OFDM
![](https://cdn.xn--h1ajim.xn--p1ai/thumb.php?f=N-OFDM.jpg&width=300)
OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих (мультиплексирование)[1]. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются применением обратного БПФ (Быстрое преобразование Фурье).
Принцип размещения поднесущих
OFDM сигнал формируется [math]\displaystyle{ N }[/math] гармоническими поднесущими, которые разнесены по частоте на равные интервалы [math]\displaystyle{ \Delta f }[/math] (в этом случае речь идёт об эквидистантном размещении поднесущих).
При таком размещении частот занимаемая OFDM сигналом полная полоса частот [math]\displaystyle{ \Delta F }[/math] делится на [math]\displaystyle{ N }[/math] подканалов, ширина которых [math]\displaystyle{ \Delta f =1/T_s }[/math], где [math]\displaystyle{ T_s }[/math] — длительность сигнальной выборки, над которой выполняется операция быстрого преобразования Фурье (символьный интервал).
Таким образом, если записать выражение для частотного интервала между поднесущими в виде [math]\displaystyle{ \Delta f =\alpha/T_s }[/math], то случай [math]\displaystyle{ \alpha = 1 }[/math] будет соответствовать OFDM.
Общая полоса частот, которую занимают N ортогональных частотных подканалов OFDM, описывается выражением: [math]\displaystyle{ \Delta F = N/T_s }[/math].
Преимущества
Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольную интерференцию (МСИ).
Недостатки OFDM
Условие ортогональности поднесущих помимо указанных преимуществ обусловливает и ряд недостатков метода OFDM[1]:
- ограниченная спектральная эффективность при использовании относительно широкой полосы частот;
- невозможность маневра частотой поднесущих для отстройки от сосредоточенных по спектру помех;
- чувствительность к допплеровскому смещению частоты, что снижает возможности реализации высокоскоростной связи с движущимися объектами.
Передатчик
![](https://cdn.xn--h1ajim.xn--p1ai/thumb.php?f=OFDM_transmitter_ideal.png&width=754)
Сигнал OFDM — сумма нескольких ортогональных поднесущих[1], на каждой из которых передаваемые на основной частоте данные независимо модулируются с помощью одного из типов модуляции (BPSK, QPSK, 8-PSK, QAM и др.). Далее этим суммарным сигналом модулируется радиочастота.
[math]\displaystyle{ s[n] }[/math] — это последовательный поток двоичных цифр. Перед обратным быстрым преобразованием Фурье (FFT) этот поток преобразуется сначала в N параллельных потоков, после чего каждый из них отображается в поток символов с помощью процедуры фазовой (BPSK, QPSK, 8-PSK) или амплитудно-фазовой квадратурной модуляции (QAM). При использовании модуляции BPSK получается поток двоичных чисел (1 и −1), при QPSK, 8-PSK, QAM — поток комплексных чисел. Так как потоки независимы, то способ модуляции и, следовательно, количество бит на символ в каждом потоке могут быть разными. Следовательно, разные потоки могут иметь разную битовую скорость. Например, пропускная способность линии 2400 бод (символов в секунду), и первый поток работает с QPSK (2 бита на символ) и передает 4800 бит/с, а другой работает с QAM-16 (4 бита на символ) и передает 9600 бит/с.
Обратное FFT считается для N одновременно поступающих символов, создавая такое же множество комплексных отсчетов во временной области (time-domain samples). Далее цифро-аналоговые преобразователи (DAC) преобразуют в аналоговый вид отдельно действительную и мнимую компоненты, после чего они модулируют, соответственно, радиочастотную косинусоиду и синусоиду. Эти сигналы далее суммируются и дают передаваемый сигнал s(t).
Приёмник
![](https://cdn.xn--h1ajim.xn--p1ai/thumb.php?f=OFDM_receiver_ideal.png&width=800)
Приемник принимает сигнал r(t) , выделяет из него косинусную (cos) и синусную (sin) квадратурные составляющие с помощью умножения r(t) на [math]\displaystyle{ \cos (2 \pi f_c t) }[/math] и — [math]\displaystyle{ \sin (2 \pi f_c t) }[/math] и фильтров нижних частот, которые отфильтровывают колебания в полосе вокруг [math]\displaystyle{ 2f_c }[/math]. Получившиеся сигналы далее оцифровываются с помощью аналого-цифровых преобразователей (ADC), подвергаются прямому быстрому преобразованию Фурье (FFT). Получается сигнал в частотной области.
Теперь есть N параллельных потоков, каждый из которых преобразуется в двоичную последовательность с помощью заданного алгоритма фазовой модуляции (при использовании в передатчике BPSK, QPSK, 8-PSK) или амплитудно-фазовой квадратурной модуляции (при использовании в передатчике QAM). В идеале получается поток битов, равным потоку, который передал передатчик.
Применение
Проводная связь
- ADSL и VDSL
- DVB-C2, улучшенная версия цифрового кабельного телевидения стандарта DVB-C
- PLC HomePlug AV, передача данных по линиям электропередач
Этот раздел не завершён. |
Беспроводная связь
- беспроводные системы связи стандарты IEEE 802.11 и HIPERLAN/2;
- наземные системы цифрового телевидения DVB-T, DVB-T2 и ISDB-T;
- наземные системы мобильного телевидения DVB-H, DVB-T2, T-DMB, ISDB-T и MediaFLO;
- система цифрового радиовещания DRM;
- беспроводные системы связи стандарта Flash-OFDM;
- беспроводные системы связи стандарта LTE;
- беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.16 (WiMAX);
- беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and WiBro;
- беспроводные системы связи стандарта IEEE 802.15.3a.
Этот раздел не завершён. |
См. также
- N-OFDM
- COFDM
- МС5
- OFDMA[англ.]* (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) — метод обеспечения передачи информации многим пользователям в одном радиоспектре, на основе технологии OFDM; применяется в технологиях 3GPP LTE и Wi-Fi 6.
- Частотное разделение каналов
Примечания
- ↑ Перейти обратно: 1,0 1,1 1,2 1,3 Слюсар, Вадим. Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 1. . Технологии и средства связи. – 2013. - № 5. С. 61 - 65. (2013). Дата обращения: 14 июля 2019. Архивировано 6 апреля 2016 года.
Литература
- Владимир Лебедев. Модуляция OFDM в радиосвязи // Радиолюбитель. — 2008. — № 9. — С. 36—40.
- Бакулин М. Г., Крейнделин В. Б., Шлома А. М., Шумов А. П. Технология OFDM. Учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия - Телеком, 2015. — 360 с. — ISBN 978-5-9912-0549-8.