Multiplexación per divisió de freqüències ortogonals

La multiplexación per divisió de freqüències ortogonals —en anglés orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)— és una tècnica de transmissió que consistix en la multiplexación d'un conjunt d'ones portadores de diferents freqüències, a on cada una transporta informació, la qual és modulada en QAM o en PSK. OFDM s'ha convertit en un esquema popular per a la comunicació digital de banda ampla, que s'utilisa en aplicacions com la televisió digital, radiodifusió digital, accés a Internet per mig de llínea d'abonat digital (DSL), rets inalàmbriques, comunicacions per mig de rets elèctriques i la telefonia mòvil 4G.

OFDM és un esquema de multiplexación per divisió de freqüència utilisat com un método de modulació multiportadora digital per a transmissió de símbols que va ser desenrollat per l'ingenier nortamericà Robert W. Chang de Bell Telephone Laboratories en 1966 i patentat quatre anys despuix.^[1]^[2] En esta tècnica s'emeten numeroses senyals subportadoras ortogonals molt espayades en espectres superposts per a transmetre senyes. La demodulación es basa en algoritmes de transformada ràpida de Fourier. Els ingeniers nortamericans Stephen Weinstein i Paul Ebert varen millorar la OFDM en 1971 en l'introducció d'un interval de guarda, lo que proporciona una millor ortogonalidad en els canals de transmissió afectats per la propagació de trayectes múltiples.^[2]^[3] Cada subportadora es modula en un esquema de modulació convencional, com la modulació d'amplitut en quadratura modulació per desplaçament de fase a una baixa taxa de símbols. Açò manté velocitats de senyes totals similars als esquemes de modulació de portadora única convencionals en el mateix ample de banda.

La principal ventaja de OFDM sobre els esquemes de portadora única és la seua capacitat per a fer front a condicions severes del canal (per eixemple, l'atenuació d'altes freqüències en un cable de coure llarc, l'interferència de banda estreta i la torba selectiva de la freqüència per múltiples trayectòries) sense filtres complexos d'ecualización. La ecualisació de canals se simplifica perque es pot considerar que OFDM utilisa moltes senyals de banda estreta de modulació llenta en lloc d'una senyal de banda ampla de modulació ràpida. La baixa taxa de símbols fa que s'utilise un interval de guarda entre els símbols, lo que fa possible eliminar l'interferència entre símbols (ISI) i l'us d'ecos i la dispersió en temps per a conseguir un guany de diversitat, és dir, una millora de la relació senyal/soroll. Este mecanisme també facilita el disseny de rets de freqüència única (SFN, per les seues sigles en anglés) en els que varis transmissors adjacents envien la mateixa senyal simultàneament a la mateixa freqüència, ya que les senyals dels transmissors múltiples es poden combinar de forma constructiva, evitant l'interferència d'un sistema tradicional d'una sola portadora.

Estàndarts que utilisen OFDM

Alguns dels estàndarts utilisats per OFDM són descrits seguidament:

IEEE 802.11a

Este estàndart és part de la família d'estàndarts per a rets locals i de rets d'àrea metropolitana, en el qual s'especifiquen l'us de OFDM per a l'entitat física, i les modificacions que cal fer a les senyes rebudes de la capa superior per a conformar la trama que passarà a modular-se. Les bandes de treball a les que es referix l'estàndart són 5,15-5,25, 5,25-5,35 i 5,725-5,825 GHz, en les quals es pot treballar sense llicència explícita. La OFDM li proporciona a les rets que operen baix est estàndar taxes de transmissió de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 i 54 Mbps. Com a mínim, les taxes de 6,12 i 24 Mbps deuen ser soportades pels equips que s'acullguen a este estàndart.

Al moment d'escriure esta secció s'estan començant a comercialisar dispositius que, si ben no només actuen concordes a l'estàndart 802.11a, ho accepten com un dels possibles modos de funcionament, com en targetes de conexió inalàmbrica de computadors portàtils.

IEEE 802.11g

L'estàndart 802.11g es va establir en 2003 com un nou protocol inalàmbric que millorava les taxes de transmissió existents. És un tipo d'híbrit entre els estàndarts 802.11a i 802.11b. L'estàndart 802.11g usa la mateixa tecnologia de transmissió que el 802.11a, OFDM, lo que aumenta la taxa de transmissió. No obstant, usa la banda de treball de 2,4 GHz, en lloc de la banda de 5 GHz de l'estàndart 802.11a, i a semblança del 802.11b.

Les millores que l'estàndart IEEE 802.11g oferix sobre els demés estàndarts 802.11 són: - Recapte de quatre capes físiques diferents. - L'us obligatori del preàmbul curt. - Nous mecanismes de protecció per a satisfer els aspectes de la interoperabilidad.

