O que é OFDM e como funciona?

Compreendendo a multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) e sua operação

1. Introdução ao OFDM:

A multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) é uma técnica de modulação chave usada em sistemas de comunicação modernos, incluindo redes sem fio como 4G LTE e Wi-Fi. Ele aborda os desafios colocados pelos canais de desvanecimento seletivo de frequência e fornece transmissão eficiente de dados através do espectro de rádio.

2. Princípios-chave do OFDM:

2.1. Ortogonalidade da subportadora:

OFDM divide o espectro de frequência disponível em múltiplas subportadoras estreitamente espaçadas. A característica crucial é a ortogonalidade destas subportadoras, o que significa que as suas frequências são cuidadosamente escolhidas para evitar interferências. Esta ortogonalidade simplifica o processo de desmodulação, permitindo a recuperação dos dados transmitidos.

2.2. Espaçamento da subportadora:

As subportadoras são espaçadas uniformemente no domínio da frequência e a escolha do espaçamento das subportadoras é um parâmetro crítico. Os espaçamentos comuns de subportadora incluem 15 kHz para LTE e 20 MHz para Wi-Fi. O espaçamento é escolhido para equilibrar o compromisso entre eficiência espectral e robustez para atrasar a propagação.

2.3. Intervalos de guarda:

Para combater a interferência intersimbólica causada pela propagação multipercurso, o OFDM introduz intervalos de guarda entre os símbolos. Esses intervalos de guarda servem como um buffer no domínio do tempo, permitindo que os sinais se estabilizem antes da recepção do próximo símbolo. Os intervalos de guarda são normalmente maiores que o spread de atraso esperado no canal.

2.4. Modulação e Demodulação:

Cada subportadora no OFDM carrega seu próprio sinal modulado. Os dados a serem transmitidos são espalhados por todas as subportadoras, permitindo a transmissão paralela. No receptor ocorre o processo inverso. O sinal recebido é demodulado e as informações de cada subportadora são extraídas, contribuindo para os dados recuperados em geral.

2.5. Modulação Adaptativa e Codificação:

Os sistemas OFDM frequentemente empregam modulação adaptativa e esquemas de codificação. Isto significa que o esquema de modulação e a taxa de codificação podem ser ajustados dinamicamente com base nas condições do canal. Em condições favoráveis, modulações e taxas de codificação de ordem superior são usadas para maximizar as taxas de dados, enquanto em condições desafiadoras, esquemas mais robustos são empregados para manter uma comunicação confiável.

3. Como funciona o OFDM:

3.1. Transmissão de sinal:

Entrada de dados: o fluxo de dados de entrada é dividido em símbolos.
Modulação de subportadora: cada símbolo é modulado em múltiplas subportadoras simultaneamente.
Transmissão Paralela: Os símbolos modulados são transmitidos em paralelo pelas subportadoras.

3.2. Recepção de sinal:

Propagação do canal: o sinal transmitido sofre propagação através do canal, incluindo reflexões e atrasos.
Tratamento do intervalo de guarda: O intervalo de guarda ajuda a mitigar a interferência de múltiplos caminhos, permitindo tempo para que os sinais se estabeleçam.
Demodulação de subportadora: o sinal recebido é demodulado em cada subportadora e as informações de cada subportadora são extraídas.
Reconstrução de dados: as informações de todas as subportadoras são combinadas para reconstruir o fluxo de dados original.

3.3. Adaptação às condições do canal:

A adaptabilidade do OFDM às diversas condições do canal é um ponto forte. A ortogonalidade das subportadoras permite a mitigação eficiente da interferência de múltiplos caminhos. Além disso, o uso de intervalos de guarda e modulação e codificação adaptativa contribuem para uma comunicação robusta sob diferentes condições de canal.

4. Aplicações de OFDM:

OFDM é amplamente utilizado em vários padrões de comunicação:

LTE (4G): OFDM é a base da transmissão downlink em LTE, fornecendo altas taxas de dados e uso eficiente do espectro.
Wi-Fi (802.11): padrões Wi-Fi, como 802.11a/g/n/ac/ax, utilizam OFDM para comunicação sem fio nas bandas de frequência de 2,4 GHz e 5 GHz.
Transmissão Digital: OFDM é empregado em televisão digital (DVB-T, DVB-T2), proporcionando transmissão robusta em ambientes desafiadores.

5. Conclusão:

Em resumo, OFDM é um esquema de modulação versátil e amplamente adotado que permite a transmissão eficiente de dados em vários sistemas de comunicação. Seus princípios de ortogonalidade de subportadora, intervalos de guarda e adaptabilidade às condições do canal tornam-no uma tecnologia fundamental para a comunicação sem fio moderna.