Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM Djamel Sadok.
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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
Referencias
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 aumenta de R, T diminui
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 são
combinadas 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 aumentada por 100
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
Estes parâmetros podem ser ajustados on-the-fly (cognitive radios)
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
Peled e Ruiz (1980): uso de prefixo ciclico
CP: prefixo cíclico Peled e Ruiz
preenchem o espaco de guarda com parte final do símbolo OFDM
Transmissor e receptor são sincronizados
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 (OFDM, DMT)