Русская Википедия:OFDM
OFDM (Шаблон:Lang-en) 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>N</math> гармоническими поднесущими, которые разнесены по частоте на равные интервалы <math>\Delta f</math> (в этом случае речь идёт об эквидистантном размещении поднесущих).
При таком размещении частот занимаемая OFDM сигналом полная полоса частот <math>\Delta F</math> делится на <math>N</math> подканалов, ширина которых <math>\Delta f =1/T_s</math>, где <math>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>\Delta f =\alpha/T_s</math>, то случай <math>\alpha = 1</math> будет соответствовать OFDM.
Общая полоса частот, которую занимают N ортогональных частотных подканалов OFDM, описывается выражением: <math>\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
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>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
Приемник принимает сигнал r(t) , выделяет из него косинусную (cos) и синусную (sin) квадратурные составляющие с помощью умножения r(t) на <math>\cos (2 \pi f_c t)</math> и — <math>\sin (2 \pi f_c t)</math> и фильтров нижних частот, которые отфильтровывают колебания в полосе вокруг <math> 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
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.
См. также
- N-OFDM
- COFDM
- МС5
- Шаблон:Iw (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
Литература
Ссылки
Шаблон:Любительская радиосвязь
