Multiplexación ortogonal por división de frecuencia, Ejemplo de aplicaciones, Características principales, Características y principios de funcionamiento, Modelo del sistema idealizado, Descripción matemática, Uso, Historia


Multiplexación ortogonal por división de frecuencia es un método de codificación de datos digitales en múltiples frecuencias portadoras. OFDM se ha convertido en un esquema popular para la comunicación digital de banda ancha, ya sea inalámbrica o alambres de cobre más, utilizados en aplicaciones tales como la televisión digital y la difusión de audio, DSL de acceso a Internet de banda ancha, redes inalámbricas y comunicaciones móviles 4G.

OFDM es esencialmente idéntica a la codificada OFDM y modulación multitono discreta, y es un esquema de multiplexación por división de frecuencia utilizado como un método de modulación de múltiples portadoras digitales. La palabra "codificado" proviene de la utilización de la corrección de errores hacia adelante. Un gran número de señales de sub-portadoras ortogonales estrechamente espaciadas se utilizan para transportar datos en varios arroyos o canales de datos en paralelo. Cada sub-portadora es modulada con un esquema de modulación convencional a una velocidad de símbolos de bajo, el mantenimiento de las tasas totales de datos similares a los esquemas de modulación de portadora única convencionales en el mismo ancho de banda.

La principal ventaja de OFDM sobre sistemas de portadora única es su capacidad para hacer frente a las condiciones del canal severas y sin filtros de ecualización complejos. Ecualización de canal se simplifica porque OFDM puede ser visto como el uso de muchas señales de banda estrecha moduladas lentamente en lugar de una señal de banda ancha modulada rápidamente. La velocidad de símbolo bajo hace que el uso de un intervalo de guarda entre símbolos asequibles, por lo que es posible eliminar la interferencia entre símbolos y utilizar ecos y tiempo de propagación para lograr una ganancia de diversidad, es decir, una relación señal a ruido mejora relación. Este mecanismo también facilita el diseño de redes de frecuencia única, donde varios transmisores adyacentes enviar la misma señal de forma simultánea a la misma frecuencia, como las señales de múltiples transmisores distantes se pueden combinar de forma constructiva, en lugar de interferir como sería típicamente ocurren en una sola portadora tradicional sistema.

Ejemplo de aplicaciones

La siguiente lista es un resumen de las normas basadas en OFDM y productos existentes. Para más detalles, consulte la sección Uso de al final del artículo.

Cable

  • ADSL y el acceso de banda ancha a través de cable de cobre VDSL POTS.
  • DVB-C2, una versión mejorada del estándar DVB-C TV de cable digital.
  • La comunicación de la línea eléctrica.
  • UIT-T G.hn, un estándar que proporciona alta velocidad de redes de área local del cableado de la vivienda existente.
  • Módems de línea de teléfono TrailBlazer.
  • Multimedia over Coax Alianza de redes domésticas.

Sin hilos

  • Las interfaces de radio inalámbrica LAN IEEE 802.11a, g, n y HIPERLAN/2.
  • Los sistemas de radio digital DAB/EUREKA 147, DAB , Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB y ISDB-TSB.
  • La televisión digital terrestre sistemas DVB-T e ISDB-T.
  • Los sistemas terrestres de TV móvil DVB-H, T-DMB, ISDB-T y MediaFLO enlace directo.
  • La red de área personal ultra-wideband aplicación inalámbrica IEEE 802.15.3a sugiere WiMedia Alliance.

La OFDM de acceso múltiple basado en la tecnología OFDMA también se utiliza en varios 4G y redes celulares pre-4G y normas de banda ancha móvil:

  • El modo de la movilidad de la red inalámbrica MAN/inalámbrica de banda ancha de acceso estándar IEEE 802.16e.
  • La banda ancha móvil de conexión inalámbrica estándar IEEE 802.20.
  • el enlace descendente del plazo estándar 3GPP Evolución a Largo cuarta generación de banda ancha móvil. La interfaz de radio fue nombrado anteriormente High Speed OFDM Packet Access, ahora llamada Evolved UMTS Terrestrial Radio Acceso.

Características principales

Las ventajas y desventajas se enumeran a continuación se describen con más detalle en las características y principios de la sección de operación a continuación.

Resumen de las ventajas

  • Alta eficiencia espectral en comparación con otros sistemas de doble banda lateral modulación de espectro extendido, etc
  • Puede adaptarse fácilmente a las condiciones del canal de graves sin complejos el dominio del tiempo de ecualización.
  • Robusta contra interferencia de co-canal de banda estrecha.
  • Robusta contra la interferencia entre símbolos y la decoloración causada por la propagación multitrayecto.
  • La ejecución eficiente el uso de Fast Fourier Transform.
  • Baja sensibilidad a los errores de sincronización de tiempo.
  • No se requieren filtros receptor sub-canal sintonizado.
  • Facilita redes de frecuencia única, es decir, macrodiversidad transmisor.

