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 Micro-controladores ou DSP 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)