مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود برهم

OFDM (مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود برهم, Orthogonal frequency-division multiplexing) در واقع یک مدولاسیون باند پایه‌است. OFDM این مدولاسیون همانطور که از اسمش پیداست عملیات مالتی پلکسینگ را با استفاده از تقسیم فرکانس البته به صورت Orthogonal اجرا می‌کند. مفهوم Orthogonal در تقسیم فرکانس به تعامد(عمود بودن) سیگنالها اشاره دارد که به یک تعریف ریاضی بر می‌گردد که در آن هرگاه دو تابع سینوسی در هم ضرب شوند، انتگرال این حاصلضرب بر روی هر پریود زمانی برابر صفر خواهد بود. از لحاظ پیش از این نوعی مدولاسیون در صنایع نظامی استفاده می‌شده که به آن Multi tone می‌گفتند یعنی یک بازه فرکانسی را به چندین فرکانس حامل یا به عبارت علمی تر زیرحامل(Sub Carrier) تقسیم می‌کردند و بر روی هرکدام از این زیر حامل‌ها بخشی از اطلاعات را ارسال می‌کردند. مزیت این روش یکی ارسال دیتا به صورت موازی بود و دیگر غلبه بر محو شدگی فرکانس گزین (Frequency Selective Fading) چرا که در این حال هر قسمتی از دیتا روی بازهٔ کوچکی از باند فرکانسی حمل می‌شود که این نوع محو شدگی روی این بازهٔ کوچک عملا به صورت خطی ظاهر می‌شود و قابل جبران شدن و نهایتا استخراج سیگنال است. حال ببینیم تعامد یا Orthogonality در این میان چه نقشی را باز ی می‌کند و چه اثر مثبتی در سیستم ایجاد می‌کند. در واقع مدل OFDM مدولاسیون Multi Tone باعث می‌شود که هرکدام از این زیر حاملها «دو به دو» با هم متعامد باشند و نتیجاتا بد دلیل قابلیت تفکیک پذیری زیرحامل‌ها که متاثر ازین خاصیت به وجود می‌آید می‌توان آنها را به گونه‌ای در کنار هم چید که بر روی هم همپوشانی داشته باشند چیزی که در حالت Multi Ton امکان نداشت. براحتی می‌توان دریافت که بر اساس این قابلیت منطقا در یک بازه فرکانسی نسبت به حالت Multi Tone می‌توان تعداد بالاتری از زیرحاملها ایجاد کرد و این خود به معنی امکان ارسال نرخ بیت بیشتر در پهنای باند فرکانسی کمتر است مثلا ارسال 30Mbps در 6MHz که نسبت این دو یعنی عدد ۵ بعنوان بهروری فرکانسی مطرح می‌شود. البته این بخشی از توانایی‌های این نوع مدولاسیون است توانایی غلبه بر Multi path Fading، Frequency Selective Fading،... از دیگر مزایای استفاده از این سیستم است. ناگفته نماند که در عین حال این سیستم نسبت به رفتارهای غیر خطی بخصوص در حوزهٔ فاز سیگنال بسیار حساس و آسیب پذیر است به همین دلیل معمولا تقویت کننده‌های توان در این نوع سیستم‌ها بسیار گرانقیمت تر از نوعی است که در مدولاسیونهای دیگر مثل DSSS یاFHSS (طیف گسترده) استفاده می‌شوند. قابل ذکر است که همانطور که در ابتدا گفته شد OFDM نوعی Coding باند پایه‌است و برای ارسال آن باید از یکی از روشهای DPSK، QPSK، یا nQAM که (....n=۱۶٬۶۴٬۱۲۸) استفاده کرد.

در کاربردهایی نظیر خطوط دی‌اس‌ال، شبکه‌های محلی، وای فای، دی‌وی‌بی و وایمکس استفاده می‌شود. یک امتیاز ویژه اواف‌دی‌ام، صرفه جویی در استفاده از پهنای باند است. فرکانس‌های متعامد اغلب به عنوان زیرحامل‌های اواف‌دی‌ام شناخته می‌شوند. پهنای باندی که به هر کدام از این زیرکانال‌ها اختصاص می‌یابد کمتر از کل پهنای باند سیگنال اصلی است (که با تک حامل شناخته می‌شود). داشتن پهنای باند فرکانسی کوچکتر برای هر کانال معادل است با پریود زمانی بیشتر، درنتیجه مقاومت بهتری در برابر انتشار چندمسیره، نسبت به سیگنال تک حاملی خواهیم داشت.

هنگامی که داده‌ها، در محیط انتقال، انتشار می‌یابند، ممکن است از مسیرهای گوناگونی به گیرنده برسند. هر کدام از این مسیرها دارای یک تأخیر برای نمونه‌های واصله به گیرنده می‌باشند. بیشترین تاخیر ناشی از انتشار را با Ts نشان می‌دهند و مدت نمونه را در ارسال اطلاعات با نرخ بالا، معمولاً>>Ts است که این مساله، باعث تداخل بین نمونه‌ها (ISI) می‌گردد که به طور کلی، سیستم‌های باند وسیع مانند وایمکس دارای این نوع اختلال هستند.

بنابراین به تکنیک‌های دریافت و ارسالی نیاز است که بر تداخل درون سمبلی غلبه کند. درحقیقت برای داشتن یک کانال که تداخل درون سمبلی نداشته باشد، زمان سمبل باید بزرگتر از تاخیر انتشارکانال باشد. به همین دلیل از تکنیک مدولاسیون اواف‌دی‌ام استفاده می‌شود.