Qu’est-ce que l’OFDM? (Multiplexage par répartition en Fréquence orthogonale)

OFDM: Le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale est une forme de modulation de signal qui divise un flux de modulation à haut débit de données en les plaçant sur de nombreuses sous-porteuses à bande étroite à courte distance modulées lentement, et est ainsi moins sensible à la décoloration sélective en fréquence.

Le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale ou OFDM est un format de modulation utilisé pour de nombreuses normes sans fil et de télécommunications les plus récentes.

L’OFDM a été adopté dans le domaine du Wi-Fi où les normes telles que 802.11a, 802.11n, 802.11ac et plus encore. Il a également été choisi pour la norme de télécommunications cellulaires LTE / LTE-A, et en plus de cela, il a été adopté par d’autres normes telles que WiMAX et bien d’autres.

Le multiplexage par répartition orthogonale des fréquences a également été adopté pour un certain nombre de normes de radiodiffusion allant de la Radio numérique DAB aux normes de Radiodiffusion vidéo numérique, DVB. Il a également été adopté pour d’autres systèmes de diffusion, y compris la Radio Numérique Mondiale utilisée pour les bandes d’ondes longues et moyennes et courtes.

Bien que l’OFDM, le multiplexage par répartition orthogonale en fréquence soit plus compliqué que les formes antérieures de format de signal, il offre des avantages distincts en termes de transmission de données, en particulier lorsque des débits de données élevés sont nécessaires avec des largeurs de bande relativement larges.

Qu’est-ce que l’OFDM ? – Le concept

OFDM est une forme de modulation multiporteuse. Un signal OFDM est constitué d’un certain nombre de porteuses modulées étroitement espacées. Lors de la modulation de toute forme – voix, données, etc. est appliqué sur un support, puis les bandes latérales s’étalent de chaque côté. Il est nécessaire qu’un récepteur puisse recevoir l’ensemble du signal pour pouvoir démoduler avec succès les données. Il en résulte que lorsque des signaux sont transmis à proximité les uns des autres, ils doivent être espacés de manière à ce que le récepteur puisse les séparer à l’aide d’un filtre et qu’il doit y avoir une bande de garde entre eux. Ce n’est pas le cas de l’OFDM. Bien que les bandes latérales de chaque porteuse se chevauchent, elles peuvent toujours être reçues sans l’interférence que l’on pourrait attendre car elles sont orthogonales les unes aux autres. Ceci est obtenu en ayant l’espacement des porteuses égal à l’inverse de la période symbole.

Pour voir comment fonctionne l’OFDM, il est nécessaire de regarder le récepteur . Cela agit comme une banque de démodulateurs, traduisant chaque porteuse vers DC. Le signal résultant est intégré sur la période de symbole pour régénérer les données de cette porteuse. Le même démodulateur démodule également les autres porteuses. Comme l’espacement des porteuses égal à l’inverse de la période symbole signifie qu’elles auront un nombre entier de cycles dans la période symbole et que leur contribution sera égale à zéro – en d’autres termes, il n’y a pas de contribution d’interférence.

Une exigence des systèmes d’émission et de réception OFDM est qu’ils doivent être linéaires. Toute non-linéarité provoquera des interférences entre les porteuses à la suite d’une distorsion d’inter-modulation. Cela introduira des signaux indésirables qui provoqueraient des interférences et altéreraient l’orthogonalité de la transmission.

En termes d’équipement à utiliser, le rapport crête/ moyenne élevé des systèmes multi-porteuses tels que l’OFDM nécessite que l’amplificateur final RF en sortie de l’émetteur puisse gérer les pics alors que la puissance moyenne est beaucoup plus faible, ce qui conduit à une inefficacité. Dans certains systèmes, les pics sont limités. Bien que cela introduit une distorsion qui entraîne un niveau plus élevé d’erreurs de données, le système peut compter sur la correction d’erreur pour les supprimer.

Données sur OFDM

Les données à transmettre sur un signal OFDM sont réparties sur les porteuses du signal, chaque porteuse prenant une partie de la charge utile. Cela réduit le débit de données pris par chaque porteuse. Le débit de données plus faible présente l’avantage que les interférences dues aux réflexions sont beaucoup moins critiques. Ceci est réalisé en ajoutant un temps de bande de garde ou un intervalle de garde dans le système. Cela garantit que les données ne sont échantillonnées que lorsque le signal est stable et qu’aucun nouveau signal retardé n’arrive qui modifierait la synchronisation et la phase du signal.

La distribution des données sur un grand nombre de porteuses dans le signal OFDM présente d’autres avantages. Les valeurs nulles causées par des effets multi-chemins ou des interférences sur une fréquence donnée n’affectent qu’un petit nombre de porteuses, les autres étant reçues correctement. En utilisant des techniques de codage d’erreurs, ce qui signifie ajouter des données supplémentaires au signal transmis, il permet de reconstruire plusieurs ou toutes les données corrompues dans le récepteur. Cela peut être fait car le code de correction d’erreur est transmis dans une partie différente du signal.

