Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales (OFDM)

Definición. Trasmisión de datos

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OFDM OFDM

Frequency division multiplexing (FDM) is a technology that transmits multiple signals simultaneously over a single transmission path, such as a cable or wireless system. Multiplexación por división de frecuencia (FDM) es una tecnología que transmite múltiples señales simultáneamente sobre un único camino de transmisión, como un cable o sistema inalámbrico. Each signal travels within its own unique frequency range (carrier), which is modulated by the data (text, voice, video, etc.). Cada señal viaja dentro de su propia y única gama de frecuencias (transportista), que es modulada por los datos (texto, voz, vídeo, etc.)

Orthogonal FDM 's (OFDM) spread spectrum technique distributes the data over a large number of carriers that are spaced apart at precise frequencies. Ortogonal FDM 's (OFDM) la técnica de espectro ensanchado distribuye los datos a través de un gran número de transportistas que se espacian aparte en frecuencias precisas. This spacing provides the "orthogonality" in this technique which prevents the demodulators from seeing frequencies other than their own. Esto proporciona el espaciamiento de "ortogonalidad" en esta técnica que evita el demoduladores de ver las frecuencias que no sean el propio. The benefits of OFDM are high spectral efficiency, resiliency to RF interference, and lower multi-path distortion. Las ventajas de OFDM son de alta eficiencia espectral, la resistencia a interferencias de RF, y la disminución de multi-path distorsión. This is useful because in a typical terrestrial broadcasting scenario there are multipath-channels (ie the transmitted signal arrives at the receiver using various paths of different length). Esto es útil porque en un típico escenario de la radiodifusión terrenal hay múltiples canales (es decir, la señal transmitida llega al receptor utilizando diversos senderos de diferente longitud). Since multiple versions of the signal interfere with each other (inter symbol interference (ISI)) it becomes very hard to extract the original information. Desde varias versiones de la señal interferir unos con otros (entre símbolo interferencia (ISI)) resulta muy difícil extraer la información original.

OFDM is sometimes called multi-carrier or discrete multi-tone modulation. OFDM a veces se denomina multi-carrier o discretos multi-tono de modulación. It is the modulation technique used for digital TV in Europe, Japan and Australia. Es la técnica de modulación utilizados para la televisión digital en Europa, Japón y Australia.

Uses Utilización

DAB - OFDM forms the basis for the Digital Audio Broadcasting (DAB) standard in the European market. DAB - OFDM es la base para el Digital Audio Broadcasting (DAB) estándar en el mercado europeo.

ADSL - OFDM forms the basis for the global ADSL (asymmetric digital subscriber line) standard. ADSL - OFDM es la base para el mundial de ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) estándar.

Wireless Local Area Networks - development is ongoing for wireless point-to-point and point-to-multipoint configurations using OFDM technology. Wireless Local Area Networks - se encuentra en proceso de desarrollo inalámbrico de punto a punto y punto a multipunto configuraciones utilizando la tecnología OFDM.

In a supplement to the IEEE 802.11 standard, the IEEE 802.11 working group published IEEE 802.11a, which outlines the use of OFDM in the 5.8-GHz band. En un suplemento a la norma IEEE 802,11, el IEEE 802,11 grupo de trabajo publicado IEEE 802.11a, que describe el uso de OFDM en el 5.8-GHz.

MIMO-OFDM MIMO-OFDM

Multiple Input, Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a technology developed by Iospan Wireless that uses multiple antennas to transmit and receive radio signals. Multiple Input, Multiple Output Ortogonal multiplexación por división de frecuencia es una tecnología desarrollada por Iospan inalámbrico que utiliza múltiples antenas para transmitir y recibir señales de radio. MIMO-OFDM will allow service providers to deploy a Broadband Wireless Access (BWA) system that has Non-Line-of-Sight (NLOS) functionality. MIMO-OFDM permitirá a los proveedores de servicios desplegar un acceso inalámbrico de banda ancha (BWA), sistema que no tiene línea de visión (RNE) funcionalidad. Specifically, MIMO-OFDM takes advantage of the multipath properties of environments using base station antennas that do not have LOS. En concreto, MIMO-OFDM se aprovecha de las múltiples propiedades de los entornos de uso de antenas de estación base que no tienen LOS. According to Iospan, Según Iospan,

