OFDM modulácia

OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) – je modulácia, ktorá umožňuje paralelný prenos mnohých dátových tokov na ortogonálnych (vzájomne kolmých) nosných frekvenciách. Rozloženie prenosu prúdu s vysokou prenosovou rýchlosťou na viac pomalších prúdov umožňuje prácu systému v kanáloch, vo vnútri ktorých sa môže vyskytovať jav viaccestného rušenia, ale s ohľadom na nízku rýchlosť prenosu je nepodstatné. V okamžiku, keď sa signál rozchádza do rôznych ciest, dostáva sa do prijímača v rôznych časových rozstupoch, čo vedie k omeškaniu jedného signálu voči druhému. Omeškanie spôsobené viaccestným rušením môže spôsobiť, že symbol zaslaný dlhšou cestou „preteká“ do iného symbolu a vyvoláva tak medzisymbolové rušenie (medzisymbolovú interferenciu).

Modulácia OFDM umožňuje vyhnutie sa tomuto problému. Prenášané dáta sú delené na subnosné, z ktorých každé prenášajú istú porciu informácií. Vďaka tomu je rýchlosť prenosu dát pre danú subnosnú nízka, čo do značnej miery zmenšuje stupeň interferenčného zrušenia (spôsobeného viaccestnosťou). Použitie mnohých subnosných vedie k tomu, že môže byť klamné len nepatrné množstvo dát. Vďaka špeciálnym technikám detekcie chýb môžu byť napravené (napr. retransmisiou).

Najčastejšie používanými moduláciami subnosných vo vnútri OFDM sú fázové modulácie (PSK) a tiež amplitúdovo-fázové (QAM).

Jedným z kľúčových parametrov pri implementácii techniky OFDM je šírka pásma kanálu. Ten ovplyvňuje počet subnosných, ktoré môžu byť použité pri modulácii OFDM. Napríklad technika LTE definuje niekoľko šírok kanálu: od 1,4 MHz do 20 MHz. Samozrejmé je, že čím väčšia šírka kanálu, tým väčšia je jeho kapacita. Kanál so šírkou 1,4 MHz sa delí na 72 subnosných a kanál so šírkou 20 MHz na 1200 subnosných. Medzi každou subnosnou je medzera 15 kHz. Aby subnosné boli navzájom ortogonálne, musí dĺžka trvania symbolu činiť 66,7 µs. Každá subnosná môže prenášať dáta s rýchlosťou 15 ks/s (kilosymbolov za sekundu). Pre pásmo 20 MHz činí symbolová rýchlosť 19 Ms/s. Pri používaní kódovania 64QAM je každý symbol prenášaný cez 6 bitov, čo vo výsledku dáva rýchlosť prenosu dát 108 Mb/s.

Je nutné dávať pozor, že slabšie techniky modulácie (QPSK) nevyžadujú vysoký koeficient S/N (vzdialenosti signál/šum), ale nie sú schopné rýchlo odoslať dáta. Vyššiu rýchlosť môže dosiahnuť len vtedy, keď je koeficient S/N na vysokej úrovni.

Vadou OFDM modulácie je nutnosť presného naladenia frekvencie nosnej prenosu, tiež frekvencie lokálneho oscilátora. Nedoladenie vedie k medzikanálovým prepočutiam a k zvýšeniu počtu chýb.

Modulácia OFDM sa používa v širokopásmových digitálnych systémoch, napr.: