OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Obejmuje:
OFDM podstawy Prefiks cykliczny OFDM synchronizacja
Zobacz także: Podstawy modulacji z wieloma nośnymi Co to jest FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing jest formą fali sygnału lub modulacji, która zapewnia pewne znaczące korzyści dla łączy danych.
Zgodnie z tym, OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing jest używany w wielu najnowszych systemach bezprzewodowych o szerokim paśmie i wysokiej szybkości transmisji danych, w tym Wi-Fi, telekomunikacji komórkowej i wielu innych.
Fakt, że OFDM wykorzystuje dużą liczbę nośnych, z których każda przenosi dane o niskiej przepływności, oznacza, że jest bardzo odporny na selektywne zanikanie, zakłócenia i efekty wielodrogowości, jak również zapewnia wysoki stopień wydajności spektralnej.
Wcześniejsze systemy wykorzystujące OFDM stwierdzały, że przetwarzanie wymagane dla formatu sygnału było stosunkowo wysokie, ale wraz z postępem technologicznym OFDM przedstawia niewiele problemów w zakresie wymaganego przetwarzania.
Rozwój OFDM
Użycie OFDM i ogólnie modulacji wielodrutowej wysunęło się na pierwszy plan w ostatnich latach, ponieważ stanowi idealną platformę dla bezprzewodowej transmisji danych.
Jednakże koncepcja technologii OFDM została po raz pierwszy zbadana w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych podczas badań nad metodami redukcji zakłóceń pomiędzy blisko rozmieszczonymi kanałami. Oprócz tego inne wymagania wymagały osiągnięcia bezbłędnej transmisji danych w obecności zakłóceń i selektywnych warunków propagacji.
Początkowo wykorzystanie OFDM wymagało dużych poziomów przetwarzania i w związku z tym nie było opłacalne do powszechnego użytku.
Niektóre z pierwszych systemów, które przyjęły OFDM były cyfrowym nadawaniem – tutaj OFDM był w stanie zapewnić wysoce niezawodną formę transportu danych w różnych warunkach ścieżki sygnału. Przykładem było radio cyfrowe DAB, które zostało wprowadzone w Europie i innych krajach. Pierwszą usługę uruchomiła Norweska Korporacja Nadawcza NRK 1 czerwca 1995 roku. OFDM był również wykorzystywany w telewizji cyfrowej.
Później moc przetwarzania wzrosła w wyniku rosnącego poziomu integracji, co umożliwiło rozważenie OFDM dla systemów komunikacji mobilnej 4G, które zaczęły być wdrażane od około 2009 roku. Również OFDM został zaadoptowany do Wi-Fi i wielu innych systemów bezprzewodowej transmisji danych.
Co to jest OFDM?
OFDM jest formą modulacji z wieloma nośnymi. Sygnał OFDM składa się z pewnej liczby ściśle rozmieszczonych zmodulowanych nośnych. Kiedy modulacja w jakiejkolwiek formie – głosu, danych, itp. jest stosowana do nośnej, pasma boczne rozchodzą się po obu stronach. Konieczne jest, aby odbiornik był w stanie odebrać cały sygnał, aby móc pomyślnie demodulować dane. Z tego powodu, gdy sygnały są przesyłane blisko siebie, muszą być tak rozmieszczone, aby odbiornik mógł je rozdzielić za pomocą filtra i musi być między nimi pasmo ochronne. W przypadku OFDM tak nie jest. Chociaż pasma boczne każdej z nośnych nakładają się na siebie, mogą być odbierane bez zakłóceń, których można by oczekiwać, ponieważ są one ortogonalne względem siebie. Osiąga się to dzięki temu, że odstępy między nośnymi są równe odwrotności okresu symbolu.
Aby zobaczyć, jak działa OFDM, konieczne jest spojrzenie na odbiornik. Działa on jako bank demodulatorów, tłumacząc każdą nośną na DC. Powstały sygnał jest integrowany przez okres symbolu, aby zregenerować dane z tej nośnej. Ten sam demodulator demoduluje również inne nośne. Ponieważ odstęp nośnych jest równy odwrotności okresu symbolu, oznacza to, że będą one miały pełną liczbę cykli w okresie symbolu i ich wkład będzie sumował się do zera – innymi słowy nie ma wkładu interferencyjnego.
Jednym z wymagań systemów nadawczych i odbiorczych OFDM jest to, że muszą one być liniowe. Każda nieliniowość spowoduje interferencję pomiędzy nośnymi w wyniku zniekształceń intermodulacyjnych. Wprowadzi to niepożądane sygnały, które spowodują zakłócenia i pogorszenie ortogonalności transmisji.
W zakresie sprzętu, który ma być używany wysoki stosunek wartości szczytowej do średniej w systemach z wieloma nośnymi, takich jak OFDM wymaga wzmacniacza końcowego RF na wyjściu nadajnika, aby być w stanie obsłużyć szczyty, podczas gdy średnia moc jest znacznie niższa, a to prowadzi do nieefektywności. W niektórych systemach szczyty są ograniczone. Chociaż wprowadza to zniekształcenia, które skutkują wyższym poziomem błędów danych, system może polegać na korekcji błędów, aby je usunąć.
Dane o OFDM
Tradycyjny format wysyłania danych przez kanał radiowy polega na wysyłaniu ich szeregowo, jeden bit po drugim. Opiera się to na pojedynczym kanale i wszelkie zakłócenia na tej pojedynczej częstotliwości mogą zakłócić całą transmisję.
