Преимущества ofdm:
- способность противостоять сложным условиям в радиоканале, в первую очередь устранять межсимвольную интерференцию и бороться с узкополосными помехами (как в примере мы потеряли одну из тележек и в последующие моменты времени можем пока сменить данный путь с препятствием на другой);
- высокая спектральная эффективность. Если число поднесущих приближается к бесконечности, OFDM системы показывают почти удвоенную спектральную эффективность в сравнении с традиционными системами с частотным разделением каналов.
- адаптивность метода – возможность использования различных схем модуляции для разных поднесущих, что позволяет адаптироваться к условиям распространения сигнала и к различным требованиям к качеству принимаемого сигнала;
- простая реализация методами цифровой обработки (стала простой с развитием мощности вычислительных устройств);
- способность противостоять интерференции между поднесущими, что обуславливает хорошие показатели при многолучевом распространении.
Недостатки ofdm:
- требуется высокоточная синхронизация по времени и по частоте;
- относительно высокое значение отношения пиковой мощности радиосигнала к ее среднему значению (пик-фактор - ПФ), в результате OFDM-сигналы чувствительными к нелинейным искажениям в усилителях мощности передатчиков, что снижает КПД передатчика по мощности и требует большего запаса по мощности при расчёте его энергетики (чрезмерные энергетические затраты). ПФ увеличивается с ростом числа поднесущих OFDM-сигнала и зависит от размера созвездия квадратурной амплитудной модуляции QAM. Уменьшение ПФ OFDM-сигнала на 1 дБ приводит к сокращению энергопотребления усилителя мощности передатчика на 8%.
- использование защитных интервалов снижает спектральную эффективность метода;
- метод чувствителен к эффекту Доплера, что накладывает дополнительные трудности при его применении в мобильных сетях.
Известны около полутора десятков способов решения проблемы снижения пик-фактора OFDM-сигнал. Практическое применение нашли способы, основанные на следующих физических принципах:
- клиппирование (ограничение пиковых значений);
- расширение активного созвездия и резервирование поднесущих;
- модификация самого сигнала в результате перехода от OFDM к SC-FDM или использование гибридной модуляции HPSK.
Амплитудное ограничение (клиппирование)
В технике клиппирования (Clipping) осуществляется прямое ограничение амплитудной огибающей OFDM-сигнала. Этот способ позволяет уменьшить ПФ на 4... 5 дБ.
Определяется оптимальный порог клиппирования, выбранный порог передается в приемник с помощью специального тонального масштабирования. Клиппирование выполняется у отправителя, и получатель пытается отменить некоторые из его эффектов. Это требуется для того, чтобы получатель оценивал ограничение, которое произошло, и компенсировал принятый символ. Обычно на один символ приходится не более одного клиппирования, поэтому приемник должен оценивать только два параметра: размер и местоположение клиппинга.
Расширение активного сигнального созвездия асе (Active Constellation Extension)
Основная
идея способа АСЕ для уменьшения ПФ
заключается в предварительном искажении
амплитуды некоторых символов данных
до ОБПФ-преобразования в модуляторе
передатчика. При этом динамично изменяется
положение внешних точек сигнального
созвездия, благодаря чему крайние точки
созвездия сдвигаются относительно их
оригинального расположения на определенное
расстояние, не превышающее, однако,
максимальное нормированное значение.
На рис. 1.11, а и б заштрихованные области
символизируют зону допустимого
расширения. Параметрами алгоритма ACE
являются прирост расширения, порог
ограничения и максимально-допустимая
величина (предел) расширения созвездия
.
Эти параметры изменяются с определенным
шагом в процессе итеративной процедуры
уменьшения пикового значения сигнала
при сохранении неизменным среднего.
Когда L установлен в его максимальном
значении, наибольшее увеличение мощности
под несущей после расширения достигается
для QPSK и оно ограничено приращением + 6
дБ.
После уменьшения пик-фактора сигнал перед подачей на ЦАП проходит процедуру нормализации к единичной мощности. В результате происходит перераспределение мощности сигнала: мощность пиков уменьшается, а мощность провалов подтягивается.
Относительное изменение созвездия тем больше, чем меньше точек (векторов) в созвездии, т. е. чем меньше кратность модуляции. Поэтому этот способ предпочтительнее применять для модуляции QPSK, а не M-QAM. В классическом варианте реализации способа ACE выигрыш в уменьшении ПФ составляет 1,8 дБ, а в усовершенствованном - до 5 дБ.