Acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales

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La Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales, en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), o Discrete Multi-tone Modulation (DMT) es una multiplexación que consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o en PSK.

Normalmente se realiza la multiplexación OFDM tras pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión, entonces esta multiplexación se denomina COFDM, del inglés Coded OFDM.

Debido al problema técnico que supone la generación y la detección en tiempo continuo de los cientos, o incluso miles de portadoras equiespaciadas que forma OFDM, los procesos de multiplexación y demultiplexación se realizan en tiempo discreto mediante la IDFT y la DFT respectivamente.


Estándares que utilizan OFDM[editar]

Algunos de los estándares utilizados por OFDM son los siguientes:

  • IEEE 802.11a

Este estándar es parte de la familia de estándares para redes locales y de área metropolitana. En el estándar se especifican una modulación ortogonal por división en frecuencia, OFDM, para la entidad física, y las modificaciones que hay que hacer a los datos recibidos de la capa superior para conformar la trama que pasará a modularse. Las bandas de trabajo a las que se refiere el estándar son 5.15-5.25, 5.25-5.35 y 5.725-5.825 GHz, que son las bandas en las que se puede trabajar sin licencia explícita. La OFDM le proporciona a esta LAN inalámbrica tasas de transmisión de 6,9,12,18,24,36,48 y 54 Mbps. Como mínimo, las tasas de 6,12 y 24 Mbps deben ser soportadas por los equipos que se acojan a este estándar. Tras la aparente pausa que este estándar ha tenido en cuanto a implantación ( sobre todo si comparamos con el estándar 802.11b) actualmente se están comenzando a comercializar dispositivos que, si bien no sólo actúan acorde a 802.11a, recogen este estándar como uno de los posibles modos de funcionamiento. Sobre todo, en tarjetas de conexión Wi-Fi de ordenadores portátiles.

  • IEEE 802.11g

El estándar 802.11g se estableció en 2003 como un nuevo protocolo inalámbrico que mejoraba las tasa de transmisión existentes. El 802.11g es un tipo de híbrido entre el 802.11a y el 802.11b. El estándar 802.11g usa la misma tecnología de transmisión que el 802.11a, OFDM, lo que aumenta la tasa de transmisión. Sin embargo, la banda de trabajo la sitúa en los 2.4 GHz, en lugar de en los 5GHz del 802.11a, y a semejanza del 802.11b. A modo de esquema, presentamos las mejoras que el estándar IEEE 802.11g ofrece con respecto a los demás estándares 802.11: - Provisión de cuatro capas físicas diferentes. - El uso obligatorio del preámbulo corto. - Nuevos mecanismos de protección para satisfacer los aspectos de la interoperabilidad.

  • IEEE 802.16

En el estándar 802.16 se recoge, de nuevo, el uso de OFDM como una opción más de modulación. Se especifican 64, 2048 o 4096 subportadoras. No todo el ancho de banda estará “lleno” de portadoras. Las bandas de guarda son necesarias para permitir la caída del espectro en los laterales, por lo que algunas subportadoras marginales se pondrán a cero. Otras portados se usarán como pilotos – como viene siendo habitual- para tareas de estimación del canal y de tracking. Análogamente, los símbolos OFDM irán precedidos por un intervalo de guardia por razones bien conocidas. En la norma 802.16 se presentan dos modalidades de sistemas OFDM: una nombrada simplemente como OFDM y la otra como OFDMA. La primera se fija en las aplicaciones menos exigentes, de poca distancia, y en la mayoría de los casos indoors. Usa FFT de 256 puntos – un paso más que 802.16a, que usaba 64 puntos. Todas las subportadoras se transmiten de una vez. El flujo de datos de bajada se multiplexa en tiempo (TDM). El flujo de subida accede mediante TDMA. En OFDMA las 2048 o 4096 subportadoras se dividen en subcanales. En el flujo de bajada se usan para crear flujos lógicos separados. Estos flujos emplean diferentes modulación, codificación y amplitud para ofrecer a cada usuario diferentes características de transmisión. Por otra parte, en el flujo ascendente los subcanales se usan para el acceso múltiple (se puede entender como un cierto tipo de FDMA). Los usuarios se asignan a un canal mediante un protocolo de acceso al medio que se envía en el flujo descendente. HIPERMAN es el estándar paralelo a 802.16 de la ETSI. Es idéntico a 802.16a y 802.16d, salvo que sólo contempla la capa física sobre OFDM.

  • DVB-T

La mayor presencia de OFDM la encontramos en el estándar europeo de televisión digital terrestre DVB-T. El principio de operación de este estándar, ⎯ llamado OFDM codificado (COFDM) guarda ciertas semejanzas con el estándar 802.16. El estándar fue ratificado en marzo de 1997 por la ETSI. Especifica la señal modulada digitalmente en el lado del modulador y deja abierta las especificaciones en el lado del receptor para diferentes soluciones. El nuevo sistema tenía que operar con el espectro UHF existente para transmisiones analógicas lo que significa que tenía que ofrecer suficiente protección contra altos niveles de interferencia cocanal y suficiente protección contra interferencia de canal adyacente(ACI). Además, el espectro UHF existente debía ser aprovechado del modo más eficiente, por lo que se propuso las redes de una sola frecuencia (Single Frequency Network, SFN). En este tipo de redes, los transmisores usan la misma frecuencia si transmiten los mismos contenedores de datos. Es decir, se trata de conseguir que en todo una región, la frecuencia asociada a cada canal sea la misma. Para cumplir con estos requerimientos, un sistema OFDM con codificación de corrección de errores fue el elegido para la transmisión, COFDM (recordemos que era de difusión y, por tanto, unidireccinal). Desde el punto de vista de capa física, se establecen dos modos de funcionamiento: 2k y 8k, que tienen que ver con el número de portadoras empleadas en la OFDM. La DVB-T supone un gran impulso al uso de la modulación OFDM para sistemas inalámbricos, reafirmándose como una gran alternativa para situaciones wireless, tras haber sido puesta en entredicho en numerosos artículos, en los que se descartaba esta opción por los problemas, antes mencionados, de poca eficiencia al pasar por dispositivos no lineales, como un amplificador de potencia (PA o HPA).

Sistemas que utilizan la modulación OFDM[editar]

Entre los sistemas que usan la modulación OFDM destacan:

  • Las normas de televisión digital terrestre DVB-T e ISDB-T.
  • La radio digital DAB
  • La radio digital de baja frecuencia DRM
  • El protocolo de enlace DSL
  • El protocolo de red de área local IEEE 802.11a/g/n, también conocido como Wireless LAN
  • El sistema de transmisión inalámbrica de datos WiMAX
  • El sistema de transmisión de datos de Power Line Communications (PLC)
  • Telefonía móvil 4G LTE

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