OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) - вид модуляции на текущий момент является одним из самых эффективных способов передачи данных, что нашло применение в самых разных областях техники. В том числе этот способ дает возможность образовать весьма надежный канал связи с беспилотными летательными аппаратами, а вместе с технологиями телекоммуникаций это теперь одно главных направлений развития техники в военной области.
Основные свойства
Обыкновенный фазомодулированный сигнал с резким переходом между фазами несущей гармоники в частотной области создает картину довольно разбросанной по частотам энергии сигнала.
Основная энергия сигнала, конечно, содержится в главном лепестке, ширина которого равна удвоенной скорости манипуляции гармоники информационными битами.
Следующие энергетические лепестки убывают довольно неспешно и создают помехи для соседних сигналов.
В случае распараллеливания информационных бит в тысячи потоков скорость каждого из них снижается в тысячи раз. Это приводит к тысячекратному сужению спектра сигнала каждого из битовых потоков. Добавляя в эфир сигналы фазовой модуляции параллельных потоков на частотах, отстоящих от ближайших соседей так, чтобы энергетика главного лепестка приходилась в минимум мощности соседней (см. рисунок выше), мы получим довольно широкий спектр.
Весьма примечательно то, что эффективность передачи данных при таком способе формирования сигнала повышается многократно. Такой же по ширине спектр высокоскоростного сигнала фазовой модуляции не способен передать столько же бит в единицу времени. Кроме того, его боковые лепестки весьма продолжительны по частотам и создают помехи другим сигналам.
Способ формирования сигнала
Дискретное прямое преобразование Фурье
Чтобы понять как сформировать и обработать такой сложный сигнал, нужно пройтись по такому важному математическому инструменту, как преобразование Фурье. Если сигнал представлен своими дискретными отсчетами, то преобразование сигнала будет называться дискретным.
В основе преобразования лежит поэлементное умножение сигнала на ортогональные гармоники синус и косинус. Вернее будет сказать, что это сумма поэлементных произведений сигнала и ортогональных гармоник.
Каждый из коэффициентов получается путем умножения сигнала на гармонику с частотой, которая формируется при помощи номера k этой гармоники. Сначала при умножении на косинус, затем другой коэффициент при умножении на синус.
Таким образом, мы можем посмотреть какова мера похожести сигнала на гармоники с указанной частотой.
Для другого порядкового номера коэффициента рассчитываются другие меры похожести сигнала с гармониками на другой частоте. Каждый получившийся коэффициент это так называемый коэффициент разложения функции в гармонический ряд. Такое преобразование сигнала из временной в частотную форму называется прямое дискретное преобразование Фурье.
Увеличивая порядковый номер k коэффициента разложения мы увеличиваем частоты гармоник, на которые умножаем сигнал. В какой-то момент мы рассчитаем все коэффициенты разложения в отведенной сигналу полосе частот. Эти самые коэффициенты являются элементами спектра мощности сигнала. Он показывает на каких частотах сосредоточена мощность сигнала.
Дискретное обратное преобразование Фурье
Обратное дискретное преобразование Фурье позволяет вновь получить отсчеты сигнала на основании коэффициентов разложения.
Достаточно умножить коэффициенты разложения a, b на отрезки гармоник на соответствующих частотах и сложить все составляющие. Этим действием мы вернемся в исходное временное представление сигнала.
Каждый бит в параллельных низкоскоростных потоках в самом простейшем случае двухпозиционной фазовой манипуляции будет отрезком синусоиды с какой-то фазой. Если коэффициенты разложения это передаваемые биты, то обратное дискретное преобразование Фурье сравнительно несложно сформирует сигнал, где будут заложена информация об одновременно передающемся множестве бит.
Как формирование, так и обработка сигналов OFDM модуляции подчиняется математическому аппарату преобразований Фурье.
После переноса сигнала на низкую частоту путем умножения на опорную гармонику мы можем произвести прямое дискретное преобразование Фурье получившегося сигнала. Коэффициенты ряда разложения покажут какой битовый массив был передан.
Удары с безопасного расстояния
Концепция применения ударных и разведывательных беспилотных летательных аппаратов показывает свою эффективность. На мировой арене в схватку вступили эти летающие платформы носители вооружения, снизу с ними борются радиоэлектронные комплексы подавления, а также ракетно-пушечные системы, обладающие невиданным ранее техническим уровнем радиолокационных станций.
Возможность передачи видео с места разведки на многие километры в безопасную зону это заслуга разновидностей OFDM модуляции. Совместно с избыточным кодированием данных модуляция создает чрезвычайно устойчивый высокоскоростной канал передачи цифровой информации.
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.
