OFDM(Othogonal Freqancy Division Multiplexing)이란?

OFDM: Othogonal Freqancy Division Multiplexing

1. Single / Multi Carrier Modulation

Single Carrier Modulation

• 데이터가 오직 하나의 Carrier를 통해 전송되는 것
• 심볼 지속 시간이 짧으며 전체 대역 폭을 사용

특징

• Frequency Selective Fading
  • 특정 주파수에서만 신호 감쇠(Fading)이 발생하는 현상
• Short Pulse Duration
  • 신호의 펄스 길이가 짧다.
  • Pluse length = 1 / B
• Long ISI Interval
  • ISI가 발생하기 쉬워, 이로 인해 신호의 왜곡이 일어나기 쉽다.
  • → 복잡한 시간 도메인 퀼라이저 필요
• Long Equalizer Required
  • 채널의 왜곡을 보정하기 위해 긴 이퀼라이져가 필요하다.
  • 이는 수신기의 복잡도 증가로 이어진다.
• Poor Spectral efficiency
  • Gaurd bands로 인해 스펙트럼 효율이 떨어진다.
  • Guards bands는 채널 간 간섭을 방지하지만 동시에 사용 가능한 대역폭을 줄이기 때문

Multi Carrier Modulation

• 데이터가 여러 개의 Carrier에 나누어 전송되는 것
• 각 Carrier는 데이터의 일부분을 전송하며, 전체 데이터가 여러 개의 Carrier를 통해 동시 전송됨
• 동일한 주파수 대역 B를 여러 개의 Sub Carrier가 나눠서 사용
• 심볼 지속 시간은 Single Carrier보다 길다.

특징

• Flat Fading
  • 신호의 전체 주파수 대역에 걸쳐 균일하게 발생하는 Fading
  • 각 Carrier 내에서 Flat Fading이 발생한다.
• N Long Duration Pulses
  • 여러 Carrier로 데이터가 나누어지므로, 각 펄스의 전송 시간이 상대적으로 길다.
  • PUlse Length = N / B
• Relatively short ISI
  • ISI가 상대적으로 덜 발생하며, 왜곡을 줄이기 쉽다.
  • → 간단한 시간 도메인 이퀼라이저
• N Short Equalizer
  • 각 Carrier에 대한 짧은 이퀼라이저가 필요하다.
  • 이는 Single Carrier Modulation에 비해 복잡도가 낮다.
• Poor Spectral Efficiency
  • Guards bands로 인해 스펙트럼 효율이 떨어진다.

2. Othogonal Frequency Division Multiplexing

Frequency Division Multiplexing

• 전체 주파수 대역이 여러 개의 좁은 채널로 분할 됨
• 각 채널이 동시에 데이터 전송하여 데이터 전송률을 높임 → 병렬 전송
• 각 채널에서 전송되는 비트의 전송률이 낮아져 Flat Fading 유도
• 이상적인 경우에 주파수 스펙트럼이 제한되어 있어 ISI와 ICI가 발생하지 않음
• 실제로는 채널 간 간섭을 방지하기 위해 Gaurd Band가 필요하며, 이는 대역폭 효율을 감소시킴

OFDM

• 직교성을 이용해 Sub Carrier간의 간섭을 줄이는 FDM 기법
• Sub Carrier들은 서로 직교하여, 간섭없이 서로 다른 데이터를 동시에 전송 가능
• Guard Band가 필요 없기 때문에 기존의 FDM보다 스펙트럼 효율이 증가함
• 이때, 각 Carrier 사이의 간격 Δf = 1/ Ts
  • Ts: 심볼 지속 시간

Guard Interval

• ISI와 IBI를 방지하기 위해서 Guard Interval이 필요함

Block Processing

• OFDM은 연속적인 심볼들을 블록 단위로 쪼개어 처리 함
• 각 심볼(블록)은 Ts 시간 동안 처리 됨
• 전송 된 OFDM 심볼(블록)이 채널을 통과하며 지연되고, 인접한 심볼(블록)과 겹치면, 심볼(블록)간 간섭이 발생할 수 있음
• 수신단에서 데이터를 완전히 복원하기 위해서는 정현파의 전체 주기가 필요함
• 지연된 정현파 신호는 전체 주기를 포함하지 않기 때문에 Carrier간의 직교성이 파괴 될수 있음
• 이를 방지하기위해 Guard Interval이 필요함

Guard Interval

• 두 연속적인 OFDM 심 볼 사이에 Guard Time이 필요함
• Guard interval은 지연 된 심볼이 다음 심볼에 간섭하는 것을 방지 함

1. Zero-valued
   • GI 사이에 0값을 전송함
   • IBI 방지
2. Cyclic Prefix
   • OFDM 심볼의 마지막 부분을 복사하여 심볼의 시작 부분에 삽입
   • GI가 이 Cyclic Prefix에 의해 채워짐
   • 다중 경로 지연으로 인한 간섭을 방지하고 Carrier의 직교성을 유지하는데 중요한 역할
   • 위상 회전 발생의 위험이 있음