Acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal

Versión multiusuario de modulación digital OFDM

El acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal ( OFDMA ) es una versión multiusuario del popular esquema de modulación digital por multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) . El acceso múltiple se logra en OFDMA asignando subconjuntos de subportadoras a usuarios individuales. Esto permite la transmisión simultánea de datos a baja velocidad desde varios usuarios.

Comparaciones

El OFDMA se suele comparar con la combinación de OFDM con multiplexación estadística por división de tiempo . Las ventajas y desventajas que se resumen a continuación se analizan con más detalle en la sección Características y principios de funcionamiento. Consulte también la lista de características clave de OFDM .

Ventajas

Permite la transmisión simultánea de datos a baja velocidad desde varios usuarios.
Se puede evitar la portadora pulsada.
Menor potencia máxima de transmisión para usuarios con baja velocidad de datos
Retraso más corto y retraso constante
Se simplifica el acceso múltiple basado en contención (evitación de colisiones).
Mejora aún más la robustez de OFDM frente al desvanecimiento y la interferencia
Combatir la interferencia de banda estrecha.
Flexibilidad de implementación en varias bandas de frecuencia con poca necesidad de modificaciones en la interfaz aérea ^[1]
Promediar interferencias de celdas vecinas, utilizando diferentes permutaciones de portadoras básicas entre usuarios en diferentes celdas
Las interferencias dentro de la célula se promedian mediante el uso de asignación con permutaciones cíclicas.
Permite la cobertura de red de frecuencia única, donde existe un problema de cobertura y proporciona una cobertura excelente.
Ofrece diversidad de frecuencias al distribuir las portadoras en todo el espectro utilizado.
Permite alimentación por canal o por subcanal.

Desventajas

Mayor sensibilidad a los desfases de frecuencia y al ruido de fase ^[1]
Los servicios de comunicación de datos asincrónicos, como el acceso a Internet, se caracterizan por breves ráfagas de comunicación a alta velocidad. Pocos usuarios de una estación base transfieren datos simultáneamente a una velocidad de datos baja y constante.
La compleja electrónica OFDM, incluido el algoritmo FFT y la corrección de errores hacia adelante , está constantemente activa, por lo que consume energía, independientemente de la velocidad de datos, mientras que OFDM combinado con la programación de paquetes de datos puede permitir que el algoritmo FFT hiberne a veces.
La ganancia de diversidad OFDM y la resistencia al desvanecimiento selectivo de frecuencia pueden perderse parcialmente si se asignan muy pocas subportadoras a cada usuario y si se utiliza la misma portadora en cada símbolo OFDM. Por lo tanto, es deseable la asignación adaptativa de subportadoras basada en información de retroalimentación rápida sobre el canal o saltos de frecuencia de subportadoras.
El manejo de la interferencia de canales compartidos proveniente de celdas cercanas es más complejo en OFDM que en CDMA . Requeriría una asignación dinámica de canales con una coordinación avanzada entre estaciones base adyacentes.
La información de retroalimentación del canal rápido y la asignación de subportadora adaptativa son más complejas que el control de potencia rápido CDMA.

Características y principios de funcionamiento

Con base en la información de retroalimentación sobre las condiciones del canal, se puede lograr una asignación adaptativa de usuario a subportadora. ^[2] Si la asignación se realiza con la suficiente rapidez, esto mejora aún más la robustez de OFDM al desvanecimiento rápido y a la interferencia cocanal de banda estrecha, y permite lograr una eficiencia espectral del sistema aún mejor .

Se pueden asignar diferentes cantidades de subportadoras a diferentes usuarios, con el fin de soportar una calidad de servicio (QoS) diferenciada, es decir, para controlar la velocidad de datos y la probabilidad de error individualmente para cada usuario.

OFDMA puede considerarse una alternativa a la combinación de OFDM con acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) o comunicación de multiplexación estadística en el dominio del tiempo . Los usuarios con baja velocidad de datos pueden enviar continuamente con baja potencia de transmisión en lugar de utilizar una portadora de alta potencia "pulsada". Se puede lograr un retardo constante y más corto.