OFDM przyjmuje inne podejście. Dane są przesyłane równolegle na różnych nośnych w ramach całego sygnału OFDM. Będąc podzielonym na szereg równoległych „podstrumieni”, ogólna szybkość transmisji danych jest taka jak w oryginalnym strumieniu, ale w każdym z podstrumieni jest znacznie niższa, a symbole są bardziej oddalone od siebie w czasie.
Zmniejsza to zakłócenia między symbolami i ułatwia dokładny odbiór każdego symbolu przy zachowaniu tej samej przepustowości.
Niższa szybkość transmisji danych w każdym strumieniu oznacza, że zakłócenia od odbić są znacznie mniej krytyczne. Osiąga się to poprzez dodanie czasu pasma ochronnego lub interwału ochronnego do systemu. Zapewnia to, że dane są próbkowane tylko wtedy, gdy sygnał jest stabilny i nie ma nowych sygnałów opóźnionych przybyć, które mogłyby zmienić czas i fazę sygnału. Można to osiągnąć o wiele bardziej efektywnie w ramach strumienia o niskiej prędkości transmisji danych.
Rozłożenie danych na dużą liczbę nośnych w sygnale OFDM ma pewne dalsze zalety. Zanik spowodowany efektami wielodrogowymi lub zakłóceniami na danej częstotliwości dotyczy tylko niewielkiej liczby nośnych, pozostałe są odbierane poprawnie. Dzięki zastosowaniu technik kodowania błędów, co oznacza dodanie kolejnych danych do transmitowanego sygnału, możliwe jest zrekonstruowanie w odbiorniku wielu lub wszystkich uszkodzonych danych. Można tego dokonać, ponieważ kod korekcji błędów jest przesyłany w innej części sygnału.
Kluczowe cechy OFDM
Schemat OFDM różni się od tradycyjnego FDM w następujący, powiązany ze sobą sposób:
- Wielokrotne nośne (zwane podnośnymi) przenoszą strumień informacji
- Podnośne są ortogonalne względem siebie.
- Do każdego symbolu dodawany jest odstęp ochronny, aby zminimalizować rozrzut opóźnienia kanału i interferencje międzysymbolowe.
Zalety OFDM &wady
Zalety OFDM
OFDM został zastosowany w wielu systemach bezprzewodowych o dużej szybkości transmisji danych ze względu na wiele zalet, które zapewnia.
- Odporność na selektywne zanikanie: Jedną z głównych zalet OFDM jest to, że jest bardziej odporny na selektywne zanikanie częstotliwości niż systemy jednonośnikowe, ponieważ dzieli ogólny kanał na wiele sygnałów wąskopasmowych, które są dotknięte indywidualnie jako płaskie zanikające podkanały.
- Odporność na zakłócenia: Zakłócenia pojawiające się na kanale mogą być ograniczone pasmem i w ten sposób nie będą miały wpływu na wszystkie podkanały. Oznacza to, że nie wszystkie dane są tracone.
- Wydajność spektrum: Stosując nakładające się blisko siebie podnośne, istotną zaletą OFDM jest to, że efektywnie wykorzystuje dostępne widmo.
- Odporność na ISI: Kolejną zaletą OFDM jest to, że jest bardzo odporny na zakłócenia międzysymbolowe i międzyramkowe. Wynika to z niskiej szybkości transmisji danych na każdym z podkanałów.
- Odporność na efekty wąskopasmowe: Stosując odpowiednie kodowanie kanału i interleaving możliwe jest odzyskanie symboli utraconych z powodu selektywności częstotliwościowej kanału i zakłóceń wąskopasmowych. Nie wszystkie dane są tracone.
- Prostsze wyrównywanie kanałów: Jednym z problemów z systemami CDMA była złożoność wyrównania kanału, które musiało być zastosowane w całym kanale. Zaletą OFDM jest to, że używając wielu podkanałów, wyrównanie kanału staje się znacznie prostsze.
Wady OFDM
Pomimo że OFDM był szeroko stosowany, nadal istnieje kilka wad jego stosowania, które należy uwzględnić przy rozważaniu jego użycia.
- Wysoki stosunek mocy szczytowej do mocy średniej: Sygnał OFDM ma zmienność amplitudy podobną do szumu i ma stosunkowo wysoki duży zakres dynamiczny, lub stosunek mocy szczytowej do średniej. Ma to wpływ na wydajność wzmacniacza RF, ponieważ wzmacniacze muszą być liniowe i dostosowywać się do dużych zmian amplitudy, a te czynniki oznaczają, że wzmacniacz nie może pracować z wysokim poziomem wydajności.
- Wrażliwy na przesunięcie nośnej i dryf: Inną wadą OFDM jest to, że jest wrażliwy na przesunięcie częstotliwości nośnej i dryf. Systemy z jednym nośnikiem są mniej wrażliwe.
OFDM, ortogonalne multipleksowanie z podziałem częstotliwości zyskało znaczącą obecność na rynku bezprzewodowym. Połączenie dużej pojemności danych, wysokiej wydajności spektralnej i odporności na zakłócenia wynikające z efektów wielościeżkowych oznacza, że jest to idealne rozwiązanie dla zastosowań wymagających dużej ilości danych, które stały się głównym czynnikiem na dzisiejszej scenie komunikacyjnej.
Więcej niezbędnych tematów radiowych:
Sygnały radiowe Rodzaje modulacji & techniki Modulacja amplitudy Modulacja częstotliwości OFDM Mieszanie RF Pętle blokowane fazą Syntezatory częstotliwości Pasywna intermodulacja Tłumiki RF Filtry RF Cyrkulator Typy odbiorników radiowych Radio Superhet Selektywność odbiornika Czułość odbiornika Obsługa silnych sygnałów Zakres dynamiki odbiornika
Powrót do menu tematów radiowych . . .