OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Innehåller:
OFDM grunder Cykliskt prefix OFDM-synkronisering
Se även: Vad är FBMC
OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing är en form av signalvågform eller modulering som ger några betydande fördelar för datalänkar.
OfDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing används för många av de senaste trådlösa systemen med stor bandbredd och hög datahastighet, inklusive Wi-Fi, cellulära telekommunikationer och många fler.
Det faktum att OFDM använder ett stort antal bärare, som var och en transporterar data med låg bithastighet, innebär att det är mycket motståndskraftigt mot selektivt bortfall, interferens och multipath-effekter, samt att det ger en hög grad av spektral effektivitet.
I tidiga system som använde OFDM fann man att den bearbetning som krävdes för signalformatet var relativt hög, men med de tekniska framstegen innebär OFDM få problem när det gäller den bearbetning som krävs.
Utveckling av OFDM
Användningen av OFDM och flerbärarmodulering i allmänhet har kommit i förgrunden under de senaste åren eftersom den utgör en idealisk plattform för trådlösa datakommunikationsöverföringar.
Konceptet för OFDM-tekniken undersöktes dock för första gången på 1960- och 1970-talen i samband med forskning om metoder för att minska interferens mellan kanaler med nära avstånd. Utöver detta behövdes andra krav för att uppnå felfri dataöverföring i närvaro av störningar och selektiva utbredningsförhållanden.
I början krävde användningen av OFDM stora bearbetningsnivåer och följaktligen var det inte genomförbart för allmän användning.
Några av de första systemen som införde OFDM var digitala sändningar – här kunde OFDM tillhandahålla en mycket tillförlitlig form av datatransport över en mängd olika signalvägförhållanden. Ett exempel var den digitala radion DAB som infördes i Europa och andra länder. Det var det norska radio- och tv-bolaget NRK som lanserade den första tjänsten den 1 juni 1995. OFDM användes också för digital-tv.
Senare ökade processorkraften till följd av stigande integrationsnivåer vilket gjorde att OFDM kunde övervägas för 4G-mobilkommunikationssystem som började införas från omkring 2009. OFDM antogs också för Wi-Fi och en rad andra trådlösa datasystem.
Vad är OFDM?
OFDM är en form av modulering med flera bärare. En OFDM-signal består av ett antal modulerade bärare med nära avstånd till varandra. När modulering av någon form – röst, data etc. – appliceras på en bärare sprids sidoband ut på båda sidor. En mottagare måste kunna ta emot hela signalen för att framgångsrikt kunna demodulera data. När signalerna sänds nära varandra måste de därför ha ett sådant avstånd att mottagaren kan skilja dem åt med hjälp av ett filter, och det måste finnas ett skyddsband mellan dem. Detta är inte fallet med OFDM. Även om sidobanden från varje bärare överlappar varandra kan de fortfarande tas emot utan den störning som kan förväntas eftersom de är ortogonala till varandra. Detta uppnås genom att bärvågsavståndet är lika med reciproken av symbolperioden.
För att se hur OFDM fungerar är det nödvändigt att titta på mottagaren. Denna fungerar som en bank av demodulatorer som översätter varje bärvåg ner till likström. Den resulterande signalen integreras över symbolperioden för att återskapa data från den bäraren. Samma demodulator demodulerar även de andra bärarna. Eftersom bäraravståndet är lika med reciproken av symbolperioden innebär det att de kommer att ha ett helt antal cykler i symbolperioden och deras bidrag kommer att summera till noll – med andra ord finns det inget störningsbidrag.
Ett krav på OFDM-sändnings- och mottagningssystem är att de måste vara linjära. Varje icke-linjäritet kommer att orsaka interferens mellan bärarna som ett resultat av intermoduleringsdistorsion. Detta kommer att introducera oönskade signaler som skulle orsaka störningar och försämra sändningens ortogonalitet.
I fråga om den utrustning som ska användas kräver det höga förhållandet mellan toppar och medelvärde i system med flera bärare som OFDM att RF-slutförstärkaren på sändarens utgång ska kunna hantera topparna, medan medelvärdet av effekten är mycket lägre, vilket leder till ineffektivitet. I vissa system är topparna begränsade. Även om detta introducerar distorsion som resulterar i en högre nivå av datafel, kan systemet förlita sig på att felkorrigeringen tar bort dem.
Data om OFDM
Det traditionella formatet för att sända data över en radiokanal är att sända dem seriellt, en bit efter en annan. Detta är beroende av en enda kanal och alla störningar på den enda frekvensen kan störa hela överföringen.
OFDM använder ett annat tillvägagångssätt. Uppgifterna överförs parallellt på de olika bärarna inom den övergripande OFDM-signalen. Genom att delas upp i ett antal parallella ”delströmmar” är den totala datahastigheten densamma som i den ursprungliga strömmen, men datahastigheten i var och en av delströmmarna är mycket lägre och symbolerna ligger längre ifrån varandra i tiden.
