OFDM - Tradução Português
Multiplexação por divisão de freqüência ortogonal (OFDM ) – ou OFDM Codificada ( COFDM ) – é um esquema de modulação digital de várias portadoras, que us aum grande número de closely-spaced sub-carries ortogonais. Cada sub-carrier é modulada com um esquema convencional de modulação ( QAM por exemplo ) com uma baixa taxa de símbolos, mantendo as taxas de dados similar aos esquemas convencionas de modulação de uma portadora com a mesma largurada de banda. Na prática, os sinais OFDM são gerados usando o algoritmo de transformada rápida de Fourier.
A primeira vantagem do OFDM sobre as modulações de uma única portadora é a habilidade to cope com condições sevres nos canais – por exemplo, atenuação de altas freqüências at a long copper wire, narrowband interferência e frequency-selective fading devido a multipath – sem usar filtros complexos de equalização. Equalização do canal é simplificado porque OFDM pode ser visto usando várias slowly-modulated narrowband sinais melhor(?rather?) que um rapidly-modulated wideband sinal. A taxa baixa de símbolos faz com que o uso se um intervalo de guarda entre os símbolos affordable, fazendo possível to handle time-spreading e eliminando interferências entre os símbolos ( inter-symbol interference ISI ).
OFDM foi desenvolvida into a esquema popular para sistema de comunicações digitais de wideband. Exemplos de aplicações são:
• Acesso de banda larga ADSL e VDSL via POTS copper wiring • Wi-Fi ( IEEE 802.11ª/g) Wireless LANs • Sistemas DAB EUREKA 147, Radio digital Mondiale, Radio HD, T-DMB e ISDB-TSB • Sistemas de TV digial terrestre DVB, DVB-t, DVB-H, T-DMB e ISDB-T • WiMax Wireless MANs • Sistemas de Acesso Móvel de banda larga Wireless • Sistemas celular Flash-OFDM • Sistemas Certain ultra wideband ( UWB ) • Comunicação pela rede elétrica ( Power Line Communication – PLC ) • Rede Residencial MoCA • Comunica~çoes por fibra ótica e Sistemas de Radio sob Fibra
Conteúdo
Key features
Sumário das vantagens
• Pode se adaptar facilmente à condições severas do canal sem ser necessário uma equalização complexa • Robusto contra narrow-band interferência co-canal • Robusto contra interferência entre os símbolos ( Intersymbol interference – ISI ) e a desvanecimento causado por propagação multi-percurso • Alta eficiência spectral • Implementação eficiente usando FFT ( transformada rápida de Fourier ) • Baixa sensibilidade a to time sincronização de erros • Não é requerido tuned sub-channel receiver • ?? Facilita redes de freqüência simples, por exemplo transmitter macrodiversity
Sumário das desvantagens
• Sensibilidade ao efeito Doppler ( shift ?? ) • Sensibilidade a problemas de sincronização de freqüências • Consumo de energia do transmissor ineficiente, devido a necessidade de um amplificador linear de energia
Caracteristis e princípios de operação
Ortogonalidade No OFDM, as freqüências sub-carrier são escolhidos de modo a serem ortogonais entre si, o que significa que cross-talk entre os sub-canais é eliminado a uma guarda de panda entre portadores não é necessário. Isto simplifica o design tanto do tranmissor quanto do receptor; diferente do FDM convencional, um filtro separado para cada sub-canal não é necessário.
A ortogonalidade também permite uma eficiência high spectral, próximo a taxa de Nyquist. Quase toda a banda disponível pode ser utilizada. OFDM normalmente tem ruído branco, dando uma interferência eletromagnética com propriedades benignas que respeita os usuários de co-canais.
A ortogonalidade permite uma implementação eficiente de moduladores e demuladores usando o algoritmo FFT. Although os princípios e alguns dos benefícios foram conhecidos desde os anos 60, OFDM é popular para comunicações widebands hoje devido ao baixo custo dos componentes de processamento digital de sinal que podem calcular o FFT eficientemente.
OFDM exige uma sincronização da freqüência bem precisa entre o receptor e o emissor; qualquer desvio e as sub-portadoras não serão mais ortogonais, causando uma interferência entre portadora (ICI), por exemplo cross-talk entre as subportadoras. Offsets nas freqüências são tipicamente causadas por mismatched osciladores nos transmissores/receptores., ou pelo efeito Doppler devido ao movimento. Whilst efeito doppler sozinho pode ser compensado pelo receptor, a situação é piorada (worsened?) quando combinada com multi-percurso, pois reflexões aparecerão em várias freqüências offsets, o que é muito mais complicado de corrigir. Esse efeito normalmente piora a medida que a velocidade aumenta, e é um fator importante que limita o uso de OFDM em veículos muito rápidos. Diversas técnicas para supressão do ICI são sugeridas, mas elas aumentam a complexidade do receptor.
Intervalo de guarda para eliminação de interferência entre os símbolos
Um key principle do OFDM é que como o modo de modulação a uma taxa de símbolos baixa ( por exemplo quando os símbolos são relativamente longos comparados as características de tempo do canal ) sofre menos de interferência entre símbolos causadas por multi-percurso, é mais vantajoso transmitir mais de uma transmissão a baixa taxa em paralelo do que transmitir apenas um em alta velocidade. Sendo a duração de cada símbolo longa, é possível ( feasible?) inserir um intervalo de guarda entre os símbolos OFDM, eliminando então a interferência entre símbolos.
Esse intervalo de guarda também elimina a necessidade de um filtro pulse-shaping, e reduz a sensibilidade dos problemas de sincronização de tempo.
Um exemplos simples: Se alguém envia um milhão de símbolos por segundo usando uma modulação convencial de single-carrier sobre um canal wireless, então a duração de cada símbolo será de um licrosegundo ou menos. Isso impõe dificuldades na sincronização e necessita a remoção de interferência por multi percurso. Se esse mesmo milhão de símbolos por segundo forem transmitidos por um mil sub-canais, a duração de cada símbolo pode ser maior por um fator de mil, por exemplo um milisegundo, para ortogonalidade de aproximadamente a mesma largura de banda. Assumindo que uma guarda de intervalo de 1/8 do tamanho do símbolo é inserido entre cada símbolo. Interferência entre símbolos pode ser evitada se time-spreading ( tempo entre recepção do primeiro e ultimo echo ) do multipercurso é menor que o intervalo de guarda, por exemplo 125 microsegundos. Isso corresponde a uma máxima diferença de 37,5 Km entre the lenghts of the paths. Os últimos 125 microsegundos de cada símbolo é copiado e enviado in advance as a cyclic prefix.
O cyclic prefix, que é transmitido durante o intervalo de guarda, consite no final do símbolo OFDM copiado no intervalo de guarda, e o intervalo de guarda é transmitido seguido pelo símbolo OFDM. A razão que o intervalo de guarda consiste em uma cópia do final do símbolo OFDM é que esse que o receptor vai integrar sobre um número integer de ciclos senodais ( sinusoid cycles ) para cada um dos multipercursos when it performs OFDM demodulation whith FFT.
Porém o intervalo de guarda somente contem dados redundantes, o que significa que reduz a capacidade. Alguns sistemas baseados em OFDM, como alguns sistemas de broadcasting, deliberadamente usa um intervalo de guarda longo para permitir que os transmissores possam ser espaçados farther apart in SFN, e maiores intervalos de guarda permitem maiores tamanhos de células SFN. A rule of thumb para o máximo de distancia entre transmissores em um SFN é igual a distancia que o sinal viaja durante o intervalo de guarda – for instance, um intervalo de guarda de 200 microssegundos pode permitir transmissores serem espaçados 60km apart.
Equalização simplificada
Os efeitos das condições de canais frequency-selective, por exemplo desvanecimento causado por propagação em multipercurso, pode ser considerado uma constante ( flat ) sobre um sub-canal se o sub-canal for suficientemente narrow-banded. Por exemplo se o numero de sub-canais é suficientemente grande. Isso faz a equalização tão simples no receptor em OFDM em comparação a modulações convencions single-carrier. O equalizador somente necessita multiplicar cada sub-portadora por um valor constante, ou um valor raramente modificado.
Nosso exemplo: A equalização OFDM no exemplo numérico abaixo requer N = 1000 multiplicações complexas por símbolo OFDM, por exemplo um milhão de multiplicações por segundo, no receptor. O algoritmo FFT requer Nlog(base 2)N=10.000 multiplicações complex-valued por símbolo OFDM, por exemplo 10 milhões de multiplicações por segundo, tanto no receptor como no transmissor. Isso pode ser comparado com a correspondente modulação sigle-carrier de um milhão de símbolos por segundo mencionado no exemplo, quando a equalização de 125 microssegundos time-spreading usando um filtro FIR iria requerer 125 multiplicações por símbolo, por exemplo 125 milhões de multiplicações por segundo.
Algumas sub portadoras em alguns símbolos OFDM pode carregar sinais pilotos para medidas de condição dos canais, por exemplo o ganho do equalizador para cada subportadora. Sinais pilotos podem tabem ser usados para sincronização.
Em modulações diferencias, como DPSK ou DQPSK, é aplicado a cada sub portadora, a equalização pode ser totalmente omitida, desde que esses esquemas são sensíveis a lentas distorções de amplitude e fase.