Открыть главное меню

OFDM

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих[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).

Распределение поднесущих OFDM сигналов относительно амплитудно-частотных характеристик фильтров БПФ (быстрого преобразования Фурье)[1]

Содержание

Принцип размещения поднесущихПравить

OFDM сигнал формируется   гармоническими поднесущими, которые разнесены по частоте на равные интервалы   (в этом случае речь идёт об эквидистантном размещении поднесущих).

При таком размещении частот занимаемая OFDM сигналом полная полоса частот   делится на   подканалов, ширина которых  , где   — длительность сигнальной выборки, над которой выполняется операция быстрого преобразования Фурье (символьный интервал).

Таким образом, если записать выражение для частотного интервала между поднесущими в виде  , то случай   будет соответствовать OFDM.

Общая полоса частот, которую занимают N ортогональных частотных подканалов OFDM, описывается выражением:  .

ПреимуществаПравить

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 OFDMПравить

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.

ПередатчикПравить

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.

  — 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).

ПриёмникПравить

Приемник принимает сигнал r(t) , выделяет из него косинусную (cos) и синусную (sin) квадратурные составляющие с помощью умножения r(t) на   и —   и фильтров нижних частот, которые отфильтровывают колебания в полосе вокруг  . 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.

ПрименениеПравить

Проводная связьПравить

Беспроводная связьПравить

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 Слюсар, Вадим. Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 1.. Технологии и средства связи. – 2013. - № 5. С. 61 - 65. (2013).

ЛитератураПравить

  • 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.

СсылкиПравить