OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access

OFDMA er den del af standarden i Wi-Fi 6 (802.11ax) der giver Accesspunkter mulighed for at betjene flere enheder på én gang. Tanken er at OFDMA sætter et regelsæt for hvordan transmissionen af data skal foregå mellem flere enheder på samme tid. Dette kan være en hvilkensomhelst enhed ( mobil, pc, tablet, IoT) og erhvert transportmedie, som f.eks. et trådsløst netværk.

Hvis, eksempelvis, to telefoner sender data på den samme forbindelse. så kan man indsætte et tidsinterval til hver telefon og så vil de skiftes til at sende deres signal (der indeholder data) på hvert deres tidsinterval. Tidsintervallerne er dog, så ubemærkeligt små at dataoverførslen ser ud til at blive sendt sømløst på samme tid.

Frequency Division Multiplexing eller FDM er forløberen til OFDMA-teknologien. Den bruges til opdele informationspakker op i forskellige bånd, som så bæres af seperate signaler. Man kan sammenligne det med den måde switche bearbejder traffik på. I stedet for analog modulation der brugeres i multiplexing, anvender OFDMA bæresignalbølger(carrier signal waves) som kaldes underbærere (subcarriers), for at flytte små dele af information på en strømlinet måde.

Fordele og ulemper ved OFDMA

Fordele:

  • Større diversitet og efektivitet i brug af frekvenser
  • Mindre interferens mellem celler
  • Større fleksibillitet idet kanaler og underkanaler kan blive skiftet af og på.
  • Bedre dækning over netværk.

Ulemper

  • Diversiteten af frekvenserne er afhængig af hvordan underbærerne bliver tildelt brugerne og kan derfor blive ret komplekst.
  • Kræver ekstra strøm, fordi den er i standby og dermed klar til at sende en transmission.
  • Har en højere følsomhed end andre kanaltyper.

FDM – Frequency-Division Multiplexing

Hvad virker Frequency-Division Multiplexing (FDM)?

I Frequency-Division Multiplexing (FDM), bliver flere signaler kombineret til transmission på en kommunikationskanal, hvor hvert signal bliver tildelt en forskellig frekvens eller underkanal i selve kanalen. For at kunne skabe en tramission, med flere signaler og en enkelt kanal med success, separerer FDM tildelte kanalbånd op i striber af unbrugte frekvenser. Disse kaldes guard bands. Guard bands forebygger at signalerne overlapper hianden over et delt medie.

Et signal bliver genereret og moduleret af afsender-enheden og bliver båret over de opdelte bånd. De modulerede signaler bliver kombineret ved at bruger en multiplexer (MUX) og sendt over kommunikationskanalen. På modtager-enheden bliver de kombinerede signaler bearbejdet i en demultiplexer (DEMUX) for at udvinde de individuelle signaler.

Hvad er MUX og DEMUX i Frequency-Division Multiplexing?

I FDM, skabes et tovejs kommunikationskredsløb, som kræver en MUX/DEMUX ved begge ender. Multiplexing bruges når signaler ved lavere båndbredde bliver sendt gennem en kanal med større båndbreddde..

Man kan forestille sig et langdistance kabel med en båndbredde på 3mHz (Megahertz). Teoretisk vil man kunne sætte og sende 1.000 signaler på hver 3 kHz (Kilohertz) bredde i kanalen. Opdeling af frekvenserne foregår i multiplexeren. DEn accepterer input fra hver enkelt bruger og skaber et signal på en forskellig frekvens for hvert input. Dette bliver en enkelt komplekst højhastighedsbåndbreddesignal der indeholder data fra alle brugere. I den anden ende sidder der så en demultiplexer der separerer signalet tilbage til de individuelle signaler til de respektive brugere.

Eksempler på Frequency-Division Multiplexing

Forestil dig fire frekvensbånd med en kendt båndbredde på 200 kHz der hver især er adskilt af guardbands på 10kHz hver. For at kunne håndtere alle båndende skal kommunikationskanalen have en kapacitet på 830kHz altså (200*4)+(3*10).