"In this environment, radio signals bounce off buildings, trees and other objects as they travel between the two antennas. This bouncing effect produces multiple "echoes" or "images" of the signal. As a result, the original signal and the individual echoes each arrive at the receiver antenna at slightly different times causing the echoes to interfere with one another thus degrading signal quality. "En este entorno, señales de radio rebote contra edificios, árboles y otros objetos que viajan entre las dos antenas. Rebote Este efecto produce varios" ecos "o" imágenes "de la señal. Como resultado de ello, la señal original y la persona se hace eco cada uno llega a la antena receptora a veces ligeramente diferentes que causan los ecos de interferir el uno con el otro por lo tanto degradante calidad de la señal.

The MIMO system uses multiple antennas to simultaneously transmit data, in small pieces to the receiver, which can process the data flows and put them back together. El sistema MIMO utiliza múltiples antenas para transmitir datos simultáneamente, en pequeños trozos para el receptor, que puede procesar los flujos de datos y poner de nuevo juntos. This process, called spatial multiplexing, proportionally boosts the data-transmission speed by a factor equal to the number of transmitting antennas. Este proceso, llamado multiplexación espacial, aumenta proporcionalmente los datos de velocidad de transmisión por un factor igual al número de antenas de transmisión. In addition, since all data is transmitted both in the same frequency band and with separate spatial signatures, this technique utilizes spectrum very efficiently. Además, puesto que todos los datos se transmiten tanto en la misma banda de frecuencias y con distintas firmas espacial, esta técnica utiliza el espectro de manera muy eficiente.

VOFDM (Vector OFDM) uses the concept of MIMO technology and is also being developed by Cisco Systems. VOFDM (Vector OFDM) utiliza el concepto de la tecnología MIMO y también está siendo desarrollado por Cisco Systems.

Other Versions of OFDM Otras versiones de OFDM

WOFDM - Wideband OFDM, developed by Wi-Lan, develops spacing between channels large enough so that any frequency errors between transmitter and receiver have no effect on performance. WOFDM - Wideband OFDM, desarrollado por Wi-Lan, desarrolla el espaciamiento entre los canales lo suficientemente grande como para que cualquier frecuencia de errores entre el transmisor y el receptor no tienen ningún efecto en el rendimiento.

Flash OFDM - Flarion (Lucent/Bell Labs spinoff) has developed this technology, also called fast-hopped OFDM, which uses multiple tones and fast hopping to spread signals over a given spectrum band. Flash OFDM - Flarion (Lucent / Bell Labs derivado) ha desarrollado esta tecnología, también llamada rápida subieron OFDM, que utiliza múltiples tonos y saltar rápido para difundir las señales durante un determinado espectro radioeléctrico.

¿Por qué OFDM para la transmisión de datos?

In standard singlecarrier communication systems for high data rates, the effects of multipath propagation increases the equalization costs due to short symbol durations and relative long channel delay times. En singlecarrier estándar de los sistemas de comunicación de alta velocidad de transmisión de datos, los efectos de la propagación multitrayecto aumenta la igualdad debido a los costes de corta duración y símbolo en relación a largo canal tiempos de demora. As an example, if we want to use a singlecarrier technique for bit rates of 20 mbps or more, the symbol duration is about 50 ns. Por ejemplo, si queremos utilizar una técnica para singlecarrier poco las tasas de 20 Mbps o más, el símbolo duración será de unos 50 ns. Messured indoor channels cause echo delay times of more than 500 ns. Messured canales interiores causa echo tiempos de retardo de más de 500 ns. In case of QPSK, the viterbi equalizer needs more than 1.000.000 internal states. En el caso de QPSK, el ecualizador Viterbi necesidades de más de 1.000.000 interior estados. So a more efficient equalization technique is needed. Por lo tanto, una mayor eficiencia técnica de igualdad se necesita.

