Pull to refresh
0

OFDM — технология цифровой модуляции в сетях WiMax и LTE

Reading time 4 min
Views 76K
imageМы представляем вторую статью из цикла постов о беспроводной передачи данных.

В комментариях к первой из них: «Модуляция радиосигнала» уважаемый nerudo посоветовал рассказать о таком важном моменте как OFDM. Что мы c удовольствием и делаем.


Что такое OFDM?

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием)

Это схема модуляции, использующая множество несущих. Канал делится на несколько субканалов или subcarrier (русский аналог «поднесущая» кажется мне немного смешным, я постараюсь избегать этого слова, употребляя где необходимо «вспомогательная несущая»)
В OFDM высокоскоростной поток данных конвертируется в несколько параллельных битовых потоков меньшей скорости, каждый из которых модулируется своей отдельной несущей.
Все это множество несущих передается одновременно.

Главное преимущество OFDM заключается в том, что продолжительность символа во вспомогательной несущей значительно больше в сравнении с задержкой распространения, чем в традиционных схемах модуляции. Это делает OFDM гораздо устойчивее к межсимвольной интерференции (ISI, intersymbol interference).

ISI – Межсимвольная интерференция


Межсимвольная интерференция это форма искажения сигнала, которая вызвана воздействием одного символа на другой. Этот эффект наблюдается как в проводных, так и в беспроводных системах передачи данных.
Магистерская диссертация вашего покорного слуги как раз была посвящена борьбе с межсимвольной интерференцией image, поэтому объясню на примере кабельной линии. Кабель представляет собой распределенную RC-цепочку, и высокочастотные компоненты сигнала в нем подвержены затуханию. Самый критичный случай — это одиночная единица после серии нулей или одиночный ноль после единиц:
image
При передачи данных «по воздуху» нет RC составляющей, но включается другой механизм, приводящий к тому же эффекту. Он называется многолучевое распространение.
В следствие этого эффекта беспроводной сигнал от передатчика достигает приемника через несколько разных путей. Причины этого отражения (например от зданий) — рефракция (преломление при прохождению через кроны деревьев) и атмосферные эффекты.
Так как все пути разной длинны, а некоторые из описанных выше эффектов приводят к задержке сигнала, в результате разные версии сигнала придут к приемнику в разное время. Из-за взаимного наложения всех этих сигналов результирующий сигнал будет искажен.
Я возьму пример искажения сигнала при многолучевом распространении из Википедии.
Исходный сигнал:
image
Сигнал подвергшийся эффекту многолучевого распространения:
image
Возможно уважаемый хабрачитатель при виде этих картинок сделал удивленное лицо. Сейчас поясню.
Это так называемая глазковая диаграмма. Она строится очень просто: все источники взаимодействия или сигналы накладываются друг на друга. Под «глазом» подразумевается область в середине, по форме напоминающая глаз. На первой картинке «глаз широко откры
т», на второй «глаз прищурен». Если «глаз закроется» или будет меньше определенной величины, то такой сигнал уже нельзя будет принять.
Интуитивно понятно, что чем выше частота сигнала, тем меньше будет «глаз».

Ключевым принципом OFDM является использование охранного интервала. Это возможно благодаря тому, что продолжительность каждого символа достаточно велика.
Приведу пример из англоязычной Википедии:
«Если кто-то передает миллион символов в секунду, используя однонесущую модуляцию по беспроводному каналу, то продолжительность каждого символа будет равна одной микросекунде или меньше. Из этого вытекают определенные требования к синхронизации и необходимость подавлять многолучевую интерференцию. Если тот же миллион символов в секунду распределяется между тысячей субканалов, продолжительность каждого символа может быть увеличена на три порядка (т.е. до одной миллисекунды) при приблизительно той же пропускной способности. Предположим, что мы можем вставить охранный интервал равный 1/8 продолжительности символа между каждым символом. Межсимвольная интерференция может быть терпима, если время между приемом первого и последнего эха меньше охранного интервала (т.е. 125 микросекунд). Это соответствует максимальной разнице в 37.5 километров между длиной пути сигнала.

Другим преимуществом является устойчивость к частотно-зависимому затуханию. Такой тип затухания может оказывать очень негативное влияние при многолучевом распространении сигнала, особенно если источник и приемник не находятся в прямой видимости. При OFDM модуляции данные распределяются между множеством вспомогательных несущих, поэтому информация пострадавшая в нескольких субканалах может быть восстановлена с помощью ЕСС.

В заключение приведу самые известные стандарты передачи данных в которых используется этот принцип:
  • ADSL (проводная передача данных)
  • DVB-T
  • WiMAX
  • LTE

P.S.: Why?


В комментариях к первой статье был вопрос, к чему собственно это «открытие хаброуниверситета».
Отвечу здесь. Yota — один из крупнейших в мире и первый в России оператор беспроводного мобильного интернета 4G. В Москве, Санкт-Петербурге, Сочи, Уфе и Краснодаре сейчас предоставляется доступ с помощью технологии WiMax.
В своем блоге мы решили донести основы этой технологий до широкого круга людей.
Tags:
Hubs:
+31
Comments 20
Comments Comments 20

Articles

Information

Website
www.yota.ru
Registered
Founded
Employees
Unknown
Location
Россия