Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)

QAM no requiere ninguna subportadora, modula la señal de la portadora a la frecuencia de la portadora. Tanto los componentes en fase (I) como los de cuadratura (Q) en QAM se modulan a la frecuencia de la portadora, la única diferencia es que la portadora Las ondas utilizadas para la modulación son$90^0$fuera de fase, es decir, el componente I está modulado con$\cos(2\pi f_ct)$mientras que el componente Q se modula con$\sin(2\pi f_ct)$, dónde$f_c$es la frecuencia de la portadora. Por lo tanto, el uso de QAM no cambia la cantidad de subportadoras utilizadas en un esquema OFDM. Y para aclarar, en un esquema M-QAM, cada símbolo representará$\sqrt{M}$bits, un símbolo no necesariamente tiene que representar 2 bits.

En OFDM tenemos$n$diferentes subportadoras, por lo que en lugar de transmitir a la frecuencia de la portadora$f_c$vamos a transmitir en un conjunto de frecuencias$\{f_i\} \text{ where } i = 1,..,n$y donde todas las frecuencias en$\{f_i\}$están muy cerca de$f_c$.Entonces, si, por ejemplo, usamos 4 subportadoras y tenemos su flujo de bits de$0101110011110100$, primero asignaríamos el flujo de bits a flujos de símbolos paralelos$S_{\# 3} S_{\# 2} S_{\# 1} S_{\# 0}$y transmitir símbolo$S_{\# 0}$en$f_0$,$S_{\# 1}$en$f_1$, ... etc. Debido a que tenemos 4 subportadoras, los 4 símbolos se transmitirán en paralelo.

La razón por la que OFDM es confuso es principalmente porque nunca se presenta en su totalidad. Siempre hay lagunas y agujeros en los detalles. Para OFDM de la vieja escuela, verá detalles de múltiples portadoras ortogonales (por ejemplo, una sinusoide fundamental y sus armónicos son todos ortogonales), donde la amplitud de cada portadora ortogonal puede modificarse (por ejemplo, hacer que la amplitud sea igual a cero o convertirla en un valor constante real finito, que se puede cambiar con el tiempo, esto es usar cada portadora como un componente de transporte de datos binarios).

Y luego, ve el método de la nueva escuela de 'OFDM', que involucra una secuencia de vectores QAM (o números complejos QAM), una secuencia de estos, donde cada número complejo en esa secuencia es un símbolo QAM. Esta secuencia puede imaginarse simplemente como una 'secuencia de dominio de frecuencia' ficticia.

Esto es lo principal. Simplemente imaginamos que nuestros datos comienzan con una secuencia inventada de 'dominio de frecuencia'. Simplemente existe en 'papel' para empezar. Esta secuencia de números complejos entra en una unidad de procesamiento IFFT. Básicamente, se aplica una IFFT a esa secuencia de números complejos. A continuación, se aplica el prefijo cíclico a la secuencia IFFT (para tratar los efectos de trayectos múltiples más adelante durante la transmisión inalámbrica). Después de aplicar el prefijo cíclico, la secuencia resultante es más larga que la secuencia IFFT original (porque agregar un prefijo cíclico obviamente conduce a una secuencia más larga). En este punto, es necesario pensar en una forma de enviar esta nueva secuencia más larga (como de forma inalámbrica), teniendo en cuenta que cada "valor" de esta secuencia más larga es un número complejo.

Cada número complejo tiene una parte real y una parte imaginaria. Así que aquí es donde podemos registrar estos números complejos, un número a la vez. La tasa de registro de salida de estos valores complejos almacenados debe conocerse y ser precisa, y esta tasa también debe conocerse en el lado receptor. La parte real de cada número puede modular una sola portadora de transmisión sinusoidal. La parte imaginaria de cada número puede modular una versión desfasada de 90 grados de esa misma portadora sinusoidal única. Esta es la modulación en cuadratura. Estas formas de onda en cuadratura se pueden agregar (sumar) y luego transmitir (por ejemplo, de forma inalámbrica). Ahora, las fuentes dicen que se supone que esta forma de onda transmitida es 'OFDM'. Pero en realidad es solo modulación en cuadratura.

Y - en el lado receptor, se lleva a cabo la demodulación en cuadratura para adquirir las dos formas de onda (en fase y en cuadratura), y luego se deben realizar algunos procedimientos, como encontrar pares de patrones de secuencia repetidos que se ven en las formas de onda entrantes --- esto es para fines de sincronización y el comienzo de los procedimientos para la estimación del canal, seguido de la recuperación de datos.

Siempre hay un montón de detalles que se dejan de lado en las discusiones sobre OFDM. Solo he mencionado algunos detalles. Pero es de esperar que ayude a las personas a acercarse a la comprensión de OFDM y también a las diferencias entre el método OFDM de múltiples portadoras de la vieja escuela y el método de la nueva escuela (IFFT).

Una nota adicional es que el método clásico (de la vieja escuela) y el método IFFT son bastante diferentes. Se pueden comparar, pero son dos calderos de pescado diferentes.