Resumen de desventajas

  • Sensible al corrimiento Doppler.
  • Sensible a los problemas de sincronización de frecuencia.
  • Alto máximo ratio media potencia, la de exigir circuito transmisor lineal, que sufre de una pobre eficiencia de energía.
  • La pérdida de eficiencia causada por prefijo cíclico/intervalo de guarda.

Características y principios de funcionamiento

Ortogonalidad

Conceptualmente, OFDM es un FDM especializada, la restricción adicional de ser: todas las señales portadoras son ortogonales entre sí.

En OFDM, se eligen las frecuencias sub-portadoras de manera que las subportadoras son ortogonales entre sí, lo que significa que la diafonía entre las sub-canales se elimina y bandas de guarda entre operadores no son necesarios. Esto simplifica enormemente el diseño de tanto el transmisor como el receptor, a diferencia de FDM convencional, un filtro separado por no se requiere que cada sub-canal.

La ortogonalidad requiere que la separación de subportadora es Hertz, donde TU segundo es la duración del símbolo útil, y k es un número entero positivo, típicamente igual a 1 - Por lo tanto, con N subportadoras, el ancho de banda total de banda de paso será BN f? .

La ortogonalidad también permite una alta eficiencia espectral, con una velocidad de símbolos total de cerca de la velocidad de Nyquist de la señal de banda base equivalente. Casi toda la banda de frecuencias disponible se puede utilizar. OFDM tiene generalmente un espectro casi "blanco", dándole benignos propiedades de interferencia electromagnéticas con respecto a otros usuarios en el mismo canal.

 Un ejemplo sencillo: Una duración de símbolo útil TU = 1 ms requeriría una separación de subportadora de ortogonalidad para. N = 1.000 subportadoras resultaría en un ancho de banda total de banda de paso de N? F = 1 MHz. Para este tiempo de símbolo, el ancho de banda requerido, en teoría, de acuerdo con Nyquist es N/2TU = 0,5 MHz. Si se utiliza un nivel de protección, el requisito de ancho de banda de Nyquist sería aún menor. La FFT daría lugar a N = 1000 muestras por símbolo. Si no se aplicó ningún intervalo de guarda, esto daría lugar a una señal de banda base de valor complejo con una frecuencia de muestreo de 1 MHz, lo que requeriría un ancho de banda de 0,5 MHz de banda de base de acuerdo con Nyquist. Sin embargo, la señal de RF de banda de paso se produce multiplicando la señal de banda base con una forma de onda portadora que resulta en un ancho de banda de 1 MHz de banda de paso. Un esquema de modulación de banda lateral única banda del lado o vestigial lograría casi la mitad que el ancho de banda para la misma velocidad de símbolo. Sin embargo, es más sensible a la interferencia multitrayecto.

OFDM requiere sincronización de frecuencia muy precisa entre el receptor y el transmisor; con desviación de frecuencia de las subportadoras ya no será ortogonal, causando la interferencia entre portadoras. Desplazamientos de frecuencia, suelen estar causados por el transmisor no coinciden y los osciladores de receptor, o por efecto Doppler debido al movimiento. Mientras que el desplazamiento Doppler por sí solo puede ser compensada por el receptor, la situación se agrava cuando se combina con trayectos múltiples, como reflexiones van a aparecer en diferentes desplazamientos de frecuencia, lo cual es mucho más difícil de corregir. Este efecto normalmente empeora a medida que aumenta la velocidad, y es un factor importante que limita el uso de OFDM en vehículos de alta velocidad. Varias técnicas para la supresión de ICI se sugieren, pero pueden aumentar la complejidad del receptor.

Aplicación usando el algoritmo de FFT

La ortogonalidad permite modulador demodulador aplicación eficiente y usando el algoritmo de FFT en el lado del receptor, y la FFT inversa en el lado del remitente. Aunque los principios y algunos de los beneficios son conocidos desde la década de 1960, OFDM es muy popular para las comunicaciones de banda ancha hoy en día a través de los componentes de procesamiento de señales digitales de bajo costo que pueden calcular de manera eficiente la FFT.

El tiempo para calcular la inversa-FFT o transformada FFT tiene que tomar menor que el tiempo para cada símbolo. Que, por ejemplo para DVB-T significa el cálculo tiene que ser hecho en 896 s o menos.

Por un 8192 puntos FFT puede ser aproximado a:

  • MIPS = Millones de instrucciones por segundo

La demanda computacional aproximadamente amplía de forma lineal con el tamaño de la FFT para un tamaño doble FFT necesita el doble de la cantidad de tiempo y viceversa. A modo de comparación una CPU Intel Pentium III a 1,266 GHz es capaz de calcular un punto de 8 192 FFT en 576 s usando FFTW. Intel Pentium M de 1,6 GHz lo hace en 387 s. Intel Core Duo a 3,0 GHz lo hace en 96,8 s.

