Hoppa till innehållet
Hem

Ortogonal frekvensområdesmultiplexering (OFDM)

OFDM är en modulationsteknik som delar upp en bredbandssignal i många ortogonala smalbandsbärare. Tekniken ger hög spektraleffektivitet och robusthet mot multipath och används i Wi‑Fi, LTE, DVB och DSL.

Författare: Skapad: Uppdaterad:

Översikt

Ortogonal frekvensområdesmultiplexering, ofta förkortat OFDM, är en metod för att överföra data genom att dela upp en bredbandssignal i många närliggande, orthogonala delbärare. Varje delbärare moduleras med en separat dataström så att flera bitströmmar sänds parallellt över samma frekvensband. Tekniken möjliggör effektiv användning av spektrum och minskar påverkan från störningar och eko i kanalen. Mer information om tekniska principer finns ofta under begrepp som OFDM och digital modulering.

Bildgalleri

4 Bilder
OFDM2
simple.wikipedia.org · CC BY-SA 3.0

Tekniska egenskaper

Nyckelelement i OFDM är att bärrarna är ortogonala: deras frekvensavstånd är valt så att korskorrelationsintegralen mellan olika bärare blir noll vid symboltidens slut. Implementationen bygger praktiskt på IFFT/FFT för modulering och demodulering. För att hantera multipath och tidsspridning används ofta en cyklisk prefix (CP), en kopia av slutet av OFDM-symbolen som placeras i början för att undvika intersymbolinterferens.

Implementering och varianter

OFDM tillåter adaptiv modulering och kraftallokering per bärare, vilket innebär att systemet kan anpassa QPSK, 16‑QAM, 64‑QAM med mera beroende på kanalens kvalitet. Praktiska system innehåller även kanalestimering, frekvens- och tids-synkronisering samt felfelskydd. Mer avancerade varianter inkluderar CP‑OFDM, DMT (discrete multitone) och filterbank‑baserade alternativ.

Tillämpningar och historia

Grundidéer bakom OFDM utvecklades redan på 1960‑ och 1970‑talen, men tekniken blev praktiskt användbar först när digital signalbehandling och snabba FFT‑algoritmer blev billiga. Idag används OFDM i många standards: trådlöst LAN (802.11a/g/n/ac/ax), mobiltelefoni (LTE, 5G använder dock även varianter), marksänd TV (DVB‑T) och digitala radionät (DAB) samt DSL‑tekniker. Se också referenser till signalbehandling för mer detaljer: relaterade resurser.

Fördelar och nackdelar

  • Fördelar: hög spektraleffektivitet, robust mot multipath, enkel lika‑per‑bärare‑equalisering, flexibel bitallokering.
  • Nackdelar: hög topp‑till‑medel‑effekt (PAPR), känslighet för frekvensoffset och fasbrus, krav på noggrann synkronisering.

Sammanfattningsvis är OFDM en central teknik i modern trådlös och trådbunden kommunikation tack vare sin balans mellan robusthet och effektiv spektralanvändning. För dem som vill fördjupa sig rekommenderas att studera FFT‑implementeringar, kanalmodellering och standarddokument för de olika tillämpningarna.

Ett exempel på OFDM, med 4 olika signaler som visas i olika färger.  
Ett exempel på OFDM, med 4 olika signaler som visas i olika färger.  

Fördelar och nackdelar

Fördelar

  • Kan lätt anpassa sig till dåliga kanaler (bullriga etc.)
  • Robust mot överhörning mellan kanaler som ligger nära varandra.
  • Robust mot intersymbolinterferens (ISI) och fading som orsakas av flervägsspridning.
  • Hög spektral effektivitet
  • Det finns bra implementeringar tillgängliga.
  • Några få problem med fel som uppstår vid synkronisering av tiden
  • Det krävs inga inställda mottagarfilter för underkanaler (till skillnad från konventionell FDM).
  • Underlättar Single Frequency Networks, dvs. makrodiversitet för sändare.

Nackdelar

  • Problem med dopplerförskjutning.
  • Det kan vara problematiskt att synkronisera frekvenser
  • Känslig för problem med frekvenssynkronisering.
  • Högt förhållande mellan toppar och genomsnittlig effekt (PAPR). Detta kräver linjära överföringskretsar som kräver mycket kraft.
  • Förlust av effektivitet orsakad av cykliskt prefix/skyddsintervall
 

Använder

Många tekniker använder OFDM. Några av dem är:

  • ADSL och VDSL
  • Kommunikation via kraftledning
  • Trådlöst LAN, nämligen 802.11a, g och n samt HiperLAN/2 (802.11b använder Direct-sequence spread spectrum).
  • 4G LTE-mobilnät använder OFDMA (OFDM multi-users variant).
  • Vissa digitala radiosystem
  • Vissa system för digital-tv, framför allt DVB-T
 

Relaterade artiklar

Författare

AlegsaOnline.com Ortogonal frekvensområdesmultiplexering (OFDM)

URL: https://sv.alegsaonline.com/art/73269

Dela