Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales (OFDM)

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 tecnologÃ−a 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, vÃ−deo, 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 tÃ−pico 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 sÃ−mbolo interferencia (ISI))
resulta muy difÃ−cil 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 tecnologÃ−a
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
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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 tecnologÃ−a 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 lÃ−nea 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 tecnologÃ−a 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 tecnologÃ−a, 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
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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
sÃ−mbolo 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 sÃ−mbolo 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 sÃ−mbolo 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. AquÃ− 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 tecnologÃ−a 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 tecnologÃ−a 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
tecnologÃ−a 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
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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 tecnologÃ−as que afectó a
la industria inalámbrica con gran fanfarria, la mayorÃ−a 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 Ã−nterin 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 tecnologÃ−a 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 tecnologÃ−a
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
tecnologÃ−a 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
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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 sÃ−mbolo 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 sÃ−mbolo 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, sÃ−mbolo 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 tecnologÃ−a. 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 fÃ−sica, 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 tecnologÃ−a 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 tecnologÃ−a 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
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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 lÃ−mites 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 mÃ−nimo 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 tecnologÃ−as 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 asÃ− 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 tecnologÃ−a 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 ([email protected])
% 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);
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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
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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.MartÃ−., 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/
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