Wat is OFDM? (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, is een vorm van signaalmodulatie die een hoge datasnelheid modulerende stroom verdeelt waardoor ze op vele langzaam gemoduleerde smalband subcarriers met een nauwe afstand worden geplaatst, en op deze manier minder gevoelig is voor frequentie selectieve vervaging.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing of OFDM is een modulatieformaat dat wordt gebruikt voor veel van de nieuwste draadloze en telecommunicatiestandaarden.

OFDM is gebruikt in de Wi-Fi arena waar de standaarden zoals 802.11 a, 802.11 n, 802.11 ac en meer. Het is ook gekozen voor de cellulaire telecommunicatiestandaard LTE / LTE-A, en daarnaast is het overgenomen door andere normen zoals WiMAX en nog veel meer.

Orthogonal frequency division multiplexing is ook toegepast voor een aantal uitzendstandaarden van DAB Digital Radio naar de Digital Video Broadcast standards, DVB. Het is ook gebruikt voor andere omroep systemen en met inbegrip van digitale radio Mondiale gebruikt voor de lange middellange en korte golf banden.

hoewel OFDM, orthogonal frequency division multiplexing ingewikkelder is dan eerdere vormen van signaalformaat, biedt het een aantal duidelijke voordelen in termen van datatransmissie, vooral wanneer hoge datasnelheden nodig zijn samen met relatief grote bandbreedtes.

Wat is OFDM? – Het concept

OFDM is een vorm van multicarrier modulatie. Een OFDM-signaal bestaat uit een aantal dicht op elkaar geplaatste gemoduleerde dragers. Bij modulatie van elke vorm-stem, gegevens, enz. wordt aangebracht op een drager, dan zijbanden verspreid aan weerszijden. Het is noodzakelijk dat een ontvanger het hele signaal kan ontvangen om de gegevens succesvol te kunnen demoduleren. Als gevolg daarvan moeten de signalen dicht bij elkaar worden verzonden, zodat de ontvanger ze met behulp van een filter kan scheiden en er een beschermband tussen moet zijn. Dit is niet het geval met OFDM. Hoewel de zijbanden van elke drager overlappen, kunnen ze nog steeds worden ontvangen zonder de storing die zou kunnen worden verwacht omdat ze orthogonaal aan elkaar zijn. Dit wordt bereikt door de tussenruimte van de drager gelijk te hebben aan de wederkerigheid van de symbolentijd.

om te zien hoe OFDM werkt, is het noodzakelijk om naar de ontvanger te kijken. Dit fungeert als een bank van demodulatoren, het vertalen van elke vervoerder naar DC. Het resulterende signaal wordt geïntegreerd over de symboolperiode om de gegevens van die drager te regenereren. Dezelfde demodulator demoduleert ook de andere dragers. Aangezien de tussenruimte van de drager gelijk is aan de wederkerigheid van de symboolperiode, betekent dit dat zij een heel aantal cycli in de symboolperiode hebben en dat hun bijdrage gelijk is aan nul – met andere woorden, er is geen interferentiebijdrage.

een eis van de OFDM zend-en ontvangsystemen is dat ze lineair moeten zijn. Elke niet-lineariteit veroorzaakt interferentie tussen de dragers als gevolg van intermodulatievervorming. Hierdoor ontstaan ongewenste signalen die interferentie veroorzaken en de orthogonaliteit van de transmissie aantasten.

in termen van de te gebruiken apparatuur vereist de hoge piek / gemiddelde verhouding van multi-carrier systemen zoals OFDM dat de RF eindversterker op de uitgang van de zender de pieken aankan terwijl het gemiddelde vermogen veel lager is en dit leidt tot inefficiëntie. In sommige systemen zijn de pieken beperkt. Hoewel dit vervorming introduceert die resulteert in een hoger niveau van gegevensfouten, kan het systeem vertrouwen op de foutcorrectie om ze te verwijderen.

gegevens over OFDM

de gegevens die op een OFDM-signaal moeten worden verzonden, worden verspreid over de dragers van het signaal, waarbij elke drager deel uitmaakt van de nuttige lading. Dit vermindert de datasnelheid van elke vervoerder. De lagere datasnelheid heeft het voordeel dat interferentie van reflecties veel minder kritisch is. Dit wordt bereikt door het toevoegen van een guard band tijd of guard interval in het systeem. Dit zorgt ervoor dat de gegevens alleen worden bemonsterd als het signaal stabiel is en er geen nieuwe vertraagde signalen aankomen die de timing en fase van het signaal zouden veranderen.

de verdeling van de gegevens over een groot aantal dragers in het OFDM-signaal heeft nog enkele andere voordelen. Nulls veroorzaakt door multi-path effecten of interferentie op een bepaalde frequentie hebben slechts invloed op een klein aantal dragers, de overige worden correct ontvangen. Door foutcodeertechnieken te gebruiken, wat betekent dat er meer gegevens aan het verzonden signaal worden toegevoegd, kunnen veel of alle beschadigde gegevens in de ontvanger worden gereconstrueerd. Dit kan omdat de foutcorrectiecode in een ander deel van het signaal wordt verzonden.