Intervalo de guarda para la eliminación de la interferencia entre

Un principio clave de la OFDM es que, dado que esquemas de modulación de tasa de símbolos de bajo sufren menos de la interferencia entre símbolos causada por la propagación multitrayecto, es ventajoso para transmitir un número de corrientes de baja velocidad en paralelo en lugar de una sola corriente de alta tasa. Puesto que la duración de cada símbolo es largo, es factible para insertar un intervalo de guarda entre los símbolos OFDM, eliminando así la interferencia entre símbolos.

El intervalo de guarda también elimina la necesidad de un filtro de conformación de impulsos, y que reduce la sensibilidad a los problemas de sincronización de tiempo.

 Un ejemplo simple: Si uno envía un millón de símbolos por segundo utilizando la modulación de portadora única convencional sobre un canal inalámbrico, entonces la duración de cada símbolo sería un microsegundo o menos. Esto impone restricciones severas a la sincronización y requiere la eliminación de la interferencia multipath. Si los mismos millón de símbolos por segundo se extienden entre un millar de sub-canales, la duración de cada símbolo puede ser más largo por un factor de mil para la ortogonalidad con aproximadamente el mismo ancho de banda. Supongamos que un intervalo de guarda de 1/8 de la longitud del símbolo se inserta entre cada símbolo. Interferencia entre símbolos puede ser evitada si el tiempo de propagación multitrayecto es más corto que el intervalo de guarda. Esto corresponde a una diferencia máxima de 37,5 kilómetros entre las longitudes de los caminos.

El prefijo cíclico, que se transmite durante el intervalo de guarda, consiste en la final del símbolo OFDM copiado en el intervalo de guarda, y el intervalo de guarda se transmite seguido por el símbolo OFDM. La razón de que el intervalo de guarda consiste en una copia del final del símbolo OFDM es para que el receptor va a integrar más de un número entero de ciclos de las sinusoides de cada uno de los trayectos múltiples cuando se realiza la demodulación OFDM con la FFT. En algunas de las normas tales como Ultrawideband, en el interés de la potencia transmitida, prefijo cíclico se omite y no se envía nada durante el intervalo de guarda. El receptor tendrá entonces para imitar la funcionalidad prefijo cíclico copiando la parte final del símbolo OFDM y añadir a la parte de inicio.

Ecualización simplificada

Los efectos selectivos de frecuencia de las condiciones del canal, por ejemplo la decoloración causada por la propagación multitrayecto, pueden ser consideradas como constantes durante un sub-canal de OFDM si el sub-canal es suficientemente de banda estrecha. Esto hace posible la ecualización de dominio de frecuencia en el receptor, que es mucho más simple que la ecualización de dominio de tiempo utilizado en la modulación de portadora única convencional. En OFDM, el ecualizador sólo tiene que multiplicar cada sub-portadora detectada en cada símbolo OFDM por un número complejo constante, o un valor rara vez cambiado.

 Nuestro ejemplo: La ecualización de OFDM en el ejemplo numérico anterior requeriría una multiplicación de valor complejo por subportadora y el símbolo. El algoritmo FFT requiere. multiplicaciones con valores complejos por símbolo OFDM, en tanto que el receptor y el lado transmisor. Esto debe compararse con los correspondientes de un millón de símbolos/segundo caso la modulación de portadora única mencionadas en el ejemplo, donde la igualación de 125 microsegundos de tiempo mediante la difusión de un filtro FIR requeriría, en una implementación ingenua, 125 multiplicaciones por símbolo. Técnicas de FFT se pueden utilizar para reducir el número de multiplicaciones para un filtro FIR basado en el dominio del tiempo ecualizador a un número comparable con OFDM, en el costo de la demora entre la recepción y decodificación que también se convierte en comparables con OFDM.

Si modulación diferencial como DPSK o DQPSK se aplica a cada sub-portadora, la ecualización puede ser completamente omitido, ya que estos sistemas no coherentes son insensibles a los cambios lentamente amplitud y distorsión de fase.

En cierto sentido, las mejoras en la igualación FIR utilizando FFT FFT o parciales conduce matemáticamente más cerca de OFDM, pero la técnica OFDM es más fácil de entender y poner en práctica, y los sub-canales se pueden adaptar de forma independiente de otras maneras que diferentes coeficientes de compensación, como el cambio entre diferentes patrones de constelación QAM y esquemas de corrección de errores para que coincida con el ruido sub-canal individual y las características de interferencia.

Algunas de las sub-portadoras en algunos de los símbolos OFDM puede transportar señales piloto para la medición de las condiciones del canal. Las señales piloto y los símbolos de formación también se pueden usar para la sincronización de tiempo y de sincronización de frecuencia.