What is OFDM ? ¿Qué es OFDM?

As You can see in the picture above, Multicarrier Technique is parallel data transmission. Como se puede ver en la imagen de arriba, Multicarrier es paralela Técnica de transmisión de datos. On each carrier You need all elements of an singlecarrier system. En cada transportista Usted necesita todos los elementos de un sistema de singlecarrier. The main advantage of MC technique is a longer symbol duration by factor N (N: number of subcarrier). La principal ventaja de la técnica de MC ya es un símbolo de duración factor N (N: número de subcarrier). OFDM is a special case of the multicarrier technique. OFDM es un caso especial de la técnica de multicarrier. Here rectangular, frequency shifted puls shaping filters in tramsmitter and receiver are used. Aquí rectangular, la frecuencia puls cambiado la configuración de filtros en tramsmitter y el receptor se utilizan. Efficient IFFT/FFT structures are used to approximate the rectangular impulse shaping. Eficaz de la IFFT / FFT estructuras se utilizan para aproximar la conformación rectangular impulso. To overcome the effect of multipath propagation, a short guard interval is introduced. Para superar el efecto de propagación multitrayecto, un corto intervalo de guardia se presentó. With the guard interval, the OFDM system only need one multiplication on each subcarrier as equalization. Con el intervalo de guardia, el OFDM sistema sólo necesita una multiplicación en cada subcarrier como la igualdad. On the picture below, You can see a complete discrete OFDM system. En la imagen siguiente, se puede ver un completo sistema discreto OFDM.

To get more information about the OFDM technique, please download one of the following documents or visit our teaching activities . Para obtener más información sobre la técnica de modulación OFDM, por favor descargue uno de los siguientes documentos o visite nuestra actividad docente.

¿OFDM han chuletas a la califican como una tecnología disruptiva?

Every once in a while, a new technology comes along that is so impactive that it is said to be “disruptive,” meaning that it has the power to significantly alter the course of the industries, businesses or everyday activities where it has application. De vez en cuando, una nueva tecnología que llega es tan impactive que se dice que es "perturbadora", lo que significa que tiene la facultad de alterar significativamente el curso de las industrias, empresas o actividades cotidianas, donde ha solicitud.

The wireless industry is certainly no stranger to disruptive innovations, starting with cellular technology itself. La industria inalámbrica no es, sin duda, extraño a las innovaciones disruptivas, comenzando con tecnología celular. In recent decades, the transition to digital, the introduction of CDMA, the technical breakthroughs that enabled handheld user devices and the rollout of packet data services have each had profound effects on the industry. En las últimas décadas, la transición a la digital, la introducción de CDMA, los avances técnicos que permitieron a los usuarios de dispositivos de mano y el despliegue de servicios de paquetes de datos han tenido efectos profundos en la industria. Even more remarkably, they have each made their mark on society as a whole, from the Wall Street tycoons using BlackBerrys to keep tabs on their empires to African farmers using a village cell phone to negotiate better prices for their crops. Aún más notable, se han hecho cada una su marca en la sociedad en su conjunto, desde los magnates de Wall Street BlackBerrys utilizando para mantener al corriente de sus imperios para los agricultores africanos utilizando una aldea teléfono celular para negociar mejores precios para sus cosechas.

