Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)

В мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов используется три принципа передачи: множественная скорость, множественные символы и множественные несущие. Мультплексирование сортогональным разделением частоты распределяет данные по по большому количеству несущих частот, которые пространственно расположены на частотах с допустимой погрешностью. разделение в этой технике обеспечивает ортогональность, которая не даёт демодулятору воспринимать какие-либо кроме собственных.

В мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов с многоканальным входом и многоканальным выходом (MIMO-OFDM) для приёма и передачи радиосигналов используются многоэлементные антенны. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов с многоканальным входом и многоканальным выходом даёт провайдерам услуг возможность применения системы широкополосного беспроводного доступа, обладающей функцией передачи вне зоны прямой видимости. MIMO-OFDM использует преимущества многолучевого распространнеия в окружающей среде при использовании антенн без оны прямой видимости. В системе MIMO-OFDM используются многоэлементные антенны, которые одновременно передают данные маленькими порциями приёмнику, который обрабатывает поток данных и соединяет их в единое целое. Этот процесс, называемый пространственным уплотнением (мультиплексированием), увеличивает скорость передачи данных пропорционально фактору, равному числу передающих антенн. В дополнение к этому, так как данные передаются в одном и том же частотном спектре и с одинаковыми пространственными характеристиками, спектр испоьзуется эффективно. Векторное мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (VOFDM) базируется на концепции технологии MIMO.

Поток данных расщепляется на N малых потоков с помощью преобразователя последовательного кода в параллельный, каждый поток имеет скорость передачи данных R/N и передаётся на отдельной несущей, соседние несущие при этом разделяются расстоянием А (смотрите рисунок 6.9). Длительность бита при этом составляет N/R. Преимущество мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов состоит в том, что многолучевое распространение по множественному каналу уменьшается по отношению к межсимвольному интервалу на соотношение 1/N, что предполагает меньшее искажение каждого модулируемого символа.

Рисунок 6.9 Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM).

Самая важная характеристика мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов - ортогональное расположение сигналов на несущих подчастотах. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) - использует скачкообразную смену частот для создания системы расширенного спектра. В скачкообразной смене частот есть некоторые преимущества по сравнению с расширением спектра методом прямой последовательности, например, нет проблемы близости-дальности, более лёгкий процесс синхронизации, менее сложное устройство передатчика и т.д.

В мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов последовательность входной информации сначала преобразуется в параллельную последовательность данных, а выходные сигналы каждого последовательно-параллельного преобразователя уплотняются посредством кода расширения. Данные от всех несущих вспомогательных частот модулируются в полосе передачи частот посредством обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) и преобразуются обратно в серийные данные. Во избежание возникновения межсимвольных помех вследствие многолучевого замирания между каждым символом вставляется защитный интервал и, наконец, сигнал передаётся после преобразования с повышением частоты. В приёмнике, после преобразования с понижением частоты, компонент несущей подчастоты, соответствующий принимаемым данным, сначала обнаруживается посредством быстрого преобразования Фурье, а затем уплотняется с целью собрать энергию сигнала, рассеянную по частотной области (смотрите рисунок 6.10).

Рисунок 6.10 Передача и приём OFDM стандарта IEEE 802.11 .

Развитие беспроводных локальных сетей (WLAN) продолжается в беспроводных двухточечной и многоточечной конфигурациях с использованием технологии OFDM.

В дополнение к стандарту IEEE 802.11, группа его разработчиков издала стандарт IEEE 802.11a, который кратко описывает использование OFDM в спектре 5,8 ГГц. Основным принципом применения является разделение высокоскоростного двоичного сигнала для передачи по нескольким более несущим вспомогательным данные младшего порядка. Существует 48 несущих подчастот для передачи данных и 4 контрольных вспомогательных несущих частоты, всего 52 несущих вспомогательных частоты. Каждый битовый поток с низкой скоростью передачи используется для модулирования отдельной вспомогательной несущей одного из каналов в спектре 5 ГГц. Перед передачей данные кодируются посредством специального кода скорости, R=1/2, и перемежения битов для получения необходимой скорости передачи данных. Каждый бит затем вносится в сложную последовательность в соотвествии с типом модуляции и подразделением на 48 вспомогательных несущих для передачи данных и 4 контрольных вспомогательных несущих. Вспомогательные несущие соединяются посредством обратного быстрого преобразования Фурье и передаются. На приёмнике, несущая снова преобразуется в множество несущих посредством быстрого преобразования Фурье. Низкоскоростные вспомогательные несущие данных соединяются в форме единицы высокоскоростных данных.