OFDM se utilizó inicialmente para las comunicaciones alámbricas e inalámbricas estacionarias. Sin embargo, con un número creciente de aplicaciones que operan en entornos altamente móviles, el efecto de desvanecimiento dispersivo causada por una combinación de la propagación de múltiples rutas de acceso y desplazamiento doppler es más significativa. Durante la última década, se han realizado investigaciones sobre cómo ecualizar a través de canales de transmisión OFDM doblemente selectivos.

Codificación de canal y entrelazado

OFDM se utiliza siempre en relación con la codificación de canales, y casi siempre se utiliza la frecuencia y/o tiempo de intercalación.

Entrelazado de frecuencia aumenta la resistencia a las condiciones del canal selectivos en frecuencia tales como la decoloración. Por ejemplo, cuando una parte de la anchura de banda de canal se desvanece, entrelazado de frecuencia se asegura de que los errores de bit que se derivarían de esas subportadoras en la parte descolorado del ancho de banda se extienden en el flujo de bits en lugar de estar concentrado. Del mismo modo, entrelazado en el tiempo asegura que los bits que están originalmente cerca entre sí en el flujo de bits se transmiten muy separados en el tiempo, mitigando así contra la decoloración severa como sucedería cuando se viaja a alta velocidad.

Sin embargo, entrelazado en el tiempo es de poco beneficio en canales con desvanecimientos lentos, tales como para la recepción fija, y el entrelazado de frecuencia ofrece poco o ningún beneficio para los canales de banda estrecha que sufren de-desvanecimiento plano.

La razón por la intercalación se utiliza en OFDM es tratar de difundir los errores en el flujo de bits que se presenta al descodificador de corrección de errores, porque cuando tales descodificadores son presentados con una alta concentración de errores el decodificador es incapaz de corregir todos los errores de bit, y una ráfaga de errores no corregidos se produce. Un diseño similar de codificación de los datos de audio hace que la reproducción del disco compacto robusto.

Un tipo clásico de corrección de errores de codificación utilizada con los sistemas basados en OFDM es la codificación convolucional, a menudo concatenados con codificación Reed-Solomon. Por lo general, se lleva a cabo el intercalado adicional entre las dos capas de codificación. La elección de codificación Reed-Solomon como el código de corrección de errores externo se basa en la observación de que el decodificador de Viterbi se utiliza para la decodificación convolucional interno produce los errores de ráfagas cortas cuando hay una alta concentración de errores, y los códigos de Reed-Solomon son inherentemente bien adaptado a la corrección de ráfagas de errores.

Los sistemas más nuevos, sin embargo, por lo general adoptan ahora casi óptimas tipos de códigos de corrección de errores que utilizan el principio de descodificación turbo, donde el decodificador itera hacia la solución deseada. Los ejemplos de tales tipos de codificación de corrección de errores incluyen los códigos turbo y los códigos LDPC, que realizan cerca del límite de Shannon para el blanco aditivo gaussiano canal de ruido. Algunos sistemas que han implementado estos códigos de ellos han concatenado con cualquiera de los dos códigos BCH Reed-Solomon o para mejorar un suelo de error inherente a estos códigos a alta de señal a ruido.

Transmisión adaptativa

La capacidad de resistencia a las condiciones del canal graves puede mejorar aún más si la información sobre el canal se envía a través de un canal de retorno. Con base en esta información de realimentación, modulación adaptativa, la codificación de canal y la asignación de potencia se pueden aplicar a través de todas las subportadoras, o individualmente a cada sub-portadora. En este último caso, si un intervalo particular de frecuencias sufre de interferencia o la atenuación, los portadores dentro de ese rango, pueden ser desactivados o puestos a correr más lento mediante la aplicación de la modulación más robusta o error de codificación para los sub-portadoras.

El término modulación multitono discreta denota sistemas de comunicación basados en OFDM que se adaptan a la transmisión a las condiciones de canal de forma individual para cada sub-portadora, por medio de los llamados bits de carga. Ejemplos son ADSL y VDSL.

Las velocidades de aguas arriba y aguas abajo se pueden variar mediante la asignación de cualquiera de portadores más o menos para cada propósito. Algunas formas de frecuencia adaptativa DSL utilizan esta característica en tiempo real, de modo que la tasa de bits se adapta a la interferencia de co-canal y de ancho de banda se asigna a cualquier abonado que más lo necesita.

OFDM ampliar con acceso múltiple

OFDM en su forma primaria se considera como una técnica de modulación digital, y no un método de acceso al canal multi-usuario, ya que se utiliza para la transferencia de un flujo de bits de más de un canal de comunicación usando una secuencia de símbolos OFDM. Sin embargo, OFDM se puede combinar con acceso múltiple utilizando el tiempo, la frecuencia o la separación de codificación de los usuarios.

En el acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal, por división de frecuencia de acceso múltiple se consigue mediante la asignación de diferentes OFDM sub-canales para diferentes usuarios. OFDMA soporta calidad diferenciada del servicio mediante la asignación de un número diferente de subportadoras a los diferentes usuarios de una manera similar como en CDMA, y la programación de paquetes por lo tanto complejo o esquemas de control de acceso al medio se puede evitar. OFDMA se utiliza en:

  • el modo de la movilidad de la norma 802.16 MAN inalámbrica IEEE, comúnmente conocida como WiMAX,
  • el móvil estándar IEEE 802.20 Wireless MAN, comúnmente conocida como MBWA,
  • el 3GPP Long Term Evolution cuarta generación de banda ancha móvil estándar descendente. La interfaz de radio fue nombrado anteriormente High Speed OFDM Packet Access, ahora llamada Evolved UMTS Terrestrial Radio Acceso.
  • el proyecto ya desaparecida Qualcomm/3GPP2 Ultra Mobile Broadband, pretende ser un sucesor de CDMA2000, pero sustituido por LTE.

OFDMA es también un método de acceso candidato a la IEEE 802.22 Redes inalámbricas de área regionales. El proyecto tiene como objetivo el diseño de la primera base de radio cognitiva operativo estándar en el espectro VHF-UHF baja.

En el acceso múltiple por división de código multi-portadora, también conocido como OFDM-CDMA, OFDM se combina con CDMA de comunicación de espectro ensanchado para la codificación de la separación de los usuarios. Interferencia de co-canal puede ser mitigado, lo que significa que la planificación de frecuencias de asignación de canal fija que se simplifica, o se evitan los esquemas de asignación dinámica de canales complejos.

Diversidad espacial

En la radiodifusión de área extensa basado en OFDM, los receptores pueden beneficiarse de recibir señales de varios transmisores espacialmente dispersa simultáneamente, desde transmisores sólo destructivamente interferir unos con otros en un número limitado de sub-portadoras, mientras que, en general, que en realidad reforzar la cobertura sobre un área amplia . Esto es muy beneficioso en muchos países, ya que permite la operación de redes de frecuencia única nacional, donde muchos transmisores envían la misma señal simultáneamente en el mismo canal de frecuencia. SFN utilizan el espectro disponible de manera más eficaz que las redes de difusión de múltiples frecuencias convencionales, en los que el contenido del programa se replica en diferentes frecuencias portadoras. SFN también dan lugar a una ganancia de diversidad en los receptores situados a medio camino entre los transmisores. El área de cobertura se incrementa y disminuye la probabilidad de interrupción en comparación con un NMF, debido a la mayor intensidad de señal recibida promediado sobre todas las subportadoras.

Aunque el intervalo de guarda sólo contiene datos redundantes, lo que significa que se reduce la capacidad, algunos sistemas basados en OFDM, tales como algunos de los sistemas de radiodifusión, utilizan deliberadamente un intervalo de guarda de largo con el fin de permitir que los transmisores a ser separadas un poco en una SFN y los intervalos más largos del protector permiten grandes SFN celulares tamaños. Una regla de oro para la distancia máxima entre transmisores en una SFN es igual a la distancia de una señal viaja durante el intervalo de guarda - por ejemplo, un intervalo de guarda de 200 microsegundos permitiría transmisores de estar separados 60 kilometros de distancia.

Una red de frecuencia única es una forma de macrodiversidad transmisor. El concepto se puede utilizar más en redes de frecuencia única dinámicos, donde se cambia la agrupación SFN de ranura de tiempo a ranura de tiempo.

OFDM puede ser combinado con otras formas de diversidad de espacio, por ejemplo, redes de antenas y canales MIMO. Esto se hace en el estándar de LAN IEEE 802.11 inalámbrica.

Amplificador de potencia del transmisor lineal

Una señal de OFDM exhibe un alto pico de relación de potencia media, porque las fases independientes de las subportadoras significan que a menudo se combinan constructivamente. El manejo de este alto PAPR requiere:

  • una alta resolución de convertidor de digital a analógico en el transmisor
  • un análogo de alta resolución al convertidor de digital en el receptor
  • una cadena de señal lineal.

Todo defecto de linealidad en la cadena de señal hará que la distorsión de intermodulación que

  • eleva el umbral mínimo de ruido
  • puede provocar interferencias entre portadoras
  • genera de radiación perturbadora banda.

El requisito de linealidad es exigente, especialmente para los circuitos de salida de RF del transmisor donde amplificadores están a menudo diseñados para ser no-lineal con el fin de minimizar el consumo de energía. En los sistemas OFDM práctico se permite una pequeña cantidad de recorte de pico para limitar la PAPR en un equilibrio juicioso contra las consecuencias más arriba. Sin embargo, el filtro de salida del transmisor que se requiere para reducir de espuelas banda a niveles legales tiene el efecto de la restauración de los niveles máximos que se recortan, por lo que el recorte no es una manera eficaz de reducir la PAPR.

Aunque la eficiencia espectral de OFDM es atractivo para las comunicaciones terrestres y del espacio, los altos requerimientos de PAPR tienen hasta ahora las aplicaciones OFDM limitada a los sistemas terrestres.

El factor de cresta CF para un sistema OFDM con el n correlacionados subportadoras es

 CF = 10 log CFc ...

donde CFc es el factor de cresta para cada sub-portadora. .

Por ejemplo, la señal de DVB-T en el modo 2K se compone de 1.705 subportadoras que son cada modulado QPSK, dando un factor de cresta de 35,32 dB.

Muchas de las técnicas de reducción de factor de cresta se han desarrollado.

Modelo del sistema idealizado

En esta sección se describe un modelo de sistema OFDM idealizada sencillo adecuado para un canal AWGN invariante en el tiempo.

Transmisor

Una señal portadora OFDM es la suma de un número de subportadoras ortogonales, con los datos de banda de base en cada sub-portadora ser modula independientemente utilizando algún tipo de modulación de amplitud en cuadratura o la modulación por desplazamiento de fase. Esta señal de banda base compuesta se usa típicamente para modular una portadora principal de RF.

 es un flujo en serie de dígitos binarios. Por multiplexación inversa, estos se demultiplexan primero en corrientes paralelas, y cada uno de ellos asignan a un flujo de símbolos usando alguna constelación de modulación. Tenga en cuenta que las constelaciones pueden ser diferentes, por lo que algunas corrientes pueden llevar a una tasa de bits más alta que los demás.

Una FFT inversa se calcula en cada conjunto de símbolos, dando un conjunto de complejos muestras de dominio de tiempo. Estas muestras son a continuación en cuadratura de mezclado a la banda de paso en la forma estándar. Los componentes reales e imaginarios se convierten primero en el dominio analógico utilizando convertidores de digital a analógico, las señales analógicas se utilizan para modular las ondas de seno y coseno a la frecuencia portadora,, respectivamente. Estas señales se suman para dar la señal de transmisión.

Receptor

El receptor recoge la señal, que es a continuación en cuadratura de mezclado hacia abajo a la banda base usando coseno y ondas sinusoidales a la frecuencia portadora. Esto también crea señales centradas en, por lo que los filtros de paso bajo se utilizan para rechazar estos. Las señales de banda base son entonces muestreadas y digitalizadas utilizando convertidores analógico-digitales y una FFT directa se utiliza para convertir de nuevo al dominio de la frecuencia.

Esto devuelve corrientes paralelas, cada uno de los cuales se convierte en una secuencia binaria utilizando un detector de símbolo apropiado. Estas corrientes se vuelven a combinar en un flujo en serie, que es una estimación de la secuencia binaria original en el transmisor.

Descripción matemática

Si se utilizan sub-portadoras, y cada sub-portadora es modulada usando símbolos alternativos, el alfabeto de símbolos OFDM consiste en símbolos combinados.

La señal OFDM equivalente de paso bajo se expresa como:

 

¿dónde están los símbolos de datos, es el número de subportadoras, y es el tiempo de símbolo OFDM. La separación de subportadora de los hace ortogonal sobre cada período de símbolo; esta propiedad se expresa como:

donde denota el operador conjugado complejo y es el delta de Kronecker.

Para evitar la interferencia entre símbolos en canales de desvanecimiento de trayectos múltiples, un intervalo de guarda de longitud se inserta antes del bloque OFDM. Durante este intervalo, se transmite un prefijo cíclico de tal manera que la señal en el intervalo de

 

La señal de paso bajo por encima puede ser real o complejo-valoradas. Señales equivalentes de paso bajo con valores reales suelen ser transmitidos a las aplicaciones de banda base con cable como DSL utilizan este enfoque. Para aplicaciones inalámbricas, la señal de paso bajo es típicamente de valor complejo, en cuyo caso, la señal transmitida es de hasta-convierte a una frecuencia portadora. En general, la señal transmitida se puede representar como:

Uso

OFDM se utiliza en la radiodifusión sonora digital, televisión digital DVB-T/T2, DVB-H, DMB-T/H, DVB-C2, Wireless LAN IEEE 802.11a, ADSL, teléfono móvil 4G.

OFDM tabla comparativa del sistema

Las principales características de algunos sistemas basados en OFDM comunes se presentan en la tabla siguiente.

ADSL

OFDM se utiliza en las conexiones ADSL que siguen el estándar G.DMT, en el que los cables de cobre existentes se utilizan para lograr conexiones de datos de alta velocidad.

Cables de cobre larga sufren de atenuación a altas frecuencias. El hecho de que OFDM puede hacer frente a esta frecuencia de atenuación selectiva y con una interferencia de banda estrecha son las principales razones por las que se utiliza con frecuencia en aplicaciones tales como módems ADSL. Sin embargo, DSL no se puede utilizar en cada par de cobre; interferencia puede llegar a ser significativo si más del 25% de las líneas telefónicas que entran en una oficina central se utilizan para DSL.

Para aplicaciones de radioaficionados experimentales, los usuarios incluso han conectado comerciales de los equipos ADSL plataforma para transceptores de radio que simplemente cambian las bandas utilizadas para las frecuencias de radio que el usuario con licencia.

Tecnología Powerline

OFDM es utilizado por muchos dispositivos de línea eléctrica para extender las conexiones digitales a través del cableado de alimentación. La modulación adaptativa es particularmente importante con un canal ruidoso, tales como el cableado eléctrico. Algunos módems de velocidad media inteligentes de medición, "Prime" y "G3" uso OFDM a frecuencias modestas con un número modesto de los canales con el fin de superar la interferencia entre símbolos en el entorno de la línea eléctrica. Las normas IEEE 1901 incluyen dos capas físicas incompatibles que tanto el uso de OFDM. La norma G.hn ITU-T, que proporciona alta velocidad de la red de área local a través de cableado de la vivienda existente se basa en una capa PHY que especifica OFDM con modulación adaptativa y un código de comprobación de paridad FEC de baja densidad.

Redes inalámbricas de área local y redes de área metropolitana

OFDM se utiliza ampliamente en aplicaciones LAN y MAN inalámbricas, incluyendo IEEE 802.11a/g/n y WiMAX.

IEEE 802.11a/g/n funcionan en las bandas de 2,4 y 5 GHz, especifica una per-stream velocidades de datos de la parte aeronáutica de 6 a 54 Mbit/s. Si ambos dispositivos pueden utilizar el "modo HT", agregó con 802.11n continuación el top 20 MHz tasa por la corriente se incrementa hasta 72,2 Mbit/s con la opción de los tipos de datos entre 13,5 y 150 Mbit/s utilizando un canal de 40 MHz. Cuatro diferentes esquemas de modulación se utilizan: BPSK, QPSK, 16-QAM, y 64-QAM, junto con un conjunto de tasas de corrección de errores. La multitud de opciones permite al sistema adaptarse la velocidad de datos óptima para las condiciones de la señal de corriente.

Redes de área personal inalámbricas

OFDM es ahora también se utiliza en el estándar WiMedia/Ecma-368 para redes de área personal inalámbricas de alta velocidad en el espectro de banda ultra ancha 3.1 a 10.6 GHz.

Radio digital terrestre y televisión

Gran parte de Europa y Asia han adoptado OFDM para la transmisión terrestre de televisión digital y radio.

 DVB-T

Mediante la Directiva de la Comisión Europea, los servicios de televisión transmitidos a los televidentes de la Comunidad Europea deben utilizar un sistema de transmisión que haya sido normalizado por un organismo europeo de normalización reconocido, y este estándar se ha desarrollado y codificado por el Proyecto DVB, Digital Video Broadcasting , la estructura de encuadre, la codificación de canal y modulación para la televisión digital terrestre. Se conoce por DVB-T, las norma exige el uso exclusivo de la modulación COFDM. DVB-T se utiliza ampliamente en Europa y en otros lugares para la televisión digital terrestre.

 SDARS

Los segmentos terrestres de los sistemas de servicios de radio audio digital utilizados por XM Satellite Radio y Sirius Satellite Radio se transmiten utilizando COFDM.

 COFDM vs VSB

La cuestión de los méritos técnicos relativos de COFDM frente 8VSB para la televisión digital terrestre ha sido un tema de controversia, especialmente entre Europa y el Norte de técnicos estadounidenses y los reguladores. Los Estados Unidos han rechazado varias propuestas para adoptar el sistema basado en DVB-T COFDM para sus servicios de televisión digital, y en su lugar se ha optado por la operación 8VSB.

Una de las principales ventajas proporcionadas por COFDM es en emisiones de radio de representación relativamente inmunes a la distorsión por trayectoria múltiple y la señal de desvanecimiento debido a las condiciones atmosféricas o aeronaves que pasa. Los defensores de COFDM argumentan que resiste múltiples mucho mejor que 8VSB. Los primeros 8VSB DTV receptores a menudo tenían dificultades para recibir una señal. Además, COFDM permite a las redes de frecuencia única, que no es posible con 8VSB.

Sin embargo, los receptores 8VSB nuevos son mucho mejores para hacer frente a múltiples, por lo tanto, la diferencia de rendimiento puede disminuir con los avances en el diseño de ecualizador. Por otra parte, 8VSB es casi un esquema de transmisión de banda lateral única, mientras OFDM puede ser descrito como un esquema de modulación de doble banda lateral. Esto implica que la modulación 8VSB ofrece velocidad de bits similar y requieren ancho de banda similar al 64 QAM OFDM, es decir, la eficiencia espectral similar en/Hz. Sin embargo, el pequeño alfabeto 8VSB de 8 símbolos hace que sea menos propensa al ruido que el alfabeto de 64 símbolos 64QAM, lo que resulta en una menor tasa de error de bit para la misma relación portadora a ruido en caso de propagación por trayectos múltiples. 8VSB requiere menos energía que 64QAM para transmitir una señal a la misma distancia.

