تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد

تقنيات التضمين
التضمين النظيري
AM • SSB • FM • PM • SM
تضمين رقمي
OOK • FSK • ASK • PSK • QAM
MSK • CPM • PPM • TCM • OFDM
طيف منثور
FHSS • DSSS
انظر أيضاً: إزالة التضمين

في الاتصالات، تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد orthogonal frequency-division multiplexing (اختصاراً OFDM)، هو نوع من الإرسال الرقمي وطريقة لتشفير البيانات الرقمية على ترددات حاملة متعددة. تم تطوير OFDM ليصبح مخططًا شائعًا لـ الاتصال الرقمي ذو النطاق العريض ، يستخدم في تطبيقات مثل البث التلفزيوني الرقمي والصوت ، DSL الوصول إلى الإنترنت ، لاسلكي الشبكة ، شبكات خطوط الطاقة ، و 4G اتصالات المحمول.

OFDM هو مخطط تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM) يستخدم كطريقة تشكيل رقمية متعددة الأمواج الحاملة. تم تقديمه من قبل روبرت دبليو تشانگ من مختبرات بل في عام 1966.[1][2][3] في OFDM ، تُرسل إشارات حاملة فرعية متعامدة متعددة متقاربة المسافات مع أطياف متداخلة لنقل البيانات بالتوازي.[4]يعتمد التعديل على خوارزميات تحويل فورييه السريع. تم تحسين OFDM بواسطة وينشتاين و إيبرت في عام 1971 مع إدخال الفاصل الزمني للحماية ، مما يوفر تعامدًا أفضل في قنوات الإرسال المتأثرة بالانتشار عبر مسارات متعددة.[5] يتم تشكيل كل موجة حاملة فرعية (إشارة) بمخطط تشكيل تقليدي (مثل تعديل سعة التربيع التربيعي أو تبديل إزاحة الطور) عند معدل الرمز منخفض. وهذا يحافظ على معدلات بيانات إجمالية مماثلة لمخططات التشكيل التقليدية بموجة حاملة واحدة في نفس عرض النطاق.

تتمثل الميزة الرئيسية لـ OFDM على مخططات الموجة الحاملة الفردية في قدرتها على التعامل مع حالات القناة الصارمة (على سبيل المثال ، التخفيف للترددات العالية في سلك نحاسي طويل ، تداخل النطاق الضيق والتخامد الانتقائي للتردد بسبب تعدد المسارات) بدون مرشحات معقدة معدلة. تم تبسيط تسوية القناة لأنه قد يُنظر إلى OFDM على أنه يستخدم العديد من إشارات ضيقة النطاق بدلاً من إشارة واحدة ذات نطاق عريض سريعة التشكيل. يجعل معدل الرمز المنخفض استخدام فاصل الحماية الزمني بين الرموز بشكل سهل ، مما يجعل من الممكن إزالة على التداخل بين الرموز (ISI) واستخدام التكرار وانتشار الزمن (في التلفزيون التناظري) المرئي باسم ghosting والتمويه ، على التوالي) لتحقيق كسب تنوع ، أي تحسين نسبة الإشارة إلى الضجيج. تسهل هذه الآلية أيضًا تصميم شبكات أحادية التردد (SFNs) حيث يرسل العديد من أجهزة الإرسال المتجاورة نفس الإشارة في نفس الوقت في نفس التردد ، حيث يمكن إعادة دمج الإشارات من أجهزة إرسال بعيدة بشكل بناء ، مما يؤدي إلى تداخل نظام الناقل الفردي التقليدي.

في تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي مشفر (COFDM) ، تصحيح الخطأ الأمامي (التشفير التلافيفي) ومزج الزمن / التردد بالتناوب المطبقان على الإشارة المرسلة. يتم ذلك للتغلب على الأخطاء في قنوات الاتصالات المتنقلة المتأثرة بـ الانتشار متعدد المسارات و تأثير دوپلر. تم تقديم COFDM من قبل ألارد في عام 1986[6][7][8] فيما يتعلق بـ البث الصوتي الرقمي لمشروع Eureka 147. في الممارسة العملية ، أصبح OFDM مستخدمًا مع هذا التشفير والمزج المتناوب ، بحيث ينطبق المصطلحان COFDM و OFDM على التطبيقات المشتركة.[9][10]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التطبيقات

النسخة السلكية (DMT)

اللاسلكية

السمات الرئيسية

المميزات

  • الكفاءة الطيفية عالية مقارنة بمخططات التشكيل المزدوجة الأخرى النطاق الجانبي ، طيف الانتشار ، إلخ.
  • يمكن بسهولة التكيف مع حالات القناة الصارمة دون معادلة معقدة للمجال الزمني.
  • قوي ضد تداخل القناة المشتركة ضيقة النطاق
  • متين ضد التداخل بين الرموز (ISI) والتخامد الناجم عن الانتشار عبر مسارات متعددة
  • تنفيذ فعال باستخدام تحويل فورييه السريع
  • حساسية منخفضة لأخطاء مزامنة الوقت
  • لا يلزم وجود فلاتر استقبال القنوات الفرعية الموالفة (بخلاف FDM التقليدية)
  • تسهل شبكات أحادية التردد (شبكات SFN) (أي جهاز الإرسال تنوع كلي)

العيوب

الخصائص ومبادئ التشغيل

التعامدية

التطبيق باستخدام خوارزمية FFT

[12]

Guard interval for elimination of intersymbol interference

OFDMCyclicPrefixInsertion.svg


المعادلة المبسطة

ترميز القناة والتشابك

النقل التكيفي

OFDM الممد بوصول متعدد

تنوع المجال

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مضخم قوة جهاز الإرسال الخطي

(CFc 3.01 dB لأمواج الجيب المستخدمة في التشكيل BPSK و QPSK).

