Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM
Djamel Sadok
Agenda
Os problemas
Inter-Carrier Interference (ICI)
Inter-Symbol Interference (ISI)
A solução: OFDM
Definição
Teoria da Operação
Implementação
Quem usa OFDM
HDTV: European Digital Audio Broadcasting (DAB)
Wi-Max 802.16
Wireless regional networks (WRAN – 802.22)
E outros...
Problemas :: ICI
As portadoras são colocadas perto por
motivos de eficiência do uso do espectro sem causar Inter-Carrier Interference (ICI)
Na pratica uma banda de guarda deve existir
Perda de recursos
Um filtro será usado para atenuar o sinal adjacente neste espaço de guarda;
Os problemas:: ISI (1/2)
Para transmitir altas taxas de dados, símbolos com pouca duração devem ser usados
A duração do símbolo é o inverso da
taxa banda básica (T = 1/R), com o
Os problemas :: ISI (2/2)
Num ambiente multi-percurso, uma duração curta de símbolos aumenta a probabilidade de
interferência inter-símbolo (ISI)
A solução (1/2)
Multiplicação na divisão de freqüências ortogonal (OFDM)
Permite a sobre posição entre bandas das diferentes portadoras sem interferência
Oferece uma alta taxa de transmissão de dados com uma duração maior de
símbolos
A solução (2/2)
OFDM pode ser vista como uma boa
candidata para modulação em sistemas de banda larga e ambientes multi-
percurso.
DSL
Wireless LAN
Digital Áudio Broadcasting
Digital Vídeo Broadcasting
OFDM (1/7)
“
OFDM é uma técnica de modulação aonde múltiplas portadoras de baixa taxa sãocombinadas para transmitir numa forma paralela ou compósita resultando em altas taxas de
transmissão”
OFDM (2/7)
Quando usando FDM, não existe relacionamento entre as
freqüências no espectro
Desta maneira, portadoras FDM são
colocadas uma junto da outra
OFDM (3/7)
Num sistema OFDM, cada portadora é uma sinusoid com freqüência igual a um múltiplo de uma freqüência base sinusoid fundamental
Esta condição permite a ortogonalidade
OFDM (4/7)
Os dados são multiplexados em múltiplos canais usados para modular cada
portadora
OFDM (5/7)
A técnica de modulação pode variar muito
Exemplos incluem PSK e QAM
Finalmente, as portadoras são adicionadas para gerar um sinal a ser transmitido
OFDM (6/7)
OFDM pode reduzir interferência inter símbolo como mostra o seguinte exemplo:
Usando 100 canais, um stream de 1 Mbps pode ser convertido em 100 steams de 10 kbps
criação de streams mais lentos e paralelos a banda do sinal modulado é efetivamente
diminuída por 100
De maneira equivalente, a sua duração é
OFDM (7/7)
O efeito do “delay sread” no multi-percurso é diminuído porque apresenta uma proporção menor da duração do símbolo ISI é
reduzido
Uma boa seleção dos parâmetros: numero de portadoras, seu espaçamento pode reduzir ou até eliminar o ISI
Evolução das pesquisas
OFDM é Discrete Multitone (DMT) em redes fixas
Paper do Chang nos 60’s: Synthesis of bandlimited signals for multichannel transmission
Resultado do paper do Satzberg: concentrar na
redução do X-talk entre canais paralelos ao invés de melhorar cada um;
Wenstein e Ebert (1971): uso de canais de guarda para eliminar ISI e ICI e o uso de DFT
CP: prefixo cíclico
Peled e Ruiz
preenchem o espaco de guarda com parte final do símbolo
OFDM
Transmissor e
Sistema banda básica OFDM
Transmissor
Canal e Receptor
Canais OFDM
Modelos teóricos de sistemas sem fio
Modelos de
esmaecimento Fading
Raleigh: NLOS, sem refletores, valor
esperado 0
Rician: valor
esperado não zero
Power-delay e doppler frequncy
Ambientes DL e UL
Ambiente DMT, atenuação,
Implementação (1/3)
Processamento digital de sinais viabiliza OFDM
Múltiplas portadoras podem ser
implementadas usando um banco de
moduladores paralelos não é eficiente;
Pode ser feito no domínio digital com o uso eficiente de DSP.
Implementação (2/3)
ASIC
Menor, rápida, pouco consumo de energia
Porem sem flexibilidade
Micro-controladores ou DSP
Altamente programáveis
Relativamente lentos, precisam de periféricos adicionais
Implementação (3/3)
FPGA
Combinam as vantagens e limitações de varias soluções
Pode ser programado por uma estação radio base com novas funcionalidades;
Embora um pouco mais caro, apresenta a melhor solução
Referencias
International Engineering Consortium OFDM Tutorial
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM): Tutorial and Analysis
Tutorial 22 -
Orthogonal Frequency Division Multiplex