With this track record, we have come to expect that at least every few years some new innovation will emerge that will once again alter the way we do business. Con este historial, hemos llegado a esperar que al menos una vez cada pocos años algunos de los nuevos innovación que emerge una vez más, alterar la manera en que hacemos negocios. But what we seem to forget is that of all the new technologies that hit the wireless industry with great fanfare, most end up as relatively obscure, incremental enhancements or simply disappear altogether after a few years. Pero lo que parece olvidar es que de todas las nuevas tecnologías que afectó a la industria inalámbrica con gran fanfarria, la mayoría acaban siendo relativamente oscura, mejoras incrementales o simplemente desaparecen por completo después de unos años. In the end, the marketplace of ideas and products will identify the winners, but in the meantime a lot of time, money and effort can be wasted in pursuing the losers. Al final, el mercado de las ideas y los productos se determinarán los ganadores, pero en el ínterin una gran cantidad de tiempo, dinero y esfuerzo puede ser desperdiciado en la búsqueda de los perdedores.

Right now, the technology flavor-of-the-month appears to be orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). En este momento, la tecnología sabor de los meses parece ser ortogonales multiplexación por división de frecuencia (OFDM). Like CDMA (which stands for code division multiple access), OFDM is a generic term that describes a channel structure, the basic means by which information is conveyed on a radio signal. Al igual que CDMA (que significa acceso múltiple por división de código), OFDM es un término genérico que describe una estructura de canal, el medio básico de información que se transmite en una señal de radio. OFDM has been around for quite a few years, and is used in more advanced versions of the ubiquitous Wi-Fi that everyone is familiar with from wireless local area networking. OFDM ha sido de alrededor de unos cuantos años, y se usa en las versiones más avanzadas de la ubicua red Wi-Fi que todo el mundo está familiarizado con el de área local inalámbrica en red.

But with the recently exploding interest in commercial WiMAX network deployments, OFDM suddenly seems to be the only wireless technology worth discussing. Pero con la reciente explosión de interés comercial en los despliegues de red WiMAX, OFDM de repente parece ser el único valor de la tecnología inalámbrica discutiendo. In many respects, OFDM defines what is new and different about WiMAX, particularly regarding the exceptionally high data throughput rates that are anticipated for commercial networks. En muchos aspectos, OFDM define lo que es nuevo y diferente acerca de WiMAX, sobre todo en relación con los datos excepcionalmente altas tasas de rendimiento que se prevé para las redes comerciales. By comparison, established CDMA 3G services using EV-DO and HSDPA seem awfully slow. En comparación, estableció los servicios 3G CDMA utilizando EV-DO y HSDPA parece terriblemente lento. All of which begs a couple of questions: Is OFDM really that significant an improvement over CDMA? Todo lo cual plantea un par de preguntas: ¿OFDM realmente importante que una mejora con respecto a CDMA? Is it the next “disruptive” technology for the wireless industry? ¿Es el próximo "perturbadora" la tecnología para la industria inalámbrica?

UNDERSTANDING OFDM ENTENDIMIENTO OFDM
To even begin to address these questions, you need at least a rudimentary understanding of how OFDM works. Para comenzar a abordar estas preguntas, usted necesitará por lo menos una comprensión básica de cómo funciona OFDM. Stripped to its bare essentials, an OFDM channel consists of a number of discrete subcarriers which are each individually modulated RF signals. Despojado de su lo esencial, un canal OFDM consiste en una serie de discretas subcarriers que son modulados individualmente cada uno de las señales de RF. At the transmitter, the data to be sent is separated into streams that are used to modulate the subcarriers. En el transmisor, los datos que deben enviarse se separa en los arroyos que se utilizan para modular la subcarriers. At the receiver, the separate data streams are recovered from the different subcarriers and combined to recreate the original data. En el receptor, los flujos de datos separados se recuperan de las diferentes subcarriers y combinado para recrear los datos originales.