OFDM voordelen & nadelen

OFDM voordelen

OFDM is gebruikt in veel hoge data rate draadloze systemen vanwege de vele voordelen die het biedt.

• immuniteit tegen selectieve vervaging: Een van de belangrijkste voordelen van OFDM is dat het beter bestand is tegen frequentieselectieve vervaging dan één dragersystemen omdat het het totale kanaal verdeelt in meerdere smalbandsignalen die individueel worden beïnvloed als vlakke vervagende subkanalen.
• weerstand tegen interferentie: interferentie die op een kanaal verschijnt, kan een beperkte bandbreedte hebben en op deze manier niet alle subkanalen beïnvloeden. Dit betekent dat niet alle gegevens verloren gaan.
• Spectrumefficiëntie: Door gebruik te maken van overlappende sub-dragers met een nauwe tussenruimte is een belangrijk OFDM-voordeel dat het beschikbare spectrum efficiënt wordt gebruikt.
• veerkrachtig voor ISI: een ander voordeel van OFDM is dat het zeer veerkrachtig is voor intersymbool-en interframeinterferentie. Dit is het gevolg van de lage datasnelheid op elk van de subkanalen.
• bestand tegen narrow-band effecten: met behulp van adequate kanaalcodering en interleaving is het mogelijk om verloren symbolen te herstellen als gevolg van de frequentie selectiviteit van het kanaal en narrow-band interferentie. Niet alle gegevens gaan verloren.
• eenvoudiger kanaalvereffening: Een van de problemen met CDMA-systemen was de complexiteit van de kanaalvereffening die over het hele kanaal moest worden toegepast. Een voordeel van OFDM is dat het gebruik van meerdere subkanalen, de Channel equalization veel eenvoudiger wordt.

OFDM nadelen

hoewel OFDM op grote schaal wordt gebruikt, zijn er nog een paar nadelen aan het gebruik die moeten worden aangepakt wanneer het gebruik ervan wordt overwogen.

• hoge piek-gemiddelde vermogensratio: een OFDM-signaal heeft een ruis – achtige amplitudevariatie en heeft een relatief hoog groot dynamisch bereik, of piek-gemiddelde vermogensratio. Dit beïnvloedt de efficiëntie van de RF-versterker, omdat de versterkers lineair moeten zijn en geschikt moeten zijn voor de grote amplitudevariaties en deze factoren betekenen dat de versterker niet met een hoog efficiëntieniveau kan werken.
• gevoelig voor draaggolffrequentie offset en drift: een ander nadeel van OFDM is dat gevoelig is voor draaggolffrequentie offset en drift. Single carrier systemen zijn minder gevoelig.

OFDM varianten

Er zijn verschillende andere varianten van OFDM waarvoor de initialen in de technische literatuur te zien zijn. Deze volgen het basisformaat voor OFDM, maar hebben extra attributen of variaties:

• COFDM: Coded Orthogonal frequency division multiplexing. Een vorm van OFDM waarbij de codering van de foutcorrectie in het signaal wordt opgenomen.
• Flash OFDM: Dit is een variant van OFDM die is ontwikkeld door Flarion en het is een snel gehopte vorm van OFDM. Het maakt gebruik van meerdere tonen en snel hoppen om signalen te verspreiden over een bepaalde spectrumband.
• OFDMA: Orthogonal frequency division multiple access. Een regeling die wordt gebruikt om een multiple access-mogelijkheid te bieden voor toepassingen zoals cellulaire Telecommunicatie bij het gebruik van OFDM-technologieën.
• VOFDM: Vector OFDM. Deze vorm van OFDM maakt gebruik van het concept van MIMO-technologie. Het wordt ontwikkeld door CISCO Systems. MIMO staat voor Multiple Input Multiple output en gebruikt meerdere antennes om de signalen te verzenden en te ontvangen, zodat multi-path effecten kunnen worden gebruikt om de signaalontvangst te verbeteren en de transmissiesnelheden te verbeteren die kunnen worden ondersteund.
• WOFDM: Wideband OFDM. Het concept van deze vorm van OFDM is dat het gebruik maakt van een mate van afstand tussen de kanalen die groot genoeg is dat eventuele frequentiefouten tussen zender en ontvanger geen invloed hebben op de prestaties. Het is met name van toepassing op Wi-Fi-systemen.

elk van deze vormen van OFDM maakt gebruik van hetzelfde basisconcept van het gebruik van orthogonale dragers met nauwe afstanden die elk signalen met een lage datasnelheid dragen. Tijdens de demodulatiefase worden de gegevens vervolgens gecombineerd om het volledige signaal te leveren.

OFDM, orthogonal frequency division multiplexing heeft een aanzienlijke aanwezigheid verworven op de draadloze markt. De combinatie van hoge datacapaciteit, hoge spectrale efficiëntie en zijn veerkracht tegen interferentie als gevolg van multi-path effecten betekent dat het ideaal is voor de hoge datatoepassingen die een belangrijke factor zijn geworden in de huidige communicatiescene.