Detta minskar interferensen mellan symbolerna och gör det lättare att ta emot varje symbol exakt samtidigt som samma genomströmningshastighet bibehålls.
Den lägre datahastigheten i varje ström innebär att interferensen från reflektioner är mycket mindre kritisk. Detta uppnås genom att lägga till en skyddsbandstid eller ett skyddsintervall i systemet. Detta säkerställer att data endast samplas när signalen är stabil och inga nya fördröjda signaler anländer som skulle förändra signalens timing och fas. Detta kan uppnås mycket effektivare inom en underström med låg datahastighet.
Fördelningen av data över ett stort antal bärare i OFDM-signalen har ytterligare några fördelar. Nollor som orsakas av flervägseffekter eller störningar på en viss frekvens påverkar endast ett litet antal bärare, de återstående tas emot korrekt. Genom att använda tekniker för felkodning, vilket innebär att ytterligare data läggs till den överförda signalen, kan många eller alla korrupta data rekonstrueras i mottagaren. Detta kan göras eftersom felkorrigeringskoden sänds i en annan del av signalen.
Nyckelegenskaper hos OFDM
Ofdmsystemet skiljer sig från traditionell FDM på följande inbördes relaterade sätt:
- Flera bärare (så kallade underbärare) bär informationsflödet
- Underbärarna är ortogonala till varandra.
- Ett bevakningsintervall läggs till varje symbol för att minimera kanalens fördröjningsspridning och intersymbolinterferens.
OFDM fördelar & nackdelar
OFDM fördelar
OFDM har använts i många trådlösa system med hög dataöverföringshastighet på grund av de många fördelar som det ger.
- Immunitet mot selektiv fading: En av de viktigaste fördelarna med OFDM är att det är mer motståndskraftigt mot frekvensselektivt bortfall än system med en enda bärare eftersom det delar upp den övergripande kanalen i flera smalbandssignaler som påverkas individuellt som platta bortfallande delkanaler.
- Motståndskraft mot störningar: Interferens som förekommer på en kanal kan vara bandbreddsbegränsad och kommer på så sätt inte att påverka alla underkanaler. Detta innebär att all data inte går förlorad.
- Spektrumeffektivitet: Genom att använda tätt placerade överlappande delbärare är en betydande fördel med OFDM att det gör en effektiv användning av det tillgängliga spektrumet.
- Motståndskraftig mot ISI: En annan fördel med OFDM är att den är mycket motståndskraftig mot störningar mellan symboler och mellan ramar. Detta beror på den låga datahastigheten i var och en av underkanalerna.
- Motståndskraftig mot smalbandseffekter: Med hjälp av lämplig kanalkodning och interleaving är det möjligt att återskapa symboler som gått förlorade på grund av kanalens frekvensselektivitet och smalbandsstörningar. Alla data går inte förlorade.
- Enklare kanalutjämning: Ett av problemen med CDMA-systemen var komplexiteten i kanalutjämningen som måste tillämpas på hela kanalen. En fördel med OFDM är att kanalutjämningen blir mycket enklare om man använder flera delkanaler.
OFDM nackdelar
Och även om OFDM har använts i stor utsträckning finns det fortfarande några nackdelar som man måste ta hänsyn till när man överväger att använda det.
- Högt förhållande mellan toppeffekt och genomsnittlig effekt: En OFDM-signal har en brusliknande amplitudvariation och har ett relativt stort dynamiskt område, eller topp till genomsnittlig effektförhållande. Detta påverkar RF-förstärkarens effektivitet eftersom förstärkarna måste vara linjära och hantera de stora amplitudvariationerna, och dessa faktorer innebär att förstärkaren inte kan arbeta med en hög verkningsgrad.
- Känslig för bärarförskjutning och drift: En annan nackdel med OFDM är att den är känslig för förskjutning och drift av bärfrekvensen. System med en bärare är mindre känsliga.
OFDM, orthogonal frequency division multiplexing har fått en betydande närvaro på den trådlösa marknaden. Kombinationen av hög datakapacitet, hög spektraleffektivitet och dess motståndskraft mot störningar till följd av flervägseffekter innebär att den är idealisk för de tillämpningar med hög dataförmåga som har blivit en viktig faktor på dagens kommunikationsscenarion.
Mer väsentliga radioämnen:
Radiosignaler Modulationstyper &tekniker Amplitudmodulering Frekvensmodulering OFDM RF-mixning Faslåsade slingor Frekvenssynteser Passiv intermodulering RF-dämpare RF-filter RF-cirkulator Radiomottagartyper Superhet-radio Mottagarselektivitet Mottagarkänslighet Mottagarkänslighet Hantering av starka signaler Mottagardynamikomfång
Tur tillbaka till menyn Radioämnen . . .