OFDM

Rozložení dílčích nosných signálů OFDM ve vztahu k amplitudově-frekvenčním charakteristikám FFT filtrů ( Fast Fourier Transform )

OFDM ( ortogonální multiplexování s frekvenčním dělením ) je schéma digitální  modulace , které využívá velké množství těsně rozmístěných ortogonálních dílčích nosných ( multiplexování ) . Každá dílčí nosná je modulována konvenčním modulačním schématem (jako je kvadraturní amplitudová modulace ) při nízké symbolové rychlosti, při zachování celkové datové rychlosti jako u konvenčních modulačních schémat s jedinou nosnou ve stejné šířce pásma. V praxi jsou OFDM signály získávány aplikací inverzní FFT ( Fast Fourier Transform ).

Princip umístění subnosné

OFDM signál je tvořen harmonickými subnosnými, které jsou frekvenčně rozmístěny ve stejných intervalech (v tomto případě mluvíme o ekvidistantním umístění subnosných). $N$$\Delta f$

Při takovém uspořádání frekvencí je celkové frekvenční pásmo obsazené OFDM signálem rozděleno na subkanály, jejichž šířka je , kde  je doba trvání vzorku signálu, přes který se provádí operace FFT (symbolový interval). $\Delta F$$N$${\displaystyle \Delta f=1/T_{s))$$T_{s}$

Pokud tedy zapíšeme výraz pro frekvenční interval mezi dílčími nosnými jako , pak případ bude odpovídat OFDM. $\Delta f=\alpha /T_{s}$$\alpha=1$

Celkové frekvenční pásmo obsazené N OFDM ortogonálních frekvenčních subkanálů je popsáno výrazem: . ${\displaystyle \Delta F=N/T_{s))$

Výhody

Hlavní výhodou OFDM oproti jedné nosné je její schopnost odolávat obtížným podmínkám kanálu. Například potírat vysokofrekvenční útlum v dlouhých měděných vodičích, úzkopásmový šum a frekvenčně selektivní útlum způsobený vícecestným šířením bez použití složitých ekvalizérových filtrů. Vyrovnání kanálů je zjednodušeno díky skutečnosti, že signál OFDM může být viděn jako množství pomalu modulovaných úzkopásmových signálů, spíše než jako jeden rychle modulovaný širokopásmový signál. Nízká symbolová rychlost umožňuje použít ochranný interval mezi symboly, který se dokáže vyrovnat s časovým rozptylem a eliminovat mezisymbolové interference (ISI).

Nevýhody OFDM

Podmínka ortogonality subnosných kromě těchto výhod způsobuje i řadu nevýhod metody OFDM :

• omezená spektrální účinnost při použití relativně široké šířky pásma;
• nemožnost manévrování frekvence subnosných pro odladění od rušení soustředěného přes spektrum;
• citlivost na Dopplerův frekvenční posun, což snižuje možnost realizace vysokorychlostní komunikace s pohybujícími se objekty.

Vysílač

Signál OFDM je součtem několika ortogonálních dílčích nosných , na každé z nich jsou data přenášená na hlavní frekvenci nezávisle modulována pomocí jednoho z typů modulace (BPSK, QPSK, 8-PSK, QAM atd.). Rádiová frekvence je pak modulována tímto součtovým signálem.

$s[n]$ je sériový proud binárních číslic. Před inverzní rychlou Fourierovou transformací (FFT) je tento tok nejprve převeden na N paralelních toků, načež je každý z nich mapován na tok symbolů pomocí fázové (BPSK, QPSK, 8-PSK) nebo amplitudově-fázové kvadraturní modulace ( QAM) procedura. Při použití modulace BPSK se získá proud binárních čísel (1 a −1), přičemž QPSK, 8-PSK, QAM - proud komplexních čísel. Protože toky jsou nezávislé, způsob modulace a tudíž počet bitů na symbol v každém toku se může lišit. Proto mohou mít různé toky různé přenosové rychlosti. Například šířka pásma linky je 2 400 baudů (znaků za sekundu) a první tok pracuje s QPSK (2 bity na symbol) a přenáší 4 800 bps, a druhý pracuje s QAM-16 (4 bity na symbol) a přenáší 9600 bps With.

Reverzní FFT se vypočítá pro N současně přicházejících symbolů, čímž vznikne stejný soubor komplexních vzorků v časové oblasti (vzorky v časové doméně ). Dále digitálně-analogové převodníky (DAC) převádějí reálné a imaginární složky samostatně do analogové formy, načež modulují RF kosinusovou vlnu a sinusoidu. Tyto signály se dále sečtou a dají přenášený signál s(t) .

Přijímač

Přijímač přijímá signál r(t) , extrahuje z něj kvadraturní složky kosinus ( cos ) a sinus ( sin ) vynásobením r(t) a - a dolní propusti , které odfiltrují oscilace v pásmu kolem . Výsledné signály jsou poté digitalizovány pomocí analogově-digitálních převodníků (ADC), podrobených přímé rychlé Fourierově transformaci (FFT). Výsledkem je signál ve frekvenční oblasti. $\cos(2\pi f_{c}t)$$\sin(2\pi f_{c}t)$${\displaystyle 2f_{c))$

Nyní existuje N paralelních toků, z nichž každý je převeden na binární sekvenci pomocí daného algoritmu fázové modulace (při použití ve vysílači BPSK, QPSK, 8-PSK) nebo amplitudově-fázové kvadraturní modulace (při použití ve vysílači QAM). . V ideálním případě získáte bitový tok rovný bitovému toku, který vyslal vysílač.

Aplikace

Drátová komunikace

• ADSL a VDSL
• DVB-C2 , vylepšená verze standardu digitální kabelové televize DVB-C
• PLC HomePlug AV , přenos dat po elektrickém vedení

Bezdrátové

• bezdrátové komunikační systémy standardy IEEE 802.11 a HIPERLAN/2 ;
• systémy pozemní digitální televize DVB-T , DVB-T2 a ISDB-T ;
• systémy pozemní mobilní televize DVB-H , DVB-T2 , T-DMB , ISDB-T a MediaFLO ;
• systém digitálního vysílání DRM ;
• bezdrátové komunikační systémy standardu Flash-OFDM ;
• bezdrátové komunikační systémy standardu LTE ;
• bezdrátové komunikační systémy standardu IEEE 802.16 (WiMAX);
• bezdrátové komunikační systémy standardů IEEE 802.20 , IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) a WiBro ;
• bezdrátové komunikační systémy standardu IEEE 802.15.3a .

Viz také

• N-OFDM
• COFDM
• MS5
• OFDMA ( Orthogonal Frequency-Division Multiple Access ) je metoda pro zajištění přenosu informací mnoha uživatelům v jednom rádiovém spektru, založená na technologii OFDM; používá se v technologiích 3GPP LTE a Wi-Fi 6 .
• Kanály s frekvenčním dělením

Literatura

• Vladimír Lebeděv. OFDM modulace v radiokomunikaci // Radioamatér. - 2008. - č. 9 . - S. 36-40 .
• Bakulin M. G., Kreindelin V. B., Shloma A. M., Shumov A. P. OFDM technologie. Učebnice pro vysoké školy. - M. : Horká linka - Telecom, 2015. - 360 s. — ISBN 978-5-9912-0549-8 .

Odkazy

• Proč WiMax a LTE používají OFDM // Sudo Null IT News