¿Qué es OFDM y cómo funciona?

Comprensión de la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) y su funcionamiento

1. Introducción a OFDM:

La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una técnica de modulación clave utilizada en los sistemas de comunicación modernos, incluidas redes inalámbricas como 4G LTE y Wi-Fi. Aborda los desafíos que plantean los canales con desvanecimiento selectivo de frecuencia y proporciona una transmisión de datos eficiente a través del espectro de radio.

2. Principios clave de OFDM:

2.1. Ortogonalidad de la subportadora:

OFDM divide el espectro de frecuencia disponible en múltiples subportadoras estrechamente espaciadas. La característica crucial es la ortogonalidad de estas subportadoras, lo que significa que sus frecuencias se eligen cuidadosamente para evitar interferencias. Esta ortogonalidad simplifica el proceso de demodulación, permitiendo la recuperación de los datos transmitidos.

2.2. Espaciado de subportadoras:

Las subportadoras están espaciadas uniformemente en el dominio de la frecuencia y la elección del espaciado de las subportadoras es un parámetro crítico. Los espacios entre subportadoras comunes incluyen 15 kHz para LTE y 20 MHz para Wi-Fi. El espaciado se elige para equilibrar el equilibrio entre eficiencia espectral y robustez para retrasar la propagación.

2.3. Intervalos de guardia:

Para combatir la interferencia entre símbolos causada por la propagación por trayectos múltiples, OFDM introduce intervalos de guarda entre símbolos. Estos intervalos de guardia sirven como un buffer en el dominio del tiempo, permitiendo que las señales se establezcan antes de la recepción del siguiente símbolo. Los intervalos de guardia suelen ser más largos que el retardo esperado en el canal.

2.4. Modulación y Demodulación:

Cada subportadora en OFDM transporta su propia señal modulada. Los datos a transmitir se distribuyen entre todas las subportadoras, lo que permite la transmisión en paralelo. En el receptor ocurre el proceso inverso. La señal recibida se demodula y se extrae la información de cada subportadora, lo que contribuye a los datos recuperados en general.

2.5. Modulación y codificación adaptativa:

Los sistemas OFDM a menudo emplean esquemas de codificación y modulación adaptativos. Esto significa que el esquema de modulación y la velocidad de codificación se pueden ajustar dinámicamente según las condiciones del canal. En condiciones favorables, se utilizan modulaciones y velocidades de codificación de orden superior para maximizar las velocidades de datos, mientras que en condiciones difíciles, se emplean esquemas más sólidos para mantener una comunicación confiable.

3. Cómo funciona OFDM:

3.1. Transmisión de señal:

Entrada de datos: El flujo de datos de entrada se divide en símbolos.
Modulación de subportadora: Cada símbolo se modula en múltiples subportadoras simultáneamente.
Transmisión paralela: Los símbolos modulados se transmiten en paralelo a través de las subportadoras.

3.2. Recepción de señal:

Propagación del canal: la señal transmitida experimenta propagación a través del canal, incluidos reflejos y retrasos.
Manejo del intervalo de guardia: el intervalo de guardia ayuda a mitigar la interferencia de trayectorias múltiples al permitir que las señales se establezcan.
Demodulación de subportadora: La señal recibida se demodula en cada subportadora y se extrae la información de cada subportadora.
Reconstrucción de datos: la información de todas las subportadoras se combina para reconstruir el flujo de datos original.

3.3. Adaptación a las Condiciones del Canal:

La adaptabilidad de OFDM a las diferentes condiciones del canal es una fortaleza clave. La ortogonalidad de las subportadoras permite una mitigación eficaz de la interferencia por trayectos múltiples. Además, el uso de intervalos de guarda y modulación y codificación adaptativas contribuyen a una comunicación sólida en diferentes condiciones de canal.

4. Aplicaciones de OFDM:

OFDM se utiliza ampliamente en varios estándares de comunicación:

LTE (4G): OFDM es la base de la transmisión de enlace descendente en LTE, proporcionando altas velocidades de datos y uso eficiente del espectro.
Wi-Fi (802.11): los estándares Wi-Fi, como 802.11a/g/n/ac/ax, utilizan OFDM para la comunicación inalámbrica en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz.
Transmisión digital: OFDM se emplea en televisión digital (DVB-T, DVB-T2), proporcionando una transmisión robusta en entornos desafiantes.

5. Conclusión:

En resumen, OFDM es un esquema de modulación versátil y ampliamente adoptado que permite una transmisión de datos eficiente en varios sistemas de comunicación. Sus principios de ortogonalidad de subportadora, intervalos de guarda y adaptabilidad a las condiciones del canal la convierten en una tecnología fundamental para las comunicaciones inalámbricas modernas.