OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Includes:
OFDM basic prefix OFDM cyclic prefix OFDM synchronisation
See também: O que é FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing é uma forma de onda de sinal ou modulação que fornece algumas vantagens significativas para links de dados.
De acordo, OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing é usado para muitos dos mais recentes sistemas sem fio de largura de banda larga e alta taxa de dados, incluindo Wi-Fi, telecomunicações celulares e muito mais.
O fato de que o OFDM usa um grande número de operadoras, cada uma carregando dados de baixa taxa de bits, significa que ele é muito resistente ao desvanecimento seletivo, interferência e efeitos multipath, além de proporcionar um alto grau de eficiência espectral.
Os sistemas de OFDM que utilizam OFDM verificaram que o processamento requerido para o formato do sinal era relativamente alto, mas com os avanços da tecnologia, OFDM apresenta poucos problemas em termos do processamento requerido.
Desenvolvimento do OFDM
O uso do OFDM e da modulação de múltiplas portadoras em geral tem vindo à tona nos últimos anos, pois ele fornece uma plataforma ideal para a transmissão de comunicação de dados sem fio.
No entanto, o conceito da tecnologia OFDM foi investigado pela primeira vez nas décadas de 1960 e 1970 durante a pesquisa de métodos para reduzir a interferência entre canais estreitamente espaçados. Além desses outros requisitos necessários para alcançar uma transmissão de dados sem erros na presença de interferência e condições de propagação seletiva.
Inicialmente, o uso do OFDM exigia grandes níveis de processamento e, portanto, não era viável para uso geral.
Alguns dos primeiros sistemas a adotar o OFDM foram a radiodifusão digital – aqui o OFDM foi capaz de fornecer uma forma altamente confiável de transporte de dados em uma variedade de condições de caminho de sinal. Um exemplo foi o rádio digital DAB, que foi introduzido na Europa e em outros países. Foi a Norwegian Broadcasting Corporation NRK que lançou o primeiro serviço em 1 de junho de 1995. O OFDM também foi utilizado para a televisão digital.
A potência de processamento posterior aumentou como resultado do aumento dos níveis de integração, permitindo que o OFDM fosse considerado para os sistemas de comunicações móveis 4G que começaram a ser implantados a partir de cerca de 2009. Também o OFDM foi adotado para Wi-Fi e uma variedade de outros sistemas de dados sem fio.
O que é OFDM?
OFDM é uma forma de modulação de multicarrier. Um sinal OFDM consiste em um número de portadoras moduladas em espaçamento estreito. Quando a modulação de qualquer forma – voz, dados, etc. – é aplicada a uma portadora, então as bandas laterais se espalham para cada lado. É necessário que um receptor possa receber o sinal completo para poder desmodular os dados com sucesso. Como resultado, quando os sinais são transmitidos próximos uns dos outros, eles devem ser espaçados de modo que o receptor possa separá-los usando um filtro e deve haver uma banda de guarda entre eles. Este não é o caso com o OFDM. Embora as bandas laterais de cada portadora se sobreponham, elas ainda podem ser recebidas sem a interferência que poderia ser esperada, pois são ortogonais umas às outras. Isto é conseguido tendo o espaçamento da portadora igual ao recíproco do período do símbolo.
Para ver como o OFDM funciona, é necessário olhar para o receptor. Este funciona como um banco de desmoduladores, traduzindo cada portadora para DC. O sinal resultante é integrado durante o período do símbolo para regenerar os dados daquela portadora. O mesmo desmodulador também desmodula as outras portadoras. Como o espaçamento entre portadoras igual ao recíproco do período do símbolo significa que elas terão um número inteiro de ciclos no período do símbolo e sua contribuição somará a zero – em outras palavras, não há contribuição de interferência.
Um requisito dos sistemas transmissores e receptores OFDM é que eles devem ser lineares. Qualquer não-linearidade causará interferência entre as portadoras como resultado da distorção de inter-modulação. Isso irá introduzir sinais indesejados que causariam interferência e prejudicariam a ortogonalidade da transmissão.
Em termos do equipamento a ser usado, a alta relação entre o pico e a média dos sistemas multiportadoras como o OFDM exige que o amplificador final de RF na saída do transmissor seja capaz de lidar com os picos enquanto a potência média é muito menor e isso leva à ineficiência. Em alguns sistemas, os picos são limitados. Embora isto introduza distorção que resulta em um nível mais alto de erros de dados, o sistema pode confiar na correção do erro para removê-los.
Dados no OFDM
O formato tradicional para enviar dados através de um canal de rádio é enviá-los em série, um bit após o outro. Isto depende de um único canal e qualquer interferência naquela freqüência única pode interromper toda a transmissão.
OFDM adota uma abordagem diferente. Os dados são transmitidos em paralelo através das várias portadoras dentro do sinal OFDM global. Sendo dividido em vários “subgrupos” paralelos, a taxa total de dados é a do fluxo original, mas a de cada um dos subgrupos é muito menor, e os símbolos são espaçados mais no tempo.
Isso reduz a interferência entre os símbolos e facilita a recepção de cada símbolo com precisão, mantendo a mesma taxa de transmissão.
A menor taxa de dados em cada fluxo significa que a interferência dos reflexos é muito menos crítica. Isto é conseguido adicionando um tempo de banda de guarda ou intervalo de guarda ao sistema. Isto assegura que os dados só são amostrados quando o sinal é estável e não chegam novos sinais atrasados que possam alterar o tempo e a fase do sinal. Isto pode ser alcançado muito mais efetivamente dentro de um subgrupo de baixa taxa de dados.
A distribuição dos dados em um grande número de portadoras no sinal OFDM tem algumas vantagens adicionais. Os nulos causados por efeitos multi-percurso ou interferência em uma determinada freqüência afetam apenas um pequeno número de portadoras, sendo as demais recebidas corretamente. Ao utilizar técnicas de codificação de erros, o que significa adicionar mais dados ao sinal transmitido, permite que muitos ou todos os dados corrompidos sejam reconstruídos dentro do receptor. Isto pode ser feito porque o código de correção de erros é transmitido em uma parte diferente do sinal.
Características-chave do OFDM
O esquema OFDM difere do FDM tradicional nas seguintes formas inter-relacionadas:
- Os portadores múltiplos (chamados subcarriers) transportam o fluxo de informação
- Os subcarriers são ortogonais uns aos outros.
- Um intervalo de guarda é adicionado a cada símbolo para minimizar a propagação do atraso do canal e a interferência entre símbolos.
Vantagens do OFDM &Desvantagens
Vantagens do OFDM
OFDM tem sido usado em muitos sistemas sem fio de alta taxa de dados devido às muitas vantagens que oferece.
- Imunidade ao desvanecimento seletivo: Uma das principais vantagens do OFDM é que ele é mais resistente ao desvanecimento seletivo de freqüência do que sistemas de uma única operadora, pois divide o canal geral em vários sinais de banda estreita que são afetados individualmente como sub-canais de desvanecimento plano.
- Resiliência à interferência: A interferência que aparece em um canal pode ser limitada na largura de banda e desta forma não afetará todos os sub-canais. Isto significa que nem todos os dados são perdidos.
- Eficiência do espectro: Usando sub-canais sobrepostos em espaço fechado, uma vantagem significativa do OFDM é que ele faz uso eficiente do espectro disponível.
- Resiliente ao ISI: Outra vantagem do OFDM é que ele é muito resistente à interferência entre símbolos e entre quadros. Isto resulta da baixa taxa de dados em cada um dos sub-canais.
- Resiliente a efeitos de banda estreita: Usando a codificação adequada do canal e intercalação é possível recuperar símbolos perdidos devido à seletividade de freqüência do canal e interferência em banda estreita. Nem todos os dados são perdidos.
- Equalização mais simples do canal: Um dos problemas com os sistemas CDMA era a complexidade da equalização de canais que tinha de ser aplicada em todo o canal. Uma vantagem do OFDM é que usando múltiplos sub-canais, a equalização de canais torna-se muito mais simples.
Desvantagens do OFDM
Por mais que o OFDM tenha sido amplamente utilizado, ainda há algumas desvantagens no seu uso que precisam ser tratadas quando se considera o seu uso.
- Elevada relação entre o pico e a potência média: Um sinal OFDM tem uma variação de amplitude sonora e tem um alcance dinâmico relativamente grande, ou uma relação entre o pico e a média de potência. Isso afeta a eficiência do amplificador de RF, pois os amplificadores precisam ser lineares e acomodar as grandes variações de amplitude e esses fatores significam que o amplificador não pode operar com um alto nível de eficiência.
- Sensível ao desvio e desvio da portadora: Outra desvantagem do OFDM é que é sensível ao desvio e derivação da frequência portadora. Os sistemas de portadora única são menos sensíveis.
OFDM, a multiplexação por divisão de frequência ortogonal ganhou uma presença significativa no mercado sem fio. A combinação de alta capacidade de dados, alta eficiência espectral e sua resistência à interferência como resultado de efeitos multicaminhos significa que ela é ideal para as altas aplicações de dados que se tornaram um fator importante no cenário atual das comunicações.
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