuk doen aan de orthogonaliteit van de transmissie.
In termen van de te gebruiken apparatuur vereist de hoge piek/gemiddelde verhouding van multi-carrier systemen zoals OFDM dat de RF-eindversterker aan de uitgang van de zender de pieken aankan terwijl het gemiddelde vermogen veel lager is en dit leidt tot inefficiëntie. In sommige systemen worden de pieken beperkt. Hoewel dit vervorming introduceert die resulteert in een hoger niveau van gegevensfouten, kan het systeem vertrouwen op de foutcorrectie om deze te verwijderen.
Gegevens over OFDM
Het traditionele formaat voor het verzenden van gegevens over een radiokanaal is het verzenden in seriële volgorde, de ene bit na de andere. Dit berust op een enkel kanaal en elke interferentie op die ene frequentie kan de hele transmissie verstoren.
OFDM kiest voor een andere aanpak. De gegevens worden parallel over de verschillende draaggolven binnen het totale OFDM-signaal verzonden. Opgesplitst in een aantal parallelle “substromen” is de totale datasnelheid die van de oorspronkelijke stroom, maar die van elk van de substromen is veel lager, en de symbolen liggen verder uit elkaar in de tijd.
Dit vermindert de interferentie tussen de symbolen en maakt het gemakkelijker om elk symbool nauwkeurig te ontvangen met behoud van dezelfde verwerkingscapaciteit.
De lagere datasnelheid in elke stroom betekent dat de interferentie van reflecties veel minder kritiek is. Dit wordt bereikt door een guard band tijd of guard interval in het systeem op te nemen. Dit zorgt ervoor dat de gegevens alleen worden bemonsterd wanneer het signaal stabiel is en er geen nieuwe vertraagde signalen binnenkomen die de timing en fase van het signaal zouden kunnen veranderen. Dit kan veel doeltreffender worden bereikt binnen een substroom met lage datasnelheid.
De verdeling van de gegevens over een groot aantal draaggolven in het OFDM-signaal heeft nog enkele andere voordelen. Nullen veroorzaakt door multipath-effecten of interferentie op een bepaalde frequentie hebben slechts op een klein aantal draaggolven invloed, terwijl de resterende draaggolven correct worden ontvangen. Door gebruik te maken van fout-coderingstechnieken, hetgeen betekent dat extra gegevens aan het uitgezonden signaal worden toegevoegd, kunnen veel of alle beschadigde gegevens in de ontvanger worden gereconstrueerd. Dit is mogelijk omdat de foutcorrectiecode in een ander deel van het signaal wordt uitgezonden.
Kernmerken van OFDM
Het OFDM-schema verschilt van het traditionele FDM op de volgende onderling samenhangende manieren:
- Meerdere dragers (subcarriers genaamd) dragen de informatiestroom
- De subcarriers zijn orthogonaal ten opzichte van elkaar.
- Een bewakingsinterval wordt aan elk symbool toegevoegd om de kanaalvertragingsspreiding en de interferentie tussen de symbolen te minimaliseren.
OFDM-voordelen & nadelen
OFDM-voordelen
OFDM is gebruikt in veel draadloze systemen met hoge datasnelheid vanwege de vele voordelen die het biedt.
- Ongevoeligheid voor selectieve fading: Een van de belangrijkste voordelen van OFDM is dat het beter bestand is tegen frequentieselectieve fading dan single carrier systemen omdat het het totale kanaal verdeelt in meerdere smalbandsignalen die afzonderlijk worden beïnvloed als vlakke fading subkanalen.
- Weerstand tegen interferentie: Interferentie die op een kanaal verschijnt kan bandbreedte beperkt zijn en zal op deze manier niet alle subkanalen beïnvloeden. Dit betekent dat niet alle gegevens verloren gaan.
- Spectrum-efficiëntie: Door gebruik te maken van dicht bij elkaar liggende overlappende sub-carriers is een belangrijk voordeel van OFDM dat het efficiënt gebruik maakt van het beschikbare spectrum.
- Resilient to ISI: Een ander voordeel van OFDM is dat het zeer resilient is tegen inter-symbol en inter-frame interferentie. Dit is het gevolg van de lage datasnelheid op elk van de subkanalen.
- Bestand tegen smalle-band effecten: Met behulp van adequate kanaalcodering en interleaving is het mogelijk symbolen te herstellen die verloren gaan als gevolg van de frequentieselectiviteit van het kanaal en smalbandinterferentie. Niet alle gegevens gaan verloren.
- Eenvoudiger kanaalvereffening: Een van de problemen met CDMA-systemen was de complexiteit van de kanaalvereffening die over het gehele kanaal moest worden toegepast. Een voordeel van OFDM is dat bij gebruik van meerdere subkanalen de kanaalvereffening veel eenvoudiger wordt.
OFDM-nadelen
Hoewel OFDM op grote schaal is toegepast, zijn er toch nog een paar nadelen aan het gebruik ervan die moeten worden aangepakt wanneer het gebruik ervan wordt overwogen.
- Hoge piek/gemiddelde vermogensverhouding: Een OFDM-signaal heeft een ruisachtige amplitudevariatie en heeft een relatief groot dynamisch bereik, of piek-gemiddelde vermogensverhouding. Dit heeft gevolgen voor het rendement van de RF-versterker, aangezien de versterkers lineair moeten zijn en de grote amplitudevariaties moeten opvangen, en deze factoren betekenen dat de versterker niet met een hoog rendement kan werken.
- Gevoelig voor carrier offset en drift: Een ander nadeel van OFDM is dat is gevoelig voor draaggolffrequentie offset en drift. Single carrier systemen zijn minder gevoelig.
OFDM, orthogonal frequency division multiplexing, heeft een belangrijke plaats veroverd op de draadloze markt. De combinatie van hoge datacapaciteit, hoge spectrale efficiëntie en bestandheid tegen interferentie als gevolg van multipath-effecten betekent dat het ideaal is voor de toepassingen met hoge datasnelheid die een belangrijke factor zijn geworden in het hedendaagse communicatielandschap.
Meer essentiële radio-onderwerpen:
Radiosignalen Modulatiesoorten & technieken Amplitudemodulatie Frequentiemodulatie OFDM RF-mixen Phase locked loops Frequentiesynthesizers Passieve intermodulatie RF-dempers RF-filters RF-circulator Radio-ontvangertypes Superhet-radio Selectiviteit ontvanger Gevoeligheid ontvanger Sterk signaalverwerking Dynamisch bereik ontvanger
Terug naar menu Radio-onderwerpen . . .