Orthogonal frequency-division multiplexing

Flere på hinanden følgende sinc-funktioner, demonstrerende ingen-ISI egenskab mellem underbærebølgerne; disse minder meget om OFDM effektfrekvensspektret (frekvensdomænet).

Indenfor telekommunikation er orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) en type digital modulation til kodning af digitale (binære) data på flere bærebølger.

OFDM har udviklet sig til en populær modulationstype for bredbånds digital kommunikation, brugt i applikationer som digitalt tv og digital radio, DSL internetadgang, trådløse netværk, PLC og 4G/5G mobilkommunikation.^[1]

OFDM er en frequency-division multiplexing (FDM) modulationstype, der blev introduceret af Robert W. Chang fra Bell Labs i 1966.^[2]^[3]^[4] I OFDM er den indkommende bitstrøm, der repræsenterer de data, der skal sendes, opdelt i flere strømme. Flere tæt anbragte ortogonale underbærebølgesignaler med overlappende spektre transmitteres, hvor hver bærebølge er moduleret med bits fra den indkommende strøm, så flere bits transmitteres parallelt.^[5] Demodulation er baseret på Fast Fourier Transform-algoritmer. OFDM blev forbedret af Weinstein og Ebert i 1971 med introduktionen af et guard interval, hvilket giver bedre ortogonalitet i transmissionskanaler, der er påvirket af flervejsudbredelse.^[6] Hver underbærebølge (signal) moduleres med et konventionelt modulationsskema (såsom quadrature amplitude modulation eller phase-shift keying) ved en lav symbolhastighed. Dette opretholder samlede datahastigheder svarende til konventionelle single-carrier modulering modulationstyper i samme båndbredde.^[7]

Den største fordel ved OFDM i forhold til single-carrier-systemer er dens evne til at klare svære kanalforhold (for eksempel dæmpning af høje frekvenser i en lang kobbertråd, smalbåndsinterferens og frekvens-selektiv fading på grund af flervejsudbredelse) uden behov for komplekse udligningsfiltre. Kanaludligning er forenklet, fordi OFDM kan ses som at bruge mange langsomt modulerede smalbåndssignaler i stedet for ét hurtigt moduleret bredbåndssignal. Den lave symbolhastighed gør brugen af et guard interval mellem symboler overkommelig, hvilket gør det muligt at eliminere intersymbolinterferens (ISI) og bruge ekkoer og tidsspredning (i analogt tv, der er synligt som henholdsvis ghosting og sløring) for at opnå en diversitetsforstærkning, dvs. en forbedring af signal-til-støj-forholdet. Denne mekanisme letter også udformningen af single frequency networks (SFN'er), hvor flere tilstødende radiosendere sender det samme signal samtidigt på samme frekvens, da signalerne fra flere fjerntliggende sendere kan rekombineres konstruktivt, hvilket sparer interferens fra et traditionelt enkeltbærersystem.

I coded orthogonal frequency-division multiplexing (COFDM) anvendes forward error correction (convolutional coding) og tid/frekvens-interleaving på signalet, der transmitteres. Dette gøres for at overvinde fejl i mobile kommunikationskanaler påvirket af flervejsudbredelse og Dopplereffekter. COFDM blev introduceret af Alard i 1986^[8]^[9]^[10] til Digital Audio Broadcasting for Eureka Project 147. I praksis er OFDM blevet brugt i kombination med en sådan kodning og interleaving, så udtrykkene COFDM og OFDM anvendes sammen til almindelige applikationer.^[11]^[12]

Se også

ATSC standarder
N-OFDM
Orthogonal Time Frequency and Space (OTFS)
Polarization-division multiplexing
Single-carrier FDMA (SC-FDMA)
Single-carrier frequency-domain-equalization (SC-FDE)

Referencer

^ Mustafa Ergen (2009). Mobile Broadband: including WiMAX and LTE. Springer Science Business Media. doi:10.1007/978-0-387-68192-4. ISBN 978-0-387-68189-4.
^ Weinstein, S. B. (november 2009). "The history of orthogonal frequency-division multiplexing". IEEE Communications Magazine. IEEE Communications Magazine ( Volume: 47, Issue: 11, November 2009 ). 47 (11): 26-35. doi:10.1109/MCOM.2009.5307460. S2CID 29001312.
^ Chang, R. W. (1966). "Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission". Bell System Technical Journal. 45 (10): 1775-1796. doi:10.1002/j.1538-7305.1966.tb02435.x.
^ US 3488445, Chang, Robert W., "Orthogonal frequency multiplex data transmission system", published 1970-01-06, assigned to Bell Telephone Laboratories Inc.
^ webe.org - 2GHz BAS Relocation Tech-Fair, COFDM Technology Basics. 2007-03-02
^ Weinstein, S.; Ebert, P. (oktober 1971). "Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform". IEEE Transactions on Communication Technology. 19 (5): 628-634. doi:10.1109/TCOM.1971.1090705. S2CID 28439102.
^ Ahmad R. S. Bahai, Burton R. Saltzberg, Mustafa Ergen, Multi-carrier digital communications - Theory and applications of OFDM. Springer (November 2004 )
^ WO 8800417, Pommier, Daniel & Alard, Michel, "Method and installation for digital communication, particularly between and toward moving vehicle", published 1988-01-14, assigned to Centre national d'études des télécommunications and Telediffusion de France
^ "Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers" (PDF). EBU Technical Review n°224, p.187. august 1987.
^ Le Floch, B.; Alard, M.; Berrou, C. (1995). "Coded orthogonal frequency division multiplex [TV broadcasting]". Proceedings of the IEEE. 83 (6): 982-996. doi:10.1109/5.387096. Arkiveret fra originalen 2014-07-03.
^ Akansu, Ali; et al. (1998). "Orthogonal transmultiplexers in communication: a review" (PDF). IEEE Transactions on Signal Processing. IEEE Trans. On Signal Processing, Vol. 46, No. 4, April 1998. 46 (4): 979-995. Bibcode:1998ITSP...46..979D. CiteSeerX 10.1.1.46.3342. doi:10.1109/78.668551. Arkiveret fra originalen (PDF) 1. april 2022. Hentet 13. august 2023.
^ Yang, James Ching-Nung (10. oktober 2001). "What is OFDM and COFDM?". Shoufeng, Hualien, Taiwan: Department of Computer Science and Information Engineering National Dong Hwa University. Hentet 2017-04-16.

Yderligere læsning

Bank, M. (2007). "System free of channel problems inherent in changing mobile communication systems". Electronics Letters. 43 (7): 401-402. Bibcode:2007ElL....43..401B. doi:10.1049/el:20070014.
US 7986740, Bank, Michael; Hill, Boris & Bank, Miriam et al., "Wireless mobile communication system without pilot signals", published 2011-07-26

Eksterne henvisninger

Numerous useful links and resources for OFDM – WCSP Group – University of South Florida (USF)
WiMAX Forum, WiMAX, the framework standard for 4G mobile personal broadband
Stott, 1997 [1] Technical presentation by J H Stott of the BBC's R&D division, delivered at the 20 International Television Symposium in 1997; this URL accessed 24 January 2006.
Page on Orthogonal Frequency-Division Multiplexing at https://web.archive.org/web/20090325005048/http://www.iss.rwth-aachen.de/Projekte/Theo/OFDM/node6.html accessed on 24 September 2007.
A tutorial on the significance of Cyclic Prefix (CP) in OFDM Systems Arkiveret 5. oktober 2023 hos Wayback Machine.

[ergen-1] Mustafa Ergen (2009). Mobile Broadband: including WiMAX and LTE. Springer Science Business Media. doi:10.1007/978-0-387-68192-4. ISBN 978-0-387-68189-4.

[2] Weinstein, S. B. (november 2009). "The history of orthogonal frequency-division multiplexing". IEEE Communications Magazine. IEEE Communications Magazine ( Volume: 47, Issue: 11, November 2009 ). 47 (11): 26-35. doi:10.1109/MCOM.2009.5307460. S2CID 29001312.

[chang-3] Chang, R. W. (1966). "Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission". Bell System Technical Journal. 45 (10): 1775-1796. doi:10.1002/j.1538-7305.1966.tb02435.x.

[patent-4] US 3488445, Chang, Robert W., "Orthogonal frequency multiplex data transmission system", published 1970-01-06, assigned to Bell Telephone Laboratories Inc.

[cobas-5] webe.org - 2GHz BAS Relocation Tech-Fair, COFDM Technology Basics. 2007-03-02

[weinstein-6] Weinstein, S.; Ebert, P. (oktober 1971). "Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform". IEEE Transactions on Communication Technology. 19 (5): 628-634. doi:10.1109/TCOM.1971.1090705. S2CID 28439102.

[7] Ahmad R. S. Bahai, Burton R. Saltzberg, Mustafa Ergen, Multi-carrier digital communications - Theory and applications of OFDM. Springer (November 2004 )

[brevet-8] WO 8800417, Pommier, Daniel & Alard, Michel, "Method and installation for digital communication, particularly between and toward moving vehicle", published 1988-01-14, assigned to Centre national d'études des télécommunications and Telediffusion de France

[EBU-9] "Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers" (PDF). EBU Technical Review n°224, p.187. august 1987.

[10] Le Floch, B.; Alard, M.; Berrou, C. (1995). "Coded orthogonal frequency division multiplex [TV broadcasting]". Proceedings of the IEEE. 83 (6): 982-996. doi:10.1109/5.387096. Arkiveret fra originalen 2014-07-03.

[11] Akansu, Ali; et al. (1998). "Orthogonal transmultiplexers in communication: a review" (PDF). IEEE Transactions on Signal Processing. IEEE Trans. On Signal Processing, Vol. 46, No. 4, April 1998. 46 (4): 979-995. Bibcode:1998ITSP...46..979D. CiteSeerX 10.1.1.46.3342. doi:10.1109/78.668551. Arkiveret fra originalen (PDF) 1. april 2022. Hentet 13. august 2023.

[12] Yang, James Ching-Nung (10. oktober 2001). "What is OFDM and COFDM?". Shoufeng, Hualien, Taiwan: Department of Computer Science and Information Engineering National Dong Hwa University. Hentet 2017-04-16.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]