FDM multiplexer de fire frekvensbåbd og sender dem alle via kommunikationskanalen Hver besked modulerer en forskellig bærer, så de modulerede signaler er på forskellige frekvensbånd der ikke overlapper hinanden. Multiplexeren kan bruge enhver amplitude modulation (AM) eller frekvensmodulation (FM). Signalet demultiplexes i modtagerens ende gennem en bunke band-pass filtre som demodulerer signalet for at genskabe de originale frekvensbølger.

Hvad er forskellen imellem FDM, TDM og STDM?

Generelt kan det siges, at multiplexing er processen hvor information (bits), fra flere forskellige indkommende kommunikationskanaler, bliver overført ind i bit tider på én udgående kommunikationskanal. Demultiplexing er den modsatte proces.

Der findes 3 hovedtyper af multiplexing:

  1. Tids-Delt Multiplexing (TDM)
  2. Frekvens-Delt Multiplexing (FDM)
  3. Statisk TDM (STDM)

I TDM, er kapacitet af den udgående kanal opdelt i forskellige kanaler, med data fra hver indkommende kanal, placeret i én udgående kanal. Den deler tiden, på den udgående kanal, i bestemte længder og definerer intervaller som kaldes rammer (frames).

Mediets (kabel, trådløs mm.) dataoverførselshastighed er større end kilden. Alle signaler arbejder på samme frekvens, men på forskellige tidspunkter. Dette gør TDM fra FDM hvor forskellige signaler arbejder forskellige frekvenser på samme tid.

TDM’s udgående kanaludnyttelse varierer afhængigt af hvor meget de indkommende datastrømme varierer. Hvis de er meget stabile kan de udnyttes i høj grad og derfor fungerer denne metode bedst ved trafik med en konstant bitrate.

I STDM vil kapaciten, allokeret til hver indkommende kanal, variere over tid og afhænge af den øjeblikkelige datarate. Derfor fungerer det når kapaciteten af den udgående kanal er lige så stor som summen af den gennemsnitslige datarate fra de indkommende kanaler. STDM er derfor bedst at bruge ved applikationer der har mange udbrud af input data.

Indsæt link til Code-Division multiplexing.

Fordele og ulemper for Frequency-Division multiplexing

Når man bruger Frequency Division Multiplexing (FDM) bruges i et kommunikationsnetværk,is bliver hvert inputsignal der sendes og modtages afsendt med maksimal hastighed uagtet tidspunktet. Dette er hovedaktivet i denne teknologi. Men hvis der er mange signaler der er der sendes langs en langdistance linke er højere båndbredde og opsætning påkrævet for at sikre ordentlig ydeevne.

FDM har to ulemper:

  1. Først og fremmest, da de variende kvendsbånd skal adskilles af Guard bands, vil der være spild af båndbredde.
  2. Dernæst, hvis der er væsentlige ikke-linære forhold i transmissionslinket; Der er kan være crosstalk ( forstyrrelse fra omkring liggende signaler) blandt de forskellige signaler, der skaber kommunikationsfejl. Dette er et almindelige problem i FDM, fordi de bruger analoge signaler, som er mere tilbøjelige til abrydelser grundet støj end ved digitale signaler.

Til trods for disse ulemper, bliver FDM anvendt i mange sammenhænge.

Anvendelse af Frequency-Division Multiplexing

En typisk analog internetforbindelse gennem et twiste-pair kabel kræver ca. 3kHz båndbredde for at have en præcis og pålidelig dataoverførsel. Twisted-pair kabler er almindelige i husholdninger og mindre virksomheder.

Telefonlinjer der typisk har været brugt mellem større virksomheder, Stater, regioner og kommuner giver langt større båndbredder. FDM giver enkelt-transmissions medier som kobberkabel eller fiberkabel mulighed for at blive delt af flere individuelle signaler der genereres af flere brugere.

Der har FDM været populært hos teleoperatører.

FDM bruges også og har også været brugt til

  • Radioudsendelser – AM og FM
  • TV udsendelser
  • Trådløse netnærk
  • Satellitkommunikation
  • Mobile netværk