مقارنة الكفاءة بين الحامل المفرد والمتعدد


S.no. نوع الإرسال M في M-QAM عدد الحوامل الفرعية معدل البت طول الألياف الطاقة عند المستقبل (عند BER ل 10−9) كفاءة عرض النطاق الترددي
1. حامل واحد 64 1 10 Gbit/s 20 km −37.3 dBm 6.0000
2. حامل متعدد 64 128 10 Gbit/s 20 km −36.3 dBm 10.6022

نموذج النظام القياسي

جهاز الإرسال

OFDM transmitter ideal.png



جهاز الإستقبال

OFDM receiver ideal.png


الوصف الرياضي

نظام الناقلات الفرعية لإشارات OFDM بعد FFT

الاستخدام

يستخدم OFDM في:

جدول مقارنة الأنظمة

الاسم القياسي DAB Eureka 147 DVB-T DVB-H DMB-T/H DVB-T2 IEEE 802.11a
سنة المصادقة 1995 1997 2004 2006 2007 1999
نطاق التردد
لمعدات اليوم
174–240 MHz 1.452–1.492 GHz 470–862 MHz 174–230 MHz 470–862 MHz 470–862 MHz 4,915–6,100 MHz
قناة التباعد, B
(MHz)
1.712 6, 7, 8 5, 6, 7, 8 8 1.7, 5, 6, 7, 8, 10 20
قياس FFT , k = 1,024 الوضع I: 2k
الوضع II: 512
الوضع III: 256
الوضع IV: 1k
2k, 8k 2k, 4k, 8k 1 (حامل واحد)
4k (حامل متعدد)
1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k 64
عدد الأمواج الحاملة الفرعية غير الخامدة, N الوضعI: 1,536
الوضع II: 384
الوضع III: 192
الوضع IV: 768
الوضع 2K: 1,705
الوضع 8K: 6,817
1,705, 3,409, 6,817 1 (حامل واحد)
3,780 (حامل متعدد)
853–27,841 (1K طبيعي إلى 32K وضع الحامل الممتد) 52
برنامج تعديل الناقل الفرعي π4-DQPSK QPSK,[14] 16QAM أو 64QAM QPSK,[14] 16QAM أو 64QAM 4QAM,[14] 4QAM-NR,[15] 16QAM, 32QAM و 64QAM. QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM BPSK, QPSK,[14] 16QAM أو 64QAM
طول الرمز المفيد, TU
(μs)
الوضع I: 1,000
الوضع II: 250
الوضع III: 125
الوضعIV: 500
2K الوضع: 224
8K الوضع: 896
224, 448, 896 500 (الحامل المتعدد) 112–3,584 (1K إلى 32K الوضع على 8 MHz قناة) 3.2
فاصل زمني إضافي للحماية, TG
(جزء من TU)
24.6% (كل الأوضاع) 14, 18, 116, 132 14, 18, 116, 132 14, 16, 19 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4.
(For 32k أقصى وضع 1/8)
14
تباعد الناقل الفرعي

(Hz)
الوضع I: 1,000
الوضع II: 4,000
الوضع III: 8,000
الوضع IV: 2,000
الوضع 2K : 4,464
الوضع 8K : 1,116
4,464, 2,232, 1,116 8 M (حامل واحد)
2,000 (حامل متعدد)
279–8,929 (32K أقل إلى الوضع 1K) 312.5 K
معدل بت الشبكة, R
(Mbit/s)
0.576–1.152 4.98–31.67
(typically 24.13)
3.7–23.8 4.81–32.49 بشكل نموذجي 35.4 6–54
ربط الكفاءة الطيفية R/B
(bit/s·Hz)
0.34–0.67 0.62–4.0 (typ. 3.0) 0.62–4.0 0.60–4.1 0.87–6.65 0.30–2.7
FEC داخلي Conv. تشفير مع معدلات رمز حماية خطأ متساوية:

14, 38, 49, 12, 47, 23, 34, 45

حماية خطأ غير متكافئة مع av. معدلات رمز:
~0.34, 0.41, 0.50, 0.60, and 0.75

Conv.تشفير مع معدلات الكود:

12, 23, 34, 56, or 78

Conv. تشفير مع معدلات الكود:

12, 23, 34, 56, or 78

LDPC مع معدلات الكود:

0.4, 0.6, أو 0.8

LDPC: 12, 35, 23, 34, 45, 56 Conv. تشفيرمع معدلات الكود:

12, 23, أو 34

FEC خارجي (إن وجد) RSاختياري (120, 110, t = 5) RS (204, 188, t = 8) RS (204, 188, t = 8) + MPE-FEC BCH (762, 752 كود) كود BCH
سرعة السفر القصوى
(km/h)
200–600 53–185,
حسب تردد الإرسال
عمق زمن المزج بالتناوب
(ms)
384 0.6–3.5 0.6–3.5 200–500 حتى 250 (500 مع إطار ملحق)
ناقل تكيفي,
أن وجد
لا يوجد لا يوجد لا يوجد لا يوجد
طريقة الوصول المتعدد
(إن وجد)
لا يوجد لا يوجد لا يوجد لا يوجد
مصدر التعليمات البرمجية النموذجي 192 kbit/s
MPEG2 Audio
layer 2
2–18 Mbit/s
Standard - HDTV
H.264 أو MPEG2
H.264 غير معرف
(Video: MPEG-2, H.264 و/أو AVS
Audio: MP2 أو AC-3)
H.264 أو MPEG2
(Audio: AAC HE, دولبي ديجيتال AC-3 (A52), MPEG-2 AL 2.)


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ADSL

تكنولوجيا خط الطاقة

شبكات المناطق المحلية وشبكات المناطق الكبرى اللاسلكية

شبكات المناطق الشخصية اللاسلكية

كما يتم استخدام OFDM الآن في WiMedia/Ecma-368 standard للاتصالات اللاسلكية عالية السرعة شبكة المنطقة الخاصة في النطاق الترددي العريض للغاية 3.1 - 10،6 GHz (انظر MultiBand- OFDM).

بث الراديو الرقمي الأرضي والتلفزيون

النطاق العريض-الفائق

Wavelet-OFDM

على جانب جهاز الاستقبال ، يتم استخدام مجموعة التحليل لإزالة تشكيل الإشارة مرة أخرى. تحتوي هذا المجموعة على تحويل عكسي

يليها -مضاعف إرسال الحزمة آخر. العلاقة بين وظيفتي التحويل هي


التاريخ

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ Weinstein, S. B. (November 2009). "The history of orthogonal frequency-division multiplexing". IEEE Communications Magazine. IEEE Communications Magazine ( Volume: 47, Issue: 11, November 2009 ). 47 (11): 26–35. doi:10.1109/MCOM.2009.5307460.
  2. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة chang
  3. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة patent
  4. ^ webe.org - 2GHz BAS Relocation Tech-Fair, COFDM Technology Basics. 2007-03-02
  5. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة weinstein
  6. ^ WO patent 8800417
  7. ^ "Principles of modulation and channel coding for digital broadcasting for mobile receivers" (PDF). EBU Technical Review n°224, p.187. August 1987.
  8. ^ Le Floch, B.; Alard, M.; Berrou, C. (1995). "Coded orthogonal frequency division multiplex [TV broadcasting]". Proceedings of the IEEE. 83 (6): 982–996. doi:10.1109/5.387096. Archived from the original on 2014-07-03.
  9. ^ Akansu, Ali; et al. (1998). "Orthogonal transmultiplexers in communication: a review" (PDF). IEEE Transactions on Signal Processing. IEEE Trans. On Signal Processing, Vol. 46, No. 4, April 1998. 46 (4): 979–995. Bibcode:1998ITSP...46..979D. CiteSeerX 10.1.1.46.3342. doi:10.1109/78.668551.
  10. ^ Yang, James Ching-Nung (October 10, 2001). "What is OFDM and COFDM?". Shoufeng, Hualien 974, Taiwan: Department of Computer Science and Information Engineering National Dong Hwa University. Retrieved 2017-04-16.{{cite web}}: CS1 maint: location (link)
  11. ^ Ben-Tovim, Erez (February 2014). "ITU G.hn - Broadband Home Networking". In Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M. (eds.). MIMO Power Line Communications. Devices, Circuits, and Systems. CRC Press. pp. 457–472. doi:10.1201/b16540-16. ISBN 9781466557529.
  12. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة ce883
  13. ^ Berger, Lars T.; Schwager, Andreas; Pagani, Pascal; Schneider, Daniel M., eds. (February 2014). "Introduction to Power Line Communication Channel and Noise Characterisation". MIMO Power Line Communications: Narrow and Broadband Standards, EMC, and Advanced Processing. Devices, Circuits, and Systems. CRC Press. pp. 3–37. doi:10.1201/b16540-1. ISBN 9781466557529.
  14. ^ أ ب ت ث 4QAM ما يعادل QPSK
  15. ^ NR يشير إلى كود نوردستروم روبنسون

قراءات إضافية

  • Bank, M. (2007). "System free of channel problems inherent in changing mobile communication systems". Electronics Letters. 43 (7): 401–402. doi:10.1049/el:20070014.
  • M. Bank, B. Hill, Miriam Bank. A wireless mobile communication system without pilot signals Patent PCT/Il N 2006000926, Patent PCT International Application N0 PCT/IL 2006000926. Patent No. 7,986,740, Issue date: 26 July 2011

وصلات خارجية

قالب:Audio broadcasting

الكلمات الدالة: