Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM): Definición

Descubre qué es OFDM, cómo transmite múltiples señales simultáneas usando funciones base ortogonales y sus ventajas en eficiencia espectral y resistencia a interferencias.

La multiplexación por división de frecuencia ortogonal es una tecnología relacionada con la multiplexación por división de frecuencia. Con ella, se pueden enviar muchas señales diferentes por el mismo medio, al mismo tiempo. Cada señal utiliza una función base diferente. Al utilizar la función de base dada, el emisor y el receptor verán mejor su señal, las otras señales estarán claramente separadas.

En la práctica, esta técnica se conoce por sus siglas en inglés OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Su característica esencial es que las portadoras (subportadoras) están separadas de forma que son ortogonales entre sí durante el intervalo de símbolo: aunque sus espectros se solapen, la ortogonalidad evita interferencia entre portadoras adyacentes cuando hay sincronización adecuada.

Principios de funcionamiento

• Subportadoras ortogonales: las portadoras están espaciadas en frecuencia de modo que la integral del producto entre dos portadoras distintas es cero en el intervalo de símbolo, lo que elimina la interferencia entre subcanales.
• Transformada rápida de Fourier (FFT/IFFT): OFDM se implementa eficientemente digitalmente usando la IFFT en el transmisor para crear la señal compuesta y la FFT en el receptor para recuperar las señales de cada subportadora.
• Prefijo cíclico: se añade un prefijo cíclico al inicio de cada símbolo OFDM para combatir la interferencia entre símbolos (ISI) provocada por ecos y propagación multipath. El prefijo convierte la convolución del canal en un producto en frecuencia y simplifica la ecualización.
• Asignación adaptativa: cada subportadora puede modularse de forma independiente (QPSK, QAM, etc.) según la calidad del canal, lo que mejora la eficiencia espectral.

Ventajas

• Alta eficiencia espectral: permite aprovechar al máximo el ancho de banda disponible gracias al solapamiento controlado de espectros.
• Robustez frente a la dispersión temporal: el uso del prefijo cíclico y símbolos largos reduce la ISI en canales con múltiples trayectorias.
• Implementación digital eficiente: la FFT/IFFT permite procesar muchas subportadoras con complejidad razonable.
• Flexibilidad: facilita la asignación dinámica de recursos (en sistemas OFDMA) y la adaptación de la modulación por subportadora.

Desventajas y desafíos

• Alto PAPR (Peak-to-Average Power Ratio): la señal OFDM puede presentar picos de amplitud elevados, lo que exige amplificadores lineales y reduce la eficiencia de potencia.
• Sensibilidad a errores de sincronización: desajustes en frecuencia o en tiempo (offsets) rompen la ortogonalidad y generan interferencia entre portadoras (ICI).
• Complejidad de recepción: requiere estimación de canal, sincronización fina y ecualización, además de manejo de pilotos y referencias.
• Vulnerabilidad a movimientos rápidos: en entornos con Doppler elevado la coherencia del canal se reduce y empeora el rendimiento.

Aplicaciones comunes

• Wi‑Fi: 802.11a/g/n/ac/ax emplean variantes de OFDM.
• Telefonía móvil: LTE y NR (5G) usan OFDM/OFDM-based schemes (con múltiples mejoras y variantes).
• Televisión digital terrestre: DVB‑T y DVB‑T2.
• Acceso por línea telefónica: ADSL y VDSL utilizan técnicas de división de frecuencia similares (DMT, que es una forma de OFDM).

Conceptos prácticos adicionales

• Pilotos y referencia: se insertan tonos pilotos para estimar el canal y sincronizar al receptor.
• Ecualización en frecuencia: al trabajar por subportadoras, la ecualización suele hacerse multiplicando cada subportadora por un factor complejo inverso al efecto del canal.
• OFDMA: variante que permite asignar grupos de subportadoras a distintos usuarios simultáneamente, utilizada en redes móviles y Wi‑Fi avanzadas.

En resumen, la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una técnica poderosa y muy extendida para transmitir múltiples señales sobre un mismo medio con alta eficiencia espectral y buena resistencia a la dispersión, aunque requiere medidas para gestionar el PAPR, la sincronización y la estimación de canal.

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