Now let's consider the “orthogonal” part of OFDM. Ahora vamos a considerar la "ortogonales" parte de OFDM. When any radio signal is modulated, it produces modulation products, or “sidetones,” the extent of which define the frequency bandwidth required for the channel in question. Cuando una señal de radio es modulada, que produce productos de la modulación, o "sidetones," la medida de que definir la frecuencia de ancho de banda necesario para el canal en cuestión. In general, with frequency division multiplex systems, the channels have to be sufficiently separated so that the sidetones of one do not excessively interfere with reception of an adjacent one. En general, con frecuencia la división de sistemas multiplex, los canales tienen que ser lo suficientemente separados para que la sidetones de uno no interfiera excesivamente con la recepción de un adyacentes. But in OFDM, the individually modulated signals are squeezed a lot closer together in frequency, with “orthogonal” spacing that minimizes this interference. Pero en OFDM, individualmente moduladas las señales se ven mucho más cerca junto a la frecuencia, con "ortogonales" que minimiza el espaciamiento de esta interferencia. In the WiMAX version intended for fixed applications, 256 subcarriers are placed in a channel with as little as 3.5 MHz bandwidth. En la versión WiMAX fijos destinados a las aplicaciones, 256 subcarriers se colocan en un canal con tan poco como 3,5 MHz de ancho de banda.

MAXIMUM DATA THROUGHPUT Máximo de datos
The subcarriers in an OFDM channel can be modulated in different ways, ranging from simple binary phase shift keying (BPSK) that conveys one bit per transmitted symbol to high level quadrature amplitude modulation (QAM). El subcarriers en un canal OFDM puede ser modulada de diferentes maneras, que van desde la simple binario de cambio de fase de manipulación (BPSK) que transmite un bit por símbolo de transmisión a alto nivel de modulación de amplitud de cuadratura (QAM). In WiMAX, the highest specified modulation level is 64 QAM, which transmits 6 bits per symbol on each subcarrier. En WiMAX, el más alto nivel especificado es la modulación 64 QAM, que transmite 6 bits por símbolo en cada subcarrier. Depending on the WiMAX version, symbol rates will be between 9.8 and 13.8 ks/s. Dependiendo de la versión de WiMAX, símbolo tasas será de entre el 9,8 y el 13,8 ks / s. As one can readily see, in terms of raw bit rate and spectrum efficiency OFDM can deliver some impressive numbers - over 5 bits per second per hertz. Como se puede ver fácilmente, en términos de tasa de bits en bruto y la eficiencia del espectro OFDM puede dar algunos números impresionantes - más de 5 bits por segundo por hercios.

However, OFDM is no more immune to Shannon's Law than any other technology. Sin embargo, no OFDM es más inmune a la Ley de Shannon que cualquier otra tecnología. That law of physics, in essence, says that for a given channel bandwidth, signal-to-noise-ratio (SNR), and bit error rate, there is an absolute maximum data throughput rate that can be achieved. Esta ley de la física, en esencia, dice que para un determinado canal de ancho de banda, relación señal-ruido-ratio (SNR), y poco margen de error, hay un máximo absoluto de capacidad de tratamiento de datos que puede lograrse. As we all know, in wireless communications networks, channel quality, which can be measured in SNR, is highly variable, and the “up to” data rates everybody talks about can only be delivered under optimal conditions. Como todos sabemos, en las redes de comunicaciones inalámbricas, la calidad del canal, que puede medirse en relación señal ruido, es muy variable, y el "hasta" velocidades de transmisión de datos, todos hablan de sólo pueden ser entregados en condiciones óptimas. In order to accommodate less than perfect channel quality, just about every wireless data technology provides for adjustment of modulation levels and coding rates to deliver the highest possible throughput for instantaneous conditions. Con objeto de dar cabida a menos de perfecto canal de calidad, casi todos los datos inalámbricos ofrece la tecnología para el ajuste de los niveles de modulación y codificación de las tasas a ofrecer el más alto rendimiento posible de las condiciones instantáneas. That is, up to the maximum rate supported by the technology in question. Es decir, hasta el porcentaje máximo apoyo de la tecnología en cuestión.