Avantages de l’OFDM &inconvénients

Avantages de l’OFDM

L’OFDM a été utilisé dans de nombreux systèmes sans fil à haut débit de données en raison des nombreux avantages qu’il offre.

• Immunité à la décoloration sélective: L’un des principaux avantages de l’OFDM est qu’il est plus résistant à la décoloration sélective en fréquence que les systèmes à porteuse unique, car il divise le canal global en plusieurs signaux à bande étroite qui sont affectés individuellement en tant que sous-canaux à décoloration plate.
• Résilience aux interférences: Les interférences apparaissant sur un canal peuvent être limitées en bande passante et de cette manière n’affecteront pas tous les sous-canaux. Cela signifie que toutes les données ne sont pas perdues.
• Efficacité du spectre: En utilisant des sous-porteuses qui se chevauchent à intervalles rapprochés, un avantage significatif de l’OFDM est qu’il utilise efficacement le spectre disponible.
• Résistant à l’ISI: Un autre avantage de l’OFDM est qu’il est très résistant aux interférences inter-symboles et inter-trames. Ceci résulte du faible débit de données sur chacun des sous-canaux.
• Résistant aux effets à bande étroite: En utilisant un codage et un entrelacement de canaux adéquats, il est possible de récupérer les symboles perdus en raison de la sélectivité en fréquence du canal et des interférences à bande étroite. Toutes les données ne sont pas perdues.
• Égalisation plus simple des canaux: L’un des problèmes avec les systèmes CDMA était la complexité de l’égalisation des canaux qui devait être appliquée sur l’ensemble du canal. Un avantage de l’OFDM est qu’en utilisant plusieurs sous-canaux, l’égalisation des canaux devient beaucoup plus simple.

Inconvénients de l’OFDM

Bien que l’OFDM ait été largement utilisé, il reste quelques inconvénients à son utilisation qui doivent être pris en compte lors de l’examen de son utilisation.

• Rapport crête/puissance moyenne élevé : Un signal OFDM a une variation d’amplitude semblable au bruit et a une plage dynamique étendue relativement élevée, ou rapport crête/puissance moyenne. Cela a un impact sur l’efficacité de l’amplificateur RF car les amplificateurs doivent être linéaires et s’adapter aux grandes variations d’amplitude et ces facteurs signifient que l’amplificateur ne peut pas fonctionner avec un niveau de rendement élevé.
• Sensible au décalage et à la dérive de la porteuse : Un autre inconvénient de l’OFDM est qu’il est sensible au décalage et à la dérive de la fréquence porteuse. Les systèmes à support unique sont moins sensibles.

Variantes d’OFDM

Il existe plusieurs autres variantes d’OFDM dont les initiales sont visibles dans la littérature technique. Ceux-ci suivent le format de base de l’OFDM, mais ont des attributs ou des variations supplémentaires :

• COFDM : Multiplexage orthogonal codé par répartition en fréquence. Une forme d’OFDM où un codage de correction d’erreur est incorporé dans le signal.
• Flash OFDM: C’est une variante de l’OFDM qui a été développée par Flarion et c’est une forme de saut rapide d’OFDM. Il utilise plusieurs tonalités et des sauts rapides pour répartir les signaux sur une bande de spectre donnée.
• OFDMA : Accès multiple par division orthogonale de la fréquence. Un schéma utilisé pour fournir une capacité d’accès multiple pour des applications telles que les télécommunications cellulaires lors de l’utilisation des technologies OFDM.
• VOFDM: Vecteur OFDM. Cette forme d’OFDM utilise le concept de la technologie MIMO. Il est développé par CISCO Systems. MIMO signifie Multiple Input Multiple output et utilise plusieurs antennes pour transmettre et recevoir les signaux afin que les effets multi-chemins puissent être utilisés pour améliorer la réception du signal et améliorer les vitesses de transmission pouvant être prises en charge.
• WOFDM : OFDM à large bande. Le concept de cette forme d’OFDM est qu’elle utilise un degré d’espacement entre les canaux suffisamment grand pour que les erreurs de fréquence entre l’émetteur et le récepteur n’affectent pas les performances. Il est particulièrement applicable aux systèmes Wi-Fi.

Chacune de ces formes d’OFDM utilise le même concept de base d’utilisation de porteuses orthogonales rapprochées portant chacune des signaux à faible débit de données. Pendant la phase de démodulation, les données sont ensuite combinées pour fournir le signal complet.

OFDM, le multiplexage par répartition orthogonale des fréquences a acquis une présence significative sur le marché du sans-fil. La combinaison d’une capacité de données élevée, d’une efficacité spectrale élevée et de sa résilience aux interférences résultant d’effets à trajets multiples signifie qu’il est idéal pour les applications à haute capacité de données qui sont devenues un facteur majeur de la scène des communications d’aujourd’hui.