Orthogonal frequency-division multiplexing

L’OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses. Cette technique permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en permettant une égalisation de faible complexité. Ces canaux se manifestent notamment en présence de trajets multiples et sont d'autant plus pénalisants que le débit de transmission est élevé. C’est la raison pour laquelle on trouve cette technique largement adoptée dans la plupart des applications à très haut débit.

Plusieurs variantes de l'OFDM existent. Le DMT (discrete multitone modulation) fait référence à un système de transmission OFDM en bande de base. Le COFDM (Coded orthogonal frequency-division multiplexing) introduit un code correcteur d'erreurs^[1]. Le WCP-OFDM (weighted cyclic prefix orthogonal frequency-division multiplexing) prévoit l'ajout d'un préfixe cyclique et la pondération du signal en sortie de l'émetteur afin de s'adapter aux canaux mobiles à trajets multiples^[2].

En présence d'un canal multitrajet, la réception de plusieurs échos en opposition de phase peut donner lieu à des évanouissements (atténuations sévères sur une partie de la bande de fréquence). Dans le cadre d'un système OFDM, il est généralement impossible de reconstruire les symboles transportés par les sous-porteuses affectées par ces phénomènes d'évanouissements. Cela s'explique par le fait que l'OFDM non-précodé n'introduit pas de redondance (ou diversité fréquentielle). Cet inconvénient peut être pallié en utilisant le COFDM au prix d'une diminution de l'efficacité spectrale.

L'OFDM étant un système de transmission par blocs^[3], on introduit généralement un intervalle de garde entre ces derniers. Cela permet d'éliminer l'interférence entre blocs successifs en présence de canaux à plusieurs trajets et de faciliter d'autant plus l'égalisation, à condition que l'intervalle de garde soit de durée supérieure au temps d'arrivée du dernier trajet. Deux types d'intervalles de garde sont couramment utilisés : le préfixe cyclique qui consiste à recopier les derniers échantillons du bloc au début de celui-ci et le bourrage de zéros qui consiste à insérer des zéros au début du bloc. Ces deux techniques conduisent naturellement à une diminution de l'efficacité spectrale.

L'OFDM (ou une technique proche) est utilisé dans :

la télédiffusion numérique terrestre (DVB-T, DVB-H) ;
la radiodiffusion numérique terrestre DAB ;
la radiodiffusion numérique terrestre T-DMB ;
la radiodiffusion numérique DRM ;
les liaisons filaires telles que l'ADSL, le VDSL, les modems sur courant porteur (homeplug), les modems câble (standard Docsis) et certains réseaux électriques intelligents se basant sur du CPL (G3-PLC, PRIME) ;
les réseaux sans fil basés sur les normes 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac et 802.11ax (Wi-Fi), 802.16 (WiMAX) et HiperLAN ;
les réseaux mobiles de nouvelles générations (LTE, 4G, 5G) qui utilisent une technique d'accès multiple basée sur l'OFDM appelée OFDMA : Orthogonal Frequency-Division Multiple Access.

↑ B. Le Floch, M. Alard et C. Berrou, « Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex TV Broadcasting », Proceedings of the IEEE, vol. 83, n^o 6,‎ 1995, p. 982-996 (DOI 10.1109/5.387096).
↑ D. Roque et C. Siclet, « Performances of Weighted Cyclic Prefix OFDM with Low-Complexity Equalization », IEEE Communications Letters, vol. 17, n^o 3,‎ 2013, p. 439-442 (DOI 10.1109/LCOMM.2013.011513.121997).
↑ Z. Wang et G.B. Giannakis, « Wireless Multicarrier Communications », IEEE Signal Processing Magagazine, vol. 17, n^o 3,‎ 2000, p. 29-48 (DOI 10.1109/79.841722).

[1] B. Le Floch, M. Alard et C. Berrou, « Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex TV Broadcasting », Proceedings of the IEEE, vol. 83, n^o 6,‎ 1995, p. 982-996 (DOI 10.1109/5.387096).

[2] D. Roque et C. Siclet, « Performances of Weighted Cyclic Prefix OFDM with Low-Complexity Equalization », IEEE Communications Letters, vol. 17, n^o 3,‎ 2013, p. 439-442 (DOI 10.1109/LCOMM.2013.011513.121997).

[3] Z. Wang et G.B. Giannakis, « Wireless Multicarrier Communications », IEEE Signal Processing Magagazine, vol. 17, n^o 3,‎ 2000, p. 29-48 (DOI 10.1109/79.841722).

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