직교 주파수 분할 다중 (OFDM ; Orthogonal Frequency Division Modulation) 방식은 서로 직교하는 다수의 반송파에 데이터를 실어 전송하는 방식이다.
이러한 다중 반송파 방식은 1960년대 제안되었으나, 그 구조의 복잡함으로
인해서 최근까지 각광을 받지 못하다가 디지털 신호처리 및 VLSI(Very
Large Scale Integration)기술의 발달로 인해서 1980년 이후에 다시 활발하게 연구되고 있는 분야이다. 다중 반송파 방식은 단일 반송파 변조 방식과 달 리 심볼 길이가 매우 길고, 임펄스 노이즈가 넓은 스펙트럼 대역으로 분산 되는 효과가 있어 심볼간 간섭이 심한 채널 환경에 유리하며 간단한 등화 기로 채널 보상이 가능하며, 부반송파간에 직교성을 유지하는 최소의 주파 수 간격을 유지하게 할당함으로써 높은 대역 효율을 얻을 수 있으므로 고
속 전송 시스템에 많이 적용되고 있다. OFDM 방식은 유럽식 디지털 방송,
WATM (Wireless Asynchronous Transfer Mode), WLAN (Wireless Local Area
Network)등에 널리 쓰이고 있다. 반면 구현이 복잡하고, 주파수 offset 에 민 감하며, 송신 신호의 진폭의 변화가 심한 단점이 있다.
OFDM신호는 기저대역에서 식은
) ( )
( 2
1 0
, e p t nT
T d t C
s j ft
n N
i
i
n i −
=
∑∑
∞−∞
=
−
=
π (3.7)
이다. 여기서 N은 부반송파의 개수, C는 신호의 전력과 관계된 상수, T 는 OFDM 심볼의 길이, dn,i는 n번째 신호 구간
[
nT, (n+1)T]
에서 i번째부채널을 통해 전송되는 심볼, fi 는 i번째 부반송파의 주파수이다. p(t) 는 0≤t≤T에서 값이 1, 그 외의 시간에서는 값이 0 인 펄스 성형 함수이 다. 부반송파 주파수들 사이에는 직교성이 성립해야 하므로
iT
fi= 의 관 계를 갖는다.
OFDM 의 기본원리는 고속 전송률을 갖는 데이터 열을 낮은 전송률을 갖는 다수의 데이터 열로 나누고 이들을 부반송파를 이용하여 동시에 전송
하는 것이다. OFDM 시스템은 각 부채널별로 입력 신호를 변조 성상도에
매핑하여 부채널을 형성하고 이후 OFDM 데이터 심볼 길이만큼의 부채널
을 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)한다. 이후에 CP(cyclic prefix)를 추가한
후 RF 처리해서 신호를 송출하게 된다. 수신부는 송신부의 역기능으로 구
성된다. 송신부의 구성도는 그림 3-4에 나타내었다.
Data
Encoder S/P IFFT CP P/S D/A
carrier Data
Encoder S/P IFFT CP P/S D/A
carrier
그림 3-4. OFDM 시스템 구성도(송신부)
Fig. 3-4. Block diagram of OFDM System (Transmitter).
OFDM 은 MCM(Multi-Carrier Modulation)방식으로 각 부반송파간의
spacing 은 1/T 의 배수 간격이다. 여기서 T 는 부반송파별 심볼 주기이다.
부반송파의 수가 9 일 때 OFDM 신호의 스펙트럼을 그림 3-5 에 나타내었 다.
주파수 전력
주파수 전력
그림 3-5. OFDM 신호의 스펙트럼 스펙트럼
Fig. 3-5. Frequency spectrum of OFDM Signal.
부반송파간 간격을 1/T 의 배수로 하면 부반송파에 변조된 신호의 스펙 트럼들이 겹치더라도 부반송파들 간에는 직교성(orthogonality)이 성립하므로 부반송파로 변조된 신호를 구분하여 복조해낼 수 있다. OFDM 의 가장 큰 장점은 다중 경로 확산에 강하다는 것인데, 이는 입력 데이터열을 Ns 개의 부채널로 나누어 심볼 구간을 Ns 배 증가시켜 심볼 주기에 대한 다중경로 확산을 Ns 배 감소시킬 수 있기 때문이다. 또한 심볼간 간섭도 Ns 배 감소 되는 효과가 있다. 심볼간 간섭을 거의 완벽하게 제거하기 위해서 보통 심 볼 간에 보호구간을 삽입하게 되는데 이 보호구간에 CP 를 추가하게 되면 다중경로 확산환경에서도 부반송파간 간섭을 제거할 수 있다. 단 CP 구간 은 지연 프로파일에서 최대 지연 시간보다 길어야 한다. OFDM 응용 시스
템에서는 보통 심볼의 25%가량을 CP 구간으로 설정한다. CP는 IFFT한 결
과신호에서 보호구간 만큼의 신호 끝 부분을 복사해서 심볼 앞에 위치시킨 것이다[8].