Nel multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM), il prefisso ciclico (CP) è un elemento cruciale che serve a molteplici scopi, contribuendo all’efficacia e alla robustezza del sistema di comunicazione. OFDM è una tecnica di modulazione ampiamente utilizzata nei moderni sistemi di comunicazione wireless e l’inclusione di un prefisso ciclico ne migliora le prestazioni in presenza di disturbi del canale. Ecco le spiegazioni dettagliate del motivo per cui è necessario il prefisso ciclico in OFDM:
1. Intervallo di guardia per mitigare l’interferenza tra simboli (ISI):
Definizione del prefisso ciclico:
- Il prefisso ciclico è un intervallo di guardia che viene aggiunto ai simboli OFDM. Consiste in una copia della parte finale del simbolo, che viene poi anteposta all’inizio. La lunghezza del prefisso ciclico viene generalmente scelta in modo che sia più lunga dell’intervallo di ritardo del canale previsto.
Mitigare l’ISI:
- Uno degli scopi principali del prefisso ciclico è combattere l’interferenza inter-simbolo (ISI), che può verificarsi a causa della propagazione multipercorso nei canali wireless. Aggiungendo un intervallo di guardia, il prefisso ciclico consente di trattare le copie ritardate dei simboli come rumore anziché come interferenza, mitigando efficacemente l’impatto dell’ISI.
Dissolvenza selettiva in frequenza:
- In ambienti con fading selettivo in frequenza, i diversi componenti di frequenza del segnale subiscono ritardi variabili. Il prefisso ciclico aiuta a gestire questi ritardi, garantendo che le copie ritardate dei simboli non interferiscano con il simbolo corrente, specialmente quando sono presenti più riflessioni o percorsi.
2. Semplificazione dell’equalizzazione dei canali:
Semplificazione della stima del canale:
- Il prefisso ciclico semplifica il processo di stima del canale sul ricevitore. Poiché il prefisso ciclico contiene una copia della fine del simbolo, fornisce un riferimento noto che aiuta a stimare le caratteristiche del canale in modo più accurato.
Semplificazione degli algoritmi di equalizzazione:
- Gli algoritmi di equalizzazione, come gli equalizzatori a forzatura zero o errore quadratico medio minimo (MMSE), sono semplificati dalla presenza del prefisso ciclico. La parte nota del prefisso ciclico aiuta ad adattare il processo di equalizzazione alle condizioni del canale.
3. Mitigare l’interferenza intersimbolica (ISI) nel dominio della frequenza:
Preservazione dell’ortogonalità:
- OFDM si basa sull’ortogonalità tra sottoportanti per una trasmissione efficiente dei dati. Il prefisso ciclico aiuta a preservare questa ortogonalità nel dominio della frequenza, anche in presenza di disturbi del canale.
Riduzione dell’interferenza tra compagnie aeree (ICI):
- Il prefisso ciclico riduce al minimo l’impatto dell’interferenza interportante (ICI) causata da spostamenti Doppler o offset di frequenza. Garantisce che venga mantenuta l’ortogonalità tra sottoportanti adiacenti, contribuendo all’affidabilità complessiva del sistema OFDM.
4. Compensazione dell’offset della frequenza:
Assistenza alla sincronizzazione della frequenza:
- Il prefisso ciclico aiuta nella sincronizzazione della frequenza fornendo una porzione nota del segnale che può essere utilizzata per stimare e compensare gli offset di frequenza. Ciò è fondamentale per mantenere una spaziatura precisa delle sottoportanti e prevenire il degrado dovuto al disallineamento della frequenza.
Conclusione:
Il prefisso ciclico è un componente fondamentale dei sistemi OFDM, che affronta le sfide associate alla propagazione multipercorso, ai disturbi del canale e agli offset di frequenza. Fornendo un intervallo di guardia e aiutando nella stima del canale, il prefisso ciclico migliora la robustezza e l’efficienza della comunicazione OFDM, rendendola adatta a vari standard di comunicazione wireless come Wi-Fi, LTE e 5G.