 La radio digital

COFDM se utiliza también para otros estándares de radio, para la radiodifusión de audio digital, la norma para la radiodifusión de audio digital a frecuencias de VHF, para Digital Radio Mondiale, la norma para la radiodifusión digital en onda corta y frecuencias de onda media y de DRM un estándar más recientemente introducido para la televisión digital radiodifusión sonora en frecuencias VHF.

Los EE.UU. vuelve a utilizar un estándar alternativo, un sistema propietario desarrollado por iBiquity apodado HD Radio. Sin embargo, utiliza COFDM como la tecnología de transmisión subyacente para agregar audio digital en AM y las emisiones de FM.

Tanto Radio Digital Mondiale y HD Radio son clasificados como en banda en el canal, a diferencia de los sistemas de Eureka 147 que utiliza VHF separada o bandas de frecuencia UHF en su lugar.

 BST-OFDM utiliza en ISDB

El sistema de banda segmentada de transmisión de multiplexación por división de frecuencia ortogonal propuesta para Japón mejora sobre COFDM explotando el hecho de que algunas portadoras OFDM pueden ser modulada de manera diferente de los demás en el mismo múltiplex. Algunas formas de COFDM ya ofrecen este tipo de modulación jerárquica, aunque BST-OFDM está destinado para que sea más flexible. Por consiguiente, el canal de televisión de 6 MHz puede ser "segmentado", con diferentes segmentos de ser modulada de manera diferente y se utiliza para diferentes servicios.

Es posible, por ejemplo, para enviar un servicio de audio en un segmento que incluye un segmento compuesto de un número de portadoras, un servicio de datos en otro segmento y un servicio de televisión en otro segmento, todo dentro del mismo canal de televisión de 6 MHz. Por otra parte, estos pueden ser modulada con diferentes parámetros, de manera que, por ejemplo, los servicios de audio y los datos podrían ser optimizados para la recepción móvil, mientras que el servicio de televisión está optimizado para la recepción fija en un entorno de alta multitrayectoria.

Ultra-wideband

La tecnología de red de área personal inalámbrica banda ultra-ancha también puede utilizar OFDM, tales como en multibanda OFDM. Esta especificación UWB se aboga por la Alianza WiMedia, y es una de las interfaces de radio UWB competencia.

FLASH-OFDM

Acceso de baja latencia con rápida transferencia ininterrumpida multiplexación ortogonal por división de frecuencia, también denominado como F-OFDM, se basa en OFDM y también especifica las capas de protocolo superiores. Fue desarrollado por Flarion, y adquirido por Qualcomm en enero de 2006. Flash OFDM se comercializó como conmutación de paquetes portador celular, para competir con las redes GSM y 3G. A modo de ejemplo, 450 bandas de frecuencia MHz utilizadas anteriormente por NMT-450 y C450 C-Net en Europa se han otorgado licencias a los operadores de Flash-OFDM.

En Finlandia, el titular de la licencia Digita comenzó el despliegue de una "@ 450" de la red inalámbrica nacional en algunas partes del país desde abril de 2007 - Fue adquirido por Datame en 2011. En febrero de 2012 Datame anunció que actualizar la red de 450 MHz para competir tecnología CDMA2000.

Eslovaca Telekom en Eslovaquia ofrece conexiones Flash OFDM con una velocidad de descarga máxima de 5,3 Mbit/s, y una velocidad máxima arriba de 1,8 Mbit/s, con una cobertura de más del 70 por ciento de la población eslovaca.

T-Mobile Alemania utiliza Flash OFDM para backhaul Wi-Fi HotSpots en trenes de alta velocidad ICE de la Deutsche Bahn.

Americana portador campo Comunicaciones Nextel inalámbrica probada tecnología de redes inalámbricas de banda ancha incluyendo Flash-OFDM en 2005. Sprint compró la compañía en 2006 y decidió implementar la versión móvil de WiMAX, que se basa en la tecnología de Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal escalable.

Ciudadanos Cooperativa Telefónica lanzó un servicio de banda ancha móvil basado en tecnología Flash-OFDM para los abonados en partes de Virginia en marzo de 2006 - La velocidad máxima disponible fue de 1,5 Mbit/s. El servicio se suspendió el 30 de abril de 2009.

Digiweb Ltd. lanzó una red de banda ancha móvil mediante la tecnología Flash-OFDM en 872 MHz en julio de 2007 en Irlanda y Digiweb también es propietaria de una licencia nacional de 872 MHz en Noruega. Terminales de voz aún no están disponibles a partir de noviembre de 2007 - El despliegue es en vivo en una pequeña área al norte de Dublín solamente.

Mayordomo Networks opera una red de Flash-OFDM en Dinamarca a 872 MHz.

En los Países Bajos, KPN-telecom se iniciará un proyecto piloto en torno a julio de 2007.

Historia