OFDM

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OFDM, do inglês Orthogonal frequency-division multiplexing, também conhecido como discrete multitone modulation (DMT), é uma técnica de modulação baseada na idéia de multiplexação por divisão de frequência (FDM) onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. Muitos são familiarizados com FDM pelo uso de aparelhos de rádio e televisão: normalmente, cada estação é associada a uma determinada frequência (ou canal) e deve utilizá-la para realizar suas transmissões. OFDM parte deste conceito mas vai além, pois divide uma única transmissão em múltiplos sinais com menor ocupação espectral (dezenas ou milhares). Isto adicionado com o uso de técnicas avançadas de modulação em cada componente, resulta em um sinal com grande resistência à interferência.

OFDM é quase sempre utilizado juntamente com codificação de canal (técnica de correção de erro), resultando no chamado COFDM.

É uma tecnologia de alto grau de complexidade em sua implementação, mas é amplamente utilizada em telecomunicações, usando sistemas digitais para facilitar o processo de codificação e decodificação dos sinais. Sua aplicação é encontrada em tecnologias de broadcasting e também em algumas formas de redes de computadores. Sua principal característica quanto ao desempenho é o fato de apresentar boa imunidade a multi-percursos, geradores dos famosos "fantasmas" presenciados nas televisões analógicas.

[editar] Características

Um sinal OFDM em banda base é a soma de várias sub-portadoras ortogonais, com os dados de cada sub-portadora sendo independentemente modulados usando alguma forma de QAM ou PSK. Este sinal em banda base é usado para modular uma portadora principal, usada para transmissão via rádio frequência.

As vantagens da utilização do OFDM são várias, incluindo elevada eficiência espectral, imunidade contra multi-percursos e filtragem de ruído simples.

A modulação e demodulação OFDM são típicamente feitas usando a transformada rápida de Fourier (FFT).

Embora sua complexidade seja elevada, COFDM possui melhor desempenho sob canais em condições realmente desafiadoras.

Combinando OFDM com técnicas de correção de erro, equalização adaptativa e modulação reconfigurável, temos a COFDM cujas propriedades são:

resistência contra dispersão óptica
resistência contra distorções lentas de fase e desvanecimento
resistência contra multi-percursos usando intervalo de guarda
resistência contra resposta em frequência nula e interferências de frequência constante
resistência contra burst de ruído

COFDM geralmente possui espectro aproximadamente "branco", o que traz algumas propriedades eletromagnéticas benígnas no que diz respeito a interferências.

Alguns sistemas OFDM usam algumas sub-portadoras para carregarem sinais piloto, que são usados para sincronismo.

Em transmissões abrangentes, os receptores podem se beneficiar pela recepção simultânea de sinais vindos de vários transmissores espalhados pelo espaço, pois a ocorrência de interferências destrutivas será limitada a um número limitado de sub-portadoras, enquanto as demais terão interferência construtiva. Este é bastante interessante para alguns países pois assim podem ser empregadas redes de frequência única no âmbito nacional. Uma característica marcante é a redução do efeito "fantasma". O uso de redes de frequência única também proporciona um uso mais efetivo do espectro disponível do que as redes analógicas convencionais.

Entretanto, OFDM obre com canais variantes no tempo ou com a presença de offset de frequência de alguma portadora. Além disso, devido à aplicação da FFT (Fast Fourier Transform) no transmissor, o sinal tende a ter altas taxas de peaks-to-average. Estes efeitos são enfatisadas quando vários usuários estão enviando dados para a mesma estação base.

[editar] Aplicações

[editar] ADSL

OFDM é usado em conexões ADSL que seguem o padrão G.DMT (ITU G.922.1). (Anexo A refere-se ao ADSL sobre POTS).

O fato do COFDM não interferir facilmente outros sinais é a principal razão da sua aplicação em modems ADSL. Graças a essa caracterísitca, não há a necessidade de substituição dos cabos de pares trançados usados na telefonia convencional (se fosse necessária a troca, compensaria mais fazer a troca por cabos de fibra óptica). Entretanto, DSL não pode ser usado em todo tipo de cabo de par trançado, pois a interferência torna-se significante se amais do que 25% das linhas oriundas de uma mesma central usarem DSL.

[editar] Wireless LAN

OFDM também está sendo empregado agora em algumas redes locais sem fio, incluindo o padrão IEEE 802.11a/g (e a alternativa européia HIPERLAN/2).

[editar] Televisão e rádio digital

COFDM está sendo amplamente usado na Europa e em outras localidades onde o padrão Eureka 147 Digital Audio Broadcast (DAB) foi adotado para tranmissões de rádio digital e também para transmissões de televisão no padrão DVB. Os Estados Unidos rejeitaram várias propostas de adoção do COFDM para seus serviços de televisão digital para optar por operar usando 8VSB (vestigial sideband modulation). Em 2001, um relatório técnico do COFDM Technical Group concluiu que o COFDM não oferece vantagens significativas sobre o 8VSB.

O debate sobre modulação 8VSB x COFDM continua acontecendo. Defensores do COFDM argumentam que o sistema tem imunidade maior a multi-percursos do que o 8VSB. Os primeiros receptores de televisão digital frequentemente apresentavam dificildades na recepção do sinal em ambientes urbanos, porém os receptores mais recentes já apresentam melhoras no que tange multi-percursos. Além disso, a modulação 8VSB requer menos potência de sinal. Em regiões menos povoadas, o 8VSB torna-se superior por causa disso, mas em áreas urbanas ou com acidentes geográficos importantes, o COFDM continua oferecendo melhor recepção do que o 8VSB.

COFDM é também usado em padrões de rádio, principalmente para Digital Radio Mondiale (DRM), o padrão para transmissão digital em ondas médias (frequências inferiores a 30 MHz). Nos Estados Unidos, um padrão proprietário desenvolvido pela iBiquity é utilizado, chamado "HD Radio".

[editar] Referências

Chang, R. W. (1966). Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission, Bell Systems Technical Journal (46), 1775-1796.
Chang, R. W. & and Gibbey, R. A. (1968). A theoretical study of performance of an orthogonal multiplexing data transmission scheme, IEEE Transactions on Communications Technology (16) (4), 529-540.
Saltzberg, B. R. (1967). Performance of an efficient parallel data transmission system, IEEE Transactions on Communications Technology (15) (6), 805-811.