IEEE 802.16

Este estàndart establix, de nou, l'us de OFDM com una opció més de modulació, especificant-se modos d'operació de 64, 2048 o 4096 subportadoras. No tot l'ample de banda està “ple” de portadores. Les bandes de guarda són necessàries per a permetre la caiguda de l'espectre als costats, per lo que algunes subportadoras marginals es posaran a zero. Atres portadores s'usaran com a pilots, com és habitual per a tasques d'estimació del canal i de seguiment. Análogament, els símbols OFDM aniran precedits per un interval de guàrdia.

En la norma 802.16 es presenten dos modalitats de sistemes OFDM: una nomenada simplement com OFDM i l'atra com OFDMA. La primera es fixa en les aplicacions menys exigents, de poca distància, i en la majoria dels casos per a us dins d'oficines i vivendes. Usa un algoritme de transformada ràpida de Fourier de 256 punts, a diferència de l'estàndart 802.16a, que usa 64 punts. Totes les subportadoras es transmeten d'una volta. El fluix de senyes de baixada es multiplexa en temps (TDM). El fluix de pujada accedix per mig de TDMA.

En OFDMA les 2048 o 4096 subportadoras es dividixen en subcanals. En el fluix de baixada s'usen per a crear fluix llògics separats. Estos fluix ampren diferents modulacions, codificació i amplitut per a oferir a cada usuari diferents característiques de transmissió. Per una atra part, en el fluix ascendent, els subcanals s'usen per a l'accés múltiple. Els usuaris s'assignen a un canal per mig d'un protocol d'accés al mig que s'envia en el fluix descendent.

HIPERMAN és l'estàndart paralel a 802.16 de l'Institut Europeu de Normes de Telecomunicacions (ETSI). És idèntic a 802.16a i 802.16d, llevat que només contempla la capa física sobre OFDM.

DVB-T

Artícul principal → DVB-T.

El principi d'operació d'este estàndart, cridat OFDM codificat (COFDM), guarda certes semblances en l'estàndart 802.16. L'estàndart va ser ratificat en març de 1997 per el ETSI. Especifica la senyal modulada digitalment en el costat del modulador i deixa oberta les especificacions en el costat del receptor per a diferents solucions. Al moment de ser plantejat este estàndart, tenia que operar en l'espectre UHF existent per a transmissions analògiques lo que significa que tenia que oferir suficient protecció contra alts nivells d'interferència cocanal i suficient protecció contra interferència de canal adjacent (ACI). Ademés, l'espectre UHF existent devia ser aprofitat del modo més eficient, per lo que es va propondre l'existència de les rets d'una sola freqüència. En este tipo de rets, els transmissors usen la mateixa freqüència si transmeten els mateixos contenidors de senyes. Per a complir en estos requeriments, es va elegir per a transmetre, a COFDM.

Des del punt de vista de capa física, s'establixen dos modos de funcionament: 2k i 8k, que tenen que vore en el número de portadores amprades en la OFDM. L'estàndart DVB-T supon un gran impuls a l'us de la modulació OFDM per a sistemes inalàmbrics, reafirmant-se com una alternativa adequada en entorns inalàmbrics, despuix d'haver segut qüestionada en alguns artículs, en els que es descartava esta opció pels problemes, abans mencionats, de poca eficiència en passar per dispositius no llineals, com un amplificador de potència (PA o HPA).

Sistemes que utilisen OFDM

Entre els sistemes que usen la modulació OFDM destaquen:

Les normes de televisió digital terrestre DVB-T i ISDB-T.
La ràdio digital DAB
La ràdio digital de baixa freqüència DRM
El protocol d'enllaç DSL
El protocol de ret d'àrea local IEEE 802.11a/g/n, també conegut com Wireless LAN
El sistema de transmissió inalàmbrica de senyes WiMAX
El sistema de transmissió de senyes de Power Line Communications (PLC)
Telefonia mòvil 4G LTE

Vore també

Referències

↑ «Patent US3488445: Orthogonal frequency multiplex data transmission system.» (en en). United States Patents Office. Consultat el 19 d'octubre de 2018.
↑ ^2,0 ^2,1 «The history of orthogonal frequency-division multiplexing».IEEE Communications Magazine.IEEE.47doi:10.1109/MCOM.2009.5307460.Consultat el 19 d'octubre de 2018.
↑ «Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform».IEEE Transactions on Communication Technology.IEEE.19doi:10.1109/TCOM.1971.1090705.Consultat el 19 d'octubre de 2018.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Multiplexación por división de frecuencias ortogonales» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] «Patent US3488445: Orthogonal frequency multiplex data transmission system.» (en en). United States Patents Office. Consultat el 19 d'octubre de 2018.

[:0-2] 2,0 ^2,1 «The history of orthogonal frequency-division multiplexing».IEEE Communications Magazine.IEEE.47doi:10.1109/MCOM.2009.5307460.Consultat el 19 d'octubre de 2018.

[3] «Data Transmission by Frequency-Division Multiplexing Using the Discrete Fourier Transform».IEEE Transactions on Communication Technology.IEEE.19doi:10.1109/TCOM.1971.1090705.Consultat el 19 d'octubre de 2018.

[1]

[2]

[3]