Odstępy podnośnych OFDM:
Ortogonalne multipleksowanie z podziałem częstotliwości (OFDM) to kluczowa technika modulacji szeroko stosowana w nowoczesnych systemach komunikacji bezprzewodowej, w tym Wi-Fi, LTE i 5G. OFDM opiera się na podziale dostępnego widma częstotliwości na wiele podnośnych, a odstęp między tymi podnośnymi jest krytycznym parametrem wpływającym na wydajność systemu. Przyjrzyjmy się szczegółowo rozmieszczeniu podnośnych OFDM, jego znaczeniu i rozważaniom w różnych standardach komunikacyjnych:
1. Podstawy OFDM:
OFDM to schemat modulacji z wieloma nośnymi, który dzieli całe pasmo częstotliwości na wiele podnośnych, z których każda niesie część danych. Podnośne te są względem siebie ortogonalne, co oznacza, że są zaprojektowane tak, aby były odporne na zakłócenia pomiędzy sąsiednimi podnośnymi.
2. Odstępy podnośnych w OFDM:
Odstęp pomiędzy podnośnymi OFDM, często oznaczany jako Δf (delta f), określa różnicę częstotliwości pomiędzy kolejnymi podnośnymi. Wybór odstępu podnośnych jest kluczowym parametrem projektowym w systemach OFDM i różni się w zależności od różnych standardów komunikacyjnych.
3. Odstępy podnośnych IEEE 802.11 (Wi-Fi):
W systemach Wi-Fi zgodnych ze standardami IEEE 802.11, takimi jak 802.11a, 802.11g i 802.11n, odstępy podnośnych są ustandaryzowane. Na przykład w standardach 802.11a i 802.11g odstęp podnośnych wynosi 312,5 kHz, podczas gdy w standardzie 802.11n wprowadzono zmienny odstęp podnośnych, pozwalający na 312,5 kHz lub 156,25 kHz.
4. Odstęp podnośnych LTE:
W Long-Term Evolution (LTE), który jest standardem komunikacji bezprzewodowej 4G, odstęp podnośnych jest stały i wynosi 15 kHz. Te stałe odstępy wybrano tak, aby zachować równowagę pomiędzy wydajnością widmową, łatwością wdrożenia i kompatybilnością z istniejącymi systemami.
5. Odstępy podnośnych 5G NR:
Wraz z pojawieniem się 5G, New Radio (NR) wprowadza większą elastyczność w zakresie odstępów podnośnych. Standard 5G NR obsługuje wiele numerologii, każda z określonym odstępem podnośnych. Numerologia obejmuje parametry, takie jak odstępy podnośnych, czas trwania szczeliny i czas trwania symbolu. Typowe odstępy podnośnych w 5G NR obejmują 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz i 240 kHz, co zapewnia możliwość dostosowania do różnorodnych zastosowań.
6. Czynniki wpływające na odstępy podnośnych:
6.1. Wymagania dotyczące szybkości transmisji danych:
- Wymagana szybkość transmisji danych często wpływa na wybór odstępu podnośnych. Mniejsze odstępy pozwalają na użycie większej liczby podnośnych w ramach dostępnej przepustowości, potencjalnie obsługując wyższe szybkości transmisji danych.
6.2. Rozprzestrzenianie opóźnienia:
- Rozciągnięcie opóźnienia kanału, które reprezentuje różnicę czasu pomiędzy przybyciem pierwszej i ostatniej kopii sygnału, może mieć wpływ na odstępy podnośnych. W środowiskach o znacznym rozproszeniu opóźnień preferowane mogą być większe odstępy podnośnych.
6.3. Warunki kanału:
- Charakterystyka kanału bezprzewodowego, w tym zanikanie wielościeżkowe i zanikanie selektywne pod względem częstotliwości, wpływają na wybór odstępu podnośnych. Można zastosować adaptacyjne odstępy podnośnych, aby uwzględnić zmieniające się warunki kanału.
6.4. Rozmiar FFT:
- Rozmiar szybkiej transformaty Fouriera (FFT) stosowanej w systemie OFDM jest powiązany z odstępem podnośnych. Większe rozmiary FFT mogą pomieścić więcej podnośnych, wpływając na ogólną wydajność systemu.
7. Wpływ na projekt systemu:
7.1. Wydajność spektralna:
- Mniejszy odstęp podnośnych może przyczynić się do wyższej wydajności widmowej, umożliwiając bardziej efektywne wykorzystanie dostępnego widma częstotliwości.
7.2. Odporność na opóźnienie rozprzestrzeniania się:
- Większy odstęp podnośnych może zwiększyć odporność systemu na opóźnienie rozprzestrzeniania się, dzięki czemu będzie on odpowiedni dla środowisk o trudnych warunkach propagacji.
7.3. Kompatybilność i współistnienie:
- Zgodność z istniejącymi standardami i współistnienie z innymi systemami to krytyczne czynniki przy określaniu odstępu podnośnych. Harmonizacja standardów zapewnia płynną pracę we wspólnych pasmach częstotliwości.
8. Rozważania dotyczące ewolucji i przyszłości:
W miarę ciągłego rozwoju technologii komunikacji bezprzewodowej przyszłe standardy mogą wprowadzić dalsze postępy w zakresie odstępów podnośnych OFDM. Przyczyną tych postępów może być potrzeba wyższych szybkości transmisji danych, poprawiona wydajność widmowa i ulepszona obsługa różnorodnych przypadków użycia.
9. Wniosek:
Podsumowując, odstęp podnośnych OFDM jest podstawowym parametrem w systemach komunikacji bezprzewodowej wykorzystujących modulację OFDM. Na wybór odstępu podnośnych wpływają takie czynniki, jak wymagania dotyczące szybkości transmisji danych, warunki kanału i względy projektowe systemu. W przypadku różnych standardów, takich jak Wi-Fi, LTE i 5G NR, odstępy podnośnych różnią się w celu spełnienia specyficznych wymagań każdej technologii i różnorodnych przypadków użycia, które mają rozwiązać. Elastyczność w zakresie odstępów podnośnych jest kluczową cechą 5G NR, umożliwiającą dostosowanie do szerokiego zakresu scenariuszy wdrożeń.