Частотне ущільнення ортогональних несучих з кодуванням
Найчастіше використовують один із різновидів методів кодового та частотного розділення - мультиплексування шляхом ортогональних несучих (Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM) або кодове частотне ущільнення (Code OFDM, COFDM). У разі застосування методу OFDM певний діапазон частот розбивається на велику кількість піднесучих частот (від декількох сотень до тисяч) і кожному каналу зв'язку (передавач-приймач) призначається кілька таких частот, вибраних з усієї множини за заданим законом. Для забезпечення передавання потік даних розділяється на декілька підпотоків, кожен з яких передається на своїй піднесучий частоті. Таким чином передавання здійснюється одночасно на всіх піднесучих частотах. Принцип модуляції OFDM ілюструється рис. 19.
З урахуванням того, що ширина смуги частот, яка виділена для одного каналу, дорівнює ∆FOFDM, ширина спектра радіосигналу на кожній несучій частоті визначається як
,
(26)
де N - кількість піднесучих частот (точок перетворення Фур'є). Метод OFDM суттєво відрізняється від методів, розглянутих раніше, тому потребує докладнішого пояснення.
Рис. 19. Принцип модуляції OFDM
Одне з основних призначень сімейства методів багатоканальної модуляції, представником якого є метод OFDM, - це забезпечення передавання даних за умов значної міжсимвольної інтерференції (intersymbol interference, 1SI). В разі застосування методу QPSK під час послідовного передавання двох символів за рахунок багатопроменевого поширення кожен із них може мати різну часову затримку. Якщо різниця між значеннями цих затримок суттєва, то другий символ може „накластися" на перший. Цей ефект називається „накладенням сигналів" і призводить до виникнення міжсимвольних радіо-завад (міжсимвольної інтерференції). Різницю між часом затримки останньої й першої „копій" сигналів можна розглядати як інтервал часу, на який здійснюється розширення символу.
На практиці для боротьби з міжсимвольною інтерференцією застосовують два способи:
використовують символи, довжина яких забезпечує їхнє правильне декодування за умов міжсимвольної інтерференції;
вирівнюють (eqalizing) сигнали за часом з метою усунення спотворень, зумовлених міжсимвольною інтерференцією.
У першому випадку швидкість передавання символів обмежується значенням дещо меншим за ширину смуги частот пропускання каналів, яка визначається певною різницею часу затримки (обернено пропорційна їй). Тому для збільшення швидкості передавання даних необхідно відповідно збільшувати ширину пропускання каналу.
Для вирівнювання сигналів за часом використовують складніші способи багатоканальної модуляції (multichannel modulation), які базуються на розділенні канапу передавання на декілька незалежних каналів. Зі збільшенням кількості каналів міжсимвольна інтерференція наближається до нуля.
В реальних РЕЗ формування сигналів OFDM забезпечується не за рахунок використання окремих передавачів для кожної частоти із групи частот, а шляхом застосування ШПФ. При цьому використовується процедура ШПФ-ЗШПФ (ШПФ-Зворотнє ШПФ):
спочатку формується потрібний сигнал у цифровому вигляді,
за яким надалі шляхом застосування ЗШПФ формується відповідний ВЧ сигнал.
Але, як відомо, довжина N послідовності ШПФ визначається як ступінь п числа 2, тобто N = 2n, тому в системах OFDM довжина послідовності також задається рівною N = 2n.
Процедура формування сигналу на передавальній стороні еквівалентна в частотній області множенню спектрів вхідного та сигналу OFDM, в часовій - згортці сигналів. Для спрощення процесу оброблення сигналів на приймальній стороні потрібне проведення зворотної процедури - згортки прийнятого сигналу з імпульсною характеристикою каналу. Але, у зв'язку з невизначеним часом затримки сигналу для обчислювання зазначеної згорткової суми (згортки) необхідне застосування циклічної згортки імпульсної характеристики каналу із прийнятим сигналом. Для реалізації такої процедури прийнятий символ розширюється за рахунок створення циклічного префіксу шляхом повторення закінчення v символу на його початку, як це показано на рис. 20 (v - довжина циклічного префіксу). При цьому для забезпечення обчислювання згортки довжина префіксу повинна бути більшою за значення інтервалу часу затримки прийнятих сигналів
Рис. 20. Формування циклічного префіксу в методі OFDM
Інший спосіб базується на застосуванні під час передавання символів захисних інтервалів між ними, значення яких задаються такими, щоб забезпечувалося завмирання поточного сигналу раніше, ніж надійде наступний.
Для забезпечення настроювання РПП на задану імпульсну характеристику проводиться передавання відомих символів на окремих частотах або спеціального OFDM-символу, який може використовуватися для визначення імпульсної характеристики каналу. Як правило, ці канали розташовуються на краях загальної смуги передавання і заповнені нулями. Це викликано тим, що фільтри передавача й приймача дуже просто настроювати у випадках, коли інформація через канали зв'язку не передається.
На відміну від інших методів багатоканальної модуляції в разі застосування методу OFDM використовується однакова кількість бітів інформації в усіх каналах. Метод OFDM використовується в системах зв'язку стандартів IEEE 802.11b, IEEE 802.16a, IEEE 802.16-2004, DVB-S, DAB. Наприклад, у стандарті IEEE 802.11b для ∆FOFDM= 20 МГц (N = 64) ∆fп.н становить