Просмотр кода страницы OFDM

{{Технологии модуляции}}
[[File:N-OFDM.jpg|thumb|Распределение поднесущих OFDM сигналов относительно [[амплитудно-частотная характеристика|амплитудно-частотных характеристик]] фильтров БПФ ([[Быстрое преобразование Фурье|быстрого преобразования Фурье]])<ref name=slyusarnofdm1 />]]
'''OFDM''' ({{lang-en|Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов}}) — технология [[Цифровая схема|цифровой]]  [[Модуляция|модуляции]] с использованием большого количества близко расположенных [[Ортогональность|ортогональных]] [[поднесущая|поднесущих]] ([[мультиплексирование]])<ref name=slyusarnofdm1>{{cite web | last = Слюсар | first = Вадим. | title = Неортогональное частотное мультиплексирование (N-OFDM) сигналов. Часть 1. | work = Технологии и средства связи. – 2013. - № 5. | date = 2013 | pages = С. 61 - 65. | url = http://slyusar.kiev.ua/TSS_part1.pdf | access-date = 2019-07-14 | archive-date = 2016-04-06 | archive-url = https://web.archive.org/web/20160406042824/http://www.slyusar.kiev.ua/TSS_part1.pdf | deadlink = no }}</ref>. 
Каждая поднесущая модулируется одним из возможных методов (например, [[квадратурная модуляция|квадратурная амплитудная модуляция]]) на низкой символьной скорости, позволяя достигать близкую к [[Теорема Шеннона — Хартли|теоретическому пределу]] суммарную скорость передачи данных, как и у других способов модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются применением обратного БПФ ([[Быстрое преобразование Фурье]]).

== Принцип размещения поднесущих ==
OFDM сигнал формируется <math>N</math> гармоническими поднесущими, которые разнесены по частоте на равные интервалы <math>\Delta f</math> (в этом случае речь идёт об эквидистантном размещении поднесущих).

При таком размещении частот занимаемая OFDM сигналом полная полоса частот <math>\Delta F</math> делится на <math>N</math> подканалов, ширина которых <math>\Delta f =1/T_s</math>, где <math>T_s</math> — длительность сигнальной выборки, над которой выполняется операция [[Быстрое преобразование Фурье|быстрого преобразования Фурье]] (символьный интервал).

Таким образом, если записать выражение для частотного интервала между поднесущими в виде <math>\Delta f =\alpha/T_s</math>, то случай <math>\alpha = 1</math> будет соответствовать OFDM.

Общая полоса частот, которую занимают N ортогональных частотных подканалов OFDM, описывается выражением: <math>\Delta F = N/T_s</math>.

== Преимущества ==
Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольную интерференцию (МСИ).

== Недостатки OFDM ==
Условие ортогональности поднесущих помимо указанных преимуществ обусловливает и ряд недостатков метода OFDM<ref name=slyusarnofdm1/>:
* ограниченная спектральная эффективность при использовании относительно широкой полосы частот;
* невозможность манёвра частотой поднесущих для отстройки от сосредоточенных по спектру помех;
* чувствительность к [[Доплеровское смещение|доплеровскому смещению]] частоты, что снижает возможности реализации высокоскоростной связи с движущимися объектами.

== Передатчик ==
[[Файл:OFDM transmitter ideal.png|center|754px]]
Сигнал OFDM — сумма нескольких ортогональных поднесущих<ref name=slyusarnofdm1 />, на каждой из которых передаваемые на основной частоте данные независимо модулируются с помощью одного из типов модуляции (BPSK, QPSK, 8-PSK, QAM и др.). Далее этим суммарным сигналом модулируется радиочастота.

<math>s[n]</math> — это последовательный поток двоичных цифр. Перед обратным [[Быстрое преобразование Фурье|быстрым преобразованием Фурье]] (FFT) этот поток преобразуется сначала в N параллельных потоков, после чего каждый из них отображается в поток символов с помощью процедуры [[Фазовая модуляция|фазовой]] (BPSK, QPSK, 8-PSK) или амплитудно-фазовой [[Квадратурная модуляция|квадратурной модуляции]] (QAM). При использовании модуляции BPSK получается поток двоичных чисел (1 и −1), при QPSK, 8-PSK, QAM — поток комплексных чисел. Так как потоки независимы, то способ модуляции и, следовательно, количество бит на символ в каждом потоке могут быть разными. Следовательно, разные потоки могут иметь разную битовую скорость. Например, пропускная способность линии 2400 бод (символов в секунду), и первый поток работает с QPSK (2 бита на символ) и передает 4800 бит/с, а другой работает с QAM-16 (4 бита на символ) и передает 9600 бит/с.