It is generally much easier to control channel quality in fixed wireless applications than for mobile users. Es generalmente mucho más fáciles de controlar la calidad de la canal de acceso inalámbrico fijo para las aplicaciones que los usuarios móviles. Within practical limits, fixed user terminal antennas can be placed where there is good signal quality from the serving base station and a minimum of interference from neighboring ones. Dentro de límites prácticos, los usuarios de terminales fijos antenas se pueden colocar donde existe una buena calidad de la señal de la estación base que actúa y un mínimo de interferencia de los vecinos. Fixed antennas can at least be placed on a windowsill if not outdoors on the rooftop. Antenas fijas, al menos, puede ser colocado en una ventana si no al aire libre en la azotea. Therefore, it is quite reasonable to assume that channel quality for fixed service will be relatively good, a situation that favors technologies such as OFDM that can take advantage with very high data rates. Por lo tanto, es bastante razonable suponer que la calidad del canal de servicio fijo será relativamente buena, una situación que favorece a tecnologías tales como OFDM que puede tomar ventaja con una muy alta velocidad de transmisión de datos. So much so that operators of fixed WiMAX networks are banking on being able to successfully compete with cable-borne broadband data services. Tanto es así que los operadores de redes fijas WiMAX se banca a ser capaces de competir con éxito con cable de banda ancha a cargo de los servicios de datos.
But what about mobile applications? Pero ¿qué pasa con las aplicaciones móviles? Does OFDM offer enough advantages in more widely varying channel conditions to supplant CDMA as the technology of choice? ¿OFDM suficiente oferta más ventajas en una amplia variedad de condiciones canal a suplantar CDMA como la tecnología de elección? Stay tuned. Estén atentos.

Al final de todo agrego un proyecto desarrollado en la Universidad de Fukui el cual contiene código en matlab para simular OFDM

% Faculty of Engineering, University of Fukui. 2003/11/11

% coded by Sokthai Chan (sokthai@msn.com)

% OFDM signal and its spectrum ( Guard Interval insertion )

clear all;

Fd=1; % symbol rate (1Hz)

Fs=1*Fd; % number of sample per symbol

M=4; % kind(range) of symbol (0,1,2,3)

Ndata=1024; % all transmitted data symbol

Sdata=64; % 64 data symbol per frame to ifft

Slen=128; % 128 length symbol for IFFT

Nsym=Ndata/Sdata; % number of frame -> Nsym frame

GIlen=144; % symbol with GI insertion

GI=16; % guard interval length

% vector initialization

X=zeros(Ndata,1);

Y1=zeros(Ndata,1);

Y2=zeros(Ndata,1);

Y3=zeros(Slen,1);

z0=zeros(Slen,1);

z1=zeros(Ndata/Sdata*Slen,1);

g=zeros(GIlen,1);

z2=zeros(GIlen*Nsym,1);

z3=zeros(GIlen*Nsym,1);

% random integer generation by M kinds

X = randint(Ndata, 1, M);

% digital symbol mapped as analog symbol

Y1 = modmap(X, Fd, Fs, 'qask', M);

% covert to complex number

Y2=amodce(Y1,1,'qam');

for j=1:Nsym;

for i=1:Sdata;

Y3(i+Slen/2-Sdata/2,1)=Y2(i+(j-1)*Sdata,1);

end

z0=ifft(Y3);

for i=1:Slen;

z1(((j-1)*Slen)+i)=z0(i,1);

end

%

for i=1:Slen;

g(i+16)=z0(i,1);

end

for i=1:GI;

g(i)=z0(i+Slen-GI,1);

end

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

Hiparla/2, ETSI TS 101 475 v1.2.1, http://www.etsi.org

P.Martí., Algorismes de detecció i recuperació de referència

Pera modulacions transformades. (in Catalan) PhD Thesis,

2001, UPC.

C.Thorpe, OFDM Wireless Systems Simulation Using

Simulink, International DSP Conference, Stuttgart, May 1998.

R.Van Nee, R. Prasad., OFDM for Wireless Multimedia

Communications, Artec House Publishers, 2000.

Mathworks, http://www.mathworks.com/