OFDM

1. 개요

2. Multicarrier(OFDM) 방식 출현

  2.1 Frequency Selective Fading

  2.2 ISI(Inter-Symbol Interference)

  2.3 Orthogonality

3. Block diagram of an OFDM

4. Guard Interval and Cyclic Prefix

5. Time Frequency Domain Description

6. OFDM 특징

1. 개요
 - 고속의 송신 신호를 다수의 직교하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식

 - 고속의 전송률을 갖는 데이터 열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터 열로 나누고, 이들을 다수의 협대역 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것

 - OFDM은 데이터 열을 여러 개의 부채널로 동시에 나란히 전송하는 다중반송파 전송 방식의 특별한 형태

 

2. Multicarrier(OFDM) 방식 출현

 2.1 Frequency Selective Fading

    - Frequency Selective Fading이란 전파가 날아다니면서 겪게 되는 채널의 특성이 주파수별로 달라서 생기는 페이딩

    - 기존의 통신기법에서 사용되던 Wideband signal은 Frequency Selective Fading을 극복하기 위해 복잡한 channel equalisation 기법들이 필요하였음

    - 그래서 나온 solution이 multicarrier 방식임

    - 광대역을 협대역으로 쪼개서 생각하면 각 서브캐리어에서는 채널왜곡이 단순히 gain의 차이로 나타나서 One-tap으로 구성된 필터만으로 equalisation을 수행 가능함 

 2.2 ISI(Inter-Symbol Interference)

     - Multipath등에 의하여 전파 전달 지연 시간 발생하며 이는 다음 심벌에 간섭을 일으킨다

     - 심벌 S1의 길이가 Ts라고 가정하면, S1이라는 symbol을 보냈을 때 수신된 신호의 길이는 Ts-alpha가 됩니다. 이때 늘어진 alpha 부분이 다음 symbol S2에 영향을 미치는 것

     - 심벌의 길이가 짧아질수록, ISI의 영향은 커지게 됨(symbol의 길이가 짧아져도 alpha는 그대로 유지). 따라서 ISI로 인해 data(symbol) rate를 올리는데 한계가 있음

     -  Multicarrier 방식을 사용할 경우 한 timeslot에 subcarrier 수만큼 symbol을 보낼 수 있어서 Symbol rate를 올려도 ISI 없이 전송이 가능

 

 2.3 Orthogonality

     - multicarrier 방식은 guardband를 필요로 함, 그러므로 주파수 효용성이 떨어짐

     - 이를 보완하기 위한 solution이 Orthogonal Frequency Division Multiplexing임

     - 직교하는 subcarrier들을 중첩시켜서 구성, 주파수 효율을 높임

 

3. OFDM Block diagram

 - f0, f1, f2, f3는 교성을 갖는 주파수

 - Transmitter는 IFFT로, Receiver는 FFT로 구현

 - Receiver에서는 수신 신호에 각각의 주파수를 곱한 후 적분을 하면 직교성을 갖고 있기 때문에 곱한 주파수 성분에 실려있는 데이터 만이 추출된다.

 

※IFFT/FFT

  - 한 개의 파동에 여러 데이터를 담기 위해 주파수 별로 데이터를 담은 후 IFFT를 해서 한 개의 파동으로 만든 다음 전송

 - 수신된 신호는 FFT를 해서 다시 주파수 별로 쪼개어 특정 주파수의 데이터만 취득

 

4. Guard Interval and Cyclic Prefix

  - OFDM은 데이터를 Symbol 단위로 전송

  - 다중 경로 채널에 의한 전파 전달 지연시간 발생, 이는 ISI(Inter Symbol Interference) 심벌간 간섭을 야기함 

   

  - 이러한 ISI를 방지하기 위해 연속된 OFDM symbol 사이에 채널의 최대 전달 지연시간보다 긴 보호구간(Guard Interval)을 두어 신호를 전송하지 않는다

     OFDM Symbol 주기= 유효 데이터를 위한 Symbol 주기+ 보호 Interval

 

    

  - 약간의 시간 지연을 갖고 들어오는 자신의 신호끼리 또한 간섭 발생(Intra Symbol Interference, 내부 심벌간 간섭)

  - 내부 심벌간 간섭으로 인한 직교성 파괴를 방지하기 위해 유효 Symbol 구간에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입(Cyclic Prefix)

    

5. Time Frequency Domain Description

 

6. OFDM 특징

  6.1 장점

     - 높은 주파수 효율과 대용량 정보 전송이 가능하다

     - 단일 반송파 방식인 CDMA에 비해 주파수 선택적 페이딩에 효과적이다

     - 보호구간 사용으로 다중 경로 채널에서 문제가 되는 심볼간 간섭 문제를 해결할 수 있다

     - 다중 경로에 강하므로 소전력의 다수의 방송국을 이용하여 SFN(Single Frequency Network) 구성 가능

  6.2 단점

     - 멀티캐리어 방식은 상대적으로 PAR(Peak to Average Radio)이 크다 그러므로 송신기 출력이 커지고 초기 설치비용이 커짐

     - 멀티캐리어 방식이므로 전송로에 비선형 특성 존재 시 상호 변조에 의한 특성 열화가 발생하기 쉽다, 전력증폭기를 충분히 선형 영역에서 사용할 필요가 있음

     - 반송파 주파수 Offset이 존재하는 경우, 부반송파의 직교성 상실로 인해 S/N비 크게 감소

 

 

 

 

 

<References> 

http://csplab.kaist.ac.kr/~khwa/ofdm.htm

http://www.whydsp.org/209

http://wiki.hsc.com//Main/OFDM

http://www.sharetechnote.com/html/Communication_OFDM.html

http://blog.naver.com/gahaman?Redirect=Log&logNo=80002572538