Обратное FFT считается для N одновременно поступающих символов, создавая такое же множество комплексных (двухмерных) отсчетов в развёртке по времени (''time-domain samples''). Далее [[Цифро-аналоговый преобразователь|ЦАП]] (DAC) преобразуют в аналоговый вид раздельно ортогональные информационные компоненты, модулирующие, соответственно, несущие косинусоиду и синусоиду. Отмодулированные ортогональные несущие суммируются и дают передаваемый сигнал ''s(t)''.

== Приёмник ==
[[Файл:OFDM receiver ideal.png|center|800px]]Приемник принимает сигнал ''r(t)'' , выделяет из него косинусную (''cos'') и синусную (''sin'') квадратурные составляющие с помощью умножения ''r(t)'' на <math>\cos (2 \pi f_c t)</math> и — <math>\sin (2 \pi f_c t)</math> и [[Фильтр нижних частот|фильтров нижних частот]], которые отфильтровывают колебания в полосе вокруг <math> 2f_c </math>. Получившиеся сигналы далее оцифровываются с помощью [[Аналого-цифровой преобразователь|аналого-цифровых преобразователей]] (ADC), подвергаются прямому [[Быстрое преобразование Фурье|быстрому преобразованию Фурье]] (FFT). Получается сигнал в частотной области.

Теперь есть N параллельных потоков, каждый из которых преобразуется в двоичную последовательность с помощью заданного алгоритма [[Фазовая модуляция|фазовой модуляции]] (при использовании в передатчике BPSK, QPSK, 8-PSK) или амплитудно-фазовой [[Квадратурная модуляция|квадратурной модуляции]] (при использовании в передатчике QAM). В идеале получается поток битов, равным потоку, который передал передатчик.

== Применение ==

=== Проводная связь ===
* [[ADSL]] и [[VDSL]]
* [[DVB-C|DVB-C2]], улучшенная версия [[Цифровое телевидение|цифрового кабельного телевидения]] стандарта [[DVB-C]]
* [[Связь по ЛЭП|PLC HomePlug AV]], передача данных по линиям электропередач
{{дополнить раздел|дата=2014-03-26}}

=== Беспроводная связь ===
* беспроводные системы связи стандарты [[IEEE 802.11]] и [[HIPERLAN/2]];
* наземные системы [[Цифровое телевидение|цифрового телевидения]] [[DVB-T]], [[DVB-T2]] и [[ISDB-T]];
* наземные системы мобильного телевидения [[DVB-H]], [[DVB-T2]], [[T-DMB]], [[ISDB-T]] и [[MediaFLO]];
* система цифрового радиовещания [[DRM (радиовещание)|DRM]];
* беспроводные системы связи стандарта [[#Flash-OFDM|Flash-OFDM]];
* беспроводные системы связи стандарта [[3GPP Long Term Evolution|LTE]];
* беспроводные системы связи стандарта [[IEEE 802.16]] (WiMAX);
* беспроводные системы связи стандарта [[IEEE 802.20]], [[IEEE 802.16e]] (Mobile WiMAX) and [[WiBro]];
* беспроводные системы связи стандарта [[IEEE 802.15.3a]].
{{дополнить раздел|дата=2014-03-26}}

== См. также ==
* [[N-OFDM]]
* [[COFDM]]
* [[МС5]]
* {{iw|OFDMA}} (''Orthogonal Frequency-Division Multiple Access'') — метод обеспечения передачи информации многим пользователям в одном радиоспектре, на основе технологии OFDM; применяется в технологиях [[3GPP]] [[LTE]] и [[Wi-Fi 6]].
* [[Частотное разделение каналов]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья|автор        = Владимир Лебедев|заглавие     = Модуляция OFDM в радиосвязи|издание      = Радиолюбитель|год          = 2008|номер        = 9
|страницы     = 36—40
}}
* {{книга
 | автор         = Бакулин М. Г., Крейнделин В. Б., Шлома А. М., Шумов А. П.
 | заглавие      = Технология OFDM. Учебное пособие для вузов
 | место         = М.
 | издательство  = Горячая линия - Телеком	 
 | год           = 2015
 | страниц       = 360
 | isbn          = 978-5-9912-0549-8
}}

== Ссылки ==
* [http://habrahabr.ru/post/129101/ Почему в WiMax и LTE используют OFDM] // [[Habr]]

{{Любительская радиосвязь}}

[[Категория:Модуляция]]