OFDMA también puede describirse como una combinación de acceso múltiple en el dominio de la frecuencia y el dominio del tiempo, donde los recursos se dividen en el espacio de tiempo-frecuencia y las ranuras se asignan a lo largo del índice de símbolo OFDM, así como del índice de subportadora OFDM.

OFDMA se considera muy adecuado para redes inalámbricas de banda ancha, debido a ventajas que incluyen la escalabilidad y el uso de múltiples antenas ( compatibilidad con MIMO ) y la capacidad de aprovechar la selectividad de frecuencia del canal. ^[1]

En la radio cognitiva con detección de espectro , OFDMA es un posible enfoque para llenar las bandas de frecuencia de radio libres de manera adaptativa. Timo A. Weiss y Friedrich K. Jondral de la Universidad de Karlsruhe propusieron un sistema de agrupación de espectro en el que las bandas libres detectadas por los nodos se llenaban inmediatamente con subbandas OFDMA. ^{[ ¿Relevante? ]}^{[ Cita requerida ]}

Uso

OFDMA se utiliza en:

El modo de movilidad del estándar IEEE 802.16 Wireless MAN, comúnmente conocido como WiMAX
El estándar de red LAN inalámbrica (WLAN) IEEE 802.11ax (comercializado como Wi-Fi 6 / Wi-Fi 6E)
El estándar MAN inalámbrico móvil IEEE 802.20 , comúnmente conocido como MBWA
MoCA 2.0
Enlace descendente del estándar de banda ancha móvil de cuarta generación LTE ( Long-Term Evolution ) del 3GPP . La interfaz de radio se denominaba anteriormente High Speed OFDM Packet Access (HSOPA), y ahora se denomina Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA).
El enlace descendente y el enlace ascendente del estándar de red móvil de quinta generación 3GPP 5G New Radio (5G NR). 5G NR es el sucesor de LTE.
Flash-OFDM móvil de Qualcomm Flarion Technologies
El ahora desaparecido proyecto Qualcomm / 3GPP2 Ultra Mobile Broadband (UMB), concebido como sucesor de CDMA2000 pero reemplazado por LTE

OFDMA también es un método de acceso candidato para las redes de área regional inalámbrica IEEE 802.22 (WRAN), una tecnología de radio cognitiva que utiliza espacios en blanco en el espectro de televisión , y el método de acceso propuesto para la especificación DECT -5G que apunta a cumplir con los requisitos IMT-2020 para aplicaciones de banda ancha móvil de alto rendimiento (eMMB) y de baja latencia ultra confiable (URLLC).

Véase también

Acceso múltiple por división de código
Acceso múltiple por división de frecuencia
Acceso múltiple por división de tiempo
FDMA de portadora única (SC-FDMA), también conocido como OFDMA precodificado linealmente ( LP-OFDMA )
Evolución a largo plazo del 3GPP
WiMAX
WiBro

Referencias

^ abc Hujun Yin y Siavash Alamouti (agosto de 2007). "OFDMA: una tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha". Simposio IEEE Sarnoff 2006 . IEEE . págs. 1–4. doi :10.1109/SARNOF.2006.4534773. ISBN 978-1-4244-0002-7.S2CID21920940 .
^ Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Diseño de redes inalámbricas con eficiencia energética y de espectro . Cambridge University Press . ISBN 978-1-107-03988-9.

Enlaces externos

Acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal: ¿es el sistema de acceso múltiple del futuro?, S. Srikanth, V. Kumaran, C. Manikandan et al., Centro de investigación AU-KBC, Universidad Anna, India.
Breve introducción a OFDM: tutorial escrito por el profesor Debbah, director de la Cátedra Alcatel-Lucent sobre radio flexible.

[yin-1] Hujun Yin y Siavash Alamouti (agosto de 2007). "OFDMA: una tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha". Simposio IEEE Sarnoff 2006 . IEEE . págs. 1–4. doi :10.1109/SARNOF.2006.4534773. ISBN 978-1-4244-0002-7.S2CID21920940 .

[Miao-2] Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Diseño de redes inalámbricas con eficiencia energética y de espectro . Cambridge University Press . ISBN 978-1-107-03988-9.