Zrozumienie OFDM (multipleksowania z podziałem częstotliwości ortogonalnych) i FBMC (wielonośnych banku filtrów)
1. Ortogonalne multipleksowanie z podziałem częstotliwości (OFDM):
1.1. Wstęp:
OFDM to szeroko stosowany schemat modulacji w systemach komunikacji bezprzewodowej, w tym 4G LTE i Wi-Fi. Został zaprojektowany, aby sprostać wyzwaniom związanym z kanałami zanikającymi selektywnie pod względem częstotliwości, umożliwiając wydajną transmisję danych w widmie radiowym.
1.2. Kluczowe zasady:
- Ortogonalność podnośnych: OFDM dzieli dostępne widmo częstotliwości na wiele blisko rozmieszczonych podnośnych. Te podnośne są względem siebie ortogonalne, co oznacza, że ich częstotliwości są starannie dobierane, aby uniknąć zakłóceń.
- Przedziały ochronne: Aby zwalczyć zakłócenia międzysymbolowe spowodowane propagacją wielodrożną, OFDM wprowadza odstępy ochronne pomiędzy symbolami. Te przedziały ochronne służą jako bufor w dziedzinie czasu, umożliwiając ustabilizowanie się sygnałów przed odbiorem następnego symbolu.
- Dostosowanie do warunków kanału: OFDM dostosowuje się do zmieniających się warunków kanału, a ortogonalność podnośnych pomaga w niezawodnej komunikacji w środowiskach z selektywnym zanikaniem częstotliwości.
2. Bank filtrów dla wielu nośnych (FBMC):
2.1. Wstęp:
FBMC to alternatywna technika modulacji wielu nośnych, która zyskała uwagę jako potencjalny następca OFDM. Ma na celu przezwyciężenie niektórych ograniczeń OFDM, szczególnie w scenariuszach o dużej mobilności i dynamicznych warunkach kanału.
2.2. Kluczowe zasady:
- Filtrowanie podpasm: W przeciwieństwie do OFDM, który wykorzystuje pojedynczy, jednolity odstęp podnośnych, FBMC wykorzystuje strukturę banku filtrów z wieloma podpasmami. Każde podpasmo ma swój własny zestaw filtrów, co pozwala na większą elastyczność w obsłudze różnych warunków kanału.
- Pasma ochronne: FBMC wprowadza pasma ochronne pomiędzy sąsiednimi podpasmami, redukując ryzyko zakłóceń. Jest to szczególnie korzystne w scenariuszach z gęsto upakowanymi podnośnymi, jak w OFDM.
- Poprawiona wydajność widmowa: Filtrowanie w FBMC umożliwia bardziej skoncentrowane wykorzystanie dostępnego widma częstotliwości, potencjalnie prowadząc do lepszej wydajności widmowej w porównaniu z OFDM.
3. OFDM kontra FBMC:
3.1. Wydajność spektralna:
- OFDM: OFDM oferuje wysoką wydajność widmową, ale może stawić czoła wyzwaniom w scenariuszach z wysoce dynamicznymi kanałami ze względu na sztywną strukturę podnośnych.
- FBMC: FBMC, z filtrowaniem podpasm, zapewnia bardziej adaptacyjne podejście do wykorzystania widma, potencjalnie oferując lepszą wydajność w pewnych warunkach.
3.2. Odporność na warunki kanału:
- OFDM: OFDM dobrze nadaje się do stosunkowo statycznych warunków kanałów, a jego interwały ochronne pomagają złagodzić zakłócenia wielościeżkowe.
- FBMC: Podejście FBMC do filtrowania pozwala na lepszą adaptację do zmiennych warunków kanału, potencjalnie czyniąc go bardziej niezawodnym w scenariuszach o dużej mobilności.
3.3. Złożoność wdrożenia:
- OFDM: OFDM został szeroko wdrożony i ustandaryzowany, co doprowadziło do dojrzałych i wydajnych implementacji sprzętu.
- FBMC: FBMC wprowadza dodatkowe komplikacje ze względu na użycie banków filtrów, co sprawia, że jego wdrożenie jest trudniejsze i potencjalnie wymaga dużych zasobów.
4. Aplikacje i przyszłe trendy:
- OFDM: OFDM nadal jest dominującym schematem modulacji w obecnych standardach komunikacji bezprzewodowej, takich jak LTE i Wi-Fi.
- FBMC: FBMC jest badane jako potencjalny kandydat na przyszłe systemy komunikacji, szczególnie w scenariuszach charakteryzujących się dużą mobilnością i dynamicznymi warunkami kanałów.
5. Wniosek:
Podsumowując, OFDM i FBMC to techniki modulacji wielonośnej zaprojektowane w celu sprostania różnym wyzwaniom w komunikacji bezprzewodowej. OFDM, dzięki swojej ugruntowanej obecności w obecnych standardach, oferuje wysoką wydajność widmową, podczas gdy FBMC, dzięki filtrowaniu podzakresów pasma, oferuje bardziej adaptacyjne podejście, które może być korzystne w niektórych przyszłych scenariuszach.