Spaziatura delle sottoportanti OFDM:
Il multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) è una tecnica di modulazione chiave ampiamente utilizzata nei moderni sistemi di comunicazione wireless, inclusi Wi-Fi, LTE e 5G. OFDM si basa sulla divisione dello spettro di frequenze disponibile in più sottoportanti e la spaziatura tra queste sottoportanti è un parametro critico che influenza le prestazioni del sistema. Esploriamo in dettaglio la spaziatura delle sottoportanti OFDM, il suo significato e le considerazioni in vari standard di comunicazione:
1. Nozioni di base sull’OFDM:
OFDM è uno schema di modulazione multi-portante che divide la banda di frequenza complessiva in più sottoportanti, ciascuna delle quali trasporta una parte dei dati. Queste sottoportanti sono ortogonali tra loro, il che significa che sono progettate per essere immuni alle interferenze tra sottoportanti adiacenti.
2. Spaziatura sottoportante in OFDM:
La spaziatura tra le sottoportanti OFDM, spesso indicata come Δf (delta f), determina la differenza di frequenza tra sottoportanti consecutive. La scelta della spaziatura delle sottoportanti è un parametro di progettazione cruciale nei sistemi OFDM e varia a seconda dei diversi standard di comunicazione.
3. Spaziatura sottoportante IEEE 802.11 (Wi-Fi):
Nei sistemi Wi-Fi che seguono gli standard IEEE 802.11, come 802.11a, 802.11g e 802.11n, la spaziatura della sottoportante è standardizzata. Ad esempio, in 802.11a e 802.11g, la spaziatura delle sottoportanti è 312,5 kHz, mentre 802.11n ha introdotto una spaziatura delle sottoportanti variabile, consentendo 312,5 kHz o 156,25 kHz.
4. Spaziatura sottoportante LTE:
Nella Long-Term Evolution (LTE), che è uno standard di comunicazione wireless 4G, la spaziatura della sottoportante è fissa a 15 kHz. Questa spaziatura fissa viene scelta per trovare un equilibrio tra efficienza spettrale, facilità di implementazione e compatibilità con i sistemi esistenti.
5. Spaziatura sottoportante 5G NR:
Con l’avvento del 5G, New Radio (NR) introduce una maggiore flessibilità nella spaziatura delle sottoportanti. Lo standard 5G NR supporta più numerologie, ciascuna con la propria spaziatura sottoportante specifica. La numerologia include parametri come la spaziatura delle sottoportanti, la durata dello slot e la durata del simbolo. Le spaziature comuni delle sottoportanti nel 5G NR includono 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz e 240 kHz, garantendo adattabilità a diversi casi d’uso.
6. Fattori che influenzano la spaziatura delle sottoportanti:
6.1. Requisiti di velocità dati:
- La velocità dati richiesta spesso influenza la scelta della spaziatura della sottoportante. Una spaziatura più piccola consente più sottoportanti all’interno della larghezza di banda disponibile, supportando potenzialmente velocità di dati più elevate.
6.2. Diffusione del ritardo:
- La diffusione del ritardo del canale, che rappresenta la differenza di tempo tra l’arrivo della prima e dell’ultima copia di un segnale, può influire sulla spaziatura delle sottoportanti. In ambienti con una significativa diffusione del ritardo, può essere preferibile una spaziatura tra le sottoportanti maggiore.
6.3. Condizioni del canale:
- Le caratteristiche del canale wireless, incluso il multipath fading e il fading selettivo in frequenza, influenzano la scelta della spaziatura della sottoportante. La spaziatura adattiva della sottoportante può essere utilizzata per affrontare le diverse condizioni del canale.
6.4. Dimensione FFT:
- La dimensione della trasformata veloce di Fourier (FFT) utilizzata nel sistema OFDM è interconnessa con la spaziatura delle sottoportanti. Dimensioni FFT più grandi possono ospitare più sottoportanti, influenzando le prestazioni complessive del sistema.
7. Impatto sulla progettazione del sistema:
7.1. Efficienza spettrale:
- Una minore spaziatura tra le sottoportanti può contribuire a una maggiore efficienza spettrale, consentendo un uso più efficiente dello spettro di frequenze disponibile.
7.2. Robustezza per ritardare la diffusione:
- Una maggiore spaziatura tra le sottoportanti può aumentare la robustezza del sistema nel ritardare la diffusione, rendendolo adatto ad ambienti con condizioni di propagazione difficili.
7.3. Compatibilità e Coesistenza:
- La compatibilità con gli standard esistenti e la coesistenza con altri sistemi sono considerazioni critiche nel determinare la spaziatura delle sottoportanti. L’armonizzazione tra gli standard garantisce un funzionamento regolare nelle bande di frequenza condivise.
8. Evoluzione e considerazioni future:
Poiché le tecnologie di comunicazione wireless continuano ad evolversi, gli standard futuri potrebbero introdurre ulteriori progressi nella spaziatura delle sottoportanti OFDM. Questi progressi potrebbero essere guidati dalla necessità di velocità di trasmissione dati più elevate, migliore efficienza spettrale e maggiore supporto per diversi casi d’uso.
9. Conclusione:
In conclusione, la spaziatura delle sottoportanti OFDM è un parametro fondamentale nei sistemi di comunicazione wireless che utilizzano la modulazione OFDM. La scelta della spaziatura della sottoportante è influenzata da fattori quali requisiti di velocità dei dati, condizioni del canale e considerazioni sulla progettazione del sistema. Nei diversi standard, come Wi-Fi, LTE e 5G NR, la spaziatura delle sottoportanti varia per soddisfare le esigenze specifiche di ciascuna tecnologia e i diversi casi d’uso che intendono affrontare. La flessibilità nella spaziatura delle sottoportanti è una caratteristica chiave del 5G NR, consentendo l’adattabilità a un’ampia gamma